飞机LED灯单元本发明涉及飞机照明系统，特别是涉及飞机LED灯单元和包括这种飞机LED灯单元
的飞机。
飞机中基于LED的照明系统是已知的，所述照明系统包括一个或多个LED(发光二
极管)，所述一个或多个LED与电源和一个或多个控制电路一起安装在一个或多个印刷电路
板(PCB)上，并且通过所述印刷电路板上的导电通路加以互连。LED技术提供多个优点。例
如，除了极具成本效益并且具有长寿命之外，功耗比具有灯泡等的其他照明系统中(的功
耗)显著更低。
LED关于发光的性能对LED结温度非常敏感。大体来说，可以说在大部分操作区域
中，温度越低，LED性能越好。典型地，高于特定阈值温度，LED可能受到损害，因此在典型的
应用中，LED结热连接到PCB并且随后热连接到散热器以便保持温度尽可能低。
高温问题尤其与高功率LED相关，所述高功率LED不具有(电绝缘的)热衬垫(诸如
由铜制成以获得良好导热性的衬垫)，即，仅具有负责从LED结到PCB的热传递的阴极衬垫和
阳极衬垫。如果在PCB上布置成阵列的多个LED非常接近彼此，这种情况就更坏。
图1示出根据先前方法布置在PCB上的示例性LED阵列100，其中多个LED(诸如LED
101、102等)布置成阵列，所述多个LED的阳极和阴极(因为它们位于相应LED外壳下方，所以
未示出)连接到导体通路(诸如在103和104处示出)。
在这种情况下，由于阵列的LED之间的有限间距，到相应阴极和阳极的导体通路的
表面面积受到限制，这使得在PCB上的相对薄或窄的电导体或迹线成为必要。因此热传递受
到限制，这导致更高的LED结温度，更高的LED结温度于是导致减少的LED性能和效率，特别
是减少的发光。
因此，提供展示出增加的LED效率的飞机LED灯单元将是有益的。
本发明的示例性实施方案包括飞机LED灯单元，所述飞机LED灯单元包括：至少一
个印刷电路板，其包括至少一个金属芯层和至少一个电介质层；以及至少一个LED，其设置
在所述印刷电路板上并且包括用于电联接到电源的阳极和阴极。至少一个LED的阳极和阴
极中的一个连接到设置在电介质层上的电导体并且联接到电源的第一终端，其中电介质层
使电导体与金属芯层电绝缘，并且至少一个LED的阳极和阴极中的另一个连接到至少一个
印刷电路板的金属芯层，其中金属芯层联接到电源的第二终端。因此，从LED结通过相应LED
的阳极和阴极中的一个到金属芯层的功率耗散所导致的热量的热传递有所增加，这由于较
低的LED结温度而导致较高的LED性能和效率。
电源可以是电源供应电路，所述电源供应电路从外部电网接收电力并且调节所述
电力以用于供应到一个或多个LED。术语电源和电源供应在本文中可互换使用。
飞机LED灯单元可包括承载多个LED的印刷电路板(PCB)，或可具有互连的多个印
刷电路板，诸如经由匹配轮廓和/或机械连接件来机械联接，以及经由适合的电连接件来电
联接，其中多个LED分布在多个印刷电路板中。每个印刷电路板可承载相应的LED阵列。
根据一个实施方案，至少一个LED的阳极和阴极中的另一个通过布置在所述阳极
和阴极中的另一个与金属芯层之间的焊料连接到金属芯层，并且焊料布置在电介质层的开
口中，在所述开口中金属芯层不被电介质层覆盖。
特别地，根据一个实施方案，至少一个LED具有发射平面，所述LED从所述发射平面
发射光辐射，并且焊料具有在印刷电路板与LED之间的延伸部，所述延伸部被设定尺寸以使
得至少一个LED的发射平面大致上平行于印刷电路板。
根据一个实施方案，飞机LED灯单元还包括布置在至少一个LED的阳极和阴极中的
一个与电导体之间的第一焊料，以及布置在至少一个LED的阳极和阴极中的另一个与金属
芯层之间的第二焊料，其中第二焊料与第一焊料相比具有更大的在印刷电路板与LED之间
的延伸部。
特别地，根据一个实施方案，第一焊料具有在印刷电路板与LED之间的第一延伸
部，并且第二焊料具有在印刷电路板与LED之间的第二延伸部。第二延伸部大致上等于第一
