CN104048244A - 带有半导体制冷器的车灯装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带有半导体制冷器的车灯装置，包括半导体激光器光源模块、控制模块、制冷器驱动模块、驱动电源模块和光导模块。半导体激光器光源模块的高导热基板上固定装设有半导体激光器和热敏元件，每个半导体激光器的尾端对应一个光敏元件，每个光敏元件的上方装设有一个微棱镜。控制模块连接于光敏元件和热敏元件，根据光敏元件信息通过驱动电源模块控制半导体激光器的电流，根据热敏元件的信息驱动制冷器驱动模块给半导体激光器降温。每个半导体激光器的前端设置有一个整形棱镜，每个车灯透镜和整形棱镜之间设置一根导光管。该车灯装置仅需一个半导体激光器光源模块就可以实现整车光源的输出，结构简单，光源稳定且更换方便。

Description

带有半导体制冷器的车灯装置

技术领域

本发明涉及一种带有半导体制冷器的车灯装置，特别是涉及一种半导体激光器做为光源并且带有半导体制冷器的车灯装置。

背景技术

传统汽车大灯是利用卤素灯、氙气灯等，光源方向性差、照射区域与形状相对固定不灵活；光源的穿透能力差、功耗较高、且寿命有限。与之相比较，如果采用激光汽车大灯，则具有方向性好，照射更均匀，穿透能力强，效率高，并且不会随着使用时间增长发生较大变化，较少额外损耗，响应速度快等更为突出的特点。

将半导体激光器应用到车灯装置上是一项很新技术，现有技术中，以半导体激光器做为光源时，一个半导体激光器只能对应一盏车灯，不同的车灯对应不同的光源，因此造成车灯结构复杂，占据空间较大，光源更换也极为不方便。在车灯装置的使用中，半导体激光器可能会由于温度过高而导致效能降低，影响光源输出的稳定性，不能满足车灯装置的配光要求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种将多个半导体激光器集中在一起作为车灯光源，通过一个车灯光源为多盏车灯同时提供光源，通过半导体制冷器调节半导体激光器工作温度的带有半导体制冷器的车灯装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种带有半导体制冷器的车灯装置，包括：半导体激光器光源模块，所述半导体激光器光源模块包括高导热基板，所述高导热基板包括金属薄膜线路，所述高导热基板上固定装设有均与所述金属薄膜线路连接的半导体激光器组和光敏元件组；所述光敏元件组包括至少一个光敏元件，所述半导体激光器组包括至少一个半导体激光器，所述光敏元件的数目与所述半导体激光器的数目相同，所述半导体激光器的数目等于车灯透镜的数目，每个所述半导体激光器的尾端对应装设有一个所述光敏元件，每个所述光敏元件的上方装设有一个微棱镜；所述半导体激光器光源模块还包括热敏元件和半导体制冷器；所述热敏元件固定装设于所述高导热基板上且与所述金属薄膜线路连接，所述半导体制冷器连接于所述高导热基板的底面；控制模块，所述控制模块连接于所述光敏元件组和热敏元件；制冷器驱动模块，所述制冷器驱动模块连接于所述控制模块和所述半导体制冷器之间；驱动电源模块，所述驱动电源模块连接于所述控制模块和所述半导体激光器组之间；光导模块，所述光导模块包括整形棱镜组和导光管组，所述整形棱镜组包括至少一个整形棱镜，所述导光管组包括至少一根导光管；所述整形棱镜和所述导光管的数目等于所述车灯透镜的数目；每个所述半导体激光器的前端设置有一个所述整形棱镜，每个所述车灯透镜和所述整形棱镜之间设置有一根导光管。

优选地，所述半导体制冷器连接有散热器，所述半导体制冷器的制冷面与所述高导热基板的底面紧密贴合，所述半导体制冷器的散热面与所述散热器紧密贴合；所述半高导热基板、半导体制冷器和散热器之间的缝隙填充有导热硅脂。

