Leuchtmodul und Leuchtkette

Die Erfindung betrifft ein Leuchtmodul, aufweisend ein Sub ^¬ strat, das an seiner Vorderseite mit mindestens einer Licht ^¬ quelle, insbesondere Leuchtdiode, bestückt ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Leuchtkette mit mehreren zusammenge ^¬ schalteten Leuchtmodulen.

Bisher wurden solche Leuchtmodule geschützt durch ein Lackie ^¬ ren ihrer Platinen, durch ein Einschließen der Platinen in geschlossene Gehäuse oder durch ein komplettes Umspritzen der Platine. Jedoch bewirkten diese bekannten Maßnahmen entweder einen nur geringen Schutz vor einer insbesondere mechanischen aber auch chemischen Beanspruchung und/oder einen schlechten thermischen Kontakt, welcher eine Wärmeableitung von dem LED- Modul für eine Kühlung der Lichtquellen stark behindert. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein robustes, geschütztes Leuchtmodul bereitzustellen, das eine gute ther ^¬ mische Anbindung an die Umgebung erlaubt.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen An- sprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesonde ^¬ re den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Leuchtmodul, aufweisend ein Substrat, das an seiner Vorderseite mit mindestens einer Lichtquelle, insbesondere Leuchtdiode, bestückt ist, wobei das Substrat seitlich und an der Vorderseite von einer ersten Vergussmasse zumindest teilweise bedeckt ist, und wobei eine jeweilige Lichtaustrittsfläche der mindestens einen Licht ^¬ quelle und zumindest teilweise auch eine Rückseite des Sub- strats frei von der ersten Vergussmasse sind. Durch das Vorhandensein der ersten Vergussmasse, die als ein Schutzmantel wirkt, kann das Leuchtmodul von der Seite und von vorne vor einer mechanischen Beschädigung geschützt werden. Die erste Vergussmasse kann insbesondere auf eine mecha- nische Beanspruchung hin ausgesucht sein und braucht nicht lichtdurchlässig zu sein. Der Schutzmantel kann auch vor Feuchtigkeit und/oder einer chemischen Beanspruchung schützen. Das so ausgerüstete Leuchtmodul ist entsprechend robust. Dadurch, dass die Lichtaustrittsfläche nicht von der ersten Vergussmasse bedeckt ist, kann Licht ungehindert austreten. Dass die Rückseite des Substrats zumindest teilweise frei von der typischerweise wärmedämpfenden ersten Vergussmasse ist, also in anderen Worten nicht vollständig von dieser bedeckt ist, bewirkt, dass dort von den Lichtquellen erzeugte und sich durch das Substrat ausbreitende Wärme einfach und effek ^¬ tiv abgeleitet werden kann, was wiederum eine effektive thermische Anbindung ermöglicht.

Die mindestens eine Lichtquelle kann insbesondere mindestens eine Leuchtdiode umfassen. Leuchtdioden weisen eine geringe Bauhöhe auf und sind mechanisch vergleichsweise unempfind ^¬ lich. Das Leuchtmodul ist besonders bevorzugt für Leuchtdio ^¬ den mit einer Leistung von mehr als 0,5 Watt, da deren Verlustwärme, wenn nicht abgeführt, die Lebensdauer und Be- triebssicherheit der Leuchtdioden empfindlich verkürzt.

Das Substrat kann an der Vorderseite außer mit der mindestens einen Lichtquelle auch mit elektronischen Bauelementen bestückt sein wie mit mindestens einem Schaltkreis, z.B. einem Treiberbaustein, Kondensatoren, Widerständen usw. Diese elektronischen Bauelemente können je nach Ausgestaltung von der ersten Vergussmasse bedeckt oder frei davon sein.

Auch kann an dem Substrat mindestens eine elektrische Lei- tung, z.B. Anschlusskabel, befestigt sein, welche für eine sichere Verbindung insbesondere von der ersten Vergussmasse bedeckt sein kann. Die erste Vergussmasse kann insbesondere aus Hotmelt beste ^¬ hen, auch als Schmelzklebstoffe, Heißklebestoffe oder Heiß ^¬ kleber bekannt.

