CN109314169B - 包括热能管理的照明组件 - Google Patents

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Abstract

一种照明组件，包括：聚合物基板；包括由聚合物基板支撑的两个导体的电路；电耦合到这两个导体的LED；以及热耦合到该LED的散热器。该两个导体可以印刷在聚合物基板上、嵌入聚合物基板内或者位于聚合物基板的顶上。照明组件可以以三维形状因数制造。

Description

包括热能管理的照明组件
本发明根据美国能源部裁定的合约No. DE-SC0011865在政府支持下做出的。该政府拥有本发明的一定的权利。
技术领域
本发明涉及照明组件，并且更具体地涉及提供热能管理的照明组件。
背景技术
固态发光设备，诸如利用发光二极管（LED）的那些固态发光设备，已被采纳用于广泛的应用。然而，固态发光设备设计涉及热、机械、光学和电学考虑因素的平衡。特别地，热考虑因素决定了许多设计的实际限制。
在固态发光设备中，电子器件组装在印刷电路板上，这允许部件设计仅处于两个维度。在对于密集填充的部件存在高需求并且对于遍及三维形状因数填充这些部件存在低需求的情况下，这种限制大致上是可接受的。相比之下，在LED应用中，对于高部件密度的要求较低，但是对于适应复杂的和三维的形状因数的需要较高。遗憾的是，现有技术不准许三维形状因数与其他考虑因素处于期望的平衡。
发明内容
上述问题在本发明中得以克服，在本发明中，照明组件包括聚合物基板和由该基板支撑的散热器，以向使用LED的固态发光应用提供电流和热能管理。
根据一个实施方式，一种照明组件包括：第一聚合物基板；电路，该电路包括由该第一聚合物基板支撑的两个导体；LED，该LED电耦合到该两个导体；和散热器，该散热器由该基板支撑并热耦合到该LED。
在另一个实施方式中，一种照明组件包括：第一聚合物基板；电路，该电路包括嵌入该第一聚合物基板内的第一对导体和印刷在该第一聚合物基板上的第二对导体；LED，该LED电耦合到该第二对导体；和散热器，该散热器由该基板支撑并热耦合到该LED。
在又一个实施方式中，一种形成照明组件的方法包括：（1）形成具有相反的第一侧和第二侧的聚合物基板，（2）形成电路，该电路包括被支撑在该聚合物基板的第一侧上的两个导体，（3）将LED与该两个导体电耦合，（4）将散热器与该LED热耦合，该散热器至少主要地设置在该聚合物基板的第二侧上，以及（5）在该LED、该两个导体和该聚合物基板的至少部分上包覆模制第一聚合物层。
通过参考对当前实施方式和附图的描述，将更全面地理解和领会本发明的这些和其他的优点和特征。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的照明组件的剖面的透视图。
图2是根据本发明的一个实施方式的图1的照明组件的一部分的示意性剖视图。
图3是根据本发明的一个实施方式的图1的照明组件的一部分的示意性剖视图。
图4示出了用于形成根据本发明的另一实施方式的照明组件的工艺。
图5是根据本发明的另一实施方式的照明组件的立体图。
图6是根据本发明的另一实施方式的照明组件的一部分的剖视图。
图7是根据本发明的另一实施方式的照明组件的一部分的剖视图。
图8是根据本发明的另一实施方式的照明组件的一部分的剖视图。
图9是根据本发明的另一实施方式的照明组件的一部分的剖视图。
图10是根据本发明的另一实施方式的照明组件的一部分的剖视图。
图11是根据本发明的另一实施方式的照明组件的一部分的剖视图。
具体实施方式
I. 结构
参考图1，示出了根据本发明的第一实施方式的照明组件10。照明组件10可以包括电路11，该电路包括多个电路迹线，该电路迹线包括至少两个导体12a-b和至少一个散热器14，该至少两个导体用于向连接的部件提供电流，该至少一个散热器用于消散由电气部件生成的热能（即热量）。导体12a-b可以由聚合物基板16支撑，该聚合物基板由第一聚合物材料制成。在本实施例中，导体12a-b至少部分地嵌入聚合物基板16内，导体12a-b也可以称为嵌入式导体。电路11也可以包括多个电路迹线，该多个电路迹线包括印刷导体18a-d（也参见图2），通过将导体18a-d印刷在聚合物基板16的内表面20上，上述印刷导体也由聚合物基板16支撑。照明组件10也可以包括光源22诸如发光二极管（LED），以及附加的电气部件24-26，该附加的电气部件的非限制性示例包括电阻器、二极管、电容器、导体、另一个LED或任何其他适合的电气部件。
