DE102008038857A1 - lighting device - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Beleuchtungseinrichtung angegeben, umfassend einen Träger (1) und eine Mehrzahl von Lichtmodulen (21, 22) mit jeweils einer Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen (311, 312, 313, 314, 321, 322, 323, 324) in mehreren Zeilen (411, 412, 421, 422). Jede der mehreren Zeilen (411, 412, 421, 422) umfasst zumindest zwei der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente (311, 312, 313, 314, 321, 322, 323, 324). Jedem der Mehrzahl der Lichtmodule (21, 22) ist eine Regelungsvorrichtung (51, 52) zugeordnet zur Regelung der Helligkeit des Lichtmoduls (21, 22). Jedem der Mehrzahl der Lichtmodule (21, 22) ist eine Sensoreinheit (61, 62) zugeordnet zur Ermittlung von zumindest einem Messwert, umfassend die Helligkeit der Mehrzahl der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente (311, 312, 313, 314, 321, 322, 323, 324). Weiterhin wird eine Beleuchtungseinrichtung angegeben, umfassend einen Träger (1), eine Mehrzahl von Lichtmodulen (21, 22, 23), eine Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen (311, 312, 313, 314, 321, 322, 323, 324) und eine wärmeregulierende Vorrichtung.A lighting device is provided, comprising a carrier (1) and a plurality of light modules (21, 22) each having a plurality of radiation-emitting semiconductor components (311, 312, 313, 314, 321, 322, 323, 324) in a plurality of rows ( 411, 412, 421, 422). Each of the plurality of rows (411, 412, 421, 422) comprises at least two of the radiation-emitting semiconductor components (311, 312, 313, 314, 321, 322, 323, 324). Each of the plurality of light modules (21, 22) is associated with a control device (51, 52) for controlling the brightness of the light module (21, 22). Each of the plurality of light modules (21, 22) is assigned a sensor unit (61, 62) for determining at least one measured value, comprising the brightness of the plurality of radiation-emitting semiconductor components (311, 312, 313, 314, 321, 322, 323, 324 ). Furthermore, a lighting device is provided, comprising a support (1), a plurality of light modules (21, 22, 23), a plurality of radiation-emitting semiconductor components (311, 312, 313, 314, 321, 322, 323, 324) and a heat-regulating Contraption.
Description
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung.The The invention relates to a lighting device.
Aus
der Druckschrift
Eine Aufgabe von zumindest einer Ausführungsform ist es, eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Helligkeitsregelung anzugeben. Eine Aufgabe von zumindest einer weiteren Ausführungsform ist es, eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Wärmeregulation anzugeben.A Task of at least one embodiment is a Indicate lighting device with a brightness control. An object of at least one further embodiment is it, a lighting device with a thermoregulation specify.
Diese Aufgaben werden durch Beleuchtungseinrichtungen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Beleuchtungseinrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Der Offenbarungsgehalt der Patentansprüche wird hiermit explizit durch Rückbezug in die Beschreibung aufgenommen.These Tasks are performed by lighting equipment according to the independent claims solved. Advantageous embodiments and further developments of Lighting device are in the dependent claims and continue to be understood from the description below out. The disclosure of the claims is hereby explicitly incorporated by reference into the description.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst eine Beleuchtungseinrichtung
- – einen Träger und
- – eine Mehrzahl von Lichtmodulen auf dem Träger, wobei
- – auf jedem der Lichtmodule jeweils eine Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen in mehreren Zeilen angeordnet ist, wobei
- – jede der mehreren Zeilen zumindest zwei der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente umfasst,
- – jedem der Mehrzahl der Lichtmodule eine Regelungsvorrichtung zugeordnet ist zur Regelung der Helligkeit des jeweiligen Lichtmoduls und
- – jedem der Mehrzahl der Lichtmodule eine Sensoreinheit zugeordnet ist zur Ermittlung von zumindest einem Messwert, umfassend die Helligkeit der Mehrzahl der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente des jeweiligen Lichtmoduls.
- - a carrier and
- - A plurality of light modules on the carrier, wherein
- - In each case, a plurality of radiation-emitting semiconductor components is arranged in several rows on each of the light modules, wherein
- Each of the plurality of rows comprises at least two of the radiation-emitting semiconductor components,
- - Each of the plurality of light modules is associated with a control device for controlling the brightness of the respective light module and
- - Each of the plurality of light modules is associated with a sensor unit for determining at least one measured value, comprising the brightness of the plurality of radiation-emitting semiconductor components of the respective light module.
”Lichtmodul” kann hier und im Folgenden eine Anordnung der Mehrzahl der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente in Gruppen, Teilbereichen, Feldern oder so genannten „local dimming areas” bedeuten."Light module" can Here and below, an arrangement of the plurality of radiation-emitting Semiconductor devices in groups, subfields, fields or so mean "local dimming areas".
„Mehrzahl” oder „mehrere” kann hier und im Folgenden eine Anzahl, etwa von Lichtmodulen oder strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen, bezeichnen, die größer oder gleich zwei ist."Plural" or "multiple" can here and below a number, such as light modules or radiation-emitting Semiconductor devices, denote larger or equal to two.
Dass eine erste Vorrichtung, wie beispielsweise eine Mehrzahl von Lichtmodulen „auf” einer zweiten Vorrichtung wie beispielsweise einem Träger angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die erste Vorrichtung unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf der zweiten Vorrichtung angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die erste Vorrichtung mittelbar „auf” der zweiten Vorrichtung angeordnet ist. Dabei können dann weitere Vorrichtungen zwischen der ersten und der zweiten Vorrichtung angeordnet sein.That a first device, such as a plurality of light modules "on" a second Device such as a carrier arranged or applied, can mean here and below, that the first device directly in direct mechanical and / or electrical contact disposed on the second device is. Furthermore, it may also mean that the first device indirectly arranged "on" the second device is. It can then other devices between the be arranged first and the second device.
Dass ein Lichtmodul auf dem Träger angeordnet ist kann weiterhin bedeuten, dass der Träger geeignet und dafür vorgesehen ist, das Lichtmodul zu tragen. Dazu kann das Lichtmodul flächig auf dem Träger angeordnet sein. Weiterhin können das Lichtmodul und der Träger auch ineinander greifen. Ferner kann der Träger das Lichtmodul auch teilweise umschließen, etwa in Randbereichen des Lichtmoduls.That a light module is arranged on the carrier can continue mean that the carrier is suitable and intended is to carry the light module. For this purpose, the light module can be flat be arranged on the carrier. Furthermore you can the light module and the carrier also interlock. Furthermore, the carrier may also partially enclose the light module, approximately in edge regions of the light module.
Eine Zeile mit einer Mehrzahl von Elementen kann hier und im Folgenden eine Anordnung der Elemente entlang einer Zeilenerstreckungsrichtung bedeuten, also etwa eine lineare Anordnung der Elemente oder eine Anordnung der Elemente entlang einer gekrümmten Linie. Eine Mehrzahl von Zeilen kann dabei derart angeordnet sein, dass die Zeilenerstreckungsrichtungen parallel zueinander sind und dass Elemente von verschiedenen Zeilen in Spalten angeordnet sind. Eine Anordnung einer Mehrzahl von Zeilen mit jeweils einer Mehrzahl von Elementen kann dabei besonders bevorzugt eine matrixartige Anordnung der Elemente bedeuten. Dabei müssen die Zeilen und Spalten nicht zwingend senkrecht zueinander sein. Beispielsweise kann die matrixartige Anordnung eine rechteckige, quadratische oder hexagonale Anordnung von Elementen aufweisen.A Line with a plurality of elements can be found here and below an arrangement of the elements along a line extension direction mean, so about a linear arrangement of the elements or a Arrangement of elements along a curved line. A plurality of lines can be arranged such that the row extension directions are parallel to each other and that Elements of different rows are arranged in columns. A Arrangement of a plurality of rows, each having a plurality of Elements can particularly preferably be a matrix-like arrangement mean the elements. It must have the rows and columns not necessarily perpendicular to each other. For example, the matrix-like arrangement a rectangular, square or hexagonal Have arrangement of elements.
