CN102157671A - 发光二极管装置、照明设备及制造发光二极管装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发光二极管装置、照明设备及制造发光二极管装置的方法。本发明公开了一种具有至少一个高功率发光二极管(34)的发光二极管装置，其中将高功率发光二极管(34)安装到柔性印刷电路板(10)上。在此，该发光二极管装置的特征首先在于它的简单的安装。此外，本发明还涉及一种用于制造这种发光二极管装置的方法。

Description

发光二极管装置、照明设备及制造发光二极管装置的方法
本申请是申请人奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司于2006年8月28日提交的、发明名称为“高功率发光二极管的发光二极管装置及制造发光二极管装置的方法”的中国专利申请No.200580006300.X的分案申请。
本专利申请要求德国专利申请102004009284.2-33的优先权，以此通过引用采纳该专利申请的公开内容。
技术领域
本发明涉及一种安装到柔性印刷电路板上的高功率发光二极管的发光二极管装置。此外，本发明还涉及一种用于制造该发光二极管装置的方法。
背景技术
文献DE 199 22 176 A1说明了一种表面安装在柔性板上的发光二极管阵列，该发光二极管阵列被施加在冷却器上。在此，冷却器可以具有任何所希望的形状，使得可以构造像闪光灯等那样的能够与车辆的外部轮廓匹配的汽车灯。
发明内容
本发明的任务是给出一种高功率发光二极管的发光二极管装置，该发光二极管装置可特别容易地被安装。此外，本发明的任务是给出一种用于制造这种发光二极管装置的方法。
这些任务通过按照权利要求1的发光二极管装置并且此外通过按照权利要求31的用于制造该发光二极管装置的方法来解决。本发明的有利的扩展方案是从属权利要求的主题。
给出了一种具有至少一个高功率发光二极管的发光二极管装置。在此，高功率发光二极管被安装到柔性印刷电路板上。在这一点上，将高功率发光二极管理解为具有至少300mW的消耗功率的所谓的高功率发光二极管。高功率发光二极管的典型的消耗功率位于1和3W之间。这种高功率发光二极管的实例例如是由文献DE 101 17 889 A1公开的发光二极管。
由于高功率发光二极管的相对高的消耗功率，高功率发光二极管具有强烈的热辐射。所谓的龙(Dragon)发光二极管因此具有热连接部件，该热连接部件放在安装载体上，并且通过该热连接部件将在LED运行时所产生的热量输出到安装载体上。
在本发明发光二极管装置上，由柔性印刷电路板提供安装载体。在发光二极管装置的一种优选的实施形式中，将高功率发光二极管焊接到柔性印刷电路板上。通过焊接过程，发光二极管不仅与柔性印刷电路板电接触，而且也被机械地固定在印刷电路板上。
在一种优选的实施形式中，柔性印刷电路板包含至少一个柔性载体层。在此，该柔性载体层优选地包含以下材料中的一种：聚酰亚胺、聚乙烯邻苯二甲酸酯(Polyethylennaphtalat)、聚酯、FR4。如果在此情况下印刷电路板的柔性保持不变并且通过载体层确保由高功率发光二极管所生成的热量的良好传导，则另外的材料也可能适合用于印刷电路板的柔性载体层中。
此外，柔性印刷电路板优选地还包含导热层。该导热层与高功率发光二极管处于热接触。
可以例如通过以下方式来建立该热接触，即将高功率发光二极管的热连接部分焊接到导热层上。来自高功率发光二极管的热连接部分的热量首先在导热层中扩散。然后热量被大面积地输出给环境，并且例如被柔性载体层吸收。该柔性载体层在其侧将热量大面积地传导到环境中。
由于金属的良好的导热特性，优选将金属用于导热层。在发光二极管装置的一种特别优选的实施形式中，导热层包含铜。
在发光二极管装置的一种实施形式中，导热层以及电气印制线位于柔性印刷电路板的同一平面中。导热层优选地是一个单独的层。也就是说，导热层和电气印制线位于柔性印刷电路板的一个共同的平面中，但是不互相连接。导热层尤其是不与印制线电接触。例如导热层与发光二极管的上述的热连接部分热接触。
在发光二极管装置的一种优选的实施形式中，导热层以及电气印制线包含相同的金属。例如，由于铜的良好的导热性和导电性，铜同样很好地适合用于导热层和电气印制线中。
