TW202045961A - Color conversion element - Google Patents
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Abstract
Description
本發明係關於在基板上疊層有螢光體層之顏色轉換元件。The present invention relates to a color conversion element with a phosphor layer laminated on a substrate.
例如,於用於投影機等投影裝置的螢光輪(顏色轉換元件)中,揭示一種為了提高散熱性,而將螢光部和基板以熱傳導性黏接劑接合的技術(參考例如專利文獻1)。又,於基板中之螢光部側的主面,疊層有反射層,藉此,利用以反射層將來自螢光部的光予以反射,而提高轉換效率。 [先前技術文獻] [專利文獻]For example, in a fluorescent wheel (color conversion element) used in a projection device such as a projector, a technique for bonding a fluorescent portion and a substrate with a thermally conductive adhesive to improve heat dissipation is disclosed (see, for example, Patent Document 1) . In addition, a reflective layer is laminated on the main surface of the substrate on the side of the fluorescent portion, whereby the light from the fluorescent portion is reflected by the reflective layer to improve conversion efficiency. [Prior Technical Literature] [Patent Literature]
[專利文獻1]日本特開2016-99566號公報[Patent Document 1] JP 2016-99566 A
[發明欲解決之問題][Problem to be solved by invention]
近年來,吾人期望能使顏色轉換元件中的顏色轉換的轉換效率更為提高。In recent years, we hope to improve the conversion efficiency of color conversion in the color conversion element.
是故,本發明的目的在於提供一種能提高轉換效率的顏色轉換元件。 [解決問題之方法]Therefore, the object of the present invention is to provide a color conversion element that can improve conversion efficiency. [Solving the problem]
本發明的一態樣之顏色轉換元件,其具備:基板;螢光部,配置於基板上,接收來自外部的雷射光,並射出與該雷射光為不同顏色的光;第一平坦化層,對於螢光部中之與基板為相反側之第一主面進行疊層而成;第二平坦化層,對於螢光部中之基板側的第二主面進行疊層而成;反射層,疊層於第二平坦化層中之基板側的主面,且由介電體多層膜所構成;及接合部,夾設於反射層和基板之間,並將反射層和基板加以接合。 [發明效果]One aspect of the color conversion element of the present invention includes: a substrate; a fluorescent part, which is arranged on the substrate, receives laser light from the outside, and emits light of a different color from the laser light; and a first planarization layer, The fluorescent part is formed by laminating the first main surface on the side opposite to the substrate; the second planarization layer is formed by laminating the second main surface on the substrate side of the fluorescent part; the reflective layer, It is laminated on the main surface of the second planarization layer on the substrate side and is composed of a dielectric multilayer film; and the junction part is sandwiched between the reflective layer and the substrate, and the reflective layer and the substrate are joined. [Invention Effect]
依據本發明的顏色轉換元件,可提高轉換效率。According to the color conversion element of the present invention, the conversion efficiency can be improved.
以下,使用圖式說明本發明的實施形態的顏色轉換元件。又,以下所說明的實施形態,皆為本發明的較佳具體例。因此,於以下實施形態所示的數值、形狀、材料、構成要件、構成要件的配置及連接形態等,僅為一例,其用意非用以限定本發明。因此,針對以下實施形態中的構成要件中,未記載於表示最上位概念的獨立請求項的構成要件,係作為任意的構成元件而加以說明。Hereinafter, the color conversion element according to the embodiment of the present invention will be described using drawings. In addition, the embodiments described below are all preferred specific examples of the present invention. Therefore, the numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement and connection forms of the constituent elements, etc. shown in the following embodiments are only examples, and they are not intended to limit the present invention. Therefore, among the constituent requirements in the following embodiments, the constituent requirements that are not described in the independent claim representing the highest concept are described as arbitrary constituent elements.
又,各圖為示意圖,不盡然為嚴謹圖示。各圖中,對於相同構成組件附加相同符號。Moreover, each figure is a schematic diagram, not necessarily a rigorous illustration. In each figure, the same symbols are attached to the same components.
以下,說明實施形態。Hereinafter, the embodiment will be described.
