УСТРОЙСТВО ОСВЕЩЕНИЯ
LIGHTING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Варианты осуществления, описанные здесь, относятся в общем к устройству освещения, использующему светоизлучающий элемент, такой как светоизлучающий диод (LED).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Светоизлучающий диод в последнее время использовался в качестве источника света устройства освещения. В таком источнике света множество простых LED кристаллов установлено на подложке, и каждый LED кристалл электрически подсоединен к структуре проводки посредством соединительного провода. Множество таких подложек размещено в основном корпусе, изготовленном из металла, такого как алюминий. Такое устройство освещения обычно снабжается энергией посредством устройства управления освещением, подсоединенного к источнику переменного тока, и освещение LED кристаллов регулируется. Металлический основной корпус поддерживается при потенциале заземления.
Однако в вышеупомянутом устройстве освещения, хотя переключатель (однопозиционный) электропитания устройства управления освещением выключен, LED кристаллы могут неярко освещать. Это неправильное освещение LED кристаллов вызывается шумами, налагаемыми на линию электроснабжения. Паразитная емкость генерируется между проводником, таким как конфигурация проводки, подсоединенная к LED кристаллам, и металлическим основным корпусом, близким к проводнику, и незначительный ток, такой как ток утечки, протекает в LED кристаллах.
В качестве способа предотвращения неправильного освещения параллельно к каждому LED кристаллу подсоединяется конденсатор, служащий в качестве шунтирующего элемента, для формирования шунта для незначительного тока. Однако с этим способом стоимость изготовления увеличивается посредством добавления конденсаторов и надежность проводного соединения ухудшается из-за увеличения количества частей, подлежащих пайке. Далее, когда конденсаторы установлены на поверхности подложки, отражательная способность поверхности подложки снижается и оптический выход источника света уменьшается.
Когда температура светоизлучающего элемента, такого как LED, повышается, оптический выход уменьшается и срок службы уменьшается. Следовательно, устройству освещения, использующему твердый светоизлучающий элемент, такой как LED, и EL элемент в качестве источника света, необходимо предотвращение подъема температуры в светоизлучающем элементе для увеличения срока службы и улучшения световой эффективности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 изображает примерный вид сверху светоизлучающего устройства осветительного устройства согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 2 изображает примерный вид сверху светоизлучающего устройства с удаленными рамочным элементом и элементом герметизации;
Фиг. 3 изображает примерный вид в разрезе, взятый вдоль линии III-III на фиг. 3;
Фиг. 4 изображает примерную схему соединений, схематически показывающую устройство освещения согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 5 изображает примерный вид сверху светоизлучающего устройства осветительного устройства согласно второму варианту осуществления;
Фиг. 6 изображает примерный вид сверху светоизлучающего устройства с удаленными рамочным элементом и элементом герметизации; и
Фиг. 7 изображает примерный вид в разрезе вдоль линии VII-VII на фиг. 5.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В общем согласно одному варианту осуществления устройство освещения содержит: проводящий основной корпус при потенциале заземления; светоизлучающее устройство в основном корпусе и устройство управления освещением, выполненное с возможностью подачи энергии к светоизлучающему устройству. Светоизлучающее устройство содержит подложку, содержащую изоляционный слой, и излучающий слой с удельной теплопроводностью, образованный из проводящего материала и ламинированный на изоляционный слой; множество светоизлучающих элементов, установленных на излучающем слое; и проводку электропитания, выполненную с возможностью электрического соединения светоизлучающих элементов и осуществления излучающего слоя электрически непроводящим.
Подложка предпочтительно использует металлический материал с высокой удельной теплопроводностью и эффективным излучением, такой как алюминий, в качестве пластины основания. Однако материал не ограничен этим. В качестве изолирующего материала пластины основания может использоваться керамическая или синтетическая смола с высокой износостойкостью и эффективным излучением. Светоизлучающим элементом является твердый светоизлучающий элемент, такой как светоизлучающий диод (LED). Количество светоизлучающих элементов, подлежащих установке на подложке, не ограничено.
