TWI392119B - 電致發光與發熱之複合模組 - Google Patents

Description

電致發光與發熱之複合模組

本發明係關於一種電致發光與發熱之複合模組，特別是關於一種兼具照明及保暖效果之發光二極體電致發光與發熱之複合模組。

隨著照明科技的提升，發光二極體(light emitting diode，LED)因具有高亮度、高使用壽命與低耗能等優點而逐漸被大量應用在各種節能燈具之組裝製造上，且其已逐步取代鹵素燈及日光燈等傳統發光照明裝置。一般來說，發光二極體分為無機發光二極體(即俗稱的LED)及有機發光二極體(OLED)，而目前應用在照明燈具上的大多屬於無機發光二極體。在構造上，無機發光二極體係由P型及N型半導體化合物所組成，當電子與電洞於P型及N型半導體化合物的介面相結合時，因能階差異將會產生各種不同的能量轉移等物理現象，例如產生光能或熱能。實際上，目前的無機發光二極體的光取出效率並非100%，其係因為部分能量轉變成熱能的形式而造成能量的損耗。再者，當無機發光二極體的溫度因受熱而提高時，則會更進一步降低P型及N型半導體化合物的光取出效率。

為了避免溫度升高影響光取出效率，許多照明燈具設計增加散熱裝置。例如，中華民國公告第I298554號發明專利揭示一種具有高散熱功效之LED燈具，其具有一燈具本體，以供容置數個發光二極體於其中，該燈具本體之一基座可固定於天花板或牆壁上，且該燈具本體之基座內部設有數個容室，各容室裝填有助於導熱及散熱的高導熱物質。藉此，將各發光二極體發光時所產生的高溫快速導出，並發散至燈具周圍靠近天花板(或牆壁)的空氣中，以消除因過熱造成發光二極體之發光功率下降，進而影響照明亮度之問題者。在安裝時，該LED燈具利用該燈具本體之基座固設於室內天花板或牆壁上，該發光二極體則朝向下方，以發射光線提供照明效果。惟，該LED燈具係以提供照明功能為主，因此僅將該發光二極體產生之熱能視為廢熱排除到燈具四周，並未善加利用。同時，由於熱能集中在該發光二極體及該燈具本體的基座之間而該基座又貼接於天花板(或牆壁)，因此熱能往四周自然對流的實際散熱效果十分有限。

再者，中華民國公告第M348199號新型專利揭示一種發光二極體照明模組，其主要係於一散熱板上依序設有一基板、一反射罩及一外蓋，其中該基板上形成有連接線路，以相互連接數個發光二極體，該反射罩上形成有數個反射杯，該反射杯底部可使該基板上各發光二極體穿出，該外蓋為可透光之蓋體，其利用數個彈性扣夾適當夾扣於該散熱板上。在安裝時，該發光二極體照明模組利用該散熱板固設於室內天花板或牆壁上，該發光二極體則朝向下方，以發射光線提供照明效果。惟，該發光二極體照明模組仍以提供照明功能為主，因此僅將該發光二極體產生之熱能視為廢熱利用該散熱板排除到燈具四周，並未善加利用。同時，由於熱能集中在該發光二極體及該散熱板之間而該散熱板又貼接於天花板(或牆壁)，因此熱能往四周自然對流的實際散熱效果十分有限。

另一方面，由於上述各種習用發光二極體之照明裝置皆以提供照明功能為主，因此必需使用符合正規照明標準的發光二極體元件，以提供最佳亮度，但此舉不利於降低燈具零件成本，同時上述習用照明裝置也不能用來對天花板或牆壁產生特殊的裝飾性照明效果。目前，業界在生產製造發光二極體期間不可避免的皆會產出一些不符正規照明標準的發光二極體次級品，其可能具有較低的光取出效率並會產生較多的廢熱，但卻具有較低的售價，然而目前市面上並沒有出現可利用該些次級品的照明裝置。