In der hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung werden die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente mehrzeilig in jedem der Mehrzahl der Lichtmodule angeordnet. Dabei werden jedem der Lichtmodule eine Regelungsvorrichtung und eine Sensoreinheit zugeordnet, was vorteilhaft bedeuten kann, dass jedes der mehrzeiligen Lichtmodule einzeln durch die jeweilige Regelungsvorrichtung geregelt werden kann. Eine derartige Regelungsvorrichtung kann die Helligkeit eines jeden Lichtmoduls individuell regeln, indem die Regelungsvorrichtung auf den zumindest einen Messwert reagiert, der durch die Sensoreinheit ermittelt wurde.In The lighting device described here becomes the radiation-emitting Semiconductor devices in multiple lines in each of the plurality of light modules arranged. In this case, each of the light modules become a control device and associated with a sensor unit, which may advantageously mean that each of the multi-line light modules individually by the respective Control device can be controlled. Such a control device can regulate the brightness of each light module individually, by the control device to the at least one measured value reacted, which was determined by the sensor unit.
Der Messwert, wie beispielsweise ein Messwert für die Helligkeit, wird durch die jeweilige Sensoreinheit ermittelt, die jedem der Mehrzahl der Lichtmodule zugeordnet ist. Die Helligkeit eines Lichtmoduls entspricht dabei einem Maß für die von den Halbleiterbauelementen des Lichtmoduls abgestrahlten Lichtleistung und/oder Lichtintensität. Demnach kann durch die Sensoreinheit eines jeden Lichtmoduls ein so genannter Ist-Wert für die Helligkeit eines jeden Lichtmoduls ermittelt werden, der durch die Regelungsvorrichtung mit einem gegebenen Soll-Wert verglichen wird. Durch die Regelungsvorrichtung kann demnach für jedes der Lichtmodule ein bestimmter Helligkeitswert eingestellt werden, der sich am Soll-Wert orientiert. Ebenfalls kann die Regelungsvorrichtung dazu geeignet sein, eine Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert der Helligkeit der einzelnen Lichtmodule zu korrigieren und die jeweilige Helligkeit von einer Mehrzahl der Lichtmodule zu synchronisieren.The measured value, such as a measured value for the brightness, is determined by the respective sensor unit which is assigned to each of the plurality of light modules. The brightness of a light module corresponds to a measure of the light output and / or light intensity emitted by the semiconductor components of the light module. Therefore can be determined by the sensor unit of each light module, a so-called actual value for the brightness of each light module, which is compared by the control device with a given target value. Accordingly, a specific brightness value, which is based on the desired value, can be set for each of the light modules by the control device. Also, the control device may be adapted to correct a difference between the actual value and the target value of the brightness of the individual light modules and to synchronize the respective brightness of a plurality of the light modules.
Dabei kann „Strahlung”, „elektromagnetische Strahlung” oder „Licht” hier und im Folgenden eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer Wellenlänge beziehungsweise einer spektralen Komponente in einem infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich bedeuten. Insbesondere kann dabei infrarote, sichtbare und/oder ultraviolette elektromagnetische Strahlung bezeichnet sein.there can be "radiation", "electromagnetic radiation" or "light" here and hereinafter an electromagnetic radiation with at least a wavelength or a spectral component in an infrared to ultraviolet wavelength range mean. In particular, infrared, visible and / or be called ultraviolet electromagnetic radiation.
Dabei kann ein „Soll-Wert” hier und im Folgenden eine Führungs- oder Zielgröße oder einen zu erzielenden Messwert, beispielsweise für die Helligkeit bezeichnen, der in einem Regelkreis erreicht und durch einen Regler, wie beispielsweise eine Regelungsvorrichtung eingehalten werden soll. „Ist-Wert” kann hier und im Folgenden eine Regelgröße wie beispielsweise einen aktuell für die Helligkeit eines einzelnen Lichtmoduls ermittelten Messwerts bedeuten. Weicht der Ist-Wert vom Soll-Wert ab, so wird versucht, diese so genannte Regeldifferenz mittels des Reglers zu beseitigen.there can be a "target value" here and below one Leadership or target size or one to be achieved Measured value, for example for the brightness, achieved in a control loop and by a regulator, such as a control device is to be maintained. "Actual value" can here and below a controlled variable such as one currently for the brightness of a single light module mean measured value. If the actual value deviates from the setpoint value from, it is tried, this so-called control difference by means of the controller to eliminate.
Damit der Helligkeitseindruck von der Sensoreinheit möglichst gleichmäßig von jedem einzelnen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement eines einzelnen Lichtmoduls wahrgenommen wird und der daraus ermittelte durchschnittliche Messwert für die Helligkeit eines Lichtmoduls eine möglichst geringe Standardabweichung aufweist, kann die Sensoreinheit weiterhin zwischen zwei Zeilen der Mehrzahl der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente angeordnet sein. Bevorzugt können die mehrzeilig angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente eines Lichtmoduls gleichmäßig beabstandet zur Sensoreinheit auf jedem Lichtmodul angeordnet sein.In order to the impression of brightness from the sensor unit as possible evenly from each individual radiation-emitting Semiconductor device of a single light module is perceived and the resulting average reading for the Brightness of a light module the lowest possible standard deviation has, the sensor unit can continue between two lines the plurality of radiation-emitting semiconductor devices arranged be. The multi-line radiation-emitting semiconductor components may be preferred a light module evenly spaced to Sensor unit to be arranged on each light module.
Weiterhin können die Lichtmodule eine polygonale Form aufweisen oder kreisförmig ausgeführt sein, damit die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente auf dem Lichtmodul einen möglichst gleichen Abstand zur Sensoreinheit aufweisen. Dabei kann die Sensoreinheit bevorzugt mittig zwischen den einzelnen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen angeordnet sein, damit die strahlungsemittierenden Bauelemente einen gleichmäßigen Abstand zur Sensoreinheit aufweisen können.Farther For example, the light modules may have a polygonal shape or be circular, so that the radiation-emitting Semiconductor devices on the light module as equal as possible Have distance to the sensor unit. In this case, the sensor unit preferably centrally between the individual radiation-emitting Semiconductor devices may be arranged so that the radiation-emitting Components a uniform distance to the sensor unit can have.
Die polygonale Form der Lichtmodule, bevorzugt eine rechteckige, eine quadratische oder eine hexagonale Form, kann dabei vorteilhaft sein, da diese eine effizientere Anordnung der Lichtmodule auf dem Träger und damit eine kostengünstigere Produktionsweise ermöglichen kann. Weiterhin kann eine polygonale Form und insbesondere eine rechteckige, eine quadratische oder eine hexagonale Form der Lichtmodule zu bevorzugen sein, da diese eine Anordnung der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente in einer Matrixform auf dem Lichtmodul ermöglichen kann. In einer Matrixform können die mehrzeilig angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente auf dem Lichtmodule zudem zeilen- und spaltenweise ansteuerbar sein beziehungsweise angesteuert werden (so genanntes 2D-Dimming). Eine solche Zusammenfassung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen zu Lichtmodulen kann beispielsweise in einer Hinterleuchtung Anwendung finden.The polygonal shape of the light modules, preferably a rectangular, a square or hexagonal shape, may be advantageous because this a more efficient arrangement of the light modules on the support and thus enable a more cost-effective mode of production can. Furthermore, a polygonal shape and in particular a rectangular, square or hexagonal shape of the light modules to be preferred, since this is an arrangement of the radiation-emitting Enable semiconductor devices in a matrix form on the light module can. In a matrix form, the multiline arranged radiation-emitting semiconductor components on the light module also be controlled by lines and columns or be controlled (so-called 2D dimming). Such a summary from radiation-emitting semiconductor components to light modules can be used for example in a backlight application.
Weiterhin kann jede Regelungsvorrichtung jedes Lichtmoduls geeignet sein, jedem der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente des jeweiligen Lichtmoduls einen Betriebsstrom aufzuprägen und diesen in Abhängigkeit von dem durch die Sensoreinheit des jeweiligen Lichtmoduls ermittelten zumindest einen Messwert zu regeln. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei jede Regelungsvorrichtung als Treiber ausgeführt.Farther can any control device of each light module be suitable, each of the radiation-emitting semiconductor components of the respective Light module impose an operating current and this depending on the sensor unit of the respective Light module determined to regulate at least one measured value. In a preferred embodiment is each control device as a driver.
Die Sensoreinheit und die Regelungsvorrichtung können weiterhin Bestandteile eines Regelkreises sein. Dabei kann ein Regelkreis ein rückgekoppeltes System darstellen, das einen Regler, wie beispielsweise die Regelungsvorrichtung, aufweist, der in Rückkopplung mit der Sensoreinheit den Betriebsstrom durch jedes der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente regelt.The Sensor unit and the control device can continue Be part of a control loop. It can be a loop represent a feedback system that has a regulator, such as the control device, which is in feedback with the sensor unit, the operating current through each of the radiation-emitting Semiconductor devices controls.
