波长转换装置及其光源系统、投影系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种波长转换装置及其光源系统、投影系统。所述波长转换装置包括支承件和多个相互拼合的波长转换模块，每个所述波长转换模块包括陶瓷载体和置于所述陶瓷载体上的荧光粉，所述支承件将所述多个波长转换模块保持相对固定。光源系统和投影系统均包括该波长转换装置。采用本实用新型，利用陶瓷材料作为荧光粉的陶瓷载体，能够耐高温，且不会因高温而变形导致荧光粉难以附着。同时，利用多个波长转换模块拼接的方式，得到模块化的波长转换装置，使其不易碎裂、设计更灵活，制造周期更短。
【专利说明】波长转换装置及其光源系统、投影系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及照明及显示【技术领域】，特别是涉及波长转换装置及其光源系统、投影系统。
【背景技术】
[0002]采用固态光源如激光二极管(LD, Laser Diode)或发光二极管(LED, LightEmitting Diode)发出的激发光以激发荧光粉如荧光粉的波长转换方法能够产生高亮度的波长不同于激发光波长的光。这种方案具有高效、低成本的优势，已成为现有光源提供白光或者单色光的主流技术。在该种方案中，光源包括激发光源和波长转换装置，其中波长转换装置包括反射基底和涂覆在反射基底上的荧光粉片，以及用于驱动反射基底转动的马达，使得来自激发光源的激发光在荧光粉片上形成的光斑按圆形路径作用于该荧光粉片。
[0003]一种常用的反射基底为镜面铝基底，由铝基材和高反射层叠置而成，其中高反射层一般采用高纯铝或者高纯银。而涂覆在反射基底上的荧光粉片一般由硅胶将荧光粉颗粒粘接成片状。由于硅胶的导热性能差，在高温下工作容易发黑，导致整个装置并不适用于大功率激发光源下工作。
[0004]为了改善在大功率应用背景下的色轮性能，可以采用玻璃作为粘接剂来替代硅胶。但是玻璃粉作为粘接剂需要与荧光粉在高温下烧结才能固化成荧光粉层，而玻璃粉的烧结温度较高，往往在500°C以上，不适合使用金属基板，尤其是铝基板，因为高导热的薄金属板在高温下会出现软化、变形、氧化、热膨胀过高的问题，同时导致烧结的荧光粉层难以附着。
实用新型内容
[0005]本实用新型主要解决的技术问题是提供一种能够耐高温、且结构能够保持稳定的波长转换装置及其光源系统、投影系统。
[0006]本实用新型实施例提供一种波长转换装置，包括支承件和多个相互拼合的波长转换模块，每个所述波长转换模块包括陶瓷载体和置于所述陶瓷载体上的荧光粉，所述支承件将所述多个波长转换模块保持相对固定。
[0007]优选地，每个所述陶瓷载体上的荧光粉为受激发产生单一颜色受激光的单色荧光粉。
[0008]优选地，不同所述陶瓷载体上的单色荧光粉均相同，或者不同的单色荧光粉位于不同的陶瓷载体上。
[0009]优选地，至少其中一个所述波长转换模块的荧光粉铺设在所述陶瓷载体一侧表面上形成突光粉层。
[0010]优选地，所述荧光粉层还包括粘接所述荧光粉的第一玻璃体。
[0011]优选地，所述陶瓷载体为导热系数高于80W/mK的陶瓷材料。
[0012]优选地，荧光粉层和所述陶瓷载体表面之间还设有反射层，所述反射层为包含白色散射粒子和粘接所述白色散射粒子的第二玻璃体的漫反射层，或者所述反射层为镀在所述陶瓷载体表面上的全反射介质膜。
[0013]优选地，所述全反射介质层为银膜或铝膜。
[0014]优选地，至少其中一个所述波长转换模块为所述荧光粉分散在所述陶瓷载体中而形成的荧光陶瓷。
[0015]优选地，所述荧光陶瓷为YAG微晶玻璃或烧结YAG陶瓷。
[0016]优选地，所述荧光陶瓷的底面上设有包含白色散射粒子和粘接所述白色散射粒子的第二玻璃体的漫反射层，或者镀有全反射介质膜。
[0017]优选地，所述反射介质膜为银膜或铝膜。
[0018]优选地，所述全反射介质膜表面上覆盖有金属保护层。
[0019]优选地，所述支承件为一底板，所述多个波长转换模块分别固定安装到所述底板的一侧表面上，所述荧光粉位于所述波长转换模块的远离所述底板的一侧。
[0020]优选地，所述底板的材料为金属、金属合金或金属与无机材料构成的复合材料。
[0021]优选地，所述底板的表面设置有环形凹槽，所述多个波长转换模块均成圆弧状，并在所述环形凹槽内拼成环形。
[0022]优选地，所述底板与所述波长转换模块之间通过粘接或焊接固定，进行粘接的粘接剂为有机粘接剂、银胶或者硅胶与导热填料粒子的混合浆料。
[0023]优选地，所述导热填料粒子为氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化钇、氧化锌、氧化钛中的一种或多种。
