專利名稱：輕質(zhì)熱沉及采用該輕質(zhì)熱沉的led燈的制作方法
輕質(zhì)熱沉及采用該輕質(zhì)熱沉的LED燈
本申請(qǐng)要求于2010年4月2日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/320,431號(hào)的權(quán)益，通過(guò)引證將于2010年4月2日提交的第61/320，431號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于本文中。技術(shù)領(lǐng)域
下文涉及照明領(lǐng)域、燈光領(lǐng)域、固態(tài)照明領(lǐng)域、熱管理領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
白熾燈、鹵素?zé)艏案邚?qiáng)度放電(HID)光源具有相對(duì)高的操作溫度，且因此，散熱主要通過(guò)輻射及對(duì)流熱傳遞路徑來(lái)進(jìn)行。例如，輻射放熱隨著溫度升高至四次冪而進(jìn)行，從而該輻射熱傳遞路徑隨著操作溫度升高而超線性地變得更為主導(dǎo)。因此，對(duì)于白熾燈、鹵素?zé)艏癏ID光源的熱管理一般意味著在燈的附近提供足夠的空氣空間，以有效的輻射熱傳遞及對(duì)流熱傳遞。一般而言，在這些類型的光源中，無(wú)需增加或修改該燈的表面積來(lái)增強(qiáng)輻射熱傳遞或?qū)α鳠醾鬟f以達(dá)到燈的期望操作溫度。
另一方面，出于器件性能及可靠性的原因，基于發(fā)光二極管(LED)的燈通常工作在實(shí)質(zhì)上較低的溫度下。例如，典型的LED器件的結(jié)溫度應(yīng)低于200°C，且在一些LED器件中， 應(yīng)低于100°C或甚至更低。在這些低操作溫度下，至周圍環(huán)境的輻射熱傳遞路徑較弱，使得至周圍環(huán)境的對(duì)流及傳導(dǎo)性熱傳遞通常占主導(dǎo)。在LED光源中，可通過(guò)增設(shè)熱沉而增強(qiáng)從燈或照明裝置的外表面面積的對(duì)流熱傳遞及輻射熱傳遞。
熱沉是提供用于使熱量以輻射以及對(duì)流的方式而離開(kāi)LED器件的大表面的組件。 在典型設(shè)計(jì)中，熱沉為表面面積設(shè)計(jì)得較大的相對(duì)大塊金屬元件，例如通過(guò)在該金屬元件的外表面上設(shè)置鰭片或其他散熱結(jié)構(gòu)。大塊的熱沉將熱量從LED器件高效地傳導(dǎo)至散熱鰭片，且大面積散熱鰭片通過(guò)輻射及對(duì)流而提供了高效的散熱。對(duì)于高功率的基于LED的燈， 還已知的是，采用主動(dòng)冷卻，主動(dòng)冷卻使用風(fēng)扇或合成射流或熱管或熱-電冷卻器或經(jīng)泵送冷卻劑流體來(lái)增強(qiáng)排熱。發(fā)明內(nèi)容
在本文公開(kāi)為示意性示例的一些實(shí)施方式中，熱沉包含導(dǎo)熱層，該導(dǎo)熱層包括設(shè)置在聚合物主體中的富勒烯及納米管中的至少一個(gè)。該熱沉可進(jìn)一步包含熱沉本體，其可以是絕熱的和/或?yàn)樗芰?，該熱沉本體上設(shè)置有導(dǎo)熱層。該熱沉本體可包含增強(qiáng)表面面積的散熱結(jié)構(gòu)，例如鰭片，且該導(dǎo)熱層至少設(shè)置在增強(qiáng)表面面積的散熱結(jié)構(gòu)上。
在本文公開(kāi)為示意性示例的一些實(shí)施方式中，基于發(fā)光二極管(LED)的燈包含如前一段落中所述的熱沉 '及LED模塊，該LED模塊包含一個(gè)或多個(gè)LED器件，其中該LED模塊與該熱沉緊固一起且熱連通，以形成基于LED的燈，該燈可具有A字形燈泡結(jié)構(gòu)。在其他燈的實(shí)施方式中，該熱沉本體包括中空的并且通常為圓錐形的熱沉本體，且該熱沉包括中空的且通常為圓錐形的熱沉，其中，該導(dǎo)熱層至少設(shè)置在該中空的且通常為圓錐形的熱沉本體的外表面上，且基于LED的燈為基于MR或PAR的燈。
在本文公開(kāi)為示意性示例的一些實(shí)施方式中，一種方法包括形成熱沉本體且將導(dǎo)熱層設(shè)置在該熱沉本體上，該導(dǎo)熱層包括設(shè)置在聚合物主體中的納米管。該形成可包括將該熱沉本體模塑為模塑的塑料熱沉本體。該設(shè)置可包括在該熱沉本體上噴涂該導(dǎo)熱層。 可選地，該設(shè)置可進(jìn)一步包括在噴涂期間施加外部能量場(chǎng)，以對(duì)設(shè)置在該聚合物主體中的納米管施加非隨機(jī)定向。


圖I及圖2示意性地示出了采用金屬熱沉組件的傳統(tǒng)熱沉的熱模型(圖I)及本文所公開(kāi)的熱沉的熱模型(圖2)。
圖3及圖4分別示意性地示出了適用于MR燈或PAR燈中的熱沉的側(cè)視截面圖及側(cè)視透視圖。
圖5示意性地示出了包含圖3及圖4的熱沉的MR燈或PAR燈的側(cè)視截面圖。
圖6示意性地示出了圖5的MR燈或PAR燈的光學(xué)/電子模塊的側(cè)視圖。
圖7示意性地示出了變型的熱沉實(shí)施方式及該熱沉的噴涂制造方法。
圖8繪示了簡(jiǎn)化的“厚片”型熱沉的涂層厚度與等效K數(shù)據(jù)的關(guān)系。
圖9及圖10示出了塊金屬熱沉的熱性能與材料導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系。
圖11示意性地示出了結(jié)合有本文所公開(kāi)的熱沉的“A字形燈泡”燈的側(cè)視截面圖。
圖12示意性地示出了圖9的“A字形燈泡”燈的變形的側(cè)視透視圖，其中該熱沉包含鰭片。
圖13及圖14示意性地示出了設(shè)置有鰭片的“A字形燈泡”燈的其他實(shí)施方式的側(cè)視透視圖。
具體實(shí)施方式
就白熾燈、鹵素?zé)艏癏ID光源(均為熱發(fā)光體)而言，至燈附近的空氣空間的熱傳遞通過(guò)輻射熱路徑及對(duì)流熱路徑的設(shè)計(jì)來(lái)管理，以在光源的操作期間實(shí)現(xiàn)提高的目標(biāo)溫度。 相比之下，就LED光源而言，光子并非經(jīng)熱激發(fā)，而是通過(guò)電子與空穴在半導(dǎo)體的p-n結(jié)處復(fù)合而產(chǎn)生。通過(guò)使LED的p-n結(jié)的操作溫度最低化而不是在升高的目標(biāo)溫度下操作，可優(yōu)化光源的性能及壽命。通過(guò)提供具有鰭片或其他增大表面面積的結(jié)構(gòu)的熱沉，可增強(qiáng)表面的對(duì)流熱傳遞及福射熱傳遞。
