DE112006000920B4 - LED-Einheit und LED-Beleuchtungslampe, die die LED-Einheit verwendet - Google Patents

LED-Einheit und LED-Beleuchtungslampe, die die LED-Einheit verwendet Download PDF

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Abstract

Leuchtdiodeneinheit (1), mit:einer Basis (2), die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist;einer Leiterplatte (3), die ein Paar von Leitermustern (3b, 3c) aufweist und auf einer oberen Fläche der Basis (2) vorgesehen ist;einer Mehrzahl von Leuchtdiodenelementen (4), die auf der oberen Fläche der Basis (2) angeordnet sind; undeinem lichtdurchlässigen Harzkörper (7), der so vorgesehen ist, dass er die Basis (2) bedeckt und die Mehrzahl von Leuchtdiodenelementen (4) einkapselt,wobei die Leiterplatte (3) aufweist:ein einzelnes Langloch (3a), das in einem mittleren Abschnitt der Leiterplatte (3) entlang einer Längsrichtung der Basis (2) angeordnet ist und durch die Leiterplatte (3) reicht, so dass die Mehrzahl von Leuchtdiodenelementen (4) und die Oberseite der Basis (2) innerhalb des einzelnen Langlochs (3a) exponiert angeordnet sind, undein Paar von Anschlusselektroden (3e, 3f), die auf einem Endabschnitt der Leiterplatte (3) vorgesehen sind,wobei sich das Paar von Leitermustern (3b, 3c) entlang beider Seiten des einzelnen Langlochs (3a) erstreckt und auf einer oberen Fläche der Leiterplatte (3) angeordnet ist und mit einer Mehrzahl von inneren Verbindungselektroden (3d) verbunden ist, undwobei jedes Leuchtdiodenelement (4) der Mehrzahl von Leuchtdiodenelementen (4), die in dem einzelnen Langloch (3a) entlang der Längsrichtung der Basis (2) angeordnet sind, durch dünne Metalldrähte (5, 6) mit jeweils entsprechenden inneren Verbindungselektroden (3d) der Mehrzahl von inneren Verbindungselektroden (3d) elektrisch verbunden ist.

Description

  • Technisches Feld
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Beleuchtungslampe, die als Lichtquelle für verschiedene Beleuchtungsgeräte verwendet werden soll, und eine LED-Einheit, die eine einzelne Beleuchtungseinheit bildet, und die ferner einen Bestandteil der LED-Beleuchtungslampe bildet.
  • Stand der Technik
  • In den letzten Jahren hat ein Leuchtdiodenelement (nachstehend als LED-Element bezeichnet), das ein Halbleiterelement aufweist, als Lichtquelle für verschiedene Beleuchtungsgeräte Aufmerksamkeit auf sich gezogen. LED-Elemente weisen im Vergleich zu konventionellen Beleuchtungslampen, wie z.B. Glühlampen, vorteilhafte Wirkungen, wie z. B. einen geringeren Wärmeentwicklungswert und eine längere Betriebslebensdauer, auf. Die LED-Elemente haben in den letzten Jahren auf verschiedenen Gebieten praktischen Nutzen erlangt, nicht nur als Lichtquellen für Bildschirme, sondern auch als Beleuchtungslampen für allgemeine Beleuchtungsgeräte oder als an einem Fahrzeug angebrachte Scheinwerfer und dergleichen. Jedoch weist jedes der LED-Elemente eine geringe Lichtintensität auf, wenn es in einer Beleuchtungslampe verwendet wird, und daher sind zum Erreichen einer hohen Lichtintensität eine große Anzahl von LED-Elementen in einer Baugruppe zusammengefügt.
  • Es ist allerdings erforderlich, für eine LED-Beleuchtungslampe, die Licht hoher Intensität aussenden soll, den Betriebsstrom des LED-Elements zu erhöhen. Folglich steigt der Leistungsverlust in dem LED-Element an, und, da die meiste Energie in Wärme umgewandelt wird, erhöht sie die Temperatur des LED-Elements, und dadurch verringern sich die Emissionseffizienz und die Helligkeit des LED-Elements.
  • Je höher die Temperatur des LED-Elements ist, desto geringer ist ferner die Betriebslebensdauer des LED-Elements. Daher ist es bereits als zu lösendes Problem vorgeschlagen worden, wie in dem LED-Element erzeugte Wärme wirksam abgeführt werden soll, wobei Mittel zur Wärmeabfuhr bereitgestellt werden (siehe JP 2004-296245 A , 1, Absätze 0014 bis 0019).
