Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
LAMP WITH AN LED LIGHT SOURCE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/005356
Kind Code:
A1
Abstract:
A lamp with an LED light source (3) comprises several unhoused LEDs and a projection optic. The LED dice are arranged on a circuit board made from thermally conducting material, or on a board together with a control circuit and preferably thermally connected to a cooling body by means of the rear face of the circuit board or board. A housing (1) and/or reflector (2) for the lights is provided as cooling body. The projecting optic can comprise a simple or multiple reflector (2), the form of which is formed by the inner side of the housing (1). In particular the LED light source (3) is arranged at the base of the reflector (2) and the reflector (2) cast using a highly transparent polymer.

Inventors:
SZENCI BELA (AT)
GERGER MANFRED (AT)
GOETTFRIED NORBERT (AT)
PFINGSTL RAINER (AT)
ULC VACLAV (AT)
Application Number:
PCT/AT2001/000231
Publication Date:
January 17, 2002
Filing Date:
July 12, 2001
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
HELLA FAHRZEUGTEILE AUSTRIA GM (AT)
SZENCI BELA (AT)
GERGER MANFRED (AT)
GOETTFRIED NORBERT (AT)
PFINGSTL RAINER (AT)
ULC VACLAV (AT)
International Classes:
F21V29/00; F21V29/505; G01N13/00; G01N27/60; H01L25/075; H01L33/00; F21V7/22; G01N13/02; (IPC1-7): H01L33/00; F21V7/20; F21V29/00; F21W101/00; F21Y101/02; H01L25/075
Domestic Patent References:
WO2000002262A12000-01-13
Foreign References:
US4729076A1988-03-01
US5038255A1991-08-06
US5136483A1992-08-04
US5936353A1999-08-10
DE19815868A11998-10-15
US5936353A1999-08-10
US5851905A1998-12-22
US5836676A1998-11-17
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 069 (E - 305) 29 March 1985 (1985-03-29)
Attorney, Agent or Firm:
Müllner, Erwin (Wien, AT)
Download PDF:
Claims:
PATENTANSPRÜCHE :
1. Leuchte mit einer LEDLichtquelle aus mehreren unge häusten LEDs und einer Abbildungsoptik, wobei die LED Dice auf einer Leiterplatte aus thermisch leitfähigem Ma terial angeordnet sind und wobei die Leiterplatte, vor zugsweise über ihre Rückseite, mit einem Kühlkörper ther misch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper durch ein Gehäuse (1) u. nd/oder durch einen Re flektor (2) der Leuchte gebildet ist.
2. Leuchte mit einer LED Lichtquelle aus mehreren unge häusten LEDs und einer Abbildungsoptik, wobei die LED Dice und deren Ansteuerungselektronik auf einer Platine angeordnet sind und vorzugsweise mit deren Rückseite mit einem Kühlkörper thermisch verbunden ist, dadurch gekenn zeichnet, dass der Kühlkörper durch ein Gehäuse (1) und/oder durch einen Reflektor (2) der Leuchte gebildet ist.
3. Leuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik einen Einfachoder Mehrfachre flektor (2) aufweist, dessen Form durch die Innenseite des Gehäuses (1) gebildet ist.
4. Leuchte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDLichtquelle (3) an der Basis des Reflektors (2) ange ordnet ist und dass der Reflektor (2) mittels eines hoch transparenten Polymers vergossen ist.
5. Leuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (6) einen Glasübergang größer 100°C auf weist.
6. Leuchte nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Abschlussscheibe (5), gegebenenfalls mit integrierten Linsen, vorgesehen ist.
7. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die LEDLichtquelle (3) elektrisch mit ei ner Ansteuerungselektronik, die auf einer separaten Pla tine angeordnet ist, verbunden ist, wobei die Leiter platte der Ansteuerungselektronik ebenfalls mit dem Ge häuse (1) bzw. mit dem Reflektor (2) thermisch verbunden ist.
8. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass das Gehäuse (1) zur Erhöhung der effekti ven Kühlfläche Rippen oder Schlitze (1') aufweist.
9. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass der Durchmesser der Abbildungsoptik 2 bis 4 Mal dem maximalen Abstand der Dice auf der Leiterplatte entspricht.
10. Leuchte nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass sie einen Reflektor (2) aufweist, der aus mehreren, vorzugsweise drei Einoder Mehrfachreflektor systemen besteht, welche kreisförmig angeordnet sind, so dass die Leuchte über 360° horizontal und über einen de finierten Winkel vertikal Licht emittiert. (Fig. 6).
Description:
"Leuchte mit einer LED-Lichtquelle" TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchte mit einer LED-Lichtquelle aus mehreren ungehäusten LEDs und einer Ab- bildungsoptik, wobei die LED-Dice auf einer Leiterplatte aus thermisch leitfähigem Material angeordnet sind und wobei die Leiterplatte, vorzugsweise über ihre Rückseite, mit einem Kühlkörper thermisch verbunden ist.

