DE102004009998B4 - Licht ausstrahlende Diode und Licht ausstrahlende Diodenvorrichtung umfassend eine Licht ausstrahlende Diode - Google Patents
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Abstract
Licht ausstrahlende Diode (20), umfassend:
eine Basis (21, 31, 41), die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und ein rechteckiges Parallelepiped aufweist;
eine Leiterplatte (22), die aus einem isolierenden Material hergestellt und an einer oberen Oberfläche der Basis (21, 31, 41) befestigt ist, wobei
die Leiterplatte (22) eine Öffnung (22b) aufweist, welche eine Montagefläche (21c) auf der oberen Oberfläche der Basis (21, 31, 41) freilegt;
leitende Muster (23, 24), welche Anoden- und Kathoden-Muster aufweisen, die auf der Leiterplatte (22) ausgebildet sind;
ein Licht ausstrahlendes Diode-Element (25), welches eine Anode und eine Kathode an einer oberen Oberfläche des Licht ausstrahlenden Diode-Elementes (25) aufweist, und auf der oberen Oberfläche der Basis (21, 31, 41) an der Montagefläche (21c) befestigt ist; und
Verbindungsmittel (26a–26d) für das elektrische Verbinden des Licht ausstrahlenden Diode-Elements mit den leitenden Mustern,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungsmittel (26a, 26d) vier...
eine Basis (21, 31, 41), die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und ein rechteckiges Parallelepiped aufweist;
eine Leiterplatte (22), die aus einem isolierenden Material hergestellt und an einer oberen Oberfläche der Basis (21, 31, 41) befestigt ist, wobei
die Leiterplatte (22) eine Öffnung (22b) aufweist, welche eine Montagefläche (21c) auf der oberen Oberfläche der Basis (21, 31, 41) freilegt;
leitende Muster (23, 24), welche Anoden- und Kathoden-Muster aufweisen, die auf der Leiterplatte (22) ausgebildet sind;
ein Licht ausstrahlendes Diode-Element (25), welches eine Anode und eine Kathode an einer oberen Oberfläche des Licht ausstrahlenden Diode-Elementes (25) aufweist, und auf der oberen Oberfläche der Basis (21, 31, 41) an der Montagefläche (21c) befestigt ist; und
Verbindungsmittel (26a–26d) für das elektrische Verbinden des Licht ausstrahlenden Diode-Elements mit den leitenden Mustern,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungsmittel (26a, 26d) vier...
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Licht ausstrahlende Diode (LED) großer Helligkeit, die ein Licht ausstrahlendes Diode-Element (LED-Elementumfasst, und auf ein Verfahren für das Herstellen der LED und insbesondere auf das LED-Element und die Licht ausstrahlende Vorrichtung, die in Bezug auf eine Wärmeabstrahlung verbessert ist.
- Das LED-Element aus einem Verbindungshalbleiter wird durch seine lange Lebensdauer und die kleine Größe verbreitet verwendet. Weiterhin wurde ein LED-Element aus einem GaN-Halbleiter, das blaues Licht ausstrahlt, produziert, und die LED, die ein solches LED-Element umfasst, als eine kleine Hintergrundbeleuchtung bei einem tragbaren Telefon und einer Fahrzeuganzeige verwendet wird, wobei das Feld der Verwendung in der hohe Helligkeit und eine hohe Leistung aufweist, ausgedehnt wird.
- In den letzten Jahren wurden durch die Massenproduktion und die Miniaturisierung der LED verschiedene LEDS für die Oberflächenmontage produziert. Wenn jedoch solche LEDS bei hoher Helligkeit und hoher Leistung betrieben werden, 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 Lichtausstrahlungseffi zienz (die Effizienz der Umwandlung des Stroms in Licht) der LED nimmt ab, wenn die Temperatur der LED hoch ist. Weiterhin verkürzt sich die Lebensdauer des LED-Elements, und die Transparenz der Harzabdeckung des LED-Elements nimmt durch eine Farbänderung dieser bei hoher Temperatur ab, was bewirkt, dass die Zuverlässigkeit der LED reduziert wird.
