KR20190017018A - 열 에너지 관리부를 포함하는 조명 조립체 - Google Patents

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KR20190017018A
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토마스 제이. 빈스트라
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이노텍, 코프
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Abstract

중합체 기판, 중합체 기판에 의해 지지되는 2개의 전도체를 포함하는 전기 회로, 2개의 전도체에 전기 결합되는 LED, 및 LED에 열 결합되는 열 스프레더를 포함하는 조명 조립체가 제공된다. 2개의 전도체는 중합체 기판 상에 인쇄되거나, 중합체 기판 내에 매립되거나, 중합체 기판 상에 놓일 수 있다. 조명 조립체는 3-차원 폼 팩터 구조로 제조될 수 있다.

Description

열 에너지 관리부를 포함하는 조명 조립체
본 발명은 미국 에너지성에 의해 수여된 계약 제DE-SC0011865에 따른 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 발명에 특정 권리를 갖는다.
본 발명은 조명 조립체에, 그리고 더 구체적으로 열 에너지 관리를 제공하는 조명 조립체에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)를 이용하는 것과 같은, 고체-상태 조명이 광범위한 적용분야에 채택되어 왔다. 그러나, 고체-상태 조명 설계는 열적, 기계적, 광학적, 및 전기적 고려사항의 균형을 수반한다. 특히, 열적 고려사항이 많은 설계의 실질적인 제한에 영향을 미친다.
고체-상태 조명에서, 전자소자는 구성요소 설계를 2-차원적으로만 허용하는, 인쇄 회로 기판 상에 조립된다. 이러한 제한은 조밀하게 장착된 구성요소에 대한 높은 요구가 있고 3-차원 폼 팩터 구조 전체에 걸쳐 그 구성요소를 장착하는 것에 대한 낮은 요구가 있는 경우에 대체로 수용가능하다. 대조적으로, LED 적용분야에서, 높은 구성요소 밀도에 대한 요구는 더 낮지만, 복잡한 3-차원 폼 팩터 구조를 수용할 필요성은 더 높다. 불행하게도, 기존의 기술은 다른 고려사항과의 요구된 균형 면에서 3-차원 폼 팩터 구조를 허용하지 않는다.
전술된 문제점은 조명 조립체가 중합체 기판 그리고 기판에 의해 지지되는 열 스프레더(heat spreader)를 포함하고 그에 따라 LED를 사용한 고체-상태 조명 적용분야에 전류 및 열 에너지 관리를 제공하는 본 발명에서 극복된다.
일 실시예에 따르면, 제1 중합체 기판; 제1 중합체 기판에 의해 지지되는 2개의 전도체를 포함하는 전기 회로; 2개의 전도체에 전기 결합되는 LED; 및 기판에 의해 지지되고 LED에 열 결합되는 열 스프레더를 포함하는 조명 조립체가 제공된다.
또 다른 실시예에서, 제1 중합체 기판; 제1 중합체 기판 내에 매립되는 제1 쌍의 전도체, 및 제1 중합체 기판 상에 인쇄되는 제2 쌍의 전도체를 포함하는 전기 회로; 제2 쌍의 전도체에 전기 결합되는 LED; 및 기판에 의해 지지되고 LED에 열 결합되는 열 스프레더를 포함하는 조명 조립체가 제공된다.
추가적인 또 다른 실시예에서, 조명 조립체를 형성하는 방법으로서, (1) 대향 제1 및 제2 측면을 갖는 중합체 기판을 형성하는 단계; (2) 중합체 기판의 제1 측면 상에 지지되는 2개의 전도체를 포함하는 전기 회로를 형성하는 단계; (3) 2개의 전도체와 LED를 전기 결합시키는 단계; (4) LED와 열 스프레더를 열 결합시키는 단계로서, 열 스프레더는 중합체 기판의 제2 측면 상에 적어도 주로 배치되는 단계; 및 (5) LED, 2개의 전도체, 및 중합체 기판의 적어도 일부 위에 제1 중합체 층을 오버-몰딩하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 이들 및 다른 장점 및 특징은 본 실시예 및 도면의 설명을 참조하면 더 충분하게 이해 및 인식될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 조명 조립체의 단면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 조명 조립체의 부분 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 조명 조립체의 부분 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 조립체를 형성하는 공정을 도시한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 조립체의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 조립체의 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 조립체의 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 조립체의 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 조립체의 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 조립체의 부분 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명 조립체의 부분 단면도이다.
Ⅰ. 구조
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 조명 조립체(10)가 도시된다. 조명 조립체(10)는 연결된 구성요소에 전류를 제공하는 적어도 2개의 전도체(12a-b)를 포함하는 복수의 회로 트레이스를 포함하는 전기 회로(11) 그리고 전기 구성요소에 의해 발생되는 열 에너지(즉, 열)를 소산시키는 적어도 하나의 열 스프레더(14)를 포함할 수 있다. 전도체(12a-b)는 제1 중합체 재료로 제조되는 중합체 기판(16)에 의해 지지될 수 있다. 전도체(12a-b)가 중합체 기판(16) 내에 적어도 부분적으로 매립되는 본 예에서, 전도체(12a-b)는 매립된 전도체로서 또한 지칭될 수 있다. 전기 회로(11)는 중합체 기판(16)의 내부 표면(20) 상에 전도체(18a-d)를 인쇄함으로써 중합체 기판(16)에 의해 또한 지지되는 인쇄된 전도체(18a-d)(도 2를 또한 참조)를 포함하는 복수의 회로 트레이스를 또한 포함할 수 있다. 조명 조립체(10)는 발광 다이오드(LED)와 같은, 광원(22) 그리고 추가적인 전기 구성요소(24-26)를 또한 포함할 수 있고, 추가적인 전기 구성요소(24-26)의 비제한적인 예는 리지스터, 다이오드, 커패시터, 전도체, 또 다른 LED, 또는 임의의 다른 적절한 전기 구성요소를 포함한다.
인쇄된 전도체(18a-d), LED(22), 및 전기 구성요소(24-26)의 적어도 일부가 제2 중합체 재료로 제조되는 제1 중합체 층(28)에 의해 덮이고 및/또는 그 내에 매립될 수 있다. 이러한 방식으로, 중합체 기판(16)은 제1 하우징 부분을 형성할 수 있고, 제1 중합체 층(28)은 제2 하우징 부분을 형성할 수 있고, 여기서 제1 및 제2 하우징 부분(16, 28)은 전기 회로(11)의 요소를 포위한다. 제1 중합체 층(28)은 LED(22)에 의해 방출되는 광을 유도하는 LED(22)에 인접한 렌즈 부분(30)을 포함할 수 있다. 중합체 기판(16) 및/또는 제1 중합체 층(28)은 추가적인 구조체를 포함하도록 형성될 수 있고, 추가적인 구조체의 비제한적인 예는 커넥터 부분(32), 광 차단 특징부(34), 및 부착 구멍(36)을 포함한다. 중합체 기판(16) 및 제1 중합체 층(28)은 동일하거나 상이한 재료로부터 제조될 수 있다. 중합체 기판(16) 및 제1 중합체 층(28) 둘 모두는 임의로 열 전도성일 수 있는 전기 절연성 재료로부터 제조될 수 있다. 중합체 기판(16) 및/또는 제1 중합체 층(28)에 적절한 재료의 비제한적인 예는 아크릴, 폴리카보네이트, 실리콘, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 계열의 재료, 및 그 조합을 포함한다. 중합체 기판(16) 및 제1 중합체 층(28)은 동일하거나 상이한 재료로부터 제조될 수 있다. 일 예에서, 제1 중합체 층(28)은 투명한 성형가능 재료로 제조될 수 있고, 투명한 성형가능 재료의 비제한적인 예는 아크릴, 폴리카보네이트, 실리콘, 및 ABS 계열의 재료를 포함한다.
