專利名稱：發(fā)光模組及其光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種發(fā)光裝置，特別涉及一種具有冷卻系統(tǒng)的白光發(fā)光模組及其光源裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode，LED)是一種固態(tài)半導(dǎo)體組件，其利用二極管內(nèi)分離的兩載子(分別為帶負(fù)電的電子和帶正電的電洞)相互結(jié)合而產(chǎn)生光子，屬于冷光發(fā)光。LED不同于鎢絲燈泡的熱發(fā)光原理，只要在LED組件兩端通入極小電流便可發(fā)光，與傳統(tǒng)燈泡相較，具有壽命長(zhǎng)、省電、耐用、耐震、牢靠、適合量產(chǎn)、體極小、反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。隨著各界對(duì)LED不斷地深入研發(fā)，尤其以藍(lán)光LED的出現(xiàn)，使白光LED技術(shù)發(fā)展加快，而提高白光LED光源裝置發(fā)光功率是目前面臨難題之一，因?yàn)橐嵘β剩仨氃龃篁?qū)動(dòng)電流，此將導(dǎo)致色溫增加，影響光源裝置發(fā)光效果。目前白光LED采用兩種技術(shù)，一種采用單顆LED芯片搭配熒光粉將其激發(fā)后混合成白光；另一種采用紅光、綠光和藍(lán)光LED混合成白光。前者由于其白光光譜單一確定，且其色溫固定，故無(wú)法變動(dòng)其白光光譜和色溫。而以紅光、綠光和藍(lán)光LED組成的白光LED可動(dòng)態(tài)調(diào)整色溫，即能提高驅(qū)動(dòng)電流，以增大光源裝置發(fā)光功率。有關(guān)白光發(fā)光二極管的制備及其性能請(qǐng)參閱蔣大鵬等人在《發(fā)光學(xué)報(bào)》，2003，V24(4)，385-389，“白光發(fā)光二極管的制備技術(shù)及其主要特性”一文相關(guān)介紹。
為調(diào)整白光LED的色溫，有采用其它輔助驅(qū)動(dòng)電路來(lái)改變其色溫。如2003年10月21日公告的美國(guó)專利第6,636,003提供一種調(diào)整白光半導(dǎo)體或發(fā)光光源色溫的設(shè)備及其調(diào)整方法。其包括一供給至少一白光LED第一電流的第一驅(qū)動(dòng)電路；至少一單色LED，其排列在白光LED附近；以及一供給至少一單色LED第二電流的第二驅(qū)動(dòng)電路。其中，第一電流使白光LED發(fā)出一定亮度白光；第二電流可調(diào)整單色LED發(fā)出一定亮度單色光，通過(guò)經(jīng)此調(diào)整的單色光與白光LED混合，發(fā)出具有預(yù)定色溫的白光。并通過(guò)調(diào)整單色光的亮度，來(lái)調(diào)整最終發(fā)出的白光源色溫。該預(yù)定色溫可調(diào)整在2500～5000K之間。該裝置利用白光LED與亮度可控的多個(gè)單色LED相配合，以實(shí)現(xiàn)光源的色溫調(diào)整，每個(gè)白光LED附近一般圍繞有三四個(gè)單色LED，此舉大大地提升其制造成本，且會(huì)導(dǎo)致白光LED分布疏散，影響整個(gè)光源裝置的發(fā)光功率。
2004年8月18日公開(kāi)的中國(guó)第200410002701號(hào)專利申請(qǐng)?zhí)峁┮环NLED光源的溫度調(diào)節(jié)裝置。該LED光源包括紅光、綠光和藍(lán)光LED；檢測(cè)該LED光源的環(huán)境溫度的溫度傳感器；冷卻LED光源的冷卻風(fēng)扇以及驅(qū)動(dòng)該冷卻風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)電路；以及一控制部，其根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)的結(jié)果，對(duì)于向冷卻風(fēng)扇(20)施加的電壓進(jìn)行開(kāi)/關(guān)控制，將環(huán)境溫度控制在設(shè)定范圍內(nèi)。而且控制部分在施加電壓進(jìn)行開(kāi)/關(guān)控制時(shí)，使施加電壓緩慢地上升/下降。然而，其設(shè)備和操作程序復(fù)雜，占用空間較大，難以適應(yīng)目前輕薄簡(jiǎn)便的需求。另外，該冷卻風(fēng)扇并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)LED光源裝置的均勻冷卻，造成局部過(guò)熱或過(guò)冷，影響發(fā)光效果。