因此，有必要提供一種發光二極體之照明模組，使其能使用發光二極體次級品，並能妥善利用發光二極體產生之熱能，藉以解決習知技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種電致發光與發熱之複合模組，其係利用支架將燈具本體懸掛於固定表面上，並使燈具本體之發光側朝向固定表面，同時將燈具本體之熱輻射側朝向欲保溫之空間，如此可利用發光側之發光二極體提供壁面打光效果及經由熱輻射側之熱輻射板提供電熱保暖功能，進而增加燈具之功能性及其附加價值，並有助於提升散熱效率。

本發明之次要目的在於提供一種電致發光與發熱之複合模組，其係使用具有較低光取出效率並會產生較多熱能之發光二極體次級品來提供壁面打光效果及電熱保暖功能，進而降低複合燈具組裝成本。

本發明之另一目的在於提供一種電致發光與發熱之複合模組，其係藉由改變發光二極體之半導體化合物的材料種類或分層結構，來提高發光二極體電能轉換成熱能的比例，進而提高燈具之電熱保暖效果。

為達上述之目的，本發明提供一種電致發光與發熱之複合模組，其包含至少一支架、一燈具本體、數個發光二極體元件及一熱輻射板。該支架具有一第一端及一第二端，該第一端用以固定在一固定表面上，及該第二端用以結合於該燈具本體。該燈具本體具有一容室、一發光側及一熱輻射側，其中該發光側朝向該固定表面，該熱輻射側朝向相反於該固定表面之一欲保溫空間。該容室用以容納該發光二極體元件。該發光二極體元件經由該燈具本體之發光側朝向該固定表面發射光線。該熱輻射板至少設置在該燈具本體的熱輻射側，以朝向該欲保溫空間輻射該發光二極體產生的熱能。

在本發明之一實施例中，該熱輻射板凸設形成至少一熱輻射鰭片。

在本發明之一實施例中，該燈具本體之發光側係呈弧形。

在本發明之一實施例中，該燈具本體之熱輻射側及該熱輻射板係呈弧形。

在本發明之一實施例中，該發光二極體元件結合在該容室內之一印刷電路板或一軟性電路板上。

在本發明之一實施例中，該燈具本體之發光側另具有一聚光罩。

在本發明之一實施例中，該燈具本體之熱輻射側另具有一聚熱罩。

在本發明之一實施例中，該熱輻射板另具有一溫度顯示元件。

在本發明之一實施例中，該溫度顯示元件係一顯示器面板或一感溫變色油墨。

在本發明之一實施例中，該發光二極體元件具有P型半導體化合物及N型半導體化合物，其將電能轉換成光能與熱能的比例介於70%：30%至50%：50%之間。

在本發明之一實施例中，該發光二極體元件之P型半導體化合物的端面另具有一阻障層或一電洞傳輸層，以產生熱能。

在本發明之一實施例中，該發光二極體元件之N型半導體化合物的端面另具有一阻障層或一電子注入層，以產生熱能，

在本發明之一實施例中，該發光二極體元件在P型及N型半導體化合物兩者之間另夾設一電阻層，以產生熱能。

在本發明之一實施例中，該發光二極體元件在P型及N型半導體化合物兩者之至少一方摻雜一電阻材料，以產生熱能。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參照第1圖所示，本發明第一實施例之電致發光與發熱之複合模組主要包含至少一支架1、一燈具本體2、數個發光二極體元件3及一熱輻射板(heat radiation plate)4。本發明之電致發光與發熱之複合模組係可固定在一固定表面5上，例如：在本實施例中，該固定表面5係以室內之天花板為例，該複合模組係用以對該固定表面5提供壁面打光效果，以及對燈具附近的欲保溫空間及使用者提供電熱保暖效果。然而，該固定表面5並不限於此，其亦可能是建築物、車輛或其他交通工具之天花板、內部牆壁或外部牆壁等，於此合先敘明。

