CN101351881A - 用于光电子器件的安装组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于一个或多个发光元件的安装组件，其中该安装组件被构造为使所述一个或多个发光元件连接至载体下部。该载体包括一个或多个光传输区域，其中该一个或多个发光元件中的每一个元件都对准一个光传输区域而使光能够穿过载体。发光元件的下部安装可以提供对通过热控制系统与和一个或多个发光元件相关连的冷却界面的热流通的便利。

Description

用于光电子器件的安装组件

技术领域

本发明涉及照明系统领域，特别是涉及用于光电子器件的安装技术。

背景技术

诸如固态半导体及有机发光二极管(LED)的发光器件的光通量的发展和改进中的进步已使这些器件适用于包括建筑，文体场所及路灯的普通照明的应用。与诸如白炽灯，荧光灯及高亮度放电灯相比，发光二极管已越来越具有竞争力。

发光二极管具有众多优点并通常因其坚固耐用，长寿，高效，所需电压低及可单独控制所发光的颜色和强度而被选用。发光二极管提供超过精密的气体放电灯，白炽灯或荧光灯发光系统的改进。固态半导体和经改进的有机发光二极管具有产生相同出色的发光效果的能力。

与传统的可以以红外辐射的形式发射几乎所有所产生废热的白炽光源不同，LED中产生的大部分热量首先被包括LED芯片内的光学及电学活跃区域的材料结构吸收。因此LED芯片本身能够阻隔热量传输至外界。尽管也具有较高的光电转换效率，但热量控制是LED照明设计中尤其相关的一个方面。发光二极管的效率和寿命受温度的影响很大，因此LED通常需要被动或主动的冷却机构以维持可接受的工作温度条件。对于诸如封装及所采用的LED芯片材料等的固定参数，诸如发光二极管的耐久性及可靠性的与使用年限相关的因素基本上受工作温度条件的支配。

因此，LED芯片及LED封装的安装技术在有效控制器件工作温度中尤其重要。

LED芯片或封装与其它元件一起可以被置于诸如金属核心印刷电路板(MCPCB)或陶瓷载体(例如金属底层上的低温共烧陶瓷)的导热性良好的单载体上。MCPCB吸收并散发来自LED的热量；然而其自身也变热。因此，使用LED高密度安装的导热性良好的载体通常会升高所有其它附接到MCPCB的元件的工作温度。而且LED芯片或封装在载体顶部的布局增加了热量从LED上传导开时必须穿过的另外的层次数，由此导致增加了热阻。

美国专利申请第2005/0243558号描述了一种灯组件及装配该组件的方法。该灯组件包括具有前表面，与前表面相对的后表面，后表面上的电路迹线和从前表面延伸至后表面的开口的印刷电路板(PCB)，以及具有圆顶部分，本体和多个连接至本体的电终端的LED发射器，其中LED发射器的本体相邻于后表面，LED发射器的圆顶部通过PCB中的开口延伸至前表面，电终端连接至后表面上的电路迹线。然而，为了使其具有光效率，该灯组件的结构需要诸如柔性电路板的非常薄的PCB。该专利申请致力于用于直接查看的电路迹线的可视性，而没有设法提高所使用LED封装的热流通及减少其热阻。

美国专利第6,930,332号描述了一种能够提供经加强的热辐射并可使来自LED芯片的光有效地从器件引出的发光器件。该发光器件包括由铝制成的金属板。该金属板具有向前突出的凸出部并且该凸出部具有配备罩壳凹口的前侧。LED芯片安装在罩壳凹口的底部以使其热连接至金属板，从而可使热量辐射。具有玻璃环氧树脂基底的PCB连接至金属板的前表面并配备可使所述凸出部插入的插孔。LED芯片和键合线被封装进透明树脂密封部中。作为金属板的一部分的罩壳凹口的侧壁起到将发射自LED芯片的光向前反射的反射器的作用。这样，来自LED芯片的光可被有效地引出。在该结构中，所述基底和散热片作为一个单元形成并基本上构造为类似于MCPCB的散热器。此外，当各个部分紧密热接触时，PCB及安装于其上的各个元件将基本上达到与金属基底相同的温度。

因此，需要有一种可增强光电子器件的热控制的安装组件。

上文提供的背景信息用于揭示本申请人认为可能与本发明相关的信息，不应认为任何前述信息组成与本发明相抵触的先有技术。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于光电子器件的安装组件。根据本发明的一个方面提供一种可连接至热控制系统的发光装置，该装置包括：包括一个或多个光传输区域的载体；及一个或多个用于产生光的发光元件，该一个或多个发光元件中的每一个元件都安装在具有冷却界面的基底上，该基底安装至载体下部以使得一个或多个发光元件中的每一个元件都靠近所述一个或多个光传输区域中的一个区域，其中冷却界面的指向为远离载体的方向并且该冷却界面适合于连接至所述热控制系统；其中一个或多个发光元件适合于连接至用于激励该元件的电源。

根据本发明的另一个方面提供一种可连接至热控制系统的发光装置，该装置包括：包括一个或多个光传输区域的载体；及一个或多个产生光的发光元件，该一个或多个发光元件中的每一个元件都具有冷却界面，所述发光元件直接安装到载体下部以使一个或多个发光元件中的每一个元件都靠近所述一个或多个光传输区域中的一个区域，其中每一个冷却界面的指向都为远离载体的方向并且每一个冷却界面都适合于连接至热控制系统；其中一个或多个发光元件适合于连接至用于激励该元件的电源。

