CN1598903A - 发光器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光器件由LED芯片、驱动电路和用于使独立的LED芯片连接到驱动电路上的布线图案构成。通过把线路部件编结成十字格栅来形成布线图案，线路部件通过用绝缘材料涂敷导电核心来形成。横向线路部件连接到驱动电路的负电极上，而纵向线路部件连接到驱动电路的正电极上。在线路部件之间的交叉点处形成接头。LED芯片的负极连接到形成在横向线路部件上的接头上，而LED芯片的正极连接到形成在纵向线路部件上的接头上。布线图案通过粘结剂固定到散热片上。

Description

发光器件及其制造方法
发明领域
本发明涉及一种具有按一定图案排列的大量发光元件的发光器件，以及这种发光器件的制造方法。
背景技术
众所周知，具有大量发光元件的发光器件，例如发光二极管，其内部的发光元件是按矩阵排列的，例如，日本特开专利申请号No.平7-287535和6-301342中公开的发光器件。这些发光器件可以用作照明、光学定位器件、或显示面板。对于用作显示面板的发光器件，其发光元件可独立地被控开启或关闭。发光元件安装在基板起作用的表面上，基板中形成有电路图案以使发光元件电连接到驱动电路上。
如本领域中所周知的，利用光刻或蚀刻可使电路图案形成在基板上，该电路图案具有大量电镀导电层和彼此相互堆叠的绝缘层。作为基板的材料，通常使用环氧玻璃，等等。但由于环氧玻璃在热辐射特性方面较差，而要高密集地安装发光元件，所以使用例如铝或金属芯的金属化材料、或陶瓷作为基板材料。
然而，与电路图案形成在环氧玻璃基板上的一般情况相比，将电路图案形成在具有高热辐射特性的金属化材料或陶瓷上需要更高的处理成本。高处理成本阻碍了试图节省商品总生产成本的原则。
发明内容
考虑到上述内容，本发明的主要目的是提供一种能以低制造成本而取得良好热辐射特性的发光器件。本发明的另一个目的是提供这种发光器件的制造方法。
为了实现上述目的，本发明公开的发光器件包括：复数数目个发光元件、用于驱动发光元件的驱动电路、以及用于使驱动电路电连接到发光元件上的布线图案，所述发光器件还包括构成布线图案的复数数目个线路部件，每个线路部件通过用绝缘材料涂敷导电核心来形成；以及通过从每个线路部件上局部剪除绝缘材料以便局部露出其核心形成的接头，该接头连接到发光元件的各自电极上。
根据优选实施例，通过把线路部件编结成十字格栅来形成布线图案，并且在纵向和横向线路部件之间的交叉点处设置接头。
根据本发明的另一优选实施例，布线图案由至少一螺旋缠绕成对的电缆构成，通过使一对线路部件彼此交织来形成螺旋缠绕成对的电缆。每对线路部件分别连接到驱动电路的正电极和负电极上。
在制造发光器件的方法中，该发光器件具有复数数目个发光元件，这些复数数目个发光元件通过布线图案连接到驱动电路上，本发明包括如下步骤：构造复数数目个线路部件的布线图案，每个线路部件通过用绝缘材料涂敷导电核心来形成；通过从每个线路部件上局部剪除绝缘材料以便局部露出核心来形成接头；以及把每个发光元件的相反电极连接到接头上。
优选通过把线路部件编结成十字格栅来形成布线图案。然后通过同时平面化布线图案的一侧表面在线路部件之间的交叉点处形成接头。
还优选使用至少一螺旋缠绕成对的电缆构成布线图案，通过把一对线路部件彼此交织来形成螺旋缠绕成对的电缆，成对的线路部件分别连接到驱动电路的正电极和负电极上。
根据本发明，用于使发光元件连接到驱动电路上的布线图案由复数数目个线路部件构成，复数个线路部件分别通过用绝缘材料涂敷导电核心来形成，以及通过从每个线路部件中局部剪除绝缘材料以便露出核心来形成接头，并且将接头连接到发光元件的各自电极上。
在不需要任何昂贵的精细处理技术、例如光刻和蚀刻的情况下，这种构造确保了优良的热辐射特性。因此，本发明节省了发光器件的制造成本。
附图简要说明
下面结合附图和具体实施例，更加清楚地说明如何实现本发明的发明目的以及它的优势，其中相同的参考数字贯穿全部附图，指示等效元件：
图1A和1B分别是本发明一个实施例中发光器件的顶视平面图和局部截面侧视图；
图2A为本发明发光器件的制造工序流程图；图2B、2C、2D和2E是对应制造流程图在各个制造阶段中发光器件的顶视平面图；
图3是本发明第二实施例中发光器件的局部截面侧视图，其中线路部件的终端被弯曲；
