CN110737085B - 波长转换装置 - Google Patents
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Abstract
一种波长转换装置，包括依次层叠的基板(104)、反射层(103)和发光层(102)，所述波长转换装置还包括设置在基板(104)和/或发光层(102)上的透明金刚石膜层(101)。本发明通过增设透明金刚石膜层，提高了波长转换装置的导热系数，增强了热量在波长转换装置内的扩散速率，从而使发光层产生的热量迅速扩散，降低了发光层中荧光层的热饱和效应，防止荧光层特性劣化而引起的发光效率降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种波长转换装置，属于照明及显示技术领域。
背景技术
随着激光显示技术的不断发展，蓝色激光激发荧光材料获得可见光的技术获得很大进展。目前针对激光激发荧光粉的特性开发的荧光材料即波长转换材料的要求有高亮度、高导热性能、光学转换效率高等。
波长转换材料是激光荧光光源的核心部件，其作用是将激光器发出的短波长、大功率激光转化成更长波长的可见光，因此波长转换材料的性能直接决定了激光荧光光源的性能。波长转换材料的主体为荧光层，荧光层做为波长转换材料的发光层，其不同封装方式决定了波长转换装置的最终光转换性能。目前荧光层的封装方式有有机树脂、有机硅胶、无机玻璃及无机陶瓷，一般将波长转换装置制成圆形可旋转的轮子-色轮结构，匹配高性能马达后，在使用时高速旋转。
激光荧光光源中的激发光功率很高，照射在波长转换材料上除了产生可见光之外，同时还会产生大量的热量。色轮散热主要有两种形式：一种是通过马达的高速旋转，荧光层表面直接与环境形成对流散热；另一种是热量先经反射层传导到基板，再由基板表面与环境形成对流散热。
目前色轮性能提高的主要障碍之一，就是色轮与空气的对流散热不足以将色轮内部积累的热量充分、及时的散去，热量的堆积导致温度上升造成荧光层光转换效率下降或失效，因此提高色轮对外散热效率是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种波长转换装置，通过增设透明金刚石膜层，提高了波长转换装置的导热系数，增强了热量在波长转换装置内的扩散速率，从而使发光层产生的热量迅速扩散，降低了发光层中荧光层的热饱和效应，防止荧光层特性劣化而引起的发光效率降低。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种波长转换装置，包括依次层叠的基板、反射层和发光层，所述波长转换装置还包括设置在基板和/或发光层上的透明金刚石膜层。
优选地，所述透明金刚石膜层设置在发光层远离反射层的一侧。
优选地，所述透明金刚石膜层设置在基板与反射层之间。
优选地，所述透明金刚石膜层设置在发光层远离反射层的一侧，以及基板与反射层之间。
为了提高波长转换装置的散热能力，所述基板远离反射层的一侧设有鳍片式散热器。
优选地，所述基板设有鳍片式散热器的一侧与驱动设备连接，所述基板为圆盘型，所述反射层、发光层以及透明金刚石膜层均为圆环形。
优选地，所述透明金刚石膜层设置在所述基板远离反射层的一侧。
优选地，所述透明金刚石膜层还设置在发光层远离反射层的一侧，以及基板与反射层之间。
为保证波长转换装置的转换效率，所述发光层的厚度为0μm-500μm。
为了保证透明金刚石膜层的散热能力以及其与基板之间的结合力，所述透明金刚石膜层的膜层厚度为0μm-50μm。
综上所述，本发明通过增设透明金刚石膜层，提高了波长转换装置的导热系数，增强了热量在波长转换装置内的扩散速率，从而使发光层产生的热量迅速扩散，降低了发光层中荧光层的热饱和效应，防止荧光层特性劣化而引起的发光效率降低。
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。
附图说明
图1为本发明实施例一波长转换装置的结构示意图；
图2为现有技术中波长转换装置的散热效果示意图；
图3为本发明实施例一波长转换装置的散热效果示意图；
图4为本发明实施例二波长转换装置的结构示意图；
图5为本发明实施例三波长转换装置的结构示意图；
图6为本发明实施例四波长转换装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种波长转换装置，包括依次层叠的基板104、反射层103和发光层102。
所述基板104的材质为金属或陶瓷。
所述发光层102用于吸收激发光并出射波长不同于所述激发光的受激光，这里的激发光可以为固态光源发出的光，如LED光、激光二极管光、激光器光，也可以为其他现有技术中公开的光源光。所述发光层102内包含波长转换材料，其可以是荧光粉和玻璃粉熔融形成的荧光玻璃层、以及YAG:Ce3+构成的纯相荧光陶瓷层，也可以是YAG:Ce3+混合氧化铝材料形成的复相荧光陶瓷层。需要说明的是，本发明并不限制发光层102的种类，本领域技术人员可根据实际需要选择现有技术中具有荧光粉的封装结构作为本发明中的发光层102。
