CN103836349A

CN103836349A - 发光装置

Info

Publication number: CN103836349A
Application number: CN201310747205.1A
Authority: CN
Inventors: 吴震
Original assignee: Individual
Current assignee: Yang Yi
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2033-12-31
Also published as: CN103836349B

Abstract

本发明提出一种发光装置，包括离心风扇，该离心风扇包括导热旋转台，该导热旋转台固定连接于离心风扇的扇叶的中心并随扇叶一起转动；还包括覆盖于导热旋转台外表面的波长转换层；还包括位于离心风扇旁边或四周的散热器，从离心风扇侧面吹出的风沿着散热器的肋片传播并为散热器散热；还包括固定于散热器上的激发源和位于激发源发光光路上的反射装置，反射装置以反射的方式引导激发源发出的激发光入射于波长转换层并使其发射受激光。离心风扇为波长转换层提供转动以使其局部热量得以扩散开，同时可以为导热旋转台散热，而吹出的空气流可以为激发源的散热器散热，这样离心风扇同时实现多重作用，整体结构简单紧凑。

Description

发光装置

技术领域

本发明涉及光源领域，特别是涉及发光装置。

背景技术

当前，光源技术已经被应用于诸多领域，应用最多的光源是卤素灯和荧光灯。这些光源的最大的问题是亮度不足。近年来，LED光源发展迅速，利用蓝色的LED激发涂敷于LED表面的黄色荧光粉来产生白光，这种光源已经开始在市场上普及。但问题在于单颗LED光源的功率较低，依然存在亮度不足的问题。

而高亮度光源领域，常用的是高压汞灯和氙灯光源，这样的光源依靠超短的灯弧而具有很高的亮度（能量密度），但问题在于其寿命只有1000小时左右，使用成本很高。

发明内容

本发明提出一种发光装置，包括离心风扇，该离心风扇包括导热旋转台，该导热旋转台固定连接于离心风扇的扇叶的中心并随扇叶一起转动；还包括覆盖于导热旋转台外表面的波长转换层；还包括位于离心风扇旁边或四周的散热器，从离心风扇侧面吹出的风沿着散热器的肋片传播并为散热器散热；还包括固定于散热器上的激发源和位于激发源发光光路上的反射装置，反射装置以反射的方式引导激发源发出的激发光入射于波长转换层并使其发射受激光。

本发明的发光装置中，离心风扇为波长转换层提供转动以使其局部热量得以扩散开，同时可以为导热旋转台散热，而吹出的空气流可以为激发源的散热器散热，这样离心风扇同时实现多重作用，整体结构简单紧凑。

附图说明

图1a表示了本发明第一实施例的发光装置的结构示意图；

图1b表示了图1a的实施例的仰视图；

图1c表示了图1a的实施例中离心风扇的扇叶的俯视图；

图1d表示了离心风扇扇叶俯视图的另一个举例；

图2a表示了本发明另一个实施例的发光装置的结构示意图；

图2b表示了图2a实施例中波长转换层和导热材料的俯视图；

图3表示了离心风扇结构的另一个实施例；

图4a表示了本发明的另一个实施例的发光装置的结构示意图；

图4b表示了表示了图4a实施例中波长转换层和导热材料的俯视图。

具体实施方式

本发明提出一种发光装置，其结构示意图如图1a所示。该发光装置包括离心风扇101，该离心风扇包括导热旋转台104，该导热旋转台104固定连接于离心风扇的扇叶103的中部并随扇叶103一起转动。具体来说，扇叶103还包括底板110，该底板110固定连接于离心风扇的马达102，使得马达102在转动时能够带动扇叶103转动。扇叶103和底板110的俯视图如图1c所示，可见各扇叶围绕中心呈圆周对称分布，每一片扇叶的走向是沿着径向方向并稍稍向顺时针方向弯曲，各扇叶在中心形成一个空腔。

根据离心风扇的工作原理，离心风扇必然包括一进气口，该进气口与空腔连通，进气的方向是沿着转动轴的方向。随着扇叶的转动，扇叶间的空气由于加速度在其中心的空腔中将产生一个负压，该负压会将空气通过进气口吸入空腔内，以此形成空气的流动，即空气从进气口吸入空腔，并沿着扇叶的走向向外从离心风扇的侧面射出。

在本实施例中，底板110和导热旋转台104进气口夹住了扇叶以形成风道，在导热旋转台中间有开孔104a，该开孔104a就充当了离心风扇的进气口的作用。在图1a中以实线空心箭头表示空气流入离心风扇的方向，以虚线空心箭头表示空气流出离心风扇的方向。

