CN104132265A - 设有热点转化单元的led模组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及LED模组，该LED模组包括芯片基板、至少一LED发光单元以及热电转化单元，所述LED发光单元设置于所述芯片基板的一侧，所述热电转化单元用于将所述LED发光单元发出的热量转化为电能。本发明还提供一种LED照明装置。本发明的所述LED模组在使用时，所述LED发光单元在发光时产生热量，该热量传递给所述热电转化单元，所述热电转化单元将该热量转化为电能，从而提高所述LED模组的电能利用效率；并且有利于降低所述LED发光单元的温度，以提高所述LED发光单元的使用寿命。

Description

设有热点转化单元的LED模组

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，特别是涉及一种LED模组。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)作为新一代节能照明光源，是一种固态发光体，因其具有高效、节能、环保的显著特点，被广泛应用于室内外照明、显示器背光、工矿灯、隧道灯、路灯等照明领域，随着LED价格的逐渐下降其应用领域更加广阔。具有数个LED芯片作为光源的发光装置，已经逐渐取代传统具有冷阴极管作为光源的发光装置，成为目前市场上的主流产品，逐渐成为第四代的照明光源。

但是，发光二极管存在尚待克服的缺陷，即，LED的发光表现(如发光亮度以及所发出光源的色温)会受到其本身温度与其所处环境的温度的影响，且一旦LED长期处于过热的环境中，其发光亮度便会迅速的衰减，造成LED使用寿命的明显缩短。然而，LED模组在使用过程中会产生热量，该热量会集中在LED模组的LED发光单元区域，LED发光单元发热的能量被散失而浪费，使得LED模组的电能利用效率降低。

因此，如何提供一种LED模组，能够提高LED模组的电能利用效率，已成为本领域技术人员需要解决的技术。

发明内容

现有技术的LED模组存在LED模组的电能利用率低的问题，本发明提供一种能解决上述问题的LED模组以及LED照明装置。

本发明提供一种LED模组，包括芯片基板、至少一LED发光单元以及热电转化单元，所述LED发光单元设置于所述芯片基板的一侧，所述热电转化单元用于将所述LED发光单元发出的热量转化为电能。

进一步的，在所述LED模组中，所述热电转化单元设置于所述芯片基板背离所述LED发光单元的一侧，所述热电转化单元的高温端连接所述芯片基板背离所述LED发光单元的一侧的表面。

进一步的，在所述LED模组中，所述LED发光单元为侧发光式发光单元，所述热电转化单元设置于所述LED发光单元背离所述芯片基板的一侧，所述热电转化单元的高温端连接所述LED发光单元背离所述芯片基板的一侧的表面。

进一步的，在所述LED模组中，每一所述LED发光单元背离所述芯片基板的一侧均具有一所述热电转化单元。

进一步的，在所述LED模组中，所述热电转化单元为半导体热电转换器。

进一步的，在所述LED模组中，所述半导体热电转换器包括至少一热电对，所述热电对包括一P型热电转换元件与一N型热电转换元件，所述热电对的P型热电转换元件的高温端和N型热电转换元件的高温端通过一导电电极连接，所述热电对的P型热电转换元件的低温端和N型热电转换元件的低温端分别用于连接用电器。

进一步的，在所述LED模组中，所述LED模组还包括一冷却基板，所述热电转化单元的低温端固定在所述芯片基板的另一侧，所述热电转化单元的高温端固定在所述冷却基板上。

进一步的，在所述LED模组中，所述热电转化单元的正极连接所述LED发光单元的正极，所述热电转化单元的负极连接所述LED发光单元的负极。

进一步的，在所述LED模组中，所述LED模组还包括一使电流从所述热电转化单元的正极单向流到所述LED发光单元的正极的单向导通元件，所述单向导通元件串联于所述LED发光单元和热电转化单元之间。

进一步的，在所述LED模组中，所述单向导通元件为一晶体二极管，所述晶体二极管串联于所述LED发光单元的正极和热电转化单元的正极之间，所述晶体二极管的阴极连接所述LED发光单元的正极，所述晶体二极管的阳极连接所述热电转化单元的正极。

根据本发明的另一面，本发明还提供一种LED照明装置，具备如上所述的LED模组。

与现有技术相比，本发明提供的LED模组以及LED照明装置具有以下优点：

本发明的LED模组中，所述LED发光单元设置于所述芯片基板的一侧，所述热电转化单元用于将所述LED发光单元发出的热量转化为电能，与现有技术相比，当所述LED模组在使用时，所述LED发光单元在发光时产生热量，该热量传递给所述热电转化单元，所述热电转化单元将该热量转化为电能，从而提高所述LED模组的电能利用效率；并且有利于降低所述LED发光单元的温度，以提高所述LED发光单元的使用寿命。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的LED模组的示意图；

