CN109838751A - 光源系统及使用该光源系统的汽车照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光源系统及使用该光源系统的汽车照明装置，光源系统的散热模组包括与所述波长转换装置间隔设置或接触设置的散热装置和与所述散热装置和所述波长转换装置分别相接触的导热装置，所述导热装置与所述波长转换装置的接触部分覆盖所述光斑。这样的结构能够有利于波长转换装置的散热，改善波长转换装置内热量聚集引起的发光性能衰减和可靠性等问题，同时可以有效避免波长转换元件表面全反射引起的光提取效率较低的问题，提高白光的光提取效率。

Description

光源系统及使用该光源系统的汽车照明装置
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种光源系统及使用该光源系统的汽车照明装置。
背景技术
目前，投影显示应用到生活当中的各个方面，在汽车照明和投影方面，光源系统起到至关重要的作用。在现有的汽车照明技术中，LED灯、氙气灯和卤素灯是应用最为广泛的光源。然而，这几种光源分别有亮度不够大、使用寿命不够长、光束发散角较大导致照明距离不够远等缺点。作为新兴的照明技术，激光大灯已经出现在了少数车型上。这种照明方式的亮度高，使用寿命长，而且由于激光光束准直发散角小的特点，发出的光束可以比较集中的朝一个方向发射，使得照明的距离大大增长。
现有的激光大灯通常采用单色蓝激光激发黄色荧光材料来得到色坐标符合汽车照明标准的白光光源。荧光材料在吸收蓝色激光转换为白光的过程中会产生大量的热，由于荧光材料本身热导率较低，这些热量会聚集在荧光材料中，严重影响荧光材料的发光性能和寿命。另外常用的荧光材料YAG:Ce具有高的折射率，荧光材料表面的全反射效应会使得白光提取效率较低。
因此，使用必要提供一种新的光源系统及使用该光源系统的汽车照明装置以解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种光源系统及使用该光源系统的汽车照明装置，能够有利于波长转换装置的散热，改善波长转换装置内热量聚集引起的发光性能衰减和可靠性等问题，同时可以有效避免波长转换元件表面全反射引起的光提取效率较低的问题，提高白光的光提取效率。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光源系统，包括激发光源，波长转换装置，散热模组和透镜模组，所述激发光源发出的激发光会聚到所述波长转换装置上形成光斑，所述散热模组包括与所述波长转换装置间隔设置或接触设置的散热装置和与所述散热装置和所述波长转换装置分别相接触的导热装置，所述导热装置至少部分覆盖所述光斑，所述导热装置将所述光斑产生的热量传递给所述散热装置进行散热。
这样，可以保证光斑产生的热量及时由导热装置传递到散热装置并及时散热，避免波长转换装置内部的热量聚集而影响产品的可靠性能。
优选的，所述波长转换装置为透射式波长转换装置。
优选的，制备所述导热装置的材料的导热率大于5W/m·K，透光率为在可见光区的透光率大于等于60％。优选的，所述导热装置采用蓝宝石材料制成。此种材料的导热性能好，可以增强热量的传递。
优选的，所述导热装置包括至少一个弧面和至少一个接触面，所述波长转换装置贴设在所述接触面上，所述导热装置与所述波长转换装置采用折射率相近的材料制备而成。这样，可以避免导热装置对波长转换装置入射光和出射光光路的影响。
优选的，所述导热装置为半球形结构，包括作为接触面的底面和弧面的顶部，所述波长转换装置设置在所述底面上，所述激发光源位于所述半球结构的球心一侧。优选的，所述波长转换装置的面积为导热装置的底面面积的1/6-1/2。此种结构可以保证光学性能的同时最大程度地提高散热性能。
优选的，所述波长转换装置通过高热导率的对可见光透明的粘结材料粘接在所述导热装置的底面。优选的，所述波长转换装置通过导热胶粘接在所述导热装置的底面。优选的，所述导热装置的底面上设置有向远离所述激发光源方向凹陷的凹槽，所述波长转换装置设置在所述凹槽内。优选的，所述散热装置上设置有用于固定所述导热装置的固定槽，所述导热装置的底面固定在所述固定槽内。这样，可以保证导热装置的固定可靠性。
优选的，所述散热装置上设置有上下贯穿的通孔，所述通孔的内壁环绕波长转换装置设置，所述波长转换装置和所述导热装置底面的圆心均位于所述通孔的中央。这样，可以保证对光路的影响最小，且散热均匀。
优选的，所述导热装置包括分别与所述散热装置相接触的第一弧面和第二弧面以及连接所述第一弧面和第二弧面的顶面和底面，所述顶面远离所述激发光源设置，所述波长转换装置设置在所述底面上。优选的，所述第一弧面和所述第二弧面分别与所述散热装置的边缘相切设置。这种结构使得导热装置除了改善散热和提高光提取效率外，还可以对出射白光进行准直。