延伸部与布置在至少一个LED的阳极和阴极中的一个与金属芯层之间的层的厚度的总和。
根据一个实施方案，至少一个LED具有发射平面，所述LED从所述发射平面发射光
辐射，并且至少一个LED的发射平面相对于印刷电路板倾斜。
根据一个实施方案，飞机LED灯单元包布置在印刷电路板上的多个LED，其中多个
LED中的每一个具有发射平面，相应LED从所述发射平面发射光辐射，并且多个LED中的至少
一个的发射平面相对于印刷电路板倾斜，并且多个LED中的至少另一个的发射平面大体上
平行于印刷电路板。特别地，根据一个实施方案，多个LED中具有倾斜发射平面的至少一个
布置在多个LED的外围中，诸如在LED阵列的外围中。多个LED的外围可包括一个或多个LED
行和/或列，所述一个或多个LED行和/或列布置在LED阵列的一个或多个边缘处。
根据一个实施方案，飞机LED灯单元包括：串联联接到电源的至少第一LED和第二
LED，其中第一LED和第二LED中的每一个具有第一终端和第二终端；以及联接在第一LED与
第二LED之间的开关。开关具有联接到第一LED的第二终端并且联接到第二LED的第一终端
的控制通路。开关还具有联接到第一LED的第一终端的控制终端。
特别地，根据一个实施方案，飞机LED灯单元包括串联联接到电源的至少4个LED，
这导致较高的效率并且限制最大电流。
根据一个实施方案，飞机LED灯单元包括在印刷电路板上布置成LED阵列的多个
LED，其中多个LED中的每一个的阳极和阴极中的一个联接到电源的第一终端，并且多个LED
中的每一个的阳极和阴极中的另一个连接到金属芯层，所述金属芯层联接到电源的第二终
端。
根据一个实施方案，飞机LED灯单元包括：多个LED，其至少布置成第一印刷电路板
上的第一LED阵列以及第二印刷电路板上的第二LED阵列，其中第一阵列中的多个LED中的
每一个的阳极和阴极中的一个联接到电源的第一终端，并且第一阵列中的多个LED中的每
一个的阳极和阴极中的另一个连接到第一印刷电路板的金属芯层，并且第二阵列中的多个
LED中的每一个的阳极和阴极中的一个联接到第一印刷电路板的金属芯层，并且第二阵列
中的多个LED中的每一个的阳极和阴极中的另一个连接到第二印刷电路板的金属芯层，所
述金属芯层联接到电源的第二终端。
根据另外的实施方案，飞机LED灯单元包括多个开关，其中多个开关中的每一个联
接在第一印刷电路板的金属芯层与第二阵列的相应LED之间。开关中的每一个具有控制通
路，所述控制通路联接到第一印刷电路板的金属芯层并且连接到第二阵列的相应LED的阳
极和阴极中的一个，并且开关中的每一个还具有联接到电源的第一终端的控制终端。
根据示例性实施方案，印刷电路板，或第一印刷电路板和第二印刷电路板(以及任
何另外的印刷电路板，如果存在的话)分别包括在投影仪模块中。特别地，根据一个实施方
案，投影仪模块包括至少4个LED阵列，其中所述阵列中的每一个布置在印刷电路板中的相
应一个上。
根据一个实施方案，飞机LED灯单元是外部LED灯单元。特别地，根据一个实施方
案，飞机LED灯单元是以下中的至少一个：投影仪、泛光灯、滑行灯、着陆指示灯、跑道关闭
灯、前灯、探照灯。
本发明的示例性实施方案还包括飞机，特别是固定翼飞机或直升机，其包括如本
文所述的至少一个LED灯单元，所述至少一个LED灯单元在飞机上设置在内部或外部。在一
个具体实现方式中，飞机LED灯单元在飞机上设置在外部，即为外部飞机LED灯单元。
关于附图来描述本发明的另外方面和示例性实施方案，其中：
图1示出根据先前方法布置在PCB上的示例性LED阵列100；
图2示出LED性能的两个示例性特性的图，所述LED性能取决于通过LED的电流；
图3示出飞机LED灯单元的实施方案，所述飞机LED灯单元包括设置在印刷电路板上的
LED；
图4-6示出制造飞机LED灯单元的过程，所述飞机LED灯单元包括设置在印刷电路板上
的LED；
