CN101151741B - 柔性led阵列 - Google Patents

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Abstract

一种发光器件，包括：一个柔性基板(2)，柔性基板(2)具有一个单个构造的导电层(5)；安排在所说柔性基板(2)上的多个LED(3)，构造的导电层(5)形成用于驱动所说LED(3)的电极。构造的导电层包括多个散热垫(8)，每个散热垫(8)都具有明显大于每个LED(3)的面积的一个面积；并且每个LED(3a)都热连接到至少一个所说散热垫(8a)，并且串联电连接在两个散热垫(8a、8b)之间。通过这一设计，每个LED都热连接到相对较大的散热面积，在LED中堆积的热能将在这一面积上分配，并从这个面积开始向上和向下耗散掉。因为通过单个的导电层解决了这个难题，所以与多层基板相比改善了基板的柔软性。通过在两个散热垫之间串联连接每个LED，可将导电表面层的一个极大的部分用于散热垫，并且极小的区域需要由导电轨道占据，否则对于单层设计来说这可能成为问题。

Description

柔性LED阵列
技术领域
本发明涉及柔性LED阵列，更加具体地说，本发明涉及包括多个LED的发光器件，所说的多个LED安排在一个柔性基板上，所说柔性基板具有一个单个构造的导电层，用于形成驱动LED的电极。
背景技术
在US2003/0067775中公开了一种柔性的发光单元。所说单元包括具有多个红、绿、和蓝LED的一个多层的基板，每种颜色串联连接。
与多个LED器件特别是柔性LED阵列通常相关的一个问题是热量耗散。如果不进行满意的处理，LED的温度将要升高，导致光效率的下降。在US2003/0067775中描述的单元中，热量耗散是通过固定在基板后部的散热板上的散热片结构处理的。这样的解决方案只能在一个方向从LED排放热量，不能实现所需的热量耗散。进而，这样一种解决方案使这个单元庞大，并且在很大程度上失去了期望的灵活性。
US5119174公开了一种显示器，所说显示器具有安装在刚性印刷电路板基板上的LED，所说印刷电路板基板在两个侧面上敷有铜箔。LED安排在印刷电路板一个侧面上的模片固定上，以及电连接到附加的铜区。LED还要借助于通孔热连接到印刷电路板的相对侧面的铜箔上。
US2003/0072153公开了分组安排在柔性基板上的LED，其中的每一组都包括一个红色的、绿色的和蓝色的LED。在柔性基板的对面一侧上安排散热板。
发明内容
本发明的一个目的是克服这些问题，并且提供热量耗散得到改善的柔性发光器件。
本发明的另一个目的是提供一种柔性发光器件，它的设计简单和制造成本有效。
本发明的这些和其它目的是通过在本文开始段描述的那种类型的发光器件实现的，其中构造成的导电层包括多个散热垫，每个散热垫都具有明显大于每个LED面积的一个面积，并且其中每个LED都热连接到至少一个散热垫上，而且串联电连接在两个散热垫之间。
通过这种设计，将每个LED都热连接到一个相对较大的散热面积上，在LED上堆积起来的热能在这个面积上进行分配，然后从这个面积开始向上和向下耗散该热能。
由于通过单个导电层就可处理解决问题，所以与多层基板相比，改善了基板的柔性。通过串联连接在两个散热垫之间的每个LED，就可以将导电层的极大部分用于散热垫，并且极小的面积需要由导电轨道占据，否则这可能是单层设计面临的一个问题。
每个LED都可连接固定(例如模片固定)在一个散热垫的上部，使LED的一个端电连接到这个散热垫上，并且LED的另一个端电连接到通向另一个散热垫的导电轨道上。这提供在散热垫之间串联连接LED的一个简单的实施方案。模片固定规定了适当的热连接。
LED包括适合于发射多个不同颜色的LED，这些LED串联连接成只包括相同颜色的LED的多个组。串联连接的LED组使寻址发光器件中的各个线成为可能。这样的寻址可用于补偿在器件上存在的温度梯度。例如，如果期望温度梯度存在在垂直方向，则串联连接的LED组可以在水平方向取向，并且所加的电流可以根据组的垂直位置而变化，由此可以补偿来源于温度变化的光强变化。
可以将LED安排成组，每一组包括适合于发射不同颜色(R、G、B)的光，并且优选对于颜色进行选择以便组合起来发射白光。这样的分组在照明应用中是有益的，在这里通常优选白光。然而，其它的分组也可以是优选的。
按照一个实施例，每个垫只热连接到一个LED，并且优选在这个垫上非对称性地定位，以使在不同垫上定位的几个LED分组靠近安排。优选地，垫具有基本上长方形的形状，并且安排成一个直的网格图形，从而以2×2阵列的形式连接到4个垫上的LED定位在每个垫的面向内的角落。这是有效地使用形成垫的大部分导电层的一个简单的布局，同时仍旧允许LED按照4个一组进行分组。使用长方形的垫还具有如下的优点：对于柔性基板，导电层的调节是很容易的，这是因为在垫之间是直的线条的缘故(在这里已经除掉导电层，例如蚀刻掉这些导电层)。
按照第二实施例，每个垫热连接到多个LED，从而使定位在不同垫上的几个LED按组靠近安排。LED可以围绕垫外围对称地定位。如果垫的形状还是长方形的，并且4个LED定位在它的角落中，则再一次地提供一个简单的布局，有效地利用了导电层区域并且提供按4个一组的LED分组。
附图说明
现在参照表示本发明的当前优选的实施例的附图，更加详细地描述本发明的这些和其它方面。
图1表示按照本发明的一个实施例的发光器件的示意透视图；
图2a和2b表示图1的器件的一部分的剖面的侧视图；
图3更加详细地表示固定到按照图1的器件的第一实施例的导电层布局的LED；
图4表示图3布局的示意电路图；
图5更加详细地表示固定到按照图1的器件的第二实施例的导电层布局的LED；
图6表示图5布局的示意电路图；
图7更加详细地表示固定到按照图1的器件的第三实施例的导电层布局的LED。
具体实施方式
图1表示的发光器件包括：控制单元1、柔性基板2、和安排在基板上的多个LED3。控制单元1包含连接器件到功率源并且驱动LED发光所需的任何驱动电路、接口、连接器、等等。由于控制单元保持所有的控制电路靠近，所以电路受到了很好的保护。然而，形成柔性器件一部分的控制单元却是刚性的。
