專利名稱:發(fā)光組件的制作方法
發(fā)光組件
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)廣泛用于各種指示牌、留言板和光源應(yīng)用。LED相對高的功效(以流明/瓦為單位)通常是其被使用的主要原因。當使用LED信號取代類似光輸出的傳統(tǒng)白熾光信號時，可能節(jié)省大量的功率。尚未得到滿意解決的LED技術(shù)的一個方面是余熱的有效管理和排除，尤其對于高光學功率LED，其需要增加的電功率。余熱通常導致過高的結(jié)點溫度，從而使性能劣化并且降低了器件壽命。LED燈通常對于溫度表現(xiàn)出非常高的光輸出敏感性，并且可能由于過高溫度而永久性劣化。例如，在組分中摻入銦的LED的最大推薦工作溫度的范圍通常為85°C至約100°C。在約25°C下，這些器件可以表現(xiàn)出大約50，000小時至100，000小時的常規(guī)(半亮度)壽命。然而，由于LED隨著溫度增加以指數(shù)方式劣化，因此在約90°C以上，劣化是快速的。
當將LED焊接到支撐和/或互連電路板時，如果不注意的話，在陣列制造期間LED也可能出現(xiàn)永久性的熱劣化。例如，常規(guī)焊接溫度可以超過250°C，如果LED在一段延長的時間段內(nèi)保持這種高溫或接近這種高溫，則會嚴重影響LED的性能，即使是在LED投入使用 之前。因此，快速排除LED附近的熱量是非常有好處的，無論這種熱量是LED在正常使用期間產(chǎn)生的還是在組裝或制造工藝期間施加的。
用于消散絕緣印刷電路板(PCB)如通用的FR-4纖維復合電路板上的LED產(chǎn)生的熱量的一種通用方法是，在每個LED下方形成貫穿PCB厚度的多個通孔。這些通孔被熱導率高的金屬或合金填充并且連接到散熱器，該散熱器附著于PCB，與LED相對。然而，形成這種通孔增加了 PCB的制造成本。另外，由于其通常的小通孔截面，散熱率受通過通孔的熱導率限制。
另一種方法是提供上面安裝有電子組件的導熱基板。這些基板一般執(zhí)行機械支撐的功能，還提供與組件的電互連以及組件間的電互連，并且有助于提取和消散電子組件產(chǎn)生的熱。這些基板常常是高成本的或者需要復雜的多步驟制造工藝。例如，這些基板由被介電材料涂布或?qū)雍系膶崽沾苫蚪饘僦瞥伞崽沾苫迮c金屬相比是高成本的，因此更適宜保留用于高溫應(yīng)用或其價格是次要因素的器件。這些基板通常是厚重的并且大大降低了光組件的柔韌性。當使用被涂布或?qū)雍系慕饘倩鍟r，涂層的電絕緣特性是重要的。絕緣涂層的擊穿電壓和介電損耗與膜厚度正相關(guān)，但是散熱率與膜厚度負相關(guān)。由此，必須采納通常會導致整體器件效率較低的折衷方案。
因此，存在一種持續(xù)需要，即提供簡單的高性價比的方式來快速消散來自LED的熱。另外，還期望提供一種柔性LED光組件。

實用新型內(nèi)容

在一個方面，本實用新型描述了一種柔性發(fā)光組件，其包括
柔性線纜，其具有一定寬度和厚度并且包括用于提供電路通路的電導體；
發(fā)光二極管，其電連接到所述柔性線纜的電導體，其中所述發(fā)光二極管(一個或多個)包括靠著所述柔性線纜的第一外側(cè)放置的引線；和[0009]柔性散熱器片材，其具有至少25W/m-K (在一些實施例中，至少50、100、150、200、250、300、350、400、450或甚至至少500W/m_K ;例如，其范圍為25至500、200至500或甚至200至450/m-K)的熱導率，熱附著于所述柔性線纜總體上與連接到所述柔性線纜的所述發(fā)光二極管相對的第二側(cè)，沒有與連接到所述柔性線纜的任何發(fā)光二極管直接物理接觸(其中，直接物理接觸包括將散熱器直接焊接或粘附到發(fā)光二極管)。
在另一個方面，本實用新型描述了一種柔性發(fā)光組件，其包括
柔性線纜，其具有一定寬度和厚度并且包括用于提供電路通路的電導體；
發(fā)光二極管(一個或多個)，其電連接到所述柔性線纜的電導體，其中所述發(fā)光二極管(一個或多個)包括靠著所述柔性線纜的第一外側(cè)放置的引線；和
