TW202014641A - 發光二極體燈絲燈泡的構造 - Google Patents

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張國興
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英商Ｂｇｔ材料有限公司
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Abstract

一種發光二極體燈絲燈泡的構造，包括：燈頭、燈絲支架、透明燈殼和至少一發光二極體燈絲，燈頭可連接外部電源用以提供驅動發光二極體燈絲的驅動電力，燈絲支架和燈頭電性連接，燈絲支架包括二金屬支架，發光二極體燈絲具有二個電極引腳分別和二金屬支架電性連接形成驅動迴路，其中二金屬支架的表面塗佈含有石墨烯(graphene)或氮化硼(BN)的塗料形成一散熱及黑體輻射層，發光二極體燈絲的基材的背面具有熱輻射散熱膜；透過金屬支架、散熱及黑體輻射層以及熱輻射散熱膜，可以增加燈絲支架和發光二極體燈絲的導熱性及熱輻射面積，促進透明燈殼內部氣體的熱對流以及提高熱輻射能力，改進發光二極體燈絲燈泡的散熱及熱輻射效果。

Description

發光二極體燈絲燈泡的構造
本發明涉及一種燈泡的構造，特別是一種發光二極體燈絲燈泡的構造，可以改進發光二極體燈絲燈泡的散熱和熱輻射的效果。
發光二極體照明技術是指利用發光二極體(light-emitting diode,LED)作為照明光源的技術，近年來，由於發光二極體製造技術的大幅進步，特別是高功率、高亮度的白光發光二極體已成功的開發完成，基於綠能與環保的理想，許多採用發光二極體作為發光元件的發光二極體燈泡(LED bulb)已大量地上市，例如用於照明的發光二極體燈泡或是使用發光二極體的小夜燈。
由於發光二極體的優異特性，已有廠商以發光二極體晶片(LED晶片)製成發光二極體燈絲並封裝入透明燈泡，用以取代傳統的白熾燈泡；發光二極體燈絲燈泡所使用的發光二極體燈絲，一般是使用透明基板，例如玻璃基板或是藍寶石基板，在透明基板的一側表面黏結數個發光二極體晶片，再通過打線和塗佈螢光膠的製程而成為一種發光二極體燈絲，習知的發光二極體燈絲燈泡採用細長燈絲的設計理念，並且在透明燈泡中使用了數個發光二極體燈絲，可以白熾燈泡相同地提供360度發光，但是性能更超過白熾燈泡。
習知發光二極體燈絲燈泡產生的熱量主要來自發光二極 體，習知發光二極體燈絲燈泡主要是透過熱傳導、熱對流和熱輻射的方式散熱，其中發光二極體燈絲燈泡中用以支撐發光二極體燈絲的燈芯支架採用玻璃製造，熱傳導能力不佳，發光二極體產生的大部份熱量需要通過熱輻射以及透明燈殼內的填充氣體傳遞至透明燈殼，再藉由外部空氣和透明燈殼接觸而產生的熱對流進行散熱。因此，發光二極體燈絲燈泡比傳統的白熾燈泡雖然有更佳的發光性能表現，但是發光二極體燈絲燈泡的散熱和熱輻射效果欠佳的問題仍需要進一步地改良。
本發明的目的在提出一種發光二極體燈絲燈泡的構造，用以改進發光二極體燈絲燈泡的散熱和熱輻射的效果。
為達上述目的，本發明提出之發光二極體燈絲燈泡的構造的一實施例，包括：一燈頭、一透明燈殼、至少一燈絲支架和至少一發光二極體燈絲，其中透明燈殼是一種具有一開口而且透光的中空殼體，燈頭具有一正極電源端子和一負極電源端子可電性連接外部電源用以提供驅動發光二極體燈絲的驅動電力，其中燈絲支架包括二金屬支架，二金屬支架各別電性連接於正極電源端子和負極電源端子用以傳遞驅動電力；其中發光二極體燈絲包括：一基材、在基材兩端的一第一電極引腳和一第二電極引腳、形成在基材的背面的熱輻射散熱膜、固定在基材的前側的至少一個發光二極體晶片(下文簡稱LED晶片)、導線以及螢光體，導線串聯LED晶片並且電性連接第一電極引腳和第二電極引腳構成串聯電路，第一電極引腳和第二電極引腳分別與二金屬支架電性連接形成驅動迴路，其中二金屬支架的表面塗佈含有石墨烯(graphene)或氮化硼的塗料形成一散熱及黑體 輻射層，發光二極體燈絲及燈絲支架被裝入透明燈殼之中，燈頭裝設於透明燈殼的開口並將開口密封使得透明燈殼形成密封狀態。