[0024]优选地，不同所述波长转换模块与所述底板之间的固定方式不同。
[0025]优选地，所述波长转换装置还包括驱动设备，所述驱动设备驱动所述支承件运动。
[0026]本实用新型还涉及一种光源系统，包括产生激发光的激发光源，还包括如上所述的波长转换装置，所述波长转换装置的荧光粉置于所述激发光源所产生的激发光的光路上，并将激发光转换为受激光发出。
[0027]本实用新型还涉及一种投影系统，用于投影成像，其包括上述光源系统。
[0028]与现有技术相比，本实用新型包括如下有益效果:
[0029]1、采用陶瓷载体代替传统的镜面金属板，由于陶瓷材料的熔点高于金属，可以耐受比金属更高的温度；并且陶瓷载体与荧光粉之间的界面热阻较低，可以将荧光粉层的热量传导至陶瓷载体，并散发到空气中，从而提高了波长转换装置的热稳定性。且陶瓷载体的热膨胀系数低，高温下不易变形，且与荧光粉层的热膨胀系数接近，即使微量变形也不会导致荧光粉层难以附着。
[0030]2、鉴于陶瓷载体的材料韧性低、脆性高，荧光粉的载体基底全由陶瓷材料制成的波长转换装置在承受高强度激光照射时，内外区域膨胀的差异越大，这种不均匀的膨胀会使陶瓷产生裂纹，裂纹扩展会导致轮子炸飞、破裂，一旦出现破裂则会使整个轮子完全失效。；本实用新型中采用将陶瓷载体分块设置，进一步附着在金属、金属合金或者金属一无机复合材料制成的支承件上，相比将不同荧光粉均设置于同一个整块的陶瓷载体上，陶瓷载体出现裂纹、破损、甚至炸裂的几率明显降低；
[0031]分块后的陶瓷载体的尺寸较小，在转动过程中因激光照射而导致的温度变化较均匀，不易出现裂纹。即使在极小极小几率下出现裂纹，由于其面接触地固定在支承件上，不会因断裂飞散而导致波长转换装置的失效，而支承件的材质也决定了其不容易破裂。
[0032]3、能够降低波长转换装置的制备难度，缩短生产周期。在一块陶瓷基底上，一次性完成不同荧光粉粉层的刮涂难度较大，且不同颜色段需要分次刮涂和烧结，制作周期较长，例如四个荧光粉层需要依次涂刷和烧结，级4个烧结周期。
[0033]而本实用新型中，由于各个荧光粉层可分割到不同的波长转换模块中，尺寸较小，易于一次刮涂成型，且不同颜色的荧光粉层可同时分别烧结，缩短色轮制作周期，例如上述四个荧光粉层在本实用新型中只需两个烧结周期。
[0034]4、更易于进行特殊的工艺加工。一整块大尺寸的陶瓷基底，若有特殊需求要对其进行表面抛光、金属钎焊、表面镀膜等处理工序时，尺寸越大则成本越高，加工难度越大。
[0035]本实用新型的各个陶瓷载体尺寸较小且可根据实际需要进行调整，小尺寸部件进行特殊加工的成本、难度都较低。
[0036]5、模块式结构更灵活，有利于制备高性能波长转换装置。当反射层、荧光粉层都整体刷涂在一整块陶瓷基底之上，在进行特殊工艺处理(如烧结、退火等热处理)时都需要考虑到陶瓷基底上各个功能层的性能限制(如使用红色荧光粉的红色荧光粉层不能承受600°C以上高温)，在设计复杂结构的高性能色轮时，会因这些性能限制而被迫采取折衷的方案，不利于发挥各种荧光粉或各种制备工艺的最佳效能。
[0037]本实用新型中，不同的波长转换模块可对应不同设计的荧光粉颜色所需区域的尺寸进行分割，根据不同颜色荧光粉的发光、发热特性而使用不同的反射层或导热工艺，如陶瓷表面金属化、导热填料粒子、表面镀银、等，各颜色段可分别在其最佳工艺下进行制备而无需考虑到其他段的性能影响，有利于设计制备高性能色轮。
[0038]6、减少耗材，节省成本。本实用新型模块化的波长转换装置也有利于产品的品质控制，传统的色轮只要某一个荧光粉区间出了质量问题，整个色轮便作废了，而本实用新型提出的波长转换装置，某一个波长转换模块出现了质量问题，可以单独再制造一个模块作为补充，降低品控成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1A为本实用新型波长转换装置的实施例一的半剖图；
[0040]图1B为图1A所示波长转换装置的俯视图；
[0041]图2是本实用新型波长转换装置的实施例二的俯视图
[0042]图3是本实用新型波长转换装置的实施例四的半剖图；
[0043]图4A是本实用新型波长转换装置的实施例五的半剖图；
[0044]图4B是图4A所示波长转换装置的俯视图；
[0045]图5A是本实用新型波长转换装置的实施例六的半剖图；
[0046]图5B是图5A所示波长转换装置的俯视图；
[0047]图6是本实用新型波长转换装置的实施例七的半剖图；
[0048]图7A是本实用新型波长转换装置的实施例八的半剖图；
[0049]图7B是图7A所示波长转换装置的俯视图。
【具体实施方式】[0050]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。
