一种制冷荧光模组及激光照明系统的制作方法

本申请涉及一种制冷荧光模组及激光照明系统，属于激光照明技术领域。

背景技术：

传统的激光照明系统主要以蓝光激发荧光模组的荧光材料获得黄色转换光，然后组合黄光与蓝光从而获得白光。然而，器件工作时，由于激光功率密度过高，且荧光材料不能完全吸收激光进行光转换，未转换的激光以热形式释放，导致很短时间内，受辐照的荧光材料局部温度超过150℃，引起温度猝灭，造成荧光饱和，大幅度降低器件性能。

现有技术中的荧光模组，为了提高荧光材料的荧光饱和阈值，通常做法是给荧光材料装配散热器或者散热基板等散热装置降低荧光材料温度。然而随着荧光材料温度不断升高，散热装置热传导慢，导致散热装置温度很快上升，使得提高荧光饱和阈值的作用有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种制冷荧光模组，以解决现有荧光模组存在的由于散热装置热传导慢，导致荧光饱和阈值低的技术问题。同时，本发明还提供了一种使用上述制冷荧光模组的激光照明系统。

本发明提供了一种制冷荧光模组，包括：两个绝缘基板及设置于两个绝缘基板之间的多个热电转换单元，多个所述热电转换单元相互连接；

两个所述绝缘基板中其中一个绝缘基板为荧光基板。

优选地，两个所述绝缘基板中的另一个绝缘基板为陶瓷基板、附有绝缘层的金属基板或者荧光基板。

优选地，所述荧光基板的材质为荧光晶体、荧光陶瓷、荧光玻璃或荧光薄膜中的一种。

优选地，所述荧光基板的材料体系为铝酸盐、硅酸盐、氮化物、氮氧化物中的一种或多种。

优选地，所述热电转换单元包括p型半导体、n型半导体、第一导流片及两个第二导流片；

所述p型半导体的一端通过第一导流片与所述n型半导体的一端连接；

所述p型半导体的另一端和n型半导体的另一端分别设置第二导流片；

所述第二导流片用于连接两个相邻的热电转换单元的不同类型的半导体。

优选地，多个所述热电转换单元以均匀或非均匀形式设置于两个所述绝缘基板之间。

本发明还公开了一种使用上述制冷荧光模组的激光照明系统，包括：激光光源和所述制冷荧光模组；所述制冷荧光模组设置于所述激光光源的传输路径上，所述制冷荧光模组以反射模式应用于该激光照明系统中。

优选地，所述激光光源的发射峰值为200nm～800nm。

本发明的制冷荧光模组及激光照明系统，相较于现有技术，具有如下有益效果：

本发明将两个绝缘基板中的一个设置为荧光基板，同时使用多个热电转换单元将荧光基板受激光辐照产生的温度传导出去进行散热。由于荧光基板直接与热电转换单元连接，中间无需其他绝缘材质进行热传导，使得热传导率更高，热传导速度更快，从而加快荧光基板的散热速度，大幅度提升了荧光基板在激光辐照下的荧光饱和阈值，可将出现荧光饱和时的激光功率提升1倍之多，改善了激光照明系统性能。

本发明将两个绝缘基板中的一个设置为荧光基板，另一个设置为陶瓷基板或者附有绝缘层的金属基板，使用陶瓷基板或者附有绝缘层的金属基板的目的为，使得热传导率更高，增快荧光基板的散热速度。

本发明中荧光基板的材质为荧光晶体、荧光陶瓷、荧光玻璃或荧光薄膜中的一种，使得荧光基板本身即具有高耐热性、高热导性的优点。

本发明中荧光基板的材料体系为铝酸盐、硅酸盐、氮化物、氮氧化物中的一种或多种。可提供不同波段发光需求，还可通过组合获得更宽的发射波段，实现全光谱发射。

本发明也可将两个绝缘基板均设置为荧光基板，使得其两面均可以接收激光辐照，实现应用多元化。

本发明的热电转换单元由于使用p型及n型半导体热电材料组合成为p-n结，利用热电转换原理，加快荧光基板的散热速度。

由于荧光基板在受激光辐照时，辐照中心温度相较于周边温度更高，为加快散热避免荧光基板碎裂，可依据辐照中心温度分布合理设置较多的热电转换单元，减小辐照中心与周边之间的温度梯度，避免荧光基板碎裂。

本发明的激光照明系统，由于使用了上述制冷荧光模组，使得出现荧光饱和时的激光功率提升1倍之多，激光照明系统的性能更佳。

附图说明

图1为本发明制冷荧光模组的结构示意图。

部件和附图标记列表：

1、绝缘基板；2、p型半导体；3、n型半导体；4、第一导流片；5、第二导流片；6、导线。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

