DE112004000864B4 - Licht abstrahlende Dioden - Baugruppe und Licht abstrahlendes Diodensystem mit mindestens zwei Wärmesenken - Google Patents

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Abstract

Eine Licht abstrahlende Dioden-Baugruppe (21, 61) hoher Leistung, umfassend: einen Hauptkörper (1, 31, 71); mindestens zwei Anschlussleiter (5, 51), die an dem Hauptkörper (1, 31, 71) befestigt sind; und mindestens zwei Wärmesenken (7, 41, 81) aus elektrisch und thermisch leitenden Materialien, wobei die Wärmesenken (7, 41, 81) voneinander getrennt sind und an dem Hauptkörper (1, 31, 71) befestigt sind gekennzeichnet durch mindestens ein Licht abstrahlendes Dioden-Plättchen (13, 47), das auf oberen Oberflächen der mindestens zwei Wärmesenken (7, 41, 81) angebracht ist, wobei das Plättchen (13, 47) direkt und elektrisch über eine Oberfläche des Plättchens (13, 47) mit den Wärmesenken (7, 41, 81) verbunden ist, und wobei die mindestens zwei Anschlussleiter von der Wärmesenke beabstandet sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Licht abstrahlende Dioden-Baugruppe („diode package”) und ein Licht abstrahlendes Diodensystem und insbesondere eine hoch leistungsfähige („high power”) Licht ausstrahlende Dioden-Baugruppe, die als Lichtquelle ein Licht abstrahlendes Dioden-Plättchen („diode die”) verwendet, und ein Licht abstrahlendes Diodensystem, welches die hoch leistungsfähige Dioden-Baugruppe aufweist.
  • Stand der Technik
  • Seit kurzem wird zunehmend eine Licht abstrahlende Diode („light emitting diode”) (LED) als eine Lichtquelle verwendet. Mehr als mehrere Tausend Lumen Lichtstrom („luminous power”) werden im Allgemeinen benötigt, um die Licht abstrahlende Diode als eine Lichtquelle für bestimmte Anwendungen wie z. B. Beleuchtung zu verwenden. Der Lichtstrom der Licht abstrahlenden Diode ist im Wesentlichen proportional zur Eingangsspannung. Daher wird ein hoher Lichtstrom durch Erhöhung der in die Licht abstrahlende Diode eingetragenen elektrischen Energie erhalten. Jedoch erhöht die Zunahme der eingetragenen elektrischen Energie auch die Temperatur der Sperrschicht („junction temperature”) der Licht abstrahlenden Diode. Die Zunahme der Sperrschicht-Temperatur der Licht abstrahlenden Diode bewirkt den Verlust der photometrischen Effizienz, welche die Umwandlungsgeschwindigkeit von eingetragener Energie („input energy”) in sichtbares Licht darstellt. Als ein Ergebnis erhöht sich der Energieverbrauch beträchtlich. Daher ist es erforderlich, die Zunahme der Sperrschicht-Temperatur der Licht abstrahlenden Diode aufgrund der Zunahme der eingetragenen Energie („input power”) zu verhindern. Aus diesem Grund wird eine Licht abstrahlende Dioden-Baugruppe vorgeschlagen, in der die Licht abstrahlende Diode auf einer Wärmesenke (Kühlkörper) („heat sink”) befestigt ist und die von der Licht abstrahlenden Diode erzeugte Wärme durch die Wärmesenke abgeführt wird.
  • Die Licht abstrahlende Dioden-Baugruppe (im Folgenden LED-Baugruppe), welche die Wärmesenke verwendet, ist im U.S.-Patent Nr. 6,274,924 B1 mit der Bezeichnung ”An der Oberfläche montierbare LED-Baugruppe” („Surface Mountable LED Package”) von Carey et al. offenbart.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die im U.S. Patent Nr. 6,274,924 B1 offenbarte LED-Packung 100 illustriert.
  • Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Wärmesenke in ein „insert-molded” Kontaktgehäuse („lead frame”) 101 platziert. Das Kontaktgehäuse 101 ist ein Plastikmaterial, das um einen Metallrahmen geformt ist. Die Wärmesenke 103 kann einen Reflektordeckel 113 enthalten. Ein Licht abstrahlendes Dioden (LED)-Plättchen 105 ist direkt oder indirekt über ein thermisch leitendes Submount 109 an der Wärmesenke 103 befestigt. Verbindungsdrähte (nicht gezeigt) erstrecken sich von dem LED-Plättchen 105 und dem Submount 109 bis zu den metallischen Anschlussleitern („metal lead terminals”) 111 auf dem Kontaktgehäuse 101. Das Kontaktgehäuse 101 ist elektrisch und thermisch von der Wärmesenke 103 isoliert. Zusätzlich kann eine optische Linse 107 zu der Baugruppe hinzugefügt werden.
  • Als ein Ergebnis wird das LED-Plättchen 105 bei einer niedrigen Temperatur der Sperrschicht gehalten, weil das LED-Plättchen 105 thermisch an die Wärmesenke 103 gekuppelt ist. Daher ist es möglich, einen hohen Lichtstrom zu erhalten, da eine relative hohe Eingangsspannung („input power”) zum LED-Plättchen 105 geliefert werden kann.