  • Die in JP 2004-296245 A offenbarte LED-Beleuchtungslampe weist eine solche Struktur auf, dass ein Substrat, auf dem eine Mehrzahl von LED-Elementen befestigt sind, an jeder der Flächen einer sechseckig säulenförmigen Halterung befestigt ist, wobei die Halterung durch ein Trägerbauteil gehalten wird, das ein Wärmeabfuhrloch aufweist. Die Halterung ist aus einem Material gebildet, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, so dass in den LED-Elementen erzeugte Wärme von dem Wärmeabfuhrloch durch die Halterung abgeführt wird.
  • Da die oben genannte LED-Beleuchtungslampe eine Struktur aufweist, bei der die in den LED-Elementen erzeugte Wärme durch die Halterung oder das Trägerbauteil abgeleitet wird, muss die Wärmeabfuhrstruktur jedoch entsprechend den verschiedenen Ausgestaltungen der LED-Beleuchtungslampe verändert werden, was zum Problem hoher Kosten führt.
  • US 2005 / 0 023 551 A1 offenbart eine Lichtquelleneinheit mit einem als Kühlkörper ausgebildeten Trägerbauteil, das an einer Oberseite mehrere parallel verlaufende Rillen mit einem flachen Grund und schrägen Wänden aufweist. In jede dieser Rillen ist je eine LED-Baugruppe eingesetzt, die eine Basis und mehrere - z.B. 45 - LED-Elemente aufweist. Die Basis ist als dünner langgestreckter Streifen ausgebildet, der flächig auf dem Grund der jeweiligen Rille, in die die LED-Baugruppe eingesetzt ist, aufliegt. Die LED-Elemente jeder LED-Baugruppe sind in Form einer Reihe in Längsrichtung der Basis angeordnet. Dünne Drähte verbinden jedes der LED-Elemente mit jeweils zugeordneten Kontaktflächen auf Leiterplatten. Diese Leiterplatten sind als langgestreckte Streifen ausgebildet, die sich auf Stufen an mittleren Abschnitten der schrägen Wände der Rillen befinden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine LED-Einheit bereitzustellen, die so ausgestaltet ist, dass sie eine Wärmeabfuhrstruktur aufweist, und die für verschiedene Ausgestaltungen einer LED-Beleuchtungslampe verwendbar ist. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es ferner, eine LED-Beleuchtungslampe bereitzustellen, die eine einfache Wärmeabfuhrstruktur aufweist, und die so ausgestaltet ist, dass durch Verwendung der LED-Einheit mit der oben genannten Wärmeabfuhrstruktur geringe Kosten erzielt werden.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Um die obigen Ziele zu erreichen, weist eine erfindungsgemäße LED-Einheit eine Basis, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, eine Leiterplatte, die ein Paar von Leitermustern aufweist und auf einer oberen Fläche der Basis vorgesehen ist, eine Mehrzahl von LED-Elementen, die auf der oberen Fläche der Basis angeordnet sind, und einen lichtdurchlässigen Harzkörper auf, der so vorgesehen ist, dass er die Basis bedeckt und die Mehrzahl von LED-Elementen einkapselt, wobei die Leiterplatte aufweist: ein einzelnes Langloch, das in einem mittleren Abschnitt der Leiterplatte entlang einer Längsrichtung der Basis angeordnet ist und durch die Leiterplatte reicht, so dass die Mehrzahl von Leuchtdiodenelementen und die Oberseite der Basis innerhalb des einzelnen Langlochs exponiert angeordnet sind, und ein Paar von Anschlusselektroden, die auf einem Endabschnitt der Leiterplatte vorgesehen sind. Das Paar von Leitermustern erstreckt sich entlang beider Seiten des einzelnen Langlochs und ist auf einer oberen Fläche der Leiterplatte angeordnet und mit einer Mehrzahl von inneren Verbindungselektroden verbunden. Jedes Leuchtdiodenelement der Mehrzahl von Leuchtdiodenelementen, die in dem einzelnen Langloch entlang der Längsrichtung der Basis angeordnet sind, ist durch dünne Metalldrähte mit jeweils entsprechenden inneren Verbindungselektroden der Mehrzahl von inneren Verbindungselektroden elektrisch verbunden.
  • Bei der erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungslampe ist die LED-Einheit auf einer Fläche eines Trägerbauteils angeordnet, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
  • Das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisende Trägerbauteil kann in bevorzugten Ausgestaltungen in einer länglichen Gestalt, einer plattenartigen Gestalt oder einer polygonal-zylinderförmigen Gestalt ausgebildet sein.
  • Die Basis und das Trägerbauteil sind vorzugsweise aus einem metallischen Material gefertigt, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie z.B. einer Kupferlegierung.
