JP2019501419A - 改良された波長変換デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、蛍光体またはカラーホイール等の波長変換デバイスに関する。波長変換デバイスを製造するための方法もまた、提供される。波長変換デバイスは、基板と、基板上の反射樹脂層と、入射光を受光し、出力光が反射樹脂層によって反射されるように、入射光の波長変換によって出力光を提供するように構成される、反射樹脂層上の波長変換層とを備える。反射樹脂層を基板に適用し、波長変換層を反射樹脂層上に提供することによって、波長変換デバイスを製造するための方法もさらに、提供される。

Description

（発明の技術分野）
本発明は、蛍光体またはカラーホイール等の波長変換デバイスに関する。波長変換デバイスを製造するための方法もまた、提供される。

（発明の背景）
投影システムは、カラーホイールを使用して、異なる色の光を光源から発生させ得る。光源は、典型的には、白色光を提供する。カラーホイールは、異なる色の表面区画を伴う、円形基板を備え得る。カラーホイールが、その上に入射する光とともに回転されると、その出力は、可変色の光を提供する。

蛍光体ホイールは、円形基板の表面の一部または全部の区画が蛍光体でコーティングされる、類似デバイスである。蛍光体は、多くの場合、基板表面への塗布のために、糊または他の透明材料と混合される。固体蛍光体が、加えて、または代替として、使用されることができる。異なる蛍光体が、異なる区画において使用され、１つを上回る放出光出力を提供してもよい。

カラーホイールまたは蛍光体ホイールは、出力光が基板を通して通過する、透過性タイプ、または基板が出力光を反射させる、反射タイプであることができる。反射タイプのカラーまたは蛍光体ホイールに関して、基板の反射率が最大限にされることが望ましい。基板のための材料の選択肢は、その異なる反射率に起因して、反射率に影響を及ぼし得る。例えば、アルミニウム（Ａｌ）でコーティングされた基板は、典型的には、９４％の平均反射率を有する（約４２０ｎｍ〜約６８０ｎｍの波長範囲内において）。対照的に、銀（Ａｇ）でコーティングされた基板は、概して、９８％の平均反射率を有する（約４２０ｎｍ〜約６８０ｎｍの波長範囲内において）。したがって、Ａｌでコーティングされた基板を使用することによって、Ａｇコーティングされた基板よりも付加的４％反射率損失が存在することになる。これはまた、光変換、例えば、あるタイプの蛍光体のための青色／黄色変換のための集光効率に結果として生じる降下をもたらす。

堅牢性および耐久性は、反射タイプ色または蛍光体ホイールに関する別の懸念である。再び、基板のための材料の選択肢は、これらの性能特性に影響を及ぼし得る。高温（１５０℃を上回る）での数百回の作業後、レーザ入射の面積内における燃焼が、典型的には、Ａｇでコーティングされた基板上で観察される。高温におけるコーティング層内の銀イオンの移動は、本影響の原因であり得る。これは、光学性能の約９％の損失につながり得る。類似問題は、他のタイプの基板にも存在し得る。しかしながら、そのような影響は、Ａｌでコーティングされた基板内では同程度に認められない。

基板上に層を追加することによって基板の反射率を改良するための試みが、検討されている。例えば、第ＣＮ１０３９１２８４８号は、金属、有機ポリマー、またはセラミックを含み得る、拡散反射材料をカラーホイールの基板上に提供することを提案している。カラーホイールの光学効率は、本材料によって改良され得る。しかしながら、いくつかのそのような材料のコストは、高額であり得る。さらに、本アプローチは、耐久性または堅牢性を考慮しない。

高反射率および長耐久性の両方、より具体的には、デバイスの寿命全体を通して高反射率を達成することは、カラーまたは蛍光体ホイールの設計、より一般的には、光学波長変換デバイスの分野において有意な課題を提示する。さらに、低製造コストでこれを達成することは有益となるであろう。

本背景に照らして、基板と、基板上の反射樹脂層（シリコーン等）と、入射光を受光し、出力光が反射樹脂層によって反射されるように、入射光の波長変換によって出力光を提供するように構成される、反射樹脂層上の波長変換層とを備える、波長変換デバイス（典型的には、光学波長のための）が、提供される。波長変換デバイスは、典型的には、カラーホイールまたは蛍光体ホイールである。他の好ましい特徴は、請求項を参照して、以下の説明に開示される。