印刷导体18a-d、LED 22和电气部件24-26的至少一部分可以被由第二聚合物材料制成的第一聚合物层28覆盖和/或嵌入该第一聚合物层中。以这种方式，聚合物基板16可以形成第一壳体部分，并且第一聚合物层28可以形成第二壳体部分，其中第一壳体部分16和第二壳体部分28包围电路11的元件。第一聚合物层28可以包括邻近LED 22的透镜部分30，以用于引导由LED 22发射的光。聚合物基板16和/或第一聚合物层28可以形成为包括附加的结构，该附加的结构的非限制性示例包括连接器部分32、阻光特征件34和附接孔36。聚合物基板16和第一聚合物层28两者可以由相同或不同的材料制成。聚合物基板16和第一聚合物层28两者可以由可以可选地导热的电绝缘材料制成。适合于聚合物基板16和/或第一聚合物层28的材料的非限制性示例包括丙烯酸、聚碳酸酯、有机硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、基于聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的材料以及它们的组合。聚合物基板16和第一聚合物层28可以由相同或不同的材料制成。在一个实施例中，第一聚合物层28可以由透明的可模制材料制成，该第一聚合物层的非限制性示例包括丙烯酸、聚碳酸酯、有机硅和基于ABS的材料。
在图1的实施方式中，电路11包括印刷导体18和至少一对嵌入式导体12a-b，该至少一对嵌入式导体至少部分地嵌入聚合物基板16内，该印刷导体被印刷在聚合物基板16的内表面上。在一个实施例中，根据电路的设计，嵌入式导体12a-b可以由单片金属制成，该单片金属被切割以根据期望隔离电路11的各个部件，或者，电路11的每个迹线可以根据期望独立地形成并且被电耦合或隔离。嵌入式导体12a-b可以由金属诸如镀钢、黄铜、铜或者本领域已知的其他材料制成。
印刷导体18a-d中的一个或多个印刷导体可以通过至少一对嵌入式导体（诸如图5中所示）与电路11电耦合，以用于从适合的电源（未示出）接收电流，该电源通过连接器部分32与电路11耦合。可以使用导电墨印刷该印刷导体18a-d，该导电墨的非限制性示例包括含有石墨或金属纳米颗粒的墨，诸如基于铜纳米颗粒的墨。市售墨的示例包括都是可从DuPont®获得的银复合导体墨的DuPont 5025、PE825和5043，以及可从Henkel获得的ElectrodagTM系列导电墨。印刷导体18a-d可以直接印刷到电路11的嵌入式导体的暴露的端子上，以将印刷导体18a-d电耦合到该导体。可替代地，印刷导体18a-b可以通过焊接接头或导电环氧树脂接头耦合到电路11的嵌入式导体。可以使用任何适合的技术来印刷和固化印刷导体18a-d，该技术的非限制性示例包括丝网、模板、激光烧结、激光蚀刻、化学蚀刻和添加剂印刷。
现在参考图2，LED 22可以与印刷导体18c-d电耦合以用于接收电流，并且与散热器14热耦合以用于消散由LED 22生成的热量。如在图2中示意性示出的，印刷导体18c-d各自包括端子50和52，LED 22可以电耦合到上述端子以允许电流流过LED 22。LED 22包括可以分别电耦合到邻近的端子50和52的连接器54和56。LED连接器54和56可以是引线的形式，其可以通过焊接与邻近的端子50和52耦合。可替代地，可以使用导电环氧树脂——诸如掺杂有银碎片或颗粒和/或其他导电金属的环氧树脂——使LED 22与端子50和52耦合。适合的材料的示例包括热黏结性的导电粘附膜，诸如可从3MTM获得的各向异性导电膜7376-10。
LED 22可以骑跨印刷导体18c和18d之间的间隙58。散热器14可以与位于间隙58中的LED 22热耦合，以用于消散由LED 22生成的热量。LED 22可以包括导热部件59诸如金属板，该导热部件与LED 22部件的本体接合或者至少部分地嵌入该LED部件本体内。如图2中所示，散热器14可以包括暴露部分60和未暴露部分62，该暴露部分延伸超出聚合物基板16的内表面20以用于与LED 22的金属板59直接接触，该未暴露部分没有延伸超出该内表面20。散热器14可以被配置成使得散热器14的大部分不会延伸超出内表面20，因此散热器14可以被认为主要设置在内表面20的外部。未暴露部分62可以完全嵌入聚合物基板16内（如图所示），或者可替代地，未暴露部分62可以延伸超出聚合物基板16的外表面64。在散热器14的暴露部分60和金属板59之间可以可选地设置添加剂诸如焊料、导热环氧树脂、润滑脂或其他涂层，以有助于将LED 22固定就位和/或有助于LED 22和散热器14之间的热接触。
