CN203549686U - 波长转换装置及相关光源系统、投影系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种波长转换装置及相关光源系统、投影系统。所述波长转换装置包括陶瓷基板、附着在所述陶瓷基板一侧表面上的波长转换层以及固定连接在所述陶瓷基板上的金属散热器，所述波长转换层具有波长转换材料。采用本实用新型，该波长转换装置具有良好散热性能同时不易破碎，具有该波长转换装置的光源系统、投影系统因而具有更好的产品稳定性和更长的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及照明及显示技术领域，特别是涉及一种波长转换装置及相关光源系统、投影系统。
背景技术
利用激光或者LED等光源激发荧光粉以获得预定单色光或者多色光，是一种广泛应用于照明光源、投影显示等领域的技术方案。这种技术方案往往是利用激光或者LED出射光入射到高速旋转的荧光粉色轮上，以实现良好的散热。
现有技术中的色轮包括两层结构：荧光粉片和用于承载荧光粉片的铝基板。铝基板具有良好的导热性能，能够将荧光粉片上产生的热快速的传导并发散。然而，由于铝基板与荧光粉片的粘接性不佳，且铝基板自身熔点较低，不能通过高温烧结的方法与荧光粉片固定粘接，使得荧光粉片容易从铝基板上脱落。此外，由于铝基板和荧光粉片的热膨胀系数不匹配，在高温工作下，荧光粉片易产生破碎。
为了提高荧光粉片与基板的粘接性和高温下的稳定性，目前投影照明等领域的荧光粉色轮已经开始更换为陶瓷或其他高导热、高熔点的材料，此种材料的优势在于熔点高，易于无机溶剂与荧光粉粘接，且热膨胀系数与荧光粉片更接近，能保证荧光粉片在高温下的稳定性。
图1为现有技术中的一种波长转换装置的结构示意图。如图1所示，波长转换装置包括陶瓷基板101、荧光粉片103和马达104。激发光源照射在荧光粉片上产生的大量的热，由于陶瓷的导热能力不如金属，热量不能通过陶瓷基板101迅速的传导，导致其内部温度分布不均，进而导致陶瓷基板101各部分热膨胀不均匀，从而使其容易破碎；此外，在工作状态下，马达104带动陶瓷基板101高速旋转并产生震动，由于陶 瓷本身较脆，陶瓷基板101在工作状态下易发生破碎。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种具有良好散热性能同时不易破碎的波长转换装置及相关光源系统、投影装置。
本实用新型实施例提供一种波长转换装置，包括：
陶瓷基板、附着在陶瓷基板一侧表面上的波长转换层以及固定连接在陶瓷基板上的金属散热器；
该波长转换层具有波长转换材料。
优选地，陶瓷基板包括经过表面金属化处理的区域，在至少部分该经过表面金属化处理的区域上，陶瓷基板与金属散热器通过一焊接层连接。
优选地，金属散热器的材质为铜。
优选地，该波长转换装置还包括机械固定元件，用于将陶瓷基板与金属散热器固定。
优选地，机械固定元件包括螺丝或定位柱。
优选地，陶瓷基板与金属散热器之间包括热电制冷芯片或导热油中的至少一种。
优选地，金属散热器包括散热鳍片。
优选地，散热鳍片为呈漩涡形分布的散热鳍片。
优选地，陶瓷基板用于固定连接的面的所在面面积小于金属散热器用于固定连接的面的所在面面积。
优选地，金属散热器包括一凹槽结构，陶瓷基板卡在该凹槽结构的底部。
优选地，该波长转换装置还包括驱动器件，用于驱动波长转换装置运动。
优选地，驱动器件与金属散热器固定连接。
本实用新型实施例还提供一种光源系统，该光源系统包括上述波长转换装置以及用于产生激发光的激发光源，且波长转换装置位于激发光 的光路上。
本使用新型实施例还提供一种投影系统，该投影系统包括上述光源系统以及投影成像装置。
与现有技术相比，本实用新型包括如下有益效果：
本实施例中，由于金属散热器与陶瓷基板固定连接，陶瓷基板上的热传导到金属散热器中，金属的导热性能好，使陶瓷基板与金属散热器接触部分温度均匀，从而使陶瓷基板的温度分布更加均匀，有利于陶瓷基板的热量的发散，从而减少了波长转换层的热量累积，提高了其光转换效率；同时，金属散热器与陶瓷基板固定连接避免了陶瓷基板因各部分温差过大而导致的热膨胀不均匀，并对陶瓷基板的震动起到了缓冲的作用，从而避免了陶瓷基板在受热不均或震动时产生破碎。
附图说明
图1为现有技术中的一种波长转换装置的结构示意图；
图2为本实用新型波长转换装置的第一实施例的结构示意图；
图3为本实用新型波长转换装置的第一实施例的一个变形实施例的结构示意图；
图4为本实用新型波长转换装置的第一实施例的又一个变形实施例的结构示意图；
图5为本实用新型波长转换装置的第二实施例的结构示意图；
图5a为本实用新型波长转换装置的第二实施例的散热鳍片的结构示意图；
图6为本实用新型波长转换装置的第二实施例的一个变形实施例的结构示意图；
图7为本实用新型波长转换装置的第二实施例的又一个变形实施例的结构示意图；