[0051]实施例一
[0052]请参阅图1A、1B，在本实施例中，波长转换装置包括支承件104和两个波长转换模块108a、108b,每个波长转换模块包括一个陶瓷载体103和设置在陶瓷载体103上的荧光粉以及反射层102。
[0053]如图1A、1B所示，支承件104为圆盘形底板，优选由金属、金属合金或者金属与无机材料构成的复合材料制成，金属如铝、铜、银等，金属合金如黄铜、铝合金、铜铝合金等，金属-无机复合材料为金属材料和无机材料的混合材料，例如金刚石-铜、氮化硼-铜等。支承件上设有一环形区域，该环形区域为以圆盘形底板的圆心为中心。 [0054]陶瓷载体103有两个，分别为两个半圆弧形片，二者相拼合地设置在底板的环形区域上，构成与之形状相匹配的圆环状。优选地，陶瓷载体103为氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氮化硼或者氧化铍。它们都是具有致密结构的陶瓷板，并不具有多孔结构。这些材料的导热率在80W/mK以上，且熔点基本上在2000摄氏度以上，因此它们在实现导热的同时，还可以耐受较高的温度。当然，在对导热率要求不是很高的场合中，陶瓷载体103也可以采用其他种类的陶瓷板制成。需要说明的是，两个陶瓷载体103的材料可以相同，也可不同，本文不做限定。
[0055]实际运用中，可采用高导热的粘胶例如银胶或填入导热填料粒子的硅胶将该陶瓷载体103的底面粘接到环形区域上，上述导热填料粒子为氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化钇、氧化锌、氧化钛中的一种或多种。
[0056]每个陶瓷载体的顶面上分别设有反射层102，用来反射荧光粉受激发所发出的受激光。本实施例中，反射层102为全反射介质膜，例如银膜、铝膜等。该全反射介质膜可以通过电镀、化学镀、电子束溅射、等离子溅射、蒸镀等方式沉积在陶瓷载体顶面上。
[0057]突光粉设置在反射层表面上形成突光粉层101,该突光粉用于吸收激发光并受激产生不同于激发光波长的光，例如YAG (钇铝石榴石)荧光粉，YAG荧光粉可以吸收蓝光、紫外光等而产生黄色受激光。此外，荧光粉还可以是红光荧光粉，用于吸收激发光以产生红色受激光；或者还可以是绿光荧光粉等产生其他颜色受激光的荧光粉。本实施例中，一个波长转换模块108a的陶瓷载体上设有红色荧光粉形成的荧光粉层，另一个波长转换模块108b的陶瓷载体上一半区域设有黄色荧光粉，另一半区域设有绿色荧光粉。当然，其他颜色的单色荧光粉组合而铺设在任何其中一个陶瓷载体103上也是可行的。
[0058]荧光粉层101是通过荧光粉和粘接剂封装成的一个整体，粘接剂可选用硅胶粘接齐?，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，采用无机粘接剂来将荧光粉粘接成一个整体，例如水玻璃、玻璃粉等烧结成玻璃体，以实现耐高温的反射式荧光粉轮。
[0059]优选地，荧光粉层101包括荧光粉和第一玻璃粉浆料烧结而成，第一玻璃粉被烧结成第一玻璃体。其中，玻璃粉是一种无定形颗粒状的玻璃均质体，其透明度高且化学性质稳定。玻璃粉的种类有硅酸盐玻璃、铅硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、铝酸盐玻璃、钠钙玻璃、石英玻璃中的一种或至少两种的混合物。第一玻璃粉可选用上述任一种或几种玻璃粉。由于第一玻璃粉需要能够透射激发光同时还要传导热量，因此优选为硼硅酸玻璃粉，其性质稳定，透过率高，并且相对于其它玻璃粉具有较高的导热率。当然，针对不同颜色荧光粉的耐热性，可选择不同软化点的玻璃粉与之匹配。
[0060]驱动设备105与支承件104固定，用于驱动支承件104带动波长转换模块108a、108b绕其圆盘中心轴旋转，使得激发光周期性地照射在圆环形荧光粉层101上的一圆周的各个位置点上。本实施例中，该驱动设备105具体为马达。
[0061]本实施例中，陶瓷载体103分为两块，分别与各自上的反射层102和荧光粉层101构成一个波长转换模块108a/108b，并将多个波长转换模块拼合后通过支承件104粘接固定。这种模块化的结构，相对于一整片底板全由陶瓷材料制成、再在陶瓷基底上设置不同荧光粉的结构，具有明显的优势。
[0062]这是因为，若全部底板全由陶瓷材料制成，在荧光粉层承受高强度激发光照射时，陶瓷底板与荧光粉层相接触的部分区域的温度较高，而其他区域的温度较低，陶瓷底板上各个部分的热膨胀程度不一样；由于陶瓷材料的韧性低、脆性高，这种热膨胀程度不一样容易造成基底的破裂。
