CN106575641A - 封装及互连高强度发光二极管装置的设计及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于封装及互连高强度发光二极管装置的设计及方法,其采用以交替极性邻接的无接片发光二极管装置,因而使得一个发光二极管装置的一阳极电性连接至一邻接发光二极管装置的一阴极,以形成一串联。电性及位置连接到受藉助紧固件附接至所述阳极或阴极的连接器及可选择地存在的导热性绝缘体影响。

Description

封装及互连高强度发光二极管装置的设计及方法
相关申请的交叉引用
本申请基于35U.S.C.§119(e)要求2014年7月25日提交的美国临时申请No.62/029,343的优先权并通过引用将其包含于此。
发明背景
1.发明领域
本发明是关于利用紫外光(UV)敏感油墨的印刷,具体而言,本发明是关于发射UV光谱以使UV敏感油墨固化的装置。
2.背景
高强度发光二极管(LED)装置在设计热能管理、光能管理及电能管理(互连(interconnection))方面带来很大挑战。此设计必须将高阶特定波长光聚焦于相对短的距离(例如:10mm-100mm)处的发光二极管发光系统的设计的特定问题。此等设计需要发光二极管装置的高密度封装(安装)。
概要
本发明藉由提供具有改良热能、能量和电能管理方法及装置的发光二极管组件而实质上满足工业的上述需要。本发明的方法及装置皆安装发光二极管封装件,并且提供电性连接作为一个非常理想的特征。去除了互联导线及/或紧固件,将进一步增加构造的可靠性及简单性。由于所发出的高强度光能,故所使用的材料必须承受可适用装置或系统以特定波长发出的能量。
因此,在此提供一种发光二极管组件,所述发光二极管组件包含多个导电性连接器及多个发光二极管装置,各所述发光二极管装置包含阴极及阳极,所述多个发光二极管装置是被并排地安置,以使一个发光二极管装置的所述阴极藉由所述多个导电性连接器其中之一而串联地电性连接至相邻发光二极管装置的所述阳极。
在此更提供一种制造发光二极管组件的方法,所述方法包含:设置多个无接片 (tabless)发光二极管装置,使相邻的发光二极管装置极性交替地被安置;以及将所述多个 发光二极管装置其中之一的阳极连接至相邻发光二极管装置的阴极,以建立电性串联。
在此还提供一种照亮基板的方法,所述方法包含对发光二极管组件通电,所述发光二极管组件包含:多个导电性连接器及多个发光二极管装置,各所述发光二极管装置包含发光二极管、阴极及阳极,所述多个发光二极管装置是被并排地安置,以使一个发光二极管装置的所述阴极藉由所述多个导电性连接器其中之一而串联地电性连接至相邻发光二极管装置的所述阳极。
本发明的组装阵列可设计有容许电性连接的平坦导电性表面,并且本质上可为可逆的,以容许一长串这样的连接,藉此形成阵列的此等封装件。在发光二极管组件或装置的情形中,这样一种配置将形成一重复阵列的发光源。
本发明使用标准的电路构建方法来形成分层封装件,以安装一或多个发光二极管并且提供与所述装置的外部连接。
本发明装置将安装紧固件及电性互连件组合在一个位置中。
本发明利用可变长度「狗骨式(dog bone)」互连带来接通电路树并且容许发光二极管装置之间具有可变「间距」或间隔。
「狗骨式」互连件可镀有金或锡以去除或减少腐蚀并且增强导电性。
本发明藉由以交替极性方案安装所述多个发光二极管封装件来提供交替极性串行电路中的「菊链方式(daisy chaining)」。
本发明利用「顶帽」或「管与环」式的绝缘体来形成装置之间的电性绝缘。
本发明提供高传导性及「最短路径」的互连以使所述电路中的能量损失最小化。
本发明为更换提供方便,举例而言,每装置使用两个螺钉(或其他紧固件)来移除及更换。
藉由改变基底设计及表面电路可具有多个旋拧位置选项。