도 1의 실시예에서, 전기 회로(11)는 중합체 기판(16) 내에 적어도 부분적으로 매립되는 적어도 하나의 쌍의 매립된 전도체(12a-b) 그리고 또한 중합체 기판(16)의 내부 표면(20) 상으로 인쇄되는 인쇄된 전도체(18)를 포함한다. 일 예에서, 매립된 전도체(12a-b)는 요구에 따라 회로(11)의 다양한 구성요소를 격리시키도록 절단되는 단일 금속 시트로부터 제조될 수 있거나, 전기 회로(11)의 각각의 트레이스는 독립적으로 형성되고 회로의 설계에 따라 요구될 때에 전기 결합 또는 격리될 수 있다. 매립된 전도체(12a-b)는 도금된 강철, 황동, 구리, 또는 본 기술분야에 공지된 다른 재료와 같은 금속으로부터 제조될 수 있다.
인쇄된 전도체(18a-d) 중 하나 이상이 커넥터 부분(32)을 통해 전기 회로(11)와 결합되는 적절한 전류원(도시되지 않음)으로부터 전류를 수용하는 (도 5에 도시된 것과 같은) 적어도 하나의 쌍의 매립된 전도체를 통해 전기 회로(11)와 전기 결합될 수 있다. 인쇄된 전도체(18a-d)는 전도성 잉크를 사용하여 인쇄될 수 있고, 전도성 잉크의 비제한적인 예는 구리 나노입자-계열의 잉크와 같은, 그래핀 또는 금속 나노입자를 함유하는 잉크를 포함한다. 상업적으로 입수가능한 잉크의 예는 듀폰(DuPont) 5025, PE825 및 5043을 포함하고, 그 모두는 듀폰®으로부터 입수가능한 은 조성물 전도체 잉크, 및 헨켈(Henkel)로부터 입수가능한 일렉트로다그(Electrodag™) 계열의 전도성 잉크를 포함한다. 인쇄된 전도체(18a-d)는 전기 회로(11)의 매립된 전도체의 노출된 단자 상으로 직접적으로 인쇄되어 인쇄된 전도체(18a-d)를 전도체에 전기 결합시킬 수 있다. 대안으로서, 인쇄된 전도체(18a-b)는 연납땜 조인트 또는 전도성 에폭시 조인트에 의해 전기 회로(11)의 매립된 전도체에 결합될 수 있다. 인쇄된 전도체(18a-d)는 임의의 적절한 기술을 사용하여 인쇄 및 경화될 수 있고, 임의의 적절한 기술의 비제한적인 예는 실크 스크린, 스텐실, 레이저 소결, 레이저 식각, 화학적 식각, 및 적층 인쇄를 포함한다.
도 2를 이제부터 참조하면, LED(22)는 전류를 수용하는 인쇄된 전도체(18c-d)와 전기 결합되고 LED(22)에 의해 발생되는 열을 소산시키는 열 스프레더(14)와 열 결합될 수 있다. 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 인쇄된 전도체(18c-d) 각각은 LED(22)가 전기 결합되어 전류가 LED(22)를 통해 흐르게 할 수 있는 단자(50, 52)를 포함한다. LED(22)는 각각, 인접 단자(50, 52)에 전기 결합될 수 있는 커넥터(54, 56)를 포함한다. LED 커넥터(54, 56)는 연납땜을 통해 인접 단자(50, 52)와 결합될 수 있는 리드의 형태로 되어 있을 수 있다. 대안으로서, LED(22)는 은 단편 또는 입자 및/또는 다른 전도성 금속으로 도핑된 에폭시와 같은, 전도성 에폭시를 사용하여 단자(50, 52)와 결합될 수 있다. 적절한 재료의 예는 3M™으로부터 입수가능한, 이방성 전도성 필름 7376-10과 같은, 열-접합가능한, 전기 전도성 접착 필름을 포함한다.
LED(22)는 인쇄된 전도체(18c, 18d) 사이의 간극(58)에 걸쳐 연장할 수 있다. 열 스프레더(14)는 간극(58) 내의 LED(22)와 열 결합되어 LED(22)에 의해 발생되는 열을 소산시킬 수 있다. LED(22)는 LED(22) 구성요소의 본체와 접합되거나 그 내에 적어도 부분적으로 매립되는, 금속 판과 같은, 열 전도성 구성요소(59)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 열 스프레더(14)는 중합체 기판(16)의 내부 표면(20)을 넘어 연장하여 LED(22)의 금속 판(59)과 직접 접촉하는 노출된 부분(60) 그리고 내부 표면(20)을 넘어 연장하지 않는 노출되지 않은 부분(62)을 포함할 수 있다. 열 스프레더(14)는 열 스프레더(14)의 대부분이 내부 표면(20)을 넘어 연장하지 않도록 구성될 수 있고 그에 따라 열 스프레더(14)는 내부 표면(20)의 외부에 주로 배치되는 것으로서 간주될 수 있다. 노출되지 않은 부분(62)이 (도시된 것과 같이) 중합체 기판(16) 내에 완전히 매립될 수 있거나, 대안으로서, 노출되지 않은 부분(62)이 중합체 기판(16)의 외부 표면(64)을 넘어 연장할 수 있다. 연납땜과 같은, 첨가제, 열 전도성 에폭시, 그리스, 또는 다른 코팅이 임의로 열 스프레더(14)의 노출된 부분(60)과 금속 판(59) 사이에 제공되어 LED(22)를 적절한 위치에 고정하는 것을 용이하게 하고 및/또는 LED(22)와 열 스프레더(14) 사이의 열 접촉을 용이하게 할 수 있다.
열 스프레더(14)는 대체로 아치형 단면을 갖는 것으로서 도시되어 있지만, 열 스프레더(14)는 조명 조립체의 설계에 따라 다양한 상이한 단면 형상을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 열 스프레더(14)는 도 2에 도시된 아치형 단면 형상 대신에 불균일한 두께를 갖는 재료일 수 있다.
도 3을 참조하면, 또 다른 예에서, 열 스프레더(14)는 내부 표면(20)을 넘어 연장하는 부분을 포함하지 않고 그에 따라 열 스프레더(14)는 내부 표면(20)의 외부에 전체적으로 배치되는 것으로 간주될 수 있다. 이러한 예에서, 열 스프레더(14)는 LED(22)와 직접 접촉하지 않지만, 열 전도성 및 전기 절연성 재료로 제조될 수 있는, 중합체 기판(16)을 통해 LED(22)에 열 결합될 수 있다. 전도체(18c-d)로 전달되는 LED(22)에 의해 발생된 열은 또한 중합체 기판(16)을 통해 열 스프레더(14)에 의해 소산될 수 있다. LED(22)의 금속 판(59)은 중합체 기판(16)과 열 접촉하여 LED(22)로부터 열 스프레더(14)로의 열 전달을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 열 스프레더(14)가 중합체 기판(16) 내에 매립된 것으로서 도시되지만, 열 스프레더(14)는 중합체 기판(16)의 외부 표면(64)을 넘어 연장하여 열 스프레더(14)의 표면적을 증가시키고 소산되는 열의 양을 증가시키는 부분을 또한 포함할 수 있다.
