CN102853377A - 波长转换装置及发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种波长转换装置及发光装置，该波长转换装置包括：用于吸收激发光并产生受激光的波长转换层；用于驱动该波长转换层使波长转换层周期性运动的驱动装置；用于密封波长转换层与驱动装置的盒子，该盒子包括用于透射激发光至波长转换层的第一区域以及用于透射受激光的第二区域；还包括设于盒子外部的用于对盒子散热的外部风扇，和/或设于盒子外表面的外部散热器。本发明实施例同时解决了现有技术中色轮的防尘和散热问题。

Description

波长转换装置及发光装置

技术领域

本发明涉及照明与显示用的光源技术领域，特别是涉及一种波长转换装置及发光装置。

背景技术

专利US7547114公开了一种高亮度光源的结构，该结构包括被激发光源的激发光激发的旋转的荧光粉色轮。荧光粉色轮包括基板、荧光材料与驱动装置(例如马达)；荧光材料涂覆在基板上，该基板固定于驱动装置的转动轴上。

由于荧光材料的转化效率往往不高于80％，而且很多时候在50％左右，因此荧光材料在发光的同时会产生大量的热，进而为荧光材料乃至整个色轮加温，并最终达到热平衡。随着激发光的光强和光功率的增大，色轮达到热平衡时的温度会越来越高。例如，当激发光的光功率达到30W时，荧光材料的温度将高于120℃，而荧光材料的热量会同时传递到基板以及驱动装置上，并导致基板与驱动装置的温度升高。

然而，驱动装置的运行温度存在上限值，一般来说，这个上限值在85℃左右，超过该上限值，驱动装置的使用寿命会大幅下降。例如，色轮在敞开的25℃环境下，马达的运行温度为41.5℃，这样马达的寿命可以超过20000个小时；而色轮在密闭的25℃环境下，马达的运行温度会超过100℃，这样马达的使用寿命会大幅下降，从而严重影响到整个光源的使用寿命。因此，为了保证整个光源的使用寿命，现有技术中色轮均运行于敞开式的环境中。

在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，由于色轮的运行环境是敞开的，灰尘会影响到马达的使用寿命和荧光材料的发光效率，从而降低整个光源的使用寿命和发光效率。因此，色轮的防尘和散热问题成为一对无法兼顾的矛盾体。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种波长转换装置及发光装置，能够同时兼顾色轮的防尘和散热问题。

本发明实施例提供一种波长转换装置，包括：用于吸收激发光并产生受激光的波长转换层；用于驱动该波长转换层使波长转换层周期性运动的驱动装置；用于密封波长转换层与驱动装置的盒子，该盒子包括用于透射激发光至波长转换层的第一区域以及用于透射受激光的第二区域；还包括设于盒子外部的用于对盒子散热的外部风扇，和/或设于盒子外表面的外部散热器。

本发明实施例还提供一种发光装置，包括上述波长转换装置；激发光源，用于产生上述激发光。

与现有技术相比，本发明包括如下有益效果：

本发明实施例中，通过盒子密封波长转换层与驱动装置，从而可以防止灰尘影响驱动装置的使用寿命和波长转换材料的发光效率；并且，通过外部散热器和/或外部风扇对盒子进行散热，能够使得驱动装置在密闭环境下的运行温度低于上限值，从而同时解决了现有技术中色轮的防尘和散热问题。

附图说明

图1是本发明实施例中波长转换装置的一个实施例的俯视图；

图2是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图；

图3是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图；

图4是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图；

图5是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图；

图6是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图；

图7是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图；

图8是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。

实施例一

请参阅图1，图1是本发明实施例中波长转换装置的一个实施例的俯视图。如图1所示，波长转换装置100包括波长转换层110、驱动装置120、盒子130以及外部散热器140。

波长转换层110用于吸收激发光并产生受激光。波长转换片110包括波长转换材料。最常用的波长转换材料是荧光粉，例如钇铝石榴石(YAG)荧光粉，它可以吸收蓝光并受激产生黄色的受激光。波长转换材料还可能是量子点、荧光染料等具有波长转换能力的材料，并不限于荧光粉。在很多情况下，波长转换材料往往是粉末状或颗粒状的，难以直接形成波长转换材料层，此时就需要使用一种粘接剂把各个波长转换材料颗粒固定在一起，并形成特定的形状，如片层状。

