CN105068368A - 发光装置、投影显示装置和灯具 - Google Patents
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Abstract
提出一种发光装置和投影显示装置和灯具，包括激光源和光学***，还包括第一外壳，该第一外壳由至少两个第一外壳组件拼装而成，用于将激光源和光学***封闭在其内部；还包括波长转换转盘，用于接收从第一外壳的激光出射***出的激光，并将其至少部分的转换为受激光。还包括第二外壳，该第二外壳由至少两个第二外壳组件拼装而成，用于将第一外壳和波长转换转盘封闭在其内部；其中，第二外壳内表面包括与第一散热区位置对应的第二散热区，第一散热区与第二散热区热连接。激光源和光学***经过了第一外壳和第二外壳两次的封闭，相对于一次封闭来说，灰尘穿过两次封闭进入到激光光路中的概率要低几个数量级。
Description
技术领域
本发明涉及光源领域，特别是涉及发光装置和使用该发光装置的灯具和投影显示装置。
背景技术
目前，激光激发转动的荧光粉转盘产生分时的荧光，这种方法已经被比较广泛的应用于投影显示产业中。这种方案由于使用全固态发光材料因此理论上使用寿命很高，可以达到数万小时。然而实际的情况是，这种方法制造的光源的使用寿命仅为数千小时，真正长寿命的光源产品方案始终没有出现。
发明内容
为了解决上述激光光源的使用寿命问题，本发明提出一种发光装置，包括激光源和光学***，光学***由至少一个光学元件组成，用于引导激光源发出的激光。还包括第一外壳，该第一外壳由至少两个第一外壳组件拼装而成，用于将激光源和光学***封闭在其内部；该第一外壳包括激光出射口，用于引导激光出射到第一外壳外面；该第一外壳外表面还包括第一散热区。还包括波长转换转盘，用于接收从第一外壳的激光出射***出的激光，并将其至少部分的转换为受激光。还包括第二外壳，该第二外壳由至少两个第二外壳组件拼装而成，用于将第一外壳和波长转换转盘封闭在其内部；其中，第二外壳内表面包括与第一散热区位置对应的第二散热区，第一散热区与第二散热区热连接。
本发明还提出一种投影显示装置，包括上述的发光装置作为光源。
本发明还提出一种灯具，包括上述的发光装置作为光源。
在本发明的发光装置中，激光源和光学***经过了第一外壳和第二外壳两次的封闭，相对于一次封闭来说，灰尘穿过两次封闭进入到激光光路中的概率要低几个数量级。同时第一散热区与第二散热区热连接，可以保证把激光源和光路产生的热量传导到第二外壳上并经过第二外壳传导出去。
附图说明
图1是本发明的发光装置的第一实施例的结构示意图；
图2是本发明的发光装置的另一个实施例的结构示意图；
图3A是本发明的发光装置的另一个实施例的结构示意图；
图3B是图3A实施例中波长转换转盘的正视图；
图4A是本发明的发光装置的另一个实施例的结构示意图；
图4B是图4A实施例中波长转换转盘的正视图；
图5是本发明的发光装置的另一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述的，现有激光光源的使用寿命都不过数千小时。虽然市场上很多产品的规格指标上标的使用寿命达到两万小时甚至更长，但是从实测数据可以看到关于使用寿命存在大量虚假宣传的情况。当然这种市场化的宣传手段不需要在此讨论。
实际上，为了延长激光光源产品的使用寿命，产业界已经花了大量的时间、人力物力来研究，并且也取得了一些研究成果。研究发现，在激光光路上，由于激光的作用光学元件表面容易沉积灰尘，灰尘的不断堆积造成了亮度不断降低，最终下降到初始亮度值的一半时，根据标准认为使用寿命终了。为了防止灰尘堆积，有人提出对光源进行“密封”以防止外界的灰尘进入光源内部，并制作了外壳将光源“密封”在其内部，实验下来寿命有所提升，但提升不显著。也有人依照同样道理提出对光源进行“气密”封装，但实验下来寿命仍然只提升到数千小时。
