CN109882751A - 白光混光装置、荧光色轮及照明设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种白光混光装置、荧光色轮及照明设备，涉及照明技术领域，白光混光装置包括荧光片层，该荧光片层中混有黄色荧光粉和混光颗粒，混光颗粒为反射或散射材料。由于反/散射材料的混光颗粒的加入，入射的蓝光会有少量被反射，与黄色荧光粉所转换的黄光均匀混合后，可以得到高品质的白光。该白光混光装置在不改变荧光粉总体密度的情况下，通过在荧光片层中适量混入反/散射材料的混光颗粒，不但能增加入射光的吸收率，且能够扩大激光的入射光斑，从而增加荧光片层的利用率，提升荧光转换效率；与现有技术相比，降低了产品成本和产品结构设计难度，减小了产品体积。

Description

白光混光装置、荧光色轮及照明设备

技术领域

本发明涉及照明技术领域，尤其是涉及一种白光混光装置、荧光色轮及照明设备。

背景技术

目前，通过蓝光激发黄色荧光粉实现白光的方案被大量应用于LED照明行业，该原理是利用蓝光激发黄色荧光粉得到黄光，然后由剩余的蓝光混合成白光。这一原理同样适用于激光二极管激发荧光粉实现白光的方案。

由于激光二极管的点发光特点，单位面积内的光功率密度很高，而作为照明使用的激光照明产品正是借助了激光二极管的该特点，有时为了强化该特征，还需要对其继续聚焦，所以经过再次聚焦后的出射光近似于一个非常小的光点，照射到黄色荧光粉的入射范围就需要密度很大的荧光粉层来进行转化才能达到较高的光效。由于荧光粉密度很大，蓝光几乎被全部吸收转化，入射光几乎全部被转换成了黄光，没有多余的蓝光与之混合来形成白光，这样在一些需要更高色温照明应用场景下(例如6000K正白光)达不到使用需求。减少荧光粉比重(减小荧光粉密度)虽然能提升色温，但荧光转换效率会大大降低，这是由于荧光片层快速饱和，致使入射的蓝光未被激发转换就被大量反射。

为了解决上述问题，目前通常是单独增加一个蓝光的反/散射装置，专门用于混合被转换的黄光从而合成白光，但这样会增加产品的成本，也增加了产品结构设计难度，增大了产品体积。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种白光混光装置、荧光色轮及照明设备，以降低产品成本和产品结构设计难度，减小产品体积。

第一方面，本发明实施例提供了一种白光混光装置，包括荧光片层，所述荧光片层中混有黄色荧光粉和混光颗粒，所述混光颗粒为反射或散射材料。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述白光混光装置还包括漫反射层，所述荧光片层形成在所述漫反射层上。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述白光混光装置还包括镜面反射基板，所述荧光片层形成在所述镜面反射基板上。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述白光混光装置还包括漫反射层和镜面反射基板，所述漫反射层形成在所述镜面反射基板上，所述荧光片层形成在所述漫反射层上。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述漫反射层的材质包括氧化铝、氧化铈和氧化锆中的一种或多种；所述镜面反射基板包括镀银膜或铝膜的金属基板。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述黄色荧光粉的粒径为微米级，所述混光颗粒的粒径为纳米级。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述黄色荧光粉的材质包括铝酸盐和/或硅酸盐；所述混光颗粒的材质包括以下中的一种或多种：氧化铝、氧化镁、氧化钛、氧化锆、氧化钡、磷酸钙、磷酸钡、硫酸钡、硅酸钙、碳酸钙、氮化硼、硅酸锆、氧化锆、氯化锆和石英。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述黄色荧光粉和所述混光颗粒通过透明分散剂分散在有机粘结剂或无机粘结剂中形成所述荧光片层。

第二方面，本发明实施例还提供一种荧光色轮，包括支撑基板、驱动装置以及如上述第一方面或其任一种可能的实施方式所述的白光混光装置；所述白光混光装置设置在所述支撑基板上，所述驱动装置与所述支撑基板连接。

第三方面，本发明实施例还提供一种照明设备，包括如上述第一方面或其任一种可能的实施方式所述的白光混光装置或如上述第二方面所述的荧光色轮。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例中，白光混光装置包括荧光片层，该荧光片层中混有黄色荧光粉和混光颗粒，混光颗粒为反射或散射材料。由于反/散射材料的混光颗粒的加入，入射的蓝光会有少量被反射，与黄色荧光粉所转换的黄光均匀混合后，可以得到高品质的白光。该白光混光装置在不改变荧光粉总体密度的情况下，通过在荧光片层中适量混入反/散射材料的混光颗粒，不但能增加入射光的吸收率，且能够扩大激光的入射光斑，从而增加荧光片层的利用率，提升荧光转换效率；与现有技术相比，降低了产品成本和产品结构设计难度，减小了产品体积。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种白光混光装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种白光混光装置的结构示意图；

图3为图2所示的白光混光装置的工作原理示意图；

图4为本发明实施例提供的一种荧光色轮的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种荧光色轮的俯视图。

