CN100468709C - 发光模组及其光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光模组，其包括一金属电路板；多个发出白光的发光单元，其排列在所述金属电路板的一表面，且金属电路板两侧边的发光单元与中央部位的发光单元垂直排布，每一发光单元采用按一定色彩规则排列的多个红、绿、蓝三种单色二极管；以及一冷却系统，包括一贴靠在金属电路板相对于多个发光单元另一表面的受热部，一与所述受热部相连通的循环冷却通道，以及在冷却通道内循环流动的冷却液。本发明还提供具有该发光模组的光源装置。本发明所提供的发光模组通过均匀的冷却系统将其产生的热量迅速地转移到外界，以稳定发光单元的驱动电流和色温，以提高发光模组的功率。该发光模组可广泛应用在各种光源装置和显示系统中。

Description

发光模组及其光源装置
【技术领域】
本发明是关于一种发光装置，特别涉及一种具有冷却系统的白光发光模组及其光源装置。
【背景技术】
发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)是一种固态半导体组件，其利用二极管内分离的两载子(分别为带负电的电子和带正电的电洞)相互结合而产生光子，属于冷光发光。LED不同于钨丝灯泡的热发光原理，只要在LED组件两端通入极小电流便可发光，与传统灯泡相较，具有寿命长、省电、耐用、耐震、牢靠、适合量产、体极小、反应快等优点。随着各界对LED不断地深入研发，尤其以蓝光LED的出现，使白光LED技术发展加快，而提高白光LED光源装置发光功率是目前面临难题之一，因为要提升功率，必须增大驱动电流，此将导致色温增加，影响光源装置发光效果。目前白光LED采用两种技术，一种采用单颗LED芯片搭配荧光粉将其激发后混合成白光；另一种采用红光、绿光和蓝光LED混合成白光。前者由于其白光光谱单一确定，且其色温固定，故无法变动其白光光谱和色温。而以红光、绿光和蓝光LED组成的白光LED可动态调整色温，即能提高驱动电流，以增大光源装置发光功率。有关白光发光二极管的制备及其性能请参阅蒋大鹏等人在《发光学报》，2003，V24(4)，385-389，“白光发光二极管的制备技术及其主要特性”一文相关介绍。
为调整白光LED的色温，有采用其它辅助驱动电路来改变其色温。如2003年10月21日公告的美国专利第6,636,003提供一种调整白光半导体或发光光源色温的设备及其调整方法。其包括一供给至少一白光LED第一电流的第一驱动电路；至少一单色LED，其排列在白光LED附近；以及一供给至少一单色LED第二电流的第二驱动电路。其中，第一电流使白光LED发出一定亮度白光；第二电流可调整单色LED发出一定亮度单色光，通过经此调整的单色光与白光LED混合，发出具有预定色温的白光。并通过调整单色光的亮度，来调整最终发出的白光源色温。该预定色温可调整在2500～5000K之间。该装置利用白光LED与亮度可控的多个单色LED相配合，以实现光源的色温调整，每个白光LED附近一般围绕有三四个单色LED，此举大大地提升其制造成本，且会导致白光LED分布疏散，影响整个光源装置的发光功率。
2004年8月18日公开的中国第200410002701号专利申请提供一种LED光源的温度调节装置。该LED光源包括红光、绿光和蓝光LED；检测该LED光源的环境温度的温度传感器；冷却LED光源的冷却风扇以及驱动该冷却风扇的驱动电路；以及一控制部，其根据温度传感器检测的结果，对于向冷却风扇(20)施加的电压进行开/关控制，将环境温度控制在设定范围内。而且控制部分在施加电压进行开/关控制时，使施加电压缓慢地上升/下降。然而，其设备和操作程序复杂，占用空间较大，难以适应目前轻薄简便的需求。另外，该冷却风扇并不能实现对LED光源装置的均匀冷却，造成局部过热或过冷，影响发光效果。
