CN106716003B - 将照明布置应用于表面的方法和照明表面 - Google Patents

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Abstract

LED照明元件被提供在第一导电层上，每个LED照明元件包括具有顶部电触头和底部电触头的焊盘。喷涂涂层填充LED照明元件之间的空间。其还首先覆盖LED照明元件，直到喷涂材料的顶部部分被去除以暴露LED照明元件顶部触头。在喷涂材料和暴露的顶部触头上形成第二导电层，第二导电层被连接到第二电端子。

Description

将照明布置应用于表面的方法和照明表面
技术领域
本发明涉及将照明布置应用于表面的方法，并且涉及包括照明元件的表面涂层。
背景技术
LED照明正在改变照明工业，使得照明产品不再仅仅是开/关设备，而是已经变成具有更精密的控制选项(其通过LED的容易的可控性而成为可能)的复杂设备。
LED照明还提供了从美学视角看非常多样化设计的可能性。
例如，LED照明可以用于从表面提供照明，给出甚至更大范围的可能应用。
一个感兴趣的领域是汽车照明。车辆侧灯和信号灯的视觉外观是显著的设计特征。存在在车辆灯内使用LED的许多不同示例，但是已知的示例全部都是在关闭状态下可见，因为它们被形成为独立的单元以安装在车身内的适当位置处。
因此，期望一种照明系统，在该照明系统中，可以从表面提供光输出，其中LED光源在关闭时对眼睛不可见或几乎不可见。这种期望适用于汽车应用，但是它也适用于其它涂布表面，其中涂布表面的美学质量不应由于包括照明功能而受到折损。
发明内容
本发明由权利要求限定。
根据本发明的一个方面，提供了一种将照明布置应用于表面的方法，该方法包括：
在表面上形成第一导电层，导电层用于连接到第一电端子；
在第一导电层上应用LED照明元件的阵列，每个LED照明元件包括具有顶部电触头和底部电触头的焊盘，其中顶部触头包括突出的触头凸块，其中LED照明元件被应用为使得其至少一定比例面向上，其中至少一定比例的顶部触头背离表面；
喷涂涂料涂层以填充LED照明元件之间的空间，并且使用喷涂的涂料覆盖LED照明元件；
去除喷涂的涂料的顶部部分，从而暴露面向上的LED照明元件的触头凸块，并形成用于面向上的LED照明元件的光输出窗口；和
在喷涂的涂料和暴露的触头凸块上形成第二导电层，第二导电层用于连接到第二电端子。
该方法提供嵌入在喷涂的涂料材料中的LED照明元件。这使得照明元件的功能部件能够在关闭状态下基本上不可见，仅在开启状态下变得可见。这实现了将光发射器件应用于奇怪形状表面的灵活性。
照明元件被使得不可见的程度可以通过选择待去除的喷涂涂料的顶部部分的量来控制。例如，可以通过LED照明元件的设计来控制光输出窗口的尺寸，使得可以在涂料层中的光输出开口的尺寸与光输出强度之间找到期望的折衷。
去除喷涂涂料的顶部部分的步骤不仅暴露面向上的LED照明元件的触头凸块，而且还打开了光学光输出窗口。该窗口可以包括触头凸块本身，或者其可以包括LED照明元件的单独的光输出区域。
可以存在其中光输出用于提供信息而不是用于照明场景的应用。例如，通过给出与表面或物体相关的热或冷指示，设计可以给出附加的安全性。
方法步骤全部都可以是例如用于汽车领域的标准处理步骤(诸如，喷涂和砂磨)。照明元件本身是为该方法专门设计的。
从设计的视角，在表面涂层中提供不可见光源的能力是非常有吸引力的。
优选地，喷涂第一导电层。其可以例如包括银填充的环氧树脂。
照明元件被设计为使得它们可以使用正确的定向被容易地应用。
例如，LED照明元件可以具有焊盘面积的平方根与焊盘厚度的比率，该比率大于2、例如大于3、例如大于4。这意味着它们可以被容易地应用使得它们被布置具有在顶部和底部处的其电触头。它们可以例如通过随机沉积处理被应用。在这种情况下，一些照明元件将方向正确(其中顶部触头背离表面)，而其它照明元件将方向错误。然而，作为二极管特性的结果，这些照明元件将简单地不起作用，并且可以确保来自正确定向的照明元件的期望光输出。
通过示例的方式，LED照明元件可以具有小于10000(μm)2的面积和小于50μm的厚度。
如果需要，可以确保照明元件全部都以期望的方式定向。
可以在第一导电层发粘的同时应用LED照明元件。以这种方式，不需要附加的步骤来确保照明元件在随后的方法步骤期间保持在适当的位置。
