CN102933890A - 用于光源热量管理的透明导热聚合物复合材料 - Google Patents

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Abstract

提供了一种发光设备。所述发光设备包括光传输外壳（32），与散热板进行热传递的光源（40），和多个散热翅片（60），与所述散热板进行热传递并沿一个方向延伸，使所述散热翅片与所述光传输外壳（32）相邻。所述多个散热翅片包括碳纳米管填充的聚合物复合材料。

Description

用于光源热量管理的透明导热聚合物复合材料
技术领域
本申请要求2010年1月12日提交的美国临时申请序列号61/294,231的益处。2010年1月12日提交的美国临时申请序列号61/294,231的全部内容通过引用结合到本文中。
背景技术
目前示例性的实施方式涉及照明设备，尤其是包括发光二极管（LED）的照明设备。然而，应当理解的是，目前示例性的实施方式对其它类似应用也是可行的。
传统上白炽灯和卤素灯用作全方位的、非定向的和定向的光源，尤其是在住宅、酒店，和零售照明应用上。全方位灯是为了在远场提供基本上均匀的强度分布与角相对，远离所述灯大于1米，并发现多种应用例如在桌灯、台灯、装饰灯、枝形吊灯、顶棚灯，和在各个方向上希望光均匀分布的其它应用。
最近，已有对于比传统光源，例如白炽灯和卤素灯具有更高能量效率的光源的市场需求。在过去的十年，紧凑型荧光灯（CFL）基于它们相对于白炽灯和卤素灯（10-25LPW，1-5kHr）的高效率（~50-60LPW）和长寿命（~5-10kHr）具有不断上涨的市场份额，尽管它们相对较差的光色品质、预热时间、变暗能力和购置成本。固态光源，例如LED，最近发展成高效率全方位的和定向的光源的主要选择，而LED和OLED发展为非定向光源的选择来源。为高效率非定向的照明而选择的所述光源取决于应用并可以改变。
参考图1，描述了坐标系，本文所用的坐标系以描述由白炽灯或更一般地由任何意欲生成全向（无定向）照明的灯产生的照明空间分布。所述坐标系是球形坐标系型，并参考白炽灯L在图1中进行了描述。为了描述远场照度分布（照明分布，distribution），可考虑所述灯L位于点L0，例如可能与所述白炽灯的灯丝的位置一致。传统地应用于地理学领域的适应球形坐标的符号，可通过海拔或纬度坐标θ以及方位角或经度坐标Φ来描述照明方向。然而，所述地理学领域惯例的偏差中，本文所用的所述海拔或纬度坐标θ采用范围[0°,180°]，其中：θ=0°相当于“地理学的北”或“N”。这是方便的，因为它允许照明沿方向θ=0°以对应于方向向前的光。所述北方向，即，方向θ=0°，本文也称为光轴。使用这个符号，θ=180°相当于“地理学的南”或“S”或，在光照情况下，相当于方向向后的光。所述海拔或纬度θ=90°相当于“地理学的赤道”或，在光照情况下，相当于横向方向的光。
继续参考图1，对于任何给定的海拔或纬度θ0，也可定义每一处与所述海拔或纬度θ0正交的方位角或经度坐标Φ。根据地理学的符号，所述方位角或经度坐标Φ范围为[0°,360°]。
会理解，在精确地北或南，即，在θ=0°或θ=180°（换句话说，沿所述光轴），所述方位角或经度坐标没有任何意义，或者，也许更准确地说，可考虑简并（degenerate）。另一个“特殊”坐标是θ=90°，它定义了所述光轴的横截面，其包括所述光源（或，更准确地说，包括为远场计算的所述光源的名义位置，例如图1中所示的说明性实施例中的所述点L0）
实际上，实现横穿整个经度跨度Φ=[0°,360°]上的均匀光照强度通常不困难，因为是关于所述光轴旋转对称直接建立光源（即，大约所述轴θ=0°）。例如，所述白炽灯L合适地采用位于坐标中心L0的白炽灯灯丝，可设计其为发射基本全向的光，从而对任何纬度的所述方位角θ分别提供均匀光照分布（照度分布）。
