CN103238027B - 重量轻的散热器和使用该散热器的led灯 - Google Patents

Abstract

一种散热器（10）包括：散热器本体（12）；设置于散热器本体（12）上的反射层（204），所述反射层具有对于可见光谱中的光大于90%的反射率；以及设置于反射层（204）上的透光保护层（206），所述透光保护层对于可见光谱中的光来说是透光的。散热器本体（12）可包括结构散热器本体和设置于结构散热器本体上的导热层（202），其中，导热层（202）具有比结构散热器本体（12）高的导热率，并且反射层（204）设置于导热层（202）上。一种基于发光二极管（LED）的灯包括上述散热器（10）和与该散热器固定并与该散热器热连通的LED模块。该基于LED的灯可具有A字形灯泡结构，或可包括定向灯，其中散热器限定空心集光反射器。

Description

重量轻的散热器和使用该散热器的LED灯

本申请要求2010年9月30日提交的美国临时申请61/388,104，2010年9月30日提交的美国临时申请61/388,104的权益，这些美国临时申请的内容通过引用全部结合于此。

背景技术

下文涉及光照领域、照明领域、固态照明领域、热控制领域、以及相关领域。

传统的白炽、卤素和高强度放电（HID）光源具有相对高的工作温度，结果，散热由辐射和对流热传递路径决定。例如，辐射散热随着温度升高的四次方而增加，使得，当工作温度增加时，辐射热传递路径变得更超线性地支配的。因此，白炽、卤素和HID光源的热控制典型地相当于在灯的附近提供足够的空气空间，以用于有效的辐射和对流热量传递。典型地，在这些类型的光源中，不用必须增加或改变灯的表面积来增强辐射或对流热处理，以实现灯的期望工作温度。

另一方面，由于装置性能和可靠性的原因，基于发光二极管（LED）的灯典型地在基本上更低的温度下工作。例如，典型的LED装置的结温应低于200℃，在一些LED装置中，应低于100℃或甚至更低。在这些低工作温度下，与传统光源的辐射热传递路径相比，到环境的辐射热传递路径较弱，使得到环境的对流和传导热传递典型地比辐射强。在LED光源中，可通过增加散热器来增强来自灯或光源的外表面面积的对流和辐射热传递。

散热器是一种提供用于将热量远离LED装置辐射和对流的大表面的部件。在典型的设计中，散热器是一种具有大工程表面积的相对重的金属元件，例如，通过在其外表面上具有散热片或其他散热结构。散热器的大质量将热量有效地从LED装置传导至散热片，并且，散热片的大面积通过辐射和对流提供有效的散热。对于基于高功率LED的灯，还已知使用这样的主动冷却，其使用风扇或合成喷射或热管或热电冷却器或泵送的冷却液来增强排热。

发明内容

在这里作为说明性实例公开的一些实施方式中，散热器包括：散热器本体；设置于散热器本体上的反射层，该反射层具有对于可见光谱中的光大于90%的反射率；以及设置于反射层上的透光保护层，该透光保护层对地可见光谱中的光来说是透光的。在一些实施方式中，散热器本体包括结构散热器本体和设置于结构散热器本体上的导热层，导热层具有比结构散热器本体高的导热率，反射层设置于导热层上。

在这里作为说明性实例公开的一些实施方式中，散热器包括：散热器本体；设置于散热器本体上的镜面反射层；以及设置于镜面反射层上的透光保护层，透光保护层从以下项目构成的组中选择：二氧化硅（SiO₂）层；硅石层；塑料层；以及聚合物层。在一些实施方式中，散热器本体是塑料或聚合物散热器本体，其可选地包括设置于塑料或聚合物散热器本体上的铜层，其中镜面反射层设置于铜层上。

在这里作为说明性实例公开的一些实施方式中，基于发光二极管（LED）的灯包括：如在以上两段的任何一段中阐述的散热器、以及与该散热器固定并与该散热器热连通的LED模块。该基于LED的灯可能具有A字形灯泡结构，并进一步包括由LED模块照亮的漫射器，且散热器可包括设置于漫射器内部或外部的散热片，其中反射层和透光保护层设置于至少散热片上。该基于LED的灯可包括定向灯，其中，散热器限定空心 集光反射器，并且，其中，反射层和透光保护层设置于至少空心集光反射器的内表面上。在一些这种定向灯中，散热器可包括设置于空心集光反射器内的向内延伸的散热片，反射层和透光保护层附加地设置于至少所述向内延伸的散热片上。

在这里作为说明性实例公开的一些实施方式中，基于发光二极管（LED）的灯包括：空心漫射器，被布置为照亮空心漫射器内的LED模块；以及散热器，该散热器包括多个散热片，其中，散热片中的至少一些设置在空心漫射器的内部。

在这里作为说明性实例公开的一些实施方式中，定向灯包括：散热器，该散热器包括空心集光反射器（其具有相对小的入口和相对大的出口）；以及与入口光学耦接的发光二极管（LED）模块，其中，散热器进一步包括从空心集光反射器的内表面向内延伸的多个散热片。

附图说明

图1和图2用图解地示出了使用金属散热器部件的传统散热器（图1）和如本文所公开的散热器（图2）的热模型。

图3和图4用图解地分别示出了适于在MR或PAR灯中使用的散热器的侧截面图和侧透视图。

图5用图解地示出了包括图3和图4的散热器的MR或PAR灯的侧截面图。

图6用图解地示出了图5的MR或PAR灯的光学/电子模块的侧视图。

图7用图解地示出了用于制造重量轻的散热器的适当制造方法的流程图。

图8图示了用于简化的“板材”类型的散热器部分（例如，平面的“散热片”）的涂层厚度与等价导热率数据的关系。

图9和图10示出了作为大块金属散热器的材料导热率的函数的热性能。

图11用图解地示出了包含如本文公开的散热器的“A字形灯泡”灯的侧截面图。

图12用图解地示出了图9的“A字形灯泡”灯的一个变型的侧透视图，其中，散热器包括多个散热片。

图13和图14用图解地示出了具有散热片的“A字形灯泡”灯的另外实施方式的侧透视图。

图15示出了与相同大小和形状的大块铝散热器相比，如本文公开的利用塑料散热器本体的铜镀覆制造的PAR-38散热器的重量和材料成本的计算。

图16至图20分别示出了基于A19类型的LED的灯或基于LED的替代灯泡的透视图、可替换透视图、侧视图、顶视图和底视图，其具有包括反射层和设置于反射层上的透光保护层的散热器。

图21和图22分别示出了具有设置于锥形反射器内的反射散热片的定向灯（directional lamp）的侧截面图和前视图。

图23示出了具有A字形灯泡形状的灯的侧视图，所述A字形灯泡形状与图16至图20形状类似但是具有由漫射器包围的内散热片。

图24图示了各种光学参数，且图25和图26图示了不同比例下的总热通量与SiO₂厚度的关系，例如在文中描述的。

具体实施方式

在白炽、卤素和HID光源（它们都是光的发热体）的情况中，通过设计辐射和对流热路径以在光源的工作过程中达到一较高目标温度，来控制对灯附近的空气空间的热传递。相反，在LED光源的情况中，光子不是热激励的，而是通过在半导体的p-n结处的电子和空穴的重组来产生的。通过将LED的p-n结的工作温度减到最小，而不是在一较高目标温度下工作，来优化光源的性能和使用寿命。通过提供具有散热片或其他表面积增加结构的散热器，来增大对流和辐射热传递的表面。

