CN106195922A - 光波长转换装置及其适用的光源系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种光波长转换装置及其适用的光源系统。该光波长转换装置，适用于转换第一波段光。光波长转换装置包括基板、荧光层及复合反射层。其中，荧光层设置于基板，用以将第一波段光转换为第二波段光。复合反射层包括：第一反射层，设置于基板及荧光层之间且邻设于基板，用以反射第二波段光并使第二波段光穿透荧光层并输出；以及第二反射层，设置于第一反射层及荧光层之间，用以调整第一反射层的反射频谱，以提升复合反射层的反射率。因此，可达到提升大角度宽频谱的出光效率的技术效果。

Description

光波长转换装置及其适用的光源系统

技术领域

本公开涉及一种光波长转换装置，特别涉及一种光波长转换装置及其适用的光源系统。

背景技术

近年来，激光光源搭配荧光粉(Laser&Phosphor)已俨然成为投影机的新世代光源技术，该光源模块技术利用蓝光/UV激光(Blue/UV-LD)激发荧光色轮(Phosphor wheel,PW)产生色光，再利用分光色轮(ColorWheel,CW)切分所需RGB的色光进入投影机光机成像。

请参阅图1，其是显示传统反射式荧光色轮的结构示意图。一般而言，传统反射式荧光色轮1是在基板10上设置反射层11后，再于该反射层11上直接涂布荧光粉121与胶体122混合的发光层12，利用激光L激发荧光粉，该反射层11再将发光层12所产生的受激发光E反射至单侧出光。有鉴于荧光粉几近全光谱的可见光波长范围(400nm-700nm)，该反射层11的设计往往需要有所考量。举例而言，若欲避免大角度入光的损失，大多采以与入射角无关的金属反射层，如银(反射率约为95％至97％)或铝(反射率约为85％至93％)等材料，但其反射率较低且往往需考量金属氧化、迁移等受热后所引起的材料变异等信赖性问题；倘若要求更高的反射率(接近99％)，一般则会采以介电层材料，利用高低折射率交相堆迭形成反射膜，但该类介电反射膜对入射角度(AOI,Angle ofIncidence)的相依性较高，随着入射角度越大，反射频谱会蓝移(Blue-shift)且反射率可能下降。

请参阅图2，其是显示典型设计的介电反射膜的反射频谱。考量荧光色轮的应用，即使入射角度高达70度，其反射频谱仍落在420nm-700nm可见光波长范围(囊括一般YAG黄色荧光粉的发光频谱)，甚至可获得比银金属更高的反射率。但反观图1的传统反射式荧光色轮1的结构，实际应用时，发光层12是位于反射层11上，其荧光粉121发光环境是处于折射率n值为1.4至1.5的胶体122内，并非一般所设计的空气环境。请再参阅图3，其是显示图2所设计的介电反射膜于入射胶体环境的实际反射频谱。如图3所示，在考量入射胶体环境的折射率后，所得到的反射频谱严重衰减，尤其大角度的穿透率将明显提升，导致传统反射式荧光色轮1的反射层11会漏光至基板10内，使得传统反射式荧光色轮1出光效率下降。

由此可见，目前针对荧光色轮的反射层，仍无法满足荧光粉几近全光谱的可见光波长范围(400nm-700nm)的高反射率需求。有鉴于此，本公开将公开一种光波长转换装置及其适用的光源系统，以改善前文提及的各项缺点及问题，进而增进其产业上的实用性。

发明内容

本公开的主要目的为提供一种光波长转换装置及其适用的光源系统，以解决并改善前述现有技术的问题与缺点。

本公开的另一目的为提供一种光波长转换装置及其适用的光源系统，通过复合反射层包括第一反射层及第二反射层，且通过第二反射层调整第一反射层的反射频谱，可有效提升复合反射层的反射率，进而使本公开达到提升大角度宽频谱的出光效率的技术效果。

为达上述目的，本公开的一较佳实施方式为提供一种光波长转换装置，适用于转换一第一波段光，包括：一基板；一荧光层，设置于该基板，用以将该第一波段光转换为一第二波段光；以及一复合反射层，包括：一第一反射层，设置于该基板及该荧光层之间，且邻设于该基板，用以反射该第二波段光并使该第二波段光穿透该荧光层并输出；以及一第二反射层，设置于该第一反射层及该荧光层之间，用以调整该第一反射层的反射频谱，以提升该复合反射层的反射率。