第一分立散熱器，其具有至少25W/m-K (在一些實施例中，至少50、100、150、200、250、300、350、400、450或甚至至少500ff/m-K ;其范圍例如為25至500,200至500或甚至200至450/m-K)的熱導率，熱附著于所述柔性線纜總體上與連接到所述柔性線纜的所述發(fā)光二極管相對的第二側(cè)，沒有與連接到所述柔性線纜的任何發(fā)光二極管直接物理接觸，其中所述第一分立散熱器的厚度不大于O. 5cm并且其寬度不大于所述柔性線纜的寬度?？蛇x地，所述光組件還包括附加的一個或多個分立散熱器(包括多個分立散熱器)，其具有至少25W/m-K(在一些實施例中，至少 50、100、150、200、250、300、350、400、450 或甚至至少 500W/m-K ;例如，其范圍為25至500、200至500或甚至200至450/m-K)的熱導率，均熱附著于所述柔性線纜總體上與連接到所述柔性線纜的所述發(fā)光二極管相對的第二側(cè)，沒有與連接到所述柔性線纜的任何發(fā)光二極管直接物理接觸。例如，所述光組件還可以包括第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九和/或第十等分立散熱器(一個或多)。通常，每個附加的分立散熱器的厚度不大于0. 5cm并且其寬度不大于所述柔性線纜的直徑。
在本申請中
“柔性”是指可應(yīng)用的發(fā)光組件、線纜或連續(xù)散熱器片材(除了 LED或分立散熱器所處的位置之外)可以卷繞直徑為5_的桿，而在應(yīng)用時不會造成發(fā)光組件的發(fā)光功能、散熱器或線纜破壞或損壞。
在一些實施例中，通過添加散熱器材料，允許輸入功率水平保持恒定同時實現(xiàn)較低的發(fā)光二極管引腳溫度進而實現(xiàn)較長的流明維持壽命并因為較低的溫度劣化而使光輸出出現(xiàn)一些相應(yīng)增加。在一些實施例中，通過添加散熱器材料，允許輸入功率水平增加同時實現(xiàn)較低的發(fā)光二極管引腳溫度進而使光輸出增加并且保持流明維持壽命。
在一些實施例中，通常期望，發(fā)光二極管在被供給能量時候具有一致的流明輸出。在一些實施例中，本文描述的發(fā)光組件的總使用功率高達I瓦、O. 75瓦或甚至O. 5瓦，其中通常更期望的是低瓦數(shù)。
本文描述的光組件可用于(例如)車輛(如，汽車、卡車等)以及工作照明、重點照明、商品陳列照明和背光照明應(yīng)用。用于車輛的本文描述的光組件的可用實施例包括作為中央剎車燈。


圖1A是在此描述的示例性柔性發(fā)光組件的剖面?zhèn)纫晥D。
圖1B是圖1所示柔性線纜的剖面端視圖。[0021]圖2是在此描述的另一個示例性柔性發(fā)光組件的剖面?zhèn)纫晥D。
具體實施方式
參照圖1A和圖1B，示例性柔性發(fā)光組件99包括具有電導體102、104、106的柔性線纜100和用于提供電路通路的沖孔111、112、113、114、211、212、213。柔性發(fā)光組件99分別包括第一電器組件109和第二電器組件209。發(fā)光二極管151、152、153、251、252、253借助與柔性線纜100的第一外側(cè)191連接的引線電連接到柔性線纜100的電導體102。柔性散熱器片材 141、142、143、241、242、243 借助導熱粘合劑 181、182、182、281、282、283 熱附著到柔性線纜100的第二側(cè)192。
參照圖2，示例性柔性發(fā)光組件199具有包括電導體1102(示出為102和106的其它兩個電導體未示出)的柔性線纜1100和用于提供電路通路的沖孔1111、1112、1113、1114、1211、1212、1213。柔性發(fā)光組件199分別包括第一電器組件1109和第二電器組件1209。發(fā)光二極管1151、1152、1153、1251、1252、1253借助與柔性線纜1100的第一外側(cè)1191連接的引線電連接到柔性線纜1100的電導體1102。柔性散熱器片材1141借助導熱粘合劑1181熱附著到柔性線纜1100的第二側(cè)1192。
柔性線纜的示例性寬度的范圍為IOmm至30mm。柔性線纜的示例性厚度的范圍為
O.4mm 至 O. 7mm。
合適的柔性線纜在本領(lǐng)域是已知的，并且包括Parlex USA (Methuen)、LeoniAG(Nuremburg, Germany)、和 Axon，Cable S. A. S. (Montmirail, France)市售的線纜。
柔性散熱器片材和分立散熱器片材可以由金屬(例如，銀、銅、鋁、鉛或其合金中的至少一種)制成。
在一些實施例中，柔性散熱器片材和/或分立散熱器片材的厚度不大于O. 45mm、
