照明面板的制作方法

照明面板的制作方法
【专利摘要】本发明描述了一种照明面板及其制造方法。照明面板包括透明衬底(7)，描述了在透明衬底的第一表面上安装的一个或多个光源(1)。照明面板还包括引导层(9)，其中引导层被布置以便在第一表面上封装一个或多个光源。一个或多个光源包括在第一表面上侧面安装的顶部发射LED。以这种方式，所描述的装置提供用于提供能以商业规模制造同时提供可接受的可靠性等级的产品的“暖白色”背光的光学高效装置。
【专利说明】照明面板
[0001] 本发明涉及照明面板领域。特别地，描述了具有集成顶部发射的光发射二极管 (LED)的照明面板设备，其具有用于照明、背光、标识或显示目的的特定应用。
[0002] 已知绕着LED部署光学系统以提供用于一系列应用的有用的光源。一般而言，需 要光学系统展示高的光学效率、高可靠性、容易制造和容易与其它系统集成。LED部署的一 个特定领域是用于各种各样的照明和显示应用的薄的照明面板内，参见例如PCT公布号为 W02005/101070的专利申请。在描述的配置中，LED结合光导板使用以达到要求的薄的面板 照明。典型地，光导板由具有通过注塑成型或表面处理技术在其中结合光提取特征的丙烯 酸或聚碳酸酯透明聚合物制成。LED位于光导板的一个或多个边缘。因此，由于全内反射的 效果从LED产生的光被捕获在光导板内，并且因此引导朝向光导板的相对边缘。光提取特 征的存在扰乱了全内反射的条件并且因此引起光以受控制的方式在整个光导板范围上从 光导板中逸出。这样安排的总体效果是光导板将点光源、即LED转换为漫反射照明区域。
[0003] 光导板的简单设计具有大量的性能和制造限制。例如，如果光导区域大，那么来自 边缘安装的LED的光必须经过在透明聚合物内的相对长的平均距离，从而导致显著的光损 耗，其对系统的整体光的效率有影响。
[0004] 英国专利号GB2, 438, 440B描述了"Composite Light-guiding Device"，其包括两 层光导结构。这种结构提供用于将LED嵌入在光导结构内的遍布该结构的全部范围的任何 位置的装置，并且因此提供具有更高光效率的设备，同时使高性能光学结构简单集成到用 于控制逸出光的光导表面上。
[0005] LED以两种不同的设计制造，顶部发射二极管和侧面发射二极管。"顶部"和"侧面" 指的是，光相对于电触点发射怎么定向，电触点被认为是在设备的"底部"上，并且对应于配 置为物理附接到相关联的印刷电路板的表面，即顶部发射LED从相对于该设备的"底部"的 表面发射光，而侧面发射LED从实质上垂直于底部表面的表面发射光。
[0006] 顶部发射二极管通常制造的更多，并且因此是两个LED配置中更常用的配置。在 附图1中给出了如总体上由附图标记1描绘的顶部发射LED的示例。顶部发射LED1的封 装2是具有0. 5mm到3mm的典型尺寸的大约长方体形状。在封装2上的电触点3是在光发 射孔或区域4的相反侧上并且典型地由金或锡制成。封装2通常由塑料材料或陶瓷材料形 成并且还可以包括覆盖在光发射区域4上的清晰的透镜。当安装在平面印刷电路板（PCB) 上时，产生的光是在PCB平面的法线方向从光发射区域4发射的。通常对于白光输出，这些 设备展示大约为1W的功率，约1001m/W的发光效率并且光被认为是"暖白色"或"实质上更 高效的暖白色"，因为它展示约3000开尔文（Kelvin)的相关色温（CCT)。
[0007] 通过对比的方式，在图2中给出了如总体上由附图标记5所描绘的侧面发射LED 的示例。当侧面发射二极管5通过电触点3安装在平面印刷电路板上时，从光发射区域4 发射的所产生的光在实质上平行于印刷电路板的平面的方向。通常对于白光输出，这些设 备展示大约l〇〇mW的功率、大约501m/Wd照明效率并且该光被认为是"冷白"，因为它展示约 7000开尔文的相关色温（CCT)。
