專利名稱：發(fā)光板和載板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照獨立權(quán)利要求的前序部分所述的具有發(fā)光二極管(LED)的可裁剪發(fā)光板以及作為這種發(fā)光板的一個部件的載板。
可裁剪發(fā)光板從文件PCT/CH99/00051得以知曉，它使未封裝的發(fā)光二極管(LED芯片)成組串聯(lián)和并聯(lián)連接。發(fā)光板的構(gòu)造和LED電路使得發(fā)光板作為任意大的表面來制造。該表面可分隔成為任意成形的部件塊，只要這些部件塊的尺寸不小于能夠進行操作的某些最小子單元即可。未封裝LED芯片的使用允許LED的有選擇的松散或緊湊的配置。特別是，可以制成比具有封裝發(fā)光二極管的傳統(tǒng)板更緊湊的配置。在傳統(tǒng)發(fā)光板中，根據(jù)冷卻情況，LED的密度達到大約4-9LED/cm2范圍內(nèi)的標準值。文件PCT/CH99/00051的板可以很容易地裝備25LED/cm2。
因此從文件PCT/CH99/00051的板出發(fā)繼續(xù)開發(fā)一種發(fā)光板，其制造進一步簡化。特別是不需要實現(xiàn)LED的復(fù)雜接觸。應(yīng)該整體降低制造成本。另外，板的柔性應(yīng)該進一步提高。特別希望LED可以進一步更緊湊地配置。
本發(fā)明采用這種方式。
如權(quán)利要求書中限定的那樣，本發(fā)明提供一種發(fā)光板，它的確制造簡單并還適用于低成本大規(guī)模生產(chǎn)。制造這種發(fā)光板的方法和作為這種板的元件的電路板也是本發(fā)明的主題。
本發(fā)明的可裁剪發(fā)光板包括并聯(lián)的最小子單元，其中至少兩個發(fā)光主體各自能夠以電力操縱并串聯(lián)，例如發(fā)光二極管。發(fā)光板隨后分隔成能夠進行操作的部件塊，其至少具有最小子單元的尺寸。它包括具有導(dǎo)電表面的基層和通過電絕緣層從所述表面分開的覆蓋層，其中基層和覆蓋層用作子單元電并行接觸的連接表面。電絕緣導(dǎo)體通路用于單個子單元的不同發(fā)光主體的電連接并與電接觸表面電絕緣。
術(shù)語“導(dǎo)體通路”這里指的是通過構(gòu)造分成單個通路的至少一個導(dǎo)體層，由此多個大致平的導(dǎo)體以固定方式位于電連接元件內(nèi)或電連接元件上。這與事后安裝的、從基層上凸出的導(dǎo)體如接點、接線不同。導(dǎo)體通路具有制造上的優(yōu)點，它很長時間已經(jīng)標準化并成本低。另外按照優(yōu)選實施例，它們允許發(fā)光主體在連接位置處直接接觸導(dǎo)體通路，顯著簡化了制造。
發(fā)光板因此或多或少具有載板，其形成或包括一個電連接元件(例如電路板)和連接其上的發(fā)光主體，并且根據(jù)情況還有其他單元。
發(fā)光板的一個優(yōu)選的實施例被設(shè)計成，發(fā)光主體(包括例如兩個電極)直接緊固在基層或?qū)w通路上，并經(jīng)由一個電極由此接觸。對于具有底表面上的電觸點和發(fā)光表面上的第二電觸點的發(fā)光主體來說，將每個具有導(dǎo)電接觸裝置(例如引線接頭(Drahtbond))的子單元的第一發(fā)光主體直接緊固在導(dǎo)電基層上并同時與其接觸。商業(yè)上可得到的導(dǎo)電粘合劑(接觸粘合劑)或焊料可用作接觸裝置。每個子單元的另外的發(fā)光主體例如放置在導(dǎo)體通路上并由此接觸。
還有的發(fā)光主體，它的兩個電觸點位于同一表面(覆蓋表面)上。每個子單元的第一發(fā)光主體接著放置在導(dǎo)體通路上，不需要導(dǎo)電接觸裝置，其中通過從發(fā)光裝置的接觸表面引過絕緣層內(nèi)的開口的適當(dāng)電連接元件確保基層和發(fā)光裝置的第一電觸點之間的電接觸。為此，在絕緣層內(nèi)需要局部開口。絕緣層例如由兩個絕緣膜形成，而局部開口是至少位于不支承在基層上的薄膜內(nèi)的開口。每個發(fā)光主體的每第二個電極可通過引線接頭電連接到另一導(dǎo)體通路或連接到接觸表面上?！敖雍?bonding)”是標準、自動化和經(jīng)濟的方法。
除了引線接頭之外，通過集成在柔性透明層內(nèi)的導(dǎo)體通路確保發(fā)光主體電極的電接觸。為此所需的導(dǎo)體通路例如包括導(dǎo)電透明層，因此例如是所謂的ITO層(In2O3-SnO2)。但是它們還可通過非常薄的金屬導(dǎo)體通路的網(wǎng)格形成。透明導(dǎo)體通路或?qū)щ娋W(wǎng)格的局部尺寸最好選擇成在沒有錯誤的接觸下，不需要特殊的對準操作。
市場上可獲得的適當(dāng)發(fā)光主體是未封裝的發(fā)光二極管。它們有不同的結(jié)構(gòu)。一方面它們的底表面例如在250×250μm和500×500μm之間變化。另一方面用于電接觸的兩個電極或者都布置覆蓋表面上，或者一個電極在覆蓋表面上而第二電極在底表面上。原則上，可以使用任何的發(fā)光二極管。但是在很多情況下，具有導(dǎo)電基底(例如SiC)的發(fā)光二極管是優(yōu)選的，這是由于一個電極的直接接觸可通過在接觸表面上進行放置(如上述)來實現(xiàn)，還由于通過導(dǎo)電導(dǎo)體更加有效地減小有效區(qū)域中產(chǎn)生的熱量。
