[发明专利]使用相变材料对瞬时热负荷进行热电冷却和/或适度控制

说明书

技术领域

本发明涉及对例如由某些光电子装置展现的瞬时热负荷的管理，且特定来说涉及使用相变材料对瞬时热负荷进行热电冷却和/或适度控制。

背景技术

包含消费者电子元件的现代数字装置越来越多地使用光电子装置。数码相机(以及包含相机功能件的电话)是较好的实例。电荷耦合装置(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器阵列用于图像捕捉。在一些装置中，可使用闪光灯，其自身可使用发光二极管(LED)或其它技术。

CCD阵列的个别元件将来自传入光的能量转换为电子。传入光的强度越高(或元件曝光的时间越长)，元件积聚的自由电子就越多。当然，与大多数传感器一样，CCD(以及CMOS装置)易受噪音影响，因为材料和装置结构展现出基线电平的电子“作用”(或电流)。在传感器中，此电流通常称为暗电流(名称中“暗”表示电流是在没有曝光的情况下形成的)。暗电流随着温度而增加。

敏感性通常受背景噪音限制。一般来说，对于给定等级的敏感性，较小的元件必须容忍较高的噪音。因此，随着支持的像素密度越来越高(通常伴随着传感器元件越来越小)，敏感性和噪音问题可能变得愈加重要。因此，需要用于冷却光电子传感器阵列的有效技术。

除了光敏装置外，一些光电发射装置展现出温度敏感性。举例来说，白色闪光LED的光通量和寿命可能受工作温度影响。大多数冷却闪光LED和CCD的途径限于被动式热散布封装。不幸的是，利用已知被动式方法难以增加白色LED和CCD的性能。需要替代技术。

发明内容

本文描述和说明的发明技术可允许产生剧烈的高度局部化但瞬时的热通量的一类光电发射装置配置和/或用途的较高光通量和/或较长的寿命。举例来说，例如用于闪光照明的某些发光二极管(LED)应用、某些固态激光器配置以及其它类似配置和用途可能得益于已开发的技术。特定来说，已发现，通过将一定量的适当相变材料定位成热学上紧密接近所述光电发射装置，可使实质产生的热通量被“吸收”进所述相变材料的相转变中。

尽管特定相变材料和特定相转变可视使用的不同而不同，但镍腔中限制的低熔点焊料或镓中展现的固一液相转变通常适合于本文描述的光电子装置冷却实施方案中的许多实施方案。更一般来说，只要材料的转变温度、转变的潜热和热导率适合于所涉及的热通量且合适的材料限制/兼容性技术可用，就可使用其它材料的其它吸热相转变(无论是固-液、液-气、固-气还是固-固)。

在某些配置中，结合所述相变材料而采用热电物。举例来说，热电物可至少部分界定从光电发射装置到相变材料的热传递路径。类似配置可用于光敏装置。在这些配置中，当热电物上传递的热量被吸收进相变材料中的至少一些从其第一状态到第二状态的转变中时，相变材料可有效地箝位热电物的一侧(通常为热侧)。所述热电物可与光电发射装置或光敏装置的操作大体上同步而瞬时操作，以在需要时和需要之处提供极高密度的局部冷却。

或者(或另外)，可将相变材料安置成热学上紧密接近光电发射装置，从而将大量瞬时热通量吸收进相变材料中的至少一些从其第一状态到第二状态的转变中。以此方式，可选择相变材料(及其适当的量)来吸收光电发射装置产生或放出的瞬时热通量，借此避免装置中原本可能在所产生或放出的热通量充满离开光电发射装置的常规热传递路径时发生的较大局部化温度剧增。在某些此类配置中，相变材料可与热电物一起使用(例如，位于光电发射装置与热电物之间)。在某些配置中，可在无热电物的情况下仅采用相变材料来适度控制由光电发射装置产生的热瞬变。

附图说明

所属领域的技术人员通过参看附图可更好地理解本发明，且明了其许多目的、特征和优点。

图1A描绘包含光敏装置和光电发射装置的说明性配置，所述两个装置中的任一者或两者可使用根据本发明某些实施例的相变材料主体。

图1B和1C描绘可与使用根据本发明实施例的相变材料的某些装置配置结合使用的个别同步配置。特定来说，图1B和1C描绘个别同步配置，其中一个或一个以上同步电路任选地使光敏装置和光电发射装置的读出或激发与个别热电冷却器的操作协调。

图2描绘说明性光电发射装置配置，其中根据本发明某些实施例采用相变材料主体来箝位热电物的热侧温度。

图3描绘例如图2说明的说明性光电发射装置配置中的相关电流和温度曲线，其中根据本发明某些实施例采用相变材料主体来箝位热电物的热侧温度。

图4描绘说明性光敏装置配置，其中根据本发明某些实施例采用相变材料主体来箝位热电物的热侧温度。