DE10260683A1

DE10260683A1 - LED-Leuchtvorrichtung

Info

Publication number: DE10260683A1
Application number: DE10260683A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kamiya; Kazushi Noda; Mitsuhiro Nawashiro; Hiroshi Ito; Akihiro Misawa
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: JP2009021616A; US6888723B2; JP4840419B2; DE10260683B4; US20030133302A1

Abstract

Eine LED-Leuchtvorrichtung umfasst eine LED, ein Schaltungselement und ein Gehäuseelement. Das Gehäuseelement weist einen LED-Sitz zum Halten der LED auf. Das Schaltungselement weist Metallplatten auf, die in dem Gehäuseelement eingebettet sind. Die Metallplatten weisen LED-Verbindungselemente auf, die von dem Gehäuseelement offengelegt sind. Die LED-Verbindungselemente sind jeweils mit Leitungen der LED widerstandsverschweißt.

Description

Die vorliegende Erfindung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-393578, auf deren gesamten Inhalt hiermit Bezug genommen ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine LED-Leuchtvorrichtung.

Verwandter Stand der Technik

Bekannt sind schalenförmige oder SMD-LED (SMD: surface mounted device). Wenn die Verwendung dieser LED, beispielsweise als eine Leuchte für ein Fahrzeug, in Betracht gezogen wird, werden Leitungen der LED durch Löten bei einer gedruckten Platine angebracht. Diese Platine wird dann in ein Gehäuseelement eingepasst, um eine LED- Leuchtvorrichtung zu bilden, die dann bei dem Fahrzeug bei einer zugehörigen vorbestimmten Position installiert wird. Die gedruckte Platine ist in einer Beleuchtungssteuerungseinheit in dem Fahrzeug verdrahtet, wodurch die Helligkeit während eines Blinkens der LED sowie die Helligkeit während eines Leuchtens der LED durch einen Schalter oder eine Steuerungsschaltung in dem Fahrzeug gesteuert werden.
Bei einer herkömmlichen LED-Leuchtvorrichtung ist, da die gedruckte Platine, auf der die LED angebracht ist, aus einem Harz gebildet ist, die Ableitung von durch die LED erzeugter Wärme bisweilen nicht zufriedenstellend. Da ferner die LED und ein die zugehörige Energieversorgungsschaltung bildendes Element durch Löten bei der gedruckten Platine, die aus Harz gebildet ist, angebracht werden, verursacht in einigen Fällen die Wärme bei dem Zeitpunkt des Anbringens durch Löten eine Ermüdung oder Beschädigung der gedruckten Platine.

KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung ist hinsichtlich einer Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme gemäß dem Stand der Technik gemacht worden, wobei der Aufbau der Erfindung nachstehend beschrieben ist.
Insbesondere ist erfindungsgemäß eine LED-Leuchtvorrichtung mit einer LED, einem Schaltungselement und einem Gehäuseelement bereitgestellt, wobei das Gehäuseelement einen LED-Sitz zum Halten der LED aufweist, wobei das Schaltungselement Metallplatten aufweist, die in dem Gehäuseelement eingebettet sind, wobei die Metallplatten LED-Verbindungselemente aufweisen, die von dem Gehäuseelement offengelegt sind, wobei die LED- Verbindungselemente jeweils mit Leitungen der LED elektrisch verbunden sind.
Gemäß der LED-Leuchtvorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau umfasst das Schaltungselement Metallplatten. Leitungen wie Anschlussdrähte der LED sind mit LED-Verbindungselementen der jeweiligen Metallplatten verbunden. Folglich kann die von der LED erzeugte Wärme auf effektive Weise zu den Metallplatten abgegeben werden. Dies bewirkt, dass die LED in der erfindungsgemäßen LED- Leuchtvorrichtung eine hohe Zuverlässigkeit aufweist. Ferner kann, da die Metallplatten bessere Wärmeableitungseigenschaften als die gedruckte Platine aufweisen, die Annahme der Metallplatten in dem Schaltungselement die Gefahr beseitigen, dass die Metallplatten (das Schaltungselement) selbst bei der Wärmeaufbringung auf das Schaltungselement bei der Zeit der Verbindung der Schaltung mit den Leitungen der LED beschädigt werden. Aufgrund dessen kann bei der erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung die Produktionsausbeute verbessert werden und folglich kann die LED-Leuchtvorrichtung zu einem niedrigen Preis bereitgestellt werden. Ferner besteht kein Erfordernis, eine gedruckte Platine zu verwenden. Dies kann die erforderliche Anzahl von Komponenten verringern und somit die Kosten reduzieren.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung ist nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer LED- Leuchtvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2A eine linksseitige Ansicht, die die in Fig. 1 gezeigte LED-Leuchtvorrichtung zeigt,
Fig. 2B eine Draufsicht, die die in Fig. 1 gezeigte LED- Leuchtvorrichtung zeigt,
Fig. 2C eine rechtsseitige Ansicht, die die in Fig. 1 gezeigte LED-Leuchtvorrichtung zeigt,
Fig. 2D eine Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie D-D in Fig. 2B entnommen ist,
Fig. 3A eine Draufsicht, die Metallplatten, die ein Schaltungselement bilden, und eine LED sowie verschiedene Schaltungselemente zeigt, die bei den Metallplatten angebracht sind,
Fig. 3B eine Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie B-B in Fig. 3A entnommen ist,
Fig. 3C eine Unteransicht, die Metallplatten, die ein Schaltungselement bilden, und eine LED sowie verschiedene Schaltungselemente zeigt, die bei den Metallplatten angebracht sind,
Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungselement in einer LED-Leuchtvorrichtung zeigt,
Fig. 5A eine vergrößerte Querschnittsdarstellung, die einen LED-Sitz gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
Fig. 5B eine vergrößerte Querschnittsdarstellung, die einen LED-Sitz gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
Fig. 6 ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungselement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt,
Fig. 7 ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungselement gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt, und
Fig. 8 ein Schaltungsdiagramm, das ein Schaltungselement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben.
In Fig. 1 ist eine Explosionsseitenansicht einer erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung 1 gezeigt. Wie es in der Zeichnung gezeigt ist, umfasst die LED- Leuchtvorrichtung 1 eine LED 3, ein Schaltungselement 10, ein Gehäuseelement 30 und ein Abdeckungselement 40.
Die LED 3 ist eine schalenförmige LED. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die lichtemittierende Vorrichtung der LED 3 eine blaues Licht emittierende Diode, die aus einem Gruppe-III-Stickstoff-Verbindungshalbleiter gebildet ist. Die LED 3 umfasst Leitungen bzw. Anschlussdrähte 4, 5.
Die LED ist eine Lichtquelle, die einen niedrigen Energieverbrauch sowie einen niedrigen Erwärmungswert aufweist und eine lange Lebensdauer hat. Somit ist sie für eine kontinuierliche Beleuchtung für eine lange Zeitdauer geeignet.
Der LED-Typ, der in der LED-Lichtquelle verwendet wird, ist nicht auf einen bestimmten begrenzt, wobei zusätzlich zu dem schalenförmigen Typ verschiedene andere Typen, einschließlich Chiptypen, angewendet werden können.