- Um diese Probleme zu lösen, sind verschiedene Wärmeabstrahlvorrichtungen vorgeschlagen worden. Als eine Vorrichtung wurde eine LED vorgeschlagen, bei dem ein Paar von leitenden Elementen, die aus einem wärmeleitenden Metall hergestellt sind, an einem Isolationselement befestigt werden, und bei dem ein LED-Element auf den leitenden Elementen montiert wird. Die offengelegte japanische Patentanmeldung
JP 11-307 820 -
16 ist eine perspektivische Ansicht, die die konventionelle LED zeigt. - Die LED
1 umfasst ein Paar leitende Elemente2a und2b , die aus einem Metall hergestellt sind, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, ein Isolationselement3 , das aus einem Harz hergestellt ist, für das Isolieren der leitenden Elemente2a und2b und das Kombinieren der Elemente. Das Isolationselement3 weist eine Öffnung3a , die eine länglich kreisförmige Form besitzt, auf. Ein Teil jeder der leitfähigen Elemente2a ,2b ist in der Öffnung freigelegt. Ein LED-Element4 ist an den freigelegten Teilen der leitenden Elemente2a ,2b befestigt, so dass das LED-Elemente4 elektrisch und thermisch mit den leitenden Elementen2a und2b verbunden ist. Das LED-Element4 ist durch ein transparentes Abdichtelement5 eingekapselt. - Die LED
1 ist auf einem Drucksubstrat6 montiert, und die leitenden Elemente2a und2b sind mit einem Paar leitender Muster6a und6b durch Lot verbunden. - Wenn ein Ansteuerstrom an das LED-Element
4 von den Mustern6a und6b durch die leitenden Elemente2a und2b angelegt wird, so strahlt das LED-Element4 Licht ab. Die Wärme, die in dem LED-Element4 durch einen Leistungsverlust erzeugt wird, wird zum Drucksubstrat6 durch die leitenden Elemente2a und2b übertragen, so dass die Wärme effizient vom Drucksubstrat6 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
JP 2002-252 373 A -
17 ist eine Schnittansicht, die die konventionelle LED zeigt. Die LED10 umfasst eine Basis11 und ein Paar Leiterrahmen12a und12b , die aus demselben leitenden Material hergestellt und sicher auf einem Drucksubstrat16 durch Lot17 montiert sind, so dass die Basis11 und die Leiterrahmen12a ,12b auf derselben Ebene positioniert und thermisch miteinander kombiniert sind. Ein LED-Element13 ist auf dem Boden der Basis11 montiert, um somit thermisch mit der Basis11 verbunden zu werden. - Die Anode und die Kathode des LED-Elementes
13 sind elektrisch mit den Leiterrahmen12a ,12b durch Leiterdrähte14a und14b verbunden. Ein transparentes Harz15 kapselt das LED-Element13 , die Leiterrahmen12a ,12b und die Drähte14a ,14b ein. - Wenn ein Ansteuerstrom an das LED-Element
13 von dem Drucksubstrat16 durch die Leiterrahmen12a und12b angelegt wird, so sendet das LED-Element13 Licht aus. Die Wärme, die in dem LED-Element13 durch einen Leistungsverlust erzeugt wird, wird durch die Basis11 auf das Drucksubstrat16 übertragen, so dass die Wärme effizient vom Drucksubstrat16 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. - In der LED, das in
16 gezeigt ist, kann, wenn das Drucksubstrat6 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 des LED-Elementes erhöht und die Qualität der LED 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 Me tallkern um ein leitendes Material handelt. Die Isolationsschicht reduziert jedoch die Wärmeleitfähigkeit und erniedrigt die Wärmeabstrahlungswirkung.
- Die LED
10 der17 weist ebenfalls dieselben Probleme wie die LED der16 auf. Da die Basis direkt am Drucksubstrat16 befestigt wird, muss die Wärmeleitung von der Basis zum Drucksubstrat16 wirksam sein. Wenn jedoch das Drucksubstrat16 aus Epoxidharz hergestellt ist, so kann keine Wärmeabstrahlungswirkung erwartet werden. Wenn weiterhin die leitenden Durchgangsöffnungen zwischen der Basis11 und den Wärmeabstrahlungselementen, die an der Unterseite des Drucksubstrats16 angeordnet sind, vorgesehen sind, ist die Wärmeverbindung zwischen ihnen nicht so wirksam, und somit kann keine große Verbesserung der Wärmeabstrahlung erzielt werden. -
WO 02/097 884 A1 -
US 6 498 355 B1 beschreibt eine Anordnung von Licht ausstrahlenden Dioden umfassend ein Metallsubstrat, ein auf dem Metallsubstrat vorgesehenes elektrische Layer, ein auf dem Metallsubstrat vorgesehenes wärmeleitende Element, und eine lichtausstrahlende Diode, die auf dem wärmeleitenden Element durch thermische Verbindung befestigt ist. -
US 6 501 103 B1 beschreibt eine Anordnung von Licht ausstrahlenden Dioden, die ein wärmeabstrahlendes Substrat, eine auf dem wärmeabstrahlenden Substrat angeordnete Wärmeabstrahlungsplatte, einen auf der Wärmeabstrahlungsplatte angeordneten Chip, und eine Leiterplatte aufweist. -
DE 43 36 961 C2 beschreibt eine Wärmeübertragungsvorrichtung umfassend eine Wärmeleitfolie und eine Metallfolie, die auf der Wärmeleitfolie angeordnet ist. - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine LED, die eine ausgezeichnete Wärmeabstrahlungseigenschaft aufweist, bereit zu stellen.