在发光二极管装置的一种实施形式中，柔性印刷电路板的表面之一被电绝缘层覆盖。该绝缘层优选地包含阻焊漆。在一种特别优选的实施形式中，该绝缘层具有用于热接触和电接触高功率发光二极管的的开口。穿过这些开口，可以将高功率发光二极管例如热连接到导热层上，并且电连接到印制线上。
在发光二极管装置的一种特别优选的实施形式中，将包含粘接剂的层施加到柔性印刷电路板的背向高功率发光二极管的侧面上。在此，优选地由双面粘合带形成该包含粘接剂的层，该粘合带以其粘接表面之一如此被粘接到柔性印刷电路板上，使得它完全覆盖印刷电路板并且在边缘处平整地以该粘接表面封闭。
为了防止印刷电路板的无意的粘接，被固定在印刷电路板上的粘合带在其自由表面上优选地利用保护薄膜来密封。在将发光二极管装置施加在它的规定位置处之前，仅需除去该保护薄膜。换而言之，发光二极管装置可以在贴花(Abziehbild)的意义上被粘接到它的规定位置处。
在发光二极管装置的一种特别优选的实施形式中，此时该保护薄膜包含塑料。
优选地，将特别耐热的包含粘接剂的层用于发光二极管装置。在此情况下，包含粘接剂的层可以在短时间内不受损害地经受住最高250℃的温度。在短时间内将包含粘接剂的层加热到该温度值时，包含粘接剂的层不丧失它的粘附作用。因此，即使在加热包含粘接剂的层时也保持确保发光二极管装置牢固地粘附到它的规定位置上。
在此情况下，特别优选最多60μm厚的特别薄的包含粘接剂的层。由此一方面确保发光二极管装置总体上是很薄的，另一方面由高功率发光二极管输出到柔性印刷电路板上的热量通过这种薄的层特别好地被传导，并且然后可以从那里被输出给环境、例如发光二极管装置所粘接的面。
在发光二极管装置的一种特别优选的实施形式中，多个高功率发光二极管被施加在柔性印刷电路板上。在此，优选地所述高功率发光二极管被串联。
优选地为每个高功率发光二极管预先给定一对接触面，可以通过该对接触面来电接触高功率发光二极管。
优选地将发光二极管装置划分为段，其中每个段具有一个高功率发光二极管和所属的一对接触面。有利地，这些段作为重复的、有规则的结构被布置在印刷电路板上。
在发光二极管装置的一种特别优选的实施形式中，这些段被串联地布置。利用所述装置，可以通过以下方式接触柔性印刷电路板上的全体高功率发光二极管，即将印刷电路板上的(在发光二极管装置的相对侧的)最外面的两个接触面连接到电源上。
此外，发光二极管装置的所述构造能够实现特别简单地将发光二极管装置分为段，使得形成分别具有比原来的发光二极管装置更少数量的段的子发光二极管装置。即使在这些具有更少数量的高功率发光二极管的发光二极管装置中，也可以以所述方式分别接触装置上的全体发光二极管。在此，可以在此程度上分解发光二极管装置，使得形成各个分别具有一个高功率发光二极管和一对接触面的段。以此方式可以使发光二极管装置的大小和发光二极管的数量与该发光二极管装置的预定用途和规定位置的情况相匹配。也就是说，例如使发光二极管装置与所需要的发光强度或现有的空间相匹配。
此外，还给出了一种照明设备，其中发光二极管装置被施加到预先给定的冷却器上。在此，发光二极管装置优选地以其包含粘接剂的层粘接到冷却器上。在此，通过发光二极管装置的粘接同时确保装置被机械地固定在冷却器上，而且确保装置热耦合到冷却器上。因此由高功率发光二极管所辐射的热量例如首先被导散到导热层上。热量从该导热层被大面积地输出到柔性层上。然后，热量穿过薄的包含粘接剂的层被输出到冷却器上。
冷却器由于其特别良好的导热性而优选地包含金属。在照明设备的一种实施形式中，冷却器是灯壳体的一部分。在一种特别优选的实施形式中，灯壳体是汽车室内照明、汽车尾部照明、刹车灯、闪光灯等等的壳体。发光二极管装置基于柔性印刷电路板而与相应灯壳体的形状相匹配。
此外给出一种用于制造发光二极管装置的方法。在此，首先将包含粘接剂的层施加到柔性印刷电路板上。然后将发光二极管焊接到印刷电路板的背向包含粘接剂的层的侧面上。在此，可以在焊接过程之前进行包含粘接剂的层的施加，因为使用特别耐热的粘接剂。制造过程的这种顺序也因此被证实为特别有利的，因为可以在不预先安装发光二极管的情况下特别简单地实现将包含粘接剂的层施加到柔性印刷电路板上。
附图说明
下面借助实施例和与此相关的图来更详细地阐述这里所描述的发光二极管装置。
图1示出发光二极管装置的柔性印刷电路板的表面的示意图。
