1. Gebiet der Erfindung
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein LED-Modul (Leuchtdioden-Modul), insbesondere
ein LED-Spotlight Modul.
2. Hintergrund
[0002] Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von LED-Modulen, insbesondere von LED-Spotlight
Modulen bekannt. Letztere umfassen in der Regel zumindest ein Gehäuse bzw. ein Gehäuseelement
und zumindest eine Modulplatte, auf der die LED angeordnet sind. Die LED sind dabei
derart angeordnet, dass diese zumindest ein Lichtfeld bilden, von dem eine Lichtabgabe
erfolgt. Die Modulplatte wird dabei üblicherweise an einer Unterseite des Gehäuses
in einer Aufnahme oder an entsprechenden Anlageflächen derart befestigt (beispielsweise
mittels Reibschluss oder durch Verschrauben), dass das Lichtfeld in einer bzw. an
einer Lichtabgabeöffnung des Gehäuses positioniert ist. Mit anderen Worten ist das
Lichtfeld unmittelbar an der Lichtabgabeöffnung des Gehäuses positioniert, so dass
zumindest die mehr oder weniger unmittelbar benachbarten Gehäuseteile der von den
LED abgegebenen Wärme ausgesetzt sind. Je nach verwendetem Gehäusematerial besteht
dabei die Gefahr, dass die der Wärme der LED ausgesetzten Gehäuseteile sich verfärben,
verspröden oder sogar deformieren, was wiederum zu Rissen im Gehäuse, zum Verlust
des elektrischen Kontaktes oder zu Änderungen der optischen Eigenschaften des LED-Moduls.
Ohne weiteres können auch keine optischen Elemente, die selbst Wärme erzeugen oder
die sich durch den Betrieb der LED aufheizen am Gehäuse verbaut werden.
[0003] Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung die
Aufgabe, ein LED-Modul, insbesondere ein LED-Spotlight Modul bereitzustellen, bei
dem die oben genannten Nachteile vermieden bzw. substantiell reduziert werden. Insbesondere
soll ein LED-Modul bereitgestellt werden, das mit einem vergleichsweise günstigen,
demgegenüber jedoch einem vergleichsweise thermisch nur gering beständigen Gehäusematerial
bereitgestellt ist.
[0004] Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt
werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden dabei den zentralen Gedanken der
vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
3. Ausführliche Beschreibung der Erfindung
[0005] Eine erfindungsgemäßes LED-Modul, insbesondere ein LED-Spotlight Modul umfasst:
- ein Gehäuseelement mit zumindest einer Lichtabgabeöffnung;
- zumindest eine Modulplatte mit zumindest einem Lichtfeld, auf dem zumindest eine Leuchtdiode
angeordnet ist, wobei die Modulplatte derart am Gehäuseelement angeordnet ist, dass
das Lichtfeld in der oder unterhalb der Lichtabgabeöffnung des Gehäuseelements angeordnet
ist, und wobei die Modulplatte eine Leiterplatte und eine Trägerplatte umfasst;
- wobei an der Innenseite der Lichtabgabeöffnung zumindest ein umlaufendes Wärmeleitelement
angeordnet ist, das mit der Trägerplatte der Modulplatte thermisch in Kontakt steht.