参考图1，用方块来图解地表示具有散热片的金属散热器MB，并用虚椭圆来图解地表示散热器的散热片MF。通过对流和/或辐射将热量传递至周围环境中的表面在本文中称做散热表面（例如，散热片MF），并且，该表面应该具有较大的面积，以对稳态工作中的LED装置LD提供足够的散热。可分别通过热阻R_convection（R_对流，下同）和R_IR，或等同地通过热导，在稳态中对从散热表面MF到环境中的对流和辐射散热进行模拟（modeled，建模）。热阻R_convection模拟通过自然或强制气流从散热器的外表面到附近环境的对流。热阻R_IR模拟从散热器的外表面到远处环境的红外（IR）辐射。另外，导热路径（在图1中用热阻R_spreader（R_扩散器，下同）和R_conductor（R_{散热器本体}或R_导体，下同）表示）在LED装置LD和散热表面MF之间是串联的，其代表从LED装置LD到散热表面MF的热传导。用于此串联的导热路径的高导热率确保了从LED装置经由散热表面到附近空气的散热并不由串联导热率限制。典型地，这通过将散热器MB构造为相对大块的金属来实现，该金属块具有带散热片的或以其他方式增大的限定散热表面的表面积MF，该金属散热器本体在LED装置和散热表面之间提供所需的高导热率。在此设计中，散热表面本质上是连续的，并与提供高导热路径的金属散热器本体紧密地热接触。

因此，基于LED的灯的传统散热装置包括散热器MB，该散热器包括一块具有暴露于附近空气空间的大面积散热表面MF的金属（或金属合 金）。金属散热器本体在LED装置和散热表面之间提供高导热路径R_conductor。图1中的热阻R_conductor模拟通过金属散热器本体MB的传导。将LED装置安装在金属基电路板或其他包括热扩散器（heat spreader）的支撑装置上，并且，来自LED装置的热量通过热扩散器传导至散热器。这用热阻R_spreader模拟。

除了经由散热表面（热阻R_convection和R_IR）将热散到环境中以外，典型地，还具有一些通过爱迪生灯座或其他灯连接器或灯座LB（在图1的模型中用虚线圆图解地表示）的放热（即散热）。在图1的图解模型中，用热阻R_sink（R_散热器）代表此通过灯座LB的放热，热阻R_sink代表通过固体或热管到达远处环境或到达建筑物地基的传导。然而，这里认识到，在爱迪生类型灯座的一般情况中，灯座LB的导热率和温度极限将把通过灯座的热通量限制为大约1瓦。相反，对于目的是对诸如房间的内部空间提供照明或提供户外照明的基于LED的灯，待散发的热输出典型地是大约10瓦或更高。因此，这里认识到，灯座LB无法提供主要散热路径。相反，来自LED装置LD的放热主要是经由通过金属散热器本体到达散热器的外散热表面的传导，其中，通过对流（R_convection）和（较少程度的）辐射（R_IR）将热量散发至周围环境。散热表面可能是有散热片的（例如，图解的图1中的散热片MF），或以其他方式改变，以增大其表面积并由此增加散热。

这种散热器具有一些缺点。例如，散热器由于包括散热器MB的大体积的金属或金属合金的原因而较重。重的金属散热器会在灯座和插座上施加机械应力，这会导致故障，并且，在一些故障模式中，会导致电气危险。这种散热器的另一问题是制造成本。机加工、铸造或模制大块金属散热器部件是昂贵的，并且，根据金属的选择，材料成本也较高。此外，有时也用散热器作为电子装置的壳体，或作为爱迪生灯座的安装点，或作为LED装置电路板的支撑部。这些应用都要求以一定精度机加工、铸造或模制散热器，这会再次增加制造成本。

发明人已经用图1所示的简化热模型分析了这些问题。可用代数方法将图1的热模型表达为热阻抗的串联-并联电路。在稳态中，可将所有瞬时阻抗作为热阻抗处理，瞬时阻抗例如为灯本身的热质量、或附近环境（例如灯连接器、配线、以及结构底座）中的物体的热质量。在稳态中可忽略瞬时阻抗（即，热阻抗），就像在直流电路中忽略电容一样，仅需要考虑热阻。可将LED装置和环境之间的总热阻R_thermal（R_热）写成：其中，R_sink是通过爱迪生连接器（或其他灯连接器）到达“环境”电线的热量的热阻；R_convection是通过对流热传递从散热表面进入周围环境的热量的热阻；R_IR是通过辐射热传递从散热表面进入周围环境的热量的热阻；并且R_spreader+R_conduction(R_传导，下同)是从LED装置通过热扩散器（R_spreader）和通过金属散热器本体（R_conduction）到达散热表面的热量的串联热阻。应注意，对于项1/R_sink，相应的串联热阻并不是精确的R_spreader+R_conduction，因为串联热路径是到达灯连接器的，而不是到达散热表面的，然而，由于对于典型的灯来说通过灯座连接器的导热率1/R_sink较小，所以此误差是可忽略的。实际上，可将全部忽略通过灯座的散热的简化模型写成：

此简化等式证明，通过散热器本体的串联热阻R_conduction是热模型的控制参数。实际上，这是传统散热器设计使用大块金属散热器MB的理由，散热器本体对串联热阻R_conduction提供非常小的值。考虑到以上原因，认识到，将期望实现一种具有低串联热阻R_conduction同时与传统散热器相比具有减小的重量（优选地，减小的成本）的散热器。

可实现此效果的一种方式是增加通过灯座的热量散热R_sink，使得可增大此路径以提供10瓦或更高的散热速率。然而，在用LED灯代替传统的白炽或卤素或荧光或HID灯的改进的光源应用中，将LED代替灯安装在传统的灯座或插座或最初对白炽、卤素或HID灯设计的类型的光源中。对 于这种连接，与R_convection或R_IR相比，对建筑物地基或对远处环境（例如，地面）的热阻R_sink较大，使得通过对流和辐射对环境的热路径占主导地位。

另外，由于LED组件的相对低稳态工作温度的原因，对流路径典型地比辐射路径强（即，R_convection＜＜R_IR），尽管在一些情况中它们是相当的。因此，典型的基于LED的灯的主要热路径是包括R_conduction和R_convection的串联热路。因此，希望提供低串联热阻R_conduction+R_convection，同时减小散热器的重量（并且，优选地，降低成本）。

本发明人已经从第一原理观点中仔细地考虑了基于LED的灯中的排热问题。在这里认识到，在典型地重要考虑的参数中（散热器体积和质量、散热器导热率、散热器表面积、以及通过灯座的传导排热和散热），两个主要设计属性是：LED与散热器之间的路径的导热率（即，R_conduction）、以及散热器的用于对环境对流和辐射热传递的外表面积（其影响R_convection和R_IR）。

可通过消除方法继续进行进一步分析。散热器体积仅在其影响散热器导热率和散热器表面积的范围内是重要的。散热器质量在瞬时情况中是重要的，但是不会强烈影响稳态排热性能，除了金属散热器本体提供低串联热阻R_conduction的程度以外，这是连续工作的灯所感兴趣的。通过替代灯（例如，PAR或MR或反射器或A字形灯）的灯座的散热路径对于更低功率的灯来说是重要的，然而，爱迪生灯座的导热率仅足以对环境提供大约1瓦的散热（其他灯座类型（例如插头型灯座）可能具有相当或甚至更小的导热率），因此，并不希望通过灯座到环境的传导散热对于商业上可行的基于LED的灯来说是本质上重要的，所述商业上可行的基于LED的灯预计在稳态下产生高达高出几个数量级的加热负载。

参考图2，基于上文，这里公开了一种改进的散热器，包括：重量轻的散热器本体LB，其并非必须是导热的；以及设置于散热器本体上以便限定散热表面的导热层CL。散热器本体不是热路的一部分（或者，可选 地，可以是经由散热器本体的部分导热率的次要部件），然而，散热器本体LB限定导热层CL的形状，导热层CL限定散热表面。例如，散热器本体LB可能具有散热片LF，散热片由导热层CL涂覆。因为散热器本体LB不是热路的一部分（如图2所示），所以可将其设计用于可制造性和诸如结构坚固性和轻重量的特性。在一些实施方式中，散热本体LB是模制塑料部件，其包括热绝缘或具有相对低的导热率的塑料。