[0008] 在以上描述的一些专业应用中，例如在用作用于移动电话IXD显示器的背光的照 明面板内，在其上放置了电迹线（electrical tracking)的PCB上的表面和光发射的方向 需要实质上平行。因此，现有技术系统在关于这些应用中倾向于采用侧面发射LED。
[0009] 然而，最近在本【技术领域】出现了增加的需要以实现用于这些显示器的"暖白色"背 光。鉴于关于LED的相对低廉的制造成本，在行业内存在显著的阻力以展开侧面发射LED 的有重要意义的重新设计使得它们可以发射"暖白色"光。
[0010] 一个替代性的解决方案被现有的
【发明者】在英国专利号GB2, 438, 440B内进行了描 述。这涉及引进一个或多个反射结构以便对从顶部发射LED发射的光重新定向以便以实质 上平行于透明的基底衬底（substrate)的平面的方向传播，其中顶部发射LED安装在透明 的基底衬底上。在实践中已经发现：结合顶部发射LED采用的这些反射部件引入了对在系 统上的整体光效率具有有害影响的不小的光损耗。
[0011] 在本发明中认识到提供一种用于提供"暖白色"照明面板的光学上有效的装置将 获得相当大的商业优势。因此，本发明的一个方面的目的是消除或至少减轻在现有技术中 已知的照明面板的前述缺点。
[0012] 在以下描述中，术语透明的和不透明的指的是照明面板的部件在由该装置内采用 的光源产生的光的波长的光学性质。


【发明内容】

[0013] 根据本发明的第一方面，存在提供的照明面板，该照明面板包括透明的衬底和引 导层，在透明衬底的第一表面上安装有一个或多个光源，该引导层被布置以便在第一表面 上封装该一个或多个光源，其中该一个或多个光源包括侧面安装在第一表面上的顶部发射 LED。
[0014] 最优选的是，一个或多个顶部发射LED发射白光。
[0015] 这种布置提供了"暖白色"照明面板，其当与本领域已知的那些设备比较时显著展 示了更高的光学效率。照明面板还提供能以商业规模制造同时提供可接受的可靠性等级的 解决方案。
[0016] 优选地，透明衬底具有的折射率大于或等于引导层的折射率。在这个实施例中，透 明的衬底和透明的引导层形成充当用于被封装的LED光源产生的光的引导介质的复合结 构。
[0017] 可选地，透明衬底具有的折射率小于引导层的折射率。在该实施例中，引导层充当 用于被封装的LED光源产生的光的引导介质。
[0018] 照明面板优选地还包括一个或多个散射结构，其被布置为扰乱被封装的LED光源 产生的光在面板内的全内反射的效果。
[0019] 最优选地，照明面板还包括被布置为将一个或多个侧面安装的顶部发射LED电气 连接到位于第一表面上的电迹线的导电材料。
[0020] 可选地，照明面板还包括电路板，其中导电材料将一个或多个侧面安装的顶部发 射LED通过电路板连接到电迹线。在目前描述的实施例内存在的电路板提供用于增强由 LED产生的热量的散发的方式并且因此改善照明面板的可靠性。
[0021] 电路板可以包括印刷电路板。可选地，电路板可以包括子板（daughterboard)。
[0022] 根据本发明的第二方面，存在提供的制造照明面板的方法，该方法包括：
[0023] 将一个或多个顶部发射LED侧面安装到透明衬底的第一表面上；以及
[0024] 添加引导层到第一表面以便在第一表面上封装一个或多个侧面安装的顶部发射 LED。
[0025] 优选地，一个或多个顶部发射LED通过采用导电材料侧面安装到第一表面上，以 将一个或多个顶部发射LED连接到位于第一表面上的电迹线。