도 1을 또 다시 참조하면, 추가적인 전기 구성요소(24-26)는 인쇄된 전도체(18a-b)(예컨대, 전기 구성요소(24))와 또는 매립된 전도체(12a-b)(예컨대, 전기 구성요소(26))와 전기 결합될 수 있다. 매립된 전도체(12a-b) 및 열 스프레더(14)는 도 1-2에 도시된 바와 같이, 전기 구성요소와 결합하는 중합체 기판(16)의 내부 표면(20) 상의 노출된 부분을 포함할 수 있다. 대안으로서, 매립된 전도체(12a-b) 및/또는 열 스프레더(14)는 중합체 기판(16) 내에 완전히 캡슐화될 수 있고, 매립된 전도체(12a-b) 및/또는 열 스프레더(14)와 결합되는 추가적인 구성요소가 중합체 기판(16)의 내부 표면(20)으로부터 돌출하여 매립된 전도체(12a-b) 및/또는 열 스프레더(14)와 전기 구성요소를 결합시킬 수 있다.
중합체 기판(16) 및 제1 중합체 층(28)은 동일하거나 상이할 수 있고 바람직하게는 조명 조립체(10)의 구성요소 주위에 성형될 수 있는 비전도성 중합체 재료로 제조된다. 중합체 기판(16) 및 제1 중합체 층(28)은 임의의 공지된 방법에 따라 조명 조립체(10)의 구성요소 주위에 성형될 수 있고, 임의의 공지된 방법의 예가 본 명세서에 참조로 전체적으로 포함되는, 2011년 3월 22일자로 허여된, 발명의 명칭이 "Electrical Device Having Boardless Electrical Component Mounting Arrangement"인, 빈스트라(Veenstra) 등의 미국 특허 제7,909,482호에 개시되어 있다.
도 4는 빈스트라 등의 미국 특허 제7,909,482호 개시된 것과 유사한 2-샷 성형 공정에 따라 조명 조립체(10)를 형성하는 예시적인 방법(100)을 도시한다. 방법(100)은 단계 102에서 매립된 전도체(12a-b)를 위한 기초부를 형성하는 적어도 2개의 전도성 회로 요소를 포함하는 금속 웨브를 형성하는 것으로 시작할 수 있다. 적어도 2개의 전도성 회로 요소는 금속 시트를 절단, 절곡, 및/또는 스탬핑하는 것으로부터 요구된 전도체(12a-b)를 갖는 금속 웨브를 형성하도록 제조될 수 있다.
단계 104에서, 전기 구성요소(26)와 같은, 매립된 전도체(12a-b)와 직접적으로 전기 결합될 임의의 LED 또는 다른 전기 구성요소가 연납땜 또는 임의의 다른 적절한 방법을 사용하여 적절한 전도체와 결합된다. 단계 106에서, 열 스프레더(14)가 LED(22)가 위치될 곳에 대응하는 위치에서 금속 웨브에 인접하여 위치될 수 있다. 열 스프레더(14)는 단계 102에서 금속 웨브와 동일한 재료 또는 상이한 재료로부터 제조될 수 있는 열 전도성 구성요소일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 열 스프레더(14)는 웨브를 통한 전류 흐름으로부터 전기 격리되는 금속 웨브의 일부이다.
이처럼 조립된 웨브, 전기 구성요소, 및 열 스프레더(14)는 단계 108에서 중합체 기판(16)에 의해 형성되는 제1 하우징 부분에 대응하는 형상을 갖는 툴링 몰드 내에 위치될 수 있는 회로 프리-폼(pre-form)을 형성한다. 열 스프레더(14)가 조립된 웨브와 동시에 몰드 공동 내에 위치되는 것으로서 설명되지만, 열 스프레더(14)가 조립된 웨브 앞에서 또는 뒤에서 몰드 공동 내에 위치되는 별개의 요소인 것은 또한 본 발명의 범주 내에 속한다.
제1 중합체 재료는 단계 110에서 제1 성형 샷에서 몰드 공동에 용융된 형태로 제공되어 웨브, 전기 구성요소, 및 열 스프레더(14)가 적어도 부분적으로 매립하는 중합체 기판(16)을 형성한다. 몰드는 도 2에 도시된 바와 같이, 열 스프레더(14)의 적어도 일부가 중합체 기판(16)의 내부 표면(20) 상에 노출된 상태로 남도록 구성될 수 있거나 몰드는 도 3에 도시된 바와 같이, 열 스프레더(14)의 어떠한 부분도 내부 표면(20)을 넘어 연장하지 않도록 구성될 수 있다. 웨브의 추가적인 부분이 또한 제1 성형 샷 후에 요구에 따라 노출된 상태로 남겨지고 그에 따라 웨브와 추가적인 전기 구성요소를 결합시킬 수 있다.
단계 112에서, 인쇄된 전도체(18a-d)는 열 스프레더(14)에 인접하여 중합체 기판(16)의 내부 표면(20) 상에 인쇄될 수 있다. 일 예에서, 전도체(18a-d)는 적층 스크린 인쇄 공정(additive screen printing process)에 따라 중합체 기판(16)에 대한 XY 운동 제어를 갖는 인쇄 헤드를 갖는 프린터를 이용하여 수행될 수 있다. LED(22)는 도 2 및 3에서 위에서 설명된 방식으로 인쇄된 전도체(18c-d)에 전기 결합되고 열 스프레더(14)와 열 결합될 수 있다. 추가적인 전기 구성요소(24)가 요구에 따라 인쇄된 전도체(18a-b)와 전기 결합되어 완성된 전기 회로를 형성할 수 있다.
단계 114에서, 완성된 전기 회로는 제1 중합체 층(28)에 의해 형성되는 제2 하우징 부분에 대응하는 형상을 갖는 제2 몰드 공동 내에 위치될 수 있다. 제2 중합체 재료는 용융된 형태로 제공되어 제2 성형 샷에서 제1 중합체 층(28) 내에 LED(22), 전기 구성요소(24, 26), 및 인쇄된 전도체(18a-d)를 적어도 부분적으로 매립하고 및/또는 덮을 수 있다. 제2 중합체 재료는 단계 110의 제1 성형 샷에서의 제1 중합체 재료와 동일하거나 상이할 수 있다. 일 예에서, 제2 중합체 재료는 LED(22)로부터 방출되는 광의 적어도 일부가 제2 중합체 재료를 통해 조명을 제공할 조명 조립체(10)의 외부로 진행하게 하는 재료일 수 있다. 제2 중합체 재료는 투명, 반투명 및/또는 유색이고 그에 따라 요구된 특성을 갖는 방출된 광을 제공할 수 있다.
대안으로서, 방법(100)은 LED(22) 위에 렌즈 부분(30)을 형성하는 임의의 추가적인 단계 116을 포함할 수 있다. 일 예에서, 렌즈 부분(30)은 원하는 발광 특성을 제공하도록 제2 중합체 재료와 상이한 제3 중합체 재료를 사용한 제3 성형 샷에서 형성될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안으로서, 렌즈 부분(30)의 형성은 LED(22) 위에 성형된 중합체 재료를 처리하여 요구된 발광 특성을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, LED(22) 위에 성형되는 중합체 재료는 렌즈 부분(30)을 통해 방출되는 광의 분포를 제어하도록 구성되는 3-차원 형상 및/또는 조직을 포함할 수 있다. 일 예에서, 렌즈 부분(30)은 임의의 적절한 투명 재료로부터 제조될 수 있고, 임의의 적절한 투명 재료의 비제한적인 예는 아크릴, 폴리카보네이트, 실리콘, 및 ABS 계열의 재료를 포함한다.
