CN103999554A - 集成有驱动电路和电源电路的光学器件、用于制造其中使用的光学器件基板的方法以及其基板 - Google Patents

集成有驱动电路和电源电路的光学器件、用于制造其中使用的光学器件基板的方法以及其基板 Download PDF

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Abstract

本发明涉及集成有驱动电路和电源电路的光学器件、制造其中使用的光学器件基板的方法以及其基板，它们能够通过将多个光学元件、其驱动电路以及其电源电路安装在具有垂直绝缘层的光学器件的单个基板上而降低整体尺寸并且有助于其处理和管理。本发明的目的是提供一种集成有驱动电路和电源电路的光学器件、制造其中使用的光学器件基板的方法以及其基板，它们能够通过将多个光学元件、其驱动电路以及其电源电路安装在具有垂直绝缘层的光学器件的单个基板上而降低整体尺寸并且有助于其处理和管理。

Description

集成有驱动电路和电源电路的光学器件、用于制造其中使用的光学器件基板的方法以及其基板
技术领域
本发明涉及集成有驱动电路和电源电路的光学器件、用于制造其中使用的光学器件基板的方法以及其基板。更具体地，本发明涉及集成有驱动电路和电源电路的光学器件，其被配置成使得多个光学元件、其驱动电路和其电源电路安装在具有垂直绝缘层的光学器件的单个基板上，还涉及制造其中使用的光学器件基板的方法以及其基板。
背景技术
一般而言，发光二极管(LED)作为一种环境友好的光源在各种领域内吸引了大量的注意力，因为它不会造成污染。近来，LED的使用范围已经扩展到各种领域中，例如内部和外部照明、机动车前大灯以及显示器的背光单元(BLU)，并且因此，需要具有高效率和非常好的散热特性的LED。为了获得高效率的LED，首先，必须改进LED的原材料和结构，但是，另外，还必须改进LED封装的原材料和结构。
从这种高效率的LED中会产生高热量。因此，当高热量未能有效地排到其外部时，LED的温度会升高，并且其特性因此下降，由此降低其寿命。出于这个原因，已作出努力来有效地将高效率LED发出的热量排出到其外部。
在下文中,各种类型的发光元件(包括LED)被称为"光学元件",并且各种类型的包括一个或多个光学元件的产品被称为"光学器件"。
图1A-1D是相对于每种工序解释制造常规光学器件的方法的立体图。首先,如图1A所示,为了形成安装常规光学元件的基板10，具有预定厚度的导电板11(例如铜板)以及具有预定厚度的绝缘板12(例如玻璃板或环氧板)交替地在平面方向上附接到彼此，由此形成层压板13(参见图1B)。在此，导电板11和绝缘板12的附接可以通过粘合剂进行，或者通过热压接进行。
然后，如图1B所示，当在垂直于导电板11的平面的方向(即在垂直方向)以预定宽度切割层压板13时，获得了基板10，该基板10的配置使得带状的导电部分10a和绝缘部分10b交替布置，如图1C所示。
随后，如图1D所示，LED芯片2以具有固定间隔的矩阵形式被放置和安装在基板10的各个导电部分上(10a-①,10a-②,10a-③)，并且从各列导电部分(10a-①,10a-②,10a-③)中引出导线3，导线3连接到导电部分10a的相邻的列上以获得LED阵列。利用透明的模制树脂来模制获得的LED阵列，从而制备板状LED阵列。
同时，制备的板状LED阵列配置成使得它的列之间彼此并联地电连接，它的行之间彼此串联地电连接。在这种情况下，这种板状的LED阵列可以被直接制成产品，或者可以在其沿着列或行分离或相对于每一片而分离之后被制成产品。此外，当直接使用这种板状的LED阵列时，其可以安装在金属印刷电路板(PCB)上，或者可以借助于散热器提供在其下方。
图2是示意性立体图，示出了包括多个光学元件的常规光学器件。如图2所示，例如，为了驱动通过图1的方法制备的板状LED阵列20，需要包括无源元件30(例如电阻和电容器)以及用于为板状LED阵列20提供静态电流的驱动IC40的驱动电路；以及电源电路60，例如开关模式电源(SMPS)。常规的光学器件被配置成使得驱动电路和电源电路中的至少一个被独立地提供，并随后通过电力线50连接到板状LED阵列基板10上。因此，常规光学器件的问题在于其总尺寸较大，并且其处理和控制不易。