Von der LED-Lichtquelle emittierte Lichtfarben sind ebenso nicht auf eine besondere begrenzt. Zusätzlich zu der blaues Licht emittierenden LED gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel können beispielsweise LED mit Emissionswellenlängen in dem sichtbaren Bereich von Weiß, Rot, Orange, Grün, usw. angewendet werden. Ferner können ebenso LED mit Emissionswellenlängen im ultravioletten Bereich verwendet werden. In diesem Fall kann ein Leuchtstoff, der eine Fluoreszenz bei einem Aussetzen von Licht im ultravioletten Bereich erzeugt, in Kombination mit der LED verwendet werden. Die Fluoreszenz kann ebenso als ein Beleuchtungslicht verwendet werden. Der Leuchtstoff kann beispielsweise in einer Abdeckung (einem schalenförmigen Abschnitt) beinhaltet sein, der bei der Lichtausgabeseite der LED angebracht ist. Alternativ dazu kann eine einen Leuchtstoff beinhaltende Schicht auf der Oberfläche der Abdeckung bereitgestellt sein.
Ferner kann ebenso eine Kombination von LED, die zueinander in Typ und/oder Emissionslichtfarbe unterschiedlich sind, verwendet werden.
In der Zeichnung bezeichnet Bezugszeichen 8 einen Widerstand als ein Widerstandselement.
Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, umfasst das Schaltungselement 10 drei Metallplatten 11, 13, 15, die eine in Fig. 4 gezeigte Schaltung bilden.
Die erste Metallplatte 11 umfasst ein Verbindungselement 12 für eine Leitung bzw. einen Anschlussdraht 9 eines Widerstands 8 und einen Anschluss 17 bei der +-Seite. Die zweite Metallplatte 13 umfasst ein Verbindungselement 14 für eine Leitung bzw. einen Anschlussdraht 5 der LED und einen Anschluss 18 auf der Masse-Seite. Die dritte Metallplatte 15 umfasst ein Verbindungselement 16a für eine andere Leitung 9 des Widerstands 8 und ein Verbindungselement 16b für eine Leitung 4 der LED.
Bei diesen Metallplatten ist, wie es in Fig. 2D gezeigt ist, jedes der Verbindungselemente 12, 14, 16 von dem Gehäuseelement 30 offengelegt. Die Verbindungselemente 12, 14, 16 und die jeweiligen entsprechenden Leitungen 4, 5, 9 werden miteinander widerstandsverschweißt. Zu diesem Zeitpunkt wird auf die Metallplatten Wärme aufgebracht. Im Gegensatz zu dem Beispiel gemäß dem Stand der Technik, das eine gedruckte Harz-Platine verwendet, unterliegen die Metallplatten dem Wärmeeinfluss jedoch wenig.
Das Verfahren zum Verbinden der Verbindungselemente mit den Leitungen ist nicht auf das Widerstandsschweißen begrenzt, und es kann beispielsweise Löten oder Laserschweißen angewendet werden.
Die Verbindungselemente sind vorzugsweise von der Oberfläche des Gehäuseelements 30 in einer identischen Richtung (die Richtung einer identischen Seitenfläche) offengelegt. Der Grund hierfür ist, eine Verbindung der Verbindungselemente mit den Leitungen zu vereinfachen.
Die Metallplatten 11, 13, 15 können hergestellt werden, indem ein elektrisch leitfähiges Metall, wie beispielsweise Kupfer, einem Stanz- und Biegeprozess unterzogen wird. Eine verkupferte oder verzinnte Stahlplatte kann ebenso als Metallplattenmaterial verwendet werden.
Das Gehäuseelement 30 wird durch Spritzgussformen eines Harzmaterials unter Verwendung der Metallplatten 11, 13, 15 als Eingussteile hergestellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird PBT als Formmaterial für das Gehäuseelement 30 verwendet. Das Formmaterial ist jedoch nicht auf lediglich PBT begrenzt, und es können beispielsweise ebenso PP, PE, ABS und andere Mehrzweckharze, biologisch abbaubare Harze (Biokunststoffe), wie beispielsweise Poly-Milchsäure, und Keramiken verwendet werden.
Das Gehäuseelement 30 umfasst einen LED-Sitz bzw. ein LED- Aufnahmeelement 31. Dieser LED-Sitz 31 ist zylindrisch, wobei der innere Durchmesser des Zylinders im Wesentlichen identisch zu dem äußeren Durchmesser des Kopfes der LED 30 ist. Das heißt, der LED-Sitz 31 ist ein zylindrisches Element in einer Form, die im Wesentlichen identisch zu der Querschnittskonfiguration der LED 3 ist. Folglich kann die LED 3 in den LED-Sitz 31 eingefügt und eingepasst werden, ohne im Wesentlichen einen Zwischenraum freizulassen. Aufgrund dessen kann das Eindringen von Schmutz oder Staub in die LED-Leuchtvorrichtung 1 verhindert werden. Das obere Ende der inneren Oberfläche des LED-Sitzes 31 ist diametrisch in eine Kegelform ausgedehnt worden und weist eine flache Oberfläche auf. Mittels dieser kegelförmigen bzw. zugespitzten Oberfläche 32 kann der Strahlungswinkel des von der LED 3 emittierten Lichts bestimmt werden, wie es durch die Pfeile in Fig. 5A veranschaulicht ist. Auf der kegelförmigen Oberfläche 32 kann