TW202104468A - 用於波長轉換裝置之耐高溫反射層 - Google Patents

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Abstract

本案揭露諸如磷光輪的波長轉換裝置包括：基板，反射層、及於反射層上的波長轉換層。反射層包括(A)無機黏合劑或有機矽酮；及(B)反射性奈米顆粒。奈米顆粒具有約200奈米至約500奈米(包含自約350耐米至約450奈米)的粒度。反射層具有高熱穩定性。亦揭露製作此波長轉換裝置的方法。

Description

用於波長轉換裝置之耐高溫反射層
本揭露內容涉及具有抵抗高溫反射層的波長轉換裝置，如磷光輪。它們因此特別適合用於使用固態雷射作為光源的投影顯示系統及光學光轉換裝置。
磷光輪可用於從單一光源生成具有不同波長的光。輪包括帶有不同顏色的表面區段的圓形基板。當輪有(從光源)入射光照射在輪上旋轉時，表面區段把光轉換成不同波長。
對反射型磷光輪而言，基板反射光，且因此將基板的反射能力最大化為符合需求的。對約420奈米至680奈米的波長而言，鋁(Al)塗佈基板典型地具有94%的平均反射能力，而銀(Ag)塗佈基板具有98％的平均反射率。
然而，穩定性及耐久性亦為反射型波長轉換裝置關注的問題。在數百小時的高溫(高於150°C)工作後，在塗佈銀的基板上觀察到雷射入射區域的焦化。銀離子在高溫下進入塗佈層的遷移可能為造成此種影響的原因。這可導致9%的光學性能損失。
具有高反射率(>95％)的有機矽酮已被用於形成波長轉換裝置的反射層。然而，它們具有較差的熱穩定性.在超過200°C的溫度下，矽酮會降解，通常開始變成黃色，並逐漸開始焦化。在超過195°C的溫度下，約1000小時後，反射層上的磷光層亦出現裂紋。這不符合需求地導致磷光輪的短使用壽命，且由於熱淬火，觀察到光轉換效率急劇下降(在200°C時>10％)。在具有高亮度的應用中(例如，300W的雷射功率)，磷光輪的操作溫度通常預期會高於200°C，因此矽酮的使用為不符合需求的。
符合需求的是在基板整個生命週期皆帶有高反射率的。在低成本的情況，增加基板反射率同時維持並提高可靠的壽命性能亦為符合需求的。此等基板及反射性塗佈/反射層可有利地運用於各種應用中，如在此等系統中使用的光隧道、投影顯示系統、及如磷光輪的光學轉換裝置。
本揭露內容涉及用於在波長轉換裝置(如磷光輪或色輪)中形成反射層的複合物；含有某些材料的反射層；及含有此等反射層的波長轉換裝置。此等反射層在高操作溫度(例如，高於200°C及高於250°C)下抗高溫降解。本文亦揭露用於製作及使用此等複合物、層、及裝置的方法。
本文的各種實施例中揭露波長轉換裝置，包括：基板；基板上的反射層；及反射層上的波長轉換層。此反射層包括(A)黏合劑；及(B)具有粒度為約200奈米至約500奈米的的反射性奈米顆粒。
在一些實施例中，反射性奈米顆粒為純二氧化鈦(TiO2 )、或氧化鋁(Al2 O3 )、或氧化鎂(MgO)。在其他實施例中，反射性奈米顆粒為用有機醇、矽氧烷、氧化鋁(Al2 O3 )、二氧化鋯(ZrO2 )、或二氧化矽(SiO2 )進行表面改性的二氧化鈦TiO2 。
反射層可具有約0.05毫米至約0.15毫米的厚度。(B)反射性奈米顆粒及(A)黏合劑的重量比值可自約1:2.5至約1:0.8。