  • Wirkung der Erfindung
  • Erfindungsgemäße LED-Einheiten ermöglichen die Aufnahme einer Wärmeabfuhrstruktur in jeder LED-Einheit selbst, und es sind keine Bauformänderungen der Wärmeabfuhrstruktur für verschiedene Ausgestaltungen der LED-Beleuchtungslampe erforderlich.
  • Erfindungsgemäße LED-Beleuchtungslampen benötigen folglich keine Bauformänderungen, die die Wärmeabfuhrstruktur betreffen, und daher ist die Struktur für die Wärmeabfuhr einfach und billig.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Einheit zeigt.
    • 2 ist eine Vorderansicht, die das eine Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen LED-Einheit zeigt.
    • 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1.
    • 4 ist eine Draufsicht, die eine linienförmige LED-Beleuchtungslampe zeigt, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen LED-Einheiten aufgebaut ist.
    • 5 ist eine Draufsicht, die eine paneelförmige LED-Beleuchtungslampe zeigt, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen LED-Einheiten aufgebaut ist.
    • 6 ist eine Vorderansicht, die eine kolbenförmige LED-Beleuchtungslampe zeigt, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen LED-Einheit aufgebaut ist.
    • 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 6.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 bis 3 stellen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Einheit dar. Die LED-Einheit in dieser Ausführungsform weist eine im Wesentlichen rechteckig massiv ausgestaltete Basis 2 und eine Leiterplatte 3 auf, die mit einer oberen Fläche der Basis 2 verbunden ist. Die Basis 2 ist beispielsweise aus einem metallischen Material, wie z.B. einer Kupferlegierung oder dergleichen, gefertigt, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, während die Leiterplatte 3 beispielsweise aus einer flexiblen Platte, einer Glas-Epoxyd-Platte oder dergleichen, ausgebildet ist. Es sei angemerkt, dass es möglich ist, die Dicke der Leiterplatte zu reduzieren, da die die Basis 2 unter der Leiterplatte 3 angeordnet ist.
  • Ein Langloch 3a, das derart vorgesehen ist, dass es entlang einer Längsrichtung der Basis 2 durch die Leiterplatte 3 reicht, ist in einem mittleren Abschnitt der Leiterplatte 3 vorgesehen. Ferner sind Leitermuster 3b und 3c, die sich entlang beider Seiten des Lochs 3a erstrecken, auf einer oberen Fläche der Leiterplatte 3 vorgesehen, und eine Mehrzahl von inneren Verbindungselektroden 3d (in diesem Ausführungsbeispiel zehn), die mit den Leitermustern 3b bzw. 3c verbunden sind, sind in regelmäßigen Abständen vorgesehen. Anschlusselektroden 3e und 3f, die mit den Leitermustern 3b und 3c verbunden sind, sind ferner an einem Endabschnitt der Leiterplatte 3 vorgesehen.
  • Eine Mehrzahl von LED-Elementen 4, die in regelmäßigen Abständen auf der oberen Fläche der Basis 2 vorgesehen sind, sind innerhalb des Lochs 3a exponiert angeordnet. Zehn LED-Elemente 4 sind an Positionen vorgesehen, die den jeweiligen inneren Verbindungselektroden entsprechen, mit Silberpaste an der oberen Fläche der Basis 2 befestigt und durch dünne Metalldrähte 5 und 6 mit den inneren Verbindungselektroden 3d verbunden. Die LED-Elemente 4, die Leitermuster 3b und 3c und die dünnen Metalldrähte 5 und 6 sind durch einen lichtdurchlässigen Harzkörper 7 eingeschlossen, der so vorgesehen ist, dass er die Basis 2 abdeckt, und der aus Epoxydharz, Silikonharz oder dergleichen gefertigt ist. Es sei angemerkt, dass die an dem einen Ende der Leiterplatte 3 vorgesehenen Anschlusselektroden 3e und 3f derart konfiguriert sind, dass sie von dem Harzkörper 7 nicht bedeckt werden, und sie sollen durch eine nicht gezeigte Fassung mit äußeren Elektrodenanschlüssen oder dergleichen verbunden werden.
