TW201301559A - 製造螢光體裝置之方法及包含該螢光體裝置之發光設備 - Google Patents

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Abstract

根據本發明，一螢光體裝置(1)的螢光體層(6)係經由電泳沈積(EPD)沈積在一附接至其光學透射構件(2)的塗佈電極(5)上。由於EPD之故，可精確地控制該螢光體層的厚度，其係與該螢光體裝置的效率有關。該光學透射構件(2)係設計用於透過其第一端面(3)接收例如雷射光的激發光，並將之引導至該螢光體層(6)。該激發光係藉由該螢光體層(6)轉換為經波長轉換的光。該轉換光係藉由該透射構件(2)收集並引導，最終為了進一步的使用而離開其第一端面(3)。該光學透射構件(2)係以具有良好熱性質的光學透明材料製成，以幫助從該螢光體層(6)傳遞熱。該熱傳遞可進一步藉由將一散熱件(8)經由熱傳遞膏(7)附接至該螢光體層(6)來獲得改善。

Description

製造螢光體裝置之方法及包含該螢光體裝置之發光設備
本發明係關於一螢光體裝置，特別是關於製造螢光體裝置的方法。此外，本發明係關於包含該螢光體的發光裝置。
螢光體裝置係使用在發光設備中，其中螢光體(成分或混合物)，亦即，具有波長轉換性質的物質(例如，螢光或發光物質)，係遠離激發光源。因此，其亦稱為遠端螢光體裝置。遠端螢光體裝置可用在各種產生用於彩色視頻投影之紅(R)、綠(G)及藍(B)光的發光應用(例如，RGB投影裝置)中。其他可行的發光應用包括具有彩色光或白光的醫療、建築或娛樂照明。
在先前技術的遠端螢光體裝置(例如，螢光體輪或以LED為基礎的照明裝置)中，以螢光體塗佈一載板或一光學透射構件。螢光體係藉由撞擊在螢光體層上的激發光(例如，可見藍色雷射光(450 nm))來激發。激發雷射光藉由螢光體進行波長轉換，以產生具有較長波長的光(例如，對綠光而言，具有接近520 nm之波峰的廣光譜分布)。
來自螢光體之經波長轉換的光由安排在螢光體前方之一例如以玻璃製成之透鏡或混合拋物線集中器(CPC)或混合橢圓集中器(CEC)等之光學透射構件(例如，光學準直器)收集。
在美國專利第7,543,959號中，揭示一種包括一光源及一以螢光體塗佈之光學集中器的照明系統。來自例如 發光二極體(LED)之光源的出光在光學集中器較大的端面上進入光學集中器，並朝其較小的端面集中。較小的端面以一螢光體層塗佈，該螢光體層係藉由經集中的出光來離開。出光藉由螢光體層進行波長轉換，並透射過螢光體層(「透射模式」的螢光體裝置)。
本發明之一目標為提供一製造螢光體裝置的方法。
本發明的目標係藉由一製造螢光體裝置的方法來達成，其包含以下步驟：提供一具有一第一端面及一第二端面的光學透射構件，藉此該光學透射構件係設計成用於引導激發光進入經過該第一端面至一配置在該第二端面的螢光體層上，藉此至少一部分的該激發光係為藉由該螢光體層而被波長轉換，且藉此該光學透射構件進一步設計成用於至少部分地收集並引導藉由該螢光體層轉換的光；在該光學透射構件之該第二端面上附接一光學的透明電極；提供一螢光體及一反電極，該反電極設計成用於該螢光體的電泳沈積；在該光學透明電極上經由電泳沈積(EPD)沈積一螢光體層，藉以從而使用該光學透明電極作為一塗佈電極。
較佳實施例的附加特徵在附屬項中定義。
此外，尋求對一發光設備的保護，該設備包括根據本發明製成之螢光體裝置。
在本發明的上下文中，螢光體一詞指的是任何波長轉換物質，例如，一螢光或磷光材料。此外，螢光體亦可包括多於一個螢光體成分，亦即，可為二或多個螢光 體成分之一混合物。
