DE202014105033U1 - Lichtabstrahlende Vorrichtung mit lichtdurchlässiger Platte - Google Patents

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Abstract

Lichtabstrahlende Vorrichtung mit einer lichtdurchlässigen Platte, umfassend: ein Substrat; eine Schaltkreisschicht, die auf einem besagten Substrat ausgebildet ist; mindestens vier Leuchtdioden, die auf besagtem Substrat und benachbart zu der Schaltkreisschicht ausgebildet und elektrisch mit besagter Schaltkreisschicht verbunden sind; einen Rahmen, der auf besagter Schaltkreisschicht ausgebildet und auf der Seite der besagten Vielzahl von Leuchtdioden angeordnet ist; eine lichtdurchlässige Platte, die an besagtem Rahmen ausgebildet und in einer Lichtabstrahlrichtung der besagten Vielzahl von Leuchtdioden angeordnet ist, wobei zwischen der besagten lichtdurchlässigen Platte und der besagten Vielzahl von Leuchtdioden eine Lücke ausgebildet ist, und die Distanz zwischen der besagten Vielzahl von Leuchtdioden nicht größer als 400 μm ist.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine lichtabstrahlende Vorrichtung, und im Speziellen auf eine lichtabstrahlende Vorrichtung mit einer lichtdurchlässigen Platte.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung der elektrischen Lampen veränderte den Lebensstil von Menschen nachhaltig. Gäbe es in unserem Leben keine elektrischen Lampen, würden alle Arbeiten in der Nacht oder bei schlechten Wetterbedingungen unterbrochen werden. In Anbetracht, dass Beleuchtung begrenzt ist, könnten Häuser oder der Lebensstil von Menschen radikal verändert sein. Menschen würden fortfahreen, im primitiven Zeitalter zu verweilen, anstatt Entwicklungen zu durchlaufen. Im Vergleich zu gewöhnlichen Glühbirnen haben Leuchtdioden (LED) die Vorteile der Helligkeit, der Langlebigkeit, der Energieersparnis, des schnellen Schaltens und der exakten Einfarbigkeit und der Verlässlichkeit. Dadurch sind LEDs zu einem im täglichen Leben unverzichtbaren optoelektronischen Gerät geworden.
  • In den letzten Jahren ist Dank der rasanten Entwicklung in den Materialtechnologien die Helligkeit von LEDs kontinuierlich verbessert, deren Farben diversifiziert und deren Preis verringert und so ein breiterer Anwendungsbereich ermöglicht worden. Das Hauptmaterial zur Herstellung von blauen LEDs ist Galliumnitrid (GaN). Obwohl die Einführung von blauen LEDs lediglich in den letzten Jahren stattfand, sind diese zu wichtigen Bauelementen in der Konstruktion von Festkörperbeleuchtung (SSL) geworden. In dem Trend des Einsparens von Energie und Kohlendioxidemissionen ist der Markt für LED-Beleuchtung sukzessive angewachsen. Diese können sogar traditionelle Kaltkathodenfluoreszenzlampen, Halogenlampen oder Glühlampen ersetzen. Zum Beispiel können LEDs für die Rücklichtmodule von Flüssigkristallanzeigen verwendet werden.
  • Die Fabrikationsmethoden von modernen LEDs werden immerwährend entwickelt, wie beispielsweise Frontemissions-LEDs, Halbleiterchip-LEDs und vertikale LEDs. Unabhängig vom Typ der LED umfasst das Packungsverfahren die Fixierung mittels Kleber und das Schützen der LEDs. Gemäß des gewöhnlichen Packungsverfahren wird zum Fixieren und Schützen jedoch eine substantielle Menge an Klebstoff benötigt, was zu hohen Herstellungskosten im Packungsprozess von Leuchtdiodengeräten führt.
  • Das Chip-on-Board (COB) Packungsverfahren ist ein Packungsverfahren für LEDs. Das COB-Packen besteht daraus, mehrere LED-Würfel direkt auf eine Metallkemplatine mit Isolatorschichten zu packen, welches unterschiedlich zu dem Packungsverfahren eines oberflächenmontierbaren Bauteils (SMD) ist. Beim SMD-Packen werden LED-Würfel mittels eines Rahmens auf ein Substrat geklebt. Das Merkmal des COB-Packens ist, dass die durch die LED-Würfel erzeugte Wärme direkt an das Substrat geleitet und somit die Wärmedissipation erhöht wird. Zusätzlich ermöglicht das COB-Packen das flächige Lichtabstrahlen der LEDs sowie insgesamt eine Designvereinfachung des lichtabstrahlenden Geräts.