然而，对所述海拔或纬度坐标Φ分别实现理想的全向光照通常是不切实际。例如，建立所述灯L以适合标准“爱迪生灯座”灯架，并朝着这一端，所述白炽灯L包括螺纹的爱迪生灯座EB，这可能为，例如，E25、E26，或E27灯座，其中数字表示导通所述灯座EB的螺旋的外径，以毫米计。所述爱迪生灯座EB（或，更一般地，位于所述光源的“后面”的任何功率输入系统）位于在所述光源位置L0“后面”的所述光轴上，并因此阻挡了向后的光照（即，阻挡了沿所述南纬度的光照，即，沿θ=180°），因此所述白炽灯L不能提供相对所述纬度坐标θ的理想的全方位光。
然而，商业的白炽灯是容易制造的，它提供了照明横穿纬度跨度θ=[0°,135°]，这是均匀的，在美国能源部和美国环保局颁布的能源之星标准（Energy Star standard）规定的±20%内。对于全方位灯(或称全向灯)，通常认为这是可接受的照明分布（照度分布）均匀性，尽管使这个跨度延伸更长是有利的，例如以均匀性为±10%延伸至跨度θ=[0°,150°]。在本领域，在大规模纬度范围上（例如，约θ=[0°,120°]或更优选地约θ=[0°,135°]或仍更优选地约θ=[0°,150°]）具有相当的均匀性的此种灯，通常被认为是全方位灯，即使均匀性范围小于[0°,180°]。同样地，定向灯被定义为至少有80%的光在0至120度内，包含在光源中心的球体的总4π弧度的75%。非定向灯不符合定向或全方位灯的要求。
通过与白炽灯和卤素灯相比，固态照明技术，例如发光二极管（LED）装置本性上是高度定向的。例如，LED装置，带或不带封装，典型地在定向的朗伯空间强度分布上发射，具有在θ=[0°,90°]范围内随cos(θ)变化的强度并且对于θ>90°时具有零强度。半导体激光器本质上甚至是更加定向的，并确实发射本质上可描述为限制成围绕θ=0°的狭圆锥体的向前方向的光束的分布。
在普通照明应用中全方位灯的另一个考虑是光色品质。对于白色灯，期望用所需的色温着色白色灯（例如，“冷”白光，或“暖”白光，用所需的色温取决于应用、地理区域偏好、或其它个性化的选择）。生成的白光再现（rendition）也应该具有高显色指数（CRI），这可作为发射光“白度”的质量度量。再次，白炽灯和卤素灯具有超过固态照明的优势。例如，可制造白炽灯的灯丝以产生良好色温和CRI特性，而LED装置本质上产生近似地单色光（例如，红色、或琥铂色、或绿色，等等其它）。通过包括“白色”荧光粉涂层于所述LED上，可接近白光再现，但所述再现的色温和CRI与白炽灯和卤素灯相比一般仍然是较差的。
另外，固态照明的另一个挑战是需要辅助组件，例如电子器件和散热元件。需要散热是因为LED装置高度温度敏感。需要LED装置的适当的热量管理以保持操作的稳定性和整个系统的可靠性。典型地，解决方式是配置相对大质量的散热材料（即，散热板）接触或者与所述LED装置有良好的热接触。被所述散热板占用的空间阻挡了照明，从而进一步限制了产生全方位的基于LED的灯的能力。优选地具有大体积和表面积的所述散热板，以便辐射热远离所述灯-然而，对于全方位光源这种安排是有问题的，因为大部分的所述角度范围（例如，约θ=[0°,130°]或更优选地约θ=[0°,150°]）用于光输出，这限制了可用的体积和表面积。机载电子器件的需要进一步使设计复杂化。典型地，通过接受角度范围和散热之间的权衡（例如，减少均匀光输出至某物的范围接近θ=[0°,90°]并且使所述散热板接近半球的元件）解决了这些困难。可替换地，可作为热传导路径而不是散热器来配置所述散热板，并且所述电子器件和热辐射器或热分散位于远程接合灯架（lamp fixture）上。日本公布文本JP 2004-186109 A2中展示了这种安排的一个实施例，其中公开了一种包括光源和含有用于驱动光源的所需电子器件和热辐射元件的定制固定设备的筒光。JP 2004-186109A2所述的灯是“筒光”并输出在纬度范围为θ~[0°,90°]或更小（在这种情况下，所述“北”方向是指“向下”，即远离天花板）的光。