虽然散热器14被示出为具有大致拱形的剖面，但应当理解取决于照明组件的设计，散热器14可以具有各种不同的剖面形状。例如，散热器14可以是具有不均匀厚度的材料，而不是图2中所示的拱形剖面形状。
参考图3，在另一个实施例中，散热器14不包括延伸超出内表面20的部分，且因此散热器14可以被认为是完全设置在内表面20的外部。在该实施例中，散热器14不与LED 22直接接触，但是可以通过聚合物基板16热耦合到LED 22，该聚合物基板可以由导热且电绝缘的材料制成。由LED 22生成的传递到导体18c-d的热量也可以由散热器14通过聚合物基板16消散。LED 22的金属板59可以被配置成与聚合物基板16热接触，以有助于从LED 22到散热器14的热传递。虽然散热器14被示出为嵌入聚合物基板16内，但是散热器14也可以包括延伸超出聚合物基板16的外表面64的部分，以增加散热器14的表面积并增加所消散的热量。
再次参见图1，附加的电气部件24-26可以与印刷导体18a-b（例如电气部件24）电耦合或者与嵌入式导体12a-b（例如电气部件26）电耦合。嵌入式导体12a-b和散热器14可以包括位于聚合物基板16的内表面20上的暴露部分，用于与电气部件耦合，如图1至图2中所示。可替代地，嵌入式导体12a-b和/或散热器14可以完全封装在聚合物基板16内，并且与嵌入式导体12a-b和/或散热器14耦合的附加的部件可以从聚合物基板16的内表面20突出，用于将电气部件与嵌入式导体12a-b和/或散热器14耦合。
聚合物基板16和第一聚合物层28可以是相同的或不同的，并且优选地是由可以在照明组件10的部件周围模制的非导电聚合物材料制成。聚合物基板16和第一聚合物层28可以根据任何已知的方法在照明组件10的部件周围模制，其示例公开在于2011年3月22日公布的Veenstra等人的名称为“Electrical Device Having Boardless ElectricalComponent Mounting Arrangement（具有无板电气部件安装布置的电气设备）”的美国专利No. 7,909,482，其全部内容通过引用结合于此。
图4示出了用于根据双注塑模制工艺形成照明组件10的示例性方法100，该双注塑模制工艺类似于在Veenstra等人的美国专利No. 7,909,482中所公开的。该方法100可以在102处开始，其中形成包括至少两个导电电路元件的金属网状物，该金属网状物将形成用于嵌入式导体12a-b的基础。该至少两个导电电路元件可以由切割、弯曲和/或冲压金属片制成，以形成具有期望导体12a-b的金属网状物。
在104处，使用焊接或任何其他适合的方法，将待与嵌入式导体12a-b直接电耦合的任何LED或其他电气部件诸如电气部件26与适当的导体耦合。在106处，散热器14可以被定位成在与LED22将定的位置处对应的位置处与金属网状物邻近。散热器14可以是导热部件，该散热器可以由与在102处的金属网状物相同的材料或不同的材料制成。在示例性实施方式中，散热器14是金属网状物的与流过该网状物的电流电隔离的一部分。
如此组装的网状物、电气部件和散热器14形成可以放置在工具模具腔体内的电路预成型件，该工具模具具有与由聚合物基板16在108处形成的第一壳体部分相对应的形状。虽然散热器14被描述为与组装的网状物同时被放置在模具腔体中，但是散热器14是在组装的网状物之前或之后放置到模具腔体中的单独元件也处于本发明的范围内。
在110，在第一模制注塑中，将第一聚合物材料以熔融形式提供给模具腔体，以形成聚合物基板16，网状物、电气部件和散热器14至少部分地嵌入在该聚合物基板中。如图2中所示，该模具可以被配置成使散热器14的至少一部分在聚合物基板16的内表面20上露出，或者如图3中所示，该模具可以被配置成使得散热器14的任何部分都不会延伸超出内表面20。网状物的附加的部分也可以根据需要被暴露，以用于在第一模制注塑之后将附加的电气部件与网状物耦合。
在112处，印刷导体18a-d可以被印刷到聚合物基板16的邻近散热器14的内表面20上。在一个实施例中，根据添加剂丝网印刷工艺可以使用具有打印头的打印机利用相对于聚合物基板16的X-Y运动控制来印刷导体18a-d。以上面在图2和图3中描述的方式，LED22可以电耦合到印刷导体18c-d并且与散热器14热耦合。根据期望，附加的电气部件24可以与印刷导体18a-b电耦合，以形成完整的电路。
