CN111076103A - 一种荧光模组及激光照明系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种荧光模组及激光照明系统。其中荧光模组包括:荧光层、半导体制冷器件和散热器;半导体制冷器件的冷端与荧光层连接;半导体制冷器件的热端与散热器连接;荧光层为一体成型式荧光层。本发明中的荧光模组,所使用的荧光层是一体成型式荧光层,在制备过程中,即可保证荧光材料在荧光层内的均匀性,使得波长的转换均匀,出射光的色彩和强度均匀,不会形成光斑。同时,一体成型式荧光层,由于致密度高其热导率也较高,其被激光照射时产生的热量可快速传导,散热更快。本发明的激光照明系统,由于使用了上述荧光模组,大幅度提升了发光强度,同时保证出射光光斑均匀。
Description
技术领域
本申请涉及一种荧光模组及激光照明系统,属于激光照明技术领域。
背景技术
传统的激光照明系统主要以蓝光激发荧光模组的荧光材料获得黄色出射光,然后组合黄光与蓝光从而获得白色出射光的。然而,照明过程中,由于激光功率密度过高,且荧光材料不能完全吸收转换激光,未转换的激光以热形式释放,导致在很短时间内,受大功率激光辐照的荧光材料局部温度超过150℃,引起温度猝灭,造成荧光饱和,大幅度降低器件性能。
现有技术中的荧光模组,是将荧光粉涂覆于基板上,所使用的荧光材料的形态为荧光粉。该种方式存在如下问题:荧光粉涂覆的均匀性不易控制,导致出光色彩和强度不均匀,易造成眩光并形成光斑;同时,由于荧光粉不致密,热导率低,且荧光粉与基板是分体式结构,所以荧光粉被照射时产生能量需要从表面层向内部传导至基板然后进行散热,热传导过程相对较慢,散热效率低。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种荧光模组,以解决现有荧光模组使用荧光粉时,存在的荧光粉的均匀性不易控制,导致波长转换不均,易造成眩光并形成光斑的技术问题以及热传导过程较慢的技术问题。同时,本发明还提供了一种使用上述荧光模组的激光照明系统。
本发明提供了一种荧光模组,包括:荧光层、半导体制冷器件和散热器;
所述半导体制冷器件的冷端与所述荧光层连接;
所述半导体制冷器件的热端与所述散热器连接。
所述荧光层为一体成型式荧光层。
优选地,所述一体成型式荧光层的材质为荧光晶体、荧光陶瓷、荧光玻璃或荧光薄膜中的一种。
优选地,所述一体成型式荧光层的材料体系为铝酸盐、硅酸盐、氮化物、氮氧化物中的一种或多种。
优选地,还包括高导热填充层;
所述高导热填充层填充于所述荧光层与所述半导体制冷器件之间以及所述半导体制冷器件与所述散热器之间。
优选地,所述半导体制冷器件与所述荧光层和所述散热器固定连接。
优选地,所述固定连接具体为焊接、粘结或者焊接与粘结的组合方式。
优选地,还包括风扇;所述风扇与所述散热器连接。
本发明还公开了一种使用上述荧光模组的激光照明系统,包括:激光光源和所述荧光模组;所述荧光模组设置于所述激光光源的传输路径上,所述荧光模组以反射模式应用于该激光照明系统中。
优选地,所述激光光源的发射峰值为200nm~800nm。
本发明的荧光模组及激光照明系统,相较于现有技术,具有如下有益效果:
本发明中的荧光模组,所使用的荧光层是一体成型式荧光层,在制备过程中,即可保证荧光材料在荧光层内的均匀性,使得波长的转换均匀,出射光的色彩和强度均匀,不会形成光斑。同时,一体成型式荧光层,因高度致密,其热导率高,被激光照射时产生的能量直接从荧光层本身进行传导,热传导率更高,散热更快,同时省去现有技术中的基板。
本发明中的荧光模组,利用半导体制冷器件及散热器实现了对荧光层的降温,从而大幅度提升了荧光层在激光辐照下的荧光饱和阈值,可将出现荧光饱和时的激光功率提升1倍之多,改善了激光照明系统性能。
本发明中,一体成型式荧光层所使用的材质为荧光晶体、荧光陶瓷、荧光玻璃或荧光薄膜中的一种,使得荧光层本身即具有发光中心分布均匀、高耐热性、高热导性等优点。
本发明中荧光层的材料体系为铝酸盐、硅酸盐、氮化物、氮氧化物中的一种或多种。覆盖了全部可见光发光波段,可选择性更强,还可通过复合获得光学品质更高的荧光层。
本发明在荧光层与半导体制冷器件之间以及半导体制冷器件与散热器之间设置了高导热填充层,利用高导热填充层实现将荧光层的高温快速传导至散热器处,保证荧光层工作在正常温度范围内。
