TWI570380B - 包括一基於發光二極體之燈的用於熱管理之裝置 - Google Patents

包括一基於發光二極體之燈的用於熱管理之裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI570380B
TWI570380B TW100111435A TW100111435A TWI570380B TW I570380 B TWI570380 B TW I570380B TW 100111435 A TW100111435 A TW 100111435A TW 100111435 A TW100111435 A TW 100111435A TW I570380 B TWI570380 B TW I570380B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
heat sink
heat
conductive layer
thermally conductive
thermal conductivity
Prior art date
Application number
TW100111435A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201207350A (en
Inventor
艾許費奎Ｉ 喬杜里
蓋瑞Ｒ 艾倫
約書亞Ｉ 林達馬季
Original Assignee
奇異照明解決有限責任公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 奇異照明解決有限責任公司 filed Critical 奇異照明解決有限責任公司
Publication of TW201207350A publication Critical patent/TW201207350A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI570380B publication Critical patent/TWI570380B/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F21K9/23—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings
    • F21K9/232—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings specially adapted for generating an essentially omnidirectional light distribution, e.g. with a glass bulb
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/502—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components
    • F21V29/505—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components of reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/74—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/74—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades
    • F21V29/77—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades with essentially identical diverging planar fins or blades, e.g. with fan-like or star-like cross-section
    • F21V29/773—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades with essentially identical diverging planar fins or blades, e.g. with fan-like or star-like cross-section the planes containing the fins or blades having the direction of the light emitting axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/85—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems characterised by the material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/85—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems characterised by the material
    • F21V29/87—Organic material, e.g. filled polymer composites; Thermo-conductive additives or coatings therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V3/00—Globes; Bowls; Cover glasses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F21K9/23—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings
    • F21K9/233—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings specially adapted for generating a spot light distribution, e.g. for substitution of reflector lamps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/04—Optical design
    • F21V7/041—Optical design with conical or pyramidal surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Description

包括一基於發光二極體之燈的用於熱管理之裝置
本文係關於照明技術、固態照明技術、熱管理技術及相關技術。
此申請案主張於2010年4月2日所申請之美國臨時申請案第61/320,431號及於2010年4月2日所申請之美國臨時申請案第61/320,431號之權利，該等申請案之全文係以引用之方法併入本文中。
