CN101527346A - 热电致冷器及采用该热电致冷器的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热电致冷器，该热电致冷器包括多个P型半导体柱、多个N型半导体柱、多个连接电路、一个冷端及一个热端，该多个连接电路将该多个P型半导体柱及该多个N型半导体柱电连接在一起，该多个P型半导体柱、多个N型半导体柱及该多个连接电路夹设在该冷端与该热端之间且分别与该冷端及该热端形成热性连接，该冷端包括一个第一金属板及一个形成在该第一金属板上的第一金属氧化物绝缘薄膜，且该第一金属氧化物绝缘薄膜位于该第一金属板的邻近该多个P型半导体柱、多个N型半导体柱及多个连接电路的一侧。另外，本发明还涉及一种采用该热电致冷器进行导热的照明装置。

Description

热电致冷器及采用该热电致冷器的照明装置
技术领域
本发明涉及一种热电致冷器，尤其涉及一种具有较佳散热效率的热电致冷器，以及一种采用该热电致冷器的照明装置。
背景技术
目前，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)因具光质佳及发光效率高等特性而逐渐取代冷阴极荧光灯(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)，成为照明装置中的发光元件，具体可参阅Michael S.Shur等人在IEEE***，American Control Conference(2005年10月)上发表的“Solid-State Lighting：Toward Superior Illumination”一文。
发光二极管在使用过程中的稳定性容易受周围温度的影响，例如，当温度过高时，发光二极管的发光强度容易发生衰减，从而导致其使用寿命变短。
通常，为了使发光二极管所发出的热量能够较快地散发出去，可使用热电致冷器(thermoelectric Cooler，TE Cooler)对发光二极管进行散热，传统的热电致冷器一般包括相对设置的一个冷端及一个热端，该发光二极管设置在一电路板上，该电路板与热电致冷器的冷端热性连接，当对该热电致冷器通电时，该热电致冷器可将热量从发光二极管移出，并经由其冷端强迫转移至其热端，从而可利用与该热端相接触的散热装置，如散热鳍片等将热量进行进一步传导并最终散发至外界。
现有的热电致冷器的热端及冷端通常为绝缘材料，如陶瓷等，其具有较大的热阻，使得现有热电致冷器的散热效率低下，且现有技术中，热电致冷器的冷端与电路板之间，以及热电致冷器的热端与散热装置之间通常使用导热胶，如银胶等，以将热电致冷器与电路板及散热装置连接在一起，而导热胶的热阻较大，其进一步降低了热电致冷器的散热效率。
有鉴于此，提供一种具有较佳散热效率的热电致冷器及采用该热电致冷器的一种照明装置实为必要。
发明内容
下面将以实施例说明一种热电致冷器及采用该热电致冷器的一种照明装置。
一种热电致冷器，包括多个P型半导体柱、多个N型半导体柱、多个连接电路、一个冷端及一个热端，该多个连接电路将该多个P型半导体柱及该多个N型半导体柱电连接在一起，该多个P型半导体柱、多个N型半导体柱及该多个连接电路夹设在该冷端与该热端之间且分别与该冷端及该热端形成热性连接，该冷端包括一个第一金属板及一个形成在该第一金属板上的第一金属氧化物绝缘薄膜，且该第一金属氧化物绝缘薄膜位于该第一金属板的邻近该多个P型半导体柱、多个N型半导体柱及多个连接电路的一侧。
以及，一种采用上述热电致冷器进行导热的照明装置，该照明装置包括上述热电致冷器；至少一个光源，设置在热电致冷器的冷端的第一金属板上并与该热电致冷器形成热性连接；以及一个散热装置，设置在热电致冷器的热端上并与该热电致冷器形成热性连接。
相对于现有技术，本发明所述的热电致冷器通过将其冷端设置为包括一个第一金属板，及一个形成在该第一金属板上的第一金属氧化物绝缘薄膜，以将至少一个光源设置在该第一金属板上，从而可连接该热电致冷器与散热装置，达成利用热电致冷器将至少一个光源发出的热量传导至散热装置进行散热的目的。由于第一金属板及第一金属氧化物绝缘薄膜的导热性能较好，使得包括该第一金属板及第一金属氧化物绝缘薄膜的热电致冷器的冷端具有较佳的热传导性，因此该热电致冷器具有较佳的散热效率，可有效保障采用该热电致冷器进行导热的照明装置的发光特性。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的热电致冷器的剖面示意图。