Die erste Vergussmasse kann mit farbigen Füllstoffen versehen sein, um das Leuchtmodul farblich anpassen zu können. Dabei sind insbesondere die unbunten Vergussfarben weiß, grau und schwarz bevorzugt. Es sind aber auch bunte Farben möglich.

Es ist eine Ausgestaltung, dass das Substrat seitlich und an der Vorderseite von einer ersten Vergussmasse im Wesentlichen vollständig bedeckt ist und die Rückseite des Substrats im Wesentlichen frei von der ersten Vergussmasse ist. Dadurch wird der seitlich und nach vorne bzw. zur Vorderseite hin ge ^¬ richtete Schutz des Leuchtmoduls mit einer auf eine gute thermische Anbindung hin optimierten Vergrößerung der Rückseite kombiniert. Es ist eine besondere Ausgestaltung, dass die Rückseite des Substrats flächenbündig zu der ersten Vergussmasse liegt oder rückwärtig über die erste Vergussmasse heraussteht. So wird eine einfache und thermisch effektive flächige Anbringung des Leuchtmoduls an der Rückseite des Substrats ermöglicht, z.B. an einem Kühlkörper.

Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Substrat mindestens einen seitlich hervorstehenden Vorsprung aufweist, welcher von der ersten Vergussmasse umgeben ist. So kann eine form- schlüssige Verbindung der ersten Vergussmasse mit dem Sub ^¬ strat erreicht werden.

Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das Substrat mindestens eine seitlich eingebrachte Aussparung und/oder mindestens eine Durchführung von der Vorderseite zu der Rück ^¬ seite aufweist, welche vor der ersten Vergussmasse zumindest teilweise ausgefüllt sind. Auch so kann eine formschlüssige Verbindung der ersten Vergussmasse mit dem Substrat erreicht werden .

Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das Substrat als eine Platine, insbesondere als eine Metallkernplatine oder eine Keramikplatine ausgestaltet ist. Diese beiden Platinenarten weisen den Vorteil auf, dass sie die von der mindestens einen Lichtquelle erzeugte Wärme besonders effektiv zu ihrer Rück ^¬ seite ableiten können. Dies ermöglicht eine besonders gute Kühlung der mindestens einen Lichtquelle.

Es ist für eine Erhöhung einer Robustheit eine Weiterbildung, dass die Metallkernplatine ein nicht-rostendes Metall auf ^¬ weist, insbesondere Aluminium.

Es ist noch eine Ausgestaltung, dass eine Wanddicke der ers ^¬ ten Vergussmasse mindestens 1 mm beträgt. Diese Wanddicke si ^¬ chert eine hohe Schlag- und Abriebfestigkeit. Es ist weiterhin eine Ausgestaltung, dass die jeweilige Lichtaustrittsfläche der mindestens einen Lichtquelle von der sie umgebenden ersten Vergussmasse überragt wird. So ist auch die mindestens eine Lichtquelle vor einer mechanischen Belas ^¬ tung, insbesondere einem Abrieb, weitgehend geschützt.

Es ist weiterhin eine Ausgestaltung, dass die jeweilige Lichtaustrittsfläche der mindestens einen Lichtquelle von ei ^¬ ner lichtdurchlässigen zweiten Vergussmasse bedeckt ist. So ist auch die mindestens eine Lichtquelle direkt vor einer me- chanischen Belastung, insbesondere einem Abrieb, weitgehend geschützt. Die lichtdurchlässige zweite Vergussmasse kann transparent oder transluzent (opak) sein. Die lichtdurchläs ^¬ sige zweite Vergussmasse kann z.B. aus einem Niedrigdruck- Spritzgussmaterial, z.B. Silikon oder Hotmelt, bestehen.

