DE102007002838A1

DE102007002838A1 - LED-Modul mit Montagemittel umfassenden Kühlkörpern

Info

Publication number: DE102007002838A1
Application number: DE102007002838A
Authority: DE
Inventors: Sigmund Braun
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2008-03-27
Also published as: DE102007002839A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein insbesondere für Kraftfahrzeuge einsetzbares LED-Modul (1, 1b, 1c) zum Einbau in ein Leuchtaggregat, wobei das LED-Modul (1, 1b, 1c) mehrere LED-Bauelemente (3, 3b, 3c) umfasst, die auf einer Leiterplatte (2, 2b, 2c) derart montiert sind, dass sie unmittelbar oder mittelbar mit einem Kühlkörper (4, 4b, 4c) verbunden sind, wobei das LED-Modul (1, 1b, 1c) mindestens einen Kühlkörper (4, 4b, 4c) umfasst, der mit mindestens einem LED-Bauelement (3, 3b, 3c) verbunden ist, und der Montagemittel (8, 14, 15) für eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Montage an einem anderen Element (10, 16) des LED-Moduls (1, 1b, 1c) oder des Leuchtaggregats aufweist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein LED-Modul, das zum Einbau in ein Leuchtaggregat bestimmt ist, wobei das LED-Modul mehrere LED-Bauelemente umfasst, die derart auf einer Leiterplatte montiert sind, dass sie unmittelbar oder mittelbar mit einem zur Abfuhr der Verlustwärme der LED-Bauelemente vorgesehenen Kühlkörper verbunden sind.
Derartige Leuchtaggregate können sowohl zu Zwecken der Innenraumbeleuchtung als auch bei der Außenbeleuchtung eingesetzt werden. Insbesondere ist ein Einsatz von solchen Leuchtaggregate auch in oder an Kraftfahrzeugen möglich. Als lichtabgebende LED-Bauelemente (LED = light emitting diode) können optische Halbleiterbauelemente in der Form von Leuchtdioden, insbesondere Leuchtdiodenchips (LED-Chips) eingesetzt werden. Üblicherweise wird dabei eine Vielzahl von LED-Bauelementen (im folgenden auch LEDs genannt) zu einem Array angeordnet, wobei die LEDs vorzugsweise als oberflächenmontiertes SMD-Element (SMD = surface mounted device) durch Löten oder Kleben auf einem Träger oder einer Leiterplatte montiert werden.
Nicht nur bei Kraftfahrzeugen werden zunehmend LEDs eingesetzt, da sie gegenüber konventionellen Glühlampen einige wesentliche Vorteile aufweisen. So haben LEDs eine längere Lebensdauer, eine geringere Baugröße sowie einen besseren Wirkungsgrad bei der Umwandlung elektrischer Energie in Licht. Ferner zeichnen sich LEDs durch eine Unempfindlichkeit gegenüber Stößen und Erschütterungen aus, was insbesondere bei Kraftfahrzeugen einen erheblichen Vorteil darstellt.
Trotz der im Vergleich zu Glühlampen geringeren Wärmeabgabe muss vor dem Hintergrund einer ständig fortschreitenden Leistungssteigerung auch bei LEDs die als Verlust auftretende Abwärme abgeführt werden, um eine Überhitzung und damit eine Funktionsbeeinträchtigung oder sogar eine Zerstörung der LEDs zu verhindern. Üblicherweise wird die Abwärme von der Unterseite der LED-Bauelemente über ihre elektrischen Anschlüsse und/oder über einen als Wärmeanschluss dienenden dritten Kontakt an einen metallischen Kühlkörper abgeführt.