设置于重量轻的散热器本体LB上的导热层CL执行散热表面的功能，并且，其相对于进入周围环境的散热的性能（用热阻R_convection和R_IR量化）与图1中模拟的传统散热器基本上相同。另外，然而，导热层CL限定从LED装置到散热表面的热路（用串联热阻R_conduction量化）。这也在图2中图解地示出。为了达到足够低的R_conduction的值，导热层CL应具有足够大的厚度（由于R_conduction随着增加的厚度而减小），并应具有足够高的材料导热率（因为R_conduction也随着增加的材料导热率而减小）。这里公开了，通过适当地选择导热层CL的材料和厚度，包括重量轻的（和可能热绝缘的）散热器本体LB和设置于散热器本体上的并限定散热表面的导热层CL的散热器可具有这样的散热性能，该散热性能可与等同尺寸和形状的大块金属的散热器的散热性能相当或比其更好，同时比等同的大块金属的散热器基本上更轻且制造更便宜。而且，不仅是可用于到环境的辐射/对流散热的表面积对散热性能有决定作用，而且是由散热层限定的外表面上的热量的导热率（即，相当于串联热阻R_conduction）与环境热连通。更高的表面热导促进热量在总散热表面积上更有效的分布，从而促进对环境的辐射和对流散热。

考虑到以上内容，本文公开了这样的散热器实施方式，其包括散热器本体和导热层，导热层设置于散热器本体上且至少在散热器的散热表面上（并限定该散热表面）。散热器本体的材料具有比导热层的材料低的导热率。实际上，散热器本体甚至可以是热绝缘的。另一方面，导热层应具有（i）面积和（ii）厚度以及（iii）以及由具有足够导热率的材料制成，使 得其对环境提供足以将基于LED的灯的LED装置的p-n半导体结保持在特定最大温度下或低于该特定最大温度的辐射/对流散热，所述特定最大温度典型地低于200℃，有时低于100℃。

导热层的厚度和材料导热率共同限定导热层的薄层导热率（thermal sheetconductivity），其与薄层导电率（或者，反过来，薄层电阻）类似。可能定义薄层热阻其中，ρ是材料的热阻，且σ是材料的导热率，并且d是导热层的厚度。求倒数产生薄层热导K_s=σ·d。因此，可在导热层的厚度d和材料导热率σ之间取得平衡。对于高导热率材料，可将导热层制造得较薄，这会产生减小的质量、体积和成本。

在本文公开的实施方式中，导热层包括金属层（例如铜、铝、其各种合金等），其通过电镀、真空蒸发、溅射、物理蒸汽沉积（PVD）、等离子体增强化学蒸汽沉积（PECVD）、或另一种适当的可在足够低的温度下操作以与塑料或其他材料的散热器本体热兼容的层形成技术来沉积。在一些说明性实施方式中，导热层是按非电解镀、随后电镀的顺序形成的铜层。在其他实施方式中，导热层包括非金属导热层，例如，氮化硼（BN）、碳纳米管（CNT）层、导热氧化物等。

除了在其限定执行散热（在图2的热模型中用串联热阻R_conduction量化）的导热层的形状和限定散热表面（在图2的热模型中用热阻R_convection和R_IR量化）的范围内以外，散热器本体（即，不包括导热层的散热器）不会强烈影响排热。散热器本体所提供的表面积会经由辐射和对流影响后续的排热。结果，可选择散热器本体，以达到所期望的特性，例如低重量、低成本、结构刚度或鲁棒性、热鲁棒性（例如，散热器本体应当在不熔化或不会不适当地变软的情况下承受工作温度）、易于制造、最大表面积（该最大表面积进而控制导热层的表面积）等。在本文公开的一些说明性实施方式中，散热器本体是模制塑料元件，例如，由聚合物材料制成，所述聚合物材料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、聚二环戊二烯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚苯醚、硅酮、聚酮、热塑性塑料等。可将散热器本体模制为具有散热片或其他热辐射/对流/表面积增大结构。

为了将成本减到最低，优选地，用一次成型模制方法形成散热器本体，并由此其具有均匀的材料密度，并且到处都是均匀的（例如，与通过多次模制操作形成的散热器本体相反，所述多次模制操作使用不同的模制材料，使得散热器本体具有不均匀的材料一致性且不是到处都均匀的），优选地，包括低成本的材料。为了后一种目的，散热器本体的材料优选地不包括任何金属填充材料，且更优选地不包括任何导电填充材料，且甚至更优选地根本不包括任何填充材料。然而，也考虑包括金属填料或其他填料，例如，分散的金属颗粒以提供一些导热率增加，或包括非金属填料颗粒以提供增强的机械特性。

在下文中，描述了一些说明性实施方式。

参考图3和图4，散热器10具有适于在MR或PAR类型的基于LED的灯中使用的结构。散热器10包括：由如已经描述的塑料或另一适当材料制成的散热器本体12；以及设置于散热器本体12上的导热层14。导热层14可以是金属层，例如铜层、铝层、或其各种合金。在说明性实施方式中，导热层14包括通过非电解镀、随后电镀而形成的铜层。

如在图4中最佳地看到的，散热器10具有散热片16，以增强最终的辐射和对流排热。可用其他表面积增大结构代替所示散热片16，例如，多段散热片、杆、微型/纳米尺度的表面和体积特征等。说明性的散热器本体12将散热器10限定为空心的大致圆锥形的散热器，其具有内表面20和外表面22。在图3所示的实施方式中，导热层14设置在内表面20和外表面22二者上。可替换地，可仅将导热层设置在外表面22上，如图7的可替换散热器中所示。

继续参考图3和图4，并进一步参考图5和图6，该说明性的空心的大致圆锥形的散热器10包括空心顶部26。LED模块30（图6所示）适当地设置在顶部26（如图5所示），以限定包含MR或PAR的灯。LED模块30包括一个或多个（在说明性实例中是三个）发光二极管（LED）装置32，其安装在金属芯印刷电路板（MCPCB）34上，与热扩散器36热连通，其可替换地包括MCPCB34的金属层。该说明性的LED模块30进一步包括螺纹爱迪生灯座40；然而，其他类型的灯座（例如，卡口插座型灯座、或抽头电连接器）可代替该说明性的爱迪生灯座40。该说明性的LED模块30进一步包括电子装置42。该电子装置可能包括如所示出的封闭电子单元42，或者可以是设置于没有分离壳体的散热器10的空心顶部26中的电子元件。电子装置42适当地包括电源电路，其用于将交流电功率（例如，110伏的美国住宅用电、220伏的美国工业用电或欧洲用电等）转换成适合于操作LED装置32的（典型地更低的）直流电压。电子装置42可以可选地包括其他部件，例如，静电放电（ESD）保护电路、保险丝或其他安全电路、亮度降低电路等。

如这里使用的，将术语“LED装置”理解为包括无机或有机LED的裸半导体芯片、无机或有机LED的封装半导体芯片、LED芯片“封装”（其中，将LED芯片安装在一个或多个中间元件上，中间元件例如子底座、引线框、表面底座支撑部等）、包括具有或没有密封剂的波长转换磷光体涂层（例如涂覆有黄色、白色、琥珀色、绿色、橙色、红色的超紫色或紫色或蓝色LED芯片，或其他被设计为配合地产生白光的磷光体）的无机或有机LED的半导体芯片、多芯片无机或有机LED装置（例如，包括三个分别发出红光、绿光和蓝光、以及可发出其他颜色的光的LED芯片以共同产生白光的白色LED装置）等。可将该一个或多个LED装置32构造为共同发出白色光束、淡黄色光束、红色光束、或基本上任何其他对给定照明应用来说感兴趣的颜色的光束。对于一个或多个LED装置32，还考虑包括发出不同颜色的光的LED装置，并且对于电子装置42，考虑 包括适当的用于独立操作不同颜色的LED装置以提供可调节的颜色输出的电路。