有利には、基板上への（より好ましくは、その上に直接）シリコーン層（例えばオクタメチルトリシロキサン等のシロキサンを備える）等の反射樹脂層の追加は、反射率および耐久性の両方を改良する。シリコーンベースの層は、費用効果的表面処理材料であって、環境および寿命時間試験において任意の観察される光学性能劣化を伴わずに、高反射率を提供する（放出光電力における９％の増加が観察された）。類似利点も、他のタイプの反射樹脂を用いて可能性として考えられ得る。材料および製造プロセスは両方とも、他のアプローチと比較して低コストであって、製造プロセスは、柔軟性がある。さらに、表面コーティング層は、デバイスの作業温度の増加をもたらさない。高温抵抗、すなわち、最大２００℃の温度においても長時間機能することが、認められた。基板の材料は、もはや関係なくなり、これは、金属、非金属、および／または複合材料から形成される基板にも等しく適用可能であり得る。さらに、反射率がシリコーン層の厚さに依存し、したがって、これは、反射率を所望のレベルに設定することを可能することが観察された。

反射樹脂層は、接合層として作用することができる。このように、反射樹脂層は、波長変換層と基板の接着を生じさせる、または補助し得る。加えて、または代替として、接合層（糊および／またはテープ）が、波長変換層を反射樹脂層および基板に接着するために提供されてもよい。これは、特に、ガラス中に分散される蛍光体粒子、結晶中に分散される蛍光体粒子、またはセラミック材料中に分散される蛍光体粒子等の固体波長変換層のために有用であり得る。

別の形態の波長変換層は、（略透明）シリコーン中に分散される蛍光体粒子（粉末等）を備える。この場合、反射樹脂層は、その組成物および／または構造を通して波長変換層と明確に異なる（かつ区別可能である）。例えば、反射樹脂層は、光学的に有意な量の蛍光体（または場合により、任意の蛍光体）を備えない。

対応する波長変換デバイスを製造するための方法も、提供され得る。

本発明は、種々の方法で実践されてもよく、そのいくつかが、ここで、一例としてのみ、付随の図面を参照して、説明されるであろう。
図１は、既存の蛍光体ホイールを図式的に描写し、動作モードを示す。 図２は、本開示による、分解概略形態における蛍光体ホイールの第１の実施形態を図示し、また、動作モードを示す。 図３は、本開示による、分解概略形態における蛍光体ホイールの第２の実施形態を示し、さらに、動作モードを描写する。 図４は、本開示による、分解概略形態における蛍光体ホイールの第３の実施形態を描写し、動作モードがさらに示される。 図５は、反射樹脂層の異なる厚さに伴う蛍光体ホイールの効率がその寿命時間にわたってどのように変動するかを図式的に示す。

図１では、例えば、光学プロジェクタにおいて使用され得る、既存の蛍光体ホイールが、示される。蛍光体ホイール１００は、プレート１０２と、波長変換材料１０１とを備える。プレート１０２は、典型的には、反射材料でコーティングされた金属を備える。プレート１０２は、基板と称され得、この場合、ディスクまたはリングである。これは、モータ（図示せず）に取り付けられ、通常、高速で、矢印１１０によって示されるように、それを回転させる。これは、蛍光体ホイール１００として示されるが、本種類のデバイスは、より一般的には、波長変換デバイスまたは光変換器と称され得る。例えば、そのようなデバイスは、静的（非回転）構成で使用されてもよい。

波長変換材料１０１が、プレート１０２上に配置される。波長変換材料１０１は、リング形状を有し、これは、典型的である。波長変換材料１０１は、蛍光体と糊の混合物から作製されてもよい、または蛍光体セラミックであってもよい。この場合、波長変換材料１０１は、蛍光体とシリコーンの混合物である。青色から緑色または黄色光に変換するための蛍光体が、一般に、使用される。蛍光体粉末は、分注またはスクリーン印刷もしくは他のコーティング方法によって、液体透明シリコーン中に分散される。本層は、次いで、同心性パターンにおいて鏡コーティングされた基板１０２上のカラー区画に熱的に硬化および固化される。