发明内容
技术问题
因此，设计了本发明以解决上述问题，本发明的目的是提供一种集成有驱动电路和电源电路的光学器件，其中多个光学元件、其驱动电路以及其电源电路均安装在具有垂直绝缘层的单个基板上，由此降低了光学器件的整体尺寸并允许光学器件被容易地处理和控制，还提供了一种制造其中使用的光学器件基板的方法以及其基板。
技术方案
为了实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种集成有驱动电路和电源电路的光学器件，包括：包括多个横向垂直绝缘层的基板，所述多个横向垂直绝缘层在横向方向上垂直地穿透基板，其中，该基板包括：光学元件基板区域，该光学元件基板区域包括多个横向垂直绝缘层中的两个或多个，并且安装有多个光学元件；及驱动电路基板区域，该驱动电路基板区域包括其他的横向垂直绝缘层中的至少一个，并且安装有驱动电路元件。
在本发明中，光学元件基板区域可包括至少一个在纵向方向上垂直地穿透基板的纵向垂直绝缘层。
光学元件基板区域可配置成使得至少一个用于光学元件的腔室形成至距离其上表面的预定深度，该腔室包括垂直绝缘层。
驱动电路基板区域配置成使得至少一个用于驱动电路的、包括垂直绝缘层的腔室形成至距离其上表面的预定深度。
该光学器件还可包括电源电路基板，该电源电路基板附接到驱动电路基板区域的下表面。
光学器件还可包括散热器，该散热器附接到光学元件基板区域的下表面。
本发明的另一方面提供了一种制造用于集成有驱动电路和电源电路的光学器件的基板的方法，包括下述步骤：(a)层压多个金属板以作为安装有驱动电路的驱动电路基板区域并且将绝缘层夹在金属板之间；(b)层压多个金属板以作为安装有光学元件的光学元件基板区域，光学元件基板区域的垂直长度与驱动电路基板区域的垂直长度一致，并且将绝缘层夹在金属板之间以形成两个光学元件基板块，使两个光学元件基板块在横向方向上彼此面对，并且随后将绝缘层附接到驱动电路基板区域的最上面的金属板之上；(c)将水平和垂直长度与用于驱动电路基板的金属板的水平和垂直长度一致的、作为连接光学元件基板的基板的金属板层压在光学元件基板区域的最上面的金属板之上，其间夹有绝缘层，由此制备中间产品；及(d)垂直地切割中间产品以在长度方向上具有预定宽度。
本发明的又一方面提供了一种制造用于集成有驱动电路和电源电路的光学器件的基板的方法，包括下述步骤：(h)层压多个金属板以作为安装有驱动电路的驱动电路基板区域并且将绝缘层夹在金属板之间；(i)层压两个金属板以作为安装有光学元件的光学元件基板区域，光学元件基板区域的垂直长度与驱动电路基板区域的垂直长度一致，并且将绝缘层夹在两个金属板之间，使两个金属板在横向方向上彼此面对，并且随后以绝缘层布置在其间的多层方式将金属板附接到彼此；(j)将水平和垂直长度与用于驱动电路基板的金属板的水平和垂直长度一致的、作为连接光学元件基板的基板的金属板层压在光学元件基板区域的最上面的金属板之上，其间夹有绝缘层，由此制备中间产品；及(k)垂直地切割中间产品以在长度方向上具有预定宽度。
技术效果
根据本发明的集成有驱动电路电源电路的光学器件是有利的，因为可以降低光学器件的整体尺寸，并且可以容易地处理和控制光学器件。
附图说明
图1A-1D是相对于每种工序解释制造常规光学器件的方法的立体图。
图2是示意性立体图，示出了包括多个光学元件的常规光学器件。
图3是根据本发明实施方式的光学器件的电路图。
图4是流程图，解释了制造用于根据本发明的光学器件的基板的方法。
图5A是根据本发明实施方式的光学器件的基板的平面图。
图5B示出了用于光学器件的基板的平面图，其中，已经完成了图4中示出的形成腔室的工序，还示出了沿基板I-I线截取的横截面视图。
图5C示出了用于光学器件的基板的平面图，其中，已经完成了图4中示出的镀层工序，还示出了沿基板I-I线截取的横截面视图。
图5D示出了用于光学器件的基板的平面图，其中，已经完成了图4中示出的安装光学元件和驱动电路元件的工序，还示出了沿基板I-I线截取的横截面视图。
图5E示出了用于光学器件的基板的平面图，其中，已经完成了图4中示出的填充密封胶的工序，还示出了沿基板I-I线截取的横截面视图。
