波长转换装置和发光装置.pdf

本发明实施例公开了一种波长转换装置和发光装置，该波长转换装置包括：波长转换体，包括波长转换材料，用于吸收激发光以产生受激光，且所述波长转换体呈棒状，所述波长转换体的表面包括位于两端的第一底面和第二底面，以及除第一底面和第二底面以外的侧面；至少与所述波长转换体的侧面相接触的反射装置；散热装置，与所述反射装置背向所述波长转换体的侧面的一面的至少部分相接触。本发明能实现波长转换材料的快速散热。

权利要求书
1.  一种波长转换装置，其特征在于，包括：
波长转换体，包括波长转换材料，用于吸收激发光以产生受激光，且所述波长转换体呈棒状，所述波长转换体的表面包括位于两端的第一底面和第二底面，以及除第一底面和第二底面以外的侧面；
至少与所述波长转换体的侧面相接触的反射装置；
散热装置，与所述反射装置背向所述波长转换体的侧面的一面的至少部分相接触。

2.  根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换体的侧面的面积大于所述波长转换体的表面积的70%。

3.  根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，沿着所述波长转换体的走向，从所述波长转换体的第一底面到第二底面，所述波长转换材料的密度逐渐降低。

4.  根据权利要求1至3任一项所述的波长转换装置，其特征在于，所述反射装置和所述散热装置为同一器件。

5.  根据权利要求1至3任一项所述的波长转换装置，其特征在于，所述第一底面或第二底面的面积小于1平方毫米。

6.  根据权利要求1至3任一项所述的波长转换装置，其特征在于，沿所述波长转换体的走向，所述反射装置的长度大于所述波长转换体的长度。

7.  一种发光装置，其特征在于，包括：
第一光源，用于产生第一激发光；
如权利要求1至4中任一项所述的波长转换装置，且所述第一激发光在所述波长转换体上形成的光斑位于所述波长转换体的第二底面。

8.  根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，所述发光装置还包括第二光源；
所述第二光源用于产生第二激发光，且所述第二激发光在所述波长转换体上形成的光斑位于所述波长转换体的第一底面，所述波长转换体吸收所述第二激发光并产生受激光；或者，
所述第二光源用于产生第一光，其中第一光的波长范围与所述受激光的波长范围不同，所述第一光在所述波长转换体上形成的光斑位于所述波长转换体的第一底面，所述波长转换体不吸收所述第一光。

9.  根据权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述波长转换体的第一底面上设有滤光片，用于透射来自第二光源的光并反射所述受激光。

10.  根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，所述第二底面和/或所述第一底面呈长方形，该长方形的长边与宽边的比例为1比1、4比3或者16比9；或者所述第二底面和/或所述第一底面呈圆形。

