在許多應(yīng)用中,發(fā)光
二極管(LED)正替代諸如
熒光燈和
白熾燈泡的 傳統(tǒng)光源。LED具有類似的電效率和比熒光光源更長(zhǎng)的工作壽命。此外, 所需的驅(qū)動(dòng)
電壓與在許多便攜式裝置上可獲得的
電池電源相兼容。
然而,為了提供替代光源,通常需要利用多個(gè)LED的光源。LED發(fā) 出較窄波段的光。因而,為了提供任意
顏色的光,經(jīng)常利用具有不同顏色 的LED陣列。
此外,為了提供具有可從傳統(tǒng)光源獲得的強(qiáng)度的LED光源,必須包括 具有每一個(gè)顏色的多個(gè)LED。LED的最大光強(qiáng)度通常小于幾瓦特的白熾燈 的最大光強(qiáng)度。因而,為了提供相當(dāng)于100瓦燈的LED光源,在替代光源 中,必須組合大量低功率的LED。
在LED陣列
基礎(chǔ)上的光源通常通過將許多封裝的LED通過將單個(gè) LED焊至PCB而附于脊?fàn)?ridged)印刷
電路板(PCB)(有時(shí)在柔性 PCB)上而構(gòu)建。這種光源構(gòu)建起來會(huì)很昂貴,并且具有可靠性的問題。 PCB不僅提供到LED的電連接,而且用作
散熱元件。焊點(diǎn)增加制造的成 本,并且是部件故障的根源。
進(jìn)一步地,對(duì)PCB的核心中能夠耗散的熱量有限制。核心具有設(shè)定能 夠沿PCB長(zhǎng)度流動(dòng)的最大熱量的有限厚度。如果熱負(fù)載變得太大,則 PCB會(huì)卷曲或彎曲。這種形狀改變會(huì)改變LED相對(duì)于光源其它部件的位 置,光源其它部件可以是諸如對(duì)光進(jìn)行
準(zhǔn)直的透鏡或?qū)⒐夥植荚诖徽彰?表面的光管。
此外,許多應(yīng)用要求LED陣列,其中,大量LED安裝在小空間中。 例如,模擬用于照明用在LCD顯示器的
背光照明中的光管邊緣的線性白 熾燈或
熒光燈管的光源會(huì)需要LED陣列,其中,單個(gè)LED以小于1mm的 間距隔開。LED封裝的尺寸設(shè)定了PCB板上每單位面積的LED
密度的上 限,因而,這種緊密的間隔不總是可行的。
應(yīng)當(dāng)注意,這種類型的脊?fàn)頟CB光源難于適用于需要LED
定位在非 平面表面上的應(yīng)用。便宜的PCB通過利用
光刻技術(shù)而構(gòu)建,在光刻技術(shù) 中,將所需
導(dǎo)線分布圖的圖像投影到被
光刻膠覆蓋的金屬
覆蓋層表面上。 接著從不需要的金屬區(qū)去除光刻膠的部分,接著通過蝕刻去除不需要的金 屬區(qū)。去除的光刻膠的面積由圖像的照明模式?jīng)Q定。如果金屬覆蓋層表面 不是平面,用于將圖像投影在表面上所需的光學(xué)系統(tǒng)通常過于昂貴以致于 不能允許利用這種便宜的制造方式。實(shí)際上,如果采用了復(fù)曲面,傳統(tǒng)光 刻技術(shù)根本不起作用。
本發(fā)明包括具有柔性光產(chǎn)生模
塊的光源,該光源包括柔性電路載 體、安裝在柔性電路載體上的多個(gè)發(fā)光管芯和覆蓋層。柔性電路載體包括 具有導(dǎo)電跡線的柔性板材。發(fā)光管芯電連接到導(dǎo)電跡線。覆蓋層(封裝材 料層)由透明柔性材料構(gòu)成,并且覆蓋發(fā)光管芯。在一個(gè)
實(shí)施例中,柔性 板材包括導(dǎo)
熱層,發(fā)光管芯安裝在導(dǎo)熱層上。在一個(gè)實(shí)施例中,導(dǎo)熱層包 括在柔性板材的一個(gè)表面上的金屬層。在一個(gè)實(shí)施例中,光源還包括具有 透明材料組成的平
面層的光管,該平面層具有頂面和底面以及一個(gè)或多個(gè) 邊緣表面的特征。光產(chǎn)生模塊靠近該平面層的第一邊緣定位,使得來自發(fā) 光管芯的光進(jìn)入第一邊緣,并且在頂面和底面之間反射。光管包括用于將 平面層中的光以允許光離開通過頂面的
角度散射的光散射中心。在一個(gè)實(shí) 施例中,光管進(jìn)一步包括第二邊緣,光產(chǎn)生模塊還靠近第二邊緣定位,使 得來自發(fā)光管芯的光進(jìn)入第二邊緣,并且在頂面和底面之間反射。在一個(gè) 實(shí)施例中,光產(chǎn)生模塊還包括用于測(cè)量離開光管的光強(qiáng)度的