參照?qǐng)DI，方框示意性地表示具有鰭片的金屬熱沉MB，且該熱沉的鰭片MF由虛線橢圓示意性地指示。熱量通過(guò)對(duì)流和/或輻射傳遞到周圍環(huán)境所經(jīng)由的表面在本文中被稱為散熱表面(例如，鰭片MF)，且應(yīng)具有大面積以使散熱足以維持LED器件LD處于穩(wěn)定的操作狀態(tài)。自散熱表面MF至周圍環(huán)境中的對(duì)流散熱及福射散熱可分別由熱阻值Rconvection 及Rik或等效地通過(guò)導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)模擬。阻值Rconvection模擬了通過(guò)自然氣流或壓迫氣流而自該熱沉的外表面至周圍環(huán)境的對(duì)流。阻值Rik模擬了自該熱沉的外表面至遠(yuǎn)處環(huán)境的紅外(IR)福射。另外，導(dǎo)熱路徑(在圖I中由阻值Rspreader及Rconductor指示)串聯(lián)在 LED器件LD與散熱表面MF之間，表示自LED器件LD至散熱表面MF的熱傳導(dǎo)。該串聯(lián)熱傳導(dǎo)路徑的高導(dǎo)熱系數(shù)確保自LED器件經(jīng)由散熱表面至附近空氣的散熱不會(huì)受限于串聯(lián)導(dǎo)熱系數(shù)。這通常通過(guò)將該熱沉MB構(gòu)造成具有鰭片或以其他方式的增強(qiáng)的表面面積MF (其限定散熱表面)的相對(duì)大塊的金屬一該金屬熱沉本體提供LED器件與散熱表面之間的期望高的導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此設(shè)計(jì)中，該散熱表面本身是連續(xù)的并且與提供高導(dǎo)熱系數(shù)路徑的該金屬熱沉本體緊密的熱接觸。
因此，基于LED的燈的傳統(tǒng)散熱包含熱沉MB，該熱沉MB包括金屬(或金屬合金)塊， 使大面積散熱表面MF暴露至附近的空氣空間。該金屬熱沉本體在LED器件與該散熱表面之間提供高導(dǎo)熱系數(shù)路徑Rconductor。圖I中的阻值Rconductor模擬了經(jīng)由金屬熱沉本體MB的傳導(dǎo)。LED器件安裝在金屬基電路板或包含均熱器(spreader)的其他支撐件上，且來(lái)自LED器件的熱量通過(guò)該均熱器而傳導(dǎo)至熱沉。這由阻值Rspreader來(lái)模擬。
除了經(jīng)由散熱表面(阻值Rconvection及Rik)散熱至周圍環(huán)境之外,還存在經(jīng)由愛(ài)迪生基座或其他燈連接器或燈基座LB (圖I中的模型中由虛線圓而示意性地指示)來(lái)進(jìn)行一些排熱(即，散熱)。經(jīng)由該燈基座LB進(jìn)行的排熱在圖I的示意性模型中由阻值Rsink表示，其表示經(jīng)由固體或熱管至遠(yuǎn)處環(huán)境或建筑基礎(chǔ)設(shè)施的傳導(dǎo)。然而，本文認(rèn)識(shí)到，在愛(ài)迪生型基座的通常情形下，基座LB的導(dǎo)熱系數(shù)限度及溫度限度將限制經(jīng)由該基座的熱通量為約I瓦特。相比之下，對(duì)于意在為內(nèi)部空間(例如，房間)照明或戶外照明提供照明的基于 LED的燈，要消散的熱輸出通常為約10瓦特以上。因此，本文中認(rèn)識(shí)到，燈基座LB無(wú)法提供主要散熱路徑。相反，來(lái)自LED器件LD的熱量主要經(jīng)由穿過(guò)金屬熱沉本體至熱沉的外散熱表面的傳導(dǎo)而排出，在此情形下，熱量通過(guò)對(duì)流(Rconvection)及(較小程度)福射(Rik)而消散到周圍環(huán)境。該散熱表面可具有鰭片(例如，圖I中的示意性鰭片MF)或以其他方式修改為增加其表面面積由此來(lái)增加散熱。
這種熱沉具有一些缺點(diǎn)。例如，由于包括熱沉MB的大體積金屬或金屬合金而導(dǎo)致熱沉沉重。沉重的金屬熱沉?xí)蚧盁艨谑┘訖C(jī)械壓力，此會(huì)造成故障，且在一些故障模式中，可能發(fā)生電氣危險(xiǎn)。這種熱沉的另一問(wèn)題在于制造成本高。加工塊金屬熱沉組件成本高，且根據(jù)所選擇的金屬，材料的成本也可能相當(dāng)高。此外，熱沉有時(shí)還用作電子器件的殼體，或作為愛(ài)迪生基座的安裝點(diǎn)，或作為L(zhǎng)ED器件電路板的支撐件。這些應(yīng)用需要以一定精度加工熱沉，這又將增加制造成本。
發(fā)明人已經(jīng)使用圖I中所示的簡(jiǎn)化熱模型而對(duì)這些問(wèn)題予以分析。圖I的熱模型可以以代數(shù)方式表達(dá)為熱阻抗的串聯(lián)并聯(lián)電路。在穩(wěn)定狀態(tài)下，所有的瞬時(shí)阻抗(例如燈自身的熱質(zhì)量或周圍環(huán)境中的物體(例如燈連接器、電線及結(jié)構(gòu)性安裝件)的熱質(zhì)量)可視為熱電容。在穩(wěn)定狀態(tài)下，可忽略瞬時(shí)阻抗(即，熱電容)，正如在 DC電路中忽略電容，且僅需考慮電阻。LED器件與環(huán)境之間的總熱阻值Rthmial可寫成(Ijj 1、 、 '、^thermal = ^spreader + Konduction + ]一 + ^-+ 丁 ，其中Rsink 為經(jīng)由愛(ài)迪生連接器(或^ sinkconvectionIR J其他燈連接器)至“環(huán)境”電線的熱量的熱阻抗值;Rconvection為通過(guò)對(duì)流熱傳遞而自散熱表面?zhèn)鬟f到周圍環(huán)境中的熱量的熱阻值；RIK為通過(guò)輻射熱傳遞而自散熱表面?zhèn)鬟f到周圍環(huán)境中的熱量的熱阻值；且Rpreader+Rconduct ion為自LED器件穿過(guò)均熱器(RspMadOT)且穿過(guò)金屬熱沉本體(R_duc;tim)傳遞到達(dá)散熱表面的熱量的串聯(lián)熱阻值。應(yīng)注意，對(duì)于項(xiàng)I/Rsink^對(duì)應(yīng)的串聯(lián)熱阻值并不精確等于 Rspreader+Rconduction 其原因在于，串聯(lián)熱路徑是到達(dá)燈連接器而不是到達(dá)散熱表面；然而，由于對(duì)于典型燈，穿過(guò)基座連接器的導(dǎo)熱系數(shù)I/Rsink相當(dāng)小，此誤差可被忽略。實(shí)際上，完全忽略穿過(guò)該基座的散熱的簡(jiǎn)化模型可寫為
