CN113950227A - 光电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光电装置，所述光电装置包括一个桶状容器以及分别设置于所述桶状容器的两端的光学透镜和光电图像器件，所述桶状容器中填充有具有透光性的导热液体。所述导热液体中掺入有纳米颗粒，采用电源模块对所述光电图像器件和所述桶状容器之间施加一可变电压后，在导热液体中形成一个空间电场，纳米颗粒沿电力线排列成近乎于首尾相连的、介于光电图像器件和桶状容器之间的链条，从而提高导热液体的导热速度，进而提高所述光电装置的散热效率。

Description

光电装置

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种光电装置。

背景技术

光电装置指的是可以在光信息和电信息之间进行转换的装置。光电装置可以包括光学图像输出器件，也就是通常所说的电子显示屏，也可以包括光学图像输入器件，也就是通常所说的图像传感器或者摄像器件。这里所说的图像可以是一维的、二维的、甚至是三维空间的光学图像。这些光电装置往往还包括了相关的光学系统，特别是将显示屏的光学图像成像在人眼视网膜或者投影屏幕上的光学镜头，或者是将输入光学图像成像在摄像器件上的光学镜头。图1示出了这样一个光电装置的结构示意图。无论是作为图像输出器件的显示屏还是作为图像输入器件的摄像芯片，此图中均用标号10来替代，并在以下描述中统一描述为光电图像器件。所述光电图像器件通常被固定在PCB板上，该PCB板具有信号输入/输出电路、图像数据的存储和处理芯片以及相关电路、以及电源和控制电路。在图1所示的结构示意图中，还示出了了光束20，所述光电装置还包括最靠近光电图像器件的透镜30，以及限定通光孔径的光阑结构32。整个光学系统被放置和固定在一个箱体12之内。另外，图1中还标识出了透镜30的主要成像平面31(简称为透镜的主平面)。透镜30无论是双面凸透镜还是一个平凸透镜，其对光线的折射效果可以等效于光线在主平面上发生折射，从而可以简化分析透镜系统的光路的过程。在所有的光电成像系统中，比如一个CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合器件)摄像头，或者显示系统中，比如一个使用了微显示屏的AR眼镜，在透镜30和光电图像器件10之间的箱体空间21均为空气。从一个光电装置的各个零部件的分别单独制造，以及后期的组装或封装在一个箱体内的过程来看，这是一个光电装置最自然而且容易实现的方式。

然而随着移动通讯的发展，特别是可穿戴式显示和摄像装置的技术开发和应用，这种传统的结构的散热问题就变得越发严重了。具体地说，比如在VR(Virtual Reality，虚拟现实)和AR(Augment Reality，增强现实)眼镜的应用中，为了更加便携，需要更加轻薄的体积和重量以及更加紧凑的器件封装；而从另一方面来说，人们不懈地追求高亮度、高精细和鲜艳多彩的图形信息，三维的立体影像，高速刷新频率的视频影像，使得单位体积的器件功耗增加；因此随之而来的如何在狭小的系统空间内将热量快速散发，将温度控制在系统和人体可以接受的程度，就变得越发困难了。在比较极端的工作环境下，比如夏天的室外应用等，往往导致OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)微显示屏的有机发光薄膜的性能迅速衰减，系统宕机甚至芯片被烧毁。从使用者的感受来说，感到烫手的温度大约在摄氏50度。而佩戴在人脸上或头上的设备如果温度接近或略微超过40摄氏度，也会让使用者感到极度的不适。