图2是图1所示热电致冷器的冷端的剖面示意图。
图3是图1所示热电致冷器的热端的剖面示意图。
图4是图2所示冷端的第一金属氧化物绝缘薄膜的剖面示意图。
图5是本发明第二实施例提供的照明装置的剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明第一实施例提供的一种热电致冷器10，其包括多个P型半导体柱11、多个N型半导体柱13、多个连接电路15、一个冷端12、以及一个热端14。
该多个P型半导体柱11及多个N型半导体柱13可采用碲化合物，如碲化铋(Bi2Te3)或锑化合物等作为材料。该连接电路15可将该多个P型半导体柱11及该多个N型半导体柱13电连接在一起，其可具体采用铝、锡、银、铜、金或合金等导电材料制成。
请一起参阅图2，该冷端12为一个金属电路板(Metal Core PCB，MCPCB)120，其具体包括一个第一金属板1200、一个铜箔层1202，以及设置在该第一金属板1200与该铜箔层1202之间的一个介电层1204，其中，该第一金属板1200上生长出第一金属氧化物绝缘薄膜122。
请参阅图1及图3，进一步地，该热端14可为一个第二金属板140，且该第二金属板140上生长出一个第二金属氧化物绝缘薄膜142。
上述第一、第二金属氧化物绝缘薄膜122、142可分别经由在第一、第二金属板1200、140上采用阳极氧化铝技术(Anodic Aluminum Oxide，AAO)处理形成，其材料可具体为第一、第二金属板1200、140的金属氧化物。如图4所示，具体地，将第一金属板1200与一阳极相连接并浸入电解液中，该电解液的主要成份为酸性液体，如硫酸、草酸、磷酸或铬酸等，进一步地，对该阳极施加电压，使该第一金属板1200的表面产生一层金属氧化物。本实施例中，该第一金属板1200可为一铝金属板，因此，形成在该第一金属板1200上的第一金属氧化物绝缘薄膜122的主要成份为氧化铝。如图4所示，经过上述阳极氧化铝技术AAO处理后，该第一金属氧化物绝缘薄膜122为一个具有高规则孔洞阵列结构的氧化铝薄膜1220，此时，可在该氧化铝薄膜1220中加入填充物1222，以使该第一金属氧化物绝缘薄膜122远离第一金属板1200的一侧成为一个平面1224。该填充物1222均匀分布在氧化铝薄膜1220中，其通常由电性绝缘物，如氧化硅、氧化铝、旋涂式玻璃(Spin On Glass，SOG)、有机化合物等组成。可以理解的是，该第二金属氧化物绝缘薄膜142也可采用上述阳极氧化铝技术处理形成，且其具有与第一金属氧化物绝缘薄膜122相同的结构。
当然，上述第一、第二金属氧化物绝缘薄膜122、142也可采用其它阳极处理技术，如微弧氧化技术(Macro-Arc Oxidation)处理形成。具体地，将第一、第二金属板1200、140与一阳极相连接并浸入电解液中，此方法中电解液的主要成份为卤性液体，如氢氧化钾(KOH)或硅盐酸等无毒性溶液，进一步地，对该阳极施加电压，此时，高能量的微电弧作用于第一、第二金属板1200、140的表面并以瞬间熔融烧结的方式在该表面形成一致密的金属氧化物层。在本实施例中，该第一、第二金属板1200、140设置为一铝金属板，其热传导系数大致为160W/mK，厚度大致为0.5mm，经由上述微弧氧化技术处理后，该第一、第二金属板1200、140表面分别形成一厚度大致为0.2mm的氧化铝薄膜，该氧化铝薄膜具有耐腐蚀、耐磨损、耐高温、硬度高、厚度均匀等特性。
可以理解的是，由于第一、第二金属板1200、140采用热传导性较好的金属材料，而第一、第二金属氧化物绝缘薄膜122、142的材料分别为第一、第二金属板1200、140的金属氧化物，其同样具有较好的热传导性能，这使得包括该第一金属板1200及第一金属氧化物绝缘薄膜122的冷端12，以及包括该第二金属板140及第二金属氧化物绝缘薄膜142的热端14均具有较佳的热传导性，并可快速均匀地对热量进行传导。另外，该热端14与该冷端12相对设置，该多个P型半导体柱11、多个N型半导体柱13及该多个连接电路15夹设在该冷端12与该热端14之间，且该多个连接电路15与该冷端12的第一金属氧化物绝缘薄膜122及该热端14的第二金属氧化物绝缘薄膜142相接触并形成热性连接。
请参阅图5，本发明第二实施例提供的一种具较佳散热效率的照明装置50，其采用上述热电致冷器10进行导热。该照明装置50包括至少一个光源56、一个散热装置58，及一个本发明第一实施例所提供的热电致冷器10。其中，该热电致冷器10用于带离由该至少一个光源56发出的热量至该散热装置58上进行散热。