图7示出飞机LED灯单元的另外实施方案，所述飞机LED灯单元包括设置在印刷电路板
上的多个LED；
图8A示出包括多个印刷电路板的飞机LED灯单元的另外实施方案，每个印刷电路板包
括在其上设置成相应LED阵列的多个LED；
图8B示出根据图8A的飞机LED灯单元的一部分的放大视图。
图2示出LED性能的两个示例性特性的图，所述LED性能取决于通过LED的电流。图2
所示的两个特性应理解成仅是示例性的，用于示出LED在不同电流下操作时的典型行为。下
部特性201示出在不同电流下操作时，在与LED相距特定距离处测量的由LED发射的光辐射
的光照度(以勒克斯(Ix)为单位)。可以看出，随着电流增加，LED的性能在向下曲线中降低，
即，由于结温度的增加，越努力操作LED，发射的光越少，所述结温度增加导致热过载以及减
少的性能和效率。当在没有热衬垫的情况下操作LED，即，仅阳极衬垫和阴极衬垫负责从LED
结到印刷电路板(PCB)的热传递时，尤其如此。
另一个特征202示出在不同电流下操作时，但从LED结的热量的热传递有所改善
(这例如是根据本发明的实施方案实现的)的情况下，在与LED相距特定距离处测量的由LED
发射的光辐射的光照度(以勒克斯(Ix)为单位)。例如，在从LED结的最佳热传递的情况下，
光照度在操作电流变化时未展示出显著降低。因此，尤其对于LED在较高电流下的高功率操
作，光照度可相应地(例如成比例地)增加，以使得发光和性能可取决于所供应电流来相应
地增加。
图3示出飞机LED灯单元1的实施方案，所述飞机LED灯单元包括设置在印刷电路板
2上的LED 3。印刷电路板(PCB) 2包括至少一个金属芯层21和至少一个电介质层22。特别
地，电介质层22设置在金属芯层21上并且承载设置在电介质层22上的一个或多个电导体
(诸如，导体通路和迹线)，例如图1中在103和104处示出的电导体。例如，图3的实施方案示
出设置在电介质层22上的电导体4。电导体4可以是设置在电介质层22上的导体通路或迹线
的一部分。电介质层22使电导体4(和PCB上的任何另外的导体通路或迹线)与金属芯层21电
绝缘。例如，金属芯层21可由铜制成或可包括铜。
一般来说，根据一个实施方案，与本发明的实施方案结合使用的PCB的金属芯层被
布置成PCB内的金属层(特别地，具有平面形状)。特别地，金属芯层是PCB的多个层中的一
个，并且在PCB的二维延伸部(即二维平面)上延伸。
典型地，具有金属芯层的PCB(诸如图3所示的PCB 2)具有在导体通路或迹线与金
属芯层之间的电介质层，以便保持金属芯层电绝缘。另一方面，电介质层使得设置在其上的
LED在热连接方面几乎与金属芯层隔离。这可导致关于LED性能和效率的不利效果，诸如根
据图2用曲线201示出。
如图3另外示出，至少一个LED 3设置在PCB 2上。LED 3包括阳极31和阴极32以用
于电联接到在图3中未示出的电源(在以下更详细地解释的图8A中示出示例性电源12，所述
示例性电源12也可与根据图3的LED 3一起使用)。应理解，LED也可能以其他流动方向联接
到电源。即，在本文中关于LED的阳极所提到的全部也可能以相同方式关于LED的阴极来应
用，并且反之亦然，即，在本文中可互换地提到阳极和阴极。
根据图3所示的实施方案，LED 3的阳极31和阴极32中的一个(在当前情况下是阳
极31)电连接到设置在电介质层22上的电导体4，并且LED 3的阳极31和阴极32中的另一个
(在这里是阴极32)电连接到PCB 2的金属芯层21。第一焊料41布置在LED 3的阳极31与电导
体4之间，而第二焊料42布置在LED 3的阴极32与金属芯层21之间。焊料42布置在电介质层
22的开口中，在所述开口中金属芯层21未被电介质层22覆盖。电导体4和金属芯层21可各自
联接到电源的相应的相对供应终端，如以下更详细解释的。
在图3的目前实施方案中，LED 3相对于PCB 2倾斜。特别地，LED 3具有发射平面