vorzugsweise eine große Anzahl von konvexen Elementen 33 bereitgestellt sein, wie es in Fig. 5B gezeigt ist. Die konvexen Elemente können beispielsweise in einer kreisförmigen Form vorliegen, die durch ein Abschrägen des oberen Teils bereitgestellt wird. Die konvexen Elemente 33 können durch ein Ätzen bzw. Abtragen der kegelförmigen Oberfläche 32 durch eine Mischung aus Sand mit Kügelchen gebildet werden. Die Bereitstellung der großen Anzahl von konvexen Elementen 33 in der kegelförmigen Oberfläche 32 ist dahingehend von Vorteil, dass von der LED 3 emittiertes Licht von der großen Anzahl von konvexen Elementen 33 auf der kegelförmigen Oberfläche 32 unregelmäßig reflektiert wird, wie es durch die Pfeile in Fig. 5B veranschaulicht ist, um von der LED-Leuchtvorrichtung emittiertes Licht homogener zu machen und somit die Ungleichförmigkeit des Lichts zu beseitigen.
In dem Gehäuseelement 30 ist gleichsam ein Sitz bzw. ein Aufnahmeelement 35 für den Widerstand 8 bereitgestellt.
Wie es in Fig. 2D gezeigt ist, ist das Abdeckungselement 40 ein Element, das eine im Wesentlichen H-förmige Konfiguration in einem vertikalen Schnitt aufweist. Dieses Abdeckungselement 40 wird extern bei dem Gehäuseelement 30 angebracht, um die Anschlüsse 17, 18 und den Widerstand 8 abzudecken. Ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser 41 in dem Abdeckungselement 40 wird in einen Anbringungssitz bzw. ein Anbringungsaufnahmeelement bei der Körperseite eines Fahrzeugs eingeführt oder damit in Eingriff gebracht.
Das Formmaterial für das Abdeckungselement 40 ist vorzugsweise identisch mit dem Formmaterial für das Gehäuseelement 30 oder vom selben Typ. Das Formmaterial ist jedoch nicht auf ein besonderes begrenzt. Das heißt, ein beliebiges Material aus PP, PE, ABS und anderen Mehrzweckharzen, biologisch abbaubaren Harzen (Biokunststoffen), wie beispielsweise Poly-Milchsäure, Keramiken, usw. kann als das Formmaterial für das Abdeckungselement 40 verwendet werden.
Wenn die LED-Leuchtvorrichtung 1 beispielsweise bei dem Sitz für ein Fahrzeug angebracht ist, sind die Anschlüsse 17, 18 mit einer elektrischen Verdrahtung bei der Fahrzeugseite verbunden. In diesem Fall wird die LED- Leuchtvorrichtung 1 durch eine Steuerungseinrichtung in dem Fahrzeug gesteuert.
Wenn beispielsweise die LED-Leuchtvorrichtung 1 als ein Raumlicht verwendet wird, werden das EIN-/AUS-Schalten sowie die Helligkeit während des EIN-Zustands der LED 3 beispielsweise in Reaktion auf ein Öffnen/Schließen der Tür gesteuert.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die LED-Leuchtvorrichtung lediglich mit einer LED versehen. Alternativ dazu kann eine Vielzahl von LED in der LED- Leuchtvorrichtung bereitgestellt sein. In diesem Fall ist es ersichtlich, dass die Vielzahl von LED unabhängig voneinander oder gegenseitig durch Vergrößern der Anzahl von Metallplatten, die das Schaltungselement bilden, gesteuert werden kann.
In den Fig. 6 bis 8 sind Schaltungselemente 50, 60 und 70 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel gezeigt. In Fig. 4 und den Fig. 6 bis 8 sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen identifiziert, wobei eine sich überschneidende Beschreibung weggelassen ist.
In dem in Fig. 6 gezeigten Schaltungselement 50 ist eine Diode 51 als ein Gleichrichtelement parallel zu der LED 3 bereitgestellt, um die LED 3 vor einer hohen Spannung zu schützen, die in der Umkehrrichtung angelegt ist.
In dem in Fig. 7 gezeigten Schaltungselement 60 ist eine Zener-Diode 61 als ein Gleichrichtelement parallel zu der LED 3 bereitgestellt, um die LED 3 vor einer hohen Spannung zu schützen, die in der Umkehrrichtung angelegt ist.
In dem in Fig. 8 gezeigten Schaltungselement 60 ist eine Diode 71 als ein Gleichrichtelement bereitgestellt, das vor und in Reihe zu dem Widerstand 8 geschaltet ist, um das gesamte Schaltungselement vor der Umkehrspannung zu schützen.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sowie auf die zugehörige Beschreibung begrenzt, und Variationen und Modifikationen können in dem Bereich ausgeführt werden, der nicht die Definition in den Patentansprüchen verlässt, und können durch einen Fachmann konzipiert werden.
Wie es vorstehend beschrieben ist, umfasst eine LED- Leuchtvorrichtung eine LED, ein Schaltungselement und ein Gehäuseelement. Das Gehäuseelement weist einen LED-Sitz zum Halten der LED auf. Das Schaltungselement weist Metallplatten auf, die in dem Gehäuseelement eingebettet sind. Die Metallplatten weisen LED-Verbindungselemente auf, die von dem Gehäuseelement offengelegt sind. Die LED- Verbindungselemente sind jeweils mit Leitungen der LED widerstandsverschweißt.

