TWI546499B - 一種波長轉換裝置 - Google Patents

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深圳市光峰光電技術有限公司
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Description

一種波長轉換裝置
本發明係關於照明及顯示之技術領域，特別是一種波長轉換裝置。
採用固態光源如鐳射二極體(LD,Laser Diode)或發光二極體(LED,Light Emitting Diode)發出的激發光以激發螢光粉的波長轉換方法，將能夠產生高亮度且波長不同於原本激發光波長的受激光。上述方式具有高效、低成本的優勢，已成為現有光源中，提供白光或者單色光的主流技術。於上述方案中，光源包括激發光源和波長轉換裝置，其中波長轉換裝置包括反射基底和塗覆在反射基底上的螢光粉片，以及用於驅動反射基底轉動的馬達，使得來自激發光源的激發光在螢光粉片上形成的光斑按圓形路徑作用於該螢光粉片上。
其中，一種常用的反射基底為鏡面鋁基底，由鋁基材和高反射層疊置而成，其中高反射層一般採用高純鋁或者高純銀。而塗覆在反射基底上的螢光粉片一般由矽膠將螢光粉顆粒粘接成片狀。然而，由於矽膠的導熱性能較差， 且於高溫下運作容易發黑，導致整體裝置並不適用於大功率激發光源下運作。
為了改善在大功率應用背景下的色輪與投影裝置性能，習用方式係多採用玻璃作為黏接劑以替代矽膠。然而，玻璃粉作為黏接劑係需要與螢光粉在高溫下燒結才能固化成螢光粉層，而其中，玻璃粉的燒結溫度較高，往往在500℃以上，因此，係不適合使用金屬基板，尤其是鋁基板，因為高導熱的薄金屬板在高溫下會出現軟化、變形、氧化、熱膨脹過高的問題，同時導致燒結的螢光粉層難以附著。
本發明主要解決的技術問題是提供一種能夠耐高溫、且結構能夠保持穩定的波長轉換裝置。
本發明提供一種波長轉換裝置，包括支撐件和多個相互拼合的波長轉換模組，每個所述波長轉換模組包括陶瓷載體和置於所述陶瓷載體上的螢光粉，所述支撐件將所述多個波長轉換模組保持相對固定。
優選地，每個所述陶瓷載體上的螢光粉為受激發產生單一顏色受激發光的單色螢光粉。
優選地，不同所述陶瓷載體上的單色螢光粉均相同，或者不同的單色螢光粉位於不同的陶瓷載體上。
優選地，至少其中一個所述波長轉換模組的螢光粉鋪設在所述陶瓷載體一側表面上形成螢光粉層。
優選地，所述螢光粉層還包括黏接所述螢光粉的第一玻璃體。
優選地，所述陶瓷載體為導熱係數高於80W/mK的陶瓷材料。
優選地，螢光粉層和所述陶瓷載體表面之間還設有反射層，所述反射層為包含白色散射粒子和黏接所述白色散射粒子的第二玻璃體的漫反射層，或者所述反射層為鍍在所述陶瓷載體表面上的全反射介質膜。
優選地，所述全反射介質膜為銀膜或鋁膜。
優選地，至少其中一個所述波長轉換模組為所述螢光粉分散在所述陶瓷載體中而形成的螢光陶瓷。
優選地，所述螢光陶瓷為YAG微晶玻璃或燒結YAG陶瓷。
優選地，所述螢光陶瓷的底面上設有包含白色散射粒子和黏接所述白色散射粒子的第二玻璃體的漫反射層，或者鍍有全反射介質膜。
優選地，所述全反射介質膜為銀膜或鋁膜。
優選地，所述全反射介質膜表面上覆蓋有金屬保護層。
優選地，所述支撐件為一底板，所述多個波長轉換 模組分別固定安裝到所述底板的一側表面上，所述螢光粉位於所述波長轉換模組的遠離所述底板的一側。
優選地，所述底板的材料為金屬、金屬合金或金屬與無機材料構成的複合材料。
優選地，所述底板的表面設置有環形凹槽，所述多個波長轉換模組均成圓弧狀，並在所述環形凹槽內拼成環形。
優選地，所述底板與所述波長轉換模組之間通過黏接或焊接固定，進行黏接的黏接劑為有機黏接劑、銀膠或者矽膠與導熱填料粒子的混合漿料。
優選地，所述導熱填料粒子為氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、氧化釔、氧化鋅、氧化鈦中的一種或多種。
優選地，不同所述波長轉換模組與所述底板之間的固定方式不同。