优选的，所述透镜模组包括位于所述激发光源与所述波长转换装置之间的用于会聚激发光第一收集透镜和位于所述波长转换装置远离所述激发光源的一侧用于会聚出射光的第二收集透镜。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种汽车照明装置，该汽车照明装置包括前文所述的任一项的光源系统。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种光源系统，所述散热模组包括与所述波长转换装置间隔设置的散热装置和与所述散热装置和所述波长转换装置分别相接触的导热装置，所述导热装置与所述波长转换装置的接触部分覆盖所述光斑。这样的结构能够有利于波长转换装置的散热，改善波长转换装置内热量聚集引起的发光性能衰减和可靠性等问题。
附图说明
图1是本发明光源系统的结构示意图；
图2是本发明光源系统的第二种实施方式的结构示意图；
图3是本发明光源系统的第三种实施方式的结构示意图；
图4是本发明光源系统的第四种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明提供一种光源系统及使用该光源系统的汽车照明装置，有利于波长转换装置的散热，改善波长转换装置内热量聚集引起的发光性能衰减和可靠性等问题，同时可以有效避免波长转换元件表面全反射引起的光提取效率较低的问题，提高白光的光提取效率。
请参阅图1所示，本实施方式的光源系统包括激发光源11、波长转换装置13、散热模组和透镜模组。
激发光源11可以是固体激发光源，气体激发光源，半导体激发光源中的任意一种，用于发出激发光。激发光源11发出的激发光会聚到波长转换装置13上形成光斑，并激发波长转换装置13形成受激光并经过透镜模组形成出射光。优选的，波长转换装置13为荧光粉，例如采用YAG:Ce荧光陶瓷制备。具体在本实施方式中，激发光源11产生蓝色激发光，并激发波长转换装置产生白光。
透镜模组用于光路的整合，具体包括位于激发光源11与波长转换装置13之间的用于会聚激发光第一收集透镜12和位于波长转换装置13远离激发光源11的一侧用于会聚出射光的第二收集透镜15。
散热模组包括与波长转换装置13间隔设置或接触设置的散热装置16和与散热装置16和波长转换装置13分别相接触的导热装置14。
其中散热装置16为热沉，其上设置有上下贯穿的通孔，该通孔的内壁环绕波长转换装置13设置。导热装置14盖接在该通孔上，波长转换装置13贴设在导热装置14的底面，当波长转换装置13上的光斑散发出热量后，会经过导热装置14传递到散热装置16上进行发散。
波长转换装置13直接涂敷在导热装置14上或者波长转换装置13作为独立的元件通过导热胶或其他高热导率的对可见光透明的粘结材料粘结在导热装置14上，使得波长转换装置13位于导热装置14的下表面的中心位置。具体在本实施方式中，导热装置14为半球形结构，包括平面的底面和弧面的顶部，波长转换装置13设置在底面上，激发光源11位于所述半球结构的球心一侧。波长转换装置13和导热装置14底面的中心均位于所述通孔的中央。需要说明的是，以上仅为一种较优的实施方式，在可选择的其他实施方式中，作为波长转换装置的接触面的底面，也可以为曲面或其他结构的非平面。
导热装置14为可透光的材料制成，具体的，采用透光率为在可见光区的透光率大于等于60％的范围内的材料制备导热装置14，这样使得激发光在波长转换装置13上激发出受激光后可以穿过导热装置14进入第二收集透镜15发散，而不影响光源系统的整体光路。此外，导热装置14还为高热导率材料制成，具体的，热导率优选为大于5W/m·K，更优选的热导率大于等于10W/m·K，具体在本实施方式中，采用蓝宝石材质。蓝宝石的折射率为1.77，与波长转换装置13的折射率相近，因而可有效避免白光在波长转换装置13上表面的全反射，使得大角度的白光也可以进入导热装置14，而导热装置14的半球形表面可确保白光在导热装置14出射时不会发生全反射，从而提高白光的光提取效率。经波长转换元件转换得到的白光由导热装置14表面出射，经第二收集透镜15收集后得到白光光源，其中，第二收集透镜15为TIR透镜。
优选的，波长转换装置13的面积为导热装置14的底面面积的1/6-1/2。经实验验证，在此范围内，具有最好的散热效果和最高的光转换效率。
需要说明的是，在本实施方式中，为将波长转换装置13贴设在导热装置14上，即波长转换装置13的面积小于导热装置14，在可选择的其他实施方式中，也可以为散热装置14上的一部分贴设在波长转换装置13上，此时需要保证导热装置14与波长转换装置13的接触部分覆盖波长转换装置13上的光斑，也是可以实施的。
实施例二
参照图2所示，是在上述基础上改进得到的另一种实施方式。本实施方式与上述内容大体相同，包括激发光源21、波长转换装置23、散热模组和透镜模组。透镜模组包括第一收集透镜22和第二收集透镜25。散热模组包括散热装置26和导热装置24。区别仅在于，在本实施方式中，导热装置24的底面上设置有向远离激发光源21方向凹陷的凹槽，波长转换装置23设置在该凹槽内。这样，相较前述实施方式，可以增加导热装置24与波长转换装置23之间的接触面积，提供散热效率。
实施例三
参照图3所示，是在上述基础上改进得到的另一种实施方式。本实施方式与上述内容大体相同，包括激发光源31、波长转换装置33、散热模组和透镜模组。透镜模组包括第一收集透镜32和第二收集透镜35。散热模组包括散热装置36和导热装置34。与前述两种实施方式相比，区别仅在于，在本实施方式中，散热装置36上设置有用于固定导热装置34的固定槽，导热装置34的底面固定在固定槽内。这样，可以提供散热装置36和导热装置24之间的固定稳定性，同时也可以增加接触面积，提供热传导效率。
