CN112648548A - 激光照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光照明装置，包括：荧光材料层、激光光源、散热结构；其中，该激光光源，用于向荧光材料层发射激光；散热结构，包括导热单元和散热单元，其中，导热单元用于对荧光材料层进行导热，散热单元用于对导热单元进行散热。本发明提供的激光照明装置可以至少部分解决现有技术中荧光材料层由于散热不良导致的热淬灭的问题。
Description
技术领域
本发明属于激光照明技术领域，主要涉及一种激光照明装置。
背景技术
目前，激光照明白光光源的获得方式有：采用蓝光激光器激发黄色荧光材料和采用紫外激光器激发多色荧光材料形成白光；因为其具有较高的光效、环保、体积小等特性，广泛应用于诸多领域中。
然而，这种光源的发光功率被限制在一个较低的水平。由于激光器发出的激光光束具有很好的方向性，在大功率密度下工作时聚焦的光斑最低可达到几个微米的直径，直接照射到荧光粉表面上时会迅速聚集热量，采用荧光材料以及传统的封装工艺，将会导致荧光粉迅速衰减甚至淬灭，使激光器光源系统会产生光衰、光色不稳定现象并最终影响大功率激光照明的实用化。其次由于激光光斑小、光束集中的特点，荧光材料的接收面处的激光功率密度很高，当光通过荧光粉层时，由于量子效率损失，斯托克斯位移损失和吸收损失，部分光能将转换为热量。由于有机粘合剂的相对较低的热导率，它可能进一步导致磷光体温度升高。当高于一定温度时，荧光材料的量子效率开始迅速下降。量子效率的降低将会导致荧光体层中产生的热量进一步增加，温度进一步升高，反作用于量子效率进一步降低。这种热失控效应被称为荧光粉热淬灭，因此难以满足大功率激光应用的需求。
目前，针对激光照明散热问题，大多数的方案都是对激光光源模组进行散热处理，散热效果不理想，达不到预期散热效果，很容易出现荧光材料层由于散热不良导致的热淬灭的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明旨在提供一种激光照明装置，本发明可以至少部分解决现有技术中荧光材料层由于散热不良导致的热淬灭的问题。
(二)技术方案
一种激光照明装置，包括：荧光材料层；激光光源，用于向所述荧光材料层发射激光；散热结构，包括导热单元和散热单元；所述导热单元用于对所述荧光材料层进行导热；所述散热单元用于对所述导热单元进行散热。
可选地，所述荧光材料层，包括发光区和散热区；所述导热单元，包括第一换热面、第二换热面、结合面、以及激光通道，其中所述激光通道贯通所述导热单元，且所述激光通道的两端分别延伸至所述第一换热面和所述第二换热面；所述散热单元，包括冷却流体、以及用于容纳所述冷却流体的流体装载体；其中，所述导热单元通过所述第一换热面吸收所述散热区的热量；所述导热单元通过所述结合面固接在所述流体装载体上；所述激光通道连通至所述发光区；所述散热单元通过所述冷却流体与所述第二换热面进行换热。
可选地，所述导热单元采用导热材料制成。
可选地，所述冷却流体内设有空气泡。
可选地，所述第一换热面和所述散热区直接接触；或所述第一换热面和所述散热区通过导热硅胶固接在一起。
可选地，所述流体装载体包括：散热内筒、散热外筒和封堵板；其中，所述第二换热面、所述散热内筒的外壁、所述散热外筒的内壁和所述封堵板的上表面，围合形成密闭的容纳腔，所述容纳腔用于容纳所述冷却流体。
可选地，所述散热内筒与所述激光通道连通。
可选地，所述散热内筒的内壁设有全反射光学层。
可选地，所述散热内筒和所述散热外筒采用导热材料。
可选地，该激光照明装置还包括：耦合光纤，连通至所述激光照明装置的散热内筒；支撑构件，包括支撑底座和安装在所述支撑底座上的保护罩，其中，所述支撑底座用于安装支撑所述激光光源和所述散热结构，所述保护罩位于所述荧光材料层所在一侧。
(三)有益效果