O.4mm、0. 35mm、0. 3mm、0. 25mm、0. 2mm、0. 15mm或甚至不大于0. 1mm。將柔性散熱器片材和分立散熱器特征結(jié)構(gòu)并入一個光組件在本實用新型的范圍內(nèi)。在一些實施例中，柔性散熱器片材中被暴露的表面積的范圍為350_2至1600mm2。在一些實施例中，柔性散熱器片材中被暴露的表面積的范圍為柔性線纜的外部表面積的45%至100%。在一些實施例中，分立散熱器特征結(jié)構(gòu)中被暴露的表面積的范圍為IOOmm2至450mm2。在一些實施例中，分立散熱器特征結(jié)構(gòu)的所述表面積的范圍為柔性線纜的所述面積的5%至45%。
`[0028]可以使用(例如)本領(lǐng)域已知的導熱粘合劑將散熱器材料附著于線纜。
合適的發(fā)光二極管在本領(lǐng)域是已知的，并且可以商購獲得。LED可用于各種額定使用功率，包括范圍為每LED小于O.1瓦至5瓦的功率(例如，額定使用功率高達O. 1,0. 25、
O.5、0· 75、1、1· 25、1· 5、1· 75、2、2· 5、3、4或甚至高達5瓦)。LED可用于范圍從紫外(約41Onm)至深紅(約700nm)的顏色。各種LED顏色是可用的,包括白色、藍色、綠色、紅色、琥拍色等。
在本文描述的光組件的一些實施例中，LED間的距離可以為至少50mm、100mm、150mm>200mm或甚至至少250mm或更大。
在本文描述的光組件的一些實施例中，例如，每300mm的長度具有至少2個、3個、4個或甚至至少5個發(fā)光二極管。
在閱讀了此刻的公開內(nèi)容之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以使用已知技術(shù)設(shè)計并組裝合適的光組件構(gòu)造。
·本文描述的光組件可用于(例如)車輛(例如，汽車、卡車等)以及工作照明、重點照明、商品陳列照明和背光照明應(yīng)用。用于車輛的本文描述的光組件的可用實施例包括作為中央剎車燈。
以下實例進一步說明了本實用新型的優(yōu)點和實施例，但這些實例中所提到的具體材料及其量以及其它條件和細節(jié)均不應(yīng)被解釋為對本實用新型的不當限制。除非另外指明，否則所有的份數(shù)和百分數(shù)均以重量計。
實例I
構(gòu)造在圖2中一體示出的示例性發(fā)光組件，不同之處在于，在每個電器組件中有四個LED而不是只有三個。用傳統(tǒng)技術(shù)制成平坦柔性線纜，具體是通過拉引三個矩形銅導體使之并排通過穿通模具(pull-through die)并且用肖氏D型硬度為72的TPE-E型絕緣體包封這三個導體。所得的平坦柔性線纜的寬度為13. 5mm并且導體如圖2所示地布置。這兩個外側(cè)導體(O.1mm厚X1. 5mm寬)的位置均距離線纜的各邊緣O. 9mm。中心導體(O.1mm厚X 6. 6_寬)設(shè)置在兩個外側(cè)導體之間，使距離兩個外側(cè)導體的間隔為1_。線纜的總厚度為 O. 55mm。
使用IV類CO2激光來形成切口并且從平坦柔性線纜去除絕緣體，由此有助于電阻器和LED的正確電接觸。將電阻器和LED的三個電學并聯(lián)組的這一系列表面安裝到線纜上并且電連接到借助傳統(tǒng)焊接被去除絕緣體的導體。每組包括2歐姆的電阻器(以商品名“CRCW2512”e得自Vishay (Malvern，PA))、四個LED (最大額定功率為7瓦；標稱在I瓦下工作；以商品名“LCW W5AP”得自O(shè)sram-Sylvania(Danvers, MA))之后是另一個電阻器(“CRCW2512”)。使用傳統(tǒng)的錫-鉛焊料膏將電阻器和LED手動焊接到線纜。每個組中的第一電阻器被設(shè)置成橋接線纜的外側(cè)導體(電源)和中心導體。組內(nèi)的第一 LED被設(shè)置成其陽極電連接到第一電阻器。第二、第三和第四LED被設(shè)置成其陽極偏置于較高電勢。組中的第二電阻器被設(shè)置成橋接中心導體和外側(cè)導體(地電勢)，并且電連接到第四LED的陰極。
每個組中，第一電阻器和第一 LED之間的間隔為約61mm。組內(nèi)的各LED間的間隔為約65_。組中的最后一個LED和第二電阻器之間的間隔為約34_。使用用手施壓操作的傳統(tǒng)沖孔工具，在每個組的第二電阻器之后設(shè)置穿過中心導體的附加沖孔，以中斷電流流動并且在平坦柔性線纜中提供并-串聯(lián)電路。為了向發(fā)光組件提供功率，一個外側(cè)導體連接到正電源電勢并且另一個外側(cè)導體連接到地電勢。