在114处，该完整的电路可以放置在第二模具腔体内，该第二模具腔体具有与由第一聚合物层28形成的第二壳体部分相对应的形状。可以提供处于熔融形式的第二聚合物材料，以在第二模制注塑中至少部分地嵌入/覆盖在第一聚合物层28内的LED 22、电气部件24、电气部件26和印刷导体18a-d。在110处，第二聚合物材料可以与第一模制注塑中的第一聚合物材料相同或不同。在一个实施例中，第二聚合物材料可以是允许从LED 22发射的光的至少一部分行进穿过第二聚合物材料到达照明组件10的外部的材料，以用于提供照明。第二聚合物材料可以是透明的、半透明的和/或有色的，以提供具有期望特征的发射光。
可替代地，该方法100可以包括可选的附加的步骤116，用于在LED 22上方形成透镜部分30。在一个实施例中，可以在第三模制注塑中使用不同于第二聚合物材料的第三聚合物材料形成透镜部分30，以提供期望的光发射特征。额外地或者可替代地，透镜部分30的形成可以包括对在LED 22上模制的聚合物材料进行处理，以提供期望的光发射特征。例如，在LED 22上模制的聚合物材料可以包括被配置成控制被发射通过透镜部分30的光的分布的三维形状和/或质地。在一个实施例中，透镜部分30可以由任何适合的透明材料制成，该透明材料的非限制性实施例包括丙烯酸、聚碳酸酯，有机硅和基于ABS的材料。
在另一个实施例中，在114处的第二模制注塑可以包括在第一聚合物层28中的位于LED 22上方的区域中留下开口，以允许由LED 22发射的光的至少一部分不受第一聚合物层28阻碍地从发光组件10发出（escape，逸出）。在这个实施例中，发光组件10可以与装置诸如车辆尾灯耦合，该装置包括可以运行作为用于由LED 22发射的光的透镜的部件。
虽然各聚合物基板16和第一聚合物层28被描述为在单次注塑中形成，但是在本发明的范围内可以使用一次或多次注塑来形成聚合物基板16和/或第一聚合物层28。
可以根据电路11、电气部件22-26和散热器14的配置方式来对方法100的每个步骤进行修改。例如，在散热器14嵌入第一聚合物层28内而不是聚合物基板16内的配置中——诸如在图6的实施方式中——可以在114处的第二模制注塑期间而不是在110处的第一模制注塑期间将散热器14与电路11组装在一起。在另一个实施例中，如果电路11不包括任何嵌入式导体，诸如图6和图7的实施方式，则在110处的第一模制注塑可以用于形成聚合物基板16，以用于支撑被放置（set down，放下）或印刷到聚合物基板16上的导体。
II. 运作
在使用中，照明组件10可以通过连接器部分32与适合的电源耦合，以向电路11供应电流。电流可以流过嵌入式导体12a-b和印刷导体18a-d，以便向包括LED 22的各种电气部件24-26提供电力。在LED 22运行期间由LED 22生成的热能可以通过散热器14直接地消散或通过聚合物基板16消散。
照明组件10可以提供多层组件，该多层组件将散热器、非导电聚合物材料、电导体和LED分层堆放，以有助于热能管理。改进的热量管理可以有助于形成具有更先进的电子功能和更高功率水平的照明组件，该照明组件在使用期间不会过热。大致上，如果LED在350mA或更高下运行并且功耗大于1瓦，则该LED被认为是高功率的。例如，改进的热量管理可以允许使用较薄的聚合物层来形成聚合物基板16和第一聚合物层28，同时仍然能够实现先进的电路功能和高功率LED而不会过热。减小聚合物基板16和/或第一聚合物层28的厚度可以节省材料成本并且基于发光组件10的预期的最终用途来增加满足该发光组件的期望形状因数的灵活性。
另外，第一聚合物层28可以提供机械密封，以用于将发光组件10的元件保持就位，并且可选地提供防潮密封以保护电子器件免受湿气损害。可以选择用于聚合物基板16和第一聚合物层28的材料，使得在模制工艺期间第一聚合物层28黏结到聚合物基板16的暴露表面。已黏结的第一聚合物层28可以有助于将LED 22和其他电气部件24、26固定就位，这可以降低这些部件脱落和失去它们与电路11和/或散热器14的连接的可能性。已黏结的第一聚合物层28也可以有助于固定印刷导体18和嵌入式导体12之间的连接。已黏结的第一聚合物层28也可以抑制湿气渗入电路并且潜在地使电气部件22-26和导体12、18之间的连接发生电短路以及印刷导体18和嵌入式导体12之间的连接发生电短路。
III. 附加的实施方式
图5示出了发光组件210的实施例，该发光组件除了电路的配置之外类似于发光组件10。因此，发光组件210的与发光组件10的元件类似的元件用字头200标记。
为清楚起见，照明组件210被示出为不具有第一聚合物层228。聚合物基板216在多个维度上延伸并且包括连接器部分232，以用于将照明组件210连接到适合的电源。电路211包括嵌入在聚合物基板216内的多个导体212a-f和印刷在聚合物基板216的内表面220上的多个印刷导体218a-d的组合。印刷导体218a-d可以连接到一个或多个嵌入式导体诸如嵌入式导体212a-b，以向印刷导体218a-d提供电流。