本实施例中，波长转换层110包括层叠设置的基板111与波长转换片112，基板111用于承载波长转换片112。事实上，波长转换材料也可以掺入硬质材料(如透明玻璃片)中形成波长转换片，此时波长转换层110中则无需另设用于承载波长转换片的基板。

驱动装置120(例如马达)与基板111固定连接，用于驱动波长转换层110使波长转换层周期性转动。此时基板111优选为圆盘状，沿周向设置有至少两个区域，各区域设有不同的波长转换片112，以将激发光转换为不同的受激光。当驱动装置带动波长转换层110转动时，基板111的各区域上的波长转换片112依次设置于激发光的照射路径上，从而波长转换层110依序出射不同的受激光。上述至少两个区域也可以至少一个设有波长转换片的区域、以及至少一个无波长转换片的透明区域。当然，基板111也可以沿周向只有一个区域。

盒子130用于密封波长转换层110与驱动装置120，驱动装置120的背向基板111的表面固定连接于盒子130的内壁。盒子130可以呈规则的或不规则的任何形状，优选为与波长转换层110匹配的方形。

盒子130包括用于透射激发光至波长转换层110的第一区域131以及用于透射波长转换层110产生的受激光的第二区域132。本实施例中，波长转换装置100采用透射式，即波长转换装置的入射光方向与出射光方向一致，因而基板111透射激发光。盒子130的第一区域131与第二区域132均可以采用普通的透光片制成。在只需要受激光的应用场景下，第一区域优选采用只透射激发光的滤光片制成，第二区域132优选采用透射受激光反射激发光的滤光片制成，以提高波长转换装置的出光纯度。在需要受激光与激发光的应用场景下，第二区域132优选采用只透射激发光与受激光的滤光片制成。

本实施例中，基板111位于第一区域131与波长转换片112之间，波长转换片112位于基板111与第二区域132之间，基板111采用透射激发光反射受激光的滤光片制成，以将波长转换片112逆着波长转换装置的出光方向出射的受激光反射成以该出光方向出射，从而提高波长转换装置100的出光效率。此外，由于入射于波长转换片112的激发光通常是经准直透镜后的准直光，而波长转换片112出射的受激光呈朗伯分布，发散角度较大，因而第一区域131优选小于第二区域132。

此外，由于驱动装置包括驱动线，因此盒子130还可以包括一用于使该驱动线恰好伸出的开口(图未示)。优选地，可以采用橡胶圈套设于驱动线并密封该开口，以保证盒子的密封性。在其它实施例中，也可以定制无驱动线的驱动装置，此时可将驱动装置的各驱动端焊接于一PCB的一面上，在盒子上设一开口，该PCB覆盖该开口，并在盒子外部设置多条导线，该导线电连接于PCB与驱动端的各焊接点，从而将驱动装置的驱动线转移至盒子的外部。

外部散热器140设于盒子130外表面，用于对盒子130散热。本发明中，为了区分设于盒子130外部与内部的散热器，将设于盒子外部和内部的散热器分别称为外部散热器和内部散热器。容易理解的是，外部散热器140可以设于盒子130的外表面的不遮挡第一区域131与第二区域132的任意位置。也可以在盒子的外表面设置多个外部散热器140，例如，可以在图1中所示的外部散热器140所在盒子表面的相对面另设一个外部散热器。

在实际应用中，散热器可以有多种形式，本实施例中外部散热器140具体为散热鳍片。散热鳍片140可以固定连接于盒子130的外表面，连接方式可以采用焊接、粘接或其它方式。散热鳍片的与盒子外表面接触的面为散热面，由于散热鳍片采用高导热的金属材料加工而成，因而由散热面传导的热量可以在散热鳍片内部快速传导扩散至散热鳍片的其它表面，并通过这些表面与空气的接触把热量传播到外界。通过设计散热鳍片140的形状与尺寸，可以使得散热鳍片通过降低盒子外表面的温度，将驱动装置120在盒子130内的运行温度降低至低于上限值(85℃左右)。在优选的实施例中，散热鳍片140也可以与盒子130合为一体成型器件。