傳感器。在一 個(gè)實(shí)施例中,覆蓋層包括用于使來自發(fā)光管芯的至少一個(gè)的光成像的光學(xué) 元件。在一個(gè)實(shí)施例中,光學(xué)元件包括由透明柔性材料構(gòu)成的透鏡。在一 個(gè)實(shí)施例中,光源還包括確定形狀的載體,該載體具有接合到柔性電路載 體的非平面表面。在一個(gè)實(shí)施例中,柔性板材包括發(fā)光管芯安裝在其上的 導(dǎo)熱層,并且非平面表面接合到導(dǎo)熱層。在一個(gè)實(shí)施例中,光源包括服 裝,當(dāng)穿戴該服裝時(shí),該服裝的外表面是可見的。柔性光產(chǎn)生AC模塊附 于外部空間,使得來自發(fā)光管芯的光對(duì)于除了穿戴服裝的人以外的人是可 見的。
附圖說明
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的二維LED陣列的簡(jiǎn)化俯視圖;
圖2是圖1中所示的陣列通過線2-2的剖視圖;
圖3是通過根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的LED陣列一部分的剖視圖;
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光源的俯視圖;
圖5是在圖4中所示的光源通過線5-5的剖視圖;
圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的光源的俯視圖;
圖7是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的光源的俯視圖;
圖8是利用環(huán)形塑料層的光管的示例;
圖9是根據(jù)包括凹面發(fā)光表面的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光源的剖視圖;
圖10示出附于背心前部的一對(duì)
顯示面板;
圖11示出附于帽子的帽圈形式的顯示面板;
圖12是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的光源的剖視圖。
參照?qǐng)D1和圖2將更容易了解本發(fā)明提供其優(yōu)點(diǎn)的方式,其中圖1和 圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的二維LED陣列的一部分。圖1是陣列 10的簡(jiǎn)化俯視圖,圖2是陣列10通過線2-2的剖視圖。陣列10使用柔性 電路載體構(gòu)建。柔性印刷電路板或電路載體是公知的
現(xiàn)有技術(shù),因而,在 這里不做詳細(xì)的論述。出于本論述的目的,注意到能夠通過在柔性
樹脂襯 底19上沉積薄金屬層或附著金屬層,然后將該層通過傳統(tǒng)的光刻技術(shù)轉(zhuǎn) 換成多個(gè)單獨(dú)的導(dǎo)體而制造柔性電路載體就足夠了。陣列10包括兩個(gè)這 種金屬層。底部金屬層19除了為L(zhǎng)ED陣列10提供共同電連接外還起散熱 的作用。示例性LED管芯以12和13示出。對(duì)頂層進(jìn)行
圖案化以提供諸如 用來將LED連接到其它電路的跡線18的跡線,其中,該其它電路能夠位 于柔性電路載體上或單獨(dú)的襯底上。LED使用諸如接合線17的導(dǎo)線接合 連接到跡線。在圖1和圖2所示的實(shí)施例中,借助于LED管芯的底部提供 到每一個(gè)LED的第二連接。為了簡(jiǎn)化附圖,柔性電路載體的頂面上的電路 跡線已經(jīng)從圖1中省略。
LED能夠使用導(dǎo)熱粘接劑接合到底部傳導(dǎo)層14。由于管芯直接安裝在 導(dǎo)熱層上,所以本發(fā)明提供相對(duì)于預(yù)封裝的LED改進(jìn)的
傳熱。如在下面詳 細(xì)說明的,柔性電路載體的底面能夠布置與一表面熱
接觸,該表面可使熱 傳到能夠更有效地將熱傳到周圍環(huán)境的
位置。
在管芯已經(jīng)附于柔性電路載體之后,透明柔性封裝材料體層15在柔 性電路上成型。封裝材料體保護(hù)著管芯免受環(huán)境的影響。此外,封裝材料 體層15能夠包括諸如圖2中所示的透鏡16的光學(xué)部件。封裝材料體的示 例是
硅樹脂和低模量環(huán)
氧,該硅樹脂通常是柔性的。在環(huán)氧的情況下,封 裝材料體可以具有覆蓋每一個(gè)LED芯片的單個(gè)穹頂,其中該單個(gè)穹頂在每 個(gè)芯片上是非連續(xù)的。
在一些LED基光源中,通過在LED上的層中包括適合的熒光體將來 自LED的光的一部分轉(zhuǎn)換成不同的
波長(zhǎng)。例如,被人類觀察者
感知為白色 的光源能夠通過使用熒光層將部分藍(lán)光轉(zhuǎn)換成黃光而由藍(lán)色LED構(gòu)建。所 述的熒光體還能夠包含在封裝層15中。
上述實(shí)施例利用如下的連接布置,其中柔性電路載體的底部金屬層用 作LED共同的導(dǎo)線,但是,也可以構(gòu)建其中管芯單獨(dú)連接到柔性電路載體 頂面上的跡線的實(shí)施例?,F(xiàn)在參考圖3,圖3是通過根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè) 實(shí)施例LED陣列20的一部分的剖視圖。陣列20還包括具有用于將電
力供 應(yīng)到管芯的兩個(gè)觸點(diǎn)的多個(gè)LED管芯22。在這個(gè)實(shí)施例中,觸點(diǎn)位于管 芯的頂面上,并且通過諸如接合線27的導(dǎo)線接合連接到柔性電路載體頂 面上的跡線28。金屬層24以類似于上述的方式傳導(dǎo)來自管芯的熱。
本發(fā)明適用于形成許多不同類型的光源。例如,LCD顯示器已經(jīng)普遍 應(yīng)用于電視機(jī)和計(jì)算機(jī)監(jiān)視器。背光照明的LCD顯示器利用由LED陣列 從一個(gè)和多個(gè)邊緣照明的光管?,F(xiàn)在參照?qǐng)D4和圖5,圖4和圖5示出用 于照明LCD顯示器36的該類型光源的現(xiàn)有技術(shù)。圖4是光源30的俯視 圖,圖5是光源30通過圖4中的線5-5的剖視圖。光源30利用LED陣列 31照明光管32。LED安裝在電路板33上,該電路板33安裝在將電力提 供給LED的第二板45上。LED定位成使得離開每一個(gè)LED頂部的光照明 光管32的端部。進(jìn)入光管32的光以相對(duì)于表面41的小于臨界角的角度在 光管32內(nèi)來回反射,直到該光被吸收或被表面37上的顆粒42散射。以大 于臨界角的角度射到表面41的散射光從光管離開,照明LCD顯示器36的 背面。光管的底面覆蓋有反射性材料;因而,任何射到底面的光向上反 射。
在光管靠近LED的區(qū)域,一些光線以大于臨界角的角度進(jìn)入光管,并 且立即通過由44所示的光管頂面而離開。應(yīng)當(dāng)注意的是,以大于臨界角 的角度照射底面的光線將以大于相對(duì)于表面41的臨界角的角度向上反 射,由此也被損失。結(jié)果,光管的區(qū)域45沒有用來照明LCD顯示器。該 區(qū)域用作用于混合來自各種LED的光的混合區(qū)。
應(yīng)該注意,通過區(qū)域45損失的光量一般而言取決于LED的垂直定 位。如果LED太低,則更多的光將離開區(qū)域45,這是因?yàn)殡x開LED的光 的更大一部分將以大于臨界角的角度照射表面41。此外,區(qū)域45的尺寸 在某種程度上還取決于LED的垂直定位。盡管通過增加區(qū)域45的尺寸能 夠調(diào)節(jié)垂直定位的誤差,但該技術(shù)解決方案增加了顯示器的尺寸和向LCD 顯示器提供給定照明級(jí)所需的
電能。
混合區(qū)45的尺寸還取決于單個(gè)LED之間的間隔。LED通常包括發(fā)出 三種波段光(即,紅色、藍(lán)色和綠色)的LED。在該波段發(fā)出的光的相對(duì) 強(qiáng)度決定由人類觀察者感知的光源顏色。由于每一個(gè)LED通常限于發(fā)出僅 僅一種波段的光,所以LED通常以每一個(gè)LED發(fā)出光的波段與其相鄰的 LED發(fā)出光的波段不同的順序布置?;旌蠀^(qū)45必須足夠長(zhǎng),以保證當(dāng)光 離開混合區(qū)45時(shí),來自許多相鄰LED的光被混合,以確保在混合區(qū)以外 的區(qū)域中沒有顏色變化。因而,發(fā)出三個(gè)不同波段光的LED的設(shè)計(jì)盡可能 地互相靠近布置是優(yōu)選的,這是由于這種布置在任何給定的混合區(qū)提供更 好的混合。在圖4和圖5所示的類型的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中,LED的最小間隔 受LED的封裝限制,因而需要更大的混合區(qū)。
還應(yīng)該注意,上述LCD光源利用沿光管的僅僅一個(gè)邊緣的光注入。 如果光管較大,則附加LED必須沿其它邊緣提供。在這種情況下,因?yàn)樾?要將單獨(dú)的LED陣列接合到每一個(gè)邊緣,故該構(gòu)造被進(jìn)一步復(fù)雜化。如以 上提及,LED相對(duì)于光管的相對(duì)定位必須維持在緊密度容限內(nèi)。附加的光 源進(jìn)一步惡化了此容限問題。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6,圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的俯視圖。光源50包 括上述類型的光管51。光管51由上述類型的柔性光源沿光管51的邊緣照 明。柔性光源包括許多連接到柔性電力載體54的LED管芯53,柔性電力 載體54繞光管51的邊緣卷曲并且由夾具55保持在適合位置處。柔性透明 封裝材料層56被夾具55壓靠在光管的邊緣。折射指數(shù)匹配材料層能夠涂 到光管的邊緣和封裝材料體之間,以降低界面的反射。柔性封裝材料體還 是彈性的,因而,能夠提供一種容納光管的邊緣和夾具的尺寸中局部
缺陷 的裝置。
在一些背光照明設(shè)計(jì)中,熒光體結(jié)合到測(cè)量光管內(nèi)每一個(gè)顏色光的強(qiáng) 度的系統(tǒng)中。傳感器的輸出用在將光管內(nèi)每一個(gè)顏色光的強(qiáng)度維持在預(yù)定 限度內(nèi)的反饋系統(tǒng)中。熒光體可以包括在連接到柔性電路載體的管芯中。 這樣的傳感器以圖6中的57示出。
由于LED管芯比上述封裝的LED小得多,所以柔性電路載體上的 LED管芯之間的距離能夠更小。因而,必須專
門用于混合區(qū)的上述光管的 面積實(shí)質(zhì)上更小。
此外,更小的管芯尺寸允許在更小的空間內(nèi)構(gòu)建的多色光源?,F(xiàn)在參 照?qǐng)D7,圖7是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的光源60的俯視圖。光源60由 諸如組65的許多組LED管芯組成。每一組管芯包括發(fā)出不同顏色光的管 芯。例如,管芯61-63分別是發(fā)出紅色、藍(lán)色和綠色光的管芯。當(dāng)在適當(dāng) 的距離看去,每一組中的管芯好像是具有來自單個(gè)的LED的光的相對(duì)強(qiáng)度 決定的顏色的單點(diǎn)光。
管芯安裝在柔性電路載體64上,且柔性封裝材料體層在管芯上。光 源是具有能夠附于PCB板用于對(duì)LED進(jìn)行供電的連接器68的條帶的形 式。
光源60用于形成諸如在圖6中示出的光源50的光源。應(yīng)當(dāng)注意,光 源60還能夠用來基于不是矩形的光管而產(chǎn)生背光。包括環(huán)形塑料層的光 管的一個(gè)示例在圖8中示出。光源80包括具有參照?qǐng)D7論述的類型的光帶 82的光管81,光帶82繞環(huán)形塑料板的邊緣卷曲。光源80好像是以垂直于 該圖平面的方向發(fā)光的均勻照射的環(huán)形區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的柔性光源用于通過將柔性光源接合到具有所需形狀的實(shí) 體表面而形成非平面的發(fā)光表面?,F(xiàn)在參照?qǐng)D9,圖9是包括凹面發(fā)光表 面的光源90的剖視圖。光源90通過將柔性光源91接合到其上具有凹面的 固體造型92而構(gòu)建。