图8为本实用新型波长转换装置的第二实施例的又一个变形实施例的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和实施方式对本实用新型实施例进行详细说明。
实施例一
请参见图2，图2是本实用新型波长转换装置的第一实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例的波长转换装置包括波长转换层203、陶瓷基板201和金属散热器202。
本实施例中，波长转换层203、陶瓷基板201和金属散热器202依次叠置放置。
波长转换层203为波长转换材料铺在陶瓷基板201表面上形成的层状结构，用于吸收激发光并产生受激光。波长转换材料可以为荧光粉，还可以为磷光体等磷光性材料或者量子点等纳米材料。
本实施例中，波长转换层203产生的热量传导至陶瓷基板201后，在陶瓷基板201内部扩散，由于陶瓷的导热性能不佳，陶瓷基板201距离波长转换层越近的位置温度越高。热量通过陶瓷基板201与金属散热器202接触的部分传递到金属散热器202，并在金属散热器202内部迅速扩散，使金属散热器202内部温度均匀。由于传热速率与温差成正相关，陶瓷基板201上温度较高的部分向金属散热器202传导的热量多于陶瓷基板201上温度较低的部分传导的热量，使得陶瓷基板201上与金属散热器202接触部分的温度逐渐趋于相等。
本实施例中，陶瓷基板201与金属散热器202通过焊接方式固定连接。陶瓷基板201与金属散热器202通过焊接层（图中未画出）连接，避免了陶瓷基板201与金属散热器202直接接触产生的界面热阻，从而有利于热量的传导，同时焊接的方式也增加了陶瓷基板201与金属散热器202的结合强度，防止了陶瓷基板201的过度膨胀而破裂。
本实施例中，陶瓷基板201上，经过表面金属化处理的区域上形成有一金属膜，该金属膜可以通过沉积等公知方式固定到陶瓷基板上的。本实施例中，优选的，采用镀银膜的方式实现表面金属化处理。
本实施例中，具体的，金属散热器202选用铜材质，焊接方式选用 锡焊。本实施例中，金属散热器202也可以选用其他易导热材料，同时优选在其焊接表面做处理，使其容易焊接。
本实施例中，金属散热器202上设有散热鳍片，散热鳍片通过增大金属散热器202与空气的接触面积，从而提高金属散热器202的散热能力。散热鳍片并非本实用新型必需的结构，例如在对散热效果要求较低的应用场合，可以去掉散热鳍片。
请参见图3，图3是本实用新型波长转换装置的第一实施例的一个变形实施例的结构示意图。本实施例与图2所示波长转换装置的不同点在于：
本实施例中，金属散热器302具有一凹槽结构，陶瓷基板301嵌入到金属散热器302中，并卡在该凹槽结构的底部。该结构使得陶瓷基板301的底面和侧面都与金属散热器302接触，可以增大其接触面积占其总表面积的比重，从而改善其内部温度分布均匀性。同时该结构减小了金属散热器302的体积，降低了该波长转换装置的质量。此外，该结构还改善了波长转换装置的外观结构，使其结构更加对称。本实施例中，陶瓷基板301的尺寸也可以小于金属散热器302的凹槽的尺寸，使得陶瓷基板301仅通过底面与金属散热器302固定连接，这样可以降低凹槽的加工难度。
请参见图4，图4是本实用新型波长转换装置的第一实施例的又一变形实施例的结构示意图。本实施例与图2所示波长转换装置的不同点在于：
本实施例中，陶瓷基板401与金属散热器402通过机械方式进行固定连接。机械方式固定连接可以使陶瓷基板401与金属散热器402实现可拆卸，便于更换。
本实施例中，机械固定方式采用螺丝将波长陶瓷基板401和金属散热器402贯穿来实现。本实施例中，还可以采用定位柱固定或其他实现同样功能的方式实现陶瓷基板401和金属散热器402固定连接。
本实施例中，陶瓷基板401与金属散热器402之间还包括热电制冷芯片405和用于控制热电制冷芯片的电路（图中未画出）。热电制冷芯 片405与陶瓷基板401接触的一侧为低温侧，与金属散热器402接触的一侧为高温侧。该芯片分别增大了陶瓷基板401和金属散热器402内部最大温差，从而进一步提高该波长转换装置的散热能力，进一步降低陶瓷基板401的温度，这是一种优选的实施方式。
本实施例中，陶瓷基板401、热电制冷芯片405和金属散热器402之间包括导热油层，该导热油层能够减小陶瓷基板401与金属散热器402之间的界面热阻，从而有利于热量的传导，这是一种优选的实施方式。
实施例二
请参见图5，图5是本实用新型波长转换装置的第二实施例的结构示意图。本实施例与第一实施例的不同点在于，还包括驱动器件504。
本实施例中，具体的，驱动器件504为一马达，该马达504通过与陶瓷基板501固定连接，带动陶瓷基板501和金属散热器502转动，通过高速转动，增加了陶瓷基板501和金属散热器502与空气的接触，从而大大提高了波长转换装置的散热能力。
