CN111758168B - 具有光引擎的经密封的设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种设备(10)，其包括壳体(20)和在所述壳体之上的弹性体模制件(30)，壳体(20)包括光引擎(21)，壳体接触设备的部件(15)；所述弹性体模制件包括固化的中心区域(31’)以及围绕所述中心区域的未固化的外围区域(33)，固化的中心区域(31’)用作由所述光引擎发射的光的光出射窗，所述外围区域接触所述部件并且用作密封件。经固化的中心区域具有比未固化的所述外围区域大的硬度。还公开了一种以该方式模制这种设备的方法。

Description

具有光引擎的经密封的设备

技术领域

本发明涉及一种设备，该设备包括具有光引擎的壳体以及在所述壳体之上的弹性体模制件，所述壳体装配在该设备的部件内或部件上；并且所述弹性体模制件包括中心区域和围绕所述中心区域的外围区域，该中心区域用作由所述光引擎发射的光的光出射窗，所述外围区域接触所述部件并且用作密封件。

本发明还涉及利用这种弹性体密封这种设备的方法。

背景技术

如今，许多设备(例如，诸如家用电器的电子设备，诸如智能电话、平板等的便携式电子设备、或照明设备)包括诸如LED的一个或多个光引擎。这种光引擎可以用于提供目标区域的功能性照明或美学照明，或者可以用作设备的指示器，例如以指示设备的功能模式、设备内出现的错误、设备内的组件的寿命的结束，等等。

光引擎通常装配在其自己的组件或壳体中，该组件或壳体以任何合适的方式组装到设备中。这通常导致设备的不同部件(即壳体和另一部件)彼此接触。通常必须密封这种接触区域，以便使接触区域耐水或防水，这可以通过利用诸如例如硅树脂的弹性体对壳体进行包覆模制来实现。在US 8674038 B2中可以找到用于这种模制目的的合适弹性体的示例。

US-2010/163909公开了一种发光二极管结构，其具有LED芯片、覆盖LED芯片及其导线连接点的内部保护层，以及覆盖内部保护层的外部保护层。内保护层和外保护层中的每个由硅树脂、环氧树脂或其混合化合物制成，但是内保护层具有比外保护层高的硬度。

WO-2011/057831公开了一种制造LED模块的方法，方法包括以下步骤：将LED安装到基板的表面上；沉积透明的基底层以覆盖基板的表面和LED；以及分配基质材料以形成覆盖LED和基底层的附近部分的半球形外盖。基底层和覆盖层中的每个可以由双组分硅树脂制成。利用热处理，覆盖层被硬化以变得比基底层硬。

弹性体的问题在于，由于其非导电性质，它们变得带静电，使得它们吸引灰尘颗粒。例如，这会恶化由弹性体模制件的中心区域覆盖的光引擎的外观和/或性能，给予光引擎无光泽的外观并且降低了模制件的透明度。试图清洁弹性体模制件可能导致这种灰尘颗粒刮擦或被压入到用作光引擎的光出射窗的弹性体模制件的中心区域中，这使得这种劣化永久化。

发明内容

本发明寻求提供一种设备，该设备包括具有光引擎的壳体以及在所述壳体上的弹性体模制件，所述壳体装配在设备的部件中或部件上；并且设备将柔性密封件与其弹性体模制件的耐刮擦中心区域组合。

本发明进一步寻求提供一种利用这种弹性体密封件密封这种设备的方法。

根据一个方面，提供了一种设备，包括：壳体，包括光引擎，所述壳体接触设备的部件；以及在所述壳体之上的弹性体模制件，所述弹性体模制件包括中心区域以及围绕所述中心区域的外围区域，该中心区域用作由所述光引擎发射的光的光出射窗；所述外围区域接触所述部件并且用作密封件；其中中心区域被固化并且外围区域未被固化，使得所述中心区域具有比所述外围区域大的硬度。