电路211也包括连接到嵌入式导体212a-f或印刷导体218a-d的多个电气部件222-226。例如，LED 222a-b可以连接到嵌入式导体212c-d和212e-f，并且附加的LED 222c可以连接到印刷导体218c-d。散热器（未示出）可以根据需要以类似于上面关于图2和图3所讨论的方式热耦合到这些LED 222a-c中的一个或多个。基于电路的设计，可以将附加的电气部件诸如电气部件224和226连接到其他印刷导体或嵌入式导体。
嵌入式导体212和印刷导体218分别延伸跨越多平面聚合物基板216的多个平面，且因此通过在不同平面中设置LED 222，照明组件210可以在多个方向上发射光。印刷导体218可以以比嵌入式导体212窄的宽度和高的密度进行印刷，且因此通过增加连接器密度和/或减小支撑期望的电气部件所需要的电路尺寸而有助于增加电路的复杂性。基于连接到嵌入式导体212的电气部件的功率要求，可以根据需要使用较大的嵌入式导体212。印刷导体218通常比嵌入式导体212更昂贵，且因此在可行的情况下可以使用嵌入式导体212，以与主要由印刷导体制成的电路相比降低成本。
图6示出了发光组件310的实施例，除了电路和聚合物基板的配置之外，该发光组件类似于发光组件10。因此，发光组件310的与发光组件10的元件类似的元件用字头300标记。图6示出了包括单个LED的发光组件310的一部分；然而，发光组件310可以是包括较大电路和多个部件的更复杂的发光组件的一部分，例如，诸如图1或图5中所示的。
在发光组件310中，聚合物基板316可以是模制聚合物材料的膜或层的形式，其是导热且电绝缘的。大致上，聚合物基板316越薄，到邻近散热器314的热传递效率越高。附加因素诸如其中待使用发光组件310的装置形状因数和/或制造限制也可能影响聚合物基板316的厚度。
可以以与上面关于照明组件10的印刷导体18所描述的方式相类似的方式，将导体312a-b印刷到聚合物基板316上。可替代地，导体312a-b可以是非印刷导体，其通过放置在内表面320上或者至少部分地嵌入聚合物基板316内来被聚合物基板316支撑。例如，如上面关于图4的方法100所描述的，可以使用金属网状物形成导体312a-b。在这种情景下，被支撑的导体312a-b可以部分地嵌入聚合物基板316内或者由内表面320支撑，使得导体312a-b主要设置在聚合物基板316的内侧上。
以与上面关于图1的照明组件10所描述的方式相类似的方式，诸如通过焊接或导电环氧树脂，可以将LED 322电耦合到导体312a-b。散热器314可以设置成邻近LED 322，以用于消散由LED生成的热量。在图6的实施方式中，散热器314不与LED 322直接接触，并且完全位于聚合物基板316的内表面320的外部。由LED 322生成的热量传递通过导体312a-b、通过聚合物基板316并且到达散热器314。
可以将第一聚合物层328模制在LED 322、导体312a-b、聚合物基板316和散热器314周围，以在不使用机械紧固件的情况下，将发光组件310的这些元件固定在一起。经模制的第一聚合物层328也可以提供防潮密封，以防止湿气干扰LED 322和导体312a-b之间的电连接。如所示的，第一聚合物层328可以模制在散热器314的仅一部分周围，使得散热器314的部分可以暴露于大气或最终使用装置中的邻近部件，以有助于热消散。然而，第一聚合物层328可以可选地模制在整个散热器314周围。第一聚合物层328可以至少部分地模制在散热器314周围，使得第一聚合物层328将散热器314固定就位和/或者可以使用粘附剂将散热器314相对于LED 322固定就位。
发光组件310可以是包括多个电气部件的更复杂的和多维度的电路的一部分。根据需要，可以将各个散热器314设置成邻近每个LED或包括定位在不同平面中的部件的其他电气部件，以消散热量。这允许为每个LED或其他电气部件定制散热器的位置和/或尺寸，并且有助于形成满足更复杂形状因数的发光组件。
发光组件310可以是与图1和图4中所示的那些相类似的多部件多维度的组件的一部分。发光组件310可以与下述电路一起使用：该电路包括以与导体312a-b相同的方式由聚合物基板316支撑的导体，或者不同类型的导体的组合，该不同类型的导体包括嵌入式导体和/或印刷导体。
