CN109565147A - 光源装置、投影显示装置以及冷却半导体发光元件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明进一步有效地冷却多个半导体发光元件，并且设有：被布置成n行m列的多个半导体发光元件；以及冷却介质循环流过的多个流动通道，所述多个流动通道被形成以用以夹着n行半导体发光元件或m列半导体发光元件。

Description

光源装置、投影显示装置以及冷却半导体发光元件的方法
技术领域
本发明涉及光源装置、投影显示装置和冷却半导体发光元件的方法。
背景技术
当电流从中流过时，用作投影显示装置等的光源的半导体发光元件(诸如发光二极管或半导体激光器)发光，并且在发光时所述半导体发光元件还产生热量。当半导体发光元件的温度升高时，发光效率降低，并且不能获得足够的光量，而且半导体发光元件的寿命也缩短。为了使投影显示装置稳定地展现光学性能并且持续保持性能，必须以如下方式执行控制，即，冷却半导体发光元件，使得在使用时的温度降至或低于特定温度。
作为一种冷却半导体发光元件的方法，专利文献1(JP2001-326411A)公开了如下技术：从内置多个半导体激光器的半导体激光器阵列的背面接收热量，并且通过设置在散热单元处的翅片有效地散热。
引文列表
专利文献
专利文献1：JP2001-326411A
发明内容
技术问题
利用专利文献1中公开的技术，内置多个半导体激光器的半导体激光器阵列被冷却，但是该技术不是用于冷却形成半导体激光器阵列的多个半导体发光元件。在形成光源的半导体发光元件要被冷却的情况下，特别是如果在光源的亮度高的情况下，则难以在半导体发光元件之间布置有效用于冷却的散热片。在将一个散热片用于多个半导体发光元件的情况下，冷却翅片的长度增加，并且存在通风阻力增加和空气不流入的问题。
用于向多个半导体发光元件供电的电源端子被设置在半导体发光元件的背面上，并且所述多个半导体发光元件的端子必须通过使用基板电连接到所述多个半导体发光元件。散热片围绕基板而安装，并且因此难以布置专利文献1中描述的有效翅片。
目前，期望投影显示装置具有高亮度。作为响应，高输出半导体发光元件被用作用于形成光源的半导体发光元件，并且发热量增加。因此，半导体发光元件的温度在升高，并且期望更高的冷却性能。
本发明的目的是提供一种光源装置、一种投影显示装置和一种冷却半导体发光元件的方法，它们用于有效地冷却多个半导体发光元件。
解决问题的方案
本发明的光源装置包括多个半导体发光元件和多个流动通道，所述多个半导体发光元件被排列成n行m列，冷却介质流过所述多个流动通道，所述多个流动通道形成为夹着n行半导体发光元件或m列半导体发光元件。
本发明的投影显示装置包括用于上述半导体发光元件的冷却结构。
本发明的冷却以n行m列布置的半导体发光元件的方法，该方法包括以夹着n行半导体发光元件或m列半导体发光元件的方式形成冷却介质流过的多个流动通道。
发明的有益效果
根据具有上述构造的本发明，可以有效地冷却多个半导体发光元件。
附图说明
图1是示出根据本发明的光源装置的示例性实施例的构造的透视图。
图2是从下表面侧示出图1的透视图。
图3是从与安装半导体发光器件101的表面相反的表面侧示出基板103的平面图。
图4是局部放大图3中的A-A截面的横截面图。
图5是示出根据本发明的光源装置的第二示例性实施例的构造的透视图。
图6是根据本发明的光源装置的第二示例性实施例的平面图。
图7是局部放大图6中的A-A截面的横截面图。
图8是示出根据本发明的光源装置的第三示例性实施例的构造的透视图。
图9是根据本发明的光源装置的第三示例性实施例的平面图。
图10是局部放大图9中的A-A截面的横截面图。
图11是示出投影显示装置的示例性实施例的构造的框图，所述投影显示装置包括第一示例性实施例至第三示例性实施例中的任一个所示的光源装置。
具体实施方式
接下来，将参考附图描述示例性实施例。
第一示例性实施例
图1是示出根据本发明的光源装置的示例性实施例的构造的透视图，图2是从下表面侧示出图1的透视图。
在本示例性实施例中，半导体发光元件101(是发光二极管或半导体激光器)被附接到基板103。图3是从与安装半导体发光器件101的表面相反的表面侧示出基板103的平面图，并且图4是局部放大图3中的A-A截面的横截面图。