[0063]而本实用新型中，陶瓷载体采用分块结构，减少了各区域上受温度影响的牵制，各个陶瓷载体上的热量分别传导至支承件上进行散热，避免一个区域出现裂纹导致整个波长转换装置无法工作。即使一块陶瓷载体受热不均破裂，只需更换其中一块即可。上述实施例一中陶瓷载体为两块，显然也可以分为多个相同或不同的圆弧段，本文不做限制。本文中的多个或多块，均指两个或两块及以上。
[0064]同时，采用金属、金属合金或者金属一无机复合材料制成支承件，具有较高的韧性和强度，而只在支承件上需要设置荧光粉的环形区域上设有陶瓷载体，并将荧光粉层设置在该陶瓷载体上，以使得陶瓷载体上各处受热相对均匀，大大降低了陶瓷载体由于不同部位热膨胀程度的差距较大而导致破裂的几率，即使在极小的几率下陶瓷载体出现裂纹，由于其仍面接触地固定粘接在支承件上，并不会因为断裂而导致波长转换装置的失效，进而延长了波长转换装置的使用寿命。同时，基底的导热性较好，陶瓷载体与该基底相接触更有助于陶瓷载体的散热。
[0065]进一步地，波长转换装置受驱动设备驱使而绕中心轴转动，使得荧光粉层上的不同位置周期性的通过激发光的光路并被激发光激发，这样对于每一个位置来说被激发的时间都只是转动到该位置点的一瞬间，照射时间段，其温度得以大大降低，效率则大幅度的提闻。
[0066]实施例二
[0067]如图2所示，本实施例中，支承件204、驱动设备、陶瓷载体、粘胶、反射层及荧光粉层等的描述均与实施例一类同，此处不再赘言。
[0068]本实施例与实施例一的区别在于，波长转换模块208a、208b、208c有三块，分别为三个圆弧形片，并在支承件204的环形区域上通过粘接而拼接圆环形。并且，每个陶瓷载体上的荧光粉层所含的荧光粉为受激发产生单一颜色受激光的单色荧光粉，不同的单色荧光粉位于不同的陶瓷载体上。
[0069]例如，如图2所示，三个波长转换模块208a、208b、208c上的荧光粉分别为红光荧光粉、黄色荧光粉和橙色荧光粉。显然，三种荧光粉的顺序可以根据需要调换，且单色荧光粉的颜色可以选择和自由组合。同时，一种单色荧光粉也可以分别涂在两个陶瓷载体表面上；进而，陶瓷载体可以有多于三个，且不同单色荧光粉的颜色选择、顺序和分布都是可以想到的。
[0070]本实施例相较于实施例一的优点在于，不同的单色荧光粉位于不同的陶瓷载体上。因为不同的单色荧光粉配以相同或不同的第一玻璃粉成型为荧光粉层时具有不同的工艺条件。例如，红色荧光粉、橙色荧光粉耐热温度较低，只能选用透过率稍差但熔点较低的低温玻璃粉与其匹配，并在较低温度下烧结；而黄色荧光粉、绿色荧光粉耐热性较高，可选用高透过率的高熔点玻璃粉与之匹配，并在较高温度下烧结。
[0071]如果在同一块陶瓷基底上分别烧制红色荧光粉层和黄色荧光粉层，则需要分别进炉烧结，且烧结温度不同，该陶瓷基底将受多次加热，不利于陶瓷基底的稳定性。
[0072]而采用本实施例，将含有不同单色荧光粉的波长转换模块分别单独制造完毕，再将这些模块粘接在支承件上，可以明显缩短生产周期。
[0073]同时，各个模块根据自身含有的单色荧光粉以及玻璃粉、反射层、陶瓷载体等的不同而设计不同的制造方案，能够分别获得最优的性能，不用受到其他荧光粉或其他组分的制约。
[0074]实施例三
[0075]本实施例中，除反射层外，其他结构特征均可参照实施例一和实施例二，以下不再赘述。
[0076]本实施例与实施例一和实施例二的区别在于，反射层采用漫反射层来替代全反射介质膜。
[0077]漫反射层位于荧光粉层和陶瓷载体之间，包括白色散射粒子，主要起到对入射光进行散射的作用。白色散射粒子一般为盐类或者氧化物类粉末，例如粒径大小从50纳米到5微米范围内的氧化铝、氧化钛、氮化铝、氧化镁、氮化硼、氧化锌、氧化锆、硫酸钡等超白单体粉末颗粒，或者至少两种以上粉末颗粒的混合体。这些白色散射材料基本上不会对光进行吸收，并且性质稳定，不会在高温下氧化或分解。考虑到漫反射层需要较好的反射率和散热效果，优选地选择综合性能较高的氧化铝粉末。
[0078]为了达到更好的散射效果，白色散射粒子在漫反射层中需要有一定致密度和厚度，且白色散射粒子的粒径要分布在一个合适的范围。白色散射粒子的粒径越小，堆积的越致密，其散射效果越好。另一方面，容易理解的是，在同一种白色散射粒子来说，白色散射粒子的添加比例越高，漫反射层的厚度越厚，反射率就越高。但漫反射层过厚时热阻较大，因此其厚度也需要控制在一个合适的范围。该致密度和厚度可以通过实验确定。
[0079]举例来说，在氮化铝陶瓷为陶瓷载体的表面设置一层厚度为0.1-1mm的氧化铝粉末作为漫反射层，该氧化铝粉末粒径分布为0.1-1ym之间，其与粘接剂的质量比为(I?10):1之间。此时测得漫反射层的相对于镜面铝膜的反射率为99.5%，几乎与镜面铝膜相同。当然，漫反射粒子的粒径、漫反射层的厚度以及致密度还可以是其它数值，这些数值可以由本领域技术人员根据现有技术通过若干次实验得到。