说明书波长转换装置和发光装置
技术领域
本发明涉及照明及显示技术领域，特别是涉及一种波长转换装置和发光装置。
背景技术
现有技术中的照明系统或者投影系统的发光装置中，常采用激发光对波长转换层中的波长转换材料进行激发以产生受激光。但由于每个波长转换材料颗粒在受激发的过程中的波长转换效率不可能是100%，其中所损失的能量都转化为热量，这就造成了波长转换材料颗粒的热量的累积和温度的快速上升，直接影响了波长转换材料的发光效率和使用寿命。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种能实现波长转换材料的快速散热的波长转换装置和发光装置。
本发明实施例提供一种波长转换装置，包括：
波长转换体，包括波长转换材料，用于吸收激发光以产生受激光，且所述波长转换体呈棒状，所述波长转换体的表面包括位于两端的第一底面和第二底面，以及除第一底面和第二底面以外的侧面；
至少与所述波长转换体的侧面相接触的反射装置；
散热装置，与所述反射装置背向所述波长转换体的侧面的一面的至少部分相接触。
本发明实施例还提供一种发光装置，包括：
第一光源，用于产生第一激发光；
上述波长转换装置，且所述第一激发光在所述波长转换体上形成的光斑位于所述波长转换体的第二底面。
本发明实施例还提供一种波长转换装置，包括：
波长转换体，包括波长转换材料，用于吸收激发光以产生受激光，且所述波长转换体呈片状，所述波长转换体的表面包括相对的第一表面和第二表面，以及除第一表面和第二表面以外的侧面；
至少与所述波长转换体的第一表面和第二表面相接触的反射装置；
散热装置，与所述反射装置背向所述波长转换体的第一表面或第二表面的一面的至少部分相接触。
与现有技术相比，本发明包括如下有益效果：
本发明中，由于波长转换材料在反射装置内呈细长的棒状分布，波长转换材料与反射装置的接触面积够大，使得波长转换材料吸收激发光以产生受激光的过程中所产生的热量能够快速传递到反射装置上，同时反射装置背向波长转换体的一侧设有散热装置，有利于发射装置上的热量能够快速传递到空气中，最终实现波长转换材料的快速散热。
附图说明
图1是本发明的发光装置的一个实施例的示意图；
图2是本发明的发光装置的又一个实施例的示意图。
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
请参阅图1，图1是本发明的发光装置的一个实施例的示意图。如图1所示，发光装置100包括第一光源110、波长转换体120、反射装置130以及散热装置140。
波长转换体120包括波长转换材料，用于吸收激发光以产生受激光。最常用的波长转换材料是荧光粉，例如钇铝石榴石(YAG)荧光粉，它可以吸收紫外或蓝光并受激产生黄色的受激光。波长转换材料还可能是量子点、荧光染料等具有波长转换能力的材料，并不限于荧光粉。在很多情况下，波长转换材料往往是粉末状或颗粒状的，难以直接形成波长转换体，此时就需要使用一种粘接剂把各个波长转换材料颗粒固定在一起，并形成特定的形状。最常用的是硅胶粘接剂，其化学性质稳定、有较高的机械强度。但是硅胶粘接剂的可耐受温度较低，一般在300摄氏 度至500摄氏度。为了应用于大功率的发光装置中，优选地，可以用无机粘接剂来将波长转换材料粘接成一个整体，例如水玻璃或者玻璃粉，以实现耐高温的波长转换装置。例如将荧光粉与玻璃粉（若温度要求低，可以使用低温玻璃粉）在一定的惰性气氛保护下融化混合再成型。
本实施例中，波长转换体120呈棒状。波长转换体120的表面包括位于两端的第一底面121和第二底面122，以及除第一底面121和第二底面122以外的侧面，其中该侧面可以是一个曲面，或者也可以是由多个平面接连而成，第一底面121和第二底面122的形状面积可以相同也可以不同，在此不作限制。具体举例来说，波长转换体120可以呈长方体状，则该长方体面积最小的两个底面分别为波长转换体120的第一底面121和第二底面122，该长方体的的四个侧面为波长转换体120的侧面。
本实施例中，反射装置130具体为反射镜，并环绕波长转换体120，与波长转换体120的侧面相接触，且波长转换体120的第一底面121和第二底面122不与反射装置130接触；即反射装置130呈中空的筒状，且波长转换体120位于反射装置130的内侧，与反射装置130的内表面相贴。当然，实际运用中反射装置130也可以有其他实现方式，在此不作限制。