尽管有这些挑战，曾尝试制造单片基于LED的全方位光源。这是因为固态照明比传统光源显示的益处，例如更低的能耗、更长的寿命、提高的坚固性、更小的尺寸和更快的转换。然而，LED需要比传统光源更精确的电流控制和热量管理。据了解，LED应保持低的温度以确保有效的光生产、寿命期内的流明维护，和高可靠性。如果热量不能迅速消除，所述LED可能会变得过热，阻碍了其效率和使用寿命。现有技术热量管理的应对措施，大的体积、质量和表面积的所需散热翅片导致完整的LED灯具有不期望的大质量和尺寸，以及光强度分布的差的均匀性。
用于LED灯热量管理的所述典型的现有技术材料，铝，的热导率，取决于合金和制造过程，约为80-180W/m-K。将聚合物用作热量管理材料，可减少LED替代灯的重量和成本，如果所述聚合物的热导率增加的话。最近，已开发了一些聚合物复合材料，努力提高热导率和在LED应用中的整体系统性能。已引入了导热聚合物填充的复合材料，使良好的热导率（高达25W/m-K）与良好的热变形温度（HDT）和可加工性相结合。然而，所述复合材料是不透明的，并因此会阻挡来自灯的光照。可替换地，为应用于触摸屏，已开发了透明导电聚合物填充的复合薄膜。但是，这些材料关注于电性能，并且通常不提供高的热导率。
本公开涉及解决LED、OLED灯和照明系统中的热量管理的重量、尺寸和成本问题，而同时避免光阻塞，通过在光传输聚合物中提供迄今为止相对高热导率的不透光聚合物，并把所述光传输聚合物的设计并入所述LED或OLED灯或照明系统中。这可能包括创建一体化解决方案，集成LED照明、热传递（散热板）、反射器配件，和冷却配件。特别地，本公开涉及在集成的基于LED的全方位光源中的热传递的优化。集成光源通常为灯或照明系统，提供了需要的所有功能以接受来自市电电源的电源并创建和分布光至照明模型中。所述集成光源典型地由电力驱动器、用以转换电成光的LED或OLED光引擎、用以分布光至有用的模式中的光学元件的系统，和用以从驱动器和光引擎中消除废热并驱散热量至周围环境中的热量管理元件的系统组成。散热板性能是用于传送和辐射至周围环境的材料、几何和传热系数的函数。一般地，通过增加扩展面积来增加所述散热板的表面积，例如翅片会改善散热板的热性能。然而，由于在大多数LED和OLED应用中，所述散热板的目标是提供所述光引擎和所述驱动器的最冷的可能温度，那么所述散热板提供非常大的表面积通常是可取的。被所优选的散热板占用的空间可能干扰所优选的光学系统所需的空间，并因此将阻挡照明，从而限制所述灯或所述照明系统的照明潜力。因此，最佳的热能消散/扩散必须将高热导率和光透明或半透明结合一起以确保该消散/扩散表面不会阻挡来自光源的光辐射。
发明内容
本文公开的实施方式如说明性的实施例。根据本公开的一方面所述，提供了一种发光设备。所述发光设备包括光传输外壳，与散热板进行热传递的光源，和与所述散热板进行热传递的多个散热翅片，该散热翅片沿一个方向延伸使所述散热翅片与所述光传输外壳相邻。所述多个散热翅片包括碳纳米管填充的聚合物复合材料。
根据另一方面所述，提供了一种发光装置，该发光装置包括安装到灯座上的LED光源，配置成扩散和传输来自所述LED光源的光的光传输扩散器，和与所述灯座进行热传递的一个或多个导热散热翅片。所述散热翅片包括含有碳纳米管填充的聚合物复合材料的导热材料。
仍在另一个实施方式中，提供了一种发光装置。所述发光装置包括基板，所述基板具有一个或多个有机发光元件与在其上形成的第一电极、一个或多个传导层、置于所述第一电极之上的一个或多个有机发光层、位于所述发光层之上的第二电极，和位于所述第二电极之上并固定（粘贴，affix）到基板上的封装盖。所述基板和所述盖的至少之一由碳纳米管填充的聚合物复合材料组成。
附图说明
本发明可采取以各种组件和组件安排的形式，和以各种工艺操作和工艺操作安排的形式。附图只是为了说明实施方式，不应解释为限制本发明。
图1用图解法显示了，参考传统白炽灯泡，本文所用的坐标系以描述光照分布（照度分布）；
图2用图解法显示了采用平面的基于LED的朗伯光源的全方位基于LED的灯和球形扩散器的侧视图；
图3说明了采用图2所述的灯的原理的两个说明性的基于LED的灯的侧视图，该灯进一步包括爱迪生灯座使在传统的白炽灯插座上安装成为可能；
图4说明了改型的基于LED的灯泡的侧面透视图，大致与图3所述的灯类似，但进一步包括翅片；