在本發明的一實施例，其中燈絲支架的金屬支架可以是直條形和弧形其中的任一種。
在本發明的一實施例，其中包含一以上燈絲支架，任一燈絲支架的二金屬支架各別和燈頭的正極電源端子和負極電源端子電性連接。
在本發明的一實施例，其中包括數個並聯的發光二極體燈 絲。
在本發明的一實施例，其中包括數個該發光二極體燈絲，該些發光二極體燈絲以多並多串的關係電性連接於該燈絲支架的該二金屬支架。
在本發明的一實施例，其中第一電極引腳和第二電極引腳藉由一種含有石墨烯或六角氮化硼的固晶膠固定於基材的前側。
在本發明的一實施例，其中發光二極體燈絲的基材包括：金屬基材、陶瓷基材、玻璃基材和塑料基材其中的任一種。
在本發明的一實施例，其中發光二極體燈絲的該基材包括：金屬基材、可彎曲的陶瓷基材(flexible ceramic substrate)、可彎曲的玻璃基材(flexible glass substrate)和塑料基材其中的任一種。
在本發明的一實施例，其中發光二極體燈絲包含直線型的發光二極體燈絲和彎曲型的發光二極體燈絲其中的任一種及其組合。
在本發明的一實施例，其中燈頭內設有一電源控制器，電源控制器電性連接於燈頭，用以將外部電源提供的電能轉換為驅動發光二極 體燈絲的驅動電力。
在本發明的一實施例，其中是使用噴塗、刷塗、網版印刷和噴嘴印刷其中的任一種製程將一輻射散熱油墨塗佈於該基材的背面形成該輻射散熱膜，該熱輻射散熱油墨包括：散熱填料、分散劑和黏合劑。
在本發明的一實施例，其中散熱填料至少是碳材料、金屬顆粒、陶瓷材料和遠紅外線輻射粉末其中的任一種，或是上述多種散熱填充料的混合體。
在本發明的一實施例，其中碳材料至少包括：石墨烯、碳黑、石墨、碳納米管和活性炭其中的任一種，或是上述多種碳材料的混合體。
在本發明的一實施例，其中金屬顆粒至少包括：銅(Cu)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)和它們的合金其中的任一種，或是上述多種金屬顆粒的混合體。
在本發明的一實施例，其中遠紅外線輻射粉末至少包括：二氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、碳化鋯(ZrC)、碳化矽(SiC)、碳化鉭(TaC)、二硼化鈦(TiB2)、二硼化鋯(ZrB2)、二矽化鈦(TiSi2)、氮化矽(Si3N4)、氮化鈦(TiN)和氮化硼(BN)其中的任一種，或是上述多種遠紅外線輻射粉末的混合體。
因此，由上述的技術內容可以瞭解，本發明提出的發光二極體燈絲燈泡的構造，透過金屬支架、散熱及黑體輻射層以及熱輻射散熱膜，可以增加燈絲支架和發光二極體燈絲的導熱性及熱輻射面積，具有促進透明燈殼內部氣體的熱對流以及提高熱輻射的功效，進而改進發光二極體燈絲燈泡的散熱及熱輻射效果。
有關本發明的具體實施方式及其技術特點和功效，下文將配合圖式說明如下。
10‧‧‧燈頭
11‧‧‧燈芯座
20‧‧‧透明燈殼
21‧‧‧開口
30‧‧‧發光二極體燈絲
31‧‧‧第一電極引腳
32‧‧‧第二電極引腳
40、40a‧‧‧燈絲支架
41、42‧‧‧金屬支架
43‧‧‧散熱及黑體輻射層
50‧‧‧電源控制器
51‧‧‧正極電源端子
52‧‧‧負極電源端子
60‧‧‧基材
61‧‧‧LED晶片
62‧‧‧熱輻射散熱膜