黏合劑可為有機黏合劑或無機黏合劑。有機黏合劑的範例包含矽酮，如八甲基三矽氧烷。無機黏合劑的範例包含矽酸鈉。
對於具有波長自約420奈米至約680奈米的光，反射層符合需求地具有至少95％的反射率。磷光層包括分散在玻璃、或晶體、或陶瓷材料中的磷光顆粒。基板可具有圓盤狀。波長轉換裝置可進一步包括用於旋轉基板的發動機。基板可為金屬、非金屬材料、或複合材料。
亦揭露包括本文描述的波長轉換裝置之光投影系統。
在各種實施例中亦揭露製作波長轉換裝置的方法，包括以下之步驟：將複合物施加到基板上以形成基板上的反射層，複合物包括(A)黏合劑；及(B)具有粒度為約200奈米至約500奈米的的反射性奈米顆粒；及在反射層上形成波長轉換層。
施加到基板時，複合物可具有約0厘泊(cP)至約1500cP的黏度。此等方法可進一步包括在約85°C至約150°C的溫度固化複合物之步驟。可藉由分配、噴塗、刷塗、流動、塗佈、或絲版印刷施加複合物。
下文更具體地揭露本揭露內容的此等及其他非限制性特徵。
可參考附圖獲得對本文揭露的組件、程序、及設備更完整的理解。此等附圖僅為基於方便及說明本揭露內容的示意圖，因此，並非旨在指示設備或其組件的相對大小與尺寸及/或定義或限制範例性實施例的範圍。
儘管為了清楚起見在以下描述中使用特定術語，但此等些術語僅旨在表示在附圖中選擇用於說明的實施例的特定結構，並非旨在界定或限制本揭露內容範圍。在附圖及以下描述中，應當理解，相同的數字標記指代相同功能的組件。
除非上下文另外明確指定，否則單數形式「一(a)」、「一(an)」、以及「該(the)」包含複數所指物。
如本文使用的術語，如說明書及請求項中所用的，術語「包括」、「包含」、「具有(having)」、「具有(has)」、「能」、「含有」、及其變體意圖指開放式中介詞、術語、或詞語，此等開放式中介詞、術語、或詞語係指需要存在所述成分/步驟並允許存在其他成分/步驟的開放式中介詞，術語或詞語。然而，如此描述應被解釋成亦將組合物或方法描述為「由...組成」及「基本上由...組成」所列舉的成分/步驟，這允許僅存在指定的成分/步驟，及可能由此產生的任何不可避免的雜質，且排除其他成分/步驟。
為確定所述的值，當數值的有效數字及數值被減化至與所述值相同，而此等數值與所述值的差值小於本申請案中所述類型的常規量測技術的實驗誤差時，本申請說明書及請求項中的數值應當理解成包含此等數值。
本文揭露的所有範圍均包含所列舉端點且可獨立組合(舉例而言，「自2克至10克」的範圍包含端點、2克與10克、及所有中間值)。
術語「約」及「大約」能用於包含在不改變該值的基本功能的前提下之任何能變異的數值。當與範圍一起使用時，「約」及「大約」亦揭露由兩個端點的絕對值定義的範圍，如「約2至約4」，亦揭露範圍「自2至4」。一般而言，術語「約」及「大約」可指所指示數的正負10％。
如本文所用，術語「激發光」及「激發波長」可指隨後被轉換的輸入光，例如，藉由基於雷射照明源或其他光源產生的光。術語「發射光」及「發射波長」可指轉換光，例如，藉由暴露於激發光的磷光體產生的結果光。
如本文所用，術語「無機」意指「無機」物件不含有任何碳。為免造成惑，本揭露內容的術語「無機黏合劑」、「無機黏著劑」、「無機塗佈」、及「無機黏著劑」不含有碳.