图1a所示的发光装置还包括覆盖于导热旋转台104外表面的波长转换层105，还包括位于离心风扇101四周的散热器106，从离心风扇侧面吹出的风（在图1a中以虚线空心箭头表示）沿着散热器106的肋片传播并为散热器106散热。发光装置的仰视图如图1b所示，其中散热器106的肋片表示为106a，可见散热器的肋片的走向是沿着径向的，这样从离心风扇101吹出的风能够沿着肋片106a传播并为肋片和导热旋转台104的内表面散热。

发光装置还包括固定于散热器106上的激发源107和位于激发源107发光光路上的反射装置108，反射装置108以反射的方式引导激发源106发出的激发光131入射于波长转换层105并使其发射受激光。图中只以107表示了标识出了一个激发源，实际上图中画了两个激发源，107都能够指代。反射装置也是相类似的情况，不再重复说明。在实际使用中，可能出现多个激发源或只有一个激发源，反射装置也可能是一个或者多个，或者一个反射装置反射多个激发源发出的激发光。这些举例都显然属于本发明的保护范围。

本实施例中的波长转换层105接收来自上方入射的激发光131，当激发光131入射于波长转换层105的某一个位置时，随着离心风扇的旋转带动导热旋转台104和波长转换层105一起旋转，此时激发光入射于波长转换层105的光斑就变成了一个圆形的轨迹，这使得光斑局部的热量可以扩散到整个轨迹范围内从而避免了波长转换层局部过热而引起的效率下降。同时，随着离心风扇的转动空气流会流过导热旋转台的内表面从而为导热旋转台散热，进而起到了为波长转换层降温的作用，而从离心风扇侧面流出的气流还会流过激发源的散热器106的肋片从而为激发源散热。可见离心风扇同时起到了三个作用，因此本发明的发光装置具有体积小、效率高、温度低的优点。

在本实施例中，散热器106围绕在离心风扇四周，在实际应用中散热器也可以在离心风扇的旁边，离心风扇吹出的风同样可以为散热器散热。为了增强散热效果，此时可以在离心风扇侧面加导流罩，使得从其中流出的气流沿着导流罩从特定的位置吹出，这样可以引导气流尽量多的流过散热器。

导热旋转台可以选用常用的导热材料，例如金属材料或陶瓷。优选的，导热旋转台的外表面包括反射层，该反射层能够反射激发光和波长转换层发射的受激光，这有利于光全部从波长转换层的上侧出射而提高光收集效率。

优选的，离心风扇的扇叶为金属扇叶，例如轻质的铝扇叶，且扇叶与导热旋转台热连接。这样导热旋转台的热量可以传递于离心风扇的扇叶，当空气在扇叶之间流动时能够为扇叶散热，从而增强了对导热旋转台的散热效果。但是这会带来一个问题，当扇叶都是金属材料时，重量会比较大，这对于风扇的马达是一个很大的负担。为了解决这个问题，可以使离心风扇的扇叶部分为金属材料，部分为塑料材料。其中金属材料的扇叶与导热旋转台热连接，这样这部分金属材料的扇叶可以增强散热效果，同时与全部扇叶都是金属材料相比重量有所降低。如图1d所示，图1d为离心风扇的扇叶的另一种构造的俯视图，金属材料的扇叶（以实线表示）103a与塑料材料的扇叶（以虚线表示）103b相互交错排列，这样在金属材料的扇叶数目一定的情况下实现了散热效果的最佳化。

在以上实施例中，离心风扇的扇叶走向都是沿着径向并向顺时针弯曲，这在实际应用中可以进一步的优化，例如使得扇叶走向沿着径向，或者向逆时针方向弯曲，这都是可能的情况，并都在本发明的保护范围以内。

本发明的另一个实施例的结构示意图如图2a所示。与图1a所示的实施例不同的是，在本实施例中，还包括透明导热片207，该透明导热片207包括两个区，第一区覆盖在波长转换层205的至少部分表面上并与波长转换层205接触，第二区以导热材料206与导热旋转台的外表面热连接。图2b表示了导热材料206和波长转换层205的俯视图，可见波长转换层205位于导热旋转台的外围，呈环状分布，导热材料206位于波长转换层205的内侧，导热材料的中心也包括通孔。透明导热片207中心包括通孔，这样空气就可以通过这两个通孔流入扇叶中心的空腔。