为保证波长转换装置的转换效率，所述发光层102的厚度为0μm-500μm，优选200μm。
所述反射层103用于反射所述受激光和部分未转换的所述激发光。所述反射层103可以由反射填料粒子(如氧化钛、氧化铝、氧化镁、氧化钙等)与硅胶混合固化形成，也可以由反射填料粒子与玻璃粉混合熔融形成；所述反射层103还可以为具有较高反射率的镀银层、镀铝层或陶瓷层(如氧化铝陶瓷等)。
本领域技术人员可以根据实际需要选择不同种类的发光层102和反射层103来生产波长转换装置。
在制造所述波长转换装置时，发光层102可以通过多种途径设置在波长转换装置上。例如，可以将反射层103的浆料原料和发光层102的浆料原料依次刷涂于基板104上，之后通过烧结使发光层102、反射层103及基板104紧密的结合在一起；还可以将发光层102先加工成薄片，之后直接与烧结在基板104上的反射层103粘结。
本发明中波长转换装置还包括设置在基板104和/或发光层102上的透明金刚石膜层101。具体来说，所述透明金刚石膜层101可以设置在发光层102远离反射层103的一侧；所述透明金刚石膜层101还可以设置在基板104远离反射层103的一侧，或者设置在基板104与反射层103之间。
所述透明金刚石膜层101具有热导率高且热膨胀系数小的特性。具体来说，金刚石的热导率为1000-2000W/(m·k)，在室温下，金刚石的热导率是硅的15倍，铜的5倍。将透明金刚石膜运用在波长转换装置上，能够将激发发光层102时产生的大量热量迅速扩散，由点散热转换成面散热，局部热量会通过透明金刚石膜迅速扩散出去，降低发光层102中荧光粉颗粒的热饱和效应，防止荧光粉特性劣化、发光效率降低。另外，由于透明金刚石膜层101的热膨胀系数小，具有高透明度、耐磨损等优异性能，且能沉积在陶瓷、玻璃、金属等材料的表面，可与发光层102或基板104牢固结合，将产生的热量迅速扩散。
所述透明金刚石膜层101的制备可以采用过滤阴极真空电弧技术来实现透明金刚石膜层在基板104和/或发光层102上的镀覆，溅射沉积时靶材选用纯度为99.99％的石墨靶，设定实验环境气压和实验温度(如室温)后，将基板104和/或发光层102置于真空沉积室中，在其表面沉积金刚石薄膜以形成透明金刚石膜层101。
透明金刚石膜层101与基板104之间的结合力，以及透明金刚石膜层101与发光层102之间的结合力均与透明金刚石膜层101的膜层厚度有关。若膜层太厚，透明金刚石膜层101可能会发生开裂或结合不牢等不良现象若，若膜层太薄，透明金刚石膜层101无法有效的散热，因此，在本发明中，透明金刚石膜层101的膜层厚度为0μm-50μm，优选为40μm-50μm。
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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的前提下所得到的所有其他实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例一
图1为本发明实施例一波长转换装置的结构示意图。如图1所示，在本实施例中，波长转换装置包括依次层叠的基板104、反射层103和发光层102，波长转换装置还包括设置在发光层102远离反射层103一侧的透明金刚石膜层101。
在本实施例中，所述基板104为圆盘型，所述反射层103、发光层102以及透明金刚石膜层101均为圆环形。为了提高波长转换装置的散热能力，所述基板104远离反射层103的一侧设有鳍片式散热器105，所述鳍片式散热器105的作用为将激发光照射波长转换装置后产生的部分热量扩散至空气中。所述基板104设有鳍片式散热器105的一侧与驱动设备106(如马达等)连接，所述驱动设备106用于驱动基板104围绕其中心轴旋转，以使得激发光在发光层102上形成的光斑按照圆形路径周期性的作用于所述发光层102。
图2为现有技术中波长转换装置的散热效果示意图；图3为本发明实施例一波长转换装置的散热效果示意图。如图2和图3所示，由于本实施例中设置了透明金刚石膜层101，激发光107由透明金刚石膜层101入射，透过透明金刚石膜层101后进入发光层102，再经反射层103反射，由透明金刚石膜层101表面出射。在上述过程中，发光层102所产生的热量108传导到透明金刚石膜层101，由于透明金刚石膜层101的热导率远远大于发光层102的热导率，在透明金刚石膜层101内的热量会横向扩散，使得波长转换装置的散热由点散热转变为面散热，相比与现有技术中波长转换装置的散热面积S1，本实施例中散热面积S2有所增加，在高速旋转的对流散热中，进一步加快了热量的扩散速度。