根据本发明的另一个方面提供一种形成可连接至热控制系统的发光装置的方法，该方法包括以下步骤：提供具有一个或多个光传输区域的载体；将一个或多个发光元件与所述光传输区域之一对准，该一个或多个发光元件中的每一个元件都具有冷却界面；将该一个或多个发光元件连接至载体下部；由此形成所述发光装置。

附图说明

图1所示为根据本发明的一个实施例的安装组件。

图2所示为根据本发明的另一个实施例的安装组件。

图3A所示为根据本发明的另一个实施例的安装组件。

图3B所示为图3A的发光元件的罩壳或封装。

图4所示为根据本发明的一个实施例的与热控制系统热接触的安装组件。

图5所示为根据本发明的一个实施例的与热控制系统热接触的多个安装组件。

图6所示为根据本发明的一个实施例的其中基底与热控制系统的一部分形成为一体的安装组件。

图7所示为根据本发明的一个实施例的带有形成整体的可变焦距流体透镜的安装组件。

图8A所示为根据本发明的一个实施例的带有直接附接到载体上的发光元件的安装组件。

图8B所示为根据本发明的一个实施例的可直接附接到载体上的发光元件。

图8C所示为根据本发明的一个实施例的具有经纹理处理的发射窗口的发光元件。

图8D所示为根据本发明的一个实施例的被附接至载体的发光元件。

图8E所示为根据本发明的一个实施例的附接至带有多个导电平面的载体的发光元件。

图9所示为根据本发明的一个实施例的与两级热控制系统热连接的所附接发光元件的安装组件。

图10所示为根据本发明的一个实施例的带有透明载体的安装组件。

图11所示为根据本发明的另一个实施例的安装组件。

图12所示为图11中所示的安装组件，该安装组件带有连接次级镜片和热控制系统。

具体实施方式

定义

术语″发光元件″用于定义当通过在两端施加电势差或使电流通过其中而被激励时在电磁频谱的例如可见光区域，红外和/或紫外区域的任何区域或区域组合中发射辐射线的任何器件。因此发光元件可以具有单色，准单色，多色或宽带频谱发射特性。发光元件的实例包括本领域内熟练者熟知的半导体发光二极管，有机发光二极管或聚合物发光二极管，光泵敷磷发光二极管，光泵微芯片发光二极管或任何其它类似的发光二极管。而且，发光元件的术语还用于定义例如LED芯片的发射射线的特定器件，同样也可用于定义发射辐射线的特定器件与一个或多个特定器件被置于其中的罩壳或封装在一起的组合。

术语″热控制系统″用于定义提供热能传输的方式的元件。热控制系统可被设计为结合包括但不限于传导及对流冷却，液体冷却，相变冷却及强制空气冷却的除热技术。热控制系统可以包括本领域内熟练者熟知的热管，热虹吸器，热电，热管道，散热器，散热片，喷淋冷却系统，宏观或微观导槽冷却系统，热电冷却系统或其它合适的热控制系统。

本文中，词语″约″是指距名义值的±10％的变化。应该理解，这样的变化不管具体指出与否总是包括在本文提供的任何给定值中。

除非特别指明，本文中所用的所有技术及科学术语具有与本发明所属领域内的普通熟练者共同理解的相同的含义。

热量控制是保证发光元件的适当的热工作条件的关键，其中这些发光元件在集中的小空间中产生大量废热并通常需要有效的冷却。此外还可能需要在发光元件和其它必需的温度敏感元件之间一定的热隔离水平以限制发光元件对这些温度敏感部件的热影响。

本发明提供一种用于一个或多个发光元件的安装组件，其中安装组件的构造使该一个或多个发光元件连接至载体的下部。该载体包括一个或多个光传输区域，其中一个或多个发光元件中的每一个元件都对准一个光传输区域以使光能够通过载体。发光元件的下部安装可以对通过热控制系统与一个或多个发光元件中的每一个元件相关的冷却界面的热流通提供方便。

在本发明的一个实施例中，发光元件安装在导热基底上，并且该组件继而安装至载体的下部。在本发明的另一个实施例中，发光元件直接安装至载体下部，其中发光元件的表面直接与载体相邻接。

由于一个或多个发光元件相对于载体的下部安装，产生自一个或多个发光元件的光的发射在载体中被引导并因此一个或多个光传输区域为光通过载体的传输提供一种方式。在本发明的一个实施例中，一个或多个光传输区域由形成在载体中的开口或孔限定。或者，透明载体或在载体中限定的透明区域可以提供该一个或多个光传输区域。

在一个实施例中，一个或多个发光元件与热控制系统之间的层次的数目和厚度与当前的方案相比有所减少，由此可达到经改进的热性能和经降低的结温。

一个或多个发光元件相对于载体的下部安装可以提供载体与由一个或多个发光元件产生的热量的热隔离水平。在该方式下，任何所需的热敏感电子器件都可以安装在载体上由此减少一个或多个发光元件施于其上的热影响。

在一个实施例中，一个或多个发光元件安装到导热基底上，其中该基底安装至载体下部。一个或多个发光元件中的每一个元件都与载体中限定的一个光传输区域对准。在该实施例中，基底可以包括确保基底至载体的安装并提供用于激励所述一个或多个发光元件的对这些元件的电连接的电子或机械连接。基底的冷却界面位于离开载体处并提供热控制系统可被连接的位置以吸取一个或多个发光元件产生的热量。

在一个实施例中，发光元件可构造为使其能直接安装至载体下部，其中发光元件与载体中限定的光传输区域对准。在该实施例中，适当设计的发光元件可以提供将发光元件安装至载体并将其电激励所需的所有电子及机械功能。发光元件可以以这样的方式直接安装到载体下部，即除了光传输区域基本不阻碍光的发射外还提供对一个或多个发光元件中的每一个元件的冷却界面的有效热流通。

