EP3821464A1 - Led-anordnung und beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

Led-anordnung und beleuchtungsvorrichtung

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Publication number
EP3821464A1
EP3821464A1 EP19739557.7A EP19739557A EP3821464A1 EP 3821464 A1 EP3821464 A1 EP 3821464A1 EP 19739557 A EP19739557 A EP 19739557A EP 3821464 A1 EP3821464 A1 EP 3821464A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
led
area
leds
arrangement
areas
Prior art date
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Pending
Application number
EP19739557.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Stange
Ulrich Hartwig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
Publication of EP3821464A1 publication Critical patent/EP3821464A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V19/00—Fastening of light sources or lamp holders
    • F21V19/001—Fastening of light sources or lamp holders the light sources being semiconductors devices, e.g. LEDs
    • F21V19/0015—Fastening arrangements intended to retain light sources
    • F21V19/0025—Fastening arrangements intended to retain light sources the fastening means engaging the conductors of the light source, i.e. providing simultaneous fastening of the light sources and their electric connections
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/857—Interconnections, e.g. lead-frames, bond wires or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H29/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one light-emitting semiconductor element covered by group H10H20/00
    • H10H29/20—Assemblies of multiple devices comprising at least one light-emitting semiconductor device covered by group H10H20/00
    • H10H29/24—Assemblies of multiple devices comprising at least one light-emitting semiconductor device covered by group H10H20/00 comprising multiple light-emitting semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H29/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one light-emitting semiconductor element covered by group H10H20/00
    • H10H29/80—Constructional details
    • H10H29/85—Packages
    • H10H29/857—Interconnections
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H29/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one light-emitting semiconductor element covered by group H10H20/00
    • H10H29/80—Constructional details
    • H10H29/922—Parallel electrical configurations of multiple light-emitting semiconductor components or devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H29/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one light-emitting semiconductor element covered by group H10H20/00
    • H10H29/80—Constructional details
    • H10H29/942—Serial electrical configurations of multiple light-emitting semiconductor components or devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00—Package configurations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to an LED arrangement with a substrate, an electrically conductive first current connection region arranged on the substrate, one on the substrate
  • a respective LED having a first LED contact area and a second LED contact area.
  • the respective two LED contact areas of an LED serve to provide one
  • the invention also includes a lighting device with an LED arrangement.
  • Providing the corresponding LED arrangement is, on the one hand, many LEDs for providing the high luminance
  • common ground a so-called common ground, which is characterized, for example, by a
  • the object of the present invention is therefore to provide an LED arrangement which arranges individual LEDs as compactly as possible in the simplest possible way
  • An LED arrangement according to the invention has a substrate, an electrically conductive first current connection region arranged on the substrate, one on the substrate
  • the LED arrangement has several on the
  • Transitional area is divided, and being the second
  • Power connection area represents one of the transition areas. Furthermore, a respective LED group is exactly one of the
  • a respective LED group can have at least one LED which is arranged on an edge region of the entirety of the LED groups. Then there is no further adjacent LED of the LED arrangement on this LED located at the edge region, at least on one side.
  • a respective transition area is the
  • LEDs is electrically conductively connected and, apart from the second power connection region, a respective transition region can be electrically conductively connected to a second LED contact region of one of the LEDs arranged at the edge region of an adjacent LED group, so that the plurality of LED groups are connected in series ,
  • An LED group can generally comprise only a single LED or several LEDs. According to the LED arrangement according to the invention, all LEDs of a common LED group have the same potential, since they are all arranged on the same coating area. The respective ones are now advantageous Coating areas spatially separated from each other
  • connection can also be made in a contact trench running within the LED arrangement
  • This advantageous arrangement principle of the LEDs or the LED groups provided by the invention advantageously also provides an arrangement pattern which can be scaled as desired, so that depending on the application and requirement
  • the invention enables particularly small current-to-voltage ratios to be achieved, even with a very large number of LEDs, which is why such an LED arrangement can also be provided in a particularly simple and cost-effective manner, since the individual conductor tracks and other components required can be designed for significantly lower currents.
  • the invention can be a special one compact LED arrangement can be provided in a particularly simple and inexpensive manner.
  • the LEDs can be any organic light emitting diode
  • micro LEDs for example, micro LEDs, QLEDs, organic light-emitting diode
  • the LEDs are preferably designed at least in such a way that the first contact area is arranged on an underside of the LED, while the second
  • the arrangement can be made available in a particularly compact and optimized manner. It is particularly advantageous if the LEDs are high-current LED chips, since they enable particularly high luminance levels to be provided. Even those
  • High-current LEDs usually have the first contact area on a lower side, while the second contact area on the upper side opposite the lower side
  • a power supply for the LED arrangement can be provided via the first and the second power connection area.
  • the second power connection area which represents one of the transition areas, should be understood such that this transition area is quasi an excellent or
  • transition areas that can be coupled to a power connector in any way.
  • a further one that is spatially separated from the coating areas can also be used
  • an electrically conductive connection for example a wire, a line, bond wires, or the like
  • Transition area can be connected.
  • this one is also determined in this case Transition area referred to as the power connection area, in particular as the second power connection area.
  • These two power connection areas preferably represent the only power connection areas via which the LED arrangement can be supplied with current. This is particularly advantageous for applications in which individual LEDs or LED groups are not intended to be separately controllable, but are sufficient if only all LEDs of the arrangement can be controlled simultaneously and in the same way, ie can be switched on and off or dimmed in the same way. This allows the structure to be greatly simplified and, above all, the effort involved in cable routing and contacting is enormous
  • Power connection areas are arranged, in particular made of an electrically insulating material for
  • Example comprising aluminum nitrite, aluminum oxide, etc.
  • a so-called FR4 circuit board can also be used as the substrate, which consists of a heavy
  • Glass fiber fabric can be formed. Alternatively, as
  • Printed circuit board can also be a printed circuit board with a metal core or “metal core (MC)”
  • Coating areas and the power connection areas can be provided in a simple manner, for example, by a metallic coating on the substrate.
  • an LED group which is closest in relation to a predetermined direction of rotation, ie viewed, for example, clockwise or counterclockwise.
  • an LED group can only have a single LED.
  • each of the LED groups has a plurality of the LEDs.
  • LED arrangements with a particularly large number of LEDs can advantageously be provided, which enables very high luminance levels in an extremely small installation space.
  • the second LED contact areas of all LEDs of a respective common LED group are preferably also connected to one another in an electrically conductive manner. This means that the first LED contact areas of all LEDs of a respective common LED group are now above those assigned to this LED group
  • each LED group has the same number of LEDs. This allows all LEDs to be supplied with the same current in a simple manner, which provides a homogeneous and uniform appearance.
  • all LEDs of a respective common LED group are arranged in a row.
  • Such a linear arrangement advantageously makes it possible to enormously simplify the contacting of the second LED contact areas and thereby also to achieve a very flat structure, which will be explained in more detail later.
  • the LED groups are arranged in several rows and / or in several columns with respect to one another. This means that an LED matrix can be created
  • At least the transition regions different from the second connection region are angled so that they each have a first partial region that extends away from the edge region, and an angle to the first partial region, in particular at a right angle,
  • the distance to be bridged by a corresponding contacting element between the second LED contact area of the LED and the relevant transition area, to which the second LED contact area is electrically conductively connected, can be minimized as a result and the contacting can thus be provided in a particularly simple manner.
  • the connection effort can thus advantageously be further reduced.
  • At least the transition areas different from the second connection area are all angled in the same direction, for example all clockwise or all counterclockwise with respect to a top view of the LED arrangement.
  • the respective LED groups can be specified in a particularly simple manner
  • the two power connection areas are assigned to two LED groups which are arranged adjacent to one another. This allows a particularly simple construction to be implemented and, in particular, to ensure that conductor tracks do not cross.
  • the series connection can then, for example, start from the first power connection area against the
  • Power connection area represents the closest counterclockwise neighbor to the second power connection area. If this is reversed, the series connection can be started from the first power connection area clockwise around the entirety of the LED groups to the second
  • connection area in an equally simple way.
  • the LEDs of the respective LED group located at the edge area which are electrically conductively connected to the transition area of the coating area assigned to the adjacent LED group, are arranged in such a way that at least part of the respective second LED contact area is arranged at the edge area.
  • the second LED contact areas of all LEDs of a respective common LED group are connected to one another by an electrically conductive flat element which has a height which is less than its length and at most as large as its width or less than its width.
  • an electrically conductive flat element which has a height which is less than its length and at most as large as its width or less than its width.
  • the flat element is the flat element as
  • the height can be one or even several orders of magnitude lower
  • Wires or strands can also be used to connect the contact areas, as is described in more detail below.
  • their height is at least smaller, in particular by orders of magnitude, than their length, and can in particular be as large as their width. This enables a particularly flat structure to be achieved for the entire LED arrangement. In particular, this allows
  • the electrically conductive flat element is designed such that it extends in a straight line over all second contact areas of the LEDs of the common LED group. It is also advantageous if the flat element is also at the edge area in the direction of
  • Transition area of the coating area runs and is connected to it in an electrically conductive manner, which is assigned to one of the adjacent LED groups.
  • Flat element can thus advantageously not only be used to make contact with the second LED contact areas, but also to establish the connection between the second contact area of the outer LED of an LED group and the corresponding transition area. In this way, too, bond wires can advantageously be avoided again in order to produce this contacting, and a particularly flat structure can be realized.
  • Transition area of the adjacent LED group bond wires, i.e. corresponding bond wires by wire bonding
  • the second LED contact areas of the LEDs of at least one common LED group are electrically conductively connected to one another by at least one strand which extends essentially in a straight line over all second contact areas of the LEDs of the common LED group.
  • Several, for example parallel, strands can also be used to contact these second LED contact areas. Due to their straight course, in turn
  • the contact areas of the LEDs are particularly easy to implement.
  • the respective flat elements and / or strands together with the LEDs are preferably integrated in one step
  • Coupling of the light emitted by the LED arrangement can be achieved in a subsequent optics.
  • a flat structure of the LED arrangement allows a particularly small distance between a light emission surface of the LEDs and a light coupling surface of the optics, which has advantages with regard to the amount of light that can be collected by the optics.
  • the bridging connections are to be covered
  • the bridging connections are preferably made in such a way that the respective connection lengths are as short as possible and do not exceed a maximum length of approximately 3 mm.
  • connection can also be made indirectly by placing and contacting the connection on the closer LED and then continuing and contacting the more distant LED.
  • the connection can also be made indirectly by placing and contacting the connection on the closer LED and then continuing and contacting the more distant LED.
  • transition regions which are part of the conductive coating regions, are mutually arranged in the contacting trench for the respective LED group.
  • Contact trench is preferably less than 0.7 mm, better less than 0.6 mm or 0.5 mm wide and should therefore only make up a fraction of the LED dimensions.
  • the LED arrangements according to the present invention are particularly suitable for generating monochromatic light. Relevant wavelength ranges can be in the
  • the light source can be a white light source.
  • Imaging optical systems in which a high luminance is required. These can be projection applications or general applications where light has to be focused on a small area.
  • Other applications are curing or curing applications (e.g. 3D printing, light distribution via DMD) and lithography with low resolution e.g. for the production of PCBs (e.g. light distribution via DMD).
  • the special one is a curing or curing applications (e.g. 3D printing, light distribution via DMD) and lithography with low resolution e.g. for the production of PCBs (e.g. light distribution via DMD).
  • the challenge in some applications is the high electrical currents required during operation, for example approx.
  • the invention also relates to a
  • Lighting device with an LED arrangement according to the invention or one of its configurations The advantages described for the inventive LED array and its embodiments are thus equally orcardi for the inventive lighting V.
  • Such a lighting device for example a lamp and / or a headlight, with the inventive LED arrangement can be used for effect lighting,
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a plan view of an LED, in particular on its light-emitting side, for an LED arrangement according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a side view of the LED from FIG. 1 for an LED arrangement according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a plan view of a substrate with coating and power connection areas arranged thereon for an LED arrangement according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a top view of an LED arrangement with LEDs which are arranged on the coating areas according to FIG. 3 and which are schematically on the top
  • Connection elements are contacted, according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 A schematic representation of a plan view of an LED matrix with a plurality of LEDs for an LED arrangement according to an embodiment of the
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a plan view of a substrate with coating and power connection areas for an LED arrangement arranged thereon according to a further embodiment of the
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a top view of an LED arrangement with LEDs which are arranged on the coating areas according to FIG. 6 and which are schematically on the top
  • Connection elements are contacted, according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a plan view of a substrate with coating and power connection areas arranged thereon for an LED arrangement according to a further exemplary embodiment of the
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a top view of an LED arrangement with LEDs which are arranged on the coating areas according to FIG. 8, according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a plan view of a substrate with coating and power connection areas arranged thereon for an LED arrangement according to a further exemplary embodiment of the
  • FIG. 11 shows a schematic illustration of a plan view of an LED arrangement with LEDs which are arranged on the coating areas according to FIG. 10 and which are contacted schematically on the top side via connecting elements, according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 12 shows a schematic and perspective illustration of an LED group for an LED arrangement according to an exemplary embodiment of the invention, the LEDs the LED group are contacted with one another by means of a rectilinear, electrically conductive flat element;
  • FIG. 13 shows a schematic and perspective illustration of an LED group for an LED arrangement according to an exemplary embodiment of the invention, the LEDs of the LED group being contacted with one another by means of two rectilinear strands;
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of a side view of an edge area of an LED arrangement according to an exemplary embodiment of the invention, in which the contact between the second LED contact areas of an LED group and that of an adjacent LED group
  • Transition area is realized by means of bond wires.