Allgemein können die erste Vergussmasse und die zweite Ver ^¬ gussmasse auch identisch sein und so das Leuchtmodul bis auf zumindest einen Teil der Rückseite des Substrats von einer einheitlichen, lichtdurchlässigen Vergussmasse umgeben bzw. davon vergossen sein. Die unvergossene Fläche der Rückseite des Substrats kann dann z.B. an einen Kühlkörper angeschlos- sen werden oder sein. Der Kühlkörper kann zumindest teilweise mit umgössen sein.

Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die erste Vergussmasse zu der jeweiligen Lichtaustrittsfläche hin angeschrägt ist. Dadurch kann ein breiter Lichtabstrahlwinkel beibehalten werden .

Es ist auch eine Weiterbildung, dass die Rückseite des Sub ^¬ strats und/oder des Leuchtmoduls zumindest teilweise von ei- nem Schutzlack überzogen ist, z.B. zum Schutz vor einer Korrosion oder einer leichten mechanischen Beanspruchung.

Es ist zudem eine Weiterbildung, dass das Leuchtmodul, insbe ^¬ sondere das Substrat, mindestens eine Bohrung zur Aufnahme einer Schraube aufweist, um das Leuchtmodul schraubend befes ^¬ tigen zu können.

Es ist zudem eine für eine einfache Befestigung vorteilhafte Weiterbildung, dass die Rückseite des Leuchtmoduls zumindest teilweise mindestens ein Haftelement aufweist, beispielsweise ein doppelseitiges Klebeband.

Es ist eine für eine effektive Wärmeabfuhr von dem Leuchtmo ^¬ dul, insbesondere auch ohne einen Anschluss an einen zusätz- liehen Kühlkörper, vorteilhafte Ausgestaltung, dass die Rückseite des Substrats eine Kühlkörperstruktur aufweist, z.B. mindestens eine Kühlrippe, Kühlstift und/oder Lamelle. Da ^¬ durch ist in anderen Worten in das Substrat ein Kühlkörper integriert. Der Kühlkörper kann zumindest teilweise, insbe- sondere randseitig, zusammen mit dem Substrat vergossen sein. Die Kühlstruktur (en) des Kühlkörpers (Rippen, Lamellen, Stif- te usw.) können dabei insbesondere über die Vergussmasse her ^¬ ausragen .

Es ist eine für eine effektive Wärmeabfuhr alternative oder zusätzliche Ausgestaltung, dass an der Rückseite des Sub ^¬ strats oder des Leuchtmoduls ein Kühlkörper befestigt ist.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Leuchtkette, aufwei ^¬ send mehrere Leuchtmodule nach einem der vorhergehenden An- sprüche, wobei benachbarte Leuchtmodule mittels mindestens einer elektrischen Verbindungsleitung miteinander verbunden sind, wobei an den benachbarten Leuchtmodulen befestigte Enden der elektrischen Verbindungsleitung mittels der jeweiligen ersten Vergussmasse vergossen sind.

Ein Zwischenabschnitt zwischen den vergossenen Enden kann insbesondere frei von der ersten Vergussmasse sein bzw. nicht vergossen sein. Der Verguss auch der Enden der mindestens einen elektrischen Verbindungsleitung schützt vor einer Beschä- digung des Kontakts zwischen der mindestens einen elektrischen Verbindungsleitung und dem Substrat und fixiert zudem die beiden Elemente gegeneinander.

Für eine Erreichung einer biegsamen Leuchtkette zur Verlegung auch auf gekrümmten Oberflächen und/oder in seitlichen Kurven ist es eine Weiterbildung, dass die mindestens eine elektri ^¬ sche Verbindungsleitung biegsam ist.

