DE102004009998A1 - Licht ausstrahlendes Element und Licht ausstrahlende Vorrichtung mit dem Licht ausstrahlenden Element und Verfahren zur Herstellung des Licht ausstrahlenden Elements - Google Patents

Licht ausstrahlendes Element und Licht ausstrahlende Vorrichtung mit dem Licht ausstrahlenden Element und Verfahren zur Herstellung des Licht ausstrahlenden Elements Download PDF

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Abstract

Ein Licht ausstrahlendes Element weist eine Basis, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist, eine Leiterplatte, die aus einem isolierenden Material hergestellt und an einer oberen Oberfläche der Basis befestigt ist, auf. Leitende Muster sind an der Leiterplatte befestigt, und ein Licht ausstrahlender Chip ist an der Basis an einer freigelegten Montagefläche befestigt. Der Licht ausstrahlende Chip ist elektrisch mit den leitenden Mustern verbunden.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Licht ausstrahlendes Element großer Helligkeit, das eine LED (Leuchtdiode) trägt, und auf eine Licht ausstrahlende Vorrichtung, die das Licht ausstrahlende Element verwendet, und auf ein Verfahren für das Herstellen des Licht ausstrahlenden Elements und insbesondere auf das Licht ausstrahlende Element und die Licht ausstrahlende Vorrichtung, die in Bezug auf eine Wärmeabstrahlung verbessert sind.
  • Die LED aus einem Verbindungshalbleiter wird durch ihre lange Lebensdauer und die kleine Größe verbreitet als das Licht ausstrahlende Element verwendet. Weiterhin wurde eine LED aus einem GaN-Halbleiter, die blaues Licht ausstrahlt, produziert, wobei sie in Farbanzeigevorrichtungen als eine kleine Hintergrundbeleuchtung bei einem tragbaren Telefon und einer Fahrzeuganzeige verwendet wird, wobei das Feld der Verwendung weiter auf die Licht ausstrahlende Vorrichtung als eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine hohe Helligkeit und eine hohe Leistung aufweist, ausgedehnt wird.
  • In den letzten Jahren wurden durch die Massenproduktion und die Miniaturisierung der Elemente verschiedene Licht ausstrahlende Elemente für die Oberflächenmontage produziert. Wenn jedoch ein solches Licht ausstrahlendes Element bei hoher Helligkeit und hoher Leistung betrieben wird, so ergibt sich das Problem der Wärmeabstrahlung. Wenn nämlich der Ansteuerstrom erhöht wird, um die Helligkeit zu erhöhen, so erhöht sich der elektrische Leistungsverlust im Verhältnis zur Zunahme des Ansteuerstroms, und das Meiste der elektrischen Energie wird in Wärme umgewandelt, wodurch die LED auf eine hohe Temperatur gebracht wird. Die Lichtausstrahlungseffizienz der LED (die Effizienz der Umwandlung des Stroms in Licht) nimmt ab, wenn die Wärme der LED zunimmt. Weiterhin verkürzt sich die Lebensdauer der LED, und die Transparenz der Harzabdeckung der LED nimmt durch eine Farbänderung dieser bei hoher Temperatur ab, was bewirkt, dass die Zuverlässigkeit des Licht ausstrahlenden Elements reduziert wird.
  • Um diese Probleme zu lösen, sind verschiedene Wärmeabstrahlvorrichtungen vorgeschlagen worden. Als eine Vorrichtung wurde ein Licht ausstrahlendes Element vorgeschlagen, bei dem ein Paar von leitenden Elementen, die aus einem wärmeleitenden Metall hergestellt sind, an einem Isolationselement befestigt werden, und bei dem eine LED auf den leitenden Elementen montiert wird. Die offengelegte japanische Patentanmeldung 11-307820 beschreibt ein solches Licht ausstrahlendes Element.
  • 16 ist eine perspektivische Ansicht, die das konventionelle Licht ausstrahlende Element zeigt.
  • Das Licht ausstrahlende Element 1 umfasst ein Paar leitende Elemente 2a und 2b, die aus einem Metall hergestellt sind, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, ein Isolationselement 3, das aus einem Harz hergestellt ist, für das Isolieren der leitenden Elemente 2a und 2b und das Kombinieren der Elemente. Das Isolationselement 3 weist eine Öffnung 3a, die eine länglich kreisförmige Form besitzt, auf. Ein Teil jeder der leitfähigen Elemente 2a, 2b ist in der Öffnung freigelegt. Eine LED 4 ist an den freigelegten Teilen der leitenden Elemente 2a, 2b befestigt, so dass die LED 4 elektrisch und thermisch mit den leitenden Elementen 2a und 2b verbunden ist. Die LED 4 ist durch ein transparentes Abdichtelement 5 eingekapselt.
  • Das Licht ausstrahlende Element 1 ist auf einem Drucksubstrat 6 montiert, und die leitenden Elemente 2a und 2b sind mit einem Paar leitender Muster 6a und 6b durch Lot verbunden.
  • Wenn ein Ansteuerstrom an die LED 4 von den Mustern 6a und 6b durch die leitenden Elemente 2a und 2b angelegt wird, so strahlt die LED 4 Licht ab. Die Wärme, die in der LED 4 durch einen Leistungsverlust erzeugt wird, wird zum Drucksubstrat 6 durch die leitenden Elemente 2a und 2b übertragen, so dass die Wärme effizient vom Drucksubstrat 6 abgestrahlt wird, wenn das Substrat aus einem Material, das eine hoher Wärmeleitfähigkeit aufweist, hergestellt ist.