因此，期望提供一种新的技术，解决上述散热难题，使得人们能够继续拓展可穿戴设备的显示或摄像器件的性能以及市场应用。

发明内容

为了解决上述技术困难，本发明提供了一种将光学透镜和光电图像器件一体化的光电装置，就是将一个光电图像器件和一个光学透镜分别放置在一个封闭的桶状容器的两端，并且中间填充了一种具有透光性的导热液体。所述光电图像器件可以是图像传感器或显示器。所述光电图像器件为图像传感器时，所述图像传感器通过光学功能面采集从该容器之外穿过所述光学透镜和所述导热液体的光线。所述光电图像器件为显示器时，光学图像从显示器的光学功能面发出，尔后被光学透镜所采集并输出到该容器之外。所述光电图像器件的光学功能面上覆盖一层透明保护层。所述导热液体分别与所述光学透镜和所述透明保护层相接触。所述导热液体中掺入有纳米颗粒，在对所述光电图像器件和所述桶状容器之间施加电压之前，所述纳米颗粒随机并均匀地散布在所述导热液体中。这时候的液体的导热机制基本由液体分子和掺入的纳米颗粒的布朗运动作支配，是一个较低导热效率的物理机制。采用电源模块对所述光电图像器件和所述桶状容器之间施加一可变电压后，改变了纳米颗粒在导热液体中的空间状态，具体而言，在导热液体中形成一个空间电场，在所述光电图像器件和所述桶状容器之间形成电力线，在该空间电场的作用下，纳米颗粒沿电力线排列成近似于首尾相连的链条，可以高效率地将热量传递给桶状容器，进而散发到外部环境中，因此导热液体的导热速度和效率得到了大大的提升，从而更加适用于AR或VR等可穿戴式光电装置的应用。

在一些实施例中，本发明还提供了所述纳米颗粒的几种可选形状和可选尺寸，以在提高光电装置散热效率的同时不影响导热液体的透光性。考虑到在一些场景中期望得到较好的防冻效果，本发明还提供了导热液体的几种选择，使得光电装置可以具有较高的可见光透明度和较大的工作温度范围。在一些实施例中，为了使得所述纳米颗粒更均匀分散于所述导热液体中，获得更均匀的导热效果，还可以在所述导热液体中掺杂分散剂。本发明还可以将光阑结构也放置在所述导热液体中，并对其表面作抗反射镀膜等处理，从而进一步缩小了光学系统的几何尺寸。并且在一些实施例中，所述光阑结构朝向所述导热液体的一侧可以形成为粗糙表面，可以增加光阑结构和导热液体的实际接触面，使得导热液体和光阑结构的热交换效率更高，并且通过对粗糙表面的凹槽或凹坑的尺寸选择，避免影响光线的均匀性。

在一些实施例中，所述光学透镜朝向所述导热液体的一侧表面还可以覆盖有透明电极层，使得导热液体内部的电力线可以到达透明电极层，通过纳米颗粒链条传递到光学透镜的热量可以在透明电极层内部快速传递到与其电连接的光阑结构或容器，进一步提高散热效率。考虑到容器内部的正电极和负电极在面积和形状上可能不对称，并且导热液体中的导电粒子或离子有不同类型导致其漂移速度不等，在一些实施例中，所述电源模块施加一个叠加在直流偏置电压上的周期性脉冲，在所述直流偏置电压为正电压或负电压时，通过该直流偏置电压来抵消电极不对称和/或导电粒子/离子的漂移速度不等带来的内建电场。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是一种光电装置的结构示意图；

图2是本发明第一实施例的光电装置的电源模块未施加电压时的结构示意图；

图3是本发明第一实施例的光电装置的电源模块施加电压时的结构示意图；

图4是本发明第一实施例的纳米颗粒链条形成的示意图；

图5是本发明第二实施例的光电装置的结构示意图；

图6是本发明第三实施例的光电装置的结构示意图；

图7是本发明第四实施例的光电装置的结构示意图；

图8是本发明第五实施例的光电装置的结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

如图2所示，为本发明第一实施例的光电装置的结构示意图。在第一实施例中，本发明提供一种光电装置，包括一个桶状容器120和分别设置于所述桶状容器120的两端的光学透镜300和光电图像器件100。所述桶状容器120中填充有一种具有透光性的导热液体200，且所述导热液体200中掺入有纳米颗粒。所述光学透镜300的一面与所述导热液体200接触。所述光学透镜300例如可以为聚焦物镜。在该实施例中，所述光学透镜300为一个双凸透镜，所述双凸透镜具有相对设置的两个凸面。如图2所示，如果两个凸面的曲面形状相同且环绕光轴301的旋转对称曲面，光学透镜300的光学主平面也就是所述凸透镜的长轴302所在的平面。在该实施例以及下面所描述的第二实施例～第五实施例中，所述光学透镜300也可以替换为其他类型的透镜或透镜组合，例如可以是平凸透镜、双凹透镜、平凹透镜、平光镜，或者凸透镜、凹透镜、平光镜(例如一个透明的平面盖板)中的两个组合在一起的组合透镜，以满足不同的光学系统的设计要求。