优选地，所述高导热基板、半导体制冷器和散热器通过一支架压合固定在一起。

优选地，所述热敏元件通过共晶焊或银浆的方法固定于所述高导热基板上。

优选地，所述高导热基板还包括金属基板和设置于所述金属基板上的陶瓷绝缘层，所述金属薄膜线路通过刻蚀形成且设置于所述陶瓷绝缘层上。

优选地，所述半导体激光器光源模块为一封装体，所述封装体的外壳为金属壳体。

优选地，所述半导体激光器通过共晶焊或倒装共晶焊固定于所述高导热基板上，所述光敏元件通过共晶焊或银浆的方法固定于所述高导热基板上。

优选地，所述导光管为有机玻璃导光管或玻璃光纤导光管。

优选地，微棱镜的材料为聚碳酸酯或玻璃。

如上所述，本发明的带有半导体制冷器的车灯装置，具有以下有益效果：本发明通过将数个半导体激光器集中封装在一个半导体激光器光源模块中，仅需一个半导体激光器光源模块就可以实现整车光源的输出，使车灯结构大为简化，车灯光源的更换更为便捷。由于半导体激光器高效节能的优点，整车耗电大为降低。半导体激光器光源模块输出的光源是通过导光管输出到各个车灯位置的，所以即使发生车辆碰撞，也不会损坏到车灯光源，因而车灯的安全性能也得以大幅提升。该车灯装置中带有半导体制冷器，通过控制模块、半导体制冷器驱动模块驱动半导体制冷器可对半导体激光器光源模块进行温度调节，防止半导体激光器因温度过高而效能降低，从而可为车灯装置提供稳定的输出光源，满足车灯的配光要求。

附图说明

图1显示为本发明的带有半导体制冷器的车灯装置的结构图。

图2显示为本发明的带有半导体制冷器的车灯装置的半导体激光器光源模块的俯视图。

图3显示为本发明的带有半导体制冷器的车灯装置的半导体激光器光源模块的侧视图。

元件标号说明

1                       半导体激光器光源模块

11                      高导热基板

111                     金属薄膜线路

12                      半导体激光器组

121                     半导体激光器

13                      光敏元件组

131                     光敏元件

14                      微棱镜

15                      热敏元件

16                      半导体制冷器

17                      金属壳体

18                      散热器

2                       控制模块

3                       驱动电源模块

4                       光导模块

5                       制冷器驱动模块

6                       车灯透镜

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

图1显示为本发明提供的带有半导体制冷器的车灯装置的结构图，如图1所示，该带有半导体制冷器的车灯装置主要包括半导体激光器光源模块1、控制模块2、驱动电源模块3、光导模块4、制冷器驱动模块5、车灯透镜6。

图2和图3分别显示为半导体激光器光源模块1的俯视图和侧视图，如图2和图3所示，半导体激光器光源模块1包括高导热基板11、半导体激光器组12、光敏元件组13、热敏元件15和半导体制冷器16。高导热基板11包括金属薄膜线路111、金属基板和陶瓷绝缘层，陶瓷绝缘层设置于金属基板上，金属薄膜线路111通过刻蚀形成且设置于陶瓷绝缘层上。实施例中，陶瓷绝缘层采用氮化铝陶瓷，金属基板采用覆铜铝基板。采用真空镀膜方式、电镀方式或化镀金的方法在高导热基板11上形成金属薄膜线路111。金属薄膜主要以钛铂铜合金、钛镍铜合金、铜、金、银等合金或纯金属为主。

半导体激光器组12、光敏元件组13固定装设在高导热基板11上。光敏元件组13包括至少一个光敏元件131，半导体激光器组12包括至少一个半导体激光器121，光敏元件131的数目与半导体激光器121的数目相同，半导体激光器121的数目等于车灯透镜6的数目。一辆车上需要多少盏车灯就对应有多少个车灯透镜6。半导体激光器121的发光波长在425nm-650nm之间。半导体激光器121也包括垂直面发射激光芯片。

每个半导体激光器121的尾端对应装设有一个光敏元件131，每个光敏元件131的上方装设有一个微棱镜14，微棱镜14通过全反射将半导体激光器121尾端的光采集到光敏元件131，光敏元件131用以实时监控半导体激光器121的发光强度。半导体激光器组12、光敏元件组13均连接于金属薄膜线路111。实施例中，微棱镜14的材料为聚碳酸酯或玻璃。

