CN104819444A - 具有由两种材料组成的散热片的发光装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种具有由两种材料组成的散热片的发光装置。该装置包括：发光材料；和散热片，所述散热片包括：第一材料，构造成用以冷却发光材料，第一材料包括第一热膨胀系数(CTE)；以及第二材料，第二材料在第二材料与第一材料之间的界面处结合至第一材料，第二材料包括低于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数，发光材料结合至第一材料但不结合至第二材料。

Description

具有由两种材料组成的散热片的发光装置
技术领域
本说明书主要涉及发光系统，具体地涉及具有由两种材料组成的散热片(即热沉，heat sink)的发光装置。
背景技术
在光激励照明系统例如激光-陶瓷荧光体系统、激光-量子点系统等系统中，发光材料与散热片(即热沉，heat sink)的结合会因为热膨胀系数(CTE)失配而发生故障。换言之，散热片的热膨胀系数通常高于发光材料(例如荧光体、量子点等)的热膨胀系数，从而，随着运行期间系统的温度升高，发光材料以低于散热片的速率膨胀，导致系统的热-机械故障。可以通过控制激励光源例如激光器的功率，和/或通过对系统温度进行控制来处理这样的问题。然而，控制光源的功率会导致系统光输出的整体下降，控制温度则需要复杂和/或昂贵的散热片和/或温度管理方案和/或冷却方案/设备。
发明内容
本文主要涉及一种发光装置，所述发光装置包括发光材料(包括但不限于荧光体、量子点等)以及由两种具有不同热膨胀系数(CTE)的材料组成的散热片。这样的装置可以由高功率激光器和/或多个低功率激光器照射以发光，该过程也会发热并使装置的温度升高。散热片中的与发光材料相结合的第一材料通常具有比发光材料更高的热膨胀系数，这会导致热机械故障，然而，通过将第一材料结合至较低热膨胀系数的材料(例如具有与发光材料的热膨胀系数相似的热膨胀系数的材料)可以降低散热片的有效热膨胀系数。
本说明书中，元件可被描述为“构造成”执行一种或多种功能或者“构造成用于”这些功能。通常，构造成执行或构造成用于执行某种功能的元件能够执行该功能、或适合用于执行该功能、或适于执行该功能、或可操作用于执行该功能、或能够以其他方式执行该功能。
应该理解，对于本说明书的目的而言，“X，Y和Z中的至少一个”以及“X，Y和Z中的一个或多个”的用语能够被解释为仅X、仅Y、仅Z、或者X，Y和Z中的两项或更多项的任意组合(例如，XYZ、XYY、YZ、ZZ等)。相似的逻辑可应用于“至少一个...”和“一个或多个...”等用语中出现的任意的两项或更多项。
说明书的第一方面提供了一种装置，所述装置包括：发光材料；和散热片，所述散热片包括：第一材料，构造成用以冷却发光材料，所述第一材料包括第一热膨胀系数(CTE)；以及第二材料，所述第二材料在第二材料与第一材料之间的界面处结合至第一材料，所述第二材料包括低于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数，所述发光材料结合至第一材料但不结合至第二材料。
所述界面可以包括以下的一种或多种结合：第一材料和第二材料之间的应力结合；第一材料和第二材料之间的张力结合；第一材料和第二材料之间的剪切结合；第一材料和第二材料之间的剥离结合；以及第一材料和第二材料之间的压缩结合。
所述装置可以进一步包括用于将第一材料结合至第二材料的构件，该构件包括以下的至少一种：紧固件、螺钉、销钉、铆钉、环氧树脂、粘合剂、位于界面处的熔接、位于界面处的焊接以及位于界面处的钎焊。
第一材料可以包括孔，第二材料可以位于孔中，两者之间的界面位于孔的边缘处。第一材料可以围绕第二材料。
第一材料可以包括至少一个平坦表面，第二材料可以在所述至少一个平坦表面上结合至第一材料。
第二材料可以在第一材料的外边缘处结合至第一材料，两者之间的界面位于所述外边缘处。第二材料可以围绕第一材料。
第一材料在与发光材料相对的侧部上可以是非平坦的，第二材料可以结合至与发光材料相对的侧部。
散热片可以包括冷却板。
散热片可以包括冷却鼓。
第一材料可以包括第一金属和铝中的一种或多种，第二材料可以包括第二金属、不锈钢、铜-钨、铁-镍-钴合金、陶瓷和玻璃中的一种或多种。
所述装置可以进一步包括第三材料，第三材料在第三材料与第二材料之间的相应界面处结合至第二材料，以使第二材料被夹在第一材料和第三材料之间，第三材料包括低于第二热膨胀系数的第三热膨胀系数。
本说明书的另一方面提供一种方法，所述方法包括：组装一装置，所述装置包括：发光材料；构造成用以冷却发光材料的散热片，所述散热片包括：构造成用以冷却发光材料的第一材料，所述第一材料包括第一热膨胀系数(CTE)；以及第二材料，所述第二材料在第二材料与第一材料之间的界面处结合至第一材料，所述第二材料包括低于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数，通过以下步骤将所述发光材料结合至第一材料但不结合至第二材料：在界面处向第一材料和第二材料中的一者或多者施加应力；在施加应力时结合第一材料和第二材料；以及将发光材料结合至第一材料。
施加应力可以包括以下步骤中的一个或多个：升高第一材料和第二材料中的一者或多者的温度；以及向第一材料和第二材料中的一者或多者施加机械应力。
附图说明
为了更好地理解本文所述的各种实施方式，以及为了更加清晰地示出这些实施方式可以如何实现，现将参照附图仅以示例的方式进行说明，在附图中：
图1示出了现有技术中的装置的正视图及其截面图，该装置包括具有偏心率的发光轮。
图2示出了根据非限制性实施例具有由两种材料组成的散热片的发光装置的截面图。
图3示出了根据非限制性实施例比较图1和图2中的装置的热膨胀的曲线图。
图4示出了根据可选的非限制性实施例具有由两种材料组成的散热片的发光装置的截面图。
图5示出了根据可选的非限制性实施例具有由两种材料组成的散热片的发光装置的截面图；
图6示出了根据可选的非限制性实施例具有由两种材料组成的散热片的发光装置的截面图；
图7示出了根据可选的非限制性实施例具有由两种材料组成的散热片的发光装置的截面图。
图8示出了根据可选的非限制性实施例具有由两种材料组成的散热片的发光装置的截面图。
图9示出了根据可选的非限制性实施例具有由两种材料组成的散热片的发光装置的截面图。
图10示出了根据可选的非限制性实施例具有由两种材料组成的散热片的发光装置的正视图。
图11示出了根据非限制性实施例的图10中的装置的截面图。
图12示出了根据非限制性实施例用于组装具有由两种材料组成的散热片的发光装置的方法的流程图。
图13示出了根据非限制性实施例具有由三种材料组成的散热片的发光装置的截面图。
图14示出了根据非限制性实施例结合至第一材料的发光材料。
图15示出了根据非限制性实施例的图14中的细节。
图16示出了根据非限制性实施例结合至图14中的第一材料的第二材料。
图17示出了根据非限制性实施例的图16中的细节。
图18示出了根据非限制性实施例具有由两种材料组成的散热片的发光装置的截面图。
具体实施方式
图1示出了现有技术的发光装置的正视图及其沿A-A线的截面图。具体地，发光装置包括荧光轮(phosphor wheel)，荧光轮包括散热片(厚约1mm)和发光材料例如荧光体(厚约0.2mm)。散热片可以包括铝，其具有比荧光体的CTE(约6-7μm/m-K)更高的CTE(约22μm/m-K)，这导致当发光装置的温度在工作期间升高时，发光装置产生热机械故障。