图5a说明了为全方位白炽灯应用的现有技术LED替代灯；
图5b说明了为定向白炽灯应用的现有技术LED替代灯；
图6显示了常用材料的热导率表；
图7a用图解法展示了作为温度K的函数的碳纳米管热导率；
图7b用图解法展示了温度在200至400K之间碳纳米管的热导率（实线），与限制的石墨单体（点划线），和AA石墨的基面（点线）相比；
图8说明了根据本公开所述部分的有机发光装置。
具体实施方式
本公开涉及解决在LED和OLED灯和照明系统中热量管理的重量、尺寸和成本问题，而同时避免光阻塞，通过在光传输聚合物中提供迄今为止相对高热导率的不透光聚合物，并把所述光传输聚合物的设计并入所述LED或OLED灯或照明体统中。这个解决方案利用填充相对低密度的高热导率碳纳米管的聚合物复合材料，使所述复合材料聚合物的热导率和铝的相当，而所述光传输（光学透射，optical transmission）和透明玻璃的相当，因此所述复合材料聚合物可用作散热翅片和导热光学元件。
参考图2，基于LED的灯包括平面的基于LED的朗伯光源8和光传输球形外壳10，配置成能够用于LED灯以提供全方位照明模式来替代通用的白炽灯泡。然而，在某些实施方式中的可能优选其它形状以提供其它照明模式，例如定向的或非定向的照明模式。所述平面的基于LED的朗伯光源8最好参见图2的部分分解视图，其中所述扩散器（柔光镜，散射体，diffuser）10脱出并且所述平面的基于LED的照明光源8倾斜于视图中。所述平面的基于LED的朗伯光源8包括一个或多个发光二极管（LED）装置设备12、14，然而，被认可的是，这个公开并不仅简单的包括利用LED，而是也包括利用有机LED（OLED）。
所说明的光传输外壳10基本上是空的并具有扩散光的球形表面。在一些实施方式中，所述球形外壳10由玻璃组成，尽管也考虑含有另一个光传输材料，例如塑料的扩散器（散射体）。可以各种方式制作所述外壳10的表面光扩散，例如：磨砂或其它织构化以促进光扩散；用光扩散涂料涂层，例如一种类型的淡白色扩散涂料（可从美国，纽约，通用电气公司购得）在一些白炽灯灯泡的玻璃灯泡上用作光扩散涂料；在所述玻璃、塑料或所述扩散器的其它材料中嵌入光散射颗粒；及其各种组合；或等等。
所述基于LED的朗伯光源8可能包括一个或许多光源（LED）12、14。激光LED装置也考虑并入所述灯。
所述LED灯的性能可通过其使用寿命来量化，如通过流明维持和随着时间的可靠度来确定。而白炽灯和卤素灯典型地具有寿命范围为~1000到5000小时，LED灯可达>25,000小时，并且可能高达100,000小时或更长。
在产生光子的半导体材料中的p-n结的温度是确定LED灯寿命的重要因素。在结温度约100℃或更低时可获得长的灯寿命，而在约150℃或更高时严重地产生更短的寿命，和在中间温度具有递变的寿命。在典型的高亮度LED约2009年（~1瓦特-50-100流明，~1×1平方毫米）的半导体材料内的消耗的功率密度约为100Watt/cm2。相比之下，在陶瓷金卤灯（CMH）弧管的所述陶瓷外壳中的消耗的功率典型地约为20-40W/cm2。然而，CMH灯中的陶瓷在约1200-1400K在其最热点进行操作，所述LED装置的半导体材料应在约400K或以下进行操作，尽管比所述CMH陶瓷具有超过2倍的更高的功率密度。在灯泡和环境中的热点之间的温度差，其中在所述CMH灯的情况下，必须消耗功率约1000K但对于所述LED灯仅约100K。因此，LED灯的热量管理效率必须是典型的HID灯热量管理的十倍。
所述基于LED的朗伯光源8安装到灯座18上，灯座可能同时是电的和散热的。所述LED装置以平面的方向安装在电路板16，可选的印刷金属芯的电路板（MCPCB）上。基座元件18为MCPCB提供了支撑并是导热的（散热）。当设计散热板时，在被动冷却的热电路中，限制的热阻抗典型地是对流和辐射到大气中的对流和辐射的阻抗（即，热耗散进入大气）。两个阻抗通常与所述散热板的表面积成正比。在应用替换灯的情况下，其中所述LED灯必须适合进入相同的空间如被替代的传统的爱迪生型白炽灯，在暴露在大气中的表面积的可用量上存在固定的限制。因此，有利于利用尽量多的该可行的（available）表面积用于将热量耗散至大气中。