請再參照第1圖所示，本發明第一實施例之支架1係可選自各種適合用於吊燈之支撐構造，且本發明並不限制其長度等尺寸。在本實施例中，該支架1係選自二條中空桿體，其可取材自熱絕緣材質或導熱材質，例如塑膠或金屬，但亦不限於此。該支架1具有一第一端11及一第二端12。在本實施例中，該第一端11較佳係一基座，其可藉由數個螺絲或鐵釘(未繪示)加以固定在該固定表面5上，但在其他實施例中，該第一端11亦可能是一樞接座(未繪示)，其中該支架11之桿體可樞轉的結合在該第一端11上；或者，該第一端11亦可能是快拆座或其他等效固定元件，甚至直接插設固定在該固定表面5內。再者，該第二端12較佳係選擇利用螺紋對接、焊接、螺絲鎖固、倒鉤卡掣或膠黏接合等方式插設結合於該燈具本體2上，以將該燈具本體2懸掛於該固定表面5上。另外，該支架11本身之內部則可供一電線13穿設通過，以將外部電源導至該燈具本體2內。在另一實施方式中，該支架11本身亦可選自繩體或電線等可撓性線材。

請再參照第1圖所示，本發明第一實施例之燈具本體2係選自一中空殼體，其形狀可依實際使用需求或裝飾設計而加以改變。該燈具本體2較佳取材自熱絕緣材質或導熱材質，例如塑膠或金屬，但並不限於此。該燈具本體2具有一容室21、一發光側22及一熱輻射側23。該容室21用以容納該發光二極體元件3。該發光側22及熱輻射側23係分別位於該容室21之上下二側，其中該發光側22朝向該固定表面5，該熱輻射側23朝向相反於該固定表面5之一欲保溫空間。該發光側22通常具有數個安裝孔221或一開口(未標示)，以便使該發光二極體元件3經由該安裝孔221(或開口)而朝向該固定表面5發射光線，以產生裝飾性的打光照明效果。該發光側22亦可選擇裝設有色或無色之透明蓋板、擴散板或柔光板(未繪示)等配件，以提供不同的光線效果。再者，該熱輻射側23係指背對該發光側22之另一側面，該熱輻射側23用以結合該熱輻射板4。

請再參照第1及2圖所示，本發明第一實施例之發光二極體元件3係可選自各種型式之無機發光二極體(LED)，本發明並未限制其型式，但為了兼顧照明與電熱保溫之雙重效果，本發明選用之發光二極體元件3較佳必需具有適當的光取出效率及必需伴隨產生足夠的熱能，例如該發光二極體元件3將電能轉換成光能與熱能的比例可選擇控制介於70%：30%至50%：50%之間。在一實施例中，本發明之發光二極體元件3可以選自符合一般正規照明標準的發光二極體；但亦可選自不符正規照明標準的發光二極體次級品，其具有較低的光取出效率並會產生較多的廢熱，但適用於本發明之複合模組。在另一實施例中，本發明亦可設計發光二極體構造，使其能產生所需的光能與熱能比例。例如，如第2圖所示，該發光二極體元件3通常係由一P型半導體化合物31及一N型半導體化合物32所組成，但本發明可使該P型半導體化合物31的端面另具有一阻障層或一電洞傳輸層(未繪示)，以產生更多熱能。相似的，亦可使該N型半導體化合物32的端面另具有一阻障層或一電子注入層(未繪示)，以產生更多熱能。或者，本發明可另外選擇在P型及N型半導體化合物31、32兩者之間夾設一電阻層(未繪示)，以產生更多熱能。抑或，在P型及N型半導體化合物31、32兩者之至少一方選擇摻雜一電阻材料，以產生更多熱能。在選定種類並進行組裝時，該發光二極體元件3可藉由焊接或插槽等方式電性連接在一基板30上，在本發明中，該基板30係選自硬質之印刷電路板。在組裝時，該基板30係容置在該燈具本體2之容室21中，並電性連接該電線13。該發光二極體元件3則插設在該安裝孔221內或對位於該安裝孔221，以便朝向該固定表面5發射光線。

