DE60318031T2

DE60318031T2 - Flexible zwischenschaltungsstrukturen für elektrische geräte und lichtquellen mit derartigen strukturen

Info

Publication number: DE60318031T2
Application number: DE60318031T
Authority: DE
Inventors: Charles Adrian Schenectady BECKER; Stanton Earl Northville WEAVER; Thomas Elliot Scotia STECHER
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2023-03-11
Also published as: AU2003222266A1; EP1498013B1; TWI294672B; US7273987B2; EP1498013A1; TW200307357A; US20030179548A1; WO2003081967A1; CN1656860A; ATE381248T1; US20060292722A1; CN100366130C; DE60318031D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf flexible Verbindungsstrukturen, die Schaltungen zum Steuern oder Betrieb elektrischer Vorrichtungen und Lichtquellen unterstützen, die dieselben beinhalten. Speziell bezieht sich die vorliegende Erfindung auf solche flexiblen Verbindungsstrukturen und Vorrichtungen, die Licht emittierende Elemente beinhalten und eine verbesserte Fähigkeit zum thermischen Management aufweisen.
Licht emittierende Dioden ("LEDs") werden nun in weitem Rahmen in einer Vielfalt von Zeichen, Nachrichtendisplays und Lichtquellen angewendet. Die relativ hohe Wirksamkeit von LEDs (in Lumen pro Watt) ist der Hauptgrund für ihre Popularität. Große Energieeinsparungen sind möglich, wenn LEDs benutzt werden, um traditionelle Glühsignale ähnlicher Lichtabgabe zu ersetzen. Ein Aspekt der LED-Technologie, der nicht befriedigend gelöst war, ist das wirksame Management und die Ableitung der Verlustwärme, insbesondere für LEDs hoher optischer Leistung, die erhöhte elektrische Leistung erfordern. Die Verlustwärme resultiert in zu großen Übergangs-Temperaturen, was die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt und die Lebensdauer der Vorrichtung vermindert. LED-Lampen zeigen eine beträchtliche Abhängigkeit der Lichtabgabe von der Temperatur und sie können durch zu hohe Temperatur permanent beeinträchtigt werden. Die maximal empfohlene Betriebstemperatur für LEDs, z. B., die Indium in ihren Zusammensetzungen aufweisen, liegt zwischen etwa 85°C und etwa 100°C. Diese Vorrichtungen zeigen typische (Helligkeitshalbwerts)-Lebensdauern in der Größenordnung von 50.000 bis 100.000 Stunden bei 25°C. Die Verschlechterung oberhalb 90°C ist jedoch rapide, da sich die LEDs mit zunehmender Temperatur exponentiell verschlechtern.
Die permanente thermische Verschlechterung von LEDs kann auch während der Herstellung der Anordnung auftreten, wenn nicht sorgfältig gearbeitet wird, wenn die LEDs auf die tragende und/oder verbindende Leiterplatte gelötet werden. So können, z. B., typische Löttemperaturen 250°C übersteigen und die Leistungsfähigkeit der LEDs ernstlich beeinflussen, sogar bevor sie in Betrieb genommen werden, wenn die LEDs für eine ausgedehnte Zeitdauer bei oder nahe solchen hohen Temperaturen verbleiben. Es ist daher vorteilhaft, Wärme rasch aus der Nähe von LEDs abzuführen, sei solche Wärme durch die LEDs während des normalen Gebrauches erzeugt oder während des Zusammenbaus oder Herstellungs-Verfahrens angewendet.
Ein übliches Verfahren zum Abführen von Wärme, die durch LEDs erzeugt wird, die auf einer isolierenden gedruckten Leiterplatte ("PCB"), wie der üblicherweise erhältlichen FR-4-Faserverbundmaterial-Leiterplatte, montiert sind, besteht darin, durch die Dicke der PCB eine Vielzahl von Vias unter jeder LED zu schaffen. Die Vias sind mit einem Metall oder einer Legierung gefüllt, die hohe thermische Leistungsfähigkeit haben und mit einer Wärmesenke verbunden sind, die gegenüber der LED an der PCB angebracht sind. Die Bildung solcher Vias erhöht jedoch die Kosten der Herstellung der PCB. Zusätzlich ist die Rate der Wärmeabführung durch die Rate der Wärmeleitung durch die Vias wegen ihres typischerweise kleinen Querschnittes beschränkt.