35，所述LED 3从所述发射平面35发射光辐射，所述发射平面35相对于PCB 2倾斜。例如，发
射平面35形成LED的外壳的下部分。例如，发射平面35中包括LED结，从所述LED结辐射光。可
在相对于发射平面的垂直方向上从发射平面35发射光。也可能在其他方向上从发射平面发
射光。LED 3的倾斜基本上是由于移除在阴极32下方的电介质层22而不相对于焊料41增加
焊料42的量所导致。因此，在阳极和阴极下方的层的总高度的差异导致LED 3的倾斜。
图4-6示出根据另一个实施方案的制造飞机LED灯单元1的过程，所述飞机LED灯单
元1包括设置在PCB上的LED 3。在图4中，焊料42被填充在电介质层22的开口23中，在所述开
口23中金属芯层21未被电介质层22覆盖。同样地，焊料41设置在电导体4的顶部上。在图4的
实施方案中，焊料41和42具有大致上相同的材料量，即，具有大致上相同的高度或厚度。如
图3所示，如果LED 3附接在焊料41和42上，这可导致LED 3的倾斜。
根据图5的实施方案，在电介质层22的开口23中填充的焊料42的量与焊料41相比
有所增加。一旦焊料42已经硬化，其延伸部如图6所示轻微改变。
例如，根据图6的实施方案，焊料42具有在PCB 2与LED 3之间(即在垂直方向上)的
延伸部，所述延伸部被设定尺寸以使得LED 3的发射平面35大致上平行于PCB 2。即，焊料42
相对于焊料41的量被选择，以使得LED 3(特别是其发射平面35)平行于PCB 2，即，不倾斜。
这可通过焊料42与焊料41相比具有更大的在PCB 2与LED 3之间的延伸部来实现。
为了使LED 3布置成平行于PCB 2，焊料42具有在PCB 2与LED 3之间的延伸部(即
垂直延伸部)，所述延伸部大致上等于焊料41的(垂直)延伸部与布置在阳极31与金属芯层
21之间的层4和22的厚度的总和。
例如，在第一步骤中移除在阳极衬垫或阴极衬垫中的一个下方的电介质层22的材
料并且随后用焊料42来填充，并且随后在第二步骤中将LED 3焊接到PCB上。结果是，对于从
LED 3的LED结到金属芯层21的热传递(热流)不存在障碍。然而，由于金属芯层21电连接到
LED 3和电源，PCB 2(特别是其金属芯层21)应与任何散热器(诸如连接到PCB的冷却体)电
绝缘。基本上，根据目前实施方案，不像先前方法那样在LED与PCB之间进行电绝缘，而在PCB
与连接至PCB的任何散热器之间进行电绝缘。这也减少了单独给LED供电所需的PCB上导线
和迹线的数目。
根据图3和6的实施方案的布置，存在从LED结通过相应LED的阳极和阴极中的一个
(在这里是阴极32)到金属芯层的热传递，这由于较低的LED结温度而导致较高的LED性能和
效率。例如，根据实施方案，LED结温度可减少140 K。
图7示出飞机灯单元1的另外实施方案，所述飞机灯单元1包括设置在PCB上的多个
LED。例如，三个LED 3-1、3-2、3-3在PCB 2上彼此靠近地布置成一行，或三个LED列彼此靠近
布置，从而形成LED阵列，其中LED 3-1、3-2、3-3是相应列的一部分。如图7所示，LED 3-1和
3-3相对于PCB 2倾斜，而LED 3-2大致上平行于PCB 2。更具体地说，LED 3-1和3-3的发射平
面35相对于PCB 2倾斜，并且LED 3-2的发射平面35大致上平行于PCB 2，这种布置可用于改
善侧向LED 3-1和3-3的有用通量。
例如，具有倾斜发射平面35的LED 3-1和3-3布置在多个LED的外围中，例如是侧向
的或形成LED阵列的相应边缘的一部分。例如，LED 3-1形成LED阵列的第一(在这里是左)边
缘的一部分，并且LED 3-3形成LED阵列的相对(在这里是右)边缘的一部分。
LED中的每一个从发射平面35发射光辐射。LED 3-1发射光5-1，并且LED 3-2发射
光5-2，所述光各自被示出为具有在垂直方向上从发射平面35发射的相应光线。LED可从发