蛍光体と類似方法において受光された光の波長を変換することができる、任意の構造または材料も、当然ながら、代わりに使用されることができる。単色蛍光体１０１が、この場合、示されるが、それぞれ、特定の色を伴う光を発生させるために使用される、複数のカラー区画（ここでは図示せず）も、代替として使用されてもよい。

蛍光体等の波長変換材料は、第１の波長の励起光を受光および吸収し、第２の異なる波長の光を放出する。それらは、具体的波長の光を発生させるために使用されてもよく、その波長を直接提供する光源のための光出力電力は、限定される。入射または励起光１０３ａは、伝搬し、波長変換材料（蛍光体）１０１を照明し（光スポットの形態において）、これは、励起光のものと異なる波長の放出光１０３ｂを発生させる。

本構成における蛍光体ホイールのプレート１０２は、変換された光１０３ｂが、プレート１０２の励起光１０３ａが受光された側と同一側において放出されるように、変換された光を反射させる。変換された光１０３ｂは、次いで、レンズシステム（図示せず）によって集光される。

ここで図２を参照すると、本開示による、分解概略形態における蛍光体ホイール２００の第１の実施形態が、図示される。蛍光体ホイール２００は、基板２０２（ディスクの形態における）と、蛍光体２０１とを備える。加えて、高反射率白色反射コーティング層２０３が、提供される。本実施形態では、これは、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによってＣｌ−２００１という名称下で販売されている、シリコーン材料である。本材料についてのさらなる情報は、その技術データシートおよび安全性データシート上に見出され得、その内容は、参照することによって組み込まれる。本材料の主成分は、オクタメチルトリシロキサン（反射樹脂である）であって、また、二酸化チタン（濃度約２０〜３０％、屈折率２．１）と、二酸化ケイ素（約１〜５％、ＲＩ１．４７）と、水酸化アルミニウム（約１〜５％、ＲＩ１．８）とを備える。これらの付加的成分は、光拡散反射のためのさらなる活性成分であり得る。本材料は、室温において、丈夫で、弾力性があって、かつ非粘性の表面に硬化し、低燃焼性を有するが、弱熱加速（溶媒蒸発分離後）は、インライン処理を加速し得る。材料はまた、流動を向上させ、狭い間隙および空間を充填する、低粘度を有する。典型的には、好適な材料は、長時間周期（少なくとも１，５００時間）の間、−４５〜２００℃（−４９〜３９２°Ｆ）の温度範囲にわたって動作すべきである。しかしながら、スペクトルの低および高温端では、特定の用途における材料の挙動および性能は、より複雑となり、付加的考慮を要求し得る。性能に影響を及ぼし得る要因は、構成要素の構成および応力感度、冷却率および保持時間、ならびに以前の温度履歴である。高温端では、硬化されたシリコーンエラストマーの耐久性は、時間および温度依存である。

シリコーン材料が、ディスク基板２０２上にコーティングされる。基板は、典型的には、金属、例えば、アルミニウム等の硬性材料を備える。基板表面の平滑性、粗度、または不均一性は、関係ない。しかしながら、シリコーン層２０３が提供される基板表面は、汚染物質、染み、油、有機残留物、または生物学的残留物がなく、混ざり物がない状態であることが非常に望ましい。低表面エネルギー表面に関して、接着は、プライミングによって、または化学もしくはプラズマエッチングおよびオゾン洗浄等の特殊表面処理によって、改良され得る。

シリコーン材料は、コーティング前に有機溶媒と混合され、この場合、メチルシロキサンを備え、ＯＳ−２０という名称下でＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって販売されている。本材料についてのさらなる情報は、その技術データシートおよび安全性データシート上に見出され得、その内容は、参照することによって組み込まれる。これは、揮発性溶媒であって、溶液粘度を調節するための希釈剤として使用される。混合されたシリコーン材料は、プロセス要件に従って均質に調製され、シリコン油溶剤が、これを混合機械の中に入れ、混合を行う前に、粘度を調節するために添加される。６０秒にわたる６００ＲＰＭ低速、次いで、１２０秒にわたる１，２００ＲＰＭ高速の混合物機械のための２ステップ混合プログラムが、推奨される。

