用于基于阵列的电装置的线路板的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求在2013年8月19日提交的序列号为13/970027的美国专利申请、在 2013年3月13日提交的序列号为13/799807的美国专利申请，以及在2012年9月6日提 交的序列号为61/697411的美国临时专利申请的权益和优先权，通过引用将其中每个申请 的全部披露包含于此。
技术领域
[0003] 在各个实施例中，本发明总的涉及电装置，并且更具体地涉及基于阵列的电装置。
【背景技术】
[0004] 由于诸如发光二极管（LED)的光源的更高的效率、更小的外形因素、更长的寿命 以及增强的机械稳固性，因此它们是对照明装置中的白炽和荧光灯泡的具有吸引力的替代 物。诸如被设计来替换荧光管的那些照明系统的大面积照明系统，必须在照明系统的发射 孔径（aperture)上均匀地分布光。在一些情况下，在这样的照明系统中利用相对高功率的 LED，但是使用这样的LED通常需要额外的光学或混合室（chamber)来散播和/或漫射光， 该光学或混合室增加了成本和体积并且降低了效率。
[0005] 基于相对大阵列的相对低功耗LED的基于LED的照明系统可用来替换使用较少数 量的高功率LED。该系统可使用封装的或者未封装的LED。可使用低成本塑料基板来形成 一些系统，而其他系统可以利用更传统的印刷电路或线路板，如FR4或者金属芯印刷电路 板（MCPCB)。这些系统可以以在低成本塑料基板（例如塑料线路板）上形成的用于互连大 阵列的封装或未封装LED的导电迹线为特征。已在美国专利申请13/171973中描述了这样 的系统，通过引用将该美国专利申请的全部披露包含于此。
[0006] 该系统的一个潜在限制是一旦在电路板或基板上形成模式，则通常不能改变印刷 区域的大小以及LED的间距和布局。在采用大批量制造（如卷对卷工序）时特别受限，其 中，必须处理大量的印刷片（printed sheet)的单个设计或布局来实现足够低的成本。因 此，支持具有不同印刷片配置的大量不同产品，通常要求大量的库存印刷片以及相对较高 的制造成本。
[0007] 由该系统中使用的电布图设计（electrical topography)造成第二限制，其通常 以大量的串行连接的LED的串为特征。由于LED的正向电压的固有变化，以及导电迹线的 电阻的潜在变化，该系统通常不能简单地平行连接所有串并且期望将在串之间均匀或大体 均匀地划分电流。在该系统中，一个串可能具有相对较低的串电压，并且因此较高的电流将 流过该串。随着更多的电流流过该串，该串中的LED将变热，使得LED正向电压降低，导致 电流的进一步增大。这导致相对较低电压串中的"电流错乱"，并且可导致串中的一个或多 个LED故障，其可能引起照明系统的故障。
[0008] 传统LED系统利用恒定电流驱动器，其向串行连接的LED串提供独立于串电压的 恒定的电流。尽管该方法对传统LED系统起作用，但基于阵列的照明系统可具有数十或数 百个LED串。在这种情况下为每个串使用单独的恒定电流驱动器可能非常昂贵。此外，在 这种场景下到每个片（sheet)的连接点数量通常大致等于串的数量。此外，这样代价太高， 并且可能是可降低可靠性的故障源。此外，提供这种大量的连接需要相对大量的空间或体 积，使得该系统难以安装和管理。
[0009] 第三个限制涉及通过将多个离散的照明单元拼贴到一起而实现的较大的照明系 统的制造。除了装配该系统的成本，在不同照明单元之间的接合处（joint)周围的区域中 通常存在不期望的较低光强、黑暗空间或者不同颜色的光。这种在接合处的不期望特征可 能例如是由于需要在不同照明单元之间提供额外空间以容纳装置，该装置用于机械地支持 照明单元、物理地连接照明单元、电连接照明单元和/或将照明单元连接到电源。