LED照明元件可以例如通过颗粒轰击(blasting)、喷射或箔转移来应用。
去除顶部部分的步骤可包括砂磨。这是在涂层表面(诸如喷涂涂层法)中使用的标准处理步骤。形成第二导电层可以包括喷涂透明导电层。透明保护涂层优选也应用在第二导电层上。
在一个示例中，导体层是连续的，使得所有照明元件并联连接。然而，备选地，第一导体层可以被图案化以限定单独可寻址区域。以这种方式，可以独立地操作不同的区域。
表面可以包括汽车车身面板的表面。以这种方式，本发明使得能够将照明元件集成到汽车的油漆中。这种照明可以替代诸如侧灯或信号灯的分立的灯单元。方法步骤全部都可以与应用汽车涂料中使用的标准步骤兼容。
本发明的另一方面提供了一种涂覆有照明布置的表面，该表面包括：
在表面上的第一导电层，第一导电层被连接到第一电端子；
在第一导电层上的LED照明元件的阵列，每个LED照明元件包括具有顶部电触头和底部电触头的焊盘，其中LED照明元件的至少一定比例面向上，其中至少一定比例的顶部触头背离表面；
喷涂涂料涂层，喷涂涂料涂层填充LED照明元件之间的空间，并且部分地覆盖LED照明元件，但是其中面向上的LED照明元件的触头被暴露，以及其中光输出窗口形成在用于面向上的LED照明元件的喷涂涂料涂层中；以及
在喷涂涂料涂层和暴露的触头上的第二导电层，第二导电层被连接到第二电端子。
LED照明元件可以具有焊盘面积的平方根与焊盘厚度的比率，该比率大于2、例如大于3、例如大于4；和/或LED照明元件具有小于10000(μm)2的面积和小于50μm的厚度。
LED元件可以包括在顶部触头之上的光学输出盖。因为喷涂涂料涂层不是透明的，所以在该喷涂涂层内或跨该喷涂涂层不能发生光引导。输出盖然后提供可能期望的任何期望的光束成形或改向，例如以降低用作点光源的各个照明元件的可见性。然后，输出盖提供转换光输出的选项。
附图说明
现在将参考附图详细描述本发明的示例，其中：
图1示出了用于涂覆方法中并且用作涂覆表面的一部分的LED元件的第一示例；
图2示出了用于涂覆方法中并且用作涂覆表面的一部分的LED元件的第二示例；
图3示出了图3的LED元件在涂层内使用；
图4示出了涂覆方法中的不同阶段；
图5示出了涂层内的照明元件的电路；以及
图6作为流程图示出了涂覆方法的步骤。
具体实施方式
本发明提供了将照明布置应用于表面的方法，其中LED照明元件被提供在第一导电层上，每个LED照明元件包括具有顶部电触头和底部电触头的焊盘。喷涂涂料涂层填充LED照明元件之间的空间。其还首先覆盖LED照明元件，直到喷涂的涂料材料的顶部部分被去除以暴露LED顶部触头。在喷涂的涂料材料和暴露的顶部触头之上形成第二导电层，第二导电层被连接到第二电端子。
涂料包括不透明反射材料，用于向表面提供诸如颜色和反射性质的期望美学外观。期望照明布置尽可能少地减损该美学外观。
涂覆方法可以使用标准的沉积和层处理步骤。LED照明元件被设计为适合于该方法。
图1示出了用于涂覆方法中并且用作涂覆表面的一部分的LED照明元件的第一示例。
照明元件10包括具有顶部电触头12和底部电触头14的分立LED封装。顶部触头12包括突出的触头凸块16。
照明元件是非常小的LED的形式，例如具有<100μm×<100μm的占用面积或小于10000(μm)2的面积。占用面积可以是正方形或矩形或者实际上任何其它形状。厚度例如<50μm。
对于一些沉积处理(诸如，通过喷涂的应用或以喷射形式的其它应用)，形状的重要特征是其应当抵抗在其边缘上的站立，使得即使照明元件被随机地放置在表面上，其也将平躺，其中触头12、14面向上下。
实现这一点的一种方式是使照明元件焊盘成形，即具有与厚度相比相对大的面积。例如，LED照明元件可以具有焊盘面积的平方根(即，焊盘区域的有效线性尺寸)与焊盘厚度的比率，该比率大于2、例如大于3、例如大于4。
防止照明元件站立在边缘上的另一种可能的方式是具有成角度的侧壁，使得照明元件在其边缘上不稳定。照明元件从晶片切割，并且切割线可以以角度刻痕。例如，双面晶片切割处理可以与V形槽切割锯一起使用。这可以用于提供V形边缘，使得当在V形的尖端/边缘上平衡时，它们是不稳定的。
照明元件可以具有根据它们将被应用到的表面的定向而设计的形状。例如，为了应用于垂直表面，大的纵横比可能是足够的，因为重力将使站立在其边缘上的元件倾倒。对于水平表面，仅在其前面和后面上稳定的设计可以是优选的，使得其不能在其边缘上直立。