经过发明人长达一年时间的不断实验，这个问题终于有了答案。由于光源内部光路是发热的——热量可能由波长转换装置发出，也可能由光学元件或光源壳体吸收光产生——光源内部的温度比环境温度高20至40度。温度差产生了压力差，使得光源内部和外部有空气流动的动力。而在实际生产中，无论是“密封”还是“气密”，例如使用橡胶圈填充接缝等，由于外壳接缝很多而且形状不规则，很难做到密封到完全阻止空气流动的程度；这样随着光源内部和外部空气的微弱流动灰尘还是会逐渐进入到光路中，从而造成光源亮度衰减。
为了提升发光装置的密封性，同时保证可生产性，本发明提出一种发光装置，其结构示意图如图1所示。该发光装置包括激光源101和光学***，光学***由至少一个光学元件组成，用于引导激光源101发出的激光141。具体而言在本实施例中光学***包括分光装置111、透镜112和透镜113。发光装置还包括第一外壳121，该第一外壳121由至少两个第一外壳组件拼装而成，用于将激光源101和光学***封闭在其内部。第一外壳121由至少两个第一外壳组件拼装而成主要是出于实际组装的需要。该第一外壳121包括激光出射口122，用于引导激光出射到第一外壳外面。在本实施例中，激光源101发出的激光141依次透射分光装置111、透镜112和透镜113后，从激光出射口122出射到第一外壳121外部，其中透镜112和113的作用是将激光141汇聚的出射。
发光装置还包括波长转换转盘114，用于接收从第一外壳121的激光出射口122射出的激光141，并将其至少部分的转换为受激光142。在本实施例中，波长转换转盘是反射式的，即波长转换转盘包括反射底盘和附着在反射底盘上的波长转换材料层，这样激光141从波长转换层一侧入射并激发，产生的受激光会受到反射底盘的作用沿着激光入射的方向反向的出射。这部分受激光会依次透射透镜113和透镜112，并被分光装置111反射后从第一外壳121的出光口123出射。对受激光142来说，透镜113和透镜112起到收集并准直的作用，而分光装置111则起到分离激光141和受激光142的作用。出光口123是第一外壳121的一部分，它可以起到封闭激光源和光学***的作用，例如出光口就是一个透明玻璃片。
在本实施例中，发光装置还包括驱动装置115，用于驱动波长转换转盘转动。这样，波长转换转盘上的每个点会周期性的被激发而不是始终处于被激发状态，激发所发出的热量就会比较分散，从而避免波长转换材料的热猝灭效应。另一方面，波长转换转盘上还可以分布有多个区，不同区有不同的波长转换特性；这样随着驱动装置115驱动波长转换转盘转动，受激光142呈现不同的光特性，这在投影显示中有特殊的应用。
第一外壳121外表面还包括第一散热区121a。发光装置还包括第二外壳151，该第二外壳151由至少两个第二外壳组件拼装而成，用于将第一外壳121和波长转换转盘封闭在其内部。第二外壳151由至少两个第二外壳组件拼装而成主要是出于实际组装的需要。其中，第二外壳151内表面包括与第一散热区121a位置对应的第二散热区，第一散热区121a与第二散热区热连接。
在本实施例中，第一散热区121a为激光源101的散热区，用于为激光源101散热。当然第一散热区也可以为其它元件散热，或者为第一外壳本身散热，只要第一散热区与第二散热区热连接，就可以保证把热量传导到第二外壳上并经过第二外壳传导出去。
在本实施例中，第二外壳上还包括出光口152，用于引导从第一外壳的出光口123出射的光出射到第二外壳外部。出光口152是第二外壳的一部分，它可以起到封闭的作用，例如出光口152就是一个透明玻璃片。
在本实施例中，激光源和光学***经过了第一外壳和第二外壳两次的封闭，相对于一次封闭来说，灰尘穿过两次封闭进入到激光光路中的概率要低几个数量级，这样可以大幅度的提升发光装置的使用寿命。实验证明这样的发光装置寿命长达30000小时。同时第一散热区与第二散热区热连接，可以保证把激光源101和光路产生的热量传导到第二外壳上并经过第二外壳传导出去。
在本实施例中，驱动装置115包括驱动线115a，激光源101也可能包括驱动线（图中未画出），这些线需要穿出第二外壳151。此时可以在第二外壳151上打孔使这些线穿出，然后再用胶水或橡胶塞将孔封住。