圖1係實施形態的顏色轉換元件的概略構成的示意圖。圖2係觀察包含圖1的II-II線的截面的剖面圖。Fig. 1 is a schematic diagram of the schematic configuration of the color conversion element of the embodiment. Fig. 2 is a cross-sectional view of the cross section including the line II-II in Fig. 1.
顏色轉換元件1係用於投影機等投影裝置的螢光輪。投影裝置設有半導體雷射元件以作為光源部,該半導體雷射元件係對顏色轉換元件1放射出藍紫~藍色(430~490nm)波長的雷射光L。顏色轉換元件1以從光源部所照射的雷射光L作為激發光,而放射出白色光。以下,針對顏色轉換元件1具體說明。The
如圖1和圖2所示,顏色轉換元件1具備:基板2、螢光部3、第一平坦化層6、第二平坦化層7、反射層4及接合部5。又,於以下說明中,將成為顏色轉換元件1之各疊層體的光源側的主面稱為「表面」,將其相反側的主面稱為「背面」。又,於圖1和圖2中,雷射光L以點影線表示。顏色轉換元件1中,將雷射光L所照射的區域稱為照射區R。照射區R雖為固定,但因顏色轉換元件1旋轉,故照射區R於周向相對地移動在顏色轉換元件1上。As shown in FIGS. 1 and 2, the
基板2係俯視形狀為例如圓形的基板,於其中央部形成貫通孔21。藉由將位於投影裝置內的旋轉軸裝設至貫通孔21,而使基板2能旋轉驅動。The
基板2係熱傳導率高於螢光部3的基板。藉此,可將傳導自螢光部3的熱,有效地從基板2散熱。具體而言,基板2由Al、Al2
O3
、AlN、Fe、Ti等金屬材料所形成。又,基板2只要為熱傳導率高於螢光部3者即可,亦可由金屬材料以外的材料所形成。作為金屬材料以外的材料,例舉如Si(矽)、陶瓷、藍寶石、石墨等。基板2的一表面22形成為平坦狀,於該表面22側配置螢光部3。The
螢光部3整體而言壁厚為均勻。螢光部3例如以分散狀態具備複數之由雷射光L所激發而發出螢光的螢光體的粒子(螢光體粒子34),藉由雷射光L的照射,使螢光體粒子34發出螢光。因此,螢光部3的表面31成為發光面。表面31係螢光部3中之與基板2為相反側的第一主面。又,螢光部3的背面32,係螢光部3中之基板2側的第二主面。於本實施形態中,將螢光部3的背面32的法線方向和雷射光L對螢光部3的入射方向設為大致一致。在此,「大致上一致」係表示:不僅有完全一致,亦可容許數%的誤差。又,螢光部3中之表面31及背面32,其各自的表面粗糙度Ra大於100nm。具體而言,螢光部3的表面31及背面32的各自的表面粗糙度Ra,為200nm左右。The
整體而言,螢光部3的俯視形狀形成為環狀。此螢光部3係藉由將複數之壁厚均勻的薄片狀單片33排成環狀而形成。複數之單片33為相同形狀,且為相同種類。具體而言,單片33形成為俯視梯形。又,單片33只要為薄片狀即可,其形狀可為任意形狀。作為單片33的其他俯視形狀,例舉如矩形、三角形、其他多角形等。As a whole, the planar shape of the
相鄰單片33彼此配置成相鄰的邊為大致一致。單片33含有至少一種的螢光體粒子34。於本實施形態的情形時,單片33係放射出白色光,並以適當比率包含有藉由雷射光L的照射而發出紅色的紅色螢光體、發出黄色的黄色螢光體及發出綠色的綠色螢光體之3種螢光體粒子34。The adjacent
螢光體粒子34的種類和特性並未特別限定,但因輸出較高的雷射光L成為激發光,故以熱耐受性高者為宜。又,以分散狀態保持螢光體粒子34的基材35的種類並未特別限定,但以對於激發光的波長和從螢光體粒子34所發出的光的波長為高透明性的基材35為宜。具體而言,如由玻璃或陶瓷等所成的基材35。又,螢光部3亦可為由1種的螢光體所成之多結晶體或單結晶體。The type and characteristics of the
又,於各單片33中的表面31整體,疊層有第一平坦化層6,於各單片33中的背面32整體,疊層有第二平坦化層7。In addition, the
第一平坦化層6藉由直接覆蓋螢光部3(單片33)的表面31以填補表面31的微細之凹陷而成為平坦。因此,第一平坦化層6表面的表面粗糙度Ra,小於螢光部3的表面31的表面粗糙度Ra。The
第二平坦化層7藉由直接覆蓋螢光部3(單片33)的背面32以填補背面32的微細之凹陷而成為平坦。因此,第二平坦化層7中的背面的表面粗糙度Ra,小於螢光部3的背面32的表面粗糙度Ra。具體而言,第二平坦化層7的背面的表面粗糙度Ra為20nm以下即可。又,第二平坦化層7的折射率小於螢光部3的折射率。The
第一平坦化層6及第二平坦化層7中之至少一者,其可見光透射率為90%以上。於本實施形態中,將第一平坦化層6及第二平坦化層7之各自的可見光透射率設為90%以上。具體而言,第一平坦化層6由具有透光性的材料所形成。具有透光性的材料,例舉如透明樹脂或SiO2
等。若以SiO2
形成第一平坦化層6則可提高耐熱性。例如,藉由將含有矽氧烷的糊劑材料塗佈於各單片33並加以燒結,可形成由SiO2
所成的第一平坦化層6。對於第二平坦化層7,採用與第一平坦化層6同樣的材料。又,第一平坦化層6與第二平坦化層7亦可為不同材料。At least one of the
又,第一平坦化層6及第二平坦化層7中之至少一者,其厚度為1.0μm以上。於本實施形態中,將第一平坦化層6及第二平坦化層7的各自的厚度設為相同,但相異亦可。In addition, at least one of the
於第一平坦化層6的表面整體,疊層有例如AR塗層等之反射抑制層8。利用此反射抑制層8可提高光取出效率。因第一平坦化層6的表面,因其表面粗糙度Ra較螢光部3的表面31為小,故反射抑制層8亦能以均勻的層厚疊層於第一平坦化層6的表面31上,可使反射抑制層8所具有的反射抑制性能更確實地發揮。On the entire surface of the
於第二平坦化層7的背面整體,以均勻的壁厚疊層有反射層4,該反射層4將透射過第二平坦化層7的光(從雷射光L及螢光體粒子34所放射的光)予以反射。On the entire back surface of the
反射層4係介電體多層膜。介電體多層膜係將高折射率(n=2.0~3.0)的透明介電體材料和低折射率(n=1.0~1.9)的透明介電體材料交互疊層複數層而成。介電體多層膜藉由調整材料的折射率或介電體多層膜的厚度而可達成期望的反射特性。具體而言,對於成為反射層4的介電體多層膜,可調整材料的折射率或介電體多層膜的厚度,俾使對於雷射光L和從螢光體粒子34所放射的光,其反射率變高。反射層4藉由例如濺鍍或蒸鍍等而疊層第二平坦化層7的背面。第二平坦化層7的背面,因其表面粗糙度Ra較螢光部3的背面32為小,故反射層4亦能以均勻的層厚疊層於第二平坦化層7的背面上,可使反射層4所具有的反射性能更確實地發揮。The
接合部5夾設於反射層4和基板2之間,並將反射層4和基板2加以接合。具體而言,接合部5藉由例如矽樹脂等樹脂系的黏接劑所形成。於將接合部5塗佈於基板2的表面22之後,再將各單片33的反射層4黏貼於接合部5,藉此,各單片33於基板2上成為俯視環狀的螢光部3。於此狀態下,各單片33的反射層4亦與螢光部3相仿而成為俯視環狀。The
接合部5具備第一接合部51及第二接合部52。第一接合部51及第二接合部52為均勻壁厚。第一接合部51及第二接合部52形成為以既定間隔配置於徑向的同心圓環狀。第一接合部51相較於第二接合部52,其直徑為小,並配置於該第二接合部52的內側。第一接合部51將較照射區R更位於內側的反射層4的內周部和基板2加以接合。The joining
另一方面,第二接合部52相較於第一接合部51,其直徑為大,並配置於該第一接合部51的外側。第二接合部52將較照射區R位於更外側的反射層4的外周部和基板2加以接合。On the other hand, the second
於第一接合部51和第二接合部52之間,形成對於此等第一接合部51和第二接合部52為同心圓環狀之空氣層53。第一接合部51、第二接合部52及空氣層53的中心,係顏色轉換元件1的旋轉中心。因第一接合部51和第二接合部52各自係於周向連續而成的一體物,故藉由第一接合部51和第二接合部52使空氣層53密閉。Between the first joint 51 and the second joint 52, an
空氣層53使反射層4和基板2露出。亦即,反射層4和基板2藉由空氣層53而成為接觸至空氣的狀態。The
空氣層53配置在與照射區R的至少一部分在俯視下重疊的位置。於本實施形態中,空氣層53形成為在俯視下可納入照射區R整體的位置和大小。如上所述,空氣層53係以顏色轉換元件1的旋轉中心為中心的圓環狀,因此於顏色轉換元件1旋轉的情形時,空氣層53總是對於照射區R在俯視下重疊。The
[投影裝置的動作] 其次,說明投影裝置的動作。[The operation of the projection device] Next, the operation of the projection device will be described.