STAND DER TECHNIK Durch die Verarbeitung von LED s in Chip-On-Board Technolo- gie (COBT) können effiziente, lichtstarke und kleinflächige Leuchteinheiten generiert werden. Aufgrund dieser Tatsache und aufgrund ihrer Robustheit und hohen Lebensdauer sind der- artige Lichtquellen für den Einsatz in Fahrzeugen aller Art und für allgemeine Anwendungen (wie z. B. im Haushaltsbereich, im Signalbereich etc.) sehr gut geeignet.

Weiters ist bei LED's, welche in COBT verarbeitet werden, zu berücksichtigen, dass diese mit einem Kühlkörper thermisch verbunden sein sollen, um die während des Betriebes entste- hende Wärme mittels Konvektion abführen zu können. Hierfür ist eine große Kühlfläche (zwischen 5 und 15 cm2 pro LED) notwendig.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der das Problem der Kühlung gut gelöst ist, ist aus der US 5 936 353 A bekannt. Nachteilig ist der Platzbedarf und das Gewicht des Kühlkörpers.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteil zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird. durch eine Leuchte der eingangs genann- ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kühlkörper durch ein Gehäuse und/oder durch einen Reflektor der Leuchte gebildet ist. Das Gehäuse bzw. der Reflektor bekommen also eine Doppelfunktion, wodurch der Platzbedarf für den Kühlkör- per entfällt ; sollte ein zusätzlicher Kühlkörper notwendig sein, dann braucht dieser zumindest weniger Platz.

Die Abbildung der LED-Lichtquellen ist aufgrund deren flä- chigen Ausdehnung wesentlich anspruchsvoller als für punkt- förmige Lichtquellen, insbesondere da häufig definierte Lichtemissionen in definierten Abstrahlwinkeln für Leuchten in Fahrzeugen gefordert werden (siehe z. B. Vorschriften für Beleuchtungseinrichtung für motorisierte Fahrzeuge : geltende ECE-Regelungen, SAE-Standards bzw. FMVSS108 etc., Vorschrif- ten für Bootslaternen nach IM072 und BSH sowie spezielle na- tionale oder internationale Vorschriften oder Kundenstan- dards).

Um die vorgegebene Lichtemission zu erreichen, ist daher vorzugsweise vorgesehen, dass die Abbildungsoptik einen Ein- fach-oder Mehrfachreflektor aufweist, dessen Form durch die Innenseite des Gehäuses gebildet ist. Die LED-Lichtquelle kann dabei an der Basis des Reflektors angeordnet und der Re- flektor mittels eines hoch-transparenten Polymers vergossen sein. Dadurch wird sowohl der Reflektor als auch die LED- Lichtquelle geschützt und der Reflektor mechanisch fixiert.

Damit die Vergussmasse der Hitze während des Betriebs standhält, sollte die Vergussmasse einen Glasübergang größer 100°C aufweisen.