白熾燈、鹵素燈及高強度放電(HID)光源具有相對高之操作溫度，且因此，散熱係主要藉由輻射及對流熱轉移路徑而完成。例如，輻射散熱係隨著溫度升高至四次冪而發生，因此，該輻射熱轉移路徑隨著操作溫度升高而超線性地變得更為主導。因此，對於白熾燈、鹵素燈及HID光源之熱管理一般意謂著在燈之附近提供足夠之氣隙，以達成有效的輻射熱轉移及對流熱轉移。一般而言，在此等類型之光源中，無需增加或修改該燈之表面面積來增強輻射或對流熱轉移以達成所希望之燈之操作溫度。
另一方面，出於裝置效能及可靠度之原因，基於發光二極體(LED)之燈一般在實質上較低之溫度下操作。例如，一典型之LED裝置之接面溫度應低於200℃，且在一些LED裝置中，應低於100℃或甚至更低。在此等低操作溫度下，至周遭之輻射熱轉移路徑係脆弱，因此至周遭之對流及傳導性熱轉移一般佔主導。在LED光源中，可藉由增添一散熱器而增強自該燈或照明器之外表面面積之對流及輻射熱轉移。
散熱器係提供使熱自LED裝置輻射及對流而離開之大表面之一組件。在一典型設計中，該散熱器為具有一大預製表面面積之相對大塊之一金屬元件，大表面面積係藉由在該金屬元件之外表面上設置翼片或其他散熱結構而實現。大塊之散熱器有效地將熱自該等LED裝置傳導至翼片且該等翼片之大面積實現藉由輻射及對流而達成充分之散熱。對於高功率之基於LED之燈，已知採用主動冷卻，主動冷卻使用扇或合成射流或熱導管或熱-電冷卻器或經泵送冷卻劑流體來增強熱移除。
在本文揭示為闡釋性實例之一些實施例中，一散熱器包含一導熱層，該導熱層包括設置於一聚合物主體中之富勒烯及奈米管中之至少一者。該散熱器可進一步包含一散熱器本體，其係可絕熱及/或為塑膠，該散熱器本體上設置有一導熱層。該散熱器本體可包含表面面積增強熱輻射結構(諸如翼片)，且該導熱層係設置於至少該等表面面積增強熱輻射結構之上。
在本文揭示為闡釋性實例之一些實施例中，一基於發光二極體(LED)之燈包含如前一段落中所述之一散熱器，及一LED模組，該LED模組包含一個或多個LED裝置，其中該LED模組係與該散熱器緊固且熱連通，以形成該基於LED之燈，該燈可具有一A字形之燈泡組態。在其他燈實施例中，該散熱器本體包括一中空之實質上圓錐形散熱器本體，且該散熱器包括一中空之實質上圓錐形散熱器，其中，該導熱層係設置於該中空之實質上圓錐形散熱器本體之至少一個外表面之上，且該基於LED之燈為一基於MR(electromagnetic radiation；電磁輻射)或PAR(photosynthetically active radiation；光合作用有效輻射)之燈。
在本文揭示為闡釋性實例之一些實施例中，一種方法包括形成一散熱器本體且將一導熱層設置於該散熱器本體上，該導熱層包括設置於一聚合物主體中之奈米管。該形成可包括將該散熱器本體模製為一模製塑膠散熱器本體。該設置可包括在該散熱器本體上噴塗該導熱層。視需要，該設置可進一步包括在噴塗期間施加一外部能量場，以對設置於該聚合物主體中之該等奈米管賦予一非隨機定向。
對於白熾燈、鹵素燈及HID光源(均為耐溫性發光體)，至鄰近燈之氣隙之熱轉移係藉由輻射及對流熱路徑之設計而管理，以在光源之操作期間達成一升高之目標溫度。相比之下，對於LED光源，光子並非係經熱激發，而是藉由電子與電洞在一半導體之p-n接面處再組合而產生。藉由使該LED之p-n接面處之操作溫度最低化而非在一升高之目標溫度下操作，可最佳化該光源之效能及壽命兩者。藉由提供具有翼片或其他表面面積增大結構之一散熱器，可增強供對流及輻射熱轉移之表面。
參考圖1，一方塊示意性地指示具有若干翼片之一金屬散熱器MB，且該散熱器之翼片MF係由一虛線橢圓而示意性地指示。熱經由其而藉由對流及/或輻射而轉移進入周圍周遭中之表面在本文中被稱為散熱表面(例如，翼片MF)，且應具有大面積，以使散熱足以維持LED裝置LD處於穩定的操作狀態。自該散熱表面MF至周遭中之對流及輻射散熱係可分別由熱阻值Rconvection及RIR或等效地藉由導熱率而模型化。阻值Rconvection模型化藉由自然氣流或壓迫氣流而自該散熱器之外表面至周圍周遭之對流。阻值RIR模型化自該散熱器之外表面至遠處周遭之紅外(IR)輻射。此外，一導熱路徑(在圖1中係由阻值Rspreader及Rconductor而指示)串聯於該LED裝置LD與該散熱表面MF之間，其表示自該LED裝置LD至該散熱表面MF之熱傳導。此串聯熱傳導路徑之一高導熱係數確保自LED裝置經由該散熱表面至周圍空氣之散熱不會受限於串聯導熱係數。此通常係藉由將該散熱器MB構造成具有一翼片或以其他方式而增強之表面面積MF(其界定散熱表面)之一相對大塊之金屬(該金屬散熱器本體提供該LED裝置與該散熱表面之間之希望之高導熱係數)而達成。在此設計中，該散熱表面與提供高導熱係數路徑之該金屬散熱器本體之間存在固有的連續且緊密之熱接觸。
因此，包含該散熱器MB(包括一金屬(或金屬合金)塊)之基於LED之燈之習知散熱係使該大面積散熱表面MF曝露至鄰近的氣隙。該金屬散熱器本體在LED裝置與該散熱表面之間提供一高導熱係數路徑Rconductor。圖1中之阻值Rconductor模型化穿過該金屬散熱器本體MB之傳導。LED裝置係安裝於一金屬芯體電路板或包含一熱傳佈器之其他支撐件上，且來自該等LED裝置之熱穿過該熱傳佈器而傳導至該散熱器。此係藉由阻值Rspreader而模型化。
除了經由該散熱表面(阻值Rconvection及RIR)而消散於周遭中的熱之外，亦經由愛迪生(Edison)基座或其他燈連接器或燈基座LB(圖1中之模型中係由一虛線圓而示意性地指示)而發生一些散熱(即，熱消散)。經由該燈基座LB之散熱在圖1之該示意性模型中係由阻值Rsink表示，其表示經由一實心導管或熱導管而進入遠處周遭或建築基礎結構之熱傳導。然而，本文認識到，在愛迪生類型基座之常見情形下，基座LB之導熱係數限度及溫度限度將限制經由該基座之熱通量為約1瓦特(watt)。相比之下，對於意在針對內部空間(諸如，房間)照明或戶外照明之基於LED之燈，待消散之熱輸出一般為約10瓦特或更高。因此，認識到，該燈基座LB無法提供主要散熱路徑。而是，來自LED裝置LD之熱係主要經由穿過該金屬散熱器本體至該散熱器之該散熱外表面之傳導而消散，在此情形下，消散進入周圍周遭中之熱係藉由對流(Rconvection)及(較小程度之)輻射(RIR)而達成。該散熱表面可具有翼片(例如，圖1中之示意性翼片MF)或藉由其他方式而修改，以增加其表面面積且因此增加散熱。
此等散熱器具有一些缺點。例如，該等散熱器由於包括該散熱器MB之金屬或金屬合金之體積大而沉重。沉重之金屬散熱器會向基座及燈座施加機械壓力，此會造成故障，且在一些故障模式中，可能發生電氣事故。此等散熱器之另一問題在於製造成本高。加工一塊體金屬散熱器組件成本高，且根據所選擇之金屬，材料之成本亦可能相當高。此外，該散熱器有時被用作一電子器件之一殼體，或作為愛迪生基座之一安裝點，或作為LED裝置電路板之一支撐件。此等應用需要相當精確地加工該散熱器，這又將增加製造成本。