  • Dennoch wird, wenn die Anzahl an mittels des COB-Packens gepackten LED-Würfeln ansteigt, die Entfernung zwischen den Würfeln geringer und die Leistung der gesamten Schaltung größer. Werden die LED-Würfel auf der Metallkernplatine mit Isolatorschicht platziert, ist es schwierig, dass die nach dem Lichtabstrahlen durch die LED-Würfel erzeugte Wärme durch die Metallkernplatine abgeführt wird. Die Wärme wird sich an den Würfeln ansammeln, was wiederum die Lebensdauer der LED-Würfel verkürzen und deren Leistung reduzieren wird.
  • Folglich stellt die vorliegende Erfindung eine lichtabstrahlende Vorrichtung mit einer lichtdurchlässigen Platte bereit, welche dazu dient, die LEDs zu fixieren und zu schützen und die Wärmdissipation zu erhöhen.
  • KURZFASSUNG
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine lichtabstrahlende Vorrichtung mit einer lichtdurchlässigen Platte bereitzustellen, welche dazu dient, die LEDs zu fixieren und zu schützen und die Wärmdissipation zu erhöhen.
  • Um das oben beschriebene Ziel und den Effekt zu erzielen, offenbart die gegenwärtige Erfindung eine lichtabstrahlende Vorrichtung mit einer lichtdurchlässigen Platte, die ein Substrat, eine Schaltkreisschicht, mindestens vier LEDs, mindestens einen Rahmen und eine lichtdurchlässige Platte umfasst. Die Vielzahl von LEDs und die Schaltkreisschicht sind auf dem Substrat ausgebildet. Der Rahmen ist auf der Schaltkreisschicht ausgebildet und auf der Seite der LEDs angeordnet. Die lichtdurchlässige Platte ist an dem Rahmen ausgebildet und ist in einer Lichtabstrahlrichtung der Vielzahl von LEDs angeordnet. Ferner ist zwischen der lichtdurchlässigen Platte und der Vielzahl von LEDs eine Lücke ausgebildet. Durch das Ausbilden der Vielzahl von LEDs direkt auf dem Substrat anstatt auf der Schaltkreisschicht kann die durch die Vielzahl von LEDs während des Lichtabstrahlens erzeugte Wärme direkt von dem Substrat an die Umgebung abgeführt werden und somit eine Wärmeansammlung innerhalb der Vielzahl von LEDs vermieden werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 zeigt ein strukturelles schematisches Diagramm gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt eine partielle Draufsicht einer lichtabstrahlenden Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 3 zeigt ein strukturelles schematisches Diagramm gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 4 zeigt eine partielle Draufsicht einer lichtabstrahlenden Vorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 5 zeigt ein strukturelles schematisches Diagramm gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
  • 6 zeigt eine partielle Draufsicht einer lichtabstrahlenden Vorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Um die Struktur und die Eigenschaften sowie die Effektivität der vorliegenden Erfindung verständlicher und ersichtlicher zu gestalten, wird die detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung nachfolgend unter Berücksichtigung von Ausführungsbeispielen und beigefügten Figuren bereitgestellt.
  • Es wird auf 1 und 2 verwiesen, welche ein strukturelles schematisches Diagramm und eine partielle Draufsicht gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigen. Wie in 1 gezeigt, umfasst die lichtabstrahlende Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Substrat 12, mindestens vier LEDs D, eine Fluoreszenzschicht 6, einen Rahmen 18 und eine lichtdurchlässige Platte 20. Das Substrat 12 weist eine Schaltkreisschicht 122 auf. Die Schaltkreisschicht 122 weist eine einschneidende Öffnung 124 auf. Gemäß der vorliegenden Ausführung umfassen die LEDs D einen ersten Chip D11, einen zweiten Chip D12, einen dritten Chip D13 und einen vierten Chip D14, welche alle Frontemissions-LEDs sind.