Es kann weiters eine Abschlussscheibe, gegebenenfalls mit integrierten Linsen, vorgesehen sein, um die Lichtausbreitung zusätzlich zu beeinflussen.

Auch eine Kombination mit einem kuppelförmigen Glob Tops ist möglich.

Um die Lichtausbreitung nicht zu beeinträchtigen ist es zweckmäßig, wenn die LED-Lichtquelle elektrisch mit einer An- steuerungselektronik, die auf einer separaten Platine ange- ordnet ist, verbunden ist, wobei die Leiterplatte der Ansteu- erungselektronik ebenfalls mit dem Gehäuse bzw. mit dem Re- flektor thermisch verbunden ist. Die Leiterplatte der Ansteu-

erungselektronik ist also von der LED-Lichtquelle getrennt, aber dennoch erfolgt die Kühlung über dasselbe Gehäuse bzw. denselben Reflektor. Alternativ kann die Ansteuerungselektro- nik direkt auf der LED-Platine aufgebracht sein, in einer Art, dass dadurch die Lichtausbreitung nicht gestört wird.

Vorzugsweise weist das Gehäuse zur Erhöhung der effektiven Kühlfläche Rippen oder Schlitze auf. Dadurch können die Au- ßenabmessungen des Gehäuses reduziert werden.

Der Durchmesser der Abbildungsoptik sollte 2 bis 4 Mal dem maximalen Abstand der Dice auf der Leiterplatte entsprechen.

Ist er kleiner, so würde das die Abbildungsqualität beein- trächtigen. Eine größere Ausführungen würde die Leuchte unnö- tig groß und schwer machen.

Eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Reflektor auf- weist, der aus mehreren, vorzugsweise drei Ein-oder Mehr- fachreflektorsystemen besteht, welche kreisförmig angeordnet sind, sodass die Leuchte über 360° horizontal und über einen definierten Winkel vertikal Licht emittiert. Solch ein Leuchte kann als Bootslaterne verwendet werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfin- dung näher erläutert. Die Fig. 1 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Gehäusen 1, die für eine erfindungsge- mäße Leuchte verwendbar sind, und Fig. 6 zeigt eine Bootsla- terne.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG In den Fig. 1-5 haben die Reflektoren 2 verschiedene Aus- formungen. In deren Basis ist jeweils die LED-Lichtquelle 3 angeordnet (nur in Fig. 1 dargestellt), wobei der finale Aus- trittswinkel des emittierten Lichtes durch den Reflektor und/oder eine optisch angekoppelte Lichtscheibe 5 (siehe Fig. 3) (Fresnel-Linse oder Gauß'sche Linse) bestimmt wird.

Die Dice sollen dabei möglichst symmetrisch auf der Leiter- platte angeordnet sein, damit das abstrahlende Licht keine bevorzugten Richtungen hat. Die Dice können z. B. in einer oder mehreren Reihen angeordnet sein, auch eine rotationssym- metrische Anordnung ist möglich.

Die Gehäuse 1 haben zur Vergrößerung ihrer Oberfläche Schlitze 1'.

Der Raum innerhalb des Reflektors 2 und über der LED-Licht- quelle 3 kann mit einer Vergussmasse 6 (siehe Fig. 4) phasen- angepasst sein, wobei in diesem Fall der finale Ausbreitungs- winkel des emittierten Lichtes durch eine geeignete Formung der Austrittsfläche 7 (in diesem Fall zylindrisch konvex) aus dem Reflektor 2 bestimmt wird.

Bei der Leuchte gemäß Fig. 6 sind drei Reflektoren 2 vorge- sehen, die-in Draufsicht-kreisförmig aneinander gefügt sind, sodass diese Leuchte in horizontaler Richtung 360° ab- deckt. Jeweils an der Basis sind LED-Lichtquellen vorgesehen und mit den Reflektoren 2 thermisch verbunden. Oben und unten sind Metallscheiben 8,9 vorhanden, die mit den Reflektoren 2 thermisch verbunden sind. Sie dienen als Gehäuse und überneh- men auch die Wärmeabfuhr.