Ein anderes Herangehen besteht darin, thermisch leitende Substrate bereitzustellen, auf denen elektronische Komponenten montiert sind. Diese Substrate üben allgemein eine Funktion der mechanischen Abstützung aus und sie liefern auch elektrische Verbindung zu und zwischen Komponenten und unterstützen die Extraktion und Abführung von Wärme, die durch die elektronischen Komponenten erzeugt wird. Diese Substrate sind häufig kostspie lig und sie erfordern komplizierte Mehrstufen-Herstellungsverfahren. So wurden, z. B., Substrate aus thermisch leitenden Keramiken oder Metallen hergestellt, die mit dielektrischen Materialien überzogen oder laminiert waren. Thermisch leitende Keramiksubstrate sind verglichen mit Metallen teuer und sie werden daher besser für Hochtemperatur-Anwendungen oder für Vorrichtungen reserviert, bei denen der Preis von sekundärer Bedeutung ist. Werden überzogene oder laminierte metallische Substrate benutzt, dann ist die elektrisch isolierende Eigenschaft des Überzuges wichtig. Punktuelle Spannung und dielektrische Abführung des isolierenden Überzuges hängen direkt von der Schichtdicke ab, doch hängt die Rate der Wärmeableitung umgekehrt von der Schichtdicke ab. Es muss daher ein Kompromiss akzeptiert werden, der häufig in einer wenig wirksamen Gesamtvorrichtung resultiert.
GB 2 129 223 beschreibt eine gedruckte Leiterplatte, bei der ein flexibles Laminat benutzt wird, um an eine Fehlanpassung der Wärmeausdehnung anzupassen. Die gedruckte Leiterplatte schließt einen Satz von Packungen ein, die in Kontakt mit Säulen gedrückt werden, die auf einem im Wesentlichen starren, thermisch leitenden Teil gebildet sind.
US 5,896,271 beschreibt eine integrierte Schaltung mit Chip auf einem Fleck und einer Wärmesenke. Ein flexibles Substrat ist unter Einsatz einer festen Klebstoffschicht an die Wärmesenke gebunden.
EP 1 139 019 beschreibt das thermische Management einer LED. LEDs werden durch Leiterplatten und elektrische Leitungen miteinander gekoppelt. Auf jeder LED montierte Wärmesenken werden dann durch thermische Kopplungen individuell an ein(e) Metallplatte/-blech gekoppelt.
Es existiert daher ein fortgesetzter Bedarf, Verbindungsstrukturen für LEDs bereitzustellen, die die rasche Wärmeabführung gestatten und kostenwirksam und einfach herzustellen sind.
Zusätzlich ist es auch sehr erwünscht, Verbindungsstrukturen für LEDs bereitzustellen, die mechanisch flexibel sind derart, dass Vorrichtungen mit beträchtlicher Krümmung hergestellt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Verschiedene Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen definiert.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei einer Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung und der beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern auf gleiche Elemente hinweisen, deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt schematisch einen Abschnitt einer flexiblen Verbindungsstruktur.
2 zeigt die Querschnittsansicht der flexiblen Verbindungsstruktur von 1 entlang dem Schnitt A-A.
3 veranschaulicht eine flexible Verbindung, die mehrere, elektrische Schaltungen tragende Schichten einschließt.
4 schließt eine andere flexible Vielschicht-Verbindung ein.
5 zeigt schematisch eine Wärmesenken einschließende flexible Verbindung.
6 zeigt eine andere flexible Verbindung mit Wärmesenken, die sich durch entfernte Abschnitte des flexiblen Films erstrecken.
7 zeigt schematisch eine elektrische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung auf LED-Grundlage.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der Begriff "flexibel", wie er hierin benutzt wird, bedeutet zu einer Gestalt gebogen werden können, die einen Krümmungsradius von weniger als etwa 10 cm und vorzugsweise weniger als etwa 1 cm aufweist. Die Begriffe "elektromagnetische Strahlung" oder "Licht" werden austauschbar benutzt. Der Begriff "im Wesentlichen transparent" bedeutet eine Lichtdurchlässigkeit von mindestens 80%, vorzugsweise mindesten 90% und noch bevorzugter mindestens 95%. Der Begriff "Wärmesenke" bedeutet eine Struktur oder Komponente, die Wärme wegtransportiert oder in anderer Weise Wärme von einer Wärmequelle entfernt.
Die flexible Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung ist gleichermaßen anwendbar auf Vorrichtungen, die entweder LEDs oder Laserdioden (LDs) oder beide einschließen. Obwohl eine LED typischerweise gezeigt oder auf sie Bezug genommen wird, kann eine LD die gleiche Position einnehmen, was vom Design und Zweck der Gesamtvorrichtung abhängt.
1 zeigt schematisch einen Abschnitt einer flexiblen Verbindungsstruktur 10, die nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, hier aber als Hintergrund zum Verständnis der durch die beigefügten Ansprüche definierten Erfindung brauchbar ist. 2 ist eine Querschnittsansicht der flexiblen Verbindungsstruktur 10 entlang dem Schnitt A-A. Es sollte klar sein, dass die hierin gezeigten Figuren nicht maßstabgerecht gezeichnet sind. Die flexible Verbindungsstruktur 10 umfasst einen flexiblen dielektrischen Film 20, auf dem die elektrischen Schaltungs-Komponenten 30, 32, 34, 36 und 38 und Leiterzüge 40 ausgebildet oder angeordnet sind. Obwohl 1 und 2 nur fünf beispielhafte elektrische Schaltungs-Komponenten 30, 32, 34, 36 und 38 zeigen, kann irgendeine Anzahl von Schaltungs-Komponenten auf dem flexiblen Film 20 angeordnet sein, wie erwünscht. Tatsächlich können die derzeitigen mikroelektronischen Herstellungs-Technologien die Anordnung von hunderten solcher Komponenten/cm² gestatten. Schaltungs-Komponenten 30, 32, 34, 36 und 38 können Widerstände, Kondensatoren, Induktoren, Energiequellen oder sogar integrierte Schaltungen sein, die jeweils eine Vielzahl anderer in Beziehung stehender elektrischer oder elektronischer Komponenten umfassen. Abschnitte 60, 62 und 64 sind von dem flexiblen dielektrischen Film 20 durch dessen Dicke hindurch entfernt. Jeder dieser aus dem flexiblen Film 20 entfernten Abschnitte 60, 62 und 64 ist vorgesehen zur Aufnahme eines Licht emittierenden Elementes, wie einer LED oder einer LD oder eines Bechers zum Halten einer LED oder einer LD. Die Anzahl, Gestalt und Größe dieser entfernten Abschnitte hängt daher von der erwünschten Anwendung ab. Typischerweise hat ein entfernter Abschnitt oder ein Loch 60, 62 oder 64 einen Durchmesser von etwa mehreren Millimetern und ist in dem flexiblen Film 20 an vorbestimmten Stellen gebildet, wo elektrische Schaltungs-Komponenten und Leiterzüge nicht vorhanden sind. Löcher 60, 62 und 64 sind durch ein Verfahren, wie Laserbohren, Laserschneiden, mechanisches Bohren, Stanzen oder Ätzen, in den flexiblen dielektrischen Film eingebracht.
Obwohl 1 und 2 die flexible Verbindungsstruktur 10 als nur einen Film umfassend zeigen, kann eine flexible Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Schaltungsschichten umfassen, die jeweils einen flexiblen dielektrischen Film umfassen, der Leiterzüge und/oder Schaltungs-Komponenten trägt. 3 zeigt den Querschnitt einer beispielhaften flexiblen Verbindungsstruktur, umfassend zwei Schaltungsschichten 22 und 24, die durch eine elektrisch isolierende Trennschicht 70, die dazwischen angeordnet ist, getrennt sind. Zusätzlich kann die äußerste Schaltungsschicht 22 erwünschtermaßen mit einer Schutzschicht 80 aus einem elektrisch isolierenden Material geschützt werden, das angeordnet ist, alle Schaltungs-Komponenten und Leiterzüge abzudecken, wie in 4 gezeigt. Die elektrischen Schaltungen der verschie denen Schaltungsschichten 22 und 24 sind typischerweise durch elektrisch leitende Vias, wie Vias 90 und 92, verbunden, die durch die Schichten an geeigneten Stellen ausgebildet sind. Umfasst eine flexible Verbindungsstruktur eine Vielzahl von Schaltungsschichten, dann werden entfernte Abschnitte oder Löcher durch den gesamten Stapel von Schaltungsschichten ausgebildet.
Der dielektrische Film 20 umfasst typischerweise ein Polymer mit einer hohen Dielektizitätskonstanten, auf dem ein elektrisch leitendes Material haften kann. Die Oberfläche oder beide Oberflächen des Films, auf de(m)nen Schaltungs-Komponenten und Leiterzüge anzuordnen sind, können erwünschtermaßen vor der nächsten Bearbeitungsstufe gereinigt werden, indem man solche Oberfläche(n) einer Plasmabehandlung mit Plasma aussetzt, das aus einem Gas gebildet ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus N₂, Ar, Ne, O₂, CO₂ und CF₄. Eine solche Plasmabehandlung kann vorteilhafterweise die Oberfläche des Films 20 mit einer besseren Haftungseigenschaft zum Abscheiden der nächsten Schicht darauf versehen, die eine Metallisierungsschicht zum Bilden einer elektrischen Schaltung oder eine Schutzschicht aus einem anderen Polymer sein kann. Geeignete Materialien für den dielektrischen Film 20 schließen, z. B., thermoplastische Polymere, Acrylharze, Polyester, wie Mylar (hergestellt durch E. I. du Pont de Nemours & Co.), Polyimid, wie Kapton H oder Kapton E (hergestellt durch du Pont), Apical AV (hergestellt durch Kanegafugi Chemical Industry Company), Upilex (hergestellt durch UBE Industries, Ltd.) und Polyetherimid, wie Ultem (hergestellt durch General Electric Company), ein. Geeignete dielektrische Filmmaterialien müssen elektrisch isolieren, um einen elektrischen Fluss über die Dicke des dielektrischen Films zu verhindern.
Schutzschicht 80 kann aus einem Material hergestellt sein, das aus den oben offenbarten ausgewählt ist. Schutzschicht 80 kann das gleiche Material oder ein anderes Material als der flexible Film 20 umfassen. Sie kann durch Schleuderüberziehen, Spritzüberziehen, chemische Vakuumabscheidung unter Einsatz einer Mischung von Vorstufen der Polymeren mit einem Lösungsmittel, gefolgt vom Härten, gebildet werden. Trennschicht 70 umfasst typischerweise einen organischen Klebstoff, wie ein Siloxan-Polyimid-Epoxymaterial (SPIE) oder ein Cyanacrylat. Trennschicht 70 kann auch durch Schleuderüberziehen, Spritzüberziehen oder chemische Vakuumabscheidung, gefolgt vom Härten, gebildet werden. Eine flexible Mehrschicht-Verbindungsstruktur kann durch Laminieren verschiedener Schichten miteinander gebildet werden. Alternativ können die Schichten nacheinander aufeinander gebildet werden.
Erwünschte Eigenschaften für den flexiblen dielektrischen Film 20 schließen einen Elastizitätsmodul und Koeffizienten der thermischen und Feuchtigkeits-Ausdehnung ein, die während der Bearbeitung minimale Abmessungsänderung ergeben. Um Flexibilität aufrechtzuerhalten, wird die Dicke des flexiblen dielektrischen Films 20 typischerweise minimiert. Gleichzeitig muss der dielektrische Film 20 (aufgrund seiner Dicke oder Material-Zusammensetzung) genug Starrheit haben, um Schichten von Metallisierung auf einer oder beiden Oberflächen zu tragen und Abmessungs-Stabilität durch alle folgenden Bearbeitungsstufen aufrechtzuerhalten. Typischerweise liegt eine Dicke von Film 20 im Bereich von etwa 1 μm bis etwa 5 mm.
Elektrische Schaltungs-Komponenten, z. B. 30, 32, 34, 36 und 38 sowie Leiterzüge 40, werden typischerweise auf einer Oberfläche des dielektrischen Films durch mikroelektronische Herstellungsverfahren gebildet. So wird, z. B., zuerst eine Metallisierungsschicht auf dem dielektrischen Film 20 durch Zerstäuben, Eintauchen, Plattieren, physikalische Dampfabscheidung, chemische Dampfabscheidung oder direktes Verbinden oder Laminieren des Metalles gebildet. Die Metallisierungsschicht wird dann durch Ätzen unter Benutzung eines Fotoresist-Musters gemustert. Alternativ können die Schaltungs-Komponenten und Leiterzüge durch Abscheiden geeigneter Materialien durch eine Maske, wie eine Fotoresistmaske, aufgebaut werden. Gewisse Schaltungs-Komponenten, wie Kondensatoren und integrierte Schaltungen, erfordern die Abscheidung von mehr als einer Schicht, wobei jede mit einer separaten Maske gemustert wird. Die Verbindungsschicht kann auch durch direktes Drucken, Siebdrucken oder Kissendrucken einer leitenden Tinte gebildet werden.
In einem anderen Beispiel, das als Stand der Technik einbezogen wird, ist, wie in 5 gezeigt, eine Wärmesenke 100 an einer Oberfläche der flexiblen Verbindungsstruktur 10 angebracht, wobei diese Oberfläche typischerweise der Oberfläche gegenüber liegt, auf der Schaltungs-Komponenten und Leiterzüge angeordnet sind. Jede Wärmesenke 100 bedeckt einen entfernten Abschnitt oder ein Loch (60, 64), gebildet in der flexiblen Verbindungsstruktur 10, und ist typischerweise daran mit einem elektrisch isolierenden Klebstoff, wie einem Epoxymaterial, angebracht. Wärmesenke 100 umfasst ein thermisch leitendes Material, wie Metalle oder Keramiken hoher Leitfähigkeit; vorzugsweise ein Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Silber, Aluminium oder Kupfer. Der Begriff "Keramik hoher Leitfähigkeit" bedeutet eine Keramik mit einer thermischen Leitfähigkeit von mehr als etwa 100 W/m/K. Wärmesenke 100 kann vorteilhafterweise eine Vielzahl von Flossen bzw. Rippen aufweisen, die sich von der flexiblen Verbindungsstruktur 10 weg erstrecken, um die rasche Abführung von Wärme zu fördern. Alternativ ist Wärmesenke 100 an einer flexiblen Verbindungsstruktur 10 angebracht, um mehr als einen entfernten Abschnitt oder Loch zu bedecken. In noch einer anderen Ausführungsform ist eine Folie thermisch leitenden Materials an der flexiblen Verbindungsstruktur 10 angebracht, um im Wesentlichen seine gesamte Oberfläche abzudecken. Diese alternativen Ausführungsformen von Wärmesenken 100 ergeben größere Oberflächen für die Wärmeabführung durch Konvektion.
Wärmesenke 100 kann einen Mechanismus zum aktiven Kühlen umfassen. Aktives Kühlen kann Wärme rascher als Kühlen entfernen, das auf natürlicher Konvektion beruht. Ein Mechanismus zum aktiven Kühlen kann Wärmerohre, Mechanismen zur Kühlung oder Mechanismen einschließen, die einen Wärmetransport durch den Peltier-Effekt bewirken.
In einem anderen Beispiel des Standes der Technik, gezeigt in 6, hat Wärmesenke 100 einen Vorsprung 102, der sich durch einen entfernten Abschnitt oder Loch 60, 64 erstreckt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 7 gezeigt, umfasst eine elektrische Vorrichtung 200 eine flexible Verbindungsstruktur 10 und mindestens eine LED 300. Flexible Verbindungsstruktur 10 umfasst einen flexiblen dielektrischen Film 20 mit einer ersten Oberfläche 16 und einer zweiten Oberfläche 18, wie oben offenbart. Flexible Verbindungsstruktur 10 trägt elektrische Schaltungs-Komponenten, wie solche der Bezugsziffern 30 und 34 und Leiterzüge 40, die an dem Betrieb der LED 300 teilnehmen können. Mindestens ein Abschnitt (60, 64) des flexiblen dielektrischen Films 20 wird durch die Dicke hindurch entfernt. Mindestens eine Wärmesenke 100 wird an einer Oberfläche 18 der flexiblen Verbindungsstruktur 10 befestigt, um einen entfernten Abschnitt oder Loch (60, 64) davon abzudecken und ist elektrisch von Schaltungs-Komponenten 30 und 34 und Leiterzügen 40 isoliert. LED 300 ist an Wärmesenke 100 befestigt und elektrisch mit einer Schaltung verbunden, die mindestens einige der Schaltungs-Komponenten und Leiterzüge durch konventionelle Verfahren im Stande der Technik der LED-Verpackung umfasst, wie Löten oder Draht-Bonden. Solche elektrischen Verbindungen sind in 7 nicht gezeigt. Typischerweise ist LED 300 in einem reflektierenden Becher 310 aus einem reflektierenden Metall, wie Aluminium, angeordnet und daran durch einen elektrisch isolierenden, thermisch leitenden Klebstoff befestigt. Der reflektierende Becher 310 ist typischerweise an Wärmesenke 100 mit einer dünnen Schicht eines thermisch leitenden Klebstoffes angebracht, wie einer Mischung aus einem Epoxymaterial und metallischen Teilchen, wie Kupfer-, Silber- oder Nickelteilchen. Die gesamte elektrische Vorrichtung 200 kann erwünschtermaßen innerhalb einer schützenden Um hüllung angeordnet sein, die eine optisch transparente Abdeckung umfasst, um zu gestatten, dass von der LED 300 emittiertes Licht hindurchgeht, und durch die elektrische Leistungsdrähte gelegt sind. Ein weiter Bereich von LEDs, die elektromagnetische ("EM") Strahlung vom ultravioletten ("UV") bis zum sichtbaren Bereich emittieren, kann in einer elektrischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird von LED 300 emittierte EM-Strahlung durch fotolumineszentes Material, das in der Nähe der LED 300 angeordnet ist, in EM-Strahlung mit einer anderen Wellenlänge umgewandelt. So kann, z. B., der reflektierende Becher 310 mit einer Mischung eines optisch transparenten Polymerharzes und eines fotolumineszenten Materials in Teilchenform gefüllt sein. Alternativ kann LED 300 mit einer solchen Mischung angestrichen sein und der reflektierende Becher 310 wird dann mit einem optisch transparenten Polymerharz gefüllt.
Die flexible Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung mit ihrer Fähigkeit der raschen Wärmeabführung gestattet die Konstruktion elektrischer Vorrichtungen auf LED-Grundlage mit komplexen Gestalten, wie solchen, die scharfe Kanten oder kleine Krümmungsradien aufweisen, die mit auf starren Leiterplatten montierten LEDs nicht leicht konstruiert werden können. So kann, z. B., eine Wärmesenke in Form einer gestalteten Struktur eines thermisch leitenden Materials mit einer flexiblen Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung umwickelt werden und Licht emittierende Elemente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus LEDs und LDs, sind in Kontakt mit der Wärmesenke angeordnet, um Licht in alle Richtungen zu liefern. Eine solche gestaltete Struktur kann eine gekrümmte Oberfläche oder eine Oberfläche aufweisen, die scharfe Ecken oder Kanten hat. Tatsächlich ist eine flexible Verbindungsstruktur der vorliegenden Erfindung sehr geeignet, auf derart gestaltenen Strukturen angeordnet zu werden. Eine derart gestaltete Wärmesenke kann eine hohle Struktur sein, die die wirksame Wärmeabführung fördert. Darüber hinaus kann ein Mechanismus zum aktiven Kühlen, wie ei ner der oben offenbarten Mechanismen, innerhalb des Hohlraumes der hohlen Wärmesenke angeordnet sein, um die Entfernung von Wärme von den Licht emittierenden Elementen weiter zu fördern. Effiziente Wärmeableitung mit dem Design der flexiblen Verbindungsstrukturen der vorliegenden Erfindung ge-stattet die Anwendung einer hohen Energiezuführung zu den LEDs, was zu Vorrichtungen mit größerer Helligkeit und verbesserter Zuverlässigkeit führt und in vielen Fällen die Gesamtzahl der LEDs, die für ein System benötigt wird, vermindern kann.
Eine elektrische Schaltung eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann gebildet werden durch Abscheiden mindestens einer Metallisierungsschicht auf der darunter liegenden Schicht, dann Ätzen der Metallisierungsschicht zur Bildung verschiedener elektrischer Komponenten. Mehr als eine Schicht kann abgeschieden werden, eine auf der anderen, um gewisse elektrische Komponenten zu bilden, wie Kondensatoren oder integrierte Schaltungen. Alternativ kann die Schaltung durch Abscheiden von Materialien durch eines Maske gebildet werden, die auf der darunter liegenden Schicht gebildet ist.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der reflektierende Becher mit einer Mischung eines im Wesentlichen transparenten Polymerharzes und mindestens eines fotolumineszenten Materials gemischt.
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung auf LED-Grundlage weiter das Anordnen der elektrischen Vorrichtung auf LED-Grundlage in einer schützenden Umhüllung, die eine im Wesentlichen transparente Abdeckung umfasst, die im Pfad des Lichtes angeordnet ist, das von der LED emittiert wird. Die elektrische Vorrichtung auf LED-Grundlage wird als Lichtquelle in Automobilen, Verkehrssignalen, Botschaftsplatten oder Anzeigen benutzt.