發明者已經使用圖1中所示之簡化熱模型而對此等問題予以分析。圖1之熱模型係可以代數方式表達為熱阻抗之串聯並聯電路。在該穩定狀態中，所有的暫態阻抗(諸如該燈自身之熱質量或周圍周遭中之物件(諸如燈連接器、電線及結構性安裝件)之熱質量)係可視為熱容量。在穩定狀態中暫態阻抗(即，熱容量)係可忽略，正如在DC電路中忽略電容，且僅需考量電阻。LED裝置與周遭之間之總熱阻值Rthermal可書寫成R thermal =R spreader +R conduction +，其中：Rsink為經由愛迪生連接器(或其他燈連接器)而到達「周遭」電線的熱之熱阻值；Rconvection為藉由對流熱轉移而自該散熱表面消散進入周圍周遭中的熱之熱阻值；RIR為藉由輻射熱轉移而自該散熱表面消散進入周圍周遭中的熱之熱阻值；且Rspreader+Rconduction為自LED裝置穿過熱傳佈器(Rspreader)且穿過該金屬散熱器本體(Rconduction)而到達該散熱表面的熱之串聯熱阻值。應注意，對於項1/Rsink，對應之串聯熱阻值並不精確等於Rspreader+Rconduction，其原因在於，串聯熱路徑係到達該燈連接器而非到達該散熱表面；然而，由於典型之燈之穿過該基座連接器之導熱係數1/Rsink相當小，此誤差可被忽略。實際上，完全忽略穿過該基座之散熱之簡化模型可書寫為
此簡化等式論證，經由該散熱器本體之串聯熱阻值Rconduction為該熱模型之一控制參數。實際上，此對於採用該塊體金屬散熱器MB之習知散熱器設計係合理；該散熱器本體為串聯熱阻值Rconduction提供一極低之值。鑑於上述，可認識到，需要達成具有低串聯熱阻值Rconduction、同時較習知散熱器重量減小(且較佳地，成本降低)之散熱器。
可達成此目的之一方式係增強經由該基座之散熱Rsink，使得增強此路徑而提供10瓦特或更高之一散熱速率。然而，在LED燈係用於替代一習知的白熾燈或鹵素燈或螢光燈或HID燈的改造型光源應用中，LED備用燈係安裝於初始係針對白熾燈、鹵素燈或HID燈而設計之類型之習知基座或燈座或照明器中。在此情形下，至該建築基礎結構或遠處周遭(例如，地面)的熱阻值Rsink相較Rconvection或RIR大，從而藉由對流及輻射而至周遭之熱路徑佔主導。
此外，由於LED總成之相對低之穩定狀態操作溫度，輻射路徑一般係由該對流路徑佔主導(也就是說，Rconvection<<RIR)。因此，一典型之基於LED之燈之主導熱路徑為包括Rconduction及Rconvection之串聯熱電路。因此，需要提供一低串聯熱阻值Rconduction+Rconvection，同時減小該散熱器之重量(且較佳其成本)。
本發明之發明者以從第一原理之觀點仔細考量了在一基於LED之燈中之熱移除問題。本文認識到，在通常考量之極具重要性之參數(散熱器體積、散熱器重量對導熱係數之比率、散熱器表面面積及經由該基座之傳導性熱移除及散熱)中，兩個主要之設計要素係LED與該散熱器之間之路徑之導熱係數(即，Rconduction)及用於使熱對流轉移及輻射轉移至周遭至散熱器的外表面面積(其影響Rconduction及RIR)。
可藉由一消除過程進行進一步分析。散熱器體積僅在其影響散熱器質量及散熱器表面面積範圍內至關重要。散熱器質量在暫態情形下相當重要，但不會嚴重影響穩定狀態熱移除效能，熱移除效能在一連續操作燈中至關重要，除非該金屬散熱器本體提供一低串聯阻值Rconduction。穿過一備用燈(諸如一PAR或MR或反射器或A字形燈)的基座之散熱路徑對於低功率燈而言極其重要；然而，愛迪生基座之導熱係數僅足以提供約1瓦特之散熱至周遭(且其他類型的基座(諸如銷類型基座)很可能具有可比較或甚至更少的導熱)，且因此並不預期經由基座至周遭之傳導性散熱對各種市售的基於LED之燈具有原則重要性，預期該等燈在穩定狀態下產生高出若干級別的量值之熱負荷。
參考圖2，根據上文所述，本文揭示一種改良之散熱器，其包括：一輕型散熱器本體LB，其非必然導熱；及一導熱層CL，其設置於該散熱器本體上，以界定散熱表面。該散熱器本體並非該熱電路之一部分(或視需要，可為實現該散熱器本體之導熱率之一細小組件)；然而，該散熱器本體LB界定該導熱層CL之形狀，該導熱層CL界定該散熱表面。例如，該散熱器本體LB可具有若干翼片LF，其等翼片LF係藉由該導熱層CL而塗敷。由於該散熱器本體LB並非該熱電路之一部分(如圖2所示)，其係針對可製造性及性質(諸如結構穩健性及重量小)而設計。在一些實施例中，該散熱器本體LB為一模製塑膠組件，其包括絕熱或具有相對低之導熱率之塑膠。
設置於該輕型散熱器本體LB之上之該導熱層CL執行該散熱表面之功能，且在使熱消散至周圍周遭(由熱阻值Rconvection及RIR的熱阻值而量化)方面其與圖1中模型化之習知散熱器之效能實質上相同。然而，此外，該導熱層CL界定自LED裝置至該散熱表面之熱路徑(由串聯阻值Rconduction而量化)。此亦在圖2中示意性地展示。為了達成一充分低地Rcondution值，該導熱層CL應具有充分大之厚度(因為Rcondution隨著厚度增加而降低)且應具有一充分低之材料熱導熱率(因為Rcondution亦隨著材料導熱率增加而降低)。本文揭示，藉由適當選擇該導熱層CL之材料及厚度，包括一輕型(且可能絕熱)散熱器本體LB及設置於該散熱器本體之上且界定該散熱器表面之一導熱層CL之一散熱器與近似大小及形狀之塊體金屬散熱器之散熱效能相同或甚至更好，同時相較等效之塊體金屬散熱器重量大為減小，且製造成本更低。同樣地，不僅可用於輻射/對流散熱之表面面積決定該散熱器之效能，跨由該散熱層界定之與周遭熱連通之外表面之熱之熱傳導(即，對應於串聯阻值Rconduction)亦起決定作用。較高之表面導熱率促成熱在整個散熱表面面積上更有效地分佈且因此促進熱輻射及對流至周遭中。
鑑於上文，本文所揭示之散熱器實施例包括一散熱器本體及設置於該散熱器本體上至少位於(且界定)該散熱器之該散熱表面上之一導熱層。該散熱器本體之材料比該導熱層之材料之導熱係數低。實際上，該散熱器本體甚至可絕熱。另一方面，該導熱層應具有(i)一面積及(ii)一厚度且(iii)由具有充分導熱係數之材料製成，使得其提供足以維持該基於LED燈之LED裝置之p-n半導體接面處於或低於一指定最大溫度(一般低於200℃且有時低於100℃)之至周遭中之輻射/對流散熱。
該導熱層之厚度及材料導熱係數共同界定該導熱層之一薄片導熱率，其類似於薄片導電率(或者，在相反之情形中，薄片電阻率)。界定薄片導熱率為，其中ρ為該材料之熱阻率且σ為該材料之導熱率，且d為該導熱層之厚度。取倒數則得到薄片導熱率K s =σ‧d。因此，可在該導熱層之厚度d與材料導熱率之間做出權衡。對於高導熱率材料，則可使該導熱層薄，從而使重量減輕、體積減小且成本降低。
在本文所揭示之實施例中，導熱層為碳奈米管(CNT)層，其包括設置於一聚合物主體中之碳奈米管。舉例而言，一些合適之CNT層揭示於2009年4月23日公告之Elhard等人之國際專利申請案第WO 2009/052110 A2中，該申請案之全文以引用之方式併入本文中，且亦揭示於2008年7月17日公開之Heintz等人之國際專利申請案第WO 2008/085550 A2中，該申請案之全文亦以引用之方式併入本文中。已知碳奈米管沿管具有極高之導熱率，且沿管具有高導電率。在WO 2009/052110 A2及WO 2008/085550 A2中揭示之CNT層包括設置於該聚合物主體中之隨機定向碳奈米管，其中該等奈米管充分近，使得跨相鄰之奈米管之導電率亦極高。因此，CNT層材料具有極高之導電率。
