波長轉換裝置及其光源系統(tǒng)、投影系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及照明及顯示技術領域，特別是涉及波長轉換裝置及其光源系統(tǒng)、投影系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]采用固態(tài)光源如激光二極管(LD, Laser D1de)或發(fā)光二極管(LED, LightEmitting D1de)發(fā)出的激發(fā)光以激發(fā)熒光粉如熒光粉的波長轉換方法能夠產生高亮度的波長不同于激發(fā)光波長的光。這種方案具有高效、低成本的優(yōu)勢，已成為現(xiàn)有光源提供白光或者單色光的主流技術。在該種方案中，光源包括激發(fā)光源和波長轉換裝置，其中波長轉換裝置包括反射基底和涂覆在反射基底上的熒光粉片，以及用于驅動反射基底轉動的馬達，使得來自激發(fā)光源的激發(fā)光在熒光粉片上形成的光斑按圓形路徑作用于該熒光粉片。
[0003]一種常用的反射基底為鏡面鋁基底，由鋁基材和高反射層疊置而成，其中高反射層一般采用高純鋁或者高純銀。而涂覆在反射基底上的熒光粉片一般由硅膠將熒光粉顆粒粘接成片狀。由于硅膠的導熱性能差，在高溫下工作容易發(fā)黑，導致整個裝置并不適用于大功率激發(fā)光源下工作。
[0004]為了改善在大功率應用背景下的色輪性能，可以采用玻璃作為粘接劑來替代硅膠。但是玻璃粉作為粘接劑需要與熒光粉在高溫下燒結才能固化成熒光粉層，而玻璃粉的燒結溫度較高，往往在500°C以上，不適合使用金屬基板，尤其是鋁基板，因為高導熱的薄金屬板在高溫下會出現(xiàn)軟化、變形、氧化、熱膨脹過高的問題，同時導致燒結的熒光粉層難以附著。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術問題是提供一種能夠耐高溫、且結構能夠保持穩(wěn)定的波長轉換裝置及其光源系統(tǒng)、投影系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明實施例提供一種波長轉換裝置，包括支承件和多個相互拼合的波長轉換模塊，每個所述波長轉換模塊包括陶瓷載體和置于所述陶瓷載體上的熒光粉，所述支承件將所述多個波長轉換模塊保持相對固定。
[0007]優(yōu)選地，每個所述陶瓷載體上的熒光粉為受激發(fā)產生單一顏色受激光的單色熒光粉。
[0008]優(yōu)選地，不同所述陶瓷載體上的單色熒光粉均相同，或者不同的單色熒光粉位于不同的陶瓷載體上。
[0009]優(yōu)選地，至少其中一個所述波長轉換模塊的熒光粉鋪設在所述陶瓷載體一側表面上形成突光粉層。
[0010]優(yōu)選地，所述熒光粉層還包括粘接所述熒光粉的第一玻璃體。
[0011]優(yōu)選地，所述陶瓷載體為導熱系數(shù)高于80W/mK的陶瓷材料。
[0012]優(yōu)選地，熒光粉層和所述陶瓷載體表面之間還設有反射層，所述反射層為包含白色散射粒子和粘接所述白色散射粒子的第二玻璃體的漫反射層，或者所述反射層為鍍在所述陶瓷載體表面上的全反射介質膜。
[0013]優(yōu)選地，所述全反射介質層為銀膜或鋁膜。
[0014]優(yōu)選地，至少其中一個所述波長轉換模塊為所述熒光粉分散在所述陶瓷載體中而形成的熒光陶瓷。
[0015]優(yōu)選地，所述熒光陶瓷為YAG微晶玻璃或燒結YAG陶瓷。