於從投影裝置的光源照射雷射光L之際,顏色轉換元件1一邊旋轉驅動,一邊經由反射抑制層8及第一平坦化層6而於螢光部3接收雷射光L。此時,藉由反射抑制層8使雷射光L的反射受到抑制,因此可使大半的雷射光L確實地進入至螢光部3內。When the laser light L is irradiated from the light source of the projection device, the
於螢光部3中,一部分的雷射光L直接碰觸到螢光體粒子34。又,未直接碰觸到螢光體粒子34之一部分的雷射光L,經由第二平坦化層7於反射層4反射,而碰觸到螢光體粒子34。到達至螢光體粒子34的雷射光L,藉由螢光體粒子34轉換成白色光並放射。從螢光體粒子34所放射的白色光的一部分,從螢光部3,經由第一平坦化層6及反射抑制層8而直接被放出至外側。又,從螢光體粒子34所放射的光的其他的一部分,藉由以反射層4反射,從螢光部3經由第一平坦化層6及反射抑制層8而被放出至外側。In the
在此,於介電體多層膜所成的反射層4中,雖為少許但仍有透射過該反射層4的光。針對此狀況,於接合部5設置空氣層53。詳言之,如上所述,於照射區R中,於反射層4的正下方配置空氣層53。此情形時的臨界角θc。此情形時的臨界角θc,依司乃耳定律(Snell’s Law)以下式(1)表示。Here, in the
θc=arcsin(n2/n1)・・・(1)θc=arcsin(n2/n1)・・・(1)
在此,若將入射來源亦即螢光部3的折射率n1設為1.8,並將行進標的亦即空氣層53的折射率n2設為1.0,則臨界角θc為33.8度。又,第二平坦化層7和反射層4的厚度,相較於螢光部3的厚度或空氣層53的厚度為非常薄,僅有少許影響,故在臨界角θc的計算中可忽略。Here, if the refractive index n1 of the
另一方面,假設於接合部5未設置空氣層53的情形。亦即,於照射區R中,於反射層4的正下方配置有接合部5,且反射層4未露出的情形。於此情形時,若將入射來源亦即螢光部3的折射率n1設為1.8,將行進標的亦即接合部5的折射率n2設為1.4(接合部5為矽樹脂時的折射率),則臨界角θc為51.1度。On the other hand, suppose that the
如此,於本實施形態中,相較於在接合部5未設置空氣層53的情形,可縮小臨界角θc。換言之,可使全反射的入射角度的範圍(90度-θc)擴大。如上所述,對於反射層4,不僅有雷射光L會直接入射,尚有從各螢光體粒子34所放出的白色光亦會入射。此白色光中之對於反射層4的入射角度雖為多樣,但只要全反射的入射角度的範圍變大,則可使更多的白色光全反射。因此,可提高於介電體多層膜亦即反射層4的反射率。特別是,如上所述,若反射層4係疊層於第二平坦化層7的背面上,則可確實發揮其反射性能。In this way, in this embodiment, the critical angle θc can be reduced compared to the case where the
[效果等]
如上所述,本實施形態之顏色轉換元件1具備:基板2;螢光部3,配置於基板2上,接收來自外部的雷射光L,並放出與該雷射光L為不同顏色的光;第一平坦化層6,對於螢光部3中之與基板2為相反側的第一主面(表面31)進行疊層而成;第二平坦化層7,對於螢光部3中之與基板2側的第二主面(背面32)進行疊層而成;反射層4,疊層於第二平坦化層7中之基板側的主面(背面),且由介電體多層膜所構成;及接合部5,夾設於反射層4和基板2之間,並將反射層4和基板2加以接合。[Effects etc.]
