CN103840068B - 波长转换装置和发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种波长转换装置和发光装置，包括旋转马达和圆形散热器，该圆形散热器的第一基板和第二基板之间包括与两者固定连接的多片相对于圆心呈发散状分布的叶片，这些叶片在圆心处围成一个空腔；其中，第二基板同心的固定于马达旋转面上或者与马达旋转面一体成型，第一基板上包括与所述空腔相连的穿透区；还包括覆盖在第一基板外表面的波长转换层，该波长转换层不覆盖第一基板的穿透区。马达带动散热器和波长转换层旋转使得光斑局部的热量可以扩散到整个轨迹范围内；同时，散热器的旋转使叶片中的空气产生负压，该负压将第一基板上方的空气吸入空腔中而形成风流，该风流进一步的降低了波长转换层的温度。
Description
技术领域
本发明涉及光源领域，特别是涉及波长转换装置和使用这种波长转换装置的发光装置。
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
本发明提出一种波长转换装置，包括旋转马达，该马达包括一旋转面；还包括圆形散热器，该圆形散热器包括相对的第一基板和第二基板，第一基板和第二基板之间包括与两者固定连接的多片相对于圆心呈发散状分布的叶片，这些叶片在圆心处围成一个空腔；其中，第二基板同心的固定于马达旋转面上或者与马达旋转面一体成型，第一基板上包括与所述空腔相连的穿透区；还包括覆盖在第一基板外表面的波长转换层，该波长转换层不覆盖第一基板的穿透区。
本发明还提出一种发光装置，包括上述的波长转换装置，还包括激发源，激发源发射的激发光入射于波长转换装置的波长转换层并使其发射受激光。
本发明中的波长转换装置可以接收来自上方入射的激发光，随着马达的旋转带动散热器和波长转换层一起旋转，此时激发光入射于波长转换层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，随着散热器的旋转，叶片中的空气由于加速度的作用而在空腔中产生负压，该负压通过第一基板的穿透区将第一基板上方的空气吸入空腔中而形成风流，该风流沿着叶片横向的流出散热器从而为散热器制冷，并进一步的降低了第一基板和波长转换层的温度。因此，本发明的波长转换装置具有体积小、效率高、温度低的优点。
附图说明
图1a表示了本发明第一实施例的波长转换装置的结构示意图；
图1b表示了图1a中的波长转换装置的分解图；
图1c表示了图1a中的波长转换装置的散热器的拆分俯视图；
图1d表示了另一种散热器叶片的俯视图；
图2a表示了本发明另一个实施例的波长转换装置的结构示意图；
图2b表示了图2a实施例中导热材料和波长转换层的俯视图；
图3a表示了本发明的发光装置的结构示意图；
图3b表示了图3a中的发光装置的仰视图。
具体实施方式
本发明提出一种波长转换装置，其结构示意图如图1a所示，其分解图如图1b所示。在图1a和图1b的波长转换装置中，包括旋转马达101，该马达包括一旋转面101a；还包括圆形散热器105，该散热器105的俯视图为圆形，该圆形散热器105包括相对的第一基板104和第二基板102，第一基板104和第二基板102之间包括与两者固定连接的多片相对于圆心呈发散状分布的叶片103，这些叶片103在圆心处围成一个空腔。其中，第二基板102同心的固定于马达旋转面101a上或者与马达旋转面101a一体成型，第一基板104上包括与空腔相连的穿透区104a。
第二基板102、叶片103和第一基板104的拆分俯视图如图1c所示，可见在本实施例中，叶片103呈圆周对称的发散状排列，这些叶片在圆心处围成一个圆形的空腔103a。相应的在第一基板104的中心有一个圆形的穿透区（通孔）104a，该圆形穿透区104a与空腔103a连接。
本实施例的波长转换装置还包括覆盖在第一基板104外表面的波长转换层106，该波长转换层106不覆盖第一基板104的穿透区104a。
本实施例中的波长转换装置可以接收来自上方入射的激发光，当激发光入射于波长转换层106的某一个位置时，随着马达101的旋转带动散热器105和波长转换层106一起旋转，此时激发光入射于波长转换层106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，随着散热器的旋转，叶片103中的空气由于加速度的作用而在空腔103a中产生负压，该负压通过第一基板104的穿透区104a将第一基板104上方的空气吸入空腔中而形成风流，该风流沿着叶片横向的流出散热器从而为散热器制冷，并进一步的降低了第一基板104和波长转换层106的温度。因此，本发明的波长转换装置具有体积小、效率高、温度低的优点。
在本实施例中，散热器的叶片的走向均沿着径向，实际上叶片走向可以进行优化，例如如图1d所示的叶片103的俯视图中，叶片103的走向会向顺时针方向弯曲。在实际应用中，叶片的走向也可能向逆时针方向弯曲，这都是可以根据现实情况来优化的，优化方法也是现成的理论，本发明不赘述。
马达的旋转面和散热器的第二基板可能是一体成型的，此时叶片就需要固定在马达旋转面上。第二基板在实际应用中可能是隔热材料，例如塑料材料或多孔材料，这样可以阻隔散热器的热量向马达传递以降低马达的温度，这对马达的使用寿命有很大的帮助。
优选的，散热器第一基板的外表面被波长转换层覆盖的部分包括反射层，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。
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208，该透明导热片208包括两个区，第一区覆盖在波长转换层206的至少部分表面上并与波长转换层206接触，第二区以导热材料207与散热器的第一基板的外表面热连接。图2b表示了导热材料207和波长转换层206的俯视图，可见波长转换层206位于散热器第一基板的外围，呈环状分布，导热材料207位于波长转换层206的内侧，导热材料的中心也包括通孔207a。透明导热片208中心包括通孔208a，这样空气就可以通过通孔207a和208a流入叶片中心的空腔。
