CN108431497A - 用于led灯泡改造的导热柔性pcb和全塑料散热器 - Google Patents

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Abstract

一种照明装置，其包括：聚合物散热器，其具有从聚合物散热器向外延伸的突起部；第一印刷电路板，其具有至少第一表面和第二表面，第一表面和第二表面彼此相对并被印刷电路板的厚度分开，所述第一印刷电路板的第一表面支撑至少两个发光二极管，第一印刷电路板的第二表面与聚合物散热器的突起部共形并且热耦合到聚合物散热器的突起部；辐射透射外壳，其被配置为至少部分地包围第一印刷电路板和至少两个发光二极管；导电路径，其使得发光二极管与装置外部的环境电连通。

Description

用于LED灯泡改造的导热柔性PCB和全塑料散热器
技术领域
本申请涉及用于工业和住宅应用的发光二极管(LED)照明装置的领域。
背景技术
由于降低了能耗并减少了环境影响，LED装置是诸如白炽灯甚至荧光灯的传统照明装置的流行替代品。但是，由于LED装置的成本相对较高，而且由于来自LED元件的热量可能会导致照明装置中的材料界面处(如铝和塑料之间)的破裂，因此本领域需要具有改进的热处理特性的LED装置。
发明内容
为了满足所描述的需求，本公开首先提供一种照明装置，其包括：聚合物散热器，其具有从聚合物散热器向外延伸的突起部；第一印刷电路板，其具有至少第一表面和第二表面，第一表面和第二表面彼此相对并被印刷电路板的厚度分开，第一印刷电路板的第一表面支撑至少两个发光二极管，第一印刷电路板的第二表面与聚合物散热器的突起部共形并且热耦合到聚合物散热器的突起部；辐射透射外壳，其被配置为至少部分包围第一印刷电路板和至少两个发光二极管；以及导电路径，其使得发光二极管与装置外部的环境电连通。
还提供了一些方法，其包括：向根据本文公开的任何方面的照明装置提供足够的电力以实现该装置的照明。
另外提供了一些照明装置，其包括：单件式聚合物散热器；第一印刷电路板，其具有至少第一表面和第二表面，第一表面和第二表面彼此相对并被印刷电路板的厚度分开，第一印刷电路板的第一表面支撑多个发光二极管，并且第一印刷电路板的第二表面热耦合到聚合物散热器的突起部。
进一步公开了一些照明装置，其包括：单件式聚合物散热器，其具有从其延伸的突起部；该突起部支撑热耦合到散热器的至少两个发光二极管；辐射透射外壳，其被配置为至少部分地包围至少两个发光二极管；以及导电路径，其使得发光二极管与装置外部的环境电连通。
附图说明
当结合附图阅读时，可以进一步理解该概述以及以下详细描述。为了说明本发明，在附图中示出了本发明的示例性和优选的实施例；然而，本公开不限于所公开的具体方法、组合物和装置。另外，附图不一定按比例绘制。在附图中：
图1描绘根据本公开的说明性装置。如图所示，一种装置可以包括外壳(照明灯泡)，该外壳包围由3D印刷电路板(PCB)支撑的一个或多个LED芯片。在该图中，PCB呈金字塔形/圆锥形，但PCB不限于此特定配置。
PCB进而被热耦合到聚合物(塑料)散热器，该聚合物散热器本身包括突起部。如本文其他地方所描述，该散热器可以包括热塑性或热固性聚合物。该装置还可以包括用于与LED的电源接合的插头(E27；标准螺丝基座部分)或其他元件。图1中没有显示使得一个或多个LED与装置外部的环境电连通的导电路径。
图2描绘基准LED设计的横截面视图，该设计使用形成为柱形的可弯曲的PCB。如该图所示，支撑各种LED的PCB被耦连到柱形直壁散热器。
图3描绘根据图1的示例性装置的外观图。
图4描绘传统LED装置的剖面图，其特征在于LED安装在平面PCB上，而平面PCB进而位于平顶散热器的顶部。
图5使用本文其他地方描述的条件为根据图1的装置提供了计算机生成的热分布模型。(为了清晰起见，虚线示出物品的哪些特定区域对应于温度范围中的某些温度。)
图6使用本文其他地方描述的条件为根据图2的装置提供了计算机生成的热分布模型。(为了清晰起见，虚线示出物品的哪些特定区域对应于温度范围中的某些温度。)
图7使用本文其他地方描述的条件为根据图3的装置提供了计算机生成的热分布模型。(为了清晰起见，虚线示出物品的哪些特定区域对应于温度范围中的某些温度。)