现在参考图3说明了该设计的组件，其被配置为单件发光设备。图3中基于LED的灯包括爱迪生型螺纹灯座电连接器30，形成了传统白炽灯的爱迪生灯座电连接器的直接替代。（也考虑采用另一种类型的电连接器，例如在欧洲有时用作白炽灯泡的卡口固定件类型）。图3的灯包括球形或类似球形的扩散器（散射体）32，和相应的球面的基于LED的光源36，其正切地设置在相应的球形扩散器（散射体）32的底部。基于LED的光源36相对于所述球形或类似球形的扩散器32被正切地配置，并包括LED装置40。在图3中，所述基于LED的光源36包括小数量的LED装置40（示出了两个），并提供了基本上朗伯光强度分布，与所述球形扩散器（散射体）32耦合。
继续参考图3，电子驱动器44，插在所述平面的LED光源36和所述爱迪生灯座电连接器30之间，如图4所示。所述电子驱动器44包含在每个灯座平衡的由散热材料制成的灯座50内（即，未被相应的电子器件占据的每个灯座的部分）。所述电子驱动器44本身足够转换在爱迪生灯座电连接器30上接收的所述交流电功率（例如，可在美国住宅和办公地点中的爱迪生型灯插座获得的常规类型的110伏交流电或可在美国住宅和办公地点中的爱迪生型灯插座获得的常规类型的220伏交流电）为形式适合的格式以驱动所述基于LED的光源36。（同样可考虑采用另一种类型的电连接器，例如在欧洲有时用作白炽灯泡的卡口固定件类型）。
希望制造大的所述灯座50以容纳大型电子器件体积并提供足够的散热，但也优选地将所述灯座配置为使所述阻塞角减至最小，即保持光在高达30°上连续的。通过对基于LED的光源零件36采用小的接收面积，制作该光源零件的尺寸大约与所述基于LED的光源相同，并具有角度小于期望的阻塞角的侧面（截锥体形状），在相应的灯座50上同时考虑这些因素。该成角度的灯座侧面远离所述基于LED的光源延伸至足以使所述成角度的侧面匹配直径d灯座的圆柱灯座部分的距离，d灯座足够大以容纳所述电子器件。
会理解，图3和4中的灯的外部形状被所述扩散器32、灯座50和所述爱迪生型螺纹灯座电连接器30限定，有利地配置以具有类似于爱迪生型白炽灯泡的形式（即，外部形状）。所述扩散器32限定了大致与所述白炽灯泡的“灯泡”相一致的部分，包括成角度的侧面54的所述灯座50与爱迪生型白炽灯泡的灯座区有些类似，并且所述爱迪生型螺纹灯座电连接器30与爱迪生型电连接器标准一致。
所述散热板灯座的角度有助于保持的均匀光分布至高角度（例如，至少150°）。如果截止角>30°，在所述方位角的角度中（灯顶部至底部）具有均匀远场强度分布将是几乎不可能的。同样，如果所述截止角太浅<15°，在灯的剩余部分内将没有足够的空间以容纳所述电子器件和灯座。最佳角度20-30°是可取的以保持所述光分布均匀性，同时在灯内为实际元件留下空间。所述目前LED灯提供了从0°（灯上面）到150°（灯下面）的均匀输出，优选地150°。这是对传统的A19白炽灯泡的极好的替代。
如图4所示，可以包括与所述灯座50进行热传递的多个热辐射翅片60。这样，图4所述的灯是集成的发光设备，适应于安装在照明器材（未显示），通过连接所说明的爱迪生型电连接器30（或卡口连接器或包含在所述集成的发光设备中的其它类型的电连接器）至所述照明器材（lightingfixture）的接合插座。图4所述的集成的发光设备是独立的全方位发光设备，不依赖于用于散热的所述照明器材或驱动电子器件。因此，图4所述的单件发光设备是合适的，例如，作为一个改型灯泡。翅片60加强了从所述灯座50到空气或其它周围环境的辐射热交换。本质上，所述灯座50的散热板包括含有翅片60的延伸，这种在所述球形扩散器32上的延伸进一步加强了到热量周围环境的辐射和对流，该热量是由所述基于LED的照明单元36'的LED集成电路片产生的。翅片60纬向延伸朝向所述灯的北极θ=0°与所述球形扩散器（散射体）14相邻。所述翅片60被定形以与爱迪生型白炽灯泡希望的外表形状一致。有利地，所述设计为A-19灯泡提供了一种适合在ANSE轮廓内的基于LED的光源。所述LED外部灯泡具有光传输和热消耗表面双重目的的功能。翅片60在成角度的侧面（角边，angled sides）54、56上与所述灯座连接。此外，对翅片形状没有具体要求。