例如，图7示出了除了在电路和第一聚合物层中的差异之外类似于发光组件310的发光组件410。发光组件410的与发光组件310的元件类似的元件用字头400标记。
如图7中所示，电路411可以包括：支撑在聚合物基板416的内表面420上的导体412a-b，以及印刷在内表面420上的印刷导体418a-b。LED 422可以电连接到导体412a-b并且热耦合到散热器422。附加的电气部件424可以连接到印刷导体418a-b。
聚合物基板416可以是具有期望厚度的模制聚合物材料的膜或层的形式。第一聚合物层418可以模制在LED 422、导体412a-b、导体418a-b、聚合物基板416和散热器414周围，以在不使用机械紧固件的情况下将发光组件410的这些元件固定在一起，并且可选地提供防潮密封以防止湿气干扰电路411中的电连接。
散热器414的尺寸和位置可以被配置成容纳仅LED 422，而不是容纳LED 422和电气部件424两者。基于电路的散热需要来定制散热器414的尺寸和位置可以减少在发光组件411中使用的零件和材料，并且有助于设计多维度的发光组件。
图8示出了发光组件510的另一实施例，其除了在电路、散热器和第一聚合物层中的差异之外与发光组件310和410类似。发光组件510的与发光组件310和410的元件类似的元件用字头500标记。
在图8的实施例中，发光组件510包括嵌入式导体512a-b、印刷导体518a-b、电耦合到嵌入式导体512a-b的LED 522、以及电耦合到的印刷导体518a-b的附加的电气部件524。第一聚合物层528可以模制在LED 522、导体512a-b、聚合物基板516、电气部件524和印刷导体518a-b周围，以将这些元件固定在一起并且可选地防止湿气接触电路。
在该实施例中，散热器514是单独的部件，其没有通过包覆模制的第一聚合物层528与组件510的其他部件耦合。使用粘附剂或机械紧固件可以将散热器514固定成邻近聚合物基板516的外表面564。在一个实施例中，散热器514可以是意在使用发光组件510的最终使用装置的一部分，并且将发光组件510与最终使用装置耦合也将散热器514耦合到发光组件510。例如，散热器514可以是灯的意在与发光组件510一起使用的导热部分。这种配置可以提供具有大表面的散热器，以有助于热消散并且也可以简化发光组件510的制造。将第一聚合物层528包覆模制在散热器514周围，以将散热器514以与上面关于发光组件310和410所描述的方式相类似的方式固定就位也处于本发明的范围内。
图9示出了发光组件610的另一实施例，其除了在电路、散热器和第一聚合物层中的差异外与发光组件10类似。发光组件610的与发光组件10的元件相类似的元件用字头600标记。图9示出了包括单个LED的发光组件610的一部分；然而，发光组件610可以是更复杂的发光组件的一部分，例如该更复杂的发光组件包括较大的电路和多个部件，例如诸如图1或图5中所示的。
发光组件610包括聚合物材料薄膜或片形式的聚合物基板616。多个导体618a-c可以印刷到聚合物基板616的内表面620上，以用于向LED 622供应电流。聚合物基板616可以包括邻近LED 622的孔668，热管理装置670延伸通过该孔以将LED 622与设置在聚合物基板616的外侧664上的散热器614进行热耦合。热管理装置670可以是单独的部件或者可以与散热器614一体形成。例如，散热器614可以是模制的铝或铜热沉，其包括形成热管理装置670的凸起部分，该凸起部分被配置成延伸通过孔668以将LED 622与散热器614热耦合。
根据任何已知的膜形成工艺，聚合物基板616可以由非导电材料制成。聚合物基板616可以预先形成的，具有或不具有孔668，或者与发光组件610的一个或多个部件相一致地形成。例如，导体618a-c可以印刷到预先形成的聚合物基板616上，热管理装置670和散热器614可以与聚合物基板组装在一起，并且LED 622可以电耦合到导体618a-c。在另一个实施例中，聚合物基板616可以在组装好的热管理装置670和散热器614周围形成。
图10示出了发光组件710的另一实施例，其除了在散热器、聚合物基板和第一聚合物层中的差异之外与图6的发光组件310类似。发光组件710的与发光组件310的元件相类似的元件用字头700标记。图10示出了包括单个LED的发光组件710的一部分；然而，发光组件710可以是包括更大的电路和多个组件的更复杂的发光组件的一部分，例如诸如图1或图5中所示的。
