專利名稱：Led網格陣列，制造所述網格的方法和裝置以及用于所述網格陣列的led部件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及 一 種制造照明系統(tǒng)的方法，用所述方法制造的照明系 統(tǒng)，以及一種纏繞裝置。
背景技術：
發(fā)光二極管(LED)在近一段時間已經被用作顯示器和照明面板 的背光，其中大量的低功耗LED被設置在一個陣列內。由于多種原因， LED適合于這個目的。例如，它們是具有很長壽命的耐用結構，這減 少了所需的維護。而且，它們具有低能耗并在較低電壓下工作，這降 低了工作成本和關于高電壓應用的危險。與此相關，它們具有高的光 輸出?，F(xiàn)有技術包含LED在PCB上的安排。然而，這是一個昂貴的 解決方案，尤其是當LED間隔很大，更大的面積需要照明的時候。
發(fā)明內容
為了提供滿足上述和其他的目的LED陣列，其中需要大面積照明 同時解決現(xiàn)有技術方案中的缺點，本發(fā)明提供了一種生成LED陣列網 格的方法，其步驟包括
-平行地設置N個電導線(WrWN)，其中N是〉1的整數，由此 產生導線陣列，所述陣列具有垂直于導線的長度方向的寬度D，
-將LED部件設置到導線陣列，從而使每個LED部件同至少兩
個相鄰的導線電耦合，
-拉伸導線陣列從而使得寬度D增加。
通過在非常小的印刷電路板(PCB)和這些印刷電路板的新設計上 利用低成本裝配工藝，可以由一種簡單的纏繞/焊接工藝，實現(xiàn)具有導 線的大面積陣列的互連(interconnects), PCB的新型設計指，通過在 LED部件上提供適合與導線接觸的專門位置，比如，便于實現(xiàn)電接觸 和/或使導線固定的位置，由此產生的LED部件優(yōu)選地適合在本發(fā)明 方法中使用。進一步地，使用導線而不是大面積PCB進一步降低了 LED陣列網格的成本。通過使用本發(fā)明方法，可以實現(xiàn)相比于已知技術的多個優(yōu)勢。根據本方法，生產步驟可以在有限的空間內完成，這 使操作變得容易，降低了構造成本，同時可以得到具有任意期望間隔
的大的LED陣列網格。
根據一個或多個實施例，通過設置LED部件，使得在網格延伸后 所述LED部件有規(guī)律的分布，以及在一個或多個實施例中，通過設置 LED,使得在垂直于導線長度方向上有LED部件的行，其在相鄰導線 間之間每隔一個缺口 (gap)就會進行橋接。
在一個或多個實施例中，相鄰行的LED部件之間被移動，使得如 果第一行從第一個缺口 (gap)開始每隔一個缺口在相鄰的導線之間進 行橋接，那么相鄰行從相鄰的缺口開始，在相鄰的導線之間每隔一個 的缺口進行橋接。當其被拉伸時，這會產生LED陣列網格，其中導線 形成金剛石形狀的孔隙(openings),
在一個或多個實施例中，所述行被設置成行對的形式，其中LED 部件的相鄰行對以這樣的方式被移位如果第一行對從第一個缺口開 始在相鄰導線間每隔 一 個缺口進行橋接，則相鄰行對會從相鄰缺口開 始，在相鄰導線間每隔一個缺口進行橋接。在拉伸以后，這種設置可 以產生具有等距的行和列的LED陣列網格。
在一個或多個實施例中，通過圍繞著一個裝配圓柱螺旋式纏繞導 線，形成導線陣列，其中在牢固地固定每個LED部件到所述的包含在 繞組中的兩個相鄰導線的步驟完成后，導線陣列的繞組可以離開裝配 滾筒(drum),從而形成一個導線和LED部件的圓柱形狀網格。裝配 滾筒的使用使得連續(xù)裝配工藝成為可能，其中部件從一端進入工藝線， 在另外一端就會獲得成品。
在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括沿著圓柱形狀網格 的每個繞組將導線至少切斷一次的步驟。在需要平面LED陣列網格的 情況下，這個步驟是有益的。