本发明的发光装置的另一个实施例的结构如图2所示。与图1所示的实施例不同的是，该发光装置中波长转换转盘214是透射式的，即受激光242是沿着激发光241的入射方向同向出射的。具体来说，激光241经过透镜212和213汇聚后从第一外壳的激光出射口出射并入射于波长转换转盘214，受激光242没有返回第一外壳221内部而是经过第二外壳内的收光透镜216收集后从第二外壳251上的出光口252出射。本实施例与图1所示的实施例有相同的有益效果，只是在光学结构上有所不同。
在图1所示的实施例中，波长转换转盘114也会发出热量。由于波长转换转盘是转动的，无法通过直接接触的热传导来将其热量导出。当激光功率不是很大时，波长转换转盘是可以正常工作的；然而当激光功率不断加大以满足应用需求时，波长转换转盘的温度可能持续上升，此时没有适当的散热方式是不行的。为了解决波长转换转盘的散热问题，本发明提出了发光装置的另一个实施例，其结构示意图如图3A所示。
与图1所示的实施例不同的是，在本实施例中，波长转换转盘314上包括第一鳍片314a，用于在旋转工作时产生气流361。在本实施例中，波长转换转盘314上的第一鳍片314a的正视图如图3B所示，可见该第一鳍片是沿圆周方向排列的向心走向的鳍片组；当波长转换转盘旋转时，转盘中心的空气会被沿着离心方向甩出形成气流361。显然，气流361会带走波长转换转盘上的热量，并将其扩散到整个第二外壳351的内部空间以及第二外壳351的壳体上，这样就有效的降低了波长转换转盘的温度。
更加优选的，在本实施例中，第二外壳351的内表面在气流361流过的区域包括第二鳍片353，用于将气流上的热量传导到第二外壳上。具体而言，气流361在流过第二鳍片353的过程中，可以充分的和第二鳍片的表面接触从而高效率的将热量传递给第二鳍片，进而传递给第二外壳壳体。当该气流再次由于负压（转动中波长转换转盘中心的空气被甩出后中心部分形成负压）被吸入到波长转换转盘中心的时候，其携带的热量已经传递给第二鳍片和第二外壳，从而温度已经降低，可以继续为波长转换转盘散热。
可以理解，第二鳍片也可以是微小的表面起伏，只要第二外壳在气流流过的区域表面有所扩大，就可以增强热交换的效果，从而增强对波长转换转盘的散热。在本实施例中，第二外壳不仅起到了封闭第一外壳和波长转换转盘的作用，还起到了为波长转换转盘散热的作用。为了增强散热效果，可以进行多种第一鳍片和第二鳍片的设计，也可以通过设置特定的风道来引导气流361的流动，这都属于本发明的保护范围。
本发明的发光装置的另一个实施例的结构示意图如图4A所示。与图3A所示的实施例不同的是，在本实施例中，第一外壳421还包括激光入射口424，用于接收从波长转换转盘出射的剩余激光回到第一外壳内部。具体来说，在本实施例中，发光装置的第一外壳的激光出射口422和激光入射口424是相对的，波长转换转盘的一部分位于两者之间。与图3B所示的波长转换转盘不同的是，本实施例中的波长转换转盘414还包括一个透射段414b，该透射段上没有鳍片414a。具体而言透射段414b可以是反射底盘上的透过缺口。当透射段414b转动到激光出射口422和激光入射口424之间时，从激光出射口422出射的激光443可以透过透射段414b从而经过激光入射口424回到第一外壳内部，并被收集透镜416收集。当波长转换转盘上透射段414b外的其它部分转动到激光出射口422和激光入射口424之间时，激光441入射于波长转换层从而激发产生受激光442。在本实施例中，第一外壳421内部的光学***还包括两个反射镜417和一个合光装置418，用于将激光443和受激光442的光路合为一束并出射，这样就可以得到激光和受激光分时产生的出射光了，这种光在投影显示中有重要用途。
在本实施例中，相对于图3A所示的实施例增加了部分激光透射波长转换转盘的光路，从而实现了激光和受激光的分时输出。同时，光学***的光学元件都在第一外壳封闭之内，因此与前述实施例有相同的长寿命的有益效果。