作为一种替换，控制电路可以分布在基板上，例如沿基板的侧边分布。这就可以允许实现一个完全柔性的器件，但却不能对于部件产生最佳的物理保护。
器件的电源可以是常规的那种，具有一个连接器或者甚至于具有包含在控制单元1中的多个电池。然而，提供不用连接的电源可以是有益的。例如，可以使用电容式的或电感式的电源供电。
如图2更加清晰可见，基板具有单个导电层5，一般是铜，导电层5安排在一个柔性层6上，如安排在聚酰亚胺或聚酯等上。所说基板优选还设有一个粘结层7，便于将器件固定在表面上。
在图2a-2b上，为简洁起见只表示出两个LED3。在一般情况下，图1的器件可以包括成百上千个LED。LED3是模片固定到在导电层5中形成的散热垫8上的，并且是线焊到同样也是在导电层5中形成的轨道9上。下面参照附图3详细地描述散热垫8和轨道9。
通过施加一个硅酮滴10可以使经过线焊的LED得到机械保护。如图2a所示。但优选的作法是，如图2b所示，组装好的LED的整体涂以一个硅酮层11，从而可以提供所需的机械保护。这样一个保护层如果有适当的厚度还可以对于来自LED3的热传导(主要是来自LED的侧面的方向的热传导)作出贡献。
图2b的实施例还包括一个半堵片(semi-blocking sheet)12和漫射片13。半堵片12包括定位在每个LED的正上方的不透明区14，借此可以阻止直接垂直光的提取，只允许侧向发射。漫射片12可以保证恰好的漫射光的提取，适合用于照明的目的。
图3更加详细地表示导电层5是如何构成散热垫8和轨道9的。如图3的左边所示，散热垫8构成了导电层5的面积的较大部分，每个散热垫8都具有明显大于固定在其表面上的LED的面积。每个散热垫的相对较大的面积保证了LED产生的热能的满意的热耗散。作为一个例子，如果模片固定的“裸”LED芯片(即没经包装的芯片)具有大约100毫瓦的LED功率，则大约25mm2的面积可能适合从一个LED上散发热量。在图3的例中，散热垫8的形状是长方形的，并且安排成直的网格图形。轨道9在基板的面积中只占一个很小的份额，对于所说的轨道9进行安排，以便实现LED3的串联连接。更加准确地说，如图3的右边更加详细地表示的那样，从垫8a引出的轨道9a线焊到LED3a上，而LED3a则固定在一个不同的垫8b的表面上。
在所示的例子中，按4个一组对于LED3一起进行分组。为此，将每个LED3定位在长方形的散热垫8的角落里，以使不同的散热垫8的4个相邻的角落全都携带一个LED。LED的这种分组可有益地用于组合从不同颜色的LED发出的光。例如，4个LED的组可以包括一个R(红色的)LED、一个B(蓝色的)LED、和两个G(绿色的)LED，由此组合起来发出白光。当然，其它的组合也是可以的，其中包括各种不同的RGBX替换方案，如红、绿、蓝、和琥珀色，或红、绿、蓝、和黄色。优选的作法是要保证在组内具有一定位置的LED可以在同一位置串联连接到其它LED。以上参照图3描述了这种情况，在图4中这种情况表示得更加清楚。图4表示的是3组LED的电路图，与图3的布局对应。显然，在一个组15内的LED串联连接到下一组16中对应的LED上，并且显然，位置相同的LED(例如右上角的LED)都串联连接成组。
应当说明的是，在图3所示的实施例中，只有一个LED3固定到每个散热垫8上。按照另一种方式，如图5所示，几个LED31、32、33、34可以固定到一个散热垫8上，只要按照合适的方式适应线焊和导电轨道90就行。在所示的情况下，来自一个散热垫80a的轨道90a线焊到多个LED31-34，而LED31-34则是固定到另一个散热垫80b的表面上。为了实现与以上所述的类似的分组，4个LED31-34可以定位在每个长方形散热垫80的角落里，使这样一些散热垫成为直的网格图形。在图6中表示出对应于图5的布局的一个电路图。按照另一种方式(没有示出)，图5中的垫分成两组，使每个垫设有两个LED，这两个LED定位在垫的一侧的两个角落里。显然，本领域的普通技术人员可以设想出另外的设计。本领域的普通技术人员应该认识到，本发明决不限于以上所述的优选实施例。相反，在所附的权利要求书的范围内，许多改进和变化都是可能的。例如，散热垫8、80的形状和排列是可以变化的，条件只是可以实现充分的热量耗散，并且这里公开的长方形的形状可以由例如六边形的形状代替。
在下一个实施例中，每个LED直接电连接在两个散热垫之间，即不像图3和图5所示例子的那样，不需要任何轨道。在图7中示意地表示出这样一个实施例，只想说明它的原理。
如图7所示，散热垫800具有不同的形状，它们共同覆盖基板，使6个垫801、802、803、804、805、806的端部相会在一个区域807中。在这个区里，三个LED300可以串联电连接在对应的垫对之间。作为一个例子，并且与图3和图5的实施例类似，每个LED都模片固定在一对垫中的一个垫上，并且线焊到这对垫中的另一个垫上。按照另一种方式，包括3个LED302、303、304的一个LED单元301按照合适的方式固定(热固定和电固定)到所有6个垫上。在后一种情况下，有可能由所有这6个垫分担热量耗散功能，这取决于单元301是如何热连接到这些垫上的。
要说明的是，在图7中给出的设计只是一个例子。不同垫的确切形式以及在每个结点区807中LED的数目可由普通技术人员确定。然而，应该注意的是，不要减小器件的柔性。出于这个理由，保证散热垫之间的线段至少规则地形成基本上直的线是有利的，以便便于导电层的弯曲。
总之，本发明涉及一种发光器件，发光器件包括一个柔性基板2和设置在所述基板2上的多个LED，所说柔性基板2具有一个单个构造的导电层5，所说构造的导电层5形成用于驱动所说LED3的电极。构造的导电层5包括多个散热垫8，每个散热垫8具有明显大于每个LED面积的面积，每个LED3a热连接到至少一个所说的垫8a并且串联电连接在两个垫8a、8b之间。
通过这一设计，每个LED热连接到一个相对较大的热量耗散面积，在LED上堆积的热能将要在这个面积上分配，并且从这个面积开始向上和向下耗散所说的热能。
因为通过单个导电层就可以解决这个难题，所以与多层基板相比改善了基板的柔性。通过在两个散热垫之间串联连接每个LED，可以使用导电层的非常大的部分作为散热垫，导电轨道只需占据极小面积，否则这可能是单个层设计面临的一个问题。