本發(fā)明的板可具有某種顏色和某種顏色成分的發(fā)光二極管。但是還可使用藍或紫或紫外線發(fā)光二極管，例如具有GaN或InGaN層，最好與熒光裝置相結(jié)合。由發(fā)光主體發(fā)出的藍或紫外光通過二次發(fā)光顏料至少部分地轉(zhuǎn)換成更長波長的光。原始藍或紫外光與更長波長光疊加，結(jié)果得到白光。必要時，與將要描述的配置內(nèi)的濾色裝置相結(jié)合，通過本發(fā)明的發(fā)光板，可以按照還未抑制的顏色，產(chǎn)生實際上的白光。還可設(shè)想使用適當(dāng)?shù)募す舛O管，這具有顯著更高的發(fā)光優(yōu)點，但是局限于相對受到限制的空間(立體)角度。這種激光二極管另外相對昂貴。
發(fā)光板最好設(shè)計成發(fā)光主體的配置可從最大開始向下調(diào)整。最大密度取決于絕緣層內(nèi)開口的距離以及用于與發(fā)光主體電接觸的單個導(dǎo)體通路的長度。如果需要更小的發(fā)光主體密度，那么例如為此相互布置在較大距離上的兩個發(fā)光主體相互電連接。這里，所實現(xiàn)的是兩個發(fā)光主體各自電連接到最靠近它們的導(dǎo)體通路上，并且位于這兩個發(fā)光主體之間直接連線上的所有分散導(dǎo)體通路通過另外的接觸裝置相互電連接。
此外，發(fā)光板設(shè)計成可通過例如電阻的另外電元件補充小組發(fā)光主體，所述小組相互串聯(lián)連接。它們可布置在用于發(fā)光主體的導(dǎo)電通路上或緊挨著它們布置。因此對于所有子單元來說可以通過另外一個適當(dāng)?shù)碾娮璐?lián)連接到子單元的發(fā)光主體上實現(xiàn)電壓匹配。對于單個或一組發(fā)光主體來說通過并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮杩梢詫崿F(xiàn)電流匹配。
按照基層的結(jié)構(gòu)，為了進一步穩(wěn)定，本發(fā)明的發(fā)光板可放置在機械載體(例如板)上。
基層可基本上是金屬板，它例如具有包括平區(qū)域的球狀帽形或拋物線形的凹處?？梢栽诎继幍钠絽^(qū)域內(nèi)放置發(fā)光主體。該配置具有的優(yōu)點在于它具有薄基層的機械穩(wěn)定性，特別是用于發(fā)光主體的放置表面。
根據(jù)情況，板還可具有附加層，通過該層引導(dǎo)由發(fā)光主體產(chǎn)生的光。
按照一個實施例，一個附加層是透明保護層。它保護導(dǎo)電層和絕緣層以及發(fā)光二極管和電連接不受例如機械和化學(xué)作用的外界影響。它們還可用來引導(dǎo)發(fā)出的光。
同時確保光均勻分布的附加層的實例是柔軟彈性硅酮層，其具有整體的、小的、反射光的顆粒。發(fā)光板例如具有以適當(dāng)混合比例進行適當(dāng)混合的發(fā)出藍色、綠色或紅色的LED。均化層依附或放置其上，以確保板發(fā)出白光。
透明附加層的另一實例是具有非常高的光折射率的層，即二氧化鈦或ITO(In2O3-SnO2)，它具有2.2數(shù)量級的折射率。如果該層具有大約LED芯片一半寬度的厚度，并構(gòu)造成還可橫向輸出光，可以整體顯著增加LED芯片輸出的光量。另外，如上所述，相應(yīng)構(gòu)造的ITO層可直接用來與LED芯片電接觸。
通過另外任選的附加層獲得特殊的優(yōu)點。該附加層包括改變由LED發(fā)出光的波長的顏色，其中這種層是熒光層，因此是具有二次發(fā)光顏料的一個層。波長在這種層中“改變”，其中一次光被吸收并在吸收過程之后，另一更大波長的二次光通過該層發(fā)射。該附加層設(shè)置顏料，例如將短波一次光轉(zhuǎn)換成白光。如果除了產(chǎn)生藍色光或紫色光的多個LED之外，還使用幾個紅光發(fā)光二極管和/或黃光發(fā)光二極管，則產(chǎn)生特別熱的光。與現(xiàn)有技術(shù)的未封裝LED相比，覆蓋幾個LED的大致平的層用作對位于下方的多個電極的光進行顏色轉(zhuǎn)換。因此可避免例如環(huán)形的邊緣效應(yīng)，如封裝電極所知那樣。順便提到，除了本發(fā)明的可裁剪LED板之外，這種層還可用作LED陣列。
根據(jù)情況不同，引入顏料或顏料混合物(例如硅或PMMA)的大致平的層同時用作LED或整個板上的保護層。
可以與該保護層相同的另一任選的附加層是大致透明的，并且用來產(chǎn)生均勻光分布以及用來降低可能的熱應(yīng)力。
上透明層的功能還可通過單個層或?qū)拥娜魏谓M合來實現(xiàn)。
附加層可設(shè)計成覆蓋層，它與發(fā)光主體機械地分開，例如是剛性的，例如通過分隔件固定在載板(根據(jù)情況可以是具有導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和基層和機械載體)上。與設(shè)置有用于發(fā)光主體的所述凹處的基層組合起來特別有利。如果發(fā)光主體置入凹處中，覆蓋層可相對靠近基層連接，而不使得覆蓋主體和導(dǎo)體通路之間的接合連接受到損害，并沒有作用在發(fā)光主體上的剪切應(yīng)力。
在優(yōu)選的實施例中，基層設(shè)計成它可用來傳導(dǎo)熱量。為此，它主要包括導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料，并包括用于冷卻的附加結(jié)構(gòu)，例如冷卻凸肋。
基層以及可能的一個或多個附加層最好設(shè)計成它們包括理論斷開位置。理論斷開位置是局部結(jié)構(gòu)，其表示發(fā)光板在何處可分成更小的功能部件塊，并最好同時簡化這種分隔成部件塊的操作。理論斷開位置的實例是沒有冷卻凸肋的排或?qū)拥木植孔儽?。發(fā)光板可沿這種理論斷開位置分成塊，形成最小的功能子單元或多組最小的功能子單元。