  • Jedoch begrenzt die Verwendung von nur einem LED-Plättchen die Zunahme des Lichtstroms. Um diese Beschränkung zu überwinden, ist es notwendig, dass in einer LED-Baugruppe eine Vielzahl von LED-Plättchen angebracht sind. Jedoch begrenzt das Anbringen einer Vielzahl von LED-Plättchen an eine Wärmesenke 103 ein elektrisches Verbindungsschema. Das heißt, das elektrische Verbindungsschema der Vielzahl von LED-Plättchen mit der Wärmesenke 103 und den Drahtenden (Anschlussleitern) ist begrenzt. Um die Gleichförmigkeit des abgestrahlten Lichtes sicherzustellen, ist es für die Vielzahl von LED-Plättchen, welche die gleiche Struktur haben und Licht von derselben Wellenlänge abstrahlen, außerdem wichtig, dass sie auf der LED-Baugruppe aufgebracht werden können. Jedoch nimmt in dem Fall, dass die Vielzahl von LED-Plättchen, welche die gleiche Struktur haben und Licht von derselben Wellenlänge abstrahlen, auf einer Wärmesenke 103 angebracht sind, der Eingangsstrom („input current”) zum Betrieb der LED-Plättchen beträchtlich zu, da alle LED-Plättchen in Parallelschaltung miteinander verbunden sind.
  • Die JP 2000-183406 A offenbart die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Ein zusätzlicher Submount kann zur Verhinderung der Zunahme des Eingangsstromes und zur Abstrahlung einheitlichen Lichtes verwendet werden. Jedoch kompliziert die Verwendung des Submount die Herstellungsverfahren für die LED-Baugruppe und erhöht deren Herstellungskosten.
  • Schließlich ist es erforderlich, eine LED-Baugruppe mit hoher Leistung bereitzustellen, welche in der Lage ist, mehrfarbiges Licht zu verkörpern/darzustellen (”capable of embodying polychromatic lights”), das angepasst ist, um eine Vielzahl von Anwendungen zu erfüllen. Ein LED-Plättchen strahlt im Allgemeinen eine einzelne Lichtwellenlänge ab. Daher sollten LED-Plättchen, die eine Vielzahl von Lichtwellenlängen abstrahlen, in einer LED-Baugruppe montiert sein, um mehrfarbiges Licht zu verkörpern. Außerdem sollten die LED-Plättchen, welche die verschiedenen/zahlreichen Lichtwellenlängen abstrahlen, jeweils betrieben werden („emitting the various wavelengths of light should be driven respectively”). Aus diesem Grund ist es erforderlich, die zu jedem der LED-Plättchen gelieferte Energie zu regeln.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine LED-Baugruppe bereitzustellen, in der eine Vielzahl von LED-Plättchen montiert sind, und die einen hohen Lichtstrom sicherstellen kann, ohne ein Submount. Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine LED-Baugruppe bereitzustellen, die in der Lage ist, LED-Plättchen zu montieren, welche die gleiche Struktur haben und die gleiche Lichtwellenlänge abstrahlen, und in der Lage ist, einheitliches Licht abzustrahlen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine LED-Baugruppe hoher Leistung bereitzustellen, welche vielfarbiges Licht ausdrücken/verkörpern kann.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein LED-System hoher Leistung bereitzustellen, das in der Lage ist, vielfarbiges Licht zu verkörpern.
  • Um diese Ziele zu erreichen, stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine LED-Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zur Verfügung. Die Baugruppe weist mindestens zwei Wärmesenken auf. und umfasst einen Hauptkörper, mindestens zwei Anschlussleiter (”lead terminals”), die am Hauptkörper befestigt sind, und mindestens zwei Wärmesenken aus elektrisch oder thermisch leitenden Materialien. Die mindestens zwei Wärmesenken sind voneinander getrennt und an dem Hauptkörper befestigt. Ferner weist die Baugruppe mindestens ein Licht abstrahlendes Dioden-Plättchen (13, 47), das auf oberen Oberflächen der mindestens zwei Wärmesenken (7, 41, 81) angebracht ist, wobei das Plättchen (13, 47) direkt und elektrisch über eine Oberfläche des Plättchens (13, 47) mit den Wärmesenken (7, 41, 81) verbunden ist, und wobei die mindestens zwei Anschlussleiter von der Wärmesenke beabstandet sind. Daher ist mindestens ein LED-Plättchen auf oberen Oberflächen der mindestens zwei Wärmesenken angebracht werden.
  • Als ein Ergebnis können eine Vielzahl von LED-Plättchen in einer LED-Baugruppe angebracht werden, wodurch ein hoher Lichtstrom („luminous power”) sichergestellt ist.
  • Der Hauptkörper kann unter Verwendung einer Spritzguss-Technik aus einem thermoplastischen Material gebildet werden. Und der Hauptkörper kann zusammen mit den Anschlussleitern und den Wärmesenken unter Verwendung einer „insert molding technique” in einem einzigen Körper hergestellt werden.
  • Jede der mindestens zwei Wärmesenken kann auch eine reflektierende Oberfläche haben, die sich von der oberen Oberfläche derselben erstreckt. Die mindestens zwei Wärmesenken, welche reflektierende Oberflächen aufweisen, sind geeignet angeordnet, um das von dem LED-Plättchen abgestrahlte Licht aus der LED-Baugruppe zu reflektieren. Als ein Ergebnis wird der Lichtstrom, der in eine bestimmte Richtung abgestrahlt wird, erhöht.
  • Gemäß einer weiteren Anordnung der vorliegenden Erfindung umfassen die mindestens zwei Anschlussleiter ein Paar von Anschlussleitern, die elektrisch an eine externe Spannungsquelle angeschlossen werden sollen. Weiterhin können die mindestens zwei Wärmesenken ein Paar von Wärmesenken sein. Mindestens ein LED-Plättchen ist auf oberen Oberflächen der mindestens zwei Wärmesenken angebracht. Das mindestens eine LED-Plättchen ist elektrisch und direkt über eine Oberfläche des Plättchens mit den Wärmesenken verbunden. Die LED-Plättchen können so angeordnet sein, dass mindestens ein LED-Plättchen sich auf jeder der mindestens zwei Wärmesenken befindet. Zusätzlich umgreift eine am Hauptkörper angebrachte Linse das mindestens eine LED-Plättchen. Außerdem kann die Linse ein optisch transparentes Material umfassen, das mit dem mindestens einen LED-Plättchen im Kontakt ist. Das optisch transparente Material kann ein optisch transparentes Epoxy- oder Silikon[harz] sein. Das optisch transparente Material schützt das mindestens eine LED-Plättchen. Das optisch transparente Material kann ein Licht streuendes Material enthalten.
