ARREGLO DE DIODO EMISOR DE LUZ PARA REQUERIMIENTOS DE ALTA SEGURIDAD Campo de la invención La presente invención es concerniente con uña ! disposición de diodos emisores de luz para propósitos de iluminación . Para la iluminación de salas y para iluminación én exteriores, se usan incrementadamente diodos emisores de luz én disposiciones en las cuales en general una pluralidad de diodos emisores de luz es combinada en disposiciones de diodos emisores de luz. Tal disposición de diodo emisor de luz es revelada por ejemplo, en DE 10 2006 048 230 Al. La disposición de diodos emisores de luz revelada en esta publicación de patente comprende un tablero de circuitos dispuesto en contacto directo con un disipador térmico para disipar el calor de desperdicio. Para cubrir el diodo emisor de luz y el tablero de circuitos, se usa una cubierta transparente cuyos bordes son anexados al disipador térmico. La cubierta incluye una proyección que es dirigida hacia el diodo emisor de luz y que incluye un rebajo al cual se extiende el diodo emisor de luz. Si un módulo de diodos emisores de luz incluye una pluralidad de diodos emisores de luz con el fin de generar una alta salida de luz, los diodos emisores de luz sin preferiblemente conectados en una disposición en serie. La
energía es suministrada al circuito en serie de diodos emisores de luz por medio de un circuito de fuente de alimentación electrónico correspondiente de una fuente : de alimentación apropiada tal como un sistema de distribución de energía público. Si la fuente de alimentación para los diodos emisores de luz tiene un voltaje de menos de 50 V, no hay problema con la seguridad eléctrica en los diodos emisores de luz. ia tendencia sin embargo, es usar voltajes de fuente de alimentación del diodo emisor de luz más altos con el fin de limitar las pérdidas de conversión en los circuitos de fuente de alimentación eléctricos. Como resultado, sin embargo, voltajes de por ejemplo, de aproximadamente 400 V se pueden presentar en tales circuitos de fuente de alimentación del disposiciones de diodos emisores de luz en serie, de tal manera que se requiere un aislamiento eléctrico altamente confiable del módulo de diodos emisores de luz. La alta seguridad eléctrica debe también ser mantenida por ejemplo, en el caso de un incendio. Es por consiguiente el objeto principal de la presente invención proveer una disposición de diodos emisores de luz mejorado que puede ser usado por propósitos de iluminación aún si se van a observar altos requerimientos de seguridad .
Breve descripción de la Invención En una disposición de diodos emisores de luz por propósitos de iluminación, que comprenden un tablero de circuitos con por lo menos un elemento semiconductor generador de luz dispuesto en el tablero de circuitos y trazas que se tienden sobre el tablero de circuitos al elemento semiconductor i y que son conectados eléctricamente a terminales del elemento I semiconductor, se dispone un elemento transmisor de luz sobre el tablero de circuitos y cubre el elemento semiconductor y un elemento de cubierta resistente a la flama es dispuesto debajo del elemento transmisor de luz y encima de las terminales para cubrir las terminales y proveer aislamiento eléctrico de las mismas . Las trazas de circuito son dispuestas preferiblemente en el lado frontal del tablero de circuitos en donde también el elemento semiconductor es dispuesto. El número de elementos semiconductores es determinado dependiendo del propósito de la aplicación. Para algunas aplicaciones, un solo elemento semiconductor puede ser suficiente. Sin embargo, en general, él tablero · de circuitos porta un grupo de elementos semiconductores que son dispuestos en un circuito en serie eléctrica. Los elementos semiconductores son conectados a las trazas de energía energizadas. Para la emisión de luz, por lo menos un elemento transmisor de luz, por ejemplo, en forma de una placa le
