CN110114610A - Led在引线框架上的布置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种照明装置（10）和一种特别用于其的制造方法。LED（12a，12b，12c）彼此相距一定距离地布置。提供包括导体段的引线框架（20）互连LED（12a，12b，12c）。LED（12a，12b，12c）各自包括附接到引线框架（20）的导体段中的一个的LED管芯（30）。LED（12a，12b，12c）还各自包括设置成保持引线框架（20）的至少两个导体段的保持元件（22），至少两个导体段至少部分地嵌入保持元件（22）中。为了获得良好的光学特性，保持元件（22）不覆盖LED管芯（30）。另外，引线框架（20）的导体段中的一个或多个被配置成弯曲的，使得照明装置（10）可以被成形。根据所提出的照明装置（10）的制造方法，提供引线框架（20）的导体段并且在引线框架（20）上彼此相距一定距离地形成保持元件（22），每个保持元件（22）至少部分地嵌入引线框架（20）的至少两个导体段。引线框架（20）的至少三个导体段的安装部分（26）不被保持元件（22）覆盖。LED管芯（30）附接到安装部分（26）。
Description
技术领域
本发明涉及照明装置和制造照明装置的方法。更具体地，本发明涉及一种具有安装在引线框架上的多个LED光源的照明装置。
背景技术
LED光源包括LED芯片，其在这里被称为LED管芯，作为实际的发光部件。对于半导体LED，管芯通常是包括p/n结的掺杂半导体材料的芯片。
为了用于照明和发信号应用，电接触部连接到LED管芯元件。纯LED管芯元件可以被称为L0 LED，与此同时，具有附接到其上的电导体并固定在壳体中的一个或多个LED管芯元件被称为L1 LED。
EP2827045A1公开了一种非导电框架的电极模块，其具有向LED器件提供电力的整体电极图案。LED器件容纳在非导电框架的安装孔中。电极图案具有重复形成的单元体，单元体被置于第一和第二平行线之间。
发明内容
可以认为一个目的是提供一种具有多个间隔开的光源的照明装置，该照明装置易于制造并提供良好的操作性能。
该目的可以通过根据权利要求1的照明装置和根据权利要求14的制造方法来实现。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。
本发明人已经考虑了具有在引线框架上的间隔开的LED光源的照明装置。在本上下文中，引线框架被理解为指的是导体结构，优选地由诸如例如铜或铜合金的金属制成。引线框架包括多个（即，至少两个，通常多于两个）导体段，其在成品中彼此分离。优选地，导体段各自是平的元件，例如通过从平片或板上移除材料（例如通过冲压）来生产。与印刷电路板相反，导体段可以是分离的自支撑元件，其不必然需要基板。
在发明人考虑的照明装置中，LED光源可以布置在由引线框架的导体段互连的间隔开的位置。发明人已经考虑到使用封装的LED元件（即L1管芯元件）可能具有若干缺点。由于LED封装，LED管芯元件和引线框架之间的热接触可能受损。另外，封装的LED元件的增加的尺寸可能降低所期望的光学功能的设计的灵活性。特别是在大规模生产中，使用L1封装的LED元件可能导致更高的成本。
另一方面，将未封装的（L0）LED管芯元件直接附接到引线框架的导体段可能涉及复杂且有风险的生产过程，特别是如果引线框架的导体段没有相对于彼此固定的话。虽然这可以通过嵌入LED管芯和相邻的导体段来解决，但是这些措施可能损害光学功能。
为了避免这些缺点，发明人提出了根据本发明的照明装置和制造方法。
照明装置包括彼此相距一定距离地布置的多个（即至少两个）LED照明元件。每个LED照明元件构成分离的光源并且包括至少一个、可能多个LED管芯元件。在照明装置中，照明元件可以根据任何所期望的布置来分布，诸如例如以2D或3D布置。优选地，LED照明元件可以布置在共同的平面中或布置成线。LED照明元件之间的距离可以根据所期望的应用而变化。例如，第一和第二LED照明元件之间（以及照明装置的其他LED照明元件之间）的距离可以小至1 mm或更大，或者大至10 cm或更小。特别优选的可以是LED照明元件之间的距离为3-50 mm，尤其是5-20 mm。在有利实施例中，LED照明元件之间的距离可以例如是至少与LED照明元件的（平行于距离测量的）尺寸一样大，优选至少是其尺寸的两倍。