또 다른 예에서, 단계 114에서의 제2 성형 샷은 LED(22) 위의 영역에서 제1 중합체 층(28) 내에 개구를 남기고 그에 따라 LED(22)에 의해 방출되는 광의 적어도 일부가 제1 중합체 층(28)에 의해 방해되는 조명 조립체(10)로부터 탈출하게 할 수 있는 것을 포함한다. 이러한 예에서, 조명 조립체(10)는 예컨대 LED(22)에 의해 방출되는 광을 위한 렌즈로서 동작할 수 있는 구성요소를 포함하는, 차량의 미등과 같은 디바이스와 결합될 수 있다.
중합체 기판(16) 및 제1 중합체 층(28)의 각각이 단일 샷으로 형성되는 것으로서 설명되지만, 하나 이상의 샷이 중합체 기판(16) 및/또는 제1 중합체 층(28)을 형성하는 데 사용될 수 있다는 것은 본 발명의 범주 내에 속한다.
방법(100)의 단계의 각각은 전기 회로(11), 전기 구성요소(22-26), 및 열 스프레더(14)가 구성되는 방식에 따라 변형될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 실시예에서와 같이, 열 스프레더(14)가 중합체 기판(16) 대신에, 제1 중합체 층(28) 내에 매립되는 구성에서, 열 스프레더(14)는 단계 110에서의 제1 성형 샷 대신에 단계 114에서의 제2 성형 샷 중에 전기 회로(11)와 조립될 수 있다. 또 다른 예에서, 전기 회로(11)가 도 6 및 도 7의 실시예와 같이, 임의의 매립된 전도체를 포함하지 않으면, 단계 110에서의 제1 성형 샷은 중합체 기판(16)을 형성하여 중합체 기판(16) 아래에 설정되거나 그 상으로 인쇄되는 전도체를 지지하는 데 사용될 수 있다.
Ⅱ. 동작
사용 시에, 조명 조립체(10)는 커넥터 부분(32)을 통해 적절한 전원과 결합되어 전기 회로(11)에 전류를 공급할 수 있다. 전류는 매립된 전도체(12a-b) 및 인쇄된 전도체(18a-d)를 통해 흐르고 그에 따라 LED(22)를 비롯한, 다양한 전기 구성요소(24-26)에 전력을 제공할 수 있다. LED(22)의 동작 중에 LED(22)에 의해 발생되는 열 에너지는 열 스프레더(14)를 통해, 직접적으로, 또는 중합체 기판(16)을 통해 소산될 수 있다.
조명 조립체(10)는 열 스프레더, 비전도성 중합체 재료, 전기 전도체, 및 LED를 적층하여 열 에너지 관리를 용이하게 하는 다층 조립체를 제공할 수 있다. 개선된 열 관리는 더 진보된 전자적 기능 그리고 사용 중에 과열되지 않는 더 높은 전력 레벨을 갖는 조명 조립체를 형성하는 것을 용이하게 할 수 있다. 일반적으로, LED는 그것이 350 ㎃ 이상에서 동작하고 1 watt를 초과하여 소비하면 높은 전력으로 간주된다. 예를 들어, 개선된 열 관리는 진보된 회로 기능 그리고 과열 없는 높은 전력의 LED를 여전히 가능하게 하면서 중합체 기판(16) 및 제1 중합체 층(28)을 형성하는 더 얇은 중합체 층의 사용을 가능하게 할 수 있다. 중합체 기판(16) 및/또는 제1 중합체 층(28)의 두께를 감소시키는 것은 그 의도된 최종 사용에 기초하여 조명 조립체(10)의 요구된 폼 팩터 구조를 충족시킬 때에 재료 비용을 절감하고 가요성을 증가시킬 수 있다.
또한, 제1 중합체 층(28)은 조명 조립체(10)의 요소를 적절한 위치에 보유하는 기계적인 밀봉을 제공하고 임의로 습기 손상으로부터 전자소자를 보호하는 습기 밀봉을 제공할 수 있다. 중합체 기판(16) 및 제1 중합체 층(28)을 위한 재료는 제1 중합체 층(28)이 성형 공정 중에 중합체 기판(16)의 노출된 표면에 접합되도록 선택될 수 있다. 접합된 제1 중합체 층(28)은 LED(22) 및 다른 전기 구성요소(24, 26)를 적절한 위치에 고정하는 것을 용이하게 할 수 있고, 그에 따라 이들 구성요소가 적절한 위치를 벗어나서 전기 회로(11) 및/또는 열 스프레더(14)로의 그 연결을 상실할 가능성을 감소시킬 수 있다. 접합된 제1 중합체 층(28)은 또한 인쇄된 전도체(18)와 매립된 전도체(12) 사이의 연결부를 고정하는 것을 용이하게 할 수 있다. 접합된 제1 중합체 층(28)은 또한 습기가 회로 내로 침투하여 잠재적으로 전기 구성요소(22-26)와 전도체(12, 18) 사이의 그리고 인쇄된 및 매립된 전도체(12, 18) 사이의 연결부를 잠재적으로 전기 단락시키는 것을 억제할 수 있다.
Ⅲ. 추가적인 실시예
도 5는 전기 회로의 구성을 제외하면 조명 조립체(10)와 유사한 조명 조립체(210)의 예를 도시한다. 따라서, 조명 조립체(10)의 요소와 유사한 조명 조립체(210)의 요소에는 접두사 200이 붙여진다.
조명 조립체(210)는 명료화를 위해 제1 중합체 층(228)이 없는 상태로 도시된다. 중합체 기판(216)은 다-차원으로 연장하고 적절한 전원에 조명 조립체(210)를 연결하는 커넥터 부분(232)을 포함한다. 전기 회로(211)는 중합체 기판(216) 내에 매립되는 다수의 전도체(212a-f) 그리고 중합체 기판(216)의 내부 표면(220) 상으로 인쇄되는 다수의 인쇄된 전도체(218a-d)의 조합을 포함한다. 인쇄된 전도체(218a-d)는 매립된 전도체(212a-b)와 같은, 하나 이상의 매립된 전도체에 연결되어 인쇄된 전도체(218a-d)로의 전류 흐름을 제공할 수 있다.
전기 회로(211)는 매립된 전도체(212a-f) 또는 인쇄된 전도체(218a-d)에 연결되는 다수의 전기 구성요소(222-226)를 또한 포함한다. 예를 들어, LED(222a-b)는 매립된 전도체(212c-d, 212e-f)에 연결될 수 있고, 추가적인 LED(222c)가 인쇄된 전도체(218c-d)에 연결될 수 있다. 열 스프레더(도시되지 않음)가 도 2 및 3을 참조하여 위에서 논의된 것과 유사한 방식으로 요구에 따라 이들 LED(222a-c) 중 하나 이상에 열 결합될 수 있다. 전기 구성요소(224, 226)와 같은, 추가적인 전기 구성요소가 회로의 설계에 기초하여 다른 인쇄된 전도체 또는 매립된 전도체에 연결될 수 있다.