于一些实施例中，该复合反射层还包括一附着层，设置于该第一反射层及基板之间，且该附着层为钛(Ti)或铬(Cr)等金属附着层。

于一些实施例中，该第一波段光是为蓝光或紫外光，且该第二波段光是为波长大于460纳米的可见光。

于一些实施例中，该第二反射层用于调整该第一反射层对于波长大于600纳米的可见光的反射频谱，以提升该复合反射层的红光反射率。其中，该第二反射层是提升该复合反射层的红光反射率至少3.5％。

于一些实施例中，该第一反射层为一金属反射层，且该第二反射层为一物理性真空镀膜反射层。

根据本公开的构想，该第一反射层是以铝或银或至少含其一成分的金属合金镀层制成，用以用于提升入射角度介于正负70度角的可见光的反射率。于另一些实施例中，该第一反射层是以金镀层制成，以用于提升入射角度介于正负70度角的可见光及红外光的反射率。

根据本公开的构想，该第一反射层的厚度大于30纳米。

根据本公开的构想，该第二反射层包括多层介电薄膜，且该多层介电薄膜的层数至少3层。

于一些实施例中，该第二反射层为一分布布拉格反射层设计。

为达上述目的，本公开的另一较佳实施方式为提供一种光源系统，包括：一固态发光元件，用于发出一第一波段光至一光路径；以及一光波长转换装置，设置于该光路径，包括：一基板；一荧光层，设置于该基板，用以将该第一波段光转换为一第二波段光；以及一复合反射层，包括：一第一反射层，设置于该基板及该荧光层之间，且邻设于该基板，用以反射该第二波段光并使该第二波段光穿透该荧光层并输出；以及一第二反射层，设置于该第一反射层及该荧光层之间，用以调整该第一反射层的反射频谱，以提升该复合反射层的反射率。

附图说明

图1是显示传统反射式荧光色轮的结构示意图。

图2是显示典型设计的介电反射膜的反射频谱。

图3是显示图2所示的介电反射膜于入射胶体环境的反射频谱。

图4是显示本公开较佳实施例的光源系统的架构图。

图5是显示本公开较佳实施例的光波长转换装置的结构示意图。

图6是显示本公开较佳实施例的光波长转装置的复合反射层的反射频谱。

附图标记说明：

1：传统反射式荧光色轮

10：基板

11：反射层

12：发光层

121：荧光粉

122：胶体

2：光波长转换装置

20：基板

21：荧光层

22：复合反射层

221：第一反射层

222：第二反射层

223：附着层

3：光源系统

31：固态发光元件

E：受激发光

L：激光

L1：第一波段光

L2：第二波段光

P：光路径

具体实施方式

体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作对其进行说明用，而非用于限制本公开。

请参阅图4及图5，其中图4是显示本公开较佳实施例的光源系统的架构图，以及图5是显示本公开较佳实施例的光波长转换装置的结构示意图。如图4及图5所示，本公开较佳实施例的光波长转换装置2是适用于转换光源系统3的固态发光元件31发出的第一波段光L1，其中，固态发光元件31是可为但不限于一激光发光元件，并用于发出第一波段光L1至光路径P，且光波长转换装置2是可为但不限于荧光色轮或荧光色板，并设置于该光路径P，以用于转换第一波段光L1。

于一些实施例中，本公开的光波长转换装置2是包括基板20、荧光层21以及复合反射层22。荧光层21是设置于基板20，用以将第一波段光L1转换为第二波段光L2。复合反射层22包括第一反射层221及第二反射层222。其中，第一反射层221是设置于基板20及荧光层21之间，且邻设于基板20，用以反射第二波段光L2并使第二波段光L2穿透荧光层21并输出。第二反射层222设置于第一反射层221及荧光层21之间，用以调整第一反射层221的反射频谱，以提升复合反射层22的反射率。

根据本公开的构想，第一反射层221是以镀层的方式形成于基板20的表面，且第二反射层222是以附着的方式附着于第一反射层221上。于另一些实施例中，复合反射层22还包括附着层223，设置于第一反射层221及基板20之间，且该附着层223是为钛(Ti)或铬(Cr)等金属材质附着。

进一步地，本公开光波长转换装置2的复合反射层22的第一反射层221较佳是为一金属反射层，且第二反射层222较佳是为一物理性真空镀膜反射层，但不以此为限。其中，第一反射层221是可以银或铝，或至少其一成分组成的合金镀层制成，以用于提升入射角度介于正负70度角的可见光的反射率，亦即提升总入射角度为140度角的大角度宽反射频谱的反射率。此外，第一反射层221亦可以金镀层制成，基于金对红外线的反射率特佳的特性，以用于提升入射角度介于正负70度角的可见光及红外光的反射率。故此，第一反射层221可依照实际需求选自铝、银或金，或至少其一成分组成的合金等金属。

于一些实施例中，第一反射层221的厚度大于30纳米，且第二反射层222包括多层介电薄膜(Dielectric multilayer films)，且该多层介电薄膜的层数是为7层。然而，多层介电薄膜的层数亦可依照实际需求改变其配置，以期最佳化调整第一反射层221的反射频谱，其皆属本公开的教示范围。于另一些实施例中，第二反射层222亦可为一分布布拉格反射层(Distributed Bragg Reflector)，但不以此为限。

根据本公开的构想，光源系统3的固态发光元件31发出的第一波段光L1是为蓝光或紫外光，且转换后的第二波段光L2是为波长大于460纳米的可见光。其中，复合反射层22的第二反射层222用于调整第一反射层221对于波长大于600纳米的可见光，即红光，的反射频谱，以提升复合反射层22的红光反射率。

请参阅图6及表一并配合图5，其中图6是显示本公开较佳实施例的光波长转装置的复合反射层的反射频谱，以及表一是分别将现有仅使用铝金属反射层作为反射层、现有仅使用介电反射膜作为反射层以及本公开使用复合反射层作为反射层对荧光粉各色光的出光量比较制表。应注意的是表一是将铝金属反射层的出光量作为基准，以进行比较。

表一

如图5、图6及表一所示，本公开的光波长转换装置2的复合反射层22在60度大角度且波长介于400至700纳米的入射光的反射率仍维持在80％以上。同时，本公开通过复合反射层22的设置，可使整体黄光的出光量增益至102.4％，以获得较佳的出光效率，其中绿光及红光的出光量相较于铝金属反射层的出光量亦分别有1.7％与3.5％的增益量。

此外，利用本公开的反射膜层22的设计，可以利用第二反射层222调整第一反射层221的反射频谱，进一步可用于调节各色光区域的反射率高低，藉以加强光波长转换装置2欲增益的出光色光，请参阅表二及表三并配合表一，其中表二及表三是分别为以本公开的复合反射层22对各色光的反射率与铝金属反射层的反射率进行比较制表的不同实施例。

表二

表三

由表一、表二及表三可知，通过本公开光波长转换装置2的复合反射层22的配置变化，该复合反射层22对于调整红光区间的输出亮度可从增益至103.5％提升至111.9％，亦即其红光反射率从84％至92.5％提升为95％至97％，有利于投影机的色彩配置。

综上所述，本公开提供一种光波长转换装置及其适用的光源系统，以解决并改善前述现有技术的问题与缺点。具体而言，本公开通过复合反射层包括第一反射层及第二反射层，且通过第二反射层调整第一反射层的反射频谱，可有效提升复合反射层的反射率，进而使本公开达到提升大角度宽频谱的出光效率的技术效果。

纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护者。

Claims (18)