图8-10分别示出图1-3中所示的各种装置的光束角。(光束角描述灯具的光发散性能，并且被定义为在光束轴上其光强度为最大光强度的一半的彼此相对的两个方向之间的角度。)
图11示出根据本公开的示例性装置，该装置的特征在于聚合物散热器具有形成于其中的通道(例如，用于热交换)。
具体实施方式
参考以下详细描述并结合附图和示例，可以更容易地理解本发明，这些附图和示例构成了本公开的一部分。应当理解的是，本发明并不限于在此描述和/或示出的具体装置、方法、应用、条件或参数，并且在此使用的术语仅仅是为了描述特定实施例，并非旨在限制所要求保护的发明。此外，如说明书(包括随附的权利要求)中所用，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数形式，并且对特定数值的引用至少包括该特定值，除非上下文另有明确规定。本文中提及的任何文献以其整体并入本文以用于任何和所有目的。
如本文所用，术语“多个”意味着多于一个。当表达一系列值时，另一个实施例包括从一个特定值起和/或到另一个特定值为止。类似地，当通过使用先行词“约”将数值表达为近似值时，可以理解该特定值形成另一个实施例。所有的范围都是包容的且可组合的。当提到某个数值时，术语“约”意味着该值和该值的10％以内的所有其他值。例如，“约10”意味着从9到11以及所有中间值(包括10)。
方面1.一种照明装置，其包括：聚合物散热器，其具有从聚合物散热器向外延伸的突起部；第一印刷电路板，其具有至少第一表面和第二表面，第一表面和第二表面彼此相对并被印刷电路板的厚度分开，第一印刷电路板的第一表面支撑至少两个发光二极管，第一印刷电路板的第二表面与聚合物散热器的突起部共形并且热耦合到聚合物散热器的突起部；辐射透射外壳，其被配置为至少部分地包围第一印刷电路板和至少两个发光二极管；导电路径，其使得发光二极管与装置外部的环境电连通。
图1示出根据本公开的示例性装置。如该图所示，该装置可以包括散热器(适当地为聚合物，也适合由单件形成)。三维(3D)PCB(例如，可弯曲的PCB)适当地覆盖散热器的突起部，如图1所示，其示出具有金字塔形突起部的散热器。LED芯片由PCB适当地支撑。外壳(例如，照明灯泡)被适当地安装以便与散热器接合并包围LED芯片。该装置还可以包括配件，该配件用于将该装置连接到电源。
聚合物散热器在本文其他地方进行了更详细的描述。印刷电路板(PCB)可以是刚性的或柔性的。柔性PCB被认为是特别合适的，因为它们可以以平面构型制造，然后弯曲、折叠或以其他方式成形，以实现期望的最终形式。PCB可以包括划线、凹槽、穿孔或其他特征部以促进折叠或其他成形过程。PCB可以形成有由柔性区域连接的一个或多个刚性区域；刚性区域和柔性区域不需要由相同材料制成。
PCB可以是可弹性弯曲的，使得它可以被弯曲，然后在释放时返回到原始形态。PCB也可以是可弯曲的，以使其在弯曲成特定形式时保持该特定形式。
如上所述，PCB的第一表面和第二表面被PCB的厚度适当地分开。该厚度可以是从例如约0.1mm至约5mm或10mm，或者从约0.2mm至约2mm，或甚至是约1mm。
印刷电路板对于本领域技术人员来说是公知的，并且其可以包括各种材料，例如硅、铜(或其他金属)以及其他绝缘材料、半导体材料和导电材料。除了LED之外，PCB还可以包括其他电子元件，例如处理器、转换器、晶体管等。
由PCB支撑的发光二极管(LED)是本领域技术人员已知的。LED可以被配置为发出白色、红色、蓝色、绿色、紫色或其他彩色光。该装置可以包括被配置为发射不同颜色光的LED，例如，白光LED和蓝光LED。PCB的第一表面(在一些实施例中为外表面)适当地支撑一个或多个LED。
PCB的第二表面(在一些实施例中为内表面)适当地面对散热器和照明装置的内部。第二表面可以面对或以其他方式覆盖散热器的突起部；例如，PCB的第二表面被成形为与散热器的突起部共形(conform)。PCB的第二表面(并且总体上，PCB)适当地与散热器热连通。这可以通过直接的物理接触来实现，但也可以通过经由导热材料(例如导热膏、导热油脂、导热胶带等)的接触(或连通)来实现。