对于其它沉积处理(诸如，通过从载体箔转移的应用)，可以精确地控制定向。
除了使用用于提供电互连(如下所述)的触头凸块16之外，LED照明元件可以是完全常规的。由于这个原因，将不进一步详细描述LED照明元件的制造和设计。电触头之一是到LED的阳极触头，并且另一个电触头是到LED的阴极触头。
图2示出了用于涂覆方法中并用作涂覆表面的一部分的LED元件的第二示例。它具有与图1中相同的结构，但是在顶部触头16之上具有透明壳体形式的附加光学输出盖18。
如下面将描述的，作为沉积处理的一部分，LED元件被涂料膜覆盖。如果LED元件被嵌入这种不透明涂料膜中，则该膜可以阻挡光学路径。如果图1的LED元件完全用涂料膜覆盖并且被砂磨回去直到触头16被暴露，则LED光输出表面仍然可以用非透明膜覆盖。
如果触头16本身是透明的(例如，由ITO形成)，则这可能不会引起问题，因为触头16然后可以限定光逸出窗口。然而，图2的设计的透明壳体18提供了可以更大并且使得不透明金属能够用于触头16的光学输出路径。
技术人员将很好地理解，存在其它可能性用于确保到LED元件的光学输出路径，诸如通过非限制性示例的方式，在沉积之后进一步往回砂磨在元件的光出射窗口区域上的涂料膜，或者例如对光出射区域(或非光出射区域)进行静电地充电以确保仅仅在照明元件阵列的某些部分上的涂料沉积。因此，在这些和许多其它可能的示例中，可以使用图1的更简单的设计。然而，图2的设计提供了一种特别高效的手段，通过该手段，不透明涂料喷涂涂层可以被应用于LED照明元件，同时仍然确保来自每个LED元件的光学输出路径，并且使得能够使用其它标准LED元件。
如果需要，触头16和透明壳体可以在LED照明元件的制造期间，被应用在晶片级。
图3示出了如何使用图2的LED照明元件。LED照明元件10被应用在已经应用了导电涂层22的表面20上。LED照明元件的下触头14电连接到导电涂层22。
喷涂涂料涂层24填充LED照明元件(图3中仅示出一个照明元件)之间的空间，并且部分地覆盖LED照明元件。顶部触头16通过往回砂磨喷涂涂料涂层而暴露。该砂磨处理还去除透明壳体18的顶部，以形成光学输出窗口26。
第二导电层28被提供在顶部上，并且与暴露的触头16电接触。
现在将参考图4说明形成涂覆表面的方法。
图4(a)示出了将导体层22应用于载体表面20的第一步骤。载体表面20通常可以包括金属和/或聚合物。导体层22可以例如被喷涂。导体层需要低电阻率，并且一个示例是银填充的环氧树脂层。喷涂涂层当然是汽车工业中的标准程序，并且优选用于汽车应用。然而，可以使用诸如辊涂、刀片刮涂、浸涂或分配涂覆的其它应用方法。
图4(b)示出了应用LED照明元件10的第二步骤。仅示出了一个照明元件，但是将沉积具有根据期望的照明效果选择的密度的阵列。照明元件10如上所述。LED照明元件被设计成确保与导电层20以及稍后要在处理中应用的顶层的适当连接。顶部触头被设计用于此目的，例如以可以被往回砂磨以打开电触头的立柱(stud)凸块的形式。注意，图4示出了图1的LED照明元件，当喷涂不透明涂料时，其需要透明触头16。当然，可以替代地使用具有光学输出盖的照明元件。
如上所述，LED制备还可以以使得在应用之后LED将(或优选地将)面向上的方式修改形状或组成。这种设计是根据应用方法定制的。
在随机应用处理中，将难以确保LED照明元件只能着落在一侧，但是确保它们不着落在边缘上是可能的。封装也可以颠倒着落。颠倒封装对光学输出没有贡献(因为LED二极管将反向连接)，并且这些照明元件也不会电气地妨碍系统。边缘上的LED照明元件可以使系统短路，因此确实需要阻止它们。如上所述，可以使用合适的纵横比来防止LED着落在其边缘上。
因此，照明元件被应用为使得其至少一定比例面向上，其中至少一定比例的顶部触头背离表面。一些沉积技术可以确保该比例为1，而随机沉积技术仅可以达到0.5的比例。
在导电层22仍然发粘的同时，LED照明元件被应用于导电层22。可以使用几种处理将LED分布在发粘的导电层上。由于LED必须对底部电极进行良好的电接触，所以不可能将它们浸入涂料中。合适的随机方法是颗粒轰击(其中LED照明元件是颗粒)或喷射。控制方法例如是箔转移方法。
