DE212012000164U1

DE212012000164U1 - Beleuchtungsmodul mit einem gemeinsamen Anschluss

Info

Publication number: DE212012000164U1
Application number: DE212012000164.6U
Authority: DE
Original assignee: Phoseon Technology Inc
Current assignee: Phoseon Technology Inc
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: US20130048885A1; WO2013033255A2; TW201319447A; WO2013033255A3; KR20140002777U; JP3193192U

Abstract

Beleuchtungsmodul, welches umfasst: eine Wärmesenke; und ein Array von Licht emittierenden Elementen, wobei jedes Element einen Kathodenanschluss und einen Anodenanschluss aufweist, wobei die Wärmesenke ein gemeinsamer Anschluss für die Elemente ist.

Description

Hintergrund
Festkörper-Lichtsender wie etwa Leuchtdioden weisen gegenüber herkömmlicheren Bogenlampen mehrere Vorteile auf. Während diese Vorteile niedrigere Betriebstemperaturen und niedrigeren Stromverbrauch umfassen, können sich aus noch niedrigeren Betriebstemperaturen und noch niedrigerem Stromverbrauch Leistungssteigerungen und weitere Kostenersparnisse ergeben.
Wärme kann zum Beispiel das LED-Leistungsvermögen bezüglich des Betrags der Lichtabgabeleistung pro Quadratzentimeter verschlechtern. Alle Methoden, die LEDs arbeiten lassen, aber die Wärme in der Betriebsumgebung reduzieren, steigern deren Leistungsvermögen bezüglich Lichtausbeute. Dies führt bei den einzelnen LEDs auch zu einer längeren Lebensdauer, da das Reduzieren der Wärme den Verschleiß der LEDs reduziert. Das Reduzieren von Wärme erfordert allgemein die Nutzung von Wärmesenken und/oder Kühlsystemen, entweder Luft oder Flüssigkeit.
Das Reduzieren von Stromverbrauch kann Vorteile sowohl hinsichtlich niedrigerer Kosten als auch Verringern von Wärme mit sich bringen. Einer der Faktoren beim Erzeugen von Wärme betrifft den Betrag an Leistung, der von den Vorrichtungen aufgenommen wird. Wenn die Vorrichtungen weniger Leistung aufnehmen, erzeugen sie in den Wegen zwischen den Strahlern und der Stromversorgung weniger Wärme und halten auch die Stromversorgung kühler.
Die meisten neueren Methoden reduzieren Temperatur und Stromverbrauch durch Hinzufügen von Elementen zu dem Beleuchtungskörper, wie etwa die vorstehend erwähnten Kühlsysteme oder Stromsteller, Abschirmung oder Verkleidung etc. Sehr wenige Methoden beschäftigen sich damit, wie die Vorrichtungen selbst konfiguriert sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Seitenansicht einer an einer Wärmesenke montierten gängigen LED.
2 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines LED-Arrays mit einer gemeinsamen Anode.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Flex-Schaltung.
4 zeigt eine Ausführungsform eines LED-Arrays, das eine gemeinsame Anode nutzt.
5 zeigt eine Ausführungsform eines LED-Arrays mit einer gemeinsamen Anode, die an einer Wärmesenkenbaugruppe montiert ist.
6 zeigt ein Schaltbild für ein LED-Array des Stands der Technik.
7 zeigt eine Ausführungsform eines Schaltbilds für ein LED-Array mit einer gemeinsamen Anode.
Beschreibung der Ausführungsformen
1 zeigt ein Beispiel der gängigen Implementierung eines LED-Arrays, das in einem Beleuchtungsmodul verwendet wird. LEDs haben gegenüber herkömmlichen Lampen, insbesondere solchen, die bei Härtungsanwendungen verwendet werden, viele Vorteile. Sie arbeiten typischerweise bei niedrigeren Temperaturen und verbrauchen weniger Strom. Festkörpervorrichtungen können aber bei Erwärmen unter verschlechtertem Leistungsvermögen leiden. Während LEDs bei niedrigeren Temperaturen arbeiten, kann die Wärme, die sie erzeugen, ihre Ausgangsleistung beeinflussen. Viele Kühlmethoden können mit der Wärme fertig werden, wobei sie die Verwendung von Wärmesenken, typischerweise ein Stück wärmeleitendes Material, das die übermäßige Wärme weg von den LEDs absorbiert, umfassen.
1 zeigt eine gängige Implementierung eines LED-Arrays 10, das an eine Wärmesenke 12 montiert ist. LEDs weisen typischerweise eine Kathode und eine Anode auf. Im Allgemeinen befindet sich die Anode jeder LED 20 auf einer Leiterbahn 18, wobei die Kathode durch eine Drahtverbindung wie etwa 22 mit der benachbarten Leiterbahn 18 verdrahtet ist. Die Leiterbahn 18 befindet sich auf einem dazwischenliegenden Träger. Dieses Beispiel weist einen dazwischenliegenden Träger auf, der aus einem Aluminiumnitridträger 16 besteht. Der dazwischenliegende Träger 16 ist durch Wärmeleitpaste 14 mit der Wärmesenke 12 verbunden.
Bei dieser Konfiguration ergeben sich Probleme, denn Wärme muss die Leiterbahn, den dazwischenliegenden Träger und die Wärmeleitpaste passieren, um die Wärmesenke zu erreichen, an welchem Punkt sie schließlich abgeführt wird. Dies führt zu einem hohen Maß an Wärmewiderstand, der gewisse Ähnlichkeiten mit elektrischem Widerstand hat, vor allem, da mehr Strom erforderlich ist, um die gleiche Bestrahlungsdichtenausgabe zu erzeugen, wenn die Wärme zunimmt.
In dem Beispiel von 1 bindet jede Anode und Kathode pro Licht emittierendem Element separat an. Man kann aber die LED-Arrays so ausbilden, dass die Licht emittierenden Elemente zusammen eine gemeinsame Anode nutzen. Dies ermöglicht eine Konfiguration der LEDs und der Wärmesenke, die den Wärmewiderstand durch Entfernen von Elementen aus dem Wärmeweg verringert.
