CN101432569A - Led网格阵列，制造所述网格的方法和装置以及用于所述网格阵列的led部件 - Google Patents
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Abstract
公开了一种LED阵列网格的产生方法。该方法的步骤包括：平行地设置N个电导线(W1－WN)，其中N是＞1的整数，由此产生导线(W1－WN)阵列，所述阵列具有与导线(W1－WN)的长度方向垂直的宽度D，将LED部件(106；206)设置到导线阵列(110，210)，从而使每个LED部件(106，206)与至少两个相邻的导线(Wn－Wn+1)电耦合，拉伸所述导线阵列从而使得宽度D增加。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造照明系统的方法，用所述方法制造的照明系统，以及一种缠绕装置。
背景技术
发光二极管(LED)在近一段时间已经被用作显示器和照明面板的背光，其中大量的低功耗LED被设置在一个阵列内。由于多种原因，LED适合于这个目的。例如，它们是具有很长寿命的耐用结构，这减少了所需的维护。而且，它们具有低能耗并在较低电压下工作，这降低了工作成本和关于高电压应用的危险。与此相关，它们具有高的光输出。现有技术包含LED在PCB上的安排。然而，这是一个昂贵的解决方案，尤其是当LED间隔很大，更大的面积需要照明的时候。
发明内容
为了提供满足上述和其他的目的LED阵列，其中需要大面积照明同时解决现有技术方案中的缺点，本发明提供了一种生成LED阵列网格的方法，其步骤包括：
-平行地设置N个电导线(W1-WN)，其中N是>1的整数，由此产生导线阵列，所述阵列具有垂直于导线的长度方向的宽度D，
-将LED部件设置到导线阵列，从而使每个LED部件同至少两个相邻的导线电耦合，
-拉伸导线阵列从而使得宽度D增加。
通过在非常小的印刷电路板(PCB)和这些印刷电路板的新设计上利用低成本装配工艺，可以由一种简单的缠绕/焊接工艺，实现具有导线的大面积阵列的互连(interconnects)。PCB的新型设计指，通过在LED部件上提供适合与导线接触的专门位置，比如，便于实现电接触和/或使导线固定的位置，由此产生的LED部件优选地适合在本发明方法中使用。进一步地，使用导线而不是大面积PCB进一步降低了LED阵列网格的成本。通过使用本发明方法，可以实现相比于已知技术的多个优势。根据本方法，生产步骤可以在有限的空间内完成，这使操作变得容易，降低了构造成本，同时可以得到具有任意期望间隔的大的LED阵列网格。
根据一个或多个实施例，通过设置LED部件，使得在网格延伸后所述LED部件有规律的分布，以及在一个或多个实施例中，通过设置LED，使得在垂直于导线长度方向上有LED部件的行，其在相邻导线间之间每隔一个缺口(gap)就会进行桥接。
在一个或多个实施例中，相邻行的LED部件之间被移动，使得如果第一行从第一个缺口(gap)开始每隔一个缺口在相邻的导线之间进行桥接，那么相邻行从相邻的缺口开始，在相邻的导线之间每隔一个的缺口进行桥接。当其被拉伸时，这会产生LED阵列网格，其中导线形成金刚石形状的孔隙(openings)。
在一个或多个实施例中，所述行被设置成行对的形式，其中LED部件的相邻行对以这样的方式被移位：如果第一行对从第一个缺口开始在相邻导线间每隔一个缺口进行桥接，则相邻行对会从相邻缺口开始，在相邻导线间每隔一个缺口进行桥接。在拉伸以后，这种设置可以产生具有等距的行和列的LED阵列网格。
在一个或多个实施例中，通过围绕着一个装配圆柱螺旋式缠绕导线，形成导线阵列，其中在牢固地固定每个LED部件到所述的包含在绕组中的两个相邻导线的步骤完成后，导线阵列的绕组可以离开装配滚筒(drum)，从而形成一个导线和LED部件的圆柱形状网格。装配滚筒的使用使得连续装配工艺成为可能，其中部件从一端进入工艺线，在另外一端就会获得成品。
在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括沿着圆柱形状网格的每个绕组将导线至少切断一次的步骤。在需要平面LED阵列网格的情况下，这个步骤是有益的。
LED部件优选地被焊接、胶粘或者类似方法接到导线，或者包含IDC类型的紧固件(IDC-绝缘位移连接器)以提供耐用的LED阵列网格并确保可靠的电接触。
根据一个或多个实施例，所述方法进一步包含步骤：
-准备用于衬底的引线框架材料，
-折叠所述衬底以获得导线的“弹簧锁(snap-lock)”位置，
