CN105737103A - 波长转换装置及相关荧光色轮和投影装置 - Google Patents
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Abstract
本发明保护一种波长转换装置及相关荧光色轮和投影装置，该波长转换装置包括依次叠置的发光层、蓝宝石层和镜面反射膜，蓝宝石层用于支撑发光层和镜面反射膜。蓝宝石层具有硬度高、表面平整度好和高导热的特性，不仅利于镜面反射膜的镀制，而且使热量均匀传播到镜面反射膜表面，使得镜面反射膜在镀制及使用过程中不易发生开裂变形，能够在长时间工作下保持高反射率，进而使波长转换装置出射光效率高。
Description
技术领域
本发明涉及发光器件领域，特别是涉及一种波长转换装置及相关照明装置、荧光色轮和投影装置。
背景技术
随着显示和照明技术的发展，原始的卤素灯泡作为光源越来越不能满足显示和照明高功率和高亮度的需求。采用固态光源如LD(LaserDiode，激光二极管)发出的激发光以激发波长转换材料的方法能够获得各种颜色的可见光，该技术越来越多的应用于照明和显示中。这种技术具有效率高、能耗少、成本低、寿命长的优势，是现有白光或者单色光光源的理想替代方案。
由于反射式波长转换装置效率高，被广泛的应用于照明显示装置中，其包括发光层和反射层。从反射结构上，主要分为两种：一是镜面反射膜，二是漫反射层。
首先，对于镜面反射膜，由于发光层是由荧光粉和粘接剂组成的，发光层的表面难以做到表面平整无凹凸颗粒，因此难以在发光层表面镀制反射率较高的镜面反射膜；而若先制备反射膜，然后在其上制备发光层，则又容易在制备过程中破坏反射膜的表面，进而导致反射膜的反射率下降。此外，发光层发热不均匀，会导致反射膜温度分布不均匀和热膨胀不均匀，长期将导致裂缝和反射率下降。
其次，对于漫反射层，其中起反射作用的主要为散射颗粒，要达到足够的反射率，漫反射层须达到足够的厚度。然而，随着漫反射层厚度的增加，其不仅导热性能下降，而且将导致反射后的光斑扩大和光学扩展量增加。
因此需要一种新的波长转换装置结构，能够既有高反射率，使输出光效率高，又能使输出光具有较小的光学扩展量。
发明内容
针对上述现有技术的波长转换装置出射光效率低和光学扩展量大的缺陷，本发明提供一种能够提供高效率、小光学扩展量的输出光的波长转换装置。
本发明提供了一种波长转换装置，其特征在于，包括依次叠置的发光层、蓝宝石层和镜面反射膜，蓝宝石层用于支撑发光层和镜面反射膜，发光层能够吸收激发光并发出受激光。
优选地，蓝宝石层的厚度为10～500μm。
优选地，镜面反射膜为金属反射膜。
优选地，还包括导热衬底，位于金属反射膜远离蓝宝石层的一侧。
优选地，导热衬底为金属散热器，该金属散热器通过焊接的方式与金属反射膜连接。
优选地，镜面反射膜为介质反射膜。
优选地，介质反射膜透过受激光，反射激发光。
优选地，发光层还包含粘接剂，粘接剂为无机粘接剂，无机粘接剂包括玻璃或陶瓷。
优选地，发光层与蓝宝石层烧结连接。
优选地，蓝宝石层的与发光层连接的表面为经粗糙化后的表面。
本发明还提供了一种荧光色轮，包括上述任一项的波长转换装置，还包括驱动装置，用于带动波长转换装置转动。
优选地，蓝宝石层与驱动装置固定连接，驱动装置驱动蓝宝石层以带动发光层和镜面反射膜转动。
优选地，还包括加固层，蓝宝石层与加固层通过粘接或机械固定的方式固定连接，加固层与驱动装置固定连接。
优选地，加固层为蓝宝石材质，且与蓝宝石层为一体结构，发光层位于一体结构的凹槽中。
本发明还提供了一种投影装置，包括上述任一项的荧光色轮。
与现有技术相比，本发明包括如下有益效果：
本发明中的波长转换装置，通过在发光层和镜面反射膜之间增加蓝宝石层，利用蓝宝石层的硬度高、表面平整度好和高导热的特性，使得镜面反射膜在镀制及使用过程中不易发生开裂变形，能够在长时间工作下保持高反射率，进而使波长转换装置出射光效率高。
附图说明
图1为本发明实施例一的波长转换装置的结构示意图；
图2为本发明实施例一的变形实施例的波长转换装置的结构示意图；
图3为本发明实施例二的荧光色轮的结构示意图；
图4为本发明实施例二的变形实施例的荧光色轮的结构示意图；
图5为本发明实施例二的另一个变形实施例的荧光色轮的结构示意图；