接下来参见图2，其示出了与图1的装置相似的装置100的截面图，但装置100包括：发光材料101，和散热片103，该散热片包括：构造成用以冷却发光材料101的第一材料105，第一材料105包括第一热膨胀系数(CTE)，以及第二材料107，该第二材料在第二材料与第一材料之间的界面109处结合至第一材料105，第二材料107包括低于第一CTE的第二CTE，发光材料101结合至第一材料105但不结合至第二材料107。界面109可以包括第一材料105和第二材料107之间的张力结合和/或应力结合，这样的张力和/或应力可以在形成结合时引入，和/或这样的张力和/或应力可以随着装置100在工作期间的升温而产生。应该理解的是，图1和2中元件的相对尺寸和厚度不一定是按比例的。一般地，如图所示，装置100包括冷却板，具体地，装置100包括具有贯穿孔的环形冷却板，该贯穿孔位于装置100的几何中心处。
发光材料101可以包括但不限于荧光体、陶瓷荧光体、量子点、冷光材料、荧光材料等当中的一种或多种；实际上，尽管本实施例就陶瓷荧光体进行描述，但其他的发光材料也落入本实施例的范围。具体地，发光材料101包括在至少被第二波长的光激励时至少发射第一波长的光的任意材料；通常，第一波长大于第二波长。
例如，在一些实施例中，发光材料101可构造成用于被蓝色激光激励并发射波长大于蓝色激光的光，包括但不限于红光和绿光。进一步地，在一些实施例中，发光材料101包括例如分段地位于散热片103上的一种以上的发光材料。例如，发光材料101的一个或多个区段可发射红光，而发光材料101的一个或多个其它的区段可发射绿光。例如，当装置100包括发光轮时，如图所示，装置100能够转动和/或旋转，以使蓝色激光等与发光材料101的不同区段相互作用。
装置100通常可以用在投影系统(未示出)中，其中，例如蓝色激光激励发光材料101发射红光和/或绿光和/或黄光，蓝色激光激发的光为投影系统提供RGB(红-绿-蓝)光和/或白光。可选地，发光材料101能够在RGB光/白光系统中发射蓝光。
通常，激励发光材料101发光的过程会导致发热，需要进行散热以防止发光材料101和散热片103升温和/或需要控制装置100的温度。因此，发光材料101位于散热片103上，具体地，发光材料101结合至第一材料105，第一材料105构造成用以从第一材料105和发光材料101之间的界面冷却发光材料101。因此，第一材料105通常包括具有导热性质的材料，以用于移除来自发光材料101的热量。
例如，可以使用任意适合的工艺和/或结合材料，包括但不限于，熔接、焊接、退火等以及环氧树脂、粘胶等，以在发光材料101和第一材料105之间的界面处将发光材料101结合至第一材料105。例如，在一些实施例中，发光材料101可以包括荧光块，荧光块包含分散在基体材料中的荧光材料。这样的荧光块可结合至第一材料105。
随后，热量通常从发光材料101和第一材料105之间的界面进入第一材料105中并在第一材料105中消散。因此，第一材料105包括构造成用以冷却发光材料101的散热片、块、轮、环和水封中的一种或多种。第一材料105可以包括构造成用以冷却发光材料101的任意材料，包括但不限于，金属、铝、钢等。进一步地，如图所示，第一材料105包括具有标称圆对称性的板材，但其它的形状也落入本实施例的范围，包括但不限于，方形、矩形等。实际上，不具有圆对称性的形状也落入本实施例的范围，例如，装置100可为矩形，具有不同发光材料构成的相邻区段，在这些实施例中，装置100能够被构造成用以在一个或多个方向上平移，以使这些区段可与激光等相互作用。
在一些实施例中，第一材料105包括镜面和/或反射面，用于反射来自发光材料101的发射光以及任何未吸收的激光离开第一材料105。例如，从发光材料101发射的光能够在所有的方向上发射，包括朝向第一材料105发射；第一材料105可以至少在发光材料101的区域内包括镜面，以用于将入射到其上的发射光反射离开第一材料105。因此，第一材料105可以至少在发光材料105的区域内包括抛光金属。
然而，通常，发光材料101和第一材料105之间存在热失配。例如，陶瓷荧光材料的热膨胀系数(CTE)约为6-7μm/m-K，而第一材料105通常包括金属，包括但不限于铝，其CTE约为22μm/m-K。因此，当装置100的温度升高时，发光材料101以低于第一材料105的速率膨胀，这会导致装置100的机械故障，即，发光材料101会从第一材料105上剥离等。这样的故障会在高光强的情况下发生，例如，在入射到发光材料101上的光高于指定强度时发生。可选地，荧光体和/或发光材料的升温会破坏其发光性质。
为减轻第一材料105的热膨胀，散热片103通常包括结合至第一材料105的第二材料107，第二材料107具有小于第一材料105的CTE，下文将进一步详细描述。
如图所示，第一材料105为环形(与图1的装置相似)，因而包括孔，第二材料107位于孔中，第一材料105和第二材料107之间的界面109位于孔的边缘处。如图所示，第二材料107也为环形，不过第二材料107无需为环形，例如，第二材料107可以为圆形和/或圆柱形。因此，散热片103包括第一材料105的第一环面，该环面的内边缘结合至第二材料107的第二环面的外边缘，界面109沿着第一环面的内边缘和第二环面的外边缘定位。换言之，第一材料105围绕第二材料107且结合至第二材料。
如上所述，第一材料105包括第一金属和铝中的一种或多种，第二材料107包括第二金属、不锈钢、铜-钨、铁-镍-钴的合金(例如，KovarTM)、陶瓷和玻璃中的一种或多种(只要第一材料105的CTE大于第二材料107的CTE即可)。第二材料107的CTE可以约等于发光材料101的CTE，换言之，第二材料107的CTE可以与发光材料101的CTE近似匹配。例如，在一些实施例中，第二材料107的CTE可约为4μm/m-K和/或小于或约等于发光材料101的CTE，并且小于第一材料105的CTE。然而，第二材料107的CTE也可以介于发光材料101的CTE和第一材料105的CTE之间。
可以使用各种用于结合的构件和/或技术来实施在界面109处的第一材料105到第二材料107的结合。例如，装置100可以进一步包括用于将第一材料105结合至第二材料107的构件，所述构件包括但不限于紧固件、螺钉、销钉、铆钉、环氧树脂、粘合剂、位于界面109处的熔接、位于界面109处的焊接、以及位于界面109处的钎焊。此外，界面109可以是突变的(abrupt)(例如，从第一材料105到第二材料107的阶跃函数)，或者是渐变的，例如第一材料105和第二材料107的混合物。实际上，在一些实施例中，界面109可以包括从第一材料105到第二材料107的渐变过渡(包括但不限于线性过渡)，以便降低界面109处的应力。
在一些实施例中，散热片103被组装成使得在第一材料105和第二材料107之间的界面处存在应力。例如，在组装期间，第一材料105的温度能够升高，而第二材料107的温度则为室温和/或低于第一材料105的温度。在第一材料105的温度是更高的温度时，第一材料105中的孔的直径增大，第二材料107的直径可约为相同的直径，在第一材料105的温度升高时第二材料107结合至第一材料105。在第一材料105冷却时，在界面109处将存在张力和/或应力。因此，在这些实施例中，界面109也可以被称为张力结合。例如，第一材料105和第二材料107能够以如下的方式在界面109处结合：促使第二材料利用张力以避免第一材料105在受热时膨胀。
