CN105371254A - 一种波长转换装置及其制备方法、激光光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示技术领域，公开一种波长转换装置及其制备方法、激光光源装置，波长转换装置包括转盘，所述转盘包括用于进行波长转换的波长转换区，还包括涂覆于转盘上、且由单体和散热粒子制成的散热涂层；由散热粒子和单体形成的散热涂层涂覆在转盘上，虽然转盘的面积不变，散热面积没有变化，但是涂覆在其上的散热涂层使得单位面积的散热能力增大了，同时，由于散热涂层可以长期使用在350℃以上的温度中，而在300℃高温下与105℃下数据相比，基本无失重，故散热涂层可以在高温下使用，且可挥发组分很低，因此，波长装换装置在不影响发光效率的基础上具有良好的散热效果。

Description

一种波长转换装置及其制备方法、激光光源装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种波长转换装置及其制备方法、激光光源装置。

背景技术

在激光显示系统中，波长转换装置用于波长的转换，激光在经过波长转换装置时激发荧光材料生成波长与激光的波长不同的三基色光，目前，常用的波长转换装置为荧光轮结构。

荧光轮结构由荧光轮以及驱动荧光轮转动的驱动马达组成，荧光轮的表面部分涂覆了荧光材料，而荧光材料在受激发发光的同时会产生大量的热，进而使荧光材料乃至整个荧光轮结构的温度上升，并最终达到热平衡，但是随着激光的光强和光功率的增大，荧光轮结构达到热平衡时的温度会越来越高，而封闭式的荧光轮结构在工作中产生的热量无法及时有效散出，导致封闭环境内温度过高，过高的温度一方面会使荧光轮结构的寿命降低，进而影响整个激光显示系统的使用寿命，另一方面还会降低荧光的转化效率。

为了实现荧光轮结构的良好散热，目前，通常采用以下两种方式增强散热，方式一，如图1所示的开放式的荧光轮结构，包括转盘02、附在转盘02上的荧光材料03，以及驱动转盘02转动的驱动装置01，开放式的荧光轮结构在敞开的环境中工作，没有任何遮挡体的遮盖，在其工作中产生的热量能够快速散出，但却因为其开放式的结构而不可避免的面临灰尘积压的问题，而灰尘的存在会影响到荧光材料的发光效率，使得整个激光显示系统的发光效率降低；方式二，在封闭式的荧光轮结构中，通过荧光轮+风扇+散热器的散热途径进行散热，荧光轮在工作过程中产生的热量辐射到保护罩内壁，然后再传到保护罩外壁，外壁把热量导到散热器上，然后再通过风扇吹散热器进行降温，这种散热方式虽然能够在一定程度上缓解封闭环境内温度过高的状况，但是用到的器件较多，散热效率低，适用范围狭窄。

发明内容

提供一种波长转换装置及其制备方法、激光光源装置，该波长转换装置具有散热涂层，在不影响发光效率的基础上具有良好的散热效果，具有该波长转换装置的激光光源装置散热效果良好，且结构简单。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种波长转换装置，包括转盘，所述转盘包括用于进行波长转换的波长转换区，还包括涂覆于所述转盘上、且由单体与散热粒子制成的散热涂层。

在上述波长装换装置中，由散热粒子和单体形成的散热涂层涂覆在转盘上，虽然转盘的面积不变，散热面积没有变化，但是涂覆在其上的散热涂层使得单位面积的散热能力增大了，同时，由于散热涂层可以长期使用在350℃以上的温度中，而在300℃高温下与105℃下数据相比，基本无失重，故散热涂层可以在高温下使用，且可挥发组分很低。

因此，上述波长转换装置具有良好的散热效果。

优选地，所述散热涂层中，所述散热粒子为碳化硅、氧化铝和二氧化钛混合物；所述散热粒子在所述散热涂层中所占重量比为3％-10％，且碳化硅：氧化铝：二氧化钛的重量比为1:(5～10)：(3～5)。