  • Schließlich kann ein fluoreszierendes Material, das die von dem mindestens einen LED-Plättchen abgestrahlte Lichtwellenlänge umwandeln kann, über das mindestens eine LED-Plättchen verteilt sein. Das fluoreszierende Material kann direkt auf dem mindestens einen LED-Plättchen verteilt sein oder innerhalb des optisch transparenten Materials verteilt sein. Daher ist es möglich, das von dem mindestens einen LED-Plättchen abgestrahlte Licht in ein anderes Licht zu ändern, das vorbestimmte Wellenlängen aufweist, insbesondere weißes Licht.
  • Zusätzlich können Verbindungsdrähte elektrisch die mindestens zwei Anschlussleiter, die mindestens zwei Wärmesenken und das mindestens eine LED-Plättchen elektrisch verbinden. Dann wird das mindestens eine LED-Plättchen elektrisch und direkt über eine andere Oberfläche des LED-Plättchens mit mindestens einem der Verbindungsdrähte verbunden. Als ein Ergebnis ist das mindestens eine LED-Plättchen elektrisch mit dem mindestens einen Verbindungsdraht und der Wärmesenke, an welcher das Plättchen angebracht ist, verbunden. Da daher eine Spannungsquelle mit den mindestens zwei Anschlussleitern verbunden ist, kann die elektrische Energie zu dem mindestens einen LED-Plättchen geliefert werden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mindestens ein LED-Plättchen auf jeder der mindestens zwei Wärmesenken angebracht. Die LED-Plättchen umfassen LED-Plättchen, die verschiedene Wellenlängen von Licht abstrahlen.
  • Weiterhin können die Anschlussleiter solche Anschlussleiter beinhalten, die elektrisch jeweils mit den mindestens zwei Wärmesenken verbunden sind, und einen gemeinsamen Anschlussleiter, der elektrisch mit sämtlichen der mindestens zwei Wärmesenken verbunden ist. Daher können Spannungsquellen zwischen dem gemeinsamen Anschlussleiter und jedem der Anschlussleiter, die jeweils elektrisch mit den mindestens zwei Wärmesenken verbunden sind, angeordnet werden. Daher können die auf den mindestens zwei Wärmesenken angebrachten LED-Plättchen getrennt betrieben werden, indem die jeweiligen Spannungsquellen angeschaltet oder abgeschaltet werden. Daher ist es möglich, mehrfarbiges Licht zu verkörpern.
  • Außerdem können die LED-Plättchen LED-Plättchen beinhalten, welche jeweils eine erste Wellenlänge des Lichts, eine zweite Wellenlänge des Lichts und eine dritte Wellenlänge des Lichts abstrahlen. Die erste, zweite und dritte Wellenlänge können jeweils rote, grüne und blaue Wellenlängen sein. Daher ist es möglich, sieben Farben des Lichtes zu verkörpern, in dem die jeweiligen, mit den LED-Plättchen verbundenen Spannungsquellen angeschaltet oder abgeschaltet werden. Außerdem ist es möglich, anstelle des Anschaltens oder Abschaltens der Spannungsquelle durch die Regelung der auf jedes der LED-Plättchen aufgebrachten Energie noch mehr Farben des Lichtes zu verkörpern.
  • Schließlich kann eine zusätzliche Wärmesenke zusammen mit den mindestens zwei Wärmesenken angeordnet werden. Eine Zener-Diode ist auf der zusätzlichen Wärmesenke angebracht. Die Zener-Diode ermöglicht es, dass die LED-Baugruppe bei einer konstanten Spannung gehalten werden kann, wodurch die LED-Baugruppe vor statischer Elektrizität oder zu hohen Strömen („over current”) geschützt werden kann.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die obigen Aufgaben, andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, die folgendes beschreiben, klarer werden:
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die LED-Baugruppe aus dem Stand der Technik beschreibt.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, welche die LED-Baugruppe gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
  • 3 ist eine Draufsicht, welche die LED-Baugruppe von 2 illustriert.
  • 4 ist eine Ansicht des Querschnitts, welche die LED-Baugruppe von 2 illustriert.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche die LED-Baugruppe mit befestigten LED-Plättchen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert (”illustrating the LED package mounting LED dies”).
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht, welche die LED-Baugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
  • 7 ist eine explodierte perspektivische Ansicht, welche die LED-Baugruppe von 6 illustriert.
  • 8 ist eine Ansicht des Querschnitts, welche die LED-Baugruppe von 6 illustriert.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht von unten, welche einen Hauptkörper der LED-Baugruppe von 6 illustriert.