シリコーン層は、スプレーコーティングによって、基板２０２上に形成される。室温硬化または室温加硫（ＲＴＶ）が、通常、使用されるが、硬化率は、弱熱によって加速されることができる（かつ不粘着性状態に到達するために要求される時間は、短縮され得る）。熱硬化が、代替として、使用されることができる。大気水分が、硬化を補助し得る。空気循環炉内での高温への暴露に先立って溶媒が蒸発するための適正な時間が、与えられるべきである。３ミル（７５ミクロン）コーティングのための典型的硬化スケジュールは、室温で１０分、その後、６０℃で１０分が続く。コーティングが泡膨れする、または気泡を含有する場合、室温での付加的時間が、炉硬化に先立って、溶媒が蒸発分離するために与えられる。シリコーン材料のポットライフは、選定される適用方法に依存する。ポットライフを延長するために、水分への暴露は、可能である場合は常に乾燥空気または乾燥窒素被覆を使用することによって最小限にされる。シリコーン材料の接着は、典型的には、硬化より遅れ、構築に最大４８時間かかり得る。硬化は、したがって、シリコーンコーティング層２０３を形成する。硬化後、溶媒（ＯＳ−２０等）は、層内に存在しない。本構造は、概して、３８０ｎｍ〜８００ｎｍの波長間の高光反射率を有する。例えば、ディスク表面の反射率は、硬化後、９８％を達成することができる。９８％反射率を達成するためのシリコーン層の典型的厚さは、約０．０５ｍｍ〜約０．１５ｍｍである。これは、以下に議論されるように、６０Ｗレーザ入力システムに１０％出力電力の増加をもたらし、反射率の低下は、２００℃で１５００時間の動作後も認められなかった。

蛍光体粉末は、分注またはスクリーン印刷または他のコーティング方法によって、液体透明シリコーン中に分散される。それらは、次いで、熱的に硬化および固化され、シリコーンコーティング２０３を伴う、カラー区画またはカラーリング２０１をディスク基板２０２上に形成する。シリコーン層２０３はまた、基板２０２とカラーリング２０１との間の接合を改良し得る。最後に、カラーホイールは、モータ上に搭載され、高速で回転してもよい。図１に示される（前述の）デバイスと関連付けられた随意の実装もまた、本実施形態に適用可能である。例えば、デバイスはまた、静的（非回転）構成において使用されることができる。

金属コーティング（図１の実装に従う）またはシリコーンコーティング（図２の実施形態に従う）のいずれかを使用してコーティングされたディスクの性能が、実験的に試験された。金属でコーティングされたディスクのうちの一方は、Ａｌでコーティングされ、他方は、Ａｇでコーティングされた。シリコーンコーティングされたディスクに関して、一方は、０．１ｍｍシリコーン層を有し、他方は、０．１５ｍｍシリコーン層を有していた。以下の表は、これらの４つの実装の性能を要約する。比較目的のために、Ａｌでコーティングされたディスク（シリコーンコーティングを伴わない）の効率が、ベンチマークとして１００％に設定された。他のディスクの効率は、次いで、本値に基づいた。

シリコーンコーティングされたディスクの性能は、Ａｇでコーティングされたディスクより良好ではないにしても、少なくとも同程度に良好であることが分かる。さらに、シリコーンコーティングの厚さは、その反射率に影響を及ぼすことが着目された。所望の反射率を達成するための最適厚が、存在し得る。本実装のための最適厚は、約０．１ｍｍであると考えられる。典型的には、厚さは、反射率を最大限にするために設定されるであろう。これは、白色反射コーティングを使用して、所望の波長範囲または帯内の光出力の最大変換を生じさせ得る。実験上、より厚いコーティング層は、より高い反射率を提供するが、より厚いコーティングはまた、例えば、反射コーティングの剥離または亀裂に起因して、長期的破損につながり得ることが分かる。したがって、最適コーティング厚が、最適反射率および／または反射率と耐久性との間のある程度の妥協によって判定されてもよい。実際は、最適厚は、用途に依存し得、実験または試行錯誤によって判定されることができる。これらの方針に沿ったいくつかの結果が、以下に議論される。