图4所述的散热翅片60可由铝，或不锈钢，或其它金属或具有可接受的高热导率的金属合金组成。所述散热翅片60可能具有所述基板金属的自然色，或它们可能被涂色或涂黑色或其它颜色以加强热量辐射，或它们可能被涂色或涂白色或其它浅色以加强可见光的反射率。然而，金属散热翅片尺寸必须最小化，或相对于光源放置以减少由于所述散热翅片对光的吸收和散射所造成的对光分布模式的负面影响。在集成替代灯的应用中，在所述灯尺寸和形状上具有规定的限制，这种对所述散热翅片尺寸、形状和位置的限制导致光输出的不希望的减少和光分布的变形，或由散热翅片提供的对所述LED或OLED光源的冷却减少。在集成LED灯打算替代全方位白炽灯的情况下，在现有技术实施方式中已选择的折中方法是严格限制光输出的分布角的范围，如在图5a-b中所述。在大部分LED替代灯为全方位白炽灯的应用的情况下，如图5a所述，所述光分布仅占优选分布的总4π立体弧度的约1/2，而剩余的1/2的角度范围被所述散热翅片60阻挡。在大部分LED替代灯为定向白炽灯和卤素灯的应用的情况下，在图5中例证，所述散热翅片60从总4π弧度的约1/2被排除（阻止，precluded），以致来自所述散热翅片60的所述光分布可能没有变形地发射。
根据一个实施方式所述，图4中所述的散热翅片60由导热材料制造，并更优选地导热碳纳米管复合材料。碳纳米管（CNT）是具有圆柱形纳米结构的碳的同素异形体。一般而言，拉长碳纳米管的管体，其典型地在周围只有几个原子。单壁碳纳米管（SWNT）和多壁碳纳米管（MWNT）都已被确认。MWNT具有围绕石墨层的中央管，而SWNT只有一个管并无石墨层。CNT具有理想的强度、重量，和电导率。已发现CNT的热和电传导优于铜或金并具有100倍的钢抗拉强度，仅钢1/6的重量。室温下，CNT的热导率的范围典型地为1000-6000W/m-K或稍高并且在低温下可为进一步更高数量级。然而，在主材料中碳纳米管表现出差的分散和凝聚使得在复合材料中使用CNT困难。通过引用结合到本文中的美国7,094,367和美国7,479,516，描述了在基质聚合物基体中分散CNT的一些常见方法，例如聚（甲基丙烯酸甲酯）、尼龙、聚乙烯、环氧树脂、聚异戊二烯、SBS橡胶(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物橡胶)、聚双环戊二烯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚苯醚、硅酮、聚酮，和热塑性塑料，等，其包括聚合物和碳纳米管的溶液混合（solution mixing）、超声处理和熔融加工的组合、熔融掺混、纳米管存在下的原位聚合。
在基质聚合物基体（主聚合物基体，host polymer matrice）中分散CNT的另一个方法包括编织长股的SWCNT成织物（布，cloth）形成高导热碳纳米管的连续结构。如上所述，SWNT是直径尺寸约1纳米和长几微米的独特的一维导体。长股SWCNT商业上是可买到的，例如来自Eikos,Inc.。如果将SWNT嵌入在透明聚合物基体内的层状结构中，使得当织物在下面时在任何织物中的SWCNT的每股/线完美地位于相同线的顶部，那么多层SWCNT织物可以生产成具有90-95%开度（opening，孔口）。这种布置提供了基本上透明的高热导率聚合物-CNT复合材料。尽管所述CNT织物可能不是透明的，当正常地并以远离法线的大角度注视所述聚合物时，所述织物的低体积分数和纵面线形提供了足够的透明度。