  • 10 ist eine Draufsicht, welche eine LED-Baugruppe gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht, die eine LED-Baugruppe gemäß einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 31, 71
    Hauptkörper,
    3, 35
    Wand oder Wände („septum or septa”),
    5, 51, 111
    Anschlussleiter,
    7, 7a, 7b, 41, 81, 103
    Wärmesenken
    9, 43
    reflektierende Oberflächen,
    11, 49
    Verbindungsdrähte,
    13, 47a, 47b, 47c, 105
    LED-Plättchen,
    15, 23, 63, 107
    Linsen,
    21, 61, 100
    LED-Baugruppe,
    33
    Wärmesenke aufnehmende Aussparungen,
    37
    Anschlussleiter aufnehmende Nuten,
    38
    Wärmesenke bindende Nuten,
    39
    Löcher der Anschlussleiter,
    45
    untere Teile der Wärmesenken,
    52
    innere Teile der Anschlussleiter,
    54
    äußere Teile der Anschlussleiter,
    83
    zusätzliche Wärmesenke,
    85
    Zener-Diode,
    101
    Kontaktgehäuse (”lead frame”),
    109
    Submount,
    113
    Reflektortasse
  • Bester Weg zur Durchführung der Erfindung
  • Es wird nun Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, wobei Beispiele für diese in den begleitenden Zeichnungen illustriert werden.
  • Erste Ausführungsform
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, welche die LED-Baugruppe gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert, und 3 und 4 sind eine Draufsicht und eine Ansicht des Querschnitts, welche die LED-Baugruppe von 2 illustrieren.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 sind mindestens zwei Anschlussleiter 5 und mindestens zwei Wärmesenken 7 an einem Hauptkörper 1 befestigt. Die mindestens zwei Anschlussleiter 5 umfassen ein Paar von Anschlussleitern 5, die elektrisch mit einer Spannungsquelle verbunden sind. Und die mindestens zwei Wärmesenken 7 können ein Paar sein.
  • Der Hauptkörper 1 kann durch Spritzgießen eines Plastikharzes wie z. B. Polycarbonat (PC), PCABS, PPA, Nylon, Polyethyleneterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT) oder Amodel gebildet werden. Der Hauptkörper 1 kann in einen einzigen Körper entlang mindestens einer Wand („septum”) 3 gebildet werden, welche elektrisch die mindestens zwei Wärmesenken 7 isolieren. Zusätzlich kann der Hauptkörper 1 unter Verwendung einer „insert-molding technique” an den Anschlussleiter 5 und die mindestens zwei Wärmesenken 7 befestigt werden.
  • Die mindestens zwei Wärmesenken 7 können Rohlinge („slugs”) sein und jedes hat eine obere Oberfläche zur Befestigung von LED-Plättchen. Jede der mindestens zwei Wärmesenken 7 kann auch eine reflektierende Oberfläche 9 haben, die sich von deren oberen Oberfläche erstreckt. Die mindestens zwei Wärmesenken 7, welche die reflektierende Oberfläche 9 haben, werden geeignet angeordnet, um das von den LED-Baugruppen abgestrahlte Licht effizient zu sammeln. Die mindestens zwei Wärmesenken 7 bestehen aus elektrisch und thermisch leitfähigen Materialien. Beispielsweise können die mindestens zwei Wärmesenken 7 aus Kupfer (Cu), Gold, Silber (Ag), Siliziumcarbid (SiC) oder Aluminium (Al) bestehen. Da jede der mindestens zwei Wärmesenken 7 leitfähig ist, kann jede der Wärmesenken 7 als eine Elektrode des LED-Plättchens verwendet werden und über Verbindungsdrähte mit den Anschlussleitern 5 verbunden werden. Die mindestens zwei Wärmesenken 7 sind voneinander getrennt. Die mindestens zwei Wärmesenken 7 können durch die mindestens eine Wand („septum”) 3 getrennt sein, die zusammen mit dem Hauptkörper 1 in einen einzelnen Körper gebildet sein können. Obwohl die voneinander getrennten Wärmesenken 7a, 7b in den 2 bis 4 gezeigt werden, können die Wärmesenken 7 eine weitaus größere Anzahl von Wärmesenken beinhalten. Zusätzlich kann die untere Oberfläche von jeder der Wärmesenken 7 eine relative breite Weite verglichen mit dessen oberer Oberfläche aufweisen, um die thermische Entspannung zu fördern.
  • Ein Paar der Anschlussleiter 5 ist elektrisch mit einer externen Spannungsquelle verbunden. Daher kann jeder der Anschlussleiter 5 eine gekrümmte Form haben, die dazu geeignet ist, auf einem gedruckten Schaltkreis („printed circuit board” (PCB)) und anderen befestigt zu werden, wie es in 2 bis 4 gezeigt ist. Obwohl die 2 bis 4 ein Paar von Anschlussleitern 5 zeigen, können weitere Anschlussleiter (nicht gezeigt) an dem Hauptkörper 1 befestigt sein. Die zusätzlichen Anschlussleiter können thermisch mit den mindestens zwei Wärmesenken 7 verbunden sein, um die thermische Entspannung zu fördern. Auch können die zusätzlichen Anschlussleiter mit der gedruckten Schaltung und anderen verbunden sein, um die LED-Baugruppe sicher zu unterstützen.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche die LED-Baugruppe illustriert, in welcher die LED-Plättchen angebracht sind.
  • Unter Bezugnahme auf 5 sind LED-Plättchen 13 auf jeder der mindestens zwei Wärmesenken 7a, 7b angebracht. Jedes der LED-Plättchen 13 ist elektrisch und direkt über eine Oberfläche des LED-Plättchens mit den Wärmesenken 7 verbunden. D. h., dass die Oberfläche von jedem der LED-Plättchen 13 mit der oberen Oberfläche der Wärmesenke 7 ohne ein Submount in Kontakt ist. Die Anzahl der LED-Plättchen, die auf jeder der mindestens zwei Wärmesenken 7 angebracht sind, kann in Abhängigkeit vom gewünschten Zweck variiert werden. Und verschiedene Arten von LED-Plättchen 13 können in Abhängigkeit vom gewünschten Zweck ausgewählt werden. Jedoch ist es bevorzugt, dass die LED-Plättchen 13, welche die gleiche Struktur haben, in einer Baugruppe montiert werden, um die Gleichförmigkeit des abgestrahlten Lichtes sicherzustellen und die Herstellungsverfahren für die LED-Baugruppe zu vereinfachen. Auch können die LED-Plättchen 13 symmetrisch zueinander angeordnet werden, um die Gleichförmigkeit des abgestrahlten Lichtes sicherzustellen.