  • Die Schaltkreisschicht 122 ist auf dem Substrat 12 und benachbart zu den LEDs ausgebildet. Die einschneidende Öffnung 124 ist gemäß der vorliegenden Ausführung im Zentrum des Substrats 12 ausgebildet und legt das Substrat 12 frei. Ferner kann die einschneidende Öffnung 124 eine elektrisch isolierende und wärmeleitende Schicht 126 aufweisen. Die LEDs D sind auf dem Substrat 12 und innerhalb der einschneidenden Öffnung 124 ausgebildet. Die elektrisch isolierende und wärmeleitende Schicht 126 ist aus Keramiken, wie Metalloxiden, sprich Aluminiumoxid oder Titanoxid gebildet. Die Schaltkreisschicht 122 legt das Substrat 12 mittels der einschneidenden Öffnung 124 frei. Da das Substrat 12 ein Metallsubstrat ist, kann die durch die LEDs generierte Wärme direkt über das Substrat 12 nach außen abgeleitet werden, und so die wärmebedingte Schädigung der LEDs verringert werden. Somit kann der Fall einer Lebensdauerreduktion beziehungsweise einer verringerten Leistung der LEDs verhindert werden, was vorteilhaft für eine Langzeitnutzung der LEDs ist. Die elektrisch isolierende und wärmeleitende Schicht 126 kann zusätzlich durch eine Elektroplattierschicht ersetzt werden, wie beispielsweise Gold-, Silber-, Nickel-, Palladium-, Nickel-Gold oder Nickel-Palladium-Gold-Legierungsplattierungen.
  • Wie in 2 gezeigt werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform der erste Chip D11, der zweite Chip D12, der dritte Chip D13 und der vierte Chip D14 als Beispiele für die LEDs D genutzt. Die LEDs D sind jeweils mittels eines ersten Drahtes L1 mit einem ersten Verbindungsbereich 122a der Schaltkreisschicht 122 und mittels eines zweiten Drahtes L2 mit einem zweiten Verbindungsbereich 122b der Schaltkreisschicht 122 elektrisch verbunden. Dabei sind der erste Chip D11, der zweite Chip D12, der dritte Chip D13 und der vierte Chip D14 in einer Matrix angeordnet. Dennoch ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt. Die Anordnung der Chips kann den Anforderungen entsprechend geändert werden. Zwischen dem ersten Chip D11, dem zweiten Chip D12, dem dritten Chip D13 und dem vierten Chip D14 befindet sich jeweils eine Würfellücke. Darüber hinaus sind der erste Chip D11, der zweite Chip D12, der dritte Chip D13 und der vierte Chip D14 mittels dritter Drähte L3 reziprok elektrisch verbunden. Der Rahmen 18 ist auf der Seite der LEDs ausgebildet. Mit anderen Worten ist dieser, wie in 2 gezeigt, auf der Seite der einschneidenden Öffnung 124 ausgebildet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Rahmen 18 die einschneidende Öffnung 124. Dennoch ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt. Der Rahmen 18 kann lediglich an mindestens einer Seite der LEDs D ausgebildet sein. Das Material des Rahmens 18 ist aus der Gruppe ausgewählt, welche Glas, Silica-Gel, Epoxydharz und Polycarbonate umfasst.
  • Die Fluoreszenzschicht 16 ist auf den LEDs D ausgebildet, d. h. sie bedeckt Oberseiten und Seiten des ersten Chips D11, des zweiten Chips D12, des dritten Chips D13 und des vierten Chips D14. Dennoch ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt. Alternativ kann die Fluoreszenzschicht 16 nur die Oberseiten des ersten Chips D11, des zweiten Chips D12, des dritten Chips D13 und des vierten Chips D14 bedecken. Gemäß dem Typ des ersten Chips D11, des zweiten Chips D12, des dritten Chips D13 und des vierten Chips D14 kann die Fluoreszenzschicht 16 geändert werden. Wenn zum Beispiel die LEDs blaue LEDs sind, so wird die Fluoreszenzschicht 16 grüne und rote Fluoreszenzpulver umfassen. Dadurch wird das durch die LEDs abgestrahlte blaue Licht die Fluoreszenzschicht 16 dazu anregen, grünes und rotes Licht abzustrahlen. Das Mischen von rotem, grünem und blauem Licht ergibt weißes Licht. Zusätzlich wird das durch die LEDs abgestrahlte blaue Licht die Fluoreszenzschicht 16 anregen, gelbes Licht abzustrahlen. Das Mischen von rotem, grünem, blauem und gelbem Licht ergibt warmes weißes Licht.