如图4中所示，通过保持构件102保持总共40个半导体发光元件101(即5行×8列)，并且半导体发光元件101的引线端子402穿过设置在保持构件102中的通孔406以及绕通孔406设置的绝缘构件401被电连接到基板103。
如图2和图3中所示，提供八个基板103，并且在每个基板103上安装五个(一列)半导体发光元件101。基板103具有伸长形状，并且用于向每个半导体发光元件101供电的连接器104被设置在基板103的端部处。连接器104和每个半导体发光元件101通过形成在基板103上的导线206连接。半导体发光元件101包括两个引线端子402，并且如图3中所示，连接一对引线元件402的线沿着与基板103的纵向方向(半导体发光元件101的排列方向)一致的方向被布置在每个半导体发光元件101上。
如图2中所示，基板103被安装成纵向方向彼此平行，并且多个流动通道203以夹着基板103的方式被设置在每个基板103的两侧。以这种方式，多个流动通道203对应于安装在每个基板103上的一列半导体发光元件101设置。流动通道203是冷却液流过的地方，并且流动通道203在设置于基板203的两端的分支腔室202和汇合腔室204之间连通。入口端口201被设置在分支腔室202处，并且出口端口205被设置在汇合腔室204处。
通过泵(未示出)等使冷却液从入口端口201流入，并且所述冷却液在分支腔室202处分流，以流入到每个流动通道203。如图4中所示，流动通道203由翅形散热构件404和流动通道盖403构造，该散热构件404形成在保持构件102的、与安装半导体发光元件101的表面相反的表面上，该流动通道盖403覆盖散热构件404，并且在冷却散热构件404之后，冷却液在汇合腔室204处汇合，从出口端口205排出到散热器(未示出)，由散热器通过散热冷却，并且通过泵返回到入口端口201。
通过与基板103相邻的流动通道203移除在半导体发光元件101处产生并传递到保持构件102的热量。在下文中，将参考图4更详细地描述冷却操作。
如图4中所示，通过按压构件301将半导体发光元件101压靠在保持构件102上。此外，在图1中省略按压构件301，以便清楚地示出半导体发光元件101。
半导体发光元件101的引线端子402连接到基板103，该基板103通过绝缘构件401由保持构件102保持。在半导体发光元件101处产生的热量被传递到半导体发光元件101压靠在其上的保持构件102和形成在保持构件102上的散热构件404，并且所述热量还被传递到引线端子402，并且通过引线端子402传递到基板103。
如图所示，保持构件102包括凹部(沉孔)，并且半导体发光元件101安装该在凹部中。在安装半导体发光元件101时，该凹部与半导体发光元件101的侧表面形成接触。即，半导体发光元件101的后表面和侧表面与保持构件102形成接触。因此，可以保证足够的散热面积，并且可以有效地冷却半导体发光元件101。
图2中所示的流动通道203形成在与基板103相邻的部分处。在分支腔室202处分开的冷却液流入到由流动通道盖403形成的流动通道203中，并且所述冷却液从散热构件404中吸收热量。
半导体发光元件101和散热构件404之间的距离越小，半导体发光元件101的冷却效率越高，并且因此，期望散热构件紧邻基板103设置。
第二示例性实施例
接下来，将描述第二示例性实施例。
图5是示出根据本发明的光源装置的第二示例性实施例的构造的透视图，图6是平面图，图7是局部放大图6中的A-A截面的横截面图。
同样在本示例性实施例中，与在第一示例性实施例中相同，在八个伸长基板506中的每一个基板506上安装五个半导体发光元件508，并且多个流动通道503以夹着每个基板506的方式设置。用于使冷却液流过每个流动通道的入口501、分支腔室502、汇合腔室504以及出口端口505的构造也与第一示例性实施例中的那些构造相同。
如图6中所示，在本示例性实施例中，连接两个引线端子513的线在垂直于基板506的纵向的方向上被布置在半导体发光元件508上。因此，用于连接两个引线端子513的连接部的孔、连接器507以及导线514必须被设置在基板506的、在图6中的A-A截面中的宽度方向上，并且使宽度大于在第一示例性实施例中描述的基板103的宽度。
将参考图7描述本示例性实施例中的冷却操作。
如图7中所示，通过按压构件509，半导体发光元件508被压靠在保持构件510上。半导体发光元件508的引线端子513连接到基板506，该基板506通过绝缘构件515由保持构件510保持。在半导体发光元件508处产生的热量被传递到半导体发光器件508压靠在其上的保持构件510以及形成在保持构件510上的散热构件511，并且所述热量还被传递到引线端子513，并且通过引线端子513传递到基板506。