本文公开的所述碳纳米管复合材料是导热和透明的，以免变形或减少所述灯的照明模式。所述热导率（k）在约10-1000W/m-K之间，更优选地在约20-300W/m-K之间，具有可见光透光率至少约90%，当所述碳纳米管负载在约2-10wt%之间时，更优选地至少95%。如图6所述，大大地提高了在一般散热板上的潜在的碳纳米管填充的聚合物的热特性，并且几乎可以与金属热特性相媲美。Berber等人（的文献）全部结合到本文中以供参考，用图解法展示了各种碳纳米管复合材料特性，在图7a和7b中说明。图7a显示了CNT热导率作为温度K的函数。如所示的，所述CNT在100K（37000W/m-K）达到传导率最大值，然后所述传导率逐渐减少。在室温下，传导率约为6600W/m-K。图7b说明了在温度200-400K之间碳纳米管（实线）的所述热导率，与限制的石墨单层（点划线），和所述AA石墨的基面（虚线）相比较。所述计算值（实心三角形）与石墨的实验数据（开圆）、（开菱形）和（开正方形）相比较。所述图说明了分离的纳米管显示了与假定分离的石墨单层非常类似的热传递行为。
CNT复合材料的电特性很大程度上取决于纳米管的质量分数（%）。US 7,479,516 B2，通过引用结合入本文，教导用于电应用的传导率水平。'516公开了在用于电应用的聚合物中非常小的SWNT负载wt%（0.03），例如静电耗散和静电屏蔽以及3wt%的SWNT负载足够用于EMI屏障。因此，基质聚合物的优选的物理性能和加工性能将在所述纳米复合材料中最低限度地妥协。
在碳纳米管聚合物复合材料中，热导率关系预期如下：
K复合材料≈(WT%CNT)×Kcnt+(WT%PMR)×Kpmr
其中K复合材料为复合材料所获得的热导率并预期为10-1000W/m-K。Kcnt为使用的碳纳米管的热导率。Kpmr为使用的聚合物基体的热导率。WT%CNT为在所述复合材料中碳纳米管的重量百分数负载，预期为2-10%。WT%PMR为在所述复合材料中聚合物基体的重量百分数负载。所述复合材料的透明度预期为～95%，如下：
T复合材料-1-R复合材料-A复合材料
A复合材料≈(VOL%CNT)×aCNT+(VOL%PMR)×Apmr
其中CNT的吸光度为～100%和聚合物基体的吸光度为～0%，从而所述复合材料的吸光度为：
A复合材料≈(VOL%CNT)/(VOL%PMR)～2-10%
一般而言，碳纳米管随机地定向在聚合物的基质内。然而，也考虑形成高导热的碳纳米管填充的聚合物复合材料作为CNT层，其中所述碳纳米管偏向于与所述导热材料的平面平行的选择方向，如在2010年4月2日提交的美国申请（GE244671）中公开的，其全部内容通过引用结合入本文。与“通过层”热导率相比，这样的方向可加强侧面的热导率。此外如果所述碳纳米管偏向于与所述导热材料的平面平行的选择的方向，那么张量具有更多的组件，并且如果所述选定的方向与描述的热流方向平行，那么最终辐射/对流的散热效率仍可进一步加强。实现所述碳纳米管的这个最佳取向的一个方法是在喷涂期间应用电场E。更普遍地，在所述喷涂期间应用外部能量场以将非随机取向赋予在聚合物的基质中设置的碳纳米管。根据实现碳纳米管的优先取向的另一个方法是利用涂覆（painting）将导热层配置在散热板体上，沿优选的方向绘出重的笔划（pain stroke，重重的敲击），以便机械地使所述碳纳米管偏向于所优选的方向。
根据目前公开的另一方面所述，所述高热导率的碳纳米管填充的聚合物复合材料与有机发光二极管（OLED）一起使用。图8显示了底部发射OLED的结构。而图8仅显示了简单的结构，一般地OLED装置包括具有一个或多个OLED发光元件的基板80，该OLED发光元件含有在其上形成的阳极84，位于所述阳极84之上的一个或多个导电层86，例如空穴注入层，一个或多个有机发光层88，电子传输层90，和阴极92。OLED装置可能是顶部发射的，其中所述发光元件用于发射穿过所述阴极之上的盖子，和/或底部发射的，其中所述发光元件用于发射穿过所述基板。因此，在底部发射的OLED装置的情况下，所述基板82和阳极层84必须很大程度上是透明的，和在顶部发射的OLED装置的情况下，所述盖子和第二个阴极92必须很大程度上是透明的。OLED可产生高效率的，高亮度的显示器；然而，在所述显示器操作期间产生的热量可限制所述显示器的寿命，因为当在更高温度下使用时，发光材料退化更加迅速。因此，根据目前实施方式所述，碳纳米管填充的聚合物复合材料可作为基板和/或盖子来实施以生成前和/或后平面热散面和消散面（heating spreading and dissipationsurfaces）。