  • 15 shows a schematic illustration of a side view of an edge region of an LED arrangement according to an exemplary embodiment of the invention, in which the contact between the second LED contact regions of an LED group is associated with that of an adjacent LED group
  • Transition area is realized by means of the electrically conductive flat element, which is also the second LED contact areas of the LED group
  • FIG. 16 shows a schematic illustration of a plan view of a substrate with coating and power connection areas arranged thereon for an LED arrangement according to a further exemplary embodiment of the FIG
  • Fig. 17 is a schematic representation of a plan view of an LED arrangement with LEDs that on the 16 and arranged schematically on the upper side via connecting elements, according to an embodiment of the invention
  • FIG. 18 shows a schematic illustration of a plan view of an LED, in particular on its light-emitting side, for an LED arrangement according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 19 shows a schematic illustration of a side view of the LED from FIG. 18 for an LED arrangement according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 20 shows a schematic illustration of a plan view of two LEDs of an LED group for an LED arrangement according to an exemplary embodiment of the invention, the second LED of the LED group being shown in FIG.
  • 21 shows a schematic illustration of a side view of two LEDs of an LED group for an LED arrangement according to an exemplary embodiment of the
  • FIG. 22 shows a schematic illustration of a plan view of FIG. 22
  • FIG. 23 shows a schematic representation of a top view of an LED arrangement with LEDs which are arranged on the coating areas according to FIG. 22 and which are schematically on the top Connection elements are contacted, according to an embodiment of the invention
  • Fig. 24 is a schematic representation of a top view
  • FIG. 25 shows a schematic representation of a top view of an LED arrangement with LEDs which are arranged on the coating areas according to FIG. 24 and which are contacted schematically on the upper side via connecting elements, according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 26 shows a schematic illustration of a top view of FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a top view of an LED 10, in particular on its light-emitting side, for an LED arrangement 22 (cf. e.g. FIG. 4) according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 2 shows
  • the LED 10 has one
  • the LED 10 has an electrically conductive first LED contact area 12 and an electrically conductive second LED contact area 14. These two LED contact areas 12, 14 are arranged on the opposite side of the LED 10, the second LED contact area 14 in particular being on the side of the LED 10 on which the light-emitting area 10a is also located, while the first LED contact area 12 is arranged on the underside of the LED 10, ie the side opposite the light-emitting region 10a. This first led The contact area 12 preferably extends over the entire underside of the LED 10.
  • the second LED contact area 14 extends only over a partial area of the top of the LED 10, for example as shown here in strip form on an edge area of the light-emitting area 10a, or for example in another area, such as only in a corner area of the LED 10, or the like.
  • the LED 10 is preferably a high-current LED chip, since such a
  • High-current LED chip can provide particularly high luminance levels, which is particularly advantageous for the preferred application areas of these LED arrangements 22.
  • the LEDs 10 can each be any LED
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a top view of an electrically insulating but preferably thermally highly conductive substrate 16 with a substrate 16 arranged thereon
  • Coating areas 18 and two power connection areas 20a, 20b for an LED arrangement 22 according to one
  • the LED arrangement 22 comprises a plurality of LED groups 24.
  • a respective LED group 24 in this case comprises at least one LED 10, in this example three LEDs 10 each.
  • Exactly one coating area 18 is assigned to a respective LED group 24.
  • the LED arrangement 22 comprises six coating regions 18 made of an electrically conductive material that are spatially separated from one another.
  • a respective coating area 18 is further divided into a contact area 18a and a transition area 18b.
  • the LEDs 10 of a respective LED Group 24 are associated with their respective first LED contact areas 12 in contacting manner on the contact area 18a of their respective LED group 24
  • transition regions 18b of the coating regions 18 themselves are thus arranged so as to protrude beyond an edge area 26 of the entirety of the LED groups 24, this edge area 26 being illustrated in FIG. 3 by a dashed line, that is to say the totality of the arrangement of all LEDs 10 of the LED arrangement 24 in FIG illustrated top view of the
  • the LED arrangement 24 also comprises two current connection regions 20a, 20b, namely a positive first current connection region 20a, which is different from the others
  • Coating areas 18 is also spatially separated, and a second negative power connection area 20b, which is also a transition area 18b one of the
  • Transition areas 18b should be understood to mean that this is only in any way with a
  • Power connection can be coupled. For this can be
  • second power connection area 20b ' (Further) second power connection area 20b '(see FIG. 4) can be provided, which then determines this electrically via an electrically conductive connection 28', for example a wire, a line, bond wires, or the like
  • Transition area 18b, 20b can be connected.
  • this particular transition area 18b is also used in this case as the power connection area 20b,
  • a respective LED group 24 also has at least one LED 10, which is arranged on the edge region 26.
  • the contacting can thus be carried out in a simple manner via this LED 10 to the adjacent LED group 24 or the first
  • connection area 20a The interconnection of the LEDs with one another is also shown in particular in FIG. 4. These contacting connections are designated 28 in FIG. 4. On the one hand, such connections 28 connect the second LED contact areas 14 of the LEDs 10 of a common LED group 24 to one another in an electrically conductive manner, and on the other hand, via such a connection 28, the second LED contact area 14 of the LED 10 arranged at the edge area 26 is also one respective LED group 24 with that assigned to an adjacent LED group 24
  • Transition area 18b connected which is the case for all LED groups 24 except for one in which the at least one LED 10 arranged on the edge area 26 is connected to the first
  • Power connection area 20a is connected.
  • the LEDs 10 can be constructed as described in relation to FIGS. 1 and 2 and in this case have their second LED contact area 14 arranged opposite the substrate 16, for reasons of clarity only one such second LED contact area 14 being provided with a reference symbol is.
  • Such an LED arrangement 22 can be used
  • Common LED groups 24 are connected in parallel to one another, since both their respective first LED contact areas 12 are connected to one another by way of their coupling via the respective contact areas 18a of the respective coating areas 18, and their respective second LED contact areas 14 are connected via the connections 28, and thus have the same potential.
  • the series connection or series connection of the individual LED groups 24 advantageously advantageously significantly reduces the total current required to operate the LEDs 10, in particular
  • an LED 10 has a current of 3 A (amperes), and if each LED group 24, as is shown, for example, in FIG. 4, has three LEDs 10, the total current required for this entire LED arrangement results 22 of 9 A. If, for example, more or fewer than the six LED groups 24 shown here are provided, the total current required would not change.
  • the invention and its refinements thus advantageously make it possible to also operate LED arrangements 22 with a very high number of LEDs 10 with relatively low total currents. This has the great advantage that the LED arrangement 22 can be designed in a significantly simpler and more cost-effective manner, since, for example, all current-carrying lines and coatings can be designed for significantly lower currents, as well as optional further ones that are coupled or coupled to the LED arrangement 22 connectable electrical or electronic components.
  • Another particularly great advantage of the invention and its refinements lies precisely in the fact that this arrangement makes it possible, despite the series connection of the respective LED groups 24, to arrange the individual LEDs 10 extremely compactly with respect to one another. This is made possible above all by contacting the LED groups 24
  • Edge area 26 or extending beyond it and all around is realized, in particular by the transition areas 18b arranged around the arrangement of the LEDs 10, so that advantageously such contacting areas do not have to be arranged between the individual LEDs.
  • the individual LEDs 10 can thus be arranged very close to one another, ideally even in an impact.
  • this arrangement concept can be expanded, reduced and modified in any way, depending on the situation
  • This LED matrix 30 now has several rows and columns, in particular n rows and m columns.
  • the rows extend in the direction labeled R, while the columns extend in the direction labeled S.
  • the arrangement of the coating areas 18 and the power connection areas 20a, 20b on the substrate 16 associated with this LED matrix 30 is shown in FIG. 6.
  • the LED matrix 30 thus has eight LED groups 24, with a respective LED group 24 each having three LEDs 10. Two LED groups 24 are arranged side by side in a respective row.
  • the total current I required for this arrangement results from the number of LEDs 10 per LED group 24, multiplied by the current 10 for a single LED 10. Since in this arrangement a respective LED group 24 therefore has exactly half as many LEDs 10 as arranged in a row, the total current I required is as follows:
  • the required total voltage U results from the required voltage U0 for a single LED 10
  • This arrangement can also be extended in any direction in the direction R of the rows A. This can
  • each LED row then comprises exactly two LED groups 24, but then a respective LED group 24 then has, for example, four LEDs 10 or five LEDs 10 or six LEDs 10, etc.
  • the formulas for calculating the total current I and the total voltage U remain unchanged and continue to apply.
  • This scheme therefore offers any expansion options and thus a particularly high degree of flexibility.
  • Power connection areas 20a, 20b for an LED arrangement 22 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • Power connection areas 18, 20a, 20b are suitable, for example, for the LED matrix 30 shown in FIG. 5.
  • the arrangement of these LEDs 10 according to this LED matrix 30 shown in FIG. 5 on the respectively assigned coating areas 18 is shown schematically in FIG. 7 in a top view. For reasons of clarity, only one is shown in FIG. 7 Individual LED 10 is provided with a reference symbol, and also only a single connection 28. Moreover, this LED arrangement 22 is designed as described in relation to FIG. 4, except for the difference that it is shown in FIG. 7
  • Example, the LED arrangement 22 now has eight LED groups 24, each with three LEDs 10, while the LED arrangement 22 is off
  • LED groups 24 each with three LEDs 10.
  • the series connection of the individual LED groups 24 is also advantageously implemented in this example shown in FIG. 7 via the transition regions 18b surrounding the arrangement, each of which has an edge region 26
  • LEDs 10 are one
  • common LED group 24 are arranged so that their respective second LED contact areas 14 lie on a straight line, since this is the contacting of the LEDs 10
  • a respective LED group has 24 only a single LED 10 on.
  • Six LED groups 24, each with exactly one LED 10, are thus provided. For the rest, the contact can also be made here again as described above.
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a plan view of a substrate 16 with arranged thereon
  • the formation of the contact areas 18a without such cutouts 32 makes it possible to arrange the respective LEDs 10 of a respective group 24 in a floating manner on the respective coating areas 18 and thereby to further minimize the distances between the respective LEDs 10.
  • these can also be arranged in an abutting manner, that is to say that they even touch at least in part.
  • each LED group 24 can comprise any number of LEDs 10. However, it is preferred that each LED group 24 has the same number of LEDs. The possible embodiments are therefore not limited to the examples shown here. Any of these
  • Fig. 12 shows a schematic and perspective
  • connections 28 are realized, which in this example are designed as two rectilinear, electrically conductive strands 36.
  • these connections 28 can provide a particularly flat structure, in particular in contrast to the use of bond wires.
  • the use of bonding wires 38 can thus be restricted, for example, to the connections 28 to the corresponding transition regions 18b, as is illustrated schematically, for example, in FIG. 14 in a side view of part of the LED arrangement 22.
  • the contact to the transition regions 18b can be provided, for example, by the flat element 34 itself, which is angled in the edge region 26 in the direction of the substrate 16, via which also the
  • a particularly flat structure of the LED arrangement 22 can also be provided in the edge region.
  • a particularly robust arrangement can also be provided and, in addition, a conventional cover can be dispensed with, which is better
  • Coupling properties of the emitted light in a subsequent optics enables.
  • FIG. 16 shows a schematic representation of a top view of an electrically insulating but preferably thermally highly conductive substrate 16 (see FIG. 17; not shown in FIG. 16) with coating areas 18a (contact areas), 18b (transition areas) and 18c arranged thereon
  • Areas 10a arranged LEDs 10 is shown schematically in Fig. 17.
  • the power connection areas 20a, 20b are each connected to corresponding connection areas 40a, 40b of an electrical supply unit (not shown).
  • the auxiliary connection areas 18c are designed in such a way that the LEDs of a group over the adjacent ones
  • Auxiliary connection area 18c can be connected to each other, that is, they do not have to be connected directly by means of bonding wires. This is particularly advantageous with high total currents.
  • the electrically conductive connections 28.1 e.g. bonding wires
  • the electrically conductive connections 28.1 are provided, through which only the partial currents of the respective LED flow.
  • the edge area 26 of the more distant LEDs 10.2 are connected to the suitably closest auxiliary connection area 18c by means of the electrically conductive connections 28.2.