63‧‧‧固晶膠
64‧‧‧導線
65‧‧‧螢光體
70‧‧‧絕緣固晶膠
S‧‧‧燈絲組
第1圖是本發明發光二極體燈絲燈泡的構造的一實施例構造圖。
第2圖是本發明發光二極體燈絲燈泡的構造的另一實施例的部分構造圖，繪示發光二極體燈絲在燈絲支架的另一種配置方式。
第3圖是本發明發光二極體燈絲燈泡的構造的另一實施例的部分構造圖，繪示發光二極體燈絲在燈絲支架的另一種配置方式。
第4圖是本發明發光二極體燈絲燈泡的構造的另一實施例的部分構造圖，繪示發光二極體燈絲在燈絲支架的另一種配置方式。
第5圖是本發明發光二極體燈絲燈泡的構造的另一實施例的部分構造圖，繪示發光二極體燈絲在燈絲支架的一種配置方式。
第6圖是第5圖繪示之發光二極體燈絲的斷面構造圖。
第7圖是第5圖繪示之發光二極體燈絲和金屬支架電性連接的斷面構造圖。
第8圖是本發明發光二極體燈絲燈泡的構造的另一實施例的部分構造圖，繪示發光二極體燈絲和弧形金屬支架的構造。
第9圖是本發明發光二極體燈絲燈泡的構造的另一實施例的部分構造圖，繪示發光二極體燈絲和弧形金屬支架的構造。
首先請參閱第1圖，是本發明發光二極體燈絲燈泡的構造的一實施例構造圖；其中揭露的發光二極體燈絲燈泡的構造，包括：一燈頭 10、一透明燈殼20、至少一燈絲支架40和至少一發光二極體燈絲30。
其中燈頭10可電性連接外部電源用以提供驅動發光二極體燈絲30的驅動電力，燈頭10的型式包括但不限於螺旋式燈頭、插入式燈頭和接頭式燈頭其中之任一種；其中螺旋式燈頭(如第1圖所繪示之燈頭10)，即為目前型號以英文字母E為開頭者(例如E22、E26和E27)；插入式燈頭，即為目前型號以英文字母G為開頭者(例如GU10)，以及接頭式燈頭，即為目前型號以英文字母B為開頭者。一般而言，發光二極體燈絲30是由直流驅動電力驅動而點亮，其中一種實施方式，直流驅動電力可以直接由外部電源提供，例如將燈頭10安裝於連接直流電源的燈座；在另一種實施方式，是由燈頭10將外部電源(例如交流電源)轉換為直流驅動電力，如第1圖所繪示的一實施例，燈頭10內設有一電源控制器50，電源控制器50電性連接於燈頭10，電源控制器50基本上是一種發光二極體的驅動電路，這種驅動電路的輸入側通過燈頭10電性連接交流電源，驅動電路的輸出側包括正極電源端子51和負極電源端子52兩種不同極性的電源端子用以輸出直流驅動電力，因此電源控制器50可以將外部電源提供的電能轉換為驅動發光二極體燈絲30的驅動電力，例如將燈頭10安裝於連接交流電源的燈座，透過電源控制器50將交流電源提供的電能轉換為驅動發光二極體燈絲30的直流驅動電力。
其中透明燈殼20是一種具有一開口21而且透光的中空殼體，一般而言，透明燈殼20是由玻璃製造，發光二極體燈絲30和燈絲支架40可從透明燈殼20的開口21被裝入透明燈殼20之中，在透明燈殼20的內部注入填充氣體(通常為氮或者是其他惰性混和氣)之後，藉由燈頭10將開口21 密封使得透明燈殼20形成密封狀態。
其中燈絲支架40包括二金屬支架41和42，二金屬支架41和42各別電性連接於燈頭10的正極電源端子51和負極電源端子52用以傳遞驅動電力；其中一種實施方式如第1圖所繪示，燈頭10具有玻璃製的一燈芯座11，二金屬支架41和42的底端固設於燈芯座11，二金屬支架41和42的底端穿過燈芯座11之後各別電性連接於直電源控制器50的正極電源端子51和負極電源端子52。
