In der konventionellen Bahnsignalisierungstechnik wird übli- cherweise eine starke Lichtquelle mit kleinen Abmessungen wie z. B. der Glühfaden einer Glühlampe, in den Brennpunkt einer optischen Linse gestellt und in Augenhöhe des Zugführers ins Unendliche projiziert. Aufgrund der hohen Leuchtdichte der Lichtquelle entsteht eine sehr große Lichtstärke bei einem sehr kleinen Abstrahlwinkel, so daß das Signal auch aus gro- ßer Entfernung (> 3 km) noch eindeutig zu erkennen ist.

Bekanntermaßen haben Glühlampen jedoch eine begrenzte Lebens- dauer, wobei der Ausfall der für eine Bahnsignaleinrichtung verwendeten Glühlampe stets mit einem Totalausfall der gesam- ten Signaleinrichtung verbunden ist. Deshalb müssen die Glüh- lampen bei den Bahnsignaleinrichtungen vorsorglich in regel- mäßigen Zeitabständen gewechselt werden. Diese Zeitabstände sind weit kürzer als die durchschnittliche Lebensdauer der Lampe, so daß mit den Auswechslungen ein erheblicher Mate- rial-und Zeitaufwand verbunden ist.

Aus Sicherheitsgründen werden bei den Bahnsignaleinrichtungen Glühlampen eingesetzt, die eine zweite Glühwendel besitzen.

Diese zweite Glühwendel wird bei Ausfall der ersten Glühwen- del zugeschaltet. Dadurch daß die zweite Glühwendel jedoch nicht optimal im Fokus der Linse angeordnet ist, sinkt die Lichtstärke des Bahnsignals im Fehlerfall auf ca. 12% ab. Da- her muß auch in diesem Fall eine Reparatur umgehend erfolgen.

Auch bei anderen Signaleinrichtungen wie Leitsignaleinrich- tungen, die zur Leuchtmarkierung von Wegen, Straßen oder Start-und Landebahnen in den Boden eingelassen werden, be-

stehen ähnliche Probleme aufgrund der Verwendung herkömmli- cher Glühlampen als Lichtquellen.

Aufgrund der hohen Ausfallempfindlichkeit konventioneller Glühlampen bietet es sich daher an, als Lichtquellen Halblei- ter-Lichtemissionsdioden (LEDs) einzusetzen, da LEDs nicht nur eine erheblich höhere Lebensdauer, sondern auch einen besseren Wirkungsgrad bei der Umwandlung elektrischer Energie in Strahlungsenergie im sichtbaren Spektralbereich und-da- mit verbunden-eine geringere Wärmeabgabe und einen insge- samt geringeren Platzbedarf aufweisen. Um jedoch eine für eine Bahnsignaleinrichtung oder eine vergleichbare Einrich- tung wie einen Scheinwerfer geeignete LED-Anordnung bereitzu- stellen, bedarf es ebenso wie bei der konventionellen Bahnsi- gnaleinrichtung einer Optik, die geeignet ist, das von den einzelnen LEDs abgestrahlte Licht derart zu bündeln, daß es auch in relativ großer Entfernung als eine ausgedehnte und hell leuchtende Lichtquelle wahrgenommen wird. Ein System aus einer LED-Anordnung mit nur einer Linse ist nicht geeignet, da hierbei der Abstrahlwinkel nicht unter einen physikalisch bedingten Grenzwert reduzierbar ist.

Aus der US-A-5404282 ist ein LED-Modul bekannt, bei welchem eine Anzahl LEDs zwischen zwei parallelen, elektrisch leiten- den Stäben fest montiert wird. Gemäß der Fig. 3 dieser Druck- schrift werden die darin verwendeten LEDs jeweils mit ihren elektrischen Zuleitungen in einen transparenten Kunststoff wie Epoxidharz eingegossen. Eine Linse kann dadurch herge- stellt werden, daß die Lichtaustrittsfläche dieses entstehen- den Kunstharzblocks mit einem Höcker, d. h. einem nach außen gewölbten Abschnitt versehen wird. Jede aus einer LED und ei- ner Linse bestehende Einheit muß jedoch einzeln auf diese Weise gefertigt werden. Für die Herstellung einer Matrix aus mehreren LEDs mit zugehörigen Linsen ist diese Herstellungs- art zu aufwendig. Außerdem führt bei der beschriebenen Anord- nung der Ausfall der LED dazu, daß auch die Linse nicht mehr verwendet werden kann, wodurch diese Anordnung sehr unflexi- bel wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein LED- Modul, insbesondere für den Einsatz in Signaleinrichtungen oder Beleuchtungseinrichtungen anzugeben, welches möglichst einfach hergestellt und aufgebaut und möglichst flexibel ein- gesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Demgemäß beschreibt die Erfindung ein LED-Modul mit einer regelmäßigen Anordnung von LEDs, die auf einer Platine montiert sind und jeweils mit einer lichtbündelnden optischen Einrichtung versehen sind, wobei ferner eine Optik-Träger- platte vorgesehen ist, die die lichtbündelnden optischen Ein- richtungen in einer der LED-Anordnung entsprechenden regela- ßigen Anordnung enthält. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 18.