作為參考，紅色通常係指具有約780奈米至約622奈米的波長的光。綠色通常係指具有約577奈米至約492奈米的波長的光。藍色通常係指具有約492奈米至約455奈米的波長的光。黃色通常係指具有約597奈米至約577奈米的波長的光。然而，這可能取決於上下文。例如，此等顏色有時用於標記各種部件並區分此等部件。
本揭露內容涉及波長轉換裝置，包含具有某些複合物的反射層。特別是，反射層包括(A)黏合劑，黏合劑可為有機或無機；及(B)具有約200奈米至約500奈米的粒度，包含自約350奈米至約450奈米，的反射奈米顆粒。此等反射層將在高溫(例如，高於200°C或250°C)下操作，同時保持其他光學及機械參數，如總反射率百分比。
反射層是否保持高穩定性可藉由兩種方法中的任何一種決定。在第一個方法中，將使用反射層的磷光輪放入烤箱中，並於250°C下老化。每100小時測試反射率達至少500小時，並觀察反射層是否有裂紋存在。若在300、400、及500小時的量測值之間反射率變化小於2％，且反射層中沒有裂紋，則認為反射層保持高穩定性。在第一個方法中，將使用反射層的磷光輪放入烤箱中，並於250°C下老化。每100小時測試磷光輪的轉換效率達至少500小時，並觀察反射層是否裂紋。若在300、400、及500小時的量測值之間轉換效率變化小於2％，且反射層中沒有裂紋，則認為反射層保持高穩定性。只有通過這兩種方法之一種才能認為反射層已保持高穩定性。
現回到圖1A及圖1B，描繪本揭露內容的波長轉換裝置。此波長轉換裝置以磷光輪100的形式示意。圖1A為磷光輪100的示意圖示，且圖1B為磷光輪100的側面剖視圖。磷光輪100包含上面形成反射層120的基板110，並於反射層120之上施加磷光層130。反射層是由本文進一步描述的複合物所形成。如此處所示意，反射層120是由以元件符號121標記的無機黏合劑、及以元件符號122標記的有機矽酮(A)的反射性奈米顆粒形成。
基板110典型為具有高熱導性的金屬，例如，鋁或鋁合金、銅或銅合金、銀或銀合金、或具有高熱導性的另一個金屬。基板亦可，例如，以非金屬材料或複合材料(如玻璃、藍寶石、或鑽石)製成。基板可典型地為圓盤或環狀。基板表面的光滑度或粗糙度無關緊要。然而，上面形成有反射層120的基板表面是乾淨的、且在基板表面上沒有污漬、油、有機殘留物或生物殘留物的基板表面為符合需求的。對低-表面能量表面而言，可藉由上底漆或特殊的表面處理(例如，化學或等離子蝕刻及臭氧清潔)來改善附著力。
磷光層130含有至少一個磷光體。適合磷光體的範例包含釔鋁石榴石(YAG)、矽酸鹽、及氮化物。磷光體可具有自約10微米至約30微米的粒度。磷光層通常為環形磷光區段形式，其中含有不同類型的磷光體，以將激發光轉換成綠、黃、或紅色。一般而言，藍光雷射(具有約440奈米至約460奈米的波長)用於激發磷光輪上的磷光區段。磷光輪亦可具有一個或更多個間隙以使通過的藍源光並未被轉換。
可藉由將基板裝配在發動機上以高速旋轉的方式使用圖1A及圖1B的磷光輪100。雖然此裝置亦可在靜態(非旋轉)配置中使用，在如此情況下，它可能不被稱作磷光輪，一般的情況下，在使用期間基板旋轉。藉由圍繞軸A-A旋轉的箭頭來描繪圖1A中磷光輪的旋轉，箭頭通過基板110並垂直於基板110的平面表面。結果，依次生成不同波長的光。
如圖1A及圖1B中所見，來自光源(未示出)的激發波長的激發光123(即，激發或輸入光)(例如，基於雷射的照明源)聚焦在磷光層上。藉由磷光層生成發射波長的發射光124(即，被發射或轉換的光)。在此方法中，磷光層將光譜從譜波長的第一範圍的激發光轉換成譜波長的第二不同範圍的發射(或再發射)光。當激發波長123的光(例如，雷射束藍光)聚焦在磷光層上時，發射波長124的光(例如，黃光)將在所有方向上發射，包含朝向基板。反射層120用於反射並重定向此被發射的光，使此被發射的光遠離基板，從而使被發射的光在與接收激發光的基板相同的一側發射。可(例如，藉由透鏡)收集被發射的光，並用於隨後的下游程序中。
反射層120包括(A)黏合劑，黏合劑可為有機或無機；及(B)具有約200奈米至約500奈米的粒度的反射性奈米顆粒。在更具體地實施例中，反射性奈米顆粒具有約350奈米至約450奈米的粒度。
