ПОДЛОЖКА ДЛЯ УСТАНОВКИ МНОЖЕСТВА СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
SUBSTRATE FOR MOUNTING A PLURALITY OF LIGHT EMITTING ELEMENTS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к подложке для установки множества светоизлучающих элементов и к способу изготовления такой подложки. Настоящее изобретение также относится к устройству вывода света, содержащему такую подложку, и к способу сборки такого устройства вывода света.
Уровень техники изобретения
Сегодня светоизлучающие элементы, которые установлены на подложку, например светоизлучающие диоды (светодиоды), установленные на печатную плату (PCB), все больше используются в осветительных устройствах. Для создания луча требуемой формы такое светодиодное осветительное устройство часто может содержать оптическую систему с оптическим элементом, например коллиматором, обеспеченным для каждого из светодиодов. В качестве его примера на фиг. 1 схематически проиллюстрировано известное осветительное устройство 100, в котором оптическая система 101 с множеством коллиматоров 102 размещена поверх множества светодиодов 103, установленных на PCB 104.
Чтобы оптимизировать работоспособность оптической системы на фиг. 1, каждый из светодиодов должен быть выровнен с соответствующим ему коллиматором. Это может быть выполнено регулированием коллиматора или, если каждый светодиод установлен на отдельной печатной плате (PCB), регулированием положения печатной платы, на которой размещен светодиод. Однако для облегчения сборки и/или заменяемости светодиодов часто предпочтительно использовать одну печатную плату с множеством светодиодов, размещенных на ней. В связи с этим после установки светодиодов на печатную плату светодиоды имеют неподвижное относительно друг друга положение. Это означает, что для выравнивания в оптической системе осталось только регулирование коллиматоров, которое может быть очень неудобным и времязатратным процессом в производстве.
Таким образом, имеется необходимость в облегчении выравнивания светоизлучающих элементов с их соответственными оптическими элементами, даже если светоизлучающие элементы установлены на одной и той же подложке.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является преодоление этой проблемы и облегчение выравнивания светоизлучающих элементов с их соответственными оптическими элементами, даже если светоизлучающие элементы установлены на одной и той же подложке.
Согласно аспекту изобретения, эта и другие задачи достигаются подложкой, содержащей: первый сегмент, обеспеченный первой контактной площадкой для соединения первого светоизлучающего элемента, и второй сегмент, обеспеченный второй контактной площадкой для соединения второго светоизлучающего элемента, причем подложка обеспечена по меньшей мере одним сквозным отверстием, которое продолжается от края подложки до точки в пределах подложки так, что может быть достигнуто относительное перемещение в плоскости подложки между первым сегментом подложки и вторым сегментом подложки приложением механической силы к подложке.
Настоящее изобретение основано на понимании того, что, обеспечивая по меньшей мере одно сквозное отверстие, которое продолжается от края подложки до точки в пределах подложки, возможно такое увеличение гибкости жесткой подложки, что различные сегменты подложки могут перемещаться относительно друг друга в плоскости подложки. Автор дополнительно обнаружил, что подходящее расположение таких сквозных отверстий обеспечивает относительное перемещение в плоскости подложки между первой контактной площадкой для соединения первого светоизлучающего элемента и второй контактной площадкой для соединения второго светоизлучающего элемента в ответ на механическую силу, приложенную к подложке. Тем самым, возможно изменение относительного положения между первым и вторым светоизлучающими элементами (которые неподвижно установлены на первую и вторую контактные площадки), позволяющее выравнивать каждый из первого и второго светоизлучающих элементов с соответственным оптическим элементом. Это делает возможным очень точное выравнивание с многополостной оптической системой без регулирования оптических устройств, тем самым обеспечивая более удобный и эффективный по времени процесс в производстве. Дополнительно для светоизлучающих элементов, расположенных на одной подложке, все же возможно выполнять простую сборку и/или заменяемость по сравнению с конструкцией, в которой светоизлучающие элементы расположены на отдельных подложках.