[0016]優(yōu)選地，所述熒光陶瓷的底面上設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體的漫反射層，或者鍍有全反射介質膜。
[0017]優(yōu)選地，所述反射介質膜為銀膜或鋁膜。
[0018]優(yōu)選地，所述全反射介質膜表面上覆蓋有金屬保護層。
[0019]優(yōu)選地，所述支承件為一底板，所述多個波長轉換模塊分別固定安裝到所述底板的一側表面上，所述熒光粉位于所述波長轉換模塊的遠離所述底板的一側。
[0020]優(yōu)選地，所述底板的材料為金屬、金屬合金或金屬與無機材料構成的復合材料。
[0021]優(yōu)選地，所述底板的表面設置有環(huán)形凹槽，所述多個波長轉換模塊均成圓弧狀，并在所述環(huán)形凹槽內拼成環(huán)形。
[0022]優(yōu)選地，所述底板與所述波長轉換模塊之間通過粘接或焊接固定，進行粘接的粘接劑為有機粘接劑、銀膠或者硅膠與導熱填料粒子的混合漿料。
[0023]優(yōu)選地，所述導熱填料粒子為氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、氧化釔、氧化鋅、氧化鈦中的一種或多種。
[0024]優(yōu)選地，不同所述波長轉換模塊與所述底板之間的固定方式不同。
[0025]優(yōu)選地，所述波長轉換裝置還包括驅動設備，所述驅動設備驅動所述支承件運動。
[0026]本發(fā)明還涉及一種光源系統(tǒng)，包括產生激發(fā)光的激發(fā)光源，還包括如上所述的波長轉換裝置，所述波長轉換裝置的熒光粉置于所述激發(fā)光源所產生的激發(fā)光的光路上，并將激發(fā)光轉換為受激光發(fā)出。
[0027]本發(fā)明還涉及一種投影系統(tǒng)，用于投影成像，其包括上述光源系統(tǒng)。
[0028]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明包括如下有益效果:
[0029]1、采用陶瓷載體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鏡面金屬板，由于陶瓷材料的熔點高于金屬，可以耐受比金屬更高的溫度；并且陶瓷載體與熒光粉之間的界面熱阻較低，可以將熒光粉層的熱量傳導至陶瓷載體，并散發(fā)到空氣中，從而提高了波長轉換裝置的熱穩(wěn)定性。且陶瓷載體的熱膨脹系數(shù)低，高溫下不易變形，且與熒光粉層的熱膨脹系數(shù)接近，即使微量變形也不會導致熒光粉層難以附著。
[0030]2、鑒于陶瓷載體的材料韌性低、脆性高，熒光粉的載體基底全由陶瓷材料制成的波長轉換裝置在承受高強度激光照射時，內外區(qū)域膨脹的差異越大，這種不均勻的膨脹會使陶瓷產生裂紋，裂紋擴展會導致輪子炸飛、破裂，一旦出現(xiàn)破裂則會使整個輪子完全失效。；本發(fā)明中采用將陶瓷載體分塊設置，進一步附著在金屬、金屬合金或者金屬一無機復合材料制成的支承件上，相比將不同熒光粉均設置于同一個整塊的陶瓷載體上，陶瓷載體出現(xiàn)裂紋、破損、甚至炸裂的幾率明顯降低；
[0031]分塊后的陶瓷載體的尺寸較小，在轉動過程中因激光光斑照射而導致的溫度變化較均勻，不易出現(xiàn)裂紋。即使在極小極小幾率下出現(xiàn)裂紋，由于其面接觸地固定在支承件上，不會因斷裂飛散而導致波長轉換裝置的失效，而支承件的材質也決定了其不容易破裂。
[0032]3、能夠降低波長轉換裝置的制備難度，縮短生產周期。在一塊陶瓷基底上，一次性完成不同熒光粉粉層的刮涂難度較大，且不同顏色段需要分次刮涂和燒結，制作周期較長，例如四個熒光粉層需要依次涂刷和燒結，級4個燒結周期。