热扩散器36提供从LED装置32到导热层14的热连通。可以各种方式实现热扩散器36与导热层14之间的良好的热耦接，例如，通过焊接、导热粘合剂、可选地由LED模块30和散热器10的顶部26之间的高导热率焊垫辅助的紧密机械配合等实现热耦接。虽然未示出，但是，考虑也将导热层14设置在顶部26的内径表面上，以提供或增强热扩散器36和导热层14之间的热耦接。

参考图7，阐述了适当的制造方法。在此方法中，首先用适当的方法（例如通过模制）在操作S1中形成散热器本体12，在散热器本体12包括塑料或其他聚合物材料的实施方式中，这对于形成散热器本体12来说是方便的。其他形成散热器本体12的方法包括铸造、挤出（例如，在圆柱形散热器的情况中）等。在可选操作S2中，通过施加聚合物层（典型地，大约2-10微米，尽管也考虑更大或更小的厚度）执行表面粗糙化、或通过施加其他表面处理，来处理所模制的散热器本体的表面。该可选的表面处理操作S2可执行各种功能，例如，促进后来镀覆的铜的粘结、提供应力消除、和/或增大对环境散热的表面积。关于后一点，通过使塑料散热器本体的表面粗糙化或凹陷，随后施加的铜涂层将遵循该粗糙或凹陷，以提供更大的散热表面。

在操作S3中，通过非电解镀来施加初始铜层。有利地，可在电绝缘（例如塑料）散热器本体上执行非电解镀。然而，非电解镀的沉积速度慢。这里阐述的设计考虑因素（特别是提供足够低的串联热阻R_conduction），促进使用其厚度为几百微米等级的镀覆铜层。因此，用非电解镀来沉积初始铜层（优选地，具有不大于50微米的厚度，在一些实施方式中，小于10微米，在一些实施方式中，具有大约2微米或更小的厚度），使得具有此初始铜层的塑料散热器本体是导电的。然后，初始非电解镀S3之后是电镀 操作S4，该电镀操作快速沉积铜层厚度的剩余部分，例如，典型地几百微米。与非电解镀S3相比，电镀S4具有高得多的沉积速度。

铜涂层的一个问题是其会失去光泽，这会对从表面向环境中的散热热传递产生不利影响，而且这在美学上也是令人不快的。因此，在可选操作S5中，可选地在铜上沉积适当的钝化层，例如，通过在铜上电镀钝化金属（例如镍、铬、或铂、或钝化金属氧化物）。如果提供的话，钝化层典型地具有小于50微米的厚度，在一些实施方式中，不大于10微米，在一些实施方式中，具有大约2微米或更小的厚度。还可执行可选操作S6，以提供各种表面增强部，例如表面粗糙化、施加可选的例如金属氧化物粉末（例如，二氧化钛粉末、氧化铝粉末、或其混合物等）的厚粉末涂层、在光学上厚的涂料或漆或清漆等。这些表面处理的目的是，经由增强的对流和/或辐射增强从散热表面到环境的热传递。

参考图8，示出了对导热层的厚度最佳化以用于对200-500W/m·K的范围内的材料导热率（对于各种类型的铜，其是典型的铜材料导热率）的模拟数据。应理解，如这里使用的，术语“铜”的目的是，包含各种铜合金或铜的其他变型。在此模拟中，散热器本体具有2W/m·K的材料导热率，但是发现，结果仅微弱地取决于该值。图8的值是用于简化的“板材”散热器，其具有长度0.05m、厚度0.0015m、以及宽度0.01m，具有涂覆板材的两侧的导热材料。例如，这可能对应于散热器部分，例如，由塑料散热器本体限定的并镀覆有200-500W/m·K厚度的铜的平面散热片。在图8中看到，对于200W/m·K材料，大约350微米的铜厚度提供100W/m·K的等价（体积）导热率。相反，更导热的500W/m·K材料，小于150微米的厚度足以提供100W/m·K的等价（体积）导热率。因此，具有几百微米的厚度的镀覆铜层足以提供与热传导和经由辐射与对流对环境的后续排热相关的稳态性能，其可与由具有100W/m·K的导热率的金属制成的大块金属散热器的性能相当。

通常，导热层14的薄层导热率应足够高，以确保来自LED装置32的热量均匀地分布在热辐射/对流表面积上。在发明人所执行的模拟中，已经发现，一旦厚度超过某一等级（或者，更精确地，性能与厚度的关系曲线大约成指数地衰减），随着导热层14（对于设定的材料导热率）的厚度增加而带来的性能改进变平。不限于任何特定的操作理论，人们相信，这是由于，通过辐射/对流热阻R_convection和R_IR、而不是通过经过导热层的热传递的热阻R_conduction，对环境的散热在更高的厚度下变得有限的原因。所述另一种方式，与更高层厚下的R_convection和R_IR相比，串联热阻R_conduction变得可以忽略。

参考图9和图10，在大块金属散热器的热模拟中，可以看到随着增加材料导热率而变平的相似性能。图9示出了通过对四种不同的材料导热率（20W/m·K；40W/m·K；60W/m·K；和80W/m·K）模拟热成像体积散热器而获得的结果。在图9中图示了印刷电路板上的温度（T_板），其是每次模拟均将LED安装于印刷电路板上。可以看到，T_板温降在80W/m·K下开始稳定（level off，变平）。图10图示了超过600W/m·K的导热率的T_板温度与大块散热器材料的材料导热率的关系，这表现出变平100-200W/m·K范围的实质性能。不限于任何特定的操作理论，人们相信，这是由于，通过辐射/对流热阻R_convection和R_IR、而不是通过经过导热层的热传递的热阻R_conduction，对环境的散热在更高的（体积）材料导热率下变得有限的原因。所述另一种方式，与高（体积）材料导热率下的R_convection和R_IR相比，串联热阻R_conduction变得可以忽略。

基于以上内容，在一些所考虑的实施方式中，导热层14具有500微米或更小的厚度、以及50W/m·K或更高的导热率。对于更高材料导热率的铜层，可使用基本上更薄的层。例如，根据合金成分，铝典型地具有大约100-240W/m·K的（体积）导热率。从图8中，可以看到，对于具有大约150微米或更厚的厚度的500W/m·K的铜层，可实现超过大块铝散热器的散热性能的散热性能。对于具有大约180微米或更厚的厚度的400 W/m·K的铜层，可实现超过大块铝散热器的散热性能的散热性能。对于具有大约250微米或更厚的厚度的300W/m·K的铜层，可实现超过大块铝散热器的散热性能的散热性能。对于具有大约370微米或更厚的厚度的200W/m·K的铜层，可实现超过大块铝散热器的散热性能的散热性能。通常，材料导热率和层厚按照薄层导热率K_s=σ·d而成比例。

参考图11和图12，可在各种类型的基于LED的灯中结合所公开的散热器形状。

图11示出了适合于改进的白炽A字形灯泡的类型的“A字形灯泡”灯的侧截面图。散热器本体62形成结构基础，并可适当地制造为模制塑料元件，例如，由聚合物材料制成，聚合物材料例如聚丙烯、聚碳酸酯，聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、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、聚二环戊二烯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚苯醚、硅酮、聚酮、热塑性塑料等。将导热层64（例如包括铜层）沉积在散热器本体62上。可以与图3至图5和图7的MR/PAR灯的实施方式的导热层14相同的方式制造导热层64，例如，按照图8的操作S2、S3、S4、S5、S6制造。