辐射透射外壳可以是玻璃、聚合物、陶瓷或其一些组合。外壳可以对可见光完全透明，但也可以是对光半透明的。在一些实施例中，外壳可以充当扩散器，但它也可以充当集中器，或者甚至充当由装置的LED产生的照明的透镜。
外壳可以是球形、卵圆形、管状、圆锥形、截头圆锥形、立方体、长方体或其他多边形。外壳可以包括一个或多个热交换特征部，这些特征部在本文其他地方描述。合适的外壳可以通过例如注塑成型、注射吹塑、注射拉伸吹塑或本领域技术人员已知的其它工艺来制造。球形外壳被认为特别合适，但不是必需的。
该装置还可以包括一个或多个反射器。这样的反射器可以被安置在例如外壳内，以便分散或以其他方式重新定向来自该装置的LED的照明。反射器也可以被安置在外壳外部。外壳本身可以是反光的。
方面2.根据方面1所述的照明装置，其中所述第一印刷电路板包括至少两个小平面，每个小平面具有第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面彼此相对并且被印刷电路板小平面的厚度分开，每个小平面支撑位于在5度内与聚合物散热器的突起部平行的线上的一个或多个发光二极管，并且每个小平面的第二表面热耦合到聚合物散热器的突起部。
多面PCB在图5中示出。如该图所示，根据本公开的PCB可以包括6个小平面。具有2、3、4、5、6、7、8、9、10或甚至更多个小平面的PCB被认为是合适的。PCB的小平面可以彼此相同(例如，在形状、面积、LED配置方面)，但是PCB可以包括在一些方面彼此不同的两个或更多小平面。
方面3.根据方面2所述的照明装置，其中突起部包括与第一印刷电路板的一个或多个小平面互补的一个或多个小平面。图1和图3描绘这样一种实施例；如这些图中所示，全塑料散热器的特征在于金字塔形突起部，该金字塔形突起部包括与该图中所示的3D PCB的一个或多个小平面互补的一个或多个小平面。以此方式，该装置可以在PCB和散热器之间实现紧密配合。
如图3所示，根据本公开的装置可以包括连接该装置与外部电源的配件320(例如，旋入式导体)。该配件适当地与散热器330接合；本文其他地方描述了合适的散热器的特征。该散热器可以包括突起部(也在本文其他地方描述)，该突起部位于PCB 310下方。PCB 310可以是柔性的/可弯曲的PCB。
该PCB适当地支撑各种LED 340。LED可以是单色的或多色的。LED的形状、尺寸或其他特征也可以不同。外壳300被适当地安置以包围PCB 310和LED 340。
方面4.根据方面1所述的照明装置，其中突起部的特征为是圆锥形、截头圆锥形、球形、部分球形或锥形/渐缩形(tapered)(例如，半球形)。图1中显示了圆锥形突起部。突起部不必是圆形锥体结构，因为突起部可以是渐缩(tapered)的多边形；例如，横截面为梯形，诸如顶部被切除的金字塔形。
在一些实施例中，散热器突起部可以被安置在散热器的凹陷部或其他中空区域内。例如，散热器可以包括凹入部分，突起部从该凹入部分延伸出。
突起部可以具有一个或多个表面，这些表面从竖直方向倾斜约0度至约90度，或约3度至约87度，或约6度至约84度，或约9度至约81度，或约12度至约78度，或约15度至约84度，或约18度至约81度，或约21度至约78度，或约24度至约75度，或约27度至约72度，或约30度至约69度，或约33度至约66度，或约39度至约63度，或约42度至约60度，或约45度至约57度，或约48度至约54度，或大约50度。
圆锥形突起部可以用于多面PCB。同样，多面突起部可以用于圆锥形PCB。PCB与突起部之间的物理间隙可以由导热材料(例如，油脂、金属、胶带、相变材料等)填充。本文其他地方描述了合适的此类材料。
方面5.根据方面4所述的照明装置，其中第一印刷电路板(PCB)的特征是为圆锥形、截头圆锥形、球形、半球形或锥形(tapered)。在优选实施例中，第一PCB被成形为与散热器突起部共形。然而，并不要求PCB与整个突起部共形；例如，PCB可以与圆锥形突起部的上部共形而不与最下部共形。
PCB在被安装于装置中时可以具有一个或多个表面，这些表面从竖直方向倾斜约0度至约90度，或约3度至约87度，或约6度至约84度，或约9度至约81度，或约12度至约78度，或约15度至约84度，或约18度至约81度，或约21度至约78度，或约24度至约75度，或约27度至约72度，或约30度至约69度，或约33度至约66度，或约39度至约63度，或约42度至约60度，或约45度至约57度，或约48度至约54度，或大约50度。
