JP2013524439A - 軽量ヒートシンク及びそれを使用するｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

ヒートシンク（１０）は、ポリマーホスト内に配置されたフラーレン及びナノチューブのうちの少なくとも一方を含む熱伝導層（１４）を含む。熱伝導層はヒートシンク本体上に配置しても良く、断熱性及び／又は可塑性であり、フィン（１６）のような表面積増強熱放射構造を含んでも良く、熱伝導層を表面積増強熱放射構造の少なくとも表面区域の上に配置している。発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースランプの実施形態は、ヒートシンク及びＬＥＤモジュール（３０）を含み、ＬＥＤモジュール（３０）は、ヒートシンクに固定されかつヒートシンクと熱的に連通される１つ又はそれよりも多くのＬＥＤデバイス（３２）を含む。方法実施形態は、ヒートシンク本体を形成する段階及びヒートシンク本体上へ熱伝導層を配置する段階を含む。配置する段階は、スプレー被覆する段階を含むことができる。スプレー被覆段階中に外部エネルギ場を加えて、ポリマーポスト内のナノチューブに非ランダムな配向を与えることができる。
【選択図】図１

Description

以下は、照明技術、点灯技術、半導体点灯技術、熱管理技術、及びその関連技術に関する。

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、２０１０年４月２日出願の米国特許仮出願第６１／３２０，４３１号の恩典を請求する。２０１０年４月２日出願の米国特許仮出願第６１／３２０，４３１号は、その全体が引用により本明細書に組み込まれている。

白熱、ハロゲン、及び高輝度放電（ＨＩＤ）光源は、比較的高い温度で作動し、その結果、熱放出は、放射性及び対流性の熱伝達経路により支配される。例えば、放射性の熱放出は、温度の４乗で上昇し、その結果放射熱性伝達経路は、作動温度の上昇に連れて、超線形的により支配的になる。従って、白熱、ハロゲン、及びＨＩＤ光源のための温度管理では、通常、効率的な放射性及び対流性熱伝達のために、ランプの近くに適切な空隙を与える。通常、これらの形式の光源では、ランプを望ましい温度で作動させるためにランプの表面積を増大又は修正して、放射及び対流による熱伝達を改善することは不要である。

これに対して、発光ダイオード（ＬＥＤ）をベースにしたランプの作動温度は、デバイスの性能及び信頼性の理由から通常よりも低い。例えば、通常のＬＥＤデバイスの接合温度は２００℃を下回らなければならず、いくつかのＬＥＤデバイスでは１００℃を下回り、更に低くなければならない。これらの低い作動温度では、大気への放射熱伝達経路が弱く、そのために通常大気への対流性及び伝導性の熱伝達が支配的になる。ＬＥＤ光源では、ランプ又は照明機器の外面区域からの対流及び放射による熱伝達は、ヒートシンクの追加により高められる。

ヒートシンクは、ＬＥＤデバイスに広い表面積を与えて、熱をＬＥＤデバイスから離れるように放射及び対流させる構成要素である。通常の設計では、ヒートシンクは、例えば、その外面に有するフィン又は他の熱放散構造により広くなるように設計された表面積を有する比較的大きく重い金属要素である。ヒートシンクは、大きい質量のおかげでＬＥＤデバイスから放熱フィンに熱を効率的に伝導し、広い表面積の放熱フィンのおかげで放射及び対流による効率的な熱放出を達成する。高電力で作動するＬＥＤベースのランプにおいて、ファン、合成した噴射、ヒートパイプ又は熱電冷却器からポンピングされる冷却液等の積極的な冷却を採用して熱の除去を高めることも公知である。

国際公開第２００９／０５２１１０号パンフレット 国際公開第２００８／０８５５５０号パンフレット

Ｂｅｒｂｅｒ他著「カーボンナノチューブの非常に高い熱伝導性（Ｕｎｕｓｕａｌｌｙ Ｈｉｇｈ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ）」、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第８４巻、２０号、４６１３-１６ページ（２０００）

例示的な実施例として本明細書に示す一部の実施形態では、ヒートシンクは、ポリマーホスト内に配置されたフラーレン及びナノチューブの少なくとも一方を備えた熱伝導性層を含む。ヒートシンクは、更に、熱的絶縁性及び／又は可塑性とすることができるヒートシンク本体を含み、その上に熱伝導性層が配置されている。ヒートシンク本体は、フィンのような表面積を増大する熱放射構造を含むことができ、熱伝導性層が少なくともこの表面積増強熱放射構造の上に配置されている。

例示的な実施例として本明細書に開示した一部の実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースのランプは、直近の段落に説明したヒートシンクと、１つ又はそれよりも多くのＬＥＤデバイスを有するＬＥＤモジュールとを含み、ＬＥＤモジュールは、ヒートシンクにヒートシンクと熱的連通可能に固定されてＬＥＤベースランプを形成し、Ａ線球構成を有することができる。他のランプの実施形態では、ヒートシンク本体は、中空でほぼ円錐形のヒートシンク本体を含み、ヒートシンクは、中空でほぼ円錐形のヒートシンクを含み、熱伝導性層は、中空でほぼ円錐形のヒートシンク本体の少なくとも外面の上に配置され、ＬＥＤベースランプは、ＭＲ又はＰＡＲベースランプである。

例示的な実施例として本明細書に開示した一部の実施形態では、方法は、ヒートシンク本体を形成する段階及びヒートシンク本体の上へ熱伝導性層を配置する段階を含み、熱伝導性層は、ポリマーホスト内に配置されたナノチューブを含む。形成する段階は、ヒートシンク本体を成形プラスチックヒートシンク本体として成形する段階を含むことができる。配置する段階は、ヒートシンク本体上へ熱伝導性層をスプレー被覆する段階を含むことができる。任意的に、配置する段階は、スプレー被覆中に外部エネルギ場を印加し、ポリマーホスト内に配置されたナノチューブへ非ランダム配向を付与する段階を更に含むことができる。