图10的发光组件710包括与散热器714热耦合的热界面层780以及不是模制聚合物基板材料的LED 722。热界面层可以是导热但电绝缘的热界面材料（TIM）。适合的热界面材料的非限制性示例包括陶瓷浸渍的环氧树脂或有机硅、纳米胶、经陶瓷涂覆的铜、经陶瓷涂覆的铝、以及氧化铝。热界面层780可以至少应用于与组装好的发光组件710中的LED 722邻近的散热器714的内表面，并且可以是单独的层或与散热器714一体形成的层。在一个实施例中，可以通过将铝散热器714的内表面氧化来形成热界面层780。
在图10的实施方式中，第一聚合物层728和/或散热器714可以在没有单独的聚合物基板层（诸如图6的聚合物基板316）的情况下为电路711提供支撑结构。第一聚合物层728可以用作提供用于将发光组件710的元件保持在一起的机械密封的包覆模制的聚合物层，以及提供用于支撑电路711的元件的基底。散热器714可以可选地为电路711的一个或多个部件提供附加的结构支撑。以这种方式，发光组件710可以由单次注塑模制工艺形成，而不是多次注塑模制工艺形成。
在又一个实施例中，发光组件可以包括热界面层和聚合物基板层两者。图11示出了发光组件810的另一实施例，除了在电路、散热器、热界面层和第一聚合物层中的差异之外，该发光组件类似于图7的发光组件410和图10的发光组件710。发光组件810的与发光组件410和710的元件类似的元件用字头800标记。图11示出了包括单个LED的发光组件810的一部分；然而，发光组件810可以是包括更大的电路和多个部件的更复杂的发光组件的一部分，例如诸如图1或图5中所示的。
在图11的实施方式中，聚合物基板816可以包括与组装好的发光组件810中的散热器814和LED 822邻近的开口882。热界面层880可以设置在开口882内，以热耦合LED 822和散热器814。在该实施例中，在热界面层880有助于LED 822和散热器814之间的热传递的同时，聚合物基板816可以以与上面关于先前实施方式所描述的方式相类似的方式为电路811提供结构支撑。
应当理解的是，在本发明的范围内，本文所述的任何发光组件10、210、310、410和510可以在单次注塑模制工艺中制造，而不具有单独的聚合物基板并且包括下述热界面层：该热界面层用于以与上面关于图10的发光组件710所描述的方式相类似的方式热耦合散热器和电气部件。此外，还应理解的是，在本发明的范围内，本文所述的任何发光组件10、210、310、410和510除了用于以与上面关于图11的发光组件810所描述的方式相类似的方式热耦合散热器和电气部件的热界面层之外，可以包括根据多次注塑模制工艺制成的聚合物基板。
此外，尽管在将散热器与LED热耦合的背景下主要描述了发光组件10、210、310、410、510、610、710和810的实施方式，但是应当理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，散热器可以以类似的方式与除LED之外的任何示例性电气部件耦合。
IV. 结论
本文描述的发光组件可以解决与使用LED的固态发光应用相关的若干挑战。例如，本文描述的发光组件将电路与聚合物基板集成在一起，该聚合物基板可以形成或模制成期望的三维形状。通过将散热器嵌入聚合物基板内和/或将第一聚合物层模制在散热器周围，散热器也可以集成到发光组件中。与利用多个单独的部件和子部件的设计相比，电路和/或散热器的集成还可以减少劳动力和制造成本。另外，将电路和/或散热器集成到可以形成或模制成复杂且三维的形状的聚合物基板或第一聚合物层中增加了满足需要复杂形状因数的最终使用应用的能力。
将LED放置在不同平面中的能力可以用于将光瞄准期望的方向，这可以提高最终使用装置的效率。例如，产生光的各向同性辐射图案的顶灯往往在其正下方产生光的热斑点。顶灯中的灯泡可以用如本文所述的发光组件替换，该发光组件包括瞄准以便生成非各向同性辐射图案的多个LED，该非各向同性辐射图案可以产生遍及地板的更均匀的光分布。即使来自顶灯的总的光输出是相同，但是对于观察者来说，更均匀分布的光可能看起来更明亮。可以利用控制光图案的能力来生产满足性能规格同时需要更少的光从而需要更少的功率的发光产品。
传统的发光组件通常包括印刷电路板，并且需要多个板和电路跨接器以便实现多向照明，其中，电子器件符合最终使用装置的形状因数。这种装置在发光组件的尺寸和多维度形状的复杂性方面将受到限制。可以使用印刷导体以便实现能够更好地符合最终使用装置的轮廓的电路。然而，印刷导体只能递送少量电能和消散少量的热能，且因此包括仅印刷导体的构造通常不能维持实现一般发光功能所必需的功率水平。与使用仅印刷导体的装置相比，为电路提供仅有金属片的构造可以改进形状因数和功率处理能力；然而，迹线通常太大而不能支撑在更复杂的发光设计中实现所需先进电子功能所必需的电子器件。