[0026] 可选地，一个或多个顶部发射LED侧面安装到第一表面上，具体通过以下操作：
[0027] 在电路板上安装一个或多个LED ;以及
[0028] 将电路板附接到第一表面。
[0029] 优选地，采用导电材料以将电路板附接到第一表面。
[0030] 可选地，当电路板附接到第一表面时，电路板的一部分从引导层中突出。

【专利附图】

【附图说明】
[0031] 根据阅读以下详细描述和根据参考以下附图，本发明的方面和优点将变得明显， 其中的附图如下：
[0032] 图1显示了顶部发射LED的示意表示；
[0033] 图2显示了侧面发射LED的示意表示；
[0034] 图3示出了根据本发明的实施例的照明面板的侧视图；
[0035] 图4显示了图3的照明面板的示意表示；
[0036] 图5显示了根据本发明的实施例的制造照明面板的方法的示意表示；
[0037] 图6显示了由图5的方法产生的照明面板的顶视图；
[0038] 图7显示了根据本发明的替代实施例的照明面板的侧视图；以及
[0039] 图8显示了图7的照明面板的示意表示；
[0040] 图9示出了根据本发明的替代实施例的照明面板的产生的方法的示意表示；
[0041] 图10显示了通过图9的方法制造的照明面板的顶视图；以及
[0042] 图11显示了根据本发明的替代实施例的照明面板的侧视图。
[0043] 在下面的描述中，贯穿说明书和附图标注的相同的部分具有相同的参考标记。附 图不一定按比例绘制并且某些部分的比例被放大以更好地示出本发明的实施例的细节和 特征。

【具体实施方式】
[0044] 参考分别显示了根据本发明的实施例的照明面板6的侧视图和示意表示的图3 和图4。可以看到照明面板6包括由例如聚酯或碳酸聚酯的透明聚合物片制成并且具有在 1. 50和1. 61之间的折射率ns的衬底7。
[0045] 位于衬底7的顶部上的是三个3x1光源阵列8,下文提供进一步的详细描述。
[0046] 覆盖3x1光源阵列8和透明衬底7的顶部表面的剩余区域的是引导层9,其还由 例如硅树脂的透明塑料聚合物形成并且具有在1. 41和1. 56之间的折射率ng。选择透明衬 底7的折射率和透明引导层9的折射率使得它们满足不等式ns > ng。因此，并且如图3中 所示，由3x1光源阵列8产生的光10初始耦合进透明引导层9以便以实质上平行于被透明 衬底7限定的平面的方向传播。因为选择的透明衬底7的折射率大于或高于透明引导层9 的折射率，由于全内反射的效果，产生的光10在由透明衬底7和透明引导层9形成的组合 结构内被引导。因此，透明衬底7和透明引导层9形成充当用于被封装的LED光源1产生 的光10的引导介质的复合结构。
[0047] 位于透明衬底7的下表面上的是多个散射结构11。为了便于理解，显示了单一的 金字塔式散射结构11。散射结构11可以包括替代性的形状结构或构造，例如图案化的反射 油墨层。当光10已经传播到散射结构11那么远时，它与这种结构相互作用以便破坏或克 服全内反射效果。因此，光10被重新定向并且因此通过透明引导层9的顶部表面离开该设 备，因此提供背光功能。本领域的技术人员将容易明白：散射结构11可以替代性地位于透 明引导层9的顶部表面上。在该实施例中，重新定向的光10将通过透明衬底7的下表面离 开该设备。
[0048] 可以看到3x1光源阵列8中的每一个都包括安装在电迹线12上的三个顶部发射 LED1。然而显著的是，实际上所有的顶部发射LED是侧面安装在电迹线12上，S卩：从光发射 区域4传播产生的"暖白色"现在以实质上平行于透明衬底7的平面的方向发射。在目前 描述的实施例中，导电材料13的小球提供用于分别将侧面安装的顶部发射LED电气连接和 机械连接到电迹线12的装置。导电材料13包括载银环氧树脂，然而它可以替代性地包括 在例如通过固化处理固定在位置以前可以滴涂（dispense)或印刷在所需的体积中的任何 其它导电材料。