灯座部分66与散热器本体62固定，以形成灯体。灯座部分66包括螺纹爱迪生灯座70，其与图3至图5和图7的MR/PAR灯的实施方式的爱迪生灯座40相似。在一些实施方式中，散热器本体62和/或灯座部分66限定空心区域71，其容纳电子装置（未示出），所述电子装置将在爱迪生灯座70处接收的电功率转换成适于驱动提供灯光输出的LED装置72的操作功率。LED装置72安装在金属芯印刷电路板（MCPCB）或其他与导热层64热连通的散热支撑部73上。可选地，可通过焊接、导热粘合剂等增强热扩散器73和导热层64之间的良好的热耦接。

为了在大立体角（例如，至少2π立体弧度）上提供基本上单向的光输出，将漫射器74设置在LED装置72上。在一些实施方式中，漫射器 74可包括（例如涂覆有）波长转换磷光体。对于产生基本上朗伯光输出的LED装置72，所示布置（其中漫射器74是基本上球体或椭圆体的且LED装置72位于漫射器74的外围）可增强输出照明的单向性。

参考图12，示出了一个变型“A字形灯泡”灯，其包括具有爱迪生灯座70和图11的灯的漫射器74的灯座部分66，还包括LED装置72（在图12中的侧视图中看不见）。图12的灯包括散热器80，其与图11的灯的散热器62、64相似，并具有涂覆有导热层64（在图12的侧透视图中用交叉阴影表示）的散热器本体（在图12的侧视图中看不见），其中导热层64沉积于散热器本体上。图12的灯与图11的灯的不同之处在于，散热器80的散热器本体的形状构造为限定在漫射器74的部分上延伸的散热片82。代替所示散热片82，散热器本体可模制为具有其他热辐射/对流/表面积增强结构。

在图12的实施方式中，考虑到使散热器80的散热器本体和漫射器74包括一个整体模制的塑料元件。然而，在此情况中，该一个整体模制的塑料元件应由光学透明或半透明的材料制成（使得漫射器74是透光的）。另外，如果导热层64对灯光输出是光学吸收的（例如，和铜的情况一样），那么，如图12所示，导热层64应仅涂覆散热器80，而不涂覆漫射器74。例如，这可通过在非电解镀铜操作S3的过程中适当掩盖漫射器表面来实现。（电镀操作S4仅在导电表面上镀铜——因此，非电解镀铜操作S3过程中的掩盖足以避免在漫射器74上电镀）。

图13和图14示出了替代的散热器80’、80”，除了散热片未在漫射器74上延伸得远之外，该散热器与散热器80基本上相同。在这些实施方式中，漫射器74和散热器80’，80”的散热器本体可能是分开模制（或以其它方式分开制造）的元件，其可简化处理以将导热层64沉积在散热器本体上。

图15示出了与相同大小和形状的大块铝散热器相比，如本文公开的利用塑料散热器本体的镀铜制造的说明性PAR-38散热器的重量和材料成本的计算。此实例采用镀覆有300微米的铜的聚丙烯散热器本体。图15所示的材料成本仅是估计值。与等同的大块铝散热器相比，将重量和材料成本减小大约一半。可预料的是，通过减小的制造处理成本来实现额外的成本减小。

注意力现在转到所公开的散热器的光学和组合光/热方面。

参考图16至20，描述了一种A19类型的基于LED的灯或基于LED的替代灯泡。在图16至20中示出了适于用作基于LED的灯泡的说明性的灯的实施方式，其分别示出了透视图、可替换透视图、侧视图、顶视图和底视图。所示LED灯包括漫射器110；带有散热片的散热器112；以及灯座114。在所示实施方式中示出了爱迪生灯座；然而，也考虑GU、卡口类型或其他类型的灯座。漫射器110与图11的漫射器74相似，但是具有已经发现提供改进的单向照明的卵形形状。散热器112包括在漫射器110的一部分上延伸的散热片，且散热器112还包括本体部分BP（在图17和图18中标注），该本体部分容纳将110V交流输入电功率（或220V交流电，或其他所选择的输入电功率）转换成适于驱动将光输入漫射器110的开口中的LED的电功率的功率调节电子装置（未示出）。这与图11所示的用于球形漫射器74的布置类似地布置在该开口处的基于LED的光源照亮漫射器110。所示漫射器110具有卵形形状，其具有沿着相当于“地理北”或“N”的仰角或维度坐标θ=0的方向N放置的单个对称轴。所示卵形漫射器110具有围绕该对称轴或方向N的旋转对称。所示卵形漫射器110包括具有空心内部的卵形外壳，且适当地用玻璃、透明塑料等制造。可替换地，考虑该卵形漫射器是固体部件，其包括透光材料，例如玻璃，透明塑料等。卵形漫射器110还可以可选地包括设置于漫射器上或设置于漫射器中、或设置于漫射器的内部中的波长转换磷光体。用任何适当的方法将漫射器110制造成光漫射的，例如，表面纹理化、和/或分散在卵 形外壳的材料中的光散射颗粒、和/或设置于卵形外壳的表面上的光散射颗粒等。卵形漫射器110具有蛋形，并包括靠近散热器112的本体部分BP的相对更窄的近端部分、以及远离散热器112的本体部分BP的相对更宽的远端部分。与近端部分相比，散热器112的散热片对漫射器110的远端部分产生相对更小的光学损失。因为散热器12的散热片在纵向（ψ）方向上具有基本上有限的程度，可以预料的是，散热片不会强烈影响纵向方向上的单向照明分布。然而，发明人所进行的测量表明，散热片不会产生光输出的部分减小，特别是在“向下”指向的角度下，也就是说，在远离北向N大于90°的方向上。不限于任何特定的操作理论，人们相信这些光学损失是由于由散热片导致的光吸收、光散射、或其组合的原因。此外，散热器112的本体部分BP（或者，更一般地，灯的本体部分）进一步限制“向下”方向上的单向照明的量。已经发现卵形漫射器110的卵形形状减小由散热器112的散热片导致的光学损失。简单地说，卵形形状增加相对更窄的近端部分的表面积，以便与更小面积的远端部分相比增加“向下”方向上的光输出，以补偿由散热器112导致的光学损失，并产生更单向的照明（和在本领域中通常使用的术语一样，例如，在2009年12月3日完成的用于集成LED灯的Energy 计划需求中）。

上述光学分析假设散热器112具有漫反射表面。返回参考图7，光学操作S6可包括施加白色粉末涂层，例如，金属氧化物粉末（例如，二氧化钛粉末、氧化铝粉末、或其混合物等）。这种白色粉末提供反射表面。

然而，这里认识到，这种反射表面提供更大的漫反射，仅有百分之几的入射光被镜面反射（从而形成实际上感觉到的反射），并且剩余的光被漫反射，同时非常小的百分比的光被吸收。另外，白色粉末会干扰散热器所提供的对流/辐射放热。在量化镜面反射和漫反射的量的关系时，采用总积分散射仪（Total Integrated Scatter，TIS）的定义是方便的（例如，参见Optical Scattering，John C.Stover，第23页，SPIE Press，1995），其是其中，P_i是入射（典型地法向入射）在表面上的功率，R是表 面的全反射，且P_s是在镜面反射镜未包含的所有角度上积分得到的散射功率。典型地，对所有大于部分典型地为大约几度或更小的小角度的角度，执行散射光的角度积分。对于一般照明系统（例如灯和光源）的情况，典型地，以1°至5°的精度控制光束图案中的强度分布。因此，在这种应用中，散射光在TIS的定义中的角度积分将包括超过～1°的散射角。