本发明实施例提供的激光照明装置，包括有一个可以直接对荧光材料层进行散热的散热结构，与现有技术中采用对激光光源模组进行散热的方式相比，由于采用直接对荧光材料层进行散热，其散热效果更好，散热速率更快；此外，本发明实施例提供的激光照明激光照明装置，通过导热单元与散热单元相结合的方式进行散热，具体地，通过导热单元对激光照明装置的荧光材料层进行导热，通过散热单元进一步对传导至导热单元的热量进行散热，进而增大了散热面积，可以快速将热量散发出去，可以解决荧光材料在持续诱导激发而不能及时散热的问题，进而解决荧光材料层由于散热不良导致的热淬灭的问题，提升改善了激光照明装置的散热效果和延长荧光材料的使用寿命；且该激光照明装置，结构简单，易于拆卸和更换，实用性较好。
附图说明
图1是本发明实施例示出的激光照明装置的结构示意图；
图2是本发明实施例示出的散热结构的结构示意图；
图3是图2所示的散热结构的剖视图；
图4是本发明实施例示出的荧光材料层的结构示意图；
图5是本发明实施例示出的导热单元的结构示意图。
附图标记说明：
110、荧光材料层；111、发光区；112、散热区；120、耦合光纤；130、激光光源；200、散热结构；210、导热单元；211、第一换热面；212、激光通道；213、第二换热面；214、结合面；220、冷却流体；221、空气泡；230、流体装载体；231、散热内筒；232、散热外筒；233、封堵板；300、支撑构件；310、支撑底座；320、保护罩。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例示出的激光照明装置的结构示意图。如图1所示，该激光照明装置，包括：荧光材料层110、激光光源130和散热结构200。其中，激光光源130，用于向荧光材料层110发射激光；散热结构200，用于对荧光材料层110进行散热。
图2是本发明实施例示出的散热结构200的结构示意图；图3是图2所示的散热结构200的剖视图。如图2、图3所示，散热结构200，包括导热单元210和散热单元；其中，导热单元210用于对荧光材料层110进行导热，散热单元用于对导热单元210进行散热。
本发明实施例提供的激光照明装置，由于包括有可以直接对荧光材料层110进行散热的散热结构200，与现有技术中采用对激光光源模组进行散热的方式相比，由于采用直接对荧光材料层110进行散热，其散热效果更好，散热速率更快；此外，本发明实施例提供的激光照明激光照明装置，通过导热单元210与散热单元相结合的方式进行散热，具体地，通过导热单元210对激光照明装置的荧光材料层110进行导热，通过散热单元进一步对传导至导热单元210的热量进行散热，进而增大了散热面积，可以快速将热量散发出去，可以解决荧光材料在持续诱导激发而不能及时散热的问题，进而解决荧光材料层110由于散热不良导致的热淬灭的问题，提升改善了激光照明装置的散热效果和延长荧光材料的使用寿命；且该激光照明装置，结构简单，易于拆卸和更换，实用性较好。
图4是本发明实施例示出的荧光材料层110的结构示意图，作为一种可选的实施例，如图4所示，荧光材料层110，包括发光区111和散热区112，其中发光区111用于受激光激发后发光；通过散热结构200对散热区112进行散热，进而达到对荧光材料层110降温的目的。
图5是本发明实施例示出的导热单元210的结构示意图。如图5所示，导热单元210，包括第一换热面211、激光通道212、第二换热面213、结合面214。其中激光通道212贯通导热单元210，且激光通道212的两端分别延伸至第一换热面211和第二换热面213；设置激光通道212，使得激光光源130发射的激光能够通过激光通道212发射至荧光材料层110。可选地，荧光材料层110为圆形片状结构，导热单元210采用环形板状结构，该环形板状结构的中心孔即为激光通道212，第一换热面211、第二换热面213分别为该环形板状结构的上下两个环端面，结合面214为该环形板状结构的柱面。
作为一种可选的实施例，导热单元210采用导热材料制成，可选为包括但不限于铝、铜等具有良好导热率的材料，以保证良好的导热效果。