Weiterhin kann die Beleuchtungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform eine wärmeregulierende Vorrichtung zur Wärmeregulation der Mehrzahl der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente des jeweiligen Lichtmoduls umfassen. Dabei kann eine derartige wärmeregulierende Vorrichtung Merkmale und/oder Merkmalskombinationen aufweisen, die im Folgenden beschrieben werden.Farther can the lighting device according to one embodiment a thermoregulating device for thermoregulation the majority of the radiation-emitting semiconductor components of include respective light module. In this case, such a heat-regulating Device features and / or feature combinations, the will be described below.
Weiterhin können der Träger, die Lichtmodule und die Halbleiterbauelemente Merkmale und/oder Merkmalskombinationen aufweisen, die Folgenden beschrieben werden.Farther can the carrier, the light modules and the semiconductor devices Have features and / or feature combinations described below become.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Beleuchtungseinrichtung
- – einen Träger,
- – eine Mehrzahl von Lichtmodulen auf dem Träger, wobei auf jedem der Mehrzahl der Lichtmodule jeweils eine Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen angeordnet ist, und
- – eine wärmeregulierende Vorrichtung zur Wärmeregulation der Mehrzahl der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente des jeweiligen Lichtmoduls.
- A carrier,
- - A plurality of light modules on the Trä ger, wherein in each case a plurality of radiation-emitting semiconductor components is arranged on each of the plurality of light modules, and
- A heat-regulating device for heat regulation of the plurality of radiation-emitting semiconductor components of the respective light module.
Bei herkömmlichen Beleuchtungseinrichtungen können die Lichtmodule so auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sein, dass sich die einzelnen Lichtmodule untereinander thermisch beeinflussen können. Eine thermische Beeinflussung kann beispielsweise durch eine Wärmeleitung zwischen den Lichtmodulen durch Teilbereiche des Trägers möglich sein. Im Gegensatz dazu kann bei der hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtung die Anordnung der wärmeregulierenden Vorrichtung eine thermische Entkopplung der Lichtmodule voneinander ermöglichen, sodass diese für sich selbst als isotherm behandelt werden können.at conventional lighting devices can the light modules are arranged on a common carrier be that the individual light modules with each other thermally can influence. A thermal influence can for example, by a heat conduction between the light modules be possible through subregions of the carrier. in the In contrast, in the case of the illumination device described here the arrangement of the heat regulating device thermal decoupling allow the light modules from each other so that they are for yourself can be treated as isothermal.
Die thermische Entkopplung kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, dass eine Wärmeleitung zwischen zwei Lichtmodulen im Vergleich zu bekannten Beleuchtungseinrichtungen verringert oder verhindert wird. Dadurch kann beispielsweise ein Wärmeleitpfad zwischen zwei Lichtmodulen erreicht werden, der eine im Vergleich zu bekannten Beleuchtungseinrichtungen geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Alternativ oder zusätzlich zur thermischen Entkopplung über eine Verringerung oder Verhinderung einer Wärmeleitung zwischen zwei Lichtmodulen kann die wärmeregulierende Vorrichtung auch die Ableitung der an den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen entstehenden Wärme von den Lichtmodulen weg ermöglichen.The Thermal decoupling can be made possible, for example be that a heat conduction between two light modules reduced or compared to known lighting devices is prevented. As a result, for example, a heat conduction path can be achieved between two light modules, the one in comparison to known lighting devices lower thermal conductivity having. Alternatively or in addition to thermal decoupling via a reduction or prevention of heat conduction between two light modules, the heat-regulating device can also the derivative of the radiation-emitting semiconductor devices allow arising heat from the light modules away.
Dabei können die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente Wärmequellen darstellen, die im Betrieb unterschiedliche Helligkeiten aufweisen können. Die unterschiedlichen Helligkeiten können zu unterschiedlichen thermischen Zuständen der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente führen. Demnach ist es prinzipiell vor allem bei bekannten Beleuchtungseinrichtungen möglich, dass sich unterschiedlich helle und benachbart angeordnete strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente thermisch beeinflussen können. Insbesondere im Fall von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen, wie beispielsweise Leuchtdioden, die Licht mit einem roten Farbspektrum emittieren, kann eine thermischer Beeinflussung untereinander nachteilig sein, da die thermische Beeinflussung zu Farbverfälschungen und Helligkeitsunterschieden der roten Leuchtdioden führen kann.there can the radiation-emitting semiconductor devices Heat sources that vary in operation May have brightnesses. The different brightnesses can lead to different thermal states lead the radiation-emitting semiconductor devices. Accordingly, it is principally above all in known lighting devices possible that is different bright and adjacent arranged radiation-emitting semiconductor devices thermally can influence. Especially in the case of radiation-emitting Semiconductor devices, such as light emitting diodes, the light With a red color spectrum emit, can a thermal influence be detrimental to each other, since the thermal influence too Color distortions and brightness differences of the red ones Can lead light emitting diodes.
Eine Ableitung der entstehenden Wärme von der Wärmequelle mithilfe einer derartigen wärmeregulierenden Vorrichtung kann dabei ermöglichen, dass eine thermische Beeinflussung benachbart auf verschiedenen Lichtmodulen angeordneter strahlungsemittierender Halbleiterbauelemente weitgehend unterbleibt.A Derivation of the heat generated by the heat source by means of such a heat-regulating device can thereby allow a thermal influence adjacent to different light modules arranged radiation-emitting Semiconductor components largely omitted.
Eine weitere Ausführungsform einer wärmeregulierenden Vorrichtung kann einen thermischen Isolator umfassen, der zumindest zwei der Mehrzahl der Lichtmodule thermisch voneinander isoliert. Ein derartiger thermischer Isolator kann damit die zumindest zwei Lichtmodule thermisch voneinander entkoppeln, sodass sich diese Lichtmodule, die beispielsweise Teilbereiche einer Hinterleuchtungsrückwand darstellen können, thermisch nicht beeinflussen können. „Thermisch isolieren” und „thermisch entkoppeln” kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass der Wärmefluss beziehungsweise Wärmeeintrag von einem ersten Lichtmodul auf ein weiteres, beispielsweise benachbartes, zweites Lichtmodul im Vergleich zu bekannten Beleuchtungseinrichtungen soweit verringert oder ganz verhindert wird, dass der Betriebszustand, also beispielsweise die Helligkeit, des zweiten Lichtmoduls zumindest im Wesentlichen oder gar nicht durch das erste Lichtmodul beeinflusst wird.A another embodiment of a heat-regulating Device may comprise a thermal insulator, at least two of the plurality of light modules thermally isolated from each other. Such a thermal insulator can thus the at least two Decouple light modules thermally from each other, so that this Light modules, for example, portions of a backlight back wall can not thermally affect. "Thermally isolate "and" thermally decouple "can Here and below mean that the heat flow or heat input from a first light module to another, for example, adjacent, second light module reduced as compared to known lighting devices so far or completely prevents the operating condition, so for example the Brightness, the second light module at least substantially or not at all affected by the first light module.
Das kann bedeuten, dass beispielsweise ein Unterschied in der Helligkeit oder ein Unterschied im jeweils den Halbleiterbauelementen aufgeprägten Betriebsstrom, der zwischen den zumindest zwei der Mehrzahl der Lichtmodulen bestehen kann, zu jeweils unterschiedlichen thermischen Zuständen der einzelnen Lichtmodule führen kann. Durch die thermische Isolation der einzelnen Lichtmodule voneinander kann eine gegenseitige thermische Beeinflussung der Lichtmodule verhindert oder zumindest verringert werden.The may mean, for example, a difference in brightness or a difference in the respective operating current impressed on the semiconductor components, which exist between the at least two of the plurality of light modules can, for different thermal states the individual light modules can lead. By the thermal Isolation of the individual light modules from each other can be a mutual Prevents thermal influence on the light modules or at least be reduced.