Claims

1. LED-Leuchtvorrichtung mit einer LED, einem Schaltungselement und einem Gehäuseelement, wobei das Gehäuseelement einen LED-Sitz zum Halten der LED aufweist, das Schaltungselement Metallplatten aufweist, die in dem Gehäuseelement eingebettet sind, die Metallplatten LED-Verbindungselemente aufweisen, die von dem Gehäuseelement offengelegt sind, und die LED- Verbindungselemente jeweils mit Leitungen der LED elektrisch verbunden sind.

2. LED-Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der LED-Sitz eine zylindrische Form aufweist, die im Wesentlichen identisch zu der Querschnittskonfiguration der LED ist, und die LED eingeführt ist, um in den LED-Sitz eingepasst zu sein.

3. LED-Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuseelement einen Elementsitz aufweist, in den ein Schaltungselement eingefügt wird, um eingepasst zu sein, wobei die Metallplatten Elementverbindungselemente aufweisen, die von dem Gehäuseelement offengelegt sind, wobei die Elementverbindungselemente jeweils mit Leitungen der Schaltungselemente elektrisch verbunden sind.

4. LED-Leuchtvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine kegelförmige Oberfläche bei dem oberen Ende der inneren Oberfläche des LED-Sitzes bereitgestellt ist und eine große Anzahl von konvexen Elementen bei der kegelförmigen Oberfläche bereitgestellt ist.

5. LED-Leuchtvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Schaltungselement Verbindungsanschlüsse aufweist und ein Abdeckungselement zum Abdecken der Verbindungsanschlüsse und des Elementsitzes bereitgestellt ist.

6. LED-Leuchtvorrichtung mit:
einer LED mit Leitungen; und
einem Schaltungselement, das durch eine Metallplatte strukturiert ist, wobei das Schaltungselement erste Leitungsverbindungselemente, mit denen die Leitungen der LED verbunden sind, zweite Leitungsverbindungselemente, mit denen Leitungen eines elektrischen Elements verbunden sind, und Anschlüsse umfasst, die mit einer äußeren Schaltung zu verbinden sind, wobei das Schaltungselement von der LED übertragene Wärme abstrahlt.

7. LED-Leuchtvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Leitungen der LED und das elektrische Element jeweils widerstandsverschweißt sind mit den ersten und zweiten Leitungsverbindungselementen.

8. LED-Leuchtvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Leitungen der LED und des elektrischen Elements jeweils an die ersten und zweiten Leitungsverbindungselemente gelötet sind.

9. LED-Leuchtvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das elektrische Element ein Widerstand ist.