有鉴于此，提供一种具有均匀、快速散热的冷却系统，藉以稳定发光单元色温及其驱动电流，实现高功率发光的发光模组实为必要。
【发明内容】
以下，将以若干实施例说明一种具有均匀、快速散热的冷却系统，藉以稳定发光单元色温及其驱动电流，实现高功率发光的发光模组。
以及通过这些实施例说明一种光源装置。
为实现上述内容，提供一种发光模组，其包括一金属电路板；多个发出白光的发光单元，其排列在所述金属电路板的一表面，且金属电路板两侧边的发光单元与中央部位的发光单元垂直排布，每一发光单元采用按一定色彩规则排列的多个红、绿、蓝三种单色二极管；及一冷却系统，其包括一贴靠在金属电路板相对于多个发光单元另一表面的受热部；一与所述受热部相连通的冷却通道，其与所述受热部构成一循环通道；以及循环流动在所述循环通道内的冷却液。
其中，所述冷却通道包括弯折管或螺旋管，还可设置一加强冷却液循环流动的水泵，以及一加强冷却并供应冷却液的冷却槽。
所述冷却液选自水或超临界流体。
所述单色二极管采用单色发光二极管或单色激光二极管，所述发光单元中的多个单色二极管采用GRBRG、RGBGR、BGRGB、BRGRB或GBRBG的顺序排列。
所述金属电路板与受热部相接触的界面设置一热界面材料。
所述发光模组的循环通道为“回”字形。
以及，一种光源装置，其包括一发光模组；一外壳，具有一安置所述发光模组的底座；及一透明光罩，其与外壳构成容纳所述发光模组的密闭空间；其中，所述发光模组包括一金属电路板；多个发出白光的发光单元，其排列在所述金属电路板一表面，且金属电路板两侧边的发光单元与中央部位的发光单元垂直排布，每一发光单元采用按一定色彩规则排列的多个红、绿、蓝三种单色二极管；及一冷却系统，其包括一贴靠在金属电路板相对于多个发光单元另一表面的受热部；一与所述受热部相连通的冷却通道，其与所述受热部构成一循环通道；以及在所述循环通道内循环流动的冷却液。
所述外壳的内壁具有一反射面。
所述光源装置的循环通道为“回”字形。
与现有技术相比，本技术方案提供的发光模组利用一均匀冷却系统将发光单元所发出的热量迅速地转移到外界，稳定发光单元所处环境的色温；因发光单元色温可维持稳定，只要相应地提高循环冷却速率，发光单元即可获得较高且稳定的驱动电流，增大发光模组的发光功率，获得稳定性好且亮度高的白光。
【附图说明】
图1是本发明具体实施方式中发光模组侧视图。
图2是本发明具体实施方式中发光模组俯视图。
图3是本发明具体实施方式中发光单元结构示意图。
图4是本发明具体实施方式中冷却系统结构示意图。
图5是本发明具体实施方式中光源装置结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1和图2，图1为本具体实施方式的发光模组侧视图；图2为本具体实施方式的发光模组俯视图。该发光模组10包括一金属电路板11；多个发光单元12，其排列在所述金属电路板11一表面；以及一冷却系统13。冷却系统13包括一受热部131，其贴靠在金属电路板11相对于多个发光单元12的另一表面；一与所述受热部相连通的冷却通道132，其与受热部131构成一循环通道；以及流动在该循环通道的冷却液(图未示)。另外，还可在冷却系统13的冷却通道132中设置一水泵133，以加强冷却液在冷却通道132及受热部131中循环流动。并设置一冷却槽134，以供应冷却液，同时可加强冷却液的冷却。