如图所示，保持构件510包括凹部(沉孔)，并且半导体发光元件508安装在该凹部中。在安装半导体发光元件508时，该凹部与半导体发光元件508的侧表面形成接触。即，半导体发光元件508的后表面和侧表面与保持构件510形成接触。因此，可以保证足够的散热面积，并且可以有效地冷却半导体发光元件508。
图5中所示的流动通道503形成在与基板506相邻的部分处。在分支腔室502处分开的冷却液流入到由覆盖散热构件511的流动通道盖512形成的流动通道503中，并且所述冷却液从散热构件511吸收热量。
如上所述，在本示例性实施例中，基板506的宽度大于第一示例性实施例中基板的宽度。因此，形成在保持构件510上的散热构件511的宽度小于在第一示例性实施例中的散热构件404的宽度，但是利用半导体发光元件508，即使在连接两个引线端子513的线在垂直于基板506的纵向的方向上布置时，也可以有效地执行冷却。
第三示例性实施例
接下来，将描述第三示例性实施例。
图8是示出根据本发明的光源装置的第三示例性实施例的构造的透视图，图9是平面图，并且图10是局部放大图9中的A-A截面的横截面图。
在本示例性实施例中，与第一示例性实施例和第二示例性实施例不同，在四个伸长基板806中的每一个伸长基板806上安装十个半导体发光元件808。一列包括五个半导体发光元件808，并且两列安装在一个基板806上，并且总体上，总共40个半导体发光元件808(即5行×8列)以与第一示例性实施例和第二示例性实施例中的位置关系相同的位置关系安装在保持构件810上。同样在本示例性实施例中，多个流动通道803对应于安装在基板806上的一列半导体发光元件808设置。用于使冷却液流过每个流动通道803的入口端口801、分支腔室802、汇合腔室804以及出口端口805的构造也与第一示例性实施例和第二示例性实施例中的构造相同。
在本示例性实施例中，如图9和图10中所示，基板806电连接到导电插座816，并且导电插座816和引线端子813电连接，并且被供应到连接器807的电能通过导线814和导电插座816被供应到每个半导体发光元件808。
将参考图10描述本示例性实施例中的冷却操作。
如图10所示，通过按压构件809，半导体发光元件808被压靠在保持构件810上。半导体发光元件808的引线端子813和基板806连接到导电插座816，该导电插座816通过绝缘构件815由保持构件810保持。在半导体发光元件808处产生的热量被传递到压靠的保持构件810和形成在保持构件810上的散热构件811，并且所述热量还被传递到引线端子813、导电插座816和基板806。
如图所示，保持构件810包括凹部(沉孔)，并且半导体发光元件808安装在该凹部中。在安装半导体发光元件808时，该凹部与半导体发光元件808的侧表面形成接触。即，半导体发光元件808的后表面和侧表面与保持构件810形成接触。因此，可以保证足够的散热面积，并且可以有效地冷却半导体发光元件101。
图8中所示的流动通道803形成在与导电插座816相邻的部分处。在分支腔室802处分开的冷却液流入到由覆盖散热构件811的流动通道盖812形成的流动通道803中，并且所述冷却液从散热构件811吸收热量。
在具有上述构造的本示例性实施例中，流动通道803没有被布置成与基板806相邻，并且因此，不必为每列半导体发光元件808准备基板806。在第一示例性实施例和在第二示例性实施例中，在每列半导体发光元件使用基板的情况下，需要八个基板，但是在本示例性实施例中，两列基板被用于一个基板，因此，使用四个基板806，并且从设计和制造的观点来看，本示例性实施例是有利的。此外，在本示例性实施例中，虽然两列半导体发光元件被用于一个基板，但是更多列的半导体发光元件可以被用于一个基板，或者所有列的半导体发光元件可以安装在一个基板上。
在上述第一示例性实施例至第三示例性实施例中，虽然假设冷却液流过流动通道而给出描述，但是流过流动通道的冷却介质可以是冷却气体而不是冷却液，并且所述冷却介质不限于冷却液。
此外，假设流动通道对应于布置成n行m列的半导体发光元件的列设置而给出描述，但是流动通道当然可以对应于行设置。在这种情况下，在第一示例性实施例和第二示例性实施例中，使用五个基板，其中在每个基板上安装八个半导体发光元件。