特别参考图18，通过散热器112的其中一个散热片的一部分的说明性的小剖视图V，示出了散热器表面的一个实施方式。该说明性的散热器包括塑料散热器散热片本体200，该塑料散热器散热片本体是已经描述的塑料散热器本体的一部分。用电镀铜层202在两个外表面处涂覆散热器散热片本体200，例如，通过参考图7描述的操作S1、S2、S3、S4适当地形成于散热器散热片本体200上。铜层202可能是，例如，大约300微米厚，或可能具有另一适当的基于图8或另一适当设计方法确定的厚度。通过电镀或另一适当方法，用反射层204（例如银层）涂覆铜层202。反射层204应具有足够的厚度，反射入射光，而没有衰减波（evanescentwave）到达铜层202。如果反射层204是银，那么大约1微米的厚度是足够的，尽管更厚的层或稍微更薄的层也是适当的。透光保护层206设置在反射层204上。通过实例，透光保护层206可包括透光塑料层或其他透光聚合物层、或透光玻璃或硅石层、或透光陶瓷层。

透光保护层206对反射层204提供钝化。例如，如果反射层204是银，那么其在没有保护层206时将失去光泽，并且，这种失去光泽会大幅降低银的反射率。

透光保护层206对于从漫射器110发出的灯光也应是透光的。这样，入射在散热器112的表面上的光通过透光保护层206，从反射层204反射，并且，反射的光作为反射而通过透光保护层206返回。在一些实施方式中，反射层204具有“镜面-平滑”表面，使得多层结构204、206提供遵循斯涅耳定律（即，反射镜等于入射角，其中反射镜和入射角均在表面法线上测量）的镜面反射。在一些实施方式中，包括反射层204和透光保护层206 的多层结构204、206包括具有小于10%的光散射的镜面反射器。在一些实施方式中，包括反射层204和透光保护层206的多层结构204、206包括具有小于5%的光散射的镜面反射器。在一些实施方式中，包括反射层204和透光保护层206的多层结构204、206包括具有小于1%的光散射的镜面反射器。虽然镜面反射器具有许多优点，但是，对于包括反射层204和透光保护层206的多层结构204、206，也可考虑其是更具漫射性的反射器，例如，具有基本上大于10%的光散射（但是优选地具有高反射率）。

透光保护层206还影响散热器112的热特性。为了实现高透光性和有限的热影响，可预料的是，应将透光保护层206制造得尽可能薄，同时仍提供所期望的表面保护。在这种指导方针下，可将保护层制造得薄至几纳米或几十纳米。

然而，发明人已经认识到，制造基本上更厚的透光保护层206实际上是更有利的。在这种设计中，将透光保护层206的材料选择为具有对于可见光谱中（或漫射器110发出的光的其他光谱）较低的或理想地为零的吸收（α），或者，等同地，较小的或理想地为零的消光系数（k）。对于大多数玻璃或硅石层、对于许多塑料或聚合物层、以及对于一些陶瓷层，满足此条件。对于足够低的或为零的吸收（或消光系数），透光保护层206的厚度对多层结构204，206的反射率的影响可以忽略或没有影响。

在热学上，这里认识到，可优化透光保护层206的厚度，以将从散热器112到环境（或者，更精确地，对于图18的实施方式的情况，从铜层202到环境）的净热传递最大。此方法基于这样的观察：透光保护层206通常在红外线中具有高发射度，这可能基本上比反射层204的相应发射度更高。例如，材料SiO₂在辐射热下（即，在红外线中发射，例如，在范围～3-20微米波长内）比银更有效。下面可看到这一点。

假设反射层204的高反射率伸入红外光谱（对于大多数高反射的金属，例如银，是这种情况），其遵循的是，反射层204本质上在红外线中 具有较低的（典型地几乎为零）光学发射度。入射光能等于吸收的能量加上透射的能量加上反射的能量的和。对于高反射层204，将几乎所有的入射光能转换成反射的光能（即，反射率为～1和透射率为～0），因此，所吸收的光能几乎为零。当光学发射度等于光学吸收时，其遵循的是，反射层204在红外线中具有几乎为零的光学发射度。所述另一种方式，反射层204是非常差的黑体散热器。

另一方面，透光保护层206在红外线中比反射层204更具吸收性。换句话说，用于透光保护层206的SiO₂和其他适当材料的可见光谱中的较低或为零的吸收（或消光系数）不会伸入红外线中，而是，当光谱伸入红外线中时吸收（或消光系数）增加。结果，与反射层204相比，透光保护层206在红外线中具有更高的发射度。所述另一种方式，透光保护层206在红外线中是比反射层204更好的黑体散热器。

然而，透光保护层206仅可辐射其接收的热量，其作为LED（热源）和周围空气之间的热路中的元件。透光保护层206主要通过传导和辐射从相邻的下反射层204接收热量。如果透光保护层206过薄，那么其将吸收少量的热量，并且来自叠层204、206的黑体辐射将由反射层204的差黑体散热器特性支配。另一方面，在一些点处，透光保护层206变得足够厚，以基本上对从反射层204辐射的热量完全不透明。

透光保护层206对红外辐射在光学上是厚的。根据材料和所需热通量，在一些实施方式中，透光保护层应大于或等于1微米。对于典型的介电或聚合物材料（例如SiO₂），适当的光学上厚的层大于或等于3微米，在一些实施方式中，大于或等于5微米，且在一些实施方式中，大于或等于10微米（对于典型的SiO₂，对红外辐射为大于50%的吸收）。在一些实施方式中，也考虑更大的厚度，例如，大于或等于20 微米。在大约10微米之上，复合表面204、206的热性能不会快速减小，且因此，对透光保护层206考虑更大的厚度。实际上，几十微米的厚度对于透光保护层206是热学上可接受的。然而，对于基本上大于10微米的厚度，沉积时间和材料成本将增加。另外，如果透光保护层206对可见光具有非零吸收（即，消光系数k在可见光中并不等于零），那么复合表面204、206的减小的光学反射率可导致透光保护层206的厚度基本上大于10微米。因此，在一些实施方式中，透光保护层具有不大于25微米的厚度，且在一些实施方式中，不大于15微米，且在一些实施方式中，不大于10微米。

在“灯泡”类型的灯的具有散热片的散热器的情况中，图18所示的复合表面204、206也可在其他散热器中使用，在这些散热器中，反射面是有利的。

返回参考图3，例如，表示了一个变型实施方式，其中，至少空心的大致锥形的散热器的内表面20包括复合表面，复合表面（顺序地）包括铜层202、反射层204（例如，银层，在一些实施方式中，是镜面平滑的，由此是镜面反射的）、以及透光保护层206。在一些实施方式中，仅有内表面20包括层204、206，以提供高反射率，同时外表面22可能仅包括铜层202，以提供热传导（可选地进一步包括白色粉末涂层或其他装饰表面处理）。在其他实施方式中，内表面20和外表面22都包括层204、206——在某些层沉积技术的情况中，在外表面22上可选地包括这些层将典型地促进制造方便性。

该说明性的散热器使用如已经描述的由塑料或另一适当材料制成的散热器本体，以有利地提供重量轻的散热器。在任何这种散热器中，可能包括附加层204、206，以提供与由保护层206提供的环境鲁棒性组合的高反射率，并且，与金属（例如银或铜）最外层相比，由透光保护层206的增强的发射度提供的被保持的或甚至被改进的热性能。如果反射层204制 造成足够平滑的，那么多层结构204、206提供镜面反射率，其对于散热器用作反射光学元件的某些应用是有利的。

在一些实施方式中，可将导热层202和反射层204组合成单个层，其具有必要的厚度，以提供导热率和所要求的反射率。

作为又一考虑的变型，散热器本体可以是全铜或全铝的、或是另一种导热金属或金属合金的，例如，大块铜或铝散热器（没有任何塑料或其他重量轻的散热器本体部件），其由附加层204、206涂覆，以提供具有高热发射度的鲁棒的反射面。