該簡(jiǎn)化等式表明經(jīng)由熱沉本體的串聯(lián)熱阻值R?！贰獮闊崮Ｐ偷目刂茀?shù)。實(shí)際上，這對(duì)于采用塊金屬熱沉MB的傳統(tǒng)熱沉設(shè)計(jì)是合理的一熱沉本體為串聯(lián)熱阻值R_dlKtim 貢獻(xiàn)極低的值。鑒于上述，可認(rèn)識(shí)到，期望的是實(shí)現(xiàn)具有低串聯(lián)熱阻值R_duc;tim，但同時(shí)較傳統(tǒng)熱沉重量小(且優(yōu)選地，低成本)的熱沉。
可實(shí)現(xiàn)此目的的一種方式為增強(qiáng)通過(guò)基座的散熱Rsink,使得增強(qiáng)此路徑以提供10 瓦特以上的散熱率。然而，在LED燈用于替代傳統(tǒng)白熾燈或鹵素?zé)艋驘晒鉄艋騂ID燈的改造型光源應(yīng)用中，LED替代燈安裝在初始針對(duì)白熾燈、鹵素?zé)艋騂ID燈而設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)類型基座或燈座或照明器中。針對(duì)此連接，至建筑基礎(chǔ)設(shè)施或遠(yuǎn)處環(huán)境(例如，地面)的熱阻值Rsink 相較艮。__或Rik大，從而使得通過(guò)對(duì)流及輻射至周圍環(huán)境的熱路徑占主導(dǎo)。
另外，由于LED組件的相對(duì)較低的穩(wěn)定狀態(tài)操作溫度，輻射路徑通常由對(duì)流路徑占主導(dǎo)(也就是說(shuō)，R_—〈〈RIK)。因此，典型的基于LED的燈的主導(dǎo)熱路徑為包括R_du。一及尺。_;?！?。11的串聯(lián)熱電路。因此，需要提供低串聯(lián)熱阻值同時(shí)減小熱沉的重量(且優(yōu)選，降低成本)。
本發(fā)明的發(fā)明人從第一原理的觀點(diǎn)仔細(xì)考慮了在基于LED的燈中的熱去除問(wèn)題。 本文認(rèn)識(shí)到，在通常認(rèn)為極具重要性的參數(shù)(熱沉體積、熱沉重量對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的比率、熱沉表面面積及通過(guò)基座的傳導(dǎo)性熱移除及散熱)中，兩個(gè)主要的設(shè)計(jì)要素為L(zhǎng)ED與熱沉之間的路徑的導(dǎo)熱系數(shù)(即，Rconduction)及用于使熱對(duì)流傳遞及輻射傳遞至周圍環(huán)境的熱沉的外表面面積(其影響IUraitim和M。
可通過(guò)排除處理進(jìn)行進(jìn)一步分析。熱沉體積僅在其影響熱沉質(zhì)量及熱沉表面面積范圍內(nèi)是至關(guān)重要的。熱沉質(zhì)量在瞬時(shí)情形下相當(dāng)重要，但不會(huì)嚴(yán)重影響穩(wěn)定狀態(tài)熱移除性能，而熱移除性能在連續(xù)操作燈中是至關(guān)重要，除非金屬熱沉本體提供一定程度低的串聯(lián)阻值R?！４┻^(guò)可替換燈(例如PAR或MR或反射器或A字形燈)的基座的散熱路徑對(duì)于低功率燈而言極其重要；然而，愛(ài)迪生基座的導(dǎo)熱系數(shù)僅足以提供約I瓦特的散熱至周圍環(huán)境(且其他類型的基座(例如銷型基座)很可能具有相當(dāng)?shù)幕蛏踔粮偷膶?dǎo)熱)，且因此不期望通過(guò)基座至周圍環(huán)境的傳導(dǎo)性散熱對(duì)各種市售的基于LED的燈具有原則上的重要性，預(yù)期這種燈在穩(wěn)定狀態(tài)下產(chǎn)生高達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)以上的熱負(fù)荷。
參照?qǐng)D2，根據(jù)上文所述，本文公開(kāi)了一種改進(jìn)的熱沉，包括輕質(zhì)熱沉本體LB，其不必導(dǎo)熱；及導(dǎo)熱層CL，設(shè)置在熱沉本體上以限定散熱表面。熱沉本體并非熱電路的一部分(或可選地，可為實(shí)現(xiàn)熱沉本體的導(dǎo)熱率的微小組件)；然而，熱沉本體LB限定導(dǎo)熱層CL 的形狀，導(dǎo)熱層CL限定散熱表面。例如，熱沉本體LB可具有涂覆有導(dǎo)熱層CL的鰭片LF。 由于熱沉本體LB并非熱電路的一部分(如圖2所示)，其可針對(duì)可制造性及性質(zhì)(諸如結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性及重量小)而設(shè)計(jì)。在一些實(shí)施方式中，熱沉本體LB為模塑塑料組件，其包括絕熱或具有相對(duì)較低導(dǎo)熱率的塑料。
設(shè)置在輕質(zhì)熱沉本體LB上的導(dǎo)熱層CL執(zhí)行散熱表面的功能，且其關(guān)于使熱量消散至周圍環(huán)境的性能(由熱阻值艮。_。 。 及Rik的熱阻值量化)與圖I中模型化的傳統(tǒng)熱沉的性能實(shí)質(zhì)上相同。然而，此外，導(dǎo)熱層CL限定自LED器件至散熱表面的熱路徑(由串聯(lián)阻值艮。-。_量化)。這也在圖2中示意性地示出。為了實(shí)現(xiàn)充分低的R_dutim值，導(dǎo)熱層CL 應(yīng)具有充分大的厚度(因?yàn)镽randutim隨著厚度增加而降低)且應(yīng)具有充分低的材料導(dǎo)熱系數(shù) (因?yàn)镽_dutim也隨著材料導(dǎo)熱系數(shù)增加而降低)。本文中公開(kāi)了通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇導(dǎo)熱層CL 的材料及厚度，包括輕質(zhì)(且可能絕熱)的熱沉本體LB及設(shè)置在熱沉本體上且限定散熱表面的導(dǎo)熱層CL的熱沉可具有與近似大小和形狀的塊金屬熱沉相比相同或甚至更好的散熱性能，同時(shí)相較等效的塊金屬熱沉更輕質(zhì)，且制造成本更低。又，不僅用于輻射/對(duì)流散熱至周圍環(huán)境的表面面積決定該熱沉的性能，而且由散熱層限定的與周圍環(huán)境熱連通的外表面上的熱量的熱傳導(dǎo)(即，對(duì)應(yīng)于串聯(lián)阻值R_durtim)也起決定作用。較高的表面導(dǎo)熱率促使熱量在整個(gè)散熱表面面積上更有效地分布且因此促進(jìn)輻射以及對(duì)流散熱至周圍環(huán)境中。