為了說明可在CNT組態中可達成之極高導熱率，參考Berber等人之申請案「碳奈米管之不尋常高的導熱率」(Unusually High Thermal Conductivity of Carbon Nanotubes)，物理評論快報(Physical Review Letters)第84卷第20頁，4613-16(2000)，該文章之全文以引用之方式併入本文中。在Berber等人發表之文中亦報告了各種碳奈米管的複合特性。例如，Berber等人。圖2展示CNT導熱率隨溫度變化，且發現在溫度為100 K時達到37000 W/m-K之峰值，超過該溫度，導熱率逐漸降低。在室溫時，導熱率為約6600 W/m-K(Berber等人)。圖3展示在200 K至400 K之溫度下，碳奈米管(10、10)與所約束之石墨單層的比較及與AA石墨之基面比較的導熱資料。此等資料表明，隔離之奈米管與假設性隔離之石墨烯單層相較具有極其類似之熱傳導行為。Berber等人文章中所報告之資料圖解說明包括設置於聚合物主體中之碳奈米管之一CNT層可達成的高導熱率；應理解，預期一特定之CNT層的精確熱特性取決於各種參數，諸如該聚合物主體中之奈米管密度及定向(例如，隨機或具有一些偏好定向)、奈米管之類型(例如，單壁對多壁)及此類物。
使用CNT原料(諸如單壁奈米管(SWNT)或石墨化多壁奈米管(MWNT))所構造之CNT層具有極高之導熱率，例如在形成一CNT墊(mat)(其中該「墊」包括CNT材料絲股)時高達σ=2000 W/m‧K或更高。更明確而言，可預想在一聚合物主體中形成具有包括富勒烯(諸如，碳奈米管、亦被稱為「巴基球」(Buckyball)之巴克明斯特(Buckminster)富勒烯、二十面體富勒烯或此類物)之一富勒烯層的導熱層，其中在該聚合主體中，富勒烯具有充分高的密度，以提升跨相鄰富勒烯之極有效的傳導。
該散熱器本體(即，不包含該導熱層之散熱器)並不嚴重影響熱移除，除非其界定執行熱傳佈(由圖2中之熱模型中的串聯熱阻值Rconduction量化)之導熱層的形狀且界定散熱表面(由圖2中之熱模型中之Rconduction及RIR而量化)。由該散熱器本體提供之表面面積影響後續之藉由輻射及對流的熱移除。因此，可對該散熱器本體加以選擇，以達成所需之特性，諸如重量小、成本低、結構剛性或強固性、熱強固性(例如，該散熱器本體應可抵抗操作溫度而不因此發生熔化或過度軟化)、易於製造、表面面積最大(繼而控制該導熱層之表面面積)及此類物。在本文所揭示之一些闡釋性實施例中，該散熱器本體為一模製塑膠元件，例如，由聚合材料(諸如聚(甲基丙烯酸甲酯)、尼龍、聚乙烯、環氧樹脂、聚異戊二烯、苯乙烯與丁二烯嵌段共聚物橡膠、聚二環戊二烯、聚四氟乙烯、聚(對亞苯硫醚)、聚(環氧乙烷)、聚矽氧、聚酯、熱塑性塑膠或此類物)製成。該散熱器本體經模製而具有若干翼片或其他熱輻射/對流表面面積增強結構。
下文將描述一些闡釋性實施例。
參考圖3及圖4，散熱器10具有適用於一MR或PAR類型之基於LED之燈中。該散熱器10包含上文已描述之由塑膠或另一合適材料製成之一散熱器本體12，及一導熱層14，導熱層14包括設置於該散熱器本體12上之一CNT層。更一般而言，該導熱層14可為設置於一聚合物主體中之包括富勒烯(諸如，碳奈米管、亦被稱為「巴基球」(Buckyball)之巴克明斯特(Buckminster)富勒烯、二十面體富勒烯或此類物)之富勒烯層。
如在圖4中可見，該散熱器10具有若干翼片16，以增強最終之輻射熱移除及對流熱移除。亦可使用其他表面面積增強結構來替代所示之翼片16，諸如多區段翼片、桿、微/奈米級表面及體積特徵或此類物。該闡釋性散熱器本體12將該散熱器10界定為中空之實質上圓錐形散熱器，其具有內表面20及外表面22。在圖3所示之實施例中，該導熱層14係設置於該內表面20及該外表面22二者上。或者，該導熱層係可僅設置於該等外表面22上，如圖7中之該替代性實施例散熱器10'中所示。
繼續參考圖3及圖4且進一步參考圖5及圖6，該闡釋性中空之實質上圓錐形散熱器10包含一中空頂部26。一LED模組30(在圖6中展示)係適於設置於該頂部26處，如圖5所示，以界定一基於MR或PAR之燈。該LED模組30包含一個或多個(在該闡釋性實施例中為三個)發光二極體(LED)裝置32，其等係安裝於包含一熱傳佈器36之金屬芯體印刷電路板(MCPCB)34上，例如包括該MCPCB 34之一金屬層。該闡釋性LED模組30進一步包含一螺紋愛迪生基座40；然而，亦可使用其他類型之基座，諸如可以卡銷類型基座或豬尾式電連接器替代該闡釋性愛迪生基座40。該闡釋性LED模組30進一步包含電子器件42。電子器件可包括如圖所示一圍封電子器件單元42，或可為設置於該散熱器10之中空頂部26中而不具有一獨立殼體之電子組件。電子器件42適於包括電力供應電路，以將A.C.電力(例如，110伏特，美國居民生活用電；220伏特，美國工業或歐洲用電，或此類物)轉換成適於操作LED裝置32之(一般較低之)DC電壓。電子器件42可視需要包含其他組件，諸如靜電放電(ESD)保護電路、保險絲或其他安全電路、調光電路或此類物。
用於本文中時，術語「LED裝置」應被理解為涵蓋無機LED或有機LED之裸半導體晶片、無機或有機LED之封裝半導體晶片、LED晶片「封裝」，其中該LED鏡片係安裝於一個或多個中間元件上，諸如子基板(sub-mount)、導線架、表面安裝支撐件或此類物，包含波長轉換磷光體塗層之無機LED或有機LED且具有或不具有一囊封之半導體晶片(例如，塗敷黃色、白色、琥珀色、綠色、橙色、紅色或其他經設計而協作地產生白光之磷光體之紫外或紫色或藍色LED晶片)、多晶片無機LED裝置或有機LED裝置(例如，一白色LED裝置，其包含三個LED晶片，該三個LED晶片分別發射紅光、綠光及藍光，且可能發出其他顏色之光，從而共同作用而產生白光)，或此類物。該一個或多個LED裝置32係經組態而針對一給定照明應用共同發射白光束、帶黃光束、紅光束或實質上任何其他所關注之顏色之光束。亦可預想該一個或多個LED裝置32包含發射不同顏色之光之LED裝置，且電子器件42包含合適之電路來獨立地操作不同顏色之LED裝置，以提供可調整光輸出。
該熱傳佈器36提供自該等LED裝置32至該導熱層14之熱連通。可以各種方式達成該熱傳佈器36與該導熱層14之間之良好熱連通，諸如藉由焊接、導熱黏性劑、該LED模組30與該散熱器10之頂部26之間之一牢固機械配合(視需要，藉由高導熱率墊輔助)或此類物。儘管本文並未闡明，亦可預想將該導熱層14設置於該頂部26之內直徑表面之上，以提供或增強該熱傳佈器36與該導熱層14之間之熱耦合。
參考圖7，陳述一種製造方法。在此方法中，首先藉由一合適之方法形成(圖中未展示操作)該散熱器本體12(諸如，藉由模製，在該散熱器本體12包括一塑膠或其他聚合材料之實施例中，模製便於形成該散熱器本體12)。形成該散熱器本體12之其他方法包含鑄造、擠壓(例如，在製造一圓柱形散熱器之情形下)或此類物。採用噴塗50(圖中用箭頭示意性地展示)來將包括富勒烯(諸如設置於一聚合物主體中之碳奈米管)之導熱塗層14塗敷至外表面22。亦可採用其他塗敷方法，諸如遮罩浸漬塗敷或刷拭塗敷或此類方法。結果為一經修飾散熱器10'，散熱器10'與圖3及圖5中之散熱器10之不同之處在於，內表面20'並不塗敷有導熱塗層14。若設置於外表面22(視需要，包含翼片或其他表面面積增強結構)上之該導熱塗層14提供充分之最終輻射/對流散熱，則此係可接受。在此等實施例中，內表面20視需要塗敷有一反射性塗層52，以形成該MR或PAR或反射式燈之一聚光反射器。亦可理解，MR或PAR或反射式燈可包含其他光學元件(圖中未有展示)，諸如一個或多個菲涅爾(Fresnel)透鏡或其他透鏡、一個或多個漫射元件或此類物。
如果另需將該導熱塗層14設置於該內表面20(藉由圖3及圖5之散熱器10之闡釋性實例而展示)上，可重複圖7之噴塗，同時該等內表面22面對噴霧(即，圖7中所示之散熱器翻轉180°)。或者，可使用另一塗敷方法(諸如塗刷)來在內表面20及外表面22二者上形成塗層。