提供紧固机械连接件以增强及保持至安装表面的热传导率。
用于电性互连及安置固定发光二极管装置的此装置的装置及方法可:
1.可由铜或其他合适的导电性材料制成;
2.适应所有密度的实体安装;
3.承受由此等装置产生的高热能及光能环境;
4.利用交替极性安装方案以提供发光二极管装置的「串联」连接;
5.提供现场改变个别发光二极管的能力;
6.藉由以交替极性方式安装所述多个发光二极管封装件来提供交替极性串行电路中的「菊链方式」;以及
7.提供远离发光二极管热源的额外热能传递。
由于易于添加或去除模块,故多个此等发光二极管装置的组件是可线性扩缩的,因为可容易调整所照亮的区域的所发出的辐射强度(辐射功率)。
在一个实施例中,所述绝缘体是导热性的以实现对所述装置的更高效及有效冷却。
存在于本发明的装置上的发光二极管芯片可单独地部署或存在于多个阵列中。
热螺栓孔可与用于线性封装的单个发光二极管芯片装置上的一个(多个)电性阳极/一个(多个)电性阴极组合(相较于先前技术的连接方法,本发明的组装方法可被简化)。
不同尺寸的狗骨互连件既决定亦影响剂量中的线性辐射功率强度。
免除对电性连接原本需要的沿纵向或沿周边延伸的电性接片的需要。
当参考附图来阅读下文说明,本发明的此等及其他特征将变得显而易见。
附图简述
图1是本发明的发光二极管装置的一个实施例的分解图。
图2是图1的发光二极管装置的透视图。
图3是本发明的发光二极管装置的一个第二实施例的透视图。
图4是本发明的发光二极管装置的一个第三实施例的透视图。
图5是串联连接的图1的多个实施例的透视图。
图6是藉由本发明的连接器电性及位置连接的多个发光二极管装置的平面图。
图7是图6所示的所述多个发光二极管装置的平面图,其中紧固件已将连接器紧固于定位上。
图8是藉由连接器及紧固件电性及位置紧固的本发明的发光二极管装置的一个实施例的侧视图,其中部署有绝缘装置。
图9是本发明的发光二极管装置的一个实施例的平面图。
应当理解,上述附图仅用于说明本发明,而不打算限制本发明的范围。
详细描述
材料、方法及实例仅为说明性的,而非旨在为限制性的。对本发明的理解可藉由结合对下文解释的全面审阅并参考附图来获得。
本文所揭露的各额外特征及方法可单独使用或结合其他特征及方法使用,以提供本发明的改良装置及其制造及使用方法。现在将参照附图详细说明本发明的教示内容的代表实例,此等实例共同利用诸多此等额外特征及方法。此详细说明仅旨在教示本领域的技术人员用于实践本发明教示内容的较佳态样的更多细节而非旨在限制本发明的范围。因此,以下详细说明中所揭露的特征及方法的组合可能并非为在最广泛的意义上实践本发明所必需,而是仅教示以具体阐述本发明的代表性及较佳实施例。因而,本领域的技术人员将明了,本发明各实施例上所示的个别部件可在某种程度上互换且可在其他实施例上添加或互换,而此并不背离本发明的精神及范围。
参见附图,具体而言参见图1,本发明的无接片发光二极管装置(指示于100处)包括介电层102,所述介电层设置于导体104与基底106之间。安装孔108及电性连接孔110形成于基底106中。在介电层102中,可存在如窗口112及电性连接孔114等开口。导体中的开口可包括窗口116、狭槽118以及电性连接孔120。可存在一对垫片122、124,且若存在,则所述一对垫片122、124可安置成与窗口116的边际126、128对齐,使垫片122、124在导体顶上,使垫片122、124设置在窗口116中并且与导体104的边际130、132邻接接触。玻璃框架134可存在并且安置在垫片122、124顶上。玻璃136可安置在类别框架134中,并且在其中紧固在定位上。安装孔108及电性连接孔110使得基底能够附接至冷却装置,使基底最大程度地接触冷却装置,藉此使从发光二极管装置至冷却装置的热传递最大化。介电层102可选自如下文更全面阐述的导热性材料。在一个实施例中,未示出的发光二极管芯片可操作地安置在玻璃136与基底106之间。