Um beispielsweise in einem Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs mehrere LEDs oder mehrere LED-Gruppen anzuordnen, werden üblicherweise flexible Leiterplatten in einer zweidimensionalen Ebene mit LEDs bestückt, und danach wird das so erhaltene flexible Gebilde auf einen Kühlkörper aufgeklebt. Der Kühlkörper kann dabei, wie es aus der DE 199 22 176 A1 bekannt ist, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium bestehen, die für den jeweiligen Anwendungsfall gewünschte dreidimensionale Form aufweisen und auf den von der Leiterplatte abgewandten Oberflächen mit Kühlrippen versehen sein. Die Leiterplatte wird dabei vorzugsweise mit einer Wärmeleitpaste, einen Wärmeleitkleber, einer Wärmeleitfolie oder dergleichen auf den Kühlkörper befestigt, wobei eine exakte Ausrichtung der LED-Bauelemente schwierig ist und ebenso wie das Aufkleben der Leiterplatte auf den Kühlkörper einen erheblichen montagetechnischen Aufwand bedeutet.
Ferner ist es bekannt, vorgefertigte LED-Leuchtmodule (kurz auch LED-Module genannt) einzusetzen, bei denen eine bestimmte Anzahl von LEDs in einer bestimmten Anordnung zu einem Modul zusammengefasst sind, um die geforderte Menge Licht für bestimmte Applikationen zu erreichen. Derartige Module lassen sich relativ einfach in einem Leuchtaggregat montieren.
Auch in den LED-Modulen werden die LEDs auf einen strukturierten Schaltungsträger gelötet oder geklebt, welcher durch eine starre oder flexible Leiterplatte bzw. durch ein IMS-Substrat gebildet sein kann. High-Brightness-LEDs haben dabei neben den beiden elektrischen Anschlusskontakten noch einen dritten Kontakt, über den die Verlustwärme der LED abgeführt wird. Dieser Wärmeanschluss, der im allgemeinen nicht potentialfrei ist, wird auf einen Flächebereich des Schaltungsträgers gelötet bzw. geklebt, der über das Layout so gestaltet ist, dass er nicht mit der restlichen Schaltung in elektrischem Kontakt steht Die Wärme wird anschließend über eine elektrische Isolierschicht im Schaltungsträger an einen metallischen Kühlträger abgeführt.
Aus der US 2005/0212439 A1 ist ein LED-Modul mit mehreren LEDs bekannt, die auf einer flexiblen Leiterplatte angeordnet sind, welche an einem Kühlkörper befestigt ist. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr ist die flexible Leiterplatte mit Löchern versehen, durch die hindurch die einzelnen LEDs in unmittelbarem Kontakt mit dem Kühlkörper stehen.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes LED-Modul der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei verbesserter Wärmeableitung eine einfachere und exaktere Montage der einzelnen Lichtpunkte des LED-Moduls ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein LED-Modul nach Anspruch 1 gelöst.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, dass das LED-Modul mindestens einen Kühlkörper umfasst, der mit mindestens einem LED-Bauelement verbunden ist, und dass der Kühlkörper oder zumindest einer, vorzugsweise alle Kühlkörper, Montagemittel für eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Montage an einem anderen Element des LED-Moduls oder des das LED-Modul aufnehmenden Leuchtaggregats aufweist.
Auf diese Weise wird eine vorgefertigte und einfach zu verbauende LED-Baugruppe geschaffen, die nicht nur eine besonders gute Wärmeabfuhr, sondern insbesondere auch eine schnell und einfach auszuführende Montierbarkeit mit verbesserter Positioniergenauigkeit der einzelnen LEDs gestattet. So können die an den Kühlkörpern befestigten, insbesondere angelöteten LEDs bei der Montage des LED-Moduls zusammen mit der form- oder kraftschlüssig erfolgenden Anbringung und Ausrichtung der Kühlkörper in einem Leuchtaggregat positioniert werden.