優選地，所述波長轉換裝置還包括驅動設備，所述驅動設備驅動所述支撐件運動。
優選地，該波長轉換裝置係可應用於一光源系統之中，並且，該波長轉換裝置之螢光粉係設置於該光源系統之激發光源所產生的激發光的光路上，並將激發光轉換為受激發光發出。
優選地，上述光源系統係可應用於一投影系統之中。
其中，與現有技術相比，本發明包括如下有益效果：
1、採用陶瓷載體代替傳統的鏡面金屬板，由於陶瓷材料的熔點高於金屬，可以耐受比金屬更高的溫度；並且陶瓷載體與螢光粉之間的介面熱阻較低，可以將螢光粉層的熱量傳導至陶瓷載體，並散發到空氣中，從而提高了波長轉換裝置的熱穩定性。且陶瓷載體的熱膨脹係數低，高溫下不易變形，且與螢光粉層的熱膨脹係數接近，即使微量變形也不會導致螢光粉層難以附著。
2、鑒於陶瓷載體的材料韌性低、脆性高，螢光粉的載體基底全由陶瓷材料製成的波長轉換裝置在承受高強度鐳射照射時，內外區域膨脹的差異越大，這種不均勻的膨脹會使陶瓷產生裂紋，裂紋擴展會導致輪子炸飛、破裂，一旦出現破裂則會使整個輪子完全失效。；本發明中採用將陶瓷載體分塊設置，進一步附著在金屬、金屬合金或者金屬一無機複合材料製成的支撐件上，相比將不同螢光粉均設置於同一個整塊的陶瓷載體上，陶瓷載體出現裂紋、破損、甚至炸裂的機率明顯降低；分塊後的陶瓷載體的尺寸較小，在轉動過程中因鐳射光斑照射而導致的溫度變化較均勻，不易出現裂紋。即使在極小機率下出現裂紋，由於其面接觸地固定在支撐件上，不會因斷裂飛散而導致波長轉換裝置的失效，而支撐件的材質也決定了其不容易破裂。
3、能夠降低波長轉換裝置的製備難度，縮短生產週期。在一塊陶瓷基底上，一次性完成不同螢光粉粉層的刮塗難度較大，且不同顏色段需要分次刮塗和燒結，製作週期較長，例如四個螢光粉層需要依次塗刷和燒結，即需要四個燒結週期。
而本發明中，由於各個螢光粉層可分割到不同的波長轉換模組中，尺寸較小，易於一次刮塗成型，且不同顏色的螢光粉層可同時分別燒結，縮短色輪製作週期，例如上述四個螢光粉層在本發明中只需兩個燒結週期。
4、更易於進行特殊的工藝加工。一整塊大尺寸的陶瓷基底，若有特殊需求要對其進行表面拋光、金屬釺焊、表面鍍膜等處理工序時，尺寸越大則成本越高，加工難度越大。並且，本發明的各個陶瓷載體尺寸較小且可根據實際需要進行調整，小尺寸部件進行特殊加工的成本、難度都較低。
5、模組式結構更靈活，有利於製備高性能波長轉換裝置。當反射層、螢光粉層都整體刷塗在一整塊陶瓷基底之上，在進行特殊工藝處理(如燒結、退火等熱處理)時都需要考慮到陶瓷基底上各個功能層的性能限制(如使用紅色螢光粉的紅色螢光粉層不能承受600℃以上高溫)，在設計複雜結構的高性能色輪時，會因這些性能限制而被迫採取折衷的方案，不利於發揮各種螢光粉或各種製備工 藝的最佳效能。
本發明中，不同的波長轉換模組可對應不同設計的螢光粉顏色所需區域的尺寸進行分割，根據不同顏色螢光粉的發光、發熱特性而使用不同的反射層或導熱工藝，如陶瓷表面金屬化、導熱填料粒子、表面鍍銀、等，各顏色段可分別在其最佳工藝下進行製備而無需考慮到其他段的性能影響，有利於設計製備高性能色輪。
6、減少耗材，節省成本。本發明模組化的波長轉換裝置也有利於產品的品質控制，傳統的色輪只要某一個螢光粉區間出了品質問題，整個色輪便作廢了，而本發明提出的波長轉換裝置，某一個波長轉換模組出現了品質問題，可以單獨再製造一個模組作為補充，降低品控成本。
<本發明>
101‧‧‧螢光粉層
102‧‧‧反射層
103‧‧‧陶瓷載體
104‧‧‧支撐件
105‧‧‧驅動設備
108a‧‧‧波長轉換模組
108b‧‧‧波長轉換模組
204‧‧‧支撐件
208a‧‧‧波長轉換模組
208b‧‧‧波長轉換模組
208c‧‧‧波長轉換模組
401‧‧‧螢光陶瓷
403‧‧‧反射層
404‧‧‧支撐件
405‧‧‧驅動設備
408a‧‧‧波長轉換模組
408b‧‧‧波長轉換模組
501‧‧‧螢光粉層
502‧‧‧漫反射層
503‧‧‧陶瓷載體
504‧‧‧支撐件
505‧‧‧驅動設備