As described above, the
藉此,於螢光部3的表面31,疊層有第一平坦化層6。因第一平坦化層6表面的表面粗糙度Ra小於螢光部3的表面31的表面粗糙度Ra,故可抑制雷射光L的光漫射,可使大半的雷射光L確實地進入至螢光部3內。亦即,可抑制漏光。Thereby, the
另一方面,於螢光部3的背面32和反射層4的表面之間,夾設有第二平坦化層7。第二平坦化層7的背面,因相較於螢光部3的背面32其表面粗糙度Ra為小,故反射層4亦能以均勻的層厚疊層於第二平坦化層7的背面上。藉此,可使反射層4所具有的反射性能更確實地發揮。On the other hand, a
如此,藉由於抑制漏光之同時,並能提高於反射層4的反射率,可提高顏色轉換元件1的轉換效率。In this way, by suppressing light leakage and increasing the reflectivity of the
在此,亦可藉由對螢光部3的表面31及背面32分別進行研磨處理,而提高其平坦性。然而,對螢光部3進行研磨處理,會導致成本大幅增加故不宜。若如上述實施形態所示,為將第一平坦化層6及第二平坦化層7疊層於螢光部3的方式,則連研磨處理亦不須進行,而能抑制製造成本。Here, the
又,接合部5,在與螢光部3中之雷射光L所照射的照射區R的至少一部分在俯視下重疊的位置,具有使反射層4露出的空氣層53。In addition, the
藉此,因空氣層53與照射區R的至少一部分在俯視下重疊,故與未設置空氣層53的情形相比,可使全反射的入射角度的範圍(90度-θc)擴大。因此,可提高於介電體多層膜亦即反射層4的反射率,可提高轉換效率。Thereby, since the
特別是,於本實施形態中,空氣層53形成為在俯視下可納入照射區R整體的位置及大小,故對於照射區R整體可提高反射率。亦即,可更提高轉換效率。In particular, in the present embodiment, the
又,於第一平坦化層6中之與螢光部3為相反側的主面(表面),疊層有反射抑制層8。In addition, a
藉此,因於第一平坦化層6的表面疊層有反射抑制層8,故可抑制雷射光L的反射。藉此,可使大半的雷射光L確實地進入至螢光部3內。Thereby, since the
又,第一平坦化層6的表面,因其表面粗糙度Ra較螢光部3的表面31為小,故反射抑制層8亦能以均勻的層厚疊層於第一平坦化層6的表面31上,可使反射抑制層8所具有的反射抑制性能更確實地發揮。In addition, since the surface roughness Ra of the
又,第一平坦化層6及第二平坦化層7中之至少一者,其可見光透射率為90%以上。In addition, at least one of the
藉此,第一平坦化層6及第二平坦化層7中之至少一者的可見光透射率為90%以上。因此,可抑制第一平坦化層6及第二平坦化層7吸收顏色轉換元件1所捕獲的光(雷射光L)及顏色轉換元件1所放出的光(白色光)。因此,可更提高顏色轉換元件1的轉換效率。Thereby, the visible light transmittance of at least one of the
又,第二平坦化層7的折射率小於螢光部3的折射率。In addition, the refractive index of the
藉此,因第二平坦化層7的折射率小於螢光部3的折射率,故可提高反射層4的反射率。因此,可更提高顏色轉換元件1的轉換效率。Thereby, since the refractive index of the
又,第一平坦化層6及第二平坦化層7中之至少一者,其厚度為1.0μm以上。In addition, at least one of the
於螢光部3的表面31及背面32中,各自之凸部頂點與凹部頂點的厚度方向的間隔,大致為1.0μm以下。若第一平坦化層6及第二平坦化層7中之至少一者的厚度為1.0μm以上,則可填補螢光部3的表面31及背面32的各自的凹部,可確實達成平坦化。In the
又,第一平坦化層6及第二平坦化層7中之至少一者,由SiO2
所形成。In addition, at least one of the
藉此,因第一平坦化層6及第二平坦化層7中之至少一者由SiO2
所形成,故可提高第一平坦化層6及第二平坦化層7的耐熱性。因此,可實現長期穩定的顏色轉換元件1,結果,亦可使轉換效率長期穩定。Thereby, since at least one of the
又,第二平坦化層7中之反射層4側的主面(背面),其表面粗糙度Ra為20nm以下。In addition, the main surface (back surface) on the
藉此,因第二平坦化層7的背面的表面粗糙度Ra為20nm以下,故可抑制反射率的下降。圖3係實施形態之疊層有反射層4之基材的表面粗糙度Ra與反射率之關係圖。如圖3所示,於波長450nm~800nm的範圍中,基材的表面粗糙度Ra越小,反射率的下降越小。因此,將疊層有反射層4的第二平坦化層7的背面的表面粗糙度Ra設為20nm以下。又,若第二平坦化層7的背面的表面粗糙度Ra為10nm以下,可抑制反射率的下降,若為5nm以下則可更抑制反射率的下降,若為2nm以下,可又更抑制反射率的下降。Thereby, since the surface roughness Ra of the back surface of the
又,螢光部3係藉由將包含至少一種螢光體(螢光體粒子34)的薄片狀之複數之單片33排列成面狀而形成。In addition, the
藉此,因螢光部3係由排列成面狀的複數之單片33所形成,故可使加熱時作用的應力分散。藉此,可抑制雷射光L受光時之螢光部3的變形。因此,可使螢光部3和空氣層53的位置關係穩定,可維持穩定的反射特性。Thereby, since the
在此,於整體形成為一體的螢光部的情形時,若其俯視形狀為環狀,則難以對抗應力集中,而容易產生上述不良狀況。然而,如本實施形態般,若為藉由將複數之單片33配置成環狀所形成的螢光部3,則可使應力分散,故可得到高的應力緩和效果。Here, when the phosphor portion is integrally formed as a whole, it is difficult to resist stress concentration if its planar shape is a ring shape, and the above-mentioned problems are likely to occur. However, as in the present embodiment, if it is the
又,於上述實施形態中,係以螢光部3由複數之單片33所形成的情形為例。然而,螢光部亦可為整體由一體成型所成的一體物。In addition, in the above-mentioned embodiment, the case where the
[變形例1]