매립된 및 인쇄된 전도체(212, 218)는 각각, 다-평면 중합체 기판(216)의 다수의 평면을 횡단하여 연장하고 그에 따라 조명 조립체(210)는 상이한 평면 내에 LED(222)를 제공함으로써 다수의 방향으로 광을 방출할 수 있다. 인쇄된 전도체(218)는 매립된 전도체(212)보다 좁은 폭 그리고 높은 밀도로 인쇄될 수 있고 그에 따라 커넥터 밀도를 증가시키고 및/또는 요구된 전기 구성요소를 지지하는 데 요구되는 회로의 크기를 감소시킴으로써 회로의 복잡성을 증가시키는 것을 용이하게 한다. 더 큰 매립된 전도체(212)가 매립된 전도체(212)에 연결되는 전기 구성요소의 전력 요건에 기초하여 요구에 따라 사용될 수 있다. 인쇄된 전도체(218)는 전형적으로 매립된 전도체(212)보다 비싸고 그에 따라 매립된 전도체(212)는 인쇄된 전도체로 주로 구성되는 회로에 비해 비용을 감소시키는 것이 가능한 경우에 사용될 수 있다.
도 6은 전기 회로 및 중합체 기판의 구성을 제외하면 조명 조립체(10)와 유사한 조명 조립체(310)의 예를 도시한다. 따라서, 조명 조립체(10)의 요소와 유사한 조명 조립체(310)의 요소에는 접두사 300이 붙여진다. 도 6은 단일 LED를 포함하는 조명 조립체(310)의 일부를 도시하지만; 조명 조립체(310)는 예를 들어, 도 1 또는 도 5에 도시된 것과 같은, 더 큰 전기 회로 그리고 다수의 구성요소를 포함하는 더 복잡한 조명 조립체의 일부일 수 있다.
조명 조립체(310)에서, 중합체 기판(316)은 열 전도성 및 전기 절연성인 성형된 중합체 재료의 필름 또는 층의 형태로 되어 있을 수 있다. 일반적으로, 중합체 기판(316)이 얇을수록, 인접 열 스프레더(314)에 대한 열 전달이 더 효율적이다. 조명 조립체(310)가 사용될 디바이스의 폼 팩터 구조 및/또는 제조 제한과 같은, 추가적인 인자가 또한 중합체 기판(316)의 두께에 영향을 미칠 수 있다.
전도체(312a-b)는 조명 조립체(10)의 인쇄된 전도체(18)에 대해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 중합체 기판(316) 상으로 인쇄될 수 있다. 대안으로서, 전도체(312a-b)는 내부 표면(320) 상에 놓이거나 중합체 기판(316) 내에 적어도 부분적으로 매립됨으로써 중합체 기판(316)에 의해 지지되는 인쇄되지 않은 전도체일 수 있다. 예를 들어, 전도체(312a-b)는 도 4의 방법(100)에 대해 위에서 설명된 것과 같은 금속 웨브를 사용하여 형성될 수 있다. 이러한 시나리오에서, 지지된 전도체(312a-b)는 중합체 기판(316) 내에 부분적으로 매립되거나 내부 표면(320)에 의해 지지되고 그에 따라 전도체(312a-b)는 중합체 기판(316)의 내부 측면 상에 주로 배치될 수 있다.
LED(322)는 예컨대, 연납땜 또는 전도성 에폭시를 통해, 도 1의 조명 조립체(10)에 대해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 전도체(312a-b)에 전기 결합될 수 있다. 열 스프레더(314)는 LED(322)에 인접하여 배치되어 LED에 의해 발생되는 열을 소산시킬 수 있다. 도 6의 실시예에서, 열 스프레더(314)는 LED(322)와 직접 접촉하지 않고 중합체 기판(316)의 내부 표면(320)의 외부에 전체적으로 위치된다. LED(322)에 의해 발생되는 열은 전도체(312a-b)를 통해, 중합체 기판(316)을 통해, 그리고 열 스프레더(314)를 통해 전달된다.
제1 중합체 층(328)은 LED(322), 전도체(312a-b), 중합체 기판(316), 및 열 스프레더(314) 주위에 성형되어 기계 체결구의 사용 없이 조명 조립체(310)의 이들 요소를 함께 고정한다. 성형된 제1 중합체 층(328)은 또한 습기 밀봉을 제공하여 습기가 LED(322)와 전도체(312a-b) 사이의 전기 연결을 방해하는 것을 억제할 수 있다. 제1 중합체 층(328)은 도시된 바와 같이, 열 스프레더(314)의 일부 주위에만 성형되고 그에 따라 열 스프레더(314)의 일부가 대기 또는 최종 사용 디바이스 내의 인접 구성요소에 노출되어 열 소산을 용이하게 할 수 있다. 그러나, 제1 중합체 층(328)은 임의로 전체의 열 스프레더(314) 주위에 성형될 수 있다. 제1 중합체 층(328)은 열 스프레더(314) 주위에 적어도 부분적으로 성형되고 그에 따라 제1 중합체 층(328)은 열 스프레더(314)를 적절한 위치에 고정하고 및/또는 접착제가 열 스프레더(314)를 LED(322)에 대해 적절한 위치에 고정하는 데 사용될 수 있다.
조명 조립체(310)는 다수의 전기 구성요소를 포함하는 더 복잡한 다-차원 회로의 일부일 수 있다. 개별의 열 스프레더(314)는 요구에 따라, 상이한 평면 내에 위치되는 구성요소를 비롯한, 각각의 LED 또는 다른 전기 구성요소에 인접하여 제공되어 열을 소산시킬 수 있다. 이것은 열 스프레더의 위치 및/또는 크기가 각각의 LED 또는 다른 전기 구성요소에 대해 조정되게 하고 더 복잡한 폼 팩터 구조를 충족시키는 조명 조립체를 형성하는 것을 용이하게 한다.
조명 조립체(310)는 도 1 및 4에 도시된 것과 유사한, 다수-구성요소 및 다-차원 조립체의 일부일 수 있다. 조명 조립체(310)는 매립된 및/또는 인쇄된 전도체를 비롯한, 전도체(312a-b) 또는 상이한 타입의 전도체의 조합과 동일한 방식으로 중합체 기판(316)에 의해 지지되는 전도체를 포함하는 전기 회로에 사용될 수 있다.
예를 들어, 도 7은 전기 회로 및 제1 중합체 층에서의 차이를 제외하면 조명 조립체(310)와 유사한 조명 조립체(410)를 도시한다. 조명 조립체(310)의 요소와 유사한 조명 조립체(410)의 요소에는 접두사 400이 붙여진다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전기 회로(411)는 중합체 기판(416)의 내부 표면(420) 상에 지지되는 전도체(412a-b) 그리고 내부 표면(420) 상으로 인쇄되는 인쇄된 전도체(418a-b)를 포함할 수 있다. LED(422)는 전도체(412a-b)에 전기 연결되고 열 스프레더(422)에 열 결합될 수 있다. 추가적인 전기 구성요소(424)가 인쇄된 전도체(418a-b)에 연결될 수 있다.
중합체 기판(416)은 요구된 두께를 갖는 성형된 중합체 재료의 필름 또는 층의 형태로 되어 있을 수 있다. 제1 중합체 층(418)은 LED(422), 전도체(412a-b), 전도체(418a-b), 중합체 기판(416), 및 열 스프레더(414) 주위에 성형되어 기계 체결구의 사용 없이 조명 조립체(410)의 이들 요소를 함께 고정하고 임의로 습기가 회로(411)의 전기 연결을 방해하는 것을 억제하는 습기 밀봉을 제공한다.