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散热器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散热器的位置温度越低。由于散热器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206的上表面的热量主要传递给与其接触的透明导热片208的第一区，再经过透明导热片208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207传递给散热器而散失掉，以此来实现波长转换层206上表面的散热。
因此，在本实施例中，由于波长转换层206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208散失掉，这样保证了波长转换层206的高效率和高可靠性。
根据上面的描述可知，透明导热片208的第一区并不一定要覆盖住波长转换层206的全部区域，而是只需要覆盖住波长转换层206的被激发光激发的区域即可。
透明导热片208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208的表面镀有增透膜。
优选的，波长转换层206的外侧还包括一圈导热材料，这样导热材料可以把波长转换层密封在透明导热片208和散热器之间，这样对波长转换层的可靠性有帮助，同时对散热器第一基板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散热器之间，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散热器第一基板表面的反射层。
在实际应用中，导热材料207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207为金属焊料，透明导热片208的第二区以金属焊料207与散热器第一基板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208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；同时在散热器第一基板的外表面与透明导热片208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207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207选用导热胶，透明导热片208的第二区以导热胶207与散热器第一基板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206与透明导热片208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208后会有很大部分的角度很大，这部分光线会在透明导热片208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206面向透明导热片208的一面包括硬化层，该硬化层用于防止波长转换层206与透明导热片208相互粘连。即使波长转换层206发生膨胀使得波长转换层206与透明导热片208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。
本发明还提出一种发光装置，其结构示意图如图3a所示，该发光装置包括上述的波长转换装置300，还包括激发源352，激发源352发射的激发光361入射于波长转换装置300的波长转换层并使其发射受激光。
激发源352的散热器351和波长转换装置300的仰视图如图3b所示，可见激发源352的散热器351的肋片351a位于波长转换装置300中圆形散热器的四周，且肋片351a的走向指向波长转换装置300。这样的好处在于从波长转换装置300的散热器中向四周吹出的空气（在图3b中表示为箭头371）可以流过激发源352的散热器肋片并帮助其散热，这样的设计很紧凑。当然，若只有部分肋片351a的走向指向波长转换装置也是有部分上述有益效果的。
在本实施例的图示中，仅表示了两个激发源，但实际上可以使用多个激发源或者是一个激发源。当激发源较少时，其散热器也可能不是包围在波长转换装置四周而是在其旁边，这显然并不影响本实施例的有益效果的实现。
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 (10)
1.一种波长转换装置，其特征在于：
包括旋转马达，该马达包括一旋转面；
还包括圆形散热器，该圆形散热器包括相对的第一基板和第二基板，第一基板和第二基板之间包括与两者固定连接的多片相对于圆心呈发散状分布的叶片，这些叶片在圆心处围成一个空腔；其中，第二基板同心的固定于马达旋转面上或者与马达旋转面一体成型，第一基板上包括与所述空腔相连的穿透区；
还包括覆盖在第一基板外表面的波长转换层，该波长转换层不覆盖第一基板的穿透区。
2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第二基板为隔热材料。
3.根据权利要求1所述的波长转换装置，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散热器的第一基板的外表面热连接。
4.根据权利要求3所述的波长转换装置，其特征在于，所述导热材料为金属焊料或导热胶。
5.根据权利要求3所述的波长转换装置，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散热器之间。
6.根据权利要求3所述的波长转换装置，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。
7.根据权利要求6所述的波长转换装置，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。
8.根据权利要求7所述的波长转换装置，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。
9.一种发光装置，其特征在于，包括权利要求1至8中的任一项所述的波长转换装置，还包括激发源，激发源发射的激发光入射于波长转换装置的波长转换层并使其发射受激光。
10.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于，所述激发源的散热器肋片位于波长转换装置中圆形散热器的旁边或四周，且至少部分肋片的走向指向波长转换装置。
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