CN2872591Y - 投影发光二极管的冷却 - Google Patents

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Abstract

本实用新型的实施例包括用于投影发光二极管LED冷却的系统和装置。本实用新型的实施例适于投影装置中所使用的发光二极管的冷却。在投影装置中使用的发光二极管LED会发热，从而会损害发光二极管LED的效率和寿命。本实用新型的实施例提供了投影发光二极管LED冷却装置和系统，以控制发光二极管LED的冷却和/或启动，从而提高发光二极管LED的效率和寿命。

Description

投影发光二极管的冷却
技术领域
本发明涉及投影领域，尤其涉及发光二极管(LED)作为光源的应用以及它们的冷却。
背景技术
LED的使用已经得到了快速增长。尤其是，在使用LED作为投影机/系统的光源方面的关注正在增长。这种增长绝大部分是由于LED在光输出方面的提高。从历史观点来看，LED的低光输出使得它们在需要显著光输出的应用例如户外应用中使用是不切实际的。然而，当LED光输出持续增长时，我们发现LED可应用的领域得到了很大的提高。
LED的视在光输出与多个因素有关。这些因素包括LED相对光中心的视角以及LED的亮度。LED的亮度本身是多个因素的一个函数。例如，亮度可受传送给LED的电流量以及LED的结温度影响。
发明内容
根据本发明的一种投影发光二极管LED冷却装置，其特征是，包括：产生用于投影的光的发光二极管LED；热连接到发光二极管LED上的热电冷却器；以及热连接到热电冷却器上的散热器件。
根据本发明的一种投影发光二极管LED冷却装置，其特征是，包括：产生用于投影的光的发光二极管LED；连接到发光二极管LED上的热块；以及连接到热块上的一个或多个冷却棒。
根据本发明的一种投影发光二极管LED冷却装置，其特征是，包括：产生用于投影的光的发光二极管LED；连接到发光二极管LED上的热块；以及连接到热块上的液态冷却系统。
根据本发明的一种投影发光二极管LED冷却装置，其特征是，包括：产生用于投影的光的发光二极管LED；热连接到发光二极管LED上的热感应器；连接到热感应器上的处理器；以及连接到发光二极管LED和处理器上的冷却系统。
根据本发明的一种投影发光二极管LED冷却系统，其特征是，包括：投影透镜；光连接到投影透镜的多个发光二极管LED光源，以输出不同波长的多个彩色光束；分别热连接到发光二极管LED的多个热电冷却器；以及热连接到多个热电冷却器上的一个或多个散热器件。
在投影装置中使用的发光二极管LED会发热，从而会损害发光二极管LED的效率和寿命。本发明的实施例提供了投影发光二极管LED冷却装置和系统和装置，以控制发光二极管LED的冷却和/或启动，从而提高发光二极管LED的效率和寿命。
附图说明
本发明的实施例将参考附图进行描述，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1示出作为结温度函数的特定绿色LED的相对光输出。
图2示出根据一个实施例的包括LED的冷却器件的器件。
图3示出根据一个实施例的具有可替换布置的LED。
图4示出根据另一实施例的采用冷却棒的LED冷却方案。
图5示出具有未与热电冷却器连接的热块(thermal block)的LED冷却系统。
图6示出根据一个实施例的采用液态冷却系统的LED。
图7示出根据另一实施例的采用液态冷却系统的LED。
图8示出其中热感应器用于监测LED的热输出的实施例。
图9示出根据一个实施例的其中采用热反馈以控制LED的输出的系统。
图10示出根据另一实施例的其中采用热反馈以控制LED的输出的系统。
图11示出根据本发明的一个实施例的用于投影图像的投影系统的框图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，公开冷却发光二极管的新方法和装置。在本说明书中，需要参考附图，该附图是作为说明书的一部分，其中相同的附图标记表示相同的部件，并且其中以演示实施本发明的特定实施例的方式示出。应该可以理解的是，其它的实施例也可采用并且在不脱离本发明的范围可以进行结构或逻辑改变。因此，下面的详细描述并不具有限制的意义，本发明的范围由所附权利要求及它们的等效物来进行限定。