Излучающий слой образуется из трех слоев, например. Первый слой вытравливается медью. Медный слой плакируется никелем (Ni) в качестве второго слоя. Плакированный никелем слой плакируется серебром (Ag) в качестве третьего слоя. В этом случае поверхностный слой может обладать высокой отражающей способностью. Проводка электропитания означает проводник, такой как соединительный провод или конфигурация проводки, для электрического соединения каждого светоизлучающего элемента.
Устройство освещения включает в себя осветительное оборудование, подлежащее использованию в помещении или вне помещения, блок отображения и т.п.
Согласно одному варианту осуществления проводка электропитания для электрического соединения светоизлучающего элемента содержит соединительные провода, электрически подсоединяющие электроды смежных светоизлучающих элементов друг к другу.
В вышеприведенной конфигурации электроды смежных светоизлучающих элементов непосредственно подсоединены друг к другу посредством соединительного провода. Соединительный провод предпочтительно является тонким золотым (Au) проводом, но может быть и другими металлическими проводами.
Согласно одному варианту осуществления проводка электропитания для электрического соединения светоизлучающего элемента содержит проводник подключения, меньший, чем по меньшей мере площадь излучающего слоя, расположенного между смежными светоизлучающими элементами, и соединительные провода, электрически подсоединяющие электроды смежных светоизлучающих элементов друг к другу через проводник подключения.
Проводник подключения предпочтительно имеет площадь, меньшую, чем по меньшей мере излучающий слой, и минимальную для соединения соединительного провода.
Согласно одному варианту осуществления обеспечено устройство освещения, которое эффективно препятствует повышению температуры светоизлучающего элемента посредством увеличения площади излучающего слоя и препятствует неправильному освещению светоизлучающего элемента посредством уменьшения площади проводки электропитания.
Согласно одному варианту осуществления в дополнение к вышеуказанному эффекту, так как электроды смежных светоизлучающих элементов соединены посредством соединительного провода, площадь проводки электропитания может быть уменьшена. Далее, так как электроды смежных светоизлучающих элементов соединены посредством соединительного провода через проводник подключения, имеющий малую площадь, площадь проводки электропитания может быть уменьшена.
В дальнейшем устройство освещения, содержащее светоизлучающее устройство согласно первому варианту осуществления, будет объяснено со ссылкой на фиг. 1-4. Одним и тем же частям на чертежах дана одна и та же ссылочная позиция, и их повторное объяснение будет опущено.
Как показано на фиг. 1-3, устройство 1 устройства освещения содержит подложку 2, светоизлучающие элементы 3, проводку 4 электропитания, подсоединенную к электроду каждого светоизлучающего элемента, рамочный элемент 5 и элемент 6 герметизации.
Подложка 2 сформирована по существу прямоугольной. Подложка 2 содержит пластину 21 основания, изготовленную из металлического материала с высокой удельной теплопроводностью и эффективным излучением, такого как алюминий, для увеличения излучения каждого светоизлучающего элемента 3, и изоляционный слой 22, равномерно ламинированный на пластину 21 основания. Изоляционный слой 22 образован из электрически изолирующей органической синтетической смолы, например из эпоксидной смолы. Пластина 21 основания может быть образована из изолирующего материала, такого как керамическая или синтетическая смола с высокой износостойкостью и относительно эффективным излучением.
Как показано на фиг. 2 и 3, на изоляционном слое 22 множество излучающих слоев 23, положительный проводник 24 электропитания и отрицательный проводник 25 электропитания ламинированы в подобной слоистой структуре. Как показано на фиг. 2, излучающие слои 23 образованы в шесть по существу прямоугольных блоков, которые расположены в продольном направлении подложки 2 с интервалами. Положительный проводник 24 электропитания и отрицательный проводник 25 электропитания обеспечены на обоих концах в продольном направлении подложки 2 как пара и находятся на заданном изолирующем расстоянии от излучающих слоев 23.