[0006] Unter einer erfindungsgemäßen Modulplatte ist dabei insbesondere eine bekannte LED-Modulplatte
zu verstehen, die üblicherweise eine Leiterplatte (beispielsweise aus einem FR
4-Verbundmaterial) mit Leiterbahnen und Anschlusspads umfasst, die auf einer thermisch
gut leitfähigen Trägerplatte (beispielsweise aus einem Metall, wie Aluminium, Kupfer
oder dergleichen) angeordnet ist. Unter einem erfindungsgemäßen Lichtfeld ist dabei
jede LED-Anordnung auf der Modulplatte zu verstehen. Das Lichtfeld bzw. die Modulplatte
kann dabei derart ausgebildet sein, dass das Lichtfeld in die Lichtabgabeöffnung hineinragt,
mit der Unterseite der Lichtabgabeöffnung bündig abschließt, oder dass das Lichtfeld
etwas unterhalb der Lichtabgabeöffnung angeordnet ist. Die Anordnung des Wärmeleitelements
an der Innenseite der Lichtabgabeöffnung kann dabei derart erfolgen, dass das Wärmeleitelement
unmittelbar mit der Innenseite der Lichtabgabeöffnung in Kontakt steht oder von der
Innenseite beabstandet ist. Unter einer umlaufenden Anordnung ist dabei zu verstehen,
dass das Wärmeleitelement zumindest das Lichtfeld umschließt, beispielsweise indem
das Wärmeleitelement in Draufsicht gesehen ringförmig ausgebildet ist und somit beispielsweise
ein in Draufsicht gesehenes kreisförmiges Lichtfeld umschließt.
[0007] Mit anderen Worten schlägt die vorliegende Erfindung vor, ein Wärmeleitelement derart
an der Innenseite der Lichtabgabeöffnung anzuordnen, dass die vom Lichtfeld anfallende
Wärme von den benachbarten Gehäuseteilen des Gehäuses durch das Wärmeleitelement quasi
abgefangen wird und in die Trägerplatte der Modulplatte abgeleitet wird.
[0008] Durch die vorliegende Erfindung besteht somit die Möglichkeit das Gehäuseelement,
insbesondere die zum Lichtfeld benachbarten Gehäuseteile, thermisch quasi abzuschirmen,
so dass die Gefahr einer Verfärbung, Versprödung oder Deformierung des Gehäuseelements
vermieden bzw. erheblich reduziert werden kann und dies selbst dann, wenn weitere
optische Elemente, die selbst Wärme erzeugen oder die sich durch den Betrieb der LED
aufheizen können am Gehäuse bzw. an der Lichtabgabeöffnung verbaut werden. Ferner
besteht durch die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, das Gehäuseelement mit einem
vergleichsweise günstigen, demgegenüber jedoch einem vergleichsweise thermisch nur
gering beständigen Gehäusematerial bereitzustellen.
[0009] Vorzugsweise ist das Wärmeleitelement mittels einer Presspassung in der Lichtabgabeöffnung
angeordnet ist. Dadurch besteht insbesondere die Möglichkeit, ein Wärmeleitelement
verliersicher in einem Gehäuseelement vormontieren zu können.
[0010] Vorteilhafterweise weist das Wärmeleitelement in Draufsicht gesehen eine zum Lichtfeld
korrespondierend ausgebildete Geometrie auf, beispielsweise kann ein in Draufsicht
gesehenes kreisförmig oder polygonal ausgebildetes Lichtfeld mittels einem in Draufsicht
gesehenen ringförmige oder polygonale ausgebildeten Wärmeleitelement umfasst werden.
[0011] Das Wärmeleitelement umfasst vorzugsweise zumindest zwei Anlageflächen, die mit der
Trägerplatte oder mit korrespondierend ausgebildeten zwei Anlageflächen der Trägerplatte
in thermischen Kontakt stehen. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, dass das Wärmeleitelement
über seinen gesamten Umfang auf der Trägerplatte aufliegt und mit diesem derart in
thermischen Kontakt steht. Besonders bevorzugt ist allerdings, dass das Wärmeleitelement
nur mittels der zwei Anlageflächen mit der Trägerplatte in Kontakt steht, so dass
ausreichend Bauraum zu Verfügung steht, um elektrische Leiter an die Modulplatte bzw.
an Anschlusspads der Leiterplatte führen zu können.
[0012] Die zumindest zwei Anlageflächen des Wärmeleitelements können dabei bündig mit dem
Gehäuseelement abschließen oder über das Gehäuseelement hinausragen, wobei Anlageflächen
der Trägerplatte ebenfalls derart korrespondierend ausgebildet sein können, dass die
jeweiligen Anlageflächen miteinander in Anlage und somit in thermischen Kontakt bringbar
sind.