Eine große Anzahl der geforderten Emissionsfarben können mit derartigen Leuchten realisiert werden, aufgrund der Tat- sache, dass LEDs in vielen verschiedenen Farben hergestellt werden können. Allerdings können spezielle Emissionsfarben und insbesondre eine weiße Emission nicht mit einer LED rea- lisiert werden, weil LEDs grundsätzlich schmalbandige Emis- sionsspektren aufweisen. Möglichkeiten, um wießes Licht zu realisieren, sind z. B. in der US 5 851 905 A, in der WO 00/02262 A und in der US 5 836 676 A beschrieben.

Um diese Farben zu realisieren, können grundsätzlich zwei Methoden angewandt werden : 1) Farbkonversion : durch Anordnung eines Luminophors direkt über dem LED-Dice, der die Emission des Dice absorbiert und nachfolgend Photolumineszenzlicht in einer anderen Emissions- farbe emittiert.

2) Farbmischung : verschiedenfarbige LED-Dice werden in ei- nem speziellem Verhältnis auf einer Platine angeordnet, und die zu erzeugende Emissionsfarbe wird durch definierte Ein- stellung der Betriebsbedingungen für die jeweilige Die-Sorte eingestellt.

Beide Methoden können für die Erzeugung spezieller Emissi- onsfarben in der vorliegenden Erfindung angewandt werden.

Für technische Anwendungen weist allerdings die Variante 2 gegenüber der Variante 1 beträchtliche Vorteile auf, nicht zuletzt aufgrund der Tatsache, dass die Variante 2 ohne Lumi- nophore auskommt, die unter Bestrahlung nur begrenzte Stabi- lität aufweisen. Weiters gestattet die Variante 2, dass der Farbort durch Einstellung des Stromflusses durch beide LED- Dice gezielt eingestellt werden kann.

Eine Möglichkeit zur Erzeugung von weißem Licht nach der Variante 2 besteht darin, dass eine weiße Emissionsfarbe durch eine Kombination von blauen und orangefarbenen LED-Dice erzeugt wird oder durch ein Kombination von LEDs, die cyan und rot-orange emittierten. Weiters kann weißes Licht durch eine Kombination von roten, grünen und orangen oder roten LEDs erzeugt werden.

Um eine optimale Lichtausbeute pro LED-Die zu erzielen, wird das relative Verhältnis der Dice derart gewählt, dass die gewünschte Farbemission bei maximalem Stromfluss pro Die erzielt wird. Bestimmende Faktoren hierbei sind die Farborte der LED-Dice sowie das relative Intensitätsverhältnis der Dice bei den gewählten Betriebsparametern. Derart wird in ge- genständlicher Erfindung weißes Licht durch eine Kombination von Licht blauer LEDs mit einer dominanten Emissionswellen- länge zwischen 470 und 485 nm und orangefarbenen LEDs mit ei- ner dominanten Emissionswellenlänge zwischen 570 und 590 nm erzeugt.

Alternativ wird in gegenständlicher Erfindung weißes Licht durch eine Kombination von Licht blauer LEDs mit einer domi- nanten Emissionswellenlänge zwischen 495 und 510 nm und oran- gefarbenen LEDs mit einer dominanten Emissionswellenlänge zwischen 585 und 600 nm erzeugt. Als weitere Alternative wird weißes Licht durch die Kombination vom Licht blauer LEDs

(Wellenlänge zwischen 460 und 480 nm), grüner LEDs (500 bis 530 nm) und orangefarbener LEDs (585-595 nm) erzeugt.

Derart wird in gegenständlicher Erfindung cyanfarbenes Licht durch eine Kombination von Licht blauer LEDs mit einer dominanten Emissionswellenlänge zwischen 460 und 485 nm und grünen LEDs mit einer dominanten Emissionswellenlänge zwi- schen 520 und 540 nm erzeugt.