  • Eine andere konventionelle Wärmeabstrahlvorrichtung ist in. der offengelegten japanischen Patentanmeldung 2002-252373 offenbart. In dieser Vorrichtung sind eine Basis für das Montieren einer LED und Leiterrahmen als Anschlusselektroden aus demselben Material hergestellt, und die Basis und die Leiterrahmen sind auf demselben Niveau angeordnet, und die Basis wird direkt auf einem Substrat montiert.
  • 17 ist eine Schnittansicht, die das konventionelle Licht ausstrahlende Element zeigt. Das Licht ausstrahlende Element 10 umfasst eine Basis 11 und ein Paar Leiterrahmen 12a und 12b, die aus demselben leitenden Material hergestellt und sicher auf einem Drucksubstrat 16 durch Lot 17 montiert sind, so dass die Basis 11 und die Leiterrahmen 12a, 12b auf derselben Ebene positioniert und thermisch miteinander kombiniert sind. Eine LED 13 ist auf dem Boden der Basis 11 montiert, um somit thermisch mit der Basis 11 verbunden zu werden.
  • Die Anode und die Kathode der LED 13 sind elektrisch mit den Leiterrahmen 12a, 12b durch Leiterdrähte 14a und 14b verbunden. Ein transparentes Harz 15 kapselt die LED 13, die Leiterrahmen 12a, 12b und die Drähte 14a, 14b ein.
  • Wenn ein Ansteuerstrom an die LED 13 von dem Drucksubstrat 16 durch die Leiterrahmen 12a und 12b angelegt wird, so sendet die LED 13 Licht aus. Die Wärme, die in der LED 13 durch einen Leistungsverlust erzeugt wird, wird durch die Basis 11 auf das Drucksubstrat 16 übertragen, so dass die Wärme effizient vom Drucksubstrat 16 abgestrahlt wird, wenn das Substrat aus einem Material, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, hergestellt ist.
  • Als andere Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass Durchgangsöffnungen in das Drucksubstrat 16 durch leitende Muster ausgebildet werden, und dass Wärmeabstrahlungselemente auf der Unterseite des Drucksubstrats angeordnet sind, so dass Wärme zu den Wärmeabstrahlungselementen überführt wird.
  • Im Element, das in 16 gezeigt ist, kann, wenn das Drucksubstrat 6 aus einem Material, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie einem Metallkernsubstrat, hergestellt ist, eine Wärmeabstrahlungswirkung erwartet werden.
  • Das Drucksubstrat 6 ist jedoch im allgemeinen aus einem billigen Material, wie einem Epoxidharz, das eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist, hergestellt. Die Wärmeleitfähigkeit des Epoxidharzes beträgt nämlich einige Hundertstel einer Kupferlegierung, die als das Material des Metallkernsubstrats verwendet wird. Somit wird die Wärme nicht ausreichend auf das Drucksubstrat überführt, so dass die Temperatur der LED erhöht und ihre Qualität erniedrigt wird.
  • Ein Metallkern kann jedoch durch die hohen Herstellungskosten nicht verwendet werden. Weiterhin ergibt sich das Problem, dass eine hohe Montagedichte unmöglich ist, da es schwierig ist, eine Verdrahtung auf beiden Seiten eines Metallkerns herzustellen. Zusätzlich ist es notwendig, die Oberfläche des Metallkernsubstrats durch das Vorsehen einer Isolationsschicht auf dem Substrat zu isolieren, da es sich beim Metallkern um ein leitendes Material handelt. Die Isolationsschicht reduziert jedoch die Wärmeleitfähigkeit und erniedrigt die Wärmeabstrahlungswirkung.
  • Das Licht ausstrahlende Element 10 der 17 weist ebenfalls dieselben Probleme wie das Element der 16 auf. Da die Basis direkt am Drucksubstrat 16 befestigt wird, muss die Wärmeleitung von der Basis zum Drucksubstrat 16 wirksam sein. Wenn jedoch das Drucksubstrat 16 aus Epoxidharz hergestellt ist, so kann keine Wärmeabstrahlungswirkung erwartet werden. Wenn weiterhin die leitenden Durchgangsöffnungen zwischen der Basis 11 und den Wärmeabstrahlungselementen, die an der Unterseite des Drucksubstrats 16 angeordnet sind, vorgesehen sind, ist die Wärmeverbindung zwischen ihnen nicht so wirksam, und somit kann keine große Verbesserung der Wärmeabstrahlung erzielt werden.
    •
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Licht ausstrahlendes Element, das eine ausgezeichnete Wärmeabstrahlungseigenschaft aufweist, bereit zu stellen.
  • Eine andere Aufgabe besteht darin, ein Licht ausstrahlendes Element großer Helligkeit unter Verwendung eines Drucksubstrats für das Montieren des Licht ausstrahlenden Elements großer Helligkeit, bei dem das Material des Drucksubstrats nicht eingeschränkt ist, bereit zu stellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Licht ausstrahlendes Element, das ein Basis, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und die eine Wärmeabstrahloberfläche, die auf einer ihrer Oberflächen ausgebildet ist, besitzt, mindestens eine Leiterplatte, die aus einem isolierenden Material hergestellt und an einer oberen Oberfläche der Basis befestigt ist, Freilegungsmittel für das Ausbilden einer freigelegten Montagefläche auf der Oberfläche der Basis, leitende Muster, die auf der Leiterplatte ausgebildet sind, einen Licht ausstrahlenden Chip, der an der Basis an der Montagefläche befestigt ist, und Verbindungsmittel für das elektrische Verbinden des Licht ausstrahlenden Chips mit den leitenden Mustern umfasst, bereitgestellt.
  • Das Freilegungsmittel ist eine gelochte Öffnung, die in der Leiterplatte ausgebildet ist, und das Verbindungsmittel umfasst eine Vielzahl von Leiterdrähten.
  • Ein Einkapselungselement ist für das Schützen des Licht ausstrahlenden Chips vorgesehen.
