(57)【要約】  ヒートシンクは、一部の実施形態ではプラスチックヒートシンク本体であるヒートシンク本体（１２）と、ヒートシンク本体を覆う熱伝導層（１４）とを含む。一部の実施形態では、熱伝導層は銅層を含む。発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースのランプは、ヒートシンクと、ヒートシンク本体に固定されると共に熱的に連通している１つ又はそれよりも多くのＬＥＤデバイス（３２）を含むＬＥＤモジュール（３０）とを含む。そのようなＬＥＤベースのランプのいくつかは、Ａ線球構成又はＭＲ又はＰＡＲ構成を有する。開示された方法の実施形態は、ヒートシンク本体を形成する段階と、ヒートシンク本体上へ熱伝導層を配置する段階とを含む。形成する段階は、プラスチックとすることができるヒートシンク本体を成形する段階を含む。一部の実施形態では、ヒートシンク本体はフィンを含み、配置する段階は、フィンの上に熱伝導層を配置する段階を含む。【選択図】図１
2013524441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンク本体と、
前記ヒートシンク本体の上に配置された熱伝導層と、
を含むことを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記熱伝導層は、厚みが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に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記熱伝導層は、厚みが少なくとも１００ミクロンであることを特徴とする請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記熱伝導層は、熱シート伝導率が少なくとも０．０２５Ｗ／Ｋであることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記熱伝導層は、熱シート伝導率が少なくとも０．０５Ｗ／Ｋであることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記熱伝導層は、熱シート伝導率が少なくとも０．００２５Ｗ／Ｋであることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記ヒートシンク本体は、いずれの金属又は導電性の充填材料も含まないことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項８】
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１に記載のヒートシンク。
【請求項９】
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８に記載のヒートシンク。
【請求項１０】
前記ヒートシンク本体は、粗面化された表面を有し、該粗面上に配置された前記熱伝導層は、該粗面に適合することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１１】
前記熱伝導層は、粗面化された外面を有し、該外面の粗面は、前記ヒートシンク本体の前記表面に適合しないことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１２】
前記ヒートシンク本体と前記熱伝導層の間に配置されたポリマー層を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１３】
ポリマー層が、包含的に２ミクロンから１０ミクロンの間の厚みを有することを特徴とする請求項１２に記載のヒートシンク。
【請求項１４】
前記熱伝導層は、
前記ヒートシンク本体の近くに配置された銅層と、
前記銅層上に配置された不動態化金属層と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１５】
前記不動態化金属層は、ニッケル層、クロム層、及び白金層から構成された群から選択されることを特徴とする請求項１４に記載のヒートシンク。
【請求項１６】
前記銅層は、少なくとも１５０ミクロンの厚みを有し、前記不動態化金属層は、１０ミクロンよりも大きくない厚みを有することを特徴とする請求項１４に記載のヒートシンク。
【請求項１７】
前記熱伝導層上に配置された粉末コーティング、塗料、ラッカー、及びポリマーのうちの少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１８】
前記熱伝導層は、銅を含むことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１９】
前記ヒートシンク本体は、熱的に絶縁性であることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項２０】
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１に記載のヒートシンク。
【請求項２１】
前記ヒートシンク本体は、該ヒートシンク本体の上に配置された前記熱伝導層によって被覆されて熱分岐経路を形成する通路を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項２２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースのランプであって、
ヒートシンク本体、及び
該ヒートシンク本体の上に配置された熱伝導層、
を有するヒートシンクと、
１つ又はそれよりも多くのＬＥＤデバイスを有し、前記ヒートシンクに固定されてそれと熱的に連通するＬＥＤモジュールと、
を含むことを特徴とするランプ。
【請求項２３】
前記ヒートシンクの前記熱伝導層は、銅を含むことを特徴とする請求項２２に記載のＬＥＤベースのランプ。
【請求項２４】
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を含むことを特徴とする請求項２２に記載のＬＥＤベースのランプ。
【請求項２５】
前記プラスチックヒートシンク本体は、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）、ポリ（酸化フェニレン）、シリコーン、ポリケトン、及び熱可塑性材料から構成される群から選択されたポリマー材料を含むことを特徴とする請求項２４に記載のＬＥＤベースのランプ。
【請求項２６】
Ａ線球構成を有することを特徴とする請求項２２に記載のＬＥＤベースのランプ。
【請求項２７】
