[0001] Die Erfindung betrifft ein Leuchtmodul für eine Leuchtkette und eine Leuchtkette
mit einem solchen Leuchtmodul, insbesondere zur Verwendung in Leuchtkästen.
[0002] DE 10 2004 004 777 A1 offenbart eine verformbare Leuchtkette mit einer Mehrzahl von Leuchtmodulen, auf
denen jeweils mindestens ein optischer Emitter angeordnet ist und die über zwei elektrische
Stromversorgungsdrähte zu einer Kette verschaltet sind. Die elektrischen Stromversorgungsdrähte
laufen ohne Unterbrechung über alle Module der Kette und verschalten die Module.
[0003] US 6,566,824 B2 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung, die ein Beleuchtungssegment aufweist, das
eine Vielzahl von Beleuchtungsabschnitten umfasst. Jede der Abschnitte umfasst eine
Platine mit einem darauf montierten Halbleiter-Lichtemitter. Die Abschnitte sind durch
Platinenverbinder miteinander verbunden, welche die Platinen mit Kanten benachbarter
Platinen nahe beieinander in Reihe verbinden. Die Platinenverbinder sind verformbar,
um die Ausrichtung als Reaktion auf eine angelegte Kraft zu ändern. Die Abschnitte
sind elektrisch so miteinander geschaltet, dass die Halbleiter-Lichtemitter elektrisch
in Reihe geschaltet sind. Das Segment weist einen Stromregler auf, der den Strom durch
den Halbleiter-Lichtemitter reguliert.
[0004] Es ist die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur gleichmäßigeren und zuverlässigeren
Beleuchtung, insbesondere Hinterleuchtung von Leuchtflächen, mittels Leuchtketten
bereitzustellen.
[0005] Diese Aufgabe durch ein Leuchtmodul und eine Leuchtkette gemäß dem jeweiligen unabhängigen
Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere den Unteransprüchen
entnehmbar.
[0006] Das Leuchtmodul für eine Leuchtkette weist mindestens eine Lichtquelle und mindestens
einen Stromanschluss zur Versorgung der mindestens einen Lichtquelle auf. Ferner weist
das Leuchtmodul einen Kühlkörper auf.
[0007] Durch eine Integration des Kühlkörpers in das Leuchtmodul wird dieses besser gekühlt,
wodurch eine Lebensdauer verlängert wird. Ferner braucht sich ein Nutzer nicht mehr
oder nicht mehr so intensiv um die Kühlung einer Leuchtkette zu kümmern, wodurch die
Anwenderfreundlichkeit erhöht wird. Dies gilt insbesondere bei Unterbringung der Leuchtkette
in einem sog. Leuchtkasten, bei dem sich eine gleichmäßige Hinterleuchtung von Leuchtflächen
(z.B. Werbekästen oder Leuchtbuchstaben) verbesserter und vereinfachter Kühlung und
damit erhöhter Zuverlässigkeit ergibt.
[0008] Die Leuchtmodule sind vorzugsweise so geschaltet, dass eine Verlustleistung einer
Ansteuer- bzw. Treiberschaltung für die Lichtquellen sich im wesentlichen gleichmäßig
auf die Leuchtmodule verteilt. Das Leuchtmodul, das insbesondere zur Verwendung in
der Leuchtkette geeignet ist, weist dazu insbesondere mindestens eine durchgehende
Lichtquellenleitung mit mindestens einer zwischengeschalteten Lichtquelle auf, insbesondere
mit mindestens einer Leuchtdiode. Unter durchgehend wird hier insbesondere eine elektrische
Leitung verstanden, welche an Leuchtmodul mindestens einen Eingangs- und einen Ausgangsanschluss
aufweist, also durch das Leuchtmodul hindurchgeführt wird. Das Leuchtmodul weist ferner
mindestens eine durchgehende Lichtquellenversorgungsleitung zur Leistungsversorgung
der Lichtquelle und mindestens eine durchgehende Treiberversorgungsleitung zum Betrieb
mindestens einer Treiberschaltung zur Ansteuerung der mindestens einen Lichtquelle
auf. Eine Treiberschaltung speist die mindestens eine durchgehende Treiberversorgungsleitung.
[0009] Vorzugsweise sind die Lichtquellen an einer Vorderseite einer Platine angeordnet,
und der Kühlkörper ist mit einer Rückseite der Platine verbunden.
[0010] Vorzugsweise ist der Kühlkörper mittels eines Haftmittels an der Platine befestigt.
Das Haftmittel ist bevorzugt eine thermisch leitfähige Klebeverbindung und kann, je
nach Bedarf, elektrisch leitend oder isolierend sein.
[0011] Alternativ kann der Kühlkörper mittels eines mechanischen Verbindungselements an
der Platine befestigt sein, wobei vorzugsweise zwischen dem Kühlkörper und der Platine
eine Zwischenlage aus TIM-Material angeordnet ist.
[0012] Bevorzugt ist ein Leuchtmodul, bei dem der Kühlkörper Haltelaschen zur Befestigung
des Leuchtmoduls aufweist. Dabei ist der Kühlkörper vorzugsweise in einer länglichen
Form ausgebildet. Die Form des Kühlkörpers entspricht bevorzugt den Platinenabmessungen.