Eine bevorzugte Ausführungsform des thermischen Isolators sieht vor, dass der thermische Isolator aus einem thermisch nicht-leitfähigen Material ausgebildet sein kann, beispielsweise aus einem Kunststoff wie einem Thermoplast oder einem Duroplast oder aus einer Kombination dieser. Weiterhin kann es bei der Ausführung des thermischen Isolators von Vorteil sein, wenn ein solcher Kunststoff zusätzlich reflektierende Eigenschaften aufweist, um Absorptionsverluste zu verhindern oder zumindest zu verringern. Als ein solcher reflektierender Kunststoff kann beispielsweise das unter dem Markennamen POCAN der Firma Bayer erhältliche Material aus der Materialgruppe der Polybutylenterephthalate (PBT) verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ sind auch Kombinationen weiterer Polyestermaterialien, Kombinationen thermoplastischer Kunststoffe oder Kombinationen von thermisch nicht-leitfähigen Kunststoffen denkbar, die über reflektierende Eigenschaften verfügen.A see preferred embodiment of the thermal insulator ago that the thermal insulator of a thermally non-conductive Material may be formed, for example, a plastic such as a thermoplastic or a thermoset or a combination this. Furthermore, it may in the execution of the thermal Insulator may be beneficial if such a plastic in addition has reflective properties to absorb absorption losses prevent or at least reduce it. As such a reflective Plastic, for example, under the brand name POCAN of Company Bayer available material from the material group the polybutylene terephthalate (PBT) can be used. additionally or alternatively, combinations of other polyester materials, combinations thermoplastic plastics or combinations of thermally non-conductive plastics conceivable, which have reflective properties.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der thermische Isolator zwischen zumindest zwei Lichtmodulen angeordnet sein. Weiterhin kann zwischen jeweils zwei benachbart auf dem Träger angeordneten Lichtmodulen ein thermischer Isolator angeordnet sein.In a preferred embodiment may the thermal insulator may be arranged between at least two light modules. Furthermore, a thermal insulator can be arranged between in each case two light modules arranged adjacently on the support.
Ferner kann ein thermischer Isolator beispielsweise als Steg ausgeführt sein, der auf dem Träger angeordnet ist oder im Träger ausgeformt ist. Der Steg kann eine thermische Entkopplung von zwei benachbart angeordneten Lichtmodulen mit jeweils unterschiedlichen Helligkeitszuständen, die zu unterschiedlichen thermischen Zuständen der einzelnen Lichtmodule führen, durch eine Verringerung der Wärmeleitung zwischen den Lichtmodulen ermöglichen.Further For example, a thermal insulator can be designed as a web be located on the support or in the carrier is formed. The web can be a thermal decoupling of two adjacent arranged light modules, each with different brightness states, the different thermal states of the individual light modules lead, by reducing the heat conduction between the light modules.
Alternativ oder zusätzlich kann auch der Träger selbst als wärmeregulierende Vorrichtung und insbesondere als thermischer Isolator ausgeführt sein, indem der Träger aus einem thermisch nicht-leitfähigen Material, das beispielsweise aus einem der bereits beschriebenen Kunststoffe oder aus einem weiteren, thermisch nicht-leitfähigen Material wie beispielsweise Polyvinylchlorid ausgewählt sein kann, ausgeformt ist. In einer solchen Ausführung ist weiterhin denkbar, dass der Träger als thermischer Isolator zwischen den zumindest zwei Lichtmodulen angeordnet ist und die zwei Lichtmodule beispielsweise jeweils als Leiterplatten ausgeführt sind.alternative or additionally, the carrier itself may also be considered thermoregulating device and in particular as a thermal Insulator be executed by the carrier off a thermally non-conductive material, for example from one of the plastics already described or from another, thermally non-conductive material such as Polyvinyl chloride can be selected, is formed. In such an embodiment is also conceivable that the carrier as a thermal insulator between the at least two light modules is arranged and the two light modules, for example are each designed as printed circuit boards.
Weiterhin kann es bei einer solchen Ausführung des thermischen Isolators als Steg zwischen den zumindest zwei Lichtmodulen von Vorteil sein, wenn der thermische Isolator derart ausgeformt ist, dass keine Beschattung der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente und somit keine dadurch hervorgerufene Reduktion der Lichtemission aufgrund des thermischen Isolator auftritt.Farther it may be in such an embodiment of the thermal insulator be advantageous as a bridge between the at least two light modules, if the thermal insulator is formed such that no shading the radiation-emitting semiconductor devices and thus no thereby reducing the light emission due to the thermal insulator occurs.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der thermische Isolator eine Ausdünnung, einen Einschnitt, eine Einbuchtung, eine Einkerbung oder eine Verjüngung des Trägers zwischen zwei Lichtmodulen aufweisen. In einer bevorzugten Ausführung kann dies bedeuten, dass der Querschnitt des Trägers durch die Ausdünnung, den Einschnitt, die Einbuchtung, die Einkerbung oder durch die Verjüngung reduziert ist und dadurch die zumindest zwei Lichtmodule im oben beschriebenen Sinn thermisch voneinander isoliert werden. Eine derartige Ausführung des thermischen Isolators kann ermöglichen, dass der thermische Pfad zwischen zwei Lichtmodulen durch den reduzierten Trägerquerschnitt verjüngt wird und eine Wärmeübertragung zwischen den zwei Lichtmodulen somit erschwert, das heißt verhindert oder zumindest verringert, wird. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des reduzierten Trägerquerschnitts zwischen den zweien der Mehrzahl der Lichtmodule kann in Form einer Luftbrücke oder in einem Luftspalt ausgebildet sein.According to one Another embodiment, the thermal insulator a Thinning, an incision, a dent, a notch or a taper of the carrier between two light modules exhibit. In a preferred embodiment, this may mean that the cross-section of the carrier by the thinning, the incision, the indentation, the notch or the rejuvenation is reduced and thereby the at least two light modules in the top sense thermally isolated from each other. Such Execution of the thermal insulator may allow that the thermal path between two light modules through the reduced Beam cross-section is tapered and a heat transfer between the two light modules thus difficult, that is prevented or at least reduced. A particularly preferred Embodiment of the reduced carrier cross section between the two of the plurality of light modules may take the form of a Air bridge or be formed in an air gap.
Dabei kann der Träger bevorzugt als Leiterplatte ausgeführt sein, die auf einer der Mehrzahl der Lichtmodulen zugewandten Seite elektrische Kontakte zur elektrischen Kontaktierung der auf den Lichtmodulen angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen aufweisen kann. Weiterhin kann der als Leiterplatte ausgeführte Träger beispielsweise einen elektrisch isolierenden Grundkörper wie ein Glasfasergewebe mit einer Epoxidharzbeschichtung umfassen, wobei die auf einer der Mehrzahl der Lichtmodulen zugewandten Seite angeordneten elektrischen Kontakte als Leiterbahnen ausgeführt sein können. Demnach können die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente eines jeden Lichtmoduls über die Leiterbahnen auf der Leiterplatte elektrisch kontaktiert werden. Alternativ kann der Träger auch als Metallkernplatine ausgeführt sein.there the carrier may preferably be designed as a printed circuit board be, on one of the plurality of light modules facing side electrical contacts for making electrical contact with the Light modules arranged radiation-emitting semiconductor devices can have. Furthermore, the executed as a printed circuit board Carrier, for example, an electrically insulating body like a glass fiber fabric with an epoxy coating, wherein the on one of the plurality of light modules facing side arranged electrical contacts designed as printed conductors could be. Accordingly, the radiation-emitting Semiconductor devices of each light module on the Conductors are contacted electrically on the circuit board. Alternatively, the carrier can also be designed as a metal core board be.