半导体激光器光源模块1提供的光源通过光导模块4照射到车灯透镜6。光导模块4包括整形棱镜组和导光管组。半导体激光器121发出的光要与导光管耦合后才能由激光光源转化为标准的车灯光源输出到车灯透镜6处，由于半导体激光器121发出的光是一个细长的椭圆光斑，所以在与导光管耦合前需要将该椭圆光斑进行整形，在每个半导体激光器121的前端设置一个整形棱镜，每个车灯透镜6和整形棱镜之间设置一根导光管。光导模块4中的整形棱镜组包括至少一个整形棱镜，导光管组包括至少一根导光管，整形棱镜和导光管的数目等于车灯透镜6的数目。为方便在汽车上铺设，导光管应采用可以根据车型改变形状的柔性材料，实施例中，导光管采用有机玻璃导光管或玻璃光纤导光管。

车灯使用的白光通过蓝光半导体激光器121激发荧光粉获得。荧光粉涂布在导光管输出的末端，也可以在导光管输出末端放置一块掺有荧光粉的棱镜，蓝光激发荧光粉发出黄绿光和红光，最终和蓝光一起形成白光。车灯使用的白光也可以通过至少红绿蓝三种半导体激光器121产生，红绿蓝三种半导体激光器121产生的激光通过同一个整形棱镜，汇聚到同一个导光管上形成白光。

控制模块2通过半导体激光器光源模块1内的金属薄膜线路111连接于光敏元件组13。驱动电源模块3连接于控制模块2和半导体激光器组12之间。控制模块2为一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置，其硬件包括但不限于微处理器、FPGA、DSP、嵌入式装置等。光敏元件131将监控检测到的每个半导体激光器121的发光强度信号通过金属薄膜线路111传送到控制模块2，控制模块2通过预置程序根据需要控制驱动电源模块3对相应的半导体激光器121进行驱动，控制调节该半导体激光器121的工作电流，进而对该半导体激光器121的发光强度进行调节。各导体激光器121发出的光通过光导模块4照射到相应的车灯透镜6，从而可根据需要实现各个车灯的明暗调节。

半导体激光器121在工作中会产生热量，热量过高会导致半导体激光器121效能降低，影响车灯的照射效果和使用寿命，因而还需要对其进行降温。所以，半导体激光器光源模块1还包括热敏元件15和半导体制冷器16，热敏元件15固定装设于高导热基板11上且与金属薄膜线路111连接，半导体制冷器16连接于高导热基板11的底部。半导体制冷器16可以为一个，也可以为多个。

如图1至图3所示，带有半导体制冷器的车灯装置还包括相应于热敏元件15和半导体制冷器16的制冷器驱动模块5。制冷器驱动模块5连接于控制模块2和半导体激光器光源模块1之间，通过金属薄膜线路111连接于半导体激光器光源模块1中的半导体制冷器16。控制模块2连接于半导体激光器光源模块1和制冷器驱动模块5，通过金属薄膜线路111连接于半导体激光器光源模块1中的热敏元件15。金属薄膜线路111汇集到接插件后与控制模块2、驱动电源模块3、制冷器驱动模块5连接。

半导体制冷器16连接有散热器18，半导体制冷器16的制冷面与高导热基板11的底面紧密贴合，半导体制冷器16的散热面与散热器18紧密贴合。高导热基板11、半导体制冷器16和散热器18之间的缝隙均填充有导热硅脂，以保证热量的有效传导。高导热基板11、半导体制冷器16和散热器18通过一车灯支架压合固定在一起。散热器18为金属散热器18，采用铝或铜作为散热器18的基材。

工作时，测试好半导体激光器121的P/N结到高导热基板11的热阻，然后通过高导热基板11上的热敏元件15实时检测半导体激光器121的工作结温(即高导热基板11的温度)，并将工作结温信号通过金属薄膜线路111传送到控制模块2，控制模块2通过预置程序根据需要控制制冷器驱动模块5驱动半导体制冷器16，控制半导体制冷器16的工作电流，从而对半导体激光器121的工作温度进行控制调节。

半导体制冷器16下方装设有风扇，整个带有半导体制冷器的车灯装置还包括一风扇驱动模块，风扇驱动模块连接控制模块2，控制模块2接收到热敏元件15测得的半导体激光器121的工作结温信号判断半导体制冷器16的制冷已达到饱和时，控制模块2控制风扇驱动模块驱动风扇对半导体制冷器16进行强制对流散热。

如图2和图3所示，半导体激光器光源模块1为一封装体，封装体的外壳为金属壳体17。热敏元件15通过共晶焊或银浆的方法固定于高导热基板11上。半导体激光器121通过共晶焊或倒装共晶焊的方法固定于高导热基板11上，光敏元件131和热敏元件15通过共晶焊或银浆的方法固定于高导热基板11上。光敏元件131可以为光敏二极管、光敏三极管或者光敏电阻。热敏元件15可以为热敏电阻或热电偶。