一般而言，在該導熱塗層14中，富勒烯係於該聚合物主體中隨機定向。此為常見組態，且為在CNT層中之情形，如WO 2009/052110 A2及WO 2008/085550 A2中所揭示，該兩個申請案係以引用之方式併入本文中。然而，對於各向異性富勒烯(諸如碳奈米管)，亦可預想將該導熱塗層14形成為一CNT層，其中該等碳奈米管係偏置朝向平行於該導熱層14之一選定定向。此一定向使與「穿層(through-layer)」導熱係數相比較橫向導熱係數增強。導熱係數成為具有平面內值σ ∥及一「穿層」值σ ⊥之張量。對於朝向經定向於該導熱層14之平面中之碳奈米管之偏置，σ ∥>σ ⊥及薄片導熱係數成為K s =σ ∥‧d。此外，若該等碳奈米管偏置朝向平行於該導熱層14之平面之一選定定向，則該張量具有進一步分量(即，該平面內值σ ∥被分解成不同平面內方向之不同值)，且若所選擇之定向平行於熱流動之一希望方向，則可進一步增強最終輻射/對流散熱之效率。達成該等碳奈米管之較佳定向之一方式係藉由在噴塗期間施加一電場E(在圖中用一虛線繪製之一大箭頭示意性地展示)。更一般而言，可在噴塗期間施加一外部能量場，以對設置於該聚合物主體中之該等碳奈米管賦予一非隨機定向。達成該等碳奈米管之較佳定向之另一方式係使用塗刷在該散熱器本體12上設置該導熱層14，且塗刷進程係沿該較佳定向，使得該等碳奈米管機械地偏置朝向該較佳定向。
在一些實施例中，在該散熱器本體12上設置該導熱層14之後，較宜藉由加熱、紫外光曝露或此類方法而固化該導熱層14。在一些實施例中，可採用與在一些液晶裝置中形成聚醯亞胺「配向層(alignment layer)」類似之方式施加一電場或進行機械拋光，以對該等奈米管賦予該較佳定向。
參考圖8，展示用於使在該導熱層之材料導熱係數為4000 W/m‧K之情形下最佳化該導熱層之厚度之模擬資料。在此模擬中，該散熱器本體之材料導熱係數為2 W/m‧K，但已發現，結果僅在很小程度上取決於此值。圖8之值係針對長度為0.050 m、厚度為0.0015 m且寬度為0.01 m之簡化「厚片」散熱器，且導熱材料塗敷該厚片之兩側。可以看出，在導熱層之厚度為大於約15微米至20微米的情形下，等效阻值僅在很小程度上取決於厚度。因此，薄至數十微米或更少之層提供之與熱傳導及後續經由輻射及對流而之熱移除至周遭相關之穩定狀態效能足以與一塊體金屬散熱器之此效能相媲美。
一般而言，該導熱層14之薄片導熱率應高至足以確保來自該等LED裝置32的熱跨該熱輻射/對流表面面積而均勻地消散。在由發明者執行之模擬中(諸如圖8所示之模擬)，已發現，藉由增加該導熱層14之厚度(對於一給定材料導熱係數)而實現之效能改良一旦該厚度超過某一位準即將衰退(例如更明確而言，效能對厚度曲線大約呈指數形式衰退)。在不受任何特定操作理論限制之情形下，據信，此係由於至周遭之散熱在材料具有較大厚度之情形係受限於輻射/對流熱阻值Rconvection及RIR，而非受限於經由該導熱層之熱轉移之熱阻值Rconduction。換言之，在層厚度較大之情形下，該串聯熱阻值Rconduction相較Rconvection及RIR變得可以忽略。
參考圖9及圖10，在一塊體金屬散熱器中之熱模擬中，可以看到隨著材料導熱係數增加，發生類似之效能(改良)趨平。圖9展示藉由在四個不同材料導熱係數(20 W/m‧K；40 W/m‧K；60 W/m‧K及80 W/m‧K)之情形下，一塊體散熱器之模擬熱成像而獲得之結果。圖9中繪製針對每個模擬之LED板(「片載電路板」(chip-on-board)，即CoB或Tboard)溫度。可以看出，CoB溫降在80 W/m‧K時開始趨平。圖10繪製在導熱係數為600 W/m‧K之情形下，該塊體散熱器材料之溫度對材料導熱係數，其展示在100 W/m‧K至200 W/m‧K範圍內，效能改良實質上趨平。在不受任何特定操作理論限制的情形下，據信此係由於在較大(塊體)材料導熱係數之情形下，至周遭之散熱受限於輻射/對流熱阻值Rconvection及RIR，而非限於該導熱層之熱轉移Rconduction之熱阻值。換言之，在高(塊體)材料導熱係數下，串聯熱阻值Rconduction相較Rconvection及RIR係可忽略。
基於上文，在一些預想之實施例中，該導熱層14之厚度為500微米或更小，且導熱係數為50 W/m‧K或更高。然而，由於該CNT層之導熱係數可超過50 W/m‧K若干量值級(例如，參看上文Berber等人之文章)，可使用一實質上較薄之CNT層。例如，鋁之(塊體)導熱係數一般為約100 W/m‧K。在圖8中可以看出，厚度為約20微米或更大之導熱係數為4000 W/m‧K之CNT層之散熱效能可超過一塊體鋁散熱器之散熱效能。根據導熱係數來按比例調整K s =σ‧d，(在此實例中，σ=4000 W/m‧K，且d=20微米，從而得出Ks=0.08 W/K)，厚度為約80微米之1000 W/m‧K之CNT層或厚度為約100微米之800 W/m‧K之CNT層或厚度為約200微米之400 W/m‧K之CNT層可達成之散熱效能超過一塊體鋁散熱器可達成之散熱效能。對於一給定之CNT層厚度，增加該CNT層之導熱係數(例如，藉由增加該層中之碳奈米管之密度，或藉由使用具有較高導熱係數之碳奈米管)可增強散熱效能。類似地，對於一給定之CNT層導熱係數，增加該CNT層厚度可增強散熱效能。
參考圖11及圖12，所揭示之散熱器態樣係可併入各種類型之基於LED之燈中。
圖11展示適於改造白熾燈A字形燈泡之「A字形燈泡」燈之一側視剖面圖。一散熱器本體62形成結構性基礎，且係可製作為一模製塑膠元件，例如，由聚合材料((諸如聚(甲基丙烯酸甲酯)、尼龍、聚乙烯、環氧樹脂、聚異戊二烯、苯乙烯與丁二烯嵌段共聚物橡膠、聚二環戊二烯、聚四氟乙烯、聚(對亞苯硫醚)、聚(環氧乙烷)、聚矽氧、聚酯、熱塑性塑膠或此類物))製成。包括一CNT層之一導熱層64係經設置於該散熱器本體62上。更一般而言，該導熱層64可為包括設置於一聚合物主體中之富勒烯(諸如，碳奈米管、亦被稱為「巴基球」之巴克明斯特富勒烯、二十面體富勒烯或此類物)之富勒烯層。該導熱層64係可與圖3至圖5及圖7中之MR/PAR實施例之導熱層14之製造方式相類似之方式製造。
一燈基座區段66係與該散熱器本體62緊固，以形成該燈本體。該燈基座區段66包含一螺紋愛迪生基座70，其類似於圖3至圖5及圖7中之實施例之MR/PAR燈實施例之愛迪生基座40。在一些實施例中，該散熱器本體62及/或該燈基座區段66界定一中空區域71，其容納將於該愛迪生基座70處接收之電力轉換為適於驅動提供燈光輸出之LED裝置72之操作電力之電子器件(圖中未展示)。該LED裝置72係安裝於一金屬芯體印刷電路板(MCPCB)或其他與該導熱層64熱連通之散熱支撐件73上。可視需要藉由焊接、導熱黏性劑或此類物而增強該熱傳佈器73與該導熱層64之間之良好熱耦合。
為了在一大立體角範圍(例如，至少2π球面度)內提供一實質上全方向光輸出，在該等LED裝置72上設置一漫射器74。在一些實施例中，該漫射器74可包含(例如，塗敷有)一波長轉換磷光體。對於產生一實質上朗伯(Lambertian)光輸出之LED裝置72而言，所示之漫射器74為實質上球形且該等LED裝置72係位於該漫射器74之周邊之配置可增強輸出照明之全方向性。
