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DE3929477A1 - Led-anordnung - Google Patents

Led-anordnung

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DE3929477A1
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led
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Karl-Ulrich Dr Ing Stein
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Siemens AG
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Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtemissionsdioden(LED)-Anord­ nung für den Betrieb mit eingeprägter Spannung.
Derartige Anordnungen werden beispielsweise in einem 12-Volt-Kraftfahrzeug-Bordnetz als Lichtquelle verwendet.
Bekannte Anordnungen bestehen aus einer Serienschaltung von üblichen Standard-LEDs, beispielsweise in 3 mm- oder 5 mm-Bau­ form, bzw. aus LEDs mit Strombegrenzer in Form eines Wider­ standes, Kaltleiters oder Depletion-Transitors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtquelle mit LED-Chips für den Betrieb mit eingeprägter Spannung, z. B. in einem 12 V-Kfz-Bordnetz zu schaffen, die elektrisch und mechanisch zumindest ebenso einfach wie eine gebräuchli­ che Glühlampe anwendbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einer LED-Anordnung für den Betrieb mit eingeprägter Spannung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere gleiche LED-Chips aneinandergereiht mechanisch und hintereinander geschaltet elektrisch miteinander ver­ bunden sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfin­ dung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
So kann es zweckmäßig sein, in die LED-Chip-Anordnung minde­ stens einen Strombegrenzer, z. B. in Form eines Widerstandes, Kaltleiters oder Depletion-Transistors, zu integrieren und mit dieser in Serie zu schalten.
Die LED-Anordnung wird in Leuchtstärke und Lebensdauer zweck­ mäßig für die betreffende Spannung einschließlich deren Tole­ ranzen spezifiziert.
Vorzugsweise ist die LED-Anordnung in Zeilenform mit einem Quader als Grundgestalt ausgebildet und ggf. mit Frontlinsen und/oder Vorkehrungen für das Fügen bzw. Umpressen einer Vielzahl von Quadern zu einer Leuchtfläche ausgestattet.
Die elektrischen Anschlüsse der LED-Anordnung sind vorteil­ haft so gestaltet, daß sie einen kostengünstigen elektrischen Anschluß bilden. Solche Anschlüsse sind zum Beispiel für die LED-Anordnung geeignete Stecksockel, Flachstecker, Rep-Stifte oder Fahnen bzw. Lappen für beispielsweise Punktschweißen mit Stromschienen.
Die Serienschaltung wird zur Herstellung in einer kostengün­ stigen Vergießtechnik vorzugsweise mit einem speziellen, etwa kammförmigen Leadframe gebaut, der es erlaubt, beispielsweise fünf Chips (z. B. TSN/GaP für rot, gelb oder grün) oder sieben bis acht Chips (z. B. aus GaAs für Standard-rot) ggf. mit einem Strombegrenzer in Serie mit Wire-Bonds zu kontaktieren.
Als Alternative zu dieser Bauform ist vorgesehen, gleich die erforderliche Anzahl von LED-Scheiben ggf. samt Strombegren­ zer elektrisch und mechanisch zu verbinden und den Stapel in Funktionseinheiten z. B. mittels Sägen oder Trennschleifen me­ chanisch zu zerteilen. Das Vereinzeln in Funktionseinheiten kann aber auch auf chemischem Wege vorgenommen werden. Für diese Bauform eignen sich besonders LED-Chips mit transparen­ tem Substrat, beispielsweise LED-Chips aus n-GaP als Substrat, deren Vorder- und Rückseite verspiegelt und lötbar gemacht ist. Der Aufbau eines solchen Stapels erfolgt vorteilhaft in einem Gehäuse, das den erforderlichen geringen thermischen Widerstand hat, wie z. B. ein Kleinglühlampen-Schraubsockel.
Anhand von in den Figuren der Zeichnung rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden weiter erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine LED-Anordnung mit Serienschaltung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1 und
Fig. 3 eine LED-Anordnung in Stapelbauweise.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte LED-Anordnung besteht im wesentlichen aus fünf LED-Chips 1, die aneinandergereiht mechanisch und hintereinandergeschaltet elektrisch miteinan­ der verbunden sind. Die LED-Chips 1 sind dabei mit ihren pn- Übergängen parallel zueinander ausgerichtet und seitlich an­ einandergereiht. In die Anordnung der LED-Chips 1 ist ein Strombegrenzer 2 integriert und mit diesen in Serie geschal­ tet. Die LED-Chips 1 sind auf den Fingern eines kammartig aus­ gebildeten Leadframe 5 befestigt. Die Enden der Finger des Leadframes 5 sind dabei als Reflektoren für das von den LED- Chips 1 emittierte Licht ausgebildet. Die beiden äußeren Fin­ ger des kammartigen Leadframe 5 bilden die beiden Anschluß­ beine der Anordnung der LED-Chips 1. Die zwischen diesen An­ schlußbeinen befindlichen Finger des Leadframe 5 sind ver­ kürzt und ragen somit aus einer Umhüllung 3 der Anordnung der LED-Chips 1 nicht heraus. Die Umhüllung 3 besteht aus einem lichtdurchlässigen, elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff. Die Umhüllung 3 weist im Bereich der lichtemittierenden pn-Übergänge der ein­ zelnen LED-Chips eine Frontlinsenstruktur 4 auf, die zum ge­ richteten Abstrahlen des von den LED-Chips 1 herrührenden Lichtes verwendet wird. Die Serienschaltung der einzelnen auf den Fingerenden des Leadframes 5 befindlichen LED-Chips und des in diesem Beispiel auf dem einen Außenfinger (An­ schlußbein) befindlichen Strombegrenzers 2 erfolgt über Ver­ bindungsdrähte bzw. Wire-Bonds 6.
Die in Fig. 3 dargestellte LED-Anordnung besteht im wesentli­ chen aus fünf LED-Chips 1, die aneinandergereiht mechanisch und hintereinander geschaltet elektrisch miteinander verbun­ den sind. Die LED-Chips 1 sind dabei mit ihren pn-Übergängen parallel zueinander ausgerichtet übereinandergestapelt. In die Anordnung der LED-Chips 1 ist ein Strombegrenzer 2 inte­ griert und mit diesen in Serie geschaltet. Die LED-Chips 1 bestehen dabei aus einem transparenten Substrat, beispiels­ weise aus n-GaP, in dem der lichtemittierende pn-Übergang durch p-Diffusion erzeugt ist. Die Vorder- und Rückseiten der LED-Chips 1 sind jeweils mit einer Verspiegelungsschicht 7 und einer lötfähigen Schicht 8 versehen. Die Abstrahlrichtung des von dem jeweiligen pn-Übergang eines LED-Chips 1 emit­ tierten Lichtes ist in der Fig. 3 durch geschlängelte Pfeile angedeutet. Der LED-Chip-Stapel bzw. die Anordnung der LED- Chips 1 ist quaderförmig ausgebildet. Die Höhe der Anordnung bzw. des Quaders beträgt beispielsweise ungefähr 1,5 mm und die Breite ungefähr 0,25 mm.
Die Anwendung einer erfindungsgemäßen LED-Anordnung ist bei­ spielsweise als Lichtquelle für Kfz-Außen-Signalleuchten wie Schluß-, Brems- und Blinkleuchten möglich. Von besonderem Vorteil ist hier die durch eine Parallelschaltung mögliche Redundanz und die flache Bauform, die neue Gestaltungsmög­ lichkeiten sogar auf der Karosserie erlaubt. Reflektoren und Sockel können entfallen. Außerdem kann die LED-Anordnung als Lichtquelle für Verkehrsampeln oder Verkehrszeichen ver­ wendet werden.

Claims (14)

1. LED-Anordnung für den Betrieb mit eingeprägter Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleiche LED-Chips (1) aneinandergereiht mechanisch und hin­ tereinander geschaltet elektrisch verbunden sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die LED-Chip-Anordnung (1) minde­ stens ein Strombegrenzer (2) integriert und mit dieser in Serie geschaltet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die LED-Chip-Anordnung (1) die Gestalt eines Quaders aufweist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Chips (1) mit ihren pn-Übergängen parallel zueinander ausgerichtet seitlich aneinandergereiht sind.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Chips (1) mit einer lichtdurchlässigen, elektrisch isolierenden Umhüllung (3) umgeben sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umhüllung (3) im Bereich der lichtemittierenden pn-Übergänge der LED-Chips (1) eine Front­ linsenstruktur (4) aufweist.
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umhüllung (3) zum Fügen oder Um­ pressen einer Vielzahl von quaderförmigen LED-Anordnungen (1) dient.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Chips (1) auf den Fingern eines kammartig so ausgebildeten Leadframe (5) befe­ stigt sind, daß die Serienschaltung der LED-Chips (1) über den Leadframe (5) und zwischengeschaltete Wire-Bonds (6) er­ folgt.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrischer Anschluß für die LED-Chip-Anordnung (1) ein Stecksockel, ein Flach­ stecker, Rep-Stifte oder Anschlußfahnen dienen.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Chips (1) mit ihren pn-Übergängen parallel zueinander ausgerichtet überein­ andergestapelt sind.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine bestimmte Anzahl von in einem Stapel elektrisch und mechanisch miteinander verbundenen LED- chips (1) auf mechanischem oder chemischem Wege in Funktions­ einheiten vereinzelt ist.
12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Chips (1) aus einem transparenten Substrat bestehen, und daß die Vorder- und Rückseiten der LED-Chips (1) eine Verspiegelungsschicht (7) und eine lötfähige Schicht (8) aufweisen.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Chips (1) in einem Kleinglühlampen-Schraubsockel angeordnet sind.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekenn­ zeichnet durch ihre Verwendung als Lichtquelle in einem 12-V-Kfz-Bordnetz.
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