散热器还可以采用其它多种形式，例如热管，热管散热技术是利用热管中的液体的挥发将热管第一端的热量快速传导到热管第二端以实现对热管第一端的散热。如果使用热管散热技术来实现本发明的散热器，则热管第一端所连接的平面为散热面。

与现有技术相比，本实施例中，通过盒子密封波长转换层与驱动装置，从而可以防止灰尘影响驱动装置的使用寿命和波长转换材料的发光效率；并且，通过外部散热器对盒子进行散热，能够使得驱动装置在密闭环境下的运行温度低于上限值，从而同时解决了色轮的防尘和散热问题。

实施例二

请参阅图2，图2是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图。如图2所示，波长转换装置200包括波长转换层210、驱动装置220、盒子230以及外部风扇250。波长转换层210包括基板211与波长转换片212。盒子230包括第一区域231与第二区域232。

本实施例与图1所示实施例的区别之处在于：本实施例中，采用外部风扇250替代图1中的外部散热器140对盒子进行散热。外部风扇250设于盒子230的外部。本发明中，为了区分设于盒子外部与内部的风扇，将设于盒子外部和内部的风扇分别称为外部风扇和内部风扇。容易理解的是，可以在盒子的外部设置多个外部风扇，外部风扇250可以设于盒子230的外部的不遮挡第一区域231与第二区域232的任意位置。

与现有技术相比，本实施例中，通过盒子密封波长转换层与驱动装置，从而可以防止灰尘影响驱动装置的使用寿命和波长转换材料的发光效率；并且，通过外部风扇对盒子进行散热，能够使得驱动装置在密闭环境下的运行温度低于上限值，从而同时解决了色轮的防尘和散热问题。

实施例三

请参阅图3，图3是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图。如图3所示，波长转换装置300包括波长转换层310、驱动装置320、盒子330、外部散热器340以及外部风扇350。波长转换层310包括基板311与波长转换片312。盒子330包括第一区域331与第二区域332。

本实施例与图1所示实施例的区别之处包括以下两点：

(1)波长转换装置300采用反射式，即波长转换装置300的入射光方向与出射光方向相反，因而第一区域331与第二区域332合为同一区域，波长转换片312位于基板311与第一区域331(第二区域332)之间，且基板311反射波长转换片312产生的受激光。优选地，基板311为反射镜，以将未被波长转换片吸收的激发光也反射回波长转换片312。

(2)除了外部散热器340之外，波长转换装置300还包括外部风扇350，且外部风扇350用于对外部散热器340散热以对盒子330散热。外部风扇350可增强外部散热器340表面与空气的热交换，提高外部散热器对盒子的散热效果。

与图1所示实施例相比，本实施例中，由于增加外部风扇提高外部散热器对盒子的散热效果，因而能够使得驱动装置在密闭环境下的运行温度更低，从而进一步提高了驱动装置的使用寿命，提高了整个波长转换装置的使用寿命。

实施例四

请参阅图4，图4是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图。如图4所示，波长转换装置400包括波长转换层410、驱动装置420、盒子430、外部散热器440以及内部风扇460。波长转换层410包括基板411与波长转换片412。盒子430包括第一区域431与第二区域432。

本实施例与图1所示实施例的区别之处包括：

本实施例在图1所示实施例的基础上，增加了设于盒子430内部的内部风扇460，以增强驱动装置420、波长转换层410与盒子内部空气的热交换，以提高驱动装置420、波长转换层410与盒子430的热交换速度，提高外部散热器440的散热效果。

容易理解的是，内部风扇460可以设于盒子430的内部的不遮挡第一区域431与第二区域432的任意位置。此外，也可以用设于盒子430的内表面的内部散热器替代内部风扇460。外部散热器440也可以用一外部风扇替代。

实施例五

请参阅图5，图5是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图。如图5所示，波长转换装置500包括波长转换层510、驱动装置520、盒子530、外部散热器540。波长转换层510包括基板511与波长转换片512。盒子530包括第一区域531与第二区域532。