對黏合劑(A)而言，適合材料應於-45°C至250°C(-49°F至+482°F)的溫度範圍內可長週期(至少20,000小時)操作。符合需求地，黏合劑可在200°C以上的溫度下長時間操作。黏合劑(A)可為有機黏合劑或無機黏合劑。
有機黏合劑的一個範例為有機矽酮，如八甲基三矽氧烷，有機矽酮為反射性樹脂。可從Dow或Sumitomo Chemical購得此等矽酮。有機矽酮可在塗佈前與有機溶劑混合，其中可包括甲基矽氧烷。有機溶劑的一個範例由Dow Corning公司以OS-20的名稱出售(的產品)。此為一種揮發性溶劑，用作調節溶液的黏度的稀釋劑。根據程序要求將混合的矽酮/溶劑製成均質材料，且可在將混合物放入混合機中混合之前添加矽油稀釋劑以調節黏度。
替換地，黏合劑(A)可為具有某些特徵的無機黏合劑。符合需求地，無機黏合劑的熱膨脹係數(CTE)為約0.5ppm/°C至約25ppm/°C。在特定實施例中，無機黏合劑為矽酸鈉。矽酸鈉為化學式(Na2 SiO3 )n 的通用名稱，可替換地被視為聚合物，如下化學式(I)所示。
Figure 02_image001
化學式(I)
矽酸鈉具有無水形式及水合形式Na2 SiO3 ·n H2 O，其中n=5、6、8、或9。矽酸鈉的特徵可在於二氧化矽(SiO2 )及氧化鈉(Na2 O)的重量比值。SiO2 :Na2 O的重量比值可從2：1至3.75：1不等。在特定實施例中，SiO2 :Na2 O的重量比值為自約2.5:1至約3.75:1、或約2:1至約3:1。矽酸鈉通常以水溶液形式提供。
在其他實施例中，無機黏合劑可由矽酸鈉之外的其他無機材料製成。此等無機材料可為矽酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽、或無機溶膠-凝膠。無機溶膠-凝膠的範例包含由二氧化矽(SiO2 )或氧化鋁(Al2 O3 )製成的溶膠-凝膠。
在另一個範例實施例中，無機黏合劑由第一及第二成分形成。下表提供所用無機黏合劑的總溶解固體(TDS)特徵：
名稱 外觀 黏度 (mPa·sec) 密度 (g/cm3 ) 固體 含量
第一成分 半透明液體 1~50 0.8~1.3 >10%
第二成分 透明液體 0~50 0.6~1.0 >10%
藉由混合第一成分及第二成分並於自約25至約30℃的溫度下攪拌約2至約3小時的時間，來製備此特定的無機黏合劑。第一成分及第二成分的比例為自約1：1至約7：3。
符合需求地。無機黏合劑(A)大致上為光學透明的(例如，無機黏合劑的光透射率為至少80％，包含90％到98％)。例如，使用從Idea Opticals獲得的分光光度計以約0.1毫米至約0.2毫米的厚度進行量測。相反地，許多無機黏合劑為不透明的。
在特定實施例中，本揭露內容的無機黏合劑具有耐高溫的能力(例如，高於200°C、包含300°C或更高、及最高400°C)、具有高透光率(例如，至少98％)、具有高抗張強度(例如，在300°C時至少為100psi)、可藉由柔性的塗佈程序(例如，分配、絲版印刷、噴塗)施加、且具有低固化溫度(例如，低於185°C)。
反射層亦含有反射性奈米顆粒(B)。據信，反射性奈米顆粒的存在降低黏合劑(A)的收縮率，減少裂紋及氣泡的形成。這避免組裝期間的應力，並提高反射層對基板的黏合強度。理想地，反射性奈米顆粒的熱膨脹係數應盡可能接近黏合劑(A)的熱膨脹係數，且它們的密度亦應盡可能接近，以避免成分分層。
反射性奈米顆粒具有約200奈米至約500奈米的粒度，包含自約300耐米至約500奈米及自約350耐米至約450奈米。反射性奈米顆粒可由純二氧化鈦(TiO2 )或改性TiO2 製成。可用有機乙醇、矽氧烷、氧化鋁(Al2 O3 )、二氧化鋯(ZrO2 )、或二氧化矽(SiO2 )對改性TiO2 奈米顆粒進行表面改性。在較佳實施例中，反射性奈米顆粒為純TiO2 。
(B)反射性奈米顆粒及(A)黏合劑的重量比值可為約1:2.5至約1:0.8，包含自約1:2至約1:1。反射性奈米顆粒(B)應與黏合劑(A)混合，隨後可在使用前將其冷藏。例如，奈米顆粒可與黏合劑混合兩次，每次以800轉/分的轉速混合約2分鐘，隨後在約4°C的冷藏溫度下混合約24小時。符合需求地，反射性奈米顆粒可均勻地分散在整個此混合物中，因此反射性奈米顆粒亦均勻地分散在整個反射層中。