發光二極體燈絲30的構造如第6圖所繪示，包括：一基材60，在基材60的前側固定有至少一個LED晶片61(較佳地是數個LED晶片61)、固定在基材60兩端的一第一電極引腳31和一第二電極引腳32；第一電極引腳31和第二電極引腳32分別與二金屬支架41和42電性連接形成驅動迴路，一種較佳的實施方式，LED晶片61、第一電極引腳31和第二電極引腳32藉由一種含有石墨烯或氮化硼的固晶膠63固定於基材60的前側，其中數個LED晶片61藉由一導線64以串聯的方式電性連接第一電極引腳31和第二電極引腳32，其中導線64可以透過現有的打線製程完成，另有一螢光體65將全部的發光二極體晶61粒封裝於其中，只露出第一電極引腳31和第二電極引腳32，在基材60的背面形成熱輻射散熱膜62。如第7圖所示的一種較佳的實施例，基材60利用具有電絕緣性的絕緣固晶膠70固定於二金屬支架41和42的一側表面，以免基材60在二金屬支架41和42之間形成短路迴路。
在本發明的一實施例，發光二極體燈絲30的第一電極引腳31和第二電極引腳32可利用焊錫直接焊接於金屬支架41和42的一側表面構成電性連接，藉由二金屬支架41和42傳遞的直流驅動電力就能驅動發光二極 體燈絲30點亮；請參閱第7圖，在本發明的一種實施例，其中二金屬支架41和42的表面塗佈含有石墨烯(graphene)或氮化硼(bn)或其他導熱陶瓷粉體的塗料形成一散熱及黑體輻射層43，較佳地，是在二金屬支架41和42分別焊接有第一電極引腳31和第二電極引腳32的相對另一側表面塗佈散熱及黑體輻射層43，當發光二極體燈絲30產生的部分熱量透過第一電極引腳31和第二電極引腳32傳遞至二金屬支架41和42，透過散熱及黑體輻射層43中含有的石墨烯或氮化硼(BN)或其他導熱陶瓷粉體的片狀結構可以增加二金屬支架41和42的導熱性、散熱性和熱輻射面積；另一方面，由於石墨烯或氮化硼或其他導熱陶瓷粉體的優異熱輻射能力，也可以提高二金屬支架41和42與透明燈殼20內部之填充氣體的熱交換和熱對流的效果，進而改進發光二極體燈絲燈泡的散熱及熱輻射效果。
其中發光二極體燈絲30的基材60的材質包括：金屬基材、陶瓷基材、玻璃基材、藍寶石基材和塑料基材其中的任一種。作為本發明的另一種較佳實施方式，其中該發光二極體燈絲30是可以彎曲的，作為可以彎曲的發光二極體燈絲30的基材60包括：金屬基材、可彎曲的陶瓷基材(flexible ceramic substrate)、可彎曲的玻璃基材(flexible glass substrate)和塑料基材其中的任一種。
在本發的一種較佳實施方式，其中是使用噴塗(spray coating)、刷塗(brushing)、網版印刷(screen printing)和噴嘴印刷(nozzle printing)其中的任一種製程將一種輻射散熱油墨塗佈於基材60的背面形成輻射散熱膜62，其中熱輻射散熱油墨的成分包括：散熱填料(dissipation fillers)、分散劑(dispersants)和黏合劑(binders)。
其中散熱填料至少是碳材料、金屬顆粒(metal particles)、陶瓷材料和遠紅外線輻射粉末(infrared-ray radiation powders)其中的任一種，或是上述多種散熱填充料的混合體。
其中碳材料至少包括：石墨烯(graphene)、碳黑(carbon black)、石墨(graphite)、碳納米管(carbon nanotubes)和活性炭(activated carbon)其中的任一種，或是上述多種碳材料的混合體。
其中金屬顆粒至少包括：銅(Cu)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)和它們的合金其中的任一種，或是上述多種金屬顆粒的混合體。
其中遠紅外線輻射粉末至少包括：二氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、碳化鋯(ZrC)、碳化矽(SiC)、碳化鉭(TaC)、二硼化鈦(TiB2)、二硼化鋯(ZrB2)、二矽化鈦(TiSi2)、氮化矽(Si3N4)、氮化鈦(TiN)和氮化硼(BN)其中的任一種，或是上述多種遠紅外線輻射粉末的混合體。