LED经常用特定结温度(即，LED的发光部分的温度)上的特定光输出特性来评定。例如，LED可评定为相对其25摄氏度时的光输出具有100％的值(即，正常化)。光输出可相对结温度的其它值的这个值来进行确定。图1示出了作为结温度函数的特定绿色LED的相对光输出。通常，当结温度增加时，相对光输出值相对25摄氏度下的值减小。例如，特定绿色LED在70摄氏度183下具有其25度的80％的相对光输出。特定绿色LED在120摄氏度185下具有25度下的仅60％的相对光输出。
因此，与未冷却的LED相比，冷却的LED可提供产生更多光输出的能力。已经有各种方法应用于冷却LED。例如，散热片可连接到LED上。可替换地，加压空气可用于冷却LED。尽管这些方法可使结温度减小，但是结温度不能减小到足够得到目标光输出的温度上。如此处所公开的，可采用其它的方法使LED的结温度得到更大的降低，因此相应的，将使得LED光输出增加。
图2示出了根据一个实施例的包括LED冷却器件的器件。在所示的实施例中，LED210通过导热路径热连接到热电冷却器230(如，珀耳帖器件)上。导热路径可为热绝缘衬底224中的导热嵌片222。另一实施例中，LED直接连接到热电冷却器上。热电冷却器的冷却端232热连接到LED210上。在所示的实施例中，热电冷却器的加热端234连接到散热片240上。散热片设置在加压空气流250中以提供更多的冷却。然而，在可替换实施例，可用自然对流代替加压对流，用于冷却散热片。在其它实施例中，加压空气流可用于直接冷却热电冷却器而不使用散热片。同样注意尽管散热片240示出为物理连接到热电冷却器210上，但在可替换实施例中，该连接本质上可仅为热连接。
热电冷却器的加热侧上的温度实际上高于未冷却的LED的温度。因此，可使用更广泛的方法来使更高的温度散热。例如，大的散热片既可用于冷却热电冷却器也可用于冷却LED。然而，根据最终得到更高光输出的条件可确定更大散热片的附加花费是否是合理的。
图3示出了根据一个实施例的具有另一设置的LED。如图3所示，LED310安装在印刷电路板320上，该印刷电路板具有金属芯，如铝芯。印刷电路板320连接到热电冷却器330上。热电冷却器330依次连接到热块335上。其热块335中具有几个冷却棒340的端部。冷却棒340为内部具有制冷剂的空心棒。冷却棒340的其它端部设置在加压空气流350中。当热块内部制冷剂加热时，制冷剂气化并且传递给加压空气流中的加热棒的冷却侧344。然后蒸气凝结并且冷却的凝结液体传回加热棒的加热侧342。
图4示出了根据另一实施例的采用冷却棒的LED冷却方案。在该实施例中，冷却棒440的未处在热块中的侧面连接到一个或多个散热片460上。散热片460将冷却棒440传送给散热片460的热扩散掉。冷却可通过自然对流使散热片的热消散。可替换地，可在散热片460周围设置加压空气环境450以提供加压对流冷却。
图5示出了未采用热电冷却器与热块连接的LED冷却系统。在该无源实施例中，热块535连接到包括热嵌片522的520 PCB上。热嵌片522提供LED 510和热块535之间的热连接。热块535热连接到加热棒540上。该实施例可提供成本更低的方案，其与采用热电冷却器的实施例相比也消耗更少的能量。
图6示出了根据一个实施例的采用液态冷却系统的LED。LED 610热连接到热块635上。热块635连接到液态冷却系统上。在所示的实施例中，液态冷却系统包括连接热交换器650以及热块635的液态路径640中的液体。在一个实施例中，该液体为制冷剂。液态冷却系统还包括液态泵660，以促进液体在该系统中的循环。当液体通过热块635时被加热。被加热的液体压到热交换器650上。热交换器650用于冷却该液体。在所示的实施例中由加压空气670来辅助液体的冷却。