如图5a为本实施例中金属散热器502上散热鳍片的俯视图，散热鳍片呈漩涡形分布，该结构有利于减小风阻，降低马达负担。
请参见图6，图6是本实用新型第二实施例的一个变形实施例的结构示意图。本实施例与第二实施例的不同点在于：
本实施例中，陶瓷基板601不与马达604接触，马达604通过与金属散热器602固定连接，实现带动陶瓷基板601转动。这种结构避免了马达604在运转过程中产生的震动直接传递给陶瓷基板601，从而防止陶瓷基板601因过度震动而破碎，金属散热器602在这里起到了缓冲震动的作用。
请参见图7，图7是本实用新型第二实施例的又一个变形实施例的结构示意图。本实施例与第二实施例的不同点在于：
本实施例中，陶瓷基板701与金属散热器702固定连接的面的面积小于金属散热器702在该固定连接面的面积。由于陶瓷基板为一个薄片结构，其面积越大，越容易破碎。本实施例通过减小陶瓷基板701的尺寸，降低了其在工作中破碎的可能，此外还通过减轻重量降低了马达704 的负担。
进一步的，请参见图8，图8是本实用新型第二实施例的又一个变形实施例的结构示意图。本实施例与第二实施例的不同点在于：
本实施例中，金属散热器802包括一凹槽结构，陶瓷基板801嵌入到金属散热器802的凹槽结构中，并卡在该凹槽结构的底部。该结构除了具有第一实施例中图3所示装置的优点，还可以减小波长转换装置在转动过程中垂直于陶瓷基板和金属散热器叠置方向的风阻力，从而减轻了马达804的负重。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本实用新型实施例还提供一种光源系统，包括波长转换装置，该波长转换装置可以具有上述各实施例中的结构与功能。该光源系统包括激发光源，如激光二极管（LD，Laser Diode）、发光二极管（LED，Light-Emitting Diode）。
本实用新型实施例还提供一种投影系统，包括波长转换装置，该波长转换装置可以具有上述各实施例中的结构与功能。该投影系统可以采用各种投影技术，例如液晶显示器（LCD，Liquid Crystal Display）投影技术、数码光路处理器（DLP，Digital Light Processor）投影技术。此外，上述波长转换装置也可以应用于照明系统，例如舞台灯照明。
以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (14)
1.一种波长转换装置，其特征在于，包括陶瓷基板、附着在所述陶瓷基板一侧表面上的波长转换层以及固定连接在所述陶瓷基板上的金属散热器；
所述波长转换层具有波长转换材料。
2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述陶瓷基板包括经过表面金属化处理的区域，在至少部分该经过表面金属化处理的区域上，所述陶瓷基板与所述金属散热器通过一焊接层连接。
3.根据权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，所述金属散热器的材质为铜。
4.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，该波长转换装置还包括机械固定元件，用于将所述陶瓷基板与所述金属散热器固定。
5.根据权利要求4所述的波长转换装置，其特征在于，所述机械固定元件包括螺丝或定位柱。
6.根据权利要求4所述的波长转换装置，其特征在于，所述陶瓷基板与所述金属散热器之间包括热电制冷芯片或导热油中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述金属散热器包括散热鳍片。
8.根据权利要求7所述的波长转换装置，其特征在于，所述散热鳍片为呈漩涡形分布的散热鳍片。
9.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述陶瓷基板用于固定连接的面的所在面面积小于所述金属散热器用于固定连接的面的所在面面积。
10.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述金属散热器包括一凹槽结构，所述陶瓷基板卡在所述凹槽结构的底部。
11.根据权利要求1至10中任意一项所述的波长转换装置，其特征在于，该波长转换装置还包括驱动器件，用于驱动该波长转换装置运动。
12.根据权利要求11所述的波长转换装置，其特征在于，所述驱动器件与所述金属散热器固定连接。
13.一种光源系统，其特征在于，包括权利要求1至12中的任意一项所述的波长转换装置，还包括用于产生激发光的激发光源，所述波长转换装置位于所述激发光的光路上。
14.一种投影系统，其特征在于，包括权利要求13中所述的光源系统，还包括投影成像装置。
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