Das erfindungsgemäße LED-Modul nach Anspruch 1 weist somit gegenüber den vorbekannten Ausführungsformen vor allem den Vorteil auf, dass eine Ausrichtung der einzelnen LEDs beim Aufbringen der Leiterplatte auf ein beliebig geformtes dreidimensionales Element aufgrund der vorab in einer zweidimensionalen Ebene ausgeführten Verbindung mit den formschlüssig und/oder kraftschlüssig montierbaren Kühlkörpern entfallen kann, was den Aufwand und damit auch die Herstellungskosten eines mit derartigen LED-Modulen ausgestatteten Leuchtaggregats deutlich reduziert.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen LED-Moduls ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
So ist es beispielsweise besonders günstig, wenn das LED-Modul mehrere Kühlkörper umfasst und die Leiterplatte mit Öffnungen versehen ist, wobei die LED-Bauelemente derart auf der Leiterplatte montiert sind, dass sie jeweils durch eine Öffnung hindurch mit einem Kühlkörper verbunden sind. Auf diese Weise kann die Verlustwärme der LEDs aufgrund des direktes Kontakts zu einem Kühlkörper besonders schnell und effektiv abgeführt werden, da die Wärme nur über metallische und gut wärmeleitende Materialien geführt wird. Bei einer flexiblen Leiterplatte können die einzelnen Kühlkörper auch beweglich zueinander angeordnet und über die flexible Leiteplatte miteinander verbunden sein, was beispielsweise bei Abbiegelicht- bzw. Kurvenlicht-Anwendungen von Vorteil sein kann.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn jedes LED-Bauelement mit einem eigenen separaten Kühlkörper verbunden ist. Hierdurch können auch komplexere Anordnungen mit einer Vielzahl von LEDs besonders positionsgenau an einem dreidimensional geformten Träger platziert werden. Auch sind dabei besonders enge Lagetoleranzen der einzelnen LEDs zueinander erzielbar. Ferner wird hierdurch auf besonders einfache Weise eine elektrische Isolation der Wärmeanschlüsse der einzelnen LEDs zueinander gewährleistet.
Gemäß einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Montagemittel der Kühlkörper jeweils mindestens eine Ausnehmung umfassen, die formschlüssig auf jeweils einen Vorsprung eines Aggregatelements aufgesetzt werden kann. Dabei wird durch die unmittelbare formschlüssige Positionierung der Kühlkörper auch eine mittelbar formschlüssige Positionierung der damit verbundenen LEDs erreicht. Sofern mehrere Kühlkörper vorgesehen sind ist die Leiterplatte vorteilhafterweise flexibel ausgeführt, um eine gewisse relative Beweglichkeit der Kühlkörper zueinander zu gewährleisten. Ebenso ist es möglich, die beiden formschlüssig miteinander zusammenwirkenden Elemente umzudrehen, so dass am Kühlkörper ein Vorsprung vorgesehen ist, der formschlüssig in eine an einem Aggregatelement vorgesehene Ausnehmung einsetzbar ist. In beiden Fällen wird durch den Formschluss eine besonders exakte, dauerhaft zuverlässige sowie reproduzierbare Ausrichtung der Kühlkörper und somit auch der vorab damit verbundenen LEDs an den vorab feststehenden Fixpunkten des Aggregatelements erreicht. Die Vorspringe können vorzugsweise massiv an ein Element angeformt oder erhaben aus einer Kontur herausgeprägt sein. Zusätzlich kann ein Wärmeleitkleber zwischen die Vorsprünge und Ausnehmungen aufgebracht werden, um einen stoffschlüssigen Halt zu erzielen.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Ausnehmung eine selbstzentrierende Form hat. So kann die Ausnehmung insbesondere eine halbkugelförmig, kegelförmig, kegelstumpfförmig oder ähnlich zulaufende Innenkontur aufweisen. Auf diese Weise erfolgt bei der Montage des LED-Moduls eine Selbstjustage der LEDs an den entsprechenden Fix-Punkten des Aggregatelements. Beim Aufbringen der bestückten flexiblen Leiterplatte auf das Aggregatelement richten sich die Kühlkörper und somit auch die damit verbundenen LEDs zumindest in gewissen Grenzen selbständig aus. Dadurch können die Nachteile einer gewissen Positionsungenauigkeit bei der Bestückung einer großflächigen Flexboard bzw. der Nachteil von möglichen Längungen in deren Material weitestgehend korrigiert werden.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht dabei vor, dass die für jede LED separat vorgesehenen Kühlkörper jeweils durch eine einseitig geschlossene Buchse bzw. Hülse mit einer konischen Wandung gebildet sind. Durch diese Ausführung der formschlüssigen Montage wird nicht nur eine konstruktiv besonders einfache Ausführungsform, sondern vor allem auch eine besonders effektive Wärmeableitung erreicht. Die Wärmeableitung erfolgt dabei einerseits an der Innenseite der Hülse unmittelbar zum formschlüssig damit verbundenen Vorsprung des entsprechenden Aggregatelementes sowie andererseits auch durch freie Konvektion an der Außenseite der direkt an den Wärmeanschluss der LED gelöteten Buchse. Die über die frei Konvektion in den Innenraum eines Leuchtaggregats abgeführte Wärme kann im Falle eines Scheinwerfers vorteilhafterweise auch zur Erwärmung bzw. zum Abtauen der Schutzscheibe des Scheinwerfers genutzt werden. Vorzugsweise besteht die so gebildete Kühlkörperbuchse aus Kupfer.