Das Leuchtmodul und/oder die Leuchtkette können z.B. mit den folgenden Schritten hergestellt worden sein:

- Bestücken der Leiterplatte eines jeweiligen Leuchtmoduls mit der mindestens einen Leuchtdiode und ggf. mindestens einem elektronischen Bauelement;

- Befestigen, z.B. Anlöten, der mindestens einen elektrischen Leitung, z.B. Kabelverbindung; für eine Leuchtkette insbesondere zum Verbinden einzelner Leuchtmodule zu der Leuchtkette ;

- Einlegen der bestückten und, bei einer Leuchtkette, verbundenen Platine in eine Gussform, z.B. durch ein Ansaugen auf der Unterseite mittels eines Vakuums;

- Schließen der Gussform und Vergießen mit einer ersten Vergussmasse, z.B. mittels eines Spritzgussablaufs; und

- Öffnen der Gussform und herausnehmen des Leuchtmoduls bzw.

Leuchtkette .

In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Ele ^¬ mente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.

Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein vergossenes LED-Modul gemäß einem ersten Ausfüh ^¬ rungsbeispiel;

Fig.2 zeigt einen Ausschnitt aus einem vergossenen LED- Modul gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig.3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein vergossenes LED-Modul gemäß einem dritten Ausfüh ^¬ rungsbeispiel; und

Fig.4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine

Leuchtkette mit mehreren LED-Modulen gemäß dem ers ^¬ ten Ausführungsbeispiel.

Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein LED- Modul 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das LED-Modul weist ein Substrat in Form einer Metallkernplatine 2 auf, an deren Vorderseite 3 Lichtquellen in Form von Leuchtdioden 4 montiert sind. Die Seite bzw. Seitenwand 5 und die Vordersei ^¬ te 3 der Metallkernplatine 2 sind mit einer ersten Verguss ^¬ masse 6 bedeckt bzw. vergossen, wobei sowohl oberseitige Lichtaustrittsflächen 7 der Leuchtdioden 4 als auch eine Rückseite 8 der Metallkernplatine 2 nicht vergossen bzw. von der ersten Vergussmasse 6 bedeckt sind. Die Seite 5 weist ei- nen Vorsprung in Form einer umlaufenden Fase 9 oder eine umlaufende Aussparung in Form eines entsprechenden Rücksprungs 10 auf. Dadurch wird die erste Vergussmasse formschlüssig mit der Metallkernplatine 2 gehalten und kann sich nicht davon lösen.

Das gezeigte LED-Modul 1 wird durch die erste Vergussmasse 6 seitlich und von vorne insbesondere vor einer mechanischen, aber auch chemischen Beanspruchung geschützt. Die Rückseite 8 der Metallkernplatine 2 wird nicht geschützt, wobei die Rück ^¬ seite 8 typischerweise für eine Befestigung des LED-Moduls 1 herangezogen wird und dadurch nur geringen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Für einen ausreichend breiten Lichtkegel fällt die Oberfläche der ersten Vergussmasse 6 an der Vorderseite des LED-Moduls 1 zu den Lichtaustrittsflächen 7 hin kegelstumpfförmig oder pyramidenstumpfförmig schräg ab. Die maximale Höhe der ersten Vergussmasse 6 ist an der Vorderseite 3 der Metallkernplatine 2 somit höher als die Höhe der Leuchtdioden 4, wodurch die Leuchtdioden 4 insbesondere vor einer seitlich gerichteten oder großflächig von vorne aufgebrachten mechanischen Beanspruchung geschützt sind. Über die große Rückseite 8 kann eine von den Leuchtdioden 4 erzeugte und durch die Metallkernplatine 2 gespreizte Ver ^¬ lustwärme effektiv abgeführt werden. Die Metallkernplatine 2 erlaubt eine besonders gute Wärmespreizung. Das LED-Modul 1 kann für eine besonders effektive Abführung von Verlustwärme mit ihrer Rückseite 8 an einer Wärmesenke befestigt werden, z.B. an einem Kühlkörper oder einem metallischen Träger.