參考圖12，展示一變體「A字形燈泡」燈，其包含該基座區段66連同圖11中之燈之愛迪生基座70及漫射器74，且亦包含該等LED裝置72(在圖12之側視圖中不可見)。圖12之燈包含散熱器80，散熱器80類似於圖11之燈之散熱器62、64，且具有一散熱器本體(在圖12之側視圖中不可見)，散熱器80塗敷有設置於該散熱器本體上之包括一CNT層之導熱層64(在圖12之側視透視圖中係藉由交叉影線所指示)。圖12之燈與圖11中的燈之不同之處在於，該散熱器80之散熱器本體之形狀經設定而界定在該漫射器74之若干部分之上延伸之翼片82。作為闡釋性翼片82之替代，亦可模製該散熱器本體具有其他的熱輻射/對流表面面積增強結構。
在圖12之實施例中，可預想該散熱器80之散熱器本體及漫射器74包括一單一單件式模製塑膠元件。然而，在此情形下，該單一單件式模製塑膠元件應由一光學透明或半透明材料(使得該漫射器74可透射光)製成。此外，若該CNT層64在光學上可吸收燈光輸出，則如圖12中所示，該CNT層64應僅塗敷該散熱器80，而非該漫射器74。此係可藉由在噴塗期間藉由對漫射器表面進行合適之遮罩而完成。
圖13及圖14展示替代性散熱器80'、80"，其等與散熱器80實質上相同，不同之處在於，該等翼片並不延伸遠至該漫射器74之上。在此等實施例中，漫射器74及散熱器80'、80"的散熱器本體可為獨立模製(或以其他方式獨立製作)之元件，其等可簡化將該CNT層64設置於該散熱器本體上之處理。
上文已經圖解且描述了若干較佳實施例。顯然地，在閱讀且理解了先前詳盡描述之情形下，其他人可做出修改及變動。本發明意在構造為包含此等修改及變動，只要其等屬於隨附申請專利範圍之範疇或其等效範圍內。
10．．．散熱器
10'．．．熱傳佈器
12．．．散熱器本體
14．．．導熱層
16．．．翼片
20．．．內表面
20'．．．內表面
22．．．外表面
26．．．中空頂部
30．．．LED模組
32．．．LED裝置
34．．．金屬芯體印刷電路板
36．．．熱傳佈器
40．．．螺紋愛迪生基座
42．．．圍封電子器件
50．．．塗層
52．．．反射性塗層
62．．．散熱器本體
64．．．導熱層
66．．．燈基座區段
70．．．螺紋愛迪生基座
71．．．中空部分
72．．．LED裝置
73．．．散熱支撐件
74．．．漫射器
80．．．散熱器
80'．．．散熱器
80"．．．散熱器
82．．．翼片
CL．．．導熱層
CNT．．．碳奈米管
E．．．電場
LF．．．翼片
LD．．．發光二極體(LED)裝置
LB．．．燈基座
MF．．．翼片
MB．．．散熱器
MWNT．．．石墨多壁奈米管
Rspread．．．熱傳佈器之熱阻值
Rsink．．．散熱器之熱阻值
Rconductor．．．導熱體之熱阻值
Rconvction．．．對流之熱阻值
RIR．．．輻射熱阻值
SWNT．．．單壁奈米管
圖1及圖2示意性地展示採用一金屬散熱器組件之一習知散熱器之熱模型(圖1)及如本文所揭示之一散熱器之熱模型(圖2)。
圖3及圖4示意性分別展示適用於一MR燈或PAR燈中之一散熱器之側視剖面圖及側視透視圖。
圖5示意性地展示包含圖3及圖4之該散熱器之一MR燈或PAR燈之一側視剖面圖。
圖6示意性地展示圖5之該MR燈或MAR燈之光學/電子模組之一側視圖。
圖7示意性地展示一變體散熱器實施例，及該實施例之一噴塗製造方法。
圖8繪示一簡化之「厚片」類型散熱器之塗層厚度對等效K資料。
圖9及圖10展示一塊體金屬散熱器之熱效能作為材料導熱率之一函數。
圖11示意性地展示併入有本文所揭示之一散熱器之一「A字形燈泡」燈之一側視剖面圖。
圖12示意性地展示圖9之「A字形燈泡」(A-line bulb)燈之一變體之一側視透視圖，其中該散熱器包含若干翼片。
圖13及圖14示意性地展示設置有翼片之「A字形燈泡」燈之其他實施例之側視透視圖。
10．．．散熱器
12．．．散熱器本體
14．．．導熱層
20．．．內表面
22．．．外表面
26．．．中空頂部

Claims (13)

  1. 一種用於熱管理之裝置，其包括一基於發光二極體(LED)之燈，該基於發光二極體之燈包含：一發光二極體模組，其包含一個或多個發光二極體裝置；及包括複數個絕熱塑膠翼片之一散熱器，其包含設置於其上之一導熱層，該導熱層包括設置於一聚合物主體中之富勒烯及奈米管中之至少一者；其中該發光二極體模組係與該散熱器熱連通。
  2. 如請求項1之裝置，其中該導熱層之厚度為500微米或更小，且導熱率為50W/m．K或更高。
  3. 如請求項1之裝置，其中該導熱層之厚度為200微米或更小，且導熱率為400W/m．K或更高。
  4. 如請求項3之裝置，其中該導熱層之厚度為100微米或更小。
  5. 如請求項3之裝置，其中該導熱層之厚度為80微米或更小。
  6. 如請求項1之裝置，其中該導熱層包括設置於一聚合物主體中之碳奈米管。
  7. 如請求項6之裝置，其中該等碳奈米管係朝向平行於該導熱層之平面之一選定定向而偏置。
  8. 如請求項1之裝置，其中該散熱器本體具有相對低之導熱率，且該導熱層具有相對較高之導熱率。
  9. 如請求項1之裝置，其中該散熱器本體係絕熱。
  10. 如請求項1之裝置，其中該散熱器本體為一塑膠散熱器本體。
  11. 如請求項1之裝置，其中形成該等塑膠翼片之一塑膠之一導熱率低於該導熱層之一導熱率。
  12. 如請求項1之裝置，其中該發光二極體模組與該導熱層直接接觸。
  13. 如請求項1之裝置，其中該等塑膠翼片包括選自聚(甲基丙烯酸甲酯)、尼龍、聚乙烯、環氧樹脂、聚異戊二烯、苯乙烯與丁二烯嵌段共聚物橡膠、聚二環戊二烯、聚四氟乙烯、聚(對亞苯硫醚)、聚(環氧乙烷)、聚矽氧、聚酯及其混合物之一聚合材料。
TW100111435A 2010-04-02 2011-03-31 包括一基於發光二極體之燈的用於熱管理之裝置 TWI570380B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US32043110P 2010-04-02 2010-04-02
US12/979,529 US8668356B2 (en) 2010-04-02 2010-12-28 Lightweight heat sinks and LED lamps employing same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201207350A TW201207350A (en) 2012-02-16
TWI570380B true TWI570380B (zh) 2017-02-11

Family

ID=44709481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100111435A TWI570380B (zh) 2010-04-02 2011-03-31 包括一基於發光二極體之燈的用於熱管理之裝置

Country Status (10)

Country Link
US (1) US8668356B2 (zh)
EP (1) EP2553329B1 (zh)
JP (1) JP6321101B2 (zh)
KR (1) KR101809184B1 (zh)
CN (1) CN102939501B (zh)
AU (1) AU2011233563B2 (zh)
BR (1) BR112012025157B1 (zh)
MX (1) MX2012011434A (zh)
TW (1) TWI570380B (zh)