- Eine andere Aufgabe besteht darin, eine LED großer Helligkeit unter Verwendung eines Drucksubstrats für das Montieren der LED großer Helligkeit, bei dem das Material des Drucksubstrats nicht eingeschränkt ist, bereit zu stellen.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine LED, die eine 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, ein LED-Element, das an der Basis an der Montagefläche befestigt ist, und Verbindungsmittel für das elektrische Verbinden des LED-Elementes 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 LED-Elementes vorgesehen.
- Kühlrippen sind auf der Wärmeabstrahlungsoberfläche der Basis für das Erhöhen der Wärmeabstrahlungswirkung vorgesehen.
- Es wird ferner eine Licht ausstrahlende Vorrichtung vorgesehen.
- Die LED 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. Weiterhin umfasst die LED 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 und ein LED-Element, das an der Basis an der Montagefläche befestigt ist. Weiterhin umfasst die LED Verbindungsmittel für das elektrische Verbinden des LED-Elementes mit den leitenden Mustern und 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 LED-Element ausstrahlenden Chip ausgestrahlt wird, auf, und ein Wärmeabstrahlungselement ist an einer Unterseite der Basis befestigt.
- Eine andere LED 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. Weiterhin umfasst die LED 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 und ein LED-Element, das an der Basis an der Montagefläche befestigt ist. Weiterhin umfasst die LED Verbindungsmittel für das elektrische Verbinden des LED-Elementes mit den leitenden Mustern, Wärmehohlleiter, die von einer Seitenwand der Basis vorstehen, und ein Wärmeabstrahlungselement, das an den Enden der Wärmehohlleiter befestigt ist.
- Eine Licht abstrahlende Vorrichtung weist eine Vielzahl von LEDs auf, wobei jede LED eine Basis, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und eine flache Plattenform und eine Wärmeabstrahlungsoberfläche, die auf einer ihrer Oberflächen ausgebildet ist, aufweist. Weiterhin weist die LED 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, ein LED-Element, das an der Basis an der Montagefläche befestigt ist und Verbindungsmittel für das elektrische Verbinden des LED-Elementes mit den leitenden Mustern, auf. Die Licht ausstrahlende Vorrichtung weist ein Wärmeabstrahlungselement, das aus einem flexiblen Material hergestellt ist, auf, und die LEDs werden auf einer Oberfläche des Wärmeabstrahlungselements abgestützt.
- Die vorliegende Erfindung liefert weiter ein Verfahren für das Herstellen von LEDS, das die Schritte des Herstellens einer Leiterplattenaggregation, die eine Vielzahl von Abschnitten aufweist, des Herstellens 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 eines LED-Elementes auf der Leiterplattenaggregation an der Montageöffnung, des elektrischen Verbindens des LED-Elementes mit den leitenden Mustern durch Drähte, des Einkapselns des LED-Elementes und der Drähte durch ein Einkapselungselement, und des Zerteilens der Aggregation der LEDS umfasst.
- Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine perspektivische Ansicht einer LED großer Helligkeit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II der1 ; -
3 ist eine perspektivische Ansicht einer LED großer Helligkeit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
4 ist eine perspektivische Ansicht einer LED großer Helligkeit gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
5 ist eine perspektivische Ansicht einer LED großer Helligkeit gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
6 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie VI-VI der5 ; -
7 ist eine Schnittansicht einer LED 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 eines LED-Elements 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 eine konventionelle LED zeigt; und -
17 ist eine Schnittansicht, die ein konventionelles LED zeigt. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
1 ist eine perspektivische Ansicht einer LED großer Helligkeit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und2 ist eine Schnittansicht entlang eine Linie II-II der1 . - Die LED
20 großer Helligkeit umfasst eine Basis21 , die ein rechteckiges Parallelepiped aufweist und aus einem Metallkernmaterial aus einer Kupferlegierung, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, hergestellt ist, und eine Leiterplatte22 , die an der oberen Oberfläche der Basis durch Haftmittel22a gegenüber einer Wärmeabstrahlungsoberfläche21a auf der Unterseite befestigt ist. Die Leiterplatte ist kunststoffimprägniert und weist eine Isolationsqualität auf. - Ein Paar leitender Muster