图7示出了根据另一实施例的采用液态冷却系统的LED。为了进一步冷却LED 710，热电冷却器730热连接在热块730和LED 710之间。液态冷却系统740用于冷却热电冷却器730的较热侧。
用于冷却LED的上述实施例可为反馈环的一部分。反馈可用于控制LED的工作或者LED的冷却。在一个实施例中，热感应器设置在LED附近，或者在LED的热下游(虽然如此，其是用来指示LED的热状态)。在另一个实施例中，热感应器集成到LED上。热感应器可定义为热感应器的输出与LED中的主要温度极其相关。热感应器的输出可发送到处理器上进行处理。处理包括产生控制冷却控制器的控制输出。冷却控制器可控制任何冷却设备，冷却设备可响应性地产生冷却，如热电冷却器，加热泵或者风扇。处理器所采用的算法用来改进任何期望的参数如LED寿命，LED亮度，系统音响效果等。
图8示出了其中热感应器830用于监测LED 810的热输出的实施例。在该实施例中，热感应器830处在导热印刷电路板820上，该导热印刷电路板上安装了LED 810。导热印刷电路板820连接到热电冷却器835和冷却系统850上。热感应器830提供LED 810的热输出信息给处理器840。处理器840然后用于基于所提供的信息，控制风扇870将空气吹到冷却系统850中的热交换器上，和/或控制冷却系统泵，和/或控制TE冷却电流。
图9示出了根据一个实施例的其中热反馈用于控制LED 910的输出的系统。热感应器930热连接到LED 910上。来自热感应器930的信号935可发送给处理器940。处理器940控制LED驱动器920，依次控制控制LED910。处理器940可执行软件指令，包含设计成用来分析热感应器930反馈热信息并且提供控制信息给LED驱动器920的算法。例如，如果LED 910太热，LED驱动器920可通过控制值由处理器进行命令以削减LED 910的光输出。这个削减可由处理器940从存储在存储器945中的表“查询”一个新的控制值而实现。该表可包含用于由热感应器930提供给处理器940的特定热信息的控制值。在一个实施例中，控制值可为提供给LED 910的新的电流电平并且热信息可为由热感应器930测量的温度。控制系统可工作在LED 910上直到在热感应器930上得到期望的温度。在另一个实施例中，采用算法来取代查询表用于确定提供给LED控制器的控制信息。同时提交的公共未决的标题为“LED投影仪驱动方案”的申请，提供了关于LED驱动方案的信息。其说明书在此全部结合作为参考。
图10示出了根据另一实施例的其中采用热反馈以控制LED 1010的输出的系统。在该实施例中，通过热感应器1030监测LED 1010的温度，处理器1040既可控制LED 1010的能量也可控制1020对冷却设备的驱动。例如，光输出监测器1035可提供LED 1010的光输出信息给处理器1040。在所示的实施例中，电流通过电路板1060中的信号轨迹提供给LED 1010。可以确定的是通过通知控制器减小LED 1010的电流而进一步减小LED 1010的光输出是不合要求的。在这种情况下，希望由冷却系统1050来提高LED的冷却。例如，可以采用加压空气冷却方案，通过增加穿越热交换器的加压空气流1070来加速LED 1010的冷却。
图11是示出了根据本发明一个实施例的用于投影图像的投影系统1100的方框图。如图所示，对于这个实施例，投影系统1100包括具有LED光源1102的投影机，一些其它的光学元件1106以及投影透镜1108，这些设备如图所示互相光连接在一起。在各种不同的实施例中，其它光学元件1106尤其包括光阀(未清楚示出)。另外，对于这个实施例，投影系统1100包括通过电连接到到LED控制器1112，LED冷却系统1114以及其它光学元件1106来控制LED光源1102的控制块1110。
LED光源1102用于提供多个原色光束。在各种实施例中，原色光束包括红，蓝和绿光束。在可替换实施例中，可提供其它的原色光束来替代。