2 zeigt eine Ausführungsform eines LED-Arrays mit einer gemeinsamen Anode für die Licht emittierenden Elemente. In dem Array 30 der Licht emittierenden Elemente sitzen die Licht emittierenden Elemente wie etwa 20 direkt an der Wärmesenke 12. Die Wärmesenke besteht allgemein aus einer thermisch und elektrisch leitenden Wärmesenke, wie etwa Aluminium oder Kupfer. Die elektrische Leitfähigkeit der Wärmesenke erlaubt es ihr, einen gemeinsamen elektrischen Anschluss an die Anode der Licht emittierenden Elemente vorzusehen. Die Licht emittierenden Elemente können aus Festkörperelementen, wie etwa Leuchtdioden oder Laserdioden, bestehen.
Die Wärmesenken können modular sein, da sie elektrisch und thermisch isoliert sind, was es abhängig von der Größe der Wärmesenke erlaubt, die Wärmesenken miteinander zu bündeln oder auch nicht. Dies hat den Vorteil des Reduzierens des Drahtquerschnitts, der zum Befördern des Stroms zu dem gemeinsamen Anodenwärmesenkenanschluss erforderlich ist. Dies ermöglicht es, dass die Produkte optional Modularität und variable Größe bieten, um unterschiedliche Märkte und Nutzungsmöglichkeiten anzusprechen.
Die Leiterbahnen, wie etwa 18, können sich nicht auf der Wärmesenke befinden, da die Leitfähigkeit der Wärmesenke mit den Leiterbahnen zu Kurzschluss führt. Eine Lösung nutzt einen Isolator 32 zwischen der Wärmesenke und den Leiterbahnen, an die die Kathoden der Licht emittierenden Elemente anbinden. In dieser Ausführungsform besteht der Isolator aus einer Flex-Schaltung, die mindestens eine Schicht, typischerweise eine Art von elektrisch isolierendem Material wie ein Dielektrikum, aufweisen kann. Der Isolator weist darauf vorhandene Leiterbahnen auf, etwa Kupferbahnen. Ein Beispiel einer solchen geschichteten Struktur wäre eine Flex-Schaltung.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Flex-Schaltung, die als Isolator 32 dienen kann. Der Isolator 32 weist Öffnungen 36 auf, die ein Array von Leuchtdioden beherbergen können. In dieser bestimmten Ausführungsform beherbergt jede Öffnung drei Leuchtdioden, die Öffnungen können aber jede erforderliche Konfiguration aufweisen. Ferner kann die Flex-Schaltung Photodioden oder Transistoren, wie etwa 40, umfassen. Die Flex-Schaltung kann auch einen Thermistor, wie etwa 42, beherbergen. Diese Elemente ermöglichen ein Überwachen der Bestrahlungsdichtenausgabe der LEDs und der Wärme, die in großer Nähe zu den LEDs erzeugt wird.
4 zeigt eine Vorderansicht eines Beleuchtungsmoduls 30. Das Array von LEDs, wie etwa 20, befindet sich auf der Wärmesenke 12 mit der Flex-Schaltung 32. Die leitende Klammer 44 unterstützt das Halten der Flex-Schaltung 32 an der Wärmesenke. Die Klammern können durch Schrauben oder andere Befestigungsmittel, wie etwa 46, an der Wärmesenke angebracht sein und sehen einen Rückleitung zur Masse 48 vor. Die Schrauben oder anderen Befestigungsmittel müssen von der Wärmesenke elektronisch isoliert sein, um einen Kurzschluss der Anoden- und Kathodenanschlüsse zu verhindern.
5 zeigt eine Draufsicht auf das Beleuchtungsmodul. Das Beleuchtungsmodul umfasst die Wärmesenke 12, das Array von LEDs, wie etwa 20, die Flex-Schaltung 32, die Klammer 44 und die Befestigungsmittel 48. Die Wärmesenke kann durch ein Massekabel 50 an einem Masseweg angebracht sein, um den Masseweg zu erzeugen.
Neben dem effizienteren Wärmemanagement durch Beseitigen mehrerer Quellen eines Wärmewiderstands ermöglicht die Nutzung einer gemeinsamen Anode unterschiedliche elektrische Konfigurationen des Arrays von Licht emittierenden Elementen. 6 zeigt ein Schaltbild für ein vorheriges Beispiel eines LED-Arrays 60. Bei diesem Schaltbild liegen die Elemente in einem x-y-Gitter von Zeilen und Spalten. Die Bezeichnung von Zeilen und Spalten kann willkürlich sein, doch bildet in diesem bestimmten Beispiel die Gruppe von Licht emittierenden Elementen 62 eine Zeile des Arrays. Diese Zeile von Elementen ist so verdrahtet, dass jedes Element in einer vorgegebenen Zeile mit anderen Elementen in einer bestimmten Spalte in Reihe verdrahtet ist.
Das Schaltbild von 7 zeigt dagegen eine Möglichkeit, die durch die Konfiguration mit gemeinsamer Anode ermöglicht wird. Das Array 70 weist eine Zeile 72 auf, in der jedes Element in der Zeile mit den anderen Elementen in dem Array parallel verdrahtet ist. Dies kann mehrere Vorteile aufweisen. Dies ermöglicht auch das willkürliche Platzieren der LEDs auf der Wärmesenke, was es einfacher macht, optische Elemente zum Steigern von Lichtgewinnung zu fertigen, konstruieren, man könnte mit den LEDs Muster wie etwa Kreise oder unregelmäßig geformte Vielecke bilden, um die Lichtprojektion zu unterstützen.
Während sich die vorstehende Beschreibung auf eine gemeinsame Anode konzentriert, würde ein Fachmann erkennen, dass man die Kathode und Anode umkehren könnte, die Polarität der Schaltungsanordnung ändern und stattdessen eine gemeinsame Kathode nutzen könnte. Daher kann das Konzept als gemeinsamer Anschluss bezeichnet werden.
Auch wenn bis zu diesem Punkt eine bestimmte Ausführungsform für ein Array von Licht emittierenden Elementen mit einem gemeinsamen Anschluss beschrieben wurde, sollen solche spezifische Angaben nicht als Beschränkungen des Schutzumfangs dieser Ausführungsformen betrachtet werden.