金属ヒートシンク構成要素を採用した従来のヒートシンクの熱モデルの概略図である。 本明細書に開示したヒートシンクの熱モデルの概略図である。 ＭＲ又はＰＡＲランプに適切に使用されるヒートシンクの側面断面を概念的に示す図である。 ＭＲ又はＰＡＲランプに適切に使用されるヒートシンクの側面斜視図を概念的に示す図である。 図３及び図４のヒートシンクを含むＭＲランプ又はＰＡＲランプの側面断面図を概念的に示す図である。 図５のＭＲ又はＰＡＲランプの光学的／電子的モジュールの側面図を概念的に示す図である。 変形ヒートシンクの実施形態及びそのスプレーコーティング製造手法を概念的に示す図である。 簡素化された「スラブ」形式のヒートシンクに対してコーティング厚さ対等価Ｋデータをプロットした図である。 バルク金属ヒートシンクのための材料熱伝導率の関数としての熱的性能を示す図である。 バルク金属ヒートシンクのための材料熱伝導率の関数としての熱的性能を示す図である。 本明細書に開示したヒートシンクを導入した「Ａ線球」ランプの側面断面図を概念的に示す図である。 ヒートシンクがフィンを含む図９の「Ａ線球」ランプの変形例の側面斜視図を概念的に示す図である。 フィン付き「Ａ線球」ランプの付加的な実施形態の側面斜視図を概念的に示す図である。 フィン付き「Ａ線球」ランプの付加的な実施形態の側面斜視図を概念的に示す図である。

全てが光の熱放出体である白熱、ハロゲン、及びＨＩＤ光源の場合には、ランプに近接する大気への熱伝達は、放射性及び対流性熱経路の設計により管理し、それによって光源の作動中の上昇した目標温度を達成する。対照的に、ＬＥＤ光源の場合、光子は熱的に励起されず、むしろ半導体のｐ−ｎ接合における電子の正孔との再結合により発生される。光源の性能及び寿命の両方は、ＬＥＤのｐ−ｎ接合における作動温度を上昇した目標温度で作動するよりも最小限にすることにより、最適化される。フィン又は他の表面積増強構造を有するヒートシンクを提供することにより、放射性及び対流性熱伝達のための表面が増大する。

図１において、フィンを有する金属ヒートシンクＭＢはブロックで概略的に示され、ヒートシンクのフィンＭＦは破線の長円で概念的に示されている。熱が通り対流及び／又は放射により周囲の大気へ伝達する表面は、ここでは放熱面（例えば、フィンＭＦ）として説明されており、ＬＥＤデバイスにその安定状態において十分な放熱作用を与えるために、広い面積であることが必要である。放熱面ＭＦから大気への対流及び放射による放熱は、それぞれ熱抵抗Ｒ_convection及び熱抵抗Ｒ_IRにより、又は熱伝導率で等価にモデル化されている。抵抗Ｒ_convectionは、ヒートシンクの外面から近い大気への自然な又は強制された空気流れによる対流をモデル化している。熱抵抗Ｒ_IRは、ヒートシンクの外面から離れた大気への赤外線（ＩＲ）放射をモデル化している。また、熱伝導経路（図１において、熱抵抗Ｒ_spreader及び熱抵抗Ｒ_conductorにより示されている）は、ＬＥＤデバイスＬＤと放熱面ＭＦとの間で直列となっており、これはＬＥＤデバイスＬＤから放熱面ＭＦへの熱伝導を表している。この直列熱伝導経路のために熱伝導率が高いので、ＬＥＤデバイスＬＤから近い空気への放熱面を通じた熱放出が、確実に直列熱伝導によって制限されないようになる。これは、通常はヒートシンクＭＢをフィン付き又は他の増大された表面積ＭＦを有し放熱面を形成する金属の比較的大きく重いブロックで構成することにより達成される。金属ヒートシンク本体はＬＥＤデバイスと放熱面の間の望ましい高い熱伝導率を提供する。この設計では、放熱面は本来的に連続的であり、高い熱伝導経路を提供する金属ヒートシンク本体と密接に熱接触している。

従って、従来のＬＥＤベースランプのための放熱は、近い空間に露出した広い面積の放熱面ＭＦを有する金属（又は金属合金）のブロックを備えたヒートシンクＭＢを含む。金属ヒートシンク本体はＬＥＤデバイスと放熱面の間の高い熱伝導経路Ｒ_conductorを提供する。図１の抵抗Ｒ_conductorは、ヒートシンク本体ＭＢを通じた伝導をモデル化している。ＬＥＤデバイスは、熱スプレッダを有する金属コア回路基板又は他の支持体に取り付けられ、ＬＥＤデバイスからの熱は熱スプレッダを通ってヒートシンクに伝導する。これは抵抗Ｒ_spreaderとしてモデル化されている。

放熱面を通じた大気への放熱（抵抗Ｒ_convection及びＲ_IR）に加えて、通常、エジソンベース又は他のランプコネクタ又はランプベースＬＢ（図１のモデルにおいて破線の円で概略的に示されている）を通して、少しの熱放出（すなわち、放熱）もある。このランプベースＬＢを通した熱放出は、図１の概略モデルではＲ_sinkで表されており、Ｒ_sinkは固体又は熱パイプを通って離れた大気又は建物の基礎施設への伝導を表している。しかし、ここで、エジソンタイプベースの一般的な場合では、ベースＬＢの熱伝導率及び温度制限は、べースを通した熱フラックスを約１ワットに制限することになることを理解すべきである。対照的に、部屋のような内部空間の照明又は戸外照明を意図するＬＥＤベースランプでは、吸熱すべき熱出力は、通常、約１０ワット又はそれより高い。従って、ランプベースＬＢは主要な放熱経路を提供できないことを理解すべきである。むしろ、ＬＥＤデバイスＬＤからの熱放出は、金属ヒートシンク本体を通した外側の放熱面への伝導に支配され、熱は、対流（Ｒ_convection）及び（より少ない程度の）放射（Ｒ_IR）により周囲の外気に放熱される。放熱面はフィン付きとすることができ（例えば、図１の概略図におけるフィンＭＦ）、又はフィンを付けない場合には、その表面積を増大させて放熱性が改善するように変更することができる。