[0080]类似地，白色散射粒子也需要用粘接剂粘接成一个整体。粘接剂也可以是硅胶、水玻璃等。而优选地，白色散射粒子通过第二玻璃粉烧结，第二玻璃粉烧结后形成第二玻璃体，将白色散射粒子粘接。这里的第二玻璃粉的材料选择可参照实施例一中关于第一玻璃粉的相应描述。同时，第二玻璃粉可以是和第一玻璃粉相同的玻璃粉，也可以是不同的玻璃粉。
[0081]漫反射层可以是通过粘接等方式固定在陶瓷载体上，但是通过粘接方式固定，由于胶水的存在，漫反射层与陶瓷载体之间存在界面层，会阻止漫反射层的热量传导至陶瓷载体上。因此，优选地，漫反射层直接烧结在陶瓷载体，此时陶瓷载体与漫反射层具有比较高的结合力，并且导热性好。同时玻璃和陶瓷的热膨胀系数相比玻璃和金属更加匹配，由于陶瓷载体的具有较高的导热系数，也可以像金属一样起到良好的热传导作用。
[0082]值得说明的是，当先在陶瓷载体上成型漫反射层，然后在漫反射层表面烧结荧光粉层时，为了使得烧结荧光粉层的过程不对漫反射层造成影响，烧结荧光粉层的温度优选在第二玻璃粉的软化温度以下，因此第二玻璃粉的软化温度要高于第一玻璃粉的软化温度。同理，当先成型突光粉层，然后在突光粉层表面烧结漫反射层时，烧结温度优选在第一玻璃粉的软化温度以下，第二玻璃粉的软化温度要低于第一玻璃粉的软化温度。另外，考虑到第一玻璃粉和第二玻璃粉之间的软化温度要有所差别，而硼硅酸玻璃粉的软化温度比较高，该玻璃粉可以用作第一玻璃粉和第二玻璃粉中软化温度较高的一种。
[0083]本实施例与实施例一、实施例二的优点在于，采用漫反射层来代替全反射介质膜，用漫反射层与陶瓷载体的结合来代替传统的镜面金属板。其中白色散射例子构成的漫反射层对激发光进行散射，能够达到与镜面反射相近甚至相同的效果。
[0084]而且，白色散射粒子在高温下也不会因氧化、分解等反应而导致其颜色、性质的改变，从而减弱对入射光的反射，因此漫反射层可以耐受较高温度。同时，由于陶瓷载体材料的熔点高于金属，可以耐受比金属更高的温度，长时间在高温环境下工作不易发生氧化、软化等性能变化，因此可以替代传统的金属基板及其反射面。
[0085]在漫反射层中，第二玻璃体将白色散射粒子进行粘接，将白色散射粒子与空气隔绝，以避免白色散射粒子在空气中受潮，并使得漫反射层具有较高的强度和透过率。同时，当荧光粉层和漫反射层的粘接剂都为玻璃粉，可以通过荧光粉层在漫反射层表面烧结成型或者漫反射层在荧光粉层表面烧结成型，使得二者之间的具有较强的结合力，并且可以耐受较高的温度。
[0086]另外，与传统的镜面铝基板表面附着荧光粉层的结构相比，其表面比较光滑，当荧光粉层在镜面铝基板的表面成型后，荧光粉层与基板接触的表面会收缩，而部分与基板分离，使得荧光粉层与镜面铝基板的接触面积较小，因此荧光粉层与镜面铝基板之间的界面热阻比较大。而对于陶瓷载体的波长转换装置，由于陶瓷载体和漫反射层的表面都相对比较粗糙，因此，荧光粉层与漫反射层之间、漫反射层与陶瓷载体之间的接触面积比较大，使得波长转换装置成型后的界面热阻较小，从而可以将荧光粉层的热量更多地传递至陶瓷载体，使得波长转换装置可以耐受更高温度。
[0087]实施例四
[0088]本实施例如图3所示，包括四个波长转换模块(图中的408a和408b，另两个未示出)和支承件404，四个波长转换模块拼接成圆环形并固定在支承件404表面的环形区域上。对支承件404的描述参照实施例一至实施例三。
[0089]每个波长转换模块包括荧光陶瓷401和反射层403，且反射层403设置在荧光陶瓷401和支承件404表面之间。荧光陶瓷401包括陶瓷载体和分散在陶瓷载体内的荧光粉，即将实施例一至三中每个波长转换模块的陶瓷载体和荧光粉层合成同一元件。该荧光陶瓷401为一种可以被激发光激发以产生受激光的陶瓷体，例如YAG微晶玻璃、烧结YAG陶瓷或其他体系的黄、绿或者红色荧光陶瓷。各个波长转换模块的荧光陶瓷401可以采用同一种类型的荧光陶瓷，也可以根据设计需要采用不同颜色或类型的荧光陶瓷。
[0090]本实施例中，反射层403为一层具有高反射功能的全反射介质膜，例如银膜、铝膜等。优选地，可在制备完成的荧光陶瓷401底面通过镀膜的方式沉积上全反射介质膜，例如电镀、化学镀、电子束溅射、等离子溅射、蒸镀等。
[0091]进一步地，还可在荧光陶瓷401的反射层403之外再利用上述镀膜方式镀上一层金属保护层，该金属保护层可以是T1、N1、Cu、Al、Mo等金属中的一种，或至少两种金属的混合镀层，或多种金属交替镀膜形成的复合膜层。这层金属保护层所起的作用一是保护全反射介质膜，二是利于粘接。