  • Als nächstes wird ein Betrieb der LED-Einheit 1 mit der oben erwähnten Struktur erläutert. Wenn eine Betriebsspannung an die Anschlusselektroden 3e und 3f angelegt wird, werden alle zehn LED-Elemente 4 über die Leitermuster unter Spannung gesetzt, so dass sie aufleuchten, und es wird Licht emittiert, das durch den Harzkörper 7 hindurch verläuft. Ferner wird in den LED-Elementen 4 Wärme erzeugt, jedoch wird die in den LED-Elementen 4 erzeugte Wärme durch die Basis 2 wirksam abgeführt, da die Unterseiten der LED-Elemente 4 in enger Verbindung mit der Basis 2 stehen, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Das heißt, die Basis 2 bildet eine Wärmeabfuhrstruktur für die LED-Einheit 1. Es sei angemerkt, dass an der Basis 2 ein zusätzliches Wärmeabfuhrbauteil angebracht werden kann, um die Wärmeabfuhreffizienz der Basis 2 zu erhöhen.
  • Als nächstes werden verschiedene Ausgestaltungen der LED-Beleuchtungslampe erläutert, die die LED-Einheiten mit der oben erwähnten Struktur verwendet.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer lang und dünn ausgestalteten LED-Beleuchtungslampe 10 ist in 4 gezeigt. Die geradlinig ausgestaltete LED-Beleuchtungslampe 10 weist eine Struktur auf, bei der eine Mehrzahl von LED-Einheiten 1, von denen jede die oben erwähnte Struktur aufweist, auf einer oberen Fläche eines länglichen, dünnen, plattenartig ausgestalteten Trägerbauteils 11 entlang dessen Längsrichtung angeordnet sind. Entsprechend einer Länge des Trägerbauteils 11 kann jede gewünschte Anzahl von LED-Einheiten 1 verwendet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die LED-Einheiten entlang einer einzigen Linie angeordnet, aber sie können entlang zwei oder mehr Linien angeordnet sein. Es sei erwähnt, dass das Trägerbauteil 11 vorzugsweise aus einem metallischen Material, wie z.B. einer Kupferlegierung oder dergleichen, gefertigt ist, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, um die Wärmeabfuhrwirkung zu erhöhen.
  • 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer paneelförmigen LED-Beleuchtungslampe 20. Die paneelförmige LED-Beleuchtungslampe 20 weist eine Struktur auf, bei der eine Mehrzahl von LED-Einheiten, von denen jede die oben erwähnte Struktur aufweist, nebeneinander auf einer oberen Fläche eines flachplattenartigen Trägerbauteils 21 angeordnet sind, das einen größeren Oberflächenbereich aufweist. Es sei angemerkt, dass eine Richtung der Anordnung der LED-Einheiten 1 nicht auf die Richtung begrenzt ist, die in 5 gezeigt ist, und die LED-Einheiten 1 können demgemäß auch hintereinander oder sowohl nebeneinander als auch hintereinander angeordnet sein. Jede gewünschte Anzahl von LED-Einheiten 1 kann ebenfalls in gleicher Art wie bei der linear ausgestalteten LED-Beleuchtungslampe 10 je nach dem Oberflächenbereich des Trägerbauteils 21 verwendet werden, und das Trägerbauteil 21 ist vorzugsweise aus einem metallischen Material gefertigt, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie z.B. einer Kupferlegierung.
  • 6 und 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer kolbenförmigen LED-Beleuchtungslampe 30. Die kolbenförmige LED-Beleuchtungslampe 30 weist eine Struktur auf, bei der eine Mehrzahl von LED-Einheiten, von denen jede die oben erwähnte Struktur aufweist, auf acht Flächen eines regelmäßigen achtflächig-zylinderförmig ausgestalteten Trägerbauteils 31 angeordnet sind. Das Trägerbauteil 31 weist eine vielflächig-zylinderförmige Gestalt, die darin einen Hohlabschnitt 32 beinhaltet, und eine Struktur auf, die eine exzellente Wärmeabfuhrwirkung bietet, die ferner durch Fertigen des Trägerbauteils aus einer Kupferlegierung, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, oder dergleichen, vergrößert wird. Es sei angemerkt, dass das Trägerbauteil 31 ein anderer regelmäßiger Vielflächner als der regelmäßige Achtflächner sein kann, und darin nicht den Hohlabschnitt 32 enthalten muss.
  • Wie oben beschrieben, erleichtert das Anordnen der oben erwähnten LED-Einheiten 1, die jeweils ihre eigene Wärmeabfuhrstruktur aufweisen, die auf den entsprechenden Trägerbauteilen, wie z.B. 11, 21 und 31, angeordnet wird, die Fertigung von verschiedenen Ausgestaltungen der LED-Beleuchtungslampe, wie z.B. 10, 20 und 30, in Form einer Linie, eines Paneels und eines Kolbens oder dergleichen. Da die gleiche Gestalt von LED-Einheiten 1 verwendet werden kann, ist es ferner möglich, Fertigungskosten für eine LED-Beleuchtungslampe zu reduzieren. Es sei angemerkt, dass eine einzige LED-Einheit verwendet werden kann, falls sie beispielsweise für eine Blitzlichtquelle einer Kamera usw. verwendet wird.