Claims (10)

1.一种发光器件，包括：
一个柔性基板(2)，具有一个单个构造的导电层(5)；
安排在所说柔性基板(2)上的多个LED(3)，所说构造的导电层(5)形成用于驱动所说LED(3)的电极；
其特征在于：所说构造的导电层包括多个散热垫(8)，每个散热垫(8)都具有明显大于每个LED(3)的面积的一个面积，从而可以保证LED产生的热能的满意的热量耗散；并且
每个LED(3a)都热连接到至少一个所说散热垫(8a)，并且串联电连接在两个散热垫(8a、8b)之间。
2.根据权利要求1所述的器件，其中每个LED(3a)都固定到所说散热垫之一(8a)的顶部，LED的一个端电连接到这个散热垫，LED的另一个端电连接到引向另一个散热垫(8b)的导电轨道(9a)。
3.根据权利要求1或2所述的器件，其中LED(3)包括适合于发射多个不同颜色的LED，并且串联连接在只包括相同颜色的LED的组中。
4.根据权利要求3所述的器件，其中LED安排成组(15、16)，每个组包括适合于发射不同颜色的光的LED。
5.根据权利要求4所述的器件，其中对于每一组中的LED进行选择以便组合起来发射白光。
6.根据权利要求1或2所述的器件，其中每个散热垫(8)只热连接到一个LED。
7.根据权利要求4或5所述的器件，其中每个LED都非对称地定位在散热垫(8)上，并且其中安排所述散热垫以便使定位在相邻散热垫上的几个LED靠近地安排在组中。
8.根据权利要求7所述的器件，其中散热垫具有长方形的形状，并且将散热垫安排成直的网格图形，并且其中以2×2阵列的形式连接到4个散热垫上的LED定位在每个散热垫(8)的面向内的角落里。
9.根据权利要求4或5所述的器件，其中每个散热垫(80)都热连接到围绕所述散热垫(80)的外围安排的多个LED(31、32、33、34)，以及其中安排所述散热垫以便使定位在相邻散热垫上的几个LED靠近地安排在组中。
10.根据权利要求9所述的器件，其中所说LED(31、32、33、34)对称地围绕散热垫周边定位。
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