本实施例与图1所示实施例的区别之处包括：

盒子530至少有一个表面设有热电制冷装置570，热电制冷装置570包括相对的制冷面571和制热面572。热电制冷装置是利用固体的热电效应，通过加在正负两个电极之间的电势差在制冷面和制热面之间产生一定的温度差的制冷装置，其中制冷面的温度低于制热面的温度。制冷面与制热面之间的温度差取决于热电制冷装置的额定制冷功率以及加在其正负两个电极之间的电势差和电流的大小。最常用的热电制冷装置是半导体制冷片，其制冷面与制热面之间的温度差从几摄氏度到上百摄氏度不等。

热电制冷装置570的制冷面571覆设于盒子530的外表面上，外部散热器540设于热电制冷装置570的制热面上，即通过热电制冷装置570设于盒子530的外表面。制冷面571与盒子530之间、以及外部散热器540与制热面572之间的固定方式均可以采用粘接、焊接或其它方式。优选地，本实施例中，在图5中所示的热电制冷装置570所在盒子表面的相对面另设一对相同的热电制冷装置及外部散热器(图未示)，且两对热电制冷装置及外部散热器相对驱动装置520对称设置。

可通过设计散热鳍片140的形状与尺寸，将散热鳍片140与制热面572的接触面的温度降至80℃以下。可以通过挑选合适的热电制冷装置和控制热电制冷装置正负极两端的电压和电流，来控制该热电制冷装置570的制冷面和制热面之间的温度差，使该温差大于50℃，此时制冷面571的温度降至30℃以下。而盒子530可采用高导热的金属材料制成，且厚度可以很薄，因而盒子的内壁至热电制冷装置570的制冷面的温差可以忽略不计，即盒子的内壁温度可以降至30℃以下。由于驱动装置520与盒子530的内壁之间存在空气以及波长转换层510这个热源，因而驱动装置520与盒子530的内壁之间存在温差，该温差大致在30℃左右，因而驱动装置520的温度大致可以降至60℃以下，低于上限值(85℃左右)。

与图1所示实施例相比，本实施例中，由于在盒子与外部散热器之间设置热电制冷装置对盒子进行散热，因此能够使得驱动装置在密闭环境下的运行温度更低，从而进一步提高了驱动装置的使用寿命，提高了整个波长转换装置的使用寿命。

实施例六

请参阅图6，图6是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图。如图6所示，波长转换装置600包括波长转换层610、驱动装置620、盒子630、外部散热器640以及热电制冷装置670。波长转换层610包括基板611与波长转换片612。盒子630包括第一区域631与第二区域632。热电制冷装置670包括制冷面671与制热面672。

本实施例与图5所示实施例的区别之处包括：

热电制冷装置670作为盒子630的一部分，热电制冷装置670的两端固定连接于盒子的其它部分，使得热电制冷装置670的制冷面671接触盒子内部的空气。

实施例七

请参阅图7，图7是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图。如图7所示，波长转换装置700包括波长转换层710、驱动装置720、盒子730、外部散热器740以及热电制冷装置770。波长转换层710包括基板711与波长转换片712。盒子630包括第一区域731与第二区域732。热电制冷装置770包括制冷面771与制热面772。

本实施例与图5所示实施例的区别之处包括：

热电制冷装置770的制热面覆设于盒子730的至少一个内表面，使得热电制冷装置770的制冷面771接触盒子内部的空气，外部散热器740设于该内表面对应的外表面上，并且，外部散热器740与盒子730合为一体成型器件，以提高散热效果并降低制作成本。

实施例七

请参阅图8，图8是本发明实施例中波长转换装置的另一实施例的俯视图。如图8所示，波长转换装置800包括波长转换层810、驱动装置820、盒子830、外部散热器840以及热电制冷装置870。波长转换层810包括基板811与波长转换片812。盒子830包括第一区域831与第二区域832。热电制冷装置870包括制冷面871与制热面872。