鑒于上文，本文所公開(kāi)的熱沉實(shí)施方式包括熱沉本體及設(shè)置在熱沉本體上且至少位于(且限定)熱沉的散熱表面上的導(dǎo)熱層。熱沉本體的材料的導(dǎo)熱率比導(dǎo)熱層的材料的導(dǎo)熱率低。實(shí)際上，熱沉本體甚至可絕熱。另一方面，導(dǎo)熱層應(yīng)具有(i)面積及(ii)厚度且(iii)由具有充分導(dǎo)熱系數(shù)的材料制成，使得其提供足以將基于LED的燈的LED器件的p-n 半導(dǎo)體結(jié)保持在指定最大溫度以下的至周圍環(huán)境的輻射/對(duì)流散熱，指定最大溫度一般低于200°C且有時(shí)低于100°C。
導(dǎo)熱層的厚度及材料導(dǎo)熱系數(shù)共同限定導(dǎo)熱層的片導(dǎo)熱率，其類似于片導(dǎo)電率(或者，在相反的情形中，片電阻率)?？梢詫⑵瑢?dǎo)熱率定義為A其中P為材料d ，的熱阻率且σ為材料的導(dǎo)熱率，且d為導(dǎo)熱層的厚度。取倒數(shù)則得到片導(dǎo)熱率Ks=O · d0 因此，可在導(dǎo)熱層的厚度d與材料導(dǎo)熱率之間做出權(quán)衡。對(duì)于高導(dǎo)熱率材料，則可使該導(dǎo)熱層較薄，從而使重量減輕、體積減小且成本降低。
在本文所公開(kāi)的實(shí)施方式中，導(dǎo)熱層為碳納米管(CNT)層，其包括設(shè)置在聚合物主體中的碳納米管。舉例而言，一些合適的CNT層公開(kāi)于2009年4月23日公布的、Elhard等人的國(guó)際專利申請(qǐng)第WO 2009/052110A2號(hào)中，通過(guò)弓I證將其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于本文中，且還公開(kāi)于2008年7月17日公布的、Heintz等人的國(guó)際專利申請(qǐng)第WO 2008/085550A2號(hào)中， 通過(guò)引證將其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于本文中。已知碳納米管沿管具有極高的導(dǎo)熱率，且沿管具有高導(dǎo)電率。在WO 2009/052110A2及WO 2008/085550A2中公開(kāi)的CNT層包括設(shè)置在聚合物主體中的隨機(jī)定向碳納米管，其中這些納米管足夠靠近以使得跨相鄰納米管之間的導(dǎo)電率也極高。因此，CNT層材料具有極高的導(dǎo)電率。
為了說(shuō)明在CNT構(gòu)造中可實(shí)現(xiàn)極高的導(dǎo)熱率，參考Berber等人的"Unusual Iy High Thermal Conductivity of Carbon Nanotubes〃，PhysicalReview Letters vol. 84no. 20，p4613_16 (2000)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引證結(jié)合于本文中。在Berber等人發(fā)表的文中還報(bào)告了各種碳納米管的復(fù)合特性。例如，Berber等人所公開(kāi)的，圖2示出了 CNT導(dǎo)熱率隨溫度的變化，且發(fā)現(xiàn)在溫度為100K時(shí)達(dá)到37000W/m*K的峰值，超過(guò)該溫度，導(dǎo)熱率逐漸降低。在室溫時(shí)，導(dǎo)熱率為約6600W/m · K。Berber等人所公開(kāi)的圖3示出了在200K至 400K的溫度下，碳納米管(10，10)與所約束的石墨單層的比較及與AA石墨的基面比較的導(dǎo)熱率數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)表明，單獨(dú)的納米管與假設(shè)性單獨(dú)的石墨烯單層相比具有極其類似的熱傳導(dǎo)行為。Berber等人的文獻(xiàn)中所報(bào)告的資料說(shuō)明對(duì)于包括設(shè)置在聚合物主體中的碳納米管的CNT層，可達(dá)成高導(dǎo)熱率；應(yīng)理解，預(yù)測(cè)特定的CNT層的精確熱特性取決于各種參數(shù)，例如聚合物主體中納米管密度及定向(例如，隨機(jī)或具有一些優(yōu)選定向)、納米管的類型 (例如，單壁相對(duì)于多壁)等。
使用CNT原料(例如單壁納米管(SWNT)或石墨化多壁納米管(MWNT))所構(gòu)造的CNT 層具有極高的導(dǎo)熱率，例如在被形成為CNT墊(其中該“墊(mat)”包括CNT材料股)時(shí)高達(dá) σ =2000ff/m*K以上。更一般而言，設(shè)想在聚合物主體中形成具有包括富勒烯(例如，碳納米管、也被稱為“巴基球”的巴克敏斯特富勒烯、二十面體富勒烯等)的富勒烯層的導(dǎo)熱層，其中在聚合物主體中，富勒烯具有充分高的密度，以提升跨相鄰富勒烯的極有效的熱傳導(dǎo)。
熱沉本體(S卩，不包含導(dǎo)熱層的熱沉)并不嚴(yán)重影響熱移除，除非其限定執(zhí)行熱散布(由圖2中的熱模型中的串聯(lián)熱阻值R_du。一量化)的導(dǎo)熱層的形狀且限定散熱表面(由圖2中的熱模型中的R_vertim&RIK量化)。由熱沉本體提供的表面面積影響后續(xù)的通過(guò)輻射及對(duì)流的熱移除。因此，可對(duì)該熱沉本體加以選擇，以實(shí)現(xiàn)所需的特性，例如重量小、成本低、結(jié)構(gòu)剛性或強(qiáng)固性、熱強(qiáng)固性(例如，熱沉本體應(yīng)耐受操作溫度而不因此發(fā)生熔化或過(guò)度軟化)、易于制造、表面面積最大(繼而控制導(dǎo)熱層的表面面積)等。在本文所公開(kāi)的一些示意性實(shí)施方式中，熱沉本體為模塑塑料組件，例如，由聚合材料(例如聚(甲基丙烯酸甲酯)、尼龍、聚乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚異戊二烯、丁苯熱塑橡膠、聚雙二環(huán)戊二烯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚苯醚、硅烷樹(shù)脂、聚酮、熱塑性塑料等)制成。熱沉本體可被模塑成具有鰭片或其他熱輻射/對(duì)流/表面面積增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