图6为本发明实施例二的又一个变形实施例的荧光色轮的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。
实施例一
如图1所示，图1为本发明实施例一的波长转换装置的结构示意图，波长转换装置包括发光层101、蓝宝石层102和镜面反射膜103，其中发光层101与蓝宝石层102之间、蓝宝石层102与镜面反射膜103之间紧密连接。
在工作状态，发光层101发出的光经蓝宝石层102，到达镜面反射膜103，然后被镜面反射膜103反射，依次经过蓝宝石层102和发光层101后出射。发光层101产生的热量经蓝宝石层102传导至镜面反射膜103，并从蓝宝石层102和镜面反射膜103上发散出去。
蓝宝石层102为透明的结晶体，硬度高、表面平整，易于镀膜。为进一步改善镀膜质量，还可以对蓝宝石层102的与镜面反射膜103连接的表面进行抛光磨平处理。与此相比，由硅胶/树脂和荧光粉组成的有机发光层难以镀膜，由玻璃粉和荧光粉组成的无机发光层虽然在硬度上有所提高，但是表面因荧光粉颗粒的存在而凹凸不平，若通过磨平处理，则会导致发光层本身的发光效率的改变，还可能导致发光层的开裂。
本实施例中，蓝宝石层102的厚度范围为10～500μm，厚度过小，则蓝宝石层102不足以起到支撑作用，而厚度过大，则增加了波长转换装置的热阻，不利于出光效率。由于蓝宝石层102的厚度的变化意味着光在波长转换装置中传播路径长短的变化，而光具有一定的发散角，因此可以通过调节蓝宝石层102的厚度来控制波长转换装置出射光的光斑大小。
本实施例中，镜面反射膜103为金属反射膜，金属反射膜具有镀膜简单、反射率高、导热性能好的优点，其中银反射膜对可见光的反射率高，金反射膜适用于发光层发出红外光的情况(本发明不仅限于可见光发光)，铝反射膜的成本较低。在本发明其他的实施例中，镜面反射膜103也可以是介质反射膜，介质反射膜的反射率可以做到99％以上，而且可以根据需要设计介质反射膜的反射波长范围。通过设计使介质反射膜透射受激光、反射激发光，从而实现利用波长转换装置获得单色受激光的效果。
本实施例中，发光层101还包含粘接剂，波长转换材料与粘接剂形成层结构，粘接剂可以是无机粘接剂、有机粘接剂或者两者的结合。有机粘接剂适于低功率的波长转换装置，制备工艺简单；但是对于高功率的波长转换装置，有机粘接剂无法长期耐受高发光强度带来的高温，本实施例采用无机粘接剂，如玻璃或透明陶瓷作为粘接剂，可以使波长转换装置在高温下仍然保持稳定。本实施例中，通过将无机粘接剂和波长转换材料的混合浆料在蓝宝石层102上烧结至软化，制得发光层101，发光层101与蓝宝石层102之间存在一个由于烧结而形成的连接结构，使得两者之间的结合更加紧密，从而有利于热量从发光层101传导至蓝宝石层102的过程中的界面热阻减小。这种烧结连接方式相对于机械压合的连接方式的实际接触面积明显较大，界面热阻明显较小。而且此种连接方式区别于现有技术中的使用胶水等有机粘接剂的连接方式，因为使用额外的粘接剂会导致增加界面，这对光和热的传导都是不利的。
在一种更优的实施方式中，蓝宝石层102的与发光层101接触的表面，为经粗糙化处理后的凹凸不平的表面，这种表面结构使得发光层101与蓝宝石层102的实际接触面积更大，进一步增强了两者的结合。可以通过化学腐蚀、激光刻蚀等方式使蓝宝石层表面粗糙化。
请参见图2，图2为本发明实施例一的变形实施例的波长转换装置的结构示意图。与实施例一相比，该变形实施例增加了与镜面反射膜203连接的导热衬底204。
本变形实施例中，镜面反射膜203为金属反射层，其易于焊接，导热衬底204与镜面反射膜203焊接连接，不仅增强了波长转换装置的散热能力，而且可以对镜面反射膜203起到保护作用，防止镜面反射膜203被氧化。
导热衬底204与镜面反射膜203之间还包括一个焊接层(图中未示出)，该焊接层为其他一种或多种金属层，可以使导热衬底和镜面反射膜之间的结合更紧密。当然，焊接层并非必须的，当导热衬底204与镜面反射膜203的材料接近时，可以直接对其焊接。
实施例二
请参见图3，图3为本发明实施例二的荧光色轮的结构示意图。与实施例一相比，本实施例的荧光色轮增加了驱动装置305，驱动装置用于带动波长转换装置转动。
相比于没有驱动装置305的固定式波长转换装置，本实施例的荧光色轮利用转动使得热量更快的发散，从而使其能够在更高的光功率下工作。