综上所述，本发明提供的带有半导体制冷器的车灯装置将数个半导体激光器集中封装在一个半导体激光器光源模块中，仅需一个半导体激光器光源模块就可以实现整车光源的输出，最大地简化了车灯结构，便于车灯光源的更换。该半导体激光器光源模块中带有半导体制冷器，通过控制模块、半导体制冷器驱动模块驱动半导体制冷器可对半导体激光器光源模块进行温度调节，防止半导体激光器因温度变化过大而发生明暗变化，从而可为车灯装置提供稳定的输出光源，满足车灯的配光要求。半导体激光器具有高效节能的优点，因而相较于传统的带有半导体制冷器的车灯装置整车的耗电大为降低。由于半导体激光器光源模块输出的光源是通过导光管输出到各个车灯位置的，所以即使发生车辆碰撞，也不会损坏到光源，可大幅提高了车灯的安全性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种带有半导体制冷器的车灯装置，其特征在于，包括：

半导体激光器光源模块，所述半导体激光器光源模块包括高导热基板，所述高导热基板包括金属薄膜线路，所述高导热基板上固定装设有均与所述金属薄膜线路连接的半导体激光器组和光敏元件组；所述光敏元件组包括至少一个光敏元件，所述半导体激光器组包括至少一个半导体激光器，所述光敏元件的数目与所述半导体激光器的数目相同，所述半导体激光器的数目等于车灯透镜的数目，每个所述半导体激光器的尾端对应装设有一个所述光敏元件，每个所述光敏元件的上方装设有一个微棱镜；

所述半导体激光器光源模块还包括热敏元件和半导体制冷器；所述热敏元件固定装设于所述高导热基板上且与所述金属薄膜线路连接，所述半导体制冷器连接于所述高导热基板的底面；

控制模块，所述控制模块连接于所述光敏元件组和热敏元件；

制冷器驱动模块，所述制冷器驱动模块连接于所述控制模块和所述半导体制冷器之间；

驱动电源模块，所述驱动电源模块连接于所述控制模块和所述半导体激光器组之间；

光导模块，所述光导模块包括整形棱镜组和导光管组，所述整形棱镜组包括至少一个整形棱镜，所述导光管组包括至少一根导光管；所述整形棱镜和所述导光管的数目等于所述车灯透镜的数目；每个所述半导体激光器的前端设置有一个所述整形棱镜，每个所述车灯透镜和所述整形棱镜之间设置有一根导光管。

2.根据权利要求1所述的带有半导体制冷器的车灯装置，其特征在于：所述半导体制冷器连接有散热器，所述半导体制冷器的制冷面与所述高导热基板的底面紧密贴合，所述半导体制冷器的散热面与所述散热器紧密贴合；所述高导热基板、半导体制冷器和散热器之间的缝隙填充有导热硅脂。

3.根据权利要求2所述的带有半导体制冷器的车灯装置，其特征在于：所述高导热基板、半导体制冷器和散热器通过一支架压合固定在一起。

4.根据权利要求1所述的带有半导体制冷器的车灯装置，其特征在于：所述热敏元件通过共晶焊或银浆的方法固定于所述高导热基板上。

5.根据权利要求1所述的带有半导体制冷器的车灯装置，其特征在于：所述高导热基板还包括金属基板和设置于所述金属基板上的陶瓷绝缘层，所述金属薄膜线路通过刻蚀形成且设置于所述陶瓷绝缘层上。

6.根据权利要求1所述的带有半导体制冷器的车灯装置，其特征在于：所述半导体激光器光源模块为一封装体，所述封装体的外壳为金属壳体。

7.根据权利要求1所述的带有半导体制冷器的车灯装置，其特征在于：所述半导体激光器通过共晶焊或倒装共晶焊固定于所述高导热基板上，所述光敏元件通过共晶焊或银浆的方法固定于所述高导热基板上。

8.根据权利要求1所述的带有半导体制冷器的车灯装置，其特征在于：所述导光管为有机玻璃导光管或玻璃光纤导光管。

9.根据权利要求1所述的带有半导体制冷器的车灯装置，其特征在于：微棱镜的材料为聚碳酸酯或玻璃。