In einer ersten Ausführungsform werden die lichtbündelnden optischen Einrichtungen durch Linsen gebildet. In einer Vari- ante davon enthält die Optik-Trägerplatte eine der LED-Anord- nung entsprechende Anordnung von Vertiefungen, in welche die Linsen als einzeln gefertigte Bauteile einsteckbar sind. Be- vorzugterweise sind die Linsen dabei jeweils derart aufge- baut, daß sie einen vierkantförmigen Hauptkörper mit einer nach außen gewölbten Lichtaustrittsfläche und einen im Quer- schnitt gegenüber dem Hauptkörper verjüngten und zu der Ver- tiefung der Optik-Trägerplatte entsprechenden komplementären Sockel aufweisen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß in der Optik-Trägerplatte anstelle der Vertiefungen Erhebungen angeordnet sind, auf die die Linsen aufsteckbar sind.

Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß das Modul auf einfache und schnelle Weise verschiedenen Anwendungsbereichen und den dadurch vorgegebenen Parametern angepaßt werden kann.

Nach einer weiteren Variante der ersten Ausführungsform sind die Linsen integral in der Optik-Trägerplatte ausgebildet. In

diesem Fall muß die Optik-Trägerplatte aus einem für die Emissionswellenlänge der LEDs transparenten Material beste- hen.

In einer zweiten Ausführungsform werden die lichtbündelnden optischen Einrichtungen durch optische Kanäle gebildet, die in die Optik-Trägerplatte integriert sind und die schrägge- stellte oder gekrümmte, reflektierende Innenwände aufweisen.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist unmittelbar auf jedem LED-Bauelement eine weitere lichtbündelnde optische Einrich- tung, insbesondere eine Linse angeordnet ist, die somit der jeweiligen lichtbündelnden optischen Einrichtung der Optik- Trägerplatte vorgeschaltet ist. Dadurch können vorteilhafter- weise sehr enge Abstrahlwinkel erzielt werden.

Weitere Ausführungsformen können durch Kombinationen der er- sten und der zweiten Ausführungsform gebildet werden.

Weiterhin bevorzugt ist, daß die Optik-Trägerplatte und/oder die Linsen Polymethylmethacrylat (PMMA) enthalten. Unabhängig von der Wahl des Materials der Optik-Trägerplatte und der Linsen ist es ferner wünschenswert, wenn die Optik-Träger- platte und/oder die Linsen-gegebenenfalls als einstückiges Teil-im Spritzguß hergestellt sind.

Eine für das erfindungsgemäße LED-Modul bevorzugt verwendete LED ist beispielsweise in dem Artikel"SIEMENS SMT-TOPLED für die Oberflächenmontage"von F. Möllmer und G. Waitl in der Zeitschrift Siemens Components 29 (1991), Heft 4, S. 147 im Zusammenhang mit Bild 1 beschrieben. Diese Form der LED ist äußerst kompakt und erlaubt die Anordnung einer Vielzahl von LEDs auf der Platine.

Das erfindungsgemäße LED-Modul eignet sich besonders für den Einbau in Signaleinrichtungen wie Bahnsignaleinrichtungen oder in den Boden eingelassene Leitsignaleinrichtungen oder

für andere Zwecke verwendete Beleuchtungseinrichtungen jedwe- der Art.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen der zwei Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Seiten-oder Querschnittsansicht auf eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Moduls ; Fig. 2A eine Seitenansicht einer bei einem LED-Modul nach Fig. 1 eingesetzten Linse ; und Fig. 2B eine Ansicht der Linse von der Seite der Lichtaustrittsfläche ; Fig. 3 eine Seiten-oder Querschnittsansicht auf eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Moduls.

