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DE20219869U1 - led - Google Patents

led

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DE20219869U1
DE20219869U1 DE20219869U DE20219869U DE20219869U1 DE 20219869 U1 DE20219869 U1 DE 20219869U1 DE 20219869 U DE20219869 U DE 20219869U DE 20219869 U DE20219869 U DE 20219869U DE 20219869 U1 DE20219869 U1 DE 20219869U1
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Abstract

A rapidly cooled LED comprises many semiconductor areas (31) on a substrate (32) connected to an electrode (33) and sealed into a thermally conductive cover (50) containing a cooling fluid dielectric (37). Operational heat is dissipated through the leads, the conductive cover and cooling fins on the substrate.

Description

Leuchtdiodeled

Die Erfindung betrifft eine Leuchtdiode und insbesondere eine schnell kühlende Leuchtdiode, die übliche Beleuchtungseinrichtungen ersetzen kann, die den Schaltungsaufbau vereinfacht, Energie einspart und den Lichtwirkungsgrad verbessert, um die Lebensdauer des leuchtenden Halbleiters zu erhöhen.The invention relates to a light-emitting diode, and more particularly to a fast-cooling light-emitting diode which can replace conventional lighting devices, simplify the circuit structure, save energy and improve the luminous efficiency to increase the lifetime of the luminous semiconductor.

Leuchtdioden (LED) werden in modernen Technologien vielfach verwendet, und zwar in unterschiedlichen Spezifikationen im Bereich der Anzeige, der Darstellung, der Verkehrslichttechnik, der Beleuchtung, usw..Light-emitting diodes (LEDs) are widely used in modern technologies, in different specifications in the areas of display, representation, traffic lighting, illumination, etc.

Eine übliche Leuchtdiode enthält einen abgedeckten Halbleiter und eine Elektrode, wobei durch wärmeisolierendes Epoxyd der Halbleiter sowie Zuleitungen geschützt werden.A typical light-emitting diode contains a covered semiconductor and an electrode, with the semiconductor and leads being protected by heat-insulating epoxy.

LED's haben jedoch auch Nachteile: Der Schaltungsaufbau eines Satzes eines Halbleiters und einer Elektrode ist mit Epoxydharz umgeben, das einen geschlossenen Raum für Wärme darstellt. Obgleich der Halbleiter einer LED üblicherweise eine Kaltlichtquelle darstellt, erzeugt der Halbleiter jedoch Wärme beim Licht aussenden und die Temperatur der aktiven Ebene erreicht 4000C. Gleichwohl ist die Strahlungseffizienz der LED nicht betroffen, da sie einen hohen Energieaustauschwirkungsgrad aufweist. Die Umgebung des Halbleiters ist der goldene Strahlungsbereich. Die Hitze kann jedoch nicht abgestrahlt werden, da der Halbleiter 11 von dem Epoxyd umgeben ist. Die Hitze kann nur auf einem Weg abgeleitet werden, nämlich über die Zuleitungen, welche die Regel der Hitzeableitung mißachtet.However, LEDs also have disadvantages: The circuit structure of a set of a semiconductor and an electrode is surrounded by epoxy resin, which is a closed space for heat. Although the semiconductor of an LED is usually a cold light source, the semiconductor generates heat when emitting light and the temperature of the active layer reaches 400 0 C. However, the radiation efficiency of the LED is not affected because it has a high energy exchange efficiency. The environment of the semiconductor is the golden radiation region. However, the heat cannot be radiated because the semiconductor 11 is surrounded by the epoxy. The heat can only be dissipated in one way, namely through the leads, which violates the rule of heat dissipation.

Obgleich die Temperatur einer LED konstant oder gering ist, heißt dies nicht, dass eine LED keine Wärme produziert. Die LED ist ein Element aus Halbleiter, so dass Überhitzungstemperaturen zu einem Bruch der „Junction" (der aktiven Schicht einer P-N-Verbindung) führt, so das.s der Abgabewirkungsgrad reduziert ist und sogar Schäden entstehen. Höhere Ströme führen zum Einbrennen der LED, so dass die Hitze ein hauptsächlicher Grund ist, dass die Qualität der LED und des Halbleiters sich verschlechtert.Although the temperature of an LED is constant or low, this does not mean that an LED does not produce heat. The LED is a semiconductor device, so overheating temperatures will cause the junction (the active layer of a P-N junction) to break, reducing output efficiency and even causing damage. Higher currents will cause the LED to burn in, so heat is a major cause of deterioration in the quality of the LED and semiconductor.