[0092]镀膜后的荧光陶瓷401通过粘接、焊接的方法拼接、固定于支承件404的底板之上。若采用粘接方式，所采用的粘胶可参照实施例一中陶瓷载体与支承件之间的粘胶的描述。当采用焊接的方式固定时，优选地采用低温真空钎焊的方式，减少焊接层的气孔与厚度，有利于热的传导。
[0093]当然，本实施例中的反射层403也可以是实施例三中所描述的具有白色散射粒子的漫反射层。在支承件404表面上设置漫反射层时，优选地，该白色散射粒子由硅胶粘接在一起，以使得该漫反射层与支承件404的结合力更强。或者，反射层403还可以是其他结构，只要能对入射光起到反射作用即可。
[0094]本实施例与实施例一至三相比的优点在于，采用具有致密结构、高热导率的荧光陶瓷来替换陶瓷载体上附着荧光粉层的结构，其结构更简单，制备工艺简化，生产和材料成本低。
[0095]同时，由于荧光陶瓷具有致密的结构，因此空气不能透过该荧光陶瓷与反射层进行反应，进而提高了反射层的稳定性。而且，荧光陶瓷具有很高的导热率，更适用于更高功率的激发光照射。
[0096]实施例五
[0097]本实施例的波长转换装置，与实施例四相比，其区别在于所具有的四个波长转换模块中，其中的三个模块替换为实施例三中的陶瓷载体表面上依次附有漫反射层和荧光粉层的结构。可以设想的是，也可只替换其中的一个或两个波长转换模块，或者，波长转换模块的总数可以是其他任意两个以上的数量，且两种波长转换模块各自的数量的配比均可根据实际需要自由组合，本文不再赘述。
[0098]下文中，未进行具体描述的各部件以及各部件的构成和连接，均可参照前述实施例。本实施例中仅对与前述实施例相比不同的特征进行描述。
[0099]如图4A、图4B所示，支承件504表面上通过粘接、焊接等方式固定有波长转换模块508a、508b、508c和508d。驱动设备505驱动支承件504连同各个波长转换模块一起转动。
[0100]在本实施例中，波长转换模块508a、508b、508d为陶瓷载体503表面上依次附有漫反射层502和荧光粉层501的结构，具体结构可参见实施例三。其中，波长转换模块508a采用的单色荧光粉是橙色荧光粉、波长转换模块508b采用的是绿色荧光粉、波长转换模块508d采用的是红色荧光粉。如前述实施例所述，不同颜色的荧光粉具有不同的耐热性能，因此需要对应匹配不同材料的第一玻璃粉、陶瓷载体以及不同的烧制工艺。[0101]波长转换模块508c为荧光陶瓷511表面具有全反射介质膜513的结构，具体可参见实施例四。本实施例中，荧光陶瓷511选用可被激发出高亮度黄光的YAG荧光陶瓷。
[0102]所述四个波长转换模块分别在各自最优的制造条件下制造出来，然后分别固定到支承件一侧表面上，拼接成圆环状。
[0103]本实施例与实施例一至四相比的优势在于，
[0104]本实用新型提出的分段模块化的波长转换装置，通过陶瓷载体顶面附有反射层和荧光粉层、荧光陶瓷底面设置反射层两种波长转换模块的组合，得到了更大范围的扩展应用，以适应更高的设计需求。
[0105]实施例六
[0106]本实施例与实施例一至五的区别在于，将实施例一至五中任意一实施例中的其中一个波长转换模块替换为透光区或者反光区或者两者兼而有之，其他所有下文实施例中未提及的特征，均可参阅实施例一至五中的相应描述。
[0107]当将其中一波长转换模块替换为透光区时，如图5A所示，该波长转换模块所在的圆弧段区域所对应的支承件604底板部分被裁切为圆弧形通孔609，或者还在该通孔609出固定装有一片相应圆弧形的高透光玻璃，该玻璃可由前述玻璃粉烧制而成。当该波长转换装置随驱动设备605转动至激发光照射到该圆弧形通孔609处时，激发光直接穿过该通孔609而出射，因此该通孔为透光区。
[0108]当将其中一波长转换模块替换为反光区时，如图5B所示，将该波长转换模块所在的圆弧段区域所对应的支承件614表面涂覆高反射粒子，形成反射层619。优选地，为了使高反射粒子与支承件614表面粘接牢固，将高反射粒子与硅胶混合成浆料并涂敷在支承件614表面固化。进一步地，为了提高反射率，先准备一段形状尺寸适配的圆弧形镀银铝片，然后在该镀银铝片表面上涂敷该高反射粒子与硅胶的混合浆料并固化成型，再将该铝片固定在支承件614的相应区域上，形成反光区。则当波长转换装置随驱动设备615转动至激发光照射到该反光区时，激发光将被反射。
[0109]采用本实施例，相较于实施例一至五的优势在于，当激发光本身就是一种所需的单色光例如蓝光时，无需通过波长转换模块的荧光粉转换来获得该单色光，而直接使得该单色光通过透光区出射、或者通过反光区反射后被收集即可，可以节省材料，明显简化制造工艺，并获得损耗尽可能少的该单色光。
[0110]实施例七