第四示例性实施例
图11是示出投影显示装置的示例性实施例的构造的框图，所述投影显示装置包括第一示例性实施例至第三示例性实施例中任一个示例性实施例所述的光源装置。
投影显示装置1100包括：光源1101，该光源1101是在上述示例性实施例中的每一个示例性实施例中描述的光源装置；光学引擎单元1102；图像形成单元1103以及投影透镜(投影光学系统)1104。图像形成单元1103包括用于根据图像信号调制光的显示装置1105至1107，并且所述图像形成单元1103具有基于从光学引擎单元1102发射的光形成图像的功能。在本示例性实施例中，作为反射型显示元件的数字微镜装置(DMD)被用作显示装置1105至1107中的每一个显示装置。此外，在本示例性实施例中，图像形成单元1103包括与红光、绿光和蓝光相对应的三个显示装置1105至1107。投影透镜1104具有将从图像形成单元1103发出的光投射到屏幕1109等上并且将该光显示为图像的功能。
投影显示装置1100还包括用于冷却图像形成单元的DMD的冷却装置。
此外，在第一示例性实施例至第三示例性实施例中，流动通道被描述为由形成在支撑构件上的散热构件和覆盖散热构件的流动通道盖形成，但是流动通道可以替代地仅由流动通道盖形成，而没有散热构件形成。
附图标记列表
101、508、808 半导体发光元件
102、510、810 保持构件
103、506、806 基板
104、507、807 连接器
201、501、801 入口端口
202、502、802 分支腔室
203、503、803 流动通道
204、504、804 汇合腔室
205、505、805 出口端口
206、514、814 导线
301、509、809 按压构件
401、515、815 绝缘构件
402、513、813 引线端子
403、512、812 流动通道盖
404、511、811 散热构件
406 通孔

Claims (9)

1.一种光源装置，包括：
多个半导体发光元件，所述多个半导体发光元件被布置成n行m列；以及
多个流动通道，冷却介质流过所述多个流动通道，所述多个流动通道形成为夹着所述n行半导体发光元件或所述m列半导体发光元件。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其中保持构件包括凹部，并且所述半导体发光元件安装在所述凹部中。
3.根据权利要求1或2所述的光源装置，其中
所述半导体发光元件安装在保持构件上，
所述保持构件包括多个散热构件，所述多个散热构件形成在与安装所述半导体发光元件的表面相反的表面上，所述散热构件分别沿着所述n行半导体发光元件或所述m列半导体发光元件形成，并且
所述流动通道分别由覆盖所述多个散热构件的多个流动通道盖形成。
4.根据权利要求3所述的光源装置，其中
所述保持构件包括多个通孔，每个通孔允许每个半导体发光元件的引线端子穿过，并且
所述光源装置包括多个基板，所述多个基板连接到所述n行半导体发光元件或所述m列半导体发光元件的所述引线端子，并且所述多个基板与所述流动通道相邻设置。
5.根据权利要求4所述的光源装置，其中在每个半导体发光元件处设置有两个引线端子，并且连接所述两个引线端子的线以与所述n行半导体发光元件或所述m列半导体发光元件的排列方向一致的方式连接到所述基板。
6.根据权利要求4所述的光源装置，其中在每个半导体发光元件处设置有两个引线端子，并且连接所述两个引线端子的线在垂直于所述n行半导体发光元件或所述m列半导体发光元件的排列方向的情况下连接到所述基板。
7.根据权利要求3所述的光源装置，其中
所述保持构件包括多个通孔，每个通孔允许每个半导体发光元件的引线端子穿过，并且
所述光源装置包括：
多个导电插座，所述多个导电插座与所述流动通道相邻设置，以及
至少一个基板，所述至少一个基板通过所述多个导电插座连接到所述n行半导体发光元件或所述m列半导体发光元件的所述引线端子。
8.一种投影显示装置，所述投影显示装置包括用于根据权利要求1至7中的任一项所述的半导体发光元件的冷却结构。
9.一种冷却半导体发光元件的方法，所述半导体发光元件被布置成n行m列，
所述方法包括以夹着n行半导体发光元件或m列半导体发光元件的方式形成冷却介质流过其中的多个流动通道。
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