  • Kühlrippen sind auf der Wärmeabstrahlungsoberfläche der Basis für das Erhöhen der Wärmeabstrahlungswirkung vorgesehen.
  • Es wird ferner eine Licht ausstrahlende Vorrichtung vorgesehen.
  • Die Licht ausstrahlende Vorrichtung umfasst eine Basis, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und eine flache Plattenform und eine Wärmeabstrahlungsoberfläche, die auf einer ihrer Oberflächen ausgebildet ist, aufweist, mindestens eine Leiterplatte, die aus einem isolierenden Mate rial hergestellt und an einer oberen Oberfläche der Basis befestigt ist, Freilegungsmittel für das Ausbilden einer freigelegten Montagefläche auf der Oberfläche der Basis, leitende Muster, die an der Leiterplatte befestigt sind, einen Licht ausstrahlenden Chip, der an der Basis an der Montagefläche befestigt ist, Verbindungsmittel für das elektrische Verbinden des Licht ausstrahlenden Chips mit den leitenden Mustern, ein Drucksubstrat, das leitende Muster, die auf seiner Unterseite vorgesehen sind und an den leitenden Mustern auf der Leiterplatte befestigt sind, umfasst, um so die beiden leitenden Muster elektrisch miteinander zu verbinden.
  • Das Drucksubstrat weist eine Öffnung für das Abgeben des Lichts, das vom Licht ausstrahlenden Chip ausgestrahlt wird, auf, und ein Wärmeabstrahlungselement ist an einer Unterseite der Basis befestigt.
  • Eine andere Licht ausstrahlende Vorrichtung umfasst eine Basis, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und eine flache Plattenform und eine Wärmeabstrahlungsoberfläche, die auf einer ihrer Oberflächen ausgebildet ist, aufweist, mindestens eine Leiterplatte, die aus einem isolierenden Material hergestellt und an einer oberen Oberfläche der Basis befestigt ist, Freilegungsmittel für das Ausbilden einer freigelegten Montagefläche auf der Oberfläche der Basis, leitende Muster, die an der Leiterplatte befestigt sind, einen Licht ausstrahlenden Chip, der an der Basis an der Montagefläche befestigt ist, Verbindungsmittel für das elektrische Verbinden des Licht ausstrahlenden Chips mit den leitenden Mustern, Wärmehohlleiter, die von einer Seitenwand der Basis vorstehen, und ein Wärmeabstrahlungselement, das an den Enden der Wärmehohlleiter befestigt ist.
  • Eine andere Licht ausstrahlende Vorrichtung weist eine Vielzahl von Licht ausstrahlenden Elementen auf, wobei jedes der Licht ausstrahlenden Elemente eine Basis, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und eine flache Plattenform und eine Wärmeabstrahlungsoberfläche, die auf einer ihrer Oberflächen ausgebildet ist, aufweist, mindestens eine Leiterplatte, die aus einem isolierenden Material hergestellt und an einer oberen Oberfläche der Basis befestigt ist, Freilegungsmittel für das Ausbilden einer freigelegten Montagefläche auf der Oberfläche der Basis, leitende Muster, die an der Leiterplatte befestigt sind, einen Licht ausstrahlenden Chip, der an der Basis an der Montagefläche befestigt ist, Verbindungsmittel für das elektrische Verbinden des Licht ausstrahlenden Chips mit den leitenden Mustern, aufweist, wobei die Licht ausstrahlende Vorrichtung ein Wärmeabstrahlungselement, das aus einem flexiblen Material hergestellt ist, aufweist, und die Licht ausstrahlenden Elemente auf einer Oberfläche des Wärmeabstrahlungselements abgestützt werden.
  • Die vorliegende Erfindung liefert weiter ein Verfahren für das Herstellen von Licht ausstrahlenden Elementen, das die Schritte des Herstellens einer Leiterplattenaggregation, die eine Vielzahl von Abschnitten aufweist, und das Herstellen einer Basisaggregation, die dieselbe Größe wie die Leiterplattenaggregation aufweist, des Ausbildens einer Montageöffnung in jedem Abschnitt der Leiterplattenaggregation, und des Vorsehens einer Vielzahl von leitenden Mustern auf jedem Abschnitt, des Befestigens der Leiterplattenaggregation und der Basisaggregation aneinander, des Montierens eine Licht ausstrahlenden Chips auf der Leiterplattenaggregation an der Montageöffnung, des elektrischen Verbindens des Licht ausstrahlenden Chips mit den leitenden Mustern durch Drähte, des Einkapselns des Licht ausstrahlenden Chips und der Drähte durch ein Einkapselungselement, und des Zerteilens der Aggregation der Licht ausstrahlenden Elemente umfasst.
  • Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher.
    •
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Licht ausstrahlendes Elements großer Helligkeit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II der 1;
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Licht ausstrahlenden Elements großer Helligkeit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Licht ausstrahlenden Elements großer Helligkeit gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Licht ausstrahlenden Elements großer Helligkeit gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie VI-VI der 5;
  • 7 ist eine Schnittansicht einer Licht ausstrahlenden Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 9 ist eine Seitenansicht, die eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Leiterplattenaggregation und eine Basisaggregation zeigt;
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Kombinationsschritt der Leiterplattenaggregation und der Basisaggregation zeigt;
  • 12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Montageschritt einer LED zeigt;
  • 13 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Drahtverbindungsschritt zeigt;
  • 14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Verkapselungsschritt zeigt;
  • 15 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zerteilungsschritt zeigt;
  • 16 ist eine perspektivische Ansicht, die ein konventionelles Licht ausstrahlendes Element zeigt; und
  • 17 ist eine Schnittansicht, die ein konventionelles Licht ausstrahlendes Element zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Licht ausstrahlenden Elements großer Helligkeit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine Schnittansicht entlang eine Linie II-II der 1.