方面6.根据方面1-5中任一项所述的照明装置，其中散热器包括一个或多个热交换特征件。散热器适当地被暴露于照明装置外部的环境中。该装置还可以包括移动流体源(例如，空气源)，以帮助转移热量远离散热器或该装置。该装置还可以被安装在包括移动流体源(例如，空气源、液体源)的组装件中(例如，灯或灯组)，以帮助转移热量远离散热器或该装置，例如，流体被施加到散热器内的一个或多个沟道中。散热器本身可以含有一种或多种流体。
方面7.根据方面6所述的照明装置，其中热交换特征件包括翅片、通道或其任何组合。翅片可以包括常规的矩形翅片以及任何其他的突起部(例如，刺突、脊部等)。热交换特征件还可以包括形成在散热器中的凹陷部或中空部。
通道(例如，孔、隧道、沟道等)也被认为是合适的热交换特征件。在一些实施例中，热交换特征件被安置在散热器上或散热器内，以使该特征件对外部观察者的可见度最小化。例如，散热器可以包括一系列翅片或脊部，当安装外壳时，这些翅片或脊部在照明装置的外壳后面是不可见的。
图11中示出一种说明性的散热器。如该图所示，散热器可以包括热交换通道(其可以在制造时形成于散热器中，或者在稍后的时间点通过例如钻孔形成在散热器内)，从而有利于从散热器中转移热量。散热器还可以包括(未示出的)翅片或其他凸起件以增强热传递。
通道可以延伸穿过部分散热器。通道可以具有从约0.01mm至约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或甚至10mm的典型横截面尺寸(例如，宽度、直径)。通道的横截面可以是圆形的，但这不是必需的，因为通道的横截面可以是卵圆形或其他多边形。通道可以被径向定向、轴向定向或以其他方式定向。散热器可以包括两种或更多种类型的通道。
翅片可以沿着散热片的长度延伸或沿着散热片的一部分长度延伸。翅片可以具有从约0.01mm至约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm或甚至更大的横截面尺寸(例如，高度、宽度、长度)。
翅片可以由散热器的材料形成，但翅片也可以由与散热器材料不同的材料形成。翅片可以经由导热材料热耦合到散热器；本文其他地方描述了热耦合。
方面8.根据方面1-7中任一项所述的照明装置，其中辐射透射外壳包括一个或多个热交换特征件。合适的热交换特征件在本文其他地方描述。如同散热器一样，热交换特征件可以被安置成使其对外部观察者的可见度最小化。
方面9.根据方面8所述的照明装置，其中热交换特征件包括翅片、通道或其任何组合。
方面10.根据方面1-9中任一项所述的照明装置，其中聚合物散热器的特征为是单件(single piece)。例如，说明性的图1示出由单块聚合物(塑料)材料形成的散热器。注塑成型的散热器被认为是合适的，增材制造(additive-manufactured)的散热器也是合适的。
散热器可以被形成为包括空腔或其他中空件以容纳电源模块、控制器、处理器、连接器等。如图1所示，散热器可以被形成为与电插座连接器(E27)接合。
方面11.根据方面1-10中任一项所述的照明装置，其中聚合物散热器包括聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚碳酸酯或其任何组合。以上仅是说明性列表，因为其他聚合物材料(例如，聚醚酰亚胺)也是合适的。
方面12.根据方面11所述的照明装置，其中聚合物散热器包括聚苯硫醚(PPS)；PPS被认为是特别合适的。通过注射成型工艺制成的散热器(无论是何种材料)都被认为是特别合适的。
方面13.根据方面1-12中任一项所述的照明装置，其中至少两个发光二极管中的每一个都位于在平行于聚合物散热器的突起部的下方区域的线的5度内的一条或多条线上。
在一些实施例中，LED可以被对准，使得LED的主轴线(即LED的中心轴线，或甚至是从LED发射的光的峰值强度轴线)位于与散热器突起部的下方区域的法向相距5度以内的线上。以此方式，装置可以被构造为使得来自LED的照明正交于(或近乎正交于)散热器的突起部射出。