Die Haltelaschen setzen dann vorzugsweise an einem Seitenrand im Bereich der Mitte
der zugehörigen Längsachse ans. Als längliche Form kann beispielsweise eine ovale,
eine mehreckige oder eine rechteckige Grundform, oder Mischformen davon, verwendet
werden, wobei die Kontur der Seitenränder davon lokal abweichen kann. Allerdings sind
Kühlkörper und / oder Platine nicht auf eine längliche Form beschränkt, sondern können
beliebig geformt sein, z. B. in runder oder quadratischer Form. Auch können sich die
Haltelaschen an beliebiger Position befinden.
[0013] Der Kühlkörper weist zur effektiven Kühlung vorzugsweise eine Anordnung aus Kühlvorsprüngen,
insbesondere Kühlstiften, auf. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Höhe der Haltelaschen
kleiner ist als die Höhe der Kühlvorsprünge, insbesondere Stifte. Insbesondere bevorzugt
ist ein Leuchtmodul, bei dem die Haltelaschen und die Kühlvorsprünge, insbesondere
Stifte, einen Höhenunterschied zwischen ca. 0,05 und ca. 0,3 mm aufweisen.
[0014] Bevorzugt wird ferner ein Leuchtmodul, bei dem der Kühlkörper aus Aluminium besteht,
insbesondere aus Aluminium mit einem Reinheitsgrad von über 95%, speziell von über
98%. Allgemein kann der Kühlkörper aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen,
z. B. unter Verwendung von Kupfer, Zink und / oder Magnesium. Im Einzelnen weist der
Kühlkörper eine auf einer Platte aufgesetzte Anordnung aus regelmäßig angeordneten
Stiften gleicher Höhe auf.
[0015] Der Kühlkörper ist zur Erhöhung des thermischen Emissionsgrads vorzugsweise oberflächenbehandelt,
z. B. beschichtet oder anodisch oxidiert.
[0016] Zur Verbesserung der optischen Eigenschaften und der Wärmeabstrahlung weist der Kühlkörper
eine helle Farbe mit hohem Lichtreflexionsgrad auf.
[0017] Das Leuchtmodul kann eine oder mehrere einfarbige, z. B. weiße, Lichtquellen aufweisen.
Bevorzugt weist das Leuchtmodul eine rote Leuchtdiode, eine blaue Leuchtdiode und
zwei grüne Leuchtdioden auf.
[0018] Die Lichtquellen sind vorzugsweise Leuchtdioden, können aber auch andersartige Leuchtmittel
umfassen wie Glüh- oder Leuchtstofflampen und so weiter.
[0019] Das Leuchtmodul kann für einige oder alle auf ihm montierten Lichtquellen eine gemeinsame
Optik, insbesondere Streuoptik, aufweisen, z. B. eine gemeinsame Streulinse. Es wird
zur Verringerung der Einbauhöhe jedoch besonders bevorzugt, wenn jeder Lichtquelle
eine eigene Streuoptik zum Streuen des von der jeweiligen Lichtquelle abgestrahlten
Lichts zugeordnet ist. Statt einer Streulinse kann auch jedes andere geeignete Lichtstreuelement
verwendet werden. Die Streulinse ist vorzugsweise breit streuend, z. B. eine sog.
ARGUS-Linse, so dass sich eine weitgehend gleichmässige Lichtabstrahlung auch bei
geringer Bauhöhe ergibt.
[0020] Zur Steigerung der Effizienz kann auch eine Auskoppeloptik vewendet werden.
[0021] Bevorzugt ist ein Leuchtmodul, bei dem die Platine bzw. das Substrat oder die Aufbautechnologie
eine gute Wärmeleitfähigkeit bzw. geringen Wärmewiderstand aufweist. Besonders bevorzugt
ist ein Leuchtmodul, bei dem die Platine eine Metallkernplatine ist.
[0022] Es wird bevorzugt, wenn das Leuchtmodul einen Deckel zumindest zur Abdeckung der
Platine aufweist. Zur Verbesserung der Gleichförmigkeit einer Lichtausstrahlung, insbesondere
von Lichtkästen, weist der Deckel äußerlich eine Reflektivität von mehr als 60% im
sichtbaren Bereich des Lichts auf. Bevorzugt wird dabei, dass der Deckel so ausgebildet
ist, dass er im aufgesetzten Zustand den Kühlkörper zumindest teilweise seitlich überdeckt.
Der Deckel kann aus Kunststoff oder Metall bestehen. Es kann, insbesondere bei einer
Verwendung in Innräumen, bevorzugt sein, wenn der Deckel im aufgesetzten Zustand einen
darunter liegenden Innenraum des Leuchtmoduls nicht luftdicht verschließt. Vorteilhafterweise
sind dann zum mechanischen Schutz und zum Korrosionsschutz elektrische Kontakte stromführender
Teile auf der Platine mit einer Lackschicht überzogen, insbesondere mit einem Lack
der beim Aufbringen eine Viskosität im Bereich von 100-3000 mPas aufweist, um sich
gleichförmig deckend verteilen zu können.