图2示出导热层和电气印制线的平面的示意图。
图3示出发光二极管装置的一段的剖面图。
具体实施方式
图1示出被分为六个段11的发光二极管装置的柔性印刷电路板10的表面。在此，图1示出印刷电路板10的正面，发光二极管34可以被施加到该正面上。柔性印刷电路板10的表面用绝缘层12来覆盖。开口(Ausnehmung)位于绝缘层12中，穿过这些开口可以连接到电连接点13、热接触面14和电接触面15上。
在此，具有六个段11的发光二极管装置的该实施例不是限制性的。更确切地说，可以制造具有任意数量的段11的发光二极管装置10。
柔性印刷电路板11在其表面上具有绝缘层12。该绝缘层12由包含阻焊漆的层产生。
电连接点13位于绝缘层12的开口之下。在电连接点13上，高功率发光二极管与柔性印刷电路板电接触并且被机械地固定。在此，优选地借助焊接来实现高功率发光二极管的电接触和机械固定。
热接触面14位于绝缘层12的开口之下。在热接触面14上实现将高功率发光二极管热耦合到导热层上。优选地借助焊接来接触高功率发光二极管的热连接部件和热接触面14上的导热层，使得除了热接触之外还实现将高功率发光二极管附加地机械地固定到柔性印刷电路板上。但是替代于焊接，也可以使用导热的温度稳定的粘合剂。
通过电接触面15来电接触高功率发光二极管。在此，可以通过以下方式接触发光二极管装置的所有发光二极管的全部，即将最外面的两个电接触面15a和15b连接到电源上。
图2示出印刷电路板10的平面，该印刷电路板10具有柔性印刷电路板10的导热层21和电气印制线22、23。
通过热接触面14将高功率发光二极管耦合到导热层21上。在此，该导热层21具有特别大的面积，以便可以将由高功率发光二极管输出的热量大面积地输出给环境。在此，该导热层21不与电气印制线22、接触面15或连接点13电接触。
例如该导热层21可以具有基本上为圆形的形状。例如该导热层21占据它所位于的印刷电路板10的平面的至少60％面积。优选地，该导热层占据至少70％、特别优选地至少80％。
电接触面15和电连接点13通过第一电气印制线22互相连接。电连接点13相互之间通过第二电气印制线23互相连接。在此，导热层21以及电气印制线22和23可以包含相同的金属。铜由于其良好的导电性和导热性而优选地得到采用。
在此，发光二极管装置的所示出的构造能够实现例如沿着线C-C′来切开发光二极管装置，而不限制接触可能性。由此在该实例中形成两个分别包括三个高功率发光二极管的印刷电路板10。
又可以通过接触最外面的两个接触面来实现将这些高功率发光二极管电连接在电源上。当然可以也在发光二极管装置的另外的段11之间切开发光二极管。在此，可以在如此程度上拆开发光二极管装置，使得形成分别仅包括多于一个的具有唯一高功率发光二极管的段11的发光二极管装置。
图3示出发光二极管装置的段11沿切割线A-A′的剖面图。在此，发光二极管装置由柔性印刷电路板组成，高功率发光二极管34以其电连接部分35和其热连接部分36被安装到该柔性印刷电路板上。柔性印刷电路板在该实施例中包括下列层：保护薄膜31、包含粘接剂的层32、载体层33、导热层21和电气印制线22、23以及绝缘层12。
包含塑料的保护薄膜31位于发光二极管装置10的底面上。保护薄膜覆盖包含粘接剂的层32。在此，该保护薄膜31一方面防止包含粘接剂的层32被污染，另一方面防止发光二极管装置的无意的粘贴。在此如此来构成保护薄膜31，使得它可以容易地在一个工作步骤中从包含粘接剂的层32上除去。
在本实施例中，包含粘接剂的层32通过双面粘合带产生。该粘合带一方面被选择为很耐热，使得它可以不受损害地经受住最高250℃的温度。另一方面选择很薄的粘合带。在本实施例中，包含粘接剂的层32仅仅为50μm厚。由此确保，可以通过包含粘接剂的层将由高功率发光二极管34输出的热量特别快地输出给环境。
包含粘接剂的层32被固定在柔性载体层33上。在此，载体层33优选地包含以下材料中的一种：聚酰亚胺、聚乙烯邻苯二甲酸酯、聚酯或FR4。在此，可以设想，也考虑将另外的塑料用在载体层33中。在此重要的是，发光二极管装置的柔性保持不变，并且载体层33良好地导出在高功率发光二极管运行时产生的热量。
导热层21和电气印制线22、23被施加到载体层33上。在它们之后跟随着绝缘层12。