LED部件優(yōu)選地被焊接、膠粘或者類似方法接到導線，或者包含 IDC類型的緊固件(IDC-絕緣位移連接器)以提供耐用的LED陣列網 格并確?？煽康碾娊佑|。
根據一個或多個實施例，所述方法進一步包含步驟
-準備用于襯底的引線框架材料，
-折疊所述襯底以獲得導線的"彈簧鎖(snap-lock)"位置，-通過導線接合或彈拋片，設置/互連所述LED， -用透明的化合物對所述LED包覆成型， -背面刻蝕栽體襯底， -切割成部件。
生成的LED部件適合于在本發(fā)明的LED陣列網格中使用，同樣 也適合其他應用。
本發(fā)明還涉及一種纏繞裝置，用來產生LED陣列網格，所述根據 一個實施例的纏繞裝置包括基本上沿同一個方向延伸并且沿同一個圓 周排列的可旋轉軸針，因此形成一個纏繞滾筒，其中所述的可旋轉軸 針設置有紋線，該紋線適合于有效地將導電線纏繞在滾筒上，從而產 生平行的導線陣列，
其中所述軸針的旋轉會沿著軸針的長度傳遞所述導線陣列， 所述裝置進一步包括用于將LED部件安裝到導線陣列的裝置，以
及
用于牢固地固定每個LED到所述兩個相鄰導線的裝置。 所述纏繞裝置非常適合于生成本發(fā)明的LED陣列網格。 在一個或多個實施例中，纏繞裝置進一步包括齒輪，其將滾筒的 旋轉耦合到每個軸針的旋轉，從而使得滾筒的一次旋轉導致每個軸針 的一次旋轉。這個特征導致，由此形成的圓柱形LED網格陣列的每"圖" 在滾筒的每次旋轉過程中纏繞在滾筒上。這意味著網格脫離裝置的速 率等于導線傳送到裝置上的速率，這是有益的。
圖l是示出本發(fā)明方法一個實施例的概要的圖解流程圖。 圖2是闡述在用于焊接樣式的PCB上排列的LED部件的透視圖。 圖3a-c是闡述IDC (絕緣位移連接器)類型的LED部件的生產 步驟的透視圖。
圖4是展示執(zhí)行本發(fā)明方法的裝置細節(jié)的部分透視圖。
圖5是從圖4的裝置后面看到的透視圖。
圖6是本發(fā)明方法的可替代實施例的示意圖。
圖7是根據本發(fā)明一個實施例的LED陣列網格的設置在兩個玻璃 板之間的透視圖。圖8a和8b為闡述適于作為互連而被焊接或膠粘到導線的LED部 件的結構的示意圖。
具體實施例方式
圖l示出了本發(fā)明方法的主要步驟。它展示了用于本發(fā)明的LED 102如何設置在PCB 104上的一個例子，也見圖2。 LED 102可以是預 封裝的LED或者棵裝的。在本例中，PCB 104設置有特殊的孔洞圖形， 并且當PCB 104被切割成獨立的LED部件106時，孔洞108可以^皮限 定成提供隨后的本發(fā)明方法中的焊接工藝中用到的附著點 (attachment point)。在PCB 104上以低的間隔來排列LED102，以 及最大限度的使用PCB材料是節(jié)省成本的。
在準備步驟過后，開始實際的裝配。導線IIO纏繞在裝配滾筒112 上(后面將會進行詳細敘述)，而在導線UO被纏繞進入形成附著點的 孔洞108之前，單個的LED部件106被設置在定位它們的特定的狹槽 114里面。導線通常用110標記，而導線的每個獨立"團(匝)"被指 定為Wn，n-l, 2，等，W,是導線IIO的第一團，W2是第二團，等等。 裝配滾筒112旋轉，從而使得圖4中在116處示意性示出的包含一組 LED部件106的輸送裝置(feed device) 116，從它不需要移動以將 LED部件106正確擺》文在狹槽114中的意義上來說，可以是一個固定 裝置。這也意味著那個裝置，比如焊接裝置(未示出)，可以具有固定 的位置。
當裝配滾筒112旋轉的時候，纏繞在滾筒112上的導線110會逐 步脫離(feed off)滾筒，這也會在稍后參考圖4和5作出描述。