[0023] Zur Verwendung als nicht-endständigem (mittlerem) Kettenglied der Leuchtkette weist
das Leuchtmodul mindestens zwei elektrisch miteinander verbundene Stromanschlüsse
zur Versorgung der mindestens einen Lichtquelle. Diese Stromanschlüsse werden meist
von einer einzigen Stromquelle gespeist und stellen Teile einer elektrisch durchgehenden
Stromleitung dar.
[0024] Zur flexiblen Farbwahl des vom Leuchtmodul abgestrahlten (Gesamt-) Lichts wird vorzugsweise
mindestens eine externe Spannungsquelle verwendet, deren Spannung pulsweitenmoduliert
werden kann.
[0025] Die Aufgabe wird auch gelöst mittels einer Leuchtkette mit mindestens zwei in Reihe
geschalteten obigen Leuchtmodulen.
[0026] Vorzugsweise sind die zugehörigen Leuchtmodule so geschaltet, dass ein Satz von Lichtquellen
umfassend jeweils eine Lichtquelle der Leuchtmodule, elektrisch in Reihe geschaltet
ist, d. h., mittels eines sog. Strangs. Es wird dann besonders bevorzugt, wenn die
Leuchtmodule so geschaltet sind, dass ein Satz von gleichfarbigen Lichtquellen umfassend
jeweils eine Lichtquelle der Leuchtmodule, elektrisch in Reihe geschaltet ist.
[0027] Besonders bevorzugt werden verschiedenfarbige Lichtquellen bzw. Lichtquellen mit
zugehörigen Optiken, die in additiver Farbmischung ein weißes Licht ergeben können.
Dies kann zum Beispiel eine Kombination aus Lichtquellen der Anordnung RGB sein, aber
auch RRGB, RGGB, RRGGB, und so weiter. Durch verschiedenfarbige Lichtquellen lässt
sich zudem durch geeignete Ansteuerung eine Lichtausgabe des Leuchtmoduls mit veränderlicher,
gezielt einstellbarer Farbe erreichen.
[0028] Eine Leuchtkette aus solchen Leuchtmodulen weist mehrere hintereinander geschaltete
obige Leuchtmodule auf, wobei bei mindestens einem Leuchtmodul, insbesondere einem
endständigen Leuchtmodul, die Lichtquellenversorgungsleitung und die Lichtquellenleitung
elektrisch miteinander verbunden sind. In diesem Leuchtmodul wird dadurch der über
die Lichtquellenversorgungsleitung geführte (aufaddierte) Summenstrom der Treiber(teil)schaltungen
in die in der Lichtquellenleitung seriell geschalteten Lichtquellen eingespeist.
[0029] Unter einem anderen Gesichtspunkt weisen mindestens zwei der Leuchtmodule der Leuchtkette
je mindestens einen Satz aus mindestens einer Lichtquelle und einer Treiberschaltung
zur Ansteuerung der mindestens einen Lichtquelle aufweisen. Die Treiberschaltungen
eines Satzes der jeweiligen Leuchtmodule sind elektrisch parallel miteinander verbunden
sind und die Lichtquellen dieses einen Satzes ("Strangs")der jeweiligen Leuchtmodule
sind elektrisch seriell miteinander verbunden. Die Treiberausgänge der Treiberschaltungen
werden an einem Knotenpunkt zur gemeinsamen Stromversorgung aller Lichtquellen dieses
einen Satzes zusammengeführt.
[0030] Es ist vorteilhaft, wenn die Treiberschaltung einen elektrischen Widerstand und /
oder mindestens einen Transistor und / oder mindestens eine Diode aufweist. Es ist
ferner vorteilhaft, wenn die Treiberschaltung eine Stromsteuerschaltung, insbesondere
eine Stromkonstanterschaltung, ist. Der Treiberausgang ist vorteilhafterweise, aber
nicht zwingend, ein Stromausgang.
[0031] Es ist für einen einfachen Aufbau vorteilhaft, wenn die Treiberschaltung mit einem
ihrer Versorgungseingänge mit einer Kathodenseite der zugehörigen, also auf dem gleichen
Leuchtmodul vorhandenen, Lichtquelle elektrisch verbunden ist, da sich so eine höhere
Potenzialdifferenz als bei der Verbindung mit der Anodenseite ergibt. Jedoch ist es
grundsätzlich auch möglich, die Treiberschaltung mit einer Anodenseite der Lichtquelle
elektrisch zu verbinden. Es kann alternativ auch vorteilhaft sein, wenn die Treiberschaltung
für jeden ihrer Versorgungseingänge mit einer eigenen Treiberversorgungsleitung verbunden
ist.
[0032] Es kann zur Steigerung der Leuchtstärke vorteilhaft sein, wenn jedes Leuchtmodul
mehrere Lichtquellen pro Satz aufweist, insbesondere Leuchtdioden mit gleichem Lichtsprektrum,
z. B. weiße oder gleichfarbige LED, insbesondere zwei grüne LEDs.