[0013] In der Leiterplatte der Modulplatte sind vorzugsweise Aussparungen bzw. Ausstanzungen
vorgesehen, so dass die Anlageflächen der Trägerplatte auf einfache Weise mit den
Anlageflächen des Wärmeleitelements in Kontakt bringbar sind, ohne dass dabei die
Leiterplatte im Weg steht. Je nach Ausbildung der Anlageflächen des Wärmeleitelements
können die Anlageflächen der Trägerplatte dabei über die Leiterplatte hinausragen.
[0014] Vorzugsweise ist das Wärmeleitelement im Querschnitt stufenförmig ausgebildet. Insbesondere
durch die stufenförmige Ausbildung besteht die einfache Möglichkeit am Wärmeleitelement
optische Elemente anzuordnen, beispielsweise ein Reflektorelement, ein Diffusorelement,
ein Linsenelement, ein Abdeckung oder eine Remote-Phosphor-Platte.
[0015] Vorteilhafterweise ist das Wärmeleitelement aus einem wärmeleitfähigen metallischen
Material, einem wärmeleitfähigen Keramikwerkstoff oder einem wärmeleitfähigen Kunststoffmaterial
bereitgestellt, beispielsweis aus Aluminium, Kupfer, Edelstahl, Aluminiumnitrid-Keramik,
Aluminium-Oxyd-Keramik oder aus einem Kunststoff mit einem Füllstoff zur Erhöhung
der thermischen Leitfähigkeit bereitgestellt ist. Vorzugsweise ist das Wärmeleitelement
aus einem Material bzw. einer Materialmischung bereitgestellt, das eine Wärmeleitfähigkeit
zwischen 2 und 400 W/mK aufweist, vorzugsweise zwischen 30 und 350 W/mK und besonders
bevorzugt zwischen 150 und 300 W/mK. Als Material für das Wärmeleitelement kann insbesondere
ein Aluminiumoxid (Al
2O
3) oder im Wesentlichen reines Aluminium eingesetzt werden. Ein Aluminiumoxid kann
dabei beispielsweise mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 30 W/mK, reines Aluminium
mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 300 W/mK bereitgestellt werden.
[0016] Das Basismaterial der Leiterplatte ist vorzugsweise ein FR-4 Verbundmaterial, wobei
die Trägerplatte vorzugsweise aus einem wärmeleitfähigen metallischen Material, insbesondere
aus Aluminium, Kupfer oder einem Edelstahl, bereitgestellt ist.
[0017] An der Modulplatte bzw. am Trägerelement der Modulplatte, ist vorteilhafterweise
ein Kühlkörper angeordnet. Bei einer solchen Ausgestaltung kann somit Wärme vom Wärmeleitelement
über die Trägerplatte der Modulplatte in den Kühlkörper geführt werden.
[0018] Vorteilhafterweise umfasst das Gehäuseelement zumindest zwei Kabelführungen. Vorzugsweise
sind die Modulplatte und das Gehäuseelement mittels einer Klebe-, einer Schraub- und/oder
einer Pressverbindung verbunden. Ferner sind am Gehäuseelement vorzugsweise Schraubaufnahmen
zur Befestigung des LED-Moduls vorgesehen.
4. Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
[0019] Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren gegeben. Darin zeigt:
- Figur 1
- eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
LED-Moduls;
- Figur 2
- eine schematische Querschnittsansicht des LED-Moduls aus Figur 1;
- Figur 3
- eine schematische Querschnittsansicht des LED-Moduls aus Figur 1;
- Figur 4
- eine schematische Ansicht der Leiterplatte und des Wärmeleitelements des LED-Moduls
aus Figur 1;
- Figur 5
- eine schematische Ansicht der Leiterplatte und des Wärmeleitelements des LED-Moduls
aus Figur 1; und
- Figur 6
- eine schematische Ansicht der Leiterplatte und des Wärmeleitelements des LED-Moduls
aus Figur 1.