图5F示出了用于光学器件的基板的平面图，其中，已经完成了附接用于电源电路的基板的工序，还示出了沿基板I-I线截取的横截面视图。
图5G示出了用于光学器件的基板的平面图，其中，已经完成了附接散热器的工序，还示出了沿基板I-I线截取的横截面视图。
图6是示出了制造集成有驱动电路和电源电路的光学器件的工艺的图片，该光学器件具有图3的电路配置。
图7是立体图，解释了制造用于图3中所示的光学器件的基板的另一种方法。
图8是立体图，解释了制造用于图3中所示的光学器件的基板的又一种方法。
图9是根据本发明另一实施方式的光学器件的平面图。
附图标记说明
100、100'：光学器件的基板
110：横向垂直绝缘层
120：纵向垂直绝缘层
130：白漆层
140：光学元件的腔室
142：相对较大面积的区域
144：相对较小面积的区域
150：无源元件的腔室
160：驱动IC的腔室
170：金属镀层
180、190：凹槽
180、D1-D10：光学元件
182：导线
190、192：密封剂
R：电阻
C：电容
U1：驱动IC
具体实施方式
下文中,将参考附图描述本发明的优选实施方式。
图3是根据本发明实施方式的光学器件的电路图。如图3所示，根据本发明实施方式的光学器件配置成使得十个光学元件(D1-D10)，例如十个功耗为1W的LED，串联地彼此连接。由上述十个串联连接的光学元件组成的光学元件阵列的阳极与直流电源(VDDH)相连，并且其阴极与驱动IC(U1)的输出端子(OUT)相连以利用静态电流驱动光学元件阵列。
同时，驱动IC(U1)的外部电阻端子(Rext)与外部电阻(R)连接，其接地端子接地，并且其电源端子(VDD)连接到电容(C)以允许在其上施加功率。驱动IC(U1)可以额外地配备有OEB端子，用于接收外部照明控制命令。图3中示出的光学器件的电路配置仅仅是示例，并且可以根据驱动IC的类型、光学元件的数量或光学元件的连接状态变化。
图4是流程图，解释了制造用于根据本发明的光学器件的基板的方法。如图4所示，根据本发明的制造光学器件的基板的方法，首先，在步骤10(S10)，提供具有两个或多个垂直绝缘层的基板以串联地连接多个光学元件并安装驱动电路。可以通过图1A-1D所示的工序制备这种基板。同时，用于光学器件的这种基板可以由包含铝或铜中的至少一种的金属板形成，其具有高导热性和导电性。具体地，当用于光学器件的基板由铝板形成时，优选地，在对铝板的整个表面进行阳极化处理之后执行图1A-1D所示的工序。
图5A是根据本发明实施方式的光学器件的基板的平面图。即，图5A示出了对应于图3的光学器件基板的用于光学器件的基板，其中，五个光学元件分别地布置在其左列和右列并且彼此串联连接。因此，用于光学器件的基板100具有五个用于使垂直布置的光学元件的电极电绝缘的垂直绝缘层以及四个用于使驱动电路电绝缘的垂直绝缘层，驱动电路例如无源元件和驱动IC(U1)的端子，无源元件例如电阻(R)或电容(C)(下文中，总共九个垂直绝缘层被称为“横向垂直绝缘层110”)。下文中，布置有光学元件的基板区域被称为“光学元件基板区域”(A)，并且布置有驱动电路的基板区域被称为“驱动电路基板区域”(B)。
同时，左侧和右侧的光学元件，除了最上侧的光学元件之外，必须是电绝缘的。出于该目的，光学元件基板区域(A)纵向地提供在其中心并具有垂直绝缘层120(下文中被称为“纵向垂直绝缘层”120)。这样的纵向垂直绝缘层120可以以通过激光工序切割的狭缝间隙的形式制造，或者以填充有额外绝缘材料的间隙的形式制造。形成纵向垂直绝缘层120的另一种方法将在下文中描述。
此外，在图5A中，驱动电路基板区域(B)的横向垂直绝缘层110之间的长度可以不同于光学元件基板区域(A)的横向垂直绝缘层110之间的长度，这取决于安装的无源元件或驱动IC的尺寸以及端子之间的间隔。在图5A中，附图标记125表示针孔，布置在光学器件的基板100的上表面上的光学元件和驱动IC通过这些针孔与附接到光学器件的基板100的下表面的电源基板的端子引脚电连接。
随后，在步骤15(S15)，为了改进光分布效果，白漆130(例如白色焊膏)被涂敷在光学器件的基板100上。图5B示出了光学器件的基板100的平面图，其已经涂敷有白漆，还示出了沿基板I-I线截取的横截面图。该白漆130有助于减少随后的镀层工序中的镀层材料。