本发明的半导体制冷器件与荧光层和散热器均是固定连接。其中固定连接的连接方式为焊接、粘结或者焊接与粘结的组合方式,以此保证荧光模组结构的稳定性。同时,焊接使用的焊料及粘结使用的胶均具有高导热性,进一步加速荧光层温度的传导。
本发明还设置了风扇,风扇与散热器连接,使散热器的散热速度加快,进一步加速荧光层的降温。
本发明的激光照明系统,由于使用了上述荧光模组,大幅度提升了激光照明系统的发光强度,同时出射光色彩均匀,无光斑。
附图说明
图1为本发明荧光模组的结构示意图。
部件和附图标记列表:
01、荧光层;02、半导体制冷器件;03、散热器;04、风扇。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明,但本发明并不局限于这些实施例。
参见图1,本实施例提供了一种荧光模组,包括:荧光层01、半导体制冷器件02和散热器03;半导体制冷器件02的冷端与荧光层01连接;半导体制冷器件02的热端与散热器03连接;荧光层01为一体成型式荧光层。
本实施例中,所使用的荧光层是一体成型式荧光层,可保证荧光材料在荧光层内的均匀性,使得波长的转换均匀,出射光的色彩均匀,不会形成光斑。同时,一体成型式荧光层,其被激光照射时产生的能量直接从荧光层本身进行传导,热传导率更高,散热更快,可以很好的解决温度猝灭引起的荧光饱和。
本实施例中,半导体制冷器件可以将荧光层在受激光照射时产生的热量传导至散热器进行散热。由于荧光模组在使用时,需要使用激光发射器照射从而产生白光,由于荧光层不能完全吸收转换激光,未转换的能量以热形式释放,而激光功率过高,在很短时间内受大功率激光辐照的荧光层局部温度便超过150℃,引起温度猝灭,造成荧光饱和,大幅度降低器件性能,所以需要将荧光层的温度传导出来后进行散热。本申请使用半导体制冷器件将荧光层的温度传导至散热器,由散热器散热,从而降低了荧光层本身的局部的温度。
为使荧光层本身的导热性更佳,本实施例将一体成型式荧光层的材质设置为荧光晶体、荧光陶瓷、荧光玻璃或荧光薄膜中的一种。上述材质均具有发光中心分布均匀、高耐热性、高热导性的优点。
为使荧光模组的适用范围更广,本实施例的一体成型式荧光层的材料体系为铝酸盐、硅酸盐、氮化物、氮氧化物中的一种或多种。覆盖了全部可见光发光波段,可选择性更强,还可通过多种复合获得全光谱荧光层。
为使荧光层的温度传导出去,本实施例在荧光层与半导体制冷器件之间以及半导体制冷器件与散热器之间设置了高导热填充层。高导热填充层优选为脂类胶黏剂,为提升其热导率,在脂类胶黏剂中添加了银。其中脂类胶黏剂优选为酚醛树脂胶黏剂和环氧树脂胶黏剂、导热硅胶。
为保证荧光模组的结构稳定性,将半导体制冷器件02与荧光层01和散热器03固定连接。固定连接具体为焊接、粘结或者焊接与粘结的组合方式。即在荧光层与半导体制冷器件之间以及半导体制冷器件与散热器之间设置了高导热填充层后,再将三者固定连接。当使用焊接的固定连接方式时,可以使用钎焊;当使用粘结的固定连接方式时,可以使用高温导热胶胶合。也可以在焊接完成后,使用高温导热胶处理焊接不到的地方或者缝隙,进一步保证结构的稳定性。
为加快散热器散热,本实施例设置了风扇04;将风扇04与散热器03连接,利用风扇04的风将热量加速带走。
下面,将结合具体的实验验证本申请荧光模组的效果。
实施例1
选用尺寸为8×8mm的YAG:Ce3+荧光晶体,施加0.75v、3A的电源,使用激光光源为455nm的激光二极管照射YAG:Ce3+荧光晶体。可得其荧光饱和时,激光光功率为6W,光通量为300lm。
然后选用尺寸8×8mm的YAG:Ce3+荧光晶体,10×10mm的半导体制冷器件(TEC),及15×15mm的铝散热器,三者间通过导热硅胶连接固定,施加0.75v,3A电源,激光为455nm激光二极管。使用了TEC和散热器的荧光模组将YAG:Ce3+荧光陶瓷荧光饱和时激光光功率从6W提高到10W,其光通量从300lm提高到500lm,同时,出射光无光斑,可见其大幅度提高了荧光饱和阈值。
实施例2
选用尺寸为5×5mm的LuAG:Ce3+荧光玻璃,施加3V、3A电源,使用激光光源为450nm的激光二极管照射LuAG:Ce3+荧光玻璃,可得其荧光饱和时,激光光功率为1W,光通量为200lm。