511‧‧‧螢光陶瓷
513‧‧‧全反射介質膜
508a‧‧‧波長轉換模組
508b‧‧‧波長轉換模組
508c‧‧‧波長轉換模組
508d‧‧‧波長轉換模組
604‧‧‧支撐件
605‧‧‧驅動設備
609‧‧‧圓弧形通孔
614‧‧‧支撐件
615‧‧‧驅動設備
619‧‧‧反射層
714‧‧‧支撐件
707‧‧‧凹槽
708a‧‧‧波長轉換模組
708b‧‧‧波長轉換模組
804‧‧‧支撐件
808a‧‧‧波長轉換模組
808b‧‧‧波長轉換模組
808c‧‧‧波長轉換模組
804a‧‧‧支撐件
804b‧‧‧支撐件
第一A圖係本發明之波長轉換裝置的第一實施例剖面圖；第一B圖係第一實施例俯視圖；第二圖係本發明之波長轉換裝置的第二實施例俯視圖；第三圖係本發明之波長轉換裝置的第四實施例剖面圖；第四A圖係本發明之波長轉換裝置的第五實施例剖面圖；第四B圖係第五實施例俯視圖；第五A圖係本發明之波長轉換裝置的第六實施例剖面圖； 第五B圖係第六實施例俯視圖；第六圖係本發明之波長轉換裝置的第七實施例剖面圖；第七A圖係本發明之波長轉換裝置的第八實施例剖面圖；以及第七B圖係第八實施例俯視圖。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種波長轉換裝置，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。
請參閱第一A圖與第一B圖，係本發明之波長轉換裝置的第一實施例剖面圖與俯視圖；如第一A圖與第一B圖所示，本發明之波長轉換裝置係包括有：支撐件104和兩個波長轉換模組108a、108b，其中，每一個波長轉換模組包括一個陶瓷載體103和設置於該陶瓷載體103上的螢光粉以及反射層102。
如第一A圖與第一B圖所示，該支撐件104為圓盤形之一底板，並且，該底板係可由金屬、金屬合金或者金屬與無機材料構成的複合材料所構成，其中，金屬係如：鋁、銅、銀等，而金屬合金係如：黃銅、鋁合金、銅鋁合金等，且金屬與無機複合材料為金屬材料和無機材料的混合材料，例如：金剛石-銅、氮化硼-銅等。此外，支撐件上設 有一環形區域，且該環形區域係以該底板的圓心為中心。
進一步地，該陶瓷載體103之數量有兩個，且分別為兩個半圓弧形片，其二者相拼合地設置於該底板的環形區域上，且構成與之形狀相匹配的圓環狀。此外，該陶瓷載體103為氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、碳化矽、氮化硼或者氧化鈹，其中，上述材料皆具有緻密結構的陶瓷板，並不具有多孔結構，且該些材料的導熱率在80W/mK以上，且熔點基本上在2000攝氏度以上，因此它們在實現導熱的同時，還可以耐受較高的溫度。當然，在對導熱率要求不是很高的場合中，陶瓷載體103也可以採用其他種類的陶瓷板製成。值得特別說明的是，該兩個陶瓷載體103的材料可以相同，也可不同，於本發明中並不做特別之限定。
於實際運用中，可採用高導熱的黏膠例如銀膠或填入導熱填料粒子的矽膠將該陶瓷載體103的底面粘接到環形區域上，上述導熱填料粒子可為下列一種或多種粒子之混和物：氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、氧化釔、氧化鋅或氧化鈦。
其中，每一個陶瓷載體的頂面上分別設有反射層102，用以反射螢光粉受激發所發出的受激發光。於本實施例之中，該反射層102為全反射介質膜，例如銀膜、鋁膜等。而該全反射介質膜可以通過電鍍、化學鍍、電子束濺射、等離子濺射、蒸鍍等方式沉積在陶瓷載體頂面上。
此外，螢光粉係設置於該反射層的表面上並形成螢光粉層101，且該螢光粉係用於吸收激發光並受激產生不同於激發光波長的之受激發光，例如YAG(釔鋁石榴石)螢光粉，YAG螢光粉可以吸收藍光、紫外光等而產生黃色受激發光。此外，螢光粉亦可以是紅光螢光粉，用於吸收激發光以產生紅色受激發光；或者，其亦可以是綠光螢光粉等產生其他顏色受激發光的螢光粉。於本實施例之中，一個波長轉換模組108a的陶瓷載體上設有紅色螢光粉形成的螢光粉層，而另一個波長轉換模組108b的陶瓷載體上一半區域設有黃色螢光粉，另一半區域設有綠色螢光粉。當然，更可以將其他顏色的單色螢光粉組合而鋪設在任何其中一個陶瓷載體103上，於此便不再贅述。