返回图4，在步骤20(S20)中，安装有光学元件和驱动电路的腔室通过切割或蚀刻形成在涂敷有白漆的基板100上。图5C示出了光学器件的基板100的平面图，其已经形成有腔室，还示出了沿基板I-I线截取的横截面图。如图5C所示，光学元件的每个腔室140均包括横向垂直绝缘层110，并且可以以圆形槽的形式形成，该圆形槽具有宽的上部和窄的下部以改进光的反射性能。此外，每个腔室140可以形成为使得其放置光学元件且横向垂直绝缘层110位于其间的区域比其仅连接导线的区域(下文中，导线连接区域被称为“相对较小面积的区域144”，而放置光学元件的区域被称为“相对较大面积的区域142”)具有更大的面积。
用于驱动电路的腔室可以形成到一个或多个长的凹槽中，这些凹槽布置在驱动电路基板区域(B)的部分或整个长度之上，从而包括横向垂直绝缘层。在该实施方式中，无源元件的腔室150以及驱动IC的腔室160彼此隔离。
随后，在步骤30(S30)，为了改进光学元件的光反射性能或粘接性能，用于光学元件的腔室140的底表面和主壁表面可以镀有金属，例如银(Ag)以形成金属镀层170。该金属镀层170可以通过电镀形成。在这种情况下，由于金属镀层170不形成在横向垂直绝缘层110上，相对较小面积的区域144和相对较大面积的区域142通过位于其间的横向垂直绝缘层110彼此绝缘。用于无源元件的腔室150的底表面以及用于驱动IC的腔室160的底表面也可以在其上形成有金属镀层，从而改进其粘接性能。图5D示出了光学器件的基板100的平面图，其已经镀有金属，还示出了沿线I-I截取的横截面图。
返回图4，在步骤40(S40)中，用于光学元件的腔室140、用于无源元件的腔室150以及用于驱动IC的腔室160均安装有光学元件180(D1-D10)、诸如电阻(R)和电容(C)的无源元件以及驱动IC(U1)。在这种情况下，光学元件180附接到相对较大面积的区域142，并且同时，光学元件180的两个电极中的任一个，例如阳极，通过导线182连接到相对较大面积的区域142，而阴极通过导线182连接到相对较小面积的区域144。当然，当光学元件180通过保持导电性的附接方法(例如焊接)而附接到相对较大面积的区域142上时，且当将光学元件180的阳极(或阴极)暴露给光学元件180的底表面时，可能需要一根导线(例如用于将光学元件180的阴极连接到相对较小面积的区域144的仅一根导线)。诸如电阻(R)和电容(C)的无源元件以及驱动IC(U1)也可以通过芯片粘接或导线粘接与用于光学器件的基板电连接。图5E示出了光学器件的基板100的平面图，其已经安装有光学元件和驱动电路元件，还示出了沿线I-I截取的横截面图。
随后，在步骤50(S50)，各个腔室140、150和160均被密封剂190或192填充。具体地，填充在光学元件的腔室140中的密封剂可以包括荧光材料。图5F示出了光学器件的基板100的平面图，其已经填充有密封剂，还示出了沿线I-I截取的横截面图。
随后，在步骤60(S60)，光学器件的基板100的驱动电路基板区域(B)附接到安装有电源电路元件的电源电路基板190。在这种情况下，必要的电源端子可以通过焊接直接附接到用于光学器件的基板。此外，如果必要的话，散热器195也可以附接到光学元件基板区域(A)的下表面。图5G示出了光学器件的基板100的平面图，其已经附接有电源电路基板，还示出了沿线I-I截取的横截面图。图5H示出了光学器件的基板100的平面图，其已经附接有散热器，还示出了沿线I-I截取的横截面图。
图6是示出了制造集成有驱动电路和电源电路的光学器件的工艺的图片，该光学器件具有图3的电路配置。
图7是立体图，解释了制造用于图3中所示的光学器件的基板的另一种方法。如图7所示，在形成提供在光学元件基板区域的纵向垂直绝缘层的过程中，纵向垂直绝缘层可以通过下述方法形成：通过图1A的方法制备构成图5A中示出的光学元件基板区域的层压板，并且随后将层压板纵向切割成两半，或者纵向垂直绝缘层通过下述方法形成：制备两个层压板，每个层压板的长度是光学元件基板区域的长度的1/2，随后利用绝缘膜或绝缘粘合剂使这两个层压板面向和附接到驱动电路基板区域的上表面。然后，以这种方式制成的层压板以固定宽度被向下切割，由此制造用于图5A中所示的光学器件的基板。