23 und24 sind auf der Leiterplatte22 durch eine Kupferfolie ausgebildet. Die leitenden Muster23 und24 weisen Anschlussabschnitte23a ,23b ,24a und24b an den jeweiligen Ecken als Verbindungsoberflächen auf. Die Anschlussabschnitte23a ,23b ,24a und24b sind gegenüber der Wärmeabstrahlungsoberfläche21a der Basis21 zwischen der Leiterplatte22 und der Basis21 angeordnet. - Eine Montageöffnung
22b , die eine kreisförmige Form aufweist, ist in der Leiterplatte22 ausgebildet, um eine Montagefläche21c der oberen Oberfläche der Basis21 frei zu legen. Ein LED-Element25 ist auf der Montagefläche21c montiert und an der Fläche durch eine Silberpaste25a , die eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, befestigt. Somit ist die LED-Element25 thermisch mit der Basis21 durch die Silberpaste25a verbunden. - Ein Paar Anoden und ein Paar Kathoden (nicht gezeigt) sind elektrisch mit den leitenden Mustern
23 ,24 durch vier Leiterdrähte26a ,26b ,26c und26d verbunden. Um eine LED großer Helligkeit zu verwirklichen, ist ein großer Ansteuerstrom notwendig. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, einen hohen Strom an die Anoden und Kathoden des LED-Elementes durch jeweils zwei Drähte anzulegen. Das LED-Element25 , die Leiterdrähte26a –26d und ein Teil der Leiterplatte22 sind durch ein Einkapselungselement27 eingekapselt, um diese Elemente zu schützen. - Wenn eine Ansteuerspannung an die leitenden Muster
23 und24 angelegt wird, so wird die Spannung an das LED-Element25 durch die Drähte26a –26d angelegt. Somit wird das LED-Element25 angesteuert, um Leistung zu verbrauchen, um Energie zu erzeugen. Ein Teil der Energie wird zu Licht, das abgegeben wird und durch das Einkapselungselement27 hindurchgeht, und ein großer Teil der Energie wird zu Wärme, die von dem LED-Element abgegeben wird. Die Wärme des LED-Elementes wird durch die Silberpaste25a zur Basis21 , die eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweist, überführt. Somit wird die Wärme effizient zur Basis21 überführt. - Wenn ein Wärmeabstrahlungselement, das eine große Wärmekapazität aufweist, an der die Wärme abstrahlenden Oberfläche
21a der Unterseite der Basis21 angehaftet wird, so wird die Wärme der Basis21 auf das Wärmeabstrahlungselement über führt, um somit eine effiziente Wärmeabstrahlung zu verwirklichen. - In dieser Ausführungsform wird die Basis
21 , obwohl nur ein LED-Element vorgesehen ist, in Form einer länglichen Platte ausgebildet, so dass eine Vielzahl von LED-Elementen auf der Basis montiert werden können. Weiterhin können eine Vielzahl von Leiterplatten22 an der oberen Oberfläche der Basis21 befestigt werden, um somit die Montagefläche21c auszubilden. -
3 ist eine perspektivische Ansicht eine LED 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 und2 bezeichnet. - Die LED
30 großer Helligkeit weist eine Basis31 auf, die ein rechteckiges Parallelepiped besitzt und aus einem Metallkernmaterial aus einer Kupferlegierung, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, hergestellt ist. Eine Leiterplatte22 ist an der oberen Oberfläche der Basis31 durch Haftmittel befestigt. Da die Leiterplatte22 , das LED-Element25 und das Einkapselungselement27 dieselben wie in der ersten Ausführungsform sind, wird ihre Erläuterung nachfolgend weggelassen. - Es ist eine Vielzahl von parallelen Kühlrippen
31a auf der Unterseite der Basis31 ausgebildet, um die Wärmeabstrahlfläche zu erhöhen. - Wenn die Ansteuerspannung an das LED-Element
25 angelegt wird, so wird das LED-Element25 angesteuert, um die Leistung zu konsumieren, um Energie zu erzeugen. Ein Teil der Energie wird zu Licht, das hindurchgehend durch das Element27 abgegeben wird, und ein großer Teil der Energie wird zu Wärme, die von dem LED-Element abgegeben wird. Die Wärme des LED-Elementes wird wirksam zur Basis31 überführt. Da eine Vielzahl von Kühlrippen31a auf der Unterseite der Basis31 vorgesehen sind, wird die Wärme wirksam abgestrahlt, um das LED-Element25 zu kühlen. Wenn ein Kühlgebläse vorgesehen ist, um das LED-Element25 zu kühlen, so wird die Wärmeabstrahlung effizienter durchgeführt. Die Kühlrippen können auf Seitenwänden der Basis31 ausgebildet werden. -