然而，用于在界面109处引入张力结合的其它方法也在本实施例的范围内。例如，在第一材料105和第二材料107中的一者或两者处于机械应力下的时候，第一材料105能够结合至第二材料107。
如果组装期间未引入这样的应力和/或张力，则可在结合时引入这样的张力和/或应力、和/或当装置100在工作期间升温时产生这样的张力和/或应力。因此，无论装置100如何组装，界面109处的结合都可被称为应力结合和/或张力结合。
总之，由于受热时第二材料107以低于第一材料105的速率膨胀，因此第一材料105在结合至第二材料107时的膨胀减小。
图3示出了包括第一材料105和第二材料107的散热片103的效果，其中示出的曲线图300将发光材料101、图1的装置的散热片和散热片103中的每一个的变形(即以任意/相对单位表示的热膨胀)图示为温度函数。在图3中，假定图1的装置包括与装置100相同的发光材料101。
曲线301将发光材料101的热膨胀表示为温度函数，曲线303将图1的装置的散热片的热膨胀表示为温度函数，曲线305将散热片103的热膨胀表示为温度函数。对于曲线301、303、305中的每一个，假定装置100(和图1的装置)在约20℃和/或室温下组装(可选地，以在界面109处引入应力结合的方式进行组装)，且装置100的温度例如在工作期间升高至工作温度例如当激励光(例如蓝色激光)入射在发光材料101上产生发射光时发光材料101、第一材料105和第二材料107中的每一者工作所处的稳态温度。因此，在约20℃时，在曲线301、303、305之间并无差异。
然而，在一些实施例中，发光材料101、第一材料105和第二材料107中的每一者都能由于热量流经装置100的方式不同而在不同的工作温度下工作，假定发光材料101、第一材料105和第二材料107中的每一者都具有相同的工作温度。
通常，曲线305的斜率小于曲线303，这表示在界面109处利用张力结合的第一材料105和第二材料107两者所组成的散热片103的有效CTE小于图1中装置的散热片的CTE。因而，将第二材料107结合至散热片103的效果小于散热片103的有效CTE。
此外，在工作温度下(工作温度高于20℃和/或室温和/或组装装置100时所处的温度)，曲线301、303之间的差值311大于曲线301、305之间的差值313，这表示与图1中的装置相比，发光材料101和散热片103之间的热失配有所减小。与差值311相比，差值313的减少表示，与图1的装置相比，发光材料101和散热片103之间的应力有所减小。
可选地，装置100可以在高于室温和/或约20℃的温度T1下组装，因此曲线图300还针对发光材料101、图1的装置中的散热片和散热片103中的每一者分别示出了热膨胀曲线321、323、325，假定装置100(和图1的装置)在高于室温和/或约20℃的温度T1下(且可选地，以在界面109处引入应力结合的方式)组装，且装置100的温度例如在工作期间升高至工作温度。因而，在温度T1下，曲线301、303、305之间没有差异，但在约20℃和/或室温下，在上述曲线之间则存在差异；因此，T1通常是这样的温度：从该温度冷却至室温时发光材料101和对应的散热片之间不会发生机械故障。T1通常大于室温但小于工作温度，不过在一些实施例中，如果装置100被冷却时不发生热机械故障，则T1可约为工作温度。
曲线321将发光材料101的热膨胀表示为温度的函数，曲线323将的图1的装置的散热片的热膨胀表示为温度的函数，曲线325将散热片103的热膨胀表示为温度的函数(同样假定装置100和图1的装置是在T1下组装)。
通常，曲线325的斜率小于曲线323，这表示由第一材料105和第二材料107组成(且可选地，在界面109处张力结合)的散热片103的有效CTE小于图1的装置的散热片的CTE，与曲线305、303类似。因此，同样地，将第二材料107结合至散热片103的效果小于散热片103的有效CTE。
此外，在高于T1的工作温度下，曲线321、323之间的差值331大于曲线321、325之间的差值333，这表示与图1中的装置相比，发光材料101和散热片103之间的热失配有所减小。
通常，散热片103的有效CTEHS是CTE1和CTE2的函数：
CTEHS＝F(CTE1，CTE2)   公式1
其中，CTE1是第一材料105的CTE，CTE2是第二材料107的CTE，F是能够基于应力和/或张力和/或界面109和/或装置100的几何形状的函数。
接下来参见图4，其示出了装置100a的截面图，装置100a大致类似于装置100，相似的元件具有相似的附图标记，但附加了“a”。因而，装置100a包括：发光材料101a，和散热片103a，其包括构造成用以冷却发光材料101a的第一材料105a，第一材料105a包括第一CTE；以及在两者之间的界面109a处结合至第一材料105a的第二材料107a，第二材料107a包括低于第一CTE的第二CTE，发光材料101a结合至第一材料105a但不结合至第二材料107a。与界面109相似，界面109a可以包括第一材料105a和第二材料107a之间的张力结合和/或应力结合。
然而，与散热片103包括板的装置100相比，装置100a的散热片103a在发光材料101所处的侧部包括平坦表面401，和从相对的表面延伸的轮毂403，轮毂403由第一材料105a和第二材料107a的组合形成。换言之，轮毂403在与发光材料101a相对的方向上从表面401向外延伸界面109a，与界面109相比，增大了界面109a的表面积。与散热片103相比，表面的增大能够进一步改变散热片103a的有效CTE(即，公式1中的函数F随装置100的几何形状而改变)。
接下来参见图5，其示出了装置100b的截面图，装置100b大致类似于装置100，相似的元件具有相似的附图标记，但附加了“b”。因而，装置100b包括：发光材料101b，和散热片103b，其包括构造成用以冷却发光材料101b的第一材料105b，第一材料105b包括第一CTE；以及在两者之间的界面109b处结合至第一材料105b的第二材料107b，第二材料107b包括低于第一CTE的第二CTE，发光材料101b结合至第一材料105b但不结合至第二材料107b。与界面109相似，界面109b可以包括第一材料105b和第二材料107b之间的应力结合，然而，如下文所述，界面109b可以包括剪切结合而非张力结合。
具体地，第一材料105b包括至少一个平坦表面，如图所示，具体地包括第一平坦表面501和第二平坦表面502；并且第二材料107b结合至平坦表面501、502中的一个或多个。通常，第一材料105b包括具有结合至第一平坦表面501的发光材料101b的板。如图所示，第二材料107b包括分别结合至第一平坦表面501和第二平坦表面502中的每一者的两个部分。实际上，第一材料105b和第二材料107b都包括共用孔，第二材料107b和孔形成轮毂503。
换言之，第一材料105b夹在第二材料107b的两个部分之间，第二材料107b的每个部分在相对的侧部上结合至第一材料105b。
在任何情况下，与界面109、109a相比，界面109b包括两个界面：第二材料107b的第一部分和第一平坦表面501之间的第一界面，以及第二材料107b的第二部分和第二平坦表面502之间的第二界面。换言之，利用剪切而非装置100、100a中的张力，散热片103b的CTE相较于图1的装置的散热片的CTE有所降低。例如，第一材料105b和第二材料107b在界面109b处结合，以使第二材料107b利用剪切力防止和/或减少第一材料105b在受热时的膨胀(即，第二材料107b有助于减少第一材料105b的径向膨胀)。