本发明是基于以下认识：许多弹性体的硬度可以例如通过固化来调节。在本申请的上下文中，固化可以是指交联的过程以及聚合的过程，例如通过利用具有引发这种固化反应的波长的光化辐射的辐照来进行固化。因此，通过仅选择性地固化弹性体模制件的中心区域(即光出射窗)，中心区域变硬并且因此变得更耐刮擦，同时弹性体模制件的外围区域保持其柔软性和柔韧性，这确保了通过模制对设备的密封。中心区域被固化并且外围区域未被固化，以实现中心区域和外围区域之间的硬度差异。

在本申请的上下文中，在提到硬度的情况下，应当理解，这不一定指代特定的硬度等级，而是指代中心区域相对于外围区域的相对硬度。这可以以任何合适的方式来量化，例如使用中心区域和外围区域的相应杨氏模量或这些区域的肖氏A或肖氏D硬度。

弹性体模制件的光出射窗部分(即其中心区域)可以执行光学功能，例如，可以用作透镜、漫射器或光导，如本领域技术人员将理解的。

在一个实施例中，由光引擎发射的光的至少一部分具有能够固化所述中心部分的波长。这具有以下优点，在设备的密封期间不需要单独的固化步骤以增加弹性体模制件的中心区域的耐刮擦性，从而简化了密封过程。例如，光引擎可以包括发光二极管，发光二极管能够发射UV辐射，以便实现中心区域的这种选择性固化，因为外围区域位于光出射窗之外，并且因此不暴露于这种UV辐射。

能够发射UV辐射的发光二极管可以是设备的主要光引擎。备选地，壳体可以进一步包括能够发射可见光的另外的LED，在这种情况下，可以将UV发射LED添加到壳体中，以用于固化弹性体的唯一或主要目的。第一LED和第二LED可以一起形成第一光引擎，或者它们可以形成第一光引擎和第二光引擎。第一LED和第二LED可以位于相同的载体(例如，印刷电路板(PCB))上，或者它们可以位于单独的载体上。

任何合适的可固化弹性体可以用作设备的模制件。在优选的实施例中，弹性体是硅树脂，因为硅树脂具有优异的柔韧性(这使得其特别适合用作密封剂)，同时还具有优异的透明度(使得其特别适合用作光出射窗材料)。特别合适的硅树脂聚合物是聚二甲基硅氧烷，但是也可以预期其他类型的硅树脂聚合物或实际上诸如PTFE(聚四氟乙烯)的非硅氧烷聚合物。

其中集成了具有光引擎的壳体的设备不受特别限制，并且可以是任何类型的设备，例如是可以暴露于存在湿气或水的环境中的设备，使得弹性体的外围部分保护设备免受这种湿气或水的侵入。在至少一些实施例中，设备是诸如家用电器(例如，冰箱、冰柜、微波炉、净水器、除湿机、真空吸尘器、搅拌机、炊具、食物加工机、搅拌机等)的电子设备或便携式电子设备(例如，智能电话、平板计算机、膝上型计算机等)。

根据另一方面，提供了一种密封设备的方法，设备包括壳体，壳体包括光引擎，所述壳体接触设备的部件，方法包括在所述壳体之上提供弹性体模制件，使得弹性体包括中心区域以及围绕所述中心区域的外围区域，中心区域用作由所述光引擎发射的光的光出射窗，所述外围区域接触所述部件并且用作密封件；选择性地固化弹性体的中心区域，使得所述中心区域具有比所述外围区域大的硬度。以该方式，以简单和直接的方式提供了模制或包覆模制的设备，其中在不损害其密封的期望柔韧性的情况下，改善了其光出射窗的耐刮擦性。壳体可以被模制成单独的物品，并且然后装配到光引擎。它可以部分或完全涵盖光引擎，并且它可以部分或完全涵盖系统的其他组件，诸如LED驱动器组件。壳体可以容纳诸如印刷电路板(PCB)的载体，例如，光引擎与一个或多个电子组件(诸如，用于光引擎的驱动器)一起安装在该载体上。一个或多个组件可以安装在PCB的正面、PCB的背面或二者的组合上。