反射層可藉由將黏合劑(A)及反射性奈米顆粒(B)的混合物施加到基板上形成。可藉由分配、噴塗、刷塗、流動、圖案填充、或絲版印刷來施加混合物。
在藉由分配或絲版印刷施加混合物的應用中，混合物應具有自約0至約1500厘泊(cP)的合適黏度，包含自約100cP至約800cP、或自約100cP至約600cP、或自約200cP至約500cP、或自約1000cP至約1500cP。用Brookfield DVE SLVTJ0黏度計或根據ASTM D1084來量測黏度。無機黏合劑本身(及，無TiO2 奈米顆粒)亦可具有自約0至約1500厘泊(cP)，包含自約0至約800cP、或自約100cP至約800cP，的適合黏度。
在一些例子中，可預期反射層將在多個施加回合中積聚起來。例如，在第一回合中，攪拌黏合劑(B)及反射性奈米顆粒(B)的混合物，然後噴塗到基板上以形成具有約0.025毫米至約0.075毫米厚度的反射層。然後將第一層置於室溫下約0.5小時，且然後在約85℃下固化約0.5小時。在第二回合中，再次攪拌黏合劑(A)及反射性奈米顆粒(B)的混合物，然後噴塗在第一層的頂部上，然後在室溫放置約0.5小時，且然後在約85℃固化約0.5小時。在最終的反射層中的結果具有約0.05毫米至約0.15毫米的總厚度。
反射層符合需求地配製成反射跨約380奈米至約800奈米的波長範圍，更佳地跨自約420奈米至約680奈米的波長範圍。反射性樹脂層的反射能力典型地約為(或大於)90％，更佳地為至少(或高於)94％、或95％、或96％、或97％、或98％、或99％。
反射層可具有約0.05毫米至約0.15毫米的總厚度。在特定實施例中，反射層具有約0.7毫米至約0.12毫米的厚度。設置厚度是為了在符合需求的波長範圍內最大化光輸出的反射能力。較厚的層可提供較高的反射能力，但例如歸因於反射層的剝落或裂紋亦可致使未來的失效。因此，最佳厚度可由最佳反射能力及/或反射能力與耐久性之間的一些折衷決定。
反射層通常通過它的複合物及/或結構而與磷光層不同(且可區分)。特別是，反射層通常比磷光層明顯更具反射性。磷光層通常不具反射性。正常情況，反射層不包括波長轉換材料(例如，磷光)。
本揭露內容含有反射性奈米顆粒的反射層，在200°C以上的溫度下可保持至少95％的總反射率。它們可在85°C至150°C的較低溫度下進行固化。它們在高雷射照度及溫度下表現出可靠的操作。它們亦可柔性地製成各種尺寸、形狀、及厚度。它們亦能承受高工作溫度，即超過200°C至250°C的工作溫度。它們可用於高功率雷射投影顯示系統，其中固態雷射投影機可配備約60W至約300W，包含超過100W，的雷射功率。此等裝置的工作溫度可達到200°C以上，以實現高發光亮度。
在一些實施例中，反射層120亦可用作基板110與磷光層130之間的黏合層。替代地或額外地，第二黏合層(例如，膠水或膠帶)亦可用於將磷光層附著到反射層。例如，對某些由分散在玻璃、晶體或、陶瓷材料中由磷光顆粒製成的固態磷光層而言，這可能為有用的。
再次參考圖1A及圖1C，注意到反射層120的寬度(在基板上沿徑向方向的量測)可變化。在圖1A中，反射層120的寬度遠大於磷光層130的寬度。然而，如圖1C所示，反射層120的寬度亦可大致等於磷光層130的寬度。通常而言，反射層120的寬度至少等於磷光層130的寬度，且可大於磷光層的寬度。
可預期本文所述的反射層可用於磷光輪及雷射投影顯示系統中。它們亦可與固態照明源結合使用，例如，用於汽車前照燈。
提供以下範例以說明本揭露內容的程序。範例僅為說明性的，並非必然旨在將揭露內容限制於其中所述的材料、條件、或程序參數。 範例 範例1
製作兩個由無機黏合劑及TiO2 奈米顆粒製成的反射層的磷光輪。反射層無機黏合劑由第一及第二成分形成。下表提供用無機黏合劑的總溶解固體(TDS)特徵：
名稱 外觀 黏度 (mPa·sec) 密度 (g/cm3 ) 固體 含量
第一成分 半透明液體 1~50 0.8~1.3 >10%