散热装置140与反射装置130背向波长转换体120的侧面的一面的至少部分相接触，以对反射装置130以及反射装置130内侧的波长转换体120进行散热。
第一光源110用于产生第一激发光。在本实施例中，第一光源110为蓝色光源，第一激发光为蓝光。第一光源110优选为激光光源，也可以为LED或者其他固态光源。当然，实际运用中第一光源110也可以是其他颜色的光源，在此不作限制。
来自第一光源110的第一激发光入射至波长转换体120的第二底面122上，并在第二底面122上形成激发光斑。波长转换体120中的波长转换材料吸收该第一激发光并产生受激光。实际情况中，当第一激发光入射至第二底面122上时，最先受激的波长转换材料会吸收一部分激发光并产生受激光，未被吸收的第一激发光会穿透先受激的波长转换材 料，并被位于更深处的波长转换材料所吸收。在某些应用中，例如波长转换材料为荧光粉颗粒，未被吸收的第一激发光穿透波长转换材料的同时会被散射，进而被位于更深处的波长转换材料所吸收。
由于波长转换体120的侧面环绕有反射装置130，且波长转换材料吸收激发光后产生的受激光是各向同性出射的，该受激光在该反射装置130的多次反射下，最终分为两部分分别从第一底面121和第二底面122出射。
本发明实施例中，由于波长转换材料在反射装置内呈细长的棒状分布，波长转换材料与反射装置的接触面积够大，使得波长转换材料吸收激发光以产生受激光的过程中所产生的热量能够快速传递到反射装置上，同时反射装置背向波长转换体的一侧设有散热装置，有利于发射装置上的热量能够快速传递到空气中，最终实现波长转换材料的快速散热。而且，由于波长转换体的第一底面和第二底面为受激光的出光面，那么在通过加长波长转换体的长度以增加波长转换材料且提高激发光的光功率密度来增强受激光时，由于出光面保持不变，进而使得受激光的光学扩展量不变，且亮度提高。
本实施例中，由于波长转换体的第一底面和第二底面为受激光的出光面，那么可以通过设置第一底面和第二底面的形状来对受激光的出射光斑进行整形。优选的，第一底面和/或第二底面的开口呈长方形，其中该长方形的长边与宽边的比例为1比1、4比3或者16比9。在投影运用中，光阀和投影的图像一般呈4：3或16：9的长方形。由于受激光的光斑面积和形状分别等于第一底面和/或第二底面开口的面积和形状，因此可通过控制第一底面和/或第二底面开口的形状和光阀以及投影的图像的形状匹配。或者，第一底面和/或第二底面的开口优选呈圆形。例如在舞台灯的应用中，往往要求圆形光斑。圆形光斑虽然可以由波长转换装置出射光路后端的整形装置来整形获得，但匀光装置往往对方形或长方形光斑效果较好，而获得圆形光斑的整形装置的效率往往较低。例如，圆形积分棒的混光效果不佳，需要很长才能将光混合好，但此时效率就比较低。而具有圆形单元的复眼透镜对则由于圆形单元透镜的阵列组合不可能填满整个平面，即圆形单元透镜之间留有空隙，这造成空隙 处光的损失而效率较低。而采用本发明则可以直接得到均匀的圆形光斑，是应用于舞台灯应用的首选方案。
优选地，反射装置的长度大于波长转换体的长度，即波长转换体的第一底面和/或第二底面位于反射装置的内部，而不是和反射装置的一端持平。这样，反射装置长于波长转换体的部分可以充当匀光装置，以对入射于波长转换装置的激发光和/或出射的受激光进行匀光。
优选地，第一底面或第二底面的面积小于1平方毫米。这样，波长转换体的任一部位都距离散热装置足够近，减小了波长转换体到散热装置的热阻，促进波长转换体散热。另外，受激光的出光面积足够小，进而使得光学扩展量足够小。
优选地，波长转换体120的侧面的面积大于该波长转换体120的表面积的70%。这样，在波长转换体120的总体积保持不变的同时让波长转换体120的第一底面121和第二底面122的面积尽量小，进而减小受激光的出光面积，以减小受激光的光学扩展量，提高受激光的亮度。
优选地，沿着波长转换体120的走向，从该波长转换体120的第一底面121到第二底面122，所述波长转换材料的密度逐渐降低。由于第一激发光从波长转换体120的第二底面122一侧入射至第二底面122上，设置波长转换体120中波长转换材料的密度从第二底面122到第一底面121逐渐递增，能够保证有更多较远离第二底面122的波长转换材料能够吸收到激发光，进而保证波长转换体所产生的热量在波长转换体内分布更加均匀，更有利于波长转换体的散热。