图4是本发明第三实施例中具有用于安装每个LED芯片的凹型表面的发光器件的说明性截面图；
图5是本发明第四实施例中发光器件的说明性顶视平面图，其中布线图案由螺旋缠绕成对的电缆构成；
图6A和6B分别是在一侧面上具有相反电极的LED芯片的顶视平面图和侧视图；
图7示例在螺旋缠绕成对的电缆上安装图6中所示的LED芯片的实施例说明图。
具体实施方式
如图1A所示，发光器件10由主体11和驱动电路12构成。主体11具有作为发光元件的大量LED(发光二极管)芯片13、以及把各自的LED芯片13连接到驱动电路12上的布线图案14。LED芯片13按矩阵排列并且安装在布线图案14上。驱动电路12对LED芯片13施加电压以使它们导通。通过把许多的横向线路部件16x和许多的纵向线路部件16y编结成十字格栅来产生布线图案14，如图1A和1B所示。布线图案14的横向方向和纵向方向可以分别称为X-方向和Y-方向。通过用绝缘材料19覆盖导电核心18来制作每条线路部件16x或16y。横向线路部件16x与纵向线路部件16y绝缘，并且当纵向线路部件16y提供正向或阳性布线时，横向线路部件16x提供负向或阴性布线。
作为核心18的材料，可利用包括铝、铝合金、铜、铜合金的金属材料。作为绝缘材料19，可利用聚亚安酯、聚乙烯、氯乙烯、聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺-氨基申酸乙酯、酰胺纤维(尼龙)、消失(vanish)专用于搪瓷、或这些材料的一些混合物。为了使线路部件16x和16y在它们的交叉点处彼此键合，绝缘材料19优选含有受到压力时变软并粘结的自熔材料。具有这种特性的材料有丁醛树脂、环氧酯、更具体地有聚酰胺和丁基橡胶。
通过粘附剂21在其底侧固定散热片22来保护布线图案14。为了提高布线图案14的热辐射效率，优选使布线图案14底侧的一些部分直接接触到散热片22上。作为粘附剂21的一个例子，使用具有良好热传导性的环氧树脂。在布线图案14的顶侧上、具体地在线路部件16x和16y的交叉点处设置接头23x和23y。接头23x和23y连接到LED芯片13的各自电极上。这些接头23x和23y是分别通过剪切一部分线路部件16x和16y，局部露出核心18的方式形成的。
每个LED芯片13具有在其顶部上的正极和在其底部上的负极。通过把它们的底侧粘接到接头23x上并由此把负极连接到形成在横向线路部件16x上的接头23x上来固定LED芯片13。通过接合线24把LED芯片13的正极连接到形成在纵向线路部件16y上的接头23y上。LED芯片13的安装密度、即每单位面积的数目取决于线路部件16x和16y之间的间距，通过改变独立线路部件16x和16y的强度(boldness)、或每单位面积的线路部件的数目可以适当地限定线路部件16x和16y之间的间距。
如图1B所示，每个接头23x和23y具有平坦的表面，以便有利于把LED芯片13安装在其上或把线24键合到其上。由于线路部件16x和16y之间的交叉点高于布线图案14的其它点，所以要通过使布线图案14的顶侧平坦到在交叉点处切除绝缘材料19和核心18的上部片段的程度，来形成接头23x和23y。
作为散热片22的原材料，使用像铝或铜这样具有良好热传导性的金属。用透光性的透明树脂25涂敷布线图案14的顶侧，例如透明的环氧树脂或硅有机树脂。由此，保护LED芯片13和布线24。
驱动电路12设置有负电极26和正电极27，其中负电极26连接到横向线路部件16x上，正电极27连接到纵向线路部件16y上。驱动电路12可以控制LED芯片13分别独立地导通或截止。例如，驱动电路12可以通过给最左侧的纵向线路部件16y和最上侧的横向线路部件16x施加电压，仅仅使最左上侧的那个LED芯片13导通。当能够分别独立地控制LED芯片13时，发光器件10可以用作显示器，或当应用于照明器件或光学定位器件时可以控制光强度。
不用说，如果发光器件用作照明器件或光学定位器件的话，那么不总是需要分别独立地控制发光元件。在那种情况下，能够使用任一个驱动电路的电极作为对多数的线路部件的共用电极，使得可以逐线控制发光元件。在不需要控制光强度的情况下，也根本不必控制发光元件的开-关。
现在参考图2A至图2E介绍发光器件10的制造方法。