Claims

Beleuchtungsmodul, welches umfasst: eine Wärmesenke; und ein Array von Licht emittierenden Elementen, wobei jedes Element einen Kathodenanschluss und einen Anodenanschluss aufweist, wobei die Wärmesenke ein gemeinsamer Anschluss für die Elemente ist.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 1, welches weiterhin Kupferbahnen umfasst, die so auf der Wärmesenke montiert sind, dass die Kupferbahnen von der Wärmesenke elektrisch isoliert sind.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 2, welches weiterhin eine elektrische Verbindung zwischen den Kupferbahnen und den Kathoden der Licht emittierenden Elemente umfasst.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 2, wobei die Kupferbahnen durch eine Flex-Schaltung von der Wärmesenke elektrisch isoliert sind.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 4, wobei das Beleuchtungsmodul weiterhin leitende Klammern umfasst, die so angeordnet sind, dass sie die Flex-Schaltung an der Wärmesenke halten.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 5, wobei die Klammern angeordnet sind, um einen elektrischen Weg zur Masse vorzusehen.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 1, wobei das Array von Licht emittierenden Elementen Zeilen und Spalten aufweist und jedes Element in einer Zeile mit den anderen Elementen in der gleichen Zeile elektrisch parallel verbunden ist.
Beleuchtungsmodul, welches umfasst: eine elektrisch leitende Wärmesenke; ein Array von Licht emittierenden Elementen, die an der leitenden Wärmesenke montiert und mit dieser elektrisch verbunden sind; eine Flex-Schaltung, die an der leitenden Senke montiert ist; und leitende Bahnen auf der Flex-Schaltung, wobei die leitenden Bahnen mit den Licht emittierenden Elementen verbunden sind.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 8, wobei die leitende Wärmesenke aus Kupfer oder Aluminium besteht.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 8, wobei das Array von Licht emittierenden Elementen ein Array von Leuchtdioden (LED) umfasst, die UV-Licht emittieren.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 8, wobei die Flex-Schaltung mehrere Schichten aufweist, wovon mindestens eine ein Dielektrikum ist.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 8, wobei die Flex-Schaltung Öffnungen aufweist, um das Array von Licht emittierenden Elementen zu beherbergen.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 8, wobei das Array von Licht emittierenden Elementen mit der Wärmesenke als gemeinsamer Anschluss elektronisch verbunden ist.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 8, wobei das Beleuchtungsmodul weiterhin mehrere Wärmesenken umfasst, die jeweils elektronisch und thermisch isoliert sind, sofern sie nicht miteinander verbunden sind.