在其他实施例中，载体和相关联的组件可以被包覆模制，这可以通过将完成的载体插入装载到模具中然后将弹性体注射或倒到模具中来实现。

在一组实施例中，选择性地固化包括利用在所述设备外部的光源通过掩模来选择性地辐照所述中心区域。例如，这在光引擎本身不能提供具有适当波长的光化辐射来诱导光出射窗的固化时(例如，在光引擎包括仅发射可见光的一个或多个LED的场景中)是有利的。

备选地，选择性地固化包括利用光引擎选择性地辐照所述中心区域。例如，当光引擎自身可以提供具有适当波长的光化辐射以诱导光出射窗的固化，以便不需要外部光源来提供该辐射时，这是有利的。由于周围的密封区域不能(直接)暴露于由光引擎产生的光化辐射，因此这也避免了制造和提供用于选择性的辐照光出射窗的掩模的需要。

选择性地辐照所述中心区域可以包括利用UV辐射选择性地辐照中心区域，因为UV辐射能够固化许多类型的弹性体。

优选地，出于上面已经说明的原因，弹性体是诸如聚二甲基硅氧烷的硅树脂。

附图说明

参考附图，通过非限制性示例更详细地描述本发明的实施例，其中：

图1-图3示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的模制设备及其模制方法；

图4和图5示意性地描绘了根据本发明的另一个实施例的模制设备及其模制方法；以及

图6示意性地描绘了根据本发明的又一个实施例的模制设备。

具体实施方式

应当理解，附图仅是示意性的，并且没有按比例绘制。还应当理解，贯穿附图使用相同的附图标记来指示相同或相似的部分。

图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的设备10及其在设备10上提供模制件的方法。如图1中所示，设备10具有部件15，包括容纳光引擎21的壳体20。壳体20通常是单独的模块，其以任何合适的方式组装到设备10中。作为非限制性示例，在图中示出了壳体20被插入部件15内的孔径中，但是应当理解，壳体20被组装到部件15中的方式对于本发明并不至关重要。壳体20可以以任何合适的方式组装到设备10中。类似地，部件15可以是设备10的任何合适的部分，诸如设备壳体、载体等，其可以由任何合适的材料制成。同样，本发明的教导绝不限于这种部件15的任何特定实施例，部件15可以具有任何合适的形式或形状。

由壳体20实施的照明模块同样可以具有任何合适的形状或形式。作为非限制性示例，如图1中所示，壳体20可以容纳诸如PCB的载体23，例如，光引擎21与一个或多个电子部件25(诸如用于光引擎21的驱动器)一起安装在载体23上。PCB(印刷电路板)可以是金属芯PCB(MCPCB)或玻璃纤维增强环氧层压板(FR4)或任何其他合适的基板。在至少一些实施例中，光引擎21包括至少一个LED，其可以是任何合适类型的LED或适于产生具有任何所需光谱成分的发光输出的LED的组合。在光引擎21包括多个LED的情况下，LED中的每个LED可以产生具有相同光谱成分的发光输出，或者不同的LED可以产生具有不同光谱成分的发光输出。LED可以作为单个光引擎一起被寻址，或者可以是可单独寻址的。为了使光引擎21电绝缘，可以在光引擎21之上形成电绝缘盖27。这种电绝缘盖27可以采用任何合适的形状，诸如玻璃或聚合物盖板、电绝缘聚合物模制件等。电绝缘盖27可以提供光学功能，例如，可以用作透镜、漫射器等，以便使光引擎21的发光输出成形。由于这种照明模块本身是众所周知的，因此这种照明模块的设计的许多其他变化对于本领域技术人员而言将立即明显，并且应当理解，本发明的实施例不限于照明模块的特定设计。