Weiterhin kann der Träger unelastisch oder als flexible Leiterplatte ausgeführt sein. Dabei kann die Leiterplatte einen flexiblen Grundkörper umfassen, der aus einem flexiblen, elektrisch isolierenden Material wie Polyimid, Polyethylennaphthalat oder aus Polyethylen bestehen oder zumindest eines dieser Materialien enthalten kann. Auf dem Grundkörper können elektrischen Leiterbahnen strukturiert sein. Die flexible Leiterplatte kann beispielsweise als flexible bedruckte Leiterplatte (Printed Flex Board) ausgeführt sein. Bevorzugt ist die Leiterplatte derart flexibel ausgeführt, dass sie aufrollbar sein kann. Das kann bedeuten, dass die Leiterplatte in einem „Rolle-zu-Rolle”-Prozess mit den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen bestückt werden kann. Die bestückte Leiterplatte ist dann vorzugsweise auch wieder aufrollbar. Alternativ zum Träger können, wie bereits beschrieben, auch die Mehrzahl der Lichtmodule als Leiterplatten ausgeführt sein und jeweils alle die für Leiterplatten beschriebenen Merkmale und Kombinationen aufweisen.Farther The carrier may be inelastic or as a flexible circuit board be executed. The printed circuit board can be flexible Basic body include, made of a flexible, electric insulating material such as polyimide, polyethylene naphthalate or off Polyethylene or contain at least one of these materials can. On the body can be electrical Be structured tracks. The flexible circuit board can, for example designed as a flexible printed circuit board (Printed Flex Board) be. Preferably, the printed circuit board is designed so flexible, that it can be rolled up. That may mean that the circuit board in a "roll-to-roll" process with the radiation-emitting Semiconductor devices can be populated. The stocked Printed circuit board is then preferably also rolled up again. alternative to the carrier, as already described, also the majority of light modules designed as printed circuit boards and in each case all those described for printed circuit boards Features and combinations.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die thermische Isolation von zumindest zwei Lichtmodulen dadurch gebildet sein, dass die zumindest zwei Lichtmodule auf dem Träger mit einem Abstand von größer oder gleich 5 mm bis kleiner oder gleich 50 mm, bevorzugt mit einem Abstand von größer oder gleich 20 mm bis kleiner oder gleich 30 mm, benachbart zueinander angeordnet sind. Dabei sollte der Abstand zwischen den zweien der Mehrzahl der Lichtmodule geeignet sein, die zwei Lichtmodule thermisch voneinander zu trennen.According to one Another embodiment, the thermal insulation be formed by at least two light modules, that the at least two light modules on the support with a distance from greater than or equal to 5 mm to less than or equal to 50 mm, preferably with a distance of greater or equal to 20 mm to less than or equal to 30 mm, adjacent to each other are arranged. The distance between the two of the Majority of the light modules be suitable, the two light modules thermally separate from each other.
Neben der thermischen Isolation durch die Verringerung oder Verhinderung der Wärmeleitung zwischen zwei Lichtmodulen kann die wärmeregulierende Vorrichtung die entstehende Wärme alternativ oder zusätzlich auch abführen. Dazu kann die wärmeregulierende Vorrichtung eine Wärmesenke umfassen, die auf einer von der Mehrzahl der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente abgewandten Oberfläche der Lichtmodule oder des Trägers angeordnet ist.In addition to the thermal insulation by reducing or preventing the heat conduction between two light modules, the heat-regulating device can dissipate the resulting heat alternatively or additionally. This could be the meregulierende device comprise a heat sink, which is arranged on a side facing away from the plurality of radiation-emitting semiconductor devices surface of the light modules or the carrier.
Eine „Wärmesenke” kann hier und im Folgenden ein thermodynamisches Umfeld mit einer hohen Wärmekapazität bezeichnen und weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, dass es in der Lage ist, bei einer hohen Wärmeaufnahme einen quasistationären Temperaturzustand zu halten. Die Wirksamkeit einer Wärmesenke kann des Weiteren durch eine hohe (Durch-)Leitfähigkeit des Materials der Wärmesenke charakterisiert werden.A "heat sink" can here and below a thermodynamic environment with a high Denote heat capacity and continue to do so be characterized in that it is able to with a high heat absorption to maintain a quasi-stationary temperature state. The Efficiency of a heat sink can further by a high (Through) conductivity of the material of the heat sink be characterized.
So kann beispielsweise eine Metallschicht, wie beispielsweise eine Bodenplatte aus Aluminium oder einem anderen Metall wie Kupfer oder Silber, oder eine Metallfolie als Wärmesenke verwendet werden, die auf der von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen abgewandten Oberfläche der Lichtmodule oder des Trägers angeordnet ist. Eine derartige Metallfolie oder Metallschicht kann die Wärme der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente aufnehmen und ableiten, um dabei den Träger und die auf ihm angeordneten Lichtmodule auf einer quasi-stationären Temperatur zu halten. Dabei kann die Metallfolie beispielsweise geklebt, gedruckt, gestanzt oder lackiert auf die von der Mehrzahl der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen abgewandten Oberfläche der Lichtmodule oder des Trägers aufgebracht werden. Zusätzlich kann die auf einer von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen abgewandten Oberfläche der Lichtmodule oder des Trägers angeordnete Wärmesenke gemäß einer weiteren Ausführungsform ganzflächig angeordnet sein. Dies kann eine möglichst großflächige Ableitung der entstandenen Wärme ermöglichen.So For example, a metal layer, such as a Base plate made of aluminum or another metal such as copper or Silver, or a metal foil used as a heat sink, that on the of the radiation-emitting semiconductor devices remote surface of the light modules or the carrier is arranged. Such a metal foil or metal layer can the heat of the radiation-emitting semiconductor components record and deduce, while doing the carrier and on him arranged light modules on a quasi-stationary Keep temperature. In this case, the metal foil, for example glued, printed, stamped or painted on by the majority the radiation-emitting semiconductor devices facing away from the surface the light modules or the carrier are applied. additionally may be on one of the radiation-emitting semiconductor devices remote surface of the light modules or the carrier arranged heat sink according to another Be arranged embodiment over the entire surface. This can be a large-scale derivative allow the resulting heat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Wärmesenke einen Kühlkörper umfassen oder als Kühlkörper ausgeführt sein. Denkbar ist beispielsweise ein, etwa auf der von der Mehrzahl der Lichtmodule abgewandten Seite des Trägers aufgebrachter, Metallblock, eine Metallschicht oder eine Bodenplatte aus Aluminium oder aus einem anderen wärmeleitenden Metall wie Kupfer oder Silber. Ein solcher Kühlkörper kann zusätzlich Oberflächenstrukturen, wie beispielsweise Aufrauungen, eine Welligkeit oder eine Rippenstruktur mit Kühlrippen, -lamellen und/oder -finnen zur Kühlung aufweisen und durch Aufnieten, Kleben oder Schrauben auf der von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen abgewandten Oberfläche der Lichtmodule oder des Trägers aufgebracht werden. Dabei können die Oberflächenstrukturen die Oberfläche der Wärmesenke zusätzlich vergrößern und damit den Kühleffekt der Wärmesenke erhöhen.According to one Another embodiment, the heat sink a Include heat sink or as a heat sink be executed. For example, one is conceivable, for example the side facing away from the majority of the light modules side of the carrier applied, metal block, a metal layer or a bottom plate made of aluminum or another thermally conductive metal like copper or silver. Such a heat sink can additionally surface structures, such as Roughening, a ripple or ribbed structure with cooling fins, fins and / or fins for cooling and by riveting, Gluing or screwing on that of the radiation-emitting semiconductor devices remote surface of the light modules or the carrier be applied. The surface structures can the surface of the heat sink in addition enlarge and thus the cooling effect of Increase heat sink.
Weiterhin kann eine massive Metallplatte mit eingepressten oder eingelöteten Lamellen aus Kupfer oder Aluminium oder auch aus Vollmaterial gefräste, gestanzte oder geformte Kühlbleche, oder aufsteckbare Kühlsterne und Kühlfahnen aus Aluminiumfederbronze oder Stahlblech als Kühlkörper verwendet werden.Farther can be a massive metal plate with pressed or soldered Slats made of copper or aluminum or also milled from solid material, stamped or formed cooling plates, or attachable cooling stars and cooling vanes made of aluminum spring bronze or sheet steel be used as a heat sink.
Dabei stellt eine Metallschicht, wie beispielsweise eine Bodenplatte aus Aluminium, ein Beispiel für einen passiven Kühlkörper dar. Ein passiver Kühlkörper zeichnet sich dadurch aus, dass er vorrangig durch Konvektion wirkt. Bevorzugt kann Aluminium aufgrund seines geringen Materialpreises, der leichten Verarbeitung, der geringeren Dichte, der Wärmekapazität und der befriedigenden Leitfähigkeit für einen passiven Kühlkörper verwendet werden. Kupfer verfügt über eine höhere Wärmeleitfähigkeit, ist jedoch teurer und schwieriger zu bearbeiten und wird daher vorwiegend für aktive Kühlkörper wie Lüfter oder in Flüssigkeitskühlern verwendet.there represents a metal layer, such as a bottom plate Aluminum, an example of a passive heat sink dar. A passive heat sink characterized by that he acts primarily by convection. Preferably, aluminum may be due to its low material price, the easy processing, the lower density, the heat capacity and the satisfactory conductivity for a passive Heat sink can be used. Copper has a higher thermal conductivity, however, is more expensive and difficult to process and is therefore mainly for active heatsinks like fans or in Liquid chillers used.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die Wärmesenke und zumindest ein Lichtmodul oder die Wärmesenke und der Träger einstückig ausgebildet sein. In einer solchen Ausführung können der Träger und/oder die Lichtmodule bevorzugt ein Metall umfassen, die auf der von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen abgewandten Oberfläche beispielsweise eine Welligkeit als Kühlkörper aufweisen kann.In In a preferred embodiment, the heat sink and at least one light module or the heat sink and the carrier be formed integrally. In such an execution The carrier and / or the light modules may be preferred include a metal that is on the of the radiation-emitting Surface facing away from semiconductor devices, for example may have a ripple as a heat sink.