基底

在一个实施例中，基底提供一个或多个发光元件的安装表面。该基底的构造以这样的方式使其与载体配对连接，也就是使基底与载体下部互相连接，由此提供与一个或多个发光元件进行热流通的预定水平。

基底可由导热材料，例如，诸如AIN，Al2O3，BeO的陶瓷，MCPCB，直接键合铜(DBC)，或低温共烧陶瓷等制成。而且基底可以用金属例如Olin194，Cu，CuW或其它合金制成并且可被绝缘包敷且可使电路迹线淀积到基底上以使其具有电连接性。此外，替代的导热材料也可使用，例如单片含碳材料，金属基体合成物(MMCs)，碳/碳合成物(CCCs)，陶瓷基体合成物(CMCs)，聚合物基体合成物(PMCs)及高级金属合金。其它导热材料为本领域内的熟练者所知。

在一个实施例中，基底可被设计为使电路迹线为一个或多个发光元件和其它可以附接于其上的电子器件提供电连接。这些电路迹线可以只限定在基底的一面上，其中该结构可以简化安装组件的制造且提高安装组件的成本效率。此外，电路迹线也可以设置在基底的两面上。

在另一个实施例中，基底可被设计成包括多个导电平面以减小基底的尺寸并由于电路迹线的减少而提高安装于其上的一个或多个发光元件及潜在的其它电子器件的潜在密度。

在本发明的一个实施例中，基底可以具有分离的指定接触区以与载体机械及电气相对接。在替代实施例中，与基底和载体相连的接触区还可附加地例如通过基底至载体的焊料回流或导电环氧粘贴提供机械安装界面。

基底可以是平整的，曲线的或构造为其它任何期望的形状。基底的形状可以根据安装组件所期望的应用和/或取决于所使用的制作技术确定。

在本发明的一个实施例中，基底包括提供在将基底连接至载体上之前相对于载体将基底对准期望方向的方式的标记特征。

在本发明的一个实施例中，基底具有两个或更多表面，其中第一表面靠近一个或多个发光元件。该第一表面还可携带例如激励一个或多个发光元件的电路迹线。远离一个或多个发光元件的第二表面构造成提供与第二表面热接触的热控制系统的热流通。在一个实施例中，第二表面可被设计为基本上减少基底与热控制系统之间的热阻。在本发明的一个实施例中，可以通过使用导热油脂，导热环氧树脂或其它导热材料加强基底的第二表面与热控制系统之间的热连接。

在一个实施例中，一个或多个镜片可被安装到基底上以提供对发射自其上安装的一个或多个发光元件的光的操控。该镜片可以是本领域的熟练者所知的折射镜片，反射镜片，衍射镜片或其它类型的镜片。

在一个实施例中，镜片是具有指定罩壳的穹顶透镜(dome lens)，其中穹顶透镜可被安装至基底而将一个或多个发光元件包围在指定罩壳中。此外，指定罩壳中的自由空间可用密封材料充满，由此基本密封一个或多个发光元件与穹顶透镜之间的区域。密封材料可以是本领域的熟练者所知的光学硅树脂或其它合适的材料。

在本发明的一个实施例中，基底包括可提供将一个或多个镜片在安装到基底上之前相对于基底对准该一个或多个镜片的位置的方式的标记特征。而且，该标记特征可以与可提供在将一个或多个发光元件安装于基底上之前对准该一个或多个发光元件的方式的基底相关连。

在一个实施例中，在基底上可以安装一个或多个发光元件及可选的一个或多个传感器。该传感器可以是光学传感器，温度传感器等。光学传感器可以是为人所知的光电二极管，光传感器或构造成用作光学传感器的发光元件或其它光传感器。温度传感器可以是熟练者所知的热电偶，热敏电阻或其它类型的温度传感器。应该容易理解，任何安装在带有一个或多个发光元件的基底上的传感器或电子器件的工作都直接受到由一个或多个发光元件产生的热量的影响。

载体

载体构造成支撑安装于其下部的一个或多个发光元件。当载体被定位于不在一个或多个发光元件的热通道中时，该载体无需为热导体。因此该载体可用标准板型材料制成，例如FR4复合材料。作为选择，载体也可以用导热材料制成，例如本领域的熟练者所知的诸如AIN，Al2O3，BeO等的陶瓷，金属，合金或任何其它导热材料或MCPCB。

在一个实施例中，载体可被设计成使向附接至载体的一个或多个发光元件提供电连接的电路迹线形成在载体的一面，即面对发光元件的一面。该电路迹线的布局可以简化载体的制造并且提高载体的成本效率。或者载体也可在其两面都具有电连接。

在一个实施例中，载体可被设计成包括多个导电平面以减小载体的尺寸并提高例如安装于其上的电子或光电器件的潜在密度。在本发明的一个实施例中，载体可具有分离的指定接触区以与基底或发光元件机械地及电气地相对接。在本发明的另一个实施例中，接触区还可以附加地通过基底和载体之间的焊料回流或导电环氧树脂粘贴提供机械安装界面。

在一个实施例中，例如激励发光元件的电路，控制电路，反馈电路，光传感器或热传感器及其电路的电子元件及电路可以安装在载体上。

在一个实施例中，载体包括接受下部安装的发光元件并由此使光传播的开口或孔。所述通孔可以具有期望的截面形状且其壁表面可以涂敷镜面反射或扩散反射材料以提高从与其相关连的一个或多个发光元件的光引出。