[0111]本实施例与实施例一至六的区别在于，对实施例一至六任一实施例中的支承件的结构进行了改变，其他下文实施例中未提及的特征，均可参阅实施例一至六中的相应描述。
[0112]如图6所示，支承件704为圆盘形底板，且底板上表面的对应于各波长转换模块708a、708b安装固定的环形区域上设有环形凹槽707，各波长转换模块708a、708b通过前述粘接或焊接等各种固定方式固定在该凹槽707的内底面上，内、外侧面可与凹槽707的两侧侧面相接触。
[0113]采用本实施例，相较于前述实施例的优势在于，将波长转换模块内置在凹槽内，一方面增大了支承件与波长转换模块的接触面积，有利于波长转换模块的散热；另一方面，波长转化模块在随驱动设备转动时，受离心力作用，波长转换模块有被向外甩脱的趋势，而将其内置在凹槽中，凹槽的侧壁能为其提供保护，防止其甩脱，因此可提高该波长转换装置的结构稳定性，提闻使用寿命。
[0114]当然，基于上述描述，可以想象的是，该凹槽还可以有多种变形，例如为在底板的该环形区域的内圆、外圆圆周上形成的两个凸起环，波长转换模块位于该两个凸起环围成的环形区域内；或者在该环形区域上形成的几个凸起部，对应的波长转换模块底部设有凹部，该凸起部与凹部的配合形成径向位移约束，或者凸起部与凹部的位置互换等，这些方案都在本实用新型的保护范围内。
[0115]实施例八
[0116]实施例一至七中均采用了反射式的波长转换装置，因此在波长转换模块上设置了反射层。本实用新型中的波长转换装置也可为透射式，因此无需采用反射层，相应地，结构如图7A、7B所示。
[0117]如图7B所示，支承件804为两个半圆弧形卡槽，二者相向拼接并通过支承件804a、804b外表面上的螺纹连接、弹性卡接、铆接各种机械可拆卸连接方式固定，或者可通过其他粘接、焊接等不可拆卸方式固定。如图7A、7B所示，多个波长转换模块808a、808b、808c外侧边缘插入卡槽内，径向侧边缘与相邻的波长转换模块抵顶，从而相互定位。同时，相邻模块之间也可通过粘接、焊接等方式固定。另外，在整个圆环形的波长转换模块组合体的上表面和/或下表面和设置有透光玻璃，该透光玻璃边缘一同被卡入卡槽内，可以提高整体的结构强度，防止爆裂。
[0118]波长转换模块的选择和组合可以参照前述任一实施例，并且也可将其中一个波长转换模块替换为透光玻璃片，或者直接为透光的通孔。
[0119]为了提高透射的激发光和受激光的效率，优选在波长转换模块组成的圆盘一侧还设置有光收集组件，例如平面反射镜、抛物面反射镜、聚焦透镜等，将所有光线先收集后利用。
[0120]采用本实施例的优势在于，可减少反射层的制备工序，可直接采用现成的反射器件来完成反射收集光的功能。虽然目前技术中透射式光效要低于反射式，但在光效要求不高、或通过其他方式对荧光粉层或荧光陶瓷改进后光效大幅提高后，本方案仍有可能成为一种选择。
[0121]实施例九
[0122]本实施例与前述实施例的区别在于驱动设备，其他特征均可参照前文各个实施例中的描述。
[0123]本实施例中，驱动设备用于与激发光源连接，并带动激发光源运动，使其发出的激发光依次照射到波长转换装置的不同波长转换模块上，从而依次发出不同颜色的受激光。
[0124]当波长转换模块静止，并按照圆环形排布时，驱动设备带动激发光源沿相应的圆周平移；显然，当波长转换模块成矩形方片并按照直线方向依次排布，则驱动设备带动激发光源进行直线平移，进而此时驱动设备也不必然为产生旋转运动的马达，而可以为能够产生直线运动的移动杆、曲轴等机械结构。可以想象的是，波长转换模块可以按照各种实际需要进行排布，驱动设备也以相应的方式驱动激发光源。
[0125]反之，当激发光源保持静止，驱动设备仍与支承件连接并带动波长转换模块移动，则根据波长转换模块成圆环形、直线形、波浪形等不同的排列方式可设置相应的驱动方式，使驱动设备带动波长转换模块移动，从而依序产生不同的受激光。相应地，驱动设备也不必然为马达，本文不做限制。
[0126]采用本实施例，相对于前述实施例的优点在于，为整个波长转换装置的结构提供了多种可能，从而适应各种波长转换模块的排列组合的需求。
[0127]以上是本实用新型的波长转换装置的实施例，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。
[0128]显然，本实用新型的实施例并不限于此，只要是受入射的激发光照射后产生不能波长的激发光的波长转换装置，利用陶瓷作为载体来承载荧光粉，且该陶瓷载体被分成多段、从而减少和避免容易具体温度过高而爆裂，这样的技术方案均属于本实用新型所要保护的范围。
[0129]基于上述任一种波长转换装置，本实用新型还保护一种光源系统，包括产生激发光的激发光源，还包括上述的波长转换装置，波长转换装置的荧光粉位于激发光源所产生的激发光的光路上，并将激发光转换为受激光发出。