下文將描述一些示意性實(shí)施方式。
參照?qǐng)D3及圖4，熱沉10具有適用于MR或PAR類型的基于LED的燈的構(gòu)造。熱沉 10包含上文已描述的由塑料或另一合適材料制成的熱沉本體12 ;及導(dǎo)熱層14，其包括設(shè)置在熱沉本體12上的CNT層。更一般而言，導(dǎo)熱層14可為包含設(shè)置在聚合物主體中的富勒烯(例如，碳納米管、也被稱為“巴基球”的巴克敏斯特富勒烯、二十面體富勒烯等)的富勒烯層。
如在圖4中可見(jiàn)，熱沉10具有鰭片16以增強(qiáng)最終的輻射熱移除及對(duì)流熱移除。也可使用其他表面面積增強(qiáng)結(jié)構(gòu)來(lái)替代所示的鰭片16，例如多區(qū)段鰭片、桿、微/納米級(jí)表面及體積特征等。示意性熱沉本體12將熱沉10限定為中空的且通常為圓錐形的熱沉，其具有內(nèi)表面20及外表面22。在圖3所不的實(shí)施方式中，導(dǎo)熱層14設(shè)置在內(nèi)表面20及外表面 22 二者上?？商鎿Q地，導(dǎo)熱層可僅設(shè)置在外表面22上，如圖7中的可替換的實(shí)施方式熱沉 10’所示。
繼續(xù)參照?qǐng)D3及圖4且進(jìn)一步參照?qǐng)D5及圖6，示意性中空且通常為圓錐形的熱沉10包含中空頂部26。LED模塊30 (圖6中示出)適于設(shè)置在頂部26 (如圖5所示)，以限定出基于MR或PAR的燈。LED模塊30包含一個(gè)或多個(gè)(在該示意性實(shí)施方式中為三個(gè)) 發(fā)光二極管(LED)器件32，其安裝在包含均熱器36的金屬基印刷電路板(MCPCB) 34上，例如包括MCPCB 34的金屬層。示意性LED模塊30進(jìn)一步包含螺紋口愛(ài)迪生基座40 ;然而， 諸如接合銷式基座或豬尾電子連接件的其他類型基座可替換愛(ài)迪生基座40。該示意性LED 模塊30進(jìn)一步包含電子器件42。電子器件可包括如圖所示的封閉電子器件單元42，或可為設(shè)置在熱沉10的中空頂部26中而不具有獨(dú)立殼體的電子組件。電子器件42可適宜地包括供電電路，以將A.C.電力(例如，110伏特，美國(guó)居民生活用電；220伏特，美國(guó)工業(yè)或歐洲用電等)轉(zhuǎn)換成適于操作LED器件32的(一般較低的)DC電壓。電子器件42可可選地包含其他組件，例如靜電放電(ESD)保護(hù)電路、保險(xiǎn)絲或其他安全電路、調(diào)光電路等。
本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“LED器件”應(yīng)理解為涵蓋無(wú)機(jī)LED或有機(jī)LED的裸半導(dǎo)體芯片；無(wú)機(jī)或有機(jī)LED的封裝半導(dǎo)體芯片；LED芯片“封裝件”，其中在該封裝件中，LED芯片安裝在一個(gè)或多個(gè)中間元件(例如子鑲嵌芯片(sub-mount)、引線框、表面安裝支撐件等)上； 包含波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換熒光體涂層的無(wú)機(jī)LED或有機(jī)LED且具有或不具有密封劑的半導(dǎo)體芯片(例如，涂敷有黃色、白色、琥珀色、綠色、橙色、紅色或設(shè)計(jì)為協(xié)作地產(chǎn)生白光的其他熒光體的紫外或紫色或藍(lán)色LED芯片)；多芯片無(wú)機(jī)LED器件或有機(jī)LED器件(例如，白色LED器件， 其包含三個(gè)LED芯片，該三個(gè)LED芯片分別發(fā)射紅光、綠光及藍(lán)光，且可能發(fā)出其他顏色的光，從而共同作用而產(chǎn)生白光)等。一個(gè)或多個(gè)LED器件32可以被構(gòu)造為針對(duì)給定照明應(yīng)用共同發(fā)射白光束、帶黃光束、紅光束或?qū)嵸|(zhì)上任何其他感興趣的顏色的光束。還可設(shè)想， 一個(gè)或多個(gè)LED器件32包含發(fā)射不同顏色光的LED器件，且電子器件42包含合適的電路來(lái)獨(dú)立地操作不同顏色的LED器件，以提供可調(diào)整光輸出。
均熱器36提供自LED器件32至導(dǎo)熱層14的熱連通?？梢砸愿鞣N方式實(shí)現(xiàn)均熱器36與導(dǎo)熱層14之間的良好熱連通，例如通過(guò)焊接、導(dǎo)熱粘合劑、借助于LED模塊30與熱沉10的頂部26之間的高導(dǎo)熱率焊盤的牢固機(jī)械配合等。盡管本文并未闡明，但可設(shè)想，將導(dǎo)熱層14設(shè)置在頂部26的內(nèi)直徑表面上，以提供或增強(qiáng)均熱器36與導(dǎo)熱層14之間的熱耦合。
參照?qǐng)D7，闡述一種制造方法。在此方法中，首先通過(guò)合適的方法(例如，通過(guò)模塑) 形成熱沉本體12 (圖中未示出該操作)，對(duì)于熱沉本體12包括塑料或其他聚合材料的實(shí)施方式，模塑法更便于形成熱沉本體12。形成熱沉本體12的其他方法包含鑄塑、擠壓(例如， 在制造圓柱形熱沉的情形下)等。采用噴涂50 (圖中用箭頭示意性地示出)來(lái)使外表面22 涂覆有包括富勒烯(例如設(shè)置在聚合物主體中的碳納米管)的導(dǎo)熱涂層14。也可采用其他涂敷方法，例如掩模浸潰涂敷法或刷式涂布等。結(jié)果為得到經(jīng)修改的熱沉10’，熱沉10’與圖 3及圖5中的熱沉10的不同之處在于，內(nèi)表面20’并不涂敷有導(dǎo)熱涂層14。若設(shè)置在外表面22 (其可選地包含鰭片或其他表面面積增強(qiáng)結(jié)構(gòu))上的導(dǎo)熱涂層14提供充分的最終輻射 /對(duì)流散熱，則此可接受。在這種實(shí)施方式中，內(nèi)表面20可選地涂敷有反射涂層52，以形成 MR或PAR或反射式燈的聚光反射器。還可理解，MR或PAR或反射式燈可包含其他光學(xué)組件 (未示出)，例如一個(gè)或多個(gè)菲涅爾透鏡或其他透鏡、一個(gè)或多個(gè)漫射器元件等。