  • Das Licht ausstrahlende Element 20 großer Helligkeit umfasst eine Basis 21, die ein rechteckiges Parallelepiped aufweist und aus einem Metallkernmaterial aus einer Kupferlegierung, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, hergestellt ist, und eine Leiterplatte 22, die an der oberen Oberfläche der Basis durch Haftmittel 22a gegenüber einer Wärmeabstrahlungsoberfläche 21a auf der Unterseite befestigt ist. Die Leiterplatte ist kunststoffimprägniert und weist eine Isolationsqualität auf.
  • Ein Paar leitender Muster 23 und 24 sind auf der Leiterplatte 22 durch eine Kupferfolie ausgebildet. Die leitenden Muster 23 und 24 weisen Anschlussabschnitte 23a, 23b, 24a und 24b an den jeweiligen Ecken als Verbindungsoberflächen auf. Die Anschlussabschnitte 23a, 23b, 24a und 24b sind gegenüber der Wärmeabstrahlungsoberfläche 21a der Basis 21 zwischen der Leiterplatte 22 und der Basis 21 angeordnet.
  • Eine Montageöffnung 22b, die eine kreisförmige Form aufweist, ist in der Leiterplatte 22 ausgebildet, um eine Montagefläche 21c der oberen Oberfläche der Basis 21 frei zu legen. Eine LED 25 als ein Licht ausstrahlender Chip ist auf der Montagefläche 21c montiert und an der Fläche durch eine Silberpaste 25a, die eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, befestigt. Somit ist die LED 25 thermisch mit der Basis 21 durch die Silberpaste 25a verbunden.
  • Ein Paar Anoden und ein Paar Kathoden (nicht gezeigt) sind elektrisch mit den leitenden Mustern 23, 24 durch vier Leiterdrähte 26a, 26b, 26c und 26d verbunden. Um ein Licht ausstrahlendes Element großer Helligkeit zu verwirklichen, ist ein großer Ansteuerstrom notwendig. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, einen hohen Strom an die Anoden und Kathoden der LED durch jeweils zwei Drähte anzulegen. Die LED 25, die Leiterdrähte 26a–26d und ein Teil der Leiterplatte 22 sind durch ein Einkapselungselement 27 eingekapselt, um diese Elemente zu schützen.
  • Wenn eine Ansteuerspannung an die leitenden Muster 23 und 24 angelegt wird, so wird die Spannung an die LED 25 durch die Drähte 26a–26d angelegt. Somit wird die LED 25 angesteuert, um Leistung zu verbrauchen, um Energie zu erzeugen. Ein Teil der Energie wird zu Licht, das abgegeben wird und durch das Einkapselungselement 27 hindurchgeht, und ein großer Teil der Energie wird zu Wärme, die von der LED abgegeben wird. Die Wärme der LED wird durch die Silberpaste 25a zur Basis 21, die eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweist, überführt. Somit wird die Wärme effizient zur Basis 21 überführt.
  • Wenn ein Wärmeabstrahlungselement, das eine große Wärmekapazität aufweist, an der die Wärme abstrahlenden Oberfläche 21a der Unterseite der Basis 21 angehaftet wird, so wird die Wärme der Basis 21 auf das Wärmeabstrahlungselement überführt, um somit eine effiziente Wärmeabstrahlung zu verwirklichen.
  • In dieser Ausführungsform wird die Basis 21, obwohl nur eine LED vorgesehen ist, in Form einer länglichen Platte ausgebildet, so dass eine Vielzahl von LEDs auf der Basis montiert werden können. Weiterhin können eine Vielzahl von Leiterplatten 22 an der oberen Oberfläche der Basis 21 befestigt werden, um somit die Montagefläche 21c auszubilden.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Licht ausstrahlenden Element großer Helligkeit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Dieselben Teile wie in der ersten Ausführungsform sind mit denselben Bezugszahlen wie die in den 1 und 2 bezeichnet.
  • Das Licht ausstrahlende Element 30 großer Helligkeit weist eine Basis 31 auf, die ein rechteckiges Parallelepiped besitzt und aus einem Metallkernmaterial aus einer Kupferlegierung, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, hergestellt ist. Eine Leiterplatte 22 ist an der oberen Oberfläche der Basis 31 durch Haftmittel befestigt. Da die Leiterplatte 22, die LED 25 und das Einkapselungselement 27 dieselben wie in der ersten Ausführungsform sind, wird ihre Erläuterung nachfolgend weggelassen.
  • Es ist eine Vielzahl von parallelen Kühlrippen 31a auf der Unterseite der Basis 31 ausgebildet, um die Wärmeabstrahlfläche zu erhöhen.
  • Wenn die Ansteuerspannung an die LED 25 angelegt wird, so wird die LED 25 angesteuert, um die Leistung zu konsumieren, um Energie zu erzeugen. Ein Teil der Energie wird zu Licht, das hindurchgehend durch das Element 27 abgegeben wird, und ein großer Teil der Energie wird zu Wärme, die von der LED abgegeben wird. Die Wärme der LED wird wirksam zur Basis 31 überführt. Da eine Vielzahl von Kühlrippen 31a auf der Unterseite der Basis 31 vorgesehen sind, wird die Wärme wirksam abgestrahlt, um die LED 25 zu kühlen. Wenn ein Kühlgebläse vorgesehen ist, um die LED 25 zu kühlen, so wird die Wärmeabstrahlung effizienter durchgeführt. Die Kühlrippen können auf Seitenwänden der Basis 31 ausgebildet werden.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Licht ausstrahlenden Elements großer Helligkeit gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Dieselben Teile wie in der ersten Ausführungsform sind mit denselben Bezugszahlen wie die in den 1 und 2 bezeichnet, und es wird ihre Erläuterung weggelassen.
