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Die vorliegende Erfindung betrifft ein LED-Modul insbesondere für einen Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Frontscheinwerfer mit einem solchen LED-Modul.
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Bei bekannten LED-Modulen sind eine oder mehrere lichtemittierende Dioden (LEDs) und eine elektronische Baugruppe, welche beispielsweise den Treiber für die LED beinhaltet, auf einem gemeinsamen Kühlkörper angeordnet. Hierbei ist es erforderlich, dass sowohl die elektronische Baugruppe als auch die LEDs unmittelbar mit dem Kühlkörper in Kontakt stehen, sodass Wärme effizient sowohl von der elektronischen Baugruppe als auch der LED abgeführt werden kann. Hieraus ergibt sich das Problem der elektrischen Kontaktierung zwischen der elektronischen Baugruppe und der LED. Bei bekannten LED-Modulen wird hierzu eine Kontaktbrücke zwischen der elektronischen Baugruppe und der jeweiligen LED vorgesehen. Die Kontaktbrücke ist dabei ausschließen mit einem ersten Ende mit einer Kontaktstelle der elektronischen Baugruppe und mit einem zweiten Ende mit einer Kontaktstelle der LED verbunden und verläuft ansonsten frei im Raum. Dies hat zwar einerseits den Vorteil einer besonders einfachen Anbringung in einem automatisierten Fertigungsprozess. Gleichzeitig besteht jedoch die Gefahr, dass beim Handling die Kontaktbrücke beschädigt wird, beispielsweise heruntergedrückt wird und somit in Kontakt kommt mit der Oberfläche des Kühlkörpers. Hierdurch wird der elektrische Kontakt kurzgeschlossen und eine korrekte Funktionsweise der LED und somit des gesamten LED-Moduls ist nicht mehr möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein LED-Modul zu schaffen, welches zuverlässig und sicher gehandhabt werden kann und geschützt ist vor Beschädigung durch unsachgemäßes Handling.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein LED-Modul gemäß Anspruch 1 sowie einen Frontscheinwerfer gemäß Anspruch 12.
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Das LED-Modul gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere für ein Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs, weist einen Kühlkörper auf, wobei mit dem Kühlkörper eine elektronische Baugruppe unmittelbar verbunden ist und auf diesem angeordnet ist. Weiterhin ist mit dem Kühlkörper mindestens eine LED unmittelbar verbunden. Somit kann Wärme, welche durch die elektronische Baugruppe und/oder die LED erzeugt wird, effizient durch den Kühlkörper abgeführt werden. Dabei ist die mindestens eine LED mittels mindestens einer Kontaktbrücke mit der elektronischen Baugruppe verbunden. Über die mindestens eine Kontaktbrücke wird die mindestens eine LED mit Strom versorgt, sodass die LED leuchten kann. Die Kontaktbrücke ist dabei ausschließen mit einem ersten Ende mit einer Kontaktstelle der elektronischen Baugruppe und mit einem zweiten Ende mit einer Kontaktstelle der LED verbunden und verläuft ansonsten frei im Raum. Insbesondere kann die Kontaktbrücke sich von der Kontaktstelle der elektronischen Baugruppe bogenförmig zu der Kontaktstelle der LED erstrecken. Auf diese Weise ist eine besonders einfache und insbesondere automatisierte Kontaktierung der LED mit der elektronischen Baugruppe möglich. Dabei ist unter der mindestens einen Kontaktbrücke auf dem Kühlkörper ein Isolationselement angeordnet. Insbesondere ist das Isolationselement gebildet aus einem nicht leitenden Material. Somit wird eine elektrische Isolation zwischen der Kontaktbrücke und dem Kühlkörper sichergestellt. Ohne das Isolationselement würde beim unbeabsichtigten Herunterdrücken der Kontaktbrücke diese mit der Oberfläche des Kühlkörpers in Kontakt kommen und hierdurch ein Kurzschluss entstehen. Aufgrund des Vorsehens des Isolationselementes ist eine korrekte Funktion der LED auch bei unsachgemäßer Behandlung des LED-Moduls sichergestellt, da bei einem Herunterdrücken der Kontaktbrücke diese nicht mit der Oberfläche des Kühlkörpers in Kontakt kommt, sondern durch das Isolationselement vom Kühlkörper weiterhin elektrisch getrennt ist.