cubierta transparente es dispuesto encima del portador básico. En una modalidad preferida, el elemento transmisor de luz incluye una lente que consiste preferiblemente de plástico es dispuesto sobre cada elemento semiconductor. El elemento transmisor de luz es anexado al elemento semiconductor o al tablero de circuitos. j I Los sitios de terminales son dispuestos en el lado del elemento semiconductor en donde las terminales de lis semiconductores son conectadas eléctricamente a las trazas de energía, por ejemplo, mediante juntas de soldadura o soldadura blanda. Tienen un espesor que es mayor que el espesor de las trazas de energía. Las juntas son cubiertas preferiblemente por un elemento de cubierta resistente a la flama que es conectado firmemente a la disposición de diodos emisores de luz. Independientemente del espesor de una capa encapsulante que porta, en su lado superior, el elemento de cubierta resistente a la flama permanece en su lugar e impide el contacto eléctrico con la disposición de diodos emisores de luz o la capa encapsulante aún cuando toda la unidad es destruida parcialmente por el fuego y la lente de plástico ya está parcialmente fundida, por ejemplo. También, en el caso de uña elevación repentina de energía eléctrica o un defecto lie manufactura, que induciría una formación de arco eléctrico través y entre las terminales del elemento semiconductor, él elemento de cubierta resistente a la flama impediría que lis
flamas enciendan la lente de plástico sobre el elemento semiconductor. El elemento de cubierta resistente a la flama puede ser un elemento de cerámica semejante a placa plana semejante a banda que se extiende a lo largo de por lo menos ún lado del elemento semiconductor. Preferiblemente, el elemento de cubierta está en forma de un bastidor plano con un corte central que es ligeramente mayor que el elemento semiconductor. El bastidor de cerámica puede ser dispuesto, como resultado, alrededor del elemento semiconductor. Preferiblemente, el elemento de cerámica consiste de un material de cerámica eléctricamente aislante, en particular un material de óxido de cerámica. Expeditamente, es retenido en función sobre las áreas de conexión en donde el material de plástico se extiende entre las terminales del elemento semiconductor y forman la conexión entre el elemento de cubierta y el tablero de circuitos. Un material de plástico, expeditamente un material de plástico durable es usado, preferiblemente un plástico de silicio. J
Para la generación de luz, el elemento semiconductor puede tener una o varias transiciones pn, cada una de las cuales puede ser considerada como un diodo emisor de luz Además, el elemento semiconductor puede incluir varios chips generadores de luz en un solo alojamiento. En una modalidad preferida, la disposición de diodos emisores de luz comprende elementos semiconductores formados
idénticamente, todos los cuales generan luz esencialmente en j el mismo intervalo espectral. Puede ser luz en el intervalo visible, por ejemplo, luz blanca. También es posible generar luz de onda corta, por ejemplo, luz azul que es convertida parcialmente a luz de una longitud de onda más grande mediante un elemento de conversión conectado a o dispuesto encima del elemento semiconductor, con el fin de proveer una luz mezclada que provoca una cierta impresión de luz blanca deseada, por ejemplo. Los elementos semiconductores pueden también generar luz ultravioleta que es convertida por el elemento de conversión, esto es, un material luminiscente correspondiente a luz visible. Además, la disposición de diodos emisores de luz puede incluir varios elementos semiconductores con varias fuentes de luz en diferentes colores combinados en un alojamiento, de tal manera que se genera una impresión de luz blanca. Además, varios elementos semiconductores pueden ser provistos en un tablero de circuitos común, en donde los elementos semiconductores generan luz en diferentes colores que, cuando es mezclada, se convierte en luz blanca. La invención se hará más fácilmente evidente a partir de la siguiente descripción de varias modalidades de la invención en base a las figuras adjuntas que muestran aspectos particulares de la invención.
Breve descripción de las Figuras La Figura 1 muestra la disposición de diodos emisores de luz de acuerdo con la invención en una vista en sección transversal parcial, La Figura 2 muestra parte de una cubierta de diodos emisores de luz en una vista parcial plana, La Figura 3 muestra la disposición de diodos emisores de luz de acuerdo con la Figura 2 sin elemento portador a uña escala reducida, La Figura 4 muestra en vista parcial en planta uña modalidad modificada de una disposición de diodos emisores ele luz con un elemento de cubierta alargado y j
La Figura 5 muestra una disposición de diodos emisores de luz similar a la Figura 1 con una cubierta ele recubrimiento gruesa en una vista seccional parcial.