该照明装置包括引线框架，该引线框架具有在LED照明元件之间延伸的多个导体段。两个相邻的LED照明元件可以例如通过在LED照明元件之间延伸的至少一个、优选地至少两个导体段互连。
LED照明元件各自包括至少一个附接到引线框架的导体段的LED管芯元件。LED管芯元件直接附接到导体段，其可以称为安装导体段。
LED照明元件还各自包括保持元件，该保持元件被设置成保持引线框架的至少两个导体段。保持元件被布置成使得至少两个导体段部分地嵌入其中，从而将导体段相对于彼此固定就位。因此，保持元件增加了引线框架的稳定性和刚度。
然而，根据本发明，保持元件不覆盖LED管芯元件。
根据本发明的制造方法，保持元件在引线框架上彼此相距一定距离地形成，每个保持元件嵌入至少两个导体段。导体段中的至少一个包括未被保持元件覆盖的安装部分。LED管芯元件附接到这些安装部分。
本发明的方法和装置具有若干优点。通常，使用引线框架来互连LED光源允许非常灵活的设计、低成本的制造和减小的尺寸。将LED管芯元件（即未封装的L0 LED管芯）直接附接到引线框架的导体段提供良好的热接触。由于LED管芯元件的封装导致的热障得以避免，并且LED的操作中产生的热量可以通过经由引线框架的传导而消散。通过提供用于通过嵌入而保持导体段的保持元件，引线框架的导体段被稳定，从而获得可以被操控、运输或集成到其他产品中的稳定装置。优选地，引线框架的所有导体段由保持元件固定，使得不留下松散的元件。例如，嵌入在一个LED照明元件的保持元件中的导体段中的一个可以从LED照明元件延伸到第一方向，而嵌入的导体元件中的另一个可以延伸到第二相反方向。这对于形成互连的LED照明元件链（例如，布置成一行）是特别有利的。
该制造方法相对容易并且可以提供高产率。在附接LED管芯元件之后立即（即在早期阶段）进行故障检测是可能的。
虽然原则上可以在形成保持元件之前完成将LED管芯元件附接到引线框架的导体段的步骤，但是优选的是在附接LED管芯元件之前形成保持元件，保持元件不覆盖后续安装LED管芯元件的安装区域。稳定的引线框架允许容易地附接LED管芯元件。特别地，通过将导体段通过保持元件固定，显著地便利了LED管芯元件与另外的导体段的电接触（诸如例如通过导线连接，特别优选的通过接合导线）。
由于LED管芯元件未被保持元件覆盖，因此可以避免保持元件的不利光学影响，并且可以保持光学设计的完全灵活性。
根据一个实施例，LED管芯元件可以定位在保持元件的切口内。例如，保持元件可以部分地围绕LED管芯元件，留下用于LED管芯元件的自由安装部分。保持元件中的每一个可以布置在距相应的LED管芯元件一定距离处。例如，保持元件可以成形为在与其上安装该保持元件的导体段平行的平面中完全或部分地围绕LED管芯元件。在该平面中，保持器可以部分地或完全地环绕LED管芯元件。
优选地，保持元件可以布置成在一定距离处部分地围绕LED管芯元件，同时留下至少一个开口，光可以通过该开口发射。LED管芯元件可以包括设置成发射光的顶表面。开口优选地布置成使得垂直于LED管芯元件的顶表面的方向不被覆盖。例如，保持元件可以被成形且相对于LED管芯元件布置成使得以大于45°、优选地大于25°、特别是15°或更大的相对于顶表面的仰角从其发射的光自由发射。形成在保持元件中的开口可以具有任何形状，诸如例如圆形、椭圆形或水滴状。
保持元件可以优选地由任何非导电的材料制成。优选的是塑料材料，其可以例如通过模塑工艺（诸如例如注射成型）来应用。保持元件可以是平的形状，例如具有与引线框架平行的顶表面和相对的底表面。保持元件的材料对于由LED管芯元件发射的光可以是光学透明的，但优选使用不透明材料以避免杂散光。特别地，可能优选使用具有高但非镜面反射率的、诸如例如白色的不透明材料。