根據本發明，一螢光體裝置的螢光體層係藉由電泳沈積(EPD)沈積在附接至其光學透射構件的塗佈電極上。與螢光體裝置之效率相關之螢光體層的厚度可藉由EPD製程精確地控制。將螢光體直接塗佈至光學透射構件之塗佈電極上的概念，幫助消散當激發光撞擊在螢光體層時產生的熱，因為沒有空氣間隙來防止熱有效地傳遞至光學透射構件。為了改善熱消散，光學透射構件可較佳地包括一導熱但為光學透明的材料，例如，Al2O3、YVO4、YLF或藍寶石。
用於沈積螢光體層的塗佈電極對激發光而言必須是透明的，為能由光學透射構件引導且離開光學透射構件的激發光經過其第二端面，以通過塗佈電極及撞擊螢光體層。一適用的塗佈電極可藉由將一透明導電層塗佈在光學透射構件之第二端面的外部表面上達成。該導電層可包括氧化錫(TO)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅鋁、一金屬單層或石墨烯。由於典型為數mA/mm2之非常小的電流密度對螢光層的沈積便已足夠，導電層的厚度典型可位於數nm至數十nm的範圍內。或者，一適用的光學透明電極可藉由將一金屬線篩網放置在光學透射構件的第二端面上達成。由於塗佈電極在螢光體沈積期間僅需承受小電流，金屬線的直徑可足夠小，以助於適當的篩網尺寸及透明度。
光學透明塗佈電極亦可分開成鄰接、個別受控的塗佈電極區，其導致分隔、鄰接的螢光體區。經此步驟， 不同的螢光體成分(例如，紅(R)、綠(G)及藍(B)發光螢光體)可隨後沈積在個別的電極區上。舉例來說，當以紫外線(UV)輻射激發時，經轉換的紅、綠及藍光可由光學透射構件收集與混合，以得到混合白光。
螢光體可藉由以懸浮在水中的螢光體進行標準水系EPD來沈積在透明塗佈電極上。此塗佈浴可保存在一容器內，亦作為反電極之用。當浸沒在塗佈浴中時，藉由在塗佈電極和反電極之間施加DC電壓來在透明塗佈電極上沈積一螢光體層。
光學透射構件可設計用於透光，且視情況而定，可設計用於經由其第一端面與第二端面間之全內反射(TIR)來混合具有不同顏色的光部分。為此目的，光學透射構件可拉長為具有多邊形橫剖面，特別是三角形、矩形或六邊形橫剖面。
根據本發明之製造螢光體裝置的方法可進一步包含以下步驟：在螢光體層的背側，亦即，相反於面對光學透明電極之側，同樣也相反於面對撞擊激發光之側。較佳的是該反射裝置包括TiO2，因為其對光的反射率接近98%，明顯比一典型鋁鏡的88~90%高。由於此步驟，經螢光體層轉換的光便有效地反射朝向光學透明電極，從而是光學透射構件的第二端面。光學透射構件透過其第二端面收集經轉換的光，並為了進一步的使用而將其引導至第一端面。
為了進一步改善熱消散，可將一散熱件經由熱傳遞膏附接至螢光體層的背側。較佳的是該熱傳遞膏可含有 作為填料的TiO2，以為該膏添加擴散反射性質。
根據本發明製成的螢光體裝置可為一發光設備的一部分，該發光設備進一步包括至少一個例如雷射之激發光源，較佳的是雷射二極體或雷射二極體陣列，以用於發出激發光。安排螢光體裝置及激發光源，以致能激發光經由光學透射構件的第一端面進入螢光體裝置。在通過光學透射構件的第二端面與光學透明電極之後，激發光撞擊螢光體層，並在該處至少部分地藉由螢光體進行波長轉換。在進入第二端面之後，經波長轉換的光藉由光學透明構件收集並混合(空間上地，且視情況而定，根據顏色)。最後，經混合的光透過第一端面離開光學透射構件。為了進一步使用在各種應用中，藉由附加的光學裝置來引導經混合的光並使之成形。進一步的細節將在敘述圖式的過程中加以解釋。