裝配過程可以被無限地繼續(xù)，或者實際上只要有需要就會繼續(xù)。 因此產生的圓柱狀LED陣列網格一般被截斷和展開，這會作為下一個 闡述步驟在圖1的流程圖中展示。最后，LED陣列網格被拉伸以產生 大面積的LED陣列網格100，其尺寸決定于其使用意圖。從圖l和上 述描述，應該很清楚的是，作為裝配滾筒112的直徑(或者周長)的 函數的網格寬度是有限的，但是LED陣列網格100的長度是無限的， 至少從理論上講是這樣。還有一些為了獲得最終發(fā)光產品的工藝步驟。 應該提到的是，焊接僅僅是可以使用的固定技術的一個例子。存在可 替代的方案，比如激光焊接，超聲技術等等。即滾筒112是靜止的，而其他的設備 圍繞著它旋轉。這兩種極端情況的結合也是可以期望的。
圖2示出在PCB材料上LED 102的小間距組合。所述組合 (assembly)在^C切割成獨立的LED部件106以后被展示。可以注意 到，如何補償切割從而將孔洞108轉換成合適的焊接點。
圖3a-c示出了 IDC-類型的LED部件206的幾個構造步驟。同時 示出了 LED102是如何安裝在金屬襯底204或者引線框架上的，而后 襯底204 ^t切割或者沖壓成獨立的LED部件206 (見圖3c )。 IDC-類 型的LED部件206的優(yōu)點是，它們不必焊接到導線IOO上。而且，導 線100可以是絕緣的，同時仍然允許IDC-類型的LED部件206 ^C固 定以及電連接到導線100。 IDC-類型的LED部件206的使用使得將 LED部件206附著到導線IOO上的步驟更加靈活。LED部件可以被安 置在狹槽(slot)內，對應于位于纏繞在裝配滾筒(drum) 112的導線 110前面的狹槽114，但是在所述導線被纏繞到裝配滾筒112上以后， 所述部件可以被很好的均勻設置在導線110上。
圖4示出了在安裝過程中，裝配滾筒112的細節(jié)。滾筒112具有 主體118，其圍繞著軸A以一個預定的速度旋轉。滾筒112也包括旋 轉軸針(pin) 120。例如，當滾筒112旋轉的時候，通過傳送帶或者 齒輪(未示出)驅動這些軸針120以旋轉。軸針120位于具有粗糙紋 線122的一端，如圖4和圖5所示。當滾筒112旋轉的時候，導線100 被纏繞到滾筒112上并通過紋線122定位。借助于紋線122,軸針120 的旋轉會逐步使導線IOO脫離裝配滾筒112。同時，旋轉軸針120是操 作部分，其上纏繞著導線IOO。在相鄰的軸針之間，在它們的紋線端， 設置了 LED定位狹槽114。這些與導線110 —起用來定位LED部件 106，直到它們被固定到導線110上。部件輸送裝置116被設置成將LED 部件106、 206放置到定位的狹槽中，在此之后，所述部件可以被固定 到導線110上。滾筒(drum)主體118的旋轉、旋轉軸針120的旋轉、 以及軸針紋線122被設置成使得，部件輸送裝置116、連同LED部件 106、 206的固定，可以在固定的位置完成，這使得可以簡化這些操作 所需要的裝置。
圖5示出了從后面觀察到的裝配滾筒112，同時也示出了 LED網 格陣列IOO如何開始脫離滾筒。所描述的裝配工藝具有一些關于環(huán)境設備比如部件輸送和焊接裝
置的簡化方面的優(yōu)點。然而，如圖6示意性所示，本發(fā)明的觀點也可 以用一種平面方法來實現(xiàn)，其中單個纏繞導線110和裝配滾筒112被 幾個獨立、平行的導線210所替代，導線210在平面上被供給到裝配 區(qū)域212處，其中沿導線210的長度方向附著有LED部件106、 206, 圖6中的箭頭標明了輸送方向。如同前面提到的實施例，由此產生的 LED網格陣列100可以延伸到所需的長度，顯然這依賴于在LED網 格陣列上LED部件106、 206的分布。這種平面方法的優(yōu)點在于，根 據所用的生產設備，最終的LED網格陣列的寬度可能更易于變化。從 上面使用裝配滾筒的裝配描述可以看出，特征未特別地涉及滾筒的使 用也可以應用于平面方法。