Zusätzlich kann auf der von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen abgewandten Oberfläche des Trägers und/oder der Lichtmodule eine weitere Wärmesenke beispielsweise in Form eines Kühlkörpers aufgebracht sein. Dies kann eine direkte thermische Ankopplung der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente an die Wärmesenke und eine möglichst effiziente Wärmeableitung auf die von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen abgewandte Oberfläche ermöglichen.additionally can on the of the radiation-emitting semiconductor devices opposite surface of the carrier and / or the Light modules another heat sink, for example in shape be applied to a heat sink. This can a direct thermal coupling of the radiation-emitting semiconductor components to the heat sink and the most efficient Heat dissipation to that of the radiation-emitting Allow semiconductor device remote surface.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Wärmesenke vertieft im Träger oder in zumindest einem der Lichtmodule angeordnet sein. Dabei kann beispielsweise ein Metallkern verwendet werden, der vertieft im Träger oder in zumindest einem der Lichtmodule angeordnet ist.According to one Another embodiment, the heat sink deepened arranged in the carrier or in at least one of the light modules be. In this case, for example, a metal core can be used, which engrossed in the carrier or in at least one of the light modules is arranged.
Weiterhin kann sich die Wärmesenke in horizontaler und/oder vertikaler Richtung durch den Träger oder durch zumindest ein Lichtmodul hindurch erstrecken. Im Falle eines Metallkerns kann so eine erhöhte laterale Wärmeleitfähigkeit erreicht werden.Farther The heat sink can be horizontal and / or vertical Direction by the carrier or by at least one light module extend through. In the case of a metal core, such an increased lateral thermal conductivity can be achieved.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Träger oder zumindest ein Lichtmodul Öffnungen aufweisen, wobei in den Öffnungen die Wärmesenke angeordnet sein kann. Dies kann bedeuten, dass im Träger oder im Lichtmodul als Wärmesenke Durchkontaktierungen oder bevorzugt so genannte thermale Vias angeordnet sein können, die sich durch den Träger oder durch das Lichtmodul hindurch erstrecken und die den Wärmetransport senkrecht zum Träger oder zum Lichtmodul verbessern können.According to a further embodiment, the carrier or at least one light module can have openings, wherein the heat sink can be arranged in the openings. This can be significant th, that in the carrier or in the light module as a heat sink vias or preferably so-called thermal vias can be arranged, which extend through the carrier or through the light module and can improve the heat transfer perpendicular to the carrier or the light module.
Als thermale Vias können Durchkontaktierungen bezeichnet sein, die aus Kupfer ausgeformt sind und damit die hohe Wärmeleitfähigkeit von Kupfer zur Wärmeableitung nutzen können. Diese Durchkontaktierungen können bevorzugt regelmäßig in einer dichten Anordnung, wie beispielsweise in einem Raster von beispielsweise größer oder gleich 0,1 mm bis kleiner oder gleich 2,0 mm im Träger angeordnet sein. Die thermalen Vias können dabei einen Durchmesser von größer oder gleich 0,25 mm bis kleiner oder gleich 1,5 mm umfassen.When thermal vias may be called vias, which are formed of copper and thus the high thermal conductivity of copper for heat dissipation. These Vias may preferably be regular in a dense arrangement, such as in a grid of for example, greater than or equal to 0.1 mm to smaller or equal to 2.0 mm in the carrier. The thermal Vias can be larger in diameter or equal to 0.25 mm to less than or equal to 1.5 mm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Öffnungen mit einem thermisch leitfähigen Material gefüllt sein. Diese mit beispielsweise einer Wärmeleitpaste gefüllten Öffnungen können für die weitere Verarbeitung von Vorteil sein, da auf den gefüllten Öffnungen gelötet werden kann. Des Weiteren können diese gefüllten Öffnungen eine direkte leitfähige Anbindung zwischen den Lichtmodulen als Wärmequellen auf der einen Seite des Trägers und einer Wärmesenke auf der von der Mehrzahl der Lichtmodule abgewandten Seite des Trägers ermöglichen.According to one Another embodiment, the openings filled with a thermally conductive material be. These filled with, for example, a thermal grease openings can be beneficial for further processing be soldered on the filled openings can be. Furthermore, these filled openings a direct conductive connection between the light modules as heat sources on one side of the carrier and a heat sink on the one of the plurality of light modules allow the opposite side of the carrier.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Träger in eine Mehrzahl von Segmenten unterteilt sein, wobei jedes der Mehrzahl der Lichtmodule auf jeweils einem der Mehrzahl der Segmente des Trägers angeordnet ist und jedes der Mehrzahl der Lichtmodule auf der von der Mehrzahl der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen abgewandten Seite des Trägers die Wärmesenke aufweist. Dies kann zum einen bedeuten, dass jedes der Mehrzahl der Lichtmodule auf jeweils einem Trägersegment angeordnet sein kann und damit von einem weiteren Lichtmodul auf einem weiteren Trägersegment thermisch isoliert wird.According to one Another embodiment, the carrier in a Be divided into a plurality of segments, wherein each of the plurality the light modules on each one of the plurality of segments of the carrier is arranged and each of the plurality of light modules on the of the plurality of radiation-emitting semiconductor devices side facing away from the wearer has the heat sink. This may mean, on the one hand, that each of the plurality of light modules can be arranged on a respective carrier segment and so that from another light module on another carrier segment is thermally isolated.
Weiterhin ist auch denkbar, einem jeden Trägersegment eine individuelle Wärmesenke wie beispielsweise einen Kühlkörper zuzuordnen, die auf einer der von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen abgewandten Seite des Trägers angeordnet sein kann oder alternativ auch im Träger angeordnet sein kann, wobei der Träger auch selbst die Wärmesenke darstellen kann.Farther is also conceivable, each carrier segment an individual Heat sink such as a heat sink assigned to one of the radiation-emitting semiconductor devices can be arranged opposite side of the carrier or Alternatively, may be arranged in the carrier, wherein the Carrier can also represent the heat sink itself.
Des Weiteren kann zumindest ein Segment des Trägers oder zumindest ein Lichtmodul zwischen thermisch isolierenden Haltern angeordnet sein. Bei diesen Haltern kann es sich bevorzugt um so genannte I-Profile handeln, die beispielsweise aus Materialen wie Polyimid, Teflon, Polystyrol, Polyamid und Kunststoffen, wie zum Beispiel thermoplastischen Kunststoffen, gebildet werden können. Dabei können die Trägersegmente zwischen den zwei elektrisch isolierenden Haltern, die auch als I-Profile, I-Träger oder Doppel-T-Träger bezeichnet werden, angeordnet sein, wobei jeder dieser elektrisch isolierenden Halter zwei Hauptflächen aufweist, die über einen verjüngten Steg verbunden sind. Die zwei Hauptoberflächen können beispielsweise eine Länge von größer oder gleich 20 mm, bevorzugt eine Länge von etwa 10 mm aufweisen. Dabei werden während der Anordnung des Träger eines jeden Trägersegmentes zwischen zweien dieser elektrisch isolierenden Halter auf beiden Seiten des Trägersegments jeweils etwa größer oder gleich 0,5 mm und kleiner oder gleich 3 mm, bevorzugt etwa 2 mm des Trägersegmentes durch das I-Profil bedeckt.Of Furthermore, at least one segment of the carrier or at least a light module is arranged between thermally insulating holders be. These holders may preferably be so-called I-profiles made of materials such as polyimide, Teflon, Polystyrene, polyamide and plastics, such as thermoplastic Plastics, can be formed. It can the carrier segments between the two electrically insulating Holders, also called I-profiles, I-beams or double-T beams be arranged, each of which is electrically insulating holder has two major surfaces that over one tapered bridge are connected. The two main surfaces For example, they can be larger in length or equal to 20 mm, preferably a length of about 10 mm exhibit. It will be during the arrangement of the carrier of each carrier segment between two of these electrically insulating holder on both sides of the carrier segment each greater than or equal to 0.5 mm and smaller or equal to 3 mm, preferably about 2 mm of the carrier segment by covered the I-profile.