  • the connections 28.2 are dimensioned such that they can bridge the LED 10.1 arranged between LED 10.2 and auxiliary connection area 18c (“over-bonding”).
  • the electrical bridges 50 each serve to electrically connect two adjacent auxiliary connection areas 18c and, alternatively, by removing the bridges 50, offer the simple possibility of configuring a multi-channel light source, for example a 5-channel light source, if required.
  • 18 shows a schematic illustration of a top view of an LED 10 (10.1 or 10.2), in particular on its light-emitting side, for the LED arrangement 22 shown in FIG. 17 according to an exemplary embodiment of the invention. 19 also shows a schematic illustration of this LED 10 in a side view.
  • the contact areas 14 are designed in such a way that only one electrically conductive connection 28 can be accommodated in each case. As a rule, both contact areas are occupied in order to operate an LED 10. An electrical connection from one
  • Electrical contact area of a second LED (as shown in Fig. 7) is disadvantageous in the case of high current loads.
  • One solution to this problem is to provide one or more auxiliary connection areas 18 c and thus to connect the LEDs directly, the LEDs not arranged at the edge area by means of the description of FIG. 17
  • Fig. 20 is the principle of
  • the electrically conductive connections should be as short as possible
  • Auxiliary connection area 18c or a power connection area 20a is shown schematically. For this, one with the
  • Auxiliary connection area 18c or power connection area 20a electrically conductive connection, for example a bonding wire, placed on a contact area 14.1 of the first LED 10.1, that is, contacted, and then continued directly to a contact area 14.2 of a second LED 10.2 and again placed, i.e. contacted. 22 schematically shows an embodiment for a coating area 18 and power connection areas 20a.1,
  • FIG. 23 schematically shows the arrangement associated with FIG. 22 with LEDs 10, which at their LED contact areas 12 (not shown here) over the
  • Coating area 18a are connected.
  • the channel separation is realized here by two separate current connection areas 20a.1 or 20a.2, with which the contact areas 14 of the LEDs of a respective channel are electrically conductive
  • Connections 28 are contacted. A corresponding
  • the advantage of this embodiment is that larger LED matrix n x m (n> 5 and m> 5) can be contacted from the rear without any problems and can be operated simultaneously on different channels with different currents.
  • FIG. 24 shows a schematic illustration of a top view of coating and power connection areas for an LED arrangement with many LEDs (here 4 ⁇ 6) according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the associated LED arrangement 22 with the LEDs 10 arranged on the respective coating areas 18 is shown schematically in FIG. 25.
  • a contacting trench 31 is provided, in which transition regions 18b, which are part of the conductive ones, are mutually arranged for the respective LED group Coating areas 18 are.
  • Contact trench is preferably less than 0.7 mm, better less than 0.6 mm or 0.5 mm wide and should therefore only make up a fraction of the LED dimensions.
  • the electrical connection is implemented (see FIG. 24 in conjunction with FIG. 25) in such a way that one or more LEDs are applied to a contact area 18a.
  • LED groups 24 There are several (here 3 x 2) LED groups 24 (only one highlighted by dash).
  • a first LED group is connected to the connection region 20a via the contact regions 14 via electrically conductive connections 28.
  • the second LED group is connected to the transition area 18b belonging to the first LED group, etc.
  • the transition area of the last contact area in the chain is the connection area 20b.
  • the second half of the LED groups is placed next to the first half, so that the first and last LED groups are next to each other.
  • 26 shows a schematic representation of a top view of coating and power connection areas for an LED arrangement with many LEDs (here 6 ⁇ 6) according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • this 6 x 6 LED arrangement in which more than two LED groups are arranged both in columns and rows, there is also an LED group 24.1 in the middle of the LED matrix.
  • connection area 18b / 20b and optionally for a connection area 20a for this inner LED group 24.1 there are 24 LEDs with smaller areas for the LED group

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine LED-Anordnung (22) mit zwei auf einem Substrat (16) angeordneten Stromanschlussbereichen (20a, 20b), mehreren LED-Gruppen (24) mit LEDs (10), die jeweils einen ersten und zweiten LED-Kontaktbereich (12, 14) aufweisen. Die LED-Anordnung (22) umfasst zudem mehrere auf dem Substrat (16) voneinander räumlich separiert angeordnete, elektrisch leitfähige Beschichtungsbereiche (18), die sich jeweils in einen Kontaktbereich (18a) und einen Übergangsbereich (18b) gliedern, wobei der zweite Stromanschlussbereich (20b) einen der Übergangsbereiche (18b) darstellt, wobei jede LED-Gruppe (24) auf genau einem zugeordneten Beschichtungsbereich (18) angeordnet ist, wobei einer der Stromanschlussbereiche (20a) mit einem zweiten LED- Kontaktbereich (14) einer der am Randbereich (26) angeordneten LEDs (10) elektrisch leitend verbunden ist, und wobei bis auf den anderen Stromanschlussbereich (20b) ein jeweiliger Übergangsbereich (18b) mit einem zweiten LED- Kontaktbereich (14) einer der am Randbereich (26) angeordneten LEDs (10) einer benachbarten LED-Gruppe (24) elektrisch leitend verbunden ist, so dass die mehreren LED- Gruppen (24) in Serie geschaltet sind.

Description

LED-ANORDNUNG UND BELEUCHTUNGSVORRICHTUNG
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine LED-Anordnung mit einem Substrat, einem auf dem Substrat angeordneten, elektrisch leitfähigen ersten Stromanschlussbereich, einem auf dem Substrat
angeordneten, elektrisch leitfähigen zweiten
Stromanschlussbereich, und mit mehreren LEDs, die mehrere LED-Gruppen bilden, wobei eine jeweilige LED einen ersten LED-Kontaktbereich und einen zweiten LED-Kontaktbereich aufweist. Insbesondere dienen dabei die jeweiligen beiden LED-Kontaktbereiche einer LED zum Bereitstellen einer
Stromversorgung an der betreffenden LED. Zur Erfindung gehört auch eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer LED-Anordnung.
Es gibt vielzählige Anwendungsfälle, die eine möglichst punktförmige Lichtquelle mit möglichst hoher Leuchtdichte erfordern. Um eine solche Lichtquelle durch eine
entsprechende LED-Anordnung bereitzustellen, sind zum einen zur Bereitstellung der hohen Leuchtdichte viele LEDs
erforderlich und zum anderen ist es erforderlich, die LEDs möglichst kompakt zueinander anordnen zu können. Daher ist es wünschenswert, möglichst viele LEDs in möglichst kompakter Weise anzuordnen. Dabei ergeben sich jedoch folgende
Schwierigkeiten: einerseits sind Anordnungen aus dem Stand der Technik bekannt, bei denen mehrere LEDs auf einem
gemeinsamen Potenzial, einem sogenannten Common Ground, angeordnet sind, der sich beispielsweise durch eine
großflächige metallische Beschichtung bereitstellen lässt, da sich hierdurch die Abstände zwischen den LEDs auf ein Minimum reduzieren und gleichzeitig die LEDs in einfacher Weise kontaktieren lassen. Dies kommt einer Parallelschaltung aller LEDs dieser Anordnung gleich, was aber nachteiligerweise zur Folge hat, dass die verwendeten Ströme zum Betreiben der LED- Anordnung sehr hoch sind, sobald die Matrix, insbesondere die Anzahl der in der Anordnung verwendeten LEDs, groß wird. Hohe Ströme machen jedoch die Ausgestaltung einer solchen LED- Anordnung deutlich aufwendiger und teurer, da zum Beispiel Zuführleitungen für höhere Ströme ausgelegt werden müssen, die daher auch deutlich breiter sein müssen, sowie auch übrige stromführende Leitungen und andere Komponenten.
Alternative Anordnungen sind so ausgestaltet, dass alle LEDs zueinander in Reihe geschaltet sind. In diesem Fall kann die Anordnung zwar mit geringen Strömen betrieben werden. Dafür sind aber hohe Betriebsspannungen notwendig, die nachteilig für die Auslegung der zugehörigen Spannungsquelle sein können. Weitere Nachteile können sich ergeben, wenn die
Betriebsspannung genormte Grenzwerte überschreitet,
beispielsweise den Grenzwert für Kleinspannungen (Extra Low Voltage, ELV) oder Sicherheitskleinspannungen (Safety Extra Low Voltage, SELV) .
Andererseits sind auch Anordnungen bekannt, wie
beispielsweise in der US 2011/0090691 Al beschrieben, bei welchen dann entsprechend mehrere Zuführleitungen für die Stromversorgung vorgesehen werden, insbesondere auch zwischen den einzelnen LEDs. Dieser erhöhte Verkabelungsaufwand steht jedoch wiederum einer möglichst kompakten Anordnung der jeweiligen LEDs entgegen und erhöht zudem auch den
Fertigungsaufwand .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine LED- Anordnung bereitzustellen, welche eine möglichst kompakte Anordnung einzelner LEDs auf möglichst einfache Weise
ermöglicht .
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine LED-Anordnung mit den Merkmalen gemäß dem Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße LED-Anordnung weist ein Substrat auf, einen auf dem Substrat angeordneten, elektrisch leitfähigen ersten Stromanschlussbereich, einen auf dem Substrat
angeordneten, elektrisch leitfähigen zweiten Anschlussbereich, sowie mehrere LEDs, die mehrere LED-Gruppen bilden, wobei eine jeweilige LED einen ersten LED- Kontaktbereich und einen zweiten LED-Kontaktbereich aufweist. Darüber hinaus weist die LED-Anordnung mehrere auf dem
Substrat voneinander räumlich separiert angeordnete,
elektrisch leitfähige Beschichtungsbereiche auf, wobei sich ein jeweiliger Beschichtungsbereich in einen Kontaktbereich und einen an den Kontaktbereich anschließenden
Übergangsbereich gliedert, und wobei der zweite
Stromanschlussbereich einen der Übergangsbereiche darstellt. Weiterhin ist eine jeweilige LED-Gruppe genau einem der
Beschichtungsbereiche derart zugeordnet, dass eine jeweilige der LED-Gruppen auf dem Kontaktbereich des ihr zugeordneten Beschichtungsbereichs angeordnet ist, sodass die ersten LED- Kontaktbereiche der jeweiligen LEDs den Kontaktbereich des ihrer LED-Gruppe zugeordneten Beschichtungsbereichs
kontaktieren. Weiterhin kann eine jeweilige LED-Gruppe mindestens eine LED aufweisen, die an einem Randbereich der Gesamtheit der LED-Gruppen angeordnet ist. Dann befindet sich also an dieser am Randbereich gelegenen LED zumindest an einer Seite keine weitere benachbarte LED der LED-Anordnung. Zudem ist ein jeweiliger Übergangsbereich der
Beschichtungsbereiche über den Randbereich hinausstehend angeordnet, wobei der erste Stromanschlussbereich mit einem zweiten LED-Kontaktbereich einer der am Randbereich
angeordneten LEDs elektrisch leitend verbunden ist und wobei bis auf den zweiten Stromanschlussbereich ein jeweiliger Übergangsbereich mit einem zweiten LED-Kontaktbereich einer der am Randbereich angeordneten LEDs einer benachbarten LED- Gruppe elektrisch leitend verbunden sein kann, so dass die mehreren LED-Gruppen in Serie geschaltet sind.
Eine LED-Gruppe kann dabei im Allgemeinen auch nur eine einzige LED umfassen, oder auch mehrere LEDs. Gemäß der erfindungsgemäßen LED-Anordnung liegen alle LEDs einer gemeinsamen LED-Gruppe auf einem gleichen Potenzial, da sie alle auf dem gleichen Beschichtungsbereich angeordnet sind. Vorteilhafterweise sind nun die jeweiligen Beschichtungsbereiche voneinander räumlich separiert
angeordnet, was es vorteilhafterweise ermöglicht, die
einzelnen LED-Gruppen zueinander in Serie zu schalten. Die Verschaltung dieser einzelnen LED-Gruppen wird darüber hinaus vorteilhafterweise im Randbereich realisiert, d.h. über die Kontaktierung der über den Randbereich hinausstehend
angeordneten Übergangsbereiche mit den zweiten LED- Kontaktbereichen jeweiliger am Randbereich angeordneter LEDs. Alternativ - und insbesondere bei großen LED-Matrix- Anordnungen - kann die Verschaltung auch in einem innerhalb der LED-Anordnung verlaufenden Kontaktierungsgraben
vorgesehen sein (Details siehe weiter unten) . Dies ermöglicht eine besonders kompakte Anordnung der jeweiligen LEDs
zueinander, wobei vorteilhafterweise gleichzeitig durch die Serienschaltung der einzelnen LED-Gruppen auch bei sehr vielen LEDs der Gesamtstrom niedrig gehalten werden kann. Würde beispielsweise eine einzelne LED einen Strom von 3 A bei 3,5 V benötigen, so benötigt eine LED-Anordnung, die beispielsweise sechs LED-Gruppen zu je drei LEDs aufweist, einen Strom von 9 A bei 21 V. Wären diese 18 LEDs
stattdessen, wie dies im Stand der Technik üblich ist, auf einem gemeinsamen Untergrund, d.h. auf gleichem Potenzial angeordnet, würde dieser Anordnung einen Strom von 54 A, das heißt dem Sechsfachen, erfordern. Durch dieses vorteilhafte durch die Erfindung bereitgestellte Anordnungsprinzip der LEDs bzw. der LED-Gruppen wird zudem vorteilhafterweise ein Anordnungsmuster bereitgestellt, welches beliebig skalierbar ist, so dass je nach Anwendungsfall und Anforderung
verschieden große LED-Anordnungen mit unterschiedlich vielen LEDs und optimiertem Strom-Spannungsverhältnis auf besonders kompakte Weise bereitstellbar ist. Insbesondere lassen sich durch die Erfindung besonders kleine Strom-zu-Spannung- Verhältnisse realisieren, auch bei sehr hoher Anzahl an LEDs, weshalb sich eine solche LED-Anordnung zudem auf besonders einfache und kostengünstige Weise bereitstellen lässt, da die einzelnen erforderlichen Leiterbahnen und sonstigen Bauteile für deutlich geringere Ströme ausgelegt werden können.
