投射发光二极管的冷却制造技术

本发明专利技术提供了投射发光二极管的冷却。本文描述了包括发光二极管（ＬＥＤ）和冷却装置的投射设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及投射领域，具体地涉及将发光二极管(LED)作为光源的使用以及对发光二极管的冷却。
技术介绍
LED的使用已经增加。特别地是，对使用LED作为投射引擎/系统的光源的兴趣增长了。该增长在很大程度上是由于LED的光输出的增大所导致的。在历史上，LED的低光输出使得它们对于在需要相当大的光输出的应用(例如，在室外应用中)中的使用是不实际的。然而，随着LED光输出持续增大，LED正在越来越多的领域中得到应用。LED的视光输出取决于许多因素。这种因素包括LED相对于光心的视角以及LED的亮度。LED的亮度本身是许多因素的函数。例如，该亮度会受被传送到LED的电流的量和LED的结(junction)温的影响。附图说明以下参照附图对本专利技术的实施例进行描述，在这些附图中，类似的标符表示类似的要素，在附图中图1例示了作为结温的函数的特定绿LED的相对光输出；图2例示了根据一个实施例的包括针对LED的冷却装置的装置；图3例示了根据一个实施例的具有另选结构的LED；图4例示了根据另一实施例的利用冷却棒的LED冷却场景；图5例示了在没有热电冷却器的情况下连接有热块的LED冷却系统；图6例示了根据一个实施例的利用液体冷却系统的LED；图7例示了根据另一实施例的利用液体冷却系统的LED； 图8例示了利用热传感器来监测LED的热输出的实施例；图9例示了根据一个实施例的利用热反馈来控制LED的输出的系统；以及图10例示了根据另一实施例的利用热反馈来控制LED的输出的系统。图11例示了根据本专利技术一个实施例的用于投射图像的投射系统的框图。具体实施例方式在以下详细说明中，公开了用于对发光二极管(LED)进行冷却的新方法和新设备。在本说明中，参照了构成本说明的一部分的附图，在所有附图中，类似的标号表示类似的部分，并且在附图中以例示的方式示出了可以实践本专利技术的具体实施例。应当明白，在不脱离本专利技术的范围的情况下可以使用其他实施例并进行结构或逻辑变化。因此，以下详细说明不具限制意义，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同物来限定。通常利用在特定结温(即，LED的发光部分的温度)下的某个光输出特性来对LED进行评定。例如，可以将LED评定为在25摄氏度下针对它的光输出具有100％的值(例如，归一化的)。对于结温的其他值，可以相对于该值来确定光输出。图1例示了作为结温的函数的特定绿LED的相对光输出。通常，随着结温的升高，相对光输出值相对于25摄氏度下的值减小。例如，特定绿LED可能在70摄氏度下具有它的25摄氏度值的80％的相对光输出183。特定绿LED可能在120摄氏度下仅具有它的25摄氏度值的60％的相对光输出185。由此，与未被冷却的LED相比，对LED进行冷却可以提供产生更大的光输出的能力。可以使用各种方法来对LED进行冷却。例如，可以将热沉耦合到LED。作为另一种选择，可以使用强制空气来对LED进行冷却。尽管这些方法可以使结温降低，但是结温的降低可能不能达到获得目标光输出的足够温度。如本文所公开的，可以使用附加方法来产生更大的LED的结温的降低，从而允许LED的光输出增大。图2例示了根据一个实施例的包括LED的冷却装置的装置。在所例示的实施例中，将LED 210通过热传导路径热耦合(couple)到热电冷却器230(例如，珀尔帖装置)。该热传导路径可以是隔热基板224中的传热片(thermal conductive slug)222。在另一实施例中，将LED直接耦合到热电冷却器。将该热电冷却器的冷端232热耦合到LED 210。在所例示的实施例中，将热电冷却器的热端234耦合到热沉240。将该热沉布置于强制气流250中，以提供更大的冷却。然而，在另选实施例中，可以利用自然对流而非强制对流来对热沉进行冷却。在其他实施例中，可以在不使用热沉的情况下利用强制气流来对热电冷却器直接进行冷却。还要注意，尽管将热沉240例示为物理地耦合到热电冷却器230，但是在另选实施例中该耦合可以在本质上仅仅是热耦合。热电冷却器的热端的温度可能显著高于未冷却LED的温度。由此，可以使用更广泛的消散该较高温度的方法。例如，可以使用更大的热沉来对热电冷却器和LED都进行冷却。然而，就获得更高光输出的所得机会方面，对更大热沉的增加支出是否合理进行确定。图3例示了根据一个实施例的具有另选结构的LED。如图3所示，将LED 310安装在具有金属核心(例如铝核心)的印刷电路板320上。将该印刷电路板320耦合到热电冷却器330。接着将该热电冷却器330耦合到热块335。在热块335内容纳有几根冷却棒340的端部。