在一个实施例中，所述开口的壁表面可以涂敷诸如磷的光学活性材料。

在一个实施例中，所述开口可用密封材料充满。此外该密封材料的表面可以形成纹理，图案或压印。在一个实施例中，密封材料的表面可被定形为一个或多个穹顶透镜，Fresnel透镜，散射器，双凸透镜阵列等。

在一个实施例中，所述开口可用流体透镜充满且其壁表面可被构造为用于流体透镜的一个或多个电极。窗口或其它透明元件可置于开口上方以为透镜提供密封并例如可选地为流体透镜的控制提供一个或多个电极。

在一个实施例中，所述开口设计成在其中接受一个或多个发光元件以及设置于基底上的初级镜片。

在一个实施例中，次级镜片可以与所述载体相关联并相对于与载体相关联的一个或多个光传输区域定位以提供对由一个或多个发光元件发射的光的进一步操控。该载体可以构造成具有一个或多个标记特征以提供相对于载体对准次级镜片的方式。作为选择，次级镜片可被插入并相对于载体内的开口被标记。

在一个实施例中，载体由透明材料形成且具有形成于其中的一个或多个光学元件。该一个或多个光学元件可被构造为本领域的熟练者所知的可整体形成在透明材料中的穹顶透镜，Fresnel透镜，双凸透镜阵列，散射器或其它光学元件。在一个实施例中，载体可以构造成具有指定的罩壳以在其下部安装时在其中接受发光元件。作为选择，可以将密封材料填入到载体和发光元件之间即发光元件的光学活跃区域，这样能够提供增加引出效率的方式。而且，在一个实施例中，电路迹线可以设置在透明载体上且可位于靠近发光元件的表面上，其中这些电路迹线可以提供与向位于载体上的发光元件的电连接。

在本发明的另一个实施例中，载体中的开口可以构造成与插入物相匹配。该插入物可以构造成与一个或多个发光元件光连接并协助从一个或多个发光元件发出的光的光引出以及光束成形。插入物的截面外形及表面特性可被构造成基本上使从一个或多个发光元件发出的光的光引出达到最大化。该插入物可以用金属，塑料，陶瓷或任何其它复合材料制成并在载体的开口位置处进行压配合，粘结，焊接，螺栓连接，铆接或螺纹连接。

在一个实施例中，该插入物还与更多的光学元件相对接，例如初级光学元件或次级光学元件。初级光学元件可被构造为穹顶透镜。在本发明的另一个实施例中，初级光学元件可被整体结合到插入物中。

在本发明的一个实施例中，例如反射器，透镜，散射器，导光器或其它光学元件的次级光学元件可以附接至载体，其中这些次级光学元件可以提供对由安装至载体下部的一个或多个发光元件发出的光的附加操控。次级光学元件可以相对于安装至载体下部的一个或多个发光元件的位置作可选的隔离。

在一个实施例中，载体包括可以提供在使基底或光学元件与载体互相连接之前将其与载体对准的方式的一个或多个标记特征。

载体可以是平整的，曲线的或构造为具有其它任何期望的形状。载体的形状可以根据安装组件期望的应用和/或取决于所使用的制造技术确定。

在本发明的一个实施例中，一个或多个基底可以安装至单个载体。在本发明的另一个实施例中，一个或多个发光元件可以直接安装至载体下部。

在本发明的一个实施例中，基底可以通过能够提供两者之间的机械及电气连接的焊料回流工艺安装至载体下部。例如粘结，焊接，螺栓连接，铆接或螺纹连接等的替代连接方式可以提供基底和载体之间的机械连接。作为选择，环氧树脂粘结可用于加强基底和载体之间的连接的机械强度。

在一个实施例中，基底或一个或多个发光元件可以机械地连接至载体并附带电连接至电源。一个或多个发光元件与电源之间的电连接可以例如以载体上的电路迹线的形式形成载体的整体部分。载体和一个或多个发光元件或基底之间的机械连接可以以例如焊接结合，冷焊接或粘结连接等形式进行。该机械连接可以附带导电连接并例如用于电连接一个或多个发光元件。

在一个实施例中，基底和载体可以具有例如接触区的接触元件，以使电连接也可以通过使该接触元件互相压靠的机械固定装置而形成。该固定装置可以是例如将基底夹紧到载体上或将载体夹紧到基底上的夹紧系统，或者可以是任何其它压力辅助连接。在一个实施例中，所述夹紧系统允许基底相对于载体的侧向运动，由此减少组装及热循环过程中由于热膨胀系数的不同导致的机械应力。在一个实施例中，通过电接触元件可以在基底和载体的一个或多个侧面上提供与一个或多个发光元件的电连接。

在一个实施例中，载体与基底或一个或多个发光元件之间的电连接也可以通过丝键合建立。

热控制系统

热控制系统与一个或多个发光元件中的每一个元件的冷却界面热接触或可以与一个或多个发光元件安装于其上的基底的冷却界面接触。通过导热化合物，导热膜，导热焊接，导热粘结等可以将热控制系统热连接至合适的冷却界面即一个或多个发光元件或基底的冷却界面。

热控制系统可以是本领域内的熟练者所知的散热片，热管，热虹吸，喷淋冷却系统，宏观或微观管道冷却系统，热电冷却系统或其它热控制系统的任何组合。热控制系统可以包括一个或多个可以与和一个或多个发光元件中的每一个元件或基底相关联的冷却界面热接触的整体的，独立的或冗余的冷却系统。

在一个实施例中，安装组件包括一个或多个在安装到载体下部的基底上安装的发光元件。该基底可以具有导热性，从而在一个或多个发光元件中的每一个元件的冷却界面和热连接至基底的热控制系统之间提供热传导。在一个实施例中，包括所述基底的安装组件可以附接至载体以提供机械及电气连通性，同时限制基底和载体之间的热连通性。