其次,說明變形例1。圖4係變形例1的顏色轉換元件1A的概略構成的剖面圖,具體而言,係與圖2對應的圖。又,於此後說明中,對與實施形態的顏色轉換元件1同等的部分賦予相同符號而省略其說明,僅針對相異部分加以說明。[Modification 1]
Next,
於上述實施形態中,以於第一平坦化層6的表面疊層有反射抑制層8的情形為例。於此變形例1中,於第一平坦化層6a的表面並未設置反射抑制層,而該表面露出。於第一平坦化層6a的表面,整面形成有由微細的複數之凹部61a及凸部62a所成的凹凸構造63a。藉由對表面不具有凹凸構造63a之第一平坦化層6a,施加例如濕噴砂(wet blast)處理,而形成凹凸構造63a。第一平坦化層6a,如上所述由透明樹脂或SiO2
所形成。因成為螢光部3之基材35的材料(玻璃或陶瓷)較此等材料脆弱,故若對螢光部3施加濕噴砂處理,則螢光部3有破碎之虞。若對第一平坦化層6a施加濕噴砂處理,則可保護螢光部3本身。In the above embodiment, the case where the
如此,第一平坦化層6a中之與螢光部3為相反側的主面(表面),具有微細之凹凸構造63a。In this way, the main surface (surface) of the
藉此,因於第一平坦化層6a的表面形成微細之凹凸構造63a,故可降低該表面的反射率,可提高光的取出效率及捕獲效率。Thereby, since the fine
[變形例2]
其次,說明變形例2。圖5係變形例2的顏色轉換元件1B的概略構成的剖面圖,具體而言,係與圖2對應的圖。又,於此後說明中,對與實施形態的顏色轉換元件1同等的部分賦予相同符號而省略其說明,僅針對相異部分加以說明。[Modification 2]
Next,
於上述實施形態中,以於第一平坦化層6的表面疊層有反射抑制層8的情形為例。於此變形例2中,於第一平坦化層6b的表面並未設置反射抑制層,而該表面露出。第一平坦化層6b具備:具有透光性的基體65b;及分散於基體65b內之複數之中空粒體64b。亦即,複數之中空粒體64b以分散狀態埋設於第一平坦化層6b。In the above embodiment, the case where the
基體65b,係由前述之具有透光性的材料所形成。中空粒體64b,外殻由具有透光性的材料所形成,而其內部為含有空氣的空洞。中空粒體64b的外殻的形成材料,如為SiO2
等。亦即,中空粒體64b亦可稱為中空二氧化矽。中空二氧化矽,於較其他的中空粒體更容易製造的點為佳。The
中空粒體64b,因宜全部埋設於基體65b內,故中空粒體64b的直徑小於基體65b的厚度。再者,中空粒體64b的直徑,宜小於雷射光L的波長。如上所述,雷射光L的波長係納入於430nm~490nm的範圍之值,中空粒體64b的直徑為雷射光L的波長以下的值。藉此,可抑制雷射光L與中空粒體64b的干涉。例如,於雷射光L的波長為450nm的情形時,中空粒體64b的直徑小於450nm即可。再者,若將中空粒體64b的直徑設為雷射光L的波長的1/10以下,因可增加含量故可更降低折射率,可提高減少菲涅爾損失(Fresnel loss)的效果。具體而言,中空粒體64b的直徑為40nm以下。Since the
如此,第一平坦化層6b含有分散之複數之中空粒體64b。藉此,可使第一平坦化層6b的折射率下降,可抑制從螢光部3所放出的光於第一平坦化層6b散射。In this way, the
[變形例3]
其次,說明變形例3。圖6係變形例3的顏色轉換元件1C的概略構成的剖面圖,具體而言,係與圖2對應的圖。又,於此後說明中,對與實施形態的顏色轉換元件1同等的部分賦予相同符號而省略其說明,僅針對相異部分加以說明。[Modification 3]
Next,
於上述實施形態中,以接合部5具有空氣層53的情形為例。於此變形例3中,則以接合部5c未具有空氣層的情形為例。亦即,接合部5c將反射層4的背面整體覆蓋。藉此,接合部5c係配置於對螢光部3中之對照射區R整體在俯視下為重疊的位置。在此,接合部5c係由含有氧化物及氮化物中之至少一者之矽樹脂所形成。氧化物如為TiO2
、ZnO、Al2
O3
等。In the above-mentioned embodiment, the case where the joint 5 has the
如此,接合部5c係由含有氧化物及氮化物中之至少一者之矽樹脂所形成,且配置在與螢光部3中之雷射光L所照射之照射區R整體在俯視下重疊的位置。In this way, the
藉此,因接合部5c直接接觸到螢光部3中之照射區R,故可透過接合部5c,將來自螢光部3之最發熱處(照射區R)的熱傳導至基板2。因此,可提高散熱性。特別是,因接合部5c係由含有氧化物及氮化物中之至少一者之矽樹脂所形成,故可提高接合部5c單體的熱傳導性,可發揮更高的散熱效果。Thereby, since the
又,將接合部5c設為對螢光部3中之照射區R的至少一部在俯視下為重疊,亦可得到一定的散熱效果。In addition, the
[變形例4]
其次,說明變形例4。圖7係變形例4的顏色轉換元件1D的概略構成的剖面圖,具體而言,係與圖4對應的圖。又,於此後說明中,對與變形例1的顏色轉換元件1A同等的部分賦予相同符號而省略其說明,僅針對相異部分加以說明。[Modification 4]
Next,
於上述變形例1中,以接合部5具有空氣層53的情形為例。於此變形例4中,以接合部5d未具有空氣層的情形為例。亦即,接合部5d將反射層4的背面整體覆蓋。藉此,接合部5d係配置於對螢光部3中之照射區R整體在俯視下為重疊的位置。在此,接合部5d係由含有氧化物及氮化物中之至少一者之矽樹脂所形成。In the first modification described above, the case where the joint 5 has the
於此變形例4中,因接合部5d直接接觸到螢光部3中之照射區R,故可透過接合部5d,將來自螢光部3之最發熱處(照射區R)的熱傳導至基板2。因此,可提高散熱性。又,將接合部5d設為對螢光部3中之照射區R的至少一部分在俯視下為重疊,亦可得到一定的散熱效果。In this
[變形例5]
其次,說明變形例5。圖8係變形例5的顏色轉換元件1E的概略構成的剖面圖,具體而言,係與圖5對應的圖。又,於此後說明中,對與變形例2的顏色轉換元件1B同等的部分賦予相同符號而省略其說明,僅針對相異部分加以說明。[Modification 5]
Next,
於上述變形例2中,以接合部5具有空氣層53的情形為例。於此變形例5中,以接合部5e未具有空氣層的情形為例。亦即,接合部5e將反射層4的背面整體覆蓋。藉此,接合部5e係配置於對螢光部3中之照射區R整體在俯視下為重疊的位置。在此,接合部5e係由含有氧化物及氮化物中之至少一者之矽樹脂所形成。In the second modification described above, the case where the joint 5 has the
於此變形例5中,亦因接合部5e直接接觸到螢光部3中之照射區R,故可透過接合部5e,將來自螢光部3之最發熱處(照射區R)的熱傳導至基板2。因此,可提高散熱性。又,將接合部5e設為對螢光部3中之照射區R的至少一部分在俯視下為重疊,亦可得到一定的散熱效果。In this