Eine derartige Anordnung der Trägersegmente zwischen zwei thermisch isolierenden Haltern kann dazu beitragen, die thermische Beeinflussung, die von zwei Lichtmodulen mit unterschiedlichen Helligkeitszuständen ausgeht, weitgehend einzudämmen, sodass die Lichtmodule durch eine derartige Halterung zwischen zwei derartigen Haltern thermisch isoliert wird.A Such arrangement of the carrier segments between two thermally insulating holders can help reduce the thermal impact, the of two light modules with different brightness states assumes to largely contain, so that the light modules by such a holder between two such holders is thermally isolated.
In einer Ausführung, in der zumindest ein Lichtmodul zwischen zwei thermisch isolierenden Haltern angeordnet ist, kann bevorzugt der Träger oder ein Trägersegment als thermisch isolierender Halter ausgeführt sein. Ebenfalls ist denkbar, auf der von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen abgewandten Oberfläche des zumindest einen Lichtmoduls eine wärmeregulierende Vorrichtung, beispielsweise einen Kühlkörper anzuordnen, wobei das Lichtmodul die wärmeregulierende Vorrichtung alternativ auch umfassen kann. Alternativ oder zusätzlich sind auch Kombinationen von Lichtmodulen und Trägersegmenten möglich, die zwischen thermisch isolierenden Haltern angeordnet sein können.In an embodiment in which at least one light module between two thermally insulating holders is arranged, may be preferred the carrier or a carrier segment as thermal be executed insulating holder. It is also conceivable on the side facing away from the radiation-emitting semiconductor devices Surface of the at least one light module a heat-regulating Device, for example, to arrange a heat sink, wherein the light module alternatively the heat regulating device can also include. Alternatively or additionally are also Combinations of light modules and carrier segments possible, which can be arranged between thermally insulating holders.
Weitere Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Beleuchtungseinrichtung ergeben sich aus den im Folgenden und in Verbindung mit den Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:Further Advantages, preferred embodiments and developments the lighting device will become apparent from the below and in conjunction with the figures explained embodiments. Show it:
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr sind einige Details der Figuren zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt.In The embodiments and figures are the same or like-acting components each with the same reference numerals Mistake. The illustrated components as well as the size ratios the components among each other are not to scale to watch. Rather, some details of the figures are for the better Understanding shown exaggeratedly large.
Die
zwei jeweils in einer Zeile
Ein
solches strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement
Die Licht emittierende Schicht kann beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur), ein lumineszierendes oder fluoreszierendes Material umfassen, wobei Licht durch die Rekombination von Elektronen und Löchern in der Licht emittierenden Schicht erzeugt wird. Die funktionellen Schichten können organische und/oder anorganische Materialien aufweisen.The For example, a light-emitting layer may be a conventional one pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure), a luminescent or fluorescent material, wherein light by the recombination of electrons and holes in the Light emitting layer is generated. The functional layers may include organic and / or inorganic materials.
Ein organisches Material kann organische Polymere oder kleine organische Moleküle umfassen. Bevorzugt umfassen organische Polymere vollständig oder teilweise konjugierte Polymere.One Organic material can be organic polymers or small organic ones Include molecules. Preferably, organic polymers include fully or partially conjugated polymers.
Geeignete organische Polymermaterialien umfassen zumindest eines der folgenden Materialien in jeder möglichen Kombination: Poly(p-phenylenvinylen)(PPV), Poly(2-methoxy-5(2-ethyl)hexyloxyphenylenvinylen)(MEH-PPV), zumindest ein PPV-Derivat (zum Beispiel Dialkoxy oder Dialkyl-Derivate) Polyfluorene und/oder Copolymere aufweisend Polyfluorensegmente, PPVs und verwandte Copolymere, Poly(2,7-(9,9-di-N-octylfluoren)-(1,4-Phenylen-((4-secbutylphenyl)imino)-1,4-phenylen)(TFB), Poly(2,7-(9,9-di-N-octylfluoren)-(1,4-phenylen-((4-methylphenyl)imino)-1,4-phenylen-((4-methylphenyl)imino)-1,4-phenylen))(PFM), Poly(2,7-(9,9-di-N-octylfluoren)-(1,4-phenylen-((4-methoxyphenyl)imino)-1,4-phenylen))(PFMO), Poly(2,7-(9,9-di-N-octylfluoren)(F8), Poly(2,7(9,9-di-N-octylfluoren)-3,6-benzothiadiazol)(F8BT), oder Poly(9,9-dioctylfluoren).Suitable organic polymer materials include at least one of the following materials in any combination: poly (p-phenylenevinylene) (PPV), poly (2-methoxy-5 (2-ethyl) hexyloxyphenylenevinylene) (MEH-PPV), at least one PPV derivative ( for example dialkoxy or dialkyl derivatives) polyfluorenes and / or copolymers comprising polyfluorene segments, PPVs and related copolymers, poly (2,7- (9,9-di-N-octylfluorene) - (1,4-phenylene - (4- secbutylphenyl) imino) -1,4-phenylene) (TFB), poly (2,7- (9,9-di-N-octylfluorene) - (1,4-phenylene - ((4-methylphenyl) imino) -1 , 4-phenylene - ((4-methylphenyl) imino) -1,4-phenylene)) (PFM), poly (2,7- (9,9-di-N-octylfluorene) - (1,4-phenylene-) ((4-methoxyphenyl) imi no) -1,4-phenylene)) (PFMO), poly (2,7- (9,9-di-N-octylfluorene) (F8), poly (2,7 (9,9-di-N-octylfluorene ) -3,6-benzothiadiazole) (F8BT), or poly (9,9-dioctylfluorene).
Alternativ zu Polymeren können auch kleine organische Moleküle in der organischen Funktionsschicht verwendet werden. Beispiele solcher kleinen Moleküle sind beispielsweise: Aluminium-tris(8-hydroxychinolin) (Alq3), Aluminium-1,3-bis(N,N-dimethylaminophenyl)-1,3,4-oxydazol (OXD-8), Aluminium-oxo-bis(2-methyl-8-chinolin), Aluminiumbis(2-methyl-8-hydroxychinolin), Berylliumbis(hydroxybenzochinolin) (BEQ2), Bis(diphenylvinyl)biphenylen (DPVBI) und Arylaminsubstituierte Distyrylarylene(DSA-Amine).As an alternative to polymers, it is also possible to use small organic molecules in the organic functional layer. Examples of such small molecules are, for example: aluminum tris (8-hydroxyquinoline) (Alq 3 ), aluminum 1,3-bis (N, N-dimethylaminophenyl) -1,3,4-oxydazole (OXD-8), aluminum oxo-bis (2-methyl-8-quinoline), aluminum bis (2-methyl-8-hydroxyquinoline), beryllium bis (hydroxybenzoquinoline) (BEQ 2 ), bis (diphenylvinyl) biphenylene (DPVBI), and arylamine-substituted distyrylarylenes (DSA amines).
Des Weiteren kann die funktionelle Schicht anorganische Materialien wie beispielsweise III/V-Verbindungshalbleiter wie auf Nitrid- und/oder Phosphid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien enthalten.Of Further, the functional layer may be inorganic materials such as III / V compound semiconductors such as nitride and / or phosphide compound semiconductors containing based materials.
„Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend” bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die funktionelle Schicht ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN, umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIn1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können."Based on nitride compound semiconductors" in the present context means that the functional layer comprises a nitride III / V compound semiconductor material, preferably Al n Ga m In 1 nm N, where 0 ≦ n ≦ 1, 0 ≦ m ≦ 1 and n + m ≤ 1. This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may comprise one or more dopants as well as additional constituents which do not substantially alter the characteristic physical properties of the Al n Ga m In 1-nm N material. For the sake of simplicity, however, the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these may be partially replaced by small amounts of other substances.
„Auf Phosphid-Verbindungshalbleitern basierend” bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die funktionelle Schicht ein Phosphid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mP, umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1.As used herein, "phosphide compound semiconductor-based" means that the functional layer comprises a phosphide III / V compound semiconductor material, preferably Al n Ga m In 1-nm P, where 0 ≦ n ≦ 1, 0 ≦ m ≦ 1 and n + m ≤ 1.