[0033] Es ist zur, insbesondere flexiblen, Farbeinstellung und / oder zur Erhöhung der Leuchtstärke
vorteilhaft, wenn jedes Leuchtmodul mehrere Sätze aus mindestens einer Lichtquelle
und einer Treiberschaltung zur Stromversorgung der mindestens einen Lichtquelle aufweist.
Diese zusammengeschalteten Sätze entsprechen den Strängen.
[0034] Es ist, insbesondere zur variablen Einstellung einer Farbabstrahlung, vorteilhaft,
wenn mindestens drei Sätze aus mindestens einer Lichtquelle und einer zugehörigen
Treiberschaltung vorhanden sind (entsprechend mindestens drei Strängen), wobei die
Lichtquellen mindestens zweier Sätze bzw. Stränge zueinander jeweils andersfarbig
sind.
[0035] Im Folgenden wird das Leuchtmodul anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer
beschrieben.
- FIG 1
- zeigt ein Leuchtmodul in Explosionsansicht von schräg vorne;
- FIG 2
- zeigt das Leuchtmodul aus FIG 1 in Explosionsansicht von schräg hinten;
- FIG 3
- zeigt skizzenhaft eine Schaltung einer Leuchtkette mit mehreren Leuchtmodulen mit
verteilter Treiberschaltung.
[0036] FIG 1 und FIG 2 zeigen jeweils ein Leuchtmodul 1 aus einer Kette miteinander elektrisch
verbundener Leuchtmodule 1. In der gezeigten Ausführungsform weist jedes Modul 1 /
Glied der Kette eine mit mehreren LEDs 2,3,4 mit jeweiligen in Abstrahlrichtung angeordneten
Streuoptiken 5 und weiteren Elektronikkomponenten (ohne Abb.) bestückte Platine 6
auf.
[0037] Vorder- und rückseitig der Platine 6 befinden sich ein Deckel 7 bzw. ein Kühlkörper
8.
[0038] Im Einzelnen werden eine rote LED 2, eine dieser gegenüberliegende blaue LED 3 und
zwei dazu benachbart angeordnete grüne LEDs 4 (nur eine davon dargestellt) pro Modul
1 verwendet. Dadurch ist die gesamte leuchtende Fläche der LEDs für Grün größer gewählt
als für Rot und Blau (Leuchtflächenverhältnis Grün:Rot:Blau = 2:1:1). Dies wirkt sich
vorteilhaft auf die Farbmischung für weißes Licht aus, da für eine Weißmischung der
Grünanteil besonders hoch ist. Dadurch können vergleichsweise preiswerte LEDs 2,3,4
verwendet werden, die zudem nicht bis an ihre Leistungsgrenzen angesteuert zu werden
brauchen. Besonders geeignet ist dazu eine Ansteuerung der LEDs 2,3,4 mit einem Leuchtanteil
von Grün : Blau : Rot von 60 : 30 : 10. Außer weiß können durch eine geeignete Ansteuerung
der LEDs 2,3,4 mittels pulsweiten-modulierten Versorgungsstroms alle anderen möglichen
Farbmischungen erzeugt werden.
[0039] Entlang der Kette sind LEDs gleicher Farbe 2,3,4 elektrisch in Reihe geschaltet (sog.
"Stränge"), wobei für die Farbe Grün zwei getrennte Reihenschaltungen (d.h., zwei
Stränge) genutzt werden. Der Strom pro Strang wird mittels einer Parallelschaltung
elektronischer Komponenten, z. B. ICs und Widerstände (ohne Abb.), eingestellt, welche
die überschüssige Leistung, die aufgrund der fertigungsbedingten unterschiedlichen
Vorwärtsspannungen der LEDs 2,3,4, unterschiedlich sein kann, in Wärme umsetzen. Dabei
sind diese Komponenten auf den Modulen 1 / Platinen 6 der Kette angeordnet, um die
Wärme gleichmäßig über die Platinen 6 zu verteilen, was zu homogeneren Betriebsbedingungen
der einzelnen Module 1 führt.
[0040] Die elektrische Verbindung erfolgt über eine ein- oder mehrpolige elektrische Leitung,
z. B. das gezeigte Flachbandkabel 9, oder über einzelne Leitungen, jeweils beispielsweise
als Litze oder Volldraht ausgebildet, welche an die Platine 6 angeschlossen wird.
Zur Stromversorgung eines weiteren Moduls (nicht dargestellt) werden die Stromversorgungsleitungen
durch die Platine 6 durchgeschleift und bis zu einem anderen Kabelanschluss geführt,
von dem wiederum ein Kabel 9 zum anderen Modul führt. Diese beiden Kabel 9 bzw. elektrisch
verbundenen Kabelanschlüsse sind somit elektrisch miteinander verbunden. Jedoch reicht
zur Stromversorgung des Moduls 1 nur ein Stromanschluss aus.
[0041] Die LEDs 2,3,4 können mit oder ohne aufgesetzte Streuoptik 5 ausgestattet sein und
in gehäuster Form (LED-Chip in einem Gehäuse) oder ungehäuster Version (nur der LED-Chip)
vorliegen. In dieser Ausführungsform weist jede der LEDs 2,3,4 eine gleichartige flache
Streulinse 5 mit breitem Abstrahlwinkel auf. Dadurch lässt sich mit einfachen Mitteln
eine Möglichkeit zur vergleichsweise gleichmäßigen Ausleuchtung bei gleichzeitig weiten
Sichtwinkeln erreichen. Zudem weist der gezeigte Aufbau eine nur geringe Bauhöhe im
Bereich der Leuchtelemente 2,3,4,5 auf.
[0042] Die gezeigte Platine 6 ist eine Metallkernplatine, aufweisend eine strukturierte
Kupferschicht auf einem Dielektrikum 10, z. B. aus Polyimid oder Epoxidharz, sowie
ein Substrat 11, z. B. aus Aluminium, Kupfer oder einem anderen Metall. Dabei wird
die auf der Platine 6 erzeugte Wärme über deren große Grenzfläche besonders effektiv
an den Kühlkörper 8 abgegeben.
[0043] Der Kühlkörper 8 besteht vorzugsweise aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit,
wie z. B. Aluminium. Alternativ können auch Kühlkörper 8 unter Verwendung von Kupfer,
Zink und / oder Magnesium verwendet werden, oder allgemein unter Verwendung von gut
leitenden Materialien, wie Metallen. Der Kühlkörper 8 ist mittels einer thermisch
leitfähigen Klebeverbindung (elektrisch leitend oder isolierend) an die Rückseite
der Platine 6 angebracht. Im Einzelnen weist der Kühlkörper 8 eine rückseitig auf
einer Platte 12 aufgesetzte Anordnung aus regelmäßig angeordneten Stiften 13 gleicher
Höhe auf.
[0044] Zur Befestigung an einer Montageoberfläche, z. B. einer Wand, besitzt der Kühlkörper
8 Haltelaschen 14. Die hier gezeigte Anordnung der Haltelaschen 14 in der Mitte der
langen Kanten 8a bzw. der längeren Seitenränder des länglichen Kühlkörpers 8 ist aus
zwei Gründen besonders vorteilhaft: Erstens ist dann die Entfernung zu den Wärmequellen
(LEDs, elektrische / elektronische Komponenten) gering. Daraus resultiert eine besonders
starke Aufwärmung der Haltelaschen 14, welche für eine zusätzliche Entwärmung des
Moduls 1 durch Wärmeleitung über die Haltelaschen 14 zur Montageoberfläche sorgt.
Zweitens bieten für eine Kühlung durch freie Konvektion am Kühlkörper 8 die langen
Kühlkörperkanten 8a der durchströmenden Luft eine größere Querschnittsfläche (bessere
Kühlung), und ein diesbezüglich negativer Einfluss der Haltelaschen 14 wirkt sich
weniger stark aus als bei Vorsehen an den kurzen Kanten 8b mit kleinerer Querschnittsfläche
für die Luft. Dies führt zu thermischen Eigenschaften des Kühlkörpers 8, welche weniger
von der Ausrichtung des Kühlkörpers 8 (z. B. vertikal oder horizontal) an einer Montageoberfläche
abhängen als bei anders angeordneten Haltelaschen 14.
[0045] Die Länge der Stifte 13 ist so gewählt, dass sie weiter nach hinten von der Platte
12 herausstehen als die Haltelaschen 14 (Höhenunterschied vorzugsweise von 0,05 bis
0,3 mm). Dies gewährleistet den Kontakt eines oder mehrerer Stifte 13 mit der Montageoberfläche
und somit eine zusätzliche Entwärmung durch Konduktion über die Auflageflächen der
Stifte 13 auf der Montageoberfläche, die vorzugsweise aus Metall besteht. Die Befestigung
des Kühlkörpers 8 mittels der Haltelaschen 14 wird hier durch Schrauben realisiert,
deren Schraubenlöcher in den Haltelaschen 14 dargestellt sind (ohne Bezugszeichen).
[0046] Für eine bessere Wärmeabführung ist der Kühlkörper 8 oberflächenbehandelt, z. B.
mittels einer Pulverbeschichtung oder einer Anodisierung. Dadurch wird ein höherer
thermischer Emissionsgrad als der des Rohmaterials erreicht (bessere System-Entwärmung
durch erhöhte Wärmestrahlung). Gleichzeitig schützt die Beschichtung den Kühlkörper
vor schädlichen Umwelteinflüssen. Vorteilhaft ist eine helle Farbe mit hohem Lichtreflexionsgrad
der Beschichtung, um die optischen Eigenschaften im diffus-reflektierenden Leuchtkasten
zu erhöhen.
[0047] Der Kühlkörper 8 weist an den kurzen Seiten 8b eine Vertiefung 15 in Form einer Sicke
auf. In Kombination mit dem Deckel 7, welcher an der entsprechenden Stelle eine Auswölbung
16 besitzt, wird ein Führungskanal für die Kabel 9 erschaffen. Bei einer Zugkraft
auf das Kabel 9 in willkürlicher Orientierung (z.B. nach oben, unten, rechts oder
links) erfolgt durch diesen Kanal eine Übertragung der Kraft auf Lötstellen der Kabel
9 mit der Platine 6 dergestalt, dass die Kraft nur in einem kleinen, möglichst unempfindlichen
Winkelbereich zur Platinenoberfläche gerichtet ist. So werden Scher- und Schälkräfte
auf die Lötstellen vermieden.