WO (1) WO2011123262A1 (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10340424B2 (en) 2002-08-30 2019-07-02 GE Lighting Solutions, LLC Light emitting diode component
US9103507B2 (en) 2009-10-02 2015-08-11 GE Lighting Solutions, LLC LED lamp with uniform omnidirectional light intensity output
US10240772B2 (en) 2010-04-02 2019-03-26 GE Lighting Solutions, LLC Lightweight heat sinks and LED lamps employing same
JP6154373B2 (ja) * 2011-04-29 2017-06-28 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 上位の熱散逸構造を具備するｌｅｄ照明装置
US8608347B2 (en) * 2011-07-22 2013-12-17 Ge Lighting Solutions Llc Lighting apparatus with a light source comprising light emitting diodes
CN103162268A (zh) * 2011-12-14 2013-06-19 欧司朗股份有限公司 散热装置和具有该散热装置的照明装置
CN103244837A (zh) * 2012-02-07 2013-08-14 浙江迈勒斯照明有限公司 一种石墨烯塑壳led球泡灯及其生产方法
US9897277B2 (en) * 2012-04-09 2018-02-20 3Form, Llc Sun light fixture
DE102012007630A1 (de) * 2012-04-18 2013-10-24 Jürgen Honold Led-Retrofit-Lampe
US9500355B2 (en) * 2012-05-04 2016-11-22 GE Lighting Solutions, LLC Lamp with light emitting elements surrounding active cooling device
US9587820B2 (en) 2012-05-04 2017-03-07 GE Lighting Solutions, LLC Active cooling device
US9123780B2 (en) * 2012-12-19 2015-09-01 Invensas Corporation Method and structures for heat dissipating interposers
US9134012B2 (en) 2013-05-21 2015-09-15 Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company Limited Lighting device with omnidirectional light emission and efficient heat dissipation
CN103557506A (zh) * 2013-10-31 2014-02-05 苏州东亚欣业节能照明有限公司 Led灯具的散热结构
US20150167919A1 (en) * 2013-12-17 2015-06-18 Ford Global Technologies, Llc Vehicle Lamp Assembly
US10001256B2 (en) 2014-12-11 2018-06-19 GE Lighting Solutions, LLC Structures subjected to thermal energy and thermal management methods therefor
KR20170137781A (ko) * 2015-03-20 2017-12-13 사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이. 조명기구용 플라스틱 히트싱크
CN104879727B (zh) * 2015-05-15 2019-01-08 东莞市闻誉实业有限公司 散热装置
US10415766B2 (en) * 2017-02-28 2019-09-17 Feit Electric Company, Inc. Backlit lamp having directional light source
CN112041612A (zh) * 2018-05-01 2020-12-04 沙特基础工业全球技术公司 导热涂层
CN109041552A (zh) * 2018-10-12 2018-12-18 成都优博创通信技术股份有限公司 一种散热组件及通信模块
US11346539B1 (en) 2021-02-18 2022-05-31 Google Llc Active thermal-control of a floodlight and associated floodlights

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050116336A1 (en) * 2003-09-16 2005-06-02 Koila, Inc. Nano-composite materials for thermal management applications
US20080074871A1 (en) * 2006-09-21 2008-03-27 3M Innovative Properties Company Thermally conductive led assembly

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0499845U (zh) * 1991-02-06 1992-08-28
US7027304B2 (en) * 2001-02-15 2006-04-11 Integral Technologies, Inc. Low cost thermal management device or heat sink manufactured from conductive loaded resin-based materials
US6965513B2 (en) * 2001-12-20 2005-11-15 Intel Corporation Carbon nanotube thermal interface structures
US7208191B2 (en) 2002-04-23 2007-04-24 Freedman Philip D Structure with heat dissipating device and method
JP4167048B2 (ja) * 2002-12-10 2008-10-15 愛三工業株式会社 熱伝導性被膜及びその形成方法
CN100379706C (zh) * 2003-08-26 2008-04-09 松下电器产业株式会社 高导热性部件及其制造方法和使用该部件的散热系统