所述光电图像器件100包括一个光学功能面102和一透明保护层101，所述光学功能面102用于进行光-电转换(在图像传感器中)或者电-光转换(在显示器中)。所述透明保护层101与所述导热液体200接触。所述透明保护层101可以是一层透明的保护膜或者是一个玻璃盖板，用以保护下方的光电图像器件中的部件不受到水汽或其他物质的污染。所述光学透镜300的主平面与所述光电图像器件100的光学功能面102保持平行，所述光学透镜300的光轴301穿过所述光电图像器件100的光学功能面102的中心。此处，所述光学透镜300的主平面指的是：从光电图像器件100的光学功能面102的中心，也就是光学透镜300的焦点处发出的光线经过光学透镜300折射后成为输出的平行光，延长光学功能器件100的发出光线与该平行光相交于一点，通过这个点做垂直于光轴301的平面就是该光学透镜300的主平面，也可称为物方主平面。

所述光电图像器件100可以包括图像传感器或者显示器。例如，所述光电图像器件100可以包括CCD或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器，或者有机发光二极管显示器或无机发光二极管显示器等。具体地，所述光电图像器件100为图像传感器时，所述光学功能面102为感光面，容器120外的光线穿过所述光学透镜300和所述导热液体200后到达所述感光面被采集。所述光电图像器件100为显示器时，所述光学功能面102为发光面，光线自所述发光面发出后穿过所述导热液体200和所述光学透镜300之后到达容器120外部。

在该实施例中，所述纳米颗粒为杆状的纳米尺寸的纳米杆210。所述纳米杆210的长度大于平均粗细或平均杆径。在一种实施方式中，所述纳米杆210的平均杆径和杆长的比例小于0.75，但本发明不限于此。纳米杆的长度优选在200nm以下，即最短可见光波长400nm的一半。所述纳米杆210的材质可以包括金属材料、金属氧化物材料或绝缘材料，所述金属可以选自于金、银、铜或铝等，所述金属氧化物可以选自于二氧化钛、三氧化二铝或一氧化铜等，所述绝缘材料可以为无机或有机绝缘材料。由于可见光可以绕射过纳米尺寸的纳米杆210，因此很少会发生散射或反射，所以基本不影响光在导热液体200中的直线传播，其可见光透过率可以超过90％，也就不会影响所述光电图像器件100的正常功能实现。

在另一种可替代的实施方式中，所述纳米颗粒还可以包括球状的纳米球，所述纳米球的直径也优选为小于200nm，以不影响所述导热液体200的光透过性，且所述纳米球优选在所述导热液体200中的容积占比小于所述纳米杆210在所述导热液体200中的容积占比，例如在一种实施方式中，所述纳米球优选在所述导热液体200中的容积占比与所述纳米杆210在所述导热液体200中的容积占比的比例为10比1。通过在所述导热液体200中增加纳米杆210和纳米球，可以使得导热液体200中具有更加均匀的空间导热率。在该第一实施例和下面所描述的第二实施例～第五实施例中，所述纳米颗粒均可以包括纳米杆和/或纳米球，下面以所述纳米颗粒包括纳米杆为例进行说明。

所述桶状容器120中填充的导热液体200需要有较好的传导热量的能力，而且必须有较高的可见光透明度。在一种实施方式中，所述导热液体200的主要成分为去除离子后的纯水。在另一种具体实施方式中，为了使得所述光电装置有更大的工作温度范围，所述导热液体200的主要成分为防冻液和去离子后的纯水的混合溶液，这种溶液中的防冻液优选为具有防腐蚀的液体，防冻液的体积比例在20％到40％之间，防冻液越多冰点就越低。这样在室外零下30摄氏度的时候使用本发明的光电装置，内部的液体仍然不会冻结。其中，所述防冻液可以包括如下的至少一种物质：甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇等，甲醇的分子式为CH3OH，乙醇的分子式为C2H5OH，乙二醇的分子式为C2H4(OH)2，二甘醇的分子式为C4H10O3，丙三醇的分子式为C3H5(OH)3，且一般称为甘油。在再一种实施方式中，所述导热液体200的主要成分为有较好导热系数的硅油。硅油的热导率为2W/mK或者更高，凝固点低至零下50摄氏度，气化点可以超过100摄氏度。