图2是本发明第二实施方式的LED模组的示意图。

具体实施方式

现有技术的LED模组以及LED照明装置中，LED发光单元发热的能量被散失而浪费，使得LED模组的电能利用效率降低。申请人经过对现有技术LED模组的深入研究发现，如果能将所述LED发光单元发出的热量利用，则不但可以降低所述LED发光单元的温度，而且可以将该热量循环利用，从而可以增加所述LED发光单元的使用寿命，并可以实现节能减排的有益效果。

有鉴于上述的研究，本发明提供一LED模组，包括芯片基板、至少一LED发光单元以及热电转化单元，所述LED发光单元设置于所述芯片基板的一侧，所述热电转化单元用于将所述LED发光单元发出的热量转化为电能；当所述LED模组在使用时，所述LED发光单元在发光时产生热量，该热量传递给所述热电转化单元，所述热电转化单元将该热量转化为电能，从而提高所述LED模组的电能利用效率；并且有利于降低所述LED发光单元的温度，以提高所述LED发光单元的使用寿命。

进一步的，所述LED模组还包括一冷却基板，所述热电转化单元的低温端固定在所述芯片基板的另一侧，所述热电转化单元的高温端固定在所述冷却基板上，所述冷却基板将所述热电转化单元的高温端的热量传递到环境中，从而增加所述热电转化单元的低温端与高温端之间的温度差，以增加所述热电转化单元的热电转化效率。

进一步的，所述热电转化单元的正极连接所述LED发光单元的正极，所述热电转化单元的负极连接所述LED发光单元的负极，从而将所述热电转化单元转化的电能提供给所述LED发光单元，可以减少外接电源的耗电量，实现能量的循环利用，节能减排；另外，所述LED模组还包括一单向导通元件，所述单向导通元件串联于所述LED发光单元和热电转化单元之间，所述单向导通元件使电流单向从所述热电转化单元的正极流到所述LED发光单元的正极，防止当所述热电转化单元转化的电能的电势过低时，所述热电转化单元消耗外接电源的电流。

请参阅图1，图1是本发明第一实施方式的LED模组的示意图。在本实施方式中，所述LED模组10包括芯片基板110、至少一LED发光单元120以及热电转化单元130，所述LED发光单元120设置于所述芯片基板110的一侧，所述热电转化单元130用于将所述LED发光单元120发出的热量转化为电能。其中，所述LED发光单元120为包括PN结的芯片结构。图1所示的所述LED模组10中包括3个所述LED发光单元120，但所述LED发光单元120的数量以及排列方式并不做限制，可以根据具体需要进行设置。

在本实施方式中，所述热电转化单元130设置于所述芯片基板110背离所述LED发光单元120的一侧，所述热电转化单元130的高温端连接所述芯片基板110背离所述LED发光单元120的一侧的表面，当所述LED模组10在使用时，所述LED发光单元120在发光时产生热量，该热量可以通过所述芯片基板110传递给所述热电转化单元130，所述热电转化单元130将该热量转化为电能，从而提高所述LED模组10的电能利用效率；并且有利于降低所述芯片基板110的温度，从而降低所述LED发光单元120的温度，以提高所述LED发光单元120的使用寿命。较佳的，所述芯片基板110可以为热传导基板，即所述芯片基板110的热传导率较高，一般，所述芯片基板110的热传导率高于所述LED发光单元120的热传导率，例如所述芯片基板110为金属热传导基板，可以提高所述芯片基板110的导热能力，从而提高所述热电转化单元130的热电转化效率。

在本实施方式中，所述热电转化单元130为半导体热电转换器。但所述热电转化单元130并不限于为半导体热电转换器，还可以为金属热电转换器，只要是可以将所述LED发光单元120在发光时产生热量转化为电能的热电转换器，亦在本发明的思想范围之内。

其中，所述半导体热电转换器包括至少一热电对130A，所述热电对130A包括一P型热电转换元件131和一N型热电转换元件132，所述热电对130A的P型热电转换元件131的高温端和N型热电转换元件132的高温端通过一导电电极133连接，所有所述热电对130A的P型热电转换元件131的高温端和N型热电转换元件132的高温端共同构成所述半导体热电转换器的高温端；所述热电对130A的P型热电转换元件131的低温端和N型热电转换元件132的低温端分别用于连接用电器，所有所述热电对130A的P型热电转换元件131的低温端和N型热电转换元件132的低温端共同构成所述半导体热电转换器的低温端。在本实施方式中，所述热电转化单元130中包括5个所述热电对130A，但所述热电对130A的数量与排列方式并不做限制，可以根据具体需要进行设置。当所述热电转化单元130具有多个所述热电对130A时，相邻所述热电对130A的相邻P型热电转换元件131和N型热电转换元件132可以通过导线连接，以使每一所述热电对130A可以将产生的电能均传递给用电器。在本实施方式中，所述用电器为所述LED发光单元120。