Descripción de modalidades particulares i i
La Figura 1 muestra una disposición de diodos emisores de luz 1 apta para servir por propósitos de iluminación. La disposición de diodos emisores de luz comprende un tablero de circuitos semejante a placa preferiblemente 2 gue puede ser formado, por ejemplo, mediante un tablero de circuitos impresos. El tablero de circuitos j impresos puede ser un cuerpo de plástico eléctricamente aislante como se muestra en la Figura 1, que porta en su lado
I frontal superior conductores 2, 4, 5 (Figura 2) para suministrar energía eléctrica al elemento semiconductor 6. El tablero de circuitos 2 puede ser alternativamente una placa de i metal, por ejemplo, una placa de aluminio que es provista en su parte superior con una capa eléctricamente aislante, por ejemplo, de óxido de aluminio sobre la cual se pueden disponer las bandas semiconductoras 3, 4, 5. El elemento semiconductor 6 incluye por lo menos n semiconductor con un área transmisora de luz, por ejemplo, un diodo emisor de luz. El elemento semiconductor 6 puede ser formado por un chip descubierto. Sin embargo, en la modalidad presente, comprende un alojamiento de plástico 7, que tiene por lo menos en uno o como se muestra, en dos lados diferentes, terminales 8, 9, 10, 11, 12, 13. El número de terminales 8-13 depende de los requerimientos eléctricos y puede variar expeditamente en relación con modalidades diferentes. Las conexiones 6-13 pueden ser provistas en un lado del alojamiento 7 o diferentes lados del alojamiento 7, por ejemplo, sobre lados opuestos. Preferiblemente, tienen todas esencialmente la misma longitud, de tal manera que, en cada caso, las áreas de conexión son dispuestas en una hilera y proveen áreas de conexión 14, 15, 16 a los conductores 3, 4, 5 que están todos dispuestos en una línea. Sitios de conector correspondientes 17, 18, 19 son luego provistos para las terminales 11, 12, 13. Las áreas de conexión 14-19 pueden ser conexiones de
soldadura, en donde las terminales 8-13 son conectadas a los conductores 3, 4, 5 (3a, 4a, 5a). Como se muestra en la Figura i
1, las áreas de conexión 14-19 son proyecciones elevadas que se extienden por encima de los conductores 3, 4, 5. Esto es indicado en la Figura 1 como un ejemplo en las áreas de conexión 16 y 19. El elemento semiconductor 6 incluye en su lado frontal una ventana de emisión de luz 20 que se extiende desde el lado frontal del tablero de circuitos 2 y que puede ser curva como se muestra. Por encima de la ventana de emisión de luz 20 hay un elemento transmisor de luz 21, que en la modalidad mostrada es una lente 22. Por medio de la lente, se puede obtener una distribución de luz predeterminada. La lente 22 u otro elemento transmisor de luz 21 es retenida firmemente sobre el tablero de circuitos 2. Para este fin, se provee un receptáculo 23 que se extiende sobre el elemento semiconductor
6 y las áreas de conexión asociadas 14 a 19. Su borde externo
24 es dispuesto sobre el tablero de circuitos 2 y puede ser pegado al mismo. El receptáculo 23 puede consistir de material de plástico. Puede consistir de un material opaco y puede ser conectado firmemente a la lente 22 para formar una pieza. Alternativamente, el receptáculo 23 puede consistir del mismo material cómo la lente 22 y puede aún estar formado integralmente con la misma. El tablero de circuitos 2 es provisto en su lado
frontal con una capa 25 que consiste de un material encapsulante, por ejemplo, una resina epoxi que es anexada firmemente al tablero de circuitos y el borde del receptáculo 24. De esta manera, la capa 25 sella herméticamente el receptáculo 23 al tablero de circuitos 2 de tal manera que Jl espacio interno enterrado 26 no es sometido a ninguna i influencia corrosiva. Además, bajo condiciones normales, ejl receptáculo 23 provee protección de contacto, de tal manera qüe la disposición de diodos emisores de luz puede ser tocada de manera segura durante la operación. Para incrementar adicionalmente la seguridad, lajs áreas de conexión 14 a 19 son provistas con un elemento de cubierta 27 que consiste preferiblemente de un material de cerámica resistente a la flama con poca conductividad térmica. Como se muestra en la Figura 2, el elemento de cubierta 27 es una placa plana provista con una abertura central de tal manerja que forma una estructura de bastidor. La abertura central del elemento de cubierta 27 es adaptada al contorno del alojamiento 7 del elemento semiconductor 6. De esta manera, el bastidor formado por el elemento de cubierta 27 se extiende en particular sobre las áreas por encima de las terminales. Como se muestra en la Figura 2, puede ser una estructura de una parte que se extiende todo alrededor del alojamiento 7. Sin embargo, puede también consistir de partes que son unidas en l'a esquina por los bordes y ser formada de dos o más elementos.