如图2所示，所述光电装置还包括一个光阑结构320，所述光阑结构320设置于所述光学透镜300与所述光电图像器件100之间，并且浸入所示导热液体200中。所述光阑结构320的中心位置设置有一通光孔，所述通光孔的表面为斜面，所述光阑结构320的通光孔的中心与所述光学透镜300的光轴301重合，用于限定所述光学透镜300和所述光电图像器件100之间的光线的最大角度。所述光阑结构320与所述容器120的内侧壁紧密接触，使得容器120内部的热量能够高效率地传递到外部。此外，所述光阑结构320还起到了支撑和固定光学透镜300位置的作用，从而在所述光学透镜300和光电图像器件100一体化装置的装配过程中，能够确保光学透镜300的中心到光电图像器件100的中心的距离基本等于光学透镜3的焦距。优选地，在光阑结构320的有光线入射的表面(在图2的实施例中，为光阑结构320的斜面)设置有一个吸收光线层325，用于减少光线反射。在一种实施方式中，所述吸收光线层325可以为黑色的有机膜，该有机膜可以选择一种在树脂等有机材料中掺杂纳米尺寸的碳粉而构成的材料，不仅能够吸收杂散光线，也具有一定的导电和导热性能。在另一种实施方式中，所述吸收光线层325可以为在该光阑结构320的斜面上镀上的一层黑色或灰色的金属氧化层，比如氧化铬，或者使用黑色的聚氯乙烯(PVC)、黑色树脂等非导电材料制成，从而降低了光线的反射。在该实施例中，所述光阑结构320为漏斗形。在该第一实施例以及下面描述的第二实施例～第五实施例中，所述光阑结构也可以替换为其他的形状，甚至所述容器120的内部可以不设置光阑结构，以满足不同的光学习通的构成需要。

如图2所示，所述光电装置还包括位于所述桶状容器120的底部的绝缘层122、金属底板121、PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)或FPC(Flexible Printed Circuit，柔性电路板)110。所述桶状容器120的一端通过密封胶340进行密封，以使得所述容器120的内部形成一个封闭的腔体，将导热液体200很好地保持在容器120的腔体内部。在其他可替代的实施方式中，所述容器120的底部也可以采用其他结构，也属于本发明的保护范围之内。在该实施例中，所述容器120可以是圆形桶，也可以是方形桶或其他形状的桶状容器，均属于本发明的保护范围之内。

如图3所示，该实施例的光电装置还进一步包括一个电源模块500，用于在所述光电图像器件100和所述桶状容器120之间施加一个可变电压，用于改变所述纳米颗粒210在导热液体200中的空间状态。该实施例以所述电源模块500的正极连接于所述光电图像器件100的基板，负极连接于所述容器120的侧壁为例。下面结合图2和图3具体说明本发明的导热液体200的导热原理。如图2所示，所述电源模块500未对所述光电图像器件100和所述桶状容器120之间施加电压之前，导热液体200内的纳米杆210均匀分布。具体地说，纳米杆210的长轴方向是360度随机分布的，没有特定的倾向性和任何有序性，也就是说处于混沌状态。当所述电源模块500在所述光电图像器件100上施加一个相对于容器120侧壁和光阑结构320的正电压时，如图3所示，这个电压将在导热液体200中形成一个空间电场，这个电压将在导热液体200中形成一个空间电场，电力线(如图4示出的电力线211)从容器120底部的光电图像器件100开始终止于导热液体200四周的光阑结构320的表面。导热液体200内的纳米杆210在该电场的作用下，内部发生极化，纳米杆210的第一端相对于第二端带正电，而第二端相对于第一端带负电。如图3和图4所示，所述纳米杆210沿着电力线211排列成近似于首尾相连的纳米杆210的链条。该纳米杆210的链条的一端起始于光电图像器件100的透明保护层101，另外一端终止于光阑结构320的表面涂层上。由此，光电图像器件100内产生的热量，就会通过该纳米杆链条，高效率地传递给导热系数更高的光阑结构320和容器120的外壳，并通过容器120的表面散发到附近环境中。