射平面35在多个方向上在以不同角度发射的一束光线中发射光，如图7中以角度α示出。所
述一束发射光线可通过透镜13来聚焦。在图7的具有相对于LED阵列或LED 3-2向内倾斜的
侧向LED 3-1、3-3的情况下，由于侧向LED 3-1、3-3的更多光线可被透镜13捕获，或在从PCB
2发射的一束较窄的光中引导/成束，发光效率可进一步增加。
图8A示出包括多个PCB的飞机LED灯单元的另外实施方案，其中PCB中的每一个包
括在其上设置成相应LED阵列的多个LED。在这方面，图8B示出根据图8A的飞机LED灯单元的
一部分A的放大视图。
根据实施方案，如图8A所示，飞机LED灯单元10具有多个PCB，在这里是四个PCB 2-
1、2-2、2-3和2-4，所述PCB各自已在其上设置有LED阵列。例如，PCB 2-1包括在第一行中的
LED 3-111、3-121、3-131，以及在第n行中的LED 3-11n、3-12n、3-13n(其中n原则上为任何
自然数)。PCB 2-2包括在第一行中的LED 3-211、3-221、3-231，并且PCB 2-4包括在第一行
中的LED 3-411、3-421、3-431，以及第n行中的LED 3-41 n、3-42n、3-43n。因此，PCB 2-1至
2-4中的每一个包括布置成三列和n行的LED阵列。当然，三列仅是示例性的，其中原则上可
使用任何数目的列。另外，原则上飞机LED灯单元10可包括任何数目的PCB。
飞机LED灯单元10还包括电源12和控制电路11，所述控制电路11被配置来给相应
的LED供应来自电源12的电力，并且通过开/关切换和/或调整分别供应到相应LED的电流来
控制例如多个LED的发射照明。以这种方式，多个LED的亮度是可调整的。在一些实施方案
中，控制电路也可以是电源12的一部分，例如混合电源电路的一部分。因此，无论它在本文
中何时提到电源，这也可以理解成提到电源12和控制电路11的组合。
更具体地说，控制电路11联接到电源12的供应终端以用于从电源12接收电力，并
且作为输出提供到PCB 2-1的LED中的每一个的相应电力线，诸如用于LED 3-111的电力线
7-11、用于LED 3-121的电力线7-21、用于LED 3-131的电力线7-31、用于LED 3-1的电力线
7-1n、用于LED 3-12n的电力线7-2n以及用于LED 3-13n的电力线7-3n。电力线7-11至7-3n
中的每一个可以是电导体4或形成电导体4的一部分，如图3至7所示(关于线14、15、16，类似
地也用于PCB 2-2至2-4)。PCB 2-1的LED通过其阳极或阴极的其另一些连接到PCB 2-1的金
属芯层，例如类似如图3至7所示的金属芯层21。
相应PCB的所有LED在单个阵列水平上具有公共接地。这在图8B中由阴影区域示
出，所述阴影区域示出根据图3、6连接到金属芯层的焊料42。例如，根据图8B，焊料42可形成
LED3-11n、3-12n、3-13n的所有阴极32的公共区域。其阳极31具备焊料41。
PCB 2-1的金属芯层连接到芯终端6-1。电力线14作为公共供应线联接到芯终端6-
1并且连接到PCB 2-2的LED。电力线14随后通过相应开关9联接到PCB 2-2上的相应LED的阳
极和阴极中的一个，阳极和阴极中的另一个连接到PCB 2-2的金属芯层。PCB 2-2的金属芯
层连接到芯终端6-2，PCB 2-3的金属芯层连接到芯终端6-3，并且PCB 2-4的金属芯层连接
到芯终端6-4。PCB 2-3和2-4类似地分别联接到电力线15和16，所述电力线15和16连接到核
心终端6-2和6-3。芯终端6-4联接到电源12的另一个供应终端。
为了单独解决PCB 2-2、2-3和2-4的每个LED，提供由相应控制线(诸如，8-1n、8-
2n、8-3n)控制的开关9。在图8的实施方案中，控制线是延长的电力线，即，联接到相应电力