除了提供任意形狀的剛性發(fā)光表面,本發(fā)明還能夠用來提供以預(yù)定的 圖案發(fā)光的柔性表面。例如,根據(jù)本發(fā)明的光源能夠附于諸如背心或帽子 的衣服以提供發(fā)光的裝飾件?,F(xiàn)在參照?qǐng)D10和圖11,圖10和圖11示出 根據(jù)本發(fā)明的附于各種衣服的光源。圖10示出附于背心94前部的一對(duì)顯 示面板93。圖11示出附于帽子96的帽圈95形式的顯示面板。例如,這 種服裝會(huì)被舞臺(tái)上的
表演者穿戴。LED能夠設(shè)置在預(yù)定圖案設(shè)置中,當(dāng)開 啟光源時(shí),預(yù)定圖案提供所需的照明設(shè)計(jì)?;蛘?,能夠提供其中單個(gè)LED 能夠在不同電平供電的具有LED二維陣列的LED顯示器,使得隨著時(shí)間 的變化服裝能夠顯示寬范圍的照明設(shè)計(jì)。
在本發(fā)明的上述實(shí)施例中,LED管芯直接安裝在柔性電路載體的金屬 層上,并且假定實(shí)質(zhì)上離開管芯所有的光通過管芯的頂面而離開。然而, 許多LED發(fā)出的在其中產(chǎn)生的光的很大一部分通過管芯的
側(cè)壁。因?yàn)楣苄?材料和空氣之間折射指數(shù)大的差異,這種光在管芯的層結(jié)構(gòu)內(nèi)被俘獲。被 俘獲的光向內(nèi)反射直到該光到達(dá)管芯的邊緣。照射在管芯邊緣的光以大于 臨界角的角度照射,因而離開管芯。為了收集這種光,可以在光源中包括
反射器,以將這種側(cè)向發(fā)出的光向前導(dǎo)向。
現(xiàn)在參照?qǐng)D12,圖12是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的光源100的剖視 圖。光源100包括LED管芯102安裝在其上的柔性電路載體101。LED管 芯從LED管芯的頂面和側(cè)面發(fā)出光。從管芯側(cè)面發(fā)出的光通過附于柔性電 路載體101的金屬面103的底部的小反射器104重新向前導(dǎo)向。管芯以類 似于上述方式覆蓋有柔性透明封裝材料體層。
反射器能夠以管芯實(shí)際安裝在其上的杯子的形式附于金屬層103?;?者,反射器能夠通過
沖壓操作在金屬層中形成。由于這種反射器及其構(gòu)造 對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)是公知的,在這里將不論述該構(gòu)造的細(xì)節(jié)。
再參照?qǐng)D6,考慮從LED中一個(gè)LED發(fā)出的光。這種光的很小一部 分將到達(dá)光管51的相對(duì)的壁而沒有散射出光管。大多數(shù)光將射到LED之 間區(qū)域中的光管的邊緣。為了防止這種光損失,LED之間的區(qū)域能夠涂覆 有在圖12中的105處所示的反射層。發(fā)射涂層能夠使用傳統(tǒng)光刻技術(shù)涂 到層106的外表面,讓LED上的區(qū)域透明。因而,否則會(huì)損失的光的很大 一部分將被反射回光管中。
本發(fā)明的上述實(shí)施例根據(jù)或多或少的LED矩形陣列(比寬度更長(zhǎng))描 述。然而,可以理解到根據(jù)本發(fā)明的LED陣列能夠具有任何形狀。這些陣 列中的LED能夠成組或單個(gè)地
選定位置。對(duì)于用于提供單個(gè)預(yù)定照明圖案 的便宜陣列,組選定位置較便宜。然而,本發(fā)明能夠用來建立柔性的二維 通用顯示器,該顯示器能夠提供能夠隨意改變的彩色圖案。
本發(fā)明的上述實(shí)施例利用包括LED的管芯。然而,除了LED,也能 夠用其它
半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行代替。例如,也能夠利用諸如VCSEL或有 機(jī)LED的半導(dǎo)體
激光器。
從前述描述和附圖中,本發(fā)明的各種
修改對(duì)于所屬技術(shù)領(lǐng)域的一般技 術(shù)人員變得明顯。因而,本發(fā)明僅由所附
權(quán)利要求的范圍界定。