实施例二
图4为本发明实施例二波长转换装置的结构示意图。如图4所示，本实施例与实施例一相比，其不同之处在于透明金刚石膜层101的设置位置发生了变化：所述透明金刚石膜层101设置在基板104与反射层103之间。
在本实施例中，激发光由发光层102入射，再经反射层103反射作用，由发光层102表面出射。在上述过程中，发光层102所产生的热量传导到透明金刚石膜层101，由于透明金刚石膜层101的热导率远远大于发光层102的热导率，在透明金刚石膜层101内的热量会横向扩散，使得波长转换装置的散热由点散热转变为面散热，相比于现有技术中波长转换装置的散热面积，本实施例中散热面积有所增加，在高速旋转的对流散热中，进一步加快了热量的扩散速度。
本实施例中的其他内容与实施例一相同，在此不再赘述。
实施例三
图5为本发明实施例三波长转换装置的结构示意图。如图5所示，本实施例与实施例一相比，其不同之处在于不仅在发光层102远离反射层103一侧设置了透明金刚石膜层101，基板104与反射层103之间也设置了透明金刚石膜层101，且上述两种透明金刚石膜层101的厚度可以相同，也可以不同。
在本实施例中，激发光107由透明金刚石膜层101入射，透过透明金刚石膜层101后进入发光层102，再经反射层103反射作用，由透明金刚石膜层101表面出射。在上述过程中，发光层102所产生的热量分别传导到位于基板104以及发光层102上的透明金刚石膜层101，由于透明金刚石膜层101的热导率远远大于发光层102的热导率，在透明金刚石膜层101内的热量会横向扩散，由点散热转变为面散热，提高了热量的扩散速度。
本实施例中的其他内容与实施例一相同，在此不再赘述。
实施例四
图6为本发明实施例四波长转换装置的结构示意图。如图6所示，本实施例与实施例一相比，其不同之处在于，所述基板104远离反射层103的一侧并没有设置鳍片式散热器105，而是设置了透明金刚石膜层101。
在本实施例中，激发光由发光层102入射，再经反射层103反射作用，由发光层102表面出射。在上述过程中，发光层102所产生的热量经反射层103和基板104后传导到透明金刚石膜层101，通过采用热导率高的透明金刚石膜层101来代替传统的鳍片式散热器105，使得经基板104传来的热量能够迅速得到扩散。
需要说明的是，由于在本实施例中，激发光并不经过透明金刚石膜层101，因此，本实施例中对于设置在所述基板104远离反射层103一侧的透明金刚石膜层101，其透明度要求不高。
与实施例二和实施例三类似，为了提高散热效果，在本实施例中，还可以在基板104与反射层103之间设置透明金刚石膜层101，进一步地，在发光层102远离反射层103一侧也设置透明金刚石膜层101。
本实施例中的其他内容与实施例一相同，在此不再赘述。
需要说明的是，在上述多个实施例中，本发明中所述波长转换装置也可替换为固定式的波长转换装置，即所述基板104没有与任何驱动设备连接。
综上所述，本发明提供一种波长转换装置，通过增设透明金刚石膜层，提高了波长转换装置的导热系数，增强了热量在波长转换装置内的扩散速率，从而使发光层产生的热量迅速扩散，降低了发光层中荧光层的热饱和效应，防止荧光层特性劣化而引起的发光效率降低。
Claims (5)
1.一种波长转换装置，包括依次层叠的基板(104)、反射层(103)和发光层(102)，其特征在于，所述波长转换装置适用于激光荧光光源，所述波长转换装置还包括用于扩散所述发光层(102)产生的热量并增加所述波长转换装置散热面积的透明金刚石膜层(101)，所述透明金刚石膜层(101)设置在所述发光层(102)远离所述反射层(103)的一侧。
2.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述基板(104)远离反射层(103)的一侧设有鳍片式散热器(105)。
3.如权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，所述基板(104)设有鳍片式散热器(105)的一侧与驱动设备(106)连接，所述基板(104)为圆盘型，所述反射层(103)、发光层(102)以及透明金刚石膜层(101)均为圆环形。
4.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述发光层(102)的厚度为0μm-500μm。
5.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述透明金刚石膜层(101)的膜层厚度为0μm-50μm。
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