Как понятно специалисту в данной области техники, форма и размер сквозного отверстия могут изменяться. Однако сквозное отверстие предпочтительно может иметь вытянутую форму, например, по существу прямой вытянутой канавки, канала или щели, которая проходит сквозь плоскость подложки.
Подложка может быть обеспечена множеством сквозных отверстий, причем каждое из сквозных отверстий продолжается от края подложки до точки в пределах подложки. Посредством увеличения количества сквозных отверстий может быть достигнуто увеличение гибкости. Гибкость также увеличивается увеличенной длиной сквозного отверстия.
Согласно варианту выполнения, сквозное(ые) отверстие(я) может(ут) иметь L-образную форму. L-образная форма сквозного отверстия позволяет сегментам на его противоположных сторонах перемещаться в обоих измерениях плоскости подложки. Это делает более простым регулирование положения светоизлучающего элемента вдоль любого требуемого направления в плоскости подложки и тем самым облегчает выравнивание.
Подмножество множества сквозных отверстий может продолжаться от первого края подложки, тогда как остальная часть сквозных отверстий может продолжаться от второго края подложки, противоположного первому краю.
Конец сквозного отверстия, расположенный в пределах подложки, предпочтительно может иметь скругленную форму. Преимущество скругленной формы заключается в том, что напряжение распределяется по большей площади подложки во время сгибания, тем самым уменьшая риск, что подложка сломается.
Подложка может быть (жесткой) неэлектропроводной подложкой, обеспеченной электрической(ими) дорожкой(ами), которая(ые) обеспечивает(ют) электрическое соединение с контактными площадками, например печатной платой (PCB). Электрическая дорожка и контактные площадки могут быть, например, вытравлены на печатной плате или дискретных элементах, которые могут быть прикреплены, например, адгезивом. Преимущество заключается в том, что преобразование традиционной подложки, например печатной платы, в гибкую подложку обеспечивает экономически эффективное решение.
Более того, подложка согласно настоящему изобретению предпочтительно может быть включена в устройство вывода света, дополнительно содержащее: первый светоизлучающий элемент, соединенный с первой контактной площадкой, и второй светоизлучающий элемент, соединенный со второй контактной площадкой.
Устройство вывода света может дополнительно содержать оптическую систему, обеспеченную первым оптическим элементом, предназначенным для приема света от первого светоизлучающего элемента, и вторым оптическим элементом, предназначенным для приема света от второго светоизлучающего элемента, причем каждый из первого и второго светоизлучающих элементов может быть выровнен с его соответственным оптическим элементом приложением механической силы к подложке.
Подложка и оптическая система могут включать в себя соответствующие наборы опорных элементов, выполненных с возможностью совмещения во время выравнивания так, что может быть достигнуто более точное выравнивание.
Набором опорных элементов на подложке может быть набор опорных отверстий, а набором опорных элементов на оптической системе может быть соответствующий набор выступов, выполненный с возможностью совмещаться с опорным(и) отверстием(ями). Обычно это решение проще в производстве по сравнению с решением, где подложка имеет выступы, а оптический элемент имеет опорные отверстия. Выступ(ы) может(гут) быть коническим(и) или иметь скошенный край такой, что выступ толкает другие сегменты подложки в правильные положения, когда выступ(ы) оптической системы входит(ят) в опорное(ые) отверстие(я).
Согласно другому аспекту изобретения, обеспечен способ изготовления гибкой подложки, содержащий этапы, на которых: обеспечивают подложку, содержащую первый сегмент, обеспеченный первой контактной площадкой для соединения первого светоизлучающего элемента, и второй сегмент, обеспеченный второй контактной площадкой для соединения второго светоизлучающего элемента;
образуют по меньшей мере одно сквозное отверстие, которое продолжается от края упомянутой подложки до точки в пределах упомянутой подложки так, что относительное перемещение в плоскости подложки может быть достигнуто между первым сегментом подложки и вторым сегментом подложки приложением механической силы к упомянутой подложке.