参考所优选的实施方式已描述了示例性的实施方式。显然，在阅读和理解前面详细的描述基础上，可进行其它修改和更改。示例性的实施方式应该被认为包括所有这些修改和更改，只要它们在所附的权利要求或其等同物的范围内。

Claims (20)

1.一种发光设备，包括：
光传输外壳；
光源，与散热板进行热传递；和
多个散热翅片，与所述散热板进行热传递并沿一个方向延伸，使所述散热翅片与所述光传输外壳相邻，其中所述多个散热翅片包括碳纳米管填充的聚合物复合材料。
2.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述设备的热导率约在10-1000W/m-K之间。
3.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述散热板包括约在20-30°之间的角。
4.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述设备的热导率约为20-300W/m-K。
5.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述散热翅片至少有约90%的透光率。
6.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述碳纳米管负载约在2-10wt%之间。
7.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述碳纳米管为单壁碳纳米管（SWNT）。
8.根据权利要求7所述的发光设备，其中所述碳纳米管填充的聚合物复合材料包括用长股单壁碳纳米管编织的织物。
9.根据权利要求8所述的发光设备，其中所述碳纳米管填充的聚合物复合材料包括多层单壁碳纳米管编织的织物。
10.根据权利要求9所述的发光设备，其中将所述单壁碳纳米管嵌入至在透明的聚合物基体内的多层中，使得当织物位置在下面时每个单壁碳纳米管股置于纳米管的相同股的顶部。
11.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述至少一个光源包括LED和OLED的至少之一。
12.一种发光装置，包括：
LED光源，安装到灯座上；
光传输扩散器，配置成扩散和传输来自所述LED光源的光；和
一个或多个导热的散热翅片，与所述灯座进行热传递，所述散热翅片包括含有碳纳米管填充的聚合物复合材料的导热材料。
13.根据权利要求12所述的发光装置，其中所述灯座包括散热板并且所述翅片在所述散热器上延伸。
14.根据权利要求12所述的发光装置，其中所述碳纳米管填充的聚合物复合材料包括在聚合物主基体中分散的碳纳米管，该分散通过溶液混合、超声处理、熔融处理、熔融掺混、原位聚合，和编织入织物中的一种或多种来实施。
15.根据权利要求12所述的发光装置，其中所述碳纳米管填充的聚合物复合材料包括约在10-1000W/m-K之间的热导率。
16.根据权利要求12所述的发光装置，其中所述碳纳米管填充的聚合物复合材料包括至少约90%的可见光透光率。
17.根据权利要求12所述的发光装置，其中所述碳纳米管偏向于与所述导热材料的平面平行的方向。
18.根据权利要求17所述的发光装置，其中所述碳纳米管另外地偏向于与热流方向平行的方向。
19.一种发光装置，包括：
基板，具有一个或多个有机发光元件与在其上形成的第一电极；
一个或多个传导层；
一个或多个有机发光层，设置在所述第一电极上；
第二电极，位于所述发光层上，和
封装盖，位于所述第二电极上并固定到所述基板上，其中所述基板和所述盖的至少之一由碳纳米管填充的聚合物复合材料组成。
20.根据权利要求19所述的发光装置，其中所述盖和所述基板的至少之一是基本上透明的。
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