在一个实施例中，一个或多个热管的″蒸发″部热连接至冷却界面以引出由一个或多个发光元件产生的热量，该热管将热量在其可选地与次级冷却系统例如散热片热接触的″冷凝″部上进行分配。

在一个实施例中，发光元件直接安装至热控制系统，热控制系统继而安装至载体下部。在该实施例中，发光元件与载体之间的电连接可以通过淀积在热控制系统上的电路迹线以及载体和热控制系统之间的指定接触区而达到。或者与发光元件的电连接可以通过直接与发光元件的丝键合或通过与设置在热控制系统上的接触区的丝键合而实现。在一个实施例中，发光元件可以设置在附加地包括电路迹线的绝缘涂敷的热管上并且该热管可以安装至载体的下部。

下文将参考具体实例介绍本发明。应该认识到，下述实例旨在描述本发明的实施例而无意于以任何方式限制本发明。

实例1

图1所示为根据本发明的实施例的安装组件。该安装组件包括附接至经金属化处理并经图形化的基底101以使各个发光元件103具有电连通性的一个或多个发光元件103。该基底可以用熟练者所知的例如AIN或其它合适的材料制成。该基底可拆除地附接至FR4载体102。该可拆除附接可以通过例如焊料回流或其它合适的附接技术实现。载体102具有用于接纳该一个或多个发光元件的通孔开口。

初级光学系统设置在基底上，包括穹顶透镜116，壁表面108及密封材料107。次级光学系统包括中空反射器115及准直透镜111。初级及次级光学系统构造成引出由一个或多个发光元件在工作条件下发出的光并校准光束以及混合不同颜色或不同发射频谱的光。光学指标匹配材料107可以被填入发光元件103，基底101，壁表面108及半圆透镜116之间的空腔中以加强从发光元件103引出光。次级光学系统可拆除地附接至载体102，其中次级光学系统和载体之间的连接可以通过螺栓，螺纹，摩擦等提供。载体102可以通过焊接或导电环氧树脂经由接触区104连接至基底101。

在替代实施例中，基底101可以被机械地夹紧至载体102上。未图示的热控制系统可以热连接至基底101的底部由此能够排除由一个或多个发光元件产生的热量。

实例2

图2所示为使用插入物210的根据本发明的实施例的安装组件。该安装组件包括载体201，载体201带有用于从一侧接纳安装在基底201上的一个或多个发光元件203并从相反侧接纳插入物210的穿过载体201的开口208。在该实施例中，发光元件及基底不可拆除地安装至载体并由此形成单个单元。插入物210定位在开口208中并可以接收发自一个或多个发光元件的光。

插入物可以提供面对一个或多个发光元件的定形的镜面或散射的反射表面并可以提供由一个或多个发光元件在工作条件下发出的光的光束定形及颜色混合。应该认识到，与插入物相关连的反射表面的形状可以适合于优化从预定排列的一个或多个发光元件的光引出。

安装组件还包括例如可以附接至插入物210的穹顶透镜的初级镜片206，应该认识到该插入物还可以包括其它光学元件。基底201可以通过粘结或焊接附接至载体202并且与载体202的电连接可以通过施加在指定接触区204上的焊料或导电粘结剂而实现。作为选择，基底和载体之间的机械连接可以通过例如应用施加在两者之间的粘结剂而得到加强。

光学密封材料207可以填入到插入物210，初级镜片206，一个或多个发光元件203及基底201之间的空腔中。

未图示的热控制系统可以热连接至基底201的底部由此能够排除由发光元件产生的热量。

次级光学元件220可以安装在载体上，其中次级光学元件可以提供对由发光元件发出的光的进一步操控。

插入物210可以用金属例如Al制成或用为本领域的熟练者所知的塑料，陶瓷或其它合适材料制成。当插入物210由不导电材料制成时，可以直接与基底接触或与基底分隔。

在一个实施例中，当插入物由导电材料制成时，插入物210的定位及构造使其不与任何电路迹线及与载体或基底相关的其它电接触点相接触。例如，插入物可以构造为留下合适数量的空间或可以安装成靠在将插入物与和基底或载体相关的任何电路或电接触点电隔离的衬垫上。

在本发明的一个实施例中，插入物可被设计为协助例如减小载体和基底之间的热诱发不均匀应力。

实例3

图3A所示为发光器件封装可拆除地安装至载体下部的安装组件。发光器件封装在图3B中进一步说明。

发光器件封装包括与一个或多个发光元件303及初级光学元件306一起附接至基底301的圆周壁310。发光器件封装内部可以充满密封材料307并且基底301可以用例如直接键合铜或金属化处理的AIN制成且可以包括在顶表面上形成图形的电路迹线。

壁结构310可以是金属的且亦可以作为光学元件，例如壁结构可以具有面对一个或多个发光元件303的定形的反射表面。壁结构也可以用例如液晶聚合物的塑料，陶瓷或其它复合材料制成。壁结构可以具有任何期望的截面形状并且可以涂敷例如磷的光学活性材料。

壁结构310，基底301及初级光学元件306的组合可以将一个或多个发光元件303密封在其中与环境隔离并可以通过焊接区304附接并电连接至载体302。该载体包括穿透的一个或多个将发光器件封装定位在其中的开口。

应该认识到，通过分离的机械连接区和电连接区可以将载体连接至基底，或者通过普通的连接区及导电环氧树脂或焊接可以获得机械安装性能及导电性能。

在一个实施例中，一个或多个温度传感器，光学传感器或其它传感器可以被定位在基底或载体上靠近一个或多个发光元件的位置处。载体还可以在其上选择性地具有可以向发光器件封装提供附加功能的其它电子器件，电气元件或电路。