ＭＲ又はＰＡＲ構成を有することを特徴とする請求項２２に記載のＬＥＤベースのランプ。
【請求項２８】
前記ヒートシンク本体は、該ヒートシンク本体の上に配置された前記熱伝導層によって被覆されて前記ＬＥＤモジュールを前記ヒートシンクの熱放射面に熱的に結合する熱分岐経路を形成する通路を有することを特徴とする請求項２２に記載のＬＥＤベースのランプ。
【請求項２９】
ヒートシンク本体を形成する段階と、
前記ヒートシンク本体上に熱伝導層を配置する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３０】
前記形成する段階は、前記ヒートシンク本体を成形する段階を含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
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２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記ヒートシンク本体は、フィンを有し、前記配置する段階は、該フィンの上に前記熱伝導層を配置する段階を有することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記配置する段階は、
前記ヒートシンク本体上に熱伝導材料を無電解メッキする段階と、
前記無電解メッキされた熱伝導層材料上に熱伝導材料を電気メッキする段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記無電解メッキする段階は、１０ミクロンよりも大きくない厚みを有する銅の層を形成し、前記電気メッキする段階は、少なくとも１４０ミクロンの厚みを有する銅の層を形成することを特徴とする請求項３３の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔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６１／３２０，４１７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６１／３２０，４１７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。
【０００２】
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。
【背景技術】
【０００３】
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。
【０００４】
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、ランプ又は照明器具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。
【０００５】
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、大きい横断面積及び高い熱伝導率のおかげでＬＥＤデバイスから放熱フィンに熱を効率的に伝導し、広い区域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。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、ヒートシンク本体と、ヒートシンク本体の上に配置された熱伝導層とを含む。そのような一部の実施形態では、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。そのような一部の実施形態では、熱伝導層は銅層を含む。
【０００７】
例示的な実施例としてここ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固定されると共に熱的に連通可能となっている。そのような一部の実施形態では、ＬＥＤベースのランプは、Ａ線球構成を有する。そのような一部の実施形態では、ＬＥＤベースのランプは、ＭＲ又はＰＡＲ構成を有する。
【０００８】
例示的な実施例としてここ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と、ヒートシンク本体上へ熱伝導性層を配置する段階とを含む。そのような一部の実施形態では、形成する段階は、ヒートシンク本体を成形する段階を含む。そのような一部の実施形態では、形成する段階は、成形されたプラスチックヒートシンク本体としてヒートシンク本体を成形する段階を含む。そのような一部の実施形態では、ヒートシンク本体はフィンを含み、配置する段階は、フィンの上に熱伝導層を配置する段階を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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５】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６】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。
【図７】軽量ヒートシンクを製造するための適切な製造工程の概念的な流れ図である。
【図８】簡素化された「スラブ」形式のヒートシンク部分（例えば、平坦な「フィン」）に対してコーティング厚み対同等Ｋデータをプロットした図である。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】図示のようにプラスチックヒートシンク本体の銅メッキを使用して組み立てられたＰＡＲ−３８ヒートシンクの重量及び材料コストの計算を同じ寸法及び形状のバルクアルミニウムヒートシンク本体と比較した図である。
【図１６】ヒートシンク本体の概略の側面斜視図である。
【図１７】熱分岐経路を含む完成したヒートシンクを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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大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。
【００１１】