有鑒于此，提供一種具有均勻、快速散熱的冷卻系統(tǒng)，藉以穩(wěn)定發(fā)光單元色溫及其驅(qū)動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)高功率發(fā)光的發(fā)光模組實(shí)為必要。

發(fā)明內(nèi)容以下，將以若干實(shí)施例說(shuō)明一種具有均勻、快速散熱的冷卻系統(tǒng)，藉以穩(wěn)定發(fā)光單元色溫及其驅(qū)動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)高功率發(fā)光的發(fā)光模組。
以及通過(guò)這些實(shí)施例說(shuō)明一種光源裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容，提供一種發(fā)光模組，其包括一金屬電路板；多個(gè)發(fā)光單元，其排列在所述金屬電路板的一表面；及一冷卻系統(tǒng)，其包括一貼靠在金屬電路板相對(duì)于多個(gè)發(fā)光單元另一表面的受熱部；一與所述受熱部相連通的冷卻通道，其與所述受熱部構(gòu)成一循環(huán)通道；以及循環(huán)流動(dòng)在所述循環(huán)通道內(nèi)的冷卻液。
其中，所述冷卻通道包括彎折管或螺旋管，還可設(shè)置一加強(qiáng)冷卻液循環(huán)流動(dòng)的水泵，以及一加強(qiáng)冷卻并供應(yīng)冷卻液的冷卻槽。
所述冷卻液選自水或超臨界流體。
所述發(fā)光模組包括多個(gè)發(fā)出白光的發(fā)光單元，所述發(fā)光單元采用按一定規(guī)則排列的多個(gè)單色發(fā)光二極管或多個(gè)單色激光二極管，并采用GRBRG、RGBGR、BGRGB、BRGRB或GBRBG的順序排列。
所述金屬電路板與受熱部相接觸的界面設(shè)置一熱界面材料。
以及，一種光源裝置，其包括一發(fā)光模組；一外殼，具有一安置所述發(fā)光模組的底座；及一透明光罩，其與外殼構(gòu)成容納所述發(fā)光模組的密閉空間；其中，所述發(fā)光模組包括一金屬電路板；多個(gè)發(fā)光單元，其排列在所述金屬電路板一表面；及一冷卻系統(tǒng)，其包括一貼靠在金屬電路板相對(duì)于多個(gè)發(fā)光單元另一表面的受熱部；一與所述受熱部相連通的冷卻通道，其與所述受熱部構(gòu)成一循環(huán)通道；以及在所述循環(huán)通道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的冷卻液。
所述外殼的內(nèi)壁具有一反射面。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案提供的發(fā)光模組利用一均勻冷卻系統(tǒng)將發(fā)光單元所發(fā)出的熱量迅速地轉(zhuǎn)移到外界，穩(wěn)定發(fā)光單元所處環(huán)境的色溫；因發(fā)光單元色溫可維持穩(wěn)定，只要相應(yīng)地提高循環(huán)冷卻速率，發(fā)光單元即可獲得較高且穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流，增大發(fā)光模組的發(fā)光功率，獲得穩(wěn)定性好且亮度高的白光。

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中發(fā)光模組側(cè)視圖。
圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中發(fā)光模組俯視圖。
圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中發(fā)光單元結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中光源裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖1和圖2，圖1為本具體實(shí)施方式