第1圖概略地顯示根據本發明所製成螢光體裝置1之一實施例。該螢光體裝置包括伸長的光學透射構件2，其具有第一端面3和第二端面4、附接在第二端面4之外部表面的透明塗佈電極5、沈積在透明電極5上的螢光體層6、附接在螢光體層6之背側的反射裝置7及耦合至反射裝置7的散熱件8。
第1圖所示之螢光體裝置的製造參照顯示不同製造步驟之第2a至2c圖解釋。相同的參考數字用於相同或類似的特徵結構。
在第2a圖中，顯示光學透射構件2。其形成如具有 六邊形橫剖面的CPC，且由於固態YVO4之優越的光學性質與熱性質，而以固態YVO4製成。YVO4的熱性質在受到激發光激發時幫助熱從螢光體層傳遞。當然，可使用具有類似光學及熱性質的其他材料。光學透射構件2的第二端面4係以厚度小於100 nm的透明氧化銦錫(ITO)層5塗佈。
接下來，解釋螢光體層的電泳沈積(EPD)。如概略地由第2b圖所示，將光學透射構件2的第二端面4浸沒於存放在容器10的塗佈浴9之中。塗佈浴9包括懸浮的螢光體，例如，黃色發光螢光體(Y0.96Ce0.04)3Al3.75Ga1.25O12。ITO層5連接至DC電壓源U，其係設計成用於產生典型為數V/mm至數百V/mm的電場，藉此作為EPD製程的透明塗佈電極。浸沒於塗佈浴9中且安排為與塗佈電極5相對的反電極11亦連接至DC電壓源U。反電極11具有與塗佈電極5相同的形狀，但尺寸較小，以減少電場的不均勻性，且因此避免在塗佈電極邊緣之增加螢光體沈積。在完成EPD製程後，將螢光體層6沈積在ITO層5上(第2c圖)。螢光體層6的厚度接近40 μm，但對其他螢光體可有所不同。
最後，使用熱傳遞膏7將散熱件8附接至經塗佈的光學透射構件2，其結果為第1圖所示之完成的螢光體裝置1。膏7含有作為填料的TiO2，以將擴散反射率添加至熱性質。不具有散熱件或甚至不具有反射裝置之第1圖所示的螢光體裝置1可適用於某些應用。
第3圖顯示包括如第1圖所示之螢光體裝置1的發 光設備20的示意圖。發光設備20進一步包括至少一個雷射二極體22，其發出波長約450 nm的激發光23；及二向色鏡24，其係安排在雷射二極體22與螢光體裝置1之間的光學軸。對於高功率應用，激發光源可為對每一雷射二極體具有高於1 W之雷射光束功率的雷射陣列。激發光23通過二向色鏡24，經由光學透射構件2的第一端面3進入螢光體裝置1，並由經EPD塗佈在其第二端面上的螢光體層(未顯示)接收。藉由激發的螢光體層進行波長轉換的光由光學透射構件2收集並混合。經混合的光退出光學透射構件3的第一端面3，並透射至二向色鏡24。使二向色鏡24傾斜，以反射混合的經波長轉換的光，使之偏離藉二極體雷射22之光束界定的光學軸。依據特定應用(例如，彩色的娛樂發光)，可包含另外的光學元件。
1‧‧‧螢光體裝置
2‧‧‧光學透射構件
3‧‧‧第一端面
4‧‧‧第二端面
5‧‧‧塗佈電極
6‧‧‧螢光體層
7‧‧‧熱傳遞膏
8‧‧‧散熱件
9‧‧‧塗佈浴
10‧‧‧容器
11‧‧‧反電極
20‧‧‧發光設備
22‧‧‧激發光源
23‧‧‧激發光
24‧‧‧二向色鏡
25‧‧‧內文無
U‧‧‧DC電壓源
本發明的實施例現將經由範例參照伴隨圖式敘述，其中：第1圖為根據本發明製成之一螢光體裝置之一實施例的側視圖；第2a圖為包括一光學透明電極之一光學透射構件的側視圖；第2b圖為第2a圖所示之光學透射構件浸沒於EPD浴中的示意圖；第2c圖顯示經由EPD施加螢光體層後的光學透射構件； 第3圖顯示一發光設備，其包括如第1圖所示的螢光體裝置。
1‧‧‧螢光體裝置
2‧‧‧光學透射構件
3‧‧‧第一端面
4‧‧‧第二端面
5‧‧‧塗佈電極
6‧‧‧螢光體層
7‧‧‧熱傳遞膏
8‧‧‧散熱件

Claims (15)