[0033]而本發(fā)明中，由于各個熒光粉層可分割到不同的波長轉換模塊中，尺寸較小，易于一次刮涂成型，且不同顏色的熒光粉層可同時分別燒結，縮短色輪制作周期，例如上述四個熒光粉層在本發(fā)明中只需兩個燒結周期。
[0034]4、更易于進行特殊的工藝加工。一整塊大尺寸的陶瓷基底，若有特殊需求要對其進行表面拋光、金屬釬焊、表面鍍膜等處理工序時，尺寸越大則成本越高，加工難度越大。
[0035]本發(fā)明的各個陶瓷載體尺寸較小且可根據實際需要進行調整，小尺寸部件進行特殊加工的成本、難度都較低。
[0036]5、模塊式結構更靈活，有利于制備高性能波長轉換裝置。當反射層、熒光粉層都整體刷涂在一整塊陶瓷基底之上，在進行特殊工藝處理(如燒結、退火等熱處理)時都需要考慮到陶瓷基底上各個功能層的性能限制(如使用紅色熒光粉的紅色熒光粉層不能承受600°C以上高溫)，在設計復雜結構的高性能色輪時，會因這些性能限制而被迫采取折衷的方案，不利于發(fā)揮各種熒光粉或各種制備工藝的最佳效能。
[0037]本發(fā)明中，不同的波長轉換模塊可對應不同設計的熒光粉顏色所需區(qū)域的尺寸進行分割，根據不同顏色熒光粉的發(fā)光、發(fā)熱特性而使用不同的反射層或導熱工藝，如陶瓷表面金屬化、導熱填料粒子、表面鍍銀、等，各顏色段可分別在其最佳工藝下進行制備而無需考慮到其他段的性能影響，有利于設計制備高性能色輪。
[0038]6、減少耗材，節(jié)省成本。本發(fā)明模塊化的波長轉換裝置也有利于產品的品質控制，傳統(tǒng)的色輪只要某一個熒光粉區(qū)間出了質量問題，整個色輪便作廢了，而本發(fā)明提出的波長轉換裝置，某一個波長轉換模塊出現(xiàn)了質量問題，可以單獨再制造一個模塊作為補充，降低品控成本。
【附圖說明】
[0039]圖1A為本發(fā)明波長轉換裝置的實施例一的半剖圖；
[0040]圖1B為圖1A所示波長轉換裝置的俯視圖；
[0041]圖2是本發(fā)明波長轉換裝置的實施例二的俯視圖
[0042]圖3是本發(fā)明波長轉換裝置的實施例四的半剖圖；
[0043]圖4A是本發(fā)明波長轉換裝置的實施例五的半剖圖；
[0044]圖4B是圖4A所示波長轉換裝置的俯視圖；
[0045]圖5A是本發(fā)明波長轉換裝置的實施例六的半剖圖；
[0046]圖5B是圖5A所示波長轉換裝置的俯視圖；
[0047]圖6是本發(fā)明波長轉換裝置的實施例七的半剖圖；
[0048]圖7A是本發(fā)明波長轉換裝置的實施例八的半剖圖；
[0049]圖7B是圖7A所示波長轉換裝置的俯視圖。
【具體實施方式】
[0050]下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明實施例進行詳細說明。
[0051]實施例一
[0052]請參閱圖1A、1B，在本實施例中，波長轉換裝置包括支承件104和兩個波長轉換模塊108a、108b,每個波長轉換模塊包括一個陶瓷載體103和設置在陶瓷載體103上的熒光粉以及反射層102。
[0053]如圖1A、1B所示，支承件104為圓盤形底板，優(yōu)選由金屬、金屬合金或者金屬與無機材料構成的復合材料制成，金屬如鋁、銅、銀等，金屬合金如黃銅、鋁合金、銅鋁合金等，金屬-無機復合材料為金屬材料和無機材料的混合材料，例如金剛石-銅、氮化硼-銅等。支承件上設有一環(huán)形區(qū)域，該環(huán)形區(qū)域為以圓盤形底板的圓心為中心。
[0054]陶瓷載體103有兩個，分別為兩個半圓弧形片，二者