Insgesamt kann also durch die Erfindung eine besonders kompakte LED-Anordnung auf besonders einfache und kostengünstige Weise bereitgestellt werden.
Bei den LEDs kann es sich im Prinzip um jede beliebige
Leuchtdiode bzw. um jedes beliebige lichtemittierende
Halbleiterbauelement handeln. Darunter können also
beispielsweise auch Mikro-LEDs, QLEDs, organische
Leuchtdioden, Superlumineszensdioden, oder Ähnliches
verstanden werden. Bevorzugt sind die LEDs aber zumindest derart ausgestaltet, dass der erste Kontaktbereich an einer Unterseite der LED angeordnet ist, während der zweite
Kontaktbereich auf der der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite angeordnet ist. Hierdurch lässt sich die Anordnung besonders kompakt und optimiert bereitstellen . Besonders vorteilhaft ist es vor allem, wenn es sich bei den LEDs um Hochstrom-LED-Chips handelt, da sich durch diese besonders hohe Leuchtdichten bereitstellen lassen. Auch solche
Hochstrom-LEDs weisen üblicherweise den ersten Kontaktbereich an einer Unterseite auf, während der zweite Kontaktbereich auf der der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite
angeordnet ist, zum Beispiel an einem Rand der
lichtemittierenden Emissionsfläche der LED.
Über den ersten und den zweiten Stromanschlussbereich kann eine Stromzufuhr für die LED-Anordnung bereitgestellt werden. Insbesondere der zweite Stromanschlussbereich, der einen der Übergangsbereiche darstellt, soll so verstanden werden, dass dieser Übergangsbereich quasi einen ausgezeichneten bzw.
speziellen bzw. bestimmten der Übergangsbereiche darstellt, der mit einem Stromanschluss in irgendeiner Weise gekoppelt werden kann. Hierfür kann beispielsweise auch ein weiterer und von den Beschichtungsbereichen räumlich separierter
Bereich als (weiterer) zweiter Stromanschlussbereich
bereitgestellt sein, der dann über eine elektrisch leitende Verbindung, zum Beispiel einen Draht, eine Leitung, Bond- Wires, oder ähnliches, elektrisch an diesen bestimmten
Übergangsbereich angeschlossen werden kann. Der Einfachheit halber wird auch in diesem Fall dieser bestimmte Übergangsbereich als Stromanschlussbereich, insbesondere als der zweite Stromanschlussbereich bezeichnet. Diese beiden Stromanschlussbereiche stellen dabei bevorzugt die einzigen Stromanschlussbereiche, über welche die LED-Anordnung mit Strom versorgbar ist, dar. Dies ist besonders vorteilhaft für Anwendungen, bei denen einzelne LEDs oder LED-Gruppen nicht separat ansteuerbar sein sollen, sondern es ausreichend ist, wenn nur alle LEDs der Anordnung gleichzeitig und in gleicher Weise angesteuert werden können, d.h. an- und ausgeschaltet bzw. in gleicher Weise gedimmt werden können. Hierdurch lässt sich der Aufbau stark vereinfachen und vor allem auch der Aufwand bei der Kabelführung und Kontaktierung enorm
reduzieren, und insbesondere ein Kreuzen von Stromführungen verhindern .
Das Substrat, auf welchem die Leiterbahnen bzw. die
elektrisch leitfähigen Beschichtungsbereiche und die
Stromanschlussbereiche, angeordnet sind, ist insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material ausgeführt, zum
Beispiel umfassend Aluminiumnitrit, Aluminiumoxid, usw. Als Substrat kann beispielsweise auch eine sogenannte FR4- Leiterplatte eingesetzt sein, die aus einem schwer
entflammbaren und flammenhemmenden Verbundwerkstoff
ausgebildet ist, der insbesondere aus Epoxidharz und
Glasfasergewebe gebildet sein kann. Alternativ kann als
Leiterplatte auch eine Leiterplatte mit einem Metallkern oder „metal core (MC) " eingesetzt sein oder es werden
Leiterplatten mit thermisch leitfähigen Einlagen oder
„Inlays" verwendet. Die elektrisch leitfähigen
Beschichtungsbereiche sowie die Stromanschlussbereiche können beispielsweise auf einfache Weise durch eine metallische Beschichtung auf dem Substrat bereitgestellt werden.
Unter einer benachbarten LED-Gruppe ist im Kontext der
Erfindung vorzugsweise eine in Bezug auf eine vorbestimmte Umlaufrichtung, d.h. zum Beispiel betrachtet im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn, nächstgelegene LED-Gruppe zu verstehen . Wie bereits erwähnt, kann eine LED-Gruppe nur eine einzelne LED aufweisen. Bevorzugt ist es jedoch, dass jede der LED- Gruppen mehrere der LEDs aufweist. Hierdurch lassen sich vorteilhafterweise LED-Anordnungen mit besonders vielen LEDs bereitstellen, was sehr hohe Leuchtdichten auf äußerst geringem Bauraum ermöglicht.
Weißt also jede der LED-Gruppen mehrere der LEDs auf, so sind vorzugsweise auch die zweiten LED-Kontaktbereiche aller LEDs einer jeweiligen gemeinsamen LED-Gruppe elektrisch leitend miteinander verbunden. Damit sind also nun sowohl die ersten LED-Kontaktbereiche aller LEDs einer jeweiligen gemeinsamen LED-Gruppe über den dieser LED-Gruppe zugeordneten
Beschichtungsbereich miteinander elektrisch verbunden und ebenso die zweiten LED-Kontaktbereiche durch eine
entsprechende elektrisch leitende Verbindung, wodurch also alle LEDs einer gemeinsamen LED-Gruppe parallel geschaltet sind .
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist jede LED-Gruppe gleichviele der LEDs auf. Hierdurch lassen sich auf einfache Weise alle LEDs gleich bestromen, was ein homogenes und gleichmäßiges Erscheinungsbild liefert.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind alle LEDs einer jeweiligen gemeinsamen LED-Gruppe in einer Reihe angeordnet. Durch eine solche lineare Anordnung lässt sich vorteilhafterweise die Kontaktierung der zweiten LED-Kontaktbereiche enorm vereinfachen und dadurch zudem auch ein sehr flacher Aufbau realisieren, was später noch näher erläutert wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die LED-Gruppen zueinander in mehreren Reihen und/oder in mehreren Spalten angeordnet sind. Hierdurch lässt sich also eine LED-Matrix
bereitstellen, die in beliebiger Weise in ihrer Reihen- und/oder Spaltenanzahl skalierbar und modifizierbar ist, wodurch die LED-Anordnung an verschiedenste
Einsatzmöglichkeiten und Anforderungen angepasst
bereitgestellt werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest die vom zweiten Anschlussbereich verschiedenen Übergangsbereiche angewinkelt geformt, sodass diese jeweils einen ersten Teilbereich aufweisen, der sich vom Randbereich weg erstreckt, und einen sich an den ersten Teilbereich in einem Winkel, insbesondere in einem rechten Winkel,
anschließenden zweiten Teilbereich aufweisen, der sich in Richtung der benachbarten LED-Gruppe erstreckt, die diejenige LED umfasst, mit deren zweiten LED-Kontaktbereich der
betreffende Übergangsbereich elektrisch leitend verbunden ist. Die durch ein entsprechendes Kontaktierungselement zu überbrückende Strecke zwischen dem zweiten LED-Kontaktbereich der LED und dem betreffenden Übergangsbereich, mit welchem der zweite LED-Kontaktbereich elektrisch leitend verbunden ist, lässt sich dadurch minimieren und die Kontaktierung lässt sich somit auf besonders einfache Weise bereitstellen . Der Verbindungsaufwand kann somit vorteilhafterweise weiter reduziert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest die vom zweiten Anschlussbereich verschiedenen Übergangsbereiche alle gleichsinnig angewinkelt geformt, also zum Beispiel alle im Uhrzeigersinn oder alle entgegen dem Uhrzeigersinn in Bezug auf eine Draufsicht auf die LED- Anordnung. So lassen sich die jeweiligen LED-Gruppen auf besonders einfache Weise in einer vorgegebenen
Umlaufsrichtung in Reihe schalten.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste
Stromanschlussbereich mit dem zweiten LED-Kontaktbereich der am Randbereich angeordneten LED derjenigen LED-Gruppe
elektrisch leitend verbunden ist, welche zu derjenigen LED- Gruppe benachbart ist, die denjenigen Beschichtungsbereich aufweist, welcher den zweiten Stromanschlussbereich als Übergangsbereich aufweist. Mit anderen Worten sind also die beiden Stromanschlussbereiche zwei LED-Gruppen zugeordnet, die zueinander benachbart angeordnet sind. Dadurch lässt sich ein besonders einfacher Aufbau realisieren und insbesondere bewerkstelligen, dass sich Leiterbahnen nicht überkreuzen.
Die Serienschaltung lässt sich dann also beispielsweise ausgehend vom ersten Stromanschlussbereich entgegen dem
Uhrzeigersinn umlaufend bis zum zweiten Stromanschlussbereich realisieren. Dies ist der Fall, wenn der erste
Stromanschlussbereich den entgegen dem Uhrzeigersinn nächsten Nachbarn zum zweiten Stromanschlussbereich darstellt. Ist dies umgekehrt, so lässt sich die Reihenschaltung ausgehend vom ersten Stromanschlussbereich im Uhrzeigersinn um die Gesamtheit der LED-Gruppen herum bis zum zweiten
Anschlussbereich in ebenso einfacher Weise bereitstellen .
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die am Randbereich befindlichen LEDs einer jeweiligen LED-Gruppe, die mit dem Übergangsbereich des der benachbarten LED-Gruppe zugeordneten Beschichtungsbereichs elektrisch leitend verbunden sind, derart angeordnet, dass zumindest ein Teil der jeweiligen zweiten LED-Kontaktfläche am Randbereich angeordnet ist. Dies ermöglicht wiederum eine besonders einfache Kontaktierung, da auf einfache Weise ein entsprechendes Kontaktelement von einem Übergangsbereich direkt zur zweiten LED-Kontaktfläche am Randbereich geführt werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die zweiten LED-Kontaktbereiche aller LEDs einer jeweiligen gemeinsamen LED-Gruppe durch ein elektrisch leitendes Flachelement miteinander verbunden, welches eine Höhe aufweist, welche geringer ist als dessen Länge und maximal so groß wie dessen Breite oder auch geringer als dessen Breite. Ist das Flachelement zum Beispiel als
Metallstreifen ausgebildet, so kann die Höhe dabei um eine oder auch um mehrere Größenordnungen geringer sein,
insbesondere bezogen auf dessen Länge und/oder Breite. Zur Verbindung der Kontaktbereiche können auch Drähte oder Litzen verwendet werden, wie dies nachfolgend noch näher beschrieben ist. In diesem Fall ist deren Höhe zumindest kleiner, insbesondere um Größenordnungen, als deren Länge, und kann insbesondere so groß sein wie deren Breite. Hierdurch lässt sich für die gesamte LED-Anordnung ein besonders flacher Aufbau erreichen. Insbesondere lässt sich hierdurch
vorteilhafterweise die Verwendung so genannter Bond Wires vermeiden, die üblicherweise deutlich größere Bauhöhen beanspruchen. Als solches Flachelement lässt sich
beispielsweise ein geeigneter Metallstreifen verwenden.
Hierbei zeigt sich nun auch der große Vorteil der linearen Anordnung der LEDs einer gemeinsamen LED-Gruppe, da es hierdurch auf besonders einfache Weise ermöglicht wird, die Kontaktierung der jeweiligen zweiten LED-Kontaktbereiche durch einen geradlinig verlaufenden Metallstreifen zu
realisieren .
Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn das elektrisch leitende Flachelement derart ausgebildet ist, dass es sich geradlinig verlaufend über alle zweiten Kontaktbereiche der LEDs der gemeinsamen LED-Gruppe hinwegerstreckt. Zudem ist es vorteilhaft, wenn das Flachelement zudem am Randbereich in Richtung des
Substrats angewinkelt ist und in Richtung des
Übergangsbereichs des Beschichtungsbereichs verläuft und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist, welcher einer der benachbarten LED-Gruppe zugeordnet ist. Durch das
Flachelement kann somit vorteilhafterweise nicht nur die Kontaktierung der zweiten LED-Kontaktbereiche untereinander vorgenommen werden, sondern auch die Verbindung zwischen dem zweiten Kontaktbereich der außen liegenden LED einer LED- Gruppe und dem entsprechenden Übergangsbereich hergestellt werden. Auch hierdurch lassen sich wieder vorteilhafterweise zum Herstellen dieser Kontaktierung Bond Wires vermeiden und ein besonders flacher Aufbau realisieren. Alternativ können aber auch zur Kontaktierung des zweiten LED-Kontaktbereichs der am Randbereich angeordneten LED einer jeweiligen LED-Gruppe und des entsprechenden
Übergangsbereichs der benachbarten LED-Gruppe Bond Wires, d.h. entsprechende Bonddrähte, die durch Drahtbonden
aufgebracht werden, verwendet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die zweiten LED-Kontaktbereiche der LEDs mindestens einer gemeinsamen LED-Gruppe durch mindestens eine Litze elektrisch leitend miteinander verbunden, welche sich im Wesentlichen geradlinig über alle zweiten Kontaktbereiche der LEDs der gemeinsamen LED-Gruppe hinwegerstreckt. Auch können zur Kontaktierung dieser zweiten LED-Kontaktbereiche mehrere, zum Beispiel parallel verlaufende Litzen verwendet werden. Durch deren geradlinigen Verlauf kann wiederum
vorteilhafterweise ein besonders flacher Aufbau erreicht werden. Zudem lässt sich die Kontaktierung der zweiten
Kontaktbereiche der LEDs besonders einfach umsetzen.
Vorzugsweise werden die jeweiligen Flachelemente und/oder Litzen zusammen mit den LEDs in einem Schritt mit
aufgebracht, zum Beispiel gelötet oder geklebt. Durch solche flache Verbindungen bzw. Kontaktierungen lässt sich die
Robustheit der Gesamtanordnung deutlich erhöhen. Damit kann beispielsweise auch auf eine übliche Abdeckung verzichtet werden, und hierdurch wiederum eine deutlich bessere
Einkopplung des durch die LED-Anordnung abgestrahlten Lichts in eine nachfolgende Optik erreicht werden. Insbesondere erlaubt ein flacher Aufbau der LED-Anordnung einen besonders geringen Abstand zwischen einer Lichtabstrahlfläche der LEDs und einer Lichteinkoppelfläche der Optik, was Vorteile hinsichtlich der von der Optik einsammeibaren Lichtmenge hat.
Insbesondere im Hinblick auf hohe Betriebsströme kann es vorteilhaft sein, möglichst alle LEDs der LED-Anordnung mittels elektrisch leitender Verbindungen direkt mit einem oder mehreren Hilfsverbindungsbereichen, die Teil der Beschichtung sind, zu kontaktieren. Für vom Randbereich entfernt angeordnete LEDs können dafür Verbindungen
vorgesehen sein, die so bemessen sind, dass sie die jeweils zwischen entfernter LED und Übergangsbereich angeordnete nähere LED überbrücken kann („Überbonden") . Um möglichst wenig von dem lichtemittierenden Bereich der jeweiligen LED zu verdecken sind die überbrückenden Verbindungen
vorzugsweise entlang der Ränder der betreffenden LEDs oder in den Lücken zwischen den LEDs geführt. Weiterhin sind die überbrückenden Verbindungen vorzugsweise so geführt, dass die jeweiligen Verbindungslängen möglichst kurz ausfallen und eine maximale Länge von ca. 3 mm nicht überschreiten.
Alternativ zur direkten Verbindung mittels Überbrücken kann die Verbindung auch indirekt durch Absetzen und Kontaktieren der Verbindung auf der näheren LED und danach Weiterführen und Kontaktieren der entfernteren LED erfolgen. Für weitere Details hierzu wird auf die Figuren 18 bis 25 und die
zugehörigen Figurenbeschreibungen verwiesen.
Für eine große LED-Matrix, beispielweise mit 4 x 6 LEDs oder mehr, benötigt man eine besondere Strategie, um die
Bestromung realisieren zu können, ohne eine maximale Länge der elektrisch leitenden Verbindungen zu überschreiten und gleichzeitig möglichst wenig Fläche für die leitende
Verbindung einzubüßen.
Dazu kann vorteilhafterweise ein Kontaktierungsgraben
innerhalb der LED-Anordnung vorgesehen sein, der der
Kontaktierung dient und zwar sowohl mit überbrückenden
Verbindungen also auch mit direkten Verbindungen. Dazu sind für die jeweilige LED-Gruppe wechselseitig Übergangsbereiche, die Teil der leitfähigen Beschichtungsbereiche sind, in dem Kontaktierungsgraben angeordnet. Ein solcher
Kontaktierungsgraben ist vorzugsweise weniger als 0.7 mm, besser weniger als 0.6 mm oder 0.5 mm breit und sollte somit nur einen Bruchteil der LED-Abmessungen ausmachen. Für weitere Details hierzu wird auf die Figuren 24 und 25 und die zugehörigen Figurenbeschreibungen verwiesen.
Die LED-Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind in besonderem Maße geeignet zur Erzeugung von monochromatischem Licht. Relevante Wellenlängenbereiche können dabei im
Ultravioletten, insbesondere auch im UV-A Bereich, im
Infraroten oder im Sichtbaren liegen. Weiterhin kann die Lichtquelle eine Weißlichtquelle sein. Bevorzugte
Anwendungsbereiche sind abbildende optische Systeme, bei denen eine hohe Leuchtdichte erforderlich ist. Dies können Projektionsanwendungen sein oder allgemein Anwendungen, bei denen Licht auf eine kleine Fläche fokussiert werden muss. Weitere Anwendungen sind Curing- bzw. Aushärtungsanwendungen (z.B. 3D-Druck, Lichtverteilung über DMD) und Lithographie mit geringer Auflösung z.B. für die Herstellung von PCBs (z.B. Lichtverteilung über DMD). Die besondere
Herausforderung bei manchen Anwendungen sind die im Betrieb erforderlichen hohen elektrischen Ströme, beispielsweise ca.
4 bis 5 Ampere und mehr.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine
Beleuchtungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen LED- Anordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Die für die erfindungsgemäße LED-Anordnung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten damit in gleicher Weise für die erfindungsgemäße BeleuchtungsVorrichtung .
Eine solche Beleuchtungsvorrichtung, beispielsweise eine Leuchte und/oder ein Scheinwerfer, mit der erfinderischen LED-Anordnung kann für Effektlichtbeleuchtungen,
Entertainmentbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, Allgemeinbeleuchtung, medizinische und therapeutische
Beleuchtung oder Beleuchtungen für den Gartenbau
(Horticulture) oder für den Einsatz in Fahrzeugen vorgesehen und ausgebildet sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, sowie anhand der Zeichnungen. Dabei können gleiche oder gleichartige Merkmale im Folgenden der
Einfachheit halber auch mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein .
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine LED, insbesondere auf deren lichtemittierende Seite, für eine LED-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der LED aus Fig. 1 für eine LED-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Substrat mit darauf angeordneten Beschichtungs und Stromanschlussbereichen für eine LED-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine LED-Anordnung mit LEDs, die auf den Beschichtungsbereichen gemäß Fig. 3 angeordnet sind und die schematisch oberseitig über
Verbindungselemente kontaktiert sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig , eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine LED-Matrix mit mehreren LEDs für eine LED- Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Substrat mit darauf angeordneten Beschichtungs und Stromanschlussbereichen für eine LED-Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine LED-Anordnung mit LEDs, die auf den Beschichtungsbereichen gemäß Fig. 6 angeordnet sind und die schematisch oberseitig über
Verbindungselemente kontaktiert sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Substrat mit darauf angeordneten Beschichtungs und Stromanschlussbereichen für eine LED-Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine LED-Anordnung mit LEDs, die auf den Beschichtungsbereichen gemäß Fig. 8 angeordnet sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Substrat mit darauf angeordneten Beschichtungs und Stromanschlussbereichen für eine LED-Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine LED-Anordnung mit LEDs, die auf den Beschichtungsbereichen gemäß Fig. 10 angeordnet sind und die schematisch oberseitig über Verbindungselemente kontaktiert sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 12 eine schematische und perspektivische Darstellung einer LED-Gruppe für eine LED-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die LEDs der LED-Gruppe mittels eines geradlinig verlaufenden, elektrisch leitenden Flachelements miteinander kontaktiert sind;
Fig. 13 eine schematische und perspektivische Darstellung einer LED-Gruppe für eine LED-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die LEDs der LED-Gruppe mittels zweier geradlinig verlaufender Litzen miteinander kontaktiert sind;
Fig. 14 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Randbereichs einer LED-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welcher die Kontaktierung zwischen den zweiten LED- Kontaktbereichen einer LED-Gruppe mit dem einer benachbarten LED-Gruppe zugeordneten
Übergangsbereich mittels Bonddrähte realisiert ist; und
Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Randbereichs einer LED-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welcher die Kontaktierung zwischen den zweiten LED- Kontaktbereichen einer LED-Gruppe mit dem einer benachbarten LED-Gruppe zugeordneten
Übergangsbereich mittels des elektrisch leitenden Flachelements realisiert ist, welches auch die zweiten LED-Kontaktbereichen der LED-Gruppe
untereinander verbindet.
Fig. 16 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Substrat mit darauf angeordneten Beschichtungs und Stromanschlussbereichen für eine LED-Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
Fig. 17 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine LED-Anordnung mit LEDs, die auf den Beschichtungsbereichen gemäß Fig. 16 angeordnet sind und die schematisch oberseitig über Verbindungselemente kontaktiert sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 18 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine LED, insbesondere auf deren lichtemittierende Seite, für eine LED-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 19 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der LED aus Fig. 18 für eine LED-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 20 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf zwei LEDs einer LED-Gruppe für eine LED-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die zweite LED der LED-Gruppe mittels
Überbonden der ersten LED mit dem
Stromanschlussbereich kontaktiert ist;
Fig. 21 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht von zwei LEDs einer LED-Gruppe für eine LED- Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung, wobei die zweite LED der LED-Gruppe mittels Absetzen einer leitenden Verbindung auf der ersten LED mit dem Stromanschlussbereich kontaktiert ist;
Fig. 22 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf
Beschichtungs- und Stromanschlussbereiche für eine Kanaltrennung für eine LED-Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 23 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine LED-Anordnung mit LEDs, die auf den Beschichtungsbereichen gemäß Fig. 22 angeordnet sind und die schematisch oberseitig über Verbindungselemente kontaktiert sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 24 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf
Beschichtungs- und Stromanschlussbereiche für eine LED-Anordnung mit vielen LEDs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 25 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine LED-Anordnung mit LEDs, die auf den Beschichtungsbereichen gemäß Fig. 24 angeordnet sind und die schematisch oberseitig über Verbindungselemente kontaktiert sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 26 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf
Beschichtungs- und Stromanschlussbereiche für eine LED-Anordnung mit vielen LEDs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine LED 10, insbesondere auf deren lichtemittierende Seite, für eine LED-Anordnung 22 (vgl. z.B. Fig. 4) gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 2 zeigt
weiterhin eine schematische Darstellung dieser LED 10 in einer Seitenansicht. Die LED 10 weist dabei einen
lichtemittierenden Bereich 10a auf, aus welchem im Betrieb der LED 10 Licht ausgesandt wird. Für den Anschluss einer Stromversorgung weist die LED 10 einen elektrisch leitenden ersten LED-Kontaktbereich 12 sowie einen elektrisch leitenden zweiten LED-Kontaktbereich 14 auf. Diese beiden LED- Kontaktbereiche 12, 14 sind auf gegenüberliegenden Seite der LED 10 angeordnet, wobei sich insbesondere der zweite LED- Kontaktbereich 14 auf der Seite der LED 10 befindet, auf welcher sich auch der lichtemittierende Bereich 10a befindet, während der erste LED-Kontaktbereich 12 auf der Unterseite der LED 10, d.h. der dem lichtemittierenden Bereich 10a gegenüberliegenden Seite, angeordnet ist. Dieser erste LED- Kontaktbereich 12 erstreckt sich dabei vorzugsweise über die gesamte Unterseite der LED 10. Der zweite LED-Kontaktbereich 14 erstreckt sich dagegen nur über einen Teilbereich der Oberseite der LED 10, zum Beispiel wie hier dargestellt streifenförmig an einem Randbereich des lichtemittierenden Bereichs 10a, oder beispielsweise in einem anderen Bereich, wie zum Beispiel nur in einem Eckbereich der LED 10, oder ähnliches .