参见图1，本实施例提供了一种制冷荧光模组，包括：两个绝缘基板1及多个设置于两个绝缘基板1之间的热电转换单元，多个所述热电转换单元相互连接；

两个所述绝缘基板1中的一个为荧光基板。

本实施例中，将绝缘基板1中的一个设置为荧光基板，同时使用多个热电转换单元将荧光基板受激光辐照产生的温度传导出去进行散热。热电转换单元通过导线6连接电源。由于荧光基板直接与热电转换单元连接，中间无需其他绝缘材质进行热传导，使得热传导率更高，热传导速度更快，从而加快荧光基板的散热速度，大幅度提升了荧光基板在激光辐照下的荧光饱和阈值，可将出现荧光饱和时的激光功率提升1倍之多。

为进一步加快散热速度，本实施例将两个绝缘基板1中的一个设置为陶瓷基板或者附有绝缘层的金属基板。热电转换单元将荧光基板的热量快速转移至陶瓷基板或者附有绝缘层的金属基板处散热，由于使用了陶瓷基板或者附有绝缘层的金属基板，使得散热速度大幅增加。

为使荧光层本身的导热性更佳，本实施例将荧光基板的材质设置为荧光晶体、荧光陶瓷、荧光玻璃或荧光薄膜中的一种。上述材质均具有高耐热性、高热导性的优点。

为使制冷荧光模组的适用范围更广，本实施例的荧光基板的材料体系为铝酸盐、硅酸盐、氮化物、氮氧化物中的一种或多种。可提供不同波段发光需求，还可通过组合获得更宽的发射波段，实现全光谱发射。

为提高实用性，本实施例将两个绝缘基板1均设置为荧光基板，使得其两面均可以接收激光辐照。

为提高热电转换单元的转换效率，加快荧光基板的散热速度，本实施例的热电转换单元包括p型半导体2、n型半导体3、第一导流片4及两个第二导流片5；p型半导体2的一端通过第一导流片4与n型半导体3的一端连接；p型半导体2的另一端和n型半导体3的另一端分别设置第二导流片5；第二导流片5用于连接两个相邻的热电转换单元的不同类型的半导体。优选的，第一导流片4和第二导流片5均有铜导流片。本发明使用p型半导体2及n型半导体3组合成为p-n结半导体，使得其转换效率更高，加快荧光基板的散热速度。

由于荧光基板在受激光辐照时，辐照中心温度相较于周边温度更高，为加快散热避免荧光基板碎裂，本实施例将多个热电转换单元以非均匀形式设置于两个绝缘基板1之间，可在辐照中心依据实际情况设置较多的热电转换单元，在辐照中心周边逐步减少热电转换单元的数量，从而减小辐照中心与周边之间的温度梯度，避免荧光基板碎裂。当然，也可以将多个热电转换单元以均匀形式设置于两个绝缘基板1之间。

本实施例还公开了一种激光照明系统，该激光照明系统包括激光光源和上述制冷荧光模组；制冷荧光模组设置于激光光源的传输路径上，并以反射模式应用于该激光照明系统中。其中激光光源的发射峰值设定为200nm～800nm。

下面，将结合具体的实验验证本申请制冷荧光模组的效果。

实施例1

选用yag:ce³⁺荧光晶体作为荧光基板，另一个绝缘基板选用氧化铝陶瓷基板，使用127个热电转换单元，每个热电转换单元中包括一个p-n结半导体，装配后制得制冷荧光模组。对该荧光模组施加9v，3a电源，激光光源为455nm的激光二极管。该制冷荧光模组的最大光通量可达1500lm，荧光饱和阈值相对于现有仅仅使用荧光层与散热装置进行外部连接的结构，提升接近两倍。

实施例2

选用luag:ce³⁺荧光玻璃作为荧光基板，另一个绝缘基板选用铜散热器，使用80个热电转换单元，每个热电转换单元中包括一个p-n结半导体，通过导热硅脂连接并以高温胶固定装配，装配后制得制冷荧光模组。对该荧光模组施加3v，3a电源，激光光源为450nm的激光二极管。该制冷荧光模组的最大光通量可达600lm，荧光饱和阈值相对于现有仅仅使用荧光层与散热装置进行外部连接的结构，提升1.3倍。

实施例3

选用lmas:ce³⁺荧光陶瓷作为荧光基板，另一个绝缘基板选用氧化铝陶瓷基板，使用100个热电转换单元，每个热电转换单元中包括一个p-n结半导体，为进一步增加散热效果，在热电转换单元的输出端连接铜散热器，铜散热器还与风扇连接。其中热电转换单元在激光辐照中心的排布数量与该中心周边的排布数量比为2:1，装配后制得制冷荧光模组。对该荧光模组施加9v，3a电源，激光光源为460nm的激光二极管。该制冷荧光模组的最大光通量可达3000lm，荧光饱和阈值相对于现有技术中仅仅使用荧光层与散热装置进行外部连接的结构，提升3倍多。

实施例4

选用硅酸盐荧光薄膜作为荧光基板，另一个绝缘基板选用氧化铝陶瓷基板，使用50个热电转换单元，每个热电转换单元中包括一个p-n结半导体，装配后制得制冷荧光模组。对该荧光模组施加6v，2a电源，激光光源为254nm的激光二极管。该制冷荧光模组的最大光通量可达500lm，荧光饱和阈值相对于现有技术中仅仅使用荧光层与散热装置进行外部连接的结构，提升1倍多。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。