的發(fā)光模組側(cè)視圖；圖2為本具體實(shí)施方式
的發(fā)光模組俯視圖。該發(fā)光模組10包括一金屬電路板11；多個(gè)發(fā)光單元12，其排列在所述金屬電路板11一表面；以及一冷卻系統(tǒng)13。冷卻系統(tǒng)13包括一受熱部131，其貼靠在金屬電路板11相對(duì)于多個(gè)發(fā)光單元12的另一表面；一與所述受熱部相連通的冷卻通道132，其與受熱部131構(gòu)成一循環(huán)通道；以及流動(dòng)在該循環(huán)通道的冷卻液(圖未示)。另外，還可在冷卻系統(tǒng)13的冷卻通道132中設(shè)置一水泵133，以加強(qiáng)冷卻液在冷卻通道132及受熱部131中循環(huán)流動(dòng)。并設(shè)置一冷卻槽134，以供應(yīng)冷卻液，同時(shí)可加強(qiáng)冷卻液的冷卻。
所述金屬電路板11可為金屬印刷電路板，其具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電路(圖未示)，用以提供并控制多個(gè)發(fā)光單元12的驅(qū)動(dòng)電流，使發(fā)光單元12發(fā)出具有一定亮度的白光。另外，所述金屬電路板11材料選自高導(dǎo)熱性材料，如銅、鋁或其合金，以利用其高導(dǎo)熱性能，將各發(fā)光單元12中的熱量擴(kuò)散到整個(gè)金屬電路板11，從而實(shí)現(xiàn)熱量從點(diǎn)熱源擴(kuò)散成面熱源的目的。
本發(fā)明技術(shù)方案中發(fā)光單元12可采用發(fā)光二極管或激光二極管作為發(fā)光元件。本實(shí)施例的發(fā)光單元12采用發(fā)光二極管，其按一定規(guī)則排列在金屬電路板11上，如圖2所示，共有十個(gè)發(fā)光單元12，每個(gè)發(fā)光單元12均為一個(gè)白光發(fā)光單元。其中六個(gè)發(fā)光單元12分兩列橫向排布在金屬電路板11中央部位，而在上述六個(gè)發(fā)光單元12兩側(cè)邊分兩列縱向排布其它四個(gè)發(fā)光單元12，即其與上述六個(gè)發(fā)光單元12相垂直排布，其目的在于確保發(fā)光模組10兩側(cè)發(fā)光效果，因而當(dāng)中央發(fā)光單元12數(shù)目增加時(shí)，側(cè)邊發(fā)光單元12數(shù)目也相應(yīng)增加。
請(qǐng)參閱圖3，為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中單個(gè)發(fā)光單元12的結(jié)構(gòu)原理圖。單個(gè)發(fā)光單元12包括紅光(R)121、藍(lán)光(B)122及綠光(G)123三種發(fā)光二極管，其中紅光121及綠光123發(fā)光二極管分別具有兩個(gè)，而藍(lán)光122發(fā)光二極管僅一個(gè)。其色彩排列形式為GRBRG、RGBGR、BGRGB、BRGRB或GBRBG，即藍(lán)光122發(fā)光二極管居于中央，而兩邊對(duì)稱有紅光121及綠光123，并且各單色發(fā)光二極管分布形狀不限于圖中直線分布形式，也可按弧線或圓周或其它類型排布。此種組合具有較好白光效果，容易提高該發(fā)光單元12的亮度，同時(shí)由于其采用多個(gè)單色發(fā)光二極管的組合，使其色溫調(diào)節(jié)較為靈活。
請(qǐng)參閱圖4，為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的冷卻系統(tǒng)13工作過(guò)程示意圖。冷卻系統(tǒng)13的冷卻循環(huán)過(guò)程如下(1)冷卻系統(tǒng)13的受熱部131接受由金屬電路板(圖未示)傳遞的熱量(如圖中黑箭頭所示)。為提高熱傳效率，受熱部131的殼體，尤其在與金屬電路板接觸部分，其材質(zhì)選擇高導(dǎo)熱性材料，如銅、鋁或其合金，另外還可在受熱部131與金屬電路板的接觸界面置一熱界面材料，以減少界面熱阻，促進(jìn)界面間熱傳導(dǎo)。該熱界面材料可填充納米材料如碳納米管等高導(dǎo)熱性材料。通過(guò)這些高導(dǎo)熱性材料，將熱量迅速傳遞至流動(dòng)在接受部131內(nèi)的冷卻液。