虽然保持元件可以仅被提供用于保持引线框架的导体段，但是也可以为保持元件中的一个、一些或全部提供其他功能。例如，保持元件中的至少一些可以包括机械和/或电连接器元件。提供在保持元件的底部上（即与LED管芯相对）的机械连接器元件可以例如用于定位照明装置。提供在相对的顶侧上的机械连接器可以例如提供与光学元件（诸如例如透镜、反射器、准直器等）的机械连接。在一个优选实施例中，电连接器可以由被与保持元件一体形成的连接器壳体围绕的至少一个引线框导体部分的弯曲部分提供。
在一些实施例中，LED管芯元件的底部电端子可以与引线框架的导体段上的安装部分直接接触。相对的顶部电端子可以例如通过导线、特别是接合导线电连接到分离的导体段上的接触部分，其可以被称为接触导体段。优选地，LED管芯元件被提供为具有相对的平行顶表面和底表面的平的管芯焊盘。特别地，如果形成导线连接，则保持器元件优选地布置成部分地嵌入LED管芯元件被连接至的导体段。包括安装部分的导体段可以通过间隙与包括接触部分的导体段分离。两个部分都可以布置在保持元件的切口或开口内。
虽然以上描述仅提及第一和第二LED照明元件，但是技术人员将理解，这仅涉及基本概念，而在大多数实际应用中，将存在更多数量的LED照明元件和互连导体段。例如，照明装置可以包括三个、四个或更多个（例如，超过5个、超过10个或超过20个）LED照明元件。
根据一个实施例，除了第一和第二LED照明元件之外，还可以提供至少第三LED照明元件。所有LED照明元件可以彼此相距一定距离地布置，并通过引线框架的导体段互连。所有LED照明元件包括至少一个LED管芯元件和至少一个保持元件。
在三个LED照明元件的一个示例情况下，第一和第二LED照明元件通过引线框架的第一和第二导体段互连。另一的导体段（为了用于提及，其将被称为第三导体段）可以在第二LED照明元件和第三LED照明元件之间延伸。然后优选的是，第一LED照明元件的LED管芯附接到第一导体元件，并且第二LED照明元件的LED管芯元件附接到引线框架的第三导体段。
特别地，第二LED照明元件的LED管芯元件可以电连接在第一导体段和第三导体段之间，第一导体段和第三导体段优选地延伸到其相对侧。
通过提供引线框架的导体段的适当形状，可以提供包括LED管芯元件的所期望的电路。例如，LED管芯元件可以以并联、串联或串联/并联配置电连接。
在一个实施例中，两个、三个或更多个LED照明元件的LED管芯元件可以以串联电布置。作为优选的结构，可以提供导体段的链，其中在链的每个导体段上安装至少一个LED管芯元件，并且该LED管芯元件通过导线电连接到链的下一个导体段。特别地，链中的连续导体段可以共同嵌入在相同保持元件内。
在一个实施例中，两个、三个或更多个LED管芯元件可以通过引线框架的导体段互连，以被布置成串联地电连接，而多个这样的串联电路并联地电连接。
虽然可能覆盖照明装置的部分，特别是在LED照明元件之间延伸的导体段，但是优选的是提供在LED照明元件之间自由延伸的导体段，即优选地，不嵌入在另外的结构中，使得照明装置的弯曲和成形是可能的。特别地，布置成链的LED照明元件可以弯曲以遵循期望的曲线轮廓。
在一个实施例中，在LED照明元件之间延伸的导体段中的至少一个包括至少一个弯曲部分，即不完全笔直地延伸。进一步优选地，至少一个导体段可以包括相对的弯曲部分，即第一部分沿第一弯曲方向弯曲，并且第二部分沿第二相对弯曲方向弯曲。在第一和第二LED照明元件之间延伸的第一和第二导体段可以不同地成形，例如，使得一个导体段的长度大于另一个导体段的长度，例如因为弯曲、环或其他形状。通过提供导体段的弯曲、环和/或不同长度，照明装置更容易变形；即各个部分可以相对于彼此弯曲，例如以遵循所期望的轮廓。
根据一个实施例，一个导体段可以作为居中导体段在至少两个LED照明元件之间延伸，布置在第一和第二侧导体段之间。在优选实施例中，居中导体段可以至少基本上笔直地延伸，而侧导体段可以包括弯曲部分。特别优选地，该布置可以是对称的，即，侧导体段的弯曲形状可以对于穿过居中导体段的居中轴线对称。