由于激发光是从波长转换层的上表面入射，因此波长转换层的上表面所承受的激发光的光强最强，而随着激发光被逐渐的吸收，波长转换层中越靠近导热旋转台的位置所需要承受的激发光的光强就越弱。因此可以推断，波长转换层的上表面温度最高，而波长转换层中越靠近导热旋转台的位置温度越低。由于导热旋转台靠近波长转换层最下层的位置，因此它对波长转换层的温度最高的上表面的散热帮助很小。波长转换层205的上表面的热量主要传递给与其接触的透明导热片207的第一区，再经过透明导热片207本身的热传导将热量从第一区传递到第二区，再从第二区经过导热材料206传递给导热旋转台而散失掉，以此来实现波长转换层205上表面的散热。

因此，在本实施例中，由于波长转换层205的两侧的热量都可以快速散失掉，尤其是温度最高的一侧的热量可以通过透明导热片207散失掉，这样保证了波长转换层205的高效率和高可靠性。

根据上面的描述可知，透明导热片207的第一区并不一定要覆盖住波长转换层205的全部区域，而是只需要覆盖住波长转换层205的被激发光激发的区域即可。

透明导热片207可以有多种选择，可以是成本低廉的玻璃片，也可以是导热率较高的透明蓝宝石片，对此本发明并不做限制。优选的，透明导热片207的表面镀有增透膜。

在实际应用中，导热材料206有多种选择，以下本发明做两个举例说明，但本发明对此并不做限制。

例如，导热材料206为金属焊料，透明导热片207的第二区以金属焊料206与导热旋转台的外表面焊在一起以实现热连接。具体工艺方面，可以在透明导热片207的第二区表面先镀一层金属膜以实现与金属焊料207的充分焊接，金属膜常用的是银膜或金膜，当然其它有利于焊接的金属膜也可以使用；同时在导热旋转台的外表面与透明导热片207的第二区对应的区域也可以镀金属膜以增强焊接效果。金属焊料可以选用经常使用的焊膏，也可以使用不含有助焊剂的焊料预制片，焊料预制片的好处在于不会挥发出助焊剂污染波长转换层。

导热材料206为金属焊料的好处在于导热性强和密封作用良好，有利于散热，而缺点在于操作不便。操作较为简便的方式可能是，导热材料206选用导热胶，透明导热片207的第二区以导热胶206与导热旋转台的外表面粘接在一起以实现热连接。导热胶操作简单，但是导热性比金属焊料低得多，而且成本也比较高。

在本实施例中，优选的，波长转换层205与透明导热片207之间存在空气隙。如果不存在空气隙，则波长转换层发出的光入射于透明导热片207后会有很大部分的角度很大，这部分光线会在透明导热片207的上表面发生全反射从而沿着透明导热片横向的传播，这会造成光斑的扩散而降低亮度。空气隙的存在，使得波长转换层发出的光线入射于透明导热片表面时发生折射从而在透明导热片内部都是小角度，从而不会发生全反射的现象。

在实际使用中，一般来说波长转换层是以胶质包裹荧光粉来实现的（荧光粉胶质层），用得最多的胶质就是硅胶。在激发光的激发下，波长转换层会发热，当温度达到一定的程度时胶质会发生软化和膨胀，在软化和膨胀的同时作用下，波长转换层就可能与透明导热片的第一区发生粘连，在粘连的区域空气隙不复存在，光开始发生横向扩散。

为了防止粘连现象的出现，波长转换层205面向透明导热片207的一面包括硬化层，该硬化层用于防止波长转换层205与透明导热片207相互粘连。即使波长转换层205发生膨胀使得波长转换层205与透明导热片207之间产生了压应力，由于有硬化层，两者之间也不会粘连，从而会有很薄的空气隙保持在两者之间。

在具体实现方面，硬化层有多种实现方法，以下本发明仅作几个举例说明，但并不对此构成限制。

例如，硬化层可以为硬质颗粒层。硬质颗粒可以是氧化硅颗粒、氧化钛颗粒、金刚石颗粒等等不吸光的颗粒，也可以是荧光粉颗粒。这些硬质颗粒被喷洒并粘附在荧光粉胶质层表面形成一薄层。当波长转换层由于膨胀而压向透明导热片时，这些硬质颗粒会部分的嵌入胶质层从而释放压应力并将胶质层与透明导热片隔离开来。

再例如，硬化层可以是硬质胶层，例如环氧树脂。在荧光粉胶质层表面喷一层很薄的硬质胶层，可以使表面硬度提高，阻碍荧光粉胶质层与透明导热片的粘连。再例如，硬化层可以是硬质镀膜。在荧光粉胶质层表面镀薄膜，例如氧化硅、氧化钛、氧化铝等透明薄膜，也可以使波长转换层表面发生硬化。