並且，螢光粉層101係透過螢光粉和黏接劑封裝成的一個整體，且所述黏接劑可選用矽膠黏接劑，其化學性質穩定、有較高的機械強度。然而，矽膠黏接劑的可耐受溫度較低，一般在攝氏300度至攝氏500度之間。因此，為了應用於較大功率的發光裝置中，係可採用無機黏接劑來將螢光粉黏接成一個整體，例如水玻璃、玻璃粉等燒結成玻璃體，以實現耐高溫的反射式螢光粉輪。需要說明的是，本發明並不排除以矽膠作為黏接劑黏接螢光粉的方案，因為由於陶瓷載體的存在，螢光粉層的熱量能夠迅速地傳導給陶瓷載體並進行散熱，且不易變形，相對於傳統的鋁基 板工藝將具有較好的優勢。
呈上述，螢光粉層101係由螢光粉和第一玻璃粉漿料燒結而成，第一玻璃粉被燒結成第一玻璃體。其中，玻璃粉是一種無定形顆粒狀的玻璃均質體，其透明度高且化學性質穩定。玻璃粉係可為下列任一材料或任兩種材料之混和物：矽酸鹽玻璃、鉛矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、鋁酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、石英玻璃，且第一玻璃粉可選用上述任一種或幾種玻璃粉。由於第一玻璃粉必需要能夠同時地透射激發光且傳導熱量，因此，於本實施例之中係選用硼矽酸玻璃粉，其性質穩定，透光率高，並且相對於其它玻璃粉係具有較高的導熱率。當然，針對不同顏色螢光粉的耐熱性，可選擇不同軟化點的玻璃粉與之匹配。
此外，本發明更包括有一驅動設備105與該支撐件104相互固定，用於驅動該支撐件104並帶動波長轉換模組108a、108b繞其圓盤中心軸旋轉，使得激發光週期性地照射在圓環形螢光粉層101上的一圓周的各個位置點上；於本實施例中，該驅動設備105為一馬達設備。
於本實施例之中，該陶瓷載體103分為兩塊，分別與各自上的反射層102和螢光粉層101構成一個波長轉換模組108a/108b，並將多個波長轉換模組拼合後通過支撐件104而黏接固定。這種模組化的結構，相對於一整片底板全由陶瓷材料製成、再在陶瓷基底上設置不同螢光粉的結 構，係具有明顯的優勢，其原因係為，若全部底板全由陶瓷材料製成，在螢光粉層承受高強度激發光照射時，陶瓷底板與螢光粉層相接觸的部分區域的溫度較高，而其他區域的溫度較低，陶瓷底板上各個部分的熱膨脹程度不一樣；由於陶瓷材料的韌性低、脆性高，這種熱膨脹程度不一樣容易造成基底的破裂。
而於本發明之中，陶瓷載體採用了分塊結構，並減少了各區域上受溫度影響的牽制，且各個陶瓷載體上的熱量分別傳導至支撐件上進行散熱，避免一個區域出現裂紋導致整個波長轉換裝置無法運作。另外，分塊後陶瓷載體尺寸小，光斑可以基本覆蓋整塊陶瓷載體，因此受熱較為均勻。即使不慎有其中一塊陶瓷載體破裂時，只需更換該塊陶瓷載體即可。上述實施例之中陶瓷載體為兩塊，顯然也可以分為多個相同或不同的圓弧段，本文不做限制。且本發明之中的多個或多塊，均指兩個或兩塊及以上。
同時，採用金屬、金屬合金或者金屬與無機複合材料製成的支撐件，具有較高的韌性和強度，而只在支撐件上需要設置螢光粉的環形區域上設有陶瓷載體，並將螢光粉層設置在該陶瓷載體上，以使得陶瓷載體上各處受熱相對均勻，將大大降低了陶瓷載體由於不同部位熱膨脹程度的差距較大而導致破裂的機率，即使在極小的機率下陶瓷載體出現裂紋，由於其仍面接觸地固定黏接在支撐件上， 並不會因為斷裂而導致波長轉換裝置的失效，進而延長了波長轉換裝置的使用壽命。同時，基底的導熱性較好，陶瓷載體與該基底相接觸更有助於陶瓷載體的散熱。
進一步地，波長轉換裝置受驅動設備驅使而繞中心軸轉動，使得螢光粉層上的不同位置週期性的通過激發光的光路並被激發光激發，這樣對於每一個位置來說被激發的時間都只是轉動到該位置點的一瞬間，照射時間段，其溫度得以大大降低，效率則大幅度的提高。