通过下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见，并通过参考这些实施例而得以阐明。
附图说明
图1示出了照明装置的实施例的透视图；
图2示出了图1的照明装置的俯视图；
图3示出了沿图2中的A..A的截面；
图4示出了沿图2中的B..B的截面；
图5a-5d示出了用于制造图1、2的照明装置的过程的步骤；
图6示出了照明装置的第二实施例的透视图；
图7示出了沿图5中的C..C的截面的透视图。
具体实施方式
照明装置10的第一实施例在图1中示出，包括布置成线的三个分离的LED 12a、12b、12c，它们通过引线框架20的导体段14a、14b、16、18互连。
三个LED 12a、12b、12c具有相同的外形。每个都包括具有切口24的保持器22。在所示的示例中的LED 12a、12b、12c被提供为以大约其（沿着照明装置10的长度测量的）尺寸两倍的距离间隔开。
每个保持器22的切口24暴露由间隙34分离的两个导体段的部分。暴露的表面在这里将被称为安装部分26和接触部分28（图2）。
对于居中布置的LED 12b，安装部分26是第二居中导体段14b的一部分，并且接触部分28是第一居中导体段14a的一部分。未封装的LED管芯元件（L0）附接到安装部分26并通过接合导线32电连接到接触部分28。
具有安装部分26和接触部分28的居中导体段14a、14b布置在引线框架的外导体段d、18之间。在所示的示例中，所有四个导体段14a、14b、16、18共同嵌入在居中布置的LED12b的保持器22内，从而将分离的导体段相对于彼此固定。保持器22由非导电塑料制成，使得导体段保持电分离。
在保持器22的切口26内，在安装部分26和接触部分28之间的间隙34是可见的。在间隙34上方布置与LED管芯30的顶表面接触的接合导线32。因此，居中布置的LED 12b的LED管芯30电连接在两个居中导体段14a、14b之间。
LED 12a、12b、12c居中导体段14a、14b被一个接一个地布置成通过导体段14a、14b、16、18互连的链。在LED中的每一个中，LED管芯30和接合导线32电连接在延伸到两侧的导体段之间。因此，LED 12a、12b、12c的LED管芯30串联电连接。
虽然三个LED 12a、12b、12c具有外部相同的形状，但是嵌入其中的导体段的形状不同，如从图5a可见。在第一LED 12a中，接触部分28被提供为第一外导体段16的一部分。因此，间隙34形成在第一外导体段16和第一居中导体段14a之间。在第二LED 12b中，接触部分28被提供为第一居中导体段14a的一部分，由间隙34与第二居中导体段14a分离。在第三LED12c中，接触部分28被提供为第二居中导体段14b的一部分，而安装部分26形成在第二外导体段18上。结果，三个LED 12a、12b、12c在第一和第二外导体段16、18之间串联电连接。
如图1所示，外导体段16、18在连接垫36的两端终止。多个相同的照明装置10可以通过这些连接垫36连接在一起，以形成更大的装置链。然后，LED管芯30在外导体段16、18之间以串联/并联电路电连接，其中多个三个LED的串联连接一起并联连接到公共端子。
除了导体段的略微不同的形状之外，三个LED 12a、12b、12c是相同的。在下文中，将针对第二LED 12b描述LED管芯30的布置和保持器22的形状，但是同样适用于其他LED12a、12c。
如从图2和图3、4的截面图可见，第二LED 12b的保持器22在平行于安装部分26的平面内围绕LED管芯30。由于水滴状切口24，保持器22与LED管芯30保持一定距离。由于该距离并且由于保持器22的平的形状，在LED管芯30操作时，光可以从LED管芯30的顶表面自由地发射。只有以与安装表面成小于10°的非常小的仰角α发射的光照射到保持器22。
保持器22的材料是不透明的，使得从LED管芯30发射的光可以不传导到底侧并且作为杂散光在那里发射。保持器材料为白色，因此具有高反射率。因此，非常少的从LED管芯30发出的光被损失。