接下来参见图6，其示出了装置100c的截面图，装置100c大致类似于装置100，相似的元件具有相似的附图标记，但附加了“c”。因而，装置100c包括：发光材料101c，和散热片103c，其包括构造成用以冷却发光材料101c的第一材料105c，第一材料105c包括第一CTE；以及在两者之间的界面109c处结合至第一材料105c的第二材料107c，第二材料107c包括低于第一CTE的第二CTE，发光材料101c结合至第一材料105c但不结合至第二材料107c。与界面109相似，界面109c可以包括第一材料105c和第二材料107c之间的应力结合，然而，如下文所述，界面109b可以包括压缩结合。
然而，与装置100相比，在装置100c中，第二材料107c在第一材料105c的外边缘处结合至第一材料105c，两者之间的界面109c位于外边缘处。换言之，第一材料105c包括板，环面等，第二材料107c包括围绕第一材料105c的环面，并且结合至第一材料105c的外边缘。因而，第二材料107c围绕第一材料105c，至少当第一材料105c在受热期间膨胀时在界面109c处有效地压缩第一材料105c。换言之，第二材料107c包括具有内径的环面和/或槽(如图所示)，第一材料105c包括具有外径的盘和/或圆面和/或板和/或环面，第一材料105c的外径约等于第二材料107c和/或槽的内径。在第二材料107c包括一定内径的槽的实施例中，槽与第一材料105c互补且在其中容纳第一材料105c。换言之，第二材料107c包括围绕第一材料105c的带。
进一步地，第一材料105c和第二材料107c在界面109c处以这样的方式结合：至少在第一材料105c受热时致使第二材料压缩第一材料105c，从而限制第一材料105c在受热时膨胀。
接下来参见图7，其示出了装置100d的截面图，装置100d大致类似于装置100，相似的元件具有相似的附图标记，但附加了“d”。因而，装置100d包括：发光材料101d，和散热片103d，其包括构造成用以冷却发光材料101d的第一材料105d，第一材料105d包括第一CTE；以及在两者之间的界面109d处结合至第一材料105d的第二材料107d，第二材料107d包括低于第一CTE的第二CTE，发光材料101d结合至第一材料105d但不结合至第二材料107d。与界面109相似，界面109d可以包括第一材料105d和第二材料107d之间的应力结合，然而，如下文所述，界面109d可以包括压缩结合和剪切结合。
然而，与装置100相比，第一材料105d在与发光材料101d相对的侧部701上是非平坦的，且第二材料107d结合至该侧部701。具体地，第一材料105d形成从平坦的侧部701大致垂直地向外延伸的轮毂703。如图所示，界面109d沿着轮毂703介于第二材料107d和第一材料105d之间，且在轮毂703附近介于第二材料和侧部701的平坦部分之间。例如，第二材料107d包括围绕且结合至轮毂703的带，该带也结合至侧部701的平坦部分。
因此，界面109d在轮毂703处的部分可以包括压缩结合，因为类似于装置100c，第二材料107d在轮毂703处压缩第一材料105d；界面109d在侧部701的平坦部分处的部分可以包括剪切结合，因为类似于装置100b，第二材料107d沿着侧部701的平坦部分提供剪切力。
通常，与装置100中的平坦散热片相比，装置100a、100b、100c、100d中的非平坦的散热片能够有助于管理内部应力的累积并防止应力结合导致的畸变。
至此，已描述的装置均包括发光材料轮和/或荧光轮，然而其它的几何形状也落入本实施例的范围内，包括但不限于鼓、冷却鼓、块、以及冷却块，下文将予以描述。
接下来参见图8，其示出了装置100e的截面图，装置100e大致类似于装置100，相似的元件具有相似的附图标记，但附加了“e”。因而，装置100e包括：发光材料101e，和散热片103e，其包括构造成用以冷却发光材料101e的第一材料105e，第一材料105e包括第一CTE，以及在两者之间的界面109e处结合至第一材料105e的第二材料107e，第二材料107e包括低于第一CTE的第二CTE，发光材料101e结合至第一材料105e但不结合至第二材料107e。与界面109相似，界面109e可以包括第一材料105e和第二材料107e之间的应力结合，然而，如下文所述，界面109e可以包括剪切结合，且在一些实施例中包括压缩结合。
然而，与装置100相比，装置100e包括鼓，且具体地为冷却鼓，换言之，装置100e包括贯穿其中的孔801，鼓关于穿过孔801的中心的纵轴圆柱形地对称。第一材料105e包括第一鼓，发光材料101e位于第一材料105e的外侧和/或外表面上和/或结合至第一材料105e的外侧和/或外表面，例如，发光材料101e可以包括围绕第一材料105e的带。在操作中，装置100e通常绕纵轴旋转且激励光激励发光材料101e发光。
第二材料107e包括结合至第一材料105e的第一鼓的侧部(例如，参见图8的左侧和右侧)的第一相关鼓和第二相关鼓。因而，界面109e包括第一材料105e的两个侧部上的两个界面，减少了第一材料105e的径向膨胀。因此，界面109可以包括剪切结合。
在一些实施例中，可使用紧固件等以接合和/或连接第二材料107e的两个部分，例如，通过贯穿第一材料105e的孔等。在这些实施例中，界面109e可进一步包括压缩结合以减少第一材料105e沿纵轴的膨胀。
接下来参见图9，其示出了装置100f的截面图，装置100f大致类似于装置100，相似的元件具有相似的附图标记，但附加了“f”。因而，装置100f包括：发光材料101f，和散热片103f，其包括构造成用以冷却发光材料101f的第一材料105f，第一材料105f包括第一CTE；以及在两者之间的界面109f处结合至第一材料105f的第二材料107f，第二材料107f包括低于第一CTE的第二CTE，发光材料101f结合至第一材料105f但不结合至第二材料107f。与界面109相似，界面109f可以包括第一材料105f和第二材料107f之间的应力结合，然而，如下文所述，界面109f可以包括压缩结合。
与装置100e相同，装置100f包括具有贯穿其中的孔901的鼓，鼓关于穿过孔901的中心的纵轴圆柱形地对称。第一材料105f包括第一鼓，发光材料101f位于第一材料105f的外侧和/或外表面上和/或结合至第一材料105f的外侧和/或外表面(即，发光材料101f可以包括围绕第一材料105f的结合)。
与装置100c相似，第二材料107f包括围绕第一材料105f的一个或多个带，如图所示，第二材料107f包括在发光材料101f的任一侧部上的两个带。界面109f因此在第二材料107f的每一个带和第一材料105f的外表面之间包括两个界面，压缩第一材料105f并因此减小第一材料105f的径向膨胀。因此，界面109f可以包括压缩结合。
接下来参见图10和11，其分别示出了与装置100类似的装置100g的正视图和截面图，相似的元件具有相似的附图标记，但附加了“g”。图11的截面图贯穿图10的线B-B。因而，装置100g包括：发光材料101g，和散热片103g，其包括构造成用以冷却发光材料101g的第一材料105g，第一材料105g包括第一CTE；以及在两者之间的界面109g处结合至第一材料105g的第二材料107g，第二材料107g包括低于第一CTE的第二CTE，发光材料101g结合至第一材料105g但不结合至第二材料107g。与界面109相似，界面109g可以包括第一材料105g和第二材料107g之间的应力结合，然而，如下文所述，界面109g可以包括压缩结合。