Zur besseren Übersichtlichkeit sind elektrische Leitungen, z.B. Anschlussleitungen, und elektronische Bauelemente nicht dargestellt, können aber vorhanden und insbesondere durch die erste Vergussmasse 6 mit vergossen sein. Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Ausschnitt aus einem vergossenen LED-Modul 11 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zu dem LED-Modul 1 und zusätzlich oder alternativ zu der Fase 9 bzw. dem Rück- sprung 10 weist die Metallkernplatine 12 eine senkrechte Durchführung 13 von der Vorderseite 3 zu der Rückseite 8 auf, welche im Bereich der Rückseite verbreitert ist und die mit der ersten Vergussmasse 6 gefüllt ist. Auch so kann eine fes ^¬ te, formschlüssige Verbindung der ersten Vergussmasse 6 mit der Metallkernplatine 2 erreicht oder verstärkt werden.

Fig.3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein vergossenes LED-Modul 21 gemäß einem dritten Ausführungsbei ^¬ spiel. Im Gegensatz zu dem LED-Modul 1 steht die Metallkern- platine 22 nun rückwärtig über die erste Vergussmasse 6 her ^¬ aus. In dem überstehenden Bereich 23 ist die Metallkernplati ^¬ ne 22 als eine integrierte Kühlkörperstruktur mit mehreren Kühlstiften 24 ausgestaltet. Dies verbessert eine Wärmeablei ^¬ tung. Die Rückseite 8 der Metallkernplatine 2, welche insbe- sondere durch die Enden der Kühlstifte 24 gebildet wird, kann weiterhin zur Befestigung des LED-Moduls 21 verwendet werden.

Außerdem sind die Lichtaustrittsflächen 7 der Leuchtdioden 4 nun von einer lichtdurchlässigen (transparenten oder translu- zenten) zweiten Vergussmasse 35 bedeckt, was einen direkten Schutz der Lichtaustrittsflächen 7 ergibt.

Fig.4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Ausschnitt aus einer Leuchtkette in Form einer LED-Kette 31 mit beispielhaft zwei LED-Modulen 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Nun sind auch die elektrischen Verbindungslei ^¬ tungen 32 zwischen den benachbarten LED-Modulen 1 eingezeichnet. Die Enden 33 der Verbindungsleitung 32 kontaktieren die jeweilige Metallkernplatine 2 und sind in der ersten Verguss- masse 6 vergossen, wodurch sie mechanisch sicher an dem LED- Modul 1 befestigt sind. Ein mittlerer Abschnitt 34 zwischen den LED-Modulen 1 ist frei von der ersten Vergussmasse und dadurch biegsam, wodurch die LED-Module 1 der LED-Kette 31 flexibel positionierbar sind.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.

So kann die erste Vergussmasse auch über die Platine heraus ^¬ stehen. Die Rückseite der Platine kann dann beispielsweise an einem hochstehenden Sockel eines Kühlkörpers oder Trägers be ^¬ festigt werden, oder ein Kühlkörper kann in die Aussparung der ersten Vergussmasse eintauchend an der Platine befestigt werden .

Auch kann anstelle einer Metallkernplatine insbesondere ein anderes gut wärmeleitendes Substrat verwendet werden, z.B. ein Keramiksubstrat. Allgemein ist der Typ der Platine nicht beschränkt und kann z.B. auch noch andere Platinenarten umfassen, z.B. vom Typ FR4.

Bezugs zeichenliste

1 LED-Modul

2 Metallkernplatine

3 Vorderseite der Metallkernplatine

4 Leuchtdiode

5 Seitenwand

6 erste Vergussmasse

7 Lichtaustrittsfläche

8 Rückseite der Metallkernplatine

9 umlaufende Fase

10 Rücksprung

11 LED-Modul

12 Metallkernplatine

13 Durchführung

21 LED-Modul

22 Metallkernplatine

23 überstehender Bereich

24 Kühlstift

31 LED-Kette

32 Verbindungsleitungen

33 Ende der Verbindungsleitung

34 mittlerer Abschnitt

35 zweite Vergussmasse