一般に、これは、基板と、基板上の反射樹脂層と、入射光を受光し、入射光の波長変換によって出力光を提供するように構成される、反射樹脂層上の波長変換層とを備える、波長変換デバイスと見なされ得る。このように、出力光は、反射樹脂層によって反射される。反射樹脂層は、典型的には、波長変換層が適用される、基板の表面を被覆する。その結果、反射樹脂層は、基板ではなく、デバイスの反射率を制御する。基板の材料は、したがって、必ずしも、重要ではないが、基板は、有利には、硬性であって、金属材料、非金属材料、および複合材料のうちの１つを備えてもよい。反射樹脂層は、概して、直接基板上にあるが、別の層は、随意に、ある場合には、部分的または完全に、基板と反射樹脂層との間に介在し得る。基板は、概して、ディスク形状を有する。反射樹脂層が提供される基板の表面は、反射コーティングを有してもよい。表面は、アルミニウムを備えてもよい、および／またはコーティングは、アルミニウムを備えてもよい。

反射樹脂層は、典型的には、白色であって、好ましい実施形態では、約３８０ｎｍ〜約８００ｎｍ、より好ましくは、約４２０ｎｍ〜約６８０ｎｍの波長範囲にわたって反射するように構成される。反射樹脂層の反射率は、典型的には、少なくとも９０％（またはそれを上回る）、より好ましくは、少なくとも９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、または９９％（またはそれを上回る）。反射樹脂層は、混合された無機−有機ポリマーまたはエラストマーを備えてもよい（かつそのようなポリマーまたはエラストマーから成る層であってもよい）。好ましい実施形態では、反射樹脂層は、シリコーンを備え、より好ましくは、反射樹脂層は、シリコーン層である。反射樹脂層は、オクタメチルトリシロキサン等のシロキサンを備えてもよい。反射樹脂層は、少なくとも１つのさらなる光学反射材料等の他の成分物質を備えてもよいが、反射樹脂材料は、層の光学的に主要および／または大部分（例えば、濃度またはｗ／ｗ比）の成分であるべきである。反射樹脂は、反射樹脂層の少なくとも５０％（またはそれを上回る）（濃度またはｗ／ｗ比）を形成してもよい。存在し得る他の光学反射材料は、二酸化チタン、二酸化ケイ素、および水酸化アルミニウムのうちの１つ以上を備える、または含むことができる。反射樹脂層の厚さは、概して、少なくとも約０．０５ｍｍ（またはそれを上回る）、典型的には、約０．１５ｍｍ以下（またはそれ未満）、より好ましくは、少なくとも約０．１ｍｍ、および／または約０．１ｍｍ（例えば、０．０８ｍｍまたは０．０９ｍｍ〜０．１１ｍｍまたは０．１２ｍｍ）である。

反射樹脂層は、概して、その組成物および／または構造を通して波長変換層と明確に異なる（かつ区別可能である）。特に、反射樹脂層は、通常、波長変換層より反射性（かつ概して有意により反射性）である。波長変換層は、通常、反射性ではない。加えて、または代替として、反射樹脂層は、典型的には、波長変換層ほど波長変換材料（蛍光体等）を備えず、通常、反射樹脂層は、波長変換材料を全く備えていない。

波長変換層は、概して、蛍光体を備えるが、他の実施形態では、カラーフィルタを備えてもよい。波長変換層は、基板の反射表面全体を被覆する必要はない。複数の波長変換部分を備えてもよく、それぞれ、異なる波長の出力光を提供するように構成される。例えば、これらは、ディスク形状の基板上の区画として形成されてもよい。一実施形態では、波長変換層は、シリコーン等の糊中に分散される蛍光体粒子（粉末等）を備える。典型的には、波長変換層のシリコーンは、概して、光学的に透明であって、概して、反射性ではない。言い換えると、波長変換層の反射率は、通常、反射樹脂層より有意に低く、典型的には、波長変換層の反射率は、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％、または５％未満である。

波長変換デバイスは、カラーホイールまたは蛍光体ホイールとして形成されてもよい。これのディスク形状の（典型的には、環状、より好ましくは、円形リング形状の）基板は、モータによって回転駆動されるように適合されてもよい（例えば、１つ以上の孔等のモータのための好適な搭載点を用いて）。モータはさらに、波長変換デバイスの回転を駆動するように提供および構成されてもよい（基板に好適に結合されるとき）。

別の側面では、反射樹脂層を基板に適用するステップと、波長変換層が、入射光を受光し、入射光の波長変換によって出力光を提供し得るように、波長変換層を反射樹脂層上に提供するステップとを含む、波長変換デバイスを製造するための方法が検討され得る。出力光は、反射樹脂層によって反射される。本明細書に開示されるような波長変換デバイスの任意の側面を形成するための随意のステップもまた、本方法に関連して提供され得る。