首先，把线路部件16x和16y编结成十字格栅以形成布线图案14，如图2B所示。接着，通过研磨线路部件16x和16y之间的交叉点的最上部分来使布线图案14的顶侧平坦，以形成接头23x和23y，如图2C所示。再把LED芯片13的负极或底侧固定到接头23x上之后，把LED芯片13的正极通过接合线24连接到接头23y上，如图2D所示。在其上安装LED芯片13之后，把布线图案14的底侧固定到散热片22上，并且用透明树脂25涂敷布线图案14的顶侧，如图2E所示，由此完成主体11的制作。线路部件16x和16y的端子分别连接到驱动电路12的负电极26和正电极27上，由此完成发光器件10的制作。
这样，在不需要昂贵的精细处理、例如光刻或蚀刻的情况下就制造了发光器件10。
此外，由于布线图案14直接固定到散热片22上，而不用使用热传导性较差的任何环氧印刷电路板，所以发光器件10取得了高热辐射特性。
在上述实施例中，线路部件16x和16y的端子从主体11的一旁延伸。但也可以使线路部件16x和16y的端子向主体31下面弯曲，如图3所示。根据该实施例，驱动电路可以布置在主体31下面，使得可以减少发光器件的水平长度。
还可以将所述接头成型为凹陷表面，用于安装LED芯片13，如图4所示。LED芯片13安装在凹面36的底部36b上。然后，在LED芯片13周围设置反射表面36a。由于从LED芯片13的侧表面发射的光束被反射表面36a向上反射，所以，这种结构提高了LED芯片的光发射效率。
关于反射效率，优选使用铝作为核心18的材料。但考虑到热传导性，更优选铜。为了充分利用上述材料的优势，可以使核心18由铜构成，而用铝电镀接头36的正表面。当然能够使用铝而不是其它材料来在接头36上形成反射表面，考虑到来自LED芯片13的光束的波长，只能是该材料是最适合的。作为一种选择，铝用作其上形成有利于LED芯片13的接头23x的独立横向线路部件16x的核心18的材料，而铜用作独立纵向线路部件16y的核心18的材料。也就是说，线路部件16x和16y的核心18可以有彼此不同的材料构成。
还能够使用导热管作为核心18的材料，这是因为导热管的热传导率非常高。在导热管构成线路部件之后还能够把导热管编结成布线图案。因为导热管用作热辐射器，所以当从布线图案产生的热能很小的情况下，散热片不必用于与导热管交织在一起的布线图案。在这种情况下，可以使发光器件更微型化。为了提高布线图案的强度，可以把绝缘的玻璃纤维编制进布线图案。
在上述实施例中，通过把线路部件16x和16y编结成十字格栅来形成布线图案14。但本发明不局限于该实施例。如图5中所示，螺旋缠绕成对的电缆44可以用作布线图案。通过把负线路部件41和正线路部件42交织在一起来形成螺旋缠绕成对的电缆44。像布线图案14一样，剪除线路部件41和42的最上面的片段以分别形成负接头41a和正接头42a。独立的LED芯片13的负极安装在负接头41a上，而独立的LED芯片13的正极通过接合线24连接到正接头42a上。单个的螺旋缠绕成对的电缆44可以构成布线图案，或这样的复数数目的螺旋缠绕成对的电缆44也可以构成布线图案。
尽管上述实施例使用在其顶部和底侧分别具有正极和负极的这种LED芯片，但也可以使用在它们的顶侧具有正极和负极51a和51b的LED芯片，如图6中所示。
芯片衬底51c的一个例子是蓝宝石衬底，在其上另一层的顶部形成不同类型的氮化镓半导体层。由于蓝宝石衬底有利于形成用镓材料制成的半导体层，所以它广泛应用于发射紫外线或蓝色光束的蓝色LED中。LED芯片也可以不使用蓝宝石衬底，取而代之，使用由磷化镓、砷化镓、磷化铟、碳化硅、或氮化镓、或这些材料的任何混合物制成的衬底。
如图7中所示，LED芯片51用其朝下的顶侧面安装在螺旋缠绕成对的电缆56上，也就是以面朝下键合方式。
像上述螺旋缠绕成对的电缆44一样，螺旋缠绕成对的电缆56的接头57a和58a也是通过局部剪除线路部件57和58的绝缘材料19和其核心18的上部片段形成的。当在螺旋缠绕成对的电缆56中，通过剪除线路部件57和58形成彼此邻近的接头57a和58a时，其剪除的程度要比剪除螺旋缠绕成对的电缆44的线路部件41和42要深。