  • Das Licht ausstrahlende Element 40 großer Helligkeit weist eine Basis 41 auf, die ein rechtwinkliges Parallelepiped besitzt und aus einem Metallkernmaterial einer Kupferlegierung, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, hergestellt ist.
  • Es wird eine Vielzahl von zylindrischen Wärmeabstrahlungsöffnungen 41a in einer der Seiten der Basis 41 parallel mit der Unterseite der Basis ausgebildet. Es ist vorteilhaft, wenn die Öffnung 41a gelocht ist. Wenn ein wärmeleitendes Material in die Öffnung eingeschoben wird, so nimmt die Wärmeabstrahlungswirkung zu.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Licht ausstrahlenden Elements großer Helligkeit gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 6 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie VI-VI der 5.
  • Dieselben Teile wie in der ersten Ausführungsform sind mit denselben Bezugszahlen wie die in den 1 und 2 bezeichnet, und es wird ihre Erläuterung weggelassen.
  • Das Licht ausstrahlende Element 50 großer Helligkeit weist eine Basis 51 auf, die ein rechtwinkliges Parallelepiped besitzt und aus einem Metallkernmaterial einer Kupferlegierung, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, hergestellt ist.
  • Es ist ein zylindrischer Vorsprung 51a auf der Basis 51 an einer Ecke ausgebildet. Auf dem Vorsprung ist ein Anschlussabschnitt 51b als eine Anschlusselektrode vorgesehen. Die Leiterplatte 22 weist für den Vorsprung 51a eine Vertiefung auf. Die Höhe des Anschlussabschnitts 51b ist gleich der des Anschlussabschnitts 23a, 23b.
  • Eine LED 25 weist eine Anode 52a auf ihrer oberen Oberfläche und eine Kathode 52b auf ihrer Unterseite auf. Die Anode 52a ist mit dem Anschlussabschnitt 23a durch den Draht 26a verbunden, und die Kathode 52b ist mit dem Anschlussabschnitt 51b des Vorsprungs 51a durch die Basis 51 elektrisch verbunden.
  • Wenn die Ansteuerspannung an die LED 52 von den Anschlussabschnitten 23a und 51b angelegt wird, so wird die LED 52 angesteuert, um Leistung zu verbrauchen, um Energie zu erzeugen. Ein Teil der Energie wird zu Licht, und ein großer Teil der Energie wird zu Wärme, die von der LED abgegeben wird. Die Wärme der LED wird wirksam zur Basis 51 überführt, um die LED 52 zu kühlen.
  • Gemäß der vierten Ausführungsform wird die Basis 51 als ein Leitelement verwendet. Somit kann eine LED, die Elektroden auf der oberen Oberfläche und auf der Unterseite aufweist, verwendet werden.
  • 7 ist eine Schnittansicht einer Licht ausstrahlenden Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Dieselben Teile wie in der ersten Ausführungsform sind mit denselben Bezugszahlen wie in den 1 und 2 bezeichnet.
  • Die Licht ausstrahlende Vorrichtung 60 umfasst das Licht ausstrahlende Element 20 großer Helligkeit der ersten Ausführungsform, ein Drucksubstrat 61 als ein Substrat und ein Wärmeabstrahlungselement 62, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist.
  • Das Drucksubstrat 61 weist leitende Muster 61a aus Kupferfolie auf seiner Unterseite und eine gelochte Öffnung 61b, die eine kreisförmige Form besitzt, auf. Das Einkapselungselement 27 steht von der Öffnung 61b vor und gibt das Licht, das von der LED 25 ausgestrahlt wird, als Entladungslicht 63 ab. Die leitenden Muster 61a sind elektrisch und mechanisch mit den Anschlussabschnitten 23a, 23b, 24a und 24b mit Lot 61c verbunden. Das Wärmeabstrahlungselement 62 ist an der Wärmeabstrahlungsoberfläche 21a der Basis 21 befestigt, um thermisch damit verbunden zu sein.
  • Wenn die Ansteuerspannung an die Anschlussabschnitte 23a, 23b, 24a und 24b durch die leitenden Muster 61a angelegt wird, um den Ansteuerstrom an die LED 25 zu liefern, wird die LED 25 angesteuert, um Licht auszustrahlen. Das Licht wird als Entladungslicht 63, das durch das Einkapselungselement 27 hindurch geht, abgegeben. Die Wärme, die von der LED abgegeben wird, wird wirksam zur Basis 21 und zum Wärmeabstrahlungselement 62 überführt.
  • Gemäß der fünften Ausführungsform wird die Wärme, die von der LED 25 abgegeben wird, wirksam zum Wärmeabstrahlungselement 62 durch die Basis 21 überführt, damit die Wärme an die Atmosphäre abgestrahlt werden kann. Somit wird der Wärmeanstieg in der LED in Grenzen gehalten. Somit ist es möglich, eine Licht ausstrahlende Vorrichtung bereit zu stellen, die einem großen Ansteuerstrom widerstehen kann, um Licht großer Helligkeit abzustrahlen. Durch die Wärmeabstrahlwirkung kann weiter die Zerstörung der Verbindungen in der LED und die Helligkeitsminderung, die durch die Farbänderung des Einkapselungselements 27 durch die hohe Wärme verursacht wird, verhindert werden, um somit eine Licht abstrahlende Vorrichtung, die eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer aufweist, zu verwirklichen.
  • Das Drucksubstrat 61, das mit den Anschlussabschnitten 23a, 23b, 24a und 24b verbunden ist, ist entfernt von der Wärmeabstrahlungsoberfläche 21a der Basis 21 angeordnet. Somit ist es nicht notwendig, dass das Drucksubstrat 61 eine Wärmeabstrahlungsrolle spielt, und somit ist es nicht notwendig, das Substrat mit teuerem Material, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie einem Metallkern, herzustellen. Somit ist es möglich, frei ein billiges Material, wie ein Glasepoxidharz, auszuwählen.