图8是立体图，解释了制造用于图3中所示的光学器件的基板的又一种方法。如图8所示，在这种方法中，纵向垂直绝缘层可以通过下述方法形成：制备两个金属板，每个金属板的长度是光学元件基板区域的长度的1/2，然后利用绝缘膜或绝缘粘合剂使这两个金属板面向和附接到驱动电路基板区域的上表面。
图9是根据本发明另一实施方式的光学器件的平面图。图9的光学器件包括十个光学元件。由于光学器件的基板100'未配备有纵向垂直绝缘层，与上述的实施方式不同，其被配置成使得五个纵向布置的光学元件彼此串联连接，而布置在左列和右列的其他光学元件彼此并联连接。在这种情况下，驱动IC的输出端子(OUT)可以通过电缆电连接至光学元件基板区域的最上面一列。
同时，在上述实施方式中，横向垂直绝缘层和纵向绝缘层中的每一个均可以由阳极化的层和粘合剂、绝缘膜和粘合剂或者阳极化的层构成，在铝基板的情况下由绝缘膜和粘合剂组成。
集成有驱动电路和电源电路的光学器件，制造其中使用的光学器件基板的方法以及其基板可以进行各种改进，而不脱离本发明的精神和范围。例如，光学器件的结构可以改进成使得图5B中示出的所有的五个纵向布置的光学元件包含在一个具有矩形凹槽形状的腔室中。

Claims (8)

1.一种集成有驱动电路和电源电路的光学器件，包括：
包括多个横向垂直绝缘层的基板，所述多个横向垂直绝缘层在横向方向上垂直地穿透基板，
其中，该基板包括：
光学元件基板区域，该光学元件基板区域包括多个横向垂直绝缘层中的两个或多个，并且安装有多个光学元件；及
驱动电路基板区域，该驱动电路基板区域包括其他的横向垂直绝缘层中的至少一个，并且安装有驱动电路元件。
2.如权利要求1所述的光学器件，其中，光学元件基板区域包括至少一个在纵向方向上垂直地穿透基板的纵向垂直绝缘层。
3.如权利要求1所述的光学器件，其中，光学元件基板区域配置成使得至少一个用于光学元件的腔室形成至距离其上表面的预定深度，该腔室包括垂直绝缘层。
4.如权利要求1所述的光学器件，其中，驱动电路基板区域配置成使得至少一个用于驱动电路的腔室形成至距离其上表面的预定深度，并且在其中形成有多个针孔，该腔室包括垂直绝缘层。
5.如权利要求1-4中任一项所述的光学器件，还包括电源电路基板，该电源电路基板附接到驱动电路基板区域的下表面。
6.如权利要求5所述的光学器件，还包括散热器，该散热器附接到光学元件基板区域的下表面。
7.一种制造用于集成有驱动电路和电源电路的光学器件的基板的方法，包括下述步骤：
(a)层压多个金属板以作为安装有驱动电路的驱动电路基板区域并且将绝缘层夹在金属板之间；
(b)层压多个金属板以作为安装有光学元件的光学元件基板区域，光学元件基板区域的垂直长度与驱动电路基板区域的垂直长度一致，并且将绝缘层夹在金属板之间以形成两个光学元件基板块，使两个光学元件基板块在横向方向上彼此面对，并且随后将绝缘层附接到驱动电路基板区域的最上面的金属板之上；
(c)将水平和垂直长度与用于驱动电路基板的金属板的水平和垂直长度一致的、作为连接光学元件基板的基板的金属板层压在光学元件基板区域的最上面的金属板之上，其间夹有绝缘层，由此制备中间产品；及
(d)垂直地切割中间产品以在长度方向上具有预定宽度。
8.一种制造用于集成有驱动电路和电源电路的光学器件的基板的方法，包括下述步骤：
(h)层压多个金属板以作为安装有驱动电路的驱动电路基板区域并且将绝缘层夹在金属板之间；
(i)层压两个金属板以作为安装有光学元件的光学元件基板区域，光学元件基板区域的垂直长度与驱动电路基板区域的垂直长度一致，并且将绝缘层夹在两个金属板之间，使两个金属板在横向方向上彼此面对，并且随后以绝缘层布置在其间的多层方式将金属板附接到彼此；
(j)将水平和垂直长度与用于驱动电路基板的金属板的水平和垂直长度一致的、作为连接光学元件基板的基板的金属板层压在光学元件基板区域的最上面的金属板之上，其间夹有绝缘层，由此制备中间产品；及
(k)垂直地切割中间产品以在长度方向上具有预定宽度。
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