[0010] 根据前文，需要能够低成本设计和制造（能够支持大量的不同产品并且具有经济 有效的驱动和互连系统的）可靠的基于阵列的照明系统，以及能够以低成本制作均匀和可 靠的大面积照明系统的系统和技术。
【发明内容】
[0011] 根据某些实施例，使用可以在一个或多个方向上拼贴（即沿边连接）的离散光片 来制造照明系统。该光片通常包括多个串行连接的发光元件（LEE)的串，以及电连接到每 个串的控制元件。有利地，在单个光片上，或者甚至在多个连接的（即拼贴的）光片上，尽 管光片之间存在接合处，串和/或LEE之间的间距可以是恒定的。因此，根据本发明实施例 的照明系统可具有大体上任意的尺寸，但具有在它们的整个区域上的一致的外观（例如， 发出的光的亮度）。控制元件可因此存在于光片上的LEE串内或者LEE串之间，以便不打 断LEE间距。类似地，较大的光片可被分割成较小的光片（例如，通过在两个LEE串之间分 离），而仍然保持每个较小片段的全部功能。可经由位于例如光片的一个或多个边缘或者侧 面的电导体向LEE供应功率，并且可经由到位于光片背面（即非发光侧）的更大导电区域 的连接来有利地降低该导体的电阻。
[0012] 在一些实施例中，根据响应于力的易弯曲性和弹性（即，在移除力时趋向于弹性 地恢复到原始配置），诸如基板或光片的各个元件是"柔性"的。该元件可具有约50cm或更 小、约20cm或更小，或者约5cm或更小，或者甚至约Icm或更小的曲率半径。在一些实施例 中，柔性元件具有小于约50x 109N/m2、小于约IOx 109N/m2,或者甚至小于约5x IO9NAi2的 杨氏模量。在一些实施例中，柔性元件具有小于约100的邵A硬度值；小于约100的邵D硬 度；和/或小于约150的洛氏硬度。
[0013] 在一个方面，本发明的实施例以照明系统为特征，该照明系统包括大体为平面的 光片、第一和第二隔开的电导体（每个电导体在第一方向上延伸并且设置在所述光片上）、 多个发光串以及多个控制元件，或者实质上由其组成。每个发光串（i)包括沿该发光串隔 开的多个互连的发光元件或者实质上由其组成，（ii)具有电耦合到所述第一电导体的第一 端，（iii)具有电耦合到所述第二电导体的第二端，以及（ iv)朝向与所述第一方向不平行 的第二方向。所述电导体向每个发光串供电。每个控制元件（i)电连接到至少一个发光 串以及（ii)被配置为利用从所述电导体供应的功率来控制到达其电连接的发光串的功率 (即供应大体恒定的电流）。所述光片能够经由跨越所述第一和第二电导体并且不与发光 串相交的切割（即任何物理破坏或分离，不一定通过切割来执行），分离为两个部分光片， 每个部分光片包括（i) 一个或多个发光串，（ii) 一个或多个控制元件，以及（iii)所述第 一和第二电导体的部分，或者实质上由其组成，所述第一和第二电导体的部分被配置为向 所述部分光片的一个或多个发光串供电，并且从而点亮该一个或多个发光串。
[0014] 本发明的实施例可采用各种不同的组合中的任何一个来包括下列一个或多个。可 将电源电连接到所述电导体，并将其配置为向所述电导体提供大体恒定的电压。可将第二 光片耦合到所述光片。第二光片可包括在其上设置的第三和第四隔开的电导体，并且所述 电源被配置为向所述第三和第四电导体供应大体恒定的电压。每个发光串可仅包括12、16、 18或20个发光元件，或者实质上由其组成。提供给所述电导体的恒定的电压不超过近似 60伏特。所述发光串可以都不延伸到由所述第一和第二电导体跨越的区域外。所述发光串 可以都不与另一个发光串交叉。所述第二方向可与所述第一方向大体垂直。对于每个发光 串，其发光元件可沿该发光串以大体恒定的发光元件间距隔开。所述发光串在所述光片上 以大体恒定的串间距隔开。所述串间距可以是所述发光元件间距的整数倍，其中该整数大 于1。所述串间距可近似等于所述发光元件间距。可经由在光片上的任何两个发光串之间 的切割，将光片分离为两个部分光片。可将光片分离为多于两个部分光片。
[0015] 在所述光片上，以在不同发光串的发光元件之间维护的大体恒定的发光元件间 距，来隔开所述发光元件。每个控制元件可电连接到不同的发光串。对于每个发光串，其发 光元件可独立于电连接到发光串的控制元件的位置、以大体恒定的发光元件间距隔开。每 个发光串可仅包括12、16、18或20个发光元件，或实质上由其组成。每个发光串可仅包括 60、72、84、90、96、108、126、140、150、156、160、198、200、204 或 211 个发光元件，或者实质上 由其组成。每个发光串可仅包括120、144、168、180、210或216个发光元件，或者实质上由 其组成。可串行连接每个发光串的发光元件。至少一个控制元件可被配置为向该控制元件 连接的至少一个发光串提供大体恒定的电流。至少一个发光元件可发出大体为白色的光。 至少一个发光元件可包括裸片发光二极管或封装的发光二极管，或者由其组成。至少一个 发光串可以是具有长于由所述电导体跨越的光片的尺寸的直线长度（即，如果沿单条直线 连接所有发光元件，该串的长度）的折叠串。所述光片可包括其上设置了多个发光串的基 板。每个发光串可包括在所述基板上设置的多个导电元件，其电连接到多个发光元件和至 少一个控制元件。导电胶、各向异性导电胶、引线键合和/或焊料可将发光元件电连接到导 电元件。所述光片可以是柔性的。
[0016] 在另一个方面，本发明的实施例以照明系统为特征，该照明系统包括基本为平面 的光片、在所述光片上设置的第一和第二隔开的电导体（每个电导体在第一方向上延伸）、 多个发光串以及多个控制元件，或者实质上由其组成。每个发光串（i)包括沿该发光串隔 开的多个互连的发光元件，（ii)具有电耦合到所述第一电导体的第一端，（iii)具有电耦 合到所述第二电导体的第二端，以及（iv)朝向与所述第一方向不平行的第二方向。所述电 导体向每个发光串供电。每个控制元件（i)电连接到至少一个发光串以及（ii)被配置为 利用从所述电导体供应的功率来控制到达其电连接的至少一个发光串的电流。对于每个发 光串，隔开发光元件的间距独立于电连接到发光串的控制元件的位置。
[0017] 本发明的实施例可采用各种不同的组合中的任何一个来包括下列一个或多个。所 述光片能够经由跨越所述第一和第二电导体并且不与发光串相交的切割，分离成两个部分 光片，每个部分光片包括（i) 一个或多个发光串、（ii) 一个或多个控制元件以及（iii)被 配置为向部分光片的一个或多个发光串供电并且从而点亮该一个或多个发光串的第一和 第二电导体的部分，或者实质上由其组成。被配置为向电导体提供大体恒定的电压的电源 可电连接到所述电导体。第二光片可耦合到所述光片，并且包括在其上设置的第三和第四 隔开的电导体。所述光源被配置为向所述第三和第四电导体供应大体恒定的电压。每个发 光串可仅包括12、16、18或20个发光元件，或者实质上由其组成。提供给所述第一和第二 (以及甚至第三和第四）电导体的大体恒定的电压可以不超过近似60伏特。所述电源可被 配置为通过对大体恒定的电压进行脉冲宽度调制来调节所述光片的光输出。所述发光串可 以都不超过由所述第一和第二电导体跨越的区域。所述发光串可以都不与另一个发光串交 叉。所述第二方向可与所述第一方向大体垂直。对于每个发光串，其发光元件沿该发光串 以大体恒定的发光元件间距隔开。所述发光串在所述光片上以大体恒定的串间距隔开。所 述串间距可以是所述发光元件间距的整数倍，其中该整数大于1。所述串间距可以近似等 于所述发光元件间距。在所述光片上，发光元件可以以在不同发光串的发光元件之间维护 的大体恒定的发光元件间距隔开。每个控制元件可电连接到不同的发光串。对于每个发光 串，其发光元件以独立于电连接到所述发光串的控制元件的位置的大体恒定的发光元件间 距隔开。
[0018] 每个发光串可以仅包括12、16、18或20个发光元件，或者实质上由其组成。每个发 光串可以仅包括 60、72、84、90、96、108、126、140、150、156、160、198、200、204 或 211 个发光 元件，或者实质上由其组成。每个发光串可以仅包括120、144、168、180、210或216个发光 元件，或者实质上由其组成。可串行连接每个发光串的发光元件。所述至少一个控制元件 可被配置为向该控制元件连接的至少一个发光串提供大体恒定的电流。至少一个发光元件 可发出大体为白色的光。至少一个发光元件可包括裸片发光二极管或封装的发光二极管， 或者实质上由其组成。至少一个发光串可以是具有长于由所述电导体跨越的光片的尺寸的 直线长度的折叠串。所述折叠串的发光元件具有正极端子和负极端子，并且尽管在所述折 叠串中折叠，但所有正极端子可朝向所述光片的单个边缘。所述光片可包括其上设置了多 个发光串的基板，并且每个发光串可包括在所述基板上设置的多个导电元件，其电连接到 多个发光元件和至少一个控制元件。导电胶、各向异性导电胶、引线键合和/或焊料可将发 光元件电连接到导电元件。所述基板可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、 聚碳酸酯、聚醚砜、聚酯、聚酰亚胺、聚乙烯、玻璃纤维、金属芯印刷电路板和/或纸，或者实 质上由其组成。导电元件可包括铝、铬、铜、金、碳、银、碳墨和/或银墨，或者实质上由其组 成。可在一些导电元件的至少部分上设置绝缘层。所述绝缘层可包括绝缘墨水，或者实质 上由其组成。
[0019] 所述光片是柔性的。至少一个控制元件可包括多个有源和/或无源电路元件，或 者实质上由其组成。至少一个控制元件可包括（i) 一个或多个电阻和/或（ii) 一个或多 个晶体管，或者实质上由其组成。至少一个控制元件可包括集成电路（例如，封装的集成电 路或者裸片集成电路），或者实质上由其组成。每个控制元件可以仅电连接到一个发光串。 所述系统可包括一个或多个额外光片，每个额外光片具有拼贴方向，并且所述光片和所述 一个或多个额外光片可在拼贴方向上在它们之间的接口处彼此连接。尽管存在接口，但在 所述光片和所述一个或多个额外光片上，发光元件的间距是大体恒定的。可串行或者并行 电连接所述光片和所述一个或多个额外光片。每个控制元件可电连接到不同的发光串，并 且多个发光串中的每个发光串两端的电压可以至少等于在该串中多个发光元件两端的电 压降与电连接到该串的控制元件两端的电压降之和。至少一个控制元件可被配置为控制其 电连接的至少一个串的发光元件的光学特征。所述光学特征可包括色度、色温、强度、显色 指数、光谱功率分布和/或空间光分布模式，或者实质上由其组成。至少一个控制元件可被 配置为通过选择性地断开发光串中的各个发光串而不改变供应给剩余发光串的驱动电流， 从而使来自所述光片的光输出变暗，来控制光学特征。至少一个第一发光串可发出具有与 至少一个第二发光串的色度、色温、强度、效率、显色指数、光谱功率分布或者空间光分布不 同的色度、色温、强度、效率、显色指数或光谱光分布的光。
[0020] 多个发光串可包括（i)第一组一个或多个发光串以及（ii)与所述第一组不同的 第二组一个或多个发光串，或者实质上由其组成。所述至少一个控制元件可被配置为通过 执行以下操作来控制光学特征：启用所述第一组并且停用所述第二组以生成具有第一色 度、色温、强度、效率、显色指数、光谱功率分布或空间光分布的光，以及启用所述第二组并 且停用所述第一组以生成具有与第一色度、色温、强度、效率、显色指数、光谱功率分布或空 间光分布不同的第二色度、色温、强度、效率、显色指数、光谱功率分布或空间光分布的光。 多个发光串可包括第一组一个或多个发光串，以及与所述第一组的至少一个发光元件相关 联的第一类第一光学元件，或者实质上由其组成。多个发光串可包括与所述第一组不同的 第二组一个或多个发光串，以及与所述第二组的至少一个发光元件相关联的不同于第一类 的第二类第二光学元件，或者实质上由其组成。所述至少一个控制元件可被配置为通过执 行以下操作来控制光学特征：启用所述第一组并且停用所述第二组以生成具有第一色度、 色温、强度、效率、显色指数、光谱功率