そのような放熱にはいくつかの不具合がある。例えば、ヒートシンクＭＢが作られた金属又は金属合金の体積が大きいので、ヒートシンクは重い。重い金属ヒートシンクでは機械的応力はベース及びソケットに発生して損傷につながり、いくつかの損傷例は電気的な危険をもたらす。そのようなヒートシンクにおける他の問題は製造コストである。バルク金属ヒートシンクの機械加工は高価であり、選択する金属よっては材料コストも高くなる。更に、ヒートシンクは時々電子機器のためのハウジングとして、又はエジソンベースの取付けポイントとして、又はＬＥＤデバイス回路基板の支持体としても使用される。これらの使用ではヒートシンクをある程度の精度で熱加工することが必要になり、これも製造コストを上昇させる。

本発明者は、図１に示す簡素化した熱モデルを用いてこれらの問題を分析した。図１の熱モデルは、熱インピーダンスの直列−並列回路として代数的に表すことができる。安定状態では、ランプ自体の熱質量又は近い大気中のランプコネクタ、配線、及び構造的マウントのような物体の熱質量のような全ての過渡的なインピーダンスは、熱的なキャパシタンスとして扱うことができる。過渡的なインピーダンス（すなわち、熱的キャパシタンス）は、安定状態では、ちょうど直列電気回路では電気的キャパシタンスを無視することができるように無視することができ、必要なのは抵抗を考慮することのみである。ＬＥＤデバイスと外気の間の合計熱抵抗Ｒ_thermalは以下の式で表される。

ここで、Ｒ_sinkは、エジソンコネクタ（又は他のランプコネクタ）を通って「大気」電気配線に至る熱の熱抵抗であり、Ｒ_convectionは、放熱面から対流熱伝達により周囲の大気に至る熱の熱抵抗であり、Ｒ_IRは、放熱面から放射熱伝達により周囲の大気に至る熱の熱抵抗であり、

はＬＥＤデバイスから熱スプレッダ（Ｒ_spreader）及び金属ヒートシンク本体（Ｒ_conduction）を通じて放熱面に至る熱の直列熱抵抗である。ここで、

の項に対して直列熱経路は放熱面ではなくランプコネクタにつながっているので、対応する直列熱抵抗は正確には

ではないことに注意すべきである。しかし、通常のランプではベースコネクタを通る熱伝導率

は小さいので、この誤差は無視可能である。実際、ベースを通った放熱を無視した簡素化モデルは、全体として以下のように表される。

この簡素化された式は、ヒートシンク本体を通した直列熱抵抗Ｒ_conductionが熱モデルを制御するパラメータであることを明らかにしている。実際、それによってヒートシンク本体が非常に低い直列熱抵抗Ｒ_conductionの値をもたらすバルク金属ヒートシンクＭＢを採用している従来のヒートシンク設計が正当化される。上述のことを考慮して、直列熱抵抗Ｒ_conductionが低く、同時に、従来のヒートシンクに比べて重量が低減した（かつ望ましくはコストが低減した）ヒートシンクの実現が望ましいことが分る。

これを達成する１つの方法は、ベースを通した放熱Ｒ_sinkを高めることであり、それによってこの経路は強化され、１０ワット又はそれよりも高い放熱率が得られる。しかし、従来の白熱、ハロゲン、及びＨＩＤランプをＬＥＤランプで置換した換装光源の使用では、置換したＬＥＤランプは、白熱、ハロゲン、及びＨＩＤランプのように設計された従来のベース、ソケット又は照明器具に取り付けられる。このような結合をすると、建物の基礎施設や離れた大気（例えば、接地）に対する熱抵抗Ｒ_sinkは、Ｒ_convection又はＲ_IRと比べて大きく、その結果対流及び放射による大気への熱経路が支配的になる。

更に、ＬＥＤアセンブリの作動温度は比較的低い状態で安定しているので、放射経路は通常対流経路により支配される（

）。従って、通常のＬＥＤベースランプを支配する熱経路は、Ｒ_conductionとＲ_convectionとの直列熱回路である。従って、ヒートシンクの重量（加えて、望ましくはコスト）を低減しながら、直列熱抵抗

を低くすることが望ましい。

本発明者は、第１原則による観点から、ＬＥＤベースランプにおける熱除去の問題を注意深く考察した。ここで、特に考察すべきパラメータ（ヒートシンクの体積、伝導率に対するヒートシンクの質量、ヒートシンクの表面積、及びベースを通した伝導性の熱除去及び放熱）のうち、設計のための２つの支配的な属性は、ＬＥＤとヒートシンク（すなわち、Ｒ_conduction）の間の経路の熱伝導率、及び大気への対流及び放射による熱伝達のためのヒートシンクの外側表面積（Ｒ_convection及びＲ_IRに影響する）である。

消去プロセスにより分析を更に進めることができる。ヒートシンクの体積は、それがヒートシンクの質量及びヒートシンクの表面積に影響する限りにおいてのみ重要である。ヒートシンクの質量は、過渡的な状況で重要であるが、安定状態の熱除去機能には強く影響せず、これは連続的に作動するランプでは、金属ヒートシンク本体の直列抵抗Ｒ_conductionが低い範囲を除き、重要なことである。ＰＡＲ、ＭＲ、反射器、又はＡ線ランプのような置換ランプのベースを通した放熱経路は（ピンタイプベースのような他のベースタイプは、対等な又はより少ない熱伝導率を有し易い）、より低い電力ランプに対しては重要であるが、エジソンベースの熱伝導率は、大気への約１ワットの放熱を得る上で十分であるに過ぎず、従って、ベースを通した大気への伝導放熱は、市販されているＬＥＤベースランプに対して重要であるとは予想されておらず、市販のＬＥＤベースランプではそれは安定状態で数桁高い熱負荷を発生することが予想されている。

上述のことに基づいて、図２に示す改良されたヒートシンクは、必ずしも熱伝導性でなくても良い軽量のヒートシンク本体ＬＢと、ヒートシンク本体上に配置され放熱面を形成する熱伝導層ＣＬとを含む。ヒートシンク本体は熱回路の一部ではないが（又は任意的に、ヒートシンク本体が熱伝導性であれば副次的な構成要素とすることもできる）、ヒートシンク本体ＬＢは、放熱面を形成する伝熱性層ＣＬの形状を形成する。例えば、ヒートシンク本体ＬＢは伝熱性層ＣＬにより被覆されたフィンＬＦを有してもよい。ヒートシンク本体ＬＢは熱回路の一部ではないので（図２に示すように）、構造的頑丈性及び軽量性のような生産率及び特性を考慮した設計が可能である。一部の実施形態では、ヒートシンク本体ＬＢは、熱絶縁性又は比較的低い熱伝導性のプラスチックを含む成形プラスチック構成要素である。