最小的子單元的尺寸可不同，并且通常包括兩個、三個、四個、五個或六個LED。板可具有不同尺寸的子單元?？梢圆捎帽景l(fā)明的設(shè)計而沒有困難并沒有大的設(shè)計費用。用于板自動化制造的設(shè)備只需要簡單編程，使得LED和接點或根據(jù)情況附加的電部件例如電阻，連接到相應(yīng)位置上。如果進一步考慮到不同顏色的LED可以任何方式放置的事實，人們認識到對于靈活性和設(shè)計可能性沒有特殊的限制。
導(dǎo)電層和絕緣層和導(dǎo)體通路例如以來自本領(lǐng)域公知的電路板技術(shù)的方法進行安裝。這些方法例如包括導(dǎo)體通路的光成形(Fotostrukturieren)以及塑料層的層壓和其他電絕緣層的濺射。但是導(dǎo)體通路當(dāng)然還可以更新的電路板技術(shù)制造，例如采用新開發(fā)的壓紋技術(shù)。附加層的安裝還可以公知的方式實現(xiàn)。由此，顯著簡化發(fā)光板的制造過程，這是由于可以實現(xiàn)自動化，并且本發(fā)明的發(fā)光板可以作為預(yù)制系列產(chǎn)品獲得。單個板的制造成本因此保持很低。另外的優(yōu)點在于所有的結(jié)構(gòu)可設(shè)計成很薄并具有極低的導(dǎo)熱阻力。這允許熱量從LED區(qū)域有效地傳導(dǎo)出來。結(jié)合任選的冷卻結(jié)構(gòu)，由此可以使得LED形成更緊湊的配置。繼而在使用板時更增加了靈活性。
LED的成組串聯(lián)電路還允許使用商業(yè)上可得到的電壓供應(yīng)，例如通常以12V或24V電壓操作的變壓器。商業(yè)上可得到的LED通?？芍灰?V或4V操作。例如6×2V、3×4V、4×2V+1×4V等的串聯(lián)允許被供應(yīng)的整個發(fā)光板或其部件塊的供應(yīng)電壓顯著高于單個LED的情況。通過附加電阻串聯(lián)和/或并聯(lián)到最小的操作子單元或單個發(fā)光主體小組上，對于配合該電壓或配合該電流來說沒有設(shè)置限制。如果最小的操作子單元通過基層另外相互并聯(lián)，那么發(fā)光板及其部件塊在LED的兩個連接被供應(yīng)實現(xiàn)電壓差時馬上發(fā)光。
使用較高電壓不僅對于選擇電壓源來說具有優(yōu)點，而且降低流動電流。所述降低允許導(dǎo)體截面降低并降低熱量的產(chǎn)生。電供應(yīng)電壓可有選擇地選擇成直流電壓或交流電壓。但是使用交流電壓必然效率降低。
此后通過示例性的實施例說明本發(fā)明的發(fā)光板。
圖1表示本發(fā)明可裁剪發(fā)光板的第一實例的各層的示意斜視圖；圖2表示本發(fā)明發(fā)光板第二實例的構(gòu)造的截面斜視圖；圖3表示本發(fā)明發(fā)光板的實施例，其具有凹面鏡狀的結(jié)構(gòu)；圖4表示本發(fā)明發(fā)光板的另一實施例，其具有“球狀頂部”；圖5表示本發(fā)明發(fā)光板的另一實施例的示意斜視圖；以及圖6a和6b表示本發(fā)明發(fā)光板的其它設(shè)計方案。
在圖1中，表示導(dǎo)電基層1。在圖示實例中，它設(shè)計為具有冷卻凸肋1a的鋁基板?；鶎右部捎啥鄠€層構(gòu)造。如果由于LED密度而不造成冷卻問題，那么它可以形成涂覆金屬層的塑料板。如果不需要或不希望有機械強度，它還可以有導(dǎo)電膜形成。接著它可放置在任何物體上。
設(shè)置有局部開口7的第一絕緣膜2放置在基層1上。該膜主要包括例如SiN，SiC或電路板技術(shù)中公知的聚合物。它具有例如0.5-50μm的厚度。例如銅制的導(dǎo)體通路3的規(guī)則網(wǎng)格狀配置位于第一膜2上。導(dǎo)體通路3通過第一絕緣膜2與基層電分開。
發(fā)光二極管芯片(LED芯片或簡稱LED)的四個子單元4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g、4h、4k、4l、4m、4n、4o、4p表示在圖中，其分散連接在基層1和導(dǎo)體通路3上并通過傳導(dǎo)接觸粘合劑緊固。三個LED4k、4l、4m是例外，它們通過基層1和導(dǎo)體通路3在底側(cè)接觸。圖中左側(cè)表示的子單元的開始兩個各自具有三個串聯(lián)的LED。右側(cè)表示的第三子單元包括串聯(lián)的6個LED 4d、4e、4f、4g、4h、4i。
三個子單元分別有一個LED芯片4a、4d、4n，其直接以其布置在芯片下側(cè)上的第一電接觸表面，放置在基層1上，隨后將其作為每個子單元的第一LED來討論。第二子單元(4k、4l、4m)的第一LED芯片4k布置在導(dǎo)體通路3上并經(jīng)由開口7通過引線接頭5從其第一電接觸表面電連接到基層1上。第一LED各自通過引線接頭5從其布置在芯片上側(cè)的第二電接觸表面連接到一個導(dǎo)體通路3上。串聯(lián)的其它LED 4b、4c、4e、4f、4g、4h、4i、4l、4m、4o、4p各自連接到一個導(dǎo)體通路3上，該導(dǎo)體通路3通過引線接頭5連接到相應(yīng)串聯(lián)在前面的LED芯片的所述頂電極上或頂電極之一上。串聯(lián)的最后LED芯片4c、4i、4m、4p的頂電極由引線接頭5接觸，引線接頭通向覆蓋層，該覆蓋層為了改善總體視圖的目的而未表示在附圖中。在第四子組件中，發(fā)光二極管4n、4o、4p以雙倍距離布置。由此造成的用于電串聯(lián)LED4n、4o、4p的單個導(dǎo)體通路3之間的電中斷在第一種情況下通過作為導(dǎo)體通路接觸裝置8的附加引線接頭連接。在第二種情況下，為了整個子單元的電壓適配的目的，導(dǎo)體通路3通過一個附加串聯(lián)電阻10以及用于電接觸的適當(dāng)引線接頭5橋接。另外一個電阻9與發(fā)光二極管4o并聯(lián)布置，對于所述發(fā)光二極管4來說形成電流適配。