-通过导线接合或弹抛片，设置/互连所述LED，
-用透明的化合物对所述LED包覆成型，
-背面刻蚀载体衬底，
-切割成部件。
生成的LED部件适合于在本发明的LED阵列网格中使用，同样也适合其他应用。
本发明还涉及一种缠绕装置，用来产生LED阵列网格，所述根据一个实施例的缠绕装置包括基本上沿同一个方向延伸并且沿同一个圆周排列的可旋转轴针，因此形成一个缠绕滚筒，其中所述的可旋转轴针设置有纹线，该纹线适合于有效地将导电线缠绕在滚筒上，从而产生平行的导线阵列，
其中所述轴针的旋转会沿着轴针的长度传递所述导线阵列，
所述装置进一步包括用于将LED部件安装到导线阵列的装置，以及
用于牢固地固定每个LED到所述两个相邻导线的装置。
所述缠绕装置非常适合于生成本发明的LED阵列网格。
在一个或多个实施例中，缠绕装置进一步包括齿轮，其将滚筒的旋转耦合到每个轴针的旋转，从而使得滚筒的一次旋转导致每个轴针的一次旋转。这个特征导致，由此形成的圆柱形LED网格阵列的每“圈”在滚筒的每次旋转过程中缠绕在滚筒上。这意味着网格脱离装置的速率等于导线传送到装置上的速率，这是有益的。
附图说明
图1是示出本发明方法一个实施例的概要的图解流程图。
图2是阐述在用于焊接样式的PCB上排列的LED部件的透视图。
图3a-c是阐述IDC(绝缘位移连接器)类型的LED部件的生产步骤的透视图。
图4是展示执行本发明方法的装置细节的部分透视图。
图5是从图4的装置后面看到的透视图。
图6是本发明方法的可替代实施例的示意图。
图7是根据本发明一个实施例的LED阵列网格的设置在两个玻璃板之间的透视图。
图8a和8b为阐述适于作为互连而被焊接或胶粘到导线的LED部件的结构的示意图。
具体实施方式
图1示出了本发明方法的主要步骤。它展示了用于本发明的LED102如何设置在PCB 104上的一个例子，也见图2。LED 102可以是预封装的LED或者裸装的。在本例中，PCB 104设置有特殊的孔洞图形，并且当PCB 104被切割成独立的LED部件106时，孔洞108可以被限定成提供随后的本发明方法中的焊接工艺中用到的附着点(attachment point)。在PCB 104上以低的间隔来排列LED 102，以及最大限度的使用PCB材料是节省成本的。
在准备步骤过后，开始实际的装配。导线110缠绕在装配滚筒112上(后面将会进行详细叙述)，而在导线110被缠绕进入形成附着点的孔洞108之前，单个的LED部件106被设置在定位它们的特定的狭槽114里面。导线通常用110标记，而导线的每个独立“圈(匝)”被指定为Wn，n＝1，2，等，W1是导线110的第一圈，W2是第二圈，等等。装配滚筒112旋转，从而使得图4中在116处示意性示出的包含一组LED部件106的输送装置(feed device)116，从它不需要移动以将LED部件106正确摆放在狭槽114中的意义上来说，可以是一个固定装置。这也意味着那个装置，比如焊接装置(未示出)，可以具有固定的位置。
当装配滚筒112旋转的时候，缠绕在滚筒112上的导线110会逐步脱离(feed off)滚筒，这也会在稍后参考图4和5作出描述。
装配过程可以被无限地继续，或者实际上只要有需要就会继续。因此产生的圆柱状LED阵列网格一般被截断和展开，这会作为下一个阐述步骤在图1的流程图中展示。最后，LED阵列网格被拉伸以产生大面积的LED阵列网格100，其尺寸决定于其使用意图。从图1和上述描述，应该很清楚的是，作为装配滚筒112的直径(或者周长)的函数的网格宽度是有限的，但是LED阵列网格100的长度是无限的，至少从理论上讲是这样。还有一些为了获得最终发光产品的工艺步骤。应该提到的是，焊接仅仅是可以使用的固定技术的一个例子。存在可替代的方案，比如激光焊接，超声技术等等。
显然，设置可以是相反的，即滚筒112是静止的，而其他的设备围绕着它旋转。这两种极端情况的结合也是可以期望的。
图2示出在PCB材料上LED 102的小间距组合。所述组合(assembly)在被切割成独立的LED部件106以后被展示。可以注意到，如何补偿切割从而将孔洞108转换成合适的焊接点。