这些冷却棒340是内部具有制冷剂的空心棒。将这些冷却棒340的另一端部布置于强制气流350中。当在热块内部制冷剂受热时，它蒸发并被传送到位于强制气流中的热棒的较冷侧344。然后蒸汽液化，然后较冷的液化液体被传送回到这些热棒的较热侧342。图4例示了根据另一实施例的利用冷却棒的LED冷却场景。在本实施例中，将多根冷却棒440的不在热块中的一侧耦合到一个或更多个热沉460。然后利用这些热沉460将通过所述多根冷却棒440传送到这些热沉460的热散去。该冷却过程可以是通过热沉外的热的自然对流。作为另一种选择，可以在热沉460的周围存在提供强制对流冷却的强制空气环境450。图5例示了在没有热电冷却器的情况下连接有热块的LED冷却系统。在该更被动的实施例中，将热块535耦合到含有散热片(thermal slug)522的PCB 520。该散热片522提供了在LED 510与热块535之间的热耦合。将该热块535热耦合到多根热棒540。本实施例可以提供较低成本的解决方案，该解决方案与利用热电冷却器的实施例相比还消耗更少的电力。图6例示了根据一个实施例的利用液体冷却系统的LED。将LED 610热耦合到热块635。将热块635耦合到液体冷却系统，在所例示的实施例中，该液体冷却系统包括耦合到换热器650和热块635的液体路径640中的液体。在一个实施例，该液体可以是制冷剂。该液体冷却系统还包括促进该液体在该系统中循环的流体泵660。该液体在经过热块635时被加热。加热后的液体被泵送到换热器650。利用该换热器650对该液体进行冷却。在所例示的实施例中，由强制空气670来辅助对液体的冷却。图7例示了根据另一实施例的利用液体冷却系统的LED。为了进一步促进对LED 710的冷却，将热电冷却器730热耦合在热块730与LED710之间。然后利用液体冷却系统740来对热电冷却器730的热端进行冷却。以上公开的用于对LED进行冷却的实施例可以是反馈环的一部分。可以利用反馈来对LED的操作或对LED的冷却进行控制。在一个实施例中，在LED附近或LED的热下游(其仍然指示LED的热状态)设置热传感器。在另一实施例中，将热传感器集成到LED。该热传感器可以具有如下的特征使得来自该热传感器的输出与LED中的关键温度很相关。可以将来自该热传感器的输出发送给处理器以进行处理。该处理可以包括生成控制输出以对冷却控制器进行控制。该冷却控制器可以对能够响应性地影响冷却的任何冷却装置(如热电冷却器、热泵或风扇)进行控制。可以对由该处理器使用的算法进行设计，以改进诸如LED使用寿命、LE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投射设备，该投射设备包括：产生投射用光的发光二极管；热耦合到所述发光二极管的热电冷却器；以及热耦合到所述热电冷却器的散热装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-5-11 10/843,8291.一种投射设备，该投射设备包括产生投射用光的发光二极管；热耦合到所述发光二极管的热电冷却器；以及热耦合到所述热电冷却器的散热装置。2.根据权利要求1所述的投射设备，其中，所述散热装置包括耦合到所述热电冷却器的热沉。3.根据权利要求1所述的投射设备，该投射设备还包括热耦合到所述散热装置的强制空气冷却装置。4.根据权利要求1所述的投射设备，其中，所述散热装置包括耦合到所述热电冷却器的热块；和耦合到所述热块的一个或更多个冷却棒。5.根据权利要求4所述的投射设备，其中，所述一个或更多个冷却棒中的至少一个的一端被耦合到所述热块。6.根据权利要求4所述的投射设备，该投射设备还包括耦合到所述一个或更多个冷却棒中的至少一个的热沉。7.根据权利要求1所述的投射设备，其中，所述散热装置包括耦合到所述热电冷却器的热块；和耦合到所述热块的液体冷却系统。8.根据权利要求7所述的投射设备，其中，所述液体冷却系统包括耦合到所述热块的冷却液；耦合到所述冷却液的流体泵；以及耦合到所述冷却液的换热器。9.根据权利要求1所述的投射设备，其中，所述投射设备是投射引擎。10.一种投射设备，该投射设备包括产生投射用光的发光二极管；耦合到所述发光二极管的热块；以及耦合到所述热块的一个或更多个冷却棒。11.根据权利要求10所述的投射设备，该投射设备还包括热耦合到所述一个或更多个冷却棒中的至少一个的强制空气冷却装置。12.一种投射设备，该投射设备包括产生投射用光的发光二极管；耦合到所述发光二极管的热块；以及耦合到所述热块的液体冷却系统。13.根据权利要求12所述的投射设备，该投射设备还包括热耦合到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：T斯科特恩格尔，大卫E斯洛博丁，
申请(专利权)人：富可视公司，
类型：发明
国别省市：US[]