Этот аспект обеспечивает подобные преимущества, которые обсуждались по отношению к предыдущему аспекту.
Образование сквозного(ых) отверстия(й) в подложке может включать в себя создание (кольцевого) сквозного отверстия в подложке и создание прорези от сквозного отверстия до края подложки. Таким образом, возможно образование сквозного отверстия, которое шире на внутреннем конце сквозного отверстия, так что напряжение распределяется по большей площади подложки во время сгибания, тем самым уменьшая риск, что подложка сломается. Однако сквозное отверстие также может быть получено другими путями, например, сквозное(ые) отверстие(я) может(гут) быть пробито(ы) или фрезеровано(ы) для достижения требуемой формы.
Способ может включать в себя этап, на котором обеспечивают набор опорных элементов на подложке. Опорный(е) элемент(ы) облегчает(ют) выравнивание светоизлучающих элементов с их соответственными оптическими элементами.
Более того, способ изготовления подложки согласно настоящему изобретению предпочтительно может быть включен в способ сборки устройства вывода света, дополнительно содержащего этапы, на которых: устанавливают первый светоизлучающий элемент на первую контактную площадку на подложке и второй светоизлучающий элемент на вторую контактную площадку на подложке.
Способ может дополнительно содержать этапы, на которых: обеспечивают оптическую систему, обеспеченную первым оптическим элементом, предназначенным для приема света от светоизлучающего элемента, и второй оптический элемент, предназначенный для приема света от второго светоизлучающего элемента; размещают оптическую систему поверх светоизлучающих элементов; и выравнивают каждый из первого и второго светоизлучающих элементов с их соответственными оптическими элементами приложением механической силы к подложке. Во время выравнивания набор опорных элементов на оптической системе может быть совмещен с соответствующим набором опорных элементов на подложке.
Отметим, что изобретение относится ко всем возможным совокупностям признаков, перечисленных в формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты настоящего изобретения далее будут описаны более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, показывающие вариант(ы) выполнения изобретения.
Фиг. 1 схематически иллюстрирует светодиодное осветительное устройство с оптической системой с множеством коллиматоров согласно известному уровню техники.
Фиг. 2 схематически иллюстрирует подложку согласно варианту выполнения изобретения.
Фиг. 3a-c схематически иллюстрируют различные конфигурации сквозных отверстий, которые достигают одномерной гибкости.
Фиг. 4 схематически иллюстрирует конфигурацию сквозных отверстий, которая достигает двумерной гибкости.
Фиг. 5 схематически иллюстрирует устройство вывода света согласно варианту выполнения изобретения.
Фиг. 6 представляет собой блок-схему, показывающую этапы изготовления устройства вывода света согласно варианту выполнения изобретения; и
фиг. 7a-b схематически иллюстрируют выравнивание между светоизлучающими элементами и их соответственными оптическими элементами.
Подробное описание
Фиг. 2 схематически иллюстрирует подложку 1 согласно варианту выполнения изобретения. Подложка 1 может быть (жесткой) неэлектропроводной подложкой, содержащей первый сегмент 5a, обеспеченный первой контактной площадкой 22a для соединения первого светоизлучающего элемента, и второй сегмент 5b, обеспеченный второй контактной площадкой 22b для соединения второго светоизлучающего элемента. Возможно, подложка может включать в себя дополнительные контактные площадки так, что с подложкой может быть соединено больше светоизлучающих элементов. Например, в проиллюстрированном на фиг. 2 примере имеется третья контактная площадка 22c для соединения третьего светоизлучающего элемента с третьим сегментом 5c подложки. Подложка также может включать в себя электропроводящую(ие) дорожку(и) 3 в пределах и/или изготовленную(ые) на подложке для соединения контактных площадок в любой требуемой конфигурации. Это может быть достигнуто, например, использованием традиционной печатной платы (PCB), такой как, например, IMS-плата (MCPCB) или FR4-плата.