Как показано на фиг. 3, излучающие слои 23, положительный проводник 24 электропитания и отрицательный проводник 25 электропитания имеют трехслойную структуру, в которой первый слой 23а, второй слой 23b и третий слой 23с расположены друг над другом последовательно. Первым слоем 23а является структура медной фольги, образованная на изоляционном слое 22 посредством травления. Вторым слоем 23b является слой никеля (Ni), плакированный на структура медной фольги. Третьим слоем 23с является слой серебра (Ag), плакированный на слой 23b никеля. Третий слой 23с, т.е. поверхностный слой каждого из излучающего слоя 23, и положительный и отрицательный проводники 24 и 25 электропитания плакированы металлом, таким как серебро (Ag), и общий коэффициент отражения света третьего слоя составляет до 90%. На изоляционном слое 22 не показанный слой сопротивления может быть образован подходящим образом.
Положительный проводник 24 электропитания и отрицательный проводник 25 электропитания являются проводящими слоями, электрически подсоединенными к другим частям. В противоположность этому излучающий слой 23 является непроводящим слоем, не подсоединенный электрически к другим частям.
Каждый из светоизлучающих элементов 3 использует простой LED кристалл (LED кристалл). Кристалл, выполненный с возможностью излучения синего света, например, используется как LED кристалл 3, так что светоизлучающее устройство 1 излучает белый свет. LED кристалл 3 соединен на каждом излучающем слое 23 посредством использования изолирующего адгезива 31 из силиконовой смолы.
LED кристалл 3 является InGaN элементом, например, со светоизлучающим слоем, образованным на подложке из прозрачного сапфирового элемента. Светоизлучающий слой образован посредством последовательного ламинирования полупроводникового слоя нитрида n-типа, InGaN светоизлучающего слоя и полупроводникового слоя нитрида р-типа. LED кристалл 3 содержит электроды для протекания тока к светоизлучающему слою, которые являются положительным электродом 32, образованным посредством контактной площадки электрода р-типа на полупроводниковом слое нитрида р-типа, и отрицательным электродом 33, образованным посредством контактной площадки электрода n-типа на полупроводниковом слое нитрида n-типа.
Проводка 4 электропитания является проводником, имеющим функцию электрического соединения каждого LED кристалла 3. Электроды 32 и 33 LED кристалла 3 электрически и непосредственно подсоединены к электродам других LED кристаллов или к положительному проводнику 24 электропитания и отрицательному проводнику 25 электропитания посредством соединительных проводов 41 в качестве проводки 4 электропитания. Соединительный провод 41 является тонким золотым (Au) проводом и подсоединен к электроду или проводнику электропитания через столбиковый вывод, изготовленный в основном из золота (Au) для увеличения прочности крепления и уменьшения повреждений LED кристалла 3.
Десять LED кристаллов 3 установлены на каждом излучающем слое 23 в две линии, ортогональные к продольному направлению подложки 2. Два LED кристалла 3, выровненные в продольном направлении на каждом излучающем слое 23, подключены последовательно. Всего двенадцать LED кристаллов 3, выровненные в продольном направлении подложки 2, соединены последовательно, и образовано пять последовательных схем.
В частности, в каждой линии LED кристаллов 3, выровненных в продольном направлении подложки 2, электроды различной полярности LED кристаллов 3, смежных в направлении распространения линии, то есть положительный электрод 32 одного LED кристалла 3 и отрицательный электрод 33 другого LED кристалла 3, последовательно и непосредственно соединены посредством соединительного провода 41. Следовательно, LED кристаллы 3, образующие каждую линию LED кристаллов, электрически последовательно соединены и одновременно освещаются при подаче энергии.
В каждой линии LED кристаллов электрод конкретного LED кристалла, то есть LED кристалла 3а, помещенного в конце линии, подсоединен к положительному проводнику 24 электропитания или отрицательному проводнику 25 электропитания посредством соединительного провода 41. Следовательно, линии LED кристаллов 3 электрически расположены параллельно и снабжаются энергией через положительный проводник 24 электропитания и отрицательный проводник 25 электропитания. Даже если какая-либо одна линия LED кристаллов терпит неудачу в излучении света из-за плохого соединения, все светоизлучающее устройство 1 не прекращает освещение.