4 ist eine perspektivische Ansicht einer LED 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 und2 bezeichnet, und es wird ihre Erläuterung weggelassen. - Die LED
40 großer Helligkeit weist eine Basis41 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 Basis41 parallel mit der Unterseite der Basis ausgebildet. Es ist vorteilhaft, wenn die Öffnung41a gelocht ist. Wenn ein wärmeleitendes Material in die Öffnung eingeschoben wird, so nimmt die Wärmeabstrahlungswirkung zu. -
5 ist eine perspektivische Ansicht einer LED großer Helligkeit gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und6 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie VI-VI der5 . - Dieselben Teile wie in der ersten Ausführungsform sind mit denselben Bezugszahlen wie die in den
1 und2 bezeichnet, und es wird ihre Erläuterung weggelassen. - Die LED
50 großer Helligkeit weist eine Basis51 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 Basis51 an einer Ecke ausgebildet. Auf dem Vorsprung ist ein Anschlussabschnitt51b als eine Anschlusselektrode vorgesehen. Die Leiterplatte22 weist für den Vorsprung51a eine Vertiefung auf. Die Höhe des Anschlussabschnitts51b ist gleich der des Anschlussabschnitts23a ,23b . - Ein LED-Element
52 weist eine Anode52a auf ihrer oberen Oberfläche und eine Kathode52b auf ihrer Unterseite auf. Die Anode52a ist mit dem Anschlussabschnitt23a durch den Draht26a verbunden, und die Kathode52b ist mit dem Anschlussabschnitt51b des Vorsprungs51a durch die Basis51 elektrisch verbunden. - Wenn die Ansteuerspannung an das LED-Element
52 von den Anschlussabschnitten23a und51b angelegt wird, so wird das LED-Element52 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 dem LED-Element abgegeben wird. Die Wärme des LED-Elementes wird wirksam zur Basis51 überführt, um das LED-Element52 zu kühlen. - Gemäß der vierten Ausführungsform wird die Basis
51 als ein Leitelement verwendet. Somit kann ein LED-Element, die Elektroden auf der oberen Oberfläche und auf der Unterseite aufweist, verwendet werden. -
7 ist eine Schnittansicht einer LED gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Dieselben Teile wie in der ersten Ausführungsform sind mit denselben Bezugszahlen wie in den
1 und2 bezeichnet. - Die LED
60 umfasst eine LED20 großer Helligkeit der ersten Ausführungsform, und zusätzlich ein Drucksubstrat61 als ein Substrat und ein Wärmeabstrahlungselement62 , das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist. - Das Drucksubstrat
61 weist leitende Muster61a aus Kupferfolie auf seiner Unterseite und eine gelochte Öffnung61b , die eine kreisförmige Form besitzt, auf. Das Einkapselungselement27 steht von der Öffnung61b vor und gibt das Licht, das von dem LED-Element25 ausgestrahlt wird, als Entladungslicht63 ab. Die leitenden Muster61a sind elektrisch und mechanisch mit den Anschlussabschnitten23a ,23b ,24a und24b mit Lot61c verbunden. Das Wärmeabstrahlungselement62 ist an der Wärmeabstrahlungsoberfläche21a der Basis21 befestigt, um thermisch damit verbunden zu sein. - Wenn die Ansteuerspannung an die Anschlussabschnitte
23a ,23b ,24a und24b durch die leitenden Muster61a angelegt wird, um den Ansteuerstrom an das LED-Element25 zu liefern, wird das LED-Element25 angesteuert, um Licht auszustrahlen. Das Licht wird als Entladungslicht63 , das durch das Einkapselungselement27 hindurch geht, abgegeben. Die Wärme, die von dem LED-Element abgegeben wird, wird wirksam zur Basis21 und zum Wärmeabstrahlungselement62 überführt. - Gemäß der fünften Ausführungsform wird die Wärme, die von dem LED-Element
25 abgegeben wird, wirksam zum Wärmeabstrahlungselement62 durch die Basis21 überführt, damit die Wärme an die Atmosphäre abgestrahlt werden kann. Somit wird der Wärmeanstieg in dem LED-Element in Grenzen gehalten. Somit ist es möglich, eine LED bereit zu stellen, die einem großen Ansteuerstrom widerstehen kann, um Licht großer Helligkeit abzustrahlen. Durch die Wärmeabstrahlwirkung kann weiter die Zerstörung der Verbindungen in dem LED-Element und die Helligkeitsminderung, die durch die Farbänderung des Einkapselungselements27 durch die hohe Wärme verursacht wird, verhindert werden, um somit eine LED, die eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer aufweist, zu verwirklichen. - Das Drucksubstrat