[0048] Der Deckel 7 besteht aus thermisch belastbarem und UVstabilem Kunststoff. Vorteilhaft
ist eine helle Färbung, verbunden mit einer Reflektivität von mehr als 60% im sichtbaren
Bereich des Lichts zur Verbesserung der optischen Eigenschaften des Moduls 1 im Leuchtkasten.
Der Deckel 7 ist so geformt, dass er den Kühlkörper 8 teilweise seitlich verdeckt
und so die Gesamtreflektivität des Moduls 1 erhöht. Der Deckel 7 besitzt Aussparungen
17, welche so ausgebildet sind, dass die LEDs 2,3,4 ihr Licht ungehindert in Ort und
Winkel abstrahlen können. Die Befestigung des Deckels 7 erfolgt über einen Schnappmechanismus
mittels Kunststoffstiften 18, welche durch entsprechende Bohrungen (ohne Bezugszeichen)
in der Platine 6,10,11 und im Kühlkörper 8 geführt werden und einrasten. Der Deckel
7 besitzt zudem die Eigenschaft, dass er den darunter liegenden Innenraum des Moduls
1 nicht luftdicht verschließt, sondern Feuchtigkeit ein- und austreten lässt. Auf
diese Weise wird die Ansammlung von Kondenswasser vermieden.
[0049] Für den Schutz vor Kondenswasser / Korrosion und schadhaften Gasen, sind die elektrischen
Kontakte der stromführenden Teile auf der Platine 6,10 mit einer Lackschicht überzogen.
Dies verringert das Risiko der Ausbildung von Luft- und Kriechstrecken. In der gezeigten
Ausführungsform besitzt der Lack zur Qualitätsprüfung fluoreszierende Eigenschaften.
Die Viskosität des Lacks ist vorzugsweise so gewählt, dass er über den Effekt der
Kapillarwirkung eine vollständige Benetzung der Kontakte erreicht. Vorteilhaft sind
Viskositäten im Bereich von 100-500 mPas.
[0050] FIG 3 zeigt eine Leuchtkette 101, z. B. zur Hintergrundbeleuchtung von Leuchtfeldern,
mit n mehreren hintereinander zusammengeschalteten Leuchtmodulen m1,m2, ...,mn. Die
Leuchtmodule weisen den gleichen konstruktiven Grundaufbau auf. Jedes der Leuchtmodule
m1,m2,...,mn weist eine beispielhafte Leuchtdiode 102 und eine LED-Treiberschaltung
in Form einer Stromsteuerschaltung 103 zur Stromversorgung der Leuchtdiode(n) 102
auf. Die Stromsteuerschaltung 103 hängt elektrisch zwischen zwei jeweils durchgehenden
Treiberversorgungsleitungen 104,105. Eine dieser Versorgungsleitungen 105 entspricht
einer durchgehenden Lichtquellenleitung 105, der die LED 102 zwischengeschaltet ist.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Stromsteuerschaltung 103 mit einem ihrer
Versorgungseingänge mit einer Kathodenseite der zugehörigen LED 102 elektrisch verbunden.
Durch den Abgriff des benötigten - hier im Vergleich zur Treiberversorgungsleitung
104 niedrigeren - Spannungspotentials an der Kathode der auf dem jeweiligen Leuchtmodul
m1,m2,...,mn platzierten LED 102 wird vorteilhafterweise eine Verbindungsleitungen
zwischen den Leuchtmodulen m1,m2,...,mn eingespart.
[0051] Treiberausgänge der Steuerschaltung 103 sind jeweils mit einer durchgehenden Lichtquellenversorgungsleitung
106 elektrisch verbunden. Auf den Leuchtmodulen m1,m2,...,mn-1 werden die Treiberausgänge
nicht zur LED 102 geführt, sondern über die Lichtquellenversorgungsleitung 106 verbunden.
Erst auf dem letzten, also endständigen Leuchtmodul mn wird die Lichtquellenversorgungsleitung
^106 mit der Lichtquellenleitung 105 elektrisch verbunden.
[0052] In anderen Worten werden die Teilströme der einzelnen, elektrisch parallel geschalteten
Steuerschaltungen 103 alle an einem Knotenpunkt 107 auf dem endständigen Leuchtmodul
mn zusammengeführt und dann der Summenstrom durch die seriell geschalteten LEDs 102
geleitet.
[0053] Das Leuchtmodul mn, bei dem die Lichtquellenversorgungsleitung 106 mit der Lichtquellenleitung
105 elektrisch verbunden ist, kann beispielsweise aus der Grundform der anderen Leuchtmodule
m1,m2, ... dadurch abgeleitet werden, dass zwischen in der Grundform offenen Kontakte
108 der Lichtquellenversorgungsleitung 106 und der Lichtquellenleitung 105 eine Brücke
109 eingesetzt wird.