如果需要在內(nèi)表面20 (通過(guò)圖3及圖5的熱沉10的示意性示例方式示出)上另外設(shè)置導(dǎo)熱涂層14，可重復(fù)圖7的噴涂，其中內(nèi)表面22面向噴涂器(即，圖7中所示的熱沉翻轉(zhuǎn)180° )?？商鎿Q地，可使用諸如涂刷的另一涂敷方法，其允許在內(nèi)表面20及外表面22 二者上進(jìn)行涂覆。
—般而言，在導(dǎo)熱涂層14中，富勒烯隨機(jī)定向在聚合物主體中。此為常見(jiàn)構(gòu)造，且為在WO 2009/052110A2及WO 2008/085550A2中所公開(kāi)的CNT層中的情形，這兩個(gè)申請(qǐng)通過(guò)引證結(jié)合于本文中。然而，在各向異性富勒烯(例如碳納米管)的情形下，也可設(shè)想成將導(dǎo)熱涂層14形成為其中碳納米管偏向平行于導(dǎo)熱層14的平面的選定定向的CNT層。這種定向使橫向?qū)嵯禂?shù)相比于“穿層(through layer)”導(dǎo)熱系數(shù)增強(qiáng)。導(dǎo)熱系數(shù)成為具有平面內(nèi)值σ u及“穿層”值σ ±的張量。對(duì)于偏向被定向在導(dǎo)熱層14的平面中的碳納米管， σ U〉。±及片導(dǎo)熱率變?yōu)?amp; = σ n · d0另外，若碳納米管偏向平行于導(dǎo)熱層14的平面的選定定向，則該張量具有進(jìn)一步分量(即，該平面內(nèi)值σ u被分解成不同平面內(nèi)方向的不同值)，且若選定的定向平行于期望的熱流方向，則可進(jìn)一步增強(qiáng)最終輻射/對(duì)流散熱的效率。 實(shí)現(xiàn)碳納米管的這種較佳定向的方式為在噴涂期間施加電場(chǎng)E (在圖中以用虛線繪制的大箭頭示意性地示出)。更一般而言，可在噴涂期間施加外部能量場(chǎng)，以對(duì)設(shè)置在聚合物主體中的碳納米管賦予非隨機(jī)定向。實(shí)現(xiàn)碳納米管的較佳定向的另一方式為使用涂刷在熱沉本體12上設(shè)置導(dǎo)熱層14，且沿著優(yōu)選的定向拖拉涂抹筆刷，以使得以機(jī)械方式使碳納米管偏向較佳定向。
在一些實(shí)施方式中，在熱沉本體12上設(shè)置導(dǎo)熱層14之后，適宜地通過(guò)加熱、紫外線光曝光等來(lái)固化導(dǎo)熱層14。在這種實(shí)施方式中，可采用與在一些液晶裝置中形成聚酰亞胺“配向?qū)印鳖愃频姆绞绞┘与妶?chǎng)或進(jìn)行機(jī)械拋光，以對(duì)納米管施加較佳的定向。
參照?qǐng)D8，示出了用于使材料導(dǎo)熱系數(shù)為4000W/m · K的導(dǎo)熱層的厚度優(yōu)化的模擬數(shù)據(jù)。在該模擬中，熱沉本體的材料導(dǎo)熱系數(shù)為2W/m*K，但已發(fā)現(xiàn)，結(jié)果僅在很小程度上取決于此值。圖8的值是關(guān)于長(zhǎng)度為O. 050m、厚度為O. 0015m且寬度為O. Olm的簡(jiǎn)化“厚片” 熱沉，其中導(dǎo)熱材料涂敷在厚片的兩面?？梢钥闯?，對(duì)于約15微米至20微米以上導(dǎo)熱層厚度，等效阻值僅在很小程度上取決于厚度。因此，薄至數(shù)十微米以下的層足以提供與熱傳導(dǎo)及后續(xù)經(jīng)由輻射及對(duì)流而將熱量移除至環(huán)境相關(guān)的穩(wěn)定狀態(tài)性能，其與塊金屬熱沉的性能是可媲美的。
一般而言，導(dǎo)熱層14的片導(dǎo)熱率應(yīng)足夠高以確保來(lái)自LED器件32的熱量均勻地散布在整個(gè)熱輻射/對(duì)流表面區(qū)域上。在由發(fā)明人執(zhí)行的模擬中(例如圖8所示的模擬)， 已發(fā)現(xiàn)，性能隨著導(dǎo)熱層14的厚度(對(duì)于給定材料導(dǎo)熱系數(shù))增加而得到改善，但一旦厚度超過(guò)一定水平就會(huì)變平(或更準(zhǔn)確地說(shuō)，性能對(duì)厚度曲線大約呈指數(shù)形式衰減)。在不受任何特定操作理論限制的情形下，認(rèn)為這是由于至周圍環(huán)境的散熱在材料具有較大厚度的情形下受限于輻射/對(duì)流熱阻值R_vertim及RIK，而非受限于經(jīng)由導(dǎo)熱層的熱傳遞的熱阻值 R—。換句話說(shuō)，在層厚度較大的情形下，串聯(lián)熱阻值R。?！噍^及Rik變得可以忽略。
參照?qǐng)D9及圖10，在塊金屬熱沉的熱模擬中，可以看到隨著材料導(dǎo)熱系數(shù)增加，出現(xiàn)的是類似的性能趨平。圖9示出了通過(guò)對(duì)于四個(gè)不同材料導(dǎo)熱系數(shù)(20W/m*K ；40ff/m -K ； 60ff/m ·Κ及80W/m ·Κ)模擬體熱沉的熱成像而獲得的結(jié)果。圖9中繪制了針對(duì)每個(gè)模擬的 LED板(“芯片上電路板”，即CoB或Tboard)溫度。可以看出，CoB溫度下降在80ff/m · K時(shí)開(kāi)始趨平。圖10繪制了在導(dǎo)熱系數(shù)不超出600W/m · K的情形下，CoB溫度與體熱沉材料材料導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系，其示出在100W/m · K至200W/m · K范圍內(nèi)，基本上性能趨平。在不受任何特定操作理論限制的情形下，認(rèn)為這是由于在更高(塊)材料導(dǎo)熱系數(shù)的情形下，至周圍環(huán)境的散熱受限于輻射/對(duì)流熱阻值R_vec;tim及RIK，而非限于通過(guò)導(dǎo)熱層的熱傳遞R_du。一的熱阻值。換句話說(shuō)，在高(塊)材料導(dǎo)熱系數(shù)下，串聯(lián)熱阻值Rrandurtim相比R_—及Rir 可忽略。