在实际应用中，散热装置140可以有多种形式，本实施例中散热装置140具体为散热鳍片。散热鳍片140可以固定连接于反射装置130的外表面，连接方式可以采用焊接、粘接或其它方式。散热鳍片的与反射装置130外表面接触的面为散热面，由于散热鳍片采用高导热的金属材料加工而成，因而由散热面传导的热量可以在散热鳍片内部快速传导扩散至散热鳍片的其它表面，并通过这些表面与气体的接触把热量传播到外界。通过设计散热鳍片140的形状与尺寸，可以使得散热鳍片通过降低反射装置130外表面的温度，进而降低反射装置130内部的波长转换体120的温度。
散热装置140也可以采用其它多种形式，例如制冷器，例如热电制冷装置。热电制冷装置是利用固体的热电效应，通过加在正负两个电极之间的电势差在制冷面和制热面之间产生一定的温度差的制冷装置，其中制冷面的温度低于制热面的温度。如果使用热电制冷装置来实现本发明的散热装置，则热电制冷装置的制冷面与反射装置130的外表面相接。这样，反射装置130的温度更低，更有利于反射装置130内的波长转换体120的散热。
在本实施例中，由于散热装置140的作用是为降低反射装置130内的波长转换体120的温度，因此，在实际运用中，散热装置140和反射装置130也可以合为同一个器件。具体举例来说，表面具有较高反射率的铝或者陶瓷由于导热率较高，可以同时充当本发明中的波长转换装置中的散热装置和反射装置。实际运用中，铝或者陶瓷上设有一条深度较大于开口尺寸的凹槽，该凹槽的表面具有较高反射率，而波长转换体填充在该凹槽内，其中波长转换体的表面上与该凹槽的开口相平行的面为该波长转换体的第二底面。
或者，也可以在铝或者陶瓷表面设有一条长度较大于深度的凹槽，该凹槽的表面具有较高反射率，且该凹槽沿其长度方向的一端为开口。波长转换体填充在凹槽内，其中波长转换体的表面上与该凹槽沿其长度方向的一端的开口相平行的面为该波长转换体的第二底面；同时，该凹槽上还盖有一反射层，以使波长转换体的侧面被反射层所包围。优选地，该反射层背向该凹槽的一侧还设有散热装置。
在一些对散热效果要求不是很高的场合，可以采用这种方案。由于节省了散热装置140和反射装置130合为同一器件，该方案的成本较低，而且体积较小。
为方便受激光的收集，优选地，本实施例中，波长转换体120的第一表面121上还设有反射层，用于反射入射至其上的光束。这样，波长转换体120所产生的受激光以及未被吸收的受激光（若有的话）全部从波长转换体120的第二表面122出射。同时，波长转换体120的第二表面122一侧设有分光滤光片，用于区分第一激发光和受激光的光路。
或者，也可以是波长转换体120的第一表面121上不设反射层，而 是在第二表面122上设有透射第一激发光并反射受激光的滤光片，使得所有的受激光均从第一表面121出射。
优选地，发光装置还可以包括第二光源。如图2所示，图2是本发明的发光装置的又一个实施例的示意图。发光装置200包括第一光源210、波长转换体220、反射装置230以及散热装置240。
与图1所示实施例不同的是，在图2所示实施例中，发光装置200还包括第二光源250。
第二光源250用于产生第二激发光，且第二激发光在波长转换体220上形成的光斑位于波长转换体220的第一底面221。第二光源250可以采用和第一光源210一样的光源，或者也可以采用不同的光源；且第一光源210和第二光源250分别所产生的颜色可以一样，也可以不一样。具体举例来说，第一光源210用于产生蓝光，第二光源250用于产生紫外光。波长转换体220吸收第二激发光并产生受激光。
本实施例中，通过两个光源所产生的激发光分别从波长转换体的两个底面对该波长转换体进行激发，提高了波长转换体内的波长转换材料的利用率，进而提高受激光的光通量。
实际运用中，该第二光源250也可以不是产生用于激发波长转换体的第二激发光，而是产生第一光，其中第一光的波长范围与受激光的波长范围不同，而且该波长转换体不吸收该第一光。波长转换体出射的光为第一光和受激光的混合光，或者是第一光、受激光以及第一激发光的混合光。具体举例来说，第二光源250用于产生红光，第一光源210用于产生蓝光，波长转换体220内的波长转换材料为黄色荧光粉，用于吸收蓝光以产生黄光。这样，波长转换体最终的出射的光为黄光和红光的混合光，或者黄光、红光以及蓝光的混合光（即白光）。
优选地，在本实施例中，波长转换体220的第一底面221上设有滤光片，用于透射来自第二光源的光并反射受激光，以使得所有光均从波长转换体220的第二底面222一侧出射，进而利于光束的收集。
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。