在一个实施例中，密封材料307可以包括诸如磷或量子点的光学活性材料。

实例4

图4所示为安装组件400，其中该实例说明根据本发明的一个方面的基底和热控制系统之间的热界面。

安装组件包括载体402，光学系统，附接至载体的一个或多个电子器件430，可以具有一个或多个发光元件403及一个或多个传感器411的基底401。光学系统包括反射器451，例如平凸透镜的透明光学元件452，穹顶透镜406及注入到穹顶透镜406，反射元件451，发光元件403及基底401之间的空隙的密封材料407。

基底可以被焊接或粘结至载体上在载体内的贯穿开口的位置处。光学系统可以通过本领域内所知的螺纹，螺栓，铆钉，焊接，粘结或其它安装机构附接至载体。

在本例中作为热管420图示的热控制系统安装至基底401的冷却界面上。为了减小热管和基底之间的冷却界面上的机械应力，套环421可以附接至载体以支撑并导向所接纳的热管。该套环可以包括将热管相对于基底保持在固定位置的装置。应该认识到，热管可以例如通过焊接，粘结被永久性地附接，或者通过夹紧，螺纹，螺栓等非破坏性的可拆卸方式附接，其中该连接可以被构造为加强基底和热管之间的热传递。导热加强材料可以是例如热膏泥，导热粘结剂或导热膜或设置在基底和热管之间的界面上的焊料。作为选择，热管可以用本领域内熟练者所知的热虹吸或其它任何热控制系统代替。

在一个实施例中，附加的电子器件430可以安装到载体上，其中这些电子器件可以是本领域的熟练者所知的温度传感器，光学传感器，控制器或控制电路或其它电子器件。

实例5

根据本发明的实施例，图5所示为热连接到水平设置的热控制系统520上的多个安装组件510。安装组件510可以按如图2中所示构造。

热控制系统可以与安装组件的一个或多个基底冷却界面直接热接触。安装组件的冷却界面与热控制系统的各个装配表面区域可以是平整的区域或任何其它的期望形状，但应保证其间的热传递达到期望的临界值。

在一个实施例中，热控制系统可以是热管，其中安装组件与热管之间的界面位于热管的端部之间。热管的与基底接触的截面可以是平整的截面以加强从基底的热引出。

在替代实施例中，热控制系统520可以是例如平热管，嵌入式热管系统或流体冷却板。

实例6

根据本发明的一个实施例，图6所示为其中发光元件603直接安装到例如热管的热控制系统620上，热控制系统620继而连接至载体602下部的安装组件。发光元件安装于其上的热控制系统的安装表面包括介电层和其上的电路迹线，由此提供与一个或多个发光元件的电连接和与热控制系统的电隔离。

热控制系统可以机械连接及电连接至载体602以向发光元件提供电源和控制信号。

在本发明的一个实施例中，除了如图6所示安装在热控制系统端部的发光元件外，一个或多个电子器件还可以定位在热控制系统的侧面或端部。

在一个实施例中，热控制系统可以安装至载体的一个侧面。在替代实施例中，热控制系统可以部分地或全部插入到形成在载体中的贯穿开口中。

实例7

图7所示为根据本发明的另一个实施例的安装组件，其中安装组件包括位于载体702的贯穿开口中的整体流体透镜750。基底704附接至载体702以形成与载体702的密封界面。如果需要，开口的内表面可以被涂敷或者进行气密密封。载体702的与基底704相反的一面可以用透明材料的窗口760进行周边密封。

流体透镜可以用电磁场诱发折射率可变材料例如折射率根据所施加电场变化的液晶聚合物制成。或者，流体透镜被构造为在向其施加电场时改变其焦距。

在一个实施例中，载体可以具有位于开口内表面的一个或多个控制电极740。每个控制电极可以包括一个例如为可以产生旋转对称电场的环形圈形式的单旋转对称或旋转非对称的节段。用于操控流体透镜750的控制电极可以位于透明窗口760的内侧，远侧或近侧，或可以位于基底704的远侧或近侧。

在一个实施例中，安装组件还可以包括能用作可控光学元件的一个或多个具有不同光学指标的介电液体，例如可变焦距光学透镜。介电流体之间的界面的形状能够适合于可以通过向一个或多个门电路或控制电极的组合两端施加电压差进行控制的电场条件。达到期望的焦距控制所需的门电路及控制电极的布局，设计及数量为本领域内的熟练者所熟知。控制电极也可以是未图示的可以位于开口内的例如环形圈的罩壳元件的一部分。

应该认识到，通过使可变焦距流体透镜与透镜罩壳进行组合可以将流体透镜750自由定位，或者流体透镜750可以与光学指标匹配材料的罩壳进行组合。

在一个实施例中，窗口将载体702中的开口分为两个腔，其中一个腔接纳一个或多个发光元件及密封材料而第二个腔容纳流体透镜。该窗口可以同时携带用于操控流体透镜的门电路或控制电极。

应该认识到，只要要求光能够穿透电极，门电路电极就可以用诸如铟锡氧化物(ITO)的透明材料制成。

实例8

图8A所示为根据本发明的实施例的安装组件，其中一个或多个发光元件803在指定的开口处直接附接到载体802上。该安装组件还包括施加到开口中的密封材料807，初级光学元件806，次级光学元件805。可选的附加电子器件809可以附接至所述载体。热控制系统820通过一个或多个发光元件中的每一个元件的冷却界面热连接至该安装组件。

