CN106482003A - 制造具石墨烯灯丝的led灯泡的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，包含以下步骤：A.提供一挠性基材，其中，所述挠性基材是为挠性印刷电路板(PCB)；B.在挠性基材的背面涂布一石墨烯散热油墨；C.切割所述印刷电路板(PCB)，该印刷电路板(PCB)上涂布有一石墨烯散热薄膜，以形成多个石墨烯灯丝；D.固定所述多个石墨灯丝至一灯泡内。上述挠性基材具有形成在其两侧的铜线，用于电子电路及导热，且多个LED芯片被安装在挠性基材的前侧。在LED芯片/荧光体成型之前或之后，在挠性基材后侧涂布所述石墨烯散热油墨，然后将其干燥。另外，石墨烯灯丝被固定在一个弯曲或弧形位置。

Description

制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法
技术领域
本发明是有关一制造LED灯泡的方法，特别是有关一制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法。
背景技术
一现有技术的灯泡被公开于美国公开号20140211475且包括：一发光模块；一散热载体，其包括一第一表面，及一相对于所述第一表面的第二表面，所述散热载体设置在所述发光模块下方，用于传导由发光模块所传送的热量；及一设置在所述散热载体上，用于散发散热载体的热量，其中，所述散热材料涂布在所述散热器表面，可包括含碳化合物，如碳化硅，石墨，金属氧化物，如氧化锌，或III-氮化物化合物，如氮化硼。然而，因高功率LED灯泡，需要产生足够的光用于照明，而非方向灯，所述散热设计不充分，而使散热载体增大，成为重金属热表面，且需要更有效率的热传播材料。LED灯泡的热管理的改进会增加灯泡的成本，且其冷却结构笨重，抵消了LED的好处。
对于灯泡应用，导热仅允许热量向下传导至该基座。老实说，这并非有效的，因为灯丝将被连接至产生更多热量的电子产品。此外，所述电力电子保持在非常紧密的罩状E27/GU10连接器。但该散热将造成问题。石墨烯出色的热传导性已被熟知，且具高表面积。这两个特性指出石墨烯可作为一散热解决方案。然而，在最近几年的有关设计显示出几个缺点。
美国公开案20100085713公开横向石墨烯可作为用于电子装置及电路的散热器。此整合过程，可通过化学气相沉积(CVD)或转印剥离石墨烯方式生长石墨烯，但其成本高且相当复杂，而不利于商业化。石墨烯薄膜/被提出作为散热器，例如美国公开案20130329366及美国公开案20140224466。石墨烯薄膜可由石墨烯纳米片产生。通过压缩，石墨烯薄膜被成形。然而，所述薄膜被黏贴至热源或散热器上，可产生在接口之间的另一耐热性，且会降低散热效果。
发明内容
本发明的主要目的是提供一制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，其上涂布有石墨烯油墨，以便迅速移除热源的热量。
本发明的另一个目是提供一制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，其具有石墨烯独特的冷却能力优点。
为获得上述目的，由本发明所提供一制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，包含以下步骤：
A.提供一挠性基材，其中，所述挠性基材是为挠性印刷电路板(PCB)，具有形成在其两侧的铜线，用于电子电路及导热，且多个LED芯片被安装在挠性基材的前侧。
B.在LED芯片/荧光体成型之前或之后，在挠性基材的背面涂布一石墨烯散热油墨，然后干燥涂布在所述挠性基材背面的石墨烯散热油墨。
C.切割所述印刷电路板(PCB)，该印刷电路板(PCB)上涂布有一石墨烯散热薄膜，以形成多个石墨烯灯丝。
D.固定所述多个石墨灯丝至一灯泡内，其中，该灯丝被固定在一个弯曲或弧形位置。
优选的是，所述挠性基材具有形成在其两侧的铜线，用于电子电路和导热及热传导，且LED芯片被安装在所述挠性基材的前侧。
优选的是，在LED芯片/荧光体成型之前或之后，所述石墨烯散热油墨被涂布在挠性基材的后侧，然后将其干燥。
优选的是，该墨烯散热油墨是包括石墨烯，散热填料，分散剂及粘合剂，以便使所述石墨烯散热油墨具双横向热扩散能力，以便散热。
优选的是，所述石墨烯散热膜可将石墨烯散热油墨，通过喷涂，刷涂，网版印刷，及喷嘴印刷的任一项制成。
优选的是，所述石墨烯灯丝固定在一个弯曲或弧形位置。
优选的是，所述散热填料是为碳材料，金属粒子，及远红外线辐射粉末。
优选的是，所述碳材料包括石墨烯，碳黑，石墨，碳纳米管，活性炭。
优选的是，所述金属颗粒包括铜，镍，锌，铁，钴，银，金，铂和它们的合金。
优选的是，所述远红外线辐射粉末包括二氧化硅，氧化铝，二氧化钛，氧化锆，碳化锆，碳化硅，碳化钽，二硼化钛，二硼化锆，二硅化钛，氮化硅，氮化钛，氮化硼。
附图说明
本发明的标的利用较佳实施例可更详细地被解释如下：
图1及图2显示出石墨烯薄膜沉积在聚对苯二甲酸乙酯(PET)的基材上，且所述石墨烯薄膜的热传导率是在40至90瓦/mk室温下的范围内；
图3至图9显示出依据本发明一较佳实施利的一制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法；
图10A至图10C显示出依据本发明一较佳实施利涂覆在不同基材上的石墨烯膜，展现更佳的散热能力；
图11显示出依据本发明一较佳实施利的一巨大的散热路径，其内的石墨烯涂层具明显的散热效果。该末端温度具有且不具有石墨烯涂层，且具有从热图像所测量的6度温差，具有很大的散热效果；
图12显示依据本发明一较佳实施利的制造具石墨烯灯丝的LED灯泡方法的测试结果。
具体实施方式
参阅图1至图2，一石墨烯薄膜是沉积在聚对苯二甲酸乙酯(PET)基材上，且所述石墨烯薄膜的热导率被发现在室温下介于40至90瓦/mk的范围内，可提供比塑料材料达到比600×更高的导热率。因此，一具石墨烯灯丝的LED灯泡是由石墨烯薄膜制成，可迅速移除热源的热量。
参阅图3至图9，依据本发明一较佳实施利的一制造具石墨烯灯丝的LED灯泡方法，包括以下步骤：
A.提供一挠性基材，例如，挠性印刷电路板(PCB)；在所述基板两面形成不仅可用于电子电路，且可用于热传导的金属线。多个LED芯片被固定在其前侧。图3至图5显示所述过程。图3显示出所述挠性基材的前侧(左侧)及后侧(右侧)具电路。LED被再黏合至所述前侧(图4)。而后，应用荧光体成型(图5)。在LED芯片/荧光体成型之前或之后，在挠性基材后侧涂布所述石墨烯散热油墨，然后将其干燥。另外，石墨烯灯丝被固定在一个弯曲或弧形位置。
B.涂布石墨烯散热油墨于挠性基材背面，例如，挠性印刷电路板(PCB)，如图6所示。在LED芯片/荧光体成型之前或之后，应用涂布过程，且已传统干燥过程进行干燥。这种后处理不仅可以预防昂贵及复杂的处理过程，例如，化学气相沉积(CVD)，且还可消除笨重的散热片或重灯泡金属外壳。在本发明中的石墨烯散热油墨包括，石墨烯，散热填料，分散剂，及粘合剂，可利用除了高横向热传导及高面积的辐射效应。散热填料可以是碳材料(例如，石墨烯，炭黑，石墨，碳纳米管，活性炭)，金属粒子(例如，铜，镍，锌，铁，钴，银，金，铂和它们的合金)，及远外线辐射粉末(例如，二氧化硅，氧化铝，二氧化钛，氧化锆，碳化锆，碳化硅，碳化钽，二硼化钛，二硼化锆，二硅化钛，氮化硅，氮化钛，氮化硼N)。该涂布可藉喷涂，刷涂，网版印刷，及喷嘴印刷的任一项实现。
C.切割所述印刷电路板(PCB)，其上涂布有石墨烯散热膜，以形成多个石墨烯灯丝。由于事先在大面积进行涂布，切割石墨灯丝，在其背面均匀涂布石墨烯而无间隙，如图7及图8所示。
D.固定多个石墨灯丝至一灯泡内，如图9所述。因石墨灯丝的基材为挠性，故可不依据正交垂直方向，将灯丝固定至灯泡。所述灯丝可被设计固定在弯曲或弧形的位置，达到各种灯丝数组设计。
石墨烯灯丝结构可整合金属的高热传导及石墨烯的高横向散热能力。在灯丝上藉LED产生的热量被固定至每一LED芯片下方。通过此设计，热可被快速传送至金属外，并通过石墨烯散布至表面以增加散热面积。此外，在本发明的石墨烯散热油墨具有散热效果，可有效地散热。
如图10A至图10C所示，涂布在石墨烯散热膜的不同基材显示出优异的散热能力。与无石墨烯膜涂布的纯基材相比，红外线图像清楚显示石墨烯薄膜在所有三个基材，铜，铝，及聚对苯二甲酸乙二醇聚酯(PET)上出色的散热能力。根据本发明的较佳实施例，通过涂布石墨烯散热涂层，在LED数组上的灯丝的高热点可以有效地被缓解。
人们通常使用的白色及反射材料在LED内，因为他们认为白色能反射光线，而黑色只能吸收光线。与此相反，在我们的灯泡及我们的发明中，我们发现我们的石墨烯散热膜的热辐射效果。如图11所示，热图像试验被显示在基材下侧在散热路径中间涂布石墨烯散热膜，当基材的上侧被控制时。热辐射计检测到在不控制散热时，石墨烯散热膜的区域具明显的散热。二端部的温度差为6℃，这表示石墨烯散热膜的有效散热能力。因此，在LED灯泡内的石墨烯灯丝能通过辐射空间/空气，散热远离从未发明的路径。
参阅图12，所述具石墨烯灯丝的LED灯泡系依据LED一千小时燃烧的数据被测试，并通过指数回归发现LED寿命。该数据显示本发明较佳实施例的LED灯泡可改进其寿命。

Claims (10)

1.一制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，其特征在于，包含以下步骤：
A.提供一挠性基材，其中，所述挠性基材是为挠性印刷电路板(PCB)，具有形成在其两侧的铜线，用于电子电路及导热，且多个LED芯片被安装在挠性基材的前侧。
B.在LED芯片/荧光体成型之前或之后，在挠性基材的背面涂布一石墨烯散热油墨，然后干燥涂布在所述挠性基材背面的石墨烯散热油墨。
C.切割所述印刷电路板(PCB)，该印刷电路板(PCB)上涂布有一石墨烯散热薄膜，以形成多个石墨烯灯丝。
D.固定所述多个石墨灯丝至一灯泡内，其中，该灯丝被固定在一个弯曲或弧形位置。
2.如权利要求1项所述的制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，其特征在于，其中，所述挠性基材具有形成在其两侧的铜线，用于电子电路和导热及热传导，且LED芯片被安装在所述挠性基材的前侧。
3.如权利要求1项所述的制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，其特征在于，其中，在LED芯片/荧光体成型之前或之后，所述石墨烯散热油墨被涂布在挠性基材的后侧，然后将其干燥。
4.如权利要求1项所述的制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，其特征在于，其中，该墨烯散热油墨是包括石墨烯，散热填料，分散剂及粘合剂，以便使所述石墨烯散热油墨具双横向热扩散能力，以便散热。
5.如权利要求1项所述的制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，其特征在于，其中，所述石墨烯散热膜可将石墨烯散热油墨，通过喷涂，刷涂，网版印刷，及喷嘴印刷的任一项制成。
6.如权利要求1项所述的制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，其特征在于，其中，所述石墨烯灯丝固定在一个弯曲或弧形位置。
7.如权利要求1项所述的制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，其特征在于，其中，所述散热填料是为碳材料，金属粒子，及远红外线辐射粉末。
8.如权利要求7项所述的制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，其特征在于，其中，所述碳材料包括石墨烯，碳黑，石墨，碳纳米管，活性炭。
9.如权利要求7项所述的制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，其特征在于，其中，所述金属颗粒包括铜，镍，锌，铁，钴，银，金，铂和它们的合金。
10.如权利要求7项所述的制造具石墨烯灯丝的LED灯泡的方法，其特征在于，其中，所述远红外线辐射粉末包括二氧化硅，氧化铝，二氧化钛，氧化锆，碳化锆，碳化硅，碳化钽，二硼化钛，二硼化锆，二硅化钛，氮化硅，氮化钛，氮化硼。
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