Besonders günstig ist es ferner, wenn die einzelnen Kühlkörper mit ihren Ausnehmungen wärmeleitend auf komplementären Vorsprüngen eines als LED-Träger dienenden Gesamtkühlkörpers des LED-Moduls oder des Leuchtaggregats aufsitzen, der vorzugsweise aus Aluminium bestehen kann. Hierdurch erfolgt die Wärmeableitung über die mit den LEDs verbundenen einzelnen Kühlkörper durch unmittelbaren Kontakt vorzugsweise metallischer, gut wärmeleitender Materialien an einen Gesamtkühlkörper, der für mehrere oder vorzugsweise für alle LEDs des erfindungsgemäßen LED-Moduls oder des das LED-Modul aufnehmenden Leuchtaggregats vorgesehen ist. Der Gesamtkühlkörper kann vorzugsweise in an sich bekannter Weise als Heatsink ausgebildet sein und mehrere Kühlrippen aufweisen.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Montagemittel der Kühlkörper jeweils mindestens einen elastisch federnden Haltebereich umfassen, über den der Kühlkörper kraftschlüssig oder rastend an einem Element des LED-Moduls oder des Leuchtaggregats befestigt werden kann. Auf diese Weise können die Kühlkörper neben ihrer Funktion zum Abführen der Verlustwärme gleichzeitig auch als Halteclipse zur Befestigung des LED-Moduls oder einzelner Teilbereiche davon genutzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Kühlkörper jeweils clipsförmig mit zwei einander gegenüberliegenden elastisch federnden Haltebereichen ausgebildet sind, wobei jeder Haltebereich zum formschlüssigen Einrasten mindestens einen Vorsprung und/oder eine Ausnehmung oder Öffnung aufweist, über die der Kühlkörper an einen anderen Element formschlüssig und/oder kraftschlüssig einrastbar ist. Dadurch wird eine besonders einfache und schnell ausführbare Montage des LED-Moduls an anderen Elementen ermöglicht.
Günstig für eine gewünschte Lichtabgabe kann es weiterhin sein, wenn optische Mittel, insbesondere eine Kunststoffoptik in dem LED-Modul vorgesehen sind. Diese können auf besonders einfache Weise über die elastisch federnden Haltebereiche rastend mit den Kühlkörpern verbunden werden.