图8B所示为根据本发明的实施例的可以直接附接至载体的发光元件。该发光元件可以包括发射窗口813及两个电接触区815及816，其中一个为负极另一个为正极，由此能够激励发光元件。在一个实施例中，发射窗口被设计成具有根据一个或多个发光元件的总尺寸确定的所需尺寸，由此基本上使产生自一个或多个发光元件的光通过该窗口的传输最大化。

图8C所示为包括几个集成发光元件(未图示)及发光窗口813的半导体集成电路芯片。另外该集成电路芯片还可以包括用于例如通过对接到载体和驱动器对其进行控制的电接触区817和818。应该认识到，集成电路芯片还可以包括一个或多个电子元件，例如光传感器，热传感器等。

图8D所示为一个或多个发光元件833如何附接到在其一侧具有电接触点以及具有一个或多个用于通过其发射光的发射窗口(未图示)的载体839上。该一个或多个发光元件可以在一面或多面上具有电连接并且可以例如通过使用丝键合838电连接至载体。

图8E所示为其中一个或多个发光元件843在其两侧上具有电接触点的安装组件。载体可以具有由电绝缘平面849分开的一个或多个导电平面847和845，其中这些导电平面提供与一个或多个发光元件843的电连接。

在一个实施例中，载体的第一平面提供与一个或多个发光元件的每一个元件的位于第一表面上的第一接触点的电连接，载体的第二平面提供与位于发光元件的相反表面上的第二接触点的电连接。例如，如图8E所示，发光元件的第一接触点与载体的第一平面847直接接触，发光元件的第二接触点通过丝键合848连接至载体的第二平面845。

在一个实施例中，一个或多个发光元件可以具有图形化的发射窗口以产生均匀的电流注射。例如可以通过使用光子晶体选择所述图形以加强从一个或多个发光元件的光引出。应该认识到，金属化层可以用诸如ITO的透明材料制成。

在一个实施例中，半导体集成电路芯片还可以包括诸如一个或多个光传感器及温度传感器的集成电子元件。

在一个实施例中，一个或多个发光元件在其一面上具有电连接，该电连接提供向该一个或多个发光元件的可以提供能够被直接连接至热控制系统的冷却界面的相反面的无障碍通道。

实例9

图9所示为根据本发明的另一个实施例的包括一个或多个发光元件903安装于其下部的载体902的安装组件。该安装组件附接至两级热控制系统。该热控制系统包括第一级923和第二级925冷却系统。第一级冷却系统923包括例如热管系统的相变冷却器。该热管系统热连接至可以包括散热片的第二级冷却系统925。容易认识到，第一级及第二级冷却系统可以包括本领域内的熟练者所知的热控制系统的任何组合，只要该热控制系统的组合能提供由一个或多个发光元件产生的热量的期望的热消散。

在一个实施例中，可以形成第一级冷却系统923，其中载体902及一个或多个发光元件903被气密密封在罩壳910中以产生空腔。芯材料905可以设置在空腔中载体的壁上及一个或多个发光元件的冷却界面上。空腔中充有蒸发性流体从而形成其中一个或多个发光元件形成壁结构的一部分的热管。

在替代实施例中，所述空腔可以充满通过对流和传导将来自一个或多个发光元件产生的热量传走的高导热流体。在另一个实施例中，冷却剂可以流过所述空腔以将一个或多个发光元件产生的热量带走。在另一个实施例中，所述空腔中的一个或多个发光元件可以通过喷淋冷却的方法冷却。

实例10

图10所示为根据本发明的一个方面的在载体中不设开口的载体1002。在该实施例中，载体用例如塑料或玻璃的透明材料制成。该载体可以包括提供对由通过基底1001安装至载体1002下部的一个或多个发光元件1003发射的光的光学操控的一个或多个具有纹理或其他构造的表面1007。

该与载体形成整体的具有纹理或其他构造的表面1007可以提供光学功能并可以协助一个或多个发光元件在工作条件下发射的光的引出和光束定形。该具有构造的表面可以包括例如本领域内的熟练者所知的一个或多个包括穹顶透镜，透镜阵列，衍射镜片，全息散射器的光学元件或任何其它光学元件。

在一个实施例中，用于接纳发光元件1003的罩壳1006形成在载体1002中靠近发光元件的位置处。此外，密封材料可以被填入到基底1001，发光元件1003及载体1002之间的罩壳中。

在一个实施例中，载体可以具有设置于其上的可以为一个或多个发光元件提供向电源或可以附接至载体的其它器件的电连接的导电迹线。

作为选择，载体可以具有相对于其定位或附接至其上的可以位于相对于一个或多个发光元件一侧的表面或面对一个或多个发光元件一侧的界面上的次级光学元件。这些光学元件可以是容易理解的例如折射或反射元件或其它期望的光学元件。

实例11

图11所示为根据本发明的一个实施例的安装组件。该安装组件包括一个或多个发光元件1005热连接至其上的导热基底1018。该安装组件还包括封闭该一个或多个发光元件1005的初级光学元件1012，其中一个或多个发光元件1005和初级光学元件1012之间的空间充满例如光学硅树脂的密封材料1016。该密封材料可以具有与光学元件尽可能接近的折射率以加强光的引出。通常，用于此类应用的可从商业获得的硅树脂的折射率约为1.4至1.6的数量级。初级光学元件1012可以使用诸如为本领域的熟练者所知的硅树脂或可以热固化或UV固化的环氧树脂的粘结剂或其它粘结剂直接安装到基底1018上。在替代实施例中，初级光学元件可以通过粘结剂与密封材料1016一起固定到位。初级光学元件包括可以增加初级光学元件与基底之间的连接线的附接点1020。