  • Es sei angemerkt, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an den oben erwähnten bevorzugten Ausführungsformen der LED-Einheiten und der erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungslampe gemacht werden können.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die erfindungsgemäße LED-Einheit kann als eine individuelle Beleuchtungseinheit verwendet werden, und sie kann ferner als Bestandteil verschiedener Ausgestaltungen einer LED-Beleuchtungslampe verwendet werden.
  • Auch kann die erfindungsgemäße LED-Beleuchtungslampe als Beleuchtungslichtquelle in allgemeinen Beleuchtungsgeräten oder in an einem Fahrzeug angebrachten Scheinwerfern oder dergleichen verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    LED-Einheit
    2
    Basis
    3
    Leiterplatte
    3b, 3c
    Leitermuster
    3d
    innere Verbindungselektroden
    3e, 3f
    Anschlusselektroden
    4
    LED-Element
    5, 6
    dünne Metalldrähte
    7
    Harzkörper
    10, 20, 30
    LED-Beleuchtungslampen
    11, 21, 31
    Trägerbauteil
    32
    Hohlabschnitt

Claims (6)

  1. Leuchtdiodeneinheit (1), mit: einer Basis (2), die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist; einer Leiterplatte (3), die ein Paar von Leitermustern (3b, 3c) aufweist und auf einer oberen Fläche der Basis (2) vorgesehen ist; einer Mehrzahl von Leuchtdiodenelementen (4), die auf der oberen Fläche der Basis (2) angeordnet sind; und einem lichtdurchlässigen Harzkörper (7), der so vorgesehen ist, dass er die Basis (2) bedeckt und die Mehrzahl von Leuchtdiodenelementen (4) einkapselt, wobei die Leiterplatte (3) aufweist: ein einzelnes Langloch (3a), das in einem mittleren Abschnitt der Leiterplatte (3) entlang einer Längsrichtung der Basis (2) angeordnet ist und durch die Leiterplatte (3) reicht, so dass die Mehrzahl von Leuchtdiodenelementen (4) und die Oberseite der Basis (2) innerhalb des einzelnen Langlochs (3a) exponiert angeordnet sind, und ein Paar von Anschlusselektroden (3e, 3f), die auf einem Endabschnitt der Leiterplatte (3) vorgesehen sind, wobei sich das Paar von Leitermustern (3b, 3c) entlang beider Seiten des einzelnen Langlochs (3a) erstreckt und auf einer oberen Fläche der Leiterplatte (3) angeordnet ist und mit einer Mehrzahl von inneren Verbindungselektroden (3d) verbunden ist, und wobei jedes Leuchtdiodenelement (4) der Mehrzahl von Leuchtdiodenelementen (4), die in dem einzelnen Langloch (3a) entlang der Längsrichtung der Basis (2) angeordnet sind, durch dünne Metalldrähte (5, 6) mit jeweils entsprechenden inneren Verbindungselektroden (3d) der Mehrzahl von inneren Verbindungselektroden (3d) elektrisch verbunden ist.
  2. Leuchtdiodeneinheit (1) nach Anspruch 1, wobei die Basis (2) aus einem Kupferlegierungsmaterial gefertigt ist.
  3. Leuchtdiodenbeleuchtungslampe (10, 20, 30), mit einem Trägerbauteil (11, 21, 31), das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist; und der Leuchtdiodeneinheit (1) nach Anspruch 1, die auf einer Fläche des Trägerbauteils (11, 21, 31) angeordnet ist.
  4. Leuchtdiodenbeleuchtungslampe (10) nach Anspruch 3, wobei das Trägerbauteil (11) in einer länglichen Gestalt ausgebildet ist, und wobei eine Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten (1) entlang einer Längsrichtung des Trägerbauteils (11) angeordnet ist.
  5. Leuchtdiodenbeleuchtungslampe (20) nach Anspruch 3, wobei das Trägerbauteil (21) in einer plattenartigen Gestalt ausgebildet ist, wobei eine Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten (1) auf einer Fläche des Trägerbauteils (21) angeordnet ist.
  6. Leuchtdiodenbeleuchtungslampe (30) nach Anspruch 3, wobei das Trägerbauteil (31) in einer polygonal-zylinderförmigen Gestalt ausgebildet ist, wobei eine Mehrzahl von Leuchtdiodeneinheiten (1) auf Flächen des Trägerbauteils (31) angeordnet ist.
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