该至少一个光源56可为至少一固态光源，如发光二极管等。该至少一个光源56的数目可为多个，如多个发光二极管，且该多个发光二极管可为白色发光二极管或彩色发光二极管，如红、绿、蓝发光二极管等。该冷端12的铜箔层1202可形成一个电路(图未示)，该至少一个光源56可通过共晶粘着或焊接粘着连接在该铜箔层1202上，从而与该热电致冷器10形成热性连接，进一步地，可通过对该电路外接一个电源以驱动该至少一个光源56发光。
该散热装置58包括一个基座582及多个散热鳍片580，其中，该多个散热鳍片580设置于该基座582的远离热电致冷器10的热端14的一侧，该散热装置58的基座582与该热端的第二金属板140可通过共晶粘着(eutectic bonding)法或焊接粘着(solder bonding)法连接在一起，从而使该散热装置58与该热电致冷器10形成热性连接。
工作时，利用一外部电源59对该热电致冷器10供电，其中，N型半导体13连接外部电源59的正极，P型半导体11连接外部电源59的负极。通电时，N型半导体13中带有负电的电子朝外部电源59的正极移动，P型半导体11中带有正电的空穴将朝外部电源59的负极移动，由此，冷端12的热量将随着电子与空穴的移动而传递至热端14，从而使该至少一个光源56产生的热量经由热电致冷器10的冷端12强迫转移至热端14。
由于至少一个光源56所散发的热量可通过与其热性连接的、热传导性能较佳的冷端12传导至热电致冷器10上，而当热量传导至该热电致冷器10上时，其可进一步通过热传导性能良好的热端14传导至散热装置58上，由此，该至少一个光源56所散发的热量可经由该热电致冷器10快速均匀地传导至散热装置58进行散热，使得采用该热电致冷器10的照明装置50获得较佳的散热效率，从而有效保障了至少一个光源56的发光特性。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种对应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种热电致冷器，包括多个P型半导体柱、多个N型半导体柱、多个连接电路、一个冷端及一个热端，该多个连接电路将该多个P型半导体柱及该多个N型半导体柱电连接在一起，该多个P型半导体柱、多个N型半导体柱及该多个连接电路夹设在该冷端与该热端之间且分别与该冷端及该热端形成热性连接，该冷端包括一个第一金属板及一个形成在该第一金属板上的第一金属氧化物绝缘薄膜，且该第一金属氧化物绝缘薄膜位于该第一金属板的邻近该多个P型半导体柱、多个N型半导体柱及多个连接电路的一侧。
2.如权利要求1所述的热电致冷器，其特征在于，该第一金属氧化物绝缘薄膜的材料为第一金属板的金属氧化物。
3.如权利要求2所述的热电致冷器，其特征在于，该第一金属氧化物绝缘薄膜是对该第一金属板进行阳极氧化处理所形成的。
4.如权利要求1所述的热电致冷器，其特征在于，该热电致冷器进一步包括一个铜箔层及一个介电层，该铜箔层形成一个电路，该第一金属板、介电层及铜箔层相叠加形成一个金属电路板，且该介电层设置在该第一金属板与该铜箔层之间。
5.如权利要求1所述的热电致冷器，其特征在于，该热端包括一个第二金属板及一个形成在该第二金属板上的第二金属氧化物绝缘薄膜，且该第二金属氧化物绝缘薄膜位于该第二金属板的邻近该多个P型半导体柱、多个N型半导体柱及多个连接电路的一侧。
6.如权利要求5所述的热电致冷器，其特征在于，该第二金属氧化物绝缘薄膜的材料为第二金属板的金属氧化物。
7.如权利要求5所述的热电致冷器，其特征在于，该第一、第二金属板分别为一个铝金属板，该第一、第二金属氧化物绝缘薄膜分别为氧化铝薄膜。
8.如权利要求7所述的热电致冷器，其特征在于，该热电致冷器进一步包括均匀分布在氧化铝薄膜中的多个填充物，该填充物由氧化硅、氧化铝、旋涂式玻璃及有机化合物组成。
9.一种照明装置，其包括：
一个如权利要求1至8中任意一项所述的热电致冷器；
至少一个光源，设置在热电致冷器的冷端的第一金属板上并与该热电致冷器形成热性连接；以及
一个散热装置，设置在热电致冷器的热端上并与该热电致冷器形成热性连接。
10.如权利要求9所述的照明装置，其特征在于，该至少一个光源为发光二极管。
11.如权利要求9所述的照明装置，其特征在于，该至少一光源与该冷端的第一金属板通过共晶粘着或焊接粘着连接在一起。
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