EP2691688B1 - Spritzguss-lampenkörper mit keramischen kühlern und leds - Google Patents

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EP2691688B1 EP12715636.2A EP12715636A EP2691688B1 EP 2691688 B1 EP2691688 B1 EP 2691688B1 EP 12715636 A EP12715636 A EP 12715636A EP 2691688 B1 EP2691688 B1 EP 2691688B1
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a lighting unit with LEDs for lamps.
  • DE 10.2008.001.230 discloses a light unit with LEDs for lamps.
  • the invention has for its object to improve a lighting unit with LED's for lamps in terms of their life and installation costs.
  • the lighting unit consists of a plurality of individual identical radiator-bulb components, which are connected to clusters
  • each radiator bulb component consists of a ceramic carrier body having sintered metallization on one or more of its surfaces and the metallization regions form a board with which one or more LED's is / are electrically connected
  • a lighting unit is created, which has a good heat dissipation into the ceramic due to the metallization, resulting in a long life.
  • the assembly effort is considerably simplified because the entire light unit composed only of identical radiator-Leuchtstoff-Bausteinenen that are connected to clusters. It therefore does not need to be mounted separately each cooler-light bulb module.
  • the ceramic carrier body are integrally provided with ceramic heat-dissipating cooling elements, such as cooling fins. About this cooling elements, the heat is dissipated.
  • Each individual radiator lamp component is a carrier of one or more LEDs and at the same time includes a cooling device in the form of the cooling elements. The heat generated by the LEDs is conducted via the metallization areas into the ceramic of the carrier body and from there to the cooling elements.
  • Each radiator-bulb component is thus self-sufficient in terms of heat dissipation.
  • the ceramic carrier bodies form a ceramic cooling box, which contains a cavity, which can be cooled by a coolant, and the sintered metallization regions are arranged on the cooling box. This is among other things always advantageous if a liquid coolant is available, which can be introduced into the cavity of the cooler.
  • the LEDs are connected to the metallization regions via an adhesive bond or thermally conductive, with solder (e.g., a low melting SbSn solder).
  • solder e.g., a low melting SbSn solder
  • radiator-light-emitting blocks to the formation of the clusters are positively molded with plastic such as PE, PP or polyacrylate.
  • the individual clusters can be arranged in a plastic molded housing, which then forms the lighting unit.
  • the clusters have mounting positions, such as holes, which makes it easy to assemble the clusters.
  • a lighting unit which consists of individual identically designed radiator-light-emitting modules.
  • the LEDs are connected via an adhesive bond or, even better heat-conducting, with solder (for example a low-melting SbSn solder).
  • solder for example a low-melting SbSn solder.
  • Several of these cooler-light-emitting devices are connected in clusters, each cluster has its mounting positions.
  • One or more clusters may be fixed or interchangeable in a plastic mold housing.
  • the cooler / luminary components consist of ceramic carrier bodies which are provided in one piece with ceramic heat-dissipating cooling elements, such as cooling fins. Sintered metallization regions are arranged on the carrier body or on one or more of its surfaces. These metallization regions form a printed circuit board on which the LEDs are applied, for example soldered on.
  • the ceramic support bodies may also form a ceramic cooling box which includes a cavity which is cooled by a coolant. On the cool box then the sintered metallization areas are arranged, which form a board on which the LEDs are soldered, for example.
  • radiator-lamp components to clusters can preferably be carried out by injection molding, in which the inserted radiator lamp components are molded in a mold with plastic such as PE, PP or polyacrylate in a form-fitting manner.
  • the electrical leads can run inside or outside the plastic. Necessary controls of the LED's can be placed anywhere on the radiator bulbs or in the plastic.
  • radiator-lamp components are connected to a cluster and fixedly or interchangeably arranged in a plastic molded housing or positively molded with plastic such as PE, PP or polyacrylate.
  • the entire construction of the lighting unit with LEDs, coolers and possibly specially designed plastic construction including, for example, a lamp cover is simple and requires little installation effort.
  • the cooler-illuminant devices can point in different directions in the clusters to illuminate a large solid angle. They can also be arranged spatially separated in a plastic frame to reduce the impression of strong point brightness. Simplified is the structure of ensembles consisting of several modules. Clusters can be formed which considerably simplify the mechanical assembly work.