基層1設(shè)置理論斷開位置6，尺寸例如為1/4米的LED板沿該位置分成部件塊，直到最小子單元為止。理論斷開位置6還可圍繞包括多個子單元的單元。絕緣膜2、導(dǎo)體通路3和接點5可以電路板制造中公知的裝置和技術(shù)來制造。
在附圖所述的實施例與已經(jīng)描述的實施例的主要不同之處通過以下


。省略其相同特征的描述。
圖2表示本發(fā)明發(fā)光板的另一實施例構(gòu)造的示意斜視圖。該實施例的電路配置不同于圖1的配置，其中只有各自具有三個串聯(lián)的LED的子單元。導(dǎo)電覆蓋層29還部分表示在此圖中。還可另外看到位于其上的附加層30-32。導(dǎo)電基層21用作串聯(lián)LED芯片24的并行接觸?；鶎?1包括優(yōu)化LED芯片24的冷卻的冷卻凸肋。具有規(guī)則布置的開口27的第一絕緣膜22放置在基層21上。通過這些開口27基層21可穿過絕緣層22電接觸。用于LED芯片24串聯(lián)的分散導(dǎo)體通路23放置在第一絕緣層22上。具有開口的第二絕緣膜28位于導(dǎo)體凸肋23之上。第一和第二絕緣膜一起形成大致嵌有導(dǎo)體通路的絕緣層。同時，根據(jù)制造方法(在高或低溫下放置層)和層材料，層均勻分布在電路板上并沿位于膜之間的分開平面構(gòu)造。導(dǎo)電覆蓋層29同樣局部設(shè)置開口，并和基層21一起用于子單元的并行接觸。如果由透明電導(dǎo)體制成并且例如通過加壓形成與LED頂電極的接觸，導(dǎo)電覆蓋層原理上還可設(shè)計成沒有開口。在這種情況下，電絕緣層最好具有大致與LED尺寸相對應(yīng)的厚度。代替透明電導(dǎo)體，覆蓋層還可包括接觸頂電極的薄電導(dǎo)體通路，或可以連接到這種導(dǎo)體通路上。
覆蓋層29內(nèi)的開口可設(shè)計成使其包圍LED芯片24以及每個相鄰導(dǎo)體通路的接觸表面。因此，覆蓋層還可以絕對標準化制造，并允許設(shè)計LED的任何電路。
導(dǎo)電層29可以鏡像方式設(shè)計，以便改善LED24的光效率。
當(dāng)基層21和用作接觸表面的覆蓋層29之間作用有LED及其電路配置確定的恒定電壓時，串聯(lián)的LED子單元或發(fā)光板及其部件塊進行發(fā)光。
包括冷卻凸肋、電絕緣層和覆蓋層的基層的厚度h在大約0.5毫米和幾毫米例如3毫米之間的范圍內(nèi)變化。如上所述，基層還可進行不同的設(shè)計，例如沒有冷卻凸肋。在這種情況下，基層當(dāng)然相應(yīng)更薄。LED之間的距離1的值可最好是大約1.4毫米-10毫米。這造成發(fā)光板具有的LED密度是1-49LED/cm2。對于1來說典型的值是2.5毫米，這造成發(fā)光板具有的LED密度是16LED/cm2。LED密度可很容易地降低或增加，其中根據(jù)現(xiàn)在的LED，所述值將大約是64LED/cm2。
三個附加層30-32放置在LED芯片24的電路配置上。第一透明附加層30是軟彈性覆蓋層，例如基本上包括硅酮的層，小反射顆?？商砑釉谄渖?。它用來確保光均勻分布。第一附加層30可另外用來降低威脅LED芯片24的熱應(yīng)力。
第二附加層31主要設(shè)置二次發(fā)光顏料或顏料化合物，例如發(fā)光顏料。在這種情況下根據(jù)顏色的混合，選擇LED，使其發(fā)出藍光。通過第二透明層，LED發(fā)出的光部分轉(zhuǎn)換成較長波長的光。最終輻射光是根據(jù)顏料混合物的不同波長的疊加。根據(jù)LED的顏色以及顏料的質(zhì)量和特性，本發(fā)明的發(fā)光板及其部件塊可發(fā)出特別是任何顏色的光。附加層的層狀配置另外造成光的均勻分布，而沒有邊緣效應(yīng)。這與現(xiàn)有技術(shù)的封裝LED相反。其殼體可設(shè)置發(fā)光層。但是總造成各向異性的顏色分布，其觀察起來如同環(huán)形。
第三附加層32是透明的并用作保護層。它主要包括例如PMMA或PET。它還可包括按照需要引導(dǎo)光的光學(xué)元件。保護層32由具有某種抗UV能力的材料制成。
根據(jù)板的結(jié)構(gòu)，三個附加層30-32的功能還可通過單個、兩個或四個或更多個局部透明層來實現(xiàn)。還應(yīng)理解，附加層實現(xiàn)的功能對于板的功能來說不重要，因此還可完全或部分地省去附加層。
圖3表示本發(fā)明發(fā)光板的另一實施例。板具有一導(dǎo)電基層41、第一和第二絕緣膜42、38、用于LED芯片44串聯(lián)的分散導(dǎo)體通路43和一導(dǎo)電覆蓋層49，通過引線接頭45將串聯(lián)的最后LED芯片與該覆蓋層連接。如果需要，所有的層具有用于電接觸的開口47。
兩個附加層50、51以如下方式設(shè)計，使其具有圍繞LED芯片的半殼形凹處53。半殼形凹處最好涂覆一個反射層，例如具有銀或鋁，從而凹處用作凹面鏡。由LED發(fā)出的光限制在由凹面鏡確定的空間(立體)角度上。凹處53可通過壓紋制成軟透明層50、51。為了保護LED、絕緣層和導(dǎo)電層以及電連接和可能的凹形涂層，凹處可以透明薄膜材料填充，例如硅酮或PMMA。還可只將凹處結(jié)合在第一附加層50，例如均化層和/或含有二次發(fā)光顏料的層中。第一附加層還可是完全不透明的并只設(shè)置反射表面。透明保護層51以保護方式覆蓋整個板，特別還有LED芯片和半殼形凹處53。