比较图2和图3可以看出，如果没有这种有序的排列，而是处于图2的混沌状态，热量只能通过纳米杆210或导热液体200的分子的布朗运动来和导热液体200四周的光阑结构320交换热量，其导热的速度和效率就会大大降低。因此，本发明的光电装置在电源模块500施加电压而改变纳米杆210的空间状态之后，导热液体200的导热速度和效率得到了大大的提升，从而更加适用于AR或VR等可穿戴式光电装置的应用。即使在电场的作用下所有的纳米杆210没有能够形成完美的首尾相连的纳米杆链条，相邻纳米杆的间隙也会比混沌状态小得多，依靠短距离的震动或布朗运动即可传递热量，依然优于图2所示的混沌状态。

所述容器120和所述光阑结构320均可以采用金属或者导热性能较好的陶瓷或塑料/树脂材料制成。优选地，所述容器120和所述光阑结构320的导热系数大于掺入纳米杆210的导热液体200的导热系数，有利于达到良好的向外释放热量的效果。因此，加上容器120外壳的表面积远远大于容器120底部的光电图像器件的单侧表面积，光电图像器件100中产生的热量能够高效率地传递给周围环境，以进一步提高光电装置的散热效率。

进一步地，在该实施例中，还可以在所述导热液体200中掺杂分散剂，力图使得所述纳米杆210均匀分散于所述导热液体200中。例如，所述分散剂可以为柠檬酸盐。通过添加所述分散剂例如柠檬酸盐，在导热液体200中将使得纳米杆210的表面带负电荷，从而纳米杆210之间相互排斥，不会聚集成较大的团状或絮状物，也就能够均匀地透过波长为400nm到760nm的可见光线。在所述电源模块500施加电压使得所述导热液体200内部产生电场时，在所述导热液体200的内部电场作用下，纳米杆210上的负电荷重新分布，导致一端负电荷多于另外一端，也就是发生了极化效应。这样纳米杆210的长轴就会扭转自己沿着电力线的方向分布，形成如图3所示的纳米杆210链条。因为这样排布，整个导热液体200的电势能最低。进一步地，为了增强纳米杆210上电荷的重新分布导致的极化效果，一个实施例中使用两端有不对称外形的纳米杆210，使得纳米杆210的第一端部的平均杆径大于第二端部的平均杆径。例如，纳米杆210的第一端部浑圆而且头大，第二端部尖锐而且头小，这样在电场作用下纳米杆210上的表面电荷重新分配的时候，更容易造成一端电荷多，一端电荷少的极化状态，更有利于形成首尾相接的纳米杆210链条。

如图5所示，为本发明第二实施例的光电装置的结构示意图。该实施例的光电装置的基本结构与第一实施例的光电装置的结构相同，并且可以与第一实施例的各个变形例相结合。第二实施例与第一实施例的区别在于：第二实施例中的光电图像器件100一侧的透明保护层为透明导电层103，光电图像器件100就可以向外部发出光线，或者接收来自外部的光线。在该实施例中，所述电源模块500的一个电极可以连接于所述光电图像器件100的器件或者所述透明导电层103，另一个电极可以连接于所述容器120的侧壁。例如，在透明导电层103和容器120的侧壁之间施加一个电压时，就可以在导热液体200内部产生一个电场，在电场的作用下，电力线介于光电图像器件100和光阑结构320之间，由此可以形成沿电力线排列的纳米杆210链条。在该实施例中，所述透明导电层可以是透明导电膜，也可以是一个透明或非透明的电极网格。所述电极网格包含多个小孔，所有孔的面积之和大于电极网格线的所占面积，从而可以透过绝大部分的光线。

如图6所示，为本发明第三实施例的光电装置的结构示意图。该实施例的光电装置的基本结构与第二实施例的光电装置的结构相同，并且可以与第二实施例的各个变形例相结合。第三实施例与第二实施例的区别在于：在所述光学透镜300朝向所述导热液体200的一侧表面覆盖有透明电极层305。该透明导电层305不仅可以实现透光和导电，也是良好的导热物体，从而使得所述导热液体200内部的电力线可以从透明导电层103到达透明电极层305，通过纳米杆210链条传递到光学透镜300的热量可以在透明电极层305内部快速传递到与其电连接的光阑结构320或与其电连接的容器120的侧壁，然后将热量传递到容器120外部，进一步提高散热效率。