  • Die lichtdurchlässige Platte 20 ist an dem Rahmen 18 und über den LEDs D ausgebildet. Für den Drahtanschluss ist zwischen der lichtdurchlässigen Platte 20 und den LEDs D eine erste Lücke P1 ausgebildet. Gemäß der vorliegenden Ausführung ist die erste Lücke P1 größer als die Höhe der einschneidenden Öffnung 124 und stellt somit den Raum für den Drahtanschluss bereit. Das Material der lichtdurchlässigen Platte 20 wird aus der Gruppe bestehend aus Glas, Silica-Gel, Epoxydharz, Acryl (PMMA) und Polycarbonat (PC) ausgewählt. Eine erste Seite W1 der lichtdurchlässigen Platte 20 ist größer als eine zweite Seite W2 der einschneidenden Öffnung 124. Ferner ist die lichtdurchlässige Platte 20 über den LEDs D angeordnet und verdeckt somit die einschneidende Öffnung 124.
  • Es wird auf die 3 und 4 verwiesen, welche ein strukturelles schematisches Diagramm und eine partielle Draufsicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Der Unterschied zwischen 1 und 3 ist, dass die LEDs in 1 Frontemissions-LEDs sind, während die LEDs in 3 Halbleiterchip-LEDs sind. Wie in 3 gezeigt, sind die LEDs D gemäß der vorliegenden Erfindung auf dem Substrat 12 ausgebildet. Da die LEDs D gemäß der vorliegenden Erfindung Halbleiterchip-LED-Module sind, sind der erste Chip D21, der zweite Chip D22, der dritte Chip D13 und der vierte Chip D24 invers auf dem Substrat 12 und innerhalb der einschneidenden Öffnung 124 ausgebildet. Somit sind der erste Chip D21, der zweite Chip D22, der dritte Chip D13 und der vierte Chip D24 über Elektroden elektrisch mit der Schaltkreisschicht 122 verbunden, und dadurch mit der externen Schaltung verbunden. Die verbleibende Verbindungszuordnung ist identisch zu der der vorigen Ausführung. Details werden daher nicht erneut beschrieben werden.
  • Es wird auf die 5 und 6 verwiesen, welche ein strukturelles schematisches Diagramm und eine partielle Draufsicht gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigen. Der Unterschied zwischen 3 und 5 ist, dass die LEDs D in 3 und 5 alle Halbleiterchip-LEDs sind. Dennoch sind die LEDs D in 5 vertikale LEDs. Wie in 5 gezeigt sind der erste Chip D21, der zweite Chip D22, der dritte Chip D13 und der vierte Chip D24 der LEDs D gemäß der vorliegenden Erfindung auf dem Substrat 12 und innerhalb der einschneidenden Öffnung 124 ausgebildet. Da der erste Chip D21, der zweite Chip D22, der dritte Chip D13 und der vierte Chip D24 gemäß der vorliegenden Ausführungsform Halbleiterchip-LEDs sind, sind diese mittels Elektroden an deren Unterseite elektrisch mit dem Substrat 12 verbunden. Der dritte elektrische Verbindungsbereich 122c und der vierte elektrische Verbindungsbereich 122d erstrecken sich in die einschneidende Öffnung 124 und bilden auf der elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Schicht 126 einen leitfähigen Bereich 128. Der erste Chip D21, der zweite Chip D22, der dritte Chip D13 und der vierte Chip D24 sind durch den leitfähigen Bereich 128 elektrisch mit den dritten und vierten Verbindungsbereichen 122c und 122d und somit mit der externen Schaltung verbunden.
  • Der erste Chip D21, der zweite Chip D22, der dritte Chip D13 und der vierte Chip D24 benötigen zum Verbinden mit der externen Schaltung keine ersten und zweiten Drähte. Zwischen den LEDs D und der lichtdurchlässigen Platte 20 ist eine zweite Lücke P2 ausgebildet, die kleiner als die Höhe der einschneidenden Öffnung 124 ist. Die verbleibende Verbindungszuordnung ist identisch zu der der vorigen Ausführung. Details werden daher nicht erneut beschrieben werden.
  • Zusammenfassend stellt die vorliegende Erfindung eine lichtabstrahlende Vorrichtung mit einer lichtdurchlässigen Platte bereit. Gemäß der Erfindung sind die LEDs auf dem Substrat und innerhalb der einschneidenden Öffnung ausgebildet. Die lichtdurchlässige Platte ist oberhalb der LEDs ausgebildet, sodass das Licht der LEDs nach außen durch die lichtdurchlässige Platte abstrahlen kann. Ferner kann, dadurch dass die LEDs direkt auf dem Substrat ausgebildet sind, Wärme durch das Substrat abgeführt werden.