열 스프레더(414)의 크기 및 위치는 LED(422) 및 전기 구성요소(424) 둘 모두 대신에 LED(422)만을 수용하도록 구성될 수 있다. 회로의 열 소산 필요성에 기초하여 열 스프레더(414)의 위치 및 크기를 조정하는 것은 조명 조립체(411)에 사용되는 부품 및 재료를 감소시키고 다-차원인 조명 조립체를 설계하는 것을 용이하게 한다.
도 8은 전기 회로, 열 스프레더, 및 제1 중합체 층에서의 차이를 제외하면 조명 조립체(310, 410)와 유사한 조명 조립체(510)의 또 다른 예를 도시한다. 조명 조립체(310, 410)의 요소와 유사한 조명 조립체(510)의 요소에는 접두사 500이 붙여진다.
도 8의 예에서, 조명 조립체(510)는 매립된 전도체(512a-b), 인쇄된 전도체(518a-b), 매립된 전도체(512a-b)에 전기 결합되는 LED(522), 및 인쇄된 전도체(518a-b)에 전기 결합되는 추가적인 전기 구성요소(524)를 포함한다. 제1 중합체 층(528)은 LED(522), 전도체(512a-b), 중합체 기판(516), 전기 구성요소(524), 및 인쇄된 전도체(518a-b) 주위에 성형되어 이들 요소를 함께 고정하고 임의로 습기가 회로와 접촉하는 것을 억제할 수 있다.
이러한 예에서의 열 스프레더(514)는 오버-몰딩된 제1 중합체 층(528)에 의해 조립체(510)의 다른 구성요소와 결합되지 않는 별개의 구성요소이다. 열 스프레더(514)는 접착제 또는 기계 체결구를 사용하여 중합체 기판(516)의 외부 표면(564)에 인접하여 고정될 수 있다. 일 예에서, 열 스프레더(514)는 조명 조립체(510)가 사용을 위해 의도되는 최종 사용 디바이스의 일부일 수 있고, 최종 사용 디바이스와 조명 조립체(510)를 결합시키는 것은 또한 조명 조립체(510)에 열 스프레더(514)를 결합시킨다. 예를 들어, 열 스프레더(514)는 조명 조립체(510)에 사용하도록 의도되는 램프의 열 전도성 부분일 수 있다. 이러한 구성은 열 소산을 용이하게 하는 큰 표면을 갖는 열 스프레더를 제공할 수 있고 또한 조명 조립체(510)의 제조를 단순화할 수 있다. 제1 중합체 층(528)이 열 스프레더(514) 주위에 오버-몰딩되어 조명 조립체(310, 410)에 대해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 열 스프레더(514)를 적절한 위치에 고정하는 것은 또한 본 발명의 범주 내에 속한다.
도 9는 전기 회로, 열 스프레더, 및 제1 중합체 층에서의 차이를 제외하면 조명 조립체(10)와 유사한 조명 조립체(610)의 또 다른 예를 도시한다. 조명 조립체(10)의 요소와 유사한 조명 조립체(610)의 요소에는 접두사 600이 붙여진다. 도 9는 단일 LED를 포함하는 조명 조립체(610)의 일부를 도시하지만; 조명 조립체(610)는 예를 들어, 도 1 또는 도 5에 도시된 것과 같은, 더 큰 전기 회로 그리고 다수의 구성요소를 포함하는 더 복잡한 조명 조립체의 일부일 수 있다.
조명 조립체(610)는 얇은 필름 또는 시트의 중합체 재료의 형태로 되어 있는 중합체 기판(616)을 포함한다. 다수의 전도체(618a-c)가 중합체 기판(616)의 내부 표면(620) 상으로 인쇄되어 LED(622)에 전류를 공급할 수 있다. 중합체 기판(616)은 열 관리 디바이스(670)가 중합체 기판(616)의 외부 측면(664) 상에 배치되는 열 스프레더(614)와 LED(622)를 열 결합시키도록 연장하는 LED(622)에 인접한 구멍(668)을 포함할 수 있다. 열 관리 디바이스(670)는 별개의 구성요소일 수 있거나 열 스프레더(614)와 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 열 스프레더(614)는 구멍(668)을 통해 연장하여 열 스프레더(614)와 LED(622)를 열 결합시키도록 구성되는 열 관리 디바이스(670)를 형성하는 상승된 부분을 포함하는 성형된 알루미늄 또는 구리 열 싱크일 수 있다.
중합체 기판(616)은 임의의 공지된 필름-형성 공정에 따라 비전도성 재료로 제조될 수 있다. 중합체 기판(616)은 구멍(668)이 있거나 없는 상태로, 미리-형성될 수 있거나 조명 조립체(610)의 하나 이상의 구성요소와 일렬로 형성될 수 있다. 예를 들어, 전도체(618a-c)는 미리-형성된 중합체(616) 상으로 인쇄될 수 있고, 열 관리 디바이스(670) 및 열 스프레더(614)는 중합체 기판과 조립될 수 있고, LED(622)는 전도체(618a-c)에 전기 결합될 수 있다. 또 다른 예에서, 중합체 기판(616)은 조립된 열 관리 디바이스(670) 및 열 스프레더(614) 주위에 형성될 수 있다.
도 10은 열 스프레더, 중합체 기판, 및 제1 중합체 층에서의 차이를 제외하면 도 6의 조명 조립체(310)와 유사한 조명 조립체(710)의 또 다른 예를 도시한다. 조명 조립체(310)의 요소와 유사한 조명 조립체(710)의 요소에는 접두사 700이 붙여진다. 도 10은 단일 LED를 포함하는 조명 조립체(710)의 일부를 도시하지만; 조명 조립체(710)는 예를 들어, 도 1 또는 도 5에 도시된 것과 같은, 더 큰 전기 회로 그리고 다수의 구성요소를 포함하는 더 복잡한 조명 조립체의 일부일 수 있다.
도 10의 조명 조립체(710)는 열 스프레더(714)와 열 결합하는 열 계면 층(780) 그리고 성형된 중합체 기판 재료가 아닌 LED(722)를 포함한다. 열 계면 층은 열 전도성이지만, 전기 절연성인 열 계면 재료(TIM)일 수 있다. 적절한 열 계면 재료의 비제한적인 예는 구리, 알루미늄, 또는 세라믹 함침된 에폭시 또는 실리콘, 그래핀, 탄소 나노튜브, 나노-접착제, 세라믹 코팅 구리, 세라믹 코팅 알루미늄, 및 산화알루미늄을 포함한다. 열 계면 층(780)은 조립된 조명 조립체(710) 내의 LED(722)에 인접하여 열 스프레더(714)의 내부 표면에 적어도 가해질 수 있고 별개의 층 또는 열 스프레더(714)와 일체로 형성되는 층일 수 있다. 일 예에서, 열 계면 층(780)은 알루미늄 열 스프레더(714)의 내부 표면을 산화시킴으로써 형성될 수 있다.
도 10의 실시예에서, 제1 중합체 층(728) 및/또는 열 스프레더(714)는 (도 6의 중합체 기판(316)과 같은) 별개의 중합체 기판 층의 부재 시에 전기 회로(711)에 대한 지지 구조를 제공할 수 있다. 제1 중합체 층(728)은 조명 조립체(710)의 요소를 보유하는 기계적인 밀봉을 함께 제공하고 또한 전기 회로(711)의 요소를 지지하는 기판을 제공하는 오버-몰딩된 중합체 층으로서 기능할 수 있다. 열 스프레더(714)는 임의로 전기 회로(711)의 하나 이상의 구성요소에 추가적인 구조적 지지를 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 조명 조립체(710)는 다중-샷 성형 공정 대신에, 단일-샷 성형 공정으로부터 형성될 수 있다.