1.一种光波长转换装置，适用于转换一第一波段光，其特征在于，包括：

一基板；

一荧光层，设置于该基板，用以将该第一波段光转换为一第二波段光；以及

一复合反射层，包括：

一第一反射层，设置于该基板及该荧光层之间，且邻设于该基板，用以反射该第二波段光并使该第二波段光穿透该荧光层并输出；以及

一第二反射层，设置于该第一反射层及该荧光层之间，用以调整该第一反射层的反射频谱，以提升该复合反射层的反射率。

2.如权利要求1所述的光波长转换装置，其中该复合反射层还包括一附着层，设置于该第一反射层及该基板之间，且该附着层为一钛或铬附着层。

3.如权利要求1所述的光波长转换装置，其中该第一波段光是为蓝光或紫外光，且该第二波段光是为波长大于460纳米的可见光。

4.如权利要求1所述的光波长转换装置，其中该第二反射层用于调整该第一反射层对于波长大于600纳米的可见光的反射频谱，以提升该复合反射层的红光反射率。

5.如权利要求4所述的光波长转换装置，其中该第二反射层是提升该复合反射层的红光反射率至少3.5％。

6.如权利要求1所述的光波长转换装置，其中该第一反射层为一金属反射层，且该第二反射层为一物理性真空镀膜反射层。

7.如权利要求6所述的光波长转换装置，其中该第一反射层是以铝或银，或至少含其一成分的合金镀层制成，以用于提升入射角度介于正负70度角的可见光的反射率。

8.如权利要求6所述的光波长转换装置，其中该第一反射层是以金镀层制成，以用于提升入射角度介于正负70度角的可见光及红外光的反射率。

9.如权利要求6所述的光波长转换装置，其中该第一反射层的厚度大于30纳米。

10.如权利要求6所述的光波长转换装置，其中该第二反射层包括多层介电薄膜，且该多层介电薄膜的层数至少3层。

11.如权利要求1所述的光波长转换装置，其中该第二反射层为一分布布拉格反射层。

12.一种光源系统，包括：

一固态发光元件，用于发出一第一波段光至一光路径；以及

一光波长转换装置，设置于该光路径，包括：

一基板；

一荧光层，设置于该基板，用以将该第一波段光转换为一第二波段光；以及

一复合反射层，包括：

一第一反射层，设置于该基板及该荧光层之间，且邻设于该基板，用以反射该第二波段光并使该第二波段光穿透该荧光层并输出；以及

一第二反射层，设置于该第一反射层及该荧光层之间，用以调整该第一反射层的反射频谱，以提升该复合反射层的反射率。

13.一种光波长转换装置，包括：

一基板；

一荧光层，设置于该基板，用以将一第一波段光转换为一第二波段光；以及

一复合反射层，包括：

一第一反射层，厚度大于30纳米并邻设于该基板，该第一反射层选自铝、银或金，或至少其一成分组成的合金等金属，用以反射该第二波段光并使该第二波段光穿透该荧光层并输出；以及

一第二反射层，设置于该第一反射层及该荧光层之间。

14.一种光波长转换装置，包括：

一基板；

一荧光层，设置于该基板，用以将一蓝光或紫外光转换为一波长大于460纳米的光线；

一第一反射层，厚度大于30纳米并邻设于该基板，用以反射该第二波段光并使该第二波段光穿透该荧光层并输出；以及

一第二反射层，设置于该第一反射层及该荧光层之间。

15.一种光波长转换装置，包括：

一基板；

一荧光层，设置于该基板，用以将一第一波段光转换为一第二波段光；

一第一反射层，用以提升该第二波段光的入射角度介于正负70度角的可见光的反射率；以及

一第二反射层，包括多层介电薄膜或分布布拉格反射层，设置于该第一反射层及该荧光层之间。

16.一种光波长转换装置，包括：

一基板；

一荧光层，设置于该基板，用以将一第一波段光转换为一第二波段光；以及

一复合反射层，用以提升光的入射角度介于正负70度角的反射率，并且调节该第二波段光的至少一色光区域的反射率，藉以加强该色光区域的色光穿透该荧光层的出光强度。

17.一种光波长转换装置，包括：

一基板；

一荧光层，设置于该基板，用以将一第一波段光转换为一第二波段光；

一第一反射层，是以镀层的方式形成于该基板的表面，用以反射该第二波段光并使该第二波段光穿透该荧光层并输出；以及

一第二反射层，是以附着的方式附着于第一反射层上，并位于该第一反射层及该荧光层之间。

18.一种光波长转换装置，包括：

一基板；

一荧光层，设置于该基板，用以将一第一波段光转换为一第二波段光；

一第一反射层，用以反射该第二波段光并使该第二波段光穿透该荧光层并输出；

一第二反射层，是以附着的方式附着于第一反射层上，并位于该第一反射层及该荧光层之间；以及

一附着层，设置于该第一反射层及基板之间，且该附着层是为金属材质。