优选地，所述散热涂层的厚度为10-30微米。

优选地，所述散热粒子的尺寸为50-400纳米。

优选地，所述单体为BTDE(3,3’，4，4’-二苯酮四羧酸二乙酯)、MDA(丙二醛)和NE(降冰片烯亚胺)，其中：

BTDE的分子式为

MDA的分子式为

NE的分子式为

优选地，所述波长转换区由至少一种荧光材料形成。

优选地，所述散热涂层涂覆于所述转盘的激光的入射面，和/或所述散热涂层涂覆于所述转盘的激光的出射面。

优选地，所述转盘至少部分由铝基板制成。

一种激光光源装置，包括激光器阵列，还包括上述技术方案中提供的任一种波长转换装置。

优选地，还包括壳体，所述波长转换装置密封于所述壳体内，或，所述波长转换装置和所述激光器阵列密封于所述壳体内。

一种波长转换装置的制备方法，包括：

将单体和散热粒子溶于乙醇中形成散热层溶液；

将散热层溶液涂覆于所述转盘上，并且置于温度为70-80℃的环境中烘干；

将所述烘干后的转盘置于温度为195-220℃环境中生成中间体的亚胺低聚物；

将生成了所述亚胺低聚物的转盘置于压强为1-10MPa、温度为310-350℃的环境中固化成型，以形成所述散热涂层；

在形成了所述散热涂层的转盘上涂布波长转换材料以形成波长转换区。

优选地，将所述烘干后的转盘置于温度为200-210℃环境中生成中间体的亚胺低聚物。

优选地，将生成了所述亚胺低聚物的转盘置于压强为1-10MPa、温度为310-330℃的环境中固化成型，以形成所述散热涂层。

附图说明

图1为本发明背景技术中提供的一种波长装换装置的结构示意图；

图2为本发明提供的一种波长装换装置的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种波长装换装置的结构示意图；

图4为本发明提供的另一种波长装换装置的结构示意图；

图5为本发明提供的一种波长转换装置中散热涂层的形成原理示意图；

图6为本发明提供的一种波长转换装置制备方法流程图；

图7为本发明提供的一种激光光源的光学架构示意图；

图8为本发明提供的一种激光光源的壳体示意图；

图9为本发明提供的一种激光光源的整体密封结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，一种波长转换装置100，包括转盘103，转盘包括用于进行波长转换的波长转换区101，还包括涂覆于转盘103上、且由单体与散热粒子制成的散热涂层102。

在上述具有散热涂层的波长装换装置中，由散热粒子和单体形成的散热涂层102涂覆在转盘103上，虽然转盘103的面积不变，散热面积没有变化，但是涂覆在其上的散热涂层102使得单位面积的散热能力增大了；同时，由于散热涂层102可以长期使用在350℃以上的温度中，而在300℃高温下与105℃下数据相比，基本无失重，故散热涂层102可以在高温下使用，且可挥发组分很低。

因此，上述波长转换装置100具有良好的散热效果。

一种优选实施方式中，散热涂层102中，散热粒子为碳化硅、氧化铝和二氧化钛混合物；散热粒子在散热涂层102中所占重量比为103％-10％，且碳化硅：氧化铝：二氧化钛的重量比为1:(5～10)：(103～5)，散热粒子在散热涂层材料中所占重量比优选为3％、5％、7％、9％、10％，二氧化钛重量比优选为1:5:3、1:10:3、1:5:5、1:10:5，与没有散热涂层102的转盘103相比，涂覆有散热涂层102的转盘103的散热能力提高了10-12％，在相同的工作温度下，可以使转盘103温度降低15-20℃

具体地，散热涂层102的厚度为10-30微米。散热涂层102太薄，散热效率低，散热效果不好，散热涂层102太厚会使得形成散热涂层102的时间较长，散热涂层102的厚度超过1030微米以后再增加厚度，散热效果提升较慢，散热涂层102的利用率低，造成材料的浪费。散热涂层102的厚度可以为10微米、15微米、20微米、25微米、30微米，在散热涂层102厚度选择时需要综合考虑转盘103的尺寸大小和所需的散热效果等因素。

具体地，散热粒子的尺寸为50-400纳米。散热粒子的尺寸可以为50纳米、100纳米、150纳米、200纳米、250纳米、300纳米、350纳米、400纳米。散热粒子的尺寸根据转盘103的尺寸大小、散热层的厚度以及散热效果等因素进行选择。

具体地，单体为BTDE(3,3’，4，4’-二苯酮四羧酸二乙酯)、MDA(丙二醛)和NE(降冰片烯亚胺)，其中:

BTDE的分子式为

MDA的分子式为

NE的分子式为单体是能与同种或他种分子聚合的小分子的统称，在合成聚合物时作为-低分子的原料能起聚合反应或缩聚反应等以形成高分子化合物。如图5所示的固化原理，将单体BTDE、MDA(丙二醛)和NE(降冰片烯亚胺)和散热粒子溶于乙醇中分散，然后将混合后的溶液涂覆在转盘103上，在温度70-80℃烘干，然后在温度200-210℃生成水和醇等副产物的同时生成中间体的亚胺低聚物，最后在压强(1-10MPa)、温度310-330℃下开始末端NE热裂解，加聚，交联，固化，成型，形成散热涂层102。

具体地，波长转换区101由至少一种荧光材料形成。荧光材料受到激光的激发后生成相应颜色的光，比如当蓝光激光束照射到波长转换区101，波长转换区101中的荧光材料为可激发出绿光的荧光粉时，激光光束经过波长转换装置100能够产生绿光，波长转换区101中的荧光材料为可激发黄光的荧光粉时，激光光束经过波长转换装置100能够产生黄光，波长转换区101中的荧光材料为可激发红光的荧光粉时，激光光束经过波长转换装置100能够产生红光，当波长转换区101由至少一种荧光材料形成时，通过波长转换装置100形成的相应颜色的光按照顺序且以非常快的速度被投射出来时，使用者可因视觉暂留进而看见合成的画面。

具体地，散热涂层102涂覆于转盘103的激光的入射面，和/或散热涂层102涂覆于转盘103的激光的出射面。具体地：

散热涂层102可以仅涂覆于转盘103的激光的入射面，如图2所示；

散热涂层102也可以仅涂覆于转盘103的激光的出射面，如图3所示；

散热涂层102还可以既涂覆于转盘103的激光的入射面，同时又涂覆于转盘103的激光的出射面，如图4所示。

上述涂覆方式对于透射式波长转换装置和反射式波长转换装置均适用，散热涂层102的涂覆范围根据转盘103的尺寸大小、散热涂层102的厚度以及所需的散热效果等因素决定。

一种优选实施方式中，转盘103至少部分由铝基板制成，转盘103的中间部分可以由铝基板制成，对于反射式波长转换装置100来说，转盘103的外周可以是铝基板，对于透射式波长转换装置100来说，转盘103的外周可以是透明基材，通过将铝基板加工成镜面方式散热涂层102可以直接涂覆于铝基板上，也可以在铝基板表面涂有镜面铝膜，此时散热涂层102位于铝膜之上；转盘103还可以由不锈钢、铝、铜或陶瓷、石墨制成，转盘103还可以由其他合适的材料制成。

一种激光光源装置，如图7、图8以及图9所示，包括激光器阵列200，还包括述技术方案中提供的任一种波长转换装置100。在上述激光光源装置中包括激光器阵列200、光束整形模组300、滤色输出模组400以及波长转换装置100，激光器阵列200发出激光，经过光束整形模组300的整形后进入波长转换装置100中进行波长转换，最后进入滤色输出模组400，上述具有波长转换装置100的激光光源装置，相对于背景技术中波长装换装置+风扇+散热器的散热途径，上述波长转换装置100增大了波长转换装置100到壳体500的散热量，在同等温度下降低散热器体积或转速，或者同样风扇转速和体积情况下降低波长转换装置100的温度，在保证散热效果的基础上可以减少所用散热器件，结构简单。

具体地，如图7、图8以及图9所示，激光光源装置还包括壳体500，波长转换装置100密封于壳体500内，或，波长转换装置100和激光器阵列200密封于壳体500内，激光器阵列200、光束整形模组300、滤色输出模组400以及波长转换装置100固定于壳体500内，壳体500包括激光器阵列200外侧的壳体501、光束整形模组300外侧的壳体502、波长转换装置100和滤色输出模组400外侧的壳体503，壳体503能够防止灰尘进入影响发光效率。