[0049] 以上描述的照明面板6提供了用于提供"暖白色"照明、背光、标识或显示的新颖 装置。装置采用标准的顶部发射LED1，但是不需要采用一个或多个反射结构，以便对从顶部 发射LED发射的光进行重新定向以便以实质上平行于透明衬底7的平面的方向传播，顶部 发射LED安装在透明衬底7上。因此，当与本领域已知的那些设备比较时，所描述的照明面 板6展示出显著更高的光学效率。此外，他们还提供可以以商业规模制造同时提供可接受 的可靠性等级的解决方案。
[0050] 根据本发明的替代实施例的制造照明装置6a的方法现在将参考图5和图6进行 描述。第一步骤14涉及在透明衬底7的顶部表面上部署电迹线12。两个接触垫（未明确 示出）随后在关于LED1的期望位置附接到电迹线3。
[0051] 第二步骤15涉及在在透明衬底7的顶部表面上的用于放置LED1的期望的位置沉 积一些粘合剂16。
[0052] 第三步骤17涉及将顶部发射LED1放置在粘合剂的顶部上使得LED1侧面安装在 电迹线12上，S卩：布置从光发射区域4传播的所产生的"暖白色"，使得它将以实质上平行于 透明衬底7的平面的方向发射。可以采用挑选和放置表面安装机器以完成该处理阶段。
[0053] 第四步骤18包括应用两个导电材料13的小球到在用于LED1的电触点3的附近 的电垫上。每个小球13然后将各自的电垫连接到LED1。导电材料13的小球然后固化或回 流以在透明衬底7的跟踪12上的电垫和LED1的触点3之间形成牢固的机械连接和电气连 接，因此允许电功率被递送到LED1。
[0054] 最后的步骤19包括在透明衬底7的顶部上应用透明引导层9以便封装LED1。这 可以通过由对流体聚合物进行印刷、印花或滴涂来应用期望的流体聚合物到衬底7的顶部 表面实现。通过正确选择关于透明衬底7和引导层9的折射率，这些部件形成充当关于被 封装的LED1产生的光10的引导介质的复合结构。
[0055] 参考分别显示了根据本发明的替代实施例的照明面板6b和6c的侧视图和示意表 示的图7和8。可以再次看到，照明面板6b和6c包括由例如聚酯或聚碳酸酯的透明聚合物 片制成并且具有在1. 50和1. 61之间的折射率ns的衬底7。
[0056] 位于衬底7的顶部的是三个3x1光源阵列8b，在下文提供它的进一步细节。
[0057] 覆盖3x1光源阵列8和透明衬底7的顶部表面的剩余区域的是引导层9,其同样 由透明的塑料聚合物形成并且具有在1. 46和1. 56之间的折射率ng。同样选择透明衬底7 的折射率和透明引导层9的折射率使得它们满足不等式ns > ng，使得透明衬底7和透明引 导层9形成充当关于被封装的LED光源1产生的光10的引导介质的复合结构。
[0058] 位于透明衬底7的下表面上的是多个散射结构11。
[0059] 可以再次看到，在这些实施例中，3x1光源阵列8b中的每一个包括三个顶部发 射LED1。然而，在当前描述的实施例中，LED1初始以常规方式安装到印刷电路板（PCB)20 上。这可以通过附接到用于放置LED1的期望的位置的电迹线12的两个接触垫（未明确示 出）实现。可以采用回流焊接或导电环氧树脂以将LED1的触点3机械连接和电气连接到 接触垫。PCB20可以包括例如聚对苯二甲酸乙二酯（PET)或聚酰亚酰胺的透明材料或例如 FR-4(玻璃织物和环氧树脂）或铝的不透明材料。
[0060] 可以从图7和8中看出，在引导层9固化和硬化以前，PCB20侧面安装到透明衬底 7的顶部表面以便封装LED1。以这种方式，顶部发射LED1同样以侧面发射器配置的形式安 装在复合光导结构内的衬底7上，在复合光导结构内具有通过在衬底7上的电迹线12制造 的到LED 1的电气连接。