Подложка 1 обеспечена первым набором сквозных отверстий 6a-c, которые продолжаются от края 8, 9 подложки до точки 20 в пределах подложки таким образом, что между первым сегментом 5a подложки и вторым сегментом 5b подложки может быть достигнуто относительное перемещение в плоскости подложки. Таким образом, эта конструкция является такой, что участок подложки, расположенный на внутреннем конце 20 каждого сквозного отверстия, будет действовать как гибкий шарнир, который позволяет относительное перемещение в плоскости подложки между смежными сегментами 5a-b в ответ на механическую силу, приложенную к сегментам 5a-b.
Несмотря на то, что может быть достаточно одного сквозного отверстия 6a-c, часто предпочтительно обеспечение дополнительных сквозных отверстий для увеличения гибкости. Например, в примере, проиллюстрированном на фиг. 2, имеются три сквозных отверстия 6a-c, расположенные между первой контактной площадкой 22a и второй контактной площадкой 22b. Каждое сквозное отверстие здесь имеет прямую вытянутую форму, например, канавки, канала или щели, которая проходит сквозь подложку. Для уменьшения риска, что подложка сломается при сгибании, сквозное отверстие предпочтительно может иметь скругленную на внутреннем конце 20 сквозного отверстия форму.
Более того, смежные сквозные отверстия предпочтительно продолжаются от противоположных краев подложки. Например, в примере, проиллюстрированном на фиг. 2, первый набор сквозных отверстий 6a-c имеет два сквозных отверстия 6a, 6c, продолжающихся от первого края 8, и третье сквозное отверстие 6b, расположенное между двумя другими сквозными отверстиями и продолжающееся от второго края 9 подложки, противоположного первому краю.
Как понятно специалисту в данной области техники, дополнительный(е) набор(ы) сквозных отверстий может(гут) быть образован(ы) на подложке, если имеются дополнительные контактные площадки, которые должны быть подвижными относительно других контактных площадок. Например, в проиллюстрированном на фиг. 2 примере имеется второй набор сквозных отверстий 7a-c, который продолжается от края 8, 9 подложки до точки в пределах подложки так, что третья контактная площадка 22c является подвижной относительно второй контактной площадки 22b. Это позволяет относительное перемещение в плоскости подложки между всеми контактными площадками 22a-c на подложке.
Сквозные отверстия, проиллюстрированные на фиг. 2 и фиг. 3a, главным образом обеспечивают (одномерное) относительное перемещение между сегментами вдоль первого направления (проиллюстрировано как направление оси Х на фиг. 3a), по существу перпендикулярного продолжению сквозных отверстий. Как понятно специалисту в данной области техники, требуемый результат может быть достигнут также для других форм сквозного отверстия. Два примера альтернативной формы сквозных отверстий, которые достигают одномерное относительное перемещение между сегментами, проиллюстрированы на фиг. 3b-c.
Также возможно выполнять такое(ие) сквозное(ые) отверстие(я), что сегменты подложки на противоположных сторонах сквозного(ых) отверстия(й) могут перемещаться относительного друг друга в обоих измерениях плоскости подложки (проиллюстрированы как направления осей Х и Y на фиг. 4). Это может быть достигнуто использованием одного или более L-образных сквозных отверстий (6a-b), которые проиллюстрированы на фиг. 4.
Фиг. 5 схематически иллюстрирует устройство вывода света согласно варианту выполнения изобретения.