本实施例与图7所示实施例的区别之处包括：

波长转换装置800还包括外部风扇850，用于对外部散热器840散热以对盒子830散热。外部风扇850可增强外部散热器840表面与空气的热交换，提高外部散热器及热电制冷装置的散热效果。

容易理解的是，在图5至图8所示实施例中，热电制冷装置可以设置于盒子至少一表面的不遮挡第一区域和第二区域的任意位置。并且，在图5至图8所示实施例中，均可以用外部风扇替代外部散热器，用于对热电制冷装置的制热面散热以对盒子散热；或者，也可以在盒子内部增设一内部风扇或内部散热器，用于增强波长转换层、驱动装置与空气的热交换，以及空气与盒子的热交换，提高热电制冷装置与外部散热器的散热效果。

以上各实施例均以驱动装置驱动圆盘状的波长转换层周期性转动为例进行说明，但并不以此限定本发明。在其他实施例中，波长转换层也可以设置成在驱动装置的驱动下周期性转动的筒状结构；或者，驱动装置也可以驱动波长转换层周期性往返移动，此时波长转换层可以是在驱动装置驱动下周期性平移的带状结构。此为公知技术，此处不作赘述。

由上述各实施例可以概括得出，本发明实施例中的波长转换装置包括：用于吸收激发光并产生受激光的波长转换层；用于驱动该波长转换层使波长转换层周期性运动的驱动装置；用于密封波长转换层与驱动装置的盒子，该盒子包括用于透射激发光至波长转换层的第一区域以及用于透射受激光的第二区域；还包括设于盒子外部的用于对盒子散热的外部风扇，和/或设于盒子外表面的外部散热器。

与现有技术相比，本发明实施例中，通过盒子密封波长转换层与驱动装置，从而可以防止灰尘影响驱动装置的使用寿命和波长转换材料的发光效率；并且，通过外部散热器或外部风扇对盒子进行散热，能够使得驱动装置在密闭环境下的运行温度低于上限值，从而同时解决了色轮的防尘和散热问题，具有使用寿命及发光效率较高的优点。

此外，本发明实施例还提供一种发光装置，包括用于产生上述激发光的激发光源，以及波长转换装置，该波长转换装置可以具有上述各实施例中的结构与功能。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种波长转换装置，其特征在于，包括：

用于吸收激发光并产生受激光的波长转换层；

用于驱动该波长转换层使波长转换层周期性运动的驱动装置；

用于密封所述波长转换层与驱动装置的盒子，该盒子包括用于透射所述激发光至波长转换层的第一区域以及用于透射所述受激光的第二区域；

还包括设于所述盒子外部的用于对盒子散热的外部风扇，和/或设于所述盒子外表面的外部散热器。

2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述驱动装置包括驱动线，所述盒子还包括用于使所述驱动线恰好伸出的开口。

3.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，该波长转换装置还包括内部散热器，设于所述盒子的内表面。

4.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，该波长转换装置还包括内部风扇，设于所述盒子的内部。

5.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，该波长转换装置包括所述外部散热器与外部风扇，所述外部风扇用于对外部散热器散热以对所述盒子散热。

6.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述盒子至少有一个表面设有热电制冷装置，该热电制冷装置包括相对的制冷面和制热面，该制冷面接触所述盒子内部的空气或覆设于盒子的外表面上；

所述波长转换装置包括所述外部风扇，该外部风扇用于对所述制热面散热以对所述盒子散热。

7.根据权利要求6所述的波长转换装置，其特征在于，还包括所述外部散热器，设于所述热电制冷装置的制热面上，所述外部风扇用于对该外部散热器散热以对所述盒子散热。

8.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述盒子至少有一个表面设有热电制冷装置，该热电制冷装置包括相对的制冷面和制热面，该制冷面接触盒子内部的空气或覆设于盒子的外表面上；

所述波长转换装置包括设于所述制热面的外部散热器。

9.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换层包括层叠设置的波长转换片及基板，所述波长转换片位于第一区域与该基板之间，所述基板用于反射所述受激光；

第一区域与第二区域合为同一区域。

10.一种发光装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至9中任一项所述的波长转换装置；

激发光源，用于产生所述激发光。

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