加えて、実施形態は、シリコーン層を基板に適用するステップは、分注、噴霧、ブラッシング、流動、パターンコーティング、およびシルク印刷シリコーンのうちの１つ以上を備えることも検討され得る。反射樹脂層を適用するステップは、シリコーン油、キシレン、メチルシロキサン、または別の材料等のシリコーンと有機溶媒の混合物を適用するステップを含む。本方法はさらに、例えば、室温加硫（ＲＴＶ）、熱処理、およびハイブリッド硬化のうちの１つ以上によって、反射樹脂層を硬化させるステップを含んでもよい。さらに、反射樹脂層を本表面に適用する前に、基板の表面を清浄するステップもさらに、検討され得る。

シリコーン層を基板に適用するステップは、有益なこととして、シリコーン層の厚さを設定するステップを含む。特に、これは、基板および／またはシリコーン層の反射率を所望の（最大）レベルに設定するために行われてもよい。公知の最適化および実験技法が、適宜、厚さを設定するために、適用されてもよい（試行錯誤、内挿、外挿等）。反射樹脂層の最適厚は、いくつかの実施形態では、約０．１ｍｍまたは０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍであってもよい。

図２はまた、蛍光体ホイール２００の動作モードを示す。入射または励起光２０４ａ（青色）は、蛍光体２０１を照明する。蛍光体２０１は、放出光を発生させ、これは、基板２０２およびシリコーン層２０３によって反射され、励起光２０４ａと異なる波長の出力光２０４ｂ（黄色）を提供する。蛍光体ホイール２００は、モータ（図示せず）によって、矢印１１０によって示される方向に回転される。一般に、本明細書に開示されるような波長変換デバイスを動作させる方法はさらに、別の側面として提供され得る。

波長変換材料は、蛍光体含有シリコーン形態である必要はない。次に、図３を参照すると、本開示による、分解概略形態における蛍光体ホイール３００の第２の実施形態が、図示される。図２の実施形態と同様に、高反射率シリコーン層３０３が、基板３０２上に存在する。図３の構成は、図２のものに大部分の点において類似する。例えば、基板３０２の組成物および構造ならびにシリコーン層３０３を形成する組成物、構造、および方法は、前述の通りである。

しかしながら、図３では、カラーリング３０１のカラー区画は、ガラス中に分散される蛍光体、結晶中に分散される蛍光体、またはセラミック材料中に分散される蛍光体等の固体材料を使用して形成される。カラー区画３０１は、糊接合によってシリコーン３０３でコーティングされたディスク基板３０２に接合される。糊は、接合層３０５を形成する。

前述の一般化された波長変換デバイスを参照すると、波長変換層が固体蛍光体を備える実施形態も、検討され得る。例えば、波長変換層は、ガラス中に分散される蛍光体粒子、結晶中に分散される蛍光体粒子、およびセラミック材料中に分散される蛍光体粒子のうちの１つ以上を備えてもよい。

加えて、または代替として、波長変換デバイスはさらに、波長変換層を反射樹脂層（好ましくは、基板にも）に接着するように配列される、接合層を備えてもよい。これは、概して、次いで、波長変換層と反射樹脂層との間に配列される。例えば、接合層は、糊またはテープを備えてもよい。

図３の実施形態の動作モードは、前述のような図２のものに類似する。例えば、それは回転または静的（非回転）構成において使用されることができる。モータ（図示せず）による蛍光体ホイール３００の回転は、矢印１１０によって示される。入射または励起光３０４ａ（青色）が、蛍光体３０１を照明する。蛍光体３０１は、放出光を発生させ、これは、基板３０２およびシリコーン層３０３によって反射され、励起光２０４ａのものと異なる波長の出力光３０４ｂ（黄色）を提供する。

次に図４を参照すると、本開示による、分解概略形態における蛍光体ホイール４００の第３の実施形態が、図示される。図２の実施形態と同様に、高反射率シリコーン層４０３が、基板４０２上に提供される。図４の基本構成は、多くの点において図２のものに類似する。例えば、基板４０２の組成物および構造ならびにシリコーン層４０３の組成物および構造は、前述の通りである。