在本發明的較佳實施例，其中發光二極體燈絲30包含了可以彎曲和不可彎曲的其中任一種及其組合，如第5圖繪示的是一種可以彎曲成為弧形的發光二極體燈絲30。在第9圖繪示的一種實施例，其中的發光二極體燈絲30包含了不可彎曲的發光二極體燈絲以及可彎曲的發光二極體燈絲30。
在本發明的實施例中，發光二極體燈絲30以及燈絲支架40的配置方式包含數種實施例構造，下文配合圖式說明如后。
請參閱第1圖，在本發明的一種實施例中，其中包括數個並 列的發光二極體燈絲30，這些發光二極體燈絲30以並聯的關係電性連接於同一燈絲支架40的二金屬支架41和42。
請參閱第2圖，是本發明的另一種實施例的部分構造圖，繪示發光二極體燈絲30在燈絲支架40的另一種配置方式；其中包括數個發光二極體燈絲30，這些發光二極體燈絲30分別配置在二金屬支架41和42構成的平面的相對兩側，同一側的數個發光二極體燈絲30以並聯的關係電性連接於同一燈絲支架40的二金屬支架41和42，而且在二金屬支架41和42構成之一平面的相對兩側的發光二極體燈絲30互相交叉配置，可以增加在單一透明燈殼20中的發光二極體燈絲30的數量以提高發光二極體燈絲燈泡的流明數(lux)。在第3圖繪示的另一種實施例，本發明發光二極體燈絲燈泡包括了一以上的燈絲支架40，其中包括了二個燈絲支架40和40a，任一個燈絲支架40或40a的二金屬支架41和42各別和燈頭10的正極電源端子51和負極電源端子52電性連接。
請參閱第4圖，其中繪示了一種多並多串的配置方式，其中包括數個以並聯的關係電性連接於同一燈絲支架40的二金屬支架41和42的燈絲組S，其中每一個燈絲組S包括二個互相串聯的發光二極體燈絲30。
在本發明的一實施例，其中燈絲支架40的二金屬支架41和42可以是直條形(見第1圖至第5圖)和弧形其中的任一種，其中弧形的二金屬支架41和42的實施例如第8圖及第9圖所示。
雖然本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請 求項所界定者為準。
30‧‧‧發光二極體燈絲
31‧‧‧第一電極引腳
32‧‧‧第二電極引腳
41、42‧‧‧金屬支架
43‧‧‧散熱及黑體輻射層
60‧‧‧基材
61‧‧‧LED晶片
62‧‧‧熱輻射散熱膜
63‧‧‧固晶膠
64‧‧‧導線
65‧‧‧螢光體
70‧‧‧絕緣固晶膠

Claims (15)

  1. 一種發光二極體燈絲燈泡的構造，包括：一燈頭、一透明燈殼、至少一燈絲支架和至少一發光二極體燈絲；
    該透明燈殼是一種具有一開口而且透光的中空殼體，該燈頭具有一正極電源端子和一負極電源端子可電性連接外部電源用以提供驅動該發光二極體燈絲的驅動電力，其中該燈絲支架包括二金屬支架，該二金屬支架各別電性連接於該正極電源端子和該負極電源端子用以傳遞該驅動電力；
    該發光二極體燈絲包括：一基材、在該基材兩端的一第一電極引腳和一第二電極引腳、形成在該基材的背面的熱輻射散熱膜、固定在該基材的前側的至少一個LED晶片、導線以及螢光體，該導線串聯該LED晶片並且電性連接該第一電極引腳和該第二電極引腳構成串聯電路，該第一電極引腳和該第二電極引腳分別與該二金屬支架電性連接形成驅動迴路，該發光二極體燈絲及該燈絲支架被裝入該透明燈殼之中，該燈頭裝設於該透明燈殼的該開口並將該開口密封使得該透明燈殼形成密封狀態。
  2. 如請求項1所述發光二極體燈絲燈泡的構造，其中該二金屬支架的表面塗佈含有一散熱及黑體輻射層，