进一步地，与本文先前描述的装置相比，装置100g包括块和/或冷却块，可选地，当激励光入射在发光材料101g上时，所述块和/或冷却块能够可选地旋转和/或在一个或多个方向上线性平移。
参见图11可以清楚地看到，第一材料105g包括圆柱形块，发光材料101g结合至此，但第一材料105g不必是圆柱形，例如，第一材料105g的截面可为矩形和/或方形等。
参见图10可以清楚地看到，第二材料107g围绕第一材料105g，因而第二材料107g包括第一材料105g位于其中的孔，在第一材料105g的外径和第二材料107g的孔的内径之间形成界面109g。因此，与装置100c相似，界面109g包括压缩结合，减少了第一材料105g受热时的径向膨胀。
本文描述的散热片的低CTE材料和高CTE材料之间的各个界面包括应力结合和/或在散热片的温度改变时向其中引入应力的结合。然而，应力的性质可以随着散热片的几何形状和/或高CTE材料相对于低CTE材料的位置而改变。具体地，各个界面包括以下的一种或多种：第一材料和第二材料之间的应力结合，第一材料和第二材料之间的张力结合，第一材料和第二材料之间的剪切结合，第一材料和第二材料之间的剥离结合，第一材料和第二材料之间的压缩结合等。
参见图12，其示出了用于实现包括两种材料组成的散热片的装置的组装方法1200。为了有助于解释方法1200，假定执行组装装置100的方法1200。此外，下文对方法1200的描述有助于进一步理解装置100及其各个部件。然而，应该理解，装置100和/或方法1200可以改变而无需精确地按着本文描述的方式彼此相结合地工作，且这样的改变也落入本实施例的范围。
在模块1201中，向第一材料105和第二材料107中的一者或多者施加应力。在模块1203中，在施加应力时，在界面109处结合第一材料105和第二材料107。在模块1205中，将发光材料101结合至第一材料105。
模块1201中的施加应力可以包括以下的一种或多种：升高第一材料105和第二材料107中的一者或多者的温度，以及向第一材料105和第二材料107中的一者或多者施加机械应力。例如，第一材料105的温度可升高以使其孔膨胀，从而第二材料107可在界面109处结合至第一材料105。可选地，与装置100c相同，第二材料107c的温度可升高以使其孔膨胀，从而第一材料105c可在界面109c处结合至第二材料107c。可选地，可使用机械应力以对第一材料105和第二材料107中的一者或多者加压，从而将第一材料105和第二材料107装配在一起且将第一材料105和第二材料107在界面109处结合在一起。在任何情况下，在方法1200中，在施加应力时实施模块1201的结合，因而能够协同地实施模块1201和1203。
可选地，在组装期间，发光材料101、第一材料105和第二材料107的温度可以都升高，从而协同地实施模块1201、1203和1205。
可选地，发光材料101、第一材料105和第二材料107的温度可都升高至相应的工作温度，例如在这样的实施例中，其中当激励光入射在发光材料101上以生成发射光时，发光材料101、第一材料105和第二材料107均工作在不同的温度。
至此，描述了包括两种材料的散热片的实施例，然而包括三种或更多种材料的散热片也落入本说明书的范围。例如，接下来参见图13，大致类似于图2，相似的元件具有相似的附图标记，但附加了“h”。因而，图13示出的装置100h包括：发光材料101h，和散热片103h，其包括构造成用以冷却发光材料101h的第一材料105h，第一材料105h包括第一CTE；在两者之间的界面109h处结合至第一材料105h的第二材料107h，第二材料107h包括低于第一CTE的第二CTE，发光材料101h结合至第一材料105h但不结合至第二材料107h；以及在两者之间的界面209处结合至第二材料107h的第三材料207，从而第二材料107h夹在第一材料105h和第三材料207之间，第三材料207包括低于第二CTE的第三CTE。发光材料101h并不结合至第三材料207。界面109h、209均可包括分别在第一材料105h和第二材料107h之间、在第二材料107h和第三材料207之间的张力结合和/或应力结合，可在实施结合时引入这样的张力和/或应力，和/或随着装置100h在工作期间受热时产生这样的张力和/或应力。
在示出的实施例中，由第三材料207形成散热片103h的孔。进一步地，第三材料207的第三CTE通常小于第二材料107h的第二CTE，而第二材料107h的第二CTE通常又小于第一材料105h的第一CTE，从而散热片103h的整体CTE从第一材料105h至第三材料207逐渐变小。换言之，在这些实施例中，第二材料107h作为第一材料105h和第三材料207之间的中间媒介，以减轻散热片103h中的应力。
在又一实施例中，散热片103h可以包括多于三种材料，每一种材料分别包括比前一种材料小的CTE，第一材料105h具有最高的CTE，第三材料207具有最低的CTE，而两者之间的材料在第一材料105h的高CTE和第三材料207的低CTE之间提供热膨胀的过渡。
实际上，在一些实施例中，各个界面109h、209如图所示可以为陡变界面，在其它实施例中可为渐变界面。当为渐变界面(即，每两种相邻材料的混合物)时，应该理解在渐变界面上发生从高CTE到低CTE的渐变过渡。
此外，各个装置100、100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g的散热片可适于包括三种或更多种材料，与装置100h类似。
通常，与结合至发光材料的第一材料形成界面的第二材料的CTE被选择为减小发光材料和第一材料之间的应力。下文将参考图14-17来描述与选择这样的材料相关的边界条件，这些边界条件可应用于装置100、100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g中的任一者。
图14示出了与发光材料101类似的发光材料1401在界面1404处结合至与第一材料105类似的第一材料1405。假定图14中，使用任意适宜的工艺和/或结合材料将发光材料1401在界面1404处结合至第一材料1405，结合材料包括但不限于焊料、粘合剂、环氧树脂、胶水等。进一步假定图14中示出的装置在“X”方向上从中轴(neutralaxis)向外膨胀。图15示出了在这样的膨胀期间、在图14中的任意位置1402处的细节，所述位置1402在界面1404上居中且远离中轴。
因此，由于发光材料1401的CTE小于第一材料1405的CTE，当两者的温度都升高时，发光材料1401的膨胀小于第一材料1405的膨胀。发光材料1401的膨胀可定义为：
△X1401＝△T1401*CTE1401*X   公式2
其中，△X1401是发光材料1401沿X方向(即，大致平行于界面1404)的尺寸变化，△T1401是发光材料1401的温度变化，CTE1401是发光材料1401的热膨胀系数，X是中轴距位置1402的距离。类似地，第一材料1405的膨胀可定义为：
△X1405＝△T1405*CTE1405*X   公式3
其中，△X1405是第一材料1405沿X方向(即，大致平行于界面1404)的尺寸变化，△T1405是第一材料1405的温度变化，CTE1405是第一材料1405的热膨胀系数，X是中轴距位置1402的距离。第一材料1405和第二材料1407的温度变化基于装置中的热量流动可以相同或不同。
由于CTE1405大于CTE1401，△X1405大于△X1401。两者之间的差值δ1可表示为：
