JP2010514152A - 透明基板上のｌｅｄの照明装置 - Google Patents

Abstract

提案された照明装置（100）は、透明導電層（120）を備える透明基板（110）に取り付けられたLED（130）と、接触パッド（140）とを有する。接触パッドは、第2の部分（142）を有し、この部分は、第1の部分（141）から遠ざかるように延伸し、導電層（120）内での電流密度をより一層抑制する。これは、特に高電流試験条件の下で、大きな電力消費に対して、照明装置がロバスト性を有するようになる点で有意である。また、透明導電層にわたる電圧低下のため、照明装置の効率が向上する。

Description

本発明は、透明基板上に取り付けられたLEDを有する照明装置に関する。特に、本発明は、透明電極がコーティングされたガラス基板とLEDの接触界面に関する。

前述の種類の照明装置は、米国特許第6270236号で知られている。この文献には、パネル表面の一つに、透明導電性構造（例えばITO層）が設けられた透明担体パネルを含む照明装置が示されている。担体パネルの上には、発光面の両側に端子を有するLEDが取り付けられ、この端子は、導電性接着材（例えばハンダバンプ）を介して、導電性構造と接触する。特に、導電性構造は、LEDの端子と接触する領域に、金属コーティングの形態の追加の導電性接触パッドを有しても良い。この方法の利点は、接触安定性が高まることであると記載されている。

米国特許第6270236号明細書

しかしながら、実験の結果、LED端子近傍の金属接触パッドによってもたらされる安定性の向上には、限界があることが示されている。ITO層の低導電性（R□〜15オーム）のため、照明装置には、不具合が生じやすい。特に、この装置は、高電流試験および寿命を超える試験の下では、極めて局部的な熱消費により、接触パッド／ITO層とLEDとの電気的接触が失われ、これにより不具合が生じる。

本発明の目的は、LEDと、導電層が設置された基板とを有する照明装置であって、特に高電流条件下において、大きな電力消費に対してロバスト性のある照明装置を提供することである。

上記目的は、請求項1に記載の発明による照明装置によって達成される。この照明装置は、
担体板と、
前記担体板の第1の表面に提供された、シート抵抗R_tclを有する構造化導電層と、
端子を有するLEDと、
前記導電層の上に提供された、シート抵抗R_cpを有する接触パッドと、
を有し、
比R_tcl／R_cpは、1よりも大きく、
前記接触パッドは、第1の部分を有し、
前記LEDの端子は、前記第1の部分を介して前記導電層に結合され、
前記接触パッドは、さらに、前記LEDから遠ざかるように延伸する第2の部分を有し、前記導電層における電流密度が抑制されることを特徴とする。

本発明では、透明導電層における電力消費（損失）を有意に抑制することが可能な照明装置が提供される。ここでは、最も多くの電力が消費される。電力消費は、金属接触パッドのすぐ外側の導電層において、高い電流密度が生じることにより生じる。接触パッドを、実質的にLEDの端子を超えるまで延伸することにより、層内の電流密度の上昇がかなり抑制される。従って、本発明による照明装置は、特に高電流条件下における電力消費に対してロバスト性（信頼性）がある。また、透明導電層にわたる電圧低下が抑制されるため、照明装置の効率が向上する。

本発明の実施例では、接触パッドの第2の部分は、長さがL_cpの第1の端部と、幅がW_cpの第2の端部とを有し、L_cpおよびW_cpは、
L_cp≦W_cp×R_tcl／R_cp
の関係を満たす。

本発明の実施例では、接触パッドの第2の部分は、鋭角部を有さない。これにより、通常の鋭角部近傍で認められるような、電流密度レベルの上昇が抑制されるという利点が得られる。

本発明による照明装置の実施例では、導電層は、分離溝により構造化され、接触パッドの第2の部分は、溝に対して垂直に、LEDから遠ざかるように延伸する。

本発明の好適実施例では、第2の部分の幅W_cpは、接触パッドの、第2の部分が接続される第1の部分の寸法よりも小さい。これにより、照明装置100の透明度が有意に最適化される。