[0020] Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen LED-Moduls 10 in Form eines LED-Spotlight Moduls.
[0021] Das LED-Modul 10 umfasst ein in Draufsicht gesehen kreisförmiges Gehäuse bzw. Gehäuseelement
11, in dessen mittleren Bereich eine in Draufsicht gesehen kreisförmige Lichtaustrittsöffnung
12 vorgesehen ist, wobei in der bzw. unterhalb der Lichtaustrittsöffnung 12 ein korrespondierend,
kreisförmig ausgebildetes Lichtfeld 13 angeordnet ist.
[0022] Das Lichtfeld 13 ist dabei aus mehreren LED 14 gebildet, über denen eine Vergussmasse
vorgesehen ist, wobei diese gegebenenfalls mit einem Leuchtstoff versehen werden kann.
Die LED 14 sind dabei auf einer Modulplatte angeordnet, die aus einer Leiterplatte
15 und einer Trägerplatte 16 aufgebaut ist bzw. diese umfasst.
[0023] Die Leiterplatte kann als ein Printed Circuit Board (PCB) und die Trägerplatte als
eine Aluminium- oder eine Kupferplatte ausgeführt werden.
[0024] Wie insbesondere in Figur 2 gut zu erkennen ist, ist an der Innenseite der Lichtaustrittsöffnung
12 ein das Lichtfeld 13 umlaufendes, ringförmiges Wärmeleitelement 17 angeordnet.
Im Querschnitt erstreckt sich das Wärmeleitelement 17 (jedenfalls in Teilbereichen
des Umfangs) von der Trägerplatte 16 bis zur oberen Kante der Innenseite der Lichtaustrittsöffnung
12, mit der es in der bevorzugten Ausführungsform bündig abschließt. Das Wärmeleitelement
17 ist dabei im Querschnitt vorzugsweise stufenförmige ausgebildet, so dass auf einfache
Weise weitere optische Elemente an diesem angeordnet werden können (beispielsweise
ein Reflektorelement, ein Diffusorelement, ein Linsenelement, ein Abdeckung oder eine
Remote-Phosphor-Platte).
[0025] Das Wärmeleitelement 17 kann somit das Gehäuseelement 11 bzw. zumindest die Innenseite
der Lichtaustrittsöffnung 12 von der Wärme des Lichtfelds 13 abschirmen und die anfallende
Wärme an die Trägerplatte 16 führen, die es umfangseitig in Teilbereichen thermisch
kontaktiert (vgl. Figur 3). Somit besteht die Möglichkeit das Gehäuseelement 11, insbesondere
die zum Lichtfeld 13 benachbarten Gehäuseteile, thermisch abzuschirmen, so dass die
Gefahr einer Verfärbung, Versprödung oder Deformierung des Gehäuseelements 11 vermieden
bzw. erheblich reduziert werden kann, und dies selbst dann, wenn weitere optische
Elemente, die selbst Wärme erzeugen oder die sich durch den Betrieb der LED 14 aufheizen
können am Gehäuseelement 11 bzw. an der Lichtabgabeöffnung 12 verbaut werden. Ferner
besteht nunmehr die Möglichkeit, das Gehäuseelement 11 mit einem vergleichsweise günstigen,
demgegenüber jedoch einem vergleichsweise thermisch nur gering beständigen Gehäusematerial
bereitzustellen.
[0026] Wie in den Figuren 1 bis 3 ebenfalls gut zu erkennen ist, umfasst das Gehäuseelement
11 weiterhin Kontaktiermittel 18, um elektrische Leiter (nicht gezeigt) in das Gehäuseelement
11 bzw. zur Modulplatte führen zu können. Ferner umfasst das Gehäuseelement 11 zwei
Schraubaufnahmen 19 zur Befestigung des LED-Moduls 10.