Weiterhin können die funktionellen Schichten zusätzlich oder alternativ auch ein Halbleitermaterial basierend auf AlGaAs oder einem II/VI-Verbindungshalbleitermaterial aufweisen.Farther can the functional layers in addition or alternatively also a semiconductor material based on AlGaAs or an II / VI compound semiconductor material.
Zumindest
eines der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente
- – der Leuchtdiodenchip umfasst eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer zu einem Trägerelement, insbesondere zu einem Trägersubstrat hingewandten Hauptfläche an der weiterhin eine Spiegelschicht aufgebracht oder ausgebildet ist, die zumindest einen Teil der in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert,
- – der Dünnfilm-Leuchtdiodenchip weist ein Trägerelement auf, bei dem es sich nicht um das Wachstumssubstrat handelt, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde, sondern um ein separates Trägerelement, das nachträglich an der Halbleiterschichtenfolge befestigt wurde,
- – die Halbleiterschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm oder weniger auf,
- – die Halbleiterschichtenfolge ist frei von einem Aufwachssubstrat. Vorliegend bedeutet ”frei von einem Aufwachssubstrat”, dass ein gegebenenfalls zum Aufwachsen benutztes Aufwachssubstrat von der Halbleiterschichtenfolge entfernt oder zumindest stark ausgedünnt ist. Insbesondere ist es derart gedünnt, dass es für sich oder zusammen mit der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge alleine nicht freitragend ist. Der verbleibende Rest des stark gedünnten Aufwachssubstrats ist insbesondere als solches für die Funktion eines Aufwachssubstrates ungeeignet, und
- – die Halbleiterschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der Halbleiterschichtenfolge führt, das heißt, sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
- The light-emitting diode chip comprises an epitaxially grown semiconductor layer sequence with a main surface facing a carrier element, in particular with a carrier substrate, on which a mirror layer is further applied or formed, which reflects back at least part of the electromagnetic radiation generated in the semiconductor layer sequence,
- The thin-film light-emitting diode chip has a carrier element which is not the growth substrate on which the semiconductor layer sequence has been epitaxially grown, but rather a separate carrier element which was subsequently attached to the semiconductor layer sequence,
- The semiconductor layer sequence has a thickness in the range of 20 μm or less, in particular in the range of 10 μm or less,
- - The semiconductor layer sequence is free of a growth substrate. In the present context, "free of a growth substrate" means that a growth substrate which may be used for growth is removed from the semiconductor layer sequence or at least heavily thinned out. In particular, it is thinned such that it alone or together with the epitaxial semiconductor layer sequence is not self-supporting. The remainder of the highly thinned growth substrate is in particular unsuitable as such for the function of a growth substrate, and
- - The semiconductor layer sequence contains at least one semiconductor layer having at least one surface having a mixing structure, which leads in the ideal case to an approximately ergodic distribution of light in the semiconductor layer sequence, that is, it has the most ergodisch stochastic scattering behavior.
Ein
Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise
in der Druckschrift
Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist in guter Näherung ein Lambert'scher Oberflächenstrahler und eignet sich von daher beispielsweise gut für die Anwendung in einem Scheinwerfer, etwa einem Kraftfahrzeugscheinwerfer.One Thin-film LED chip is in good approximation a Lambert surface radiator and is suitable from therefore, for example, good for use in a headlamp, such as a motor vehicle headlight.
Des
Weiteren können die Lichtmodule
Insbesondere
ist eine derartige Ausformung der Lichtmodule
Durch
die Regelungsvorrichtung
Insbesondere
ist die Regelungsvorrichtung
In
Jedes
der Lichtmodule, die als Leierplatten ausgeführt sind,
weist strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente auf, die in vier
Zeilen zu je sechs strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen
angeordnet sind. Dabei umfasst jedes der strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelemente, von denen rein beispielhaft die Halbleiterbauelemente
Je
vier der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente sind im gezeigten
Ausführungsbeispiel zu einer Gruppe zusammengefasst, wie
durch die mit
Jede
der Sensoreinheiten, die zusätzlich an jeweils eine Regelungsvorrichtung
(nicht gezeigt) gekoppelt sind, dient der elektrischen und thermischen Synchronisation
der zugeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente einer
Gruppe, so dass für die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente
jeder der Gruppen
Neben der Anzahl der Lichtmodule der Beleuchtungseinrichtung können die Anzahl der Gruppen von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen sowie die Anzahl der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente pro Gruppe auf einem Lichtmodul entsprechend der Anforderungen an die Beleuchtungseinrichtung gewählt werden und jeweils größer oder gleich 1 sein.In addition to the number of light modules of the illumination device, the number of groups of radiation-emitting Halbleiterbauele Menten and the number of radiation-emitting semiconductor devices per group on a light module according to the requirements of the lighting device can be selected and each greater than or equal to 1.
Alternativ
zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann jede der Gruppen
eines Lichtmoduls einen eigenen Subträger auf dem Lichtmodul
aufweisen, auf dem die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente
und die Sensoreinheit jeweils angeordnet sind. Der Träger
Die thermische Isolierung der Gruppen von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen auf einem Lichtmodul kann dabei mittels des Abstands der Gruppen zueinander und/oder durch eine wärmeregulierende Vorrichtung wie etwa einen thermischen Isolator oder eine Wärmesenke erfolgen wie in den folgenden Ausführungsbeispielen beschrieben ist.The thermal isolation of the groups of radiation-emitting semiconductor devices on a light module can by means of the distance of the groups to each other and / or by a heat-regulating device such as a thermal insulator or heat sink take place as described in the following embodiments is.
Die
in den
Der
als Steg ausgeführte thermische Isolator
Alternativ
zu den dargestellten Ausführungsbeispielen in den
Weiterhin
weist die Beleuchtungseinrichtung eine wärmeregulierende
Vorrichtung in Form einer Wärmesenke
Eine
solche Anordnung kann eine möglichst großflächige
Ableitung der von den Halbleiterbauelementen der Lichtmodule
Dies
kann besonders dann zutreffen, wenn der Träger
Gemäß der
Weiterhin
können die als Oberflächenstruktur ausgebildete
Wärmesenke
Wie
hier dargestellt, sind die als Öffnungen
Im
Falle einer mehrlagigen schichtartigen Anordnung von Kupfer im Träger
Zusätzlich
weist die Wärmesenke
Die
in den
Die
verwendeten I- bzw. U-Profile haben jeweils zwei Grundflächen
Eine
solche Anordnung des Trägersegments
Eine
solche Anordnung der Lichtmodule
Zusätzlich
zur thermischen Entkopplung durch die thermisch isolierenden Halter
Dabei
sind die beiden Trägersegmente
Alternativ
zum gezeigten Ausführungsbeispiel können die thermisch
isolierenden Halter
Weiterhin
kann eine Beleuchtungseinrichtung auch eine Kombination der Merkmale
der in den
Dabei
ist der Träger
Der
Kühlkörper
In
Jedes
der Lichtmodule weist eine Mehrzahl von strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelementen mit jeweils vier Halbleiterbauelementen in
drei Zeilen auf, von denen der Übersichtlichkeit halber
nur die Zeilen
Auf
den Lichtmodulen können weiterhin auch Sensoreinheiten
und Regelungsvorrichtungen wie in Verbindung mit den
Die Beleuchtungseinrichtung weist eine matrixartige Anordnung der Lichtmodule in acht Zeilen und zehn Spalten auf und ist besonders geeignet als Hinterleuchtungsvorrichtung, beispielsweise für Bildschirme, geeignet. Durch den modularen Aufbau und das jeweils für die einzelnen Lichtmodule individuelle Thermomanagement ist eine Skalierung zu größeren oder kleineren Beleuchtungseinrichtungen leicht möglich. Alternativ zu der gezeigten Ausführung mit rechteckigen Leuchtmodulen können diese beispielsweise auch hexagonal oder quadratisch ausgeführt sein.The Lighting device has a matrix-like arrangement of the light modules in eight rows and ten columns and is particularly suitable as a backlighting device, for example, for screens, suitable. By the modular Structure and individual thermal management for the individual light modules is a scaling to larger or smaller Lighting equipment easily possible. alternative to the illustrated embodiment with rectangular light modules For example, these can be hexagonal or square be executed.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination von Merkmalen selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The The invention is not by the description based on the embodiments limited to these. Rather, the invention comprises each new feature as well as any combination of features which in particular any combination of features in the claims includes, even if these features or this combination of Features themselves not explicitly in the claims or embodiments is given.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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