该安装组件继而与载体1010中的开口1014对准，其中基底被连接至载体下部。通过该方式，发自与安装组件相关连的一个或多个发光元件的光可以通过形成在载体中的开口。

在一个实施例中，电路迹线可以设置在基底上以提供与发光元件的电连接。基底上的电连接区可以提供电气的和机械的界面并可以与设置在载体上的电连接区相连。基底可以被对准及定向然后被焊接到位以获得基底和载体之间的机械的及电气的连接。在一个实施例中，进一步的粘结剂的应用可以增强载体和基底之间的机械连接。

在一个实施例中，诸如对光通量进行采样的热传感器或光学传感器的附加的元件也可以安装在基底上。

图12所示为对接至图11中所示的安装组件的次级光学元件1020。在载体中设置例如标记特征可以使可能具有高反射内表面的次级光学元件插入到载体中的开口内的空隙中并与初级光学元件密切匹配。在该方式下，可以用最小的孔径尺寸引出最大数量的由发光元件产生的光。而且载体可以作为侧向和垂直方向上的标记特征以获得次级光学元件的准确布局并协助避免初级光学元件及基底组件的损坏。

在本例中为热管的热控制系统1030对接至基底的冷却界面。热控制系统和基底之间的热连接可以通过将热管和基底焊接在一起而获得，该工艺步骤可能需要在基底的热界面上具有金属化层。或者，导热环氧树脂，导热膏泥或导热界面膜可以用于加强基底的冷却界面和热控制系统1030之间的热接触。

很明显，前文叙述的本发明的实施例只是示例性的并且可以以多种方式变化。此类当前或未来的变化不应被认为是对本发明的主旨和范围的背离，且所有对本领域中的熟练者是明显的这样的修改应包括在附后的权利要求的范围中。

Claims (22)

1.一种可连接至热控制系统的发光装置，其特征在于，该装置包括：

a)包括一个或多个光传输区域的载体；和

b)一个或多个用于产生光的发光元件，所述一个或多个发光元件中的每一个都安装在具有冷却界面的基底上，该基底安装至载体下部以使得所述一个或多个发光元件中的每一个都靠近所述一个或多个光传输区域中的一个，其中所述冷却界面的指向为远离所述载体的方向，并且适于连接至热控制系统；

其中所述一个或多个发光元件适于连接至用于激励该元件的电源。

2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，其中所述一个或多个光传输区域中的每一个都由所述载体中的开口所述或载体的透明部分限定。

3.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，其中所述基底包括电连接至所述一个或多个发光元件的电路迹线或所述基底包括多个电连接至所述一个或多个发光元件的导电平面。

4.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，其中所述基底包括提供与载体的电气及机械连接的接触区。

5.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，其中所述载体包括用于对齐基底与所述载体的标记特征。

6.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，其中一个或多个镜片安装到基底上并光学连接至所述一个或多个发光元件。

7.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，其中所述一个或多个光传输区域中的每一个都由所述载体中的开口限定，并且其中一个或多个发光元件被构造成插入一个或多个所述开口中。

8.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，其中所述载体用导热材料制作而成。

9.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，其中所述载体用FR4板制作而成。

10.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，其中所述载体与插入物相匹配，且所述插入物构造为提供光的引出并将光定形为光束。

11.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，其中所述载体用透明材料制作而成。

12.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，其中一个或多个所述光传输区域构造为透明的光学元件，其中所述透明的光学元件从包括穹顶透镜，Fresnel透镜，双凸透镜阵列及散射器的组合中选择。

13.一种可连接至热控制系统的发光装置，其特征在于，该装置包括：

a)包括一个或多个光传输区域的载体；和

b)一个或多个用于产生光的发光元件，所述一个或多个发光元件中的每一个都具有冷却界面，所述发光元件直接安装至载体下部，以使得所述一个或多个发光元件中的每一个都靠近所述一个或多个光传输区域中的一个，其中每个冷却界面的指向为远离所述载体的方向，并且每个冷却界面都适于连接至热控制系统；

其中所述一个或多个发光元件适于连接至用于激励该元件的电源。

14.如权利要求13所述的发光装置，其特征在于，其中所述一个或多个光传输区域中的每一个都由所述载体中的开口或所述载体的透明部分限定。

15.如权利要求13所述的发光装置，其特征在于，其中所述载体包括用于对齐所述一个或多个发光元件与所述载体的标记特征。

16.如权利要求13所述的发光装置，其特征在于，其中所述一个或多个光传输区域中的每一个都由所述载体中的开口限定，并且其中一个或多个发光元件被构造成插入一个或多个所述开口中。

17.如权利要求13所述的发光装置，其特征在于，其中所述载体用导热材料制作而成。

18.如权利要求13所述的发光装置，其特征在于，其中所述载体用FR4板制作而成。

19.如权利要求13所述的发光装置，其特征在于，其中所述载体与插入物相匹配且所述插入物构造为提供光的引出并将光定形为光束。

20.如权利要求13所述的发光装置，其特征在于，其中所述载体用透明材料制作而成。

21.如权利要求13所述的发光装置，其特征在于，其中一个或多个光传输区域构造为透明的光学元件，其中所述透明的光学元件从包括穹顶透镜，Fresnel透镜，双凸透镜阵列及散射器的组合中选择。

22.一种形成可连接至热控制系统的发光装置的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a)提供具有一个或多个光传输区域的载体；

b)将一个或多个发光元件与所述光传输区域中的一个对齐，一个或多个发光元件中的每一个都具有冷却界面；

c)将所述一个或多个发光元件连接至所述载体下部；从而形成所述发光装置。

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