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Vorzugsweise weist das LED-Modul mehr als eine LED auf, wobei jede LED jeweils mit einer Kontaktbrücke verbunden ist oder alle LEDs mit einer gemeinsamen Kontaktbrücke verbunden sind. Dabei können die einzelnen LEDs als separate Bauteile ausgebildet sein oder auf einem gemeinsamen Substrat oder Träger, wie beispielsweise einem PCB, ausgebildet sein.
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Vorzugsweise sind mehr als eine Kontaktbrücke vorgesehen. Insbesondere sind die mehreren Kontaktbrücken beabstandet zueinander angeordnet und verlaufen vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander. Insbesondere ist genau eine Kontaktbrücke pro LED vorgesehen. Hierbei kann der zweite Kontakt der LEDs durch einen elektrischen Kontakt der jeweiligen LED mit dem Kühlkörper erzeugt werden. Alternativ hierzu sind für jede LED genau zwei Kontaktbrücken vorgesehen.
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Vorzugsweise ist genau ein Isolationselement vorgesehen, welches sich unterhalb allen Kontaktbrücken erstreckt. Alternativ kann mehr als ein Isolationselement vorgesehen sein. So kann beispielsweise unter jeder Kontaktbrücke genau ein Isolationselement vorgesehen sein.
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Vorzugsweise ist die mindestens eine Kontaktbrücke gebildet aus einem blanken Draht oder einem blanken Band. Insbesondere Bänder weisen den Vorteil auf, dass diese einen vergrößerten Querschnitt aufweisen zur verbesserten Stromführung, wobei die Biegsamkeit und insbesondere die Anpassbarkeit der Form der Kontaktbrücke aufgrund des flachen Querschnitts weiterhin gewährleistet ist.
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Vorzugsweise sind bei Vorsehen mehrerer Kontaktbrücken alle Kontaktbrücken gleich ausgebildet. Alternativ hierzu können sich mindestens zwei Kontaktbrücken unterscheiden in ihrer Ausgestaltung, wie beispielsweise Länge, Breite, Material, Biegeradius, Form oder dergleichen.
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Vorzugsweise sind die Drähte oder Bänder gebildet aus Aluminium oder Kupfer oder weisen eine Aluminium- und/oder Kupferlegierung auf.
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Vorzugsweise erstreckt sich die mindestens eine Kontaktbrücke von einem Oberflächenkontakt der elektronischen Baugruppe zu einem Oberflächenkontakt der mindestens einen LED. Hierdurch ist eine einfache und insbesondere automatisierte Kontaktierung der LED des LED-Moduls mit der elektronischen Baugruppe möglich. Insbesondere sind die Oberflächenkontakte der elektronischen Baugruppe und der LED von oben zugänglich, was eine Bearbeitung besonders einfach macht.
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Vorzugsweise ist die mindestens eine Kontaktbrücke im unbeschädigten Zustand nicht in Kontakt mit dem Isolationselement. Wärme, die durch die Kontaktbrücke durch die Stromleitung entsteht, wirkt somit nicht auf das Isolationselement. Insbesondere ist eine konvektive Kühlung der Kontaktbrücke durch die umströmende Luft möglich.
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Vorzugsweise ist die mindestens eine Kontaktbrücke im heruntergedrückten Zustand, insbesondere bei falscher Handhabung des LED-Moduls, nur in Kontakt mit dem Isolationselement. Die Kontaktbrücke ist somit durch das Isolationselement weiterhin von dem Kühlkörper getrennt. Kurzschlüsse und somit Funktionsstörungen des LED-Moduls können verhindert werden.
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Vorzugsweise weist das Isolationselement ein Silikon auf. Insbesondere besteht das Isolationselement aus Silikon.
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Vorzugsweise ist das Isolationselement transparent, weiß oder grau. Somit wird durch das Isolationselement keine absorptive Fläche innerhalb des LED-Moduls geschaffen, welche eine Beeinträchtigung der Abstrahlcharakteristik des LED-Moduls zur Folge hätte.
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Vorzugsweise ist die LED mit einem Kleber und insbesondere einem leitfähigen Kleber mit dem Kühlkörper verbunden, wobei der Kleber eine Aushärtetemperatur aufweist, die gleich oder ähnlich ist zu der Aushärtetemperatur des Isolationselements. Somit kann eine gleichzeitige Aushärtung des Klebers und des Isolationselements erfolgen. In einem Fertigungsprozess wird somit zunächst der Kleber zum Verkleben der LED auf den Kühlkörper aufgetragen, nachfolgend wird die LED mit dem Kleber verbunden. Sodann wird das Material des Isolationselements aufgetragen. Nachfolgend wird sowohl der Kleber als auch das Material des Isolationselements ausgehärtet, sodass einerseits das Isolationselement gebildet wird und andererseits die LED dauerhaft mit dem Kühlkörper insbesondere leitend verbunden ist.