[0054] Alternativ können alle Leuchtmodule der Grundform mit offenen Kontakten entsprechen,
wobei zum Betrieb der Leuchtkette der freie Anschluss der Lichtquellenversorgungsleitung
106 des endständigen Leuchtmoduls mit dem freien Anschluss der Lichtquellenleitung
105 elektrisch verbunden wird. Diese Variante weist den Vorteil auf, dass die Länge
der Leuchtkette flexibel und im Feld angepasst werden kann und im wesentlichen nur
durch die maximale Leistungsaufnahme begrenzt wird.
[0055] Die gezeigte Leuchtkette 101 weist den Vorteil auf, dass erstens kein gesondertes
Modul zur Ansteuerung der Leuchtdioden 102 benötigt wird und zweitens aufgrund der
Verteilung der Treiberkomponenten auf die voneinander zumindest thermisch, aber üblicherweise
auch örtlich gerennten, einzelnen Leuchtmodule m1,m2,...,mn die auftretende Verlustleistung,
die in Wärme umgesetzt wird, ebenfalls auf die einzelnen Leuchtmodule m1,m2,...,mn
verteilt wird. Dies führt zu homogeneren Betriebsbedingungen der einzelnen LEDs 102.
Auftretende Verlustleistungsschwankungen aufgrund Schwankungen der elektrischen Parameter
der LEDs 102 erscheinen so nicht punktuell an einem Ort, was vorteilhafterweise eine
punktuelle Erwärmung und deren Einfluss auf die optischen Parameter der LEDs 102 abschwächt.
[0056] Die gezeigte elektrische Verkettung von LEDs 102 kann auch als Strang bezeichnet
werden. Die gezeigte Anordnung entspricht dann in anderen Worten einem LED-Strang
auf der Leuchtkette 1 mit einer verteilten Treiberschaltung.
[0057] Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigte Ausführungsform
beschränkt.
[0058] Alternativ können auch einfarbige LEDs verwendet werden, z. B. auch weiß leuchtende
LEDs. Die Zahl und Farbe der LEDs auf einem Modul ist nicht beschränkt und kann z.
B. auch eins betragen.
[0059] Ferner brauchen die Haltelaschen nicht verschraubt zu werden, sie können vielmehr
beliebig geeignet an der Montageoberfläche befestigt werden. So kann der Kühlkörper
auch so geformt sein, dass er in eine vormontierte Führungsschiene an der Montageoberfläche
eingerastet bzw. eingeclipst werden kann.
[0060] Auch kann der Kühlkörper statt mittels einer Klebeverbindung z. B. mittels einer
Schraub- oder Nietverbindung sowie vorzugsweise einer weiteren Zwischenlage aus thermisch
leitfähigem und / oder elektrisch isolierendem Material (sog. TIM-Material) mit der
Platine verbunden sein.
[0061] Alternativ können statt Metallkernplatinen z. B. auch Platinenmaterialien wie FR4
oder eine sog. FLEX-Folie verwendet werden.
[0062] Zudem kann die Auswölbung des Deckels alternativ so gewählt werden, dass durch sie
eine Kraft auf das Kabel ausgeübt wird, welche das Kabel im Kanal fixiert bzw. festklemmt.
Weiterhin kann eine Fixierung des Kabels auch ohne Sicke im Kühlkörper erreicht werden,
indem beispielsweise Niederhalter im Deckel ausgebildet sind, welche das Kabel auf
die ebene Kühlkörperfläche herunterdrücken.
[0063] Auch kann der Deckel statt aus Kunststoff z. B. auch aus Metall bestehen und so als
zusätzliches Kühlkörperelement wirken.
[0064] Auch können nicht-fluoreszierende Schutzlacke verwendet werden. Es kann, insbesondere
bei Anwendung in Innenräumen, zudem auf eine Schutzlackierung verzichtet werden.
[0065] Alternativ kann die Befestigung des Deckels statt durch die Kunststoffstifte auch
mittels beispielsweise Schrauben oder Nieten realisiert werden.
[0066] Eine mögliche, nicht beschränkende Anwendung des Leuchtmoduls bzw. der Kette besteht
in der Montage an einer Rückwand (z. B. einer Aluminiumplatte) innerhalb eines diffus-streuend
ausgekleideten Plexiglaskasten (sog. "Leuchtkasten") oder innerhalb von Werbebuchstaben
für den Bereich des sog. "Architectural Backlighting".