  • FIG. 1 shows 16 individual radiator-lamp components 3.
  • Each radiator-lamp component 3 consists of a ceramic support body 1, which is integrally provided with ceramic cooling elements 4, here cooling fins. Sintered metallization regions are arranged on each of the cooler-light source modules 3 or on one or more of its surfaces. These metallization areas form a board on which the LEDs 2 are soldered.
  • the LED or LEDs are not shown, but only the location where the LED is mounted. There is also a metallization area at this location, which, however, is also not shown.
  • four mounting positions 6 are provided on each radiator-lamp component 3.
  • FIG. 2 shows four clusters 5, each containing four radiator bulb packages 3. Either the four radiator-lamp components 3 are inserted into a frame 7 made of plastic or preferably encapsulated by a plastic. For mounting 5 four mounting positions 6 are arranged at each cluster, with which the four clusters 5 and sixteen radiator-lamp components 3 can be connected to a light unit or lamp.
  • FIG. 3 shows a single radiator-bulb components 3 with a support body 1, which is integrally connected to cooling elements 4, here cooling fins. On the support body 1 sintered metallization regions 9 are arranged, with which an LED 2 is connected. About a frame 8 with mounting positions 6, the radiator-lamp blocks 3 are to be attached.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leuchteinheit mit LED's für Lampen.
  • Großformatige Leuchten mit Neonröhren oder Glühbirnen als Leuchtmittel sind beispielsweise bei der Gebäude- und Straßenbeleuchtung bekannt. Es gibt auch schon Leuchteinheiten mit LED's. Nachteilig ist deren kurze Lebensdauer, weil die von den LED's erzeugte Wärme nicht gut genug abgeführt wird, so dass es zu einer thermischen Überlastung kommen kann. Außerdem muss jede einzelne LED an ihrem Montageort extra befestigt werden.
  • DE 10.2008.001.230 offenbart eine Leuchteinheit mit LED's für Lampen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leuchteinheit mit LED's für Lampen in Hinblick auf deren Lebensdauer und Montageaufwand zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Dadurch, dass die Leuchteinheit aus einer Mehrzahl an einzelnen identischen Kühler-Leuchtmittel-Bausteinen besteht, die zu Clustern verbunden sind, wobei jeder Kühler-Leuchtmittel-Baustein aus einem keramischen Trägerkörper besteht, der auf einer oder mehrerer seiner Oberflächen versinterte Metallisierungsbereiche aufweist und die Metallisierungsbereiche eine Platine bilden, mit denen eine oder mehrere LED's elektrisch leitend verbunden ist/sind, ist eine Leuchteinheit geschaffen, die aufgrund der Metallisierungsbereiche eine gute Wäremeabfuhr in die Keramik aufweist, was zu einer langen Lebensdauer führt. Außerdem ist der Montageaufwand erheblich vereinfacht, weil sich die gesamte Leuchteinheit nur aus identischen Kühler-Leuchtmittel-Bausteinenen zusammensetzt, die zu Clustern verbunden sind. Es braucht daher nicht jeder Kühler-Leuchtmittel-Baustein extra montiert werden.
  • In einer Ausführungsform sind die keramischen Trägerkörper einstückig mit keramischen wärmeabführenden Kühlelementen, wie Kühlrippen versehen. Über diese Kühlelemente wird die Wärme abgeführt. Jeder einzelne Kühler-Leuchtmittel-Baustein ist Träger einer oder mehrerer LED's und beinhaltet zugleich eine Kühlvorrichtung in Form der Kühlelemente. Die erzeugte Wärme der LEDs wird über die Metallisierungsbereiche in die Keramik des Trägerkörpers geleitet und von dort an die Kühlelemente. Jeder Kühler-Leuchtmittel-Baustein ist damit in Bezug auf die Wärmeabfuhr autark.
  • In einer alternativen Ausführungsform bilden die keramischen Trägerkörper eine keramische Kühlbox, die einen Hohlraum beinhaltet, der von einem Kühlmittel kühlbar ist und sind die versinterten Metallisierungsbereiche auf der Kühlbox angeordnet. Dies ist unter anderem immer dann von Vorteil, wenn ein flüssiges Kühlmittel zur Verfügung steht, welches in den Hohlraum der Kühlbox eingeleitet werden kann.
  • Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr sind die LED's mit den Metallisierungsbereichen über eine Klebeverbindung oder wärmeleitend, mit Lot (z.B. einem niedrigschmelzenden SbSn-Lot) verbunden.
  • Die Montagefreundlichkeit wird dadurch verbessert, dass die einzelnen Kühler-Leuchtmittel-Bausteine zur Bildung der Cluster formschlüssig mit Kunststoff wie PE, PP oder Polyacrylat umspritzt sind.
  • Die einzelnen Cluster lassen sich in einem Kunststoff-Formgehäuse anordnen, welches dann die Leuchteinheit bildet.
  • Die Cluster haben Montagepositionen, wie zum Beispiel Bohrungen, wodurch sich die Cluster leicht montieren lassen.
  • Erfindungsgemäß wird somit eine Leuchteinheit vorgeschlagen, die aus einzelnen identisch ausgebildeten Kühler-Leuchtmittel-Bausteinen besteht. Auf diesen sind jeweils die LED's über eine Klebeverbindung oder, noch besser wärmeleitend, mit Lot (z.B. einem niedrigschmelzenden SbSn-Lot) verbunden. Mehrere dieser Kühler-Leuchtmittel-Bausteine sind zu Clustern verbunden, wobei jeder Cluster seine Montagepositionen hat. Ein oder auch mehrere Cluster können in einem Kunststoff-Formgehäuse fest oder austauschbar angeordnet sein.
  • Die Kühler-Leuchtmittel-Bausteine bestehen in einer Ausführungsform aus keramischen Trägerkörpern, die einstückig mit keramischen wärmeabführenden Kühlelementen, wie Kühlrippen versehen sind. Auf dem Trägerkörper bzw. auf einer oder mehreren seiner Oberflächen sind versinterte Metallisierungsbereiche angeordnet. Diese Metallisierungsbereiche bilden eine Platine auf welche die LED's aufgebracht, zum Beispiel aufgelötet sind. Anstatt der keramischen wärmeabführenden Kühlelemente können die keramischen Trägerkörper auch eine keramische Kühlbox bilden, die einen Hohlraum beinhaltet, der von einem Kühlmittel gekühlt wird. Auf der Kühlbox sind dann die versinterten Metallisierungsbereiche angeordnet, die eine Platine bilden auf welcher die LED's zum Beispiel aufgelötet sind.
  • Das Assemblieren dieser Kühler-Leuchtmittel-Bausteine zu Clustern kann bevorzugt durch Spritzguss erfolgen, bei dem in einem Werkzeug die eingelegten Kühler-Leuchtmittel-Bausteine formschlüssig mit Kunststoff wie PE, PP oder Polyacrylat umspritzt werden. Die elektrischen Zuleitungen können innerhalb oder ausserhalb des Kunststoffs verlaufen. Auch notwendige Steuerungen der LED's können an beliebiger Stelle auf den Kühler-Leuchtmittel-Bausteinen oder im Kunststoff platziert werden.
  • Somit werden mehrere Kühler-Leuchtmittel-Bausteine zu einem Cluster verbunden und in ein Kunststoff-Formgehäuse fest oder austauschbar angeordnet oder formschlüssig mit Kunststoff wie PE, PP oder Polyacrylat umspritzt.
  • Der gesamte Aufbau der Leuchteinheit mit LED's, Kühler und eventuell speziell designtem Kunststoffaufbau einschliesslich zum Beispiel eines Lampendeckels ist einfach und erfordert wenig Montageaufwand. Die Kühler-Leuchtmittel-Bausteine können in den Clustern in verschiedene Richtungen weisen, um einen grossen Raumwinkel zu beleuchten. Sie können auch räumlich in einem Kunststoffrahmen getrennt angeordnet werden, um den Eindruck starker Punkthelligkeit zu verringern. Vereinfacht ist der Aufbau von Ensembles bestehend aus mehreren Modulen. Es können Cluster gebildet werden, die den mechanischen Montageaufwand erheblich vereinfachen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren weiter erläutert.