請參閱第二圖，係本發明之波長轉換裝置的第二實施例俯視圖；如第二圖所示，於本發明之第二實施例之中，支撐件204、驅動設備、陶瓷載體、黏膠、反射層及螢光粉層等的描述均與第一實施例相同，因此，此處即不再多加贅述。
值得特別說明的是，相較於本發明之第一實施例，於第二實施例之中，波長轉換模組208a、208b、208c有三塊，且分別為三個圓弧形片，並在支撐件204的環形區域上通過黏接而拼接圓環形。並且，每個陶瓷載體上的螢光粉層所含的螢光粉為受激發產生單一顏色受激發光的單色螢光粉，且不同的單色螢光粉位於不同的陶瓷載體上。
如第二圖所示，三個波長轉換模組208a、208b、208c上的螢光粉分別為紅光螢光粉、黃色螢光粉和橙色螢光粉。顯然地，三種螢光粉的順序可以根據需要調換，且單 色螢光粉的顏色可以選擇和自由組合。同時，一種單色螢光粉也可以分別塗在兩個陶瓷載體表面上；進而，陶瓷載體可以有多於三個，且不同單色螢光粉的顏色選擇、順序和分佈都是可以根據產品需求而做更換的。
並且，本實施例相較於第一實施例的優點在於，不同的單色螢光粉位於不同的陶瓷載體上。因為不同的單色螢光粉配以相同或不同的第一玻璃粉成型為螢光粉層時具有不同的工藝條件。例如，紅色螢光粉、橙色螢光粉耐熱溫度較低，只能選用透過率稍差但熔點較低的低溫玻璃粉與其匹配，並在較低溫度下進行燒結；而黃色螢光粉、綠色螢光粉耐熱性較高，可選用高透過率的高熔點玻璃粉與之匹配，並在較高溫度下進行燒結。
其中，若在同一塊陶瓷基底上分別燒制紅色螢光粉層和黃色螢光粉層，則需要分別進爐燒結，且燒結溫度不同，該陶瓷基底將受多次加熱，將不利於陶瓷基底的穩定性。
而採用本實施例，將含有不同單色螢光粉的波長轉換模組分別單獨製造完畢，再將這些模組黏接在支撐件上，可以明顯縮短生產週期。同時，各個模組根據自身含有的單色螢光粉以及玻璃粉、反射層、陶瓷載體等的不同而設計不同的製造方案，能夠分別獲得最優的性能，不用受到其他螢光粉或其他組分的制約。
除此之外，本案之發明人更提出了第三實施例，其中，於第三實施例之中，除了反射層外，其他結構特徵均可參照第一實施例與第二實施例，因此，係不再詳加贅述該些結構。其中，本實施例與第一實施例與第二實施例的區別在於，反射層採用漫反射層來替代全反射介質膜。
漫反射層係位於螢光粉層和陶瓷載體之間，包括白色散射粒子，主要用以對入射光進行散射的作用。白色散射粒子一般為鹽類或者氧化物類粉末，例如粒徑大小從50奈米至5微米範圍內的氧化鋁、氧化鈦、氮化鋁、氧化鎂、氮化硼、氧化鋅、氧化鋯、硫酸鋇等超白單體粉末顆粒，或者上述至少兩種以上粉末顆粒的混合體。該些白色散射材料基本上不會對光進行吸收，並且性質穩定，不會在高溫下氧化或分解。考慮到漫反射層需要較好的反射率和散熱效果，本實施例之中係選擇綜合性能較高的氧化鋁粉末。
為了達到更好的散射效果，白色散射粒子在漫反射層中需要有一定緻密度和厚度，且白色散射粒子的粒徑要分佈在一個合適的範圍。白色散射粒子的粒徑越小，堆積的越緻密，其散射效果越好。另一方面，容易理解的是，在同一種白色散射粒子來說，白色散射粒子的添加比例越高，漫反射層的厚度越厚，反射率就越高。但漫反射層過厚時熱阻較大，因此其厚度也需要控制在一個合適的範圍。該緻密度和厚度可以通過實驗予以確定。
舉例來說，在氮化鋁陶瓷為陶瓷載體的表面設置一層厚度為0.1-1mm的氧化鋁粉末作為漫反射層，該氧化鋁粉末粒徑分佈為0.1-1μm之間，其與黏接劑的品質比為(1~10)：1之間。此時測得漫反射層的相對於鏡面鋁膜的反射率為99.5%，幾乎與鏡面鋁膜相同。當然，漫反射粒子的粒徑、漫反射層的厚度以及緻密度還可以是其它數值，這些數值可以由本領域技術人員根據現有技術通過數次實驗後而得到。
此外，白色散射粒子也需要用黏接劑黏接成一個整體。黏接劑也可以是矽膠、水玻璃等。而優選地，白色散射粒子透過第二玻璃粉進行燒結，第二玻璃粉燒結後形成第二玻璃體，將白色散射粒子黏接。這裡的第二玻璃粉的材料選擇可參照第一實施例中關於第一玻璃粉的相關描述。同時，第二玻璃粉可以是和第一玻璃粉相同的玻璃粉，亦可以是不同的玻璃粉。