δ1＝△X1405-△X1401   公式4
进一步地，如图所示，由差δ1引入的应力为在界面1404处发生的剪切应力，此时发光材料1401和第一材料1405不同的速率在界面1404的两侧、大致平行于界面1404膨胀。换言之，界面1404结合至发光材料1401的侧部1406的膨胀约为△X1401，而界面1404结合至第一材料1405的侧部1408的膨胀约为△X1405，界面1404的主体吸收和/或减轻由差值δ1引起的应力。
各个材料的CTE被选择为δ1大体小于和/或约等于界面1404的材料(即，焊料、粘合剂、胶、环氧树脂等)所允许的延长，且在两侧1406、1408上的剪切负载小于和/或约等于界面1404的材料所允许的剪切强度(shear strength)。换言之，发光材料1401和第一材料1405以及界面1404的材料被选择为在给定的温度变化下，δ1满足这些条件。
接下来参见图16和17，分别与图14和15类似，相似的元件具有相似的附图标记，然而在图16和17中，与第二材料107类似的第二材料1407在与发光材料1401相对的侧部上结合至第一材料1405。假定在图14-17中，各个材料是平坦的且大致平行于彼此。进一步地，图16示出了第一材料1405和第二材料1407之间的界面1409，与界面109b类似。进一步地，假定在图16中，示出的装置在“X”方向上从中轴向外膨胀，与图14相同。图17示出了膨胀过程中、在图16的任意位置1602上的细节，位置1602在界面1404上居中且沿着“X”方向远离中轴。
因而，由于第二材料1407的CTE小于第一材料1405的CTE，当两者的温度升高时，第二材料1407的膨胀小于第一材料1405的膨胀。第二材料1407的膨胀可定义为：
△X1407＝△T1407*CTE1407*X   公式5
其中，△X1407是第二材料1407沿X方向(即，大致平行于界面1404)的尺寸变化，△T1407是第二材料1407的温度变化，CTE1407是第二材料1407的热膨胀系数，X是中轴距位置1602的距离。第一材料1405的膨胀根据公式3定义。进一步假定，在图14-17的各个图中，“X”近似相同，且位置1402、1602在距中轴大致相同的距离处。
由于CTE1405大于CTE1407，△X1405大于△X1407。两者之间的差值可表示为：
δ2＝△X1407-△X1405   公式6
进一步地，将公式4和5代入公式6：
δ2＝X*[△T1407*CTE1407-△T1405*CTE1405]   公式7
界面1409处的应力通常可定义为：
ε＝δ2/X   公式8
其中，ε为应变。进一步地，各个材料中的应力可定义为：
σ＝Eε   公式9
其中，σ为各个材料中的应力，且E为各个材料的杨氏模量。
将公式9代入公式8，可以用温度变化、第一材料1405和第二材料1407的CTE来定义界面1409处的应变：
ε＝△T1407*CTE1407-△T1405*CTE1405   公式10
进一步地，将公式10代入公式9，应力可定义为：
σ＝E*[△T1407*CTE1407-△T1405*CTE1405]   公式11
因而各个材料被选择为在由公式11定义的抗力和/或应力限制以内。例如，第二材料1407中的应力为：
σ1407＝E1407ε   公式11
其中，σ1407是第二材料1407中的应力，E1407是第二材料1407的杨氏模量，而ε由公式10定义。
类似地，界面1409处的应力为：
σ1409＝E1409ε   公式12
其中，σ1409是界面1409中的应力，E1409是界面1409的材料的杨氏模量，而ε由公式10定义。
类似地，第一材料1405中的应力为：
σ1405＝E1405ε   公式13
其中，σ1405是第一材料1405中的应力，E1405是第一材料1405的杨氏模量，而ε由公式10定义。
进一步地，第一材料1405、第二材料1407和界面1409的材料(例如，焊料、粘合剂等)被选择使得σ1405、σ1407、σ1409同时小于和/或近似等于第一材料1405、第二材料1407和界面1409的材料中所允许的应力。所允许的应力可定义为材料的特性，可小于和/或近似等于在材料发生故障之前材料中能够生成的应力量，和/或小于各个材料中的应力故障水平。
这些条件可以被表示为：
σ1405＝E1405εσallowable，1405   公式14
σ1407＝E1407εσallowable，1407   公式15
σ1409＝E1409ε≤σallowable，1409   公式16
其中，σallowable，1405、σallowable，1407、σallowable，1409是第一材料1405、第二材料1407和界面1409分别允许的应力。
进一步地，当满足这些条件时，第一材料1405的膨胀被第二材料1407的膨胀限制和/或抑制，另外，如公式4所定义的界面1404处的膨胀可近似为：
δ1＝△X1407-△X1401   公式17
假定△X1407近似为△X1405。
因此，为了保持发光材料1401和第一材料1405之间的界面1404处结合的完整性，如公式17所定义的δ1小于或等于界面1404的材料所允许的延长和/或膨胀。进一步地，参见图15(且假定第二材料1407结合至第一材料1405)，两侧1406、1408上的剪切负载小于界面1404的材料(例如粘合剂、焊料等)所允许的剪切抗力。同样地，可以理解，所允许的剪切抗力、所允许的延长、所允许的膨胀等是可从描述了本文所述的装置中可能使用的材料的表、手册等中查找的材料特性。进一步地，术语“可允许的”并不解释为相关术语，也不解释为表示设计相关过程的术语，相反，本文中关于应力等使用的术语“可允许的”表示材料的特性，低于其时可保持材料的完整性而高于其时则可能破坏材料的完整性。
接下来参见图18，其示出了装置100j，大致类似于装置100b，相似的元件具有相似的附图标记，但附加了“j”而不是“b”。因而，装置100j包括：发光材料101j，和散热片103j，其包括构造成用以冷却发光材料101j的第一材料105j，第一材料105j包括第一CTE；以及在两者之间的界面109j处结合至第一材料105j的第二材料107j，第二材料107j包括低于第一CTE的第二CTE，发光材料101j结合至第一材料105j但不结合至第二材料107j。与界面109b相似，界面109j可以包括第一材料105j和第二材料107j之间的应力结合，且具体地包括剪切结合。
第一材料105j包括至少一个平坦表面，具体地如图所示的第一平坦表面501j和第二平坦表面502j，第二材料107j结合至平坦表面501j、502j中的一个或多个。通常，第一材料105j包括具有结合至第一平台表面501j的发光材料101j的板。如图所示，第二材料107j包括分别结合至第一平坦表面501j和第二平坦表面502j的两个部分。实际上，第一材料105j和第二材料107j皆包括共用孔，第二材料107j和孔形成轮毂503j。
换言之，与装置100b相同，第一材料105j夹在第二材料107j的两个部分之间，第二材料107j的各个部分在相对的侧部上结合至第一材料105j。
然而，在装置100j中，第二材料107j包括在第一材料105j相对侧上的两个材料薄膜。例如，可使用层叠、粘合、真空沉积、化学沉积技术等将第二材料107j的薄膜粘附至第一材料105j。比较装置100j和装置100b，明显地，大体结构类似，但第二材料107j薄于第二材料107b。然而，第二材料107j及其尺寸被选择为使第二材料107j的沉积厚度满足关于公式15的上述标准，实际上，装置100j通常被设计为满足公式15-17的标准。