图4(c)示出了将LED照明元件嵌入汽车涂料24中的步骤。层厚度必须至少与LED照明元件10一样厚，以便能够打开触头。用于此的处理是普通喷涂涂覆处理。
图4(d)示出了应用砂磨处理的结果。当层被固化并且需要应用下一层时，砂磨是汽车涂料应用中的标准处理。当正确执行喷涂处理时，打开触头和光学路径可以通过砂磨处理来执行。在该步骤期间，层变薄，直到暴露顶部电触头16。还限定了光学输出窗口。
然后如图4(e)所示，应用透明顶部导体28，这使得与打开的触头16电连接。该层是透明的以允许光耦合出去。
为了与如ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)的汽车涂料和车身材料相兼容，用于应用顶部导电层的处理是温度受限的。
为了保护所有层和LED照明元件，整个组件可以使用清澈的涂层涂剂(图中未示出)来完成。
图5示出了形成的电路。如果存在单个连续的第一导电层22和单个连续的第二导电层28，则所有LED照明元件10将如图所示并联。
到第一导电层22和第二导电层28的顶部连接和底部连接可以通过在电隔离的金属连接上喷涂每个导电层来进行。这些连接在图5中示为接触焊盘30、32。如由端子34、36所表示的，汽车布线然后连接到这些接触焊盘。这些连接区域可以放置在隐藏区域，可以穿过车身面板。
第一导体层22可以被图案化以限定单独可寻址区域。喷涂掩蔽处理可用于该目的。可以使用单独的功率连接来致动单独的照明区域。这允许例如区分同一车身面板上的制动灯、指示灯等。
方法如图6中的流程图所示。
方法包括以下步骤：
步骤40：在表面上形成第一导电层；
步骤42：在第一导电层上应用LED照明元件的阵列；
步骤44：喷涂涂料涂层以填充LED照明元件之间的空间，并且使用喷涂的涂料材料覆盖LED照明元件；
步骤46：去除喷涂的涂料材料的顶部部分，从而暴露触头凸块；以及
步骤48：在喷涂的涂料材料和暴露的触头凸块上，形成第二导电层(以及可选的另外的保护层)。
顶部导电层可以形成接地连接，并且在这种情况下，可以不需要保护层，因为透明导电层本身可以具有当然取决于具体应用的所需的保护性质。
照明元件的密度将根据期望的照明效果来选择。例如，照明元件可以占据它们被应用的面积的一定比例。
照明元件所占据的面积将取决于期望的发光表面的密度。对于信号照明，可以期望具有密集浓度的照明元件(诸如，在每平方厘米5至25个封装的范围内)的小区域。对于突出设计特征，可以期望在较大面积上稍微不太密集的封装。例如，每平方厘米可以存在约1至10个照明元件。当期望整体闪光效果时，封装的数量可以甚至进一步下降。于是照明元件的数量可以在每平方厘米0.1和1个封装之间。
对于低功率LED，每个照明元件的发光输出将通常为大约15流明，并且例如在从1至30流明的范围内。如果15流明的输出被认为是发光输出，则对于密集浓度的输出可以例如对于信号照明(大约每平方厘米13个封装)为200lm/cm2，并且对于整体闪光效果(大约每平方厘米0.5个封装)为8lm/cm2。
如从上述描述将清楚的，特别感兴趣的一个应用是汽车车身面板。在这种情况下，表面包括汽车车身面板，并且涂料包括汽车涂料。存在应用于汽车车身面板表面的照明布置的许多可想到的有利应用。
例如，可以通过在汽车侧面的涂料中添加LED照明元件，来提高安全性。微妙的照明还可以用于突出设计特征，并且其使得设计部门在信号照明的布置中更自由。
除了汽车应用之外，许多其它产品可以被提供有涂布照明层。照明表面可以例如向用户提供关于系统的状态(诸如冷/热、就绪/未就绪、开/关等)的反馈。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时，可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。仅凭在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的事实，并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (19)

1.一种将照明布置应用于表面的方法，包括：
在所述表面(20)上形成第一导电层(22)，所述导电层用于连接到第一电端子；