圖4表示本發(fā)明的另一實施例?；鶎雍桶↙ED電路的層配置大致與圖3相同。對于此實施例，設(shè)置具有半殼形凹處63的附加層60。如硅的透明材料填充到凹處63中，以便形成帽罩。這種帽罩在發(fā)光技術(shù)中稱為“球形頂端”。這些半殼形凹入部64將由LED發(fā)出并可由保護層69的調(diào)整的光均勻分布到一直到外部的整個半空間上。
按照圖1到4之一的可裁剪發(fā)光板使用未封裝發(fā)光二極管例如如下制造。
具有第一開口7、27、47的規(guī)則陣列的第一電絕緣膜2、22、42放置在基層1、21、41上。
導(dǎo)體通路3、23、43放置在第一電絕緣膜上，使得它們大致在第一開口之間在規(guī)則陣列內(nèi)延伸。相應(yīng)導(dǎo)體材料的構(gòu)造例如通過光成形以公知的方式實現(xiàn)。
第二電絕緣膜28、48放置在第一膜和導(dǎo)體通路上，所述膜具有第二開口，該開口包圍第一開口并比第一開口大，使得靠近每個第一開口的導(dǎo)體通路部分不被覆蓋。
第二電絕緣膜至少部分由一導(dǎo)電覆蓋層29、49覆蓋，其中以傳統(tǒng)方式構(gòu)造。
LED 4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g、4h、4i、4k、4l、4m、4n、4o、4p、24、44放置在形成的板上，使其位于第二開口內(nèi)并在通過基層或通過導(dǎo)體通路第一電極處接觸。
LED的第二電極和導(dǎo)體通路或覆蓋層29、49電連接，其中LED如下放置，并且LED的第二電極如下連接到導(dǎo)體通路和覆蓋層上，使得可以形成串聯(lián)的LED的操作子單元。
隨后，根據(jù)情況，裝設(shè)具有改變光的性能和/或定向性能和/或作為保護層的附加層30、31、32、50、51、60。
圖5表示的實施例還具有帶有(任選地)冷卻凸肋的導(dǎo)電基層71和布置其上的電絕緣層72。但是該實施例具有特殊性，其中層結(jié)構(gòu)中的覆蓋層79和導(dǎo)體通路73布置在相同層內(nèi)，并在制造過程中由相同層制造。這里導(dǎo)體通路與覆蓋層的大致電絕緣不再通過導(dǎo)體通路經(jīng)由電絕緣膜與發(fā)光層的“垂直”分開來實現(xiàn)，而是通過橫向分開來實現(xiàn)，其中不被覆蓋的絕緣層72的區(qū)段布置在覆蓋層和導(dǎo)體通路之間。為此，覆蓋層具有大的、這里基本是方形的(形狀不重要并且按照需要以任何方式選擇)開口，該開口各自包圍一個整個子單元。該子單元的第一LED74a容納在直接位于基層71上的絕緣層內(nèi)的開口77中，并由此接觸。第一LED的頂電極通過引線接頭連接到導(dǎo)體通路。子單元的下一個LED74b直接布置在與第一LED74a的頂電極直接接觸的導(dǎo)體通路上。第三、第四...LED可類似地座置在各自下一個由前一個LED接觸的導(dǎo)體通路上。但是圖中所示的配置不同于此。這里，第三LED74c和第四電極74d一樣顛倒地連接在相同導(dǎo)體通路上。該LED的“頂”電極同樣通過引線接頭連接到由第二LED通過引線接頭接觸的導(dǎo)體通路上。位于第二LED74b和第三LED74c之間的導(dǎo)體通路因此在這里主要用作橋接這兩個LED之間的距離。但是由于從第二引到第四LED的引線接頭會太長并容易受到影響，因此最好使用該導(dǎo)體。第四LED74d的一個電極通過引線接頭連接到覆蓋層79上，如以前覆蓋層79不需要覆蓋一直到開口的絕緣層，如這里所示那樣，而可同樣由分散的導(dǎo)體通路形成。
從此實施例再次得知那樣，可以容易理解的方式使用本發(fā)明的簡單原理，其中導(dǎo)體通路與電連接表面絕緣，發(fā)光主體可接觸該電連接表面。實施例中所示的電路原理是是從很多種可能性中選擇的問題。特別是可以偏離基層上或?qū)w通路上的發(fā)光二極管的一個電極的接觸連接，這本身是有利的，并且導(dǎo)體通路可單純用作橋接距離的裝置。對于電絕緣基底上的LED來說特別重要，其中兩個電極位于上面的表面。在這種情況下，所有的LED可直接緊固在基層不被覆蓋的位置上，并且所有接觸通過引線接頭進行。
圖5的板具有另外的特性。由于子單元完全位于覆蓋層的開口內(nèi)，子單元以光學(xué)上明確可見的方式與其他子單元分開。對于使用者來說這簡化了制造。為此，除非使用下面附圖描述的裝置之外，在提供電路板作為板的基本元件的情況下，子單元只能以較小靈活性進行設(shè)計。
如以前實施例的情況那樣，這里再次明確覆蓋層絕不需要成為掩護層(convering layer)。覆蓋層而是簡單地成為并行接觸子單元的第二導(dǎo)電層的裝置。
與以前所述的板比較，圖5的板在制造上更加簡單。電絕緣層可作為單個層放置在基層上并設(shè)置開口的規(guī)則陣列。導(dǎo)電層隨后放置并進行構(gòu)造，使得一方面形成具有開口的平面覆蓋層79，另一方面在開口內(nèi)，分散的導(dǎo)體層部分用作導(dǎo)體通路。在以前實例中說明的發(fā)光主體放置在基層或?qū)w通路上。
圖5的板當(dāng)然還可設(shè)置附加層，如上面所述。
對于所有其他板的情況，整個板可具有非有機構(gòu)造。在這種情況下，絕緣層不是通常情況的聚合物層，而在這里例如是金屬氧化物層。在這里描述的實例中，氧化鋁是適合的，其具有鋁的基層。
所有非有機構(gòu)造具有的優(yōu)點是所有材料在大于100℃時具有良好的耐久性。板應(yīng)該能夠經(jīng)受例如至少120℃的溫度，甚至大于150℃而不損壞。