  • Verbindungsdrähte 11 verbinden elektrisch das Paar der Anschlussleiter 5, die mindestens zwei Wärmesenken 7 und die LED-Plättchen 13. Dann kann jedes der LED-Plättchen 13 über eine andere Fläche des LED-Plättchens elektrisch mit mindestens einem der Verbindungsdrähte 11 verbunden werden. Als ein Ergebnis ist jedes der LED-Plättchen 13 elektrisch mit dem mindestens einen Verbindungsdraht 11 und der daran befestigten Wärmesenke 7 verbunden. Daher kann eine Spannungsquelle mit dem Paar von Anschlussleitern gekoppelt werden, um die LED-Plättchen mit elektrischer Energie zu versorgen. Schließlich sind die LED-Plättchen 13, die auf denselben Wärmesenken 7 angebracht sind, in Parallelschaltung miteinander verbunden, während die auf verschiedenen Wärmesenken 7 angebrachten LED-Plättchen 13 in Reihenschaltung miteinander verbunden sind. Als ein Ergebnis kann die Verbindung der LED-Plättchen 13 als eine Kombination von Parallelschaltung und Reihenschaltung zwischen dem Paar der Anschlussleiter verwirklicht werden („may be constituted in combination with in parallel and series between the pair of the lead terminals”). Eine Vielzahl von Arten für die Verbindung der Verbindungsdrähte 11 ist möglich und es ist möglich, die Verbindungsdrähte 11 so zu verbinden, dass der Eingangsstrom, der die LED-Plättchen 13 betreibt, vergleichsweise verringert werden kann.
  • Schließlich ist eine Linse 15 am Hauptkörper 1 angebracht, um die LED-Plättchen 13 zu umgeben. Die Linse 15 kann in Abhängigkeit von ihren Anwendungen eine Vielzahl von Formen aufweisen. Weiterhin kann die Linse 15 ein optisch transparentes Material beinhalten, das direkt mit den LED-Plättchen 13 verbunden ist. Das optisch transparente Material kann ein transparentes Epoxy- oder Silikon[harz] sein und ein Additiv wie z. B. ein Licht streuendes Material, ein fluoreszierendes Material und so weiter enthalten. Das streuende Material verhindert, dass die Verbindungsdrähte 11 und die LED-Plättchen 13 auf der Außenseite erscheinen, während das fluoreszierende Material eine von den LED-Plättchen 13 abgestrahlte Wellenlänge umwandelt. Und das fluoreszierende Material kann direkt auf den LED-Plättchen 13 verteilt werden. Die gewünschten Wellenlängen des Lichts werden nach außen abgestrahlt, indem das fluoreszierende Material geeignet ausgewählt wird. Beispielsweise kann das fluoreszierende Material ein Material sein, das mindestens ein Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ca, Sr, Ba und O besteht, und mindestens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, O und Si besteht, und aktiviert durch ein Element (Eu) der Cer-Gruppe.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die LED-Baugruppe, die einen hohen Lichtstrom hat, bereitgestellt, die mindestens zwei Wärmesenken 7 verwendet, und bei der eine Vielzahl von LED-Plättchen 13 in einer LED-Baugruppe verwendet werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • 6 is eine perspektivische Ansicht, welche die LED-Baugruppe 21 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Und 7 und 8 sind jeweils eine explodierte Darstellung von 6 und eine Querschnittsansicht von 6 ohne Linse. Außerdem ist 9 eine perspektivische Ansicht von unten, welche den Hauptkörper von 6 illustriert. In der zweiten Ausführungsform ist im Detail die LED-Baugruppe 21 beschrieben, die drei Wärmesenken und vier Anschlussleiter aufweist. Jedoch ist die Anzahl der Wärmesenken und der Anschlussleiter durch die obige Beschreibung nicht begrenzt. Das bedeutet, dass es für die LED-Baugruppe 21 möglich ist, zwei Wärmesenken und drei Anschlussleiter zu haben. Auch kann die LED-Baugruppe 21 eine weitaus größere Anzahl von Wärmesenken und Anschlussleitern aufweisen.
  • In den 6 bis 9 sind Anschlussleiter 51 und Wärmesenken 41 an einem Hauptkörper 31 befestigt, wie es unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben ist.
  • Der Hauptkörper 31 kann durch Spritzgießen eines Plastikharzes gebildet werden, wie es unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben ist. Der Hauptkörper 31 ist als ein einzelner Körper zusammen mit Trennwänden („septa”) 35, welche die Wärmesenken 41 elektrisch isolieren, gebildet. Zusätzlich ist der Hauptkörper 31 unter Verwendung einer „insert-molding technique” an den Anschlussleitern 51 und den Wärmesenken 41 befestigt. Der Hauptkörper 31 kann eine Ausnehmung 33 für die Aufnahme von Wärmesenken aufweisen und die Ausnehmungen 33 für die Aufnahme von Wärmesenken können durch die Wände („septa”) 35 getrennt sein. Die aufnehmenden Ausnehmungen 33 können Löcher sein, die durch den Hauptkörper hindurchgehen, wie es in den Zeichnungen gezeigt ist.