当所述LED发光单元120通电后，所述LED发光单元120产生热量，使得P型热电转换元件131的高温端的温度高于P型热电转换元件131的低温端的温度，所述P型热电转换元件131的高温端吸收所述LED发光单元120的热量，使得所述P型热电转换元件131的高温端的空穴浓度高，则空穴从所述P型热电转换元件131的高温端向低温端扩散，所以，在所述P型热电转换元件131内产生由高温端到低温端的温差电动势，在开路的情况下，在所述P型热电转换元件131的低温端聚集正电荷，形成所述热电对130A的正极；相反，所述N型热电转换元件132的高温端吸收所述LED发光单元120的热量，使得所述N型热电转换元件132的高温端的电子浓度高，则电子从所述N型热电转换元件132的高温端向低温端扩散，所以，在所述N型热电转换元件132内产生由低温端到高温端的温差电动势，在开路的情况下，在所述N型热电转换元件132的低温端聚集负电荷，形成所述热电对130A的负极。将所述热电对130A连接用电器时，在每一所述热电对130A中，形成由负极到正极的电流，在每一所述热电对130A外，形成由正极到负极的电流，从而，将热能转化为电能，提供给所述用电器，同时降低所述LED发光单元120的热量。

在本实施方式中，所述LED模组10还包括一冷却基板140，所述冷却基板140固定在所述热电转化单元130的低温端上，所述冷却基板140将所述热电转化单元130的低温端的热量传递到环境中，从而增加所述热电转化单元130的高温端与低温端之间的温度差，以增加所述热电转化单元130的半导体制冷效率。所述冷却基板140为热传导基板，即所述冷却基板140的热传导率较高，一般，所述冷却基板140的热传导率高于所述热电转化单元130低温端的热传导率，例如所述冷却基板140为金属热传导基板，可以提高所述冷却基板140的导热能力，从而提高增加所述热电转化单元130的高温端与低温端之间的温度差。

在本实施方式中，所述热电转化单元130的正极连接所述LED发光单元120的正极，所述热电转化单元130的负极连接所述LED发光单元120的负极，从而将所述热电转化单130转化的电能提供给所述LED发光单元120，可以减少外接电源150的耗电量，实现能量的循环利用，节能减排。但是，所述热电转化单元130并不限于上述连接方式，还可以将所述热电转化单元130连接外接用电器，以向所述外接用电器供电。

较佳的，所述LED模组10还包括一使电流从所述热电转化单元130的正极单向流到所述LED发光单元120的正极的单向导通元件160，所述单向导通元件160串联于所述LED发光单元130和热电转化单元120之间，所述单向导通元件160使电流单向从所述热电转化单元130的正极流到所述LED发光单元120的正极，防止当所述热电转化单元160转化的电能的电势过低时，所述热电转化单元160消耗外接电源150的电流。优选的，所述单向导通元件160为一晶体二极管，所述晶体二极管串联于所述LED发光单元120的正极和热电转化单元130的正极之间，所述晶体二极管的阴极连接所述LED发光单元120的正极，所述晶体二极管的阳极连接所述热电转化单元130的正极。

当所述LED模组10在使用时，所述LED发光单元120在发光时产生热量，该热量可以传递给所述热电转化单元130，所述热电转化单元130将该热量转化为电能，从而提高所述LED模组10的电能利用效率；并且有利于降低所述芯片基板110的温度，从而降低所述LED发光单元120的温度，以提高所述LED发光单元120的使用寿命。

本实施方式的所述LED模组10可以应用于LED照明装置，实现LED发光。

请参阅图2，图2是本发明第二实施方式的LED模组的示意图，在图2中，参考标号表示与图1相同的表述与第一实施方式相同的元件。所述第二实施方式的LED模组20与所述第一实施方式的LED模组10基本相同，其区别在于：所述LED发光单元120为侧发光式发光单元，所述热电转化单元230设置于所述LED发光单元120背离所述芯片基板110的一侧，所述热电转化单元230的高温端连接所述LED发光单元120背离所述芯片基板110的一侧的表面。当所述LED模组20在使用时，所述LED发光单元120在发光时产生热量，该热量直接传递给所述热电转化单元230，所述热电转化单元230将该热量转化为电能，从而提高所述LED模组20的电能利用效率；并且有利于降低所述LED发光单元120的温度，以提高所述LED发光单元120的使用寿命。

