TW201708770A

TW201708770A - 製造具石墨烯燈絲之ｌｅｄ燈泡的方法

Info

Publication number: TW201708770A
Application number: TW104127559A
Authority: TW
Inventors: Chung-Ping Lai
Original assignee: Bgt Mat Ltd
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2017-03-01
Also published as: TWI591290B

Abstract

一種製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，包含以下步驟：A.提供一撓性基材，其中，所述撓性基材係為撓性印刷電路板(PCB)；B.在撓性基材的背面塗佈一石墨烯散熱油墨；C.切割所述印刷電路板(PCB)，該印刷電路板(PCB)上塗佈有一石墨烯散熱薄膜，以形成數個石墨烯燈絲；D.固定所述數個石墨燈絲至一燈泡內。上述撓性基材具有形成在其兩側之銅線，用於電子電路及導熱，且數個LED晶片被安裝在撓性基材的前側。在LED晶片/螢光體成型之前或之後，在撓性基材後側塗佈所述石墨烯散熱油墨，然後將其乾燥。另外，石墨烯燈絲被固定在一個彎曲或弧形位置。

Description

製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法

本發明係有關一製造LED燈泡之法，特別是有關一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法。

一習用之燈泡被揭示於公美國公開號20140211475且包括：一發光模組；一散熱載體，其包括一第一表面，及一相對于所述第一表面之第二表面，所述散熱載體設置在所述發光模組下方，用于傳導由發光模組所傳送之熱量；及一設置在所述散熱載體上，用于散發散熱載體之熱量，其中，所述散熱材料塗布在所述散熱器表面，可包括含碳化合物，如碳化矽，石墨，金屬氧化物，如氧化鋅，或III-氮化物化合物，如氮化硼。然而，因高功率LED燈泡，需要產生足够的光用于照明，而非方向燈，所述散熱設計不充分，而使散熱載體增大，成為重金屬熱表面，且需要更有效率的熱傳播材料。LED燈泡的熱管理之改進會增加燈泡的成本，且其冷却結構笨重，抵消了LED的好處。

對于燈泡應用，導熱僅允許熱量向下傳導至該基座。老實說，這幷非有效，因為燈絲將被連接至產生更多熱量的電子產品。此外，所述電力電子保持在非常緊密的罩狀E27/GU10連接器。但該散熱將造成問題。石墨烯出色的熱傳導性已被熟知，且具高表面積。這兩個特性指出石墨烯可作為一散熱解決方案。然而，在最近幾年的有關設計顯示出幾個缺點。

美國公開案20100085713揭示橫向石墨烯可作為用于電子裝置及電路之散熱器。此整合過程，可藉由化學氣相沉積(CVD)或轉印剝離石墨烯方式生長石墨烯，但其成本高且相當複雜，而不利於商業化。石墨烯薄膜/被提出作為散熱器，例如美國公開案20130329366及美國公開案20140224466。石墨烯薄膜可由石墨烯納米片產生。藉由壓縮，石墨烯薄膜被成形。然而，所述薄膜被粘貼至熱源或散熱器上，可產生在介面之間的另一耐熱性，且會降低散熱效果。

本發明之主要目的係提供一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其上塗佈有石墨烯油墨，以便迅速移除熱源之熱量。

本發明之另一個目係提供一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其具有石墨烯獨特的冷卻能力優點。

為獲得上述目的，由本發明所提供一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，包含以下步驟：

A.提供一撓性基材，其中，所述撓性基材係為撓性印刷電路板(PCB)，具有形成在其兩側之銅線，用於電子電路及導熱，且數個LED晶片被安裝在撓性基材的前側。

B.在LED晶片/螢光體成型之前或之後，在撓性基材的背面塗布一石墨烯散熱油墨，然後乾燥塗布在所述撓性基材背面之石墨烯散熱油墨。

C.切割所述印刷電路板(PCB)，該印刷電路板(PCB)上塗佈有一石墨烯散熱薄膜，以形成數個石墨烯燈絲。

D.固定所述數個石墨燈絲至一燈泡內，其中，該燈絲被固定在一個彎曲或弧形位置。

優選的是，所述撓性基材具有形成在其兩側之銅線，用於電子電路和導熱及熱傳導，且LED晶片被安裝在所述撓性基材的前側。

優選的是，在LED晶片/螢光體成型之前或之後，所述石墨烯散熱油墨被塗佈在撓性基材的後側，然後將其乾燥。

優選的是，該墨烯散熱油墨係包括石墨烯，散熱填料，分散劑及粘合劑，以便使所述石墨烯散熱油墨具雙橫向熱擴散能力，以便散熱。

優選的是，所述石墨烯散熱膜可將石墨烯散熱油墨，藉由噴塗，刷塗，網版印刷，及噴嘴印刷之任一項製成。

優選的是，所述石墨烯燈絲固定在一個彎曲或弧形位置。

優選的是，所述散熱填料係為碳材料，金屬粒子，及遠紅外線輻射粉末。

優選的是，所述碳材料包括石墨烯，碳黑，石墨，碳納米管，活性炭。

優選的是，所述金屬顆粒包括銅，鎳，鋅，鐵，鈷，銀，金，鉑和它們的合金。

優選的是，所述遠紅外線輻射粉末包括二氧化矽，氧化鋁，二氧化鈦，氧化鋯，碳化鋯，碳化矽，碳化鉭，二硼化鈦，二硼化鋯，二矽化鈦，氮化矽，氮化鈦，氮化硼。

本發明之標的利用較佳實施例可更詳細地被解釋如下：第1及2圖顯示出石墨烯薄膜沉積在聚對苯二甲酸乙酯(PET)的基材上，且所述石墨烯薄膜的熱傳導率是在40至90瓦/mk室溫下的範圍內。

第3至9圖顯示出依據本發明一較佳實施利之一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法。

第10A至10C圖顯示出依據本發明一較佳實施利塗覆在不同基材上之石墨烯膜，展現更佳的散熱能力。

第11圖顯示出依據本發明一較佳實施利之一巨大之散熱路徑，其內之石墨烯塗層具明顯的散熱效果。該末端溫度具有且不具有石墨烯塗層，且具有從熱圖像所測量之6度溫差，具有很大的散熱效果。

第12圖顯示依據本發明一較佳實施利之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡方法的測試結果。

參閱第1至2圖，一石墨烯薄膜係沉積在聚對苯二甲酸乙酯(PET)基材上，且所述石墨烯薄膜的熱導率被發現在室溫下介於40至90瓦/mk之範圍內，可提供比塑膠材料達到比600×更高的導熱率。因此，一具石墨烯燈絲之LED燈泡係由石墨烯薄膜製成，可迅速移除熱源之熱量。

參閱第3至9圖，依據本發明一較佳實施利之一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡方法，包括以下步驟：

A.提供一撓性基材，例如，撓性印刷電路板(PCB)；在所述基板兩面形成不僅可用于電子電路，且可用于熱傳導之金屬綫。數個LED晶片被固定在其前側。第3至5圖顯示所述過程。第3圖顯示出所述撓性基材之前側(左側)及後側(右側)具電路。LED被再粘合至所述前側(第4圖)。而後，應用螢光體成型(第5圖)。在LED晶片/螢光體成型之前或之後，在撓性基材後側塗佈所述石墨烯散熱油墨，然後將其乾燥。另外，石墨烯燈絲被固定在一個彎曲或弧形位置。

B.塗佈石墨烯散熱油墨於撓性基材背面，例如，撓性印刷電路板(PCB)，如第6圖所示。在LED晶片/螢光體成型之前或之後，應用塗佈過程，且已傳統乾燥過程進行乾燥。這種後處理不僅可以預防昂貴及複雜的處理過程，例如，化學氣相沉積(CVD)，且還可消除笨重的散熱片或重燈泡金屬外殼。在本發明中之石墨烯散熱油墨包括，石墨烯，散熱填料，分散劑，及粘合劑，可利用除了高橫向熱傳導及高面積之輻射效應。散熱填料可以是碳材料(例如，石墨烯，炭黑，石墨，碳納米管，活性炭)，金屬粒子(例如，銅，鎳，鋅，鐵，鈷，銀，金，鉑和它們的合金)，及遠外線輻射粉末(例如，二氧化矽，氧化鋁，二氧化鈦，氧化鋯，碳化鋯，碳化矽，碳化鉭，二硼化鈦，二硼化鋯，二矽化鈦，氮化矽，氮化鈦，氮化硼N)。該塗佈可藉噴塗，刷塗，網版印刷，及噴嘴印刷之任一項實現。

C.切割所述印刷電路板(PCB)，其上塗佈有石墨烯散熱膜，以形成數個石墨烯燈絲。由於事先在大面積進行塗佈，切割石墨燈絲，在其背面均勻塗佈石墨烯而無間隙，如第7及8圖所示。

D.固定複數石墨燈絲至一燈泡內，如第9圖所述。因石墨燈絲的基材為撓性，故可不依據正交垂直方向，將燈絲固定至燈泡。所述燈絲可被設計固定在彎曲或弧形的位置，達到各種燈絲陣列設計。

石墨烯燈絲結構可整合金屬的高熱傳導及石墨烯的高橫向散熱能力。在燈絲上藉LED產生的熱量被固定至每一LED晶片下方。藉由此設計，熱可被快速傳送至金屬外，並藉由石墨烯散佈至表面以增加散熱面積。此外，在本發明之石墨烯散熱油墨具有散熱效果，可有效地散熱。

如第10A至10C圖所示，塗佈在石墨烯散熱膜之不同基材顯示出優異的散熱能力。與無石墨烯膜塗佈之純基材相比，紅外線圖像清楚顯示石墨烯薄膜在所有三個基材，銅，鋁，及聚對苯二甲酸乙二醇聚酯(PET)上出色的散熱能力。根據本發明的較佳實施例，藉由塗佈石墨烯散熱塗層，在LED陣列上之燈絲的高熱點可以有效地被緩解。

人們通常使用的白色及反射材料在LED內，因為他們認為白色能反射光線，而黑色只能吸收光綫。與此相反，在我們的燈泡及我們的發明中，我們發現我們的石墨烯散熱膜的熱輻射效果。如第11圖所示，熱圖像試驗被顯示在基材下側在散熱路徑中間塗佈石墨烯散熱膜，當基材的上側被控制時。熱輻射計檢測到在不控制散熱時，石墨烯散熱膜的區域具明顯的散熱。二端部的溫度差為6℃，這表示石墨烯散熱膜的有效散熱能力。因此，在LED燈泡內之石墨烯燈絲能通過輻射空間/空氣，散熱遠離從未發明的路徑。

參閱第12圖，所述具石墨烯燈絲之LED燈泡係依據LED一千小時燃燒的數據被測試，並藉由指數回歸發現LED壽命。該數據顯示本發明較佳實施例之LED燈泡可改進其壽命。

Claims

一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，包含以下步驟：A.提供一撓性基材，其中，所述撓性基材係為撓性印刷電路板(PCB)，具有形成在其兩側之銅線，用於電子電路及導熱，且數個LED晶片被安裝在撓性基材的前側。B.在LED晶片/螢光體成型之前或之後，在撓性基材的背面塗布一石墨烯散熱油墨，然後乾燥塗布在所述撓性基材背面之石墨烯散熱油墨。C.切割所述印刷電路板(PCB)，該印刷電路板(PCB)上塗佈有一石墨烯散熱薄膜，以形成數個石墨烯燈絲。D.固定所述數個石墨燈絲至一燈泡內，其中，該燈絲被固定在一個彎曲或弧形位置。
如請求項1項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述撓性基材具有形成在其兩側之銅線，用於電子電路和導熱及熱傳導，且LED晶片被安裝在所述撓性基材的前側。
如請求項1項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，在LED晶片/螢光體成型之前或之後，所述石墨烯散熱油墨被塗佈在撓性基材的後側，然後將其乾燥。
如請求項1項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，該墨烯散熱油墨係包括石墨烯，散熱填料，分散劑及粘合劑，以便使所述石墨烯散熱油墨具雙橫向熱擴散能力，以便散熱。
如請求項1項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述石墨烯散熱膜可將石墨烯散熱油墨，藉由噴塗，刷塗，網版印刷，及噴嘴印刷之任一項製成。
如請求項1項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述石墨烯燈絲固定在一個彎曲或弧形位置。
如請求項1項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述散熱填料係為碳材料，金屬粒子，及遠紅外線輻射粉末。
如請求項7項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述碳材料包括石墨烯，碳黑，石墨，碳納米管，活性炭。
如請求項7項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述金屬顆粒包括銅，鎳，鋅，鐵，鈷，銀，金，鉑和它們的合金。
如請求項7項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述遠紅外線輻射粉末包括二氧化矽，氧化鋁，二氧化鈦，氧化鋯，碳化鋯，碳化矽，碳化鉭，二硼化鈦，二硼化鋯，二矽化鈦，氮化矽，氮化鈦，氮化硼。