第二成分 透明液體 0~50 0.6~1.0 >10%
無機黏合劑及TiO2 奈米顆粒的重量比值為1:1.7。第一輪，標記成PT01，使用的TiO2 奈米顆粒的粒度為0.4微米至0.45微米(即，400奈米至450奈米)。第二輪，標記成PT02，使用的TiO2 奈米顆粒的粒度為0.36微米(即，360奈米)。
將無機黏合劑及TiO2 奈米顆粒在混合機中混合兩次，每次以800轉/分的速度混合兩分鐘，以製備無機散射層材料(ISLM)。
有趣的是，ISLM起到剪切稀化流體的作用，即，當攪拌時流體的黏度變小。PT02粉末亦容易團聚，造成膠水無法完全吸收。因此將ISLM放在4°C的冰箱中放置24小時，以確保PT02粉末完全吸收無機黏合劑。24小時後，用手輕輕攪拌ISLM，以確保混合材料均勻。ISLM的黏度為1000至1500厘泊(cP)。
使用自動噴塗機(PVA350)施加ISLM。將噴塗空氣壓力調節至3.5MPa。將ISLM在鋁圓盤狀上噴塗兩次以獲取濕反射層。將濕層在室溫下放置0.5小時，隨後在85°F下固化0.5小時，以獲取具有0.045毫米厚度的反射層。在第一層的頂部上施加第二層，以獲取0.09毫米總厚度的反射層。反射層在185°F固化0.5小時，以確保反射層完全固化。
首先，PT01及PT02磷光輪的擴散反射能力係在不同反射層厚度處進行量測。PT01磷光輪的結果如圖2A及下表A所示。PT02磷光輪的結果如圖2B及下表B所示。從此等結果中可看出，反射能力在大於0.08毫米(PT01)或0.07毫米(PT02)的厚度時，穩定的大於94％。 表A PT01
厚度(毫米) 擴散反射能力(%)
0.02 84.2
0.02 90.6
0.04 92.6
0.08 94.2
0.09 94.7
0.09 94.4
0.10 94.5
表B PT02
厚度(毫米) 擴散反射能力(%)
0.050 93.0
0.070 94.5
0.075 94.5
0.080 94.4
0.082 94.8
0.093 94.6
接下來，將兩個磷光輪PT01及PT02與另外兩個磷光輪進行比較。標記為G1的第一個比較輪僅在反射層中使用無機黏合劑(即，無TiO2 奈米顆粒)。標記為G1.5的第二個比較輪僅在反射層中使用有機黏合劑(即，不帶有TiO2 奈米顆粒)。
在不同的厚度下進行輸出功率測試，將PT02輪與G1輪進行比較。PT02輪的結果如表C所示。在最後一列中，G1磷光輪獲得的結果為100％。 表C
厚度(毫米) 擴散反射能力(%) 輸出功率@100W GI的%
0.07 94.7 48.0 106.3
0.08 94.7 48.2 106.6
0.09 94.6 48.0 106.2
接下來，進行可靠性測試，在100W及50W處，將PT02輪與G1輪進行比較。測試條件如表D所示。每個測試運行3個樣本。PT02輪的結果如表E所示。再次，G1磷光輪獲得的結果為100％。 表D
測試 測試條件 時間 標準
熱衝擊 -20°C(0.5小時)至200°C (0.5小時)、240循環 10天 1.無出現裂紋或剝離 2.輸出功率差異>5%
高濕度 49°C/95%相對濕度 10天
低溫度 -20°C 10天
表E
功率輸入 熱衝擊 高濕度 G1的輸出功率%
100W 106.2% 105.9% 106.3%
50W 106.1% 106.1% 106.2%
最終，在100W及50W下將PT02輪與G1輪進行比較。將樣本放置在250°C的馬弗爐中，並跨時間段測試輸出性能。PT02輪的結果如表F所示。再次，G1磷光輪獲得的結果為100％。結果表明PT02輪為穩定的，在反射層與磷光層之間沒有裂紋發生。 表F
時間(小時) 100W 50W
0 106.3% 106.2%
115 105.9% 106.0%
206 106.3% 105.8%
349 106.1% 106.1%
513 106.0% 105.9%
在不同厚度下進行輸出功率測試，將PT01輪與G1輪進行比較。PT01輪的結果如表G所示。在最後一列中，G1磷光輪獲得的結果為100％。 表G
厚度 ( 毫米 ) 輸出功率 @100W GI的%
0.08 105.7%
0.09 106.7%