  • Folglich stellt die vorliegende Erfindung eine lichtabstrahlende Vorrichtung mit einer lichtdurchlässigen Platte bereit. Eine Schaltkreisschicht ist auf dem Substrat ausgebildet. Die Schaltkreisschicht ist benachbart zu den LEDs, sodass die LEDs elektrisch mit der Schaltkreisschicht verbunden werden können. Zusätzlich ist auf der Schaltkreisschicht ein Rahmen ausgebildet. Eine lichtdurchlässige Platte ist auf dem Rahmen ausgebildet und in einer Lichtabstrahlrichtung der LEDs angeordnet. Darüber hinaus ist eine Lücke zwischen der lichtdurchlässigen Platte und den LEDs ausgebildet.
  • Folglich ist die vorliegende Erfindung in Übereinstimmung mit den gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich Neuheit, erfinderischer Tätigkeit und Nutzbarkeit. Dennoch sind die vorangegangenen Beschreibungen lediglich Ausführungen der vorliegenden Erfindung und dienen nicht als Einschränkung des Schutzbereichs und Umfangs der vorliegenden Erfindung. Äquivalente Änderungen und Modifikationen hinsichtlich der in den Ansprüchen beschriebenen Form, Struktur, Eigenschaften oder der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung sind in den anhängigen Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Claims (9)

  1. Lichtabstrahlende Vorrichtung mit einer lichtdurchlässigen Platte, umfassend: ein Substrat; eine Schaltkreisschicht, die auf einem besagten Substrat ausgebildet ist; mindestens vier Leuchtdioden, die auf besagtem Substrat und benachbart zu der Schaltkreisschicht ausgebildet und elektrisch mit besagter Schaltkreisschicht verbunden sind; einen Rahmen, der auf besagter Schaltkreisschicht ausgebildet und auf der Seite der besagten Vielzahl von Leuchtdioden angeordnet ist; eine lichtdurchlässige Platte, die an besagtem Rahmen ausgebildet und in einer Lichtabstrahlrichtung der besagten Vielzahl von Leuchtdioden angeordnet ist, wobei zwischen der besagten lichtdurchlässigen Platte und der besagten Vielzahl von Leuchtdioden eine Lücke ausgebildet ist, und die Distanz zwischen der besagten Vielzahl von Leuchtdioden nicht größer als 400 μm ist.
  2. Lichtabstrahlende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei besagte Schaltkreisschicht eine einschneidende Öffnung umfasst und einen Teil des besagten Substrats offenlegt, wobei besagte Vielzahl von Leuchtdioden auf besagtem Substrat ausgebildet sind und durch besagte einschneidende Öffnung offengelegt ist, und wobei besagte Schaltkreisschicht auf der Seite der besagten einschneidenden Öffnung ausgebildet ist.
  3. Lichtabstrahlende Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine erste Seite der besagten lichtdurchlässigen Platte größer als eine zweite Seite der besagten einschneidenden Öffnung ist und besagte lichtdurchlässige Platte besagte einschneidende Öffnung abdeckt.
  4. Lichtabstrahlende Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Distanz zwischen besagtem Substrat und besagter lichtdurchlässiger Schicht größer oder gleich der Höhe der besagten einschneidenden Öffnung ist.
  5. Lichtabstrahlende Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Distanz zwischen besagtem Substrat und besagter lichtdurchlässiger Schicht kleiner als die Höhe der besagten einschneidenden Öffnung ist.
  6. Lichtabstrahlende Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Fluoreszenzschicht, welche zwischen besagter Vielzahl von Leuchtdioden und besagter lichtdurchlässiger Schicht ausgebildet ist und besagte Vielzahl von Leuchtdioden abdeckt.
  7. Lichtabstrahlende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei besagtes Substrat ein Metallsubstrat ist, wobei eine elektrisch isolierende und wärmeleitende Schicht zwischen besagtem Substrat und besagter Vielzahl von Leuchtdioden ausgebildet ist, und wobei besagtes Substrat und besagte elektrisch isolierende und wärmeleitende Schicht die durch die Vielzahl von Leuchtdioden generierte Wärme abführen.
  8. Lichtabstrahlende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei besagtes Substrat ein Metallsubstrat ist, und wobei eine elektroplattierte Schicht zwischen besagtem Substrat und besagter Vielzahl von Leuchtdioden ausgebildet ist.
  9. Lichtabstrahlende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei besagte Vielzahl von Leuchtdioden Halbleiterchip-Leuchtdioden sind, und wobei weiter ein leitfähiger Bereich zwischen besagter Vielzahl von Leuchtdioden und besagter elektrisch isolierender und wärmeleitender Schicht ausgebildet ist, um besagte Vielzahl von Leuchtdioden und besagte Schaltkreisschicht elektrisch zu verbinden.
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