図３の実施形態と同様に、カラーリング４０１のカラー区画は、ガラス中に分散される蛍光体、結晶中に分散される蛍光体、またはセラミック材料中に分散される蛍光体等の固体材料を備える。カラー区画またはカラーリング４０１は、直接、シリコーン材料層４０３上に置かれる。次いで、積層された構造は、熱的に硬化またはＲＴＶ硬化され、３８０ｎｍ〜８００ｎｍ波長の高光反射率を伴うコーティング層を形成する。ここでは、シリコーン材料４０３もまた、接合材料としての役割を果たし、接合層を効果的に形成する。

前述の一般化された波長変換デバイスを参照すると、反射樹脂層は、波長変換層を基板に接合するように構成されてもよい。したがって、反射樹脂層は、上記に提案されるように、接合層の少なくとも一部（または全部）を形成してもよい。

本発明の前述の実施形態による、蛍光体ホイールの耐久性がさらに、試験された。図５を参照すると、反射樹脂層の異なる厚さを伴う蛍光体ホイールの効率がその寿命時間にわたってどのように変動するかが、図式的に示される。（光変換）効率は、前述のようにベンチマークとして１００％に設定されたＡｌでコーティングされたディスク（シリコーンコーティングを伴わない）を参照して測定された。寿命時間は、時間単位で、合計１，７００時間まで測定された。デバイスは全て、２００℃で動作された。実験では、蛍光体ホイールは、反射樹脂コーティングの異なる平均噴霧厚を伴って製造された（図２の実施形態に従って）。これらは、次いで、ライトエンジンシステムの中に設置され、その実際の変換光出力を試験した。

４つのプロットが、図５に示される。これらは、比較のために、厚さ０．０７ｍｍの反射シリコーン層を伴う蛍光体ホイール５１０と、厚さ０．１ｍｍの反射シリコーン層を伴う蛍光体ホイール５２０と、厚さ０．１５ｍｍの反射シリコーン層を伴う蛍光体ホイール５３０と、Ａｌコーティング（反射シリコーン層を伴わない）を伴う蛍光体ホイール５４０とに関する効率を表す。反射シリコーン層を伴う３つのタイプの蛍光体ホイールの全ての効率は、１，０００時間の寿命時間全体を通して、Ａｌでコーティングされた基板実施形態より有意に高いままであることが分かるであろう。但し、反射シリコーン層が、０．０７ｍｍの厚さを有するときの効率５１０は、シリコーン層の他の２つの厚さに関してそれほど高くない。これらの試験では、反射シリコーン層が０．１ｍｍの厚さを有するときの効率５２０は、概して、反射シリコーン層が０．１５ｍｍの厚さを有するときの効率５３０に類似する。しかしながら、本試験では、反射シリコーン層が０．１５ｍｍの厚さを有するものは、シリコーン層の漸次剥離または亀裂をもたらし得ることが着目された。さらに、上記で報告される試験では、０．１ｍｍの厚さを伴う反射シリコーン層の効率は、概して、若干高くなり得ることが着目された。これらの問題を両方とも考慮して、噴霧パラメータは、シリコーン層の厚さを０．１ｍｍとなるよう最適に設定するように検討される。

本発明の実施形態が前述されたが、当業者は、種々の修正または代用を検討し得る。例えば、蛍光体ホイール（またはカラーホイール）が、上記の実施形態では開示された。しかしながら、波長変換デバイスは、固体照明を使用するヘッドライト（例えば、自動車産業における）、または例えば、静的発光材料を使用するピコライトエンジンを含む、他の形態の照明具のための他の回転または静的形態で実装されてもよい。

全実施形態において、基板は、金属を備える、または金属材料のみを備える必要はない。例えば、非金属材料および／または複合材材料が、加えて、もしくは代替として、提供されてもよい。基板は、反射コーティング（高反射率を有し得る）でコーティングされてもよい、またはそうではなくてもよい。基板の形状は、円形またはさらにディスク（環状）である必要はなく、他の形状も、提供されてもよい。

シリコーン層は、異なる組成物を有してもよく、それを基板に適用するための他の方法も、検討されてもよい。例えば、他のタイプの白色または反射樹脂材料も、使用されてもよい。スプレーコーティングに加えて、またはその代替として、反射樹脂が、ブラッシング、流動、もしくはパターンコーティングによって、コーティングとして塗布されることができる。分注またはスクリーン印刷も、可能性として考えられるが、要求される熱がコーティングの硬化を生じさせるであろうため、好ましくはない。フィルタ等の他のタイプの波長変換材料も、提供されてもよい。波長変換材料をシリコーンコーティングされた基板に接着するための代替接合層、例えば、テープも、使用されてもよい。