换言之，第二材料107j可以包括满足公式15的标准的材料薄膜(例如，包括但不限于，小于10μm)，这种材料薄膜可以包括石墨薄膜，其具有低于铝(例如第一材料105j)的CTE，且当发光材料101j被激光激励时能够承受在装置100j上产生的温度变化导致的应力。
根据装置100j明显地可知，本文所述的各个装置的尺寸可依赖于选择的材料及其特性。
总之，本文描述了一种发光装置，其包括发光材料和由结合在一起且CTE不同的两种材料组成的散热片。散热片包括构造成用以冷却发光材料的第一材料，且发光材料结合至第一材料，以及同样结合至第一材料的第二材料，第二材料具有小于第一材料的CTE。第二材料抑制了第一材料的热膨胀，降低了散热片的有效CTE。能够获得低的有效CTE，这是由于散热片的两种材料之间的界面包括以下结合中的一种或多种：第一材料和第二材料之间的应力结合，第一材料和第二材料之间的张力结合，第一材料和第二材料之间的剪切结合，以及第一材料和第二材料之间的压缩结合。
本领域技术人员应该理解，可以有更多可选的实施例和变型，上述示例仅是一个或多个实施例的例证。因此，本发明的保护范围仅由所附的权利要求来限定。

Claims (15)

1.一种装置，包括：
发光材料；和
散热片，所述散热片包括：
第一材料，所述第一材料构造成用以冷却所述发光材料，所述第一材料包括第一热膨胀系数(CTE)；以及
第二材料，所述第二材料在所述第二材料与所述第一材料之间的界面处结合至所述第一材料，所述第二材料包括低于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数，
所述发光材料结合至所述第一材料但不结合至所述第二材料。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述界面包括以下结合中的一种或多种：
所述第一材料和所述第二材料之间的应力结合；
所述第一材料和所述第二材料之间的张力结合；
所述第一材料和所述第二材料之间的剪切结合；
所述第一材料和所述第二材料之间的剥离结合；以及
所述第一材料和所述第二材料之间的压缩结合。
3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括用于将所述第一材料结合至所述第二材料的构件，所述构件包括以下的至少一种：紧固件、螺钉、销钉、铆钉、环氧树脂、粘合剂、位于所述界面处的熔接、位于所述界面处的焊接以及位于所述界面处的钎焊。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一材料包括孔，所述第二材料位于所述孔中，所述第一材料和所述第二材料之间的所述界面位于所述孔的边缘。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述第一材料围绕所述第二材料。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一材料包括至少一个平坦表面，所述第二材料在所述至少一个平坦表面上结合至所述第一材料。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二材料在所述第一材料的外边缘处结合至第所述一材料，所述第一材料和所述第二材料之间的所述界面位于所述外边缘处。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述第二材料围绕所述第一材料。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一材料在与所述发光材料相对的侧部上是非平坦的，所述第二材料结合至与所述发光材料相对的所述侧部。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述散热片包括冷却板。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述散热片包括冷却鼓。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一材料包括第一金属和铝中的一种或多种，所述第二材料包括第二金属、不锈钢、铜-钨、铁-镍-钴的合金、陶瓷和玻璃中的一种或多种。
13.根据权利要求1所述的装置，进一步包括第三材料，所述第三材料在所述第三材料与所述第二材料之间的相应界面处结合至所述第二材料，以使所述第二材料被夹在所述第一材料和所述第三材料之间，所述第三材料包括低于所述第二热膨胀系数的第三热膨胀系数。
14.一种方法，包括：
组装一装置，所述装置包括：发光材料；构造成用以冷却所述发光材料的散热片，所述散热片包括：构造成用以冷却所述发光材料的第一材料，所述第一材料包括第一热膨胀系数(CTE)；以及第二材料，所述第二材料在所述第二材料与所述第一材料之间的界面处结合至所述第一材料，所述第二材料包括低于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数，通过以下步骤将所述发光材料结合至所述第一材料但不结合至所述第二材料：
在所述界面处向所述第一材料和所述第二材料中的一者或多者施加应力；
在施加应力时结合所述第一材料和所述第二材料；以及
将所述发光材料结合至所述第一材料。
15.根据权利要求14所述的方法，其中施加应力包括以下步骤中的一个或多个：升高所述第一材料和所述第二材料中的一者或多者的温度；以及向所述第一材料和所述第二材料中的一者或多者施加机械应力。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107121882A (zh) * 2016-02-24 2017-09-01 精工爱普生株式会社 波长转换元件、光源装置以及投影仪
CN107193175A (zh) * 2016-05-12 2017-09-22 美国克里斯蒂数字系统公司 具有内部对流的可旋转散热器
CN111527447A (zh) * 2017-12-27 2020-08-11 京瓷株式会社 色轮以及投影仪

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204420882U (zh) * 2015-02-09 2015-06-24 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 散热型修色色轮
JP2016170326A (ja) * 2015-03-13 2016-09-23 日本電気硝子株式会社 プロジェクター用蛍光ホイール及びプロジェクター用発光デバイス
WO2017053747A1 (en) * 2015-09-25 2017-03-30 Materion Corporation High optical power light conversion device using a phosphor element with solder attachment
TW201833656A (zh) * 2016-10-12 2018-09-16 日商索尼股份有限公司 圖像顯示裝置及光源裝置
JP6366799B1 (ja) * 2017-02-10 2018-08-01 ルーメンス カンパニー リミテッド マイクロｌｅｄモジュール及びその製造方法