[0130]本实用新型还保护一种投影系统，用于投影成像，包括上述的光源系统。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,上述发光装置也可以应用于照明系统，例如舞台灯照明。
[0131]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。
【权利要求】
1.一种波长转换装置，其特征在于，包括支承件和多个相互拼合的波长转换模块，每个所述波长转换模块包括陶瓷载体和置于所述陶瓷载体上的荧光粉，所述支承件将所述多个波长转换模块 保持相对固定。
2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，每个所述陶瓷载体上的荧光粉为受激发产生单一颜色受激光的单色荧光粉。
3.根据权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，不同所述陶瓷载体上的单色荧光粉均相同，或者不同的单色荧光粉位于不同的陶瓷载体上。
4.根据权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，至少其中一个所述波长转换模块的荧光粉铺设在所述陶瓷载体一侧表面上形成荧光粉层。
5.根据权利要求4所述的波长转换装置，其特征在于，所述荧光粉层还包括粘接所述突光粉的第一玻璃体。
6.根据权利要求4所述的波长转换装置，其特征在于，所述陶瓷载体为导热系数高于80ff/mK的陶瓷材料。
7.根据权利要求4所述的波长转换装置，其特征在于，荧光粉层和所述陶瓷载体表面之间还设有反射层，所述反射层为包含白色散射粒子和粘接所述白色散射粒子的第二玻璃体的漫反射层，或者所述反射层为镀在所述陶瓷载体表面上的全反射介质膜。
8.根据权利要求7所述的波长转换装置，其特征在于，所述全反射介质层为银膜或铝膜。
9.根据权利要求2或4任一项所述的波长转换装置，其特征在于，至少其中一个所述波长转换模块为所述荧光粉分散在所述陶瓷载体中而形成的荧光陶瓷。
10.根据权利要求9所述的波长转换装置，其特征在于，所述荧光陶瓷为YAG微晶玻璃或烧结YAG陶瓷。
11.根据权利要求9所述的波长转换装置，其特征在于，所述荧光陶瓷的底面上设有包含白色散射粒子和粘接所述白色散射粒子的第二玻璃体组成的漫反射层，或者镀有全反射介质膜。
12.根据权利要求11所述的波长转换装置，其特征在于，所述反射介质膜为银膜或铝膜。
13.根据权利要求11所述的波长转换装置，其特征在于，所述全反射介质膜表面上覆盖有金属保护层。
14.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述支承件为一底板，所述多个波长转换模块分别固定安装到所述底板的一侧表面上，所述荧光粉位于所述波长转换模块的远离所述底板的一侧。
15.根据权利要求14所述的波长转换装置，其特征在于，所述底板的材料为金属、金属合金或金属与无机材料构成的复合材料。
16.根据权利要求14所述的波长转换装置，其特征在于，所述底板的表面设置有环形凹槽，所述多个波长转换模块均成圆弧状，并在所述环形凹槽内拼成环形。
17.根据权利要求14所述的波长转换装置，其特征在于，所述底板与所述波长转换模块之间通过粘接或焊接固定，进行粘接的粘接剂为有机粘接剂、银胶或者硅胶与导热填料粒子的混合浆料。
18.根据权利要求17所述的波长转换装置，其特征在于，所述导热填料粒子为氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化钇、氧化锌、氧化钛中的一种或多种。
19.根据权利要求17所述的波长转换装置，其特征在于，不同所述波长转换模块与所述底板之间的固定方式不同。
20.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换装置还包括驱动设备，所述驱动设备驱动所述支承件运动。
21.一种光源系统，其特征在于，包括产生激发光的激发光源，还包括如权利要求1至20任一项所述的波长转换装置，所述波长转换装置的荧光粉置于所述激发光源所产生的激发光的光路上，并将激发光转换为受激光发出。
22.一种投影系统 ，用于投影成像，其特征在于，具有如权利要求21所述的光源系统。
【文档编号】F21S8/00GK203489180SQ201320634064
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】李乾, 许颜正 申请人:深圳市光峰光电技术有限公司