尽管为了描述优选实施例，特定实施例已经在此示出和描述，但是本领域的普通技术人员应该考虑为了实现相同目的可采用可替换和/或等效方式的广泛变形，以用来代替所示出和描述的特定实施例，并且不脱离本发明的范围。本领域普通技术人员很容易知道本发明可以采用各种广泛的不同实施例来实现。本申请的目的在于覆盖此处所述的实施例的任何修正或变形。因此，本发明并不仅局限于权力要求及其等效物，此意图是显而易见的。

Claims (22)

1.一种投影发光二极管LED冷却装置，其特征是，包括：
产生用于投影的光的发光二极管LED；
热连接到发光二极管LED上的热电冷却器；以及
热连接到热电冷却器上的散热器件。
2.权利要求1的投影发光二极管LED冷却装置，其中所述散热器件包括连接到热电冷却器上的散热片。
3.权利要求1的投影发光二极管LED冷却装置，还包括热连接到散热器件上的加压空气冷却器件。
4.权利要求1的投影发光二极管LED冷却装置，其中所述散热器件包括：
连接到热电冷却器上的热块；以及
连接在热块上的一个或多个冷却棒。
5.权利要求4的投影发光二极管LED冷却装置，其中一个或多个冷却棒中的至少一端连接到热块上。
6.权利要求4的投影发光二极管LED冷却装置，还包括连接到一个或多个冷却棒中的至少一个上的散热片。
7.权利要求1的投影发光二极管LED冷却装置，其中所述散热器件包括：
连接到热电冷却器上的热块；以及
连接到热块上的液态冷却系统。
8.权利要求7的投影发光二极管LED冷却装置，其中所述液态冷却系统包括：
连接到热块上的冷却流体；
连接到冷却流体上的流体泵；以及
连接到冷却上的热交换器。
9.权利要求1的投影发光二极管LED冷却装置，其中所述投影装置是投影机。
10.一种投影发光二极管LED冷却装置，其特征是，包括：
产生用于投影的光的发光二极管LED；
连接到发光二极管LED上的热块；以及
连接到热块上的一个或多个冷却棒。
11.权利要求10的投影发光二极管LED冷却装置，还包括热连接到一个或多个冷却棒中的至少一个上的加压空气冷却器件。
12.一种投影发光二极管LED冷却装置，其特征是，包括：
产生用于投影的光的发光二极管LED；
连接到发光二极管LED上的热块；以及
连接到热块上的液态冷却系统。
13.权利要求12的投影发光二极管LED冷却装置，还包括热连接到液态冷却系统上的加压空气冷却器件。
14.权利要求12的投影发光二极管LED冷却装置，其中所述液态冷却系统包括：
连接到热块上的冷却流体；
连接到冷却流体上的流体泵；以及
连接到冷却流体上的热交换器。
15.权利要求12的投影发光二极管LED冷却装置，还包括热连接在发光二极管LED和液态冷却系统之间的热电冷却器。
16.一种投影发光二极管LED冷却装置，其特征是，包括：
产生用于投影的光的发光二极管LED；
热连接到发光二极管LED上的热感应器；
连接到热感应器上的处理器；以及
连接到发光二极管LED和处理器上的冷却系统。
17.权利要求16的投影发光二极管LED冷却装置，其中所述处理器通过冷却系统的控制有助于发光二极管LED的冷却。
18.权利要求16的投影发光二极管LED冷却装置，其中所述冷却系统包括液态冷却系统。
19.权利要求16的投影发光二极管LED冷却装置，其中所述冷却系统包括热电冷却器。
20.权利要求16的投影发光二极管LED冷却装置，其中所述冷却系统包括一个或多个散热片。
21.一种投影发光二极管LED冷却系统，其特征是，包括：
投影透镜；
光连接到投影透镜的多个发光二极管LED光源，以输出不同波长的多个彩色光束；
分别热连接到发光二极管LED的多个热电冷却器；以及
热连接到多个热电冷却器上的一个或多个散热器件。
22.权利要求21的投影发光二极管LED冷却系统，还包括：
分别热连接到多个发光二极管LED的多个热感应器；
连接到多个热感应器和多个发光二极管LED上的处理器。
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