方面14.根据方面1-13中任一项所述的照明装置，其进一步包括导热材料，该导热材料使得第一印刷电路板的第二表面与散热器的突起部热连通。
方面15.根据方面14所述的照明装置，其中导热材料包含油脂、胶带、相变材料或其任何组合。合适的油脂包括例如Dow Corning 9184TM和Laird Tgrease 980TM。合适的导热胶带包括例如Sil-Pad 400TM和Gap Pad 1500TM。合适的相变材料包括例如Hi-flow 105TM和Hi-Flow 225UTTM。前面的列表仅仅是说明性的而不是限制性的。
方面16.根据方面1-15中任一项所述的照明装置，其中照明装置的特征为具有至少约280度的光束角，例如，约280度、约285度、约287度、约290度、约293度、约296度、约299度、约302度、约305度、约308度、约311度、约314度、约317度、约320度、约323度、约326度、约329度、约332度、约335度、约338度、约341度或甚至更高。(光束角是指光强度为最大光强度一半的在光束轴上彼此相对的两个方向之间的角度)。超过约300度的光束角被认为是特别合适的。
方面17.根据方面1-15中任一项所述的照明装置，其中照明装置的特征在于具有从约290度至约330度的光束角，例如，约290度、约291度、约292度、约293度、约294度、约295度、约296度、约297度、约298度、约299度、约300度、约301度、约302度、约303度、约304度、约305度、约306度、约307度、约308度、约309度、约310度、约311度、约312度、约313度、约314度、约315度、约316度、约317度、约318度、约319度或甚至约320度。
约290-315度(例如，310度)的光束角被认为是合适的；现有装置可能具有仅约120度的光束角。在约120度和约330度之间的光束角被认为是特别合适的。
方面18.根据方面1-18中任一项所述的照明装置，其中该装置进一步包括与配件电连通的电源，该配件使照明装置通过导电路径与电源电连通。电源可以是电池或电线，例如，商业或住宅电线。
方面19.根据方面18所述的照明装置，其中该装置进一步包括导热材料，该导热材料被设置成使得散热器与配件热连通。本文其他地方描述了合适的导热材料。
方面20.根据方面1-19中任一项所述的照明装置，其中散热器具有约5W/m*K至约20W/m*K的面内(in-plane)热导率，例如，约5W/m*K、约6W/m*K、约7W/m*K、约8W/m*K、约9W/m*K、约10W/m*K、约11W/m*K、约12W/m*K、约13W/m*K、约14W/m*K或甚至约20W/m*K。热导率可以根据ASTM W1461-07进行测量。
方面21.根据方面1-20中任一项所述的照明装置，其中散热器具有约5W/m*K至约15W/m*K的透面(through-plane)热导率，例如，约5W/m*K、约6W/m*K、约7W/m*K、约8W/m*K、约9W/m*K、约10W/m*K、约11W/m*K、约12W/m*K、约13W/m*K、约14W/m*K或甚至约20W/m*K。
方面22.根据方面1-21中任一项所述的照明装置，其中该照明装置满足用于全向LED照明装置的Energy Star TM LED标准(2011年5月13日修订版“ENERGYProgramRequirements for Integral LED Lamp”；标准7A)。
该标准在相关部分中指出：“产品在0°-135°区域内(竖直轴向对称)应具有均匀的发光强度分布(坎德拉)。该区域内任何角度的发光强度与整个0°-135°区域的平均发光强度相差不应超过20％。至少5％的总通量(流明)必须在135°-180°区域内发射。在0°、45°和90°的三个竖直平面上测量时，分布应该是竖直对称的。”
方面23.一种方法，其包括：向根据方面1-22中的任一项所述的照明装置提供足够的电力以实现来自该装置的照明。
方面24.一种方法，其包括：组装聚合物散热器、第一印刷电路板、两个或更多发光二极管、辐射透射外壳以及导电路径，以便产生根据方面1-22中的任何一项所述的装置。