由于将阳极及阴极放置在内部位置处,故用于电性连接的接片不存在于本发明的发光二极管装置中。因而,相较于从先前技术的发光二极管装置延伸一或多个接片的情况,本发明无接片发光二极管装置可放置在利用较少空间的构型中技。本发明的发光二极管装置在此具备的此节省空间特征,将使得更多发光二极管装置能够相较于先前技术中的任何已知发光二极管装置而自较小的面积提供照明。
参见图2,其显示组装好的图1所示的发光二极管装置,垫片122、124、玻璃框架134及玻璃136从图中省略。所省略的组件指定于由142指示的位点处。
图3在200处绘示本发明的发光二极管装置的另一个实施例,垫片122、124、玻璃框架134及玻璃136从所述图中省略。在图3的实施例中,发光二极管不是如图1、图2所示实质安置在发光二极管装置的中心,而是安置于接近其指示于204处的一个端部。安装孔208在一个纵向端部处且电性连接器孔210安置在发光二极管装置200的中心。
图4大致在300处绘示出本发明的发光二极管装置的另一个实施例。发光二极管装置300绘示出具有可操作地安装在其一个纵向端部处的发光二极管。在图4中,未绘示出介电层、导电层、垫片、玻璃框架及玻璃。然而,孔302、304形成于基底306中。根据介电层、导体、垫片、玻璃框架及玻璃安置的位置,孔302、304中的任何一者可为电性连接孔或安装孔。
参见图5,绘示出多个(例如:四个)发光二极管装置100串联连接,而未绘示出垫片、玻璃框架、玻璃及发光二极管。然而,在图2至图5的情形中,此项技术中具有通常知识者将易于认识到,可选择适于任何预期用途的垫片、玻璃框架、玻璃及发光二极管。在图5中,发光二极管装置100藉由连接器138及紧固件140串联电性接合。因此,图5所示的阵列中的阳极及阴极是交替的,而非被安置成其中阳极及阴极相同地取向的阵列,藉此容许所示的串联。
参见图6及图7,如何藉由本发明的连接器及紧固件电性连接及安置固定发光二极管装置的额外细节被绘示。发光二极管组件150包含藉助连接器138及紧固件140电性连接的多个发光二极管装置100。图6显示连接器138安置在一个发光二极管装置100的阳极及相邻发光二极管装置100的阴极中。连接器138随后藉由紧固件140(例如:安装螺钉)紧固在定位上。安装螺钉可插入下伏支撑件(例如:冷却装置的表面)的预钻孔中。
参见图8及图9,正电性连接件144及负电性连接件146各别指示于发光二极管装置100上。在图8中,连接器138藉由使紧固件140(例如:安装螺钉)延伸至绝缘体152中而紧固在定位上,并且与正电性连接件144及负电性连接件146其中的电性接触。
图6所示的电性连接连接器138的实施例包含具有纵向叶片(lobe)156、158的导电带(conductive strip)154,以及形成于各所述叶片中的各别孔或开口160、162。
用于基底106的合适材料包括铜(电镀的或未电镀的)、金及氧化铝陶瓷。用于介电层102的合适材料包括聚合物厚介电膜及卡普顿(聚酰亚胺)膜(DuPont)。用于导体104的合适材料包括铜、铝及其他导体,例如铜合金及镀铜。用于将阳极电性连接至阴极的合适(狗骨式)连接器包括铜和铜合金(电镀的或未电镀的)以及本发明所属领域中具通常知识者已知的其他导体。用于垫片的合适材料包括本发明所属领域具中通常知识者已知的其他导体中的金(闪镀于铜上)。
在一个实施例中,合适的发光二极管将在印刷过程中发射UV光谱以使UV激活的油墨固化。然而,其他发光二极管将在采用本发明的紧凑型发光二极管装置时适用于其他用途。实际上,举例而言,每当存在如有限空间或体积等条件时,可有利地使用本发明的发光二极管装置。