Как описано выше, электроды 32, 33 смежных LED кристаллов 3 непосредственно соединены соединительными проводами 41 в качестве проводки 4 электропитания, а не через, например, конфигурацию электропроводки на подложке 2. Следовательно, площадь проводника, образованного проводкой 4 электропитания, в основном определяется соединительным проводом и является минимальной площадью. Другими словами, как описывается позже, основной корпус 8 при потенциале заземления образует один электрод, а проводка 4 электропитания образует другой электрод, и эти электроды электростатически связаны через диэлектрический материал между ними, тем самым генерируя паразитную емкость. В этом случае паразитная емкость пропорциональна площади электрода. Поскольку площадь электрода, определенная проводкой 4 электропитания, является малой, как описано выше, паразитная емкость может быть уменьшена.
Как показано на фиг. 1 и 3, рамочный элемент 5 соединяется с подложкой 2 посредством нанесения неотвержденной силиконовой смолы заданной вязкости посредством дозатора и последующего отверждения посредством нагревания. Рамочный элемент 5 имеет по существу прямоугольную внутреннюю периферийную поверхность. Внутри внутренней периферийной поверхности рамочного элемента расположена большая часть излучающего слоя 23 и соединительные участки положительного и отрицательного проводников 24 и 25 электропитания, подсоединенные к соединительным проводам 41. Другими словами, площадь установки LED кристаллов окружена рамочным элементом 5.
Рамочный элемент 5 изготовлен из силиконовой смолы, как описано выше, и трудно разрушается под действием света и тепла. Это предотвращает обесцвечивание плакированного серебром излучающего слоя 23, положительного проводника 24 электропитания и отрицательного проводника 25 электропитания. Таким образом, рамочный элемент 5 подавляет ухудшение отражательной способности излучающего слоя 23, положительного проводника 24 электропитания и отрицательного проводника 25 электропитания.
Если рамочный элемент 5 образован из эпоксидной смолы, то органическое вещество прилипает к плакированному серебром поверхностному слою и плакированный поверхностный слой разрушается и обесцвечивается, вызывая уменьшение отражательной способности. Рамочный элемент 5 может быть изготовлен из силиконовой смолы, смешанной с оксидом титана. В этом случае можно дополнительно предотвратить обесцвечивание и разрушение поверхности излучающего слоя 23 светом.
Элемент 6 герметизации образован из прозрачной силиконовой смолы, например. Элемент 6 герметизации залит в рамочный элемент 5 и обеспечен на подложке 2. Элемент 6 герметизации герметизирует каждый LED кристалл 3 и соединительные участки положительного и отрицательного проводников 24, 25 электропитания, соединенные посредством соединительных проводов 41.
Элемент 6 герметизации содержит надлежащее количество флуоресцентного материала. Флуоресцентный материал возбуждается светом, излучаемым от LED кристаллов 3, и излучает свет цвета, отличающегося от света, излучаемого от LED кристалла 3. В этом варианте осуществления LED кристаллы 3 излучают синий свет, используется желтый флуоресцентный материал для излучения желтого света, который является дополнительным цветом к синему свету, так что из светоизлучающего устройства 1 излучается белый свет.
Заданное количество неотвержденного элемента 6 герметизации вводится в рамочный элемент 5 и затем отверждается посредством нагревания. Следовательно, площадь герметизации элемента 6 герметизации определяется посредством рамочного элемента 5.