61 , das mit den Anschlussabschnitten23a ,23b ,24a und24b verbunden ist, ist entfernt von der Wärmeabstrahlungsoberfläche21a der Basis21 angeordnet. Somit ist es nicht notwendig, dass das Drucksubstrat61 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 die LED20 der ersten Ausführungsform in der fünften Ausführungsform verwendet wird, kann eine andere LED jeder Ausführungsform verwendet werden. Wenn die zweite Ausführungsform verwendet wird, so ist es, da die Basis31 eine hohe Wärmeabstrahlwirkung aufweist, nicht notwendig, das Wärmeabstrahlungselement62 zu verwenden. -
8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieselben Teile wie in der dritten Ausführungsform, die in4 gezeigt ist, sind mit denselben Bezugszahlen bezeichnet. Eine LED70 umfasst eine LED40 großer Helligkeit der dritten Ausführungsform, und zusätzlich ein Paar Wärmehohlleiter71 als ein Wärmeleitelement und eine Wärmeabstrahlungsplatte72 , die aus einem Material hergestellt ist, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist. Im Wärmehohlleiter71 ist eine Flüssigkeit, die eine Wärmeleitfähigkeit besitzt, eingebracht. - Ein Ende jedes Wärmehohlleiters
71 ist in die Wärmeabstrahlöffnung41a der Basis41 eingeschoben, und das andere Ende des Wärmehohlleiters71 ist an der Wärmeabstrahlungsplatte72 befestigt, so dass die Basis41 thermisch mit der Wärmeabstrahlungsplatte72 verbunden ist. - Wenn die Ansteuerspannung an das LED-Element
25 angelegt wird, so wird das LED-Element25 angesteuert, um Licht abzugeben. Das Licht wird als Entladungslicht abgegeben. Wärme, die von dem LED-Element abgegeben wird, wird wirksam zur Basis41 und zur Wärmeabstrahlungsplatte72 , indem sie durch die Wärmehohlleiter71 hindurch geht, überführt. - Gemäß der sechsten Ausführungsform ist das LED-Element
25 , damit es thermisch verbunden ist, auf der Basis41 , die eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, montiert. Die Basis41 ist thermisch mit den Wärmehohlleitern71 verbunden, und die Wärmehohlleiter sind thermisch mit der Wärmeabstrahlungsplatte72 verbunden. Die Wärmeabstrahlungsplatte72 strahlt die überführte Wärme wirksam an die Atmosphäre ab. Somit wird der Wärmeanstieg in dem LED-Element in Grenzen gehalten. Somit ist es möglich, eine LED-Vorrichtung, die einem großen Ansteuerstrom widersteht, um Licht großer Helligkeit abzustrahlen, bereit zu stellen. - Da das Licht ausstrahlende Element
40 und die Wärmeabstrahlungsplatte72 durch die Wärmehohlleiter71 voneinander getrennt werden können, ist es möglich, eine LED-Vorrichtung 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 Substrat 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 Wärmehohlleiter71 kann erhöht werden. Die Basis41 und die Wärmehohlleiter71 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 LED-Vorrichtung umfasst eine Vielzahl von LEDS20 großer Helligkeit der ersten Ausführungsform, ein flexibles Drucksubstrat81 und ein gekrümmtes Wärmeabstrahlungselement82 . - Das flexible Drucksubstrat
81 weist drei gelochte Öffnungen81a ,81b und81c , in welchen Einkapselungselemente27 der LEDS20 eingeschoben sind, auf. Leitende Muster auf dem Drucksubstrat81 sind mit den Anschlussabschnitten der LEDS20 durch Lot83 verbunden. Das Wärmeabstrahlungselement82 weist drei Vertiefungen82a ,82b und82c auf, wobei in jede die Basis21 der LEDS20 eingeschoben und daran befestigt wird, um thermisch damit verbunden zu sein. - Wenn ein Ansteuerstrom an die LEDS
20 großer Helligkeit durch das Drucksubstrat81 geliefert wird, so strahlen die LED-Elemente25 Lichtstrahlen84a ,84b und84c aus. Wärme, die von den LED-Elementen25 abgegeben wird, wird zum Wärmeabstrahlungselement82 durch die Basen21 überführt, um abgestrahlt zu werden. - Gemäß der siebten Ausführungsform sind die Basen
21 der LED-Elemente25 auf dem Wärmeabstrahlungselement82 montiert, um thermisch mit diesem verbunden zu sein. Das Wärmeabstrahlungselement82 strahlt wirksam die überführte Wärme in die Atmosphäre ab. Somit wird der Wärmeanstieg in dem LED-Element in Grenzen gehalten. Somit ist es möglich, eine LED-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 LED Vorrichtung
80 sind eine Vielzahl LEDS20 großer Helligkeit vorgesehen. Somit ist es, wenn beispielsweise LEDs großer Helligkeit in den Farben rot, gelb und grün angeordnet sind, möglich, eine LED-Vorrichtung für das Ausstrahlen von Licht verschiedener Farbe zu liefern. - Da die LEDS
20 großer Helligkeit auf dem flexiblen Wärmeabstrahlungselement82 montiert sind, können die abgegebenen Lichtstrahlen konzentriert werden, wie das in9 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 LEDS großer Helligkeit unter Bezug auf die