Wenn die Leiterplatte durch ein flexibles flaches Kabel (FFC = flexible flat cable) gebildet ist, kann vorteilhafterweise eine flexible LED-Kette mit mehreren aneinander gereihten, jeweils an einem erfindungsgemäß ausgeführten Kühlkörper befestigten LEDs gebildet werden, die besonders einfach und schnell durch Aufclipsen der einzelnen Kühlkörper in einem Leuchtaggregat, insbesondere in einem Scheinwerfergehäuse, montierbar ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Leuchtaggregat mit mehreren LED-Bauelementen und mehreren Kühlkörpern, über die die Verlustwärme der LEDs abgeführt werden kann, wobei das Leuchtaggregat mindestens ein, vorzugsweise aber mehrere LED-Module der vorangehend beschriebenen Art umfasst, die über mindestens eine flexible Leiterplatte und/oder durch mindestens ein flexibles flaches Kabel miteinander verbunden sind. Ein derartiges Leuchtaggregat ist aufgrund der vorgefertigten und leicht montierbaren LED-Module insgesamt besonders schnell und einfach zu montieren, was eine kostengünstige Fertigung ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Leuchtaggregat mindestens einen als LED-Träger dienenden Gesamtkühlkörper aufweist, über die Verlustwärme aller LEDs abgeführt werden kann, wobei der Gesamtkühlkörper mehrere jeweils als Fixpunkt für je eine LED dienende Vorsprünge aufweist, auf denen jeweils ein Kühlkörper eines LED-Bauelementes aufsitzt. Hierdurch wird eine besonders effektive Abführung der Verlustwärme der LEDs erreicht. Grundsätzlich aber sind die Kühlkörper auch auf Vorsprüngen anderer Elemente des Leuchtaggregats montierbar.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn das erfindungsgemäße Leuchtaggregat ein Scheinwerfer, insbesondere ein Kraftfahrzeugscheinwerfer ist, der einen Scheinwerferkühlkörper umfasst, auf dem mindestens ein LED-Modul formschlüssig aufgenommen oder angeclipst ist. Die vorliegende Erfindung kann somit insbesondere im Automotive-Bereich, aber auch bei generellen Beleuchtungsanwendungen in vorteilhafter Weise zum Einsatz kommen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Montage eines LED-Moduls gemäß der oben beschriebenen ersten besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welchem Modul die Montagemittel der Kühlkörper jeweils mindestens eine Ausnehmung umfassen, die formschlüssig auf jeweils einen Vorsprung eines Aggregatelements oder des LED-Moduls aufgesetzt werden kann. Dieses erfindungsgemäße Montageverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass an zumindest einige Vorsprünge des Aggregat-Elements oder des LED-Moduls über ein in den Vorsprüngen mündendes Leitungssystem ein Unterdruck angelegt wird. Dazu sind in den Vorsprüngen Öffnungen vorgesehen, an die sich das vorzugsweise durch Bohrungen, Kanäle, und/oder Schläuche gebildete Leitungssystem anschließt, welches mit einer Pumpe zum Erzeugen eines Unterdrucks verbunden ist. Dadurch werden die Kühlkörper bei Anlegen des Unterdrucks auf die Vorsprünge aufgesaugt und dort fest angezogen, was die Montage nochmals erheblich weiter vereinfacht. Insbesondere wenn zwischen den Vorsprüngen und den Ausnehmungen ein wärmeleitender Klebstoff aufgebracht wird, kann durch das Ansaugen der Kühlkörper an das Aggregatelement oder an das LED-Modul die für einen stoffschlüssigen Halt der Kühlkörper erforderliche Andruckkraft aufgebracht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Es zeigen:
1: Dreidimensionale, teilweise geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen LED-Moduls;
2: Dreidimensionale Darstellung eines Kühlkörpers, an dem das LED-Modul aus 1 montierbar ist;
3: Dreidimensionale, teilweise geschnittene Darstellung des Kühlkörpers aus 2 mit daran montiertem LED-Modul aus 1;
4: Dreidimensionale Darstellung einer Anordnung mit mehreren erfindungsgemäßen LED-Modulen;
5: Dreidimensionale Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Moduls;
6: Flexible Leiterplatte des Moduls von 5;
7: Darstellung eines einzelnen Kühlkörpers des Moduls aus 5;
8: Dreidimensionale Darstellung einer dritten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen LED-Moduls;
9: Teilweise geschnittene Ansicht eines LED-Moduls nach 8 mit daran befestigter Kunststoffoptik; und
10: Darstellung einer Anordnung mit mehreren miteinander verketteten Modulen nach 9.
Ausführungsformen der Erfindung
Das in den 1 bis 4 gezeigte LED-Modul 1 ist zum Einbau in ein in den Figuren nicht dargestelltes Leuchtaggregat bestimmt. Es umfasst eine als Schaltungsträger dienende flexible Leiterplatte 2, auf der eine Vielzahl von LED-Bauelementen 3 angeordnet ist, die hier jeweils als oberflächenmontierte LED-Chips ausgeführt sind. Jeder einzelne LED-Chip 3 ist dabei mit einem eigenen Kühlkörper 4 verbunden, der hier in der Form einer bodenseitig geschlossenen Buchse mit einer konischen Wandung 5 ausgeführt ist. Die Leiterplatte 2 hat an jedem LED-Bauelement 3 eine Öffnung, durch die hindurch ein für die Abfuhr der Verlustwärme der LED 3 vorgesehener zentraler dritter Kontakt mit dem Boden 6 des zugehörigen Kühlkörpers 4 durch Löten fest verbunden ist. Die beiden elektrischen Anschlüsse 7 der LED-Bauelemente 3 sind auf der den Kühlkörpern 4 gegenüberliegenden Oberseite der Leiterplatte 2 mit den darauf aufgebrachten Leiterbahnen verbunden (1).
Die einzelnen Kühlkörperbuchsen 4 haben zwischen ihren konisch verlaufenden Innenwandungen 5 eine Ausnehmung 8, die zu dem von der Leiterplatte 2 abgewandten Ende hin offen ist. Über diese Ausnehmungen 8 sind die Kühlkörper 4 jeweils formschlüssig auf je einen kegelstumpfförmig ausgebildeten Vorsprung 9 aufsetzbar, der einstückig an einem als LED-Träger dienenden Gesamtkühlkörper 10 des Leuchtaggregats ausgeformt ist (2). Die Vorsprünge 9 füllen dabei als komplementäre Gegenstücke den Hohlraum bzw. die Ausnehmung 8 der Kühlkörper 4 vollständig aus, so dass ein optimaler Wärmeübergang ausschließlich über metallische, gut wärmeleitende Materialien gewährleistet ist. Die aus Kupfer bestehenden Kühlkörperbuchsen 4 dienen dabei als heatspreader, während der hier aus Aluminium bestehende Gesamtkühlkörper 10 mit mehreren daran angeformten Kühlrippen 11 als heatsink dient (3).
Die Außenseiten der Kupferhülsen 4 werden über freie Konvektion direkt in den Innenraum des Leuchtaggregats entwärmt. Zusätzlich erfolgt eine Ableitung der Verlustwärme über die Innenseite der Kupferhülse 4 an den Gesamtkühlkörper 10, von wo aus die Wärme an die Umgebung des Leuchtaggregats abgeleitet wird. Dabei kann die Innenseite der Kühlkörperbuchse 4 zusätzlich auch über einen Wärmeleitkleber mit dem zugehörigen formschlüssigen Vorsprung 9 des Gesamtkühlkörpers 10 verbunden werden.
Aufgrund der konischen Ausbildung der Vorsprünge 9 und der komplementären Ausnehmungen 8 der zugehörigen Kühlkörper 4 ergibt sich bei der Montage des erfindungsgemäßen LED-Moduls 1 automatisch eine Selbstjustage der Kühlkörper 4 und somit auch der daran befestigten LED-Bauelemente 3. Beim Aufbringen der bestückten flexiblen Leiterplatte 2 auf den Gesamtkühlkörper 10 richten sich die Kühlkörperbuchsen 4 mit den daran angelöteten LED-Bauelementen 3 an den durch die Vorsprünge 9 gebildeten Fixpunkten selbstständig aus, so dass bei einfacher Montierbarkeit eine verbesserte Positionsgenauigkeit erreicht werden kann.