如技术人员将理解的，所描述的仅具有三个LED 12a、12b、12c的照明装置的实施例仅作为示例示出。在可替代实施例中，照明装置可以包括例如以规则节距布置的三个以上LED。对于这些可替代实施例，可以将另外的LED添加到连续引线框架或具有分离的引线框架的多个较小照明装置可以一个接一个地连接，例如通过外引线框架导体段16、18的连接垫36将其互连。
所描述的照明装置的实施例可以弯曲成任何所期望的形状。当居中导体段14a、14b笔直地延伸时，外导体段16、18被提供有由相对的弯曲形成的环。因此，LED 12a、12b、12c之间的外导体段16、18的长度大于居中导体段14a、14b的长度。这允许弯曲装置10，例如，以遵循所期望的轮廓，而不会导致自由延伸的导体段短路。
将结合图5a-5d解释制造照明装置的示例方法。
在第一步骤中，引线框架20如图5a中所示地形成，即具有例如通过金属片或金属板冲压而成的分离的导体段。
在第二步骤中，保持器22形成在引线框架20上，特别地通过注射成型。保持器22部分地嵌入导体段，而它们的切口24暴露安装部分26和接触部分28。
在下一步骤中，LED管芯30附接到切口24内的安装部分26。由保持器22稳定的引线框架20足够稳定来用于附接LED管芯30。
最后，LED管芯30通过接合导线32跨过间隙34电连接。同样，引线框架20通过保持器22被充分地稳定，使得安装部分26和接触部分28相对于彼此固定，从而允许附接接合导线32。
图6、7示出了照明装置的可替代实施例。可替代实施例的许多元件对应于上述第一实施例；相同的部件将用相同的数字指代。在下文中，将仅描述实施例之间的差异。
在可替代实施例中，机电连接器40与LED 12b一体形成。如图6、7所示，电连接器部分42从外导体段16、18弯曲。插头壳体与保持器22一体形成。可替代实施例中所示的机电连接器40可用于将照明装置保持就位并向其供应电操作功率。
应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多可替代实施例。
例如，取决于所期望的照明应用，提供在引线框架20上的LED的形状、尺寸和数量、以及相对布置（诸如LED之间的距离）可以变化。对于可替代实施例，引线框架20的形状也可以不同。引线框架可以包括更少或更多的导体段。
虽然在根据图6、7的实施例中，电/机械连接器40形成在保持器22的底侧上，但是也可能例如为光学元件在其顶侧提供机械连接器。
在权利要求中，任何参考标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”或“包含”不排除权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件前面的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。
Claims (12)
1.照明装置，包括
- 彼此相距一定距离地布置的至少第一、第二和第三LED照明元件（12a，12b，12c），
- 引线框架（20），包括将所述LED照明元件（12a，12b，12c）互连的导体段（14a，14b，16，18），所述引线框架包括侧导体段（16，18）和居中导体段（14a，14b）
- 所述LED照明元件（12a，12b，12c）各自包括附接到所述引线框架（20）的所述导体段（14a，14b，16，18）中的一个的LED管芯元件（30），
- 设置成保持所述引线框架（20）的保持器，所述引线框架至少部分地嵌入所述保持器内，所述保持器具有切口（24），所述LED管芯元件（30）定位在所述保持器的切口（24）内，
其中，所述保持器包括分离的保持元件（22），所述保持元件（22）被提供有至少一个切口（24）并设置成保持所述引线框架（20）的至少两个导体段（14a，14b，16，18），
其中，每个LED照明元件（12a，12b，12c）包括保持元件（22）和定位在所述保持元件（22）的切口（24）中的LED管芯元件（30）；