為了消散平坦柔性線纜上安裝的LED產(chǎn)生的熱，添加了柔性散熱器材料。連續(xù)的散熱器材料是O. 13mmX 16mm寬的鋁箔，并且使用導熱轉(zhuǎn)移膠帶(以商品名“3M 8810”可得自3M公司(St.Paul，MN))附著于線纜的底面。用手使用手術(shù)刀修剪掉箔的多余寬度(即，延伸超出線纜寬度的箔)。附著區(qū)域中的絕緣體未被去除。
如果所得的發(fā)光組件(除了 LED所處的位置之外，包括線纜和連續(xù)的散熱器材料)卷繞直徑為5mm的桿，則將不會使發(fā)光組件的發(fā)光功能、散熱器或線纜遭到破壞或損壞。
實例2
構(gòu)造圖1A和圖1B中一體示出的示例性發(fā)光組件，不同之處在于，只使用了兩個發(fā)光二極管并且只使用了一個電器組件。制成平坦柔性線纜，去除絕緣體，如實例I中所述。[0043]兩個電阻器和兩個發(fā)光二極管被表面安裝到線纜上，串聯(lián)形成一個電器組件。該組包括6. 19歐姆的電阻器(“CRCW2512”)、兩個發(fā)光二極管(最大額定功率為4瓦；標稱在I瓦下工作；以商品名“LW W5AM”得自O(shè)sram-Sylvania)之后是另一個6. 19歐姆的電阻器(“CRCW2512”)。使用傳統(tǒng)的錫-鉛焊料將電阻器和發(fā)光二極管手動焊接到線纜。發(fā)光二極管如之前實例中所給出地設(shè)置偏壓。
第一電阻器和第一發(fā)光二極管之間的間隔為約50_。兩個發(fā)光二極管之間的間隔為約350mm。第二發(fā)光二極管和第二電阻器之間的間隔為約50mm。每個外側(cè)導體附有一個分立引線，以有助于給發(fā)光組件供應(yīng)能量。
用熱轉(zhuǎn)移膠帶(“8810”)將20mm長、13. 5mm寬、1. 6mm厚的招質(zhì)散熱器附著于線纜，如圖1A中所示。
如果所得的發(fā)光組件(除了 LED和分立散熱器所處的位置之外)卷繞直徑為5mm的桿，則將不會使發(fā)光組件的發(fā)光功能或線纜遭到破壞或損壞。
說明例
如針對實例I所描述的那樣構(gòu)造光組件，不同之處在于沒有附著或使用散熱器。
測試方法
使用以下技術(shù)測定發(fā)光組件的熱管理。構(gòu)造常規(guī)的水平和垂直柵格，其中，水平柵格為1219mmX 764. 5mm,其中測量區(qū)為152. 4mmX 152. 4mm，并且垂直柵格為1219mmX457. 2mm，其中測量區(qū)為152. 4mmX 76. 2mm。這樣允許在水平柵格中存在40個測量區(qū)而在垂直柵格中存在40個測量區(qū)。將水平柵格放置在水平測量表面上并且將垂直柵格放置在垂直表面上，垂直表面與水平表面大致成直角。
使用膠帶(以商品名“3M VHB”得自3M公司(St. Paul，MN))將待測試的光組件安裝在由木頭(具有相對非常低的熱導率)制成的上水平表面上。上水平表面與水平測量表面相對，并且總體上平行于水平測量表面。將K型熱電偶焊接到每個LED的陽極引腳。水平測量表面和水平光組件安裝表面之間的距離為46cm。從所安裝的光組件至所述垂直表面的距離為30cm。
用常規(guī)的電壓源型實驗室電源給正測試的所安裝的光組件供電。測量每個LED的陽極引腳的溫度，并且用溫度電子圖表記錄系統(tǒng)對其進行監(jiān)控。將電壓電平增加到使最高陽極引腳溫度穩(wěn)定于81°c的電平，然后在進行光讀數(shù)之前允許進行熱穩(wěn)定30分鐘。使用81°C是因為這是對應(yīng)于所使用LED的35000小時L70流明維持率的溫度。利用色度儀(以商品名“KONICA-MINOLTA CL-200 CHROMA METER”得自 Konica-Minolta(Tokyo，Japan))使用暗室對每個柵格測量區(qū)進行亮度測量。
垂直表面和水平表面的平均(基于40次測量)亮度、達到組合測量表面的總光通量和所測得的電測試參數(shù)列于下表中。
權(quán)利要求
1.一種柔性發(fā)光組件，包括柔性線纜，其具有一定寬度和厚度并且包括用于提供電路通路的電導體；發(fā)光二極管，其電連接到所述柔性線纜的電導體，其中所述發(fā)光二極管包括靠著所述柔性線纜的第一外側(cè)放置的引線；和柔性散熱器片材，其具有至少25W/H1-K的熱導率，熱附著于所述柔性線纜的總體上與連接到所述柔性線纜的所述發(fā)光二極管相對的第二側(cè)，沒有與連接到所述柔性線纜的任何發(fā)光二極管直接物理接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的柔性發(fā)光組件，其中所述柔性散熱器片材的厚度不大于O. 5mmο