軽量のヒートシンク本体ＬＢ上に配置された熱伝導層ＣＬは放熱面としての機能を果たし、周囲の大気への放熱に関するその性能（熱抵抗Ｒ_convection及びＲ_IRにより定量化される）は、図１においてモデル化された従来のヒートシンクのそれと実質的に同じである。しかし、熱伝導層ＣＬはＬＥＤデバイスから放熱面への熱経路（直列の熱抵抗Ｒ_conductionにより定量化される）を形成する。これも図２に概略的に示されている。Ｒ_conductionの値を十分低くするために、熱伝導層ＣＬは十分に厚い（Ｒ_conductionは厚さの増加に連れて減少するので）と共に、材料熱伝導性（Ｒ_conductionは材料熱伝導性の増加時にも減少するので）は十分に低いことが必要である。熱伝導層ＣＬの材料及び厚さを適切に選択することにより、軽量の（かつ可能であれば熱絶縁性の）ヒートシンク本体ＬＢ及びヒートシンク本体上の上に配置され放熱面を形成する熱伝導層ＣＬは、同等の寸法及び形状を有し、バルク金属ヒートシンクの放熱特性と同じか又はよりも優れ、同時に同等のバルク金属ヒートシンクよりも軽量かつ廉価に製造することができる。繰り返すと、単にヒートシンクの性能に依存する大気への放射性／対流性放熱に役立つ表面積のみではなく、放熱層により形成された外面を横切って外気と熱的に連通する熱の熱伝導率（すなわち、直列抵抗Ｒ_conductionに相当する）も、ヒートシンクの性能を決める。表面伝導率が高くなると、熱の放熱面にわたるより効率的な分配が促進され、従って、大気への放射性及び対流性放熱が促進される。

上述のことを考慮して、本明細書に示すヒートシンクの実施形態は、ヒートシンク本体と、このヒートシンク本体上に少なくともその放熱面の上に（かつ放熱面を形成するように）配置された熱伝導層とを含む。ヒートシンクの材料は、熱伝導層の材料よりも熱伝導率が低い。実際、ヒートシンク本体は断熱性とすることができる。他方、熱伝導層は、（ｉ）区域を有し、（ｉｉ）厚さを有し、更に（ｉｉｉ）十分な熱伝導性材料から作られ、大気への十分な放熱面を提供しなければならず、それによってＬＥＤベースランプのＬＥＤデバイスのｐ−ｎ半導体接合は、通常は２００℃より低く、時々１００℃よりも低い識別された最大温度か又はそれよりも十分低く維持される。

熱伝導層の厚さ及び材料熱伝導率は一緒に熱伝導層における熱シート伝導率を定義し、それは電気シート伝導率（又は反対に電気シート抵抗）に類似している。熱シート抵抗は

で定義され、ρは材料の熱抵抗率であり、σは材料の熱伝導率であり、ｄは熱伝導層の厚さである。逆にすると、熱シート伝導率は

で表される。すなわち、熱伝導層の厚さｄと材料熱伝導率σの間に二律背反が生じる。熱伝導率が高い材料の場合には、熱伝導層は薄くすることができ、それによって重量、体積及びコストが低減される。

本明細書に示す実施形態では、熱伝導層はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）層であり、ポリマーホスト内に配置されたカーボンナノチューブを含む。いくつかの適するカーボンナノチューブは、例示の実施例により、Ｅｌｈａｒｄ他の２００９年４月３日に公開されその全体が本明細書に組み込まれている国際特許出願ＷＯ ２００９／０５２１１０ Ａ２に開示されており、また、Ｈｅｉｎｔｚ他の２００８年７月１７日に公開されその全体が本明細書に組み込まれている国際特許出願ＷＯ ２００８／０８５５５０ Ａ２に開示されている。カーボンナノチューブは、チューブに沿って非常に高い熱伝導率を有すると共に、チューブに沿って非常に高い電気伝導率を有することは公知である。上記ＷＯ ２００９／０５２１１０ Ａ２及びＷＯ ２００８／０８５５５０ Ａ２に開示されたカーボンナノチューブ層は、ポリマーホスト内に配置されランダムに配向されたカーボンナノチューブを含み、そこではカーボンナノチューブは、隣接するカーボンナノチューブを横切る電気的伝導も非常に高くなるように十分近くにある。従って、カーボンナノチューブ層材料は非常に高い導電率を有する。

カーボンナノチューブ構成で達成することができる非常に高い熱伝導率を示すために、その全体が本明細書に組み込まれているＢｅｒｂｅｒ他著「カーボンナノチューブの非常に高い熱伝導性（Ｕｎｕｓｕａｌｌｙ Ｈｉｇｈ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ）」、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第８４巻、２０号、４６１３-１６ページ（２０００）を参照されたい。Ｂｅｒｂｅｒ他には、様々なカーボンナノチューブの複合特性に対してデータが報告されている。例えば、Ｂｅｒｂｅｒ他の図２は、カーボンナノチューブの熱伝導率が温度の関数として示され、温度１００Ｋにおける熱伝導率のピークは３７０００Ｗ／ｍ−Ｋであり、この温度を超えると伝導率は次第に減少することを見出している。室温では、伝導率は約６６００Ｗ／ｍ−Ｋである。Ｂｅｒｂｅｒ他の図３は、（１０，１０）カーボンナノチューブの熱伝導率データを２００Ｋと４００Ｋの間の温度において拘束グラファイト単層及びＡＡグラファイトのベース面と比較している。これらのデータによれば、孤立したカーボンナノチューブは、仮想上の孤立したグラフェン単層と比べて、非常に類似した熱移送特性を有することが分る。Ｂｅｒｂｅｒ他で報告されたこれらのデータは、ポリマーホスト内に配置されたカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ層について達成可能な高い熱伝導率を示している。特別なカーボンナノチューブ層の正確な熱特性は、ポリマーホスト内におけるナノチューブの密度及び配向（例えば、ランダムな又は優先的配向）、ナノチューブの形式（単一壁又は多重壁）、他の様々なパラメータに依存すると予想されることを理解すべきである。