  • Figur 1 zeigt 16 einzelne Kühler-Leuchtmittel-Bausteine 3. Jeder Kühler-Leuchtmittel-Baustein 3 besteht aus einem keramischen Trägerkörper 1, der einstückig mit keramischen Kühlelementen 4, hier Kühlrippen, versehen ist. Auf jedem der Kühler-Leuchtmittel-Bausteine 3 bzw. auf einer oder mehrerer seiner Oberflächen sind versinterte Metallisierungsbereiche angeordnet. Diese Metallisierungsbereiche bilden eine Platine auf welche die LED's 2 aufgelötet sind. In den Figuren 1 und 2 ist der Einfachheit halber nicht die LED oder die LED's gezeigt, sondern nur der Ort an dem die LED befestigt wird. An diesem Ort befindet sich auch ein Metallisierungsbereich, der jedoch ebenfalls nicht gezeigt ist. Zur Befestigung sind an jedem Kühler-Leuchtmittel-Baustein 3 vier Montagepositionen 6 vorgesehen.
  • Figur 2 zeigt vier Cluster 5, die jeweils vier Kühler-Leuchtmittel-Bausteine 3 enthalten. Entweder sind die vier Kühler-Leuchtmittel-Bausteine 3 in einen Rahmen 7 aus Kunststoff eingesetzt oder bevorzugt von einem Kunststoff umspritzt. Zur Montage sind an jedem Cluster 5 vier Montagepositionen 6 angeordnet, mit denen die vier Cluster 5 bzw. sechzehn Kühler-Leuchtmittel-Bausteine 3 zu einer Leuchteinheit bzw. Lampe verbunden werden können.
  • Es ist gut zu erkennen, dass die Ausführungsform gemäß Figur 1 16* 4 = 64 Montagepositionen und die Ausführungsform gemäß Figur 2 nur 4 * 4 = 16 Montagepositionen benötigt.
  • Figur 3 zeigt einen einzigen Kühler-Leuchtmittel-Bausteine 3 mit einem Trägerkörper 1, der einstückig mit Kühlelementen 4, hier Kühlrippen, verbunden ist. Auf dem Trägerkörper 1 sind versinterte Metallisierungsbereiche 9 angeordnet, mit denen eine LED 2 verbunden ist. Über einen Rahmen 8 mit Montagepositionen 6 sind die Kühler-Leuchtmittel-Bausteine 3 zu befestigen.

Claims (5)

  1. Leuchteinheit mit LED's (2) für Lampen, wobei die Leuchteinheit aus einer Mehrzahl an einzelnen identischen Kühler-Leuchtmittel-Bausteinen (3) besteht, die zu Clustern (5) verbunden sind, wobei jeder Kühler-Leuchtmittel-Baustein (3) aus einem keramischen Trägerkörper (1) besteht, wobei der Trägerkörper (1) auf einer oder mehrerer seiner Oberflächen versinterte Metallisierungsbereiche (9) aufweist und die Metallisierungsbereiche (9) eine Platine bilden, mit denen eine oder mehrere LED's (2) elektrisch leitend verbunden ist/sind und die einzelnen Kühler-Leuchtmittel-Bausteine (3) zur Bildung der Cluster (5) formschlüssig mit Kunststoff wie PE, PP oder Polyacrylat umspritzt sind und an jedem Cluster (5) Montagepositionen (6) angeordnet sind, mit denen die Cluster (5) zu einer Leuchteinheit bzw. Lampe verbunden sind.
  2. Leuchteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Trägerkörper (1) einstückig mit keramischen wärmeabführenden Kühlelementen (4), wie Kühlrippen, versehen sind.
  3. Leuchteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Trägerkörper (1) eine keramische Kühlbox bilden, die einen Hohlraum beinhaltet, der von einem Kühlmittel kühlbar ist und die versinterten Metallisierungsbereiche (9) auf der Kühlbox angeordnet sind.
  4. Leuchteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die LED's (2) mit den Metallisierungsbereichen (9) über eine Klebeverbindung oder wärmeleitend, mit Lot (z.B. einem niedrigschmelzenden SbSn-Lot) verbunden sind.
  5. Leuchteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Cluster (5) in einem Kunststoff-Formgehäuse angeordnet sind.
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