Ein erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Moduls mit einer Platine 1 und einer Optik-Trägerplatte 2 ist in Fig. 1 in einer Seitenansicht dargestellt. Auf der Platine 1 sind eine Mehrzahl von LEDs 10 in der Anordnung einer Matrix dargestellt. Die Anordnung kann auch durch eine einzige Zeile von LEDs gebildet werden. Als Platine 1 wird vorzugsweise eine Metallkernplatine eingesetzt, um die Wärmeableitung von den LEDs zu verbessern, wodurch die Lichtausbeute der LEDs verbessert werden kann. Die LEDs werden bevorzugterweise in der Oberflächenmontagetechnik SMT (Surface-Mount Technology) auf der Platine 1 montiert. Als LED 10 kann dabei die bereits erwähnte SIEMENS SMT-TOPLED eingesetzt werden. Der schal- tungstechnische Aufbau der LEDs 10 kann so erfolgen, daß meh- rere getrennte, voneinander unabhängige Stromkreise angeord- net werden. Dadurch kann eine hohe Ausfallsicherheit des Mo- duls gewährleistet werden. Beispielsweise können die LEDs 10 in zwei unabhängigen Stromkreisen mit jeweils 15 parallelen Strängen angeordnet werden, wobei in jedem einzelnen Strang zwei LEDs 10 in Serie geschaltet sind.

In einem kleinen Abstand von der Oberseite der LEDs 10 ist die die Linsenanordnung enthaltende Optik-Trägerplatte 2 an-

geordnet. Die Platine 1 und die Optik-Trägerplatte 2 können in geeigneter Weise miteinander starr verbunden sein, damit ihre relative Lage zueinander konstant bleibt. Vorzugsweise werden die Platine 1 und die Optik-Trägerplatte 2 über eine einrastende Steckverbindung miteinander verbunden.

Die Optik-Trägerplatte 20 enthält eine Vielzahl Linsen 20, die einzeln jeweils den LEDs 10 zugeordnet sind. Es kann eine Optik-Trägerplatte 20 verwendet werden, in deren licht- austrittsseitiger Oberfläche die Linsen 20 beispielsweise als Erhebungen geformt sind, so daß die Linsen 20 integral mit der Optik-Trägerplatte 2 verbunden sind. Bevorzugt ist jedoch eine Anordnung wie in Fig. 1, bei der die Linsen 20 als ein- zelne Bauteile gefertigt sind und in die Optik-Trägerplatte 2 durch eine einrastende Steckverbindung eingesteckt werden können. Dazu ist die Optik-Trägerplatte 2 nach Art eines Setzkastens mit einer Anzahl von Vertiefungen 25 geformt, die in derselben matrixförmigen Anordnung wie die LEDs 10 vorlie- gen. Diese Vertiefungen 25 weisen beispielsweise einen kreis- runden Querschnitt auf.

Unmittelbar auf jedem LED-Bauelement 10 ist eine weitere lichtbündelnde optische Einrichtung 11, insbesondere eine Linse angeordnet ist, die somit der jeweiligen lichtbündeln- den optischen Einrichtung 20,30 der Optik-Trägerplatte 2 in Abstrahlrichtung des LED-Bauelements 10 vorgeschaltet ist.

In Fig. 2A, B ist eine einzelne Linse 20 in einer Seitenansicht (A) und einer Ansicht von der Seite der Lichtaustrittsfläche (B) dargestellt. Die Linse 20 besteht demnach aus einem vier- kantförmigen Hauptkörper 21 und einen daran auf der der Seite der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegenden Seite angeschlos- senen Sockel 22, der gegenüber dem Hauptkörper 21 im Quer- schnitt verjüngt ist. Der Sockel 22 ist zu der Vertiefung 25 der Optik-Trägerplatte 2 komplementär, so daß im eingesetzten Zustand der Linse 20 die an der Grenze des Sockels 22 zum Hauptkörper 21 überstehende Fläche des Hauptkörpers 21 auf der Optik-Trägerplatte 2 aufliegt. Ferner ist der Querschnitt des Hauptkörpers 21 derart dimensioniert, daß im eingesetzten Zustand die Hauptkörper 21 der Linsen 20 lückenlos aneinan-

derliegen. Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel hat somit den Vorteil, daß das Modul bei der Betrachtung aus einer Ent- fernung von wenigen Metern als homogen ausgeleuchtete Fläche erscheint.

Je nach dem Herstellungsaufwand kann die Komplementarität von Optik-Trägerplatte 2 und Linsen 20 auch umgekehrt ausgeführt sein, wobei dann anstelle der Vertiefungen 25 in die Optik- Trägerplatte 2 entsprechende Erhebungen geformt sind und die einzelnen Linsen 20 mit entsprechenden komplementären Vertie- fungen versehen sind.

Durch einfache bauliche Maßnahmen kann erreicht werden, daß ein Einrasten der Steckverbindung erreicht wird. Dies ist dem Fachmann bekannt und soll hier nicht weiter erörtert werden.

Der Hauptkörper 21 weist an der Lichtaustrittsoberfläche eine nach außen gewölbte Fläche 21a auf, durch die die eigentliche Linse gebildet wird. Die gewölbte Fläche 21a kann dabei-ab- hängig von dem Linsenmaterial und seinem Brechungsindex- derart geformt sein, daß die aktive Fläche der LED 10 im Brennpunkt der Linse 20 liegt.