在所述第一导电层上应用LED照明元件(10)的阵列，每个LED照明元件包括具有顶部电触头(12)和底部电触头(14)的焊盘，其中所述顶部触头包括突出的触头凸块(16)，其中所述LED照明元件(10)被应用为使得所述LED照明元件的至少一定比例面向上，其中所述LED照明元件的所述至少一定比例的顶部触头(12、16)背离所述表面；
喷涂涂料涂层以填充所述LED照明元件之间的空间，并使用喷涂的涂料(24)覆盖所述LED照明元件；
去除所述喷涂的涂料(24)的顶部部分，从而暴露面向上的所述LED照明元件的所述触头凸块(16)，并形成用于面向上的所述LED照明元件的光输出窗口；以及
在所述喷涂的涂料和暴露的所述触头凸块上形成第二导电层(28)，所述第二导电层用于连接到第二电端子。
2.根据权利要求1所述的方法，其中喷涂所述第一导电层(22)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：
所述LED照明元件(10)具有所述焊盘面积的平方根与所述焊盘厚度的比率，所述比率大于2；和/或
所述LED照明元件(10)具有小于10000(μm)2的面积和小于50μm的厚度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述比率大于3。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述比率大于4。
6.根据权利要求1-2和4-5中任一项所述的方法，其中在所述第一导电层(22)发粘的同时，应用所述LED照明元件(10)。
7.根据权利要求1-2和4-5中任一项所述的方法，其中通过颗粒轰击、喷射或箔转移来应用所述LED照明元件(10)。
8.根据权利要求1-2和4-5中任一项所述的方法，其中去除顶部部分包括砂磨。
9.根据权利要求1-2和4-5中任一项所述的方法，其中形成所述第二导电层(28)包括喷涂透明导电层。
10.根据权利要求1-2和4-5中任一项所述的方法，还包括在所述第二导电层上应用透明保护涂层。
11.根据权利要求1-2和4-5中任一项所述的方法，其中所述第一导电层(22)被图案化以限定单独可寻址区域。
12.根据权利要求1-2和4-5中任一项所述的方法，其中所述表面(20)包括汽车车身面板。
13.一种涂覆有照明布置的表面，包括：
在所述表面(20)上的第一导电层(22)，所述第一导电层(22)用于连接到第一电端子(34)；
在所述第一导电层(22)上的LED照明元件(10)的阵列，每个LED照明元件包括具有顶部电触头(12)和底部电触头(14)的焊盘，其中所述LED照明元件(10)的至少一定比例面向上，其中所述LED照明元件的所述至少一定比例的顶部触头(12、16)背离所述表面；
喷涂涂料涂层(24)，所述喷涂涂料涂层填充所述LED照明元件之间的空间并且部分地覆盖所述LED照明元件，但是其中面向上的所述LED照明元件的触头(12、16)被暴露，以及其中光输出窗口形成在用于面向上的所述LED照明元件的所述喷涂涂料涂层中；以及
第二导电层(28)，在所述喷涂涂料涂层(24)和暴露的触头(12、16)上，所述第二导电层用于连接到第二电端子(36)；
其中所述光输出窗口被如下形成：
喷涂涂料涂层以填充所述LED照明元件之间的空间，并使用喷涂的涂料覆盖所述LED照明元件；以及
去除所述喷涂的涂料的顶部部分，从而形成用于面向上的所述LED照明元件的所述光输出窗口。
14.根据权利要求13所述的涂覆有照明布置的表面，其中：
所述LED照明元件(10)具有所述焊盘面积的平方根与所述焊盘厚度的比率，所述比率大于2；和/或
所述LED照明元件(10)具有小于10000(μm)2的面积和小于50μm的厚度。
15.根据权利要求14所述的涂覆有照明布置的表面，其中所述比率大于3。
16.根据权利要求14所述的涂覆有照明布置的表面，其中所述比率大于4。
17.根据权利要求13或14所述的涂覆有照明布置的表面，其中所述LED照明元件(10)包括在所述顶部触头上的光学输出盖(18)。
18.根据权利要求13-16中任一项所述的涂覆有照明布置的表面，还包括在所述第二导电层上的透明保护涂层。
19.根据权利要求13-16中任一项所述的涂覆有照明布置的表面，包括汽车车身面板。
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