^El elemento de cubierta 27 es preferiblemente plegado sobre las áreas de conexión 14 a 19 y el tablero de circuitos 2. Para este propósito, el material de plástico 28, 29 es acumulado sobre las áreas de conexión 14-19 como se muestra en la Figura 3. La Figura 3 representa una etapa intermedia en la i i manufactura de la disposición, en donde las áreas de conexión son cubiertas con depósitos de material plástico. Las acumulaciones de material formadas por los depósitos de material de plástico 28 se extienden a lo largo de los lados del alojamiento 7 y consisten por ejemplo de un plástico que todavía no ha curado. Sobre el material de plástico acumulado, el elemento de cubierta semejante a bastidor 27 es colocado, de tal manera que es adherido al material de plástico y es retenido firmemente en función después del curado del material de plástico. Preferiblemente, el material de plástico es un hule o caucho de silicio reticulado que no tiene propiedades termoplásticas y por consiguiente, satisface su función de retención también cuando es metido a altas temperaturas. La modalidad de la disposición de diodos emisores de luz 1 como se describe provee seguridad eléctrica mejorada. Los conductores (3, 4, 5, 3', 4', 5') que se extienden al exterior del receptáculo 3 están protegidos de ser contactados por una capa suficientemente gruesa 25 de material encapsulante eléctricamente aislante. Durante un incendio, externo
dispositivo emisor de luz, puede suceder sin embargo, que l|a lente y posiblemente también el receptáculo 23 se pueda fundir y exponer el diodo emisor de luz. Aún en este evento, sin embargo, se mantiene la seguridad eléctrica. El elemento de cubierta de cerámica 27 cubre las partes de conexión 14-19 que pueden portar un voltaje aún más alto de por ejemplo hasta 400 voltios. i
La Figura 4 muestra una modalidad ligeramente modificada de la disposición de diodos emisores de luz de acuerdo con la invención. Los elementos semiconductores 6a, 6b, son provistos otra vez con terminales 8a a 13a y 8b a 13b. En la parte superior de la Figura 4, se muestran los depósitos de material de plástico 28a, 28b que son aplicados a las terminales 8a-10a y 8b-10b. En el extremo inferior de la Figura 4 se muestran los depósitos de material de plástico 29a, 29b sobre los cuales el elemento de cubierta 27 ya está dispuesto. El mismo elemento de cubierta semejante a banda es también colocado sobre el depósito de plástico 28a, 28b. Si luego, la capa 25 descrita anteriormente es aplicada al tablero de circuitos 2, puede ser aplicada como una capa relativamente delgada. El aislamiento eléctrico y la cubierta resistente al fuego de las terminales energizada 8a-13b no depende de la capa 25 que puede ser de espesor insuficiente para aquel propósito, si no de los elementos de cubierta 27. La disposición de diodos emisores de luz de acuerdo con la Figura 4 puede ser provista,
como se describe anteriormente, con lentes individuales o con una placa de cubierta que consiste por ejemplo, de material de plástico que se extiende sobre el tablero de circuitos 2 y lo cubre esencialmente por completo. Si es retirada como resultado del calor, causas mecánicas u otras influencias destructivas es todavía seguro contactar la disposición de diodos emisores de luz 1. La Figura 5 muestra otra modalidad de la disposición de diodos emisores de luz a la cual también se aplica la descripción de la disposición de diodos emisores de luz de acuerdo con la Figura 1. Sin embargo, es diferente de 1 disposición de la Figura 1 en que la capa 25 es más gruesa Además, el borde del receptáculo 24 puede tener por lo menos uno y preferiblemente varios cortes, de tal manera que e material de moldeo de la capa 25 puede entrar al espaci!o interno 26. Otra vez, sin embargo, el elemento de cubierta 2|7 continúa proporcionando aislamiento eléctrico seguro aún si 1 lente 22 y/o el receptáculo 23 son retirados. A diferencia .de la descripción anterior, el receptáculo 23 puede también ser construido de un material de cerámica y así es apto de tomar la función del elemento de cubierta 27. En este caso, e|l receptáculo 23 reemplaza el elemento de cubierta. Como se indica en las Figuras 1 y 5 mediante línea discontinuas, la disposición de diodos emisores de luz 1 de todas las modalidades puede ser provista, si se desea, con un
disipador térmico 30 que está en contacto con el lado posterior del tablero de circuitos 2 para remover el calor del mismo . La disposición de diodos emisores de luz de acuerdb con la invención comprende un tablero de circuitos 2 que soporta elementos semiconductores generadores de luz 6, tal I como diodos emisores de luz. Las terminales 8-13 de los elementos semiconductores 6 son conectadas a los conductores 3I, 4, 5 mediante soldadura para establecer contactos eléctricos. El lado frontal del tablero de circuitos 2 que soporta la entrada y elementos semiconductores respectivos es provisto con una capa aislante eléctrica 25 para proveer aislamiento eléctrico. Esta capa puede ser relativamente delgada. Puede p puede no cubrir suficientemente las terminales de los elementos semiconductores 6. Las terminales de los elementos semiconductores 6 sin embargo, son cubiertas hacia el usuario por uno o varios elementos de cubierta construidos preferiblemente de un material de cerámica. Tal elemento de cubierta 27 es anexado a las terminales de los elementos semiconductores 6 y el tablero de circuitos 2 anexado en el lado inferior mediante un plástico apropiado, preferiblemente no termoplástico. Con tal disposición, se puede obtener una seguridad eléctrica muy alta a pesar de una capa muy delgada 25. E]l espesor de la capa 25 puede ser menor de 3 mm. Además
elementos ópticos adicionales, tales como lentes 22 pueden ser dispuestos en proximidad estrecha con el elemento semiconductor 6, lo que permite el diseño de disposiciones de diodos emisorejs de luz de dimensiones relativamente pequeñas y alta salida de luz .
Listado de números de referencia
I