漫反射層可以透過黏接等方式固定在陶瓷載體上，但是透過黏接方式之固定，由於膠水的存在，漫反射層與陶瓷載體之間存在介面層，會阻止漫反射層的熱量傳導至陶瓷載體上。因此，於本實施例之中，漫反射層直接地燒結於該陶瓷載體上，此時陶瓷載體與漫反射層具有比較高的結合力，並且導熱性較好。同時玻璃和陶瓷的熱膨脹係數相較於玻璃和金屬來說更加匹配，由於陶瓷載體的 具有較高的導熱係數，因此，亦可以如金屬一樣起到良好的熱傳導作用。
值得說明的是，當先在陶瓷載體上成型漫反射層，然後在漫反射層表面燒結螢光粉層時，為了使得燒結螢光粉層的過程不對漫反射層造成影響，燒結螢光粉層的溫度係應該位於第二玻璃粉的軟化溫度以下，因此第二玻璃粉的軟化溫度要高於第一玻璃粉的軟化溫度。同理，當先成型螢光粉層，然後在螢光粉層表面燒結漫反射層時，燒結溫度應位於第一玻璃粉的軟化溫度以下，第二玻璃粉的軟化溫度要低於第一玻璃粉的軟化溫度。另外，考慮到第一玻璃粉和第二玻璃粉之間的軟化溫度要有所差別，而硼矽酸玻璃粉的軟化溫度比較高，該玻璃粉可以用作第一玻璃粉和第二玻璃粉中軟化溫度較高的一種。
本實施例相較於第一實施例與第二實施例的優點在於，採用漫反射層來代替全反射介質膜，用漫反射層與陶瓷載體的結合來代替傳統的鏡面金屬板。其中白色散射例子構成的漫反射層對激發光進行散射，能夠達到與鏡面反射相近甚至相同的效果。
此外，白色散射粒子在高溫下也不會因氧化、分解等反應而導致其顏色、性質的改變，從而減弱對入射光的反射，因此漫反射層可以耐受較高溫度。同時，由於陶瓷載體材料的熔點高於金屬，可以耐受比金屬更高的溫度， 長時間在高溫環境下工作不易發生氧化、軟化等性能變化，因此可以替代傳統的金屬基板及其反射面。
在漫反射層中，第二玻璃體將白色散射粒子進行黏接，而將白色散射粒子與空氣隔絕，以避免白色散射粒子在空氣中受潮，並使得漫反射層具有較高的強度和透光率。同時，當螢光粉層和漫反射層的黏接劑都為玻璃粉，可以透過螢光粉層在漫反射層表面燒結成型或者漫反射層在螢光粉層表面燒結成型，使得二者之間的具有較強的結合力，並且可以耐受較高的溫度。
此外，與傳統的鏡面鋁基板表面附著螢光粉層的結構相比，其表面比較光滑，當螢光粉層在鏡面鋁基板的表面成型後，螢光粉層與基板接觸的表面會收縮，而部分與基板分離，使得螢光粉層與鏡面鋁基板的接觸面積較小，因此螢光粉層與鏡面鋁基板之間的介面熱阻比較大。而對於陶瓷載體的波長轉換裝置，由於陶瓷載體和漫反射層的表面都相對比較粗糙，因此，螢光粉層與漫反射層之間、漫反射層與陶瓷載體之間的接觸面積比較大，使得波長轉換裝置成型後的介面熱阻較小，從而可以將螢光粉層的熱量更有效地傳遞至陶瓷載體，使得波長轉換裝置可以耐受更高的溫度。
請參閱第三圖，係本發明之波長轉換裝置的第四實施例剖面圖；如圖所示，本發明之波長轉換裝置的第四實 施係包括有：四個波長轉換模組(圖中的408a和408b，另外兩個未圖示)和支撐件404，其中，該四個波長轉換模組拼接成圓環形並固定在支撐件404表面的環形區域上；並且，對於支撐件404的描述係參照第一實施例至第二實施例。
其中，每個波長轉換模組係包括有：螢光陶瓷401和反射層403，且反射層403設置在螢光陶瓷401和支撐件404表面之間。螢光陶瓷401包括陶瓷載體和分散在陶瓷載體內的螢光粉，即將第一實施例至第三實施例中，每一個波長轉換模組的陶瓷載體和螢光粉層合成同一元件。該螢光陶瓷401為一種可以被激發光激發以產生受激發光的陶瓷體，例如YAG微晶玻璃、燒結YAG陶瓷或其他體系的黃、綠或者紅色螢光陶瓷。各個波長轉換模組的螢光陶瓷401可以採用同一種類型的螢光陶瓷，也可以根據設計需要採用不同顏色或類型的螢光陶瓷。
於本實施例中，該反射層403為一層具有高反射功能的全反射介質膜，例如銀膜、鋁膜等。優選地，可在製備完成的螢光陶瓷401底面通過鍍膜的方式沉積上全反射介質膜，例如電鍍、化學鍍、電子束濺射、等離子濺射、蒸鍍等。此外，更可以在螢光陶瓷401的反射層403之外再利用上述鍍膜方式鍍上一層金屬保護層，該金屬保護層可以是Ti、Ni、Cu、Al、Mo等金屬中的一種，或至少兩種金 屬的混合鍍層，或多種金屬交替鍍膜形成的複合膜層。這層金屬保護層所起的作用係用以保護全反射介質膜並利於黏接。