3.一種柔性發(fā)光組件，包括柔性線纜，其具有一定寬度和厚度并且包括用于控制電路通路的電導體；發(fā)光二極管，其電連接到所述柔性線纜的電導體，其中所述發(fā)光二極管包括靠著所述柔性線纜的第一外側(cè)放置的引線；和第一分立散熱器片材，其具有至少25W/m-K的熱導率，熱附著于所述柔性線纜的總體上與連接到所述柔性線纜的所述發(fā)光二極管相對的第二側(cè)，沒有與連接到所述柔性線纜的任何發(fā)光二極管直接物理接觸，其中所述第一分立散熱器的厚度不大于O. 5cm并且其寬度不大于所述柔性線纜的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1至3中任一項所述的柔性發(fā)光組件，具有與所述柔性線纜的電導體電連接的多個發(fā)光二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1至3中任一項所述的柔性發(fā)光組件，其中所述柔性線纜的寬度范圍為 IOmm 至 30mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的柔性發(fā)光組件，其中所述柔性線纜的厚度范圍為O.4mm至O.7mm η
7.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的柔性發(fā)光組件，其中所述第一分立散熱器的厚度不大于O.45cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的柔性發(fā)光組件，還包括第二分立散熱器，其具有至少25W/m-K的熱導率，熱附著于所述柔性線纜的總體上與連接到所述柔性線纜的所述發(fā)光二極管中的第二個相對的第二側(cè)，沒有與連接到所述柔性線纜的任何發(fā)光二極管直接物理接觸，其中所述第二分立散熱器的厚度不大于O. 5cm并且其寬度不大于所述柔性線纜的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的柔性發(fā)光組件，其中所述第二分立散熱器的厚度不大于O.45cm。
10.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的柔性發(fā)光組件，還包括多個分立散熱器，其具有至少25W/m-K的熱導率，其中所述分立散熱器中的至少一個熱附著于所述柔性線材的總體上與相應(yīng)的各發(fā)光二極管相對的第二側(cè)，并且沒有與連接到所述柔性線纜的任何發(fā)光二極管直接物理接觸，其中所述分立散熱器的厚度均不大于O. 5cm并且其寬度均不大于所述柔性線纜的直徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1至3中任一項所述的柔性發(fā)光組件，其中所述發(fā)光二極管的額定使用功率高達2瓦。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的柔性發(fā)光組件，每至少300cm的長度具有至少3個發(fā)光二極管。
13.—種包括根據(jù)權(quán)利要求
1至3中任一項所述的柔性發(fā)光組件的車輛。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的車輛，其中所述柔性發(fā)光組件是中央剎車燈。
15.根據(jù)權(quán)利要求
1至3中任一項所述的柔性發(fā)光組件，所述柔性發(fā)光組件是工作照明。
專利摘要
本實用新型提供了一種柔性發(fā)光組件，其具有柔性線纜、一個或多個發(fā)光二極管和散熱器。該發(fā)光組件可用于例如車輛如汽車、卡車等以及工作照明、重點照明、商品陳列照明和背光照明應(yīng)用。
文檔編號H01L33/62GKCN202905786 U發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200990100686
公開日2013年4月24日 申請日期2009年12月18日
發(fā)明者邁克爾·J·阿盧魏, 羅伯特·H·米勒 申請人:3M創(chuàng)新有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan