專利名稱:具有l(wèi)ed管芯的發(fā)光體及其制造技術
技術領域：
本發(fā)明涉及由具有凹陷的透明塑料模制件制成的發(fā)光體以及其制造，電子元 件、特別是LED管芯(LED-DIE)處于該凹陷內(nèi)。
背景技術：
作為對例如白熾燈或者節(jié)能燈的傳統(tǒng)光源和模塊的替代方案，考慮耐用性和能 效。
白熾燈由于其在發(fā)光方面效率差和高散熱以及使用壽命短而存在缺點。在澳大 利亞今后幾年將通過法律使白熾燈完全退出市場并由其他方案取代。
節(jié)能燈的能效明顯更高，但節(jié)能燈由于重金屬部分、特別是水銀而是一種環(huán)境 污染并必須作為特殊垃圾被清除。
沒有這些缺點并且此外具有高使用壽命長和高能效的一種可替代的光源是 LED。
LED作為光源例如在汽車工業(yè)、航空、室內(nèi)照明、立面設計等方面得到廣泛應用。
目前嘗試將LED設立為傳統(tǒng)光源的1 1替代方案。由此在更大功率和更高亮 度的方向上加速LED開發(fā)。這些高功率要求和在此出現(xiàn)的點狀散熱對于所使用的材料來 說是一種很大的挑戰(zhàn)。LED管芯的發(fā)光通常處于15-20%的范圍內(nèi)，這有必要使用透鏡 系統(tǒng)。這目前通過作為部件直接一體化到LED中的初級光學系統(tǒng)或者作為透鏡或者透鏡 系統(tǒng)事后與LED組合的次級光學系統(tǒng)來實現(xiàn)。
LED被應用在印制電路板上。熱量通過一體化的或者事后安裝的系統(tǒng)排出。裝 備LED的印制電路板一般情況下可以通過塑料外殼來防潮和防污染。該塑料外殼在LED 射線的出射區(qū)域中是透明的并且必要時被構造為透鏡體。
在微電子學中，支承元件——如印制電路板或者導電薄膜——裝備有半導體芯 片(所謂的“管芯”)。
長期以來公知和使用包括具有平面支承面的支承元件的組件，在支承面上布置 LED管芯或其他電子元件。這種布置導致在支承面與布置在其上的元件上側之間形成臺 階。在實踐中表明，這種組件難以操作。特別是用于制造電子元件與相鄰部件(例如印 制導線)的電接觸的布置是不利的。此外，將元件精準地放置在支承面上——例如利用 所謂的“Pick and Place (拾取和放置)”方法——是困難的和/或只能利用昂貴和復雜的 裝置進行。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務在于，避免上述缺點，特別是提供具有電子元件的發(fā)光體， 這些電子元件可以簡單操作、具有良好的發(fā)光特性并且可以不復雜地制造，特別是能夠 以簡單的方式使電子元件(LED管芯)精準地定位在支承元件上。此外，可以簡單地實施電接觸的產(chǎn)生。
該任務通過根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光體來解決。
根據(jù)本發(fā)明的方法表示更加經(jīng)濟和更加高效地將LED發(fā)光元件一體化到部件中 并由此實現(xiàn)小的結構空間深度的一種新的可能性。
本發(fā)明的主題是由具有LED管芯(2)的透明塑料模制件(1)制成的發(fā)光體，其 特征在于，凹陷(5)處于模制件中，在凹陷中分別布置一個LED管芯或者透明的LED單 元，使得LED管芯或者透明的LED單元的一側幾乎與模制件的上側平齊，并且LED管 芯通過處于模制件上的電導線(3)與電源連接。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光體的優(yōu)點是其——如果希望的話——小的結構空間深度，這 對平面應用是有利的。此外，尤其是通過優(yōu)選的噴鑄法在造型方面獲得高自由度，其中 利用所述的噴鑄法來制造塑料模制件。
將電子元件(LED管芯)放入模制件的凹陷中具有各種優(yōu)點。這樣電子元件 (LED管芯)可以精準地在塑料模制件上定位。此外，LED管芯的凹進布置導致模制件 上側與LED管芯的上側或自由表面之間高度平衡。
凹陷可以被設計為使得LED管芯的上側幾乎與模制件上側平齊。該布置所具有 的優(yōu)點是，可以以有利的方式來產(chǎn)生LED管芯與其他LED管芯和/或電導線(3)的電接 觸。塑料模制件的凹陷優(yōu)選通過噴鑄法來提供并且具有底部和將該底部與模制件上側相 連接的側壁。在要實現(xiàn)的尺寸的情況下，切削加工法達到其性能極限。噴鑄法允許可復 現(xiàn)地和經(jīng)濟地生產(chǎn)大批量制造的塑料模制件。
塑料模制件優(yōu)選地由透明塑料制成，所述透明塑料例如聚碳酸酯(PC)、聚苯乙 烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚砜、耐高溫PC (Bayer MaterialScience AG的 Apec )、環(huán)烯共聚物(COC) (Ticona的Topas )。對于透明的無色材料來說，透光率至 少為80%，優(yōu)選地至少為85%，特別優(yōu)選地至少為89% (在Imm的樣本體厚度的情況 下按照ISO 13468-2測量)。塑料應具有非常好的流動特性、耐熱性和對LED射線的良 好阻力、機械穩(wěn)定性以及高折射率。該方法為光按照不同方式從塑料模制件發(fā)射的應用 開辟了解決可能性。
優(yōu)選地將LED管芯插入到凹陷中，使得發(fā)射的光通過凹陷的底部輻射。這也 具有的優(yōu)點是，LED管芯可以簡單地與處于模制件上側的凹陷敞開側上的電印制導線接 觸。
可以在敞開凹陷的那側上優(yōu)選地用塑料保護薄膜、優(yōu)選聚碳酸酯薄膜來覆蓋塑 料模制件。這種薄膜可以有利地額外具有反射層。
在LED管芯被插入到凹陷中使得光在凹陷的敞開面上輻射的情況下，LED管芯 的兩個極通過凹陷底部中的點狀開口(例如可以通過激光在凹陷的底部中產(chǎn)生)貫穿接 觸。在此，印制導線處于塑料模制件的與凹陷敞開側相對的那側上。優(yōu)選地，可以在凹 陷的敞開側上用透明塑料保護薄膜、優(yōu)選由聚碳酸酯制成的透明塑料保護薄膜來覆蓋塑 料模制件以保護LED管芯。
特別有利的是在放入LED管芯之前被施加在塑料模制件上的附加的反射層。
也可以將LED管芯插入到凹陷中使得光通過凹陷的底部輻射。那樣的話，LED 管芯的兩個極優(yōu)選地在凹陷的敞開側上與印制導線接觸。[0024]在不使用“ Flip-Chip-LED (倒裝芯片LED)”(極都位于一側)的情況下，優(yōu)選
地有一個極在凹陷的敞開側上與印制導線接觸并且還有一個極在相對側上(通過凹陷的底部)與印制導線接觸。
用于將LED管芯與電源電連接的印制導線按照常規(guī)可以由銅線或銀線或金線制 成。但是優(yōu)選使用導電聚合物、優(yōu)選是透明的導電聚合物。導電聚合物優(yōu)選從如下組中 選擇聚吡咯、聚苯胺，聚噻吩，聚苯乙炔，聚對苯撐，聚乙烯二甲氧噻吩，聚芴，聚 乙炔，特別優(yōu)選聚乙烯二甲氧噻吩與聚苯乙烯磺酸鹽(例如H.C.Starck的Baytron )相組合。
也可以使用基于納米微粒(納米銀、納米金)的導電墨水。通過使用注入有 納米范圍內(nèi)的金屬微粒的墨水，例如可以利用噴墨技術在塑料上印刷具有實際上任意幾 何結構的窄的導電導線。在此特別值得期望的是，這種印制導線的線寬達到或低于約 20 μ m。從這一極限起，結構一般對于人眼來說不再能夠分辨并且由于印制導線消除干 擾的光學作用。
此外，也可以將含有CNT的墨水(CNT-碳納米管，例如Bayer MaterialScience 股份公司的Baytubes )用于印制導線。
同樣可以將銦錫氧化物作為導電材料使用。
LED管芯與印制導線之間的電連接例如可以利用“Wire Bonding(引線焊接)”
方法來產(chǎn)生。
塑料模制件可以具有大量微空穴形式的凹陷(“容納槽”)。
凹陷的側壁可以被構造為直的、凹的或者凸的。具有直線走向的側壁所的優(yōu)點 是，這些側壁特別適合于高精度地容納LED管芯。
側壁的走向可以與底部或與模制件上側垂直。
可替換地，側壁可以關于模制件上側傾斜處于1°至89°之間的傾斜角。
特別有利的是，凹陷的側壁向底部變窄并且分別限定5° -85°，優(yōu)選 20° -70°并且特別優(yōu)選地約45°的傾斜角。
凹陷可以根據(jù)LED管芯的涉及在俯視圖中具有矩形、圓形或者多邊形的輪廓。
凹陷(容納槽)可以在截面中具有階梯狀的配置，該配置形成至少一個與底部或 與模制件上側平行的階梯底部段。
LED管芯可以通過填料固定在凹陷中。所述填料可以由樹脂，例如環(huán)氧樹脂、 2K聚氨酯鑄模樹脂(Bayer MaterialScience股份公司的Baygal 、Baymidur )組成。該
粘結劑可以優(yōu)選是透明的。在需要時，該膠粘劑也可以含有發(fā)熒光的顏料(所謂的熒光 體)。
發(fā)光體的制造優(yōu)選按照如下方式進行
a)將熱塑性塑料通過噴鑄放入到模具中。模具具有要生成的塑料模制件的 陰模。在冷卻后，將具有凹陷的透明塑料模制件從模具中取出。凹陷的邊長處于 50-4000 μ m的范圍內(nèi)。凹陷的高度特別優(yōu)選地處于50-200μιη之間。凹陷的尺寸與 LED管芯的尺寸相配合，LED管芯優(yōu)選具有40-3800 μ m范圍內(nèi)的邊長。
b)優(yōu)選通過絲網(wǎng)印刷或者噴墨技術將印制導線施加到模制件上。
c)在下一步驟中，將LED管芯放入或者粘貼到凹陷中。在使用所謂的“Flip-Chip-LED (倒裝芯片LED)”的情況下，極都處于一側，從而LED管芯可以在一
側上與印制導線接觸。優(yōu)選地，LED管芯的極處于凹陷的敞開側上并且在該側上與印制 導線接觸。
d)最后，可以將優(yōu)選地配備有反射層的塑料薄膜作為保護層在凹陷的敞開側上 施加到裝備有LED管芯的模制件上。
e)發(fā)光體通過插塞式連接與電源連接。
在LED管芯被放入到凹陷中使得所述極穿過凹陷的底部的情況下，該方法優(yōu)選 如下實施
a')將熱塑性塑料通過噴鑄放入到模具中。模具具有要生成的塑料模制件的 陰模。在冷卻之后，將具有凹陷的透明塑料模制件從模具中取出。凹陷的尺寸處于 50-4000 μ m的范圍內(nèi)。
b')必要時，經(jīng)過噴鑄的模制件可以在凹陷的敞開側上配備有反射層，優(yōu)選通 過絲網(wǎng)印刷來配備該反射層。
c')在模制件上，在與凹陷的敞開側相對的那側上，最好通過絲網(wǎng)印刷施加印 制導線。
d')將LED管芯插入或者粘貼到凹陷中，其中LED管芯的所述極通過凹陷的 底部貫穿接觸，
e')為了保護該側上的印制導線，裝備有LED管芯的模制件可以配備有保護薄 膜。附加地可以將透明薄膜或者透明的塑料模制體施加到凹陷的敞開側上。
f )發(fā)光體可以通過插塞式連接與電源連接。
特別優(yōu)選地，在上述的實施方式中，在模具中的塑料變形之前給塑料添加導熱 的添加劑，從而由LED管芯生成的熱量可以更加有效地被排出。
在e')中必要時安裝到發(fā)光體上的附加的透明塑料模制體優(yōu)選由微透鏡組成， 其中這些微透鏡被布置為使得分別有一個微透鏡被定位在在LED管芯上方。
替代于具有微透鏡的上述塑料模制體(具有聚焦和提高效率的效果)，可以使用 具有擴散特性的塑料模制體(塑料薄膜)，從而產(chǎn)生“泛光”而不是具有點光源(LED管 芯)的光。
如果在該塑料薄膜或者該塑料模制體中加入或者涂覆發(fā)熒光的顏料，則在使用 藍色LED管芯時例如可以生成白光。通過使用熒光體可以取得不同的效果。
在使用所述極不處于一側的LED管芯的情況下，如下實施用于制造發(fā)光體的方 法
首先制造具有凹陷的塑料模制件。之后將印制導線施加到模制件的兩側上。凹 陷裝備有LED管芯，其中所述極與印制導線接觸(有一個極在凹陷的敞開側上，還有一 個極穿過凹陷的底部)。借助電源通過插塞式連接經(jīng)由印制導線向LED管芯施加電流。
優(yōu)選地將必要時配備有反射層的塑料薄膜施加到模制件凹陷的敞開側上，其中 LED管芯通過凹陷的底部輻射。