其中，所述第一LED照明元件（12a）的LED管芯元件（30）与第一居中导体段（14a）和第一侧导体段（16）电连接；
其中，所述第三LED照明元件（12c）的LED管芯元件（30）与第二侧导体段（18）和第二居中导体段（14b）电连接；
其中，提供在所述第一和所述第三LED管芯元件（12a，12c）之间的所述第二LED照明元件（12b）的LED元件（30）电连接到两个居中导体段（14a，14b）；并且
其中，所述导体段（14a，14b，16，18）中的一个或多个被配置成弯曲的，使得照明装置可以被成形。
2.根据权利要求1所述的装置，其中
- 所述LED管芯元件（30）包括设置成发射光的顶表面，
- 其中所述保持元件（22）布置成在一定距离处部分地围绕所述LED管芯元件（30），而不在垂直于所述顶表面的方向上覆盖所述LED管芯元件（30）。
3.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中，
- 所述LED管芯元件（30）具有与所述引线框架（20）的导体段上的安装部分直接接触的底部电端子，以及
- 通过导线（32）连接到所述引线框架的导体段（28）上的接触部分的顶部电端子。
4.根据权利要求3所述的照明装置，其中，
- 所述保持元件（22）设置成通过部分地嵌入所述导体段而相对于包括所述接触部分（28）的所述导体段固定包括所述安装部分（24）的导体段。
5.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
- 所述第二LED元件（12b）的居中导体段（14a，14b）嵌入在所述第二LED照明元件（12b）的所述保持元件（22）内。
6.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中，
在所述LED照明元件（12a，12b）之间延伸的所述侧导体段（16，18）中的至少一个包括至少一个弯曲部分。
7.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中，
- 所述侧导体段（16，18）的长度大于所述居中导体段（14a）的长度。
8.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中，
- 在所述LED照明元件中的两个（12a，12b）之间延伸的至少是居中导体段（14a）、第一侧导体段（16）和第二侧导体段（18），
- 所述居中导体段（14a）布置在所述第一和第二侧导体段（16，18）之间。
9.根据权利要求8所述的照明装置，其中，
- 所述居中导体段（14a）在两个LED照明元件（12a，12b）之间笔直地延伸，并且所述侧导体段（16，18）各自包括至少一个弯曲部分。
10.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中，
- 所述LED照明元件（12a，12b，12c）中的至少一个的保持元件（22）包括机械和/或电连接器元件（40）。
11.用于制造照明装置（10）的方法，所述照明装置包括连接到引线框架（20）的多个LED管芯元件（30），所述方法包括：
- 提供所述引线框架（20）的多个导体段（14a，14b，16，18），
- 在所述引线框架上形成彼此相距一定距离地布置的多个保持元件（22），其中所述保持元件（22）中的每一个部分地嵌入所述导体段中的至少两个，并且其中所述导体段中的至少两个各自包括不被所述保持元件（22）覆盖的安装部分（26），
- 并且将LED管芯元件（30）附接到所述安装部分（26）中的每一个。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，
- 在将所述LED管芯元件（30）附接到所述安装部分（26）之前，通过嵌入所述导体段形成所述保持元件（22）。
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