圖6a和6b中表示另一實施例。通過此實施例解決了最初階段出現(xiàn)的其他問題。發(fā)光主體受到更好的保護，并且可以改善光學(xué)效率。由于圖6a和6b的構(gòu)造，還可以任何方式選擇附加層。例如不需要考慮基層和附加層之間的熱膨脹系數(shù)的差別。層結(jié)構(gòu)和電路按照圖5所示實例進行設(shè)計，但是也可不同，例如圖1～4那樣。
基層(底板)81是金屬的，并且例如包括像鋁、銅等那樣的導(dǎo)熱材料。它以所述實例描述的方式作為第一并聯(lián)導(dǎo)體和散熱裝置起作用?；鶎?1這里當(dāng)然還可包括冷卻凸肋?；鶎?1具有多個凹處91a、91b，其具有部分球形殼體和轉(zhuǎn)動拋物面截取的形狀。如果凹處的內(nèi)表面反射，凹處用作反射器元件。凹處下側(cè)上的平區(qū)域用來放置LED芯片。在沒有絕緣層的凹處91a中，子單元的各自第一LED芯片84a直接放置在基層上，與所述實施例類似。每個子單元的其他LED芯片84b位于具有電絕緣層82并具有位于其上并還用作反射層的一個分散導(dǎo)體層83的凹處內(nèi)，以便與串聯(lián)LED的其他LED芯片接觸。已在圖5說明的覆蓋層89在單個層的層系統(tǒng)中設(shè)計有分散導(dǎo)體層83的導(dǎo)體通路，其特別有利于制造，這在下面進一步說明。
除了圖6a的板元件之外，圖6b的板具有模塊附加層93，其用作覆蓋層。它優(yōu)選選擇成使其在可見的范圍內(nèi)盡可能透明，并在UV輻射下幾乎不變得渾濁。它可包括塑料(例如致密的PET)、玻璃或其他透明材料。
覆蓋層93是與載板分開的單獨元件，即它例如不與載板或其上的發(fā)光主體一起制造。在文章中它與載板和發(fā)光主體機械地分開，載板和覆蓋板的橫向變形或不同的熱膨脹不會導(dǎo)致在發(fā)光主體中作用剪切應(yīng)力。
覆蓋層93可設(shè)置光學(xué)元件93b以便影響由LED產(chǎn)生的光。在附圖中，這些光學(xué)元件93b是Fresnol透鏡。但是它們還可包括反射(或鏡像)表面，可以作為拋物面鏡或球面鏡的截取部分，其可以Fresnel透鏡的方式分成小的區(qū)段。具有Fresnol透鏡的區(qū)段可大致沿一個平面(附加層平面)布置。同時以某一所需角度輻射的光輸出可通過整流效應(yīng)相對于輻射的一次光而增加。通過出色的會聚，效率可接近于T1 殼體?？梢园▎蝹€層以便將藍色、紫色或紫外光完全或部分轉(zhuǎn)換成較長波長光的光學(xué)有效層系統(tǒng)94可放置在附加層93的內(nèi)側(cè)上。另外，例如通過在層系統(tǒng)94中的一個分開層，可以看出對于任何過多的藍色光組分進行過濾。二次發(fā)光顏料(磷光體)以及過濾物質(zhì)還可作為細小顆粒存在于覆蓋層內(nèi)。
覆蓋層以粘合劑層92放置到載板上(即具有導(dǎo)電和電絕緣層的基層91)。為了在垂直方向上準確定位覆蓋層，間隔球92b可添加其中。間隔球結(jié)合于其中的粘合劑層可以薄膜的形式從市場上得到，例如來自3M公司。選擇粘合劑層92的厚度或間隔球92b的直徑，例如至少是50μm，使得引線接頭不被覆蓋層93接觸。粘合劑層92進行構(gòu)造，使其至少不覆蓋(敞開)凹處91a、91b的反射區(qū)域。
具有透明材料的光學(xué)有效區(qū)域的一后填料95還表示在附圖中?？梢允褂眠@種后填料以便確保改進來自LED芯片的耦合輸出以及改進透明覆蓋層93的耦合輸入。為此，它有利地具有高折射率，例如比覆蓋層93更高的折射率。該后填料造成LED芯片的機械和化學(xué)保護以及電連接(引線接頭)的改進。根據(jù)選擇的幾何形狀，它可以具有永久彈性，以便完全防止作用在LED上的剪切應(yīng)力(其中位于凹處91a、91b內(nèi)的LED只由于所選擇的形狀很大地受到保護而不受剪切應(yīng)力的影響，即使后填料95的材料不是彈性也是如此)。
在附圖中，還表示如何根據(jù)情況提供覆蓋層93的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)例如用來作為理論斷開位置或理論斷開線，還作為機械應(yīng)力的解耦位置。
圖6b板的任選元件是附加的、局部定位、透明和不透明的導(dǎo)體通路97，它在覆蓋層93的下側(cè)延伸，并使得串聯(lián)的LED作為第二平行導(dǎo)體層在覆蓋層89之上延伸并通過該覆蓋層。在圖5的配置中，這些附加導(dǎo)體通路在位于覆蓋層79的開口內(nèi)的單個子單元之間延伸。附圖標記98表示下導(dǎo)體通路83到附加導(dǎo)體通路97的電連接，例如采用導(dǎo)電粘合劑。
覆蓋層還可包括相同或不同材料的多個子層(未示出)。例如在兩個子層之間的間隙內(nèi)，可具有帶有二次發(fā)光顏料的薄膜。覆蓋層當(dāng)然還可直接包括二次發(fā)光顏料，其中該變型特別適用于塑料覆蓋層。
具有凹處的載板的優(yōu)點如下在現(xiàn)有的厚度下，通過凹處增加剛度。作為至少大致拋物面鏡的凹處增加光的效率。覆蓋板可作為與載板分開的平面元件(模塊結(jié)構(gòu))，它可進行附加的操作(聚焦、過濾等)。通過機械分開，防止LED受到由于熱膨脹造成的剪切應(yīng)力的影響。覆蓋板如果與載板分開允許附加層存在于內(nèi)側(cè)上，而不受到任何機械磨損，因此不需要耐磨。并且最后由于凹處的形狀，還增大了該表面，繼而改善將熱量散開。