基于上文，在一些設(shè)想的實(shí)施方式中，導(dǎo)熱層14的厚度為500微米以下，且導(dǎo)熱系數(shù)為50W/m*K以上。然而，由于CNT層的導(dǎo)熱系數(shù)可超過(guò)50W/m*K量級(jí)值(例如，參見(jiàn)上文 Berber等人的文獻(xiàn))，可使用實(shí)質(zhì)上較薄的CNT層。例如，鋁的(體)導(dǎo)熱系數(shù)一般為約100W/ m ·Κ。從圖8中可以看出，對(duì)于厚度為約20微米以上的導(dǎo)熱系數(shù)為4000W/m ·Κ的CNT層，可實(shí)現(xiàn)散熱性能超過(guò)塊鋁熱沉的散熱性能。根據(jù)片導(dǎo)熱率來(lái)按比例調(diào)整Ks= σ ·(!，(在此示例中，σ =4000W/m · K，且d=20微米，從而得出Ks=O. 08W/K)，對(duì)于厚度為約80微米的 IOOOff/m · K的CNT層或厚度為約100微米的800W/m · K的CNT層或厚度為約200微米的 400ff/m · K的CNT層，可實(shí)現(xiàn)散熱性能超過(guò)塊鋁熱沉的散熱性能。對(duì)于給定的CNT層厚度， 增加該CNT層的導(dǎo)熱系數(shù)(例如，通過(guò)增加該層中的碳納米管的密度，或通過(guò)使用各個(gè)具有更高導(dǎo)熱系數(shù)的碳納米管)可增強(qiáng)散熱性能。類似地，對(duì)于給定的CNT層的導(dǎo)熱系數(shù)，增加該CNT層厚度可增強(qiáng)散熱性能。
參照?qǐng)D11及圖12，所公開(kāi)的熱沉方面可結(jié)合在各種類型的基于LED的燈中。
圖11示出了適于改造白熾燈A字形燈泡的“A字形燈泡”燈的側(cè)視截面圖。熱沉本體62形成結(jié)構(gòu)性基礎(chǔ)，且可適合地制成為模塑塑料元件，例如，由聚合材料(例如聚(甲基丙烯酸甲酯)、尼龍、聚乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚異戊二烯、丁苯熱塑橡膠、聚雙二環(huán)戊二烯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚苯醚、硅烷樹(shù)脂、聚酮、熱塑性塑料等)制成。包括CNT層的導(dǎo)熱層 64設(shè)置在熱沉本體62上。更一般而言，導(dǎo)熱層64可為包括設(shè)置在聚合物主體中的富勒烯 (例如，碳納米管、也被稱為“巴基球”的巴克敏斯特富勒烯、二十面體富勒烯或此類物)的富勒烯層。導(dǎo)熱層64可以以與圖3至圖5及圖7中的MR/PAR燈的實(shí)施方式的導(dǎo)熱層14的制造方式相類似的方式制造。
燈基座部66與熱沉本體62緊固一起以形成燈本體。燈基座部66包含螺旋口愛(ài)迪生基座70，其類似于圖3至圖5及圖7的實(shí)施方式的MR/PAR燈的實(shí)施方式的愛(ài)迪生基座 40。在一些實(shí)施方式中，熱沉本體62和/或燈基座部66限定中空區(qū)域71，其容納用于將在該愛(ài)迪生基座70接收到的電力轉(zhuǎn)換為適于驅(qū)動(dòng)LED器件72的操作電力的電子器件(圖中未示出)，其中LED器件72提供燈光輸出。LED器件72安裝在金屬基印刷電路板(MCPCB) 或與導(dǎo)熱層64熱連通的其他均熱支撐件73上。均熱器73與導(dǎo)熱層64之間的良好熱耦合可以可選地通過(guò)焊接、導(dǎo)熱粘合劑等來(lái)增強(qiáng)。
為了在大立體角范圍(例如，至少2JI球面度)內(nèi)提供基本上全方向光輸出，在LED 器件72上設(shè)置漫射器74。在一些實(shí)施方式中，漫射器74可包含(例如，涂敷有)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換熒光體。對(duì)于產(chǎn)生基本為朗伯光輸出的LED器件72而言，漫射器74為基本上球形且LED 器件72位于漫射器74的周邊的所示配置可增強(qiáng)輸出照明的全方向性。
參照?qǐng)D12，示出了變形“A字形燈泡”燈，其包含具有愛(ài)迪生基座70的基座部66 以及圖11的燈的漫射器74，且還包含LED器件72 (在圖12的側(cè)視圖中不可見(jiàn))。圖12的燈包含熱沉80，其類似于圖11的燈的熱沉62、64，且具有熱沉本體(在圖12的側(cè)視圖中不可見(jiàn))，熱沉本體涂敷有導(dǎo)熱層64 (在圖12的側(cè)視透視圖中用交叉影線所指示)，導(dǎo)熱層64 包括設(shè)置熱沉本體上的CNT層。圖12燈與圖11中的燈的不同之處在于，熱沉80的熱沉本體的形狀被成形為限定在漫射器74的部分之上延伸的鰭片82。替換示意性鰭片82，熱沉本體可被模塑成具有其他熱輻射/熱對(duì)流/熱表面面積增大的結(jié)構(gòu)。
在圖12的實(shí)施方式中，可預(yù)想到，熱沉80的熱沉本體及漫射器74包括單個(gè)整體性的模塑塑料元件。然而，在此情形下，單個(gè)整體的模塑塑料元件應(yīng)由光學(xué)透明或半透明材料(使得該漫射器74可透射光)制成。此外，如果CNT層64光學(xué)上吸收燈光輸出，則如圖12 所示，CNT層64應(yīng)僅涂敷熱沉80，而不涂覆該漫射器74。這可通過(guò)在噴涂期間對(duì)漫射器表面進(jìn)行合適的掩模來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖13及圖14示出了與熱沉80基本上相同的可替代熱沉80’、80〃，不同之處在于， 鰭片并不延伸遠(yuǎn)至漫射器74之上。在這些實(shí)施方式中，漫射器74及熱沉80’、80〃的熱沉本體可以是分離注塑(或以其他方式分離制造)的元件，可簡(jiǎn)化將CNT層64設(shè)置在熱沉本體上的處理。