本发明发光二极管装置实现线性配置及可无限定义的光引擎区段,藉此使得能够轻松地将照射控制至单个发光二极管装置或一整个串。本发明发光二极管装置容许可互换分段以实现差温冷却以及互换性及区段更换的简易性。本发明的发光二极管装置在部署为本文所示的阵列时,组合热螺栓孔与电性阳极/电阴极以及用于线性封装的大的单个发光二极管芯片装置。以本发明的阵列呈现的本发明发光二极管装置可包含用于热传递的导热性绝缘体。可变尺寸的狗骨式连接件决定/影响剂量中的线性辐射功率强度。本发明的发光二极管阵列的简单组装方法除去了用于组装其的复杂额外步骤,藉此实现简单工具的简易最终使用者更换。
由于可在不背离本发明精神的情况下作出本发明的众多修改,故本发明的范围不应局限于所示及所述的实施例。相反地,本发明的范围应由随附权利要求书的权利要求及其等效形式确定。

Claims (20)

1.一种发光二极管组件,包含:
多个导电性连接器;以及
多个发光二极管装置,各所述发光二极管装置包含发光二极管、阴极及阳极,所述多个发光二极管装置是并排地安置,以使一个发光二极管装置的所述阴极藉由所述多个导电性连接器其中之一而串联地电性连接至相邻发光二极管装置的所述阳极。
2.如权利要求1所述的发光二极管组件,其中各所述发光二极管装置包含设置于导体与基底之间的介电层。
3.如权利要求2所述的发光二极管组件,其中在所述基底中形成安装孔及电性连接孔。
4.如权利要求2所述的发光二极管组件,其中在所述介电层中形成电性连接孔及窗口。
5.如权利要求2所述的发光二极管组件,其中在所述导体中界定窗口。
6.如权利要求1所述的发光二极管组件,其中各所述导电性连接器藉由紧固件紧固于定位上。
7.如权利要求6所述的发光二极管组件,其中各所述紧固件紧固于绝缘体中。
8.如权利要求7所述的发光二极管组件,其中各所述绝缘体为导热性的。
9.如权利要求1所述的发光二极管组件,其中所述多个发光二极管其中之一实质上居中地放置于所述多个发光二极管装置其中之一上。
10.如权利要求1所述的发光二极管组件,其中所述多个发光二极管其中之一设置于邻近所述多个发光二极管装置其中之一的纵向端部。
11.一种制造发光二极管组件的方法,包含:
设置多个无接片发光二极管装置,使相邻的发光二极管装置极性交替地被安置;以及
将所述多个发光二极管装置其中之一的阳极连接至相邻发光二极管装置的阴极,以建立电性串联。
12.如权利要求11所述的方法,其中所述多个发光二极管装置其中之一的所述阴极藉由导电性连接器而连接至所述相邻发光二极管装置的所述阳极。
13.如权利要求12所述的方法,其中所述连接器包含导电带及相对于所述导电带沿纵向设置的多个叶片。
14.如权利要求13所述的方法,其中在各所述叶片中所形成的孔中设置紧固件。
15.如权利要求14所述的方法,其中在各所述孔中设置绝缘体。
16.如权利要求15所述的方法,其中所述绝缘体为导热性的。
17.一种照亮基板的方法,包含对发光二极管组件通电,所述发光二极管组件包含:多个导电性连接器及多个发光二极管装置,各所述发光二极管装置包含发光二极管、阴极及阳极,所述多个发光二极管装置是被并排地安置,以使一个发光二极管装置的所述阴极藉由所述多个导电性连接器其中之一而串联地电性连接至相邻发光二极管装置的所述阳极。
18.如权利要求17所述的方法,其中各所述连接器为叶片化的导电带,所述叶片化的导电带在每一纵向设置的叶片中具有孔。
19.如权利要求18所述的方法,其中各一紧固件被固定于各所述孔中。
20.如权利要求19所述的方法,其中各所述紧固件设置于绝缘体内。
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