CN107894689A (zh) * 2017-12-29 2018-04-10 上海大恒光学精密机械有限公司 自增强散热的荧光粉轮及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102017202A (zh) * 2008-04-29 2011-04-13 肖特公开股份有限公司 用于高功率led的外罩
CN102473694A (zh) * 2009-08-25 2012-05-23 富士电机株式会社 半导体模块和散热构件
WO2012095559A1 (en) * 2011-01-11 2012-07-19 Corelase Oy Packaging for a fiber optic component and manufacturing method thereof
CN102686533A (zh) * 2010-01-05 2012-09-19 埃普科斯股份有限公司 成型体、加热装置以及用于制造成型体的方法
CN102983124A (zh) * 2012-11-14 2013-03-20 深圳大学 具有散热装置的led光源

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4700273A (en) * 1986-06-03 1987-10-13 Kaufman Lance R Circuit assembly with semiconductor expansion matched thermal path
JP3617232B2 (ja) * 1997-02-06 2005-02-02 住友電気工業株式会社 半導体用ヒートシンクおよびその製造方法ならびにそれを用いた半導体パッケージ
US6114048A (en) 1998-09-04 2000-09-05 Brush Wellman, Inc. Functionally graded metal substrates and process for making same
US6758263B2 (en) * 2001-12-13 2004-07-06 Advanced Energy Technology Inc. Heat dissipating component using high conducting inserts
WO2003061001A1 (en) * 2002-01-16 2003-07-24 Fujitsu Limited Heat sink having high efficiency cooling capacity and semiconductor device comprising it
TWI239606B (en) * 2002-11-07 2005-09-11 Kobe Steel Ltd Heat spreader and semiconductor device and package using the same
JP2008311471A (ja) 2007-06-15 2008-12-25 Toyoda Gosei Co Ltd 発光装置
US8651711B2 (en) * 2009-02-02 2014-02-18 Apex Technologies, Inc. Modular lighting system and method employing loosely constrained magnetic structures
JP2011103353A (ja) 2009-11-10 2011-05-26 Koito Mfg Co Ltd 発光モジュール
WO2011095919A1 (en) 2010-02-05 2011-08-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Thermal management component for led lighting
US8833975B2 (en) 2010-09-07 2014-09-16 Sharp Kabushiki Kaisha Light-emitting device, illuminating device, vehicle headlamp, and method for producing light-emitting device
JP5780153B2 (ja) * 2011-01-24 2015-09-16 株式会社Ｊｖｃケンウッド 光源装置及び投射型表示装置
US9299888B2 (en) 2011-09-13 2016-03-29 Denka Company Limited Clad material for LED light-emitting element holding substrate, and method for manufacturing same
US9316388B2 (en) * 2014-01-31 2016-04-19 Christie Digital Systems Usa, Inc. Device and kit for cooling a light emitting material
US20150219870A1 (en) * 2014-01-31 2015-08-06 Christie Digital Systems Usa, Inc. Light emitting wheel with eccentricity for dispelling a thermal boundary layer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102017202A (zh) * 2008-04-29 2011-04-13 肖特公开股份有限公司 用于高功率led的外罩
CN102473694A (zh) * 2009-08-25 2012-05-23 富士电机株式会社 半导体模块和散热构件
CN102686533A (zh) * 2010-01-05 2012-09-19 埃普科斯股份有限公司 成型体、加热装置以及用于制造成型体的方法
WO2012095559A1 (en) * 2011-01-11 2012-07-19 Corelase Oy Packaging for a fiber optic component and manufacturing method thereof
CN102983124A (zh) * 2012-11-14 2013-03-20 深圳大学 具有散热装置的led光源

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107121882A (zh) * 2016-02-24 2017-09-01 精工爱普生株式会社 波长转换元件、光源装置以及投影仪
CN107193175A (zh) * 2016-05-12 2017-09-22 美国克里斯蒂数字系统公司 具有内部对流的可旋转散热器
CN107193175B (zh) * 2016-05-12 2019-05-07 美国克里斯蒂数字系统公司 具有内部对流的可旋转散热器
CN111527447A (zh) * 2017-12-27 2020-08-11 京瓷株式会社 色轮以及投影仪
CN111527447B (zh) * 2017-12-27 2022-01-11 京瓷株式会社 色轮以及投影仪

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