請再參照第1圖所示，本發明第一實施例之熱輻射板4係由鋁、銅等導熱金屬或合金材質製成之板體。在本發明中，該熱輻射板4係可選擇利用螺絲鎖固、倒鉤卡掣、滑槽嵌入、螺紋對接、焊接或膠黏接合等方式結合在該燈具本體2之熱輻射側23上，該結合方式並非用以限制本發明。該熱輻射板4至少設置在該燈具本體2的熱輻射側23，但亦可能延伸到該燈具本體2的各個側表面。在某一實施方式中，該熱輻射板4亦可能是至少由該燈具本體2之熱輻射側23直接一體成型者。再者，在本發明中，該熱輻射板4的外表面較佳凸設形成至少一熱輻射鰭片41，該熱輻射鰭片41係以適當形狀、長度、寬度及數量排列在該熱輻射板4的外表面，藉以增加熱交換面積。藉由上述構造，當使用本發明第一實施例之電致發光與發熱之複合模組時，該發光二極體元件3經由該燈具本體2之發光側22朝向該固定表面5發射光線。同時，設置在該燈具本體2的熱輻射側23之該熱輻射板4則可以朝向相反於該固定表面5之一欲保溫空間(如室內空間)輻射該發光二極體3產生的熱能。藉此，本發明不但可提供壁面打光效果，更能額外提供電熱保暖功能，並有助於增加散熱效率，進而增加燈具之功能性及其附加價值。

請參照第3圖所示，本發明第二實施例之電致發光與發熱之複合模組係相似於本發明第一實施例，但兩者間差異之特徵在於：該第二實施例之電致發光與發熱之複合模組進一步選擇性設置數個配件，例如：使該燈具本體2之發光側22另增設一聚光罩24，以將該發光二極體元件3發射的光線聚集在該固定表面5的特定區域中。再者，亦可使該燈具本體2之熱輻射側23另增設一聚熱罩25，以將該發光二極體元件3產生的熱能經由該熱輻射板4及聚熱罩25聚集在特定之欲保溫空間區域中。再者，該熱輻射板4的外表面另可選擇設置一溫度顯示元件42，其係可選自一顯示器面板或一感溫變色油墨。當該溫度顯示元件42選自顯示器面板時，其搭配有溫度偵測電路(未繪示)，在溫度偵測電路偵測該熱輻射板4之溫度後，即可由顯示器面板顯示出數位溫度數值，以使燈具下方的使用者得知電熱保暖的即時溫度。或者，當該溫度顯示元件42選自感溫變色油墨時，感溫變色油墨可製成溫度計形狀或其他裝飾圖案形狀，且能隨著該熱輻射板4之溫度改變顏色，以使燈具下方的使用者得知電熱保暖的即時溫度。

請參照第4圖所示，本發明第三實施例之電致發光與發熱之複合模組係相似於本發明第一實施例，但兩者間差異之特徵在於：該第三實施例之電致發光與發熱之複合模組進一步選擇改變該燈具本體2之形狀，例如：使該燈具本體2之發光側22及熱輻射側23呈弧形，並使該發光側22之弧長小於該熱輻射側23之弧長，該熱輻射板4亦對應呈弧形造形。藉此，本發明可將該發光二極體元件3發射的光線聚集在該固定表面5的特定區域中，同時擴大該熱輻射板4所能加熱之欲保溫空間範圍。為了搭配該燈具本體2之彎弧形狀，該發光二極體元件3之基板30較佳選自一軟性電路板。在另一實施例中，亦可使該發光側22之弧長大於該熱輻射側23之弧長(未繪示)，藉此，本發明可擴大該發光二極體元件3照明該固定表面5的範圍，並將該發光二極體元件3產生的熱能經由該熱輻射板4聚集在特定之欲保溫空間區域中。在又一實施例中，亦可使該發光側22呈弧狀，但使該熱輻射側23呈平板狀；或者，使該發光側22呈平板狀，但使該熱輻射側23呈弧狀，其皆為本發明可能實施之方式。

如上所述，相較於習用發光二極體之照明裝置皆以提供照明功能為主，僅將該發光二極體產生之熱能視為廢熱利用該散熱板排除到燈具四周，並未善加利用，且其實際散熱效果十分有限等缺點，第1至4圖之本發明藉由利用該支架1將該燈具本體2懸掛於該固定表面5(如天花板或牆壁)上，並使該燈具本體2之發光側22朝向該固定表面5，同時將該燈具本體2之熱輻射側23及熱輻射板4朝向欲保溫之空間，如此可利用該發光側22之發光二極體3提供壁面打光效果及經由該熱輻射側23之熱輻射板4提供電熱保暖功能，進而增加燈具之功能性及其附加價值，並有助於提升散熱效率。再者，本發明之發光二極體元件3不但可選自符合一般正規照明標準的發光二極體，更可選自發光二極體次級品，其雖具有較低光取出效率並會產生較多熱能，但適用於提供壁面打光效果及電熱保暖功能，進而降低複合燈具組裝成本。另外，本發明亦可藉由改變該發光二極體元件3之P型、N型半導體化合物31、32的材料種類或分層結構，來提高該發光二極體元件3之電能轉換成熱能的比例，進而有效提高燈具之電熱保暖效果。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．支架