如果圖6b的板以所有非有機構(gòu)造制造，具有間隔球92b的粘合劑層92可由金屬膜或玻璃膜代替，其焊接在上側(cè)和下側(cè)上(例如以焊料或玻璃焊料)，或以接合連接緊固。
但是原理上具有覆蓋層與其分開的載板還可沒有凹處。但是在這種情況下，由間隔件固定的這兩個元件之間的距離必須顯著大于發(fā)光主體的厚度和離開它引導(dǎo)的引線接頭的高度總和，在這種情況下，顯著大于約250μm+200μm。對于許多應(yīng)用來說該距離太大。
按照圖6a和6b之一的板的載板的制造以與圖1～5載板類似的方式實現(xiàn)，其中還要結(jié)合另外的凹處。磨削鋼球，形成平的區(qū)域。接著使用隨后出現(xiàn)的深拉或壓紋形狀來變形基層。初始條件下或由于所使用材料的延展性而在基層上的變形還可在沒有進一步困難的情況下在已經(jīng)涂層的基層上進行。LED產(chǎn)生光更直接的聚焦可在深拉模具在實現(xiàn)，以便結(jié)合具有拋物面形狀而不是球帽狀外形的凹處。
形成例如印刷電路板并作為發(fā)光板的部件的載板包括基層1、21、41、71、81，其具有導(dǎo)電表面，并具有放置其上的電絕緣層以及第一開口的規(guī)則陣列和與基層電絕緣的導(dǎo)電通路的規(guī)則網(wǎng)格，以及與接觸電絕緣和導(dǎo)體通路的覆蓋層，并具有第二開口的規(guī)則陣列，第二開口包圍第一開口并比第一開口大。最后，載板可例如按照所述發(fā)光板之一的描述的方式進行設(shè)計。
經(jīng)過以上討論，實際上總可設(shè)想到發(fā)光主體設(shè)計為LED。在現(xiàn)有技術(shù)的觀點中，LED是最為適當(dāng)?shù)陌l(fā)光主體，但是確實在將來可以得到具有類似功能的其他發(fā)光主體。本發(fā)明特別包括這種將要開發(fā)并根據(jù)現(xiàn)有或新技術(shù)的發(fā)光主體。
覆蓋層29、49不需要覆蓋除了開口的整個板。還可以只局部覆蓋或可甚至包括導(dǎo)體通路的系統(tǒng)。另外，在例如理論斷開位置可以中斷。
權(quán)利要求
1.一種可裁剪發(fā)光板，包括并聯(lián)的最小子單元，其中每個包括至少兩個串聯(lián)并能夠以電力操縱的發(fā)光主體(4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g、4h、4i、4k、4l、4m、4n、4o、4p、24、44、74a、74b、74c、74d、84a、84b)，其中發(fā)光板隨后分隔成本身能夠進行操作的部件塊，其至少具有最小子單元的尺寸，還包括具有導(dǎo)電表面的基層(1、21、41、71、91)和與其電絕緣的一個覆蓋層(29、49、79、89)，其中基層和覆蓋層用作子單元電并行接觸的連接表面，其特征在于，導(dǎo)體通路(3、23、43、73、93)至少部分地與電接觸表面電絕緣，以便子單元的發(fā)光主體的串聯(lián)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光板，其特征在于，至少幾個發(fā)光主體(4b、4c、4e、4f、4g、4h、4i、4k、4l、4m、4n、4o、4p、74b、74c、74d、84b)直接位于導(dǎo)體通路上并與其接觸。
3.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光板，其特征在于，每個發(fā)光主體包括第一和第二電極，每個子單元內(nèi)的每個第一發(fā)光主體(4a、4d、4k、4n、74a、84a)的第一電極由基層(1、21、41、71、81)可接觸，每個子單元的每個最后發(fā)光主體(4c、4i、4m、4p)的第二電極由接觸裝置(5、25、45)連接到覆蓋層(29、49、79、89)上，并且位于其間的發(fā)光主體的電極通過導(dǎo)體通路相互連接。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光板，其特征在于，絕緣層內(nèi)的開口(7、27、47、77)內(nèi)的子單元的第一發(fā)光主體(4a、4d、4k、4n、74a、84a)連接在基層(1、21、41、71、91)上，并通過第一電極由此接觸，其中子單元的其他發(fā)光主體(4b、4c、4e、4f、4g、4h、4i、4l、4m、4o、4p)連接在導(dǎo)體通路(3、34、43)上并通過第一電極由此接觸，其中子單元的最后發(fā)光主體(4c、4i、4m、4p)的第二電極由覆蓋層(29、49)接觸，并且其中子單元的剩余發(fā)光主體的第二電極可與子單元的各自下一個發(fā)光主體的導(dǎo)體通路接觸。
5.如上述權(quán)利要求任一項所述的發(fā)光板，其特征在于，基層、導(dǎo)體通路和覆蓋層的相互電絕緣通過一電絕緣層(2、22、42、72、82)來實現(xiàn)，并且導(dǎo)體通路(3、23、43、73、93)至少部分地在電絕緣層的內(nèi)側(cè)或電絕緣層的開口的內(nèi)側(cè)延伸。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光板，其特征在于，電絕緣層由兩個電絕緣膜形成，其中導(dǎo)體通路(3、23、43)位于第一和第二電絕緣膜之間。