[變形例6]
其次,說明變形例6。圖9係變形例6的顏色轉換元件1F的概略構成的剖面圖,具體而言,係與圖5對應的圖。又,於此後說明中,對與變形例2同等的部分賦予相同符號而省略其說明,僅針對相異部分加以說明。[Modification 6]
Next,
於上述變形例2中,以第一平坦化層6b為單層構造的情形為例。於此變形例6中,以第一平坦化層6f為複數層構造的情形為例。In the
如圖9所示,第一平坦化層6f具備:第一層610f,疊層於螢光部3的表面31;及第二層620f,疊層於第一層610f中之與螢光部3為相反側的面(表面)。As shown in FIG. 9, the
第一層610f藉由直接覆蓋螢光部3的表面31以填補表面31的微細之凹陷而成為平坦。因此,第一層610f表面的表面粗糙度Ra,小於螢光部3的表面31的表面粗糙度Ra。第二層620f係直接覆蓋第一層610f的表面,其表面的表面粗糙度Ra為與第一層610同等以上。The
於第一層610f中,未含有中空粒體64b;於第二層620f中,分散有複數之中空粒體64b。The
第一層610f與第二層620f的基體65b,可分別由SiO2
系的材料所形成。成為第一層610f的材料與成為第二層620f的基體65b的材料,可為完全相同的材料,若為SiO2
系則其添加物相異亦可。再者,就減少菲涅爾損失而言,成為第二層620f的基體65b的材料的折射率,宜低於成為第一層610f的材料的折射率。The base 65b of the
如上所述,依據變形例6的顏色轉換元件1F,第一平坦化層6f具備:第一層610f,疊層於螢光部3的表面31;及第二層620f,疊層於第一層610f中之與螢光部3為相反側的面,於第一層610f中,未含有粒體;於第二層620f中,分散有複數之粒體(中空粒體64b)。As described above, according to the
藉此,於螢光部3的表面31,疊層有未含有粒體之第一層610f,可藉由該第一層610f達到平坦化。亦即,因第一層610f表面的表面粗糙度Ra小於螢光部3的表面31的表面粗糙度Ra,故可抑制通過第二層620f的雷射光L的光漫射,可使大半的雷射光L更確實地進入至螢光部3內。因此,因可將許多的光捕獲至螢光部3內,故亦可使從螢光部3所放出的光增加。Thereby, a
[變形例7]
其次,說明變形例7。圖10係變形例7的顏色轉換元件1G的概略構成的剖面圖,具體而言,係與圖9對應的圖。又,於此後說明中,對與變形例6同等的部分賦予相同符號而省略其說明,僅針對相異部分加以說明。[Modification 7]
Next,
於上述變形例6中,以第一平坦化層6f為二層構造的情形為例。於此變形例7中,以第一平坦化層6g為四層構造的情形為例。In the above-mentioned
如圖10所示,第一平坦化層6g具備:第一層610f;第二層620g,疊層於第一層610f中之與螢光部3為相反側的面(表面;第三層630g,疊層於第二層620g中之與螢光部3為相反側的面(表面);及第四層640g,疊層於第三層630g中之與螢光部3為相反側的面(表面)。As shown in FIG. 10, the
在此,於第一層610f中,未含有中空粒體64b,而於第二層620g、第三層630g及第四層640g中,分散有複數之中空粒體64b。具體而言,中空粒體64b的濃度(密度),具有第二層620g<第三層630g<第四層640g之關係性。如此,各層(第一層610f~第四層640g)中複數之中空粒體64b的濃度,係決定為以整體觀察第一平坦化層6g隨著越遠離螢光部3而漸增。藉此,於第一平坦化層6g內,折射率隨著越遠離螢光部3而漸減。亦即,第一平坦化層6g的折射率,隨著越遠離螢光部3而越接近空氣的折射率。例如,第一層610f的折射率為1.5,第二層620g的折射率為1.4,第三層630g的折射率為1.3,第四層640g的折射率為1.2,隨著越遠離螢光部3而越接近空氣的折射率。Here, in the
又,成為各層的基體的材料,分別由SiO2
系的材料所形成即可。成為各層的基體的材料,可為完全相同的材料,若為SiO2
系則其添加物相異亦可。於此情形時,亦可選擇如各層的基體所成之折射率隨著越遠離螢光部3而緩慢變低之材料。In addition, the material used as the base of each layer may be formed of a SiO 2 system material. The material used as the matrix of each layer may be completely the same material, and if it is an SiO 2 system, the additives may be different. In this case, a material whose refractive index formed by the matrix of each layer gradually decreases as the distance from the
作為第一平坦化層6g的製造方法,如為藉由對SiO2
系的粉末材料,添加依照各層濃度的量的中空粒體64b,而製作與各層對應之複數之準備材料。其後,對螢光部3的表面31配置成為第一層610f之準備材料並進行燒結,藉此而形成第一層610f。接著,於第一層610f的表面,配置成為第二層620g之準備材料並燒結,藉此而形成第二層620g。接著,於第二層620g的表面,配置成為第三層630g之準備材料並燒結,藉此而形成第三層630g。接著,於第三層630g的表面,配置成為第四層640g之準備材料並燒結,藉此而形成第四層640g。藉此,形成第一平坦化層6g。As a method for producing the
如上所述,依據變形例7之顏色轉換元件1G,複數之粒體(中空粒體64b)的濃度,於第一平坦化層6g內隨著越遠離螢光部3而漸增。As described above, according to the
藉此,於第一平坦化層6g內,折射率隨著越遠離螢光部3而漸減。因此,可大幅減少菲涅爾損失。Thereby, in the
又,第一平坦化層6g係由複數之層(第一層610f,第二層620g,第三層630g及第四層640g)所形成,各層中之複數之粒體(中空粒體64b)的濃度,係決定為以整體觀察第一平坦化層6g隨著越遠離螢光部3而漸增。In addition, the
藉此,因第一平坦化層6g係由中空粒體64b的濃度相異之複數層所形成,故於製造上,容易控制各層的中空粒體64b的濃度。因此,亦容易控制各層的折射率。Thereby, since the
又,第一平坦化層可為三層構造,亦可為五層以上之層構造。In addition, the first planarization layer may have a three-layer structure or a five-layer structure or more.