Weiterhin handelt es sich bei der LED 10 vorzugsweise um einen Hochstrom-LED-Chip, da sich durch einen solchen
Hochstrom-LED-Chip besonders hohe Leuchtdichten bereitstellen lassen, was für die favorisierten Anwendungsbereiche dieser LED-Anordnungen 22 besonders vorteilhaft ist. Im Allgemeinen können die LEDs 10 jeweils aber als jede beliebige
Leuchtdiode oder im Allgemeinen als jedes beliebige
lichtemittierende Halbleiterbauelement ausgebildet sein.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein elektrisch isolierendes aber vorzugsweise thermisch gut leitendes Substrat 16 mit darauf angeordneten
Beschichtungsbereichen 18 sowie zwei Stromanschlussbereichen 20a, 20b für eine LED-Anordnung 22 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die zugehörige LED- Anordnung 22 mit den auf den jeweiligen
Beschichtungsbereichen 18 angeordneten LEDs 10 ist
schematisch in Fig. 4 dargestellt.
Die LED-Anordnung 22 umfasst mehrere LED-Gruppen 24. Eine jeweilige LED-Gruppe 24 umfasst dabei mindestens eine LED 10, in diesem Beispiel je drei LEDs 10. Einer jeweiligen LED- Gruppe 24 ist darüber hinaus genau ein Beschichtungsbereich 18 zugeordnet. Entsprechend umfasst die LED-Anordnung 22, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist, sechs voneinander räumlich separierte Beschichtungsbereiche 18 aus einem elektrisch leitfähigen Material. Ein jeweiliger Beschichtungsbereich 18 gliedert sich darüber hinaus in einen Kontaktbereich 18a und einen Übergangsbereich 18b. Die LEDs 10 einer jeweiligen LED- Gruppe 24 sind dabei mit ihren jeweiligen ersten LED- Kontaktbereichen 12 kontaktierend auf dem Kontaktbereich 18a des jeweiligen ihrer LED-Gruppe 24 zugeordneten
Beschichtungsbereichs 18 angeordnet. Auf den
Übergangsbereichen 18b der Beschichtungsbereiche 18 selbst sind keine LEDs angeordnet. Diese Übergangsbereiche 18b sind also über einen Randbereich 26 der Gesamtheit der LED-Gruppen 24 hinausstehend angeordnet, wobei dieser Randbereich 26 in Fig. 3 durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht ist, die also die Gesamtheit der Anordnung aller LEDs 10 der LED- Anordnung 24 in der dargestellten Draufsicht auf die
lichtemittierende Seite in ihrer Erstreckung nach außen hin begrenzt. Weiterhin umfasst die LED-Anordnung 24 auch zwei Stromanschlussbereiche 20a, 20b, nämlich einen positiven ersten Stromanschlussbereich 20a, der von den übrigen
Beschichtungsbereichen 18 ebenfalls räumlich separiert ist, und einen zweiten negativen Stromanschlussbereich 20b, der gleichzeitig einen Übergangsbereich 18b einer der
Beschichtungsbereiche 18 bereitstellt . Dieser zweiten
Stromanschlussbereich 20b, der einen bestimmten der
Übergangsbereiche 18b darstellt, soll so verstanden werden, dass dieser lediglich in irgendeiner Weise mit einem
Stromanschluss gekoppelt werden kann. Hierfür kann
beispielsweise auch ein weiterer und von den
Beschichtungsbereichen räumlich separierter Bereich als
(weiterer) zweiter Stromanschlussbereich 20b'(vergl. Fig. 4) bereitgestellt sein, der dann über eine elektrisch leitende Verbindung 28', zum Beispiel einen Draht, eine Leitung, Bond- Wires, oder ähnliches, elektrisch an diesen bestimmten
Übergangsbereich 18b, 20b angeschlossen werden kann. Der Einfachheit halber wird auch in diesem Fall dieser bestimmte Übergangsbereich 18b als Stromanschlussbereich 20b,
insbesondere als der zweite Stromanschlussbereich 20b
bezeichnet .
Eine jeweilige LED-Gruppe 24 weist weiterhin mindestens eine LED 10 auf, die am Randbereich 26 angeordnet ist. Über diese LED 10 lässt sich somit auf einfache Weise die Kontaktierung zur benachbarten LED-Gruppe 24 bzw. zum ersten
Stromanschlussbereich 20a bereitstellen . Die Verschaltung der LEDs untereinander ist insbesondere in Fig. 4 ebenfalls dargestellt. Diese Kontaktierungsverbindungen sind in Fig. 4 mit 28 bezeichnet. Zum einen werden durch solche Verbindungen 28 die zweiten LED-Kontaktbereiche 14 der LEDs 10 einer gemeinsamen LED-Gruppe 24 untereinander elektrisch leitend verbunden, zum anderen ist über eine solche Verbindung 28 auch der zweite LED-Kontaktbereich 14 der am Randbereich 26 angeordneten LED 10 einer jeweiligen LED-Gruppe 24 mit dem einer benachbarten LED-Gruppe 24 zugeordneten
Übergangsbereich 18b verbunden, was für alle LED-Gruppen 24 bis auf eine der Fall ist, bei welcher die mindestens eine am Randbereich 26 angeordnete LED 10 mit dem ersten
Stromanschlussbereich 20a verbunden ist.
Die LEDs 10 können wie zu Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben aufgebaut sein und weisen hierbei ihren zweiten LED- Kontaktbereich 14 dem Substrat 16 gegenüberliegend angeordnet auf, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit hierbei nur ein solcher zweiter LED-Kontaktbereich 14 mit einem Bezugszeichen versehen ist.
Durch eine solche LED-Anordnung 22 lässt sich
vorteilhafterweise eine Serienschaltung der einzelnen LED- Gruppen 24 zueinander bereitstellen, und zwar auf besonders kompakte Art und Weise. Die LEDs 10 innerhalb einer
gemeinsamen LED-Gruppe 24 sind dabei zueinander parallel geschaltet, da sowohl ihre jeweiligen ersten LED- Kontaktbereiche 12 durch ihre Kopplung über die jeweiligen Kontaktbereiche 18a der jeweiligen Beschichtungsbereiche 18, als auch ihre jeweiligen zweiten LED-Kontaktbereiche 14 über die Verbindungen 28 miteinander verbunden und damit auf gleichem Potenzial liegen. Durch die Serienschaltung bzw. Reihenschaltungen der einzelnen LED-Gruppen 24 lässt sich der für das Betreiben der LEDs 10 erforderliche Gesamtstrom vorteilhafterweise deutlich reduzieren, insbesondere
gegenüber dem Fall, in welchem alle LEDs 10 zueinander parallel geschaltet und auf einem gemeinsamen Potenzial, auch Common Ground genannt, angeordnet wären, sowie dies im Stand der Technik üblich ist. Der erforderliche Gesamtstrom hängt damit also nur noch davon ab, wie viele LEDs 10 in einer LED- Gruppe 24 angeordnet sind, und nicht davon, wie viele LED- Gruppen 24 insgesamt vorgesehen sind. Benötigt also
beispielsweise eine LED 10 einen Strom von 3 A(Ampere), und weist jede LED-Gruppe 24, sowie dies zum Beispiel in Fig. 4 dargestellt ist, jeweils drei LEDs 10 auf, so ergibt sich ein erforderlicher Gesamtstrom für diese gesamte LED-Anordnung 22 von 9 A. Würden zum Beispiel nun mehr oder weniger als die hier dargestellten sechs LED-Gruppen 24 vorgesehen sein, so würde sich also auch der erforderliche Gesamtstrom nicht ändern. Durch die Erfindung und ihre Ausgestaltungen wird es damit also vorteilhafterweise ermöglicht, auch LED- Anordnungen 22 mit einer sehr hohen Anzahl an LEDs 10 mit relativ geringen Gesamtströmen zu betreiben. Dies hat den großen Vorteil, dass sich so die LED-Anordnung 22 deutlich einfacher und kostengünstiger ausgestalten lässt, da zum Beispiel alle stromführenden Leitungen und Beschichtungen für deutlich geringere Ströme ausgelegt werden können, sowie auch optionale weitere noch mit der LED-Anordnung 22 gekoppelte oder koppelbare elektrisch oder elektronische Bauteile.
Ein weiterer besonders großer Vorteil der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen liegt jedoch gerade darin, dass es durch diese Anordnung trotz der Serienschaltung der jeweiligen LED- Gruppen 24 ermöglicht wird, die einzelnen LEDs 10 zueinander äußerst kompakt anzuordnen. Dies wird vor allem dadurch ermöglicht, dass die Kontaktierung der LED-Gruppen 24
untereinander zur Realisierung der Serienschaltung im
Randbereich 26 bzw. über diesen hinausgehend und umlaufend realisiert wird, insbesondere durch die um die Anordnung der LEDs 10 herum verlaufend angeordneten Übergangsbereiche 18b, sodass vorteilhafterweise derartige Kontaktierungsbereiche nicht zwischen den einzelnen LEDs angeordnet werden müssen. Hierdurch lassen sich also die einzelnen LEDs 10 sehr nahe zueinander anordnen, idealerweise sogar auf Stoß. Zudem lässt sich dieses Anordnungskonzept in beliebiger Weise erweitern, reduzieren und modifizieren, also je nach
Anforderung beliebig skalieren, was in Fig. 5 exemplarisch dargestellt ist. Fig. 5 zeigt dabei eine schematische
Darstellung einer Draufsicht auf eine LED-Matrix 30 mit mehreren LEDs 10 für eine LED-Anordnung 22 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese LED-Matrix 30 weist nun mehrere Reihen und Spalten auf, insbesondere n Reihen und m Spalten. Die Reihen erstrecken sich dabei in der mit R bezeichneten Richtung, während sich die Spalten in der mit S bezeichneten Richtung erstrecken. Die für diese LED-Matrix 30 zugehörige Anordnung der Beschichtungsbereiche 18 und der Stromanschlussbereiche 20a, 20b auf dem Substrat 16 ist in Fig. 6 dargestellt. In diesem Beispiel weist also die LED- Matrix 30 acht LED-Gruppen 24 auf, wobei eine jeweilige LED- Gruppe 24 je drei LEDs 10 aufweist. In einer jeweiligen Reihe sind dabei zwei LED-Gruppen 24 nebeneinander angeordnet. Der erforderliche Gesamtstrom I für diese Anordnung ergibt sich wiederum aus der Anzahl der LEDs 10 pro LED-Gruppe 24, multipliziert mit dem Strom 10 für eine einzelne LED 10. Da also in dieser Anordnung eine jeweilige LED-Gruppe 24 genau halb so viele LEDs 10 aufweist, wie in einer Reihe angeordnet sind, so ergibt sich der erforderliche Gesamtstrom I wie folgt :
I = m/2 · 10.
Die erforderliche Gesamtspannung U ergibt sich aus der erforderlichen Spannung U0 für eine einzelne LED 10
multipliziert mit der Anzahl der LED-Gruppen 24. Gemäß dieser Anordnung gibt es genau doppelt so viele LED-Gruppen 24 wie Reihen, da pro Reihe zwei LED-Gruppen 24 angeordnet sind. Entsprechend ergibt sich die erforderliche Gesamtspannung U zu :
U 2n · U0. Diese Anordnung lässt sich nun vorteilhafterweise in
beliebiger Richtung, das heißt in Richtung der Reihen R als auch in Richtung der Spalten S erweitern. Eine Erweiterung dieser Anordnung in Richtung der Spalten S lässt sich zum Beispiel auf einfache Weise dadurch realisieren, dass in Richtung S eine oder mehrere weitere LED-Reihen angeordnet werden, wobei eine jeweilige Reihe dabei wiederum 2 LED- Gruppen 24 aufweist. Wird also diese Anordnung in dieser Weise in Richtung S der Spalten erweitert, so bleiben obige Formel zur Berechnung des Gesamtstroms I und der
Gesamtspannung U unverändert.
Ebenso lässt sich diese Anordnung auch in Richtung R der Reihen A in beliebiger Weise erweitern. Dies kann
beispielsweise dadurch erfolgen, in dem die Anzahl an LEDs 10 pro LED-Gruppe 24 erhöht wird. Beispielsweise umfasst dann jede LED-Reihe weiterhin genau zwei LED-Gruppen 24, wobei dann jedoch eine jeweilige LED-Gruppe 24 zum Beispiel vier LEDs 10 oder fünf LEDs 10 oder sechs LEDs 10, usw. aufweist. Auch in diesem Fall bleiben die Formeln zur Berechnung des Gesamtstroms I und der Gesamtspannung U unverändert und weiterhin gültig.
Dieses Schema bietet also beliebige Erweiterungsmöglichkeiten und damit ein besonders hohes Maß an Flexibilität.