Здесь устройство вывода света содержит подложку 1, описанную выше относительно фиг. 2. Первый светоизлучающий элемент 2a электрически и термически соединен с первой контактной площадкой 22a на подложке 1, а второй светоизлучающий элемент 2b электрически и термически соединен со второй контактной площадкой 22b на подложке. В проиллюстрированном на фиг. 5 примере имеется также третий светоизлучающий элемент 2c, соединенный с третьей контактной площадкой 22c на подложке. Каждый светоизлучающий элемент может быть светоизлучающим диодом (светодиодом), например чипом или кристаллом, установленным непосредственно на контактной площадке. Устройство вывода света также может содержать компоненты, требуемые для приведения в действие и управления светоизлучающими элементами.
Устройство вывода света может дополнительно содержать оптическую систему 10, расположенную поверх светоизлучающих элементов. Оптическая система содержит первый оптический элемент 11a, предназначенный для приема света от первого светоизлучающего элемента 2a, и второй оптический элемент 11b, предназначенный для приема света от второго светоизлучающего элемента 2b. Возможно, оптическая система может включать дополнительные оптические элементы, предназначенные для приема света от дополнительных светоизлучающих элементов. Например, в проиллюстрированном на фиг. 3 примере имеется третий оптический элемент 11c, предназначенный для приема света от третьего светоизлучающего элемента 2c.
Оптическими элементами здесь являются коллимирующие отражатели. Каждый коллимирующий отражатель может использовать отражающую поверхность (например, полость, обеспеченную отражающей поверхностью) или основываться на полном внутреннем отражении (TIR) (например, использованием участка корпуса, изготовленного из поликарбоната или полиметилметакрилата), которое широко известно в уровне техники.
Предпочтительно подложка 1 и оптическая система 10 обеспечены соответствующими наборами опорных элементов 12, 13 для обеспечения подходящего выравнивания оптических элементов 11a-c со светоизлучающими элементами 2a-c на подложке. Например, оптическая система может включать один или более выступов 13 (например, штырьков), сопряженных с одним или более соответствующими опорными отверстиями 12 на подложке, или наоборот. Опорные элементы предпочтительно расположены вблизи светоизлучающих элементов для обеспечения достаточной точности.
Возможно, подложка может быть термически соединена с отводящим тепло элементом 18, например теплоотводом.
При работе устройства вывода света ток подается в светоизлучающие элементы с помощью электропроводной дорожки подложки, посредством чего светоизлучающие элементы излучают свет. Рисунок излучения излучаемого света может быть сформирован оптическими компонентами оптической системы. Здесь излучаемый свет коллимируется. Дополнительно тепло, создаваемое светоизлучающими элементами, может быть передано посредством прямого теплового контакта от подложки теплоотводу для охлаждения светоизлучающих элементов.
Способ изготовления гибкой подложки согласно варианту выполнения настоящего изобретения будет описан далее с дополнительной ссылкой на блок-схему на фиг. 6.
На этапе S1 обеспечивают (жесткую) неэлектропроводную подложку 1. Подложка содержит первый сегмент 5a, обеспеченный первой контактной площадкой 22a для соединения первого светоизлучающего элемента 2a, и второй сегмент 5b, обеспеченный второй контактной площадкой 22b для соединения второго светоизлучающего элемента 2b. Подложка может включать в себя электропроводную(ые) дорожку(и) в пределах и/или изготовленную(ые) на подложке для соединения различных компонентов на плате в требуемых конфигурациях. Обычно подложка может быть традиционной печатной платой (PCB), такой как, например, IMS-плата (MCPCB) или FR4-плата.
На этапе S2 образуют набор сквозных отверстий 6a-c на подложке. Сквозные отверстия 6a-c продолжаются от края подложки до точки в пределах подложки и расположены таким образом, что относительное перемещение в плоскости подложки может быть достигнуто между первым сегментом 5a подложки и вторым сегментом 5b подложки в ответ на механическую силу, приложенную к подложке. Например, каждое сквозное отверстие может быть образовано созданием первоначального (кольцевого) сквозного отверстия 20 на подложке, а далее проделывают прорезь (которая проходит сквозь плоскость подложки) от первоначального сквозного отверстия 20 до края подложки. Однако сквозные отверстия также могут быть образованы другими путями, например пробиванием или фрезерованием, и могут принимать другие формы. Дополнительно отметим, что электрическая схема выполнена так, что электрические дорожки 3 проходят вдоль маленьких мостов подложки, которые образованы между краями 8, 9 подложки и внутренним концом 20 сквозных отверстий.