10 bis15 beschrieben. -
10 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Leiterplattenaggregation90 und eine Basisaggregation91 zeigt. Die Leiterplattenaggregation90 ist aus einem isolierenden Material hergestellt und weist vier Abschnitte auf. In jeden Abschnitt wird ein leitendes Muster91a durch das Ätzen von Kupfer ausgebildet, und es wird ein Montageloch90b ausgebildet. Die Basisaggregation91 besteht aus einem Metallkern, der eine Wärmeleitfähigkeit aufweist. -
11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Kombinationsschritt der Leiterplattenaggregation90 und der Basisaggregation91 zeigt. Die Leiterplattenaggregation90 ist an der Oberfläche der Basisaggregation91 durch ein Haftmittel befestigt, um eine kombinierte Leiterplatten-Basisaggregation92 auszubilden. -
12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Montageschritt eines LED-Elementes zeigt. Ein LED-Element93 wird auf der Leiterplatten-Basisaggregation92 an einem freigelegten Abschnitt in der Montageöffnung90b montiert und durch eine Silberpaste daran befestigt. -
13 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Drahtverbindungsschritt zeigt. Die Elektroden des LED-Elementes93 werden mit den leitenden Mustern90a durch vier Drähte94 verbunden. -
14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Einkapselungsschritt zeigt. Das LED-Element93 in jedem Abschnitt und die Drähte94 werden durch ein Einkapselungselement95 aus transparentem Harz eingekapselt. Auf diese Weise wird jede LED auf der kombinierten Leiterplatten-Basis-Aggregation92 vollends fertig gestellt. - Die kombinierte Leiterplatten-Basis-Aggregation
92 wird an Grenzen zwischen den Abschnitten zertrennt, wie das in16 gezeigt ist, so dass eine einzelne LED96 fertig gestellt wird. - Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Anzahl von LED gleichzeitig bei niedrigen Kosten hergestellt werden.
- Wenn Lichtstreumittel, fluoreszierende Substanzen oder Strahlverstärkungsmittel in das Einkapselungselement
27 eingeschlossen sind, so können verschiedene LED und Vorrichtungen großer Helligkeit, die sich im Richtungsverhalten und der Wellenlänge des abgegeben Lichts unterscheiden, zur Verfügung gestellt werden. - Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das LED-Element auf der Basis, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, montiert. Somit wird die Wärme, die in dem LED-Element erzeugt wird, wirksam zur Basis geleitet, so dass eine LED 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 (10)
- Licht ausstrahlende Diode (
20 ), umfassend: eine Basis (21 ,31 ,41 ), die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und ein rechteckiges Parallelepiped aufweist; eine Leiterplatte (22 ), die aus einem isolierenden Material hergestellt und an einer oberen Oberfläche der Basis (21 ,31 ,41 ) befestigt ist, wobei die Leiterplatte (22 ) eine Öffnung (22b ) aufweist, welche eine Montagefläche (21c ) auf der oberen Oberfläche der Basis (21 ,31 ,41 ) freilegt; leitende Muster (23 ,24 ), welche Anoden- und Kathoden-Muster aufweisen, die auf der Leiterplatte (22 ) ausgebildet sind; ein Licht ausstrahlendes Diode-Element (25 ), welches eine Anode und eine Kathode an einer oberen Oberfläche des Licht ausstrahlenden Diode-Elementes (25 ) aufweist, und auf der oberen Oberfläche der Basis (21 ,31 ,41 ) an der Montagefläche (21c ) befestigt ist; und Verbindungsmittel (26a –26d ) für das elektrische Verbinden des Licht ausstrahlenden Diode-Elements mit den leitenden Mustern, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (26a ,26d ) vier Leiterdrähte (26a –26d ) umfassen, welche das Licht ausstrahlende Diode-Element (25 ) mit den leitenden Mustern (23 ,24 ) verbinden, wobei zwei Leiterdrähte die Anode des Licht ausstrahlenden Diode-Elements (25 ) mit dem Anoden-Muster auf der Leiterplatte (22 ) und zwei Leiterdrähte die Kathode des Licht ausstrahlenden Diode-Elements mit dem Kathoden-Muster auf der Leiterplatte (22 ) elektrisch verbinden. - Die Licht ausstrahlende Diode (
20 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Muster (23 ,24 ) vier Anschlussabschnitte (23a ,23b ,24a ,24b ) an den jeweiligen Ecken auf der Leiterplatte (22 ) aufweisen. - Die Licht ausstrahlende Diode (
20 ) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis eine wärmeausstrahlende Oberfläche (21a ) aufweist, die auf ihrer unteren Oberfläche ausgebildet ist. - Die Licht ausstrahlende Diode (