Bezugszeichenliste
[0067]
- 1
- Leuchtmodul
- 2
- rote LED
- 3
- blaue LED
- 4
- grüne LED
- 5
- Streuoptik
- 6
- Platine
- 7
- Deckel
- 8
- Kühlkörper
- 8a
- lange Kante
- 8b
- kurze Kante
- 9
- Kabel
- 10
- Dielektrikum
- 11
- Substrat
- 12
- Platte
- 13
- Stift
- 14
- Haltelasche
- 15
- Vertiefung
- 16
- Auswölbung
- 17
- Aussparung
- 18
- Kunststoffstift
- 101
- Leuchtkette
- 102
- LED
- 103
- Steuerschaltung
- 104
- Treiberversorgungsleitung
- 105
- Treiberversorgungsleitung / Lichtquellenleitung
- 106
- Lichtquellenversorgungsleitung
- 107
- Zusammenführungsknotenpunkt
- 108
- Kontake
- 109
- Brücke
- m1-mn
- Leuchtmodul
1. Leuchtmodul (1) für eine Leuchtkette mit mindestens einer Lichtquelle (2,3,4) und
mit mindestens einem Stromanschluss (9) zur Versorgung der mindestens einen Lichtquelle
(2,3,4), wobei das Leuchtmodul (1) aufweist:
- einen Kühlkörper (8);
- mindestens eine durchgehende Lichtquellenleitung (105) mit mindestens einer zwischengeschalteten
Lichtquelle (102), insbesondere mindestens einer Leuchtdiode;
- mindestens eine durchgehende Lichtquellenversorgungsleitung (106); und
- mindestens eine durchgehende Treiberversorgungsleitung (104,105) zum Betrieb mindestens
einer Treiberschaltung (103) zur Ansteuerung der mindestens einen Lichtquelle (102);
- wobei eine Treiberschaltung mindestens eine durchgehende Treiberversorgungsleitung
(104,105) speist.
2. Leuchtmodul (1) nach Anspruch 1, bei dem die Lichtquellen (2,3,4) an einer Vorderseite
einer Platine (6,10) angeordnet sind und der Kühlkörper (8) mit einer Rückseite der
Platine (6,11) verbunden ist.
3. Leuchtmodul (1) nach Anspruch 2, bei dem der Kühlkörper (8) mittels eines Haftmittels
an der Platine (6,11) befestigt ist und bei dem der Kühlkörper (8) mittels eines mechanischen
Verbindungselements an der Platine (6,11) befestigt ist, wobei zwischen dem Kühlkörper
(8) und der Platine (6) eine Zwischenlage aus TIM-Material angeordnet ist.
4. Leuchtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend als Lichtquellen
eine rote Leuchtdiode (2), eine blaue Leuchtdiode (3) und zwei grüne Leuchtdioden
(4).
5. Leuchtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine
Lichtquelle eine weiße Lichtquelle, insbesondere eine weiße LED umfasst.
6. Leuchtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder Lichtquelle
(2,3,4) eine Streuoptik (5) zum Streuen des von der jeweiligen Lichtquelle (2,3,4)
abgestrahlten Lichts zugeordnet ist.
7. Leuchtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend mindestens zwei
elektrisch miteinander verbundene Stromanschlüssen zur Versorgung der mindestens einen
Lichtquelle (2,3,4).
8. Leuchtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend mindestens eine
Steuerschaltung zum Ansteuern der mindestens einen Lichtquelle (2,3,4).
9. Leuchtmodul (1;m1-mn) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Treiberschaltung
(103) eine Stromsteuerschaltung oder eine Stromkonstanterschaltung ist.
10. Leuchtkette (101) mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Leuchtmodulen (1;m1-mn)
nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11. Leuchtkette (101) nach Anspruch 10, bei der die Leuchtmodule (1;m1-mn) so geschaltet
sind, dass ein Satz von Lichtquellen (2,3,4;102) umfassend jeweils eine Lichtquelle
(2,3,4;102) der Leuchtmodule (1;m1-mn), elektrisch in Reihe geschaltet ist.
12. Leuchtkette (101) nach Anspruch 11, bei der die Leuchtmodule (1;m1-mn) so geschaltet
sind, dass ein Satz von gleichfarbigen Lichtquellen (2,3,4;102) umfassend jeweils
eine Lichtquelle (2,3,4;102) der Leuchtmodule (1;m1-mn), elektrisch in Reihe geschaltet
ist.
13. Leuchtkette (101) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die Leuchtmodule (1;m1-mn)
so geschaltet sind, dass eine Verlustleistung einer Treiberschaltung (103) für die
Lichtquellen (2,3,4;102) sich im wesentlichen gleichmäßig auf die Leuchtmodule (1;m1-mn)
verteilt.
14. Leuchtkette (101) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der Treiberschaltungen (103)
für die Lichtquellen (2,3,4;102) elektrisch parallel geschaltet sind.
15. Leuchtkette (101) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei
- mindestens zwei der Leuchtmodule (m1-mn) mindestens einen Satz aus mindestens einer
Lichtquelle (102) und einer Treiberschaltung (103) zur Ansteuerung der mindestens
einen Lichtquelle (102) aufweisen und
- die Treiberschaltungen (103) eines Satzes der jeweiligen Leuchtmodule (m1-mn) elektrisch
parallel miteinander verbunden sind und
- die Lichtquellen (102) dieses einen Satzes der jeweiligen Leuchtmodule (m1-mn) elektrisch
seriell miteinander verbunden sind und
- die Treiberausgänge der Treiberschaltungen (103) an einem Knotenpunkt (107) zur
gemeinsamen Stromversorgung aller Lichtquellen (102) dieses einen Satzes zusammengeführt
werden.