11．．．第一端

12．．．第二端

13．．．電線

2．．．燈具本體

21．．．容室

22．．．發光側

221．．．安裝孔

23．．．熱輻射側

24．．．聚光罩

25．．．聚熱罩

3．．．發光二極體元件

30．．．基板

31．．．P型半導體化合物

32．．．N型半導體化合物

4．．．熱輻射板

41．．．熱輻射鰭片

42．．．溫度顯示元件

5．．．固定表面

第1圖：本發明第一實施例之電致發光與發熱之複合模組之組合剖視圖。

第2圖：本發明第一實施例之發光二極體元件之結構示意圖。

第3圖：本發明第二實施例之電致發光與發熱之複合模組之組合剖視圖。

第4圖：本發明第三實施例之電致發光與發熱之複合模組之組合剖視圖。

1．．．支架

11．．．第一端

12．．．第二端

13．．．電線

2．．．燈具本體

21．．．容室

22．．．發光側

221．．．安裝孔

23．．．熱輻射側

3．．．發光二極體元件

30．．．基板

4．．．熱輻射板

41．．．熱輻射鰭片

5．．．固定表面

Claims (16)

1. 一種電致發光與發熱之複合模組，其包含：一燈具本體，其懸掛在一固定表面上，且該燈具本體具有一發光側及一熱輻射側，該發光側朝向該固定表面，該熱輻射側朝向相反於該固定表面之一欲保溫空間；及數個發光二極體元件，其容置於該燈具本體內，並經由該燈具本體之發光側朝向該固定表面發射光線，且該燈具本體的熱輻射側朝向該欲保溫空間輻射該發光二極體產生的熱能。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電致發光與發熱之複合模組，另包含至少一支架，具有一第一端及一第二端，該第一端用以固定在該固定表面上，及該第二端結合該燈具本體。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中另包含一熱輻射板，其至少設置在該燈具本體的熱輻射側，以朝向該欲保溫空間輻射熱能。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中該熱輻射板凸設形成至少一熱輻射鰭片。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中該燈具本體之發光側係呈弧形。
6. 如申請專利範圍第3項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中該燈具本體之熱輻射側及該熱輻射板係呈弧形。
7. 如申請專利範圍第1、5或6項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中該發光二極體元件結合在該燈具本體內之一印刷電路板或一軟性電路板上。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中該燈具本體之發光側另具有一聚光罩。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中該燈具本體之熱輻射側另具有一聚熱罩。
10. 如申請專利範圍第3項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中該熱輻射板另具有一溫度顯示元件。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中該溫度顯示元件係一顯示器面板或一感溫變色油墨。
12. 如申請專利範圍第1項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中該發光二極體元件具有一P型半導體化合物及一N型半導體化合物，其將電能轉換成光能與熱能的比例介於70%：30%至50%：50%之間。
13. 如申請專利範圍第1項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中該發光二極體元件在一P型半導體化合物的端面具有一阻障層或一電洞傳輸層，以產生熱能。
14. 如申請專利範圍第1項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中該發光二極體元件在一N型半導體化合物的端面具有一阻障層或一電子注入層，以產生熱能。
15. 如申請專利範圍第1項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中該發光二極體元件在一P型半導體化合物及一N型半導體化合物兩者之間另夾設一電阻層，以產生熱能。
16. 如申請專利範圍第1項所述之電致發光與發熱之複合模組，其中該發光二極體元件在一P型半導體化合物及一N型半導體化合物兩者之至少一方摻雜一電阻材料，以產生熱能。