Bei der in 4 dargestellten Anordnung sind mehrere LED-Gruppen für unterschiedliche Lichtfunktionen auf einer gemeinsamen flexiblen Leiterplatte 2 angeordnet. Die gesamte Leiterplatte 2 wird zunächst in einer zweidimensionalen Ebene mit den oberflächenmontierbaren LED-Bauelementen 3 bestückt und anschließend auf mehrere dreidimensional geformte LED-Trägerplatten bzw. Gesamtkühlkörper 10 aufgebracht. Die genaue Lage der einzelnen LEDs 3 wird dabei durch die durch die Vorsprünge 9 gebildeten Fixpunkte des Gesamtkühlkörpers 10 bestimmt, wodurch sich eine besonders günstige Toleranzkette ergibt. Ferner sind bei der in 4 dargestellten Anordnung in vorteilhafter Weise keine Steckverbindungen zwischen den einzelnen LED-Modulen 1 erforderlich. Die zur Ansteuerung der einzelnen LED-Module 1 benötigte Steuerungselektronik sowie gegebenenfalls weitere elektronische Schaltungen können ebenfalls auf der Leiterplatte 2 angeordnet und in dem mit den LED-Modulen 1 bestückten Leuchtaggregat untergebracht werden.
Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier LED-Bauelemente 3b auf jeweils einen eigenen clipsförmig ausgebildeten Kühlkörper 4b aufgelötet. Dazu werden in die hier durch ein flexibles flaches Kabel gebildete Leiterplatte 2b zunächst Öffnungen 12 gestanzt (6), durch die hindurch die LED-Bauelemente 3b die Böden 6b an einer mittigen Ausprägung 13 kontaktieren (7). Die einzelnen Kühlkörper 4b werden vor der Verbindung mit den LEDs 3b auf die Leiterplatte 2b geklebt.
An zwei einander gegenüber liegenden Rändern des Bodens 6b ist jeweils ein elastisch federnder, nach außen aufbiegbarer Haltebereich 14 mit einer darin eingebrachten Öffnung 15 angeformt. Über diese beiden elastisch nach außen biegbaren Haltebereiche 14 kann der Kühlkörper 4b formschlüssig und/oder kraftschlüssig an weiteren Elementen des LED-Moduls 1b oder eines das LED-Modul 1b aufnehmenden Leuchtaggregats montiert werden. Grundsätzlich können je nach Einsatzzweck beliebig viele LED-Chips 3b in beliebiger Anordnung in dem LED-Modul 1b vorgesehen werden.
Bei dem in den 8 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls 1c ist jeweils ein Kühlkörper 4c für je sechs in Reihe geschaltete LED-Bauelemente 3c vorgesehen. Im übrigen entspricht die Bauweise der Kühlkörper 4c jedoch im wesentlichen der Bauweise der Kühlkörper 4b aus den 5 bis 7. An den seitlichen elastisch aufbiegbaren Haltebereichen 14c sind hier jeweils zwei Öffnungen 15 ausgebildet, über die in dem in den 9 und 10 dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils eine Kunststoffoptik 16 für das jeweilige LED-Modul 1c einrastend befestigt ist. Die Kunststoffoptik 16 weist dazu seitlich vorstehende Vorspringe 17 mit einer Einlaufschräge 18 auf, die im montierten Zustand in die Öffnungen 15 der Haltebereiche 14 eingreifen.
Auf die in 10 dargestellte Weise können mehrere erfindungsgemäße LED-Module 1c durch eine FFC-Matrix von flexiblen Flachbandkabeln 2c miteinander verbunden werden. Ein so erhaltenes flexibles Netzwerk mit verketteten LED-Modulen 1c ist relativ leicht in einem Leuchtaggregat, beispielsweise in einen KFZ-Scheinwerfer zu montieren. Dabei können dann die LED-Module 1c jeweils individuell justiert werden, wohingegen die einzelnen LED-Bauelemente 3c innerhalb der LED-Module 1c bereits vorab justiert sind. Auf diese Weise können die flexiblen Netzwerke von LED-Modulen 1c besonders einfach an die unterschiedlichen Scheinwerfer verschiedener Fahrzeugtypen adaptiert werden. Außerdem bieten großzügig dimensionierte Wärmepfade auch bei den Flachbandkabeln 2c die Möglichkeit, die abzuführende Verlustwärme zu entsprechenden Gesamtkühlkörpern bzw. in günstigere Zonen abzuleiten.