[變形例8]
其次,說明變形例8。圖11係變形例8的顏色轉換元件1H的概略構成的剖面圖,具體而言,係與圖5對應的圖。又,於此後說明中,對與變形例2同等的部分賦予相同符號而省略其說明,僅針對相異部分加以說明。[Modification 8]
Next,
於上述變形例7中,以第一平坦化層6g由複數層所形成,且各層中之複數之中空粒體64b的濃度相異的情形為例。於此變形例8中,第一平坦化層6h為單層,且於該層內中空粒體64b的濃度相異。具體而言,於第一平坦化層6h內,複數之中空粒體64b的濃度,隨著越遠離螢光部3而漸增。藉此,於第一平坦化層6h內,折射率隨著越遠離螢光部3而漸減。因此,可大幅減少菲涅爾損失。In the
[變形例9]
於上述實施形態中,以將顏色轉換元件1應用於投影裝置的情形為例進行說明,但顏色轉換元件亦可用於照明裝置。於此情形時,因顏色轉換元件不旋轉,故亦可非為輪狀。以下,說明用於照明裝置的顏色轉換元件的一例。[Modification 9]
In the above-mentioned embodiment, a case where the
圖12係變形例9的照明裝置100的概略構成示意圖。如圖12所示,照明裝置100具備:光源部101、導光構件102及顏色轉換元件1I。又,圖12中,省略顏色轉換元件1I所具備之第一平坦化層、第二平坦化層及反射抑制層的圖示。FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a
光源部101係產生雷射光L1並將雷射光L1經由導光構件102供給至顏色轉換元件1F的裝置。例如,光源部101係放射出藍紫~藍色(430~490nm)波長的雷射光L1的半導體雷射元件。導光構件102係將光源部101所放射的雷射光L1導引至顏色轉換元件1I的導光構件,例如為光纖等。The
顏色轉換元件1I的基板2i於俯視下為矩形,於其一表面22i,隔著接合部5i疊層有反射層4i及螢光部3i。螢光部3i於俯視下形成為矩形,於該基板2i側的主面整體,疊層有由介電體多層膜所成的反射層4i。接合部5i形成為對於螢光部3i的外周緣為連續的框狀。藉此,於接合部5i的內側,形成使反射層4i露出的空氣層53i。空氣層53i係配置於對於雷射光L1的照射區R1在俯視下重疊的位置。The
如此,於變形例9的照明裝置100中,亦為空氣層53i在與螢光部3i中之照射區R1的至少一部在俯視下重疊的位置,使反射層4i露出。因此,與未設有空氣層53i的情形時相比,亦可擴大全反射的入射角度的範圍(90度-θc)。因此,可提高於介電體多層膜亦即反射層4i的反射率,可提高轉換效率。In this way, in the
又,於用於照明裝置的顏色轉換元件中,螢光部亦可由複數之單片所形成。In addition, in the color conversion element used in the lighting device, the fluorescent part may also be formed by a plurality of single pieces.
[變形例10]
其次,說明變形例10。圖13係變形例10的顏色轉換元件1J的概略構成的剖面圖,具體而言,係與圖2對應的圖。又,於此後說明中,對與實施形態的顏色轉換元件1同等的部分賦予相同符號而省略其說明,僅針對相異部分加以說明。[Modification 10]
Next,
於上述實施形態中,以於第一平坦化層6的表面疊層有例如AR塗層等之反射抑制層8的情形為例。於此變形例10的顏色轉換元件1J中,則於第一平坦化層6的表面,疊層有與AR塗層相異之反射抑制層8j。In the above embodiment, the case where the
反射抑制層8j具備:基層81j,具有透光性;及複數之氣泡82j,分散於基層81j內。The
基層81j,由前述之具有透光性的材料所形成。氣泡82j係由空氣所構成的氣泡,並埋設於基層81j內。因此,氣泡82j的直徑,小於基層81j的厚度。再者,氣泡82j的直徑,宜小於雷射光L的波長。如上所述,因雷射光L的波長係納入於430nm~490nm的範圍的值,氣泡82j的直徑為雷射光L的波長以下的值。藉此,可抑制雷射光L與氣泡82j的干涉。例如,雷射光L的波長為450nm的情形時,氣泡82j的直徑小於450nm即可。再者,若將氣泡82j的直徑設為雷射光L的波長的1/10以下,因可更增加含量故可更降低折射率,可提高減少菲涅爾損失的效果。具體而言,氣泡82j的直徑為40nm以下。The
如此,因反射抑制層8j於具有透光性的基層81j內分散有複數之氣泡82j,故可提高減少菲涅爾損失的效果,可抑制雷射光L的反射。In this way, since the
在此,於形成AR塗層以作為反射抑制層8時必須有乾式處理。於實施乾式處理時,因作業區的真空化為必須,故導致製造裝置的大型化。另一方面,於本變形例的反射抑制層8j中,雖形成分散有複數之氣泡82j的基層81j,但此亦可於不須真空化的濕式處理中形成。亦即,可抑制製造裝置的大型化,結果能削減製造成本。Here, dry processing is necessary when forming the AR coating as the
[變形例11]
其次,說明變形例11。圖14係變形例11的顏色轉換元件1K的概略構成的剖面圖,具體而言,係與圖13對應的圖。又,於此後說明中,對與變形例10的顏色轉換元件1J同等的部分賦予相同符號而省略其說明,僅針對相異部分加以說明。[Modification 11]
Next,
於上述變形例10中,以僅將氣泡82j分散於基層81j內的情形為例。於此變形例11的顏色轉換元件1K中,將由所凝聚的複數之微粒子83k所構成的空間設為氣泡82k。In the
具體而言,顏色轉換元件1K所具備的反射抑制層8k具有:基層81k,由前述之具有透光性的材料所形成;及複數之微粒子群84k,分散於基層81k內。Specifically, the
複數之微粒子群84k,各自係凝聚有複數之微粒子83k的狀態者。微粒子83k,由具有例如SiO2
等之具有透光性的材料所形成。微粒子83k係實心的粒子。於微粒子群84k的中央,存有因凝聚有複數之微粒子83k而封閉的空間。此空間係氣泡82k。氣泡82k宜設為與變形例10的氣泡82j為相同大小。又,於微粒子83k中,亦可設為與變形例2的中空粒體64b為相同大小。The
如此之於基層81k含有複數之微粒子群84k的反射抑制層8k,例如,藉由濕式處理的一例之周知的溶膠凝膠法所形成。因此,亦可將反射抑制層8k稱為溶膠凝膠層。In this way, the
如此,反射抑制層8k中,因係將由凝聚於基層81k內的複數之微粒子83k所形成的空間設為氣泡82k,故藉由複數之氣泡82k而提高減少菲涅爾損失的效果,可抑制雷射光L的反射。In this way, in the
[變形例12]
其次,說明變形例12。圖15係變形例12的顏色轉換元件1M的概略構成的剖面圖,具體而言,係與圖5對應的圖。又,於此後說明中,對與變形例2的顏色轉換元件1B同等的部分賦予相同符號而省略其說明,僅針對相異部分加以說明。[Modification 12]
Next, modification 12 will be described. 15 is a cross-sectional view of the schematic configuration of the
於變形例2中,以第一平坦化層6b具備基體65b及分散於基體65b內的複數之中空粒體64b的情形為例。於此變形例12的顏色轉換元件1M中,以於第一平坦化層6m的基體65m內分散有複數之氣泡82m作為粒體的情形為例。In
第一平坦化層6m具備:基體65m,具有透光性;及複數之氣泡82m,分散於基體65m內。基體65m,由前述之具有透光性的材料所形成。氣泡82m係由空氣所構成的氣泡,並埋設於基體65m內。又,氣泡82m亦可為所凝聚的複數之微粒子所構成的空間。氣泡82m宜設為與變形例10的氣泡82j為相同大小。The
如此,因第一平坦化層6m於具有透光性的基體65m內分散有複數之氣泡82m,故可提高減少菲涅爾損失的效果,可抑制雷射光L的反射。亦即,能將第一平坦化層6m用作為反射抑制層。In this way, since the
[其他實施形態] 以上,針對本發明的照明裝置,基於上述實施形態和各變形例而進行說明,但本發明不限於上述實施形態及各變形例。[Other embodiments] As mentioned above, the lighting device of the present invention has been described based on the above-mentioned embodiment and each modification, but the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment and each modification.