  1. 一種製造螢光體裝置(1)的方法，該方法包含以下步驟：提供一光學透射構件(2)，其具有一第一端面(3)及一第二端面(4)，藉此該光學透射構件(2)係設計成用於引導激發光進入經過該第一端面(3)至一配置在該第二端面(4)的螢光體層(6)上，藉此該激發光的至少一部分係藉由該螢光體層(6)進行波長轉換，且藉此該光學透射構件(2)更設計成用於至少部分地收集並引導藉由該螢光體層(6)轉換的光；在該光學透射構件(2)之該第二端面(4)附接一光學透明電極(5)；提供一螢光體(9)及一反電極(11)，該反電極(11)係設計成用於該螢光體(9)的電泳沈積；利用電泳沈積(EPD)將一螢光體層(6)沈積在該光學透明電極(5)，藉以使用該光學透明電極(5)作為一塗佈電極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光學透明塗佈電極(5)之附接係藉由將一光學透明導電層塗佈在該光學透射構件(2)之該第二端面(4)而執行。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該導電層(5)的厚度係在數nm至數十nm的範圍內。
  4. 如申請專利範圍第2或3項所述之方法，其中該層(5)包括氧化錫(TO)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅鋁、一金屬單層或石墨烯。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光學透明電極之該附接係藉由將一金屬線篩網放置在該光學透射構件之該第二端面而執行。
  6. 如前述之申請專利範圍之任一項所述之方法，其更包含以下步驟：將具有該塗佈電極(5)與附加之一反電極(11)的該光學透射構件(2)浸沒於一塗佈浴(9)中，且後者包括用於該螢光體層(6)的該螢光體。
  7. 如前述之申請專利範圍之任一項所述之方法，其中該光學透射構件(2)包括一光學透明導熱材料，特別是Al2O3、YVO4、YLF或藍寶石。
  8. 如前述之申請專利範圍之任一項所述之方法，其中該光學透射構件(2)係設計為經由其第一端面(3)及第二端面(4)間的全內反射(TIR)透射光。
  9. 如前述之申請專利範圍之任一項所述之方法，其中該光學透射構件(2)係伸長的且為具有一多邊形橫剖面，特別是三角形、矩形或六邊形橫剖面。
  10. 如前述之申請專利範圍之任一項所述之方法，其中該螢光體包括一螢光體成分或一螢光體混合物。
  11. 如前述之申請專利範圍之任一項所述之方法，其中該光學透明塗佈電極係分開成鄰接、可個別控制的電極區，其導致分隔的鄰接螢光體區。
  12. 如前述之申請專利範圍之任一項所述之方法，其更包含以下步驟：將一反射裝置(7)配置在相反於面對該光學透明電極(5)之一側的該螢光體層(6)之一側。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該反射裝置(7)包括TiO2。
  14. 如前述之申請專利範圍之任一項所述之方法，其更包含以下步驟：將一散熱件(8)配置在相反於面對該光學透明塗佈電極(5)之一側的該螢光體層(6)之一側。
  15. 一種發光設備(20)，其包括：一螢光體裝置(1)，其係根據前述之申請專利範圍之任一項製成；一激發光源(22)，其係用於發出激發光(23)；藉此設計並安排該螢光體裝置及該激發光源(22)，以致能該激發光(23)透過該光學透射構件(4)之該第一端面(3)進入該螢光體裝置(1)。
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