[0061] 在图7中可以看到，PCB20从引导层9的顶部表面突出，而在图8的实施例中， PCB20则被完全封装。在两个实施例中，PCB20被发现提供用于增强由LED1产生的热量的 散发的装置，虽然这种效果在所投影的图7的PCB20配置内是更显著的。能够增加由LED1 产生的热量的散发具有对于照明面板6c和6d的可靠性的显著的好处。
[0062] 图9显示了根据本发明的替代实施例的照明面板6d的制作方法的示意表示，同时 图10显示了由该方法制造的照明面板6d的顶视图。该实施例类似于以上关于图7和图8 的描述，然而，不是将LED1安装在常规PCB20上，而是将LED1代替安装在子板21上。透明 衬底7还被调整为使得子板21可以通过插头、插座、销或其它类似机械连接装置机械连接 到衬底7。
[0063] 子板21的制造可以是通过简单的和低成本印刷电路板制造方法。重要的是，子板 21可以被制造以便在两个分开的表面上具有电垫（未明确示出），一组适合于到LED1的电 气连接而另一组适合于到透明衬底7的顶部表面上的电迹线12的连接。可以采用回流焊 接或导电环氧树脂以实现在这些部件之间的期望的电气连接。
[0064] 将对本领域技术读者非常明显的是，目前描述的实施例提供用于将顶部发射LED1 以侧面发射器配置的形式安装在复合光导结构内的衬底7上的替代装置，复合光导结构具 有同样通过在衬底7上的电迹线12制造的到LED 1的电气连接。
[0065] 如同在以上描述的采用PCB20的实施例，在目前描述的实施例内存在的子板21还 提供用于增强由LED1产生的热量的散发的装置。
[0066] 在图11中示出的和由附图标记6e总体描述的又一个替代实施例中，可以选择在 透明衬底7和引导层9之间的相对折射率使得它们满足不等式n s < ng。由3x1光源阵列8 产生的光10同样初始耦合到透明引导层9中以便以实质上平行于被透明衬底7限定的平 面的方向传播。然而，因为透明衬底7的折射率被选择为小于透明引导层9的折射率，由于 全内反射的效果，产生的光10完全在透明引导层9内被引导。在目前描述的实施例中，本 领域技术读者将认识到，需要位于引导层9的顶部表面上的多个散射结构11 (为了易于理 解从该附图中省略）。因此，光10被如前所述重新定向并且因此通过衬底7的下表面离开 设备6e以便提供所期望的背光功能。
[0067] 虽然已经描述了涉及发射白光的顶部发射LED，本领域的技术读者将明白的是： 以上描述的实施例可以采用不同颜色的LED。这可以涉及仅仅采用在照明面板内发射单一 颜色的LED或替代性地采用发射不同颜色的LED使得可以制造照明效果的组合。
[0068] 以上描述的实施例提供适于提供用于例如移动电话LCD显示器的一系列产品的 "暖白色"背光的照明面板。照明面板能够采用标准顶部发射LED并且因此避免需要本领域 已知的侧面发射LED的显著重新设计。此外，描述的实施例不需要采用一个或多个发射部 件并且因此当与本领域已知的那些系统相比时展示更大的光学效率。
[0069] 一些以上所述的实施例的另外的优点是在装置内采用的PCB和子板提供增强由 LED产生的热量的散发的事实。能够增加由LED产生的热量的散发具有关于所描述的照明 面板的可靠性的显著的好处。
[0070] 由于这些结合的优点，所描述的照明面板提供用于可以以商业规模制造同时提供 可接受的可靠性等级的产品的"暖白色"背光的装置。
[0071] 描述了照明面板和其制造方法。照明面板包括透明衬底，在其第一表面上安装有 描述的一个或多个光源。照明面板还包括引导层，其中引导层被布置以便在第一表面上封 装一个或多个光源。一个或多个光源包括在第一表面上侧面安装的顶部发射LED。以这种 方式，所描述的装置提供用于提供可以以商业规模制造同时提供可接受的可靠性等级的产 品的"暖白色"背光的光学高效的装置。
[0072] 本发明的前述描述已经显示用于说明和描述的目的，并且其不是旨在穷举或将本 发明限制在所公开的精确形式。描述的实施例被选择和描述以最好地解释本发明和它的实 际应用的原理，从而使本领域其他技术人员能够最好地以各种实施例和用如适于预期的特 定用途的各种修改利用该发明。因此，可以包含另外的修改或改进而不脱离如被所附权利 要求限定的本发明的范围。
【权利要求】
1. 一种照明面板，其包含透明衬底和引导层，在所述透明衬底的第一表面上安装有一 个或多个光源，所述引导层被布置成在所述第一表面上封装所述一个或多个光源，其中所 述一个或多个光源包括在所述第一表面上侧面安装的顶部发射LED。
2. 根据权利要求1所述的照明面板，其中所述一个或多个顶部发射LED发射白光。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的照明面板，其中所述透明衬底具有的折射率大 于或等于所述引导层的折射率。
4. 根据权利要求1或权利要求2所述的照明面板，其中所述透明衬底具有的折射率小 于所述引导层的折射率。
5. 根据任一前述权利要求所述的照明面板，其中所述照明面板还包括一个或多个散射 结构，所述一个或多个散射结构布置为扰乱由被封装的LED光源产生的光在所述面板内的 全内反射的效果。
6. 根据任一前述权利要求所述的照明面板，其中所述照明面板还包括导电材料，所述 导电材料被布置成将所述一个或多个侧面安装的顶部发射LED电气连接到位于所述第一 表面上的电迹线。
7. 根据权利要求6所述的照明面板，其中所述照明面板还包括电路板，其中所述导电 材料将所述一个或多个侧面安装的顶部发射LED通过所述电路板连接到所述电迹线。
8. 根据权利要求7所述的照明面板，其中所述电路板包括印刷电路板。
9. 根据权利要求7所述的照明面板，其中所述电路板包括子板。
10. -种制造照明面板的方法，所述方法包括： 将一个或多个顶部发射LED侧面安装到透明衬底的第一表面上；以及 将引导层添加到所述第一表面以在所述第一表面上封装所述一个或多个侧面安装的 顶部发射LED。
11. 根据权利要求11所述的制造照明面板的方法，其中所述一个或多个顶部发射LED 通过以下方式被侧面安装到所述第一表面上：采用导电材料以将所述一个或多个顶部发射 LED连接到位于所述第一表面上的电迹线。
12. 根据权利要求11所述的制造照明面板的方法，其中所述一个或多个顶部发射LED 通过以下方式被侧面安装到所述第一表面上： 将所述一个或多个LED安装在电路板上；以及 将所述电路板附接到所述第一表面。
13. 根据权利要求12所述的制造照明面板的方法，其中采用导电材料以将所述电路板 附接到所述第一表面。
14. 根据权利要求13所述的制造照明面板的方法，其中当所述电路板附接到所述第一 表面时，所述电路板的一部分从所述引导层突出。
15. 如本文参考图3和图4描述的照明面板。
16. 如本文参考图6描述的照明面板。
17. 如本文参考图7描述的照明面板。
18. 如本文参考图8描述的照明面板。
19. 如本文参考图9和图10描述的照明面板。
20. 如本文参考图11描述的照明面板。
【文档编号】F21V8/00GK104114939SQ201380005085
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年1月10日 优先权日:2012年1月10日
【发明者】詹姆士·古尔雷 申请人:Led产品设计有限公司