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Ｒconvection及び熱抵抗ＲIRにより、又は熱伝導率で同等にモデル化されている。抵抗Ｒconvection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ＲIR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Ｒspreader及び熱抵抗Ｒconductor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、確実に直列熱伝導率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を有して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。
【００１２】
従って、従来のＬＥＤベースの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）のブロックを含むヒートシンク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Ｒconductorを提供する。図１の抵抗Ｒconductor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Ｒspreaderとしてモデル化されている。
【００１３】
放熱面を通じた大気への放熱（抵抗Ｒconvection及びＲIR）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Ｒsinkで表されており、Ｒsink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には、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ワットに制限するであろう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ベースのランプでは、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（Ｒconvection）及び（より少ない程度の）放射（ＲIR）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。
【００１４】
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組立ては高価であり、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組み立てることが必要になり、これも製造コストを上昇させる。
【００１５】
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、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が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Ｒthermalは、以下の式で表される。
2013524441.tif 000003
ここで、Ｒsink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、Ｒconvection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、ＲIR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、
2013524441.tif 000004
はＬＥＤデバイスから熱スプレッダ（Ｒspreader）及び金属ヒートシンク本体（Ｒconduction）を通じて放熱面に至る熱の直列熱抵抗である。ここで、
2013524441.tif 000005
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
2013524441.tif 000006
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
2013524441.tif 000007
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。
2013524441.tif 000008
【００１６】
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Ｒconductionは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の直列熱抵抗Ｒconductionの値が非常に低い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Ｒconduction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。
【００１７】
これを達成する１つの方法は、ベースを通した放熱Ｒsink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Ｒsinkは、Ｒconvection又はＲIR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。
【００１８】
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（
2013524441.tif 000009
）。従って、通常のＬＥＤベースのランプを支配する熱経路はＲconductionとＲconvection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
2013524441.tif 000010
を低くすることが望ましい。
【００１９】
本発明者は、第１原則による観点から、ＬＥＤベースの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、Ｒconduction）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（Ｒconvection及びＲIRに影響する）である。
【００２０】
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Ｒconductionは低い限りを除き、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ベースの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ベースの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。
【００２１】
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。