然后选用尺寸为5×5mm的LuAG:Ce3+荧光玻璃、15×15mm的TEC、20×20mm的铜散热器,三者间通过导热硅胶连接并以高温导热胶固定,施加3v,3A电源,激光为450nm激光二极管。通过该模组将LuAG:Ce3+荧光玻璃荧光饱和时激光功率从1W提高到2.5W,其光通量从200lm提高到400lm,大幅度提高了荧光饱和阈值,且出射光无光斑。
实施例3
选用尺寸为3×3mm的YAG:Ce3+荧光陶瓷,施加0.75V、3A电源,使用激光光源为460nm的激光二极管照射YAG:Ce3+荧光陶瓷,可得其荧光饱和时,激光光功率为5W,光通量为400lm。
然后选用尺寸为3×3mm的YAG:Ce3+荧光陶瓷、10×10mm的TEC及15×15mm的铜散热器,荧光陶瓷与TEC之间通过钎焊连接,TEC与散热器通过导热硅胶连接并以高温导热胶固定,施加0.75v,3A电源,风扇与散热器连接,激光为460nm激光二极管。通过该模组将YAG:Ce3+荧光玻璃荧光饱和时激光功率从5W提高到15W,其光通量从400lm提高到1000lm,大幅度提高了荧光饱和阈值,且出射光无光斑。
实施例4
选用尺寸为5×5mm的正硅酸盐荧光薄膜,施加9V、3A电源,使用激光光源为254nm的激光二极管照射硅酸盐荧光薄膜,可得其荧光饱和时,激光光功率为500mW,光通量为200lm。
然后选用尺寸为5×5mm的硅酸盐荧光薄膜,20×20mm的TEC及25×25mm的铜散热器,荧光薄膜与TEC之间通过导热硅胶连接并用机械固定,TEC与散热器通过导热硅胶连接并以机械固定,施加9v,3A电源,激光为254nm激光二极管。通过该模组将YAG:Ce3+荧光玻璃荧光饱和时激光功率从500mW提高到700mW,其光通量从200lm提高到300lm,大幅度提高了荧光饱和阈值,且出射光无光斑。
本发明还公开了一种使用上述荧光模组的激光照明系统,包括:激光光源和上述荧光模组;荧光模组设置于激光光源的传输路径上,荧光模组以反射模式应用于该激光照明系统中。其中激光光源的发射峰值为200nm~800nm,使得本申请的激光照明系统可以使用多种激光二极管。使用该荧光模组的激光光源的出射光色彩和强度均匀,不会出现光斑。
以上所述,仅是本申请的几个实施例,并非对本申请做任何形式的限制,虽然本申请以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限制本申请,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本申请技术方案的范围内,利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例,均属于技术方案范围内。
Claims (9)
1.一种荧光模组,其特征在于,包括:荧光层、半导体制冷器件和散热器;
所述半导体制冷器件的冷端与所述荧光层连接;
所述半导体制冷器件的热端与所述散热器连接;
所述荧光层为一体成型式荧光层。
2.根据权利要求1所述的荧光模组,其特征在于,所述一体成型式荧光层的材质为荧光晶体、荧光陶瓷、荧光玻璃或荧光薄膜中的一种。
3.根据权利要求1所述的荧光模组,其特征在于,所述一体成型式荧光层的材料体系为铝酸盐、硅酸盐、氮化物、氮氧化物中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的荧光模组,其特征在于,还包括高导热填充层;
所述高导热填充层填充于所述荧光层与所述半导体制冷器件之间以及所述半导体制冷器件与所述散热器之间。
5.根据权利要求1或4所述的荧光模组,其特征在于,所述半导体制冷器件与所述荧光层和所述散热器固定连接。
6.根据权利要求5所述的荧光模组,其特征在于,所述固定连接具体为焊接、粘结或者焊接与粘结的组合方式。
7.根据权利要求1所述的荧光模组,其特征在于,还包括风扇;所述风扇与所述散热器连接。
8.一种激光照明系统,其特征在于,包括:激光光源和权利要求1~7任一项所述的荧光模组;所述荧光模组设置于所述激光光源的传输路径上。
9.根据权利要求8所述的激光照明系统,其特征在于,所述激光光源的发射峰值为200nm~800nm。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200428 |
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