優(yōu)選地將透明塑料薄膜或者透明塑料模制體施加到模制件上凹陷的敞開側上， 其中LED管芯在凹陷的敞開側上輻射。


在附圖和相關描述中進一步闡述本發(fā)明。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光體的透視片段；
圖2示出凹陷的透視圖；
圖3示出穿過根據(jù)圖2的凹陷的截面。
具體實施方式
如圖1所示，在用1表示的塑料模制件中將LED管芯2放入凹陷5中。
凹陷5被配置為使得LED管芯的上側大致地與模制件上側平齊。印制導線3在 模制件的上側延伸，LED管芯的極4、4'與這些印制導線3接觸。
圖2示出凹陷5在塑料模制件的片段中的布置。
圖3以截面示出圖2的片段。
權利要求
1.由具有LED管芯(2)的透明塑料模制件⑴制成的發(fā)光體，其特征在于，凹陷(5) 處于模制件中，在凹陷中分別布置有一個LED管芯，使得LED管芯的一側幾乎與模制件 上側平齊，并且LED管芯通過處于模制件上的電導線(3)與電源連接。
2.根據(jù)權利要求
1所述的發(fā)光體，其特征在于，LED管芯(2)通過填料被固定到凹 陷(5)中。
3.用于制造根據(jù)權利要求
1或2之一所述的發(fā)光體的方法，其特征在于，a)將熱塑性塑料通過噴鑄放入到模具中，其中模具具有要生成的塑料模制件的陰 模，在冷卻后將具有凹陷的透明塑料模制件從模具中取出，b)優(yōu)選通過絲網(wǎng)印刷將印制導線施加到模制件上凹陷的敞開側上，c)將LED管芯放入或者粘貼到模制件的凹陷中，其中兩個極處于凹陷的敞開側上并 且在該側上與印制導線接觸，d)必要時將必要時配備有反射層的塑料薄膜作為保護層在凹陷的敞開側上施加到裝 備有LED管芯的模制件上，e)發(fā)光體通過插塞式連接與電源連接。
4.用于制造根據(jù)權利要求
1或2之一所述的發(fā)光體的方法，其特征在于，a')將熱塑性塑料通過噴鑄放入到模具中，其中模具具有要生成的塑料模制件的陰 模，在冷卻后將具有凹陷的透明塑料模制件從模具中取出，b')比要時優(yōu)選通過絲網(wǎng)印刷將反射層施加到凹陷的敞開側上，c')優(yōu)選通過絲網(wǎng)印刷在與凹陷的敞開側相對的那側上將印制導線施加到模制件上，d')將LED管芯放入或者粘貼到模制件的凹陷中，其中兩個極通過凹陷的底部與印 制導線貫穿接觸，e')必要時將塑料薄膜作為保護層施加到裝備有LED管芯的模制件上以保護印制導線，f')必要時將透明塑料薄膜或者透明塑料模制體在凹陷的敞開側上施加到模制件上，g')發(fā)光體通過插塞式連接與電源連接。
5.用于制造根據(jù)權利要求
1或2之一所述的發(fā)光體的方法，其特征在于，a")將熱塑性塑料通過噴鑄放入到模具中，其中模具具有要生成的塑料模制件的陰 模，在冷卻后將具有凹陷的透明塑料模制件從模具中取出，b")優(yōu)選通過絲網(wǎng)印刷將印制導線在凹陷的敞開側和相對側上施加到模制件上， C")將LED管芯裝入或者粘貼到凹陷中，其中一個極處于凹陷的敞開側上并且在該 側上與印制導線接觸，還有一個極通過凹陷的底部與印制導線貫穿接觸， d")發(fā)光體通過插塞式連接與電源連接。
6.根據(jù)權利要求
5所述的方法，其特征在于，將必要時配備有反射層的塑料薄膜施加 到模制件的凹陷的敞開側上并且LED管芯通過凹陷的底部輻射。
7.根據(jù)權利要求
5所述的方法，其特征在于，將透明塑料薄膜或者透明塑料模制體在 凹陷的敞開側上施加到模制件上并且LED管芯在凹陷的敞開側上輻射。
專利摘要
本發(fā)明涉及由具有凹陷(5)的透明塑料模制件(1)制成的發(fā)光體及其制造，電子元件、特別是LED管芯(2)處于所述凹陷中。
文檔編號GKCN102016387SQ200880121777
公開日2011年4月13日 申請日期2008年12月9日
發(fā)明者A·梅爾-里克特, E·福爾廷, M·羅佩爾, P·希布利 申請人:拜爾材料科學股份公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan