發光線及其製造方法
2023-08-12 16:22:51 2
專利名稱：發光線及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種發光線，尤其是一種能通體發光的線狀發光體。本發明還涉及上述發光線的製造方法。
目前已有的線狀發光體主要有下述三種形式(1)霓虹燈，是使密閉於燈管內的氣體電離激發而藉此產生輝光來發光的。這種發光體具有發光顏色較鮮豔、發光效率高的優點，這也是這種發光體普遍用於廣告裝璜的主要原因。然而缺點在於，這種發光體需高電壓裝置供電;密閉氣體的燈管一經形成便只能發出某一種色彩的光而不可能多種色彩互相變換;在一根燈管中無法做到分段的跳躍型的閃亮;燈管設計成形後無法改成其他形狀;燈管受不了衝擊振動。除了這些使用方面的適應性較差外，最大的缺點還在於其製造、組裝和維護上的困難，這也使得其製造和使用的成本相應地變高。
(2)節日彩燈，是採用燈絲髮出白熾光由彩色燈罩濾色來獲得彩色發光效果的。因而彩色不夠鮮豔明亮。另外節日彩燈是通過一長串小燈珠這種形式來表現線狀發光的，因而效果不好。還有，燈珠工作時產生較多熱量，一方面發光效率低下耗能高，另一方面易引起普通導線燃燒，而必須採用成本較高的阻燃型導線才能保證使用安全。由於這些彩燈直接使用市電，在雨天或水中使用節日彩燈就容易造成了人身傷害，這樣較大地限制了節日彩燈適用面。
(3)發光玻璃纖維，是藉光在彩色玻璃纖維中傳導而顯現線狀彩色光的。顯然這種發光體本身並不發光，因而光強很小、發光效率較差。
本發明的目的在於提供一種具有多方面適應性的、節能高效且安全可靠的能通體發光的線狀發光體。
本發明的另一目的在於提供一種能方便、成本低廉地製造上述發光線的發光線製造方法。
本發明的發光線包括發光線芯和包覆於所述發光線芯上由透光的電絕緣的包覆物質構成的包覆層，所述發光線芯包括多個在其上形成有至少一個發光管管芯的發光片;若干用於電連接所述發光管管芯的金屬導線。本發明中的發光線，其中的發光管管芯最好是注入型電致發光器件，其中的發光片進一步包括在其正面或反面形成若干導電電極的基片，所述發光管管芯通過所述基片的電極與所述金屬導線電連接，所述的包覆層最好是透明的。
本發明的發光線製造方法包括(1)多個發光管管芯與若干金屬導線電連接製成發光線芯的發光線芯製造工序;(2)所述的發光線芯包覆一層透光的電絕緣的包覆物質的包覆工序。本發明的發光線製造方法還可進一步在所述發光線製造工序中包括(1)在其正面或/和反面形成若干導電電極的基片加工工序;(2)所述發光管管芯與所述基片上的電極電連接的管芯連接工序;(3)所述金屬導線與所述基片上的電極電連接的導線連接工序。
由於本發明具有這樣的構成，因而本發明的發光線具有能耗低、效率高，能通體發出鮮豔明亮的光，耐衝擊振動的優點，而且多方面的用途，而且製造、安裝和維護均方便，相應的成本也低。
下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明，這樣本發明的目的，實現的技術方案和效果就會更清楚。
圖1是本發明發光線的基本結構的示意圖;
圖2是本發明發光線的一些實施例中所採用的發光片正面和反面的電極分布圖;
圖3是示出用圖2的發光片與金屬導線連接的四種基本連接方式的示意圖;
圖4是用來進一步說明本發明導線與基片連接方式的截面放大圖;
圖5是示出本發明發光線又一個實施例構成的示意圖;
圖6是示出本發明發光線的橫向剖面圖;
參見圖1，其中圖1a中示出本發明的一種發光線內芯即發光線芯1，而圖1b示出了該發光線的橫截面，可以看出在該發光線芯1周圍包覆著包覆層2，而圖1c則示出了有兩股發光線芯1包覆在同一包覆層2中的情形。
在圖1a中，發光線芯1中主要包括多個發光管管芯101、102…105和兩根金屬導線121、122。這裡虛線框141、142、145表示由發光管管芯101、102…105與金屬導線121和122分別進行電連接而形成的相應的發光面(為與下文統一起見或稱作發光片)。
這裡所說的發光管管芯就是如發光二極體這樣的注入型電致發光器件，它的管芯由一個PN結組成，因而有陰極和陽極，當外加電壓為正偏即PN結導通時，電子由N區渡越到空間電荷區複合而釋放能量，這能量大部分以發光形式出現，把電能轉換成光能。所發出的光具有一定的發光波長，不同的波長發出不同顏色的光。因而發光管管芯是一種發光效率高，發出的光色彩鮮豔明亮的發光體。按其色彩分目前有紅色、黃色、綠色、橙色和白色等幾種。按其亮度分有(1)普通管芯，例如LED601發光管管芯，其工作電壓(正偏電壓)為1.7-3V，其工作電流為10-20mA，光強I0(min)為0.3-0.8毫坎德拉(mcd);(2)高亮度管芯，FG223001發光管管芯，其工作電壓為2.1-3V，工作電流為5-10mA，光強I0(min)為1-3(mcd);(3)特高亮度管芯，如FG313003發光管管芯，其工作電壓為2.1-3V，工作電流為10mA，光強I0(min)為7-8(mcd)。上述這些管芯其反向擊穿電壓達5V以上，因而以上述工作電壓運用(包括反向運用)這些管芯是不會損壞的。
在參圖1a中，發光管管芯其一端由黑實點表示的為其陰極，這樣金屬導線122相對於121加一正偏壓，發光片141和145上的發光管管芯101和105就會發光，而發光片142的發光管管芯102處於反向偏置而不會發光。當然由於工作電壓(正向偏壓)為1.7-3.0V，因而發光管管芯102不會損壞。上述發光管管芯101，102，…105是直接注入或點裝在裸露金屬導線121、122上的。如果上述金屬導線121、122上有一平面部分(例如可通過使金屬導線變形)以供點裝管芯，這樣達到的效果會更好。為便於說明，上面敘述的發光線芯1用5個發光管管芯為例，事實上可用更多的管芯。
如圖1b、1c所示，電絕緣包覆層2包覆在該發光線芯上可使金屬導線121和122互相絕緣，並使發光線芯上有了一保護層，大大地提高了其抗衝擊振動的能力，透光的包覆層2可作為光傳播媒質，使發光管發出的光在該包覆層2這單一媒質中傳導而達到通體發光的效果。如果該包覆層2具有很好的透光性能其通體發光的效果會更佳。因而一般選用透明的物質，諸如透明的ABS樹脂、透明的聚碳酸酯工程塑料和透明聚苯乙烯這類透明塑料或尼龍材料。
為提高圖1中所示的發光線的曲折性能和可靠性，可以在發光管管芯與金屬導線電連接所形成的發光片上用環氧樹脂滴封發光管管芯，可以僅滴封在點裝的部位，也可以選用透明度高的樹脂滴封整個發光管管芯與金屬導線的機械連接性能。然後再在這種發光線芯上進行包覆，這樣形成的發光線能獲得較好曲折性能，產品質量也更為可靠。
進一步，為使上述的發光片的製造工序和發光線芯的製造工序更適合於機械化生產與產品質量檢驗，並使製造出的發光線有更優異的性能，更多方面的適應性和更可靠的質量，本發明的較佳實施例的發光線和發光線的製造採用了在其正面或/和反面形成若干電極的基片，通過基片上的電極來使發光管管芯與金屬導線形成電連接，發光管管芯點裝於這種基片上即成為發光片。
在圖2中示出了這樣形成的幾種不同的發光片，其中A面為發光片正面，B面為發光片反面。發光線單面(線周180°)發光時就只需在面的電極151、152上焊裝發光管管芯101或102，如圖2a至2c和圖2g至2i所示。而發光線雙面(線周360°)發光時就要在A、B兩面電極151、152和154、155上各焊裝發光管管芯101、102和103、104，如圖2d至2f和圖2j至2l所示。圖2中的基片可以是一些厚度較薄的鍍銀印刷板(片)，面積大致可按所希望的發光線的線徑來確定，可以在其單面或雙面上形成銀電極，一般鍍銀的電極幾乎覆蓋在整個面上一直伸展到基片的邊緣形成幾個互相隔離的銀電極區151、152、153和154、155、156。還可使在正、反面對應的位置上的銀電極互相導通，這會給金屬導線與基片的電連接帶來很大的靈活性。在製造同一種類型發光線的時候需要很多同種電極圖案的印刷片，這些鍍銀印刷片即基片通過印製出整版的有上百個同種電極圖案的鍍銀印刷片母版並分割該母版就可廉價、方便地獲得。另外，在製作鍍銀印刷片母版時，可對整面的鍍銀印刷面進行拋光工藝，由於發光片上大部分的面積為銀電極，這會使點焊於其上的發光管管芯所發出的光幾乎全部被反射出，這樣的發光效果會更佳。另外，在基片上點焊發光管管芯來形成發光片的方法容易在機械化生產中實現，並能在生產過程中，通過直接向相應的電極加電並觀察發光管管芯是否發光來檢驗點焊的質量。為避免檢驗合格的發光片上的發光管管芯在後續工序中被損壞，以及使以後製造出的發光線具有良好的性能和多方面的適應性，可在已焊裝好的發光管管芯上滴封環氧樹脂(在發光片上未圖示出)，並使其大致呈球冠狀，球冠高約為0.5-1.5mm。當然滴封物質的光學性質(諸如折射率、色散)應和後續的包覆工序中所用的包覆層物質的光學性質儘量一致，以保證發光線的通體發光效果良好。
這樣通過在基片上形成不同的電極圖案，並將一個或多個發出相同色光或不同色光的發光管管芯的陰極和陽極點於基片上不同的電極上，就形成了發光管管芯布置方式不同的發光片。這些不同形式的發光片的不同電極集中由若干根金屬導線以一定的方式電連接而形成多種發光形式的發光線，如後所述，例如有整根發光線一直發出同種色光的常亮型，發光線以一定的時間間隔閃亮的頻閃型，發光線分段行進閃亮的跳躍型以及發光線整根或分段變化色光的變色型。
下面敘述發光片與導線的連接方式。在同一種類型的發光線中，各發光片上對應的各個電極是集中由幾根金屬導線來連接的。圖3中示出了四種基本導線連接形式的、用圖2中的發光片140所連接成的發光線芯，其中圖3a和3b是各個發光片140互相併聯連接的，圖3c和3d是各光片串聯連接的情形。當然各發光片之間連接形式還可有先串聯後並聯或先並聯後串聯等形式。圖4a和4b分別是圖3a或3c及3b或3d的橫向剖切圖，其中140為發光片，121、122為金屬導線而190為焊料。從圖4可以看出，金屬導線可以焊接在所述基片面上與相應的電極電連接，如圖4b所示;也可以焊接在所述基片的側緣上與相應的電極電連接，如圖4a所示。一般對於線周180°發光的發光線通常使用圖4b所示的面連接形式的發光線芯，而對於線周360°發光的發光線通常採用圖4a所示的側接形式的發光線芯。金屬導線與基片的電極電連接的導線連接工序，可以以機械化方式來完成，並在該工序中通過金屬導線加電檢查發光片是否發光來檢驗導線和基片電極連接的質量。各發光片在生產中是按一定的間隔距離與金屬導線連接，此間隔距離是根據人們所需要的發光線的亮度或額定功率來選定的，通常單位長度的額定功率最好不低於20mW/m。否則發光線的亮度就相當暗而沒有通體明亮的發光效果。
現在，參照圖2和圖3就會初步了解發光線的使用方式(也即發光線的發光形式)。如果把圖2a-2f中所示的發光片，以圖3a或3b的導線連接形式並聯於金屬導線121和122上，顯然，當金屬導線121和122上加管芯正偏電壓，圖2a的發光片所構成的發光線線周180°發單色光，圖2b則線周180°同時發兩種色光，而在金屬導線121和122加上雙極型電壓脈衝信號時，圖2c的發光片所構成的發光線線周180°就會兩種色光交替變換發光，而圖2d-2f的發光片所構成的發光線則均為線周360°發光，因而一般用圖3b中的側接連接形式。而對於圖2g-2l，發光方式同圖2a-2f，只是均採用了圖3c或3d中的串聯連接形式。
如圖2和圖3製造出的發光線芯只用了兩根金屬導線來控制發光片的發光管管芯發光，因而實現不了跳躍型的發光形式。然而增加一根金屬導線就能實現該發光形式，圖5是這種發光線芯的構成示意圖。圖5a中，發光片140的正面A的電極圖案中有151、152和153三個電極區，而在發光片140的反面B的電極圖案中有相對的154、155和156三個電極區，並且這三對相對的電極區分別是互相導通的。在A面發光管管芯100點焊於151和152兩極，其中陰極(由黑實點表示)點焊於電極152上，而B面無發光管管芯。圖5b示出用圖5a中的發光片140與三根金屬導線121、122和123連接構成的線周180°發光的發光線芯，其中A面焊有發光管管芯，可以看出相鄰發光片140互相倒置並與金屬導線連接;從B面可以看出導線與發光片採用面接的焊接形式，而將相應的電極由三根金屬導線連接引出。圖5c示出了工作於跳躍型的發光形式時發光線的三根導線所接的電壓波形，其中導線122接地，而121和123可接互為倒相的佔空比例如為50%的方波電壓信號。如果考慮到發光管管芯發光的餘輝，還可分別調整時間常數tw，使之稍稍減小以達到較好的跳躍發光的效果。圖5b示出的發光線為線周180°發光，實際上通過共用圖5b中的三根金屬導線121、122和123，把圖5a中的相同的發光片140從反面(B面)焊接上去，就能獲得線周360°發光的發光線。圖5d示出了這樣形成的發光線芯的橫剖面圖。圖5e示出另一種發光線，這種發光線為了適應較長的發光段進行閃亮的需要，是由相鄰的發光片組倒置間隔來連接導線的。
待發光線芯製造完成後，就需對發光線芯進行包覆，而進入包覆發光線芯的包覆工序。為適於機械化生產發光線，所述的包覆工序可以用擠塑機來完成。它是以發光線芯為內芯通過擠塑來包覆擠塑物質，並使之形成為有一定的幾何截面的線材。這裡所用的擠塑物質應該是電絕緣且透明的並有一定柔韌性的材料。這種物質最好是無色的，但在發光管管芯發白光時用有包覆物質效果也還可以。圖6中示出了包覆後的發光線的截面的各種幾何形狀，其中圖6a是便於安裝的一種線周360°發光的發光線，3為用於固定該發光線的線架，圖b則示出了發光線例如通過發光線外形的凸起和凹口互補配置以便並排的情形。
當然，在上述包覆發光線的包覆工序中，採用類似有機透明材料硬塑成形工藝來包覆發光線芯也是可以的，這樣形成的發光線的抗振抗衝擊性能會更好，可用於有強振動的場合。實際上對於前面所述的發光線，還可在發光片的電極處形成金屬化孔例如圖中的180°(僅在圖2a中示出)，一方面可滿足有時正反面電極要導通的要求;另一方面可便於維護使用中的發光線，一旦發光線中某個發光片的發光管芯不亮，通常可除去這一段有故障的發光線，這時就可利用已形成的孔化孔以便於對兩段發光線作臨時的手工連接或焊接，從這一點來說發光線的維護相對霓虹燈是很便利的。
由於本發明的發光線具有能耗低、較率高、低電壓供電、發出的色光鮮豔明亮，安全可靠和壽命長等特點，而且還能抗衝擊振動，因而適應性好，有多方面的應用，例如它不僅可作為色彩多變的節日彩燈，作為建築內外的裝飾、或隨意組成文字圖形廣告等使用，還可用作各種夜間警示標誌，例如安裝在汽車外殼上用來夜間標示車長、車高以減少汽車夜間交會時的危險。除了上面廣泛的應用外，還有製造、安裝和維護都很方便，其相應的成本也都很低等優點。
權利要求
1.一種發光線，其特徵在於包括發光線芯；包覆於所述發光線芯上、由透光的電絕緣的包覆物質構成的包覆層，所述發光線芯包括多個在其上形成有至少一個發光管管芯的發光片；若干用於電連接所述發光管管芯的金屬導線。
2.如權利要求1所述的發光線，其特徵在於，所述發光管管芯是注入型電致發光器件。
3.如權利要求1或2所述的發光線，其特徵在於所述發光片包括在其正面或/和反面形成若干導電電極的基片，所述發光管管芯通過所述基片的電極與所述金屬導線電連接。
4.如權利要求1所述的發光線，其特徵在於所述發光片還包括用來滴封所述發光管管芯的環氧樹脂。
5.如權利要求3所述的發光線，其特徵在於所述金屬導線焊接在所述基片面上與電極電連接。
6.如權利要求3所述的發光線，其特徵在於所述金屬導線焊接在所述基片的側緣上與電極電連接。
7.如權利要求1所述的發光線，其特徵在於所述發光線截面的幾何形狀是互補配合的，以便多股發光線相嵌並排設置。
8.如權利要求1所述的發光線，其特徵在於所述發光片等間隔分布，發光片間隔距離使單位長度發光線額定功率不低於20mW/m。
9.如權利要求3所述的發光線，其特徵在於所述基片在電極處形成金屬化孔。
10.如權利要求1所述的發光線，其特徵在於所述的包覆層物質為柔性材料。
11.一種發光線的製造方法，其特徵在於包括(1)多個發光管管芯與若干金屬導線電連接製成發光線芯的發光線芯製造工序;(2)所述發光線芯包覆一層透光的電絕緣的包覆物質的包覆工序。
12.如權利要求11所述發光線製造方法，其特徵在於所述發光線製造工序還包括(1)在其正面或/和反面形成若干導電電極的基片加工工序;(2)所述發光管管芯與所述基片上的電極電連接的管芯連接工序;(3)所述金屬導線與所述基片上的電極電連接的導線連接工序。
13.如權利要求12所述的發光線製造方法，其特徵在於所述管芯連接工序包括用環氧樹脂滴封所述發光管管芯的管芯滴封工序。
全文摘要
本發明揭示了一種發光線及其製造方法，所述發光線是多個發光管管芯集中由若干根金屬導線連接形成發光線芯，並在所述發光線芯上包覆著電絕緣和透明的包覆物質而構成的。發光管管芯和金屬導線的連接通過基片來進行時就可產生多種形式的發光效果並使發光線的質量更為可靠。該發光線低能耗高效安全，發出的色光鮮豔明亮，能抗衝擊振動，因而有多方面的應用，可用作廣告、裝飾和警示，且製造、安裝和維護方便，其相應的成本也低。
文檔編號H01L33/00GK1077058SQ9210221
公開日1993年10月6日 申請日期1992年3月28日 優先權日1992年3月28日
發明者朱秋雲 申請人:朱秋雲