可以以多种方式执行组装，包括焊接、压合、粘合及其组合。在一些实施例中，导电部分可以形成在各种部件之中或之上，使得一个或多个部件可以被手动组装在一起，从而在两个部件之间形成导电路径。
方面25.一种照明装置，其包括：单件式聚合物散热器；第一印刷电路板(PCB)，其具有至少第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面彼此相对并被印刷电路板的厚度分开，第一印刷电路板的第一表面支撑多个发光二极管(LED)，第一印刷电路板的第二表面热耦合到聚合物散热器的突起部。
本文其他地方描述了合适的散热器、PCB和LED。热耦合可以通过例如物理接触或经由导热材料来实现。合适的这种材料包括油脂、热胶带、相变材料等，所有这些在本文其他地方都有描述。
方面26.根据方面25所述的照明装置，其中该装置被配置为使得当多个发光二极管中的至少一些被点亮时，该装置满足用于全向LED照明装置的Energy StarTM LED标准(2011年5月13日修订版“ENERGYProgram Requirements for Integral LEDLamp”；标准7A)，该标准在本文其他地方描述。
方面27.一种照明装置，其包括：单件式聚合物散热器，其具有从其延伸出的突起部；该突起部支撑热耦合到散热器的至少两个发光二极管；辐射透射外壳，其被配置成至少部分地包围至少两个发光二极管；导电路径，其使得发光二极管与装置外部的环境电连通。
如上所述，一个或多个LED可以由散热器支撑，因为不总是需要PCB来支撑LED。例如，用户可以使用LDS技术直接在塑料散热器上形成电路，而不需要单独的印刷电路板。
LED可以直接接触散热器。可替代地，LED可以经由导热材料(例如，油脂、热胶带、相变材料或其任何组合)热耦合到散热器。散热器可以包括一个或多个凹槽，LED可以安装在这些凹槽中。
本文其他地方描述了合适的散热器、突起部、LED和外壳。散热器可以具有布置在其上的两个或更多LED以及LED与电源、控制器、处理器或其任何组合之间的导电路径。
根据这个方面所述的装置可以被配置为使得当多个发光二极管中的至少一些发光二极管被点亮时，该装置满足用于全向LED照明装置的Energy StarTMLED标准(2011年5月13日修订版“ENERGYProgram Requirements for Integral LED Lamp”；标准7A)，该标准在本文其他地方描述。
装置也可以表征为具有至少约280度的光束角，例如，约280度、约285度、约287度、约290度、约293度、约296度、约299度、约302度、约305度、约308度、约311度、约314度、约317度、约320度、约323度、约326度、约329度、约332度、约335度、约338度、约341度或甚至更高。(光束角是指光强度为最大光强度一半的在光束轴上彼此相对的两个方向之间的角度)。超过约300度的光束角被认为是特别合适的。
装置可以进一步表征为具有约290度至约330度的光束角，例如，约290度、约291度、约292度、约293度、约294度、约295度、约296度、约297度、约298度、约299度、约300度、约301度、约302度、约303度、约304度、约305度、约306度、约307度、约308度、约309度、约310度、约311度、约312度、约313度、约314度、约315度、约316度、约317度、约318度、约319度或甚至约320度。
根据方面1-22和25-27中的任一项所述的装置可以单独使用或多重使用。例如，用户可以构造包括多个所公开装置的照明面板。用户也可以构造包括一个或多个所公开装置的建筑物模块(例如，天花板、墙壁、夹具)。这些模块可以模块式构建，以实现快速组装/拆卸。
说明性数据——温度
研究了LED芯片的结温(junction temperature)特性，以此方式指示LED芯片的热性能；并且图5、图6和图7分别使用以下标准来描述图1、图2和图3中的三种不同设计的热模拟结果：
总灯泡功率：6.2W
照明输出：450lm
LED数量：30PCS
散热器的导热率：
透面＝3.4W/M·K，面内＝2.0W/M·K
产生热量：3.26W
LED功率至热量的转换：70％
边界条件：环境温度＝25℃