所述金属电路板11可为金属印刷电路板，其具有多个驱动电路(图未示)，用以提供并控制多个发光单元12的驱动电流，使发光单元12发出具有一定亮度的白光。另外，所述金属电路板11材料选自高导热性材料，如铜、铝或其合金，以利用其高导热性能，将各发光单元12中的热量扩散到整个金属电路板11，从而实现热量从点热源扩散成面热源的目的。
本发明技术方案中发光单元12可采用发光二极管或激光二极管作为发光元件。本实施例的发光单元12采用发光二极管，其按一定规则排列在金属电路板11上，如图2所示，共有十个发光单元12，每个发光单元12均为一个白光发光单元。其中六个发光单元12分两列横向排布在金属电路板11中央部位，而在上述六个发光单元12两侧边分两列纵向排布其它四个发光单元12，即其与上述六个发光单元12相垂直排布，其目的在于确保发光模组10两侧发光效果，因而当中央发光单元12数目增加时，侧边发光单元12数目也相应增加。
请参阅图3，为本发明具体实施方式中单个发光单元12的结构原理图。单个发光单元12包括红光(R)123、蓝光(B)122及绿光(G)121三种发光二极管，其中红光123及绿光121发光二极管分别具有两个，而蓝光122发光二极管仅一个。其色彩排列形式为GRBRG、RGBGR、BGRGB、BRGRB或GBRBG，即蓝光122发光二极管居于中央，而两边对称有红光123及绿光121，并且各单色发光二极管分布形状不限于图中直线分布形式，也可按弧线或圆周或其它类型排布。此种组合具有较好白光效果，容易提高该发光单元12的亮度，同时由于其采用多个单色发光二极管的组合，使其色温调节较为灵活。
请参阅图4，为本发明具体实施方式的冷却系统13工作过程示意图。冷却系统13的冷却循环过程如下:
(1)冷却系统13的受热部131接受由金属电路板(图未示)传递的热量(如图中黑箭头所示)。为提高热传效率，受热部131的壳体，尤其在与金属电路板接触部分，其材质选择高导热性材料，如铜、铝或其合金，另外还可在受热部131与金属电路板的接触界面置一热界面材料，以减少界面热阻，促进界面间热传导。该热界面材料可填充纳米材料如碳纳米管等高导热性材料。通过这些高导热性材料，将热量迅速传递至流动在接受部131内的冷却液。
(2)冷却液在受热部131内流动的同时，不断吸收由受热部131传递的热量。冷却液在从受热部131一端流至另一端的过程中不断吸收热量，并将热量从受热部131带走，而冷却液也由冷流体转变成热流体。为提高散热效率，冷却液采用高热容的流体，如水，并且其流动性能较好，如采用超临界流体。
(3)受热后的冷却液经过冷却通道132冷却，然后流向受热部131，从而完成一对流循环(如图中空心箭头所示)。冷却液在外部冷却通道132中流动，同时与外界(空气)进行热交换，使之冷却。为获得充分冷却效果，循环通道132可设置较长，为节约空间，可采用弯折管或螺旋管等形式(图未示)。另外，为进一步提高冷却效果，加快冷却液的循环流动，还可在冷却通道132中设置一冷却槽134和一水泵133。如此以来，冷却液在外部循环通道132中还将流经冷却槽134，并在其中获得进一步冷却；然后再由水泵133输送至受热部131，以加速冷却液的对流循环。
冷却液历经上述对流循环的同时，能将各发光单元12的热量及时迅速地带走，避免单个发光单元12过热或过冷，影响整体发光效果；并藉由冷却液的冷却，稳定发光单元12所处环境的色温；因发光单元的12色温可维持稳定，只要相应地提高循环冷却速率，发光单元12即可获得较高且稳定的驱动电流，增大发光单元12的发光功率，获得稳定性好且亮度高的白光。