  • Um die Wärmeabstrahlungswirkung des Wärmeabstrahlungselements 62 zu erhöhen, ist es vorteilhaft, die Fläche des Elements zu erhöhen oder eine Vielzahl von Vorsprüngen auf den Oberflächen des Elements auszubilden. Obwohl das Licht ausstrahlende Element 20 der ersten Ausführungsform in der fünften Ausführungsform verwendet wird, kann ein anderes Element jeder Ausführungsform verwendet werden. Wenn die zweite Ausführungsform verwendet wird, so ist es, da die Basis 31 eine hohe Wärmeabstrahlwirkung aufweist, nicht notwendig, das Wärmeabstrahlungselement 62 zu verwenden.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieselben Teile wie in der dritten Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, sind mit denselben Bezugszahlen bezeichnet. Eine Licht ausstrahlende Vorrichtung 70 umfasst Licht ausstrahlende Elemente 40 großer Helligkeit der dritten Ausführungsform, ein Paar Wärmehohlleiter 71 als ein Wärmeleitelement und eine Wärmeabstrahlungsplatte 72, die aus einem Material hergestellt ist, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist. Im Wärmehohlleiter 71 ist eine Flüssigkeit, die eine Wärmeleitfähigkeit besitzt, eingebracht.
  • Ein Ende jedes Wärmehohlleiters 71 ist in die Wärmeabstrahlöffnung 41a der Basis 41 eingeschoben, und das andere Ende des Wärmehohlleiters 71 ist an der Wärmeabstrahlungsplatte 72 befestigt, so dass die Basis 41 thermisch mit der Wärmeabstrahlungsplatte 72 verbunden ist.
  • Wenn die Ansteuerspannung an die LED 25 angelegt wird, so wird die LED 25 angesteuert, um Licht abzugeben. Das Licht wird als Entladungslicht abgegeben. Wärme, die von der LED abgegeben wird, wird wirksam zur Basis 41 und zur Wärmeabstrahlungsplatte 72, indem sie durch die Wärmehohlleiter 71 hindurch geht, überführt.
  • Gemäß der sechsten Ausführungsform ist die LED 25, damit sie thermisch verbunden ist, auf der Basis 41, die eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, montiert, die Basis 41 ist thermisch mit den Wärmehohlleitern 71 verbunden, und die Wärmehohlleiter sind thermisch mit der Wärmeabstrahlungsplatte 72 verbunden. Die Wärmeabstrahlungsplatte 72 strahlt die überführte Wärme wirksam an die Atmosphäre ab. Somit wird der Wärmeanstieg in der LED in Grenzen gehalten. Somit ist es möglich, eine Licht ausstrahlende Vorrichtung, die einem großen Ansteuerstrom widersteht, um Licht großer Helligkeit abzustrahlen, bereit zu stellen.
  • Da das Wärmeabstrahlungselement 40 und die Wärmeabstrahlungsplatte 72 durch die Wärmehohlleiter 71 voneinander getrennt werden können, ist es möglich, eine Wärmeabstrahlungsvorrichtung, die in einem System leicht zusammengebaut werden kann, zu liefern.
  • Wie in der fünften Ausführungsform ist es nicht notwendig, dass ein Drucksubstrat (nicht gezeigt) eine Wärmeabstrahlungsrolle spielt und somit ist es nicht notwendig, das Sub strat aus einem teueren Material, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie mit einem Metallkern, herzustellen.
  • Um die Wärmeabstrahlungswirkung der Wärmeabstrahlungsplatte 72 zu erhöhen, ist es vorteilhaft, die Form der Platte zu ändern, und die Anzahl der Wärmehohlleiter 71 kann erhöht werden. Die Basis 41 und die Wärmehohlleiter 71 können durch Haftmittel, die eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, verbunden werden.
  • 9 ist eine Seitenansicht, die eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieselben Teile wie in der ersten Ausführungsform sind mit denselben Bezugszahlen bezeichnet. Eine Licht ausstrahlende Vorrichtung 80 umfasst eine Vielzahl von Licht ausstrahlenden Elementen 20 großer Helligkeit der ersten Ausführungsform, ein flexibles Drucksubstrat 81 und ein gekrümmtes Wärmeabstrahlungselement 82.
  • Das flexible Drucksubstrat 81 weist drei gelochte Öffnungen 81a, 81b und 81c, in welchen Einkapselungselemente 27 der Licht ausstrahlenden Elements 20 eingeschoben sind, auf. Leitende Muster auf dem Drucksubstrat 81 sind mit den Anschlussabschnitten des Licht ausstrahlenden Elements 20 durch Lot 83 verbunden. Das Wärmeabstrahlungselement 82 weist drei Vertiefungen 82a, 82b und 82c auf, wobei in jede die Basis 21 des Licht ausstrahlenden Elements 20 eingeschoben und daran befestigt wird, um thermisch damit verbunden zu sein.
  • Wenn ein Ansteuerstrom an die Licht ausstrahlenden Elemente 20 großer Helligkeit durch das Drucksubstrat 81 geliefert wird, so strahlen die LEDs 25 Lichter 84a, 84b und 84c aus. Wärme, die von den LEDs 25 abgegeben wird, wird zum Wärmeabstrahlungselement 82 durch die Basen 21 überführt, um abgestrahlt zu werden.