没有对流
使用软件程序Light ToolsTM进行光学性能的比较评估，该评估基于以下条件：
变量 选择
灯泡材料 LUX2144G(高扩散等级)
总通量 1050流明
总计射线 20,000,000(射线)
灯泡及其他组件的光学性能 光学平滑
在上述条件下，图1所公开的设计(使用全塑料散热器和3D PCB布局)具有最佳的比较热性能。
如图5所示，PCB处的温度是79.91℃(较低的温度在装置的底部配件处；较高的温度在装置的上部，即LED所在的位置)。图2和图6的基准设计的相应温度是113.47℃(较低的温度在装置的底部配件处；较高的温度在装置的上部，即LED所在的位置)，并且图3和图7的传统设计的相应温度是132℃(较低的温度在装置的底部配件处；较高的温度在装置的上部，即LED所在的位置)。
在不受任何特定理论约束的情况下，这可能是由于在所公开的设计中从LED到散热器外表面的较短路径导致的。同样在不受任何特定理论约束的情况下，热能通过较大的PCB区域传递到散热器并最终传递到周围环境。
图7示出了图4的装置中的热能集中在散热器的圆柱形特征部处，这导致散热器外表面上的较低温度。同样，在不受任何特定理论约束的情况下，在所公开的设计中从LED到散热器外表面的相对较短路径以及通过较大PCB区域将相对较大的传输区域连通到散热器并最终连通到周围环境导致了上述优异的性能。
因此，所公开的设计证实了LED处的温度明显低于基准(圆柱形)和平面PCB设计的LED温度。根据本公开的装置可以具有LED温度，该LED温度是使用圆柱形散热器或平面散热器的可比较器件(例如，具有可比较数量的LED、具有可比较的照明)的LED温度的约1％至约50％，或约3％至约47％，或约7％至约44％，或约10％至约41％，或约13％至约38％，或约16％至约35％，或约19％至约32％，或约22％至约29％，或约25％至约26％。
说明性数据——光束角
如图8、图9和图10所示，所公开的设计和基准设计比传统的平面PCB方案显示出更高的光束角。
在图8中，光束角是大约300度；在图9中，光束角度是大约327度，而图10中的光束角度是大约240度。如本文其他地方所述，只有所公开的设计符合用于LED全向照明的Energy StarTM标准，因为只有所公开的设计提供0-135度范围内的指定水平的发光强度。
因此，本公开尤其提供了使用柔性PCB和塑料散热器的LED照明器的设计；这些设计可能满足LED灯泡改型的Energy-Star光分布标准。与使用需要单独LED焊接、组装(在散热器上)以及线连接工艺(在PCB与散热器之间)的多个刚性印刷电路板(PCB)的传统解决方案相比，所公开的设计提供了简化的组装过程，其减少甚至消除了对逐一焊接LED和PCB之间的导线连接的需求。所公开的技术可以用于翻新/更新现有的照明系统；例如，作为一种便捷解决方案，根据所公开的技术制造的装置被用于替换现有的此类装置，例如，现有的白炽灯泡或甚至现有的LED照明装置。
此外，在本设计中使用柔性PCB使得能够实现LED在PCB上的3D布局，以得到更大的光束角，该角度提供了与40W白炽灯相同的光学性能。3D PCB是针对全塑料设计实现更大光束角的解决方案之一，可替代地，用户可以使用LDS技术直接在塑料散热片上创建电路。
因此，本发明与现有替代方案相比代表了改进的光束角和改进的温度性能的独特成果。例如，本公开提供了满足2011年5月13日修订版的“ENERGYProgramRequirements for Integral LED Lamps”(标准7A)且同时还表现出大于280度(例如，从290度到约330度)的光束角的装置。

Claims (20)

1.一种照明装置，其包括：
聚合物散热器，其具有从所述聚合物散热器向外延伸的突起部；
第一印刷电路板，其具有至少第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面彼此相对并被所述印刷电路板的厚度分开，
所述第一印刷电路板的所述第一表面支撑至少两个发光二极管，
所述第一印刷电路板的所述第二表面与所述聚合物散热器的所述突起部共形并且热耦合到所述聚合物散热器的所述突起部；