需要说明的是，本实施方式可以在前述任意一种方式上进行改进，即波长装换装置33可以为直接贴设在导热装置34的底面，也可以通过设置凹槽，固定在凹槽内，均是可以实施的。
实施例四
参照图4所示，是本发明第四种实施例的结构示意图。本实施方式是在实施例三的基础上进行的改进，与第三种实施方式大体相同，包括激发光源41、波长转换装置43、散热模组和透镜模组。透镜模组包括第一收集透镜42和第二收集透镜45。散热模组包括散热装置46和导热装置44。区别在于，本实施方式中的导热装置44的结构。在本实施方式中，导热装置44优选的为CPC结构，具体的，导热装置44包括分别与散热装置46相接触的第一弧面和第二弧面以及连接第一弧面和第二弧面的顶面和底面，顶面远离所述激发光源41设置，波长转换装置43设置在所述底面上。优选的，第一弧面和所述第二弧面分别与散热装置46的边缘相切设置，具体在本实施方式中，散热装置46上设置有与第一弧面和第二弧面相切的切面，导热装置44贴设在该切面上。导热装置44采用CPC结构，使得导热装置44除了改善散热和提高光提取效率外，还可以对出射白光进行准直。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种光源系统，所述散热模组包括与所述波长转换装置间隔设置的散热装置和与所述散热装置和所述波长转换装置分别相接触的导热装置，所述导热装置与所述波长转换装置的接触部分覆盖所述光斑。这样的结构能够有利于波长转换装置的散热，改善波长转换装置内热量聚集引起的发光性能衰减和可靠性等问题，同时可以有效避免波长转换元件表面全反射引起的光提取效率较低的问题，提高白光的光提取效率。
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 (16)

1.一种光源系统，包括激发光源，波长转换装置，散热模组和透镜模组，其特征在于，所述激发光源发出的激发光会聚到所述波长转换装置上形成光斑，所述散热模组包括与所述波长转换装置间隔设置或接触设置的散热装置和与所述散热装置和所述波长转换装置分别相接触的导热装置，所述导热装置至少部分覆盖所述光斑，所述导热装置将所述光斑产生的热量传递给所述散热装置进行散热。
2.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述波长转换装置为透射式波长转换装置。
3.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，制备所述导热装置的材料的导热率大于5W/m·K，透光率为在可见光区的透光率大于等于60％。
4.根据权利要求3所述的光源系统，其特征在于，所述导热装置采用蓝宝石材料制成。
5.根据权利要求3所述的光源系统，其特征在于，所述导热装置包括至少一个弧面和至少一个接触面，所述波长转换装置贴设在所述接触面上，所述导热装置与所述波长转换装置采用折射率相近的材料制备而成。
6.根据权利要求5所述的光源系统，其特征在于，所述导热装置为半球形结构，包括作为接触面的底面和弧面的顶面，所述波长转换装置设置在所述底面上，所述激发光源位于所述半球结构的球心一侧。
7.根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，所述波长转换装置的面积为导热装置的底面面积的1/6-1/2。
8.根据权利要求7所述的光源系统，其特征在于，所述波长转换装置通过高热导率的对可见光透明的粘结材料粘接在所述导热装置的底面。
9.根据权利要求8所述的光源系统，其特征在于，所述波长转换装置通过导热胶粘接在所述导热装置的底面。
10.根据权利要求9所述的光源系统，其特征在于，所述导热装置的底面上设置有向远离所述激发光源方向凹陷的凹槽，所述波长转换装置设置在所述凹槽内。
11.根据权利要求8所述的光源系统，其特征在于，所述散热装置上设置有用于固定所述导热装置的固定槽，所述导热装置的底面固定在所述固定槽内。
12.根据权利要求11所述的光源系统，其特征在于，所述散热装置上设置有上下贯穿的通孔，所述通孔的内壁环绕波长转换装置设置，所述波长转换装置和所述导热装置底面的圆心均位于所述通孔的中央。
13.根据权利要求5所述的光源系统，其特征在于，所述导热装置包括分别与所述散热装置相接触的第一弧面和第二弧面以及连接所述第一弧面和第二弧面的顶面和底面，所述顶面远离所述激发光源设置，所述波长转换装置设置在所述底面上。
14.根据权利要求13所述的光源系统，其特征在于，所述第一弧面和所述第二弧面分别与所述散热装置的边缘相切设置。
15.根据权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述透镜模组包括位于所述激发光源与所述波长转换装置之间的用于会聚激发光第一收集透镜和位于所述波长转换装置远离所述激发光源的一侧用于会聚出射光的第二收集透镜。
16.一种汽车照明装置，其特征在于，包括如权利要求1到15任意一项所述的光源系统。
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