• ··

Aufgrund von Dampf und Oxidation und weil das den Halbleiter und die Elektrode umgebende Material Epoxydharz ist, erzeugt die Verbindung zwischen der Zuleitung und dem Epoxyd einen Freiraum, wenn Wärme produziert wird. Daher können Feuchtigkeit, Luft und andere Unreinheiten leicht in die LED eintreten und den Halbleiter korrodieren, welches den Abbau beschleunigt und die Lebenszeit verkürzt.Due to steam and oxidation, and because the material surrounding the semiconductor and electrode is epoxy, the bond between the lead and the epoxy creates a gap when heat is produced. Therefore, moisture, air and other impurities can easily enter the LED and corrode the semiconductor, accelerating degradation and shortening the lifetime.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine schnell kühlende Leuchtdiode anzugeben, die die vorgenannten Nachteile vermeidet.The invention is therefore based on the object of providing a rapidly cooling light-emitting diode which avoids the aforementioned disadvantages.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.This object is solved by the invention defined in claim 1.

Gemäß der Erfindung ist die Schaltung des Halbleiters und der Elektrode fest auf einem Substrat und einer Zuleitung fixiert und in einer strahlungs- und gasdichten Abdeckung (z. B. Glas) aufgenommen. Gas wird im Volumen vollständig herausgesaugt und es wird isolierende oder kühlende Flüssigkeit oder Gas (Dielektrikum) eingeführt und abgedichtet, so dass die LED in stabiler Umgebung und keine Luft, Feuchtigkeit und Unreinheiten, die den Halbleiter beschädigen, eintreten können. Soweit es die Hitze betrifft, kann diese in einen Strahlungsbereich um den Chip geleitet werden oder an äußere Lamellen und dann durch die dielektrische gasdichte Abdeckung schnell nach außen in die Luft abgeleitet werden, so dass Spezifikationen nicht mehr beschränkt sind und die Merkmale und die Lebensdauer beträchtlich verbessert sind.According to the invention, the circuit of the semiconductor and the electrode is firmly fixed on a substrate and a lead and housed in a radiation and gas-tight cover (e.g. glass). Gas is completely sucked out in volume and insulating or cooling liquid or gas (dielectric) is introduced and sealed, so that the LED is in a stable environment and no air, moisture and impurities that damage the semiconductor can enter. As far as heat is concerned, it can be directed to a radiation area around the chip or to external fins and then quickly dissipated to the outside air through the dielectric gas-tight cover, so that specifications are no longer limited and the characteristics and lifespan are considerably improved.

In einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung ist eine schnell kühlende Leuchtdiode angegeben, die mehrere Chips enthält, da sie gute Abstrahlungswerte aufweist. Z. B. kann Weißlicht durch Mischen von blauen und gelben Halbleitern erzeugt werden, und die Mischung von blauen, grünen und roten Halbleitern kann verschiedene Lichtfarben erzeugen. Aufgrund hoher Volumenleistung kann die schnell konventionelle kühlende Leuchtdioden-Leuchten und LED-Arrays ersetzen.In a further embodiment of the invention, a rapidly cooling light-emitting diode is specified which contains several chips, since it has good radiation values. For example, white light can be generated by mixing blue and yellow semiconductors, and the mixture of blue, green and red semiconductors can generate different colors of light. Due to high volume performance, the rapidly cooling light-emitting diode can replace conventional lights and LED arrays.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Leuchtdiode angegeben, bei der die Abdichtung in einem metallenen Behälter aufgenommen ist, um Start- undAccording to a third aspect of the invention, a light emitting diode is provided in which the seal is accommodated in a metal container in order to provide start and

Steuerschaltungen darin aufzunehmen, und diese direkt mit einem üblichen Lampensockel zu verbinden.To accommodate control circuits and connect them directly to a standard lamp base.

Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. They show:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer üblichen Leuchtdiode,Fig. 1 is a sectional view of a conventional light-emitting diode,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Fig. 1, die den Freiraum des Zufuhrdrahtes und des Epoxyharzes zeigt,Fig. 2 is an enlarged view of a portion of Fig. 1 showing the clearance of the feed wire and the epoxy resin,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Kaltlicht-Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,Fig. 3 is a perspective view of a cold light emitting diode according to an embodiment of the invention,

Fig. 4 eine Schnittansicht, die die Kühlung zeigt, undFig. 4 is a sectional view showing the cooling, and

Fig. 5 eine Schnittansicht, die eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt.Fig. 5 is a sectional view showing another embodiment of the invention.

Fig. 3 zeigt die perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Halbleiter 31 ist primär auf dem Substrat 32 angeordnet und an einer Elektrode 33 befestigt. Die Zuleitung 34 erstreckt sich durch die Abdichtung 35. Der Körper des genannten Elements wird mit einer gasdichten Abdeckung 36 versehen, aus der das Gas vollständig herausgesaugt ist. Schließlich wird das Dielektrikum 37 in die Abdeckung injiziert. In der Abdeckung befindet sich das Substrat 32, an dem ein Satz von Lamellen 38 befestigt ist. Die Abdichtung befindet sich in einem Metallbehälter und nimmt Start- und Steuerschaltungen auf und kann mit einem üblichen Lampensockel verbunden werden. Das Ende der Abdichtung 35 ist über die Zuleitung 34 mit der Elektrode 35 verbunden. Die gasdichte Abdeckung 36 besteht als flache (Fig. 2) oder gewölbte (Fig. 3) Abdeckung aus einem Material hoher thermischer Leitfähigkeit und kann unterschiedliche Spezifikationen und Formen aufweisen. Der Innenraum ist für die Körperelemente bestimmt. Das Dielektrikum 37 ,das in die gasdichte Abdeckung 36 injiziert wird, berührt den Chip 31 und das Substrat 32 direkt und es beruht auf Gas oder einer isolierenden Kühlflüssigkeit. Ein anderes Beispiel ist ein Vakuumraum gemäß Fig. 4. Hierbei wird die vom Chip 31Fig. 3 shows the perspective view of an embodiment of the present invention. The semiconductor 31 is primarily arranged on the substrate 32 and attached to an electrode 33. The lead 34 extends through the seal 35. The body of said element is provided with a gas-tight cover 36 from which the gas is completely sucked out. Finally, the dielectric 37 is injected into the cover. In the cover is the substrate 32 to which a set of lamellae 38 is attached. The seal is located in a metal container and accommodates start and control circuits and can be connected to a conventional lamp base. The end of the seal 35 is connected to the electrode 35 via the lead 34. The gas-tight cover 36 is made as a flat (Fig. 2) or domed (Fig. 3) cover from a material of high thermal conductivity and can have different specifications and shapes. The interior is intended for the body elements. The dielectric 37 injected into the gas-tight cover 36 directly contacts the chip 31 and the substrate 32 and is based on gas or an insulating cooling liquid. Another example is a vacuum chamber as shown in Fig. 4. Here, the gas produced by the chip 31

produzierte Wärme 50 durch Strahlungsabgabe verteilt und es ist genügend Raum für Chips vorhanden, die in dem Vakuumraum befestigt werden können.The heat produced 50 is distributed by radiation and there is enough space for chips to be mounted in the vacuum space.

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Leuchtdiode. Wie in der Figur dargestellt ist, wird der Chip 31 eingeschaltet, um Licht zu erzeugen. Die entstehende Wärme 50 wird durch das Dielektrium 37, das den Chip 31 umgibt, das Substrat 32 und die Stromzufuhr 34 abgegeben und von der Oberfläche der gasdichten Abdeckung und den Substratlamellen 38 schnell abgegeben, um die Wärmeaustauschrate zu verbessern.Fig. 5 is a sectional view of another embodiment of the present invention using a light emitting diode. As shown in the figure, the chip 31 is turned on to generate light. The resulting heat 50 is dissipated through the dielectric 37 surrounding the chip 31, the substrate 32 and the power supply 34 and is rapidly dissipated from the surface of the gas-tight cover and the substrate fins 38 to improve the heat exchange rate.