  3. 如請求項1所述發光二極體燈絲燈泡的構造，其中包括一以上的該燈絲支架，任一該燈絲支架的該二金屬支架各別和該燈頭的該正極電源端子和該負極電源端子電性連接。
  4. 如請求項1所述發光二極體燈絲燈泡的構造，其中包括數個該發光二極體燈絲，該些發光二極體燈絲以並聯的關係電性連接於該燈絲支架的該二金屬支架。
  5. 如請求項1所述發光二極體燈絲燈泡的構造，其中包括數個該發光二極體燈絲，該些發光二極體燈絲以多並多串的關係電性連接於該燈絲支架的該二金屬支架。
  6. 如請求項1所述發光二極體燈絲燈泡的構造，其中該第一電極引腳和該第二電極引腳藉由一種含有石墨烯或六角氮化硼的固晶膠固定於該基材的前側，數個該LED晶片藉由該導線以串聯的方式電性連接於該第一電極引腳和該第二電極引腳，該螢光體將該些LED晶片封裝於其中並露出該第一電極引腳和該第二電極引腳。
  7. 如請求項6所述發光二極體燈絲燈泡的構造，其中該發光二極體燈絲的該基材包括：金屬基材、陶瓷基材、玻璃基材和塑料基材其中的任一種。
  8. 如請求項6所述發光二極體燈絲燈泡的構造，其中該發光二極體燈絲的該基材包括：金屬基材、可彎曲的陶瓷基材(flexible ceramic substrate)、可彎曲的玻璃基材(flexible glass substrate)和塑料基材其中的任一種。
  9. 如請求項1所述發光二極體燈絲燈泡的構造，其中該發光二極體燈絲包含直線型的發光二極體燈絲和彎曲型的發光二極體燈絲其中的任一種及其組合。
  10. 如請求項1所述發光二極體燈絲燈泡的構造，其中該燈頭內設有一電源控制器，該電源控制器電性連接於該燈頭，用以將外部電源提供的電能轉換為驅動該發光二極體燈絲的驅動電力。
  11. 如請求項1所述發光二極體燈絲燈泡的構造，其中是使用噴塗(spray coating)、刷塗(brushing)、網版印刷(screen printing)和噴嘴印刷(nozzle printing)其中的任一種製程將一輻射散熱油墨塗佈於該基材的背面形成該輻射散熱 膜，該熱輻射散熱油墨包括：散熱填料(dissipation fillers)、分散劑(dispersants)和黏合劑(binders)。
  12. 如請求項11所述發光二極體燈絲燈泡的構造，該散熱填料至少是碳材料、金屬顆粒(metal particles)、陶瓷材料和遠紅外線輻射粉末(infrared-ray radiation powders)其中的任一種，或是上述多種散熱填充料的混合體。
  13. 如請求項11所述發光二極體燈絲燈泡的構造，該碳材料至少包括：石墨烯(graphene)、碳黑(carbon black)、石墨(graphite)、碳納米管(carbon nanotubes)和活性炭(activated carbon)其中的任一種，或是上述多種碳材料的混合體。
  14. 如請求項11所述發光二極體燈絲燈泡的構造，該金屬顆粒至少包括：銅(Cu)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)和它們的合金其中的任一種，或是上述多種金屬顆粒的混合體。
  15. 如請求項11所述發光二極體燈絲燈泡的構造，該遠紅外線輻射粉末至少包括：二氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、碳化鋯(ZrC)、碳化矽(SiC)、碳化鉭(TaC)、二硼化鈦(TiB2)、二硼化鋯(ZrB2)、二矽化鈦(TiSi2)、氮化矽(Si3N4)、氮化鈦(TiN)和氮化硼(BN)其中的任一種，或是上述多種遠紅外線輻射粉末的混合體。
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