图5所示的实施例是图4A所示实施例的变形。与图4A所示实施例不同的是，第一外壳521上的出光口为一个透镜，它可以起到改变出射光光分布的作用，并可以根据实际需要来设计。这个出光口透镜本身就可以起到封闭激光源和光学***的作用。与图4A所示实施例的另一个不同点是，透镜513和516本身就分别起到了激光出射口和激光入射口的作用，即起到了封闭第一外壳内部元件的作用，成为了第一外壳的一部分。这样可以简化结构件的设计，是一种比较优选的方案。与图4A所示实施例的第三个不同点在于，在本实施例的第二外壳551内包括多孔材料554，用于吸附灰尘，这样可以有效的减少第二外壳内空气中悬浮的灰尘的数量，从而降低灰尘进入到第一外壳内部光路上的概率，进一步提升寿命。在本实施例中多孔材料554固定于第二外壳551的部分内壁上，这是最简单的设置。当然可以理解，多孔材料也同样可以应用于第一外壳内部，或者多孔材料同时应用于第一外壳和第二外壳内部，作用原理和有益效果相同。多孔材料554可以是金属多孔材料，例如铜颗粒烧结而成的多孔材料，也可以是其它多孔材料，此处并不做限制。
本实施例相对于图4A所示的实施例所做的改变设计，同样可以应用于其它实施例，此处不再一一列举说明。
综上几个实施例的说明可以理解，用于拼装第一外壳的第一外壳组件，以及用于拼装第二外壳的第二外壳组件，可能是结构件，也可能是光学件，甚至可能是激光源本身，总之可以起到封闭效果即可。对于用于封闭的光学件来说，甚至可以这样理解，其外部的表面为外壳的一部分（即外壳组件），其在内部的表面为光学***的一部分。而如果使用激光源本身作为第一外壳组件，同样道理，其面向外部的表面应理解为第一外壳的一部分，而面向内部的发射激光的部分应理解为被第一外壳封闭的激光源。
本发明还提出一种投影显示装置，包括上述的发光装置作为光源。
本发明还提出一种灯具，包括上述的发光装置作为光源。
以上所述仅为本发明的实施例，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 (10)
1.一种发光装置，其特征在于：
包括激光源和光学***，光学***由至少一个光学元件组成，用于引导激光源发出的激光；
还包括第一外壳，该第一外壳由至少两个第一外壳组件拼装而成，用于将激光源和光学***封闭在其内部；该第一外壳包括激光出射口，用于引导激光出射到第一外壳外面；该第一外壳外表面还包括第一散热区；
还包括波长转换转盘，用于接收从第一外壳的激光出射***出的激光，并将其至少部分的转换为受激光；
还包括第二外壳，该第二外壳由至少两个第二外壳组件拼装而成，用于将第一外壳和波长转换转盘封闭在其内部；其中，第二外壳内表面包括与第一散热区位置对应的第二散热区，第一散热区与第二散热区热连接。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述第一散热区为激光源的散热区，用于为激光源散热。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述波长转换转盘上包括第一鳍片，用于在旋转工作时产生气流。
4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，所述第二外壳的内表面在所述气流流过的区域包括第二鳍片或起伏结构，用于将气流上的热量传导到第二外壳上。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述第一外壳还包括激光入射口，用于接收从波长转换转盘出射的剩余激光回到第一外壳内部。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述波长转换转盘包括反射底盘和附着在反射底盘上的波长转换层。
7.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述波长转换转盘上包括透射段。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述第一外壳和/或第二外壳内部包括多孔材料。
9.一种投影显示装置，其特征在于，包括根据权利要求1至7中任一项所述的发光装置作为光源。
10.一种灯具，其特征在于，包括根据权利要求1至7中任一项所述的发光装置作为光源。
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