线以用于驱动相应开关的控制终端。例如，控制线8-1n联接到电力线7-1n，控制线8-2n联接
到电力线7-2n，并且控制线8-3n联接到电力线7-3n。
例如，开关9是半导体开关，诸如晶体管，例如场效应晶体管(FET)。它们仅被视为
图8中的符号。通过开关9，可避免使用将导致大且无效率的驱动器的不合需要的低电压高
电流电路。
例如，拿PCB 2-1的LED 3-11n和PCB 2-2的LED 3-21n来说，这些分别串联联接到
电源12和控制电路11。开关9-1联接在LED 3-11n(和PCB 2-1的其他LED)与LED 3-21n之间。
开关9-1具有通过电力线14联接到芯终端6-1并且连接到LED 3-21n的第一终端(例如，阳
极)的控制通路(诸如在晶体管的栅极S与漏极D之间的通路，通过开关9-1示出)。LED 3-21n
的第二终端(例如，阴极)连接到PCB 2-2的金属芯层。开关9-1还具有控制终端G(诸如晶体
管的栅极终端)，所述控制终端G联接到控制线8-1n，即连接到LED 3-11n的终端，所述终端
联接到来自控制电路11的电力线7-1n。开关9-2和9-3相对于LED 3-12n、3- 13n、3-22n、3-
23n类似地连接。
以这种方式，四个LED在相应串S中串联连接到电源12。特别地，在PCB 2-1上的LED
中的每一个的阳极和阴极中的一个联接到电源12的第一终端，并且在PCB 2-1上的LED中的
每一个的阳极和阴极中的另一个连接到PCB 2-1的金属芯层。另外，在PCB 2-2上的LED中的
每一个的阳极和阴极中的一个联接到PCB 2-1的金属芯层，并且在PCB 2-2上的LED中的每
一个的阳极和阴极中的另一个连接到PCB 2-2的金属芯层，所述金属芯层联接(通过其他
PCB 2-3、2-4)到电源12的第二终端。
开关9中的每一个联接(通过其控制通路)在PCB 2-1的金属芯层与PCB 2-2的相应
LED之间，特别是连接到相应LED的阳极和阴极中的一个。开关9中的每一个还具有相应的控
制终端G，所述相应控制终端G通过相应电力线7-11至7-3n联接到电源。
应注意，联接成串S的4个LED仅是一个适合的实施方案。在某些实施方案中，4个或
更多个LED的串是合乎需要的，以便保持效率高并且限制由电源12通过电力线7-11至7-3n
供应的最大电流。
根据一个实施方案，PCB 2-1和2-4包括在由LED灯单元10形成的投影仪模块中。例
如，投影仪模块包括至少4个LED阵列，其中阵列中的每一个布置在相应PCB上，如图8A所示。
由投影仪模块提供的照明可由控制电路11适当调整，例如通过调整供应到LED的电流和/或
通过调整(例如，通过切换开/关)通过电力线7-11至7-3n来给哪些LED串供电。
根据本发明的实施方案，不具有用于常规热衬垫的空间或具有用于常规热衬垫的
有限空间的高功率紧凑型LED仍然可有效地操作。可减少在PCB上的导线和导体迹线的数
目。可能以最大功率来驱动密集型LED而无过热。因此，可使得包括这种LED灯单元的光学系
统比在常规阵列中更有效。通过使用侧向LED或LED行/列的倾斜特征，可进一步增加效率，
例如图7所示。
根据示例性实施方案，如图8A所示的飞机LED灯单元10是外部LED灯单元。由于LED
结的较低热负荷所导致的LED高效率和性能使得将LED灯单元用作外部飞机LED灯单元是可
行的，所述外部LED飞机灯单元诸如投影仪、泛光灯、滑行灯、着陆指示灯、跑道关闭灯、前
灯、和/或探照灯。
尽管已参阅示例性实施方案描述本发明，但是本领域技术人员将了解，在不脱离
权利要求范围的情况下，可以做出各种改变，并且等效物可替代本发明的各要素。此外，在
不脱离本发明的基本范围的情况下，可以做出许多修改来使具体情况或材料适应本发明的
教导。因此，旨在使得本发明不限于所公开的具体实施方案，而是本发明包括落在权利要求
书的范围内的所有实施方案。