该第三实施例也可以与第一实施例进行结合。例如，将第三实施例中的透明导电层103替换为图2中示出的透明导电膜或透明盖板，也可以实现所述导热液体200内部的电力线从所述光电图像器件100的基板到达透明电极层305，通过纳米杆210链条传递到光学透镜300的热量可以在透明电极层305内部快速传递到与其电连接的光阑结构320或与其电连接的容器120的侧壁，然后将热量传递到容器120外部。

如图7所示，为本发明第四实施例的光电装置的结构示意图。该实施例的光电装置的基本结构与第二实施例的光电装置的结构相同，并且可以与第二实施例的各个变形例相结合。第四实施例与第二实施例的区别在于：在第四实施例中，光阑结构321朝向所述导热液体200的一侧表面设置有多个凹槽或者有多个周期性排列或随机散布的凹坑，以使得表面粗糙度大于1.25。此处粗糙度的定义为：和导热液体200的实际接触面积与该表面在垂直于该表面的方向上的投影的面积之比。优选地，所述凹槽或凹坑的横向跨度和深度均小于0.5mm，以避免粗糙表面影响输出光线的均匀性。通过设置凹槽或凹坑，使得所述光阑结构321与所述导热液体200的实际接触面积增加，而提高所述导热液体200与所述光阑结构321之间的热交换效率。在该实施例中，所述光阑结构321有光线入射的表面设置有一吸收光线层325。该吸收光线层325可以采用如第一实施例中所述的吸收光线层325的材料形成。该实施例中的透明导电层103也可以替换为第一实施例中的透明保护膜或玻璃盖板。

如图8所示，为本发明第五实施例的光电装置的结构示意图。该实施例的光电装置的基本结构与第一实施例的光电装置的结构相同，并且可以与第一实施例的各个变形例相结合。第五实施例与第一实施例的区别在于：在第五实施例中，所述电源模块510为一个脉冲发生器，其在所述光电图像器件100和所述容器120的侧壁之间施加一个周期性脉冲，所述周期性脉冲包括正脉冲和负脉冲且平均电压为零伏特。如图8中的电源模块510所示，脉冲电压的高度至少能在导热液体200中产生足够强的电场，使得纳米杆210沿着电力线重新排列。脉冲电压的重复周期要远小于导热液体200中带电离子或带电纳米杆210从一个电极漂移到相反电极的时间，从而在较高频率的脉冲电压的驱动下，带电纳米杆210虽然可以原地旋转并沿着电力线排列，但是还没等到其移动较大距离，电场的极性就反转，从而无法从一个电极漂移到另外一个电极，基本保持在原地。同时这个脉冲的频率也不能过高，以便让纳米杆210有足够时间旋转180度沿着电力线重新排列。

在关于驱动脉冲波形的一种实施方式中，使用相互对称但是极性相反的脉冲，其中正脉冲为5V，负脉冲为-5V，脉冲宽度均为1毫秒，或者说脉冲频率为500Hz，此处脉冲波形的参数仅为示例。在实际应用中，根据容器的大小，纳米杆210的尺寸，纳米杆210在导热液体200中的移动速度，纳米杆210的带电量、材料和器件结构的参数，理想的脉冲频率可以从十几赫兹(Hz)到几百千赫兹(KHz)中选择，脉冲高度可以从几伏特到几十伏特中选择。脉冲的波形可以是图8示出的矩形方波也可以是其它形状的，比如正弦波形。

进一步地，在一种实施方式中，考虑到容器120内部的正电极和负电极在面积和形状上可能不对称，并且导热液体200中的导电粒子或离子有不同类型导致其漂移速度不等，可能会因为电极不对称和/或导电粒子/离子的漂移速度不等而带来内建电场，所述电源模块510在所述周期性脉冲上叠加施加一个直流偏置电压，以抵消电极不对称和/或导电粒子或离子的漂移速度不等带来的内建电场/电压，所述直流偏置电压可以是正电压或负电压。在这种方式中，所述电源模块510产生的叠加后的正负脉冲是不对称的，即叠加后的脉冲电压的平均值不为零。