20 ) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter ein Einkapselungselement (27 ) für das Schützen des Licht ausstrahlenden Diode-Elementes (25 ) und die Verbindungsmittel (26a –26d ) umfasst. - Die Licht ausstrahlende Diode (
20 ) nach Anspruch 1 bis 4, wobei sie weiter ein Drucksubstrat (61 ) umfasst, welches leitende Muster (61a ) aufweist, die auf seiner Unterseite vorgesehen und an den leitenden Mustern (23 ,24 ) auf der Leiterplatte (22 ) befestigt sind, um somit die beiden leitenden Muster (23 ,24 ) elektrisch zu verbinden; dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksubstrat (61 ) eine Öffnung (61b ) für das Abgeben des Lichts, das von dem Licht ausstrahlenden Diode-Element (25 ) abgegeben wird, umfasst. - Die Licht ausstrahlende Diode (
20 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter eine wärmeausstrahlendes Element (31a ), das an einer Unterseite der Basis befestigt ist, umfasst. - Die Licht ausstrahlende Diode (
20 ) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter Wärmehohlleiter (71 ), die von einer Seitenwand der Basis vorstehen, und ein Wärmeabstrahlungselement (72 ), das an den Enden der Wärmehohlleiter befestigt ist, umfasst. - Die Licht ausstrahlende Diode (
20 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter Wärmeabstrahlungsöffnungen (41a ), die in einer der Seiten der Basis (41 ) ausgebildet sind, umfasst. - Licht ausstrahlende Diode (
50 ), umfassend: eine Basis (51 ), die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und ein rechteckiges Parallelepiped aufweist; eine Leiterplatte (22 ), die aus einem isolierenden Material hergestellt und auf einer oberen Oberfläche der Basis befestigt ist, wobei die Leiterplatte (22 ) eine Öffnung (22b ) aufweist, welche eine Montagefläche auf der oberen Oberfläche der Basis freilegt; ein leitendes Muster (23 ,24 ) für die Anode oder Kathode, die auf der Leiterplatte (22 ) ausgebildet sind, und für die Kathode oder Anode, die jeweils als ein Anschlussabschnitt auf der Basis ausgebildet sind; ein Licht ausstrahlendes Diode-Element (25 ), die eine Anode und eine Kathode aufweist, und auf der Basis an der Montagefläche befestigt ist; Verbindungsmittel (26a ) für das elektrische Verbinden der Licht ausstrahlenden Diode (25 ) mit den leitenden Mustern; dadurch gekennzeichnet, dass das Licht ausstrahlende Diode-Element die Anode oder Kathode auf einer oberen Oberfläche des Licht ausstrahlenden Diode-Elementes (25 ) aufweist, und die Verbindungsmittel einen Leiterdraht (26a ) umfassen, der die Anode (Kathode) des Licht ausstrahlenden Diode-Elementes (25 ) mit einem der leitenden Mustern verbindet; das Licht ausstrahlende Diode-Element die Kathode oder Anode auf einer unteren Oberfläche des Licht ausstrahlenden Diode-Elementes (25 ) aufweist, und die Verbindungsmittel die Basis umfassen, die mit der unteren Oberfläche des Licht ausstrahlenden Diode-Elementes verbunden ist, wobei sie weiter einen Vorsprung (51a ), der auf einer oberen Oberfläche der Basis ausgebildet ist, umfasst, und wobei ein Anschlussabschnitt (51b ) der Basis auf dem Vorsprung vorgesehen ist. - Licht ausstrahlende Vorrichtung (
80 ), die eine Vielzahl von Licht ausstrahlenden Dioden (20 ) aufweist, wobei jede der Licht ausstrahlenden Dioden (20 ) folgendes umfasst: eine Basis (21 ), die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und eine flache Plattenform und eine Wärmeabstrahlungsoberfläche (21a ), die auf einer ihrer Oberflächen ausgebildet ist, umfasst; mindestens eine Leiterplatte (22 ), die aus einem isolierenden Material hergestellt und an einer oberen Oberfläche der Basis befestigt ist, wobei die Leiterplatte (22 ) eine Öffnung (22b ) aufweist, welche eine Montagefläche (21c ) auf der oberen Oberfläche der Basis freilegt; leitende Muster, welche Anoden- und Kathoden-Muster aufweisen, die auf der Leiterplatte ausgebildet sind; ein Licht ausstrahlendes Diode-Element (25 ), das an der oberen Oberfläche der Basis an der Montagefläche befestigt ist; Verbindungsmittel für das elektrische Verbinden des Licht ausstrahlenden Diode-Element mit den leitenden Mustern; dadurch gekennzeichnet, dass die Licht ausstrahlende Vorrichtung (80 ) ein Wärmeabstrahlungselement, das aus einem flexiblen Material hergestellt ist, aufweist, und die wärmeausstrahlende Oberfläche (21a ) der Licht ausstrahlenden Diode auf dem Wärmeabstrahlungselemente abgestützt werden.
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