Die Seitenwände des Hauptkörpers 21 und/oder des Sockels 22 können zur Erhöhung der Lichtausbeute als Reflektoren ausge- formt sein.

Als Material für die Optik-Trägerplatte 2 und die Linsen 20 eignet sich besonders gut Polymethylmethacrylat (PMMA) mit einem Brechungsindex von 1,5. Es können aber auch andere Kunststoffe eingesetzt werden, wobei dann gegebenenfalls auf- grund eines anderen Brechungsindex die Form der Linse, d. h. die Form der gewölbten Fläche 21a geändert werden muß. Für den Serieneinsatz mit großen Stückzahlen wird vorzugsweise ein spritzgußfähiges Material eingesetzt.

Eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Mo- duls ist in Fig. 3 in einer Seitenansicht dargestellt. Bei dieser wird wie in Fig. 1 eine Platine 1 mit einer regelmäßi- gen darauf aufgebrachten Anordnung von LEDs 10 verwendet. Die

Optik-Trägerplatte 2 weist hier jedoch als lichtbündelnde op- tische Einrichtungen eine der LED-Anordnung entsprechende re- gelmäßige Anordnung von optischen Kanälen 30 auf, die in die Optik-Trägerplatte 2 geformt sind und die reflektierende Sei- tenwände aufweisen. Die Seitenwände sind, wie dargestellt, derart schräggestellt, daß sich der Kanalquerschnitt in Lichtausbreitungsrichtung vergrößert. Anstelle gerade verlau- fender Seitenwände kann auch ein gekrümmter Verlauf vorgese- hen sein. Vorzugsweise sind dabei die Kanäle 30 als Bohrungen durch die Optik-Trägerplatte 2 geformt, die entweder durch- gängig sind oder sich zumindest über einen Teil des Quer- schnitts der Optik-Trägerplatte 2 erstrecken. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die Kanäle 30 wie bei einer bre- chungsindexgeführten Glasfaser aus einem Material mit relativ hohem Brechungsindex bestehen, während das die Kanäle 30 um- gehende Material der Optik-Trägerplatte 2 einen relativ nied- rigen Brechungsindex aufweist, so daß das auf die Grenzfläche auftreffende Licht an dieser durch Totalreflexion reflektiert wird. Die Änderung des Brechungsindex kann dabei stufenförmig oder graduell verlaufen.

Es können auch weitere Ausführungsformen gebildet werden, die aus beiden beschriebenen Ausführungsformen zusammengesetzt werden. Beispielsweise können bei dem LED-Modul des zweiten Ausführungsbeispiels (Fig. 3) noch zusätzliche Linsen vorgese- hen werden. Diese können auf einer Seite der Optik-Träger- platte 2 auf die Kanäle 30 aufgesetzt werden. Falls die Ka- näle 30 durch Bohrungen gebildet werden, können die zusätzli- chen Linsen auch wie im ersten Ausführungsbeispiel in diese Bohrungen eingesteckt werden.

Das erfindungsgemäße LED-Modul hat den Vorteil, daß es bei der Betrachtung aus einer Entfernung von wenigen Metern als homogen ausgeleuchtete Fläche erscheint.

Das erfindungsgemäße Modul ist besonders bei Bahnsignalein- richtungen vorteilhaft einsetzbar. Es kann aber auch für an- dere Signaleinrichtungen wie in den Boden eingelassene Leit- signaleinrichtungen eingesetzt werden, die der Leuchtmarkie- rung von Wegen, Straßen, Plätzen, Tunnels, Start-und Lande-

bahnen oder dergleichen dienen. Bei derartigen Anwendungen wirkt sich die flache Bauform des erfindungsgemäßen LED-Mo- duls besonders vorteilhaft aus.

Ein weiteres Anwendungsgebiet sind Ampeln oder Scheinwerfer, wie Spotscheinwerfer, oder andere derartige Beleuchtungsge- genstände, wie sie zur Effektbeleuchtung etwa in Diskotheken eingesetzt werden können.

Die Emissionswellenlänge der LED ist im Prinzip beliebig.

Wahlweise können auch mehrfarbige Signale durch Verwendung von LEDs verschiedener Farben erzeugt werden. Um eine konven- tionelle Bahnsignaleinrichtung in den optischen Eigenschaften möglichst zu imitieren, kann auch eine Weißlicht-LED einge- setzt werden. Dazu muß beispielsweise eine LED möglichst kur- zer Wellenlänge, wie GaN im blauen Spektralbereich, verwen- det, auf die dann ein geeignetes Konvertermaterial zur Erzeu- gung kürzerer Wellenlängen aufgebracht wird, so daß sich durch die Wellenlängenmischung der optische Eindruck einer Weißlichtquelle ergibt.