7.如上述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光板，其特征在于，為了子單元發(fā)光主體的串聯(lián)電連接，不管絕緣層內(nèi)的開口(7、27、47)的理論距離以及導(dǎo)體通路(3、23、43)的預(yù)定限度長度，發(fā)光主體以不均勻的間距布置，其中至少一個子單元的發(fā)光主體不裝在絕緣層的每個開口(7、27、47)處，而只裝在第x個處，即在第二、第三等處，或者具有任何變化距離的另一順序，其中由此在用于它們之間串聯(lián)電連接的導(dǎo)體通路(3、23、43)之間的電中斷通過一導(dǎo)體通路接觸裝置(8)橋接。
8.如上述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光板，其特征在于，附加電部件(9，10)例如電阻可并聯(lián)或串聯(lián)到電串聯(lián)的整個子單元的單個或成組的發(fā)光主體(4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g、4h、4i、4k、4l、4m、4n、4o、4p、24、44)上。
9.如上述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光板，其特征在于，基層(1、21、41)包括散熱結(jié)構(gòu)，例如冷卻凸肋(1a)，或用散熱結(jié)構(gòu)放置在機械載體上。
10.如所述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光板，其特征在于，導(dǎo)體通路(3、23、43)布置在一規(guī)則網(wǎng)格內(nèi)。
11.如上述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光板，其特征在于，發(fā)光主體是LED，其中例如至少幾個LED是藍光或紫光或紫外光LED。
12.如上述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光板，其特征在于，至少一個至少部分是透明的附加層(30、32、50、51、93、94)，布置成發(fā)光主體位于基層和附加層之間，或鑄造在附加層內(nèi)。
13.如權(quán)利要求13所述的發(fā)光板，其特征在于，附加層或至少一個附加層是透明的，并設(shè)置反射顆粒和/或光學(xué)元件或結(jié)構(gòu)(53、63、64、93b)以便引導(dǎo)和/或分布光。
14.如權(quán)利要求13或14所述的發(fā)光板，其特征在于，所述或至少一個附加層(31、50、60、94)設(shè)置二次發(fā)光顏料。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光板，其特征在于，具有二次發(fā)光顏料的附加層基本上是平的并覆蓋多個發(fā)光主體。
16.如權(quán)利要求14或15所述的發(fā)光板，其特征在于，附加層(93)作為覆蓋層連接在載板上，載板載有發(fā)光主體，使該附加層與發(fā)光主體機械上分開，其中在載板和覆蓋層(93)之間最好有間隔裝置(92b)。
17.如權(quán)利要求16所述的發(fā)光板，其特征在于，二次發(fā)光膜(94)放置在覆蓋層(93)的面向發(fā)光主體的一側(cè)或在至少兩個子層之間。該子層形成發(fā)光層，或者覆蓋層包括二次發(fā)光顏料。
18.如權(quán)利要求16或17所述的發(fā)光板，其特征在于，發(fā)光主體上方區(qū)域內(nèi)的覆蓋層包括光學(xué)元件(93b)，例如Fresnel透鏡，或具有反射表面的結(jié)構(gòu)，使得定向效果增加。
19.如上述權(quán)利要求之一所述發(fā)光板，其特征在于，基層包括凹處(91a)上的一個規(guī)則陣列，其中所述或至少幾個發(fā)光主體裝在凹處內(nèi)。
20.如權(quán)利要求19所述的發(fā)光板，其特征在于，凹處設(shè)置用作反射層的涂層，并且它們例如形成為球殼體或具有平區(qū)域的拋物面的形狀。
21.如上述權(quán)利要求之一所述的發(fā)光板，其特征在于，該板沒有有機材料。
22.一種載板，作為權(quán)利要求1到21之一所述的發(fā)光板的部件，其包括具有一導(dǎo)電表面的一基層(1、21、41)并具有布置基層上的電絕緣層，以及第一開口陣列和與基層電絕緣的導(dǎo)體通路的規(guī)則網(wǎng)格，以及與基層和導(dǎo)體通路電絕緣的覆蓋層，該覆蓋層具有第二開口的規(guī)則陣列，第二開口包圍第一開口并比第一開口大。
23.一種顏料在大致平層中的應(yīng)用，該顏料在以一次光輻射時發(fā)出具有更大波長的二次光，由布置在平層之下的發(fā)光主體的矩陣產(chǎn)生的具有藍色、紫色或紫外光成分的一次光產(chǎn)生白光。
全文摘要
本發(fā)明可裁剪發(fā)光板包括并聯(lián)的最小子單元，其各自具有至少兩個能夠以電力操縱并串聯(lián)的發(fā)光主體，例如發(fā)光二極管(24)。發(fā)光板隨后分隔成能夠進行操作的部件塊，其至少具有最小子單元的尺寸。它包括具有導(dǎo)電基層(21)和與其電絕緣的覆蓋層(29)，其中基層(21)和覆蓋層(29)用作子單元電并行接觸的連接表面。與電連接表面電絕緣的導(dǎo)體通路(23)用于子單元的不同發(fā)光主體(24)的電連接。
文檔編號H01L25/075GK1586006SQ02822393
公開日2005年2月23日 申請日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月13日
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