(2)冷卻液在受熱部131內(nèi)流動(dòng)的同時(shí)，不斷吸收由受熱部131傳遞的熱量。冷卻液在從受熱部131一端流至另一端的過(guò)程中不斷吸收熱量，并將熱量從受熱部131帶走，而冷卻液也由冷流體轉(zhuǎn)變成熱流體。為提高散熱效率，冷卻液采用高熱容的流體，如水，并且其流動(dòng)性能較好，如采用超臨界流體。
(3)受熱后的冷卻液經(jīng)過(guò)冷卻通道132冷卻，然后流向受熱部131，從而完成一對(duì)流循環(huán)(如圖中空心箭頭所示)。冷卻液在外部冷卻通道132中流動(dòng)，同時(shí)與外界(空氣)進(jìn)行熱交換，使之冷卻。為獲得充分冷卻效果，循環(huán)通道132可設(shè)置較長(zhǎng)，為節(jié)約空間，可采用彎折管或螺旋管等形式(圖未示)。另外，為進(jìn)一步提高冷卻效果，加快冷卻液的循環(huán)流動(dòng)，還可在冷卻通道132中設(shè)置一冷卻槽16和一水泵17。如此以來(lái)，冷卻液在外部循環(huán)通道132中還將流經(jīng)冷卻槽16，并在其中獲得進(jìn)一步冷卻；然后再由水泵17輸送至受熱部131，以加速冷卻液的對(duì)流循環(huán)。
冷卻液歷經(jīng)上述對(duì)流循環(huán)的同時(shí)，能將各發(fā)光單元12的熱量及時(shí)迅速地帶走，避免單個(gè)發(fā)光單元12過(guò)熱或過(guò)冷，影響整體發(fā)光效果；并藉由冷卻液的冷卻，穩(wěn)定發(fā)光單元12所處環(huán)境的色溫；因發(fā)光單元的12色溫可維持穩(wěn)定，只要相應(yīng)地提高循環(huán)冷卻速率，發(fā)光單元即可獲得較高且穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流，增大發(fā)光單元12的發(fā)光功率，獲得穩(wěn)定性好且亮度高的白光。
請(qǐng)參閱圖5，為本具體實(shí)施方式
的光源裝置結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明技術(shù)方案中光源裝置可用作照明光源如臺(tái)燈或探照燈，也可用在投影機(jī)或背投顯示等儀器中作為投影光源。本實(shí)施例的光源裝置1設(shè)計(jì)為用作投影機(jī)的燈頭，該光源裝置1包括一發(fā)光模組10；一外殼30，具有一安置所述發(fā)光模組10的底座31；以及一透明光罩20，其與外殼構(gòu)成容納所述發(fā)光模組10的密閉空間。其中，外殼可為喇叭狀、錐形、圓臺(tái)型或其任意組合，其內(nèi)壁表面為高反射面，以將發(fā)光模組10投射至該外殼30的光線反射出(如圖中箭頭所示)，提高光源裝置1的發(fā)光效率及亮度。透明光罩20可采用棱鏡或透鏡，形狀可為規(guī)則球形或不規(guī)則球形或碟形，其可位于恰好能覆蓋發(fā)光模組10的位置，或位為能封閉外殼30開(kāi)口端部的位置，即為圖中透明光罩20’，或設(shè)置在由外殼底座31到開(kāi)口端部之間任一周壁上，如圖中透明光罩20”所示。發(fā)光模組10具有上述相同結(jié)構(gòu)(請(qǐng)參閱圖3)，包括一金屬電路板11，多個(gè)發(fā)光單元，及一冷卻系統(tǒng)13。該冷卻系統(tǒng)13包括一貼靠在金屬電路板相對(duì)于多個(gè)發(fā)光單元的另一表面的受熱部，一與所述受熱部相連通的冷卻通道，以及循環(huán)流動(dòng)在冷卻通道的冷卻液，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)請(qǐng)參閱圖3。該光源裝置1的發(fā)光模組10具有一冷卻系統(tǒng)13，通過(guò)其能均勻迅速地冷卻發(fā)光單元12，避免局部過(guò)熱或過(guò)冷，影響發(fā)光效果；并藉由冷卻液的冷卻，穩(wěn)定發(fā)光單元12所處環(huán)境的色溫；因發(fā)光單元的12色溫可維持穩(wěn)定，只要相應(yīng)地提高循環(huán)循環(huán)冷卻速率，發(fā)光單元即可獲得較高且穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流，以增大發(fā)光模組10的發(fā)光功率，獲得穩(wěn)定性好且亮度高的白光光源裝置1。