[0027] In den Figuren 4 bis 6 ist eine schematische Ansicht des Wärmeleitelements 17 und
der Leiterplatte 15 gezeigt.
[0028] Wie in Figur 6 besonders gut zu erkennen ist, umfasst das Wärmeleitelement 17 vorzugsweise
zwei Anlageflächen 20, die in zwei korrespondierende Aussparungen bzw. Ausstanzungen
21 der Leiterplatte 15 angeordnet sind. Somit steht das Wärmeleitelement 17 vorzugsweise
nicht über seinen vollen Umfang mit der Trägerplatte 16 in Kontakt, sondern nur mit
den beiden Anlageflächen 20 (vgl. Figur 3). Eine solche Ausgestaltung weist insbesondere
den Vorteil auf, dass dadurch ausreichend Bauraum zur Verfügung steht, um elektrische
Leiter zur Leiterplatte 15 führen zu können und diese an Anschlusspads 22 der Leiterplatte
15 befestigen bzw. an diesen anlöten zu können.
[0029] Die Trägerplatte 16 kann dabei als ebenes Bauteil ausgebildet sein, auf dem die Anlageflächen
20 aufliegen. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit an der Trägerplatte 16 ebenfalls
oder nur an dieser korrespondierend ausgebildete Anlageflächen vorzusehen. An der
Trägerplatte 16 wird vorzugsweise ein Kühlkörper (nicht gezeigt) angeordnet, so dass
die Wärme vom Wärmeleitelement 17 über die Trägerplatte 16 an den Kühlkörper abgegeben
werden kann.
[0030] Das Wärmeleitelement 17 ist vorzugsweise aus einem wärmeleitfähigen metallischen
Material, einem wärmeleitfähigen Keramikwerkstoff oder einem wärmeleitfähigen Kunststoffmaterial
bereitgestellt ist, insbesondere aus Aluminium, Kupfer, Edelstahl, Aluminiumnitrid-Keramik,
Aluminium-Oxyd-Keramik oder aus einem Kunststoff mit einem Füllstoff zur Erhöhung
der thermischen Leitfähigkeit bereitgestellt. Vorzugsweise wird das Wärmeleitelement
17 aus einem Material bzw. einer Materialmischung mit einer Wärmeleitfähigkeit zwischen
2 und 400 W/mK, vorzugsweise zwischen 30 und 350 W/mK und besonders bevorzugt zwischen
150 und 300 W/mK, bereitgestellt.
[0031] Die Trägerplatte 16 ist vorzugsweise aus einem wärmeleitfähigen metallischen Material
bereitgestellt, insbesondere aus Aluminium, Kupfer oder einem Edelstahl. Die Leiterplatte
15 ist vorzugsweise aus einem FR-4 Verbundmaterial bereitgestellt.
[0032] Die vorliegenden Erfindung ist nicht auf das vorhergehend gezeigte Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen LED-Moduls beschränkt, solange sie vom Gegenstand der folgenden
Ansprüche umfasst ist. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezifische
Geometrie des Lichtfelds oder des Wärmeleitelements beschränkt, solange das Wärmeleitelement
derart an der Innenseite der Lichtabgabeöffnung angeordnet ist, dass dieses das Gehäuseelement
von der Wärme der LED abschirmen kann. Auch ist die vorliegende Erfindung nicht auf
ein Wärmeleitelement 17 mit einem bestimmten Material beschränkt.