图3a-c示出了IDC-类型的LED部件206的几个构造步骤。同时示出了LED 102是如何安装在金属衬底204或者引线框架上的，而后衬底204被切割或者冲压成独立的LED部件206(见图3c)。IDC-类型的LED部件206的优点是，它们不必焊接到导线100上。而且，导线100可以是绝缘的，同时仍然允许IDC-类型的LED部件206被固定以及电连接到导线100。IDC-类型的LED部件206的使用使得将LED部件206附着到导线100上的步骤更加灵活。LED部件可以被安置在狭槽(slot)内，对应于位于缠绕在装配滚筒(drum)112的导线110前面的狭槽114，但是在所述导线被缠绕到装配滚筒112上以后，所述部件可以被很好的均匀设置在导线110上。
图4示出了在安装过程中，装配滚筒112的细节。滚筒112具有主体118，其围绕着轴A以一个预定的速度旋转。滚筒112也包括旋转轴针(pin)120。例如，当滚筒112旋转的时候，通过传送带或者齿轮(未示出)驱动这些轴针120以旋转。轴针120位于具有粗糙纹线122的一端，如图4和图5所示。当滚筒112旋转的时候，导线100被缠绕到滚筒112上并通过纹线122定位。借助于纹线122，轴针120的旋转会逐步使导线100脱离装配滚筒112。同时，旋转轴针120是操作部分，其上缠绕着导线100。在相邻的轴针之间，在它们的纹线端，设置了LED定位狭槽114。这些与导线110一起用来定位LED部件106，直到它们被固定到导线110上。部件输送装置116被设置成将LED部件106、206放置到定位的狭槽中，在此之后，所述部件可以被固定到导线110上。滚筒(drum)主体118的旋转、旋转轴针120的旋转、以及轴针纹线122被设置成使得，部件输送装置116、连同LED部件106、206的固定，可以在固定的位置完成，这使得可以简化这些操作所需要的装置。
图5示出了从后面观察到的装配滚筒112，同时也示出了LED网格阵列100如何开始脱离滚筒。
所描述的装配工艺具有一些关于环境设备比如部件输送和焊接装置的简化方面的优点。然而，如图6示意性所示，本发明的观点也可以用一种平面方法来实现，其中单个缠绕导线110和装配滚筒112被几个独立、平行的导线210所替代，导线210在平面上被供给到装配区域212处，其中沿导线210的长度方向附着有LED部件106、206。图6中的箭头标明了输送方向。如同前面提到的实施例，由此产生的LED网格阵列100可以延伸到所需的长度，显然这依赖于在LED网格阵列上LED部件106、206的分布。这种平面方法的优点在于，根据所用的生产设备，最终的LED网格阵列的宽度可能更易于变化。从上面使用装配滚筒的装配描述可以看出，特征未特别地涉及滚筒的使用也可以应用于平面方法。
值得注意的是，所描述的和展示的LED部件在导线网格上的分布仅仅作为一个例子给出。可以非常等同地给出，可替代的LED部件106、206分布，只要它可以产生合适的延伸。可替代分布的例子是，LED部件可替代地按组来布置，这可以从上下文了解到，即附图中LED部件106、206可替代地被设置为两个一组。
相比于已知的PCB方案，即PCB形成网格阵列的整个区域的方案，根据本发明方法生产的LED网格阵列是非常节省成本的。如果采用PCB，每则平方米LED阵列的成本会超过50欧元，而金属丝网方案的成本低于1欧元。
本发明的LED阵列网格100的合适、但非唯一的应用是，用于LCD显示器的背光、作为紧凑荧光灯替代方案和诸如发光墙或窗的范围发光。
如图7所示，一种新型应用包括LED网格阵列100设置在玻璃板上或者夹在两个玻璃板302，304之间。两个玻璃板之间的间隙可以填充聚乙烯醇缩丁醛(PVB)。该PVB提供了很强的夹层结构来接合玻璃板，并降低由于它的光学属性的反射。作为电流的导体，可以使用处于其中一个玻璃板上的透明层，例如氧化铟(一般称为ITO)，或者掺氟氧化锡(一般称为FTO)。LED例如通过导电粘结物或者焊接的方式接合到这个具有涂层的玻璃。然而，ITO和FTO都具有高的薄层电阻，这限制了LED的功率，而且不容易在LED和ITO或者FTO层之间形成一个可靠的互连，从这个角度出发，可以看出这就是为什么LED网格阵列100的使用是具有优势的。
LED阵列网格也可以通过自接合导线而被接合到玻璃板上。这种导线涂有第一强绝缘层-这层具有高的熔点(>300℃)-和具有较低熔点(<200℃)的第二绝缘层。第二绝缘层在制造线圈的情形时，被用来接合线圈内的导线以使其变得牢固。热量可以通过流过导线的电流或者将线圈放在炉子内来获得，使用溶剂(solvent)来获得胶结也是可能。在LED比导线薄的情况下，通过在玻璃-LED夹层结构上施加温度和压力，可以使用同样的接合原理。
使用导线，例如一条0.3毫米直径的铜线，相比于ITO或者FTO的透明层，具有巨大的效率优势，主要是与所述透明层的更高单位长度电阻有关。