如图2、图3所示，散热单元，包括冷却流体220、以及用于容纳冷却流体220的流体装载体230。
作为一种可选的实施例，流体装载体230包括：散热内筒231、散热外筒232和封堵板233；其中，第二换热面213、散热内筒231的外壁、散热外筒232的内壁和封堵板233的上表面，围合形成密闭的容纳腔，容纳腔用于容纳冷却流体220。其中，散热内筒231与激光通道212连通，具体地，散热内筒231的上端嵌套固接在激光通道212内，使得激光光源130发射的激光能够通过散热内筒231和激光通道212后发射至荧光材料层110。可选地，散热内筒231的上端可以直接紧固嵌套固接在激光通道212，或者通过导热硅胶将散热内筒231的上端与激光通道212内壁粘合在一起。导热单元210通过结合面214固接在流体装载体230上，具体地，散热外筒232的上端与导热单元210结合面214固接在一起，可选地，散热外筒232的上端可以紧固嵌套在导热单元210外，或者通过导热硅胶将散热外筒232的上端与导热单元210的结合面214粘合在一起。可选地，封堵板233采用环形板状结构，封堵板233的内环缘与散热内筒231的下缘焊接或粘接在一起，封堵板233的外环缘与散热外筒232的下缘焊接或粘接在一起。
导热单元210通过第一换热面211吸收散热区112的热量；作为一种可选的实施例，第一换热面211和散热区112直接接触；或第一换热面211和散热区112通过导热硅胶固接在一起。其中，荧光材料层110的发光区111部分不涂抹导热硅胶，避免影响激光入射激发荧光材料层110。导热单元210吸收散热区112的热量后，需要通过散热单元对其散热将热量散发出去，具体地，通过散热单元中的冷却流体220与导热单元210的第二换热面213进行换热，实现对导热单元210散热的目的。
作为一种可选的实施例，散热内筒231和散热外筒232采用导热材料，可选为金属材料，或可选为包括但不限于铝、铜等具有良好导热率的材料，保证散热内筒231和散热外筒232具有良好的导热效果，便于进一步及时将冷却流体220的热量散发出去。
作为一种可选的实施例，冷却流体220选取沸点为100℃的水，以此作为散热的工作介质。
作为一种可选的实施例，冷却流体220内设有空气泡221。空气泡221可以采用由硅胶或塑料形成的气囊，其体积可由工作介质的具体工作温度确定。空气泡221的作用在于使冷却流体220在温度变化的情况下持续充满流体装载体230内部的容纳腔，随着温度的升高，冷却流体220体积受热膨胀，由于空气的可压缩性小于冷却流体220的可压缩性，因此空气泡221受压缩，以吸收冷却流体220的体积膨胀量，当温度降低时，冷却流体220体积相对减小，因空气的膨胀系数大于冷却流体220的膨胀系数，空气泡221膨胀，弥补冷却流体220的体积缩小量。可见设置空气泡221，可以有效缓解冷却流体220在温度降低的情况下体积变小无法充满容纳腔的问题，以及冷却流体220在温度升高的情况下，由于其体积膨胀压迫流体装载体230的腔壁造成流体装载体230损坏的问题。由于冷却流体220持续充满流体装载体230内部的容纳腔，因此可保证冷却流体220与导热单元210的第二换热面213稳定接触，保证对导热单元210的散热效果。
作为一种可选的实施例，该激光照明装置还包括耦合光纤120，耦合光纤120连通至激光照明装置的散热内筒231，用于将激光光源130发射的激光定向传输至散热内筒231，之后，激光穿过散热内筒231和导热单元210的激光通道212，射向荧光材料层110的发光区111。
本发明实施例通过设置耦合光纤120，将激光光源130与荧光材料层110、以及散热结构200分离设置，分区化设置每个功能结构模块，便于单独维修，且每个功能结构模块体积可以做到较小尺寸，便于装配。
作为一种可选的实施例，散热内筒231的内壁设有全反射光学层。因激光在传输过程中需要穿过散热内筒231，为防止激光在散热内筒231内传输时产生光学损耗，在散热内筒231的内壁蒸镀全反射光学层。