Die Erfindung verwendet Konstruktionsmerkmale und Elektronikcharakteristika, welche die physikalischen Gesetze beachten und den Wärmeaustausch beträchtlich verbessern, um den Durchbruch von Leuchtdioden zu verbessern und die Lebensdauer zu erhöhen. Die Erfindung ist sehr kosteneffektiv in der Industrie und trifft die aktuellen Bedürfnisse und Sicherheitsanforderungen.The invention uses design features and electronic characteristics that respect the laws of physics and significantly improve heat exchange to improve the breakdown of LEDs and increase their lifetime. The invention is very cost effective in the industry and meets current needs and safety requirements.

Obgleich die vorstehende Beschreibung Ausführungsformen darstellt, ist es dem Fachmann geläufig, dass jegliche Änderungen oder Abweichungen der Beispiele der vorliegenden Erfindung am Schutzumfang der beigefügten Ansprüche verbleiben.Although the foregoing description represents embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that any changes or variations of the examples of the present invention remain within the scope of the appended claims.

■*-■*-

Claims (3)

1. Schnell kühlende Leuchtdiode mit einem Substrat (32) mit einem Satz von Halbleitern, die an dem Substrat befestigt sind, einer gasdichten Abdeckung (36) aus hochthermisch leitfähigem Material, wobei deren Innenseite den Halbleiter (31) und das Substrat (32) aufnimmt, mit einer Elektrode (33), wobei eine Mehrzahl von Halbleitern auf dem Substrat befestigt und mit der Elektrode verbunden sind, mit einer Abdeckung, welche in einem Metallbehälter aufgenommen ist und den Grund der gasdichten Abdeckung abdichten kann, mit zwei oder mehr Zuleitungen, die sich von der gasdichten Abdeckung erstrecken, einem Dielektrikum (37) als isolierende Kühlflüssigkeit oder Gasfüllung in der gasdichten Abdeckung, welche die Halbleiter berührt, wobei das Dielektrikum in die gasdichte Abdeckung einführbar ist, nachdem Gas aus der Abdeckung entfernt ist, und die Wärme durch die dielektrische Umgebung des Halbleiters, des Substrats und der Zuleitungen abführbar und von der Oberfläche der gasdichten Abdeckung entfernbar ist, wobei Substratlamellen den thermischen Austausch bei der Erzeugung von Lichtenergie verbessern. 1. Fast cooling light emitting diode with a substrate ( 32 ) with a set of semiconductors attached to the substrate, a gas-tight cover ( 36 ) made of highly thermally conductive material, the inside of which accommodates the semiconductor ( 31 ) and the substrate ( 32 ), with an electrode ( 33 ), with a plurality of semiconductors attached to the substrate and connected to the electrode, with a cover which is accommodated in a metal container and can seal the bottom of the gas-tight cover, with two or more leads extending from the gas-tight cover, a dielectric ( 37 ) as an insulating cooling liquid or gas filling in the gas-tight cover which contacts the semiconductors, the dielectric being insertable into the gas-tight cover after gas has been removed from the cover, and the heat being dissipated through the dielectric environment of the semiconductor, the substrate and the leads and being removable from the surface of the gas-tight cover, with substrate lamellas facilitating the thermal exchange in the generation of Improve light energy. 2. Leuchtdiode nach Anspruch 1, bei der das Dielektrikum als Vakuum ausgebildet ist und die durch die Halbleiter erzeugte Wärme über Strahlungsabgabe verteilt wird. 2. Light-emitting diode according to claim 1, wherein the dielectric is designed as a vacuum and the heat generated by the semiconductors is distributed via radiation emission. 3. Leuchtdiode nach Anspruch 1, bei der die Abdeckung mit einem üblichen Lampensockel verbindbar ist, und die Leiterenden der Abdichtung mit der Zuleitung der Elektrode verbunden sind. 3. Light-emitting diode according to claim 1, wherein the cover can be connected to a conventional lamp base, and the conductor ends of the seal are connected to the supply line of the electrode.
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