在壳体20接触部件15之处(即如图1中的箭头所示的接触区域17)，接触区域17通常是不防水的，也就是说，湿气或水可以通过接触区域17穿透设备10，例如通过部件15中的固定孔(在该固定孔处，壳体20被固定在部件15上)、通过部件15和壳体20之间的狭窄间隙(其中部件15中存在孔径，壳体插入到该孔径中)，等等。这通常是不希望的，因为设备10通常容纳电子组件，这些电子组件会暴露于这种湿气或进水并且可能导致短路或电气组件故障，导致设备10发生故障。

因此，如图2中所示，可以在壳体20之上提供模制件30，模制件30接触边缘15，以便在壳体20周围提供防水或水密密封，以防止湿气或水到设备10中的进入。可以用任何合适的方式施加这种模制件30。模制件30的材料通常是弹性体，其可以包含溶剂以增加其柔韧性，使得模制件30可以被有效地施加到设备10以便密封接触区域17，其中模制件30随后通过溶剂的蒸发而硬化，尽管优选地，模制件30保持柔韧(柔软)，以便在应力被施加到密封件30上时(例如由于部件15的移动，壳体20相对于部件15的移动等等)，保持壳体20周围的密封。在一个优选的实施例中，弹性体是硅树脂，诸如PDMS或另一合适类型的硅树脂，尽管应当理解，本发明的实施例不必限于基于硅树脂的弹性体；可以预期可以用来密封接触区域17并且足够透明以用作光引擎21的光出射窗的任何弹性体。作为硅树脂的备选，作为非限制性实例提及了PTFE，许多其他合适的弹性体对于本领域技术人员将是立即明显的。然而，由于硅树脂在施加模制件30之后的优异柔韧性和透明度，因此优选硅树脂。

然而，弹性体的这种保留的柔韧性或柔软性可能对由光引擎21递送的功能造成问题。这是因为模制件30执行两种功能：模制件30的中心区域31用作光引擎21的光出射窗，而模制件30的围绕中心区域31的外围区域33用作接触区域17的密封件，如上面所说明的那样。特别地，由于弹性体(例如硅树脂)是电绝缘的，所以静电电荷可能积聚在模制件30的外表面上，从而将灰尘颗粒吸引到该外表面上。在尝试去除这些灰尘颗粒时，这些灰尘颗粒可能嵌入到模制件30中或可能刮擦模制件的外表面，这在中心区域31中是特别不期望的。这损害了作为光出射窗的中心区域31的性能。这可能是由于灰尘和划痕给予光出射窗无光泽的外观，并且因此降低了其透明度。在这一点上，注意，模制件30的中心区域31还可以执行光学功能，例如，用于光学引擎21的透镜功能、光导功能等，在这种情况下，光学功能也可能因灰尘颗粒进入到中心区域31中或由这种灰尘颗粒对模制件30的中心区域31造成损伤而被损害。此外，要注意的是，模制件30的外围区域33可以具有任何合适的几何形状(诸如部件15的接触表面)，它可以包裹在部件15周围，等等。这不是本发明的必要部分。如本领域技术人员将容易理解的，在一些实施例中，模制件30可以是包覆模制件。

本发明是基于以下知识，这种弹性体(例如硅树脂)的性质可以通过在弹性体中引发固化反应来改变。这通常引起弹性体的硬化，使固化的弹性体变脆和玻璃状。这通常是不希望的，因为如果模制件30以该方式硬化，则通常会丧失或至少严重损害由模制件30的外围区域33执行的密封功能，因为模制件30失去了在部件15和/或壳体20移动时维持密封所需的柔韧性。

本发明的见解在于，如果仅模制件30的中心区域31以该方式固化，则仅仅中心区域31的硬度增加，而用作密封件的外围区域33保持期望的柔软度。

这意味着中心区域变得比外围区域33更硬，即，外围区域33保持未固化或固化的程度小于中心区域31。因此，模制件30的中心区域31的耐刮擦性得到改善，因为固化的中心区域31的更加玻璃状的性质改善了其耐刮擦性，并且降低了在清洁由中心区域31形成的光出射窗时，灰尘颗粒被压入到已硬化的中心区域31中的风险。