単一壁カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）のようなカーボンナノチューブストック又はグラファイト化された多重壁カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）を使用して構成されたカーボンナノチューブ層は、例えば、カーボンナノチューブマット（「マット」はカーボンナノチューブ材料の紐を含む）として形成された場合、

又はそれよりも高くに達するほど高く、非常に高い熱伝導率を有する。より一般的には、ポリマーホスト内にフラーレンを含むフラーレン層の熱伝導層を形成すること（すなわち、カーボンナノチューブのようなカーボンナノ構造、「Ｂｕｃｋｙｂａｌｌｓ」として公知であるブックミンスターフラーレン、正２０面体フラーレンなど、又はこれら様々な混合物）が考えられ、そこではフラーレンはポリマーホスト内で十分に大きな密度を有し、それによって隣接するフラーレンを横切る非常に効率的な熱伝導を促進する。

ヒートシンク本体（すなわち、熱伝導層を含まないヒートシンク）は、熱拡散（図２の熱モデルにおいて直列抵抗Ｒ_conductionにより定量化される）を行い、しかも放熱面（図２の熱モデルにおいて抵抗Ｒ_convection及びＲ_IRにより定量化される）を形成する熱伝導層の形状を限定しない限り、熱除去に強く影響しない。ヒートシンク本体によって得られる表面積は、放射及び対流を通じて引き続き行われる熱除去に影響する。その結果、ヒートシンク本体は、軽量、低コスト、構造的な強度又は頑丈性、熱的頑丈性（例えば、ヒートシンク本体は溶融したり過度に軟化することなく、作動温度に耐えなければならない）、製造容易性、最大表面積（これがひいては熱伝導層の表面積を制御する）等の望ましい特性を達成するように選択される。ここに例示した一部の実施形態では、ヒートシンク本体は成形プラスチック要素であり、例えば、ポリメタクリル酸メチル、ナイロン、ポリエチレン、エポキシ樹脂、ポリイソプレン、ｓｂｓゴム、ポリジシクロペンタジセン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイド、酸化フェニレン、シリコーン、ポリケトン、又は熱可塑性物質等のポリマー材料から作られている。ヒートシンク本体は成形してフィン又は他の熱放射／対流の表面積増強構造を有することができる。

以下に、いくつかの例示的な実施形態を説明する。

図３及び図４において、ヒートシンク１０は、ＭＲ又はＰＡＲ形式のＬＥＤベースランプに使用するのに適する構造を有する。ヒートシンク１０は、上述のプラスチック又は適切な材料で作られたヒートシンク本体１２と、ヒートシンク本体１２に配置されカーボンナノチューブ層を含む熱伝導層１４とを含む。より一般的には、熱伝導層１４はポリマーホスト内に配置されたフラーレン（カーボンナノチューブ、「Ｂｕｃｋｙｂａｌｌｓ」として公知であるブックミンスターフラーレン、正２０面体フラーレン等）を含むフラーレン層とすることができる。

図４で最も良く分るように、ヒートシンク１０はフィン１６を有し、それによって放射及び対流による最高の熱除去を高めている。図示のフィン１６の代わりに、多数のセグメントから構成されるフィン、ロッド、マクロ／ナノスケール表面、及び体積特徴部等の他の表面増大構造が採用可能である。例示したヒートシンク本体１２は、内面２０及び外面２２を有する中空でほぼ円錐形状のヒートシンク１０を形成する。図３の実施形態では、熱伝導層１４は内面２０及び外面２２の両方の上に配置されている。代替的に、熱伝導層は、図７に示す代わりの実施形態のヒートシンク１０’のように外面２２の上だけに配置してもよい。

図３及び４を引き続き参照して更に図５及び図６を参照すると、例示した中空でほぼ円錐形状のヒートシンク１０は中空の頂部２６を含む。ＬＥＤモジュール３０（図６に示す）は頂部２６に適切に配置され（図５に示すように）、それによってＭＲ又はＰＡＲベースランプを形成している。ＬＥＤモジュール３０は１つ又はそれよりも多く（例示した実施形態では３つ）の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス３２を含み、発光ダイオードデバイス３２は金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）３４に取り付けられ、ＭＣＰＣＢ３４は、例えば、ＭＣＰＣＢ３４の金属層を含む熱スプレッダ３６を含む。更に、例示したＬＥＤモジュール３０はネジ切りされたエジソンベース４０を含むが、差込みピン形式のベース、又は豚の尾形状の電気コネクタのような他の形式のベースが、エジソンベース４０の代わりに使用可能である。更に、例示したＬＥＤモジュール３０は電子機器４２を含む。電子機器は図示のような包まれた電子機器ユニット４２を含むことができ、又は分離したハウジングなしでヒートシンク１０の中空頂部２６に配置された電子構成要素とすることができる。電子機器４２は、交流電力（例えば、米国住居のための１１０ボルト、米国産業のための又は欧州のための２２０ボルト等）を（通常は低い）適切な直流電圧に変換してＬＥＤデバイス３２を作動させる電源回路を適切に含む。電子機器４２は、任意的に、静放電（ＥＳＤ）保護回路、ヒューズ又は他の保護回路、又は調光回路などのような他の構成要素を含むことができる。

ここで使用されているように、用語「ＬＥＤデバイス」は、無機又は有機のＬＥＤの裸の半導体チップ、無機又は有機のＬＥＤの封入された半導体チップ、ＬＥＤチップ「パッケージ」であり、そこではＬＥＤチップがサブマウント、リードフレーム、表面取付け支持体のような１つ又はそれよりも多くの中間要素に取り付けられるＬＥＤチップ「パッケージ」、封入材料（例えば、黄色、白色、琥珀色、緑色、オレンジ色、赤色燐光体又は他の協働して白色光を生成する燐光体で被覆した紫外線、紫色又は青色のＬＥＤチップ）と共に又は関係なく波長変換燐光体コーティングを含む無機又は有機のＬＥＤの半導体チップ、多重チップを有する無機又は有機のＬＥＤデバイス（例えば、赤色、緑色及び青色、更に他の色の光をそれぞれ発光する３つのＬＥＤチップを含み、それらを集めて白色を生成する白色のＬＥＤデバイス）などを包含することを理解すべきである。１つ又はそれよりも多くのＬＥＤデバイス３２は、白色光ビーム、黄色がかった光ビーム、赤色光ビーム又は所定の点灯に重要な他の実質的にあらゆる色の光ビームを集めるように構成されている。１つ又はそれよりも多くのＬＥＤデバイス３２は異なる色の光を発光するＬＥＤデバイスを含むように考慮され、電子機器４２は異なる色のＬＥＤデバイスを独立して作動させるために適切な回路を含み、それによって調整可能な色を出力するように考慮されている。