  • Nuten 37 für die Aufnahme von Anschlussleitern können auf die obere Oberfläche des Hauptkörpers 31 platziert werden. Die Nuten 37 für die Aufnahme von Anschlussleitern können entlang der Umfangsrichtung des Hauptkörpers 31 angeordnet sein, wie es in den Zeichnungen gezeigt ist. Die Anschlussleiter 51 sind jeweils an den Nuten 37 zur Aufnahme der Anschlussleiter befestigt. Die endständigen Anschlusslöcher (”lead terminal holes”) 39, die sich in der seitlichen Wand des Hauptkörpers 31 befinden, können jeweils mit den Nuten 37 zur Aufnahme von Anschlussleitern verbunden sein. Die Anschlussleiter 51, die auf den Nuten 37 zur Aufnahme von Anschlussleitern befestigt sind, ragen durch die endständigen Anschlusslöcher 39 hindurch.
  • Wie es in 9 gezeigt ist, werden ausgesparte (”recessed”), die Wärmesenken bindende Nuten 38 auf der unteren Oberfläche des Hauptkörpers 31 platziert. Die die Wärmesenken bindenden Nuten 38 können entlang der Umfangsrichtung des Hauptkörpers 31 angeordnet sein. Und die die Wärmesenken bindenden Nuten 38 können durch die Wände („septa”) 35 voneinander getrennt sein. Außerdem sind die die Wärmesenken bindenden Nuten 38 jeweils mit den die Wärmesenken aufnehmenden Aussparungen 33 verbunden.
  • Die Wärmesenken 41 sind mit den die Wärmesenken 38 bindenden Nuten 38 verbunden und sind durch die die Wärmesenken aufnehmenden Ausbuchtungen 33 dem oberen Teil des Hauptkörpers 31 ausgesetzt. In diesem Fall sind die unteren Teile 45 der Wärmesenken 41 mit den die Wärmesenken bindenden Nuten 38 verbunden. Wie es unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben ist, können die Wärmesenken 41 Rohlinge/Blöcke sein, von denen jeder eine obere Oberfläche zur Befestigung der LED-Plättchen 47a, 47b und 47c hat. Außerdem kann jede der Wärmesenken 41 eine reflektierende Oberfläche 43 haben, die sich von deren oberer Oberfläche erstreckt und aus einem elektrisch und thermisch leitenden Material gebildet ist, wie es unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben ist. Die unteren Oberflächen der Wärmesenken 41 haben relativ weite Breiten verglichen mit den oberen Oberflächen, auf denen die LED-Plättchen 47a, 47b und 47c befestigt sind, wodurch die thermische Entspannung gefördert wird. Auch können die unteren Oberflächen der Wärmesenken 41 nach außen ragen, wie es in 8 gezeigt ist, um die thermische Entspannung zu fördern. Schließlich werden, wie es oben beschrieben ist, die Wärmesenken 41 unter Verwendung einer Formgebungstechnik „insert-molded”, während der Hauptkörper 31 gebildet wird.
  • Jeder der Anschlussleiter 51 beinhaltet einen inneren Teil 52 und einen äußeren Teil 54. Die inneren Teile 52 der Anschlussleiter 51 sind an den jeweiligen Nuten 37 für die Aufnahme der Anschlussleiter des Hauptkörpers 31 befestigt und können die Form von Haken haben, um nicht vom Hauptkörper 31 los gelöst zu sein. Verglichen mit den inneren Teilen 52 können die äußeren Teile 54 der Anschlussleiter 51 gekrümmte Formen aufweisen, die dazu geeignet sind, auf einen gedruckten Schaltkreis und anderes montiert zu werden. Die äußeren Teile 54 der Anschlussleiter 51 erstrecken sich nach außen und treten durch die Löcher 39 für die Anschlussleiter des Hauptkörpers 31. Schließlich werden, wie es oben beschrieben ist, die Anschlussleiter 51 unter Verwendung einer Formgebungstechnik ”insert-molded”, während der Hauptkörper 31 gebildet wird.
  • Die LED-Plättchen 47a, 47b und 47c werden auf den Wärmesenken 41 angebracht. Wie es in den 6 bis 8 gezeigt ist, können die LED-Plättchen 47a, 47b und 47c eines nach dem anderen auf den Wärmesenken 41 angebracht sein. Jedoch ist durch die obige Beschreibung die Anzahl der auf jeder der Wärmesenken 41 befestigten LED-Plättchen nicht beschränkt und es können eine viel größere Anzahl von LED-Plättchen auf jeder der Wärmesenken 41 befestigt sein. Die LED-Plättchen 47a, 47b und 47c beinhalten LED-Plättchen, die jedes unterschiedliche Wellenlängen von Licht abstrahlen. Das bedeutet, dass die LED-Plättchen 47a, 47b und 47c eine erste Gruppe enthalten können, die eine erste Wellenlänge des Lichtes abstrahlen, eine zweite Gruppe, die eine zweite Wellenlänge des Lichtes abstrahlen und eine dritte Gruppe, die eine dritte Wellenlänge des Lichtes abstrahlen. Die erste, zweite und dritte Wellenlänge können jeweils rote, grüne und blaue Wellenlängen sein. Zusätzlich können die erste, zweite und dritte Gruppe jeweils auf den Wärmesenken 41 befestigt sein. Zur bequemeren Beschreibung werden die Wärmesenken 41, auf denen die erste, zweite und dritte Gruppe befestigt sind, jeweils als eine erste Wärmesenke, eine zweite Wärmesenke und eine dritte Wärmesenke bezeichnet. Die mehrfarbiges Licht verkörpernden LED-Baugruppen, welche die LED-Plättchen 47a, 47b und 47c verwenden, werden unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
  • 10 ist eine Draufsicht, welche die LED-Baugruppe 21 mit Verbindungsdrähten, die gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Verbindungsdrähten verbunden sind, illustriert.