图3示出了一个实施例，其中模制件30的中心区域31通过使中心区域31暴露于如由外部光源40通过掩模43产生的合适波长的光化辐射41而被选择性地硬化。掩模43确保了仅模制件30的中心区域31暴露于光化辐射41，而模制件30的外围区域33免于暴露于光化辐射41。光化辐射41在模制件30的形成中心区域31的弹性体部分内引发固化反应，这硬化了中心区域31并且将其转换成硬化的中心区域31’，如图3中示意性地描绘的。

光化辐射41的光谱成分的至少一部分可以位于电磁光谱的UV部分中。例如，在形成模制件30的弹性体是硅树脂的情况下，光化辐射可以包括UV辐射或由UV辐射组成，UV辐射诸如是具有254nm的波长的UV-C辐射。当然，根据形成模制件30的弹性体的化学成分，光化辐射41可以具有任何合适的光谱成分以引发这种固化反应。外部光源40和掩模43可以被集成到装置中，设备10可以被定位到该装置中，以便执行模制件30的中心区域31的固化反应。这种装置可以包括多个设备10可以被定位到其上的馈送带等，以使中心区域31的硬化可以通过以下方式而以自动方式执行：将每个设备10馈送到该装置中，并且在设备10被正确地定位在该装置内时，执行中心区域31的固化反应。

在图4中示意性描绘的另一个实施例中，光引擎21能够生成光化辐射41，光化辐射41包括例如UV组分的光谱组分，以用于硬化模制件30的中心区域31。例如，光引擎21可以包括UV LED。在这种场景中，如图4中示意性地描绘的，在模制件30已经被施加到壳体20之上以密封壳体20与设备10的部件15之间的接触区域之后，光引擎21可以被开启(如图5中所示)以产生光化辐射41并且将中心区域31转换成硬化的中心区域31’。这具有不必提供外部光源40和掩模43的优点，这可以简化设备10的制造过程，其中设备10包括在光引擎21的壳体20之上的模制件30的选择性硬化的中心区域31’。例如，这可以应用于光引擎21可以产生能够固化模制件30的中心区域31的光化辐射41的任何设备10。

在图6中示意性描绘的又一个实施例中，壳体20可以包括第一光引擎21和另外的光引擎22，其中第一光引擎21产生具有与由另外的光引擎22产生的光不同光谱成分的光。例如，第一光引擎21可以是UV LED，并且另外的光引擎22可以是适于产生可见光的LED。该LED可以是与荧光体组合的另外的UV LED，荧光体将UV辐射的至少一部分转换成可见光。备选地，另外的LED可以是具有黄色荧光体的蓝色LED或LED和荧光体的任何其他期望的组合。以该方式，第一光引擎21可以用于将模制件的中心区域31转换为硬化的中心区域31’，而另外的光引擎22可以用于产生设备10的功能性照明。在一个实施例中，第一光引擎21和另外的光引擎22是可单独寻址的，使得第一光引擎21可以被选择性地开启以发起前述固化反应，而另外的光引擎22可以被选择性地开启以提供功能性照明，以便功能性照明不一定与从第一光引擎21发射的UV光一起产生。换句话说，第一光引擎21只用于发起上述固化反应，之后使用另外的光引擎22来提供设备10的功能性照明。注意，为了避免疑问，在参考第一光引擎21和另外的光引擎22的情况下，这涵盖了第一光引擎21和另外的光引擎22可单独寻址的实施例以及第一光引擎21和另外的光引擎22被寻址为单个单元(例如单个光引擎)的实施例。例如，第一光引擎21和另外的光引擎22可以由LED实施，例如，由第一LED和第二LED实施，它们可以一起形成第一光引擎或可以形成第一光引擎和第二光引擎。第一LED和第二LED可以位于相同的载体(例如，印刷电路板(PCB))上，或者它们可以位于分离的载体上。