在上述描述的各个实施方式中，所述电源模块500或510施加在光电图像器件100和容器120之间的电压或者脉冲电压都具有可调性。例如，可以根据导热率的需求来调节施加的电压。在需要较高的导热率时，施加一定的电压或者脉冲电压，通过重新排列的纳米颗粒链条提高导热液体200的导热率，进而提高光电图像器件100的散热效率。相反地，在外界环境温度很低，担心内部溶液凝结的时候，不需要较高的导热率，甚至希望和外界尽量不发生热量的传导，可以不对导热液体200施加电压，此时纳米颗粒会呈现如图2所示的混沌状态，即在导热液体200中均匀地随机分布，彼此之间没有直接接触或近距离的间歇式的接触，从而降低导热液体200的导热率。因此，本发明通过调节电源模块500或510施加的电压，可以满足不同的使用需求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种光电装置，其特征在于，包括：

一个桶状容器；

一种具有透光性的导热液体，填充于所述桶状容器内，所述导热液体中掺入有纳米颗粒；

一个光学透镜，设置于所述桶状容器的一端，所述光学透镜的一面与所述导热液体接触；

一个光电图像器件，设置于所述桶状容器的另一端，所述光电图像器件包括一光学功能面和一透明保护层，所述透明保护层与所述导热液体接触；

一个电源模块，用于在所述光电图像器件和所述桶状容器之间施加一可变电压，用于改变所述纳米颗粒在导热液体中的空间状态；

其中，所述光学透镜的主平面与所述光电图像器件的光学功能面保持平行，所述光学透镜的光轴穿过所述光电图像器件的光学功能面的中心。

2.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，所述纳米颗粒包括杆状的纳米杆，所述纳米杆的平均杆径和杆长的比例小于0.75，所述纳米杆的杆长小于200nm。

3.根据权利要求2所述的光电装置，其特征在于，所述纳米隔离还包括球状的纳米球，所述纳米球的直径小于200nm，且所述纳米球在所述导热液体中的容积占比小于所述纳米杆在所述导热液体中的容积占比。

4.根据权利要求2所述的光电装置，其特征在于，所述纳米杆包括第一端部和第二端部，且所述第一端部的平均杆径大于所述第二端部的平均杆径。

5.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，所述导热液体的主要成分为纯水、纯水和防冻液的混合溶液或者为硅油。

6.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，所述纳米结构的材质包括金属、金属氧化物或绝缘材料，所述金属选自于金、银、铜或铝，所述金属氧化物选自于二氧化钛、三氧化二铝或一氧化铜，所述绝缘材料为无机或有机绝缘材料。

7.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，所述导热液体中还掺杂有分散剂，力图使所述纳米颗粒均匀分散于所述导热液体中。

8.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，所述透明保护层包括一透明绝缘层或一透明导电层，所述电源模块的第一电极连接于所述光电图像器件的基板或所述透明导电层，第二电极连接于所述桶状容器。

9.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，所述光学透镜包括凸透镜、凹透镜、平光镜、以及至少它们中的两个被组合在一起的组合透镜。

10.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，还包括一个光阑结构，设置于所述光学透镜与所述光电图像器件之间并浸入于所述导热液体中；

所述光阑结构的通光孔的中心与所述光学透镜的光轴重合，用于限定所述光学透镜和所述光电图像器件之间的光线的最大角度。

11.根据权利要求10所述的光电装置，其特征在于，所述光阑结构由金属材料制成，所述光阑结构的有光线入射的表面设置有一吸收光线层。

12.根据权利要求10所述的光电装置，其特征在于，所述光学透镜朝向所述导热液体的一侧表面覆盖有透明电极层，所述透明电极层电连接于所述光阑结构和/或所述桶状容器。

13.根据权利要求10所述的光电装置，其特征在于，所述光阑结构朝向所述导热液体的一侧表面设置有多个凹槽或者有多个周期性排列或随机散布的凹坑，以使得表面粗糙度大于1.25，所述凹槽或凹坑的横向跨度和深度均小于0.5mm。

14.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，所述电源模块施加一个叠加在直流偏置电压之上的周期性脉冲，所述直流偏置电压可以为正电压，负电压或零电压，所述周期性脉冲包括正脉冲和负脉冲且平均电压为零伏特。

15.根据权利要求1所述的光电装置，其特征在于，所述光电图像器件包括CCD或CMOS图像传感器，或有机发光二极管显示器或无机发光二极管显示器。

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