  • Unter Bezugnahme auf 10 sind die Wärmesenken 41, die Anschlussleiter 51 und die LED-Plättchen 47a, 47b und 47c mittels Verbindungsdrähten 49 miteinander verbunden. In diesem Fall sind die erste, zweite und dritte Wärmesenke 41 elektrisch jeweils mit den Anschlussleitern 51 verbunden. Zur bequemeren Beschreibung werden die Anschlussleiter 51, die mit der ersten, zweiten und dritten Wärmesenke 41 verbunden sind, jeweils als ein erster Anschlussleiter, ein zweiter Anschlussleiter und ein dritter Anschlussleiter definiert. Schließlich beinhalten die Anschlussleiter 51 einen gemeinsamen Anschlussleiter, der elektrisch mit allen der ersten, zweiten und dritten Wärmesenken 41 verbunden ist, zusätzlich zu den ersten, zweiten und dritten Anschlussleitern. Noch genauer ist ein negativer gemeinsamer Anschlussleiter (–) über die Verbindungsdrähte 49 mit der ersten, zweiten und dritten Wärmesenke 41 verbunden, während positive Anschlussleiter (+) über die Verbindungsdrähte 49 mit den jeweiligen LED-Plättchen 47a, 47b und 47c verbunden sind, wie es in 10 gezeigt ist. Daher können die auf einer Wärmesenke befestigten LED-Plättchen mit einer Spannungsquelle verbunden werden, die unterschiedlich zu der ist, welche mit den an einer anderen Wärmesenke befestigten LED-Plättchen verbunden ist. Das bedeutet, dass drei Spannungsquellen zwischen dem gemeinsamen Anschlussleiter und jedem der ersten, zweiten und dritten Anschlussleiter verbunden sind. Als ein Ergebnis können vielfarbige Lichter aus der LED-Baugruppe 21 durch Regelung von ON/OFF der Spannungsquellen geregelt werden. Beispielsweise kann, wenn zwischen dem ersten Anschlussleiter und dem gemeinsamen Anschlussleiter eine Spannungsquelle eingeschaltet wird und die anderen Spannungsquellen ausgeschaltet werden, die erste Gruppe von Licht abgestrahlt werden. Wenn die drei Spannungsquellen angeschaltet werden, können sämtliche der ersten, zweiten und dritten Gruppen von Licht abgestrahlt werden, um weißes Licht zu verkörpern. Schließlich kann eine viel größere Zahl von Farben dadurch verkörpert werden, dass die den jeweiligen LED-Plättchen 47a, 47b und 47c zugeführte elektrische Energie geregelt wird, statt der Regelung von ON/OFF der Spannungsquellen. Die Menge an elektrischer Energie, die den jeweiligen LED-Plättchen 47a, 47b und 47c zugeführt wird, kann durch Regelung der Menge an Strom oder Spannung, die den jeweiligen LED-Plättchen zugeführt werden, geregelt werden. Ein Regler (nicht gezeigt) kann mit der LED-Baugruppe 21 verbunden sein, um ON/OFF der Spannungsquellen zu regeln oder die elektrische Energie zu regeln. Schließlich können die Wärmesenken 41, die Anschlussleiter 51 und die LED-Plättchen 47a, 47b und 47c durch die Verbindungsdrähte 49 auf eine Vielzahl von Verbindungsarten miteinander verbunden werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 ist eine Linse 23 an dem Hauptkörper 31 angebracht, um die LED-Plättchen 47a, 47b und 47c zu umschließen, wie es unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist. Die Linse 23 kann je nach Anwendungen verschiedene Formen haben und ein transparentes Material beinhalten, das direkt mit den LED-Plättchen 47a, 47b und 47c verbunden ist, wie es unter Bezugname auf 5 beschrieben ist.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die vielfarbige LED-Baugruppe mit einem hohen Lichtstrom bereitgestellt, welche die mindestens zwei Wärmesenken 41 verwendet und in der eine Vielzahl von LED-Plättchen 47a, 47b und 47c angebracht sind, welche in der Lage sind, voneinander verschiedene Wellenlängen des Lichtes in einer LED-Baugruppe abzustrahlen.
  • Dritte Ausführungsform
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht, die eine LED-Baugruppe 61 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
  • Unter Bezugnahme auf 11 sind die Anschlussleiter 51 und Wärmesenken 81 an einem Hauptkörper 71 befestigt und die LED-Plättchen 47a, 47b und 47c sind auf den Wärmesenken 81 montiert, wie es unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 beschrieben ist. Jedoch beinhaltet die LED-Baugruppe 61 eine zusätzliche Wärmesenke 83, die sich von der LED-Baugruppe 21 der zweiten Ausführungsform unterscheidet. Daher sind Ausnehmungen für die Aufnahme von Wärmesenken, die Wärmesenke bindende Nuten („heat sink binding grooves”) und Wände („septa”) 75 des Hauptkörpers 71 unterschiedlich von den in 6 bis 9 gezeigten angeordnet. Das heißt, dass eine aufnehmende Ausnehmung zur Aufnahme der zusätzlichen Wärmesenke 83 und eine bindende Nut (”binding groove”) zur Bindung der zusätzlichen Wärmesenke 83 bereitgestellt werden.