本文所描述的发光组件利用了由聚合物基板以不同方式诸如印刷和嵌入的组合进行支撑的导体，以便提供满足部件电流需要和部件密度需要的电路。更传统类型的导体与印刷导体的组合可以通过仅在需要之处利用印刷导体来节省材料成本。
散热器的数量、尺寸和位置也可以基于发光组件的设计来定制。仅在需要之处利用散热器可以节省材料和制造成本，并且有助于满足复杂的三维形状因数的要求。将散热器与聚合物基板和被支撑的导体一起使用可以改进组件的热量管理，从而允许更复杂和更高电流的发光设计。
以上描述是本发明的当前实施方式的描述。在不脱离根据包括等同原则的专利法原则进行解释的所附权利要求限定的本发明的精神和更广泛的方面的情况下，可以进行各种修改和变化。在尚未描述的范围内，照明组件10、210、310、410、510、610、710和810的各种实施方式的不同特征和结构可以根据期望彼此组合使用。一个特征可能未在所有实施方式中示出，并不意味着应解释为该特征不能被示出在所有实施方式中，是为了简化描述而这样做。因此，照明组件10、210、310、410、510、610、710和810的不同实施方式的各种特征可以根据期望进行混合和匹配以形成新的实施方式，无论是否明确地公开了该新的实施方式。
本公开内容不应被解释为是对本发明的所有实施方式的详尽描述，或者是将权利要求的范围限制于结合这些实施方式示出或描述的具体元素。例如但不限于，所描述的本发明的任何单独元素可以由一个或多个可替代元素替换，该一个或多个可替代元素提供基本上类似的功能或者以其他方式提供足够的操作。这包括例如目前已知的可替代元素，诸如本领域技术人员当前可能知道的那些元素，以及可能在将来开发的可替代元素，诸如本领域技术人员在开发时可能承认作为可替代物的那些元素。
本发明不限于在以上描述中阐述的或在附图中示出的操作的细节或部件的构造和布置的细节。本发明可以在各种其他实施方式中实现，并且以本文未明确公开的可替代方式实践或实施。
本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应被视为是限制性的。“包括（including）”和“包括（comprising）”及其变体的使用旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加的项目及其等同物。进一步地，枚举可以用在各种实施方式的描述中。除非另有明确说明，否则枚举的使用不应被解释为将本发明限制于任何具体的顺序或部件数量。也不应将枚举的使用解释为从本发明的范围中排除可能与所枚举的步骤或部件相结合或结合成枚举的步骤或组件的任何附加的步骤或部件。
所公开的实施方式包括一致描述并且可以协作地提供一系列益处的多个特征。本发明不仅限于包括所有这些特征或提供所有所述益处的那些实施方式。
对单数形式的权利要求元素的任何引用，例如使用冠词“一（a）”、“一个（an）”、“该（the）”或“所述（said）”，不应被解释为将该元素限制为单数。
方向性术语例如“前”、“后”、“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“内部”、“向内”、“外部”和“向外”，是用于帮助基于图示中所示的实施方式的定向来描述本发明。方向性术语的使用不应解释为将本发明限制于任何具体的定向。

Claims (4)

1.一种照明组件，包括：
导热、电绝缘的热界面材料，所述热界面材料具有第一侧和第二侧；
在所述热界面材料的所述第一侧上的电路；
光源，所述光源电耦合到所述电路，所述电路在所述热界面材料与所述光源之间；
在所述热界面材料的所述第二侧上的散热器，所述热界面材料使所述光源和所述散热器热耦合；以及
聚合物材料，所述聚合物材料至少部分地围绕所述电路、所述光源和所述散热器以将这些元件固定在一起，所述电路是下述中的至少一种：印刷在所述热界面材料上的电路；和嵌入所述聚合物材料内的电路。
2.根据权利要求1所述的照明组件，其中，所述电路提供导热路径的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的照明组件，其中，所述热界面材料包括下述中的一种或多种：陶瓷浸渍的环氧树脂、陶瓷浸渍的有机硅、纳米胶、经陶瓷涂覆的铜、经陶瓷涂覆的铝以及氧化铝。
4.根据权利要求1所述的照明组件，其中，所述聚合物材料形成用于所述光源和所述电路的防潮密封。
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