辐射透射外壳，其被配置为至少部分地包围所述第一印刷电路板和所述至少两个发光二极管；
导电路径，其使得发光二极管与所述装置外部的环境电连通。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述第一印刷电路板包括至少两个小平面，每个小平面具有彼此相对并被所述印刷电路板小平面的厚度分开的第一表面和第二表面，每个小平面支撑位于在5度内平行于所述聚合物散热器的所述突起部的线上的一个或多个发光二极管，并且每个小平面的所述第二表面热耦合到所述聚合物散热器的所述突起部。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的照明装置，其中所述突起部的特征为圆锥形、截头圆锥形、球形、部分球形或锥形。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的照明装置，其中所述第一印刷电路板的特征是为圆锥形、截头圆锥形、球形、部分球形或锥形。
5.根据权利要求1-5中任一项所述的照明装置，其中所述散热器包括一个或多个热交换特征部。
6.根据权利要求6所述的照明装置，其中所述热交换特征部包括翅片、通道或其任何组合。
7.根据权利要求1-7中任一项所述的照明装置，其中所述辐射透射外壳包括一个或多个热交换特征部。
8.根据权利要求1-9中任一项所述的照明装置，其中所述聚合物散热器的特征是为单件式。
9.根据权利要求1-10中任一项所述的照明装置，其中所述聚合物散热器包括聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚碳酸酯或其任何组合。
10.根据权利要求1-12中任一项所述的照明装置，其中所述至少两个发光二极管中的每一个位于在5度内平行于所述聚合物散热器的所述突起部的下垫区域的线上。
11.根据权利要求1-13中任一项所述的照明装置，其进一步包括导热材料，所述导热材料使得所述第一印刷电路板的所述第二表面与所述散热器的所述突起部热连通。
12.根据权利要求1-15中任一项所述的照明装置，其中所述照明装置的特征是具有约290度至约330度的光束角。
13.根据权利要求18所述的照明装置，其中所述装置进一步包括导热材料，所述导热材料布置成使得所述散热器与所述配件热连通。
14.根据权利要求1-19中任一项所述的照明装置，其中所述散热器具有约5W/m*K至约15W/m*K的面内热导率。
15.根据权利要求1-20中任一项所述的照明装置，其中所述散热器具有约5W/m*K至约15W/m*K的透面热导率。
16.根据权利要求1-21中任一项所述的照明装置，其中所述照明装置满足用于全向LED照明装置的Energy StarTM LED标准(2011年5月13日修订版“ENERGYProgramRequirements for Integral LED Lamp”；标准7A)。
17.一种方法，其包括：
向根据权利要求1-22中任一项所述的照明装置提供足够的电力以实现来自所述装置的照明。
18.一种照明装置，其包括：
单件式聚合物散热器；
第一印刷电路板，其具有至少第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面彼此相对并被所述印刷电路板的厚度分开，
所述第一印刷电路板的所述第一表面支撑多个发光二极管，
所述第一印刷电路板的所述第二表面热耦合到所述聚合物散热器的所述突起部。
19.根据权利要求25所述的照明装置，其中所述装置被配置为当所述多个发光二极管中的至少一些被点亮时，所述装置满足用于全向LED照明装置的Energy StarTM LED标准(2011年5月13日修订版“ENERGYProgram Requirements for Integral LEDLamp”；标准7A)。
20.一种照明装置，包括：
单件式聚合物散热器，其具有从其延伸的突起部；
所述突起部支撑与所述散热器热耦合的至少两个发光二极管；
辐射透射外壳，其被配置为至少部分地包围所述至少两个发光二极管；
导电路径，其使得发光二极管与所述装置外部的环境电连通。
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