Fig. 6 zeigt, wie bereits erwähnt, eine schematische
Darstellung der Draufsicht auf ein Substrat 16 mit wiederum darauf angeordneten Beschichtungsbereichen 18 und
Stromanschlussbereichen 20a, 20b für eine LED-Anordnung 22 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Insbesondere ist diese Anordnung der Beschichtungs- und
Stromanschlussbereiche 18, 20a, 20b zum Beispiel für die in Fig. 5 dargestellte LED Matrix 30 geeignet. Die Anordnung dieser LEDs 10 gemäß dieser in Fig. 5 dargestellten LED- Matrix 30 auf den jeweils zugeordneten Beschichtungsbereichen 18 ist in Fig. 7 schematisch in der Draufsicht dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Fig. 7 nur eine einzelne LED 10 mit einem Bezugszeichen versehen, sowie auch nur eine einzelne Verbindung 28. Im Übrigen ist diese LED- Anordnung 22 wie zu Fig. 4 beschrieben ausgebildet, bis auf den Unterschied, dass in diesem in Fig. 7 dargestellten
Beispiel die LED-Anordnung 22 nun acht LED-Gruppen 24 mit je drei LEDs 10 aufweist, während die LED-Anordnung 22 aus
Fig. 4 sechs LED-Gruppen 24 zu je drei LEDs 10 aufweist. Die Reihenschaltung der einzelnen LED-Gruppen 24 wird auch in diesem in Fig. 7 dargestellten Beispiel vorteilhafterweise über die um die Anordnung umlaufenden Übergangsbereiche 18b realisiert, die jeweils mit einer im Randbereich 26
angeordneten LED 10 einer benachbarten LED-Gruppe 24 mittels einer entsprechenden Verbindung 28 elektrisch leitend
verbunden sind.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die LEDs 10 einer
gemeinsamen LED-Gruppe 24 so zueinander angeordnet sind, dass ihre jeweiligen zweiten LED-Kontaktbereiche 14 auf einer Geraden liegen, da dies die Kontaktierung der LEDs 10
untereinander vereinfacht, wie die später noch näher
beschrieben wird.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Beispiel für eine mögliche
Anordnung von Beschichtungsbereichen 18 auf einem Substrat 16 für eine LED-Anordnung 22, wie diese schematisch in Fig. 9 in einer Draufsicht dargestellt ist, mit den einem jeweiligen der Beschichtungsbereiche 18 zugeordneten LED-Gruppen 24. In diesem Beispiel weist eine jeweilige LED-Gruppe 24 nur eine einzelne LED 10 auf. Es sind also sechs LED-Gruppen 24 mit jeweils genau einer LED 10 bereitgestellt. Im Übrigen kann die Kontaktierung auch hier wieder wie zuvor beschrieben erfolgen .
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Substrat 16 mit darauf angeordneten
Beschichtungsbereichen 18 und Stromanschlussbereichen 20a,
20b für eine LED-Anordnung 22 wie in Fig. 11 dargestellt, mit darauf angeordneten LEDs, die in diesem Beispiel wieder sechs LED-Gruppen 24 zu je drei LEDs 10 aufweist. Diese LED- Anordnung 22 kann wiederum wie zu Fig. 3 und Fig. 4
beschrieben ausgebildet sein, insbesondere bis auf den
Unterschied, dass die Kontaktbereiche 18a nun jeweils
rechteckförmig ausgebildet sind, und zwar ohne Einkerbungen oder Aussparungen 32 zwischen zwei Positionen, die für je eine LED 10 vorgesehene sind. Derartige Aussparungen 32 sind in Fig. 3 dargestellt.
Durch die Ausbildung der Kontaktbereiche 18a ohne solche Aussparungen 32 wird es ermöglicht, die jeweiligen LEDs 10 einer jeweiligen Gruppe 24 schwimmend auf den jeweiligen Beschichtungsbereichen 18 anzuordnen und dadurch die Abstände zwischen den jeweiligen LEDs 10 weiter zu minimieren.
Insbesondere können diese auch auf Stoß angeordnet werden, das heißt, dass diese sich sogar zumindest zum Teil berühren.
Wie aus den vorhergehenden Beispielen ersichtlich ist, sind den Anordnungsmöglichkeiten und Ausgestaltungsmöglichkeiten dieser LED-Anordnungen 22 keine Grenzen gesetzt. Diese kann also beliebig viele LED-Gruppen 24 aufweisen, und jede LED- Gruppe 24 kann beliebig viele LEDs 10 umfassen. Bevorzugt ist es jedoch, dass jede LED-Gruppe 24 gleichviele LEDs aufweist. Die möglichen Ausführungsformen sind also nicht auf die hier dargestellten Beispiele beschränkt. Jedes dieser
dargestellten Beispiele kann zum Beispiel in gleicher Weise gespiegelt ausgeführt werden.
Fig. 12 zeigt eine schematische und perspektivische
Darstellung einer LED-Gruppe 24 für eine LED-Anordnung 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Verbindungen 28 zur Kontaktierung der jeweiligen zweiten LED- Kontaktbereiche 14 mittels eines geradlinig verlaufenden, elektrisch leitenden Flachelements 34 realisiert sind.
Weiterhin zeigt Fig. 13 eine schematische und perspektivische Darstellung einer LED-Gruppe 24 für eine LED-Anordnung 22 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die jeweiligen zweiten LED-Kontaktbereiche 14 durch Verbindungen 28 realisiert sind, die in diesem Beispiel als zwei geradlinig verlaufende, elektrisch leitende Litzen 36 ausgebildet sind. In beiden Fällen lässt sich durch diese Verbindungen 28 ein besonders flacher Aufbau, insbesondere im Gegensatz zur Verwendung von Bonddrähten, bereitstellen . Die Verwendung von Bonddrähten 38 kann damit zum Beispiel auf die Verbindungen 28 zu den entsprechenden Übergangsbereichen 18b beschränkt bleiben, wie dies zum Beispiel schematisch in Fig. 14 in einer Seitenansicht eines Teils der LED-Anordnung 22 illustriert ist. Alternativ kann die Kontaktierung zu den Übergangbereichen 18b beispielsweise durch das im Randbereich 26 in Richtung des Substrats 16 abgewinkelte Flachelement 34 selbst bereitgestellt werden, über welches auch die
Kontaktierung der zweiten LED-Kontaktbereiche 14 einer gemeinsamen LED-Gruppe 24 realisiert ist, sowie dies
schematisch in Fig. 15 dargestellt ist. Gerade in letzterem Beispiel lässt sich auch im Randbereich ein besonders flacher Aufbau der LED-Anordnung 22 bereitstellen .
Durch solche flachen Verbindungen 28, die durch Flachelemente 34 oder Litzen 36 bereitgestellt werden, kann damit
vorteilhafterweise zudem eine besonders robuste Anordnung bereitgestellt werden und zusätzlich kann auf eine übliche Abdeckung verzichtet werden, was bessere
Einkopplungseigenschaften des emittierten Lichts in eine nachfolgende Optik ermöglicht.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine LED-Anordnung bereitgestellt werden kann, die auf eine dichteste Packung mit maximaler Leuchtdichte optimiert ist, ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Spannungen und
Gesamtstrom bereitstellen kann, indem nicht alle LEDs der Anordnung auf einem gemeinsamen Potenzial liegen, und bei welchen sich zudem die Leiterbahnen dennoch nicht kreuzen. Zusätzlich kann auch ein sehr flacher Aufbau der Anordnung durch die sehr flachen Verbindungen der LEDs untereinander umgesetzt werden. Fig. 16 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein elektrisch isolierendes aber vorzugsweise thermisch gut leitendes Substrat 16 (siehe Fig. 17; in Fig. 16 nicht dargestellt) mit darauf angeordneten Beschichtungsbereichen 18a (Kontaktbereiche) , 18b (Übergangsbereiche) und 18c
(Hilfsverbindungsbereich) sowie zwei Stromanschlussbereichen 20a, 20b für eine LED-Anordnung 22 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die zugehörige LED- Anordnung 22 mit den auf den jeweiligen Beschichtungs
bereichen 18a angeordneten LEDs 10 ist schematisch in Fig. 17 dargestellt. Für den Betrieb der LED-Anordnung 22 sind die Stromanschlussbereiche 20a, 20b jeweils mit entsprechenden Anschlussbereichen 40a, 40b einer elektrischen Versorgungs einheit (nicht dargestellt) verbunden.
Die Hilfsverbindungsbereiche 18c sind so ausgestaltet, dass die LEDs einer Gruppe über den jeweils angrenzenden
Hilfsverbindungsbereich 18c miteinander verbunden werden können, also nicht direkt mittels Bonddrähten miteinander verbunden werden müssen. Das ist insbesondere vorteilhaft bei hohen Gesamtströmen . Für die Kontaktierung der im Randbereich 26 angeordneten LEDs 10.1 mit dem zugehörigen
Hilfsverbindungsbereich 18c sind die elektrisch leitenden Verbindungen 28.1 (z.B. Bonddrähte) vorgesehen, durch die nur die Teilströme der jeweiligen LED fließen. Die vom
Randbereich 26 entfernteren LEDs 10.2 werden mittels der elektrisch leitenden Verbindungen 28.2 mit dem geeignet nächstliegenden Hilfsverbindungsbereich 18c verbunden. Die Verbindungen 28.2 sind so bemessen, dass sie die jeweils zwischen LED 10.2 und Hilfsverbindungsbereich 18c angeordnete LED 10.1 überbrücken können („Überbonden").
Die elektrischen Brücken 50 dienen jeweils dem elektrischen Zusammenschluss zweier angrenzender Hilfsverbindungsbereiche 18c und bieten alternativ durch Entfernen der Brücken 50 die einfache Möglichkeit, bei Bedarf eine Mehrkanal-Lichtquelle, beispielsweise eine 5-Kanal-Lichtquelle, zu konfigurieren. Fig. 18 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine LED 10 (10.1 oder 10.2), insbesondere auf deren lichtemittierende Seite, für die in Fig. 17 gezeigte LED- Anordnung 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 19 zeigt weiterhin eine schematische Darstellung dieser LED 10 in einer Seitenansicht.
Die Kontaktbereiche 14 sind derart gestaltet, dass jeweils nur eine elektrisch leitende Verbindung 28 Platz findet. In der Regel werden beide Kontaktbereiche belegt, um eine LED 10 zu betreiben. Eine elektrische Verbindung von einem
elektrischen Kontaktbereich einer ersten LED zu einem
elektrischen Kontaktbereich einer zweiten LED (wie in Fig. 7 gezeigt) ist im Falle hoher Strombelastungen unvorteilhaft.
Eine Lösung dieses Problems besteht darin, einen oder mehrere Hilfsverbindungsbereiche 18 c vorzusehen und damit die LEDs direkt zu verbinden, die nicht am Randbereich angeordneten LEDs mittels in der Beschreibung der Fig. 17 bereits
erwähntem Überbonden. In Fig. 20 ist das Prinzip des
Überbondens schematisch dargestellt. Dabei sind die
elektrisch leitenden Verbindungen 28.2 der LED 10.2
vorzugsweise entlang des Rands der überbondeten LED 10.1 angeordnet und mit dem Hilfsverbindungsbereich 18c oder dem Stromanschlussbereich 20a verbunden. Die Länge der elektrisch leitenden Verbindungen sollte möglichst kurz sein,
vorzugsweise jeweils kürzer als 3 mm.
In Fig. 21 ist eine alternative Möglichkeit für das Verbinden von vom Randbereich entfernten LEDs 10.2 mit einem
Hilfsverbindungsbereich 18c oder einem Stromanschlussbereich 20a schematisch gezeigt. Dazu wird eine mit dem
Hilfsverbindungsbereich 18c bzw. Stromanschlussbereich 20a elektrisch leitende Verbindung, z.B. ein Bonddraht, auf einem Kontaktbereich 14.1 der ersten LED 10.1 abgesetzt, also kontaktiert, und danach unmittelbar auf einen Kontaktbereich 14.2 einer zweiten LED 10.2 weitergeführt und abermals abgesetzt, sprich kontaktiert. In Fig. 22 ist schematisch eine Ausführungsform für einen Beschichtungsbereich 18 und Stromanschlussbereiche 20a.1,
20a.2 mit Kanaltrennung gezeigt. Fig. 23 zeigt schematisch die zu Fig. 22 zugehörige Anordnung mit LEDs 10, die an ihren LED-Kontaktbereichen 12 (hier nicht zu sehen) über den
Beschichtungsbereich 18a verbunden sind. Die Kanaltrennung ist hier durch zwei separate Stromanschlussbereiche 20a.1 bzw. 20a.2 realisiert, mit denen die Kontaktbereiche 14 der LEDs eines jeweiligen Kanals über elektrisch leitende
Verbindungen 28 kontaktiert sind. Eine entsprechende
Konfiguration kann in Fig. 17 beispielsweise dadurch
hergestellt werden, dass eine oder mehrere der Brücken 50 herausgenommen bzw. von vorneherein weggelassen werden.
Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass größere LED-Matrix n x m (n > 5 und m > 5) problemlos von der Rückseite kontaktiert werden können und gleichzeitig auf verschiedene Kanäle mit verschiedenen Strömen betrieben werden können.
Fig. 24 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf Beschichtungs- und Stromanschlussbereiche für eine LED- Anordnung mit vielen LEDs (hier 4 x 6) gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die zugehörige LED- Anordnung 22 mit den auf den jeweiligen Beschichtungs bereichen 18 angeordneten LEDs 10 ist schematisch in Fig. 25 dargestellt .
Für eine große LED-Matrix benötigt man eine besondere
Strategie, um die Bestromung realisieren zu können, ohne eine maximale Länge der elektrisch leitenden Verbindungen 28 zu überschreiten und gleichzeitig wenig Fläche für die leitende Verbindung einzubüßen.
Dazu ist ein Kontaktierungsgraben 31 vorgesehen, in dem wechselseitig Übergangsbereiche 18b für die jeweilige LED- Gruppe angeordnet sind, die Teil der leitfähigen Beschichtungsbereiche 18 sind. Ein solcher
Kontaktierungsgraben ist vorzugsweise weniger als 0.7 mm, besser weniger als 0.6 mm oder 0.5 mm breit und sollte somit nur einen Bruchteil der LED-Abmessungen ausmachen.
Die elektrische Verbindung wird so realisiert (siehe Fig. 24 in der Zusammenschau mit Fig. 25), dass jeweils eine oder mehrere LEDs auf einen Kontaktbereich 18a aufgebracht werden. Es entstehen mehrere (hier 3 x 2) LED-Gruppen 24 (nur eine exemplarisch durch Strichelung hervorgehoben) .
Eine erste LED-Gruppe wird über die Kontaktbereiche 14 über elektrisch leitende Verbindungen 28 mit dem Anschlussbereich 20a verbunden. Die zweite LED-Gruppe wird mit dem zur ersten LED-Gruppe gehörigen Übergangsbereich 18b verbunden usw. Der Übergangsbereich des letzten Kontaktbereichs in der Kette ist dabei der Anschlussbereich 20b. Dabei ist die zweite Hälfte der LED-Gruppen neben die erste Hälfte gelegt, so dass die erste und sie letzte LED-Gruppe nebeneinander liegen.
Fig. 26 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf Beschichtungs- und Stromanschlussbereiche für eine LED- Anordnung mit vielen LEDs (hier 6 x 6) gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser 6 x 6-LED- Anordnung, bei der sowohl spalten- als auch zeilenweise mehr als zwei LED-Gruppen angeordnet sind, befindet sich auch eine LED-Gruppe 24.1 in der Mitte der LED-Matrix. Um für diese innere LED-Gruppe 24.1 auch Platz für einen Anschlussbereich 18b/20b und optional für einen Anschlussbereich 20a zu haben, sind für die LED-Gruppe 24 LEDs mit kleineren Flächen
abmessungen vorgesehen. BEZUGSZEICHENLISTE
10 LED
10a lichtemittierender Bereich der LED
12 erster LED-Kontaktbereich
14 zweiter LED-Kontaktbereich
16 Substrat
18 Beschichtungsbereich
18a Kontaktbereich
18b Übergangsbereich
18c Hilfsverbindungsbereich
20a erster Stromanschlussbereich
20b, 20b' zweiter Stromanschlussbereich
22 LED-Anordnung
24, 24.1 LED-Gruppe
26 Randbereich
28, 28' Verbindung
28.1, 28.2 Verbindung
30 LED-Matrix
32 Aussparung
34 Flachelement
36 Litze
38 Bonddraht
40a, 40b Anschlussbereich
50 elektrische Brücke
n Anzahl der Reihen
m Anzahl der Spalten
R Richtung der Reihen
S Richtung der Spalten

Claims

Patentansprüche
1. LED-Anordnung (22), aufweisend:
— ein Substrat (16);
— einen auf dem Substrat (16) angeordneten, elektrisch leitfähigen ersten Stromanschlussbereich (20a) ;
— einen auf dem Substrat (16) angeordneten, elektrisch leitfähigen zweiten Stromanschlussbereich (20b) ;
— mehrere LEDs (10), die mehrere LED-Gruppen (24)
bilden; und
— wobei eine jeweilige LED (10) einen ersten LED- Kontaktbereich (12) und einen zweiten LED- Kontaktbereich (14) aufweist;
dadurch gekennzeichnet, dass
— die LED-Anordnung (22) mehrere auf dem Substrat (16) voneinander räumlich separiert angeordnete, elektrisch leitfähige Beschichtungsbereiche (18) aufweist, wobei sich ein jeweiliger Beschichtungsbereich (18) in einen Kontaktbereich (18a) und einen an den Kontaktbereich (18a) anschließenden Übergangsbereich (18b) gliedert, und wobei der zweite Stromanschlussbereich (20b) einen der Übergangsbereiche (18b) darstellt;
— wobei eine jeweilige LED-Gruppe (24) genau einem der Beschichtungsbereiche (18) derart zugeordnet ist, dass eine jeweilige der LED-Gruppen (24) auf dem
Kontaktbereich (18a) des ihr zugeordneten
Beschichtungsbereichs angeordnet ist, so dass die ersten LED-Kontaktbereiche (12) der jeweiligen LEDs (10) den Kontaktbereich (18a) des ihrer LED-Gruppe (24) zugeordneten Beschichtungsbereichs kontaktieren,
— wobei ein jeweiliger Übergangsbereich (18b) der
Beschichtungsbereiche (18) über den Randbereich (26) hinausstehend angeordnet ist;
— wobei der erste Stromanschlussbereich (20a) mit einem zweiten LED-Kontaktbereich (14) einer der am
Randbereich (26) angeordneten LEDs (10) elektrisch leitend verbunden ist; und — wobei bis auf den zweiten Stromanschlussbereich (20b) ein jeweiliger Übergangsbereich (18b) mit einem zweiten LED-Kontaktbereich (14) einer der am
Randbereich (26) angeordneten LEDs (10) einer
benachbarten LED-Gruppe (24) elektrisch leitend verbunden ist, so dass die mehreren LED-Gruppen (24) in Serie geschaltet sind.
2. LED-Anordnung (22) nach Anspruch 1, wobei eine jeweilige LED-Gruppe (24) mindestens eine LED (10) aufweist, die an einem Randbereich (26) der Gesamtheit der LED-Gruppen (24) angeordnet ist.
3. LED-Anordnung (22) nach Anspruch 1, die mindestens eine LED-Gruppe (24.1) aufweist, die keine LED umfasst, die an einem Randbereich (26) der Gesamtheit der LED-Gruppen angeordnet ist.
4. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, mit mindestens einem auf dem Substrat (16) angeordneten, elektrisch leitfähigen
Hilfsverbindungsbereich (18c), wobei die zweiten LED- Kontaktbereiche (14) der LEDs (10) mindestens einer gemeinsamen LED-Gruppe mittels Verbindungen (28.1; 28.2) mit dem mindestens einen Hilfsverbindungsbereich (18c) verbunden sind.
5. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei eine Verbindung (28.2) zwischen einem zweiten LED-Kontaktbereich (14) einer LED (10.2) und dem mindestens einen Hilfsverbindungsbereich (18c) oder dem ersten Anschlussbereich (20a) so konfiguriert ist, dass eine zwischen der LED (10.2) und dem
Hilfsverbindungsbereich (18c) bzw. dem ersten
Anschlussbereich (20a) liegende weitere LED (10.1) mittels der Verbindung (28.2) überbrückt ist.
6. LED-Anordnung (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Verbindung (28) zwischen einem zweiten LED- Kontaktbereich (14.2) einer ersten LED (10.2) und dem mindestens einen Hilfsverbindungsbereich (18c) oder dem ersten Anschlussbereich (20a) so konfiguriert ist, dass die Verbindung (28) auf einem zweiten Kontaktbereich (14.1) einer zwischen der ersten LED (10.2) und dem Hilfsverbindungsbereich (18c) bzw. ersten
Anschlussbereich (20a) liegenden zweiten LED (10.1) abgesetzt und kontaktiert ist.
7. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei innerhalb der LED-Anordnung ein
Kontaktierungsgraben (31) vorgesehen ist, in dem für die jeweiligen beiderseits entlang des Kontaktierungsgrabens (31) liegenden LED-Gruppen die zugehörigen
Übergangsbereiche (18b) wechselseitig angeordnet sind.
8. LED-Anordnung (22) nach Anspruch 7, wobei eine erste
LED-Gruppe mit dem ersten Anschlussbereich (20a) verbunden ist und eine letzte LED-Gruppe mit dem zweiten Anschlussbereich (20b) .
9. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei für zwei oder mehr LED-Gruppen jeweils separate erste Stromanschlussbereiche (20a.1; 20a.2) vorgesehen sind.
10. LED-Anordnung (22) nach Anspruch 7, wobei die
separaten Stromanschlussbereiche (20a.1; 20a.2) dazu ausgelegt sind, bei Bedarf mittels elektrisch leitender Brücken verbindbar zu sein.
11. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Länge der elektrischen Verbindungen (28.1; 28.2), z.B. Bonddrähte, höchstens 3 mm beträgt.
12. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
jede der LED-Gruppen (24) mehrere der LEDs (10) aufweist.
13. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweiten LED-Kontaktbereiche (14) aller LEDs (10) einer jeweiligen gemeinsamen LED-Gruppe (25) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
14. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
jede LED-Gruppe (24) gleichviele der LEDs (10) aufweist.
15. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
alle LEDs (10) einer jeweiligen gemeinsamen LED-Gruppe (24) in einer Reihe angeordnet sind.
16. LED-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die LED-Gruppen (24) zueinander in mehreren Reihen und/oder in mehreren Spalten angeordnet sind.
17. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest die vom zweiten Stromanschlussbereich (20b) verschiedenen Übergangsbereiche (18b) angewinkelt geformt sind, so dass diese jeweils einen ersten Teilbereich aufweisen, der sich vom Randbereich (26) weg erstreckt, und einen sich an den ersten Teilbereich in einem Winkel, insbesondere einem rechten Winkel, anschließenden zweiten Teilbereich aufweisen, der sich in Richtung der benachbarten LED-Gruppe (24) erstreckt, die diejenige LED (10) umfasst, mit deren zweiten LED-Kontaktbereich (14) der betreffende Randbereich elektrisch leitend verbunden ist .
18. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest die vom zweiten Anschlussbereich (20b)
verschiedenen Übergangsbereiche (18b) alle gleichsinnig angewinkelt geformt sind.
19. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Stromanschlussbereich (20a) mit dem zweiten LED-Kontaktbereich (14) der am Randbereich (26)
angeordneten LED (10) derjenigen LED-Gruppe (24)
elektrisch leitend verbunden ist, welche zu derjenigen LED-Gruppe (24) benachbart ist, die denjenigen
Beschichtungsbereich (18) aufweist, welcher den zweiten Stromanschlussbereich (20b) als Übergangsbereich (18b) aufweist .
20. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die am Randbereich (26) befindlichen LEDs (10) einer jeweiligen LED-Gruppe (24), die mit dem Übergangsbereich (18b) des der benachbarten LED-Gruppe (24) zugeordneten Beschichtungsbereichs (18) elektrisch leitend verbunden sind, derart angeordnet sind, dass zumindest ein Teil der jeweiligen zweiten LED-Kontaktflache (14) am Randbereich (26) angeordnet ist.
21. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten LED-Kontaktbereiche (14) der LEDs (10) mindestens einer gemeinsamen LED-Gruppe (24) durch ein elektrisch leitendes Flachelement (34) miteinander verbunden sind, welches eine Höhe aufweist, welche geringer ist als dessen Länge und Breite.
22. LED-Anordnung (22) nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
das elektrisch leitende Flachelement (34) derart
ausgebildet ist, dass es sich geradlinig verlaufend über alle zweiten Kontaktbereiche (18a) der LEDs (10) der gemeinsamen LED-Gruppe (24) hinwegerstreckt, und am
Randbereich (26) in Richtung des Substrats (16)
angewinkelt ist und in Richtung des Übergangsbereichs (18b) des Beschichtungsbereichs (18) verläuft und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist, welcher einer der benachbarten LED-Gruppe (24) zugeordnet ist.
23. LED-Anordnung (22) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweiten LED-Kontaktbereiche (14) der LEDs (10) mindestens einer gemeinsamen LED-Gruppe (24) durch mindestens eine Litze (36) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, welche sich im Wesentlichen geradlinig über alle zweiten Kontaktbereiche (18a) der LEDs (10) der gemeinsamen LED-Gruppe (24) hinwegerstreckt.
24. Beleuchtungsvorrichtung mit einer LED-Anordnung (22)
gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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