在上述实施例中，离心风扇的进气口都是开在导热旋转台上，实际上进气口也可以开在扇叶底板上，如图3所示。与图2a所示的实施例中的离心风扇不同的是，图3所示的离心风扇中马达302与导热旋转台304直接固定连接，马达302带动导热旋转台304转动，这样扇叶303与马达共用了厚度，使得离心风扇整体更薄。同时，进气口310a位于底板310上的靠近马达的位置，这样导热材料306和透明导热片307的中心就不需要挖通孔，在实际应用中比较方便。图中实线空心箭头表示进入离心风扇的空气流，虚线空心箭头表示流出离心风扇的空气流。

本发明的另一个实施例的结构示意图如图4a所示。与图2a所示的实施例不同的是，在本实施例的发光装置中，还包括锥形光收集装置411，该锥形光收集装置411包括相对的大口和小口，小口面向波长转换层405；激发光431和432入射于锥形光收集装置411的大口并经过锥形光收集装置411的引导而从小口出射并入射于波长转换层405，波长转换层405发射的受激光433入射于锥形光收集装置411的小口并经过锥形光收集装置411的引导而从大口出射。激发光入射于锥形光收集装置后会被其侧壁反射，这个过程有使激发光均匀化的作用，这样在波长转换层上形成的激发光光斑可以基本均匀，这有利于消除激发光光斑的局部亮点和提高波长转换层的效率。另一方面，受激光和剩余的未被吸收的激发光从波长转换层出射后也会经过锥形光收集装置411的均匀混合后再出射，这样对出射光的均匀性有很大帮助。

与图2a所示的实施例的另一个不同点在于，在本实施例的发光装置中，更为优选的，波长转换层405的外侧还包括一圈导热材料406，这样导热材料406可以把波长转换层405密封在透明导热片407和导热旋转台之间（参考图4b的波长转换层和导热材料的俯视图），这样对波长转换层的可靠性有帮助，同时对导热旋转台外表面的反射层的可靠性也有帮助。这是因为波长转换层中的波长转换材料可能会于空气中的水汽或氧气发生化学反应，而金属反射层（例如银反射层或铝反射层）往往在高温下也会在空气中发生氧化而降低反射率。因此更为优选的，导热材料把波长转换层密封在透明导热片和导热旋转台之间，在该密封空间内填充惰性气体或抽真空，来进一步的保护波长转换层和导热旋转台外表面的反射层。

在本发明的上述各实施例中，波长转换层并没有做过多描述，这是因为波长转换层为比较成熟的现有技术。波长转换层可以包括单一波长转换材料，也可以包括多种波长转换材料，也可能是同时发射多种颜色光。波长转换层也可能是具有多个区，每个区的波长转换特性不同，也可能有些区不包括波长转换材料。还可以通过移动波长转换装置与激发光的相对位置使得激发光入射于波长转换层的不同圆周来调整出射光的颜色、亮度等参数，或是延长波长转换层的使用寿命。这些举例在现有技术中都有应用，都属于本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的实施例，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

1.一种发光装置，其特征在于：

包括离心风扇，该离心风扇包括导热旋转台，该导热旋转台固定连接于离心风扇的扇叶的中部并随扇叶一起转动；

还包括覆盖于导热旋转台外表面的波长转换层；

还包括位于离心风扇旁边或四周的散热器，从离心风扇侧面吹出的风沿着散热器的肋片传播并为散热器散热；

还包括固定于散热器上的激发源和位于激发源发光光路上的反射装置，反射装置以反射的方式引导激发源发出的激发光入射于所述波长转换层并使其发射受激光。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述离心风扇的扇叶部分为金属材料，部分为塑料材料。

3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，金属材料的扇叶与塑料材料的扇叶相互交错排列。

4.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，还包括透明导热片，该透明导热片包括两个区，第一区覆盖在波长转换层的至少部分表面上并与波长转换层接触，第二区以导热材料与导热旋转台的外表面热连接。

5.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于，所述导热材料为金属焊料或导热胶。

6.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于，所述导热材料把波长转换层密封在透明导热片和导热旋转台之间。

7.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于，所述波长转换层与所述透明导热片之间存在空气隙。

8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，所述波长转换层面向透明导热片的一面包括硬化层，用于防止波长转换层与透明导热片相互粘连。

9.根据权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述硬化层为硬质颗粒层，或者为硬质胶层，或者为硬质镀膜。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的发光装置，其特征在于，还包括锥形光收集装置，该锥形光收集装置包括相对的大口和小口，小口面向所述波长转换层；所述激发光入射于锥形光收集装置的大口并经过锥形光收集装置的引导而从小口出射并入射于波长转换层，波长转换层发射的受激光入射于锥形光收集装置的小口并经过锥形光收集装置的引导而从大口出射。