Далее будет объяснено действие светоизлучающего устройства 1, выполненного, как описано выше. Фиг. 4 является схемой соединений, схематически показывающей устройство освещения, снабженное светоизлучающим устройством 1. Устройство освещения содержит устройство 7 управления освещением, подсоединенное к промышленному источнику АС переменного тока через переключатель SW питания, и основной корпус 8, содержащий светоизлучающее устройство 1. Устройство 7 управления освещением сконструировано посредством подсоединения сглаживающего конденсатора между выходными контактами схемы двухполупериодного выпрямителя, например, и подсоединения схемы преобразователя напряжения постоянного тока и средства детектирования тока к сглаживающему конденсатору. Устройство 7 управления освещением подает постоянный ток к светоизлучающему устройству 1 и управляет освещением LED кристаллов 3. Основной корпус 8 образован из проводящего металла, такого как алюминий, и поддерживается при потенциале заземления.
Когда светоизлучающее устройство 1 снабжается энергией, LED кристаллы 3, покрытые элементом 6 герметизации, одновременно освещаются и светоизлучающее устройство 1 служит в качестве источника света в форме листа для излучения белого света. В то время как LED кристаллы 3 освещаются, излучающий слой 23 функционирует как распределитель тепла для распределения тепла, генерируемого от каждого LED кристалла 3, и ускоряет излучение. В то время как светоизлучающее устройство 1 освещается, свет, излучаемый от LED кристаллов 3 по направлению к подложке 2, отражается на излучающих слоях 23 и поверхностных слоях положительного проводника 24 электропитания и отрицательного проводника 25 электропитания, в основном, в направлении использования света.
Когда проводка электропитания, соединяющая каждый LED кристалл 3, помещена близко к основному корпусу 8 или когда пластина 21 основания контактирует с основным корпусом 8, изоляционный слой 22 функционирует как диэлектрический элемент и между светоизлучающим устройством 1 и основным корпусом 8 может генерироваться паразитная емкость Cs.
В противоположность этому в этом варианте осуществления площадь соединительного провода 41, который служит в качестве электрода паразитной емкости Cs, является малой и паразитная емкость Cs может быть уменьшена. Следовательно, даже если на линию электропитания накладываются шумы, в то время как переключатель SW электропитания выключается, предотвращается протекание незначительного тока в LED кристаллах 3 как тока утечки, и в результате предотвращается неправильное освещение LED кристаллов 3.
В устройстве освещения согласно этому варианту осуществления в результате экспериментов добавления шума источника питания в 50 Гц и 1 кВ в амплитуде доказано, что если паразитная емкость Cs регулируется на 40 пФ, то слабое освещение LED кристаллов 3 трудно детектировать. Следовательно, утверждается, что предпочтительной паразитной емкостью Cs на одно светоизлучающее устройство 1 является 40 пФ или ниже.
Кроме того, излучающий слой 23 для установки LED кристалла 3 может использоваться в качестве конфигурации электропроводки. В этом случае если площадь излучающего слоя 23 увеличивается для повышения эффекта излучения, то паразитная емкость Cs имеет тенденцию к увеличению, и в LED кристаллах 3 протекает ток утечки, вызванный шумом, и LED кристаллы 3 могут быть освещены неправильно.
В этом варианте осуществления, однако, так как излучающий слой 23 не подсоединен электрически к другим частям и является непроводящим, неправильное освещение LED кристаллов 3 может быть предотвращено посредством увеличения эффекта излучения LED кристаллов 3 до максимума посредством увеличения площади излучающего слоя 23 и предотвращения потока незначительного тока в LED кристалле 3 как тока утечки посредством уменьшения площади средства 4 проводки электропитания.
Как описано выше, согласно этому варианту осуществления увеличение температуры в LED кристаллах 3 может быть эффективно предотвращено посредством увеличения площади излучающего слоя 23 и неправильное освещение светоизлучающих элементов 3 может быть предотвращено посредством уменьшения площади проводки 4 электропитания. Это делает возможным обеспечение устройства освещения, которое предотвращает неправильное освещение светоизлучающих элементов и повышает эффект излучения.
Далее светоизлучающее устройство устройства освещения согласно второму варианту осуществления будет объяснено со ссылкой на фиг. 5, 6 и 7. Одним и тем же частям или частям, эквивалентным частям в первом варианте осуществления, даны одни и те же ссылочные позиции, и их объяснение будет опущено.