图8a和图8b是解释LED部件构造，或者LED封装的示意图，其尤其适合于本发明的LED阵列网格100目的，以及上面所提到的夹层结构。用于生产LED封装的方法包含以下步骤：
-准备用于衬底的引线框材料204，
-折叠所述衬底以获得导线210的不同“弹簧锁”位置208，其将使用中被附着，
-通过导线接合或弹抛片，设置/互连LED 202，
-用透明化合物224进行包覆成型，
-背面蚀刻载体衬底，
-切割成部件306。
上述构造也可以包括设置成同LED热接触的散热片。
应该注意的是，如果需要，每个导线可以包含2个或者更多导体，如图8a-b所示。
Claims (17)
1.一种生产LED阵列网格的方法，包含以下步骤：
-平行地设置N个导电线(W1-WN)，其中N是>1的整数，从而产生导线阵列(W1-WN)，所述阵列具有垂直于导线(W1-WN)的长度方向的宽度D，
-将LED部件(106；206)设置到导线阵列(110，210)上，使得每个LED部件(106，206)与至少两个相邻的导线(Wn-Wn+1)电耦合，
-拉伸所述导线阵列以使得宽度D增加。
2.根据权利要求1的方法，其中LED部件(106；206)被设置成使得在网格(100；200)拉伸后，LED部件规则地分布。
3.根据权利要求2的方法，其中所述LED部件(106；206)被设置成使得，在垂直于导线(W1-WN)的长度的方向上，有LED部件的行，其在相邻导线间每隔一个缺口进行桥接。
4.根据权利要求3的方法，其中相邻行的LED部件(106；206)被移动以使得，如果第一行从第一个缺口开始每隔一个缺口在相邻导线之间进行桥接，则相邻行会从一个相邻的缺口开始每隔一个缺口在相邻导线之间进行桥接。
5.根据权利要求3的方法，其中将所述行设置成行对，以及其中LED部件(106，206)的相邻行对以这样的方式移动：如果第一行对从第一个缺口开始每隔一个缺口在相邻导线之间进行桥接，则相邻行对会从相邻的缺口开始每隔一个缺口在相邻导线之间进行桥接。
6.根据前面任何一个权利要求的方法，其中通过以一种螺旋状的方式将导线缠绕到装配滚筒(112)上来形成所述导线阵列，以及其中在将每个LED部件(106；206)牢固地固定到所述的两个包含在绕组内的相邻导线的步骤结束之后，导线阵列的绕组可以离开装配滚筒(112)，由此生成导线和LED部件构成的圆柱形状网格。
7.根据权利要求6的方法，进一步包括沿着所述圆柱形状网格的
每个绕组将导线至少切断一次的步骤。
8.根据前面的任何权利要求的方法，其中所述LED部件(106；206)被焊接到导线上。
9.根据前面的任何权利要求的方法，其中所述LED部件包含IDC类型的紧固件(106；206)(IDC-绝缘位移连接器)。
10.根据前面的任何权利要求的方法，进一步包括设置所述拉伸的LED阵列网格(100；200)到玻璃板(302)上或者两个是玻璃板(302，304)之间。
11.根据前面的任何权利要求的方法，进一步包括如下步骤：
-准备用于衬底的引线框架材料(204)，
-折叠所述衬底，以获得导线(210)的“弹簧锁”位置(208)，
-通过导线接合或弹抛片设置/互连LED，
-利用透明的化合物(224)对LED包覆成型，
-背面刻蚀载体衬底，
-切割成部件(306)。
12.根据前面任何权利要求的方法生产的LED阵列网格。
13.包含根据权利要求12的LED阵列网格的照明系统。
14.根据权利要求13的照明系统，其中所述LED阵列网格被接合到玻璃板(302)上或者两个玻璃板(302，304)之间。
15.根据权利要求13或14的照明系统，其中导线包括自接合导线。
16.用于生产LED阵列网格的缠绕装置，其包含可旋转的轴针(120)，可旋转的轴针基本上沿着同一个方向延伸并且沿着圆周排列，由此形成一个缠绕滚筒(112)，其中所述可旋转的轴针(120)具有纹线(122)，所述纹线适合于有效地定位缠绕到滚筒(112)上的导电线(110)，从而产生导线的平行阵列，
其中所述轴针(120)的旋转沿着轴针(120)的长度方向来传送导线阵列，
所述装置进一步包括用于将LED部件(106；206)设置到导线阵列的装置，以及
用于将每个LED部件牢固地固定到所述两个相邻导线的装置。
17.根据权利要求16的缠绕装置，进一步包括一个齿轮，其将滚筒(112)的旋转耦合到每个轴针(120)的旋转，使得滚筒(112)的一次旋转导致每个轴针(120)的一次转动。
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