请参阅图5，为本具体实施方式的光源装置1结构示意图。本发明技术方案中光源装置1可用作照明光源如台灯或探照灯，也可用在投影机或背投显示等仪器中作为投影光源。本实施例的光源装置1设计为用作投影机的灯头，该光源装置1包括一发光模组10；一外壳30，具有一安置所述发光模组10的底座31；以及一透明光罩20，其与外壳30构成容纳所述发光模组10的密闭空间。其中，外壳30可为喇叭状、锥形、圆台型或其任意组合，其内壁表面为高反射面，以将发光模组10投射至该外壳30的光线反射出(如图中箭头所示)，提高光源装置1的发光效率及亮度。透明光罩20可采用棱镜或透镜，形状可为规则球形或不规则球形或碟形，其可位于恰好能覆盖发光模组10的位置，或位于能封闭外壳30开口端部的位置，即为图中透明光罩20’，或设置在由外壳底座31到开口端部之间任一周壁上，如图中透明光罩20”所示。发光模组10具有上述相同结构(请参阅图1至图3)，包括一金属电路板11，多个发光单元12，及一冷却系统13。该冷却系统13包括一贴靠在金属电路板11相对于多个发光单元12的另一表面的受热部，一与所述受热部相连通的冷却通道，以及循环流动在冷却通道的冷却液，其详细结构请参阅图1至图3。该光源装置1的发光模组10具有一冷却系统13，通过其能均匀迅速地冷却发光单元12，避免局部过热或过冷，影响发光效果；并藉由冷却液的冷却，稳定发光单元12所处环境的色温；因发光单元的12色温可维持稳定，只要相应地提高循环循环冷却速率，发光单元12即可获得较高且稳定的驱动电流，以增大发光模组10的发光功率，获得稳定性好且亮度高的白光光源装置1。

Claims (11)

1.一种发光模组，其包括:
一金属电路板；
多个发出白光的发光单元，其排布在所述金属电路板一表面，且金属电路板两侧边的发光单元与中央部位的发光单元垂直排布，每一发光单元采用按一定色彩规则排列的多个红、绿、蓝三种单色发光二极管；及一冷却系统；
其特征在于:所述冷却系统包括一贴靠在金属电路板相对于多个发光单元的另一表面的受热部；一与所述受热部相连通的冷却通道，其与所述受热部构成一循环通道；以及循环流动在所述循环通道的冷却液。
2.如权利要求1所述的发光模组，其特征在于:所述冷却通道包括弯折管或螺旋管。
3.如权利要求1所述的发光模组，其特征在于:所述冷却通道包括一加强冷却液循环流动的水泵。
4.如权利要求1所述的发光模组，其特征在于:所述循环冷却通道包括一加强冷却并供应冷却液的冷却槽。
5.如权利要求1所述的发光模组，其特征在于:所述冷却液选自水或超临界流体。
6.如权利要求1所述的发光模组，其特征在于:所述单色二极管采用单色发光二极管或单色激光二极管。
7.如权利要求1所述的发光模组，其特征在于:所述发光单元中的多个单色二极管采用GRBRG、RGBGR、BGRGB、BRGRB或GBRBG的顺序排列。
8.如权利要求1所述的发光模组，其特征在于:所述循环通道为“回”字形。
9.一种光源装置，其包括:
一发光模组，包括一金属电路板，排列在所述金属电路板一表面的多个发出白光的发光单元，且金属电路板两侧边的发光单元与中央部位的发光单元垂直排布，每一发光单元采用按一定色彩规则排列的多个红、绿、蓝三种单色发光二极管，和一冷却系统；
一外壳，具有一安置所述发光模组的底座；以及
一透明光罩，其与外壳构成容纳所述发光模组的密闭空间；
其特征在于:所述冷却系统包括一贴靠在金属电路板相对于多个发光单元的另一表面的受热部；一与所述受热部相连通的冷却通道，其与所述受热部构成一循环通道；以及在所述循环通道内循环流动的冷却液。
10.如权利要求9所述的光源装置，其特征在于:所述外壳内壁具有一反射面。
11.如权利要求9所述的光源装置，其特征在于:所述循环通道为“回”字形。
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