如图6所示，本发明实施例提供的一种波长转换装置100的制备方法，包括：

步骤S101，将单体和散热粒子溶于乙醇中形成散热涂层溶液；

步骤S102，将散热涂层溶液涂覆于转盘103上后置于温度为70-80℃的环境中烘干；

步骤S103，将烘干后的转盘103置于温度为195-220℃环境中生成中间体的亚胺低聚物；

步骤S104，将生成了亚胺低聚物的转盘103置于压强为1-10MPa、温度为310-350℃的环境中亚胺低聚物固化成型，以形成散热涂层102；

步骤S105，在形成了散热涂层102的转盘103上涂布波长转换材料以形成波长转换区101。

在上述波长转换装置100的制备方法中，乙醇易挥发，在70-80℃的环境中进行烘干时，涂覆于转盘103上的散热涂层溶液剩余单体和散热粒子附着在转盘103上，在温度为195-220℃环境中单体与散热粒子相作用以生成中间体的亚胺低聚物，在压强1-10MPa、温度为310-350℃的环境中亚胺低聚物固化成型，以形成所述散热涂层，其中，将散热层溶液涂覆于转盘上后置于温度为70-80℃的环境中烘干时优选温度值为70℃、75℃、80℃；接着涂布波长转换材料以形成波长转换区101，由散热粒子和单体形成的散热涂层102涂覆在转盘103上，虽然转盘103的面积不变，散热面积没有变化，但是涂覆在其上的散热涂层102使得单位面积的散热能力增大，且方法操作简单。

具体地，将烘干后的转盘103置于温度为200-210℃环境中生成中间体的亚胺低聚物，转盘103烘干时的优选温度为200℃、205℃、210℃，单体与散热粒子相作用在转盘103上形成亚胺低聚物。

具体地，将生成了亚胺低聚物的转盘103置于压强1-10MPa、温度为310-330℃的环境中亚胺低聚物固化成型，以形成所述散热涂层。亚胺低聚物在温度为310-330℃、压强为1-10MPa的环境中开始末端NE热裂解，加聚，交联，固化，成型，以在转盘103上形成散热涂层102，优选的温度为310℃、320℃、330℃，优选的压强值1MPa、2MPa、4MPa、6MPa、8MPa、10MPa。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种波长转换装置，包括转盘，所述转盘包括用于进行波长转换的波长转换区，其特征在于，还包括涂覆于所述转盘上、且由单体与散热粒子制成的散热涂层。

2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述散热涂层中，所述散热粒子为碳化硅、氧化铝和二氧化钛混合物；所述散热粒子在所述散热涂层中所占重量比为3％-10％，且碳化硅：氧化铝：二氧化钛的重量比为1:(5～10)：(3～5)。

3.根据权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，所述散热涂层的厚度为10-30微米。

4.根据权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，所述散热粒子的尺寸为50-400纳米。

5.根据权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，所述单体为BTDE(3,3’，4，4’-二苯酮四羧酸二乙酯)、MDA(丙二醛)和NE(降冰片烯亚胺)，其中：

BTDE的分子式为

MDA的分子式为

NE的分子式为

6.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换区由至少一种荧光材料形成。

7.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述散热涂层涂覆于所述转盘的激光的入射面，和/或所述散热涂层涂覆于所述转盘的激光的出射面。

8.根据权利要求1所述的波长装换装置，其特征在于，所述转盘的至少一部分由铝基板制成。

9.一种激光光源装置，包括激光器阵列，其特征在于，还包括如权利要求1-8任一项所述的波长转换装置。

10.根据权利要求9所述的激光光源装置，其特征在于，还包括壳体，所述波长转换装置密封于所述壳体内，或，所述波长转换装置和所述激光器阵列密封于所述壳体内。

11.一种如权利要求1-8任一项所述的波长转换装置的制备方法，其特征在于，包括：

将单体和散热粒子溶于乙醇中形成散热层溶液；

将散热层溶液涂覆于转盘上，并且置于温度为70-80℃的环境中烘干；

将所述烘干后的转盘置于温度为195-220℃环境中生成中间体的亚胺低聚物；

将生成了所述亚胺低聚物的转盘置于压强为1-10MPa、温度为310-350℃的环境中固化成型，以形成所述散热涂层；

在形成了所述散热涂层的转盘上涂布波长转换材料以形成波长转换区。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，将所述烘干后的转盘置于温度为200-210℃环境中生成中间体的亚胺低聚物。

13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，将生成了所述亚胺低聚物的转盘置于压强为1-10MPa、温度为310-330℃的环境中固化成型，以形成所述散热涂层。