【００２２】
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Ｒconvection及びＲIR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Ｒconduction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。Ｒconductionの値を十分低くするために、熱伝導層ＣＬは十分に厚く（Ｒconductionは厚みの増加に連れて減少するので）、かつ材料熱伝導性（Ｒconduction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の材料及び厚み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を覆うよう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Ｒconduction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。
【００２３】
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）厚みを有し、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ベースのランプの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。
【００２４】
熱伝導層の厚み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、
2013524441.tif 000011
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、
2013524441.tif 000012
は熱伝導層の厚みである。熱シート抵抗の適切な単位はＫ／Ｗであることが分る。逆にすると、適切なＫ／Ｗの単位を有する熱シート伝導率は
2013524441.tif 000013
で表される。すなわち、熱伝導層の厚み
2013524441.tif 000014
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。
【００２５】
本明細書に示す実施形態では、熱伝導層は銅、アルミニウム、これらの様々な合金又は他の金属製の層を含む。金属製層は、電気メッキ、真空蒸着、スパッタリング、物理蒸着（ＰＶＤ）、プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）、又はヒートシンク本体の可塑的な又は他の材料と温度的に両立するように十分に低い温度で作動可能な他の適切な層形成技術により堆積される。いくつかの例示的な実施形態では、熱伝導層は無電解メッキと、これに続く電気メッキとを含むシーケンスによって形成された銅層である。
【００２６】
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Ｒconduction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Ｒconvection及びＲIR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、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／対流の表面積増大構造を有することができる。
【００２７】
コストを最小限にするために、ヒートシンク本体は、ワンショット成形工程で形成されることが望ましく、それによって材料堅さが一様であり、全体を通して一様であり（例えば、異なる成形材料を使用する多重成形操作によりヒートシンクを形成し、ヒートシンク本体は材料堅さが一様でなく、全体を通して一様でないのとは反対に）、かつ低コスト材料を備えることが望ましい。後者の目的に向けて、ヒートシンク本体の材料は、好ましくはいずれの金属充填材料も含まず、より好ましくはいずれの導電性の充填材料も含まず、より適切にはいずれの充填材料も含まない。しかし、金属充填材又は他の充填材を含むことも考慮され、分散した金属製粒子によりいくらかの熱的伝導性を与え、又は非金属製充填粒子により強化された機械的特性を与えることができる。
【００２８】
以下に、いくつかの例示的な実施形態を説明する。
【００２９】
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ベースの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。熱伝導層１４は、銅層、アルミニウム層、又はこれらの様々な合金のような金属製層とすることができる。一部の実施形態では、熱伝導層１４は無電解メッキ及びその後の電気メッキによって形成された銅層を含む。
【００３０】
図４で最も良く分るように、ヒートシンク１０はフィンを有し、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、多重セグメントフィン、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。
【００３１】
図３及び４を引き続き参照し、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ベースの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に配置された電子機器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、調光回路のような他の構成要素を含むことができる。
【００３２】
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１つ又はそれよりも多くのサブマウント、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。
【００３３】
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の内径表面を覆うように配置され、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。
【００３４】
図７を参照して、適切な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操作Ｓ１でヒートシンク本体１２を形成し、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。操作Ｓ２において、成形されたヒートシンク本体の表面は、ポリマー層（通常は２から１０ミクロン程度）を加えることにより、表面を粗くすることにより、又は他の表面処理を使用することより処理される。任意的である表面処理操作Ｓ２により、次にメッキされる銅の接着の促進、応力の緩和、及び／又は外気への放熱のための表面積の増大のような様々な機能が果たされる。後者のポイントに対してプラスチックヒートシンク本体の粗面化や凹部の形成により、次に堆積される銅コーティング（被膜）が粗面又は凹部を辿り、それによって大きなヒートシンク表面が得られる。
【００３５】
操作Ｓ３において、銅の初期の層が無電解メッキにより堆積される。無電解メッキは、電気的に分離性（例えば、プラスチック）のヒートシンク本体上に行うことが好ましい。しかし、無電解メッキは堆積速度が遅い。ここに示した設計に関する考慮、特に、十分に低い直列の熱抵抗Ｒconvectionの配置は、メッキされその厚みが数百ミクロンの銅層の採用動機付けになる。従って、無電解メッキは初期の銅層（好ましくは厚みが１０ミクロンよりも大きくなく、一部の実施形態では厚みが約２ミクロン又はこれより薄い）を堆積させるために使用され、それによって初期の銅層を有するプラスチックヒートシンク本体が導電性になる。初期の無電解メッキ操作Ｓ３の次に電気メッキ操作Ｓ４を行い、これは銅層厚みの残り、例えば、通常は数百ミクロンを急速に堆積する。電気メッキＳ４は無電解メッキＳ３に比べて堆積速度が非常に早い。
【００３６】
銅コーティングに関する１つの問題は、それは曇ることがあり、それによってヒートシンクの表面から外気への放熱伝達に反対の影響を与え、また美感的にも望ましくない。従って、任意的な操作Ｓ５では、適切な不動態化膜が、例えば、ニッケル、クロム又は白金のような不動態化金属を銅上に電気的にメッキすることにより、銅上に任意的に形成される。不動態化金属の厚みは、堆積した場合、通常１０ミクロンより大きくなく、一部の実施形態では、約２ミクロン又はそれより薄い。任意的操作Ｓ６も実行することができ、それによって粗面化又は表面保護のような表面強化を与えることができ、又は塗料、ラッカー又はポリマーの薄いコーティング、又は金属酸化物の粉末（酸化チタン粉末、酸化アルミニウムの粉末、又はこれらの混合物など）のコーティングなどのような望ましい美的外観を与えることができる。これらの表面処理は、ヒートシンクの表面から外界への強化された対流及び／又は放射による熱伝達を強化することを意図している。
【００３７】
図８に、様々な形式の銅の通常の材料熱伝導率である材料熱伝導率が２００から５００Ｗ／ｍＫの範囲の熱伝導層の厚みを最適化するためのシュミレーションデータを示す（ここで使用されているように、「銅」という用語は、様々な銅合金又は銅の他の変形例を含む意図であることに注意されたい）。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、この値への結果の依存性は弱いことが分っている。図８の値は、長さが０．０５ｍ、厚みが０．００１５ｍ、幅が０．０１ｍであり、熱伝導層がスラブの両面を被覆している簡素化された「スラブ」ヒートシンクに関する。これは、例えば、プラスチックヒートシンク本体より形成され、厚み２００から５００Ｗ／ｍＫの銅によりメッキされた平坦なフィンのようなヒートシンク部分に対応する場合がある。図８によれば、２００Ｗ／ｍＫの材料に対して銅の厚みを約３５０ミクロンとすれば、同等の（バルク）熱伝導率１００Ｗ／ｍＫが得られることが分る。対照的に、より大きな熱伝導率５００Ｗ／ｍＫの材料では、厚みが１５０ミクロンより薄ければ、同等の（バルク）熱伝導率１００Ｗ／ｍＫが得られることが分る。従って、厚みが数百ミクロンのメッキされた銅層は、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、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫの材料で作られた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。
【００３８】
一般的に、熱伝導層１４のシート熱伝導率は十分高くし、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の厚み（所定の材料の熱伝導率）を増加して性能を改良すると、厚み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、性能対厚み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、より厚い厚みでは、大気への放熱が、熱伝導層を通じた熱伝導Ｒconductionよりも放射性／対流性熱抵抗Ｒconvection及びＲIR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Ｒconductionは、より厚い厚みではＲconvection及びＲIRと比べると無視可能である。
【００３９】
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基板温度（Ｔboard）は図９にプロットされている。Ｔboard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、Ｔboard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Ｒconductionよりも放射性／対流性熱抵抗Ｒconvection及びＲIR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Ｒconductionは、より高い（バルク）材料伝導率ではＲconvection及びＲIRと比べると無視可能である。
【００４０】
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、厚みが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。より高い熱伝導率の銅層については、実質的により薄い層が使用可能である。例えば、純粋なアルミニウムは約２４０Ｗ／ｍ・Ｋの高い熱伝導率を有するが、一般的な製造工程によって形成された一般的に使用されているアルミニウム合金は、通常、約１００Ｗ／ｍ・Ｋの（バルク）熱伝導率を有する。図８から、厚みが約１５０ミクロン又はそれより薄い５００Ｗ／ｍ・Ｋの銅層では、通常の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ことが分る。厚みが約１８０ミクロン又はそれより薄い４００Ｗ／ｍ・Ｋの銅層では、通常の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ことが分る。厚みが約２５０ミクロン又はそれより薄い３００Ｗ／ｍ・Ｋの銅層では、通常の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ことが分る。厚みが約３７０ミクロン又はそれより薄い２００Ｗ／ｍ・Ｋの銅層では、通常の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ことが分る。一般的に、材料の熱伝導率及び層の厚みは、熱シート伝導率
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を基準にして決める。いくつの実施形態では、熱シート伝導率Ｋsは、少なくとも０．０５Ｗ／Ｋである。発生する熱がより少ないより効率的なＬＥＤライトエンジンとするためには、少なくともＫsが０．００２５Ｗ／Ｋのようなより低い熱伝導率も考慮すべきである。
【００４１】
図１１及び図１２に、ＬＥＤベースの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。
【００４２】
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、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、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、又は熱可塑性などから作られている。熱伝導層６４は、例えば、図８の操作Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５及びＳ６と同様の方法で図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のように製造可能である。
【００４３】
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、電子機器（不図示）を収容する中空区域７１を形成しており、電子機器はエジソンベース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。
【００４４】
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あり、ディフューザ７４の外周に配置され、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、熱伝導層６４がランプ光出力に対して光吸収性である場合（例えば、銅の場合のように）、図１２に示すように、熱伝導層６４はヒートシンク本体８０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、無電解メッキ操作Ｓ３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（電気メッキ操作Ｓ４では、銅の伝導面のみをメッキし、従って、無電解メッキ操作Ｓ３の間マスキングすると、ディフューザ７４上への電気メッキが十分避けられる）。
【００４７】
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熱伝導層６４を配置する工程が簡素化することができる。
【００４８】
図１５は、図示のようにプラスチックヒートシンク本体を銅メッキしたものを使用して組み立てられた例示的なＰＡＲ−３８ヒートシンクの重量及び材料コストの計算を同じ寸法及び形状のバルクアルミニウムのヒートシンク本体と比較して示している。この実施例は、３００ミクロンの銅でメッキされたポリプロピレン製のヒートシンク本体を仮定している。図１５に示す材料コストは単なる見積もりである。重量及び材料コストは共に、同等のバルクアルミニウム製のヒートシンクと比較して約半分になる。製造処理コストの低減を通してコストの更なる低減を期待することができる。
【００４９】
図１６及び図１７において、一部の実施形態では、ヒートシンクはヒートシンク本体の大部分を通過する熱分岐経路を有し、それによって熱伝導が更に強化されている。図１６は、熱伝導層を被覆する前にプラスチックで作られたヒートシンク本体１００を示し、図１７は熱伝導層（例えば、銅層）１０４を含むヒートシンク１０２を示している。図１７には示していないが、完成したヒートシンクは、熱伝導層の上に配置され、熱伝導、美感を強化し、又は付加的な／他の利益を与えるための粗面のような表面増大又は金属酸化物の粉末のような白色粉末コーティングなども含むように考えられている。
【００５０】
ヒートシンク１００は、成形されたプラスチックであること、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、及び熱可塑性物質又はその他のようなポリマー材料から作られることが好ましい。成形されたヒートシンク本体１００はフィン１０６を有し、図１４に示すヒートシンク８０に類似した形状を有する。しかし、ヒートシンク本体１００は、ヒートシンク本体１００を貫通する経路１１０も含む。図１７に示すように、熱伝導層１０４は経路１１０を形成する表面を覆い、それによってヒートシンク本体１００を貫通する熱分岐経路１１２を形成している。この端部に向けて熱伝導層１０４を付加するコーティング工程は全方位的でなければならず、また例えば真空蒸着の場合のように影が現れてはならない。図７の電気メッキ工程によれば、例えば、ヒートシンク本体１００上への全方位的な好ましいコーティングが得られ、それによって熱分岐経路１１２が得られる。
【００５１】
図１７によれば、熱分岐経路１１２から以下の利益が得られることを理解することができる。円形状の回路基板（不図示）を含むＬＥＤ光エンジンの縁部はヒートシンク１０２の環状の隆起１１４の上に載っている。熱はこの隆起１１４から下方及び上方に離れるように伝導する。隆起１１４から下方に離れるように伝導する熱の一部は、ヒートシンク１０２の内面に沿ってフィン１０６に、かつ一般的にはヒートシンク１０２の「内側」から離れるように移動する。熱は、ヒートシンク１０２の外面に向けて周囲に流れてフィン１０６に至り、又は（熱抵抗が高い）ヒートシンク本体１００を貫通して流れる。同様に、長い及び／又は熱的抵抗性の熱流経路には、ヒートシンク本体１０２の内側に配置されたいずれかの電子機器から流れる熱が流れる。熱分岐経路１１２は、ヒートシンク本体１００の内面及び外面を熱的に結合する高く伝熱性の経路の形成により、長い及び／又は熱的抵抗性の熱流経路の迂回経路を形成している。
【００５２】
熱分岐経路１１２の正確な寸法、形状、及び配置は、熱源（例えば、ＬＥＤデバイス又は電子機器など）の場所及び特徴に基づいて適切に選択される。例示したヒートシンク１０２では、熱分岐経路１１２の最上位の環状の列は環状の隆起１１４をほぼ取り囲み、それによってＬＥＤエンジンで発生する熱のための熱分岐が得られる。熱分岐経路１１２の２つのより低い環状の列は、ヒートシンク１０２の内側に配置された電子機器をほぼ取り囲み、それによって電子機器で発生する熱のための熱分岐が得られる。更に、図示の熱分岐経路１１２は、全方位ランプ（例えば、図１４参照）で適切に使用されるヒートシンク１０２のためのものとして示しているが、熱分岐経路は、中空で全体として円錐形状のヒートシンク１０（図３から図５参照）のような他の軽量のヒートシンクに適切に含まれてもよい。図２の熱モデルでは、熱分岐経路は、ＬＥＤデバイスと放熱面の間の熱伝導経路の熱抵抗Ｒconductorを全体的に低減している。しかし、熱分岐経路によって表面積が上昇するので、大気への対流性／放射性の熱伝達も上昇する。
【００５３】
熱分岐経路を設けると、（既に軽量の）ヒートシンクの全体の重量が更に減少するという別の利益が得られる。しかし、この利点は、経路１１０を形成するために除去されているヒートシンク本体の材料の質量が、経路１１０の内側を被覆して熱分岐経路１１２を形成している付加的な熱伝導層の材料よりも大きいか否かに依存している。
【００５４】
図１６及び図１７の実施形態では、経路１１０は、熱伝導層１０４が経路を完全に塞がない又は密封しないように十分大きくなっている。しかし、熱伝導層１０４を形成するために引き続いて行われる電気メッキ又は他の工程が経路を完全に閉塞又は密封するように経路を十分に小さくすることも考慮されている。熱分岐は、熱伝導率の上昇の停止を除いてこのような閉塞には影響されず、上昇の停止は、熱伝導層の厚みが閉塞に十分な厚みを超えて更に上昇する時に起こる。
【００５５】
一方、経路１１０が、熱伝導層１０４が経路を完全に塞がない又は密封しないように十分大きい場合（例えば、図１７の場合のように）、熱分岐経路１１２によって形成される流体伝導経路には、選択的に追加される利点がある。上述のように、１つの利点は、大気への熱対流／放射を改善することができる面積の増大である。別の考えられる利点は、熱分岐経路１１２の流れ経路が、積極的に駆動される振動部材、回転ファン、又は他のデバイス（不図示）と協働してオリフィスとして作用し、それによって合成された噴射作用及び／又は冷却空気流れのパターンを通じて積極的な冷却が得られることである。
【００５６】
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。
【符号の説明】
【００５７】
ＬＢ  ランプベース
ＬＤ  ＬＥＤデバイス
ＭＢ  ヒートシンク
ＭＦ  フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2013524441.tif 000026
【図１２】
2013524441.tif 000027
【図１３】
2013524441.tif 000028
【図１４】
2013524441.tif 000029
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月5日(2012.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンク本体と、
前記ヒートシンク本体の上に配置された熱伝導層と、
を含むことを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記熱伝導層は、１００と５００ミクロンの間の厚み及び５０Ｗ／ｍ・Ｋ又はそれよりも高い熱伝導率を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記熱伝導層は、熱シート伝導率が少なくとも０．０２５Ｗ／Ｋであることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記ヒートシンク本体は、いずれの金属又は導電性の充填材料も含まないことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記ヒートシンク本体は、熱放射フィンを有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記熱伝導層及び前記ヒートシンク本体のうちの少なくとも一方は、粗面化された表面を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記ヒートシンク本体と前記熱伝導層の間に配置されたポリマー層を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項８】
前記熱伝導層は、
前記ヒートシンク本体の近くに配置された銅層と、
前記銅層上に配置された不動態化金属層と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項９】
前記銅層は、少なくとも１５０ミクロンの厚みを有し、前記不動態化金属層は、≦１０ミクロンの厚みを有することを特徴とする請求項８に記載のヒートシンク。
【請求項１０】
前記熱伝導層上に配置された粉末コーティング、塗料、ラッカー、及びポリマーのうちの少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１１】
前記ヒートシンク本体は、プラスチックから構成されることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１２】
前記ヒートシンク本体は、該ヒートシンク本体の上に配置された前記熱伝導層によって被覆されて熱分岐経路を形成する通路を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースのランプであって、
ヒートシンク本体、及び
該ヒートシンク本体の上に配置された熱伝導層、
を有するヒートシンクと、
１つ又はそれよりも多くのＬＥＤデバイスを有し、前記ヒートシンクに固定されてそれと熱的に連通するＬＥＤモジュールと、
を含むことを特徴とするランプ。
【請求項１４】
Ａ線、ＭＲ、又はＰＡＲ構成を有することを特徴とする請求項１３に記載のＬＥＤベースのランプ。
【国際調査報告】
2013524441.tif 000033
2013524441.tif 000034
2013524441.tif 000035