在本实施方式中，每一所述LED发光单元120背离所述芯片基板110的一侧均具有一所述热电转化单元230，其中，所述热电转化单元230包括至少一个所述热电对130A。但是，并不限于每一所述LED发光单元120背离所述芯片基板110的一侧均具有一所述热电转化单元230，还可以在所有的所述LED发光单元120背离所述芯片基板110的一侧的表面同时覆盖一个面积足够大的所述热电转化单元230，所述热电转化单元230可以覆盖所有的所述LED发光单元120，亦在本发明的思想范围之内。

其中，在本实施方式中，每一所述热电转化单元130的低温端上均具有一冷却基板240，如图2所示，还可以在所有的所述热电转化单元230的低温端同时覆盖一个面积足够大的所述冷却基板240，所述冷却基板240可以覆盖所有的所述热电转化单元230，亦在本发明的思想范围之内。另外，当一个所述热电转化单元230覆盖所有的所述LED发光单元120时，一个所述冷却基板240固定在所述热电转化单元230的低温端上，所述冷却基板240将所述热电转化单元230的低温端的热量传递到环境中，亦可以增加所述热电转化单元230的高温端与低温端之间的温度差，亦能增加所述热电转化单元230的热电转化效率，亦在本发明的思想范围之内。

在本实施方式中，所述LED发光单元120通过电源251供电，所述热电转化单元230连接一外接用电器252，以向所述外接用电器252供电。另外，还可以将所述热电转化单元230的正极连接所述LED发光单元120的正极，所述热电转化单元230的负极连接所述LED发光单元120的负极，从而将所述热电转化单230转化的电能提供给所述LED发光单元120，亦在本发明的思想范围之内。

本发明并不限于以上实施方式，例如：所述热电转化单元并不限于位于设置于所述芯片基板背离所述LED发光单元的一侧，或设置于所述LED发光单元背离所述芯片基板的一侧，还可以设置于所述芯片基板的侧边，亦可以通过所述芯片基板实现与所述LED发光单元的热量传递，亦在本发明的思想范围之内。虽然本发明已以较佳实施方式披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种LED模组，其特征在于，包括芯片基板、至少一LED发光单元以及热电转化单元，所述LED发光单元设置于所述芯片基板的一侧，所述热电转化单元用于将所述LED发光单元发出的热量转化为电能。

2.如权利要求1所述的LED模组，其特征在于：所述热电转化单元设置于所述芯片基板背离所述LED发光单元的一侧，所述热电转化单元的高温端连接所述芯片基板背离所述LED发光单元的一侧的表面。

3.如权利要求1所述的LED模组，其特征在于：所述LED发光单元为侧发光式发光单元，所述热电转化单元设置于所述LED发光单元背离所述芯片基板的一侧，所述热电转化单元的高温端连接所述LED发光单元背离所述芯片基板的一侧的表面。

4.如权利要求3所述的LED模组，其特征在于：每一所述LED发光单元背离所述芯片基板的一侧均具有一所述热电转化单元。

5.如权利要求1所述的LED模组，其特征在于：所述热电转化单元为半导体热电转换器。

6.如权利要求5所述的LED模组，其特征在于：所述半导体热电转换器包括至少一热电对，所述热电对包括一P型热电转换元件与一N型热电转换元件，所述热电对的P型热电转换元件的高温端和N型热电转换元件的高温端通过一导电电极连接，所述热电对的P型热电转换元件的低温端和N型热电转换元件的低温端分别用于连接用电器。

7.如权利要求1所述的LED模组，其特征在于：所述LED模组还包括一冷却基板，所述热电转化单元的低温端固定在所述芯片基板的另一侧，所述热电转化单元的高温端固定在所述冷却基板上。

8.如权利要求1所述的LED模组，其特征在于：所述热电转化单元的正极连接所述LED发光单元的正极，所述热电转化单元的负极连接所述LED发光单元的负极。

9.如权利要求8所述的LED模组，其特征在于：所述LED模组还包括一使电流从所述热电转化单元的正极单向流到所述LED发光单元的正极的单向导通元件，所述单向导通元件串联于所述LED发光单元和热电转化单元之间。

10.如权利要求9所述的LED模组，其特征在于：所述单向导通元件为一晶体二极管，所述晶体二极管串联于所述LED发光单元的正极和热电转化单元的正极之间，所述晶体二极管的阴极连接所述LED发光单元的正极，所述晶体二极管的阳极连接所述热电转化单元的正极。