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光模組，其包括一金屬電路板；多個(gè)發(fā)光單元，其排布在所述金屬電路板一表面；及一冷卻系統(tǒng)；其特征在于所述冷卻系統(tǒng)包括一貼靠在金屬電路板相對(duì)于多個(gè)發(fā)光單元的另一表面的受熱部；一與所述受熱部相連通的冷卻通道，其與所述受熱部構(gòu)成一循環(huán)通道；以及循環(huán)流動(dòng)在所述循環(huán)通道的冷卻液。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光模組，其特征在于所述冷卻通道包括彎折管或螺旋管。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光模組，其特征在于所述冷卻通道包括一加強(qiáng)冷卻液循環(huán)流動(dòng)的水泵。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光模組，其特征在于所述循環(huán)冷卻通道包括一加強(qiáng)冷卻并供應(yīng)冷卻液的冷卻槽。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光模組，其特征在于所述冷卻液選自水或超臨界流體。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光模組，其特征在于所述發(fā)光模組包括多個(gè)發(fā)出白光的發(fā)光單元。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光模組，其特征在于所述發(fā)光單元采用按一定規(guī)則排列的多個(gè)單色發(fā)光二極管或多個(gè)單色激光二極管。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光模組，其特征在于所述發(fā)光單元中的多個(gè)單色二極管采用GRBRG、RGBGR、BGRGB、BRGRB或GBRBG的順序排列。
9.一種光源裝置，其包括一發(fā)光模組，包括一金屬電路板，排列在所述金屬電路板一表面的多個(gè)發(fā)光單元，和一冷卻系統(tǒng)；一外殼，具有一安置所述發(fā)光模組的底座；以及一透明光罩，其與外殼構(gòu)成容納所述發(fā)光模組的密閉空間；其特征在于所述冷卻系統(tǒng)包括一貼靠在金屬電路板相對(duì)于多個(gè)發(fā)光單元的另一表面的受熱部；一與所述受熱部相連通的冷卻通道，其與所述受熱部構(gòu)成一循環(huán)通道；以及在所述循環(huán)通道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的冷卻液。
10.如權(quán)利要求9所述的光源裝置，其特征在于所述外殼內(nèi)壁具有一反射面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光模組，其包括一金屬電路板；多個(gè)發(fā)光單元，其排列在所述金屬電路板的一表面；以及一冷卻系統(tǒng)，包括一貼靠在金屬電路板相對(duì)于多個(gè)發(fā)光單元另一表面的受熱部，一與所述受熱部相連通的循環(huán)冷卻通道，以及在冷卻通道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的冷卻液。本發(fā)明還提供具有該發(fā)光模組的光源裝置。本發(fā)明所提供的發(fā)光模組通過(guò)均勻的冷卻系統(tǒng)將其產(chǎn)生的熱量迅速地轉(zhuǎn)移到外界，以穩(wěn)定發(fā)光單元的驅(qū)動(dòng)電流和色溫，以提高發(fā)光模組的功率。該發(fā)光模組可廣泛應(yīng)用在各種光源裝置和顯示系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)F21S2/00GK1835215SQ20051003373
公開(kāi)日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月18日
發(fā)明者余泰成 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司