TW200516100A (en) 2003-09-16 2005-05-16 Koila Inc Nano-composite materials for thermal management applications
JP2005228855A (ja) * 2004-02-12 2005-08-25 Yamagishi Kogyo:Kk 放熱器
CN100383213C (zh) 2004-04-02 2008-04-23 清华大学 一种热界面材料及其制造方法
FR2885210A1 (fr) 2005-04-29 2006-11-03 Univ Joseph Fourier Etablissem Procede de realisation d'une paroi, en particulier d'un micro-echangeur thermique, et micro-echangeur thermique, comprenant en particulier des nanotubes
EP1878767A1 (en) * 2006-07-12 2008-01-16 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Heat conductive silicone grease composition and cured product thereof
WO2008085550A2 (en) 2006-08-02 2008-07-17 Battelle Memorial Institute Electrically conductive coating composition
PL2074351T5 (pl) * 2006-10-12 2018-10-31 Dsm Ip Assets Bv Urządzenie oświetleniowe
US7806560B2 (en) * 2007-01-31 2010-10-05 3M Innovative Properties Company LED illumination assembly with compliant foil construction
WO2009052110A2 (en) 2007-10-12 2009-04-23 Battelle Memorial Institute Coating for improved carbon nanotube conductivity
US7766514B2 (en) * 2008-06-05 2010-08-03 Hon-Wen Chen Light emitting diode lamp with high heat-dissipation capacity
EP2154420A1 (en) * 2008-08-13 2010-02-17 GE Investment Co., Ltd. Light-emitting diode illumination apparatus
US8143769B2 (en) * 2008-09-08 2012-03-27 Intematix Corporation Light emitting diode (LED) lighting device
KR101169209B1 (ko) 2009-07-21 2012-07-27 주식회사 엔이알 복수의 방열 홀을 갖는 ｌｅｄ 조명 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050116336A1 (en) * 2003-09-16 2005-06-02 Koila, Inc. Nano-composite materials for thermal management applications
US20080074871A1 (en) * 2006-09-21 2008-03-27 3M Innovative Properties Company Thermally conductive led assembly

Also Published As

Publication number Publication date
BR112012025157B1 (pt) 2020-01-14
KR20130061139A (ko) 2013-06-10
EP2553329A1 (en) 2013-02-06
TW201207350A (en) 2012-02-16
AU2011233563A1 (en) 2012-11-01
KR101809184B1 (ko) 2018-01-18
CN102939501A (zh) 2013-02-20
US20110242817A1 (en) 2011-10-06
EP2553329B1 (en) 2017-01-11
JP2017054816A (ja) 2017-03-16
US8668356B2 (en) 2014-03-11
MX2012011434A (es) 2013-05-09
AU2011233563B2 (en) 2015-09-24
CN102939501B (zh) 2016-05-11
JP6321101B2 (ja) 2018-05-09
BR112012025157A2 (pt) 2016-06-21
WO2011123262A1 (en) 2011-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI570380B (zh) 包括一基於發光二極體之燈的用於熱管理之裝置
CN108343850B (zh) 轻质热沉及采用该轻质热沉的led灯
KR101847657B1 (ko) 광원의 열을 관리하기 위한 투명한 열 전도성의 폴리머 복합물
KR100998480B1 (ko) 열전달/발산 모듈을 구비한 반도체 발광 장치
US9951911B2 (en) LED bulb
US20100002453A1 (en) Illuminating device and annular heat-dissipating structure thereof
CN103807639A (zh) 具有集成的热和光扩散器的led灯泡
KR20100050074A (ko) 나노 분말을 이용한 방열장치
US20160091193A1 (en) Crystalline-graphitic-carbon -based hybrid thermal optical element for lighting apparatus
CN107314257B (zh) 无需金属散热器的led灯丝灯及其工作方法
JP2013524439A (ja) 軽量ヒートシンク及びそれを使用するｌｅｄランプ
US10001256B2 (en) Structures subjected to thermal energy and thermal management methods therefor
TWI564511B (zh) 散熱鰭片組
CN105715971B (zh) Led灯
TWI377315B (en) Led lamp
KR20120005167U (ko) 고효율 엘이디 조명 장치

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees