Kühlung für Hochleistungsleuchtdioden in Kleinlampenfassungen

8 Leuchtdioden können in ihrer Lichtleistung wesentlich gesteigert werden, wenn es gelingt, Ihre Anode und Kathode möglichst unmittelbar zu kühlen. Es ist bekannt, dass die thermische Belastung, insbesondere der Anode und insbesondere die Abfuhr der Eigenwärme das entscheidende Kriterium der Lebensdauer von Leuchtdioden ist, nachdem die thermische Resistenz der Halbleitersubstrate durch Anwendung von Gallium-Nitrid-Verbindungen, im MOCVD-Verfahren auf Saphir, Spinell, SIC, Sl ZnO und ähnlichen Trägermaterialien aufgebracht, ebenso ausgereizt erscheint, wie die – für gleichmäßige Lichtfarbe entscheidende
– Resistenz von floreszierenden Leuchtmitteln gegen Emissionseinbußen durch die Kombination von Materialien mit gezielt unterschiedlicher Bandlücken, oder die Absperrung der für manche Materialien aggressiven Luftfeuchtigkeit.


Obwohl LEDs deutlich energiesparender als Glühbirnen sind, setzen sie immer noch rund 70% der eingesetzten Energie in Wärme um. Daher ist die Kühlung der LED entscheidend für die Leistungsfähigkeit
und Langlebigkeit einer LED. Am Markt befindliche Kühlkörper haben zumeist jedoch einen hohen Wärmewiederstand und besitzen verschiedene Leiterschichten, die allerdings eine optimale Wärmeabfuhr behindern.

5 Die Erfindung von Herr Orban ermöglicht die Lichtleistung von LEDs durch eine verbesserte Kühlung weiter zu steigern. Weiterhin soll dies sowohl mit den konventionellen Herstellmethoden für LEDs, wie auch mit den gängigen Bauformen von Miniatur-Lampen und -Leuchten kompatibel sein, so dass diese problemlos durch die neuen, effizienteren Lämpchen ersetzt werden können und große Leuchteneinheiten zur Erzielung hoher Lichtleistung obsolet sind.
Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass die Kühlung möglichst nahe und mit niedrigem Wärme-Übergangswert am Ursprung der Hitzeentwicklung ansetzt. Der erfinderische Schritt hierzu ist, die gängigen LED-Chips so umzugestalten, dass die üblichen Anschlussflächen von Anode und Kathode auf der Rückseite der Chips poliert, von daran ansetzenden Kühlkörpern weit überdeckt und löttechnisch verbunden sind. Das bedeutet zwangsläufig, dass der üblicherweise zur Lötmontage auf Leiterbahnen von Trägerplatinen vorgesehene metallene Mittelstreifen entfällt und die aufgalvanisierten (bzw. nicht weggeätzten) Kupferflächen auf der Chip-Rückseite so groß wie auf dem Chip möglich ausgeführt sind, solange sie sich nicht berühren. Ferner sind auf diese Kontaktflächen wiederum polierte Kühlstäbe – vorzugsweise aus Elektrokupfer – aufgepresst und mit sie umlaufenden Klebeharzen befestigt, wodurch die für thermische Belastung kritischere Kathode mit geringstmöglichen thermischem Widerstand mit dem Kühlkörper verbunden ist – der erfindungsgemäß gleichzeitig das Lampengewinde oder einen der Steckstifte für Lampensockel darstellt.

Herr Orbans neuester Prototyp, in der Größe eines E10-Lämpchens mit 15W, hat eine Leistung von ca.1600 lm. Dies entspricht einer siebenfachen Steigerung der Leistungsdichte.

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