以上已經(jīng)示出并描述了優(yōu)選實(shí)施方式。明顯地，一旦閱讀和理解之前的詳細(xì)描述， 修改和替換是可行的。目的在于，本發(fā)明被構(gòu)建為包括所有這種修改和替換，只要它們?cè)谒綑?quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括包含導(dǎo)熱層的熱沉，所述導(dǎo)熱層包括設(shè)置在聚合物主體中的富勒烯及納米管中的至少一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述導(dǎo)熱層的厚度為500微米以下，且導(dǎo)熱系數(shù) 為50W/m · K以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述導(dǎo)熱層的厚度為200微米以下，且導(dǎo)熱系數(shù) 為400W/m · K以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述導(dǎo)熱層的厚度為100微米以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述導(dǎo)熱層的厚度為80微米以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述導(dǎo)熱層包括設(shè)置在聚合物主體中的碳納米管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述碳納米管隨機(jī)定向在所述聚合物主體中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述碳納米管偏向平行于所述導(dǎo)熱層的平面的 選定定向。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述熱沉進(jìn)一步包含熱沉本體，所述導(dǎo)熱層設(shè)置在所述熱沉本體上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述熱沉本體包含表面面積增強(qiáng)散熱結(jié)構(gòu)，且 所述導(dǎo)熱層至少設(shè)置在所述表面面積增強(qiáng)散熱結(jié)構(gòu)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述表面面積增強(qiáng)散熱結(jié)構(gòu)包括散熱鰭片。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述熱沉本體具有相對(duì)較低的導(dǎo)熱率，且所述 導(dǎo)熱層具有相對(duì)較高的導(dǎo)熱率。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述熱沉本體是絕熱的。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述熱沉本體為塑料熱沉本體。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，進(jìn)一步包括發(fā)光二極管(LED)模塊,所述發(fā)光二極管模塊包含一個(gè)或多個(gè)LED器件；其中，所述LED模塊與所述熱沉緊固且熱連通以形成基于LED的燈。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述基于LED的燈具有A字形燈泡結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述熱沉本體包括中空的且通常的圓錐形熱沉本體，且所述熱沉包括中空的且通常的 圓錐形熱沉，其中所述導(dǎo)熱層至少設(shè)置在所述中空且通常的圓錐形熱沉本體的外表面上； 并且所述LED模塊設(shè)置在所述中空的且通常的圓錐形熱沉的頂部，以將所述基于LED的燈 限定為基于MR或PAR的燈。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述導(dǎo)熱層僅設(shè)置在所述中空的且通常的圓 錐形熱沉本體的外表面上。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，進(jìn)一步包括聚光反射器，所述聚光發(fā)射器包括設(shè)置在所述中空的且通常的圓錐形熱沉的內(nèi)表面上 的反射層。
20.—種方法,包括形成熱沉本體；以及將導(dǎo)熱層設(shè)置在所述熱沉本體上，所述導(dǎo)熱層包括設(shè)置在聚合物主體中的納米管。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述納米管包括碳納米管。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述形成包括將所述熱沉本體模塑為模塑的塑料熱沉本體。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述設(shè)置包括在所述熱沉本體上噴涂所述導(dǎo)熱層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述設(shè)置進(jìn)一步包括在所述噴涂期間施加外部能量場(chǎng)，以對(duì)設(shè)置在所述聚合物主體中的所述納米管賦予非隨機(jī)定向。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述設(shè)置包括在所述熱沉本體上涂刷所述導(dǎo)熱層，其中所述涂刷對(duì)設(shè)置在所述聚合物主體中的所述納米管賦予非隨機(jī)定向。
全文摘要
一種熱沉(10)包含導(dǎo)熱層(14)，所述導(dǎo)熱層包括設(shè)置在聚合物主體中的富勒烯及納米管中的至少一個(gè)。所述導(dǎo)熱層可設(shè)置在熱沉本體上，所述熱沉本體可絕熱和/或?yàn)樗芰?，且可包含表面面積增強(qiáng)散熱結(jié)構(gòu)，例如鰭片(16)，所述導(dǎo)熱層至少設(shè)置在所述表面面積增強(qiáng)散熱結(jié)構(gòu)上?；诎l(fā)光二極管(LED)的燈的實(shí)施方式包含所述熱沉及包含一個(gè)或多個(gè)LED器件(32)的LED模塊(30)，所述LED模塊與所述熱沉緊固且熱連通。方法實(shí)施方式包含形成所述熱沉本體并將所述導(dǎo)熱層設(shè)置在所述熱沉本體上。所述設(shè)置可包括噴涂。在噴涂期間可施加外部能量場(chǎng)，以對(duì)所述聚合物主體中的納米管賦予非隨機(jī)定向。
文檔編號(hào)F21V29/00GK102939501SQ201180027211
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者阿什法克·I·喬杜里, 加里·R·艾倫 申請(qǐng)人:Ge照明解決方案有限責(zé)任公司