1. LED-Modul (10), insbesondere LED-Spotlight Modul, umfassend:
- ein Gehäuseelement (11) vorzugsweise aus Kunststoff, mit zumindest einer Lichtabgabeöffnung
(12);
- zumindest eine Modulplatte mit zumindest einem Lichtfeld (13), auf dem zumindest
eine Leuchtdiode (14) angeordnet ist, wobei die Modulplatte derart am Gehäuseelement
(11) angeordnet ist, dass das Lichtfeld (13) in der oder unterhalb der Lichtabgabeöffnung
(12) des Gehäuseelements (11) angeordnet ist, und wobei die Modulplatte eine Leiterplatte
(15) und eine Trägerplatte (16) umfasst;
- wobei an der Innenseite der Lichtabgabeöffnung (12) zumindest ein umlaufendes Wärmeleitelement
(17) angeordnet ist, das mit der Trägerplatte (16) der Modulplatte thermisch in Kontakt
steht,
- wobei das Wärmeleitelement (17) zumindest zwei Anlageflächen (20) umfasst, die mit
der Trägerplatte (16) oder mit korrespondierend ausgebildeten Anlageflächen der Trägerplatte
(16) in thermischen Kontakt stehen.
2. LED-Modul (10) nach Anspruch 1, wobei das Wärmeleitelement (17) mittels einer Presspassung
in der Lichtabgabeöffnung (12) angeordnet ist.
3. LED-Modul (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Wärmeleitelement (17)
in Draufsicht ringförmig oder polygonal ausgebildet ist.
4. LED-Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtabgabeöffnung
(12) und das in der Lichtabgabeöffnung (12) angeordnete Lichtfeld (13) in Draufsicht
kreisförmig oder polygonal ausgebildet sind.
5. LED-Modul (10) nach Anspruch 1, wobei zwischen den Anlageflächen Aussparungen im Wärmeleitelement
(17) vorgesehen sind, um elektrische Leiter an die Modulplatte zu führen, insbesondere
an Anschlusspads, die an der Leiterplatte (15) vorgesehen sind.
6. LED-Modul (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 5, wobei im Bereich der Anlageflächen
der Trägerplatte (16) korrespondierende Aussparungen in der Leiterplatte (15) vorgesehen
sind,wobei vorzugsweise die Anlageflächen (20) des Wärmeleitelements (17) über die
Leiterplatte (15) hinausragen.
7. LED-Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmeleitelement
(17) im Querschnitt stufenförmig ausgebildet ist.
8. LED-Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Wärmeleitelement
(17) optische Elemente angeordnet sind, insbesondere ein Reflektorelement, ein Diffusorelement,
ein Linsenelement, ein Abdeckung oder eine Remote-Phosphor-Platte.
9. LED-Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmeleitelement
(17) aus einem wärmeleitfähigen metallischen Material, einem wärmeleitfähigen Keramikwerkstoff
oder einem wärmeleitfähigen Kunststoffmaterial bereitgestellt ist, insbesondere aus
Aluminium, Kupfer, Edelstahl, Aluminiumnitrid-Keramik, Aluminium-Oxyd-Keramik oder
aus einem Kunststoff mit einem Füllstoff zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit
bereitgestellt ist.
10. LED-Modul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Wärmeleitelement (17)
aus einem Material bzw. einer Materialmischung bereitgestellt ist, das/die eine Wärmeleitfähigkeit
zwischen 2 und 400 W/mK aufweist, vorzugsweise zwischen 30 und 350 W/mK und besonders
bevorzugt zwischen 150 und 300 W/mK.
11. LED-Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Basismaterial der
Leiterplatte (15) ein FR-4 Verbundmaterial ist, und wobei die Trägerplatte (16) aus
einem wärmeleitfähigen metallischen Material, insbesondere aus Aluminium, Kupfer oder
einem Edelstahl, bereitgestellt ist.
12. LED-Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Modulplatte ein
Kühlkörper angeordnet ist.
13. LED-Modul (10) nach der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseelement (11) zumindest
zwei Kabelführungen umfasst.
14. LED-Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modulplatte und
das Gehäuseelement (11) mittels einer Klebe-, einer Schraub-und/oder einer Pressverbindung
verbunden sind.
15. LED-Modul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Gehäuseelement (11)
Schraubaufnahmen (19) zur Befestigung des LED-Moduls (10) vorgesehen sind.