鍍膜後的螢光陶瓷401透過黏接、焊接等方式拼接並固定於支撐件404的底板上。而若採用黏接之方式時，所採用的黏膠可參照第一實施例中陶瓷載體與支撐件之間的黏膠的描述。當採用焊接的方式固定時，係可採用低溫真空釺焊的方式，減少焊接層的氣孔與厚度，有利於熱的傳導。
當然，本實施例中的反射層403也可以是實施例三中所描述的具有白色散射粒子的漫反射層，而在支撐件404表面上設置漫反射層時，該白色散射粒子由矽膠黏接在一起，以使得該漫反射層與支撐件404的結合力更強；或者，該反射層403還可以是其他結構，只要能對入射光起到反射作用即可；並且，係透過驅動設備405而使得波長轉換裝置運作。
本實施例與第一實施例至第三實施例相較之優點在於，採用具有緻密結構、高熱導率的螢光陶瓷來替換陶瓷載體上附著螢光粉層的結構，其結構更簡單，製備工藝簡化，生產和材料成本低。同時，由於螢光陶瓷具有緻密的結構，因此空氣不能透過該螢光陶瓷與反射層進行反應，進而提高了反射層的穩定性。而且，螢光陶瓷具有很 高的導熱率，將更適用於更高功率的激發光照射。
除此之外，本發明人更提出本發明之第五實施例，於第五實施例的波長轉換裝置之中，相較於第四實施例，其區別在於所具有的四個波長轉換模組中，其中的三個模組替換為實施例三中的陶瓷載體表面上係依次地附有漫反射層和螢光粉層的結構。可以設想的是，也可只替換其中的一個或兩個波長轉換模組，或者，波長轉換模組的總數可以是其他任意兩個以上的數量，且兩種波長轉換模組各自的數量的配比均可根據實際需要自由組合，因此本文中係不再加以贅述。
接下來，未進行具體描述的各部件以及各部件的構成和連接，均可參照前述實施例。本實施例中僅對與前述實施例相比不同的特徵進行描述。
請參閱第4A圖與第4B圖，係本發明之波長轉換裝置的第五實施例剖視圖與俯視圖，如第4A圖與第4B圖所示，支撐件504表面上透過黏接、焊接等方式固定有波長轉換模組508a、508b、508c和508d，且驅動設備505驅動支撐件504連同各個波長轉換模組一起轉動。
於第五實施例之中，波長轉換模組508a、508b、508d為陶瓷載體503表面上依次附有漫反射層502和螢光粉層501的結構，具體結構可參考前述之第三實施例。其中，波長轉換模組508a採用的單色螢光粉是橙色螢光粉、波長轉 換模組508b採用的是綠色螢光粉、波長轉換模組508d採用的是紅色螢光粉。如前述實施例所述，不同顏色的螢光粉具有不同的耐熱性能，因此需要對應匹配不同材料的第一玻璃粉、陶瓷載體以及不同的燒製工藝。
其中，波長轉換模組508c為螢光陶瓷511表面具有全反射介質膜513的結構，具體結構可參考前述之第四實施例。於本實施例之中，螢光陶瓷511選用可被激發出高亮度黃光的YAG螢光陶瓷；並且，所述之四個波長轉換模組分別以各自最佳的製造條件下製造出來，然後分別固定到支撐件一側表面上並拼接成圓環狀。
相較於前述之第一至第四實施例，本實施例的主要優勢在於，本發明提出的分段模組化的波長轉換裝置，通過陶瓷載體頂面附有反射層和螢光粉層、螢光陶瓷底面設置反射層兩種波長轉換模組的組合，得到了更大範圍的擴展應用，以適應更高的設計需求。
此外，本發明人更提出了本發明之第六實施例，相較於前述之第一至第五實施例，於第六實施例之中，係將第一實施例至第五實施例之任意一實施例中的其中一個波長轉換模組替換為透光區或者反光區或者兩者兼而有之，且必須特別強調的是，所有下文實施例中未提及的特徵，均可參閱第一實施例至第五實施例中的相應描述。
請參閱第五A圖與第五B圖，係本發明之波長轉換 裝置的第六實施例剖面圖與俯視圖；如第五A圖與第五B圖所示，於本發明之第六實施例之中，當將其中一波長轉換模組替換為透光區時，該波長轉換模組所在的圓弧段區域所對應的支撐件604底板部分被裁切為圓弧形通孔609，或者還在該圓弧形通孔609出固定裝有一片相應圓弧形的高透光玻璃，該玻璃可由前述玻璃粉燒制而成。當該波長轉換裝置隨驅動設備605轉動至激發光照射到該圓弧形通孔609處時，激發光直接穿過該圓弧形通孔609而出射，因此該通孔為透光區。