作为一种可选的实施例，该激光照明装置还包括支撑构件300，支撑构件300包括支撑底座310和安装在支撑底座310上的保护罩320，其中，支撑底座310用于安装支撑激光光源130和散热结构200，保护罩320采用透光材料，且位于荧光材料层110所在一侧，用于保护荧光材料层110以及激光照明装置的其他部件不受损坏。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光照明装置，其特征在于，包括：
荧光材料层(110)；
激光光源(130)，用于向所述荧光材料层(110)发射激光；
散热结构(200)，包括导热单元(210)和散热单元；所述导热单元(210)用于对所述荧光材料层(110)进行导热；所述散热单元用于对所述导热单元(210)进行散热。
2.根据权利要求1所述的激光照明装置，其特征在于：
所述荧光材料层(110)，包括发光区(111)和散热区(112)；
所述导热单元(210)，包括第一换热面(211)、第二换热面(213)、结合面(214)、以及激光通道(212)，其中所述激光通道(212)贯通所述导热单元(210)，且所述激光通道(212)的两端分别延伸至所述第一换热面(211)和所述第二换热面(213)；
所述散热单元，包括冷却流体(220)、以及用于容纳所述冷却流体(220)的流体装载体(230)；
其中，所述导热单元(210)通过所述第一换热面(211)吸收所述散热区(112)的热量；所述导热单元(210)通过所述结合面(214)固接在所述流体装载体(230)上；所述激光通道(212)连通至所述发光区(111)；所述散热单元通过所述冷却流体(220)与所述第二换热面(213)进行换热。
3.根据权利要求2所述的激光照明装置，其特征在于：所述导热单元(210)采用导热材料制成。
4.根据权利要求2所述的激光照明装置，其特征在于：所述冷却流体(220)内设有空气泡(221)。
5.根据权利要求2所述的激光照明装置，其特征在于：
所述第一换热面(211)和所述散热区(112)直接接触；或
所述第一换热面(211)和所述散热区(112)通过导热硅胶固接在一起。
6.根据权利要求2所述的激光照明装置，其特征在于，所述流体装载体(230)包括：
散热内筒(231)、散热外筒(232)和封堵板(233)；其中，所述第二换热面(213)、所述散热内筒(231)的外壁、所述散热外筒(232)的内壁和所述封堵板(233)的上表面，围合形成密闭的容纳腔，所述容纳腔用于容纳所述冷却流体(220)。
7.根据权利要求6所述的激光照明装置，其特征在于：
所述散热内筒(231)与所述激光通道(212)连通。
8.根据权利要求6所述的激光照明装置，其特征在于：
所述散热内筒(231)的内壁设有全反射光学层。
9.根据权利要求6所述的激光照明装置，其特征在于：所述散热内筒(231)和所述散热外筒(232)采用导热材料。
10.根据权利要求6所述的激光照明装置，其特征在于，还包括：
耦合光纤(120)，连通至所述激光照明装置的散热内筒(231)；
支撑构件(300)，包括支撑底座(310)和安装在所述支撑底座(310)上的保护罩(320)，其中，所述支撑底座(310)用于安装支撑所述激光光源(130)和所述散热结构(200)，所述保护罩(320)位于所述荧光材料层(110)所在一侧。
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| CN (1) | CN112648548B (zh) |
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2020
- 2020-12-24 CN CN202011550185.5A patent/CN112648548B/zh active Active
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