值得注意的是，所描述的和展示的LED部件在導線網格上的分布 僅僅作為一個例子給出?？梢苑浅５韧亟o出，可替代的LED部件 106、 206分布，只要它可以產生合適的延伸。可替代分布的例子是， LED部件可替代地按組來布置，這可以從上下文了解到，即附圖中 LED部件106、 206可替代地被設置為兩個一組。
相比于已知的PCB方案，即PCB形成網格陣列的整個區(qū)域的方 案，根據本發(fā)明方法生產的LED網格陣列是非常節(jié)省成本的。如果采 用PCB，每則平方米LED陣列的成本會超過50歐元，而金屬絲網方 案的成本低于1歐元。
本發(fā)明的LED陣列網格100的合適、但非唯一的應用是，用于 LCD顯示器的背光、作為緊湊熒光燈替代方案和諸如發(fā)光墻或窗的范 圍發(fā)光。
如圖7所示， 一種新型應用包括LED網格陣列IOO設置在玻璃板 上或者夾在兩個玻璃板302， 304之間。兩個玻璃板之間的間隙可以填 充聚乙烯醇縮丁醛(PVB)。該PVB提供了很強的夾層結構來接合玻 璃板，并降低由于它的光學屬性的反射。作為電流的導體，可以使用 處于其中一個玻璃板上的透明層，例如氧化銦(一般稱為ITO)，或者 摻氟氧化錫(一般稱為FTO)。 LED例如通過導電粘結物或者焊接的 方式接合到這個具有涂層的玻璃。然而，ITO和FTO都具有高的薄層 電阻，這限制了 LED的功率，而且不容易在LED和ITO或者FTO 層之間形成一個可靠的互連，從這個角度出發(fā)，可以看出這就是為什么LED網格陣列100的使用是具有優(yōu)勢的。
LED陣列網格也可以通過自接合導線而被接合到玻璃板上。這種 導線涂有第一強絕緣層-這層具有高的熔點(>3001:)-和具有較低熔點 (<2000的第二絕緣層。第二絕緣層在制造線團的情形時，被用來 接合線團內的導線以使其變得牢固。熱量可以通過流過導線的電流或 者將線圏放在爐子內來獲得，使用溶劑(solvent)來獲得膠結也是可 能。在LED比導線薄的情況下，通過在玻璃-LED夾層結構上施加溫 度和壓力，可以使用同樣的接合原理。
使用導線，例如一條0.3毫米直徑的銅線，相比于ITO或者FTO 的透明層，具有巨大的效率優(yōu)勢，主要是與所述透明層的更高單位長 度電阻有關。
圖8a和圖8b是解釋LED部件構造，或者LED封裝的示意圖， 其尤其適合于本發(fā)明的LED陣列網格IOO目的，以及上面所提到的夾 層結構。用于生產LED封裝的方法包含以下步驟
- 準備用于襯底的引線框材料204,
- 折疊所述襯底以獲得導線210的不同"彈簧鎖"位置208，其 將使用中被附著，
- 通過導線接合或彈拋片，設置/互連LED 202,
- 用透明化合物224進行包覆成型，
- 背面蝕刻載體襯底，
- 切割成部件306。 上述構造也可以包括設置成同LED熱接觸的散熱片。
應該注意的是，如果需要，每個導線可以包含2個或者更多導體， 如圖8a-b所示。
權利要求
1. 一種生產LED陣列網格的方法，包含以下步驟-平行地設置N個導電線(W1-WN)，其中N是>1的整數，從而產生導線陣列(W1-WN)，所述陣列具有垂直于導線(W1-WN)的長度方向的寬度D，-將LED部件(106；206)設置到導線陣列(110，210)上，使得每個LED部件(106，206)與至少兩個相鄰的導線(Wn-Wn+1)電耦合，-拉伸所述導線陣列以使得寬度D增加。
2. 根據權利要求1的方法，其中LED部件(106; 206)被設置 成使得在網格(100; 200)拉伸后，LED部件規(guī)則地分布。
3. 根據權利要求2的方法，其中所述LED部件(106; 206 )被 設置成使得，在垂直于導線(W^Wn)的長度的方向上，有LED部件 的行，其在相鄰導線間每隔一個缺口進行橋接。
4. 根據權利要求3的方法，其中相鄰行的LED部件(106; 206) 被移動以使得，如果第一行從第一個缺口開始每隔一個缺口在相鄰導 線之間進行橋接，則相鄰行會從一個相鄰的缺口開始每隔一個缺口在 相鄰導線之間進行橋接。
5. 根據權利要求3的方法，其中將所述行設置成行對，以及其中 LED部件(106， 206)的相鄰行對以這樣的方式移動如果第一行對 從第 一個缺口開始每隔一個缺口在相鄰導線之間進行橋接，則相鄰行 對會從相鄰的缺口開始每隔一個缺口在相鄰導線之間進行橋接。
6. 根據前面任何一個權利要求的方法，其中通過以一種螺旋狀的 方式將導線纏繞到裝配滾筒(112)上來形成所述導線陣列，以及其中 在將每個LED部件(106; 206)牢固地固定到所述的兩個包含在繞組 內的相鄰導線的步驟結束之后，導線陣列的繞組可以離開裝配滾筒 (112)，由此生成導線和LED部件構成的圓柱形狀網格。
7. 根據權利要求6的方法，進一步包括沿著所述圓柱形狀網格的 每個繞組將導線至少切斷一次的步驟。
8. 根據前面的任何權利要求的方法，其中所述LED部件(106; 206)被焊接到導線上。
9. 根據前面的任何權利要求的方法，其中所述LED部件包含IDC 類型的緊固件(106; 206) (IDC-絕緣位移連接器)。
10. 根據前面的任何權利要求的方法，進一步包括設置所述拉伸的 LED陣列網格(100; 200 )到玻璃板(302 )上或者兩個是玻璃板(302， 304)之間。
11. 根據前面的任何權利要求的方法，進一步包括如下步驟 -準備用于襯底的引線框架材料(204)，-折疊所述襯底，以獲得導線(210)的"彈簧鎖"位置(208)，-通過導線接合或彈拋片設置/互連LED，-利用透明的化合物(224)對LED包覆成型，-背面刻蝕載體襯底，-切割成部件(306)。
12. 根據前面任何權利要求的方法生產的LED陣列網格。
13. 包含根據權利要求12的LED陣列網格的照明系統(tǒng)。
14. 根據權利要求13的照明系統(tǒng)，其中所述LED陣列網格被接合 到玻璃板(302 )上或者兩個玻璃板(302， 304)之間。
15. 根據權利要求13或14的照明系統(tǒng)，其中導線包括自接合導線。
16. 用于生產LED陣列網格的纏繞裝置，其包含可旋轉的軸針 (120)，可旋轉的軸針基本上沿著同一個方向延伸并且沿著圓周排列，由此形成一個纏繞滾筒(112)，其中所述可旋轉的軸針(120)具有紋 線(122)，所述紋線適合于有效地定位纏繞到滾筒(112)上的導電線 (110)，從而產生導線的平行陣列，其中所迷軸針(120)的旋轉沿著軸針(120)的長度方向來傳送 導線陣列，所述裝置進一步包括用于將LED部件(106; 206)設置到導線陣 列的裝置，以及用于將每個LED部件牢固地固定到所述兩個相鄰導線的裝置，
17. 根據權利要求16的纏繞裝置，進一步包括一個齒輪，其將滾 筒(112)的旋轉耦合到每個軸針(120)的旋轉，使得滾筒(112)的 一次旋轉導致每個軸針(120)的一次轉動。
全文摘要
公開了一種LED陣列網格的產生方法。該方法的步驟包括平行地設置N個電導線(W<sub>1</sub>-W<sub>N</sub>)，其中N是＞1的整數，由此產生導線(W<sub>1</sub>-W<sub>N</sub>)陣列，所述陣列具有與導線(W<sub>1</sub>-W<sub>N</sub>)的長度方向垂直的寬度D，將LED部件(106；206)設置到導線陣列(110，210)，從而使每個LED部件(106，206)與至少兩個相鄰的導線(W<sub>n</sub>-W<sub>n+1</sub>)電耦合，拉伸所述導線陣列從而使得寬度D增加。
文檔編號H01L33/62GK101432569SQ200780015137
公開日2009年5月13日 申請日期2007年4月19日 優(yōu)先權日2006年4月25日
發(fā)明者C·斯洛布, J·W·威坎普 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司