Предпочтительно на этапе S3 образуют набор опорных элементов 12 на подложке. Каждый из опорных элементов может быть, например, опорным отверстием 12 на подложке, выполненным с возможностью принимать соответствующий выступ 13 на оптической системе. Опорные элементы предпочтительно располагают вблизи светоизлучающих элементов.
Способ сборки устройства вывода света согласно варианту выполнения настоящего изобретения далее будет описан со ссылкой на фиг. 6.
На этапе S4 светоизлучающие элементы, например светоизлучающие диоды (светодиоды), устанавливают на контактные площадки подложки, изготовленные согласно этапам S1-S3. Таким образом, первый светоизлучающий элемент 2a соединяют с первой контактной площадкой на подложке, а второй светоизлучающий элемент 2b соединяют со второй контактной площадкой. Это может быть достигнуто помещением подложки в приспособление для пайки (не показано) и соединением светоизлучающих элементов с контактными площадками посредством пайки. Отметим, что светоизлучающие элементы устанавливают в заданном относительно опорных элементов положении. Таким образом, для увеличения точности и обеспечения, что каждый из светоизлучающих элементов установлен в его предполагаемом положении на подложке (относительно опорных элементов 12 на подложке), приспособление для пайки предпочтительно обеспечивают набором опорных элементов (например, выступами или штырьками), который соответствует опорным элементам 12 на подложке и опорным элементам, используемым оптической системой.
На этапе S5 обеспечивают оптическую систему 10 с множеством оптических элементов 11a-b. Оптическая система здесь содержит первый оптический элемент 11a, предназначенный для приема света от светоизлучающего элемента 2a, и второй оптический элемент 11b, предназначенный для приема света от второго светоизлучающего элемента 2b.
На этапе S6 оптическую систему 10 размещают поверх светоизлучающих элементов 2a-b.
На этапе S7 каждый светоизлучающий элемент выравнивают с соответствующим ему оптическим элементом индивидуальным регулированием положения каждого светоизлучающего элемента в плоскости подложки приложением силы к сегментам 5a-b подложки. Как проиллюстрировано на фиг. 7a-b, это может быть достигнуто использованием конических выступов 13 на оптической системе, которые заставляют другие сегменты подложки перемещаться в их подходящие положения (т.е. положение, где светоизлучающий элемент выровнен с соответствующим ему оптическим элементом), когда выступы 13 оптической системы входят в опорные отверстия 12 на подложке. Как проиллюстрировано на фиг. 7c, оптическая система также может иметь выступ со скошенным краем, который давит на край подложки, когда оптическую систему помещают поверх светоизлучающих элементов.
Смещение светоизлучающих элементов, которое возможно во время выравнивания, может изменяться и зависит от длины и количества сквозных отверстий. Обычно может быть возможно изменение расстояния между двумя смежными светоизлучающими элементами, равное около ±0,5 мм или более.
Специалисту в данной области техники понятно, что настоящее изобретение никоим образом не ограничивается предпочтительными вариантами выполнения, описанными выше. Наоборот, многие преобразования и изменения являются возможными в пределах объема приложенной формулы изобретения. Например, оно не ограничивается оптической системой с коллимирующими отражателями, но описанное выше изобретение может быть выгодно использовано во всех применениях, которые используют светоизлучающие элементы на подложке, когда требуется индивидуальное выравнивание светоизлучающих элементов с оптическим(и) компонентом(ами), например линзами, TIR оптическими устройствами или световодами. Устройство вывода света может быть использовано в различных применениях, таких как, например, автомобильная фара переднего/заднего света и прожекторах.