ある実施例では、接触パッドは、金属を有する。

ある実施例では、導電層は、金属酸化物を有し、これは、InO_x：Sn、SnO_x：F、SnO_x：Sb、ZnO_x：Ga、ZnO_x：B、ZnO_x：F、ZnO_x：Al、およびAg／TiO_xからなる群から選定される。

本発明のこれらのおよび他の態様は、以下に示す実施例を参照することにより、明らかとなろう。

従来の照明装置の側面図である。 本発明による照明装置を示した上面図である。 従来の照明装置における電流密度（左側）と、本発明による装置における電流密度（右側）を概略的に示した図である。

以下の実施例および好適実施例において、図面を用いて、本発明の他の詳細、特徴および利点について説明する。

図1には、従来の照明装置100を示す。この照明装置は、透明基板110を有し、通常、この基板は、ガラスまたはPVCのようなプラスチックで構成される。このガラスパネル110の片側表面には、透明導電層またはコーティング120が設置される。層120は、通常、レーザアブレーション技術を用いて得られた分離溝125により、構造化される。溝125に対向するように、LED130が取り付けられる。例えば接着剤またははんだのような導電性接着材150により、導電層120にLED端子131が結合される。LEDの接触安定性を高めるため、ITO層120の上部には、追加の金属コーティングが設置されても良く、これにより、ハンダバンプ150のコンタクトパッド140が形成される。層120の分離部分を電源（図示されていない）に接続することにより、LEDが点灯する。図1に示すように、LED130は、下向きに光を放射する。すなわち、透明基板110を介して、光が放射される。

このように製作された照明装置は、装飾用途に極めて適している。また、この照明装置は、ショーケースのガラスドアとして、羽目板として、または壁自体として適用されても良い。導電層120およびLED130は、構造化されても良く、他の（ほぼ）完全な透明パネルにおいて（多色性）造形形態を照らし出すように配置されても良い。あるいは、文字メッセージを表示しても良い。例えば、照明装置を店の窓に使用して、店の名前を点灯させても良い。

製造ラインの終盤での欠陥発生による高損失の不具合を抑制するため、ガラスパネル120上の電子構造は、通常、応力条件の下で評価される。実験では、試験条件の下で使用される高電流および／または装置の寿命オーバーのため、多くの照明装置100に不具合が生じることが示されている。装置100の不具合は、高温ホットスポットに起因し、これは、LED 130と導電層120の間の電気的接続の損失を引き起こす。有限のシート抵抗R_tclを有する層120内での電流の密集の結果、エネルギー損失によって、ホットスポットが生じる。シート抵抗R_tclの正の温度依存性のため、この状況は、さらに悪化する。

本発明では、この技術的問題に対する解決法が提供される。本発明では、接触パッド140は、2つの部分を有するように設計される（図2）。第1の部分141は、従来から知られている接触パッドに対応し、第2の部分142は、LED130から遠ざかるように延伸する。この対策により、比較的高導電性の金属接触パッド140と比較的低導電性の透明層120の間に、長い境界線が形成される。その結果、本発明の実施例では、従来の動作に比べて、金属接触パッド140のすぐ外側の透明導電層内の電流密度210、220は、有意に抑制される。図3には、これを図式的に示す。従来の状況は、左側に、本発明による状況は、右側に示されている。接触パッド140の第2の部分142は、（鋭）角部分を有さず、導電層120に対して、曲線的な丸い境界線を有することが好ましい。丸い境界線は、（鋭角の）角度がついた通常のコーナー部近傍で認められるような、電流密度210、220レベルの上昇を抑制する。

通常、透明コーティング120は、ITOで構成される。しかしながら、前述の種類の照明装置には、多くの金属酸化物材料が適用可能であることが知られている。これらは、通常、光透過性と導電性との特定の特性を組み合わせるために選定される。そのような金属酸化物の一例は、InO_x：Sn、SnO_x：F、SnO_x：Sb、ZnO_x：Ga、ZnO_x：B、ZnO_x：F、ZnO_x：Al、およびAg／TiO_xである。一般的な例として、ITOを選定すると、350nmの厚さの透明導電層120は、通常、〜15Ω／□のシート抵抗R_tclを有する。照明装置の安定性を高めるため、接触パッド140は、導電層120よりも低い抵抗を有する必要がある。金属コーティングは、この目的に極めて適している。例えば、200nmの厚さの銀層では、シート抵抗は、R_cp〜0.2Ω／□まで低下する。