如从前述内容将理解的，设备10可以采用任何合适的形式，诸如电气或电子设备的形式。设备10可以是家用电器，诸如冰箱、冰柜、微波炉、净水器、除湿机、真空吸尘器、搅拌器、炊具、食物加工机、搅拌器、空调单元等。备选地，设备10可以是诸如便携式计算设备的电子设备(例如智能电话、膝上型电脑、个人数字助理等)、计算设备(诸如个人计算机)、计算机外围设备(诸如打印机、扬声器等)，等等。设备10可以是任何合适类型的照明设备。设备10可以是音乐装备，诸如CD播放器、放大器等。设备10可以是诸如健身装置等的训练装备的零件。设备10可以是诸如汽车、货车、卡车等的交通工具。许多其他类型的合适设备10对于本领域技术人员将是明显的。

应当注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且在不脱离所附权利要求的范围的情况下，本领域技术人员将能够设计许多备选实施例。在权利要求中，放置在括号之间的任何附图标记都不应当被解释为对权利要求进行限制。单词“包括”不排除权利要求中列出的元件或步骤以外的元件或步骤的存在。元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这种元件的存在。可以借助于包括几个不同元件的硬件来实施本发明。在列举几个部件的设备权利要求中，这些部件中的几个可以由一个相同的硬件项来实施。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施这一事实，并不指示不能使用这些措施的组合来获益。

Claims (14)

1.一种设备(10)，包括：

壳体(20)，包括光引擎(21)，所述壳体(20)接触所述设备(10)的部件(15)；以及

弹性体模制件(30)，在所述壳体(20)之上，所述弹性体模制件(30)包括中心区域(31’)以及围绕所述中心区域(31’)的外围区域(33)，所述中心区域(31’)用作由所述光引擎(21)发射的光的光出射窗，所述外围区域(33)接触所述部件(15)并且用作密封件；

其中所述中心区域(31’)被固化，并且所述外围区域(33)未被固化或者所述外围区域(33)被固化的程度小于所述中心区域(31’)，使得所述中心区域(31’)具有比所述外围区域(33)大的硬度。

2.根据权利要求1所述的设备(10)，其中由所述光引擎(21)发射的所述光的至少一部分具有能够固化所述中心部分(31’)的波长。

3.根据权利要求2所述的设备(10)，其中所述光引擎(21)包括能够发射UV辐射的发光二极管。

4.根据权利要求2或3所述的设备(10)，其中所述壳体(20)包括能够发射可见光的另外的光引擎(22)。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的设备(10)，其中所述弹性体模制件包括硅树脂。

6.根据权利要求5所述的设备(10)，其中所述硅树脂是聚二甲基硅氧烷。

7.根据权利要求1-3、6中任一项所述的设备(10)，其中所述设备(10)是电子设备。

8.根据权利要求7所述的设备(10)，其中所述电子设备是家用电器或便携式电子设备。

9.一种对设备(10)进行密封的方法，所述设备包括壳体(20)，所述壳体(20)包括光引擎(21)，所述壳体(20)接触所述设备(10)的部件(15)，所述方法包括：

在所述壳体(20)之上提供弹性体模制件(30)，使得所述弹性体模制件(30)包括中心区域(31)以及围绕所述中心区域(31)的外围区域(33)，所述中心区域(31)用作由所述光引擎(21)发射的光的光出射窗，所述外围区域(33)接触所述部件(15)并且用作密封件；以及

选择性地固化所述弹性体模制件(30)的所述中心区域(31)，使得经固化的所述中心区域(31’)具有比未固化的所述外围区域(33)大的硬度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中选择性地固化的步骤包括：利用在所述设备(10)外部的光源(40)通过掩模(43)选择性地辐照所述中心区域(31)。

11.根据权利要求9所述的方法，其中选择性地固化的步骤包括：利用所述光引擎(21)选择性地辐照所述中心区域(31)。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中选择性地辐照所述中心区域(31)的步骤包括：利用UV辐射选择性地辐照所述中心区域(31)。

13.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述弹性体模制件是硅树脂。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述硅树脂是聚二甲基硅氧烷。