추가적인 또 다른 예에서, 조명 조립체는 열 계면 층 및 중합체 기판 층 둘 모두를 포함할 수 있다. 도 11은 전기 회로, 열 스프레더, 열 계면 층, 및 제1 중합체 층에서의 차이를 제외하면 도 7의 조명 조립체(410) 그리고 도 10의 조명 조립체(710)와 유사한 조명 조립체(810)의 또 다른 예를 도시한다. 조명 조립체(410, 710)의 요소와 유사한 조명 조립체(810)의 요소에는 접두사 800이 붙여진다. 도 11은 단일 LED를 포함하는 조명 조립체(810)의 일부를 도시하지만; 조명 조립체(810)는 예를 들어, 도 1 또는 도 5에 도시된 것과 같은, 더 큰 전기 회로 그리고 다수의 구성요소를 포함하는 더 복잡한 조명 조립체의 일부일 수 있다.
도 11의 실시예에서, 중합체 기판(816)은 조립된 조명 조립체(810) 내의 열 스프레더(814) 및 LED(822)에 인접한 개구(882)를 포함할 수 있다. 열 계면 층(880)은 개구(882) 내에 제공되어 LED(822) 및 열 스프레더(814)를 열 결합시킬 수 있다. 이러한 예에서, 중합체 기판(816)은 열 계면 층(880)이 LED(822)와 열 스프레더(814) 사이의 열 전달을 용이하게 하면서 이전의 실시예에 대해 위에 설명된 것과 유사한 방식으로 전기 회로(811)에 구조적 지지를 제공할 수 있다.
본 명세서에 설명된 조명 조립체(10, 210, 310, 410, 510) 중 임의의 것이 별개의 중합체 기판 없이 단일-샷 성형 공정에서 제조될 수 있고 도 10의 조명 조립체(710)에 대해 위에 설명된 것과 유사한 방식으로 열 스프레더 및 전기 구성요소를 열 결합시키는 열 계면 층을 포함한다는 것은 본 발명의 범주 내에 속한다는 것이 이해될 것이다. 또한, 본 명세서에 설명된 조명 조립체(10, 210, 310, 410, 510) 중 임의의 것이 도 11의 조명 조립체(810)에 대해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 열 스프레더 및 전기 구성요소를 열 결합시키는 열 계면 층에 추가하여, 다중-샷 성형 공정에 따라 제조되는 중합체 기판을 포함할 수 있다는 것은 본 발명의 범주 내에 속한다는 것이 또한 이해될 것이다.
또한, 조명 조립체(10, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810)의 실시예가 LED와 열 스프레더를 열 결합시키는 것과 관련하여 주로 설명되지만, 열 스프레더는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않으면서 유사한 방식으로 LED 이외의 임의의 예시적인 전기 구성요소와 결합될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
IV. 결론
본 명세서에 설명된 조명 조립체는 LED를 사용한 고체-상태 조명 적용분야에 관련된 여러 도전과제를 해결할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 조명 조립체는 요구된 3-차원 형상으로 형성 또는 성형될 수 있는 중합체 기판과 전기 회로를 합체한다. 열 스프레더는 또한 중합체 기판 내에 열 스프레더를 매립하고 및/또는 열 스프레더 주위에 제1 중합체 층을 성형함으로써 조명 조립체 내에 합체될 수 있다. 전기 회로 및/또는 열 스프레더의 합체는 또한 다수의 별개의 구성요소 및 하위-구성요소를 이용하는 설계에 비해 노동 및 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 복잡한 3-차원 형상으로 형성 또는 성형될 수 있는 중합체 기판 또는 제1 중합체 층 내로 전기 회로 및/또는 열 스프레더를 합체하는 것은 복잡한 폼 팩터 구조를 요구하는 최종 사용 적용분야를 충족시킬 수 있는 능력을 증가시킨다.
상이한 평면 내에 LED를 위치시킬 수 있는 능력은 요구된 방향으로 광을 지향시키는 데 사용될 수 있고, 그에 따라 최종 사용 디바이스의 효율을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 광의 등방성 복사 패턴을 생성하는 천장 등은 그 바로 아래에 광의 고온 스폿을 생성하는 경향을 갖는다. 천장 등 내의 전구는 바닥을 횡단한 광의 더 균일한 광 분포를 생성할 수 있는 비등방성 복사 패턴을 발생시키도록 지향되는 다수의 LED를 포함하는 본 명세서에 설명된 것과 같은 조명 조립체로 교체될 수 있다. 더 균일하게 분포된 광은 천장 등으로부터의 총 광 출력이 동일할 때에도, 관찰자에게 더 밝게 보일 수 있다. 광 패턴을 제어하는 능력은 적은 등, 그에 따라 적은 전력을 요구하면서 성능 사양을 충족시키는 조명 제품을 제조하는 데 영향을 미칠 수 있다.
전통적인 조명 조립체는 전형적으로 인쇄 회로 기판을 포함하고 전자소자가 최종 사용 디바이스의 폼 팩터 구조에 부합하는 다방향 조명을 성취하기 위해 다수의 기판 및 회로 점퍼를 요구한다. 그러한 디바이스는 조명 조립체의 다-차원 형상의 크기 및 복잡성의 관점에서 제한될 것이다. 인쇄된 전도체가 최종 사용 디바이스의 외형에 더 양호하게 부합할 수 있는 회로를 성취하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 인쇄된 전도체는 소량의 전력만을 전달하고 소량의 열 에너지를 소산시킬 수 있으므로, 인쇄된 전도체만을 포함하는 구성은 일반적으로 통상적인 조명 기능을 성취하는 데 필요한 전력 수준을 지속할 수 없다. 시트 금속만의 구성을 갖는 회로를 제공하는 것은 인쇄된 전도체만을 사용하는 디바이스에 비해 폼 팩터 구조 및 전력 처리 용량을 개선할 수 있지만; 트레이스는 일반적으로 과도하게 크고 그에 따라 더 복잡한 조명 설계에 요구되는 진보된 전자소자 기능을 성취하는 데 필요한 전자소자를 지지할 수 없다.
본 명세서에 기재된 조명 조립체는 인쇄 및 매립과 같은, 상이한 방식의 조합으로 중합체 기판에 의해 지지되는 전도체를 이용하여 구성요소의 전류 요구 그리고 또한 구성요소 밀도 요구를 충족시키는 회로를 제공한다. 인쇄된 전도체와 더 전통적인 타입의 전도체의 조합은 요구에 따라 인쇄된 전도체만을 이용함으로써 재료 비용을 절감할 수 있다.
열 스프레더의 개수, 크기, 및 위치는 또한 조명 조립체의 설계에 기초하여 조정될 수 있다. 필요할 때에만 열 스프레더를 이용하는 것은 재료 및 제조 비용을 절감할 수 있고, 또한 복잡한 3-차원 폼 팩터 구조 요건을 충족시키는 것을 용이하게 한다. 중합체 기판 및 지지된 전도체와 함께 열 스프레더를 사용하는 것은 조립체의 열 관리를 개선할 수 있고, 그에 따라 더 복잡하고 더 높은 전류의 조명 설계를 가능하게 한다.