Während hierin verschiedene Ausführungsformen beschrieben sind, wird aus der Beschreibung klar sein, dass verschiedene Kombinationen von Elementen, Variationen, Äquivalenten oder Verbesserungen vom Fachmann vorgenommen werden können und noch immer im Umfang der Erfindung liegen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Elektrische Vorrichtung, die aufweist: (a) eine flexible Verbindungsstruktur (10), die aufweist: (1) einen flexiblen dielektrischen Film (20), der zwei gegenüber liegende Oberflächen aufweist, wobei mindestens ein Abschnitt des dielektrischen Filmes durch seine ganze Dicke entfernt ist und mindestens einen entfernten Abschnitt (60, 62, 64) bildet; (2) Leiterzüge (40), die auf mindestens einer der Oberflächen angeordnet sind, und (3) eine Wärmesenke (100), die an einer Oberfläche des dielektrischen Filmes befestigt ist, wobei die Wärmesenke (100) mindestens einen entfernten Abschnitt (60, 62, 64) abdeckt und elektrisch isoliert ist von mindestens einer der Leiterzüge (40), und b) ein Licht emittierendes Element (300), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Licht emittierender Diode ("LED"), Laserdiode ("LD") und Kombinationen aus diesen, wobei das genannte Licht emittierende Element an der Wärmesenke in thermischem Kontakt damit durch den entfernten Abschnitt (60, 62, 64) hindurch angebracht ist, wobei das Licht emittierende Element elektrisch mit den Leiterzügen (40) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht emittierende Element in einem reflektierenden Becher (310) angeordnet ist, der an der Wärmesenke (100) in thermischem Kontakt damit durch den entfernten Abschnitt hindurch befestigt ist.
Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, worin ein fotolumineszierendes Material in der Nähe des Licht emittierenden Elementes (300) angeordnet ist.
Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 2, worin der reflektierende Becher (310) mit einer Mischung aus einem optisch transparenten Polymerharz und einem fotolumineszierenden Material in Teilchenform gefüllt ist.
Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 2, worin das Licht emittierende Element (300) mit einer Mischung eines optisch transparenten Polymerharzes und einem fotolumineszierenden Material in Teilchenform angestrichen ist, und worin der reflektierende Becher (310) mit einem optisch transparenten Polymerharz gefüllt ist.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Vorrichtung, die ein Licht emittierendes Element (300) umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus LED und LD, wobei das Verfahren umfasst: (a) Bereitstellen eines flexiblen dielektrischen Films (20), der eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist; (b) Anordnen von Leiterzügen (40) auf mindestens einer der genannten Oberflächen; (c) Entfernen mindestens eines Abschnittes des dielektrischen Filmes (20) durch eine Dicke davon zum Bilden mindestens eines entfernten Abschnittes (60, 62, 64), der die genannten Leiterzüge (40) nicht aufweist; (d) Befestigen einer Wärmesenke (100) an einer der genannten Oberflächen des flexiblen dielektrischen Filmes (20), wobei die Wärmesenke (100) den mindestens einen entfernten Abschnitt (60, 62, 64) abdeckt und elektrisch von mindestens einer der genannten Leiterzüge (40) isoliert ist, und (e) Befestigen des Licht emittierenden Elementes (300) an der Wärmesenke (100) durch den entfernten Abschnitt (60, 62, 64) hindurch, sodass sich das Licht emittierende Element (300) in thermischem Kontakt mit der Wärmesenke (100) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht emittierende Element in einem reflektierenden Becher (310) angeordnet wird, der an der Wärmesenke (100) in thermischem Kontakt damit durch den entfernten Abschnitt hindurch befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das fotolumineszierende Material in der Nähe des Licht emittierenden Elementes (300) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, worin der reflektierende Bacher (310) mit einer Mischung aus einem optisch transparenten Polymerharz und einem fotolumineszierenden Material in Teilchenform gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, worin das Licht emittierende Element (300) mit einer Mischung eines optisch transparenten Polymerharzes und einem fotolumineszierenden Material in Teilchenform angestrichen wird, und worin der reflektierende Becher (310) mit einem optisch transparenten Polymerharz gefüllt wird.