  • Eine Zener-Diode 85 ist auf der zusätzlichen Wärmesenke 83 befestigt. Die Zener-Diode 85 ermöglicht es, dass die LED-Baugruppe 61 auf einer konstanten Spannung gehalten wird. Schließlich können vielfarbige Lichter von der LED-Baugruppe 61 verkörpert werden, indem die Anschlussleiter 51, die Wärmesenken 81, die LED-Plättchen 47a, 47b und 47c, und die Zener-Diode 85 mittels Verbindungsdrähten (nicht gezeigt) geeignet miteinander verbunden werden. Als ein Ergebnis ist es durch die Zener-Diode 85 möglich, die LED-Baugruppe 61 vor statischer Elektrizität oder einer plötzlichen Änderung des Stromes zu schützen, wodurch die Verlässlichkeit der Produkte erhöht wird.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine LED-Baugruppe, die eine hohen Lichtstrom aufweist, zur Verfügung gestellt, die mindestens zwei Wärmesenken 7 verwendet, wobei die Vielzahl der LED-Plättchen ohne ein Submount in einer LED-Baugruppe angeordnet sind. Außerdem wird dadurch, dass Wärmesenken aus elektrisch leitenden Materialien verwendet werden, eine LED-Baugruppe zur Verfügung gestellt, die mittels vereinfachter Herstellungsverfahren hergestellt werden kann. Und außerdem ist es möglich, eine LED-Baugruppe mit einem hohen Lichtstrom bei relativ niedrigem Eingangsstrom bereitzustellen, da die Wärmesenken voneinander getrennt sind und daher die LED-Plättchen auf verschiedene Verbindungsweisen miteinander verbunden sind. Darüber hinaus ist es möglich, eine LED-Baugruppe mit hohem Lichtstrom bereitzustellen, welche mehrfarbiges Licht verkörpert, indem LED-Plättchen, die verschiedene Wellenlängen von Licht abstrahlen, in einer LED-Baugruppe montiert sind.

Claims (13)

  1. Eine Licht abstrahlende Dioden-Baugruppe (21, 61) hoher Leistung, umfassend: einen Hauptkörper (1, 31, 71); mindestens zwei Anschlussleiter (5, 51), die an dem Hauptkörper (1, 31, 71) befestigt sind; und mindestens zwei Wärmesenken (7, 41, 81) aus elektrisch und thermisch leitenden Materialien, wobei die Wärmesenken (7, 41, 81) voneinander getrennt sind und an dem Hauptkörper (1, 31, 71) befestigt sind gekennzeichnet durch mindestens ein Licht abstrahlendes Dioden-Plättchen (13, 47), das auf oberen Oberflächen der mindestens zwei Wärmesenken (7, 41, 81) angebracht ist, wobei das Plättchen (13, 47) direkt und elektrisch über eine Oberfläche des Plättchens (13, 47) mit den Wärmesenken (7, 41, 81) verbunden ist, und wobei die mindestens zwei Anschlussleiter von der Wärmesenke beabstandet sind.
  2. Baugruppe nach Anspruch 1, worin jede der mindestens zwei Wärmesenken (7, 41, 81) eine reflektierende Oberfläche (9, 43) hat, die sich von einer oberen Oberfläche hiervon erstreckt.
  3. Baugruppe nach Anspruch 1, worin die mindestens zwei Wärmesenken (7, 41, 81) ein Paar sind.
  4. Baugruppe nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Verbindungsdrähte, die elektrisch die mindestens zwei Anschlussleiter, die mindestens zwei Wärmesenken (7, 41, 81) und das mindestens eine, Licht abstrahlende Dioden-Plättchen (13, 47) verbinden.
  5. Baugruppe nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Linse, die an dem Hauptkörper angebracht ist, wobei die Linse das mindestens eine Licht abstrahlende Dioden-Plättchen (13, 47) umfasst.
  6. Baugruppe nach Anspruch 5, worin die Linse ein optisch transparentes Material beinhaltet, das direkt mit dem mindestens einen, Licht abstrahlenden Dioden-Plättchen (13, 47) verbunden ist.
  7. Baugruppe nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: ein fluoreszierendes Material, welches die Wellenlänge des von dem mindestens einen Licht abstrahlenden Dioden-Plättchen (13, 47) abgestrahlten Lichtes umwandelt.
  8. Baugruppe nach Anspruch 1, umfassend: Licht abstrahlende Dioden-Plättchen, die auf den jeweiligen Wärmesenken (7, 41, 81) montiert sind, wobei die Licht abstrahlenden Dioden-Plättchen (13, 47) Licht von verschiedenen Wellenlängen abstrahlen.
  9. Baugruppe nach Anspruch 8, worin die mindestens zwei Anschlussleiter beinhalten: Anschlussleiter, die elektrisch jeweils mit den mindestens zwei Wärmesenken (7, 41, 81) verbunden sind; und einen gemeinsamen Anschlussleiter, der mit sämtlichen der mindestens zwei Wärmesenken (7, 41, 81) verbunden ist.
  10. Baugruppe nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: eine zusätzliche Wärmesenke (83); und eine Zener-Diode (85), die auf der zusätzlichen Wärmesenke (83) montiert ist.
  11. Baugruppe nach Anspruch 8, worin die Licht abstrahlenden Dioden-Plättchen (13, 47) Licht abstrahlende Dioden-Plättchen (13, 47) umfassen, die jeweils eine erste Wellenlänge des Lichts, eine zweite Wellenlänge des Lichts und eine dritte Wellenlänge des Lichts abstrahlen.
  12. Baugruppe nach Anspruch 11, worin die erste Wellenlänge, die zweite Wellenlänge und die dritte Wellenlänge jeweils eine rote Wellenlänge, eine grüne Wellenlänge und eine blaue Wellenlänge sind.
  13. Ein Licht abstrahlendes Diodensystem, umfassend: die Licht abstrahlende Dioden-Baugruppe nach Anspruch 9 oder Anspruch 10; und einen Regler zur Regelung der der Licht abstrahlenden Dioden-Baugruppe zugeführten elektrischen Energie, worin der Regler die Menge des den jeweiligen Wärmesenken (7, 41, 81) zugeführten Stromes regelt.
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