图4为实施例二的一个变形实施例的结构示意图。相比与实施例二，蓝宝石层402与驱动装置405固定连接，驱动装置405驱动蓝宝石层402转动，蓝宝石层402带动发光层401和镜面反射膜403转动。由于蓝宝石层402为结晶体结构，机械性能优异，能够承受高速旋转下的向心力。
此外，相比于实施例二，本实施例还包括导热衬底404，可以进一步提高波长转换装置的散热性能。其中，导热衬底404的散热鳍片可以制为相对于驱动装置405的轴线螺旋状排布，从而在增强散热性能的同时减少风阻。
图5为实施例二的另一个变形实施例的结构示意图。相比与实施例二，本实施例的荧光色轮还包括加固层506，该加固层与驱动装置505固定连接，加固层506与蓝宝石层502固定连接，连接方式可以是用粘接剂连接也可以通过螺钉等机械固定的方式连接。加固层可以是玻璃板、陶瓷板、石英板、金属板等。
加固层506可以进一步提高波长转换装置的稳定性。
图6为实施例二的又一个变形实施例的结构示意图。相比与图5所示的结构，本实施例的加固层606与蓝宝石层602为同样材质，更进一步的，加固层606与蓝宝石层602为一体结构，两者共同形成一个凹槽结构，发光层601位于该凹槽中。本实施例的这种结构，一方面增加了蓝宝石层602在非光路传播方向上的厚度，增强了荧光色轮机械强度的同时，对光和热的传播基本没有影响，另一方面，通过将发光层601设置在增加了加固层606的蓝宝石层602的凹槽中，使得荧光色轮的结构更加规则，从而减少了荧光色轮转动时的风阻。可以通过激光加工等手段获得凹槽结构的蓝宝石层板。
本发明还涉及一种投影装置，包括上述荧光色轮及激发光源，可以实现高亮度投影显示。
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。
以上所述仅为本发明的实施方式，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 (15)
1.一种波长转换装置，其特征在于，包括依次叠置的发光层、蓝宝石层和镜面反射膜，所述蓝宝石层用于支撑所述发光层和镜面反射膜，所述发光层能够吸收激发光并发出受激光。
2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述蓝宝石层的厚度为10～500μm。
3.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述镜面反射膜为金属反射膜。
4.根据权利要求3所述的波长转换装置，其特征在于，还包括导热衬底，位于所述金属反射膜远离所述蓝宝石层的一侧。
5.根据权利要求4所述的波长转换装置，其特征在于，所述导热衬底为金属散热器，该金属散热器通过焊接的方式与所述金属反射膜连接。
6.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述镜面反射膜为介质反射膜。
7.根据权利要求6所述的波长转换装置，其特征在于，所述介质反射膜透过激发光，反射受激光。
8.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述发光层还包含粘接剂，所述粘接剂为无机粘接剂，所述无机粘接剂包括玻璃或陶瓷。
9.根据权利要求8所述的波长转换装置，其特征在于，所述发光层与所述蓝宝石层烧结连接。
10.根据权利要求8所述的波长转换装置，其特征在于，所述蓝宝石层的与所述发光层连接的表面为经粗糙化后的表面。
11.一种荧光色轮，包括如权利要求1至10中任一项所述的波长转换装置，还包括驱动装置，用于带动波长转换装置转动。
12.根据权利要求11所述的荧光色轮，其特征在于，所述蓝宝石层与所述驱动装置固定连接，所述驱动装置驱动蓝宝石层以带动所述发光层和镜面反射膜转动。
13.根据权利要求11所述的荧光色轮，其特征在于，还包括加固层，所述蓝宝石层与所述加固层通过粘接或机械固定的方式固定连接，所述加固层与所述驱动装置固定连接。
14.根据权利要求13所述的荧光色轮，其特征在于，所述加固层为蓝宝石材质，且与所述蓝宝石层为一体结构，所述发光层位于该一体结构的凹槽中。
15.一种投影装置，包括如权利要求11至14中任一项所述的荧光色轮。
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