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Vorzugsweise ist die elektronische Baugruppe ausgebildet als gedruckte Schaltung. Hierbei kann die elektronische Baugruppe insbesondere ausgebildet sein als PCBA (Printed Circuit Board Assembly). Hierbei kann beispielsweise durch die elektronische Baugruppe ein Treiber der LED, ein ESD (Electrostatic Discharge) Schutz, ein Schutz vor Überhitzung, ein Spannungsformer, Spannungsbegrenzung oder dergleichen bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise ist die Oberfläche der elektronischen Baugruppe, welche dem Kühlkörper abgewandt ist, elektrisch isolierend.
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Vorzugsweise ist die elektronische Baugruppe in einer Vertiefung des Kühlkörpers angeordnet. Insbesondere ist die elektronische Baugruppe mit dem Kühlkörper vernietet, verklebt, verschraubt oder anders dauerhaft verbunden.
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Hierdurch wird eine gute Wärmeleitfähigkeit von der elektronischen Baugruppe zum Kühlkörper gewährleistet.
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Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Frontscheinwerfer für ein Fahrzeug mit einem LED-Modul wie vorstehend beschrieben.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Die Figuren zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht des LED-Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine Schnittansicht des LED-Moduls gemäß 1 und
- 3 eine Detailansicht als Draufsicht.
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1 bis 3 zeigen ein LED-Modul insbesondere für ein Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung. Hierbei weist das LED-Modul 10 einen insbesondere aus Aluminium gefertigten Kühlkörper 12 auf. Auf dem Kühlkörper 12 ist ein lichtemittierendes Element 14 angeordnet. Im Beispiel der gezeigten Ausführungsform weist das lichtemittierende Element 14 zwei LEDs 14A und 14B auf, welche auf einem gemeinsamen Träger des lichtemittierenden Elements 14 angeordnet sind. Dabei ist das lichtemittierende Element 14 unmittelbar auf einer Oberfläche des Kühlkörpers 12 angeordnet, sodass Wärme, welche durch die LEDs 14A, 14B erzeugt wird, unmittelbar an den Kühlkörper 12 abgeleitet werden kann. Hierzu ist insbesondere das lichtemittierende Element 14 mit dem Kühlkörper 12 verklebt. Auch wenn in den Figuren ein LED-Modul mit zwei LEDs gezeigt ist, kann das LED-Modul gemäß der vorliegenden Erfindung mehr als zwei LEDs oder lediglich eine LED aufweisen.
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Weiterhin ist auf dem Kühlkörper 12 und insbesondere in einer Vertiefung 22 des Kühlkörpers ein PCBA 16 angeordnet. Das PCBA 16 weist eine Oberfläche auf, welche von dem Kühlkörper 12 abgewandt ist. Diese Oberfläche ist ebenfalls mit einer nicht leitenden Beschichtung beschichtet. Das PCBA 16 weist dabei elektrische Komponenten auf, die zum Betrieb der LED 14 erforderlich sind. Dies umfasst beispielsweise einen ESD-Schutz, eine Spannungsbegrenzung, einen Temperaturerfassung oder dergleichen. Ebenso ist auf dem PCBA 16 ein Stecker 18 angeordnet zur Verbindung mit einer Spannungsversorgung insbesondere einer Boardelektronik des Fahrzeugs. Weiterhin weist das Kühlelement 12 Referenzelemente 20 auf, die für eine eindeutige Positionierung der LEDs innerhalb des Frontscheinwerfer des Fahrzeugs herangezogen werden können.
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Zum Betrieb der LEDs 14A, 14B ist das PCBA 16 über zwei Kontaktbrücken 24A, 24B mit den jeweiligen LEDs 14A, 14B leitend verbunden. Hierbei sind die Kontaktbrücken 24A, 24B mit Kontaktflächen des PCBAs 16 und des lichtemittierenden Elements 14 verbunden. Im Beispiel der Figuren sind die Kontaktbrücken 24A und 24B durch zwei nebeneinander angeordnete Bänder ausgebildet, welche sich bogenförmig von einer jeweiligen Kontaktstelle 28A, 28B der elektronischen Baugruppe zu einer entsprechenden Kontaktstelle 30A, 30B des lichtemittierenden Elements 14 erstrecken. Hierbei weisen die Bänder insbesondere eine Breite auf, die größer ist und insbesondere deutlich größer ist als die Dicke der Bänder. So kann beispielsweise die Breite das 10-fache der Dicke und insbesondere das 20-fache der Dicke betragen. Somit wird einerseits ein ausreichend großer Querschnitt geschaffen für die Stromversorgung der LED. Gleichzeitig bleibt die Biegsamkeit der Kontaktbrücke insbesondere für die automatisierte Fertigung des LED-Moduls 10 erhalten.