図2に示すように、接触パッド140の第2の部分142は、長さがL_cpの長辺端部145と、幅がW_cpの短辺端部146とを有する。第2の部分142は、いくつかの伸張部から構成されても良いことに留意する必要がある。接触パッド140の伸張部は、長さと幅の比が
L_cp／W_cp＜R_tcl／R_cp
である照明装置100においてのみ、ロバスト性が向上し、有益であることが見出されている。これは、その他の場合は、接触パッド140の抵抗は、L_cp×W_cpの領域の導電層120の抵抗よりも大きくなることにより理解される。本発明に従って、接触パッド140を延伸することにより、55％を超える電力消費の抑制が得られる。従って、本発明では、照明装置100のロバスト性向上に実質的に貢献できる。

ガラス基板100上に設置されたLED130を環境から保護するため、第2のガラスパネル（図示されていない）を用いて、これらを挟み込むことが好ましい。構造安定性のため、通常、ポリビニルブチラール（PVB）のような透明フォイルが、ガラス板110の間の空間に充填される。金属接触パッド140が不透明な場合、できるだけ、不透明LED130の下側に、接触パッドを組み立てることが好ましい。また、その場合、従来技術に示されている下方照射LED130の代わりに、上方照射LED130を使用することが好ましい。この方法の利点は、照明装置100に最大の光透過性が得られることである。

透過度のさらなる最適化のため、接触パッド−導電層境界線が最大化するように、接触パッド140の延伸部142を構成することが有意である。これは、図2において、分離溝125に対して垂直に延伸する延伸部142bを構成することにより行われることが好ましい。照明装置100の透明度の最適化のため、幅W_cp 146を有する第2の部分142は、接触パッドの、第2の部分142が接続される第1の部分141の寸法よりも小さく、関係
L_cp≦W_cp×R_tcl／R_cp
が維持されることが有意である。

以上、実施例により本発明について説明したが、代わりに他の実施例を使用して、同じ目的を得ることができることは、明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施例に限定されるものではなく、また、本発明は、透明基板にLEDが取り付けられ、透明導電層を介してアドレス処理される、いかなる他の装置に対しても適用することができる。

Claims (8)

1. 担体板と、
   前記担体板の第1の表面に提供された、シート抵抗R_tclを有する構造化導電層と、
   端子を有するLEDと、
   前記導電層の上に提供された、シート抵抗R_cpを有する接触パッドと、
   を有する照明装置であって、
   比R_tcl／R_cpは、1よりも大きく、
   前記接触パッドは、第1の部分を有し、
   前記LEDの端子は、前記第1の部分を介して前記導電層に結合され、
   前記接触パッドは、さらに、前記LEDから遠ざかるように延伸する第2の部分を有し、前記導電層における電流密度が抑制されることを特徴とする照明装置。
2. 前記第2の部分は、長さがL_cpの第1の端部と、幅がW_cpの第2の端部とを有し、
   L_cpおよびW_cpは、以下の関係
   L_cp＜W_cp×R_tcl／R_cp
   を満たすことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
3. 前記担体板および前記導電層は、いずれも透明であることを特徴とする請求項2に記載の照明装置。
4. 前記導電層は、分離溝により構造化されており、
   前記第2の部分は、前記溝に対して垂直に延伸することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の照明装置。
5. 前記第2の部分の幅W_cpは、前記接触パッドの、前記第2の部分が接続される第1の部分の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の照明装置。
6. 前記接触パッドは、金属を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の照明装置。
7. 前記第2の部分は、鋭角部がない形態であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の照明装置。
8. 前記導電層は、金属酸化物を有し、該金属酸化物は、InO_x：Sn、SnO_x：F、SnO_x：Sb、ZnO_x：Ga、ZnO_x：B、ZnO_x：F、ZnO_x：Al、およびAg／TiO_xからなる群から選定されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の照明装置。

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