  • Gemäß der siebten Ausführungsform sind die Basen 21 der LEDs 25 auf dem Wärmeabstrahlungselement 82 montiert, um thermisch mit diesem verbunden zu sein. Das Wärmeabstrahlungselement 82 strahlt wirksam die überführte Wärme in die Atmosphäre ab. Somit wird der Wärmeanstieg in der LED in Grenzen gehalten. Somit ist es möglich, eine Licht ausstrahlende Vorrichtung, die einem großen Ansteuerstrom widersteht, um Licht großer Helligkeit abzustrahlen, bereit zu stellen.
  • Wie in der fünften Ausführungsform muss das Drucksubstrat 81 keine Wärmeabstrahlungsrolle spielen, und somit ist es nicht notwendig, das Substrat aus einem teueren Metall, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie einem Metallkern, herzustellen.
  • In der das Licht ausstrahlenden Vorrichtung 80 sind eine Vielzahl Licht ausstrahlender Elemente 20 großer Helligkeit vorgesehen. Somit ist es, wenn beispielsweise Licht ausstrahlende Elemente großer Helligkeit in den Farben rot, gelb und grün angeordnet sind, möglich, eine Licht ausstrahlende Vorrichtung für das Ausstrahlen von Licht verschiedener Farbe zu liefern.
  • Da die Licht ausstrahlenden Elemente 20 großer Helligkeit auf dem flexiblen Wärmeabstrahlungselement 82 montiert sind, so können die abgegebenen Lichter konzentriert werden, wie das in 9 gezeigt ist, oder sie können zerstreut werden, indem das Wärmeabstrahlungselement in eine konvexe Form gebogen wird.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren für das gleichzeitige Herstellen einer Vielzahl von Licht ausstrahlenden Elementen großer Helligkeit unter Bezug auf die 10 bis 15 beschrieben.
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Leiterplattenaggregation 90 und eine Basisaggregation 91 zeigt. Die Leiterplattenaggregation 90 ist aus einem isolierenden Material hergestellt und weist vier Abschnitte auf. In jeden Abschnitt wird ein leitendes Muster 91a durch das Ätzen von Kupfer ausgebildet, und es wird ein Montageloch 90b ausgebildet. Die Basisaggregation 91 besteht aus einem Metallkern, der eine Wärmeleitfähigkeit aufweist.
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Kombinationsschritt der Leiterplattenaggregation 90 und der Basisaggregation 91 zeigt. Die Leiterplattenaggregation 90 ist an der Oberfläche der Basisaggregation 91 durch ein Haftmittel befestigt, um eine kombinierte Leiterplatten-Basisaggregation 92 auszubilden.
  • 12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Montageschritt einer LED zeigt. Eine LED 93 wird auf der Leiterplatten-Basisaggregation 92 an einem freigelegten Abschnitt in der Montageöffnung 90b montiert und durch eine Silberpaste daran befestigt.
  • 13 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Drahtverbindungsschritt zeigt. Die Elektroden der LED 93 werden mit den leitenden Mustern 90a durch vier Drähte 94 verbunden.
  • 14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Einkapselungsschritt zeigt. Die LED 93 in jedem Abschnitt und die Drähte 94 werden durch ein Einkapselungselement 95 aus transparentem Harz eingekapselt. Auf diese Weise wird jedes Licht ausstrahlende Element auf der kombinierten Leiterplatten-Basis-Aggregation 92 vollends fertig gestellt.
  • Die kombinierte Leiterplatten-Basis-Aggregation 92 wird an Grenzen zwischen den Abschnitten zertrennt, wie das in Figur 16 gezeigt ist, so dass ein einzelnes Licht ausstrahlendes Element 96 fertiggestellt wird.
  • Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Anzahl von Licht ausstrahlenden Elementen gleichzeitig bei niedrigen Kosten hergestellt werden.
  • Wenn Lichtstreumittel, fluoreszierende Substanzen oder Strahlverstärkungsmittel in das Einkapselungselement 27 eingeschlossen sind, so können verschiedene Licht ausstrahlende Elemente und Vorrichtungen großer Helligkeit, die sich im Richtungsverhalten und der Wellenlänge des abgegeben Lichts unterscheiden, zur Verfügung gestellt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die LED auf der Basis, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, montiert. Somit wird die Wärme, die in der LED erzeugt wird, wirksam zur Basis geleitet, so dass ein Licht ausstrahlendes Element großer Helligkeit, das ausgezeichnete Wärmeabstrahlungswirkungen aufweist, bereit gestellt werden kann.
  • Während die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, wird verständlich, dass diese Beschreibung den Umfang der Erfindung, der durch die folgenden Ansprüche definiert wird, nur darstellen und nicht beschränken soll.

Claims (15)

  1. Licht ausstrahlendes Element, umfassend: eine Basis, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und eine Wärmeabstrahlungsoberfläche, die auf einer ihrer Oberflächen ausgebildet ist, aufweist; mindestens eine Leiterplatte, die aus einem isolierenden Material hergestellt und an einer oberen Oberfläche der Basis befestigt ist; Freilegungsmittel für das Ausbilden einer freigelegten Montagefläche auf der Oberfläche der Basis; leitende Muster, die auf der Leiterplatte ausgebildet sind; einen Licht ausstrahlenden Chip, der auf der Basis an der Montagefläche befestigt ist; und Verbindungsmittel für das elektrische Verbinden des Licht ausstrahlenden Chips mit den leitenden Mustern.
  2. Licht ausstrahlendes Element nach Anspruch 1, wobei die Wärmeabstrahlungsoberfläche auf einer Unterseite der Basis vorgesehen ist.
  3. Licht ausstrahlendes Element nach Anspruch 1, wobei das Freilegungsmittel eine gelochte Öffnung, die in der Leiterplatte ausgebildet ist, ist.
  4. Licht ausstrahlendes Element nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsmittel ein Vielzahl von Leiterdrähten umfasst.