Во втором варианте осуществления обеспечен проводник 42 подключения, имеющий малую площадь, и электроды смежных LED кристаллов 3 соединены посредством соединительного провода 41 через проводник 42 подключения. Следовательно, проводка 4 электропитания содержит проводник 42 подключения и соединительный провод 41.
Проводник 42 подключения образован в направлении, ортогональном к направлению распространения линии LED кристаллов 3, то есть между рядами пяти LED кристаллов 3 в продольном направлении светоизлучающего устройства 1. Проводник 42 подключения сформирован узким и выполнен в три слоя, подобно излучающему слою 23. Проводник 42 подключения отделен от излучающего слоя 23 заданным промежутком, взятым в окрестности, и электрически изолирован от излучающего слоя 23. Как и в первом варианте осуществления, излучающий слой 23 является непроводящим слоем, не подсоединенным электрически к другим частям.
Проводник 42 подключения предпочтительно образован для того, чтобы иметь площадь, меньшую, чем по меньшей мере излучающий слой 23, и минимальную для подсоединения соединительного провода 41, для уменьшения паразитной емкости Cs.
Светоизлучающие элементы 3 соединены, как описано ниже.
Электроды различной полярности LED кристаллов 3, смежных в направлении распространения каждой линии LED кристаллов, то есть, как типично показано на фиг. 7, положительный электрод 32 одного LED кристалла 3 и отрицательный электрод 33 другого LED кристалла 3 в двух смежных LED кристаллах 3 на одном излучающем слое 23, соединены посредством соединительного провода 41 через проводник 42 подключения. Отрицательный электрод 33 одного LED кристалла 3 непосредственно подсоединен к положительному электроду 32 противоположного смежного LED кристалла 3 посредством соединительного провода 41, а положительный электрод 32 другого LED кристалла 3 непосредственно подключен к отрицательному электроду 33 противоположного смежного LED кристалла 3 посредством соединительного провода 41.
Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, подобно первому варианту осуществления, увеличение температуры в LED кристаллах 3 может быть эффективно предотвращено посредством увеличения площади излучающих слоев 23 и неправильное освещение LED кристаллов 3 может быть предотвращено посредством уменьшения площади проводки 4 электропитания.
Далее будет объяснено устройство освещения согласно третьему варианту осуществления. Устройство освещения может быть выполнено с увеличенной величиной света посредством соединения множества вышеописанных светоизлучающих устройств 1. Схематичное представление опущено. В этом случае доказано, что, когда два или более светоизлучающих устройств 1 соединены последовательно, паразитная емкость Cs увеличивается, ток утечки увеличивается и LED кристалл 3 имеет тенденцию к неправильному освещению. Для решения проблемы изобретатель осуществил различные эксперименты. В результате подтверждено, что, когда два или более соответствующих устройств 1 соединены параллельно, ток утечки, протекающий в каждом светоизлучающем устройстве 1, может быть скомпенсирован и неправильное освещение может быть предотвращено.
Следовательно, когда устройство освещения выполнено посредством соединения двух или более светоизлучающих устройств 1, для предотвращения неправильного освещения является эффективным соединение светоизлучающих устройств параллельно.
Хотя были описаны определенные варианты осуществления, эти варианты осуществления были представлены только в качестве примера и не предназначены для ограничения объема вариантов осуществления. Действительно, новые варианты осуществления, описанные здесь, могут быть осуществлены в разнообразии других форм; кроме того, могут быть сделаны различные пропуски, замены и изменения в форме вариантов осуществления, описанных здесь, не выходя за рамки сущности вариантов осуществления. Сопутствующая формула изобретения и ее эквиваленты предназначены для охвата таких форм или модификаций, которые попадали бы в объем и сущность вариантов осуществления.
Например, устройство освещения применимо к устройству освещения, используемому в помещении или вне помещения, и устройству отображения. Светоизлучающий элемент не ограничен светоизлучающим диодом. Могут использоваться и другие светоизлучающие элементы, такие как EL элемент.