熱スプレッダ３６はＬＥＤデバイス３２と熱伝導層１４とを熱的に連通する。熱スプレッダ３６と熱伝導層１４とは、半田付け、熱伝導性接着剤、任意的にＬＥＤモジュール３０とヒートシンクの頂部２６との間で高い熱伝導性パッドで補助された緊密な機械的な装着などの様々な方法で良好に熱的に結合される。図示していないが、熱伝導層１４は頂部２６の内径表面の上に配置され、それによって熱スプレッダ３６と熱伝導層１４の間に熱的結合を与える又は強化することも考えられる。

図７を参照して、製造方法について説明する。本方法では、成形のような適切な方法で初めにヒートシンク本体１２を形成し（形成は不図示）、それはプラスチック又は他のポリマー材料から構成される実施形態のヒートシンク本体１２の形成に有利である。ヒートシンク本体１２を形成する他の方法は、鋳造、押出し（筒状のヒートシンクの場合）などを含む。スプレー被覆５０（概念的に矢印に示している）を適用して、ポリマーホスト内に配置されたカーボンナノチューブのようなフラーレンを含む熱伝導層１４により外面２２を被覆する。マスクした浸せきコーティング、又はブッシュの使用などの他のコーティング方法が使用可能である。その結果、図３及び図５のヒートシンク本体１０と比較して内面が熱伝導層１４により被覆されていない変更されたヒートシンク本体１０’が得られる。これは、外面２２上に配置された熱伝導層１４（フィン又は他の表面積増強構造を含むことができる）により、十分な最高の放射性／対流性放熱が得られれば、満足することができるものである。このような実施形態では、内面２０は反射コーティング５２で被覆することができ、それによってＭＲ、ＰＡＲ又は反射ランプのための集光反射器が形成される。ＭＲ又はＰＡＲ反射ランプは、１つ又はそれよりも多くのフレネル又は他のレンズ、１つ又はそれよりも多くの拡散要素などの他の光学構成要素（不図示）を含むことができることを理解すべきである。

内面２０上に熱伝導層１４を付加的に配置することが望ましい場合（図３及び図５のヒートシンク１０による例示的な実施例に示すように）、図７のスプレー被覆は、内面２２をスプレーに対面させて（すなわち、図７に示すヒートシンクを１８０°回して）繰り返される。代替的に、塗装等の他のコーティング方法が使用可能であり、それによって内側及び外面２０、２２の両方のコーティングが可能になる。

一般的に、熱伝導層１４では、フラーレンはポリマーホスト内でランダムな配向を示している。これは通常の構成であり、例として、その全体が本明細書に組み込まれたＷＯ ２００９／０５２１１０Ａ２及びＷＯ ２００８／０８５５５０ Ａ２に示されたカーボンナノチューブ層では良くあることである。しかし、カーボンナノチューブのような異方性のフラーレンの場合、熱伝導層１４をカーボンナノチューブ層として形成し、そこではカーボンナノチューブを熱伝導層１４の平面と平行な選択された配向に向けてバイアスすることも考えられる。そのような配向にすると、「貫通層」熱伝導率と比較して横方向熱伝導率が改善する。熱伝導率は、面内値

及び「貫通層」値

を有するテンソルになる。カーボンナノチューブに向うバイアスは熱伝導層１４の平面に向けられているので、

であり、シート伝導率は

になる。カーボンナノチューブが更に熱伝導層１４の平面と平行な選択された配向に向けてバイアスされている場合、テンソルは、付加的な成分（すなわち、面内値

は異なる面内方向に対して異なる値に分解される）を有し、選択された配向が熱流れの望ましい方向と平行な場合、最高の放射性／対流性放熱は、更に改善する。そのようなカーボンナノチューブの好ましい配向を得るための１つの方法は、スプレー被覆の間、電界Ｅ（破線に示した大きな矢印で概念的に示している）を掛けることである。より一般的には、コーティング中に外部からエネルギ場を加えて、それによってポリマーホスト内に配置したカーボンナノチューブに非ランダムな配向を与える。カーボンナノチューブの好ましい配向を得るための他の方法は、塗装を利用して熱伝導層１４をヒートシンク本体１２上に配置し、その際、塗装のストロークを望ましい配向に沿って向け、それによってカーボンナノチューブに望ましい配向に向う機械的なバイアスを掛けることである。

一部の実施形態では、熱伝導層１４は、ヒートシンク本体１４上に配置された後、加熱、紫外線光露出等の処理が適切に行われる。そのような実施形態では、電界を加えること、又はポリイミド「アラインメント層」がいくつかの液晶デバイス内で形成される方法に類似した機械的な磨きが採用され、それによってカーボンナノチューブに優先的な配向を与える。

図８に、材料熱伝導率が４０００Ｗ／ｍＫの熱伝導層の厚さを最適化するためのシュミレーションデータを示している。このシミュレーションにおけるヒートシンク本体の熱伝導率は２Ｗ／ｍＫであるが、結果のこの値への依存性は弱いことが分った。図８の値は、長さが０．０５ｍ、厚さが０．００１５ｍ、かつ幅が０．０１ｍの簡素化された「スラブ」ヒートシンクに関するものであり、スラブの両面を熱伝導層で被覆している。熱伝導層の厚さが約１５から２０ミクロンよりも厚いと、等価の抵抗は厚さに依存して非常に弱くなることが分る。従って、数十ミクロン又はそれよりも小さい薄層は、熱伝導及び引き続く放射及び対流による大気への熱除去に関し、バルク金属ヒートシンクの性能と比較して安定状態性能を得るのに十分である。