0.10 106.5%
接下來，進行可靠性測試，在100W及50W處，將PT01輪與G1輪進行比較。測試條件如上表D所示。每個測試運行3個樣本。PT01輪的結果如表H所示。同樣，G1磷光輪獲得的結果為100％。 表H
功率 輸入 熱衝擊 高濕度 低溫 G1 的輸出功率 %
100W 106.0% 106.1% 106.3% 106.4%
50W 106.0% 105.5% 106.3% 106.1%
最終，在100W及50W下將PT01輪與G1輪進行比較。將樣本放置在250°C的馬弗爐中，並跨時間段測試輸出性能。PT01輪的結果如表I所示。同樣，G1磷光輪獲得的結果為100％。結果表明PT01輪為穩定的，在反射層與磷光層之間沒有裂紋發生。 表I
時間(小時) 100W 50W
0 106.2% 106.3%
230 106.1% 106.1%
350 106.1% 106.1%
500 105.4% 106.1%
範例2
擴散率測試為使用不同類型的奈米顆粒進行的：TiO2 、Al2 O3 、及Al。黏合劑為無機黏合劑。製成並測試不同厚度的層的擴散率(即，擴散反射能力)。表J描述五個不同的混合物，表K提供三個混合物的擴散率結果。應當注意，歸因於手工噴塗各混合物，給定的層可能具有不同的厚度。 表J
混合物# 顆粒 粒度(微米) 顆粒量(g) 黏合劑量(g) 黏度(cP)
1 TiO2   10 20 ~3000
2 TiO2   10 26 500-1000
3 Al2 O3 5 15 18 100-200
4 Al2 O3 5 27 18 ~500
表K
混合物# 層厚度(毫米) 擴散率(%)
2 0.05-0.07 84-86, 89, 89
2 0.06-0.08 89-90
2 0.08-0.09 89.5
2 >0.08 90-92
2 >0.1 88.9
3 0.1-0.15 76-86
3 0.13-0.18 91-92
3 0.2-0.3 87-89
3 >0.2 88
4 0.05-0.07 89-90
4 0.09 91-92
4 >0.1 92-96
4 0.15-0.17 86-94
4 0.18 94
4 0.15-0.2 89-94
4 0.2 95.9
4 >0.2 94-97
表K中的結果表明，當層厚度超過0.15毫米時，Al2 O3 奈米顆粒的擴散率超過94％。然而，Al2 O3 的反射率為不穩定的(即，變化很大)，且對相同的反射率而言，要求的厚度大於TiO2 奈米顆粒。Al2 O3 亦容易出現裂紋。因而，結論是TiO2 為用於高反射率層的最佳奈米顆粒。 範例3
使用來自不同供應商的不同TiO2 奈米顆粒進行擴散率測試，Al(OH)3 及MgO亦為如此。黏合劑為無機黏合劑。製作不同厚度的層並測試各層的擴散率。表L描述六個不同的混合物，表M提供五個混合物的擴散率結果。應當注意MgO顆粒較大，不能均勻混合。 表L
混合物# 顆粒 供應商 粒度(微米) 顆粒量(g) 黏合劑量(g) 黏度(cP)
5 TiO2 PT01 0.2 18.75 22.5 200-500
6 TiO2 R960 0.5 15 23 100-200
7 TiO2 DHA-100 5 15 27 太濃
8 TiO2 DHA-100 5 15 33 太濃
9 Al(OH)3 Aladdin 2-10 20 22.2 ~500
10 MgO Aladdin - 15 28 ~500
表M
混合物# 層厚度(毫米) 擴散率(%) 平均值(%)
5 0.06-0.07 94.1, 93.3, 94.7, 94.8, 94.6 94.3
5 0.05-0.07 93.2, 93.2, 94.8, 94.4, 94.1 93.9
6 0.1 93.7, 93.2, 92.8, 93.1, 93.7 93.3
6 0.09-1.2 89.9, 93.5, 93.8, 91.3, 91.2 91.8
9 0.12-0.2 83.7, 84.4, 84.2, 85.3, 81.8 83.4
9 0.08-0.11 83.3, 84.3, 84.8, 83.4, 86.4 84.5
10     85-87