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In der gezeigten Ausführungsform sind für jede LED 14A, 14B genau eine Kontaktbrücke vorgesehen. Hierbei kann der jeweils zweite Kontakt der LEDs 14A, 14B bereitgestellt werden durch eine Kontaktierung mit dem Kühlkörper 12 selbst. Dies kann beispielsweise erfolgen durch die Verwendung eines leitenden Klebers zur Befestigung des lichtemittierenden Elements 14, welches die beiden LEDs 14A, 14B trägt. Alternativ herzu kann der zweite Kontakt der jeweiligen LED 14A, 14B über eine weitere Kontaktbrücke und insbesondere eine gemeinsame Kontaktbrücke bereitgestellt werden.
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Aufgrund der Biegsamkeit der Kontaktbrücken 24A, 24B ist es möglich, dass bei falscher Handhabung des LED-Moduls 10 die Kontaktbrücken 24A, 24B nach unten gedrückt werden. Um hierbei ein Kontakt der Bänder der Kontaktbrücken 24A, 24B mit der Oberfläche des Kühlkörpers 12 zu vermeiden, ist unterhalb der Kontaktbrücken 24A, 24B ein Isolationselement 26 angeordnet. Dieses Isolationselement 26 weist dabei Silikon auf oder besteht aus Silikon. Das Isolationselement 26 wird dabei auf die Oberfläche des Kühlelements 12 aufgetragen und sodann ausgehärtet. In einem unbeschädigten Zustand berühren die Kontaktbrücken 24A, 24B das Isolationselement 26 nicht. Die Kontaktbrücken 24A, 24B werden berührungsfrei über das Isolationselement 26 hinweg geführt. Kommt es jedoch zu einem Eindrücken einer oder beider Kontaktbrücken 24A, 24B, gelangen die jeweiligen Kontaktbrücken 24A, 24B statt mit der Oberfläche des Kühlelements 12 lediglich in Kontakt mit dem Isolationselement 26. Ein Kurzschluss wird hierdurch aufgrund der elektrischen Isolation durch das Isolationselement 26 gerade vermieden.
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Dabei ist das Isolationselement 26 transparent, weiß oder grau ausgebildet, sodass das Isolationselement 26 keinen Einfluss hat auf die Abstrahlcharakteristik des LED-Moduls 10. Insbesondere weist das Material des Isolationselements 26 eine Aushärtetemperatur auf, welche im Wesentlichen übereinstimmt mit der Aushärtetemperatur des Klebers, mit dem das lichtemittierende Element 14 auf dem Kühlelement 12 befestigt wird. Somit können das Isolationselement 26 und die Verbindung zwischen dem lichtemittierenden Element 14 und dem Kühlelement 12 im gleichen Aushärteprozess ausgehärtet werden. Somit kann ein Verfahren zur Herstellung des LED-Moduls die folgenden Schritte umfassen:
- a) Bereitstellen eines Kühlelements 12;
- b) Auftragen eines Klebers zum Verkleben der LED 14 auf dem Kühlelement 12;
- c) Auftragen des Materials für das Isolationselement 26;
- d) Positionieren der LED 14 in dem Kleber;
- e) Gemeinsames Aushärten sowohl des Isolationselements 26 als auch des Klebers;
- f) Bereitstellen und Befestigen des PCBA 16 am Kühlkörper 12; und
- g) Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem PCBA 16 und der LED durch eine oder mehrere Kontaktbrücken 24A, 24B.
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Hierbei können selbstverständlich die Schritte c) und d) in ihrer Abfolge vertauscht werden. Weiterhin ist das Verfahren ausgebildet anhand der vorstehend beschriebenen Merkmale des LED-Moduls.
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Somit wird auf einfacher Weise ein LED-Modul geschaffen, welches auch bei unsachgemäßer Handhabung eine sichere Funktion der LED gewährleistet und somit eine Ausfallswahrscheinlichkeit reduziert.