例如,於上述實施形態中,係以螢光部3整體由放射出白色光的單片33所形成的情形為例。然而,於螢光部發出多色光的情形時,螢光部中放射出各顏色的部位,亦可由相同種類的單片所形成。例如,假設將紅色螢光部、綠色螢光部及藍色螢光部之3層排列成面狀而成之螢光部的情形。紅色螢光部由含有紅色螢光體的相同種類的複數之單片所形成。藍色螢光部由含有藍色螢光體的相同種類的複數之單片所形成。綠色螢光部由含有綠色螢光體的相同種類的複數之單片所形成。For example, in the above-mentioned embodiment, the case where the
又,於變形例2等中,係以中空粒體64b等為例。然而,第一平坦化層的基體中所分散的粒體亦可為實心的粒體。於實心的粒體的情形時,該粒體的折射率小於第一平坦化層的基體的折射率即可。藉此,可使第一平坦化層的折射率下降,可抑制所照射的雷射光L於第一平坦化層表面的菲涅爾反射。In addition, in the modified example 2 and the like, the
此外,對於上述實施形態施加所屬技術領域中具通常知識者所思及之各種變形而獲得的形態、或於不脫離本發明意旨的範圍任意組合實施形態和各變形例中之構成要素和功能而實現的形態,亦包含於本發明。In addition, the above-mentioned embodiment is a form obtained by applying various modifications that a person having ordinary knowledge in the technical field thinks of, or arbitrarily combining the constituent elements and functions in the embodiment and each modification without departing from the scope of the present invention. The implementation form is also included in the present invention.
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H,1I,1J,1K,1M:顏色轉換元件
2,2i:基板
3,3i:螢光部
4,4i:反射層
5,5c,5d,5e,5i:接合部
6,6a,6b,6f,6g,6h,6m:第一平坦化層
7:第二平坦化層
8,8j,8k:反射抑制層
21:貫通孔
22,22i:表面
31:表面(第一主面)
32:背面(第二主面)
33:單片
34:螢光體粒子
35:基材
51:第一接合部
52:第二接合部
53,53i:空氣層
61a:凹部
62a:凸部
63a:凹凸構造
64b:中空粒體(粒體)
65b,65m:基體
81j,81k:基層
82j,82k,82m:氣泡
83k:微粒子
84k:微粒子群
100:照明裝置
101:光源部
102:導光構件
610f:第一層
620f,620g:第二層
630g:第三層
640g:第四層
L,L1:雷射光
R,R1:照射區1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1I, 1J, 1K, 1M:
【圖1】圖1係實施形態的顏色轉換元件的概略構成的示意圖。
【圖2】圖2係觀察包含圖1的II-II線的截面的剖面圖。
【圖3】圖3係實施形態之疊層有反射層之基材的表面粗糙度Ra及反射率的關係圖。
【圖4】圖4係變形例1的顏色轉換元件的概略構成的剖面圖。
【圖5】圖5係變形例2的顏色轉換元件的概略構成的剖面圖。
【圖6】圖6係變形例3的顏色轉換元件的概略構成的剖面圖。
【圖7】圖7係變形例4的顏色轉換元件的概略構成的剖面圖。
【圖8】圖8係變形例5的顏色轉換元件的概略構成的剖面圖。
【圖9】圖9係變形例6的顏色轉換元件的概略構成的剖面圖。
【圖10】圖10係變形例7的顏色轉換元件的概略構成的剖面圖。
【圖11】圖11係變形例8的顏色轉換元件的概略構成的剖面圖。
【圖12】圖12係變形例9的顏色轉換元件的概略構成的剖面圖。
【圖13】圖13係變形例10的顏色轉換元件的概略構成的剖面圖。
【圖14】圖14係變形例11的顏色轉換元件的概略構成的剖面圖。
【圖15】圖15係變形例12的顏色轉換元件的概略構成的剖面圖。[Fig. 1] Fig. 1 is a schematic diagram of the schematic configuration of the color conversion element of the embodiment.
[Fig. 2] Fig. 2 is a cross-sectional view of the cross section including the II-II line of Fig. 1 as viewed.
[Fig. 3] Fig. 3 is a graph showing the relationship between the surface roughness Ra and the reflectance of the substrate with the reflective layer laminated in the embodiment.
Fig. 4 is a cross-sectional view of the schematic configuration of the color conversion element of
1:顏色轉換元件 1: Color conversion components
2:基板 2: substrate
3:螢光部 3: Fluorescent part
4:反射層 4: reflective layer
5:接合部 5: Joint
6:第一平坦化層 6: The first planarization layer
7:第二平坦化層 7: The second planarization layer
8:反射抑制層 8: Reflection suppression layer
22:表面 22: Surface
31:表面(第一主面) 31: Surface (first main surface)
32:背面(第二主面) 32: Back (second main surface)
33:單片 33: single chip
34:螢光體粒子 34: Phosphor particles
35:基材 35: Substrate
51:第一接合部 51: The first joint
52:第二接合部 52: second joint
53:空氣層 53: Air layer
L:雷射光 L: Laser light
R:照射區 R: Irradiation area
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