图标：

100-荧光片层；101-黄色荧光粉；102-混光颗粒；200-漫反射层；300-镜面反射基板；10-白光混光装置；20-支撑基板；30-驱动装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前采用激光二极管激发荧光粉实现白光时，通常单独增加一个蓝光的反/散射装置，专门用于混合被转换的黄光从而合成白光，这样会增加产品的成本，也增加了产品结构设计难度，增大了产品体积。基于此，本发明实施例提供的一种白光混光装置、荧光色轮及照明设备，可以降低产品成本和产品结构设计难度，减小产品体积。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种白光混光装置进行详细介绍。

实施例一：

图1为本发明实施例提供的一种白光混光装置的结构示意图，其中实线表示蓝光，虚线表示黄光。如图1所示，该白光混光装置包括荧光片层100，该荧光片层100中混有黄色荧光粉101和混光颗粒102，混光颗粒102为反射或散射材料。

如图1所示，激光二极管发射的蓝光照射到荧光片层100上(斜入射到荧光片层100上)时，大部分蓝光被黄色荧光粉101转化为了黄光(图1中的虚线)，一小部分蓝光被混光颗粒102反射或散射出去(图1中的实线)，这部分蓝光与转化得到的黄光均匀混合后即可得到白光。通过调整混光颗粒102的添加量可以实现色温从4000-12000K的自由调整。

在一些可能的实施例中，上述激光二极管选用450-460nm的蓝光二极管，光功率为4.75W。黄色荧光粉101对应的黄光波长范围为520-580nm，例如为558nm。

可选地，黄色荧光粉101的粒径为微米级，混光颗粒102的粒径为纳米级。例如，黄色荧光粉101的粒径为15-30μm，混光颗粒102的粒径为数纳米至数十纳米或数百纳米。

可选地，黄色荧光粉101的材质可以但不限于为铝酸盐、硅酸盐或其混合物；混光颗粒102的材质可以但不限于是氧化铝、氧化镁、氧化钛、氧化锆、氧化钡、磷酸钙、磷酸钡、硫酸钡、硅酸钙、碳酸钙、氮化硼、硅酸锆、氧化锆、氯化锆和石英等氮化物、氧化物、硫化物、磷化物、硼化物、铝酸盐、硅酸盐、硼酸盐、碳酸盐、氯化物以及高白粘土等高白度材料中的一种或多种。例如，黄色荧光粉101采用铝酸盐荧光粉YAG(钇铝石榴石，化学式为Y₃Al₅O₁₂)，混光颗粒102采用高纯氧化铝颗粒。

本发明实施例中，由于反/散射材料的混光颗粒的加入，入射的蓝光会有少量被反射，与黄色荧光粉所转换的黄光均匀混合后，可以得到高品质的白光。该白光混光装置在不改变荧光粉总体密度的情况下，通过在荧光片层中适量混入反/散射材料的混光颗粒，不但能增加入射光的吸收率，且能够扩大激光的入射光斑，从而增加荧光片层的利用率，提升10％以上的荧光转换效率；与现有技术相比，降低了产品成本和产品结构设计难度，减小了产品体积。

图2为本发明实施例提供的另一种白光混光装置的结构示意图，图3为图2所示的白光混光装置的工作原理示意图，图3中实线表示蓝光，虚线表示黄光。如图2所示，在图1的基础上，白光混光装置还包括漫反射层200，荧光片层100形成在漫反射层200上。

如图3所示，激光二极管发出的入射光(斜入射到荧光片层100上的蓝光)通过荧光片层100后部分被转换成黄光，剩余的蓝光会入射于漫反射层200，经过漫反射层200的漫反作用会有再次扩大光斑的效果，漫反射后的蓝光会再次激发荧光片层100的背面转换成黄光，继续提升荧光转换效率，从而进一步提高了荧光片层100的利用率，并且还能缓解高密度激光产生的热量给荧光片层100的带来的寿命衰减以及热淬灭现象。

可选地，漫反射层200是由高导热高漫反的材料制成，例如氧化铝、氧化铈、氧化锆等单一材料或其混合物。

可选地，漫反射层200与荧光片层100背面(图2中荧光片层100的下表面)可以通过耐高温、透光度较好(优选透光度99％以上)的有机粘结剂或无机粘结剂的方式紧密粘合在一起。例如，将硅胶等有机粘结剂与黄色荧光粉101和混光颗粒102混合，通过手动或机械搅拌形成混合均匀的浆料，浆料被印刷在漫反射层200上形成荧光片层100。又如，将低熔点玻璃粉等无机粘结剂与黄色荧光粉101和混光颗粒102混合均匀后，通过印刷或静电喷涂的方式附着于漫反射层200上，经过高温烘烤烧结成片层形成荧光片层100。

进一步地，如图2所示，上述白光混光装置还包括镜面反射基板300，漫反射层200形成在镜面反射基板300上，荧光片层100形成在漫反射层200上。

如图3所示，漫反射层200不能将剩余的蓝光全部漫反射掉，会有一部分余光通过空隙透射到镜面反射基板300，所以这部分蓝光会经由该镜面反射基板300再次反射经过漫反射层200，从而再次激发荧光片层100背面进行荧光转化，进一步提高了荧光片层100的荧光转换效率。且漫反射层200具有超高的导热性，可以将荧光片层100产生的热量快速传导至镜面反射基板300进行散热。

可选地，镜面反射基板300可以是镀银膜、铝膜或其他高反膜的金属基板，镜面反射基板300通过耐高温、透光度较好的有机粘结剂或无机粘结剂的方式与漫反射层200背面((图2中漫反射层200的下表面)紧密贴合。该镜面反射基板300可以是圆形、矩形或者其他形状，可以是铝片、铝块儿等高导热金属材质，但不限于以上形状和材质。漫反射层200在镜面反射基板300上的形成过程与荧光片层100在漫反射层200上的形成过程相似，这里不再赘述。

在另一种可能的实现方式中，白光混光装置包括荧光片层和镜面反射基板，荧光片层直接形成在镜面反射基板上。荧光片层和镜面反射基板的具体结构可以参照上面的相关描述，这里不再赘述。

可选地，黄色荧光粉101和混光颗粒102通过透明分散剂分散在有机粘结剂或无机粘结剂中形成荧光片层100。荧光片层100通过加入分散剂有效缓解了黄色荧光粉101和混光颗粒102在有机粘结剂或无机粘结剂中的沉降，从而提高了荧光片层100的均匀性和色温一致性。

可选地，上述分散剂可以采用二氧化硅扩散粉，其纯度可以为99.9％。

实施例二：

本发明实施例提供了一种基于上述实施例一的白光混光装置的荧光色轮。图4为本发明实施例提供的一种荧光色轮的结构示意图，图5为本发明实施例提供的一种荧光色轮的俯视图。如图4和图5所示，该荧光色轮包括支撑基板20、驱动装置30以及如上述实施例一的白光混光装置10；白光混光装置10设置在支撑基板20上，驱动装置30与支撑基板20连接。

支撑基板20具有中心轴，可以但不限于呈圆盘状。驱动装置30用于驱动支撑基板20围绕其中心轴旋转，使得激光二级管发射的蓝光按圆形路径周期性地作用于白光混光装置10的荧光片层100上。这样荧光片层100的每一个位置不会被长时间照射，能够降低荧光片层100的温度，从而降低高温对荧光片层100寿命的影响。

可选地，驱动装置30为电动马达。

可选地，如图5所示，白光混光装置10可以但不限于呈圆环状，且白光混光装置10与支撑基板20共中心轴地固定在支撑基板20表面。

实施例三：

本发明实施例提供了一种照明设备，该照明设备包括如上述实施例一的白光混光装置或如上述实施例二的荧光色轮。

本发明实施例提供的荧光色轮及照明设备，与上述实施例提供的白光混光装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的荧光色轮及照明设备的具体工作过程，可以参考前述白光混光装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种白光混光装置，其特征在于，包括荧光片层，所述荧光片层中混有黄色荧光粉和混光颗粒，所述混光颗粒为反射或散射材料。

2.根据权利要求1所述的白光混光装置，其特征在于，所述白光混光装置还包括漫反射层，所述荧光片层形成在所述漫反射层上。

3.根据权利要求1所述的白光混光装置，其特征在于，所述白光混光装置还包括镜面反射基板，所述荧光片层形成在所述镜面反射基板上。

4.根据权利要求1所述的白光混光装置，其特征在于，所述白光混光装置还包括漫反射层和镜面反射基板，所述漫反射层形成在所述镜面反射基板上，所述荧光片层形成在所述漫反射层上。

5.根据权利要求4所述的白光混光装置，其特征在于，所述漫反射层的材质包括氧化铝、氧化铈和氧化锆中的一种或多种；所述镜面反射基板包括镀银膜或铝膜的金属基板。

6.根据权利要求1所述的白光混光装置，其特征在于，所述黄色荧光粉的粒径为微米级，所述混光颗粒的粒径为纳米级。

7.根据权利要求1所述的白光混光装置，其特征在于，所述黄色荧光粉的材质包括铝酸盐和/或硅酸盐；所述混光颗粒的材质包括以下中的一种或多种：氧化铝、氧化镁、氧化钛、氧化锆、氧化钡、磷酸钙、磷酸钡、硫酸钡、硅酸钙、碳酸钙、氮化硼、硅酸锆、氧化锆、氯化锆和石英。

8.根据权利要求1所述的白光混光装置，其特征在于，所述黄色荧光粉和所述混光颗粒通过透明分散剂分散在有机粘结剂或无机粘结剂中形成所述荧光片层。

9.一种荧光色轮，其特征在于，包括支撑基板、驱动装置以及如上述权利要求1-8中任一项所述的白光混光装置；所述白光混光装置设置在所述支撑基板上，所述驱动装置与所述支撑基板连接。

10.一种照明设备，其特征在于，包括如上述权利要求1-8中任一项所述的白光混光装置或如上述权利要求9所述的荧光色轮。