一般的に、熱伝導層１４のシート熱伝導率は十分高く、それによってＬＥＤデバイス３２からの熱が確実に熱放射／対流表面区域を横切って一様に拡散されるようにすべきである。本発明者が行ったシミュレーション（図８に示すような）によれば、熱伝導層１４の厚さ（所定の材料の熱伝導率）を増加して性能を改良すると、厚さがあるレベルを超えると一旦平坦になる（又は、より正確には、性能対厚さ曲線はほぼ指数関数的に低下する）ことが分った。作動に関する特別の理論に制限されることなく、これは、より厚い厚さでは、大気への放熱が、熱伝導層を通じた熱伝導Ｒ_conductionよりも放射性／対流性熱抵抗Ｒ_convection及びＲ_IRによって制限されるようになるためであると考えられる。他の方法に示したように、直列熱抵抗Ｒ_conductionは、より厚い厚さではＲ_convection及びＲ_IRと比べると無視可能である。

図９及び図１０は、バルク金属ヒートシンクの熱シミュレーションにおいて材料熱伝導率が上昇した場合の同様の性能の平坦化を示している。図９は、４つの異なる材料熱伝導率、すなわち、２０Ｗ／ｍ・Ｋ、４０Ｗ／ｍ・Ｋ、６０Ｗ／ｍ・Ｋ及び８０Ｗ／ｍ・Ｋを有する、バルクヒートシンクのミュレートされた熱画像によって得られた結果を示している。各シミュレーションに関するＬＥＤ基板（「プリント基板直接実装方式」すなわち、ＣｏＢ又はＴ_board）温度は図９にプロットされている。ＣｏＢ温度の低下は８０Ｗ／ｍ・Ｋにおいて水平になり始めていることが分る。図１０は、ＣｏＢ温度対材料熱伝導率をプロットしており、熱伝導率が６００Ｗ／ｍ・Ｋのバルクヒートシンク材料の１００から２００Ｗ／ｍ・Ｋにおける実質的な性能の平坦化を示している。作動に関する特別の理論に制限されることなく、これはより高い（バルク）材料伝導率では、大気への放熱が、熱伝導層を通じた熱抵抗Ｒ_conductionよりも放射性／対流性熱抵抗Ｒ_convection及びびＲ_IRによって制限されるようになるためであると考えられる。他の方法に示したように、直列熱抵抗Ｒ_conductionは、より高い（バルク）材料伝導率ではＲ_convection及びびＲ_IRと比べると無視可能である。

上述のことに基づいて、いくつかの熟慮した実施形態では、熱伝導層１４は、厚さが５００ミクロン又はそれより薄く、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ又はそれより高い。しかし、カーボンナノチューブ層は５０Ｗ／ｍ・Ｋを桁だけ超える熱伝導率を有することができるので（例えば、上記Ｂｅｒｂｅｒ他参照）、実質的に薄いカーボンナノチューブ層が利用可能である。例えば、（バルク）アルミニウムの熱伝導率は約１００Ｗ／ｍ・Ｋである。図８から、バルクアルミニウムの放熱性能を超える放熱性能が、約２０ミクロン又はそれよりも厚い４０００Ｗ／ｍ・Ｋのカーボンナノチューブ層に対して達成可能であることが分る。熱伝導率：

（この実施例では

及び

である）に従って測定すると、約８０ミクロンの厚さを有する１０００Ｗ／ｍ・Ｋのカーボンナノチューブ層、約１００ミクロンの厚さを有する８００Ｗ／ｍ・Ｋのカーボンナノチューブ層、又は約２００ミクロンの厚さを有する４００Ｗ／ｍ・Ｋのカーボンナノチューブ層等に対してバルクアルミニウムの放熱性能を超える放熱性能が得られる。所定のカーボンナノチューブの厚さに対して、カーボンナノチューブ層の熱伝導率を上昇させると（例えば、層内のカーボンナノチューブの密度を上昇させることにより、又はより高い個々の熱伝導率を有するカーボンナノチューブの使用により）、放熱性能は改善する。同様に、所定のカーボンナノチューブ層の熱伝導率に対して、カーボンナノチューブ層の厚さを厚くすると放熱性能が改善する。

図１１及び図１２に、ＬＥＤベースランプの様々な形式に導入可能なヒートシンクの態様を示している。

図１１は、白熱Ａ線球に適するように改造された「Ａ線球」ランプの側面図である。ヒートシンク本体６２は構造上の基礎を形成しており、成形プラスチック要素として適切に組み立てられる。プラスチック要素は、例えば、例えば、ポリメタクリル酸メチル、ナイロン、ポリエチレン、エポキシ樹脂、ポリイソプレン、ｓｂｓゴム、ポリジシクロペンタジセン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイド、酸化フェニレン、シリコーン、ポリケトン、熱プラスチック等から作られている。熱伝導層６４はヒートシンク本体６２上に配置されたカーボンナノチューブ層を含む。より一般的には、熱伝導層６４はポリマーホスト内に配置されたフラーレンを含むフラーレン層（カーボンナノチューブ、「Ｂｕｃｋｙｂａｌｌｓ」として公知であるブックミンスターフラーレン、正２０面体フラーレン等）とすることができる。熱伝導層６４は、図３から図５及び図７の実施形態に示すＭＲ／ＰＡＲランプの熱伝導層１４と同様の方法で製造可能である。

ランプベース区画６６はヒートシンク本体６２に固定されてランプ本体を形成している。ランプベース区画６６は、図３から図５及び図７の実施形態に示すＭＲ／ＰＡＲランプのエジソンベース４０と同様のネジ切りされたエジソンベース７０を含む。一部の実施形態では、ヒートシンク本体６２及び／又はランプベース区画６６は、電子構成要素（不図示）を収容する中空区域７１を形成しており、電子構成要素はエジソンベース７０で受け取った電力をランプ光を出力するＬＥＤデバイス７２を駆動するのに適する作動電力に変換する。ＬＥＤデバイス７２は、熱伝導層６４を通じて熱的に連通している金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）又は他の熱拡散支持体７３上に取り付けられている。熱拡散支持体７３とＬＥＤデバイス７２との熱的結合は、半田付け、熱伝導性接着剤等によって良好になるように任意的に改善される。