Claims (23)

1. 波長変換デバイスであって、
   基板と、
   前記基板上の反射樹脂層と、
   入射光を受光し、出力光が前記反射樹脂層によって反射されるように、前記入射光の波長変換によって出力光を提供するように構成される、前記反射樹脂層上の波長変換層と、
   を備える、波長変換デバイス。
2. 前記反射樹脂層は、混合された無機−有機ポリマーを備える、請求項１に記載の波長変換デバイス。
3. 前記反射樹脂層は、約４２０ｎｍ〜約６８０ｎｍの波長範囲にわたって反射する、請求項１または請求項２に記載の波長変換デバイス。
4. 前記反射樹脂層は、シリコーンまたはシロキサンを備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の波長変換デバイス。
5. 前記反射樹脂層はさらに、少なくとも１つのさらなる光学反射材料を備える、請求項４に記載の波長変換デバイス。
6. 前記少なくとも１つのさらなる光学反射材料は、二酸化チタン、二酸化ケイ素、および水酸化アルミニウムのうちの１つ以上を含む、請求項５に記載の波長変換デバイス。
7. 前記反射樹脂層は、少なくとも約０．０５ｍｍおよび／または０．１５ｍｍ以下の厚さを有する、前記請求項のいずれかに記載の波長変換デバイス。
8. 前記反射樹脂層は、前記波長変換層を前記基板に接合するように構成される、前記請求項のいずれかに記載の波長変換デバイス。
9. 前記波長変換層を前記反射樹脂層に接着するように配列される、接合層をさらに備える、前記請求項のいずれかに記載の波長変換デバイス。
10. 前記接合層は、糊またはテープを備える、請求項９に記載の波長変換デバイス。
11. 前記波長変換層は、蛍光体を備える、前記請求項のいずれかに記載の波長変換デバイス。
12. 前記波長変換層は、シリコーン中に分散される蛍光体粒子を備える、請求項１１に記載の波長変換デバイス。
13. 前記波長変換層は、固体蛍光体を備える、請求項１１または請求項１２に記載の波長変換デバイス。
14. 前記波長変換層は、ガラス中に分散される蛍光体粒子、結晶中に分散される蛍光体粒子、およびセラミック材料中に分散される蛍光体粒子のうちの１つ以上を備える、請求項１３に記載の波長変換デバイス。
15. 前記請求項のいずれかに記載の波長変換デバイスを備える、蛍光体ホイールであって、前記基板は、ディスク形状を有する、蛍光体ホイール。
16. 前記基板は、モータによって回転駆動されるように適合される、請求項１５に記載の蛍光体ホイール。
17. 前記基板は、金属材料、非金属材料、および複合材料のうちの１つを備える、前記請求項のいずれかに記載の波長変換デバイス。
18. 波長変換デバイスを製造するための方法であって、
    反射樹脂層を基板に適用するステップと、
    波長変換層が、入射光を受光し、前記入射光の波長変換によって出力光を提供し得るように、前記波長変換層を前記反射樹脂層上に提供するステップであって、前記出力光は、前記反射樹脂層によって反射される、ステップと、
    を含む、方法。
19. 前記反射樹脂層を前記基板に適用するステップは、分注、噴霧、ブラッシング、流動、パターンコーティング、およびシルク印刷のうちの１つ以上を備える、請求項１８に記載の方法。
20. 前記反射樹脂層を適用するステップは、シリコーンと有機溶媒の混合物を適用するステップを含む、請求項１８または請求項１９に記載の方法。
21. 前記反射樹脂層を硬化させるステップをさらに含む、請求項１８から２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記反射樹脂層を硬化させるステップは、室温加硫（ＲＴＶ）、熱処理、およびハイブリッド硬化のうちの１つ以上によって行われる、請求項２１に記載の方法。
23. 前記反射樹脂層を前記基板に適用するステップは、前記反射樹脂層の反射率を所望のレベルに設定するために、前記反射樹脂層の厚さを設定するステップを含む、請求項１７から２２のいずれか１項に記載の方法。