值得注意的是，图7中的阴影线区域示出了线路部件57和58的剪除部分，更具体地，粗略地阴影线区域示出了它们核心18的露出部分，而精细地阴影线区域示出了它们的绝缘材料19的切割边缘。按面朝下键合方式在横越相邻的两个接头57a和58a处安装每个LED芯片51，使得正极51a接触正线路部件57的接头57a，而负极51b接触负线路部件58的接头58a。这种面朝下键合方式构造具有不需要任何接合线的优势，并且提高了热辐射特性。
尽管在上述实施例中LED芯片51安装在螺旋缠绕成对电缆型布线图案上，但如果仅仅按一对一关系形成正接头和负接头，那么能够使LED芯片51按面朝下键合方式像图1所示的那样安装在十字格栅型布线图案上。除蓝色LED芯片以外，像LED芯片51那样，许多种类的绿色LED具有在一侧上的相反电极。因此，使上述布线图案结合红色、绿色和蓝色LED芯片能够以非常低的成本制造彩色显示器件。
尽管上述实施例使用LED芯片作为发光元件，但发光元件不局限于LED，还可以是其它电发光元件，如具有平整的发光表面的激光二极管等等。

Claims (14)

1、一种发光器件，包括：复数数目个发光元件、用于驱动所述发光元件的驱动电路、以及用于使所述驱动电路电连接到所述发光元件上的布线图案，其特征在于：所述发光器件还包括：
构成所述布线图案的复数数目个线路部件，每个所述线路部件通过用绝缘材料涂敷导电核心来形成；以及
通过从每个所述线路部件上局部剪除所述绝缘材料以便局部露出所述核心来形成的接头，所述接头连接到所述发光元件的各自电极上。
2、如权利要求1所述的发光器件，其特征在于：通过把所述线路部件编结成十字格栅来形成所述布线图案，并且在纵向和横向线路部件之间的交叉点处设置所述接头。
3、如权利要求2所述的发光器件，其特征在于：所述纵向线路部件连接到所述驱动电路的一个电极上，所述横向线路部件连接到所述驱动电路的相反电极上，以及
所述每个发光元件的一个电极连接到形成在所述纵向线路部件上的所述接头之一上，并且其相反的电极连接到形成在所述横向线路部件上的所述接头之一上。
4、如权利要求1所述的发光器件，其特征在于：所述布线图案包括至少一螺旋缠绕成对的电缆，螺旋缠绕成对的电缆通过使一对线路部件彼此交织来形成，其每对线路部件分别连接到所述驱动电路的正电极和负电极上。
5、如权利要求3或4所述的发光器件，其特征在于：每个发光元件在其顶部和底侧分别具有相反的电极，所述底侧的电极直接连接到具有一种极性的所述接头之一上，所述顶部的电极通过接合线连接到具有相反极性的所述接头之一上。
6、如权利要求5所述的发光器件，其特征在于：使直接连接到所述发光元件底侧的所述接头成型为凹陷表面，用作反射从所述发光元件边侧发射的光束的反射表面。
7、如权利要求1所述的发光器件，其特征在于：每个所述发光元件在其顶侧具有其相反的电极，并且所述相反的电极按面朝下键合方式直接连接到相邻的两个所述接头上，所述相邻的两个接头具有相反的极性。
8、如权利要求1所述的发光器件，其特征在于：所述接头形成在所述布线图案的一侧上，并且散热片固定到所述布线图案的相反侧上。
9、一种制造发光器件的方法，发光器件具有通过布线图案连接到驱动电路上的复数数目个发光元件，所述方法包括如下步骤：
构造复数数目个线路部件的所述布线图案，每个所述线路部件通过用绝缘材料涂敷导电核心来形成；
通过从每个所述线路部件上局部剪除所述绝缘材料以便局部露出所述核心来形成接头；以及
把每个所述发光元件的相反电极连接到所述接头上。
10、如权利要求9所述的制造发光器件的方法，其特征在于：通过把所述线路部件编结成十字格栅来形成所述布线图案。
11、如权利要求10所述的制造发光器件的方法，其特征在于：通过同时平面化所述布线图案的一侧表面在所述线路部件之间的交叉点处形成所述接头。
12、如权利要求9所述的制造发光器件的方法，其特征在于：所述布线图案由至少一螺旋缠绕成对的电缆构成，通过把一对线路部件彼此交织来形成螺旋缠绕成对的电缆，其成对的线路部件分别连接到所述驱动电路的正电极和负电极上。
13、如权利要求12所述的制造发光器件的方法，其特征在于：所述接头通过平面化所述螺旋缠绕成对的电缆的一侧形成在彼此相邻位置处的所述线路部件上。
14、如权利要求11或13所述的制造发光器件的方法，其特征在于：本方法还包括如下步骤：使散热片固定到与所述接头相反的所述布线图案一侧上。
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