Claims

LED-Modul zum Einbau in ein Leuchtaggregat, umfassend mehrere LED-Bauelemente (3, 3b, 3c), die auf einer Leiterplatte (2, 2b, 2c) derart montiert sind, dass sie unmittelbar oder mittelbar mit einem Kühlkörper (4, 4b, 4c) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das LED-Modul (1, 1b,1c) mindestens einen Kühlkörper (4, 4b, 4c) umfasst, der mit mindestens einem LED-Bauelement (3, 3b, 3c) verbunden ist, und dass der Kühlkörper (4, 4b, 4c) oder zumindest einer von mehreren Kühlkörpern (4, 4b, 4c) Montagemittel (8, 14, 15) für eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Montage an einem anderen Element (10, 16) des LED-Moduls (1, 1b, 1c) oder des Leuchtaggregats aufweist.
LED-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das LED-Modul (1, 1b, 1c) mehrere Kühlkörper (4, 4b, 4c) umfasst, wobei die LED-Bauelemente (3, 3b, 3c) auf einer mit Öffnungen (12) versehenen Leiterplatte (2, 2b, 2c) derart montiert sind, dass sie jeweils durch eine Öffnung (12) hindurch mit einem Kühlkörper (4, 4b, 4c) verbunden sind.
LED-Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes LED-Bauelement (3, 3b, 3c) mit einem eigenen Kühlkörper (4, 4b, 4c) verbunden ist.
LED-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagemittel der Kühlkörper (4) jeweils mindestens eine Ausnehmung (8) umfassen, die formschlüssig auf jeweils einen Vorsprung (9) eines Aggregat-Elements (10) aufsetzbar ist.
LED-Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) eine selbstzentrierende Form, insbesondere eine halbkugelförmig, kegelförmig oder kegelstumpfförmig zulaufende Innenkontur, hat.
LED-Modul nach Anspruch 5 in Verbindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper (4) jeweils durch eine einseitig durch einen Boden (6) geschlossene Buchse mit einer konischen Wandung (5) gebildet sind.
LED-Modul nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper (4) mit ihren Ausnehmungen (8) wärmeleitend auf komplementären Vorsprüngen (9) eines Gesamtkühlkörpers (10) des LED-Moduls (1) oder des Leuchtaggregats aufgenommen sind.
LED-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagemittel der Kühlkörper (4b, 4c) jeweils mindestens einen elastisch federnden Haltebereich (14) umfassen, mittels dem der Kühlkörper (4b, 4c) kraftschlüssig oder rastend an einem Element (16) des LED-Moduls (1b, 1c) oder des Leuchtaggregats befestigbar ist.
LED-Modul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper (4b, 4c) jeweils klipsförmig mit zwei einander gegenüberliegenden elastisch federnden Haltebereichen (14) ausgebildet sind, wobei jeder Haltebereich (14) zum formschlüssigen Einrasten mindestens einen Vorsprung und/oder eine Ausnehmung oder Öffnung (15) umfasst.
LED-Modul nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper (4b, 4c) rastend mit optischen Mitteln des LED-Moduls (1b, 1c), insbesondere mit einer Kunststoffoptik (16), verbunden sind.
Leuchtaggregat mit mehreren LED-Bauelementen (6), dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein LED-Modul (1, 1b, 1c) nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist, wobei vorzugsweise mehrere LED-Module (1, 1b, 1c) über eine gemeinsame flexible Leiterplatte (2, 2b, 2c) miteinander verbunden sind.
Leuchtaggregat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen als LED-Träger dienenden Gesamtkühlkörper (10) umfasst, der mehrere Vorsprünge (9) aufweist, auf denen jeweils ein Kühlkörper (4) eines LED-Bauelements (3) aufgenommen ist.
Leuchtaggregat nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass es als Scheinwerfer, insbesondere als Kraftfahrzeug-Scheinwerfer ausgebildet ist.
Verfahren zur Montage eines LED-Moduls nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einige Vorsprünge (9) des Aggregat-Elements (10) oder des LED-Moduls (1, 1b, 1c) über ein in den Vorsprüngen mündendes Leitungssystem ein Unterdruck angelegt wird.