  5. Licht ausstrahlendes Element nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsmittel einen Leiterdraht, der mit einem leitenden Muster und der freigelegten Montagefläche der Basis für das Verbinden eines Anschlusses auf einer Unterseite des Licht ausstrahlenden Chips mit einer elektrischen Quelle verbunden ist, umfasst.
  6. Licht ausstrahlendes Element nach Anspruch 1, wobei es weiter ein Einkapselungselement für das Schützen des Licht ausstrahlenden Chips umfasst.
  7. Licht ausstrahlendes Element nach Anspruch 1, wobei es weiter Kühlrippen, die auf der Wärmeabstrahlungsoberfläche der Basis vorgesehen sind, umfasst.
  8. Licht ausstrahlendes Element nach Anspruch 1, wobei es weiter Wärmeabstrahlungsöffnungen, die in einer der Seiten der Basis ausgebildet sind, umfasst.
  9. Licht ausstrahlendes Element nach Anspruch 5, wobei es weiter einen Vorsprung, der auf einer oberen Oberfläche der Basis ausgebildet ist, und einen Anschlussabschnitt, der auf einer oberen Oberfläche des Vorsprungs vorgesehen ist, um elektrisch mit dem Anschluss auf der Unterseite des Licht ausstrahlenden Chips verbunden zu werden, umfasst.
  10. Licht ausstrahlende Vorrichtung, umfassend: eine Basis, die aus eine wärmeleitenden Material hergestellt ist und eine flache Plattenform und eine Wärmeabstrahlungsoberfläche, die auf einer ihrer Oberflächen ausgebildet ist, umfasst; mindestens eine Leiterplatte, die aus einem isolierenden Material hergestellt und an einer oberen Oberfläche der Basis befestigt ist; Freilegungsmittel für das Ausbilden einer freigelegten Montagefläche auf der Oberfläche der Basis; leitende Muster, die auf der Leiterplatte befestigt sind; einen Licht ausstrahlenden Chip, der an der Basis an der Montagefläche befestigt ist; Verbindungsmittel für das elektrische Verbinden des Licht ausstrahlenden Chips mit den leitenden Mustern; ein Drucksubstrat, das leitende Muster aufweist, die auf seiner Unterseite vorgesehen und an den leitenden Mustern auf der Leiterplatte befestigt sind, um somit die beiden leitenden Muster elektrisch zu verbinden.
  11. Licht ausstrahlende Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Drucksubstrat eine Öffnung für das Abgeben des Lichts, das vom Licht ausstrahlenden Chip abgegeben wird, umfasst.
  12. Licht ausstrahlende Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei sie weiter ein Wärmeabstrahlungselement, das an einer Unterseite der Basis befestigt ist, umfasst.
  13. Licht ausstrahlende Vorrichtung, umfassend: eine Basis, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und eine flache Plattenform und eine Wärmeabstrahlungsoberfläche, die auf einer ihrer Oberflächen ausgebildet ist, umfasst; mindestens eine Leiterplatte, die aus einem isolierenden Material hergestellt und an einer oberen Oberfläche der Basis befestigt ist; Freilegungsmittel für das Ausbilden einer freigelegten Montagefläche auf der Oberfläche der Basis; leitende Muster, die auf der Leiterplatte befestigt sind; einen Licht ausstrahlenden Chip, der an der Basis an der Montagefläche befestigt ist; Verbindungsmittel für das elektrische Verbinden des Licht ausstrahlenden Chips mit den leitenden Mustern; Wärmehohlleiter, die von einer Seitenwand der Basis vorstehen; und ein Wärmeabstrahlungselement, das an den Enden der Wärmehohlleiter befestigt ist.
  14. Licht ausstrahlende Vorrichtung, die eine Vielzahl von Licht ausstrahlenden Elementen aufweist, wobei jedes der Licht ausstrahlenden Elemente folgendes umfasst: eine Basis, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und eine flache Plattenform und eine Wärmeabstrahlungsoberfläche, die auf einer ihrer Oberflächen ausgebildet ist, umfasst; mindestens eine Leiterplatte, die aus einem isolierenden Material hergestellt und an einer oberen Oberfläche der Basis befestigt ist; Freilegungsmittel für das Ausbilden einer freigelegten Montagefläche auf der Oberfläche der Basis; leitende Muster, die auf der Leiterplatte befestigt sind; einen Licht ausstrahlenden Chip, der an der Basis an der Montagefläche befestigt ist; Verbindungsmittel für das elektrische Verbinden des Licht ausstrahlenden Chips mit den leitenden Mustern; wobei die Licht ausstrahlende Vorrichtung ein Wärmeabstrahlungselement, das aus einem flexiblen Material hergestellt ist, aufweist, und die Licht ausstrahlenden Elemente auf einer Oberfläche des Wärmeabstrahlungselements abgestützt werden.
  15. Verfahren für das Herstellen Licht ausstrahlender Elemente, wobei es die folgenden Schritte umfasst: Herstellen einer Leiterplattenaggregation, die eine Vielzahl von Abschnitten aufweist, und Herstellen einer Basisaggregation, die dieselbe Größe wie die Leiterplattenaggregation aufweist; Ausbilden einer Montageöffnung in jedem Abschnitt der Leiterplattenaggregation, und Vorsehen einer Vielzahl von leitenden Mustern auf jedem Abschnitt; Befestigen der Leiterplattenaggregation und der Basisaggregation aneinander; Montieren eines Licht ausstrahlenden Chips auf der Leiterplattenaggregation an der Montageöffnung; Elektrisches Verbinden des Licht ausstrahlenden Chips mit den leitenden Mustern durch Drähte; Einkapseln des Licht ausstrahlenden Chips und der Drähte durch ein Einkapselungselement; und Zerteilen der Aggregation der Licht ausstrahlenden Elemente.
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