所公开的散热器有利于新的灯设计。

参考图21和图22，示出了定向灯。图21示出了定向灯的侧截面图，而图22示出了在图21中标有“观察”的方向上看的视图。图21和图22的定向灯包括设置于电路板302上的一个或多个LED装置300，电路板安装于灯座304上，其包括适当的功率转换电子装置（未示出内部元件），以将在螺纹爱迪生型灯座306处接收的线路交流电压转换成适于操作LED装置300的功率。定向灯进一步包括光学系统，该光学系统包括形成光束的菲涅尔透镜308和配合以沿着光轴OA产生定向光束的锥形反射器310。应理解，菲涅尔透镜308是透光的，使得，通过图22的视图中的透光透镜可以看到在图22的视图中的菲涅尔透镜308“后面”的内部细节。

图21和图22的定向灯与图3至图6的定向灯具有某些相似性。一种相似性是，在两个实施方式中，锥形反射器用作散热器。然而，在图3至图6的实施方式中，散热器在锥形反射器的外部上具有散热片。此布置是传统的，因为其将散热片放在光路之外。相反，在图21和图22的定向灯中，包括在锥形反射器310内部向内延伸的散热片312。这些散热片312包括复合的反射面或多层的反射面，该反射面（顺序地）包括由塑料或另一重量轻的材料制成的平面散热片本体314、涂覆平面散热片本体314的 两侧的导热层202（例如，在一些实施方式中，150-500微米的铜层）、反射层204（例如，具有几十微米至几微米的范围的厚度的银层）、以及透光保护层206（例如，具有大约3-15微米的范围的厚度的SiO₂或透光塑料层）。复合层结构202、204、206还涂覆锥形反射器310的内表面（即，可在图22中看见的表面，对于图3至图6的定向灯实施方式，与图3中详细地示出的涂层类似），还可选地涂覆锥形反射器310的外表面（即，在图22中看不见的表面）。可替换地，可以不涂覆锥形反射器310的外表面，或为了美观的原因而可能对其进行装饰处理。

反射（优选地镜面反射，但是也可考虑漫反射）的使用还是非常导热的和热发射的，并且，环境鲁棒的复合层结构202、204、206便于形成图21和图22的结构，其中，散热片312位于锥形反射器310的内部，并由此位于光路中。传统的散热器对于可见光具有大约85%或更低的反射率。虽然这可能看起来较高，但是其相当于大量光损失，特别是在多次反射的情况中，例如，易于与锥形反射器内的向内延伸的散热片一起出现。

相反，复合层结构202、204、206提供与高反射率层204的自然反射率基本上相同、或甚至更好的反射率。在银的情况中，此自然反射率可高于90%，典型地是大约95%。透光保护层206通常不使此反射率变差，并且，由于表面钝化和/或折射率匹配的原因而可甚至改进反射率。结果，在仍保持高光学效率的同时在定向灯中使用向内延伸的散热片312是可行的。

与图3至图6的实施方式的向外延伸的散热片相比，该向内延伸的散热片312具有大量优点。通过使用向内延伸的散热片312，将定向灯制造得更紧凑且外观上令人喜欢。另外，如果以凹入的方式安装定向灯，那么可将向外延伸的散热片在空间上限制于小凹槽中，这会大幅度减小其有效性。相反，将向内延伸的散热片312放在光路中可确保其面向基本上开放的体积，即使是在凹入安装的情况中也是如此。向内延伸的散热片312还趋向于从灯的前部向外排热，而向外延伸的散热片趋向于朝着安装表面 “向后”排热或在凹入安装的情况中排入安装腔体。如果向内延伸的散热片312是镜面反射的并且是围绕灯的光轴对称布置的，并且，如果每个散热片位于与光轴平行的径向平面上，那么，向内延伸的散热片还趋向于保持锥形反射器和形成光束的透镜的光学性能。在这种平面中，每个散热片将光镜面反射至灯的光束图案中，使得从散热片反射的光不会改变光在光束中的径向分布，并且不管光是从散热片反射，还是不从散热片反射地从灯发出，光在光束图案中的方位分布是围绕光轴旋转不变的。

图23示出了与图16至图20的灯相似的灯，图23示出了与图18相同的侧视图。图23的改进的灯用内部散热片350代替了具有散热片的散热器112（该散热器具有位于漫射器110的外部的散热片），所述内部散热片由更大的漫射器352（用虚线表示的半透明的漫射器352）包围。通过朝着“灯泡”的中心进一步向内延伸，可将内部散热片350制造得比相应的外部散热片更大。如果漫射器352足够漫射，那么看不到或仅可漫射地看到内部散热片350。对于大多数人来说，希望将外部散热片的消除认为是对外观的增强，并且，当将灯拧入螺纹灯座时，使得更容易抓住并操作“灯泡”部分。如在圆形放大图V’中描述的，每个散热片具有提供结构支撑的塑料或其他重量轻的平面散热片本体354，并在任一侧上涂有复合多层结构202、204、206。

在薄平面散热片支撑部的两侧上涂有复合多层结构202、204、206（例如，如在图18、图22、图23中图示的）的任何实施方式中，还考虑，复合多层结构202、204、206还涂覆“边缘”，即，薄表面与平面散热片支撑部的相对的主平面表面连接。可替换地，在一些实施方式中，由于此“边缘”具有小面积且用散热片本体屏蔽直接光路，所以可能不涂覆该“边缘”。

在下文中，给出了一个确定复合散热器的适当涂层厚度的实例，其包括涂有透光保护层的高度镜面反射的层。在此实例中，假设散热器本体（例如，图18中的散热器散热片本体200、或图22中的平面散热片本体314、或图23中的平面散热片本体354）是聚合物，假设层202是铜（Cu）层， 假设反射层204是银（Ag）层，并假设透光保护层206是二氧化硅（SiO2）层。而且用T₁表示Ag与SiO₂界面处的温度。用T₂表示环境温度（在此模型中将其处理为黑体散热器），并用Tw表示空气界面处的SiO₂层的温度。总的来说，散热器复合结构包括模制的聚合物脊柱200、314、354，镀有所需厚度的铜（Cu）或其他导电材料202，例如镍（Ni）、银（Ag）等。此第一镀层202上涂覆有薄层的银（Ag）204，以提供高镜面反射。然后，Ag层204上涂有二氧化硅（SiO₂）206的透明涂层。（可替换地，也可用另一透光保护层（例如，在电磁光谱结构的可见光部分中透光的聚合物涂层）作为层206。在此实例中提出的说明性计算方法是用于SiO₂的）。从多层散热器表面202、204、206的热传递的有效速度取决于透光保护层206（例如，说明性实例中的SiO₂）的厚度。在简化假设下，可用现在提出的说明性实例如所示出的计算任何特殊设计的透光保护层206的最佳厚度。

对于环境空气中的半无限板（即，使板在垂直维度上具有无限长度），可进行以下假设。首先，周围环境在温度T₂下用作黑体散热器。第二，用于对周围环境的热损失的主要机制是对流和辐射。通过对复合结构提供通过SiO₂层的外表面（SiO₂-空气界面）与周围环境的净总热损失等价的热量（将其计算为，将Ag-SiO₂界面保持在温度T₁下），Ag与SiO₂界面处的温度可处于保持在固定温度T₁下的稳态。在SiO₂层相对于红外辐射光学地较薄的范围中，可将通过SiO₂-空气界面的热损失总结如下：

Q=Q_Conv+Q_Rad (1)

其中，Q是对周围环境的净热损失，Q_Conv是从SiO₂-空气界面到周围环境的热对流，且Q_Rad是Ag-SiO₂界面处的净辐射和在SiO₂-空气界面处对周围环境的净辐射的和。此外，在SiO₂的光学薄区域中，可将Q_Rad再分为：

Q_Rad=Q_Rad-SiO2+Q_Rad-Ag-out (2)

其中，Q_Rad-SiO2是经由吸收和再发射在SiO₂层内产生的辐射，且Q_Rad-Ag-out是没有被吸收地通过SiO₂层地来自Ag-SiO₂界面的净辐射的部分。以下关系遵循基尔霍夫定律：

Q_Rad-SiO2=Q_Abs-SiO2 (3)