高功率发光二极管34以其电连接部分35被施加在电连接点13上，并且因此与电气印制线22、23相连接。高功率发光二极管34的热连接部分36在此位于热接触面14上，并且借助于该热接触面被焊接到导热层21上。
本发明不受借助实施例的说明所限制。更确切地说，本发明包括任何新的特征以及特征的任何组合，这尤其是包含权利要求中的特征的任何组合，即使当该特征或该组合本身在权利要求或实施例中未明显被说明时。

Claims (29)

1.发光二极管装置，具有至少一个高功率发光二极管(34)，所述高功率发光二极管具有至少300mW的消耗功率，其中，
-所述高功率发光二极管(34)被安装到柔性印刷电路板(10)上；以及
-所述柔性印刷电路板(10)包含电气印制线(22)、(23)，其中导热层(21)和所述电气印制线(22)、(23)位于所述柔性印刷电路板(10)的平面中。
2.按权利要求1的发光二极管装置，其中，所述高功率发光二极管(34)被焊接到所述柔性印刷电路板(10)上。
3.按权利要求2的发光二极管装置，其中，所述柔性印刷电路板(10)包含至少一个柔性载体层(33)。
4.按权利要求3的发光二极管装置，其中，所述柔性载体层(33)包含以下材料中的至少一种：聚酰亚胺、聚乙烯邻苯二甲酸酯、聚酯、FR4。
5.按权利要求1的发光二极管装置，其中，所述柔性印刷电路板(10)包含与所述高功率发光二极管(34)处于热接触的导热层(21)。
6.按权利要求5的发光二极管装置，其中，所述导热层(21)包含金属。
7.按权利要求6的发光二极管装置，其中，所述导热层(21)包含铜。
8.按权利要求5的发光二极管装置，其中，所述高功率发光二极管(34)被焊接到所述导热层(21)上。
9.按权利要求1的发光二极管装置，其中，所述导热层(21)和所述电气印制线(22)、(23)包含相同的金属。
10.按权利要求1的发光二极管装置，其中，绝缘层(12)被施加到所述柔性印刷电路板(10)的表面之一上。
11.按权利要求10的发光二极管装置，其中，所述绝缘层(12)具有用于电接触和热接触所述高功率发光二极管(34)的开口。
12.按权利要求10的发光二极管装置，其中，所述绝缘层(12)包含阻焊漆。
13.按权利要求1的发光二极管装置，其中，所述柔性印刷电路板(10)的背向所述高功率发光二极管(34)的侧面具有包含粘接剂的层(32)。
14.按权利要求13的发光二极管装置，其中，通过双面粘合带形成所述包含粘接剂的层(32)。
15.按权利要求13的发光二极管装置，其中，直至250℃的温度，所述包含粘接剂的层(32)是耐热的。
16.按权利要求13的发光二极管装置，其中，所述包含粘接剂的层(32)最多为60μm厚。
17.按权利要求13的发光二极管装置，其中，所述包含粘接剂的层(32)被保护薄膜(31)覆盖。
18.按权利要求17的发光二极管装置，其中，所述保护薄膜(31)包含塑料。
19.按权利要求1的发光二极管装置，其中，设置有多个串联的高功率发光二极管(34)。
20.按权利要求19的发光二极管装置，其中，为每个高功率发光二极管(34)设置有一对接触面(15)。
21.按权利要求20的发光二极管装置，该发光二极管装置包括分别具有一个高功率发光二极管(34)和所属的一对接触面(15)的段(11)。
22.按权利要求21的发光二极管装置，其中，所述段(11)作为重复的结构被布置。
23.按权利要求22的发光二极管装置，其中，所述段(11)被串联地布置。
24.照明设备，具有按权利要求1的发光二极管装置，其中预先给定冷却器，在该冷却器上施加所述发光二极管装置。
25.按权利要求24的照明设备，其中，所述发光二极管装置被粘接到所述冷却器上。
26.按权利要求24的照明设备，其中，所述冷却器包含金属。
27.按权利要求24的照明设备，其中，所述冷却器是灯壳体的一部分。
28.按权利要求27的照明设备，其中，所述灯壳体是以下灯之一的壳体：汽车室内照明、汽车尾部照明、刹车灯、闪光灯。
29.用于制造按权利要求1的发光二极管装置的方法，其中，首先将包含粘接剂的层(32)施加到柔性印刷电路板(10)上，并且然后将发光二极管(34)焊接到所述柔性印刷电路板(10)的背向所述包含粘接剂的层(32)的侧面上。
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