混合物#5可獲取大於94%的擴散率。結果亦顯示，使用0.2微米及0.5微米的TiO2 奈米顆粒可獲取大於90％的擴散反射能力。
本揭露內容已參照較佳實施例予以描述。在閱讀及理解前文的詳細描述後，他人即可想到修改及改變。只要修改及改變落入所附請求項或其均等物的範圍內，本揭露內容旨在被解釋成包含所有此等修改及改變。
A-A:箭頭環繞軸 100:磷光輪 110:基板 120:反射層 121:無機黏合劑 122:有機矽酮 123:激發光、激發波長 124:發射光、發射波長 130:磷光層
以下為附圖的簡單說明，此等簡單說明之目的為呈現說明本文揭露的範例性實施例而非限制本發明。
圖1A為根據本揭露內容，範例性光學轉換裝置的示意圖示，包含基板、高反射率層、及磷光層。
圖1B為圖1A的範例性光學轉換裝置的剖視圖。
圖1C為光學轉換裝置的各種層的分解圖。
圖2A用於本揭露內容的第一磷光輪的圖表，圖示反射能力與反射層的厚度之間的關係。
圖2B用於本揭露內容的第二磷光輪的圖表，圖示反射能力與反射層的厚度之間的關係。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
A-A:箭頭環繞軸
100:磷光輪
110:基板
120:反射層
123:激發光、激發波長
124:發射光、發射波長
130:磷光層

Claims (19)

  1. 一種波長轉換裝置，包括： 一基板； 該基板上的一反射層，該反射層包括(A)一黏合劑；及(B)具有一粒度為約200奈米至約500奈米的反射性二氧化鈦(TiO2 )奈米顆粒；及 該反射層上的一波長轉換層； 其中該反射層在250℃下為熱穩定。
  2. 如請求項1所述之波長轉換裝置，其中該等反射性TiO2 奈米顆粒用有機醇、矽氧烷、氧化鋁(Al2 O3 )、二氧化鋯(ZrO2 )、或二氧化矽(SiO2 )進行表面改性。
  3. 如請求項1所述之波長轉換裝置，其中該反射層具有約0.05毫米至約0.15毫米的一厚度。
  4. 如請求項1所述之波長轉換裝置，其中該等(B)反射性奈米顆粒與該(A)黏合劑的一重量比值為自約1:2.5至約1:0.8。
  5. 如請求項1所述之波長轉換裝置，其中該黏合劑(A)包括由二氧化矽或氧化鋁製成的一無機溶膠-凝膠。
  6. 如請求項1所述之波長轉換裝置，其中該黏合劑(A)包括八甲基三矽氧烷。
  7. 如請求項1所述之波長轉換裝置，其中該反射層對自約420奈米至約680奈米的一波長的光具有至少95％的反射率。
  8. 如請求項1所述之波長轉換裝置，其中該磷光層包括分散在玻璃、或一晶體、或一陶瓷材料中的磷光顆粒。
  9. 如請求項1所述之波長轉換裝置，其中該基板具有一圓盤狀。
  10. 如請求項1所述之波長轉換裝置，進一步包括用於旋轉該基板的一發動機。
  11. 如請求項1所述之波長轉換裝置，其中該基板為一金屬、一非金屬材料、或一複合材料。
  12. 一種光投影系統，包括根據請求項1所述之波長轉換裝置。
  13. 一種製作一波長轉換裝置的方法，包括以下之步驟： 將一複合物施加到一基板上以形成該基板上的一反射層，該複合物包括(A)一黏合劑；及(B)具有一粒度為約200奈米至約500奈米的的反射性二氧化鈦(TiO2 )奈米顆粒；及 在該反射層上形成一波長轉換層； 其中該反射層在250℃下為熱穩定。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該複合物具有約0厘泊(cP)至約1500cP的一黏度。
  15. 如請求項13所述之方法，進一步包括在約85℃至約150℃的一溫度下固化該複合物之步驟。
  16. 如請求項13所述之方法，其中該黏合劑(A)包括由二氧化矽或氧化鋁製成的一無機溶膠-凝膠。
  17. 如請求項13所述之方法，其中該複合物藉由分配、噴塗、刷塗、流動、塗佈、或絲版印刷施加。
  18. 一種波長轉換裝置，係藉由如請求項13所述之方法生產。
  19. 一種光投影系統，包括如請求項18所述之波長轉換裝置。
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