其中，Q_Abs-SiO2是SiO₂层吸收的辐射。另一方面，在感兴趣的红外波长中的吸收非反射系统的限度内，以下成立：

Q_Rad-Ag-out=Q_Trans-SiO2 (4)

其中，Q_Trans-SiO2是通过SiO₂层发射的辐射。在感兴趣的红外波长区域中，当增加厚度时，SiO₂层透射率改变，并且，该层在更大的厚度下变成半透明并最终变成不透明。对于通过吸收介质的透射率，可按照比尔-朗伯定律书写Q_Trans-SiO2与SiO₂厚度和SiO₂的吸收系数的函数关系，其中：

T_SiO2=e^-at (5)

A_SiO2=1-e^-at (6)

其中，在这些等式中，T_SiO2是SiO₂层的透射率，A_SiO2是SiO₂层的吸收率，t是SiO₂层的厚度，且α是SiO₂层的黑体平均吸收系数。使用普朗克辐射函数：

其中：

其中，C₁=3.742×10⁸W-μm⁴/m²，C₂=1.4387×10⁴μm-K，T是温度，单位为开尔文（K），k是SiO₂的消光系数（即，折射率的虚部），其是波长的函数，并且，λ是感兴趣的辐射的波长。可将另一关系写成：

Q_Rad-Ag-Out=Q_Trans-SiO2=Q_Rad-Ag*T_SiO2 (9)

其中，Q_Rad-Ag（每单位面积）是在Ag-SiO₂界面温度下从银（Ag）灰体计算的辐射热，并可写成：

其中，ε_Ag是银的发射率，且σ是斯特藩-玻尔兹曼常数=5.67×10^-8W/(m²-K⁴)。此外：

其中，T_w是空气界面处的SiO₂层的温度。在SiO₂的光学薄区域中，还可假设，辐射与对流和传导无关，使得：

Q_Cond-SiO2=Q_Conv (12)

其中，Q_Conv是从SiO₂-空气界面到周围环境的热对流，且Q_Cond-SiO2是通过SiO₂层传导的热量。此外：

并且，

Q_Conv=h_SiO2-air(T₁-T_w) (14)

其中，K_SiO2是SiO₂层的导热率，且h_SiO2-air（h_SiO2-空气）是SiO₂-空气界面处的对流热传递系数。等式13和14可与适当的物理数据一起用来计算T_w（即，空气界面处的SiO₂层的温度），从中可求解出等式(1)-(12)。

以下是银镜面反射层上的SiO₂透光保护层的以上内容的定量实例。该定量实例使用在Palik（光学常数手册）中提供的消光系数值，从中，在相关的3.5微米至27微米红外光谱范围内，可将SiO₂的吸收系数计算为0.64。在表A-1中列出了在定量实例中使用的值。

表A-1

图24示出了在该定量实例中使用的SiO₂的光学特性的光谱。首字母缩写词“HTC”指的是“热传递系数（Heat Transfer Coefficient）”。将100℃的银温度选择为对应于高功率发光二极管（LED）装置的典型期望工作温度，并假设对银有效地热传递，使得银温度可与LED工作温度相当。图24图示了SiO₂消光系数（k），吸收率（alpha或α），100℃下的黑体发射度（BB）、以及综合吸收系数（alpha*BB）。注意，SiO₂具有很大的吸收峰值，并在红外线中具有总BB辐射，尽管在可见光谱中是光学透明的（或几乎光学透明的）。

参考图25和图26，对于表A-1的结构，分别在图25和图26中以不同的比例示出了总通量和SiO₂层厚度的关系的曲线。SiO₂比银在辐射热下更有效。然而，SiO₂仅可辐射其接收的热量，例如，通过红外吸收。这解释了随着SiO₂厚度增加至大约5-15微米时总热通量的增加。对于超过该范围的SiO₂厚度，总热通量开始缓慢地下降，因为SiO₂现在对于红外辐射是不透明的，并且额外的厚度对红外吸收没有帮助。这些结果表明，为了有效的总热损失，银上的SiO₂的适当厚度大约是5至15微米，超过该厚度，额外的SiO₂厚度开始减小净排热。该情况出现的原因在于，超过大约5-15微米，SiO₂层变得对红外辐射不透明，并且，任何额外的SiO₂厚度对可通过SiO₂层的发射度而辐射掉的所吸收的红外热量没有帮助。

已经示出并描述了优选实施方式。明显地，在阅读并理解之前的详细描述时，其他人将知道如何改进和改变。目的是，将本发明解释为，包括所有这种改进和改变，只要其在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (13)

1.一种散热器，其特征在于，所述散热器包括：

散热器本体，所述散热器本体由塑料制成；

反射层，设置于所述散热器本体上，所述反射层具有对于可见光谱中的光大于90％的反射率；以及

透光保护层，设置于所述反射层上，所述透光保护层对于可见光谱中的光来说是透光的，

其中，所述散热器本体包括多个热辐射片，所述多个热辐射片也由塑料制成且具有相对平面表面，并且所述反射层和所述透光保护层设置在至少所述热辐射片的每个相对平面表面上，

其中，所述散热器本体还包括结构散热器本体，并且，导热层设置在至少所述热辐射片的每个相对平面表面上以通过周围环境散热，并且所述导热层具有比所述结构散热器本体和所述热辐射片高的导热率，所述反射层和所述透光保护层设置在所述导热层上。

2.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，包括所述反射层和所述透光保护层的多层结构包括具有小于10％的光散射的镜面反射器。

3.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述结构散热器本体包括塑料或聚合物结构散热器本体，其中，所述热辐射片包括具有最内层的细长平面形状，所述最内层为所述结构散热器本体，所述导热层设置在所述最内层的每一侧，所述反射层设置在每个所述导热层上，所述保护层设置在每个所述反射层上，并且，所述最内层具有的厚度大于所述导热层、所述反射层和所述透光保护层中每一层的厚度。

4.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述导热层包括铜(Cu)层并且/或者所述反射层包括银(Ag)层。

5.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述透光保护层用于红外光的光吸收，并且至少为5微米。

6.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述透光保护层包括透光塑料、聚合物、玻璃、陶瓷、二氧化硅(SiO₂)或硅石层。

7.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述反射层具有足够的厚度，使得入射光被反射，而没有衰减波通过镜面反射层。

8.一种基于发光二极管(LED)的灯，其特征在于，所述灯包括：

根据权利要求1所述的散热器；

LED模块，与所述散热器固定并与所述散热器热连通，并且

其中，所述灯包括纵向轴，并且，所述多个热辐射片包括径向设置的边缘，所述边缘与所述纵向轴共面。

9.根据权利要求8所述的基于发光二极管(LED)的灯，其特征在于：

所述基于发光二极管(LED)的灯具有A字形灯泡结构，并进一步包括由所述LED模块照亮的漫射器；并且

所述散热器包括设置于所述漫射器内部或外部的散热片，并且所述反射层和所述透光保护层设置在至少所述散热片上。

10.根据权利要求9所述的基于发光二极管(LED)的灯，其特征在于，所述漫射器是空心的，并且所述散热器包括设置于空心的所述漫射器内的散热片。

11.根据权利要求10所述的基于发光二极管(LED)的灯，其特征在于，所述基于发光二极管(LED)的灯包括定向灯，所述散热器限定空心集光反射器，并且所述反射层和所述透光保护层设置在至少所述空心集光反射器的内表面上。

12.根据权利要求11所述的基于发光二极管(LED)的灯，其特征在于，所述散热器包括设置于所述空心集光反射器内的向内延伸的散热片，并且所述反射层和所述透光保护层附加地设置在至少所述向内延伸的散热片上。

13.根据权利要求8所述的基于发光二极管(LED)的灯，其特征在于，所述散热器包括所述基于发光二极管(LED)的灯的反射光学元件。