위의 설명은 본 발명의 실시예의 설명이다. 균등론을 포함하는 특허법의 원리에 따라 해석되어야 하는, 첨부된 청구범위에 한정된 것과 같은 본 발명의 사상 및 더 넓은 양태로부터 벗어나지 않고도, 다양한 변경 및 변화가 수행될 수 있다. 아직 설명되지 않은 범위 내에서, 조명 조립체(10, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810)의 다양한 실시예의 상이한 특징 및 구조는 요구에 따라 서로와 조합하여 사용될 수 있다. 하나의 특징이 실시예의 모두에서 예시되지 않을 수 있다는 것은 그것이 수행불가능한 것으로 해석되도록 의도되지 않고, 설명의 간결성을 위해 그렇게 한 것이다. 따라서, 조명 조립체(10, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810)의 상이한 실시예의 다양한 특징은 신규 실시예가 명시적으로 개시되는 것과 무관하게, 요구에 따라 혼합 및 조합되어 신규 실시예를 형성할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 모든 실시예의 한정적인 설명으로서 또는 청구범위의 범주를 이들 실시예와 연계하여 예시 또는 설명된 특정 요소로 제한하도록 해석되지 않아야 한다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 설명된 발명의 임의의 개별적인 요소는 실질적으로 유사한 기능을 제공하거나 그렇지 않으면 적절한 동작을 제공하는 하나 이상의 대안적인 요소에 의해 교체될 수 있다. 이것은 예를 들어, 본 기술분야의 통상의 기술자에게 기존에 공지되어 있는 것과 같은, 기존에 공지되어 있는 대안적인 요소, 및 본 기술분야의 통상의 기술자가 개발 시에, 대안으로서 인식할 수 있는 것과 같은, 미래에 개발될 수 있는 대안적인 요소를 포함한다.
본 발명은 위의 설명에 기재되거나 도면에 도시된 동작의 세부사항 또는 구성의 세부사항 그리고 구성요소의 배열로 제한되지 않는다. 본 발명은 다양한 다른 실시예로 실시되고 본 명세서에 명시적으로 개시되지 않은 대안적인 방식으로 실행 또는 수행될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 용어는 설명의 목적을 위한 것이고 제한으로서 간주되지 않아야 한다. 포함과 관련된 용어("including" 및 "comprising" 및 그 파생어)의 사용은 그 뒤에 나열되는 항목 및 그 등가물 그리고 또한 추가적인 항목 및 그 등가물을 포함하도록 의도된다. 또한, 열거는 다양한 실시예의 설명에 사용될 수 있다. 명시적으로 언급되지 않으면, 열거의 사용은 본 발명을 임의의 특정 순서 또는 개수의 구성요소로 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다. 열거의 사용은 열거된 단계 또는 구성요소와 또는 그 내로 조합될 수 있는 임의의 추가적인 단계 또는 구성요소를 본 발명의 범주로부터 배제하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.
개시된 실시예는 협력하여 설명되고 일련의 이익을 협력하여 제공할 수 있는 복수의 특징을 포함한다. 본 발명은 이들 특징의 모두를 포함하거나 언급된 이익의 모두를 제공하는 실시예로만 제한되지 않는다.
예를 들어, 관사("a", "an", "the" 또는 "said")를 사용한 단수로의 청구범위 요소에 대한 임의의 언급은 요소를 단수로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
"전방", "후방", "수직", "수평", "상부", "하부", "위", "아래", "내부", "내향", "외부" 및 "외향"과 같은, 배향과 관련된 용어는 도면에 도시된 실시예의 배향에 기초하여 본 발명을 설명하는 것을 돕는 데 사용된다. 배향과 관련된 용어의 사용은 본 발명을 임의의 특정 배향으로 제한하도록 해석되지 않아야 한다.

Claims (16)

  1. 조명 조립체이며,
    중합체 기판;
    중합체 기판에 의해 지지되는 2개의 전도체를 포함하는 전기 회로;
    2개의 전도체에 전기 결합되는 광원;
    광원에 열 결합되는 열 스프레더; 및
    중합체 기판, 2개의 전도체, 광원, 및 열 스프레더의 적어도 일부 주위에 오버-몰딩되는 열가소성 재료를 포함하는 제1 중합체 층
    을 포함하는, 조명 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 중합체 기판은 구멍을 한정하고, 열 스프레더는 구멍을 통해 광원에 열 결합되는, 조명 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 광원은 열 스프레더와 직접 접촉하지 않는, 조명 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 광원과 열 스프레더 사이의 열 전도성 및 전기 절연성 재료를 포함하는, 조명 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 2개의 전도체는 제1 중합체 기판 상에 인쇄되는 전도체 그리고 제1 중합체 기판 내에 적어도 부분적으로 매립되는 전도체 중 하나인, 조명 조립체.
  6. 조명 조립체이며,
    중합체 기판;
    중합체 기판 내에 적어도 부분적으로 매립되는 제1 쌍의 전도체, 및
    중합체 기판 상에 인쇄되는 제2 쌍의 전도체
    를 포함하는 전기 회로;
    전기 회로에 전기 결합되는 광원;
    광원에 열 결합되는 열 스프레더; 및
    중합체 기판, 전기 회로, 광원, 및 열 스프레더의 적어도 일부 주위에 오버-몰딩되는 제1 중합체 층
    을 포함하는, 조명 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 제2 쌍의 전도체는 제1 쌍의 전도체에 전기 결합되는, 조명 조립체.
  8. 제6항에 있어서, 광원은 열 스프레더와 직접 접촉하지 않는, 조명 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 광원과 열 스프레더 사이의 열 전도성 및 전기 절연성 재료를 포함하는, 조명 조립체.
  10. 제6항에 있어서, 제1 중합체 층은 광원, 제1 쌍의 전도체, 그리고 제2 쌍의 전도체 주위에 기계적인 밀봉부 및 습기 밀봉부 중 적어도 하나를 형성하는, 조명 조립체.
  11. 제6항에 있어서, 전기 회로의 제1 부분은 제1 평면 내에 배치되고, 전기 회로의 제2 부분은 제1 평면과 상이한, 제2 평면 내에 배치되는, 조명 조립체.
  12. 제6항에 있어서, 광원은 제1 쌍의 전도체에 전기 결합되는, 조명 조립체.
  13. 조명 조립체를 형성하는 방법이며,
    대향 제1 및 제2 측면을 갖는 중합체 기판을 형성하는 단계;
    중합체 기판의 제1 측면 상에 지지되는 2개의 전도체를 포함하는 전기 회로를 형성하는 단계;
    2개의 전도체와 광원을 전기 결합시키는 단계;
    광원과 열 스프레더를 열 결합시키는 단계로서, 열 스프레더는 중합체 기판의 제2 측면 상에 적어도 주로 배치되는 단계; 및
    광원, 2개의 전도체, 중합체 기판, 및 열 스프레더의 적어도 일부 위에 제1 중합체 층을 오버-몰딩하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 제1 중합체 층의 오버-몰딩은 광원, 2개의 전도체, 및 중합체 기판 사이에 기계적인 밀봉부 및 습기 밀봉부 중 적어도 하나를 형성하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 열 스프레더는 중합체 기판의 제2 측면 상에 전체적으로 있고, 광원은 열 스프레더와 직접 접촉하지 않는, 방법.
  16. 제13항에 있어서, 전기 회로를 형성하는 단계는 중합체 기판의 제1 측면 상으로 2개의 전도체를 인쇄하는 단계를 포함하는, 방법.
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