広い立体角にわたって実質的に全方位の光出力（少なくとも２πステラジアン）を得るために、ディフューザ７４がＬＥＤデバイス７２の上に配置されている。一部の実施形態では、ディフューザ７４は（例えば、コーティングによって形成された）波長変換燐光体を含むことができる。実質的にランバート光出力を生成するＬＥＤデバイス７２のために、図示の配置では、ディフューザ７４は実質的に球形状で、ディフューザ７４の外周に配置されており、それによってＬＥＤデバイス７２は出力される照明の全方位性を強化している。

図１２に示す「Ａ線球」ランプの変形例は、図１１のエジソンベース７０及びディフューザ７４を含むベース区画６６を含むと共に、ＬＥＤデバイス７２（図１２の側面図では見えない）を含む。図１２のランプは図１１のヒートシンク６２、６４に類似したヒートシンク８０を含み、このヒートシンク８０はヒートシンク本体（図１２の側面図では見えない）を有し、このヒートシンク本体はその上に配置されたカーボンナノチューブ層を含む熱伝導層６４（図１２の側面図ではクロスハッチで示されている）で被覆されている。図１２のランプは、図１１のランプと比べて、ヒートシンク８０のヒートシンク本体がディフューザ７４にわたって延びるフィン８２を形成するように成形されている点が異なる。図示のフィン８２の代わりに、ヒートシンク本体は他の熱放射／対流／面積増大構造を有するように成形することができる。

図１２の実施形態では、ヒートシンク８０のヒートシンク本体及びディフューザ７４は、単一で一体構造のプラスチック要素を備えるように考慮されている。しかし、この場合、単一で一体構造の成形プラスチック要素は（ディフューザが光を伝達可能なように）光学的に透明又は半透明な材料で作らなければならない。また、カーボンナノチューブ層６４がランプ光出力に対して光吸収性である場合、図１２に示すように、カーボンナノチューブ層６４はヒートシンク本体のみを被覆し、ディフューザ７４をコートすべきでない。これは、例えば、スプレー被覆の間、ディフューザの表面をマスキングすることによって達成することができる。

図１３及び図１４に、代替のヒートシンク８０’、８０’’を示し、それらは、フィンがディフューザ７４を覆うように延びていない点を除いて、ヒートシンク８０と実質的に同じである。これらの実施形態では、ヒートシンク８０’、８０’’のディフューザ７４及びヒートシンク本体は、別々に成形された（又は、そうでなければ別々に組み立てられた）要素でも良く、それによってヒートシンク本体上にカーボンナノチューブ層６４を配置する工程を簡素化することができる。

好ましい実施形態を図示して説明した。上記記載を読みかつ理解する時に、他への修正及び変形が可能であることは自明である。本発明は、添付した特許請求の範囲又は均等物と調和する限り、それらの修正及び変形を含むと解釈されることを意図している。

ＬＢ ランプベース
ＬＤ ＬＥＤデバイス
ＭＢ ヒートシンク
ＭＦ フィン

Claims (25)

1. ポリマーポストに配置されたフラーレン及びナノチューブのうちの少なくとも一方を含む熱伝導層を有するヒートシンク、
   を含むことを特徴とする装置。
2. 前記熱伝導層は、厚さが５００ミクロン又はそれよりも薄く、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ又はそれよりも高いことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記熱伝導層は、厚さが２００ミクロン又はそれよりも薄く、熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋ又はそれよりも高いことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記熱伝導層の前記厚さは、１００ミクロン又はそれよりも薄いことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記熱伝導層の前記厚さは、８０ミクロン又はそれよりも薄いことを特徴とする請求項３に記載の装置。
6. 前記熱伝導層は、ポリマーホストに配置されたカーボンナノチューブを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記カーボンナノチューブは、前記ポリマーホスト内でランダムに配向されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記カーボンナノチューブは、前記熱伝導層の平面と平行の選択された配向に向けてバイアスされることを特徴とする請求項６に記載の装置。
9. 前記ヒートシンクは、
   前記熱伝導層が上に配置されたヒートシンク本体、
   を更に有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記ヒートシンク本体は、表面積増強熱放射構造を有し、前記熱伝導層は、少なくとも該表面積増強熱放射構造の上に配置されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記表面積増強熱放射構造は、熱放射フィンを含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記ヒートシンク本体は、比較的低い熱伝導率を有し、前記熱伝導層は、比較的高い熱伝導率を有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
13. 前記ヒートシンク本体は、断熱性であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
14. 前記ヒートシンク本体は、プラスチックヒートシンク本体であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
15. １つ又はそれよりも多くの発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを有するＬＥＤモジュール、
    を更に含み、
    前記ＬＥＤモジュールは、前記ヒートシンクに固定されてそれと熱的に連通し、ＬＥＤベースランプを形成する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
16. 前記ＬＥＤベースランプは、Ａ線球構成を有することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 前記ヒートシンク本体は、中空でほぼ円錐形状のヒートシンク本体を含み、前記ヒートシンクは、前記熱伝導層が該中空でほぼ円錐形状のヒートシンク本体の少なくとも外面の上に配置された中空でほぼ円錐形状のヒートシンクを含み、
    ＬＥＤモジュールが、前記ＬＥＤベースランプをＭＲ又はＰＡＲベースランプとして形成するように前記中空でほぼ円錐形状のヒートシンクの頂部に配置される、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
18. 前記熱伝導層は、前記中空でほぼ円錐形状のヒートシンク本体の外面のみの上に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 前記中空でほぼ円錐形状のヒートシンクの内面上に配置された反射層を含む集光反射器、
    を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
20. ヒートシンク本体を形成する段階と、
    ポリマーポストに配置されたナノチューブを含む熱伝導層を前記ヒートシンク本体上に配置する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
21. 前記ナノチューブは、カーボンナノチューブを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記形成する段階は、前記ヒートシンク本体を成形プラスチックヒートシンク本体として成形する段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
23. 前記配置する段階は、前記熱伝導層を前記ヒートシンク本体上にスプレー被覆する段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
24. 前記配置する段階は、前記スプレー被覆する段階中に外部エネルギ場を印加して前記ポリマーポストに配置された前記ナノチューブに非ランダム配向を付与する段階を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 前記配置する段階は、前記熱伝導層を前記ヒートシンク本体上に塗装する段階を含み、
    前記塗装する段階は、前記ポリマーポストに配置された前記ナノチューブに非ランダム配向を付与する、
    ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。

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