如第5B圖所示，當將其中一波長轉換模組替換為反光區時，將該波長轉換模組所在的圓弧段區域所對應的支撐件614表面塗覆高反射粒子，形成反射層619。其中，為了使高反射粒子與支撐件614表面黏接牢固，將高反射粒子與矽膠混合成漿料並塗敷在支撐件614表面固化。進一步地，為了提高反射率，先準備一段形狀尺寸適配的圓弧形鍍銀鋁片，然後在該鍍銀鋁片表面上塗敷該高反射粒子與矽膠的混合漿料並固化成型，再將該鋁片固定在支撐件614的相應區域上，形成反光區。則當波長轉換裝置隨驅動設備615轉動至激發光照射到該反光區時，激發光將被反射。
採用本實施例，相較於前述之第一實施例至第五實施例的優勢在於，當激發光本身就是一種所需的單色光例如藍光時，無需藉由波長轉換模組的螢光粉轉換來獲得該 單色光，而直接使得該單色光通過透光區出射、或者通過反光區反射後被收集即可，可以節省材料，明顯簡化製造工藝，並損耗較少的單色光。
另外，本發明人更提出了本發明之第七實施例，相較於前述之第一至第六實施例，於第七實施例之中，係將第一實施例至第六實施例的支撐件的結構進行了調整，且必須特別強調的是，其他下文實施例中未提及的特徵，均可參閱第一實施例至第六實施例中的相應描述。
請參閱第六圖，係本發明之波長轉換裝置的第七實施例剖面圖；如第六圖所示，於本發明之第七實施例之中，支撐件714為圓盤形底板，且底板上表面的對應於各波長轉換模組708a、708b安裝固定的環形區域上設有環形凹槽707，各波長轉換模組708a、708b透過前述黏接或焊接等各種固定方式固定在該凹槽707的內底面上，或者透過機械緊固的方式例如彈片抵壓、螺釘或鉚釘等緊固件連接、支撐件熱脹冷縮而扣合等方式將其固定在凹槽707內，內、外側面可與凹槽707的兩側側面相接觸。
相較於前述第一至第六實施例的優勢在於，將波長轉換模組內置在凹槽內，一方面增大了支撐件與波長轉換模組的接觸面積，有利於波長轉換模組的散熱；另一方面，波長轉化模組在隨驅動設備轉動時，受離心力作用，波長轉換模組有被向外甩脫的趨勢，而將其內置在凹槽中，凹 槽的側壁能為其提供保護，防止其甩脫，因此可提高該波長轉換裝置的結構穩定性，提高使用壽命。
當然，基於上述描述，可以想像的是，該凹槽還可以有多種變形，例如為在底板的該環形區域的內圓、外圓圓周上形成的兩個凸起環，波長轉換模組位於該兩個凸起環圍成的環形區域內；或者在該環形區域上形成的幾個凸起部，對應的波長轉換模組底部設有凹部，該凸起部與凹部的配合形成徑向位移約束，或者凸起部與凹部的位置互換等，上述方案皆可依據本發明而進行簡單改變而完成，因此在此即不再多加贅述。
另外，本發明人更提出了本發明之波長轉換裝置的第八實施例，請參閱第七A圖與第七B圖，係本發明之波長轉換裝置的第七實施例剖面圖與俯視圖；其中，相較於前述之第一至第七實施例中均採用了反射式的波長轉換裝置，因此在波長轉換模組上設置了反射層。於第八實施例之中，係將波長轉換裝置設計為透射式，因此無需採用反射層。
如第七B圖所示，支撐件804為兩個半圓弧形卡槽，且二者相向拼接並透過支撐件804a、804b外表面上的螺紋連接、彈性卡接、鉚接各種機械可拆卸連接方式固定，或者可透過其他黏接、焊接等不可拆卸方式固定。如第七A圖與第七B圖所示，多個波長轉換模組808a、808b、808c 外側邊緣插入卡槽內，徑向側邊緣與相鄰的波長轉換模組抵頂，從而相互定位。同時，相鄰模組之間也可通過黏接、焊接等方式固定。另外，在整個圓環形的波長轉換模組組合體的上表面和/或下表面和設置有透光玻璃，該透光玻璃邊緣一同被卡入卡槽內，將可提高整體的結構強度，防止爆裂。
波長轉換模組的選擇和組合可以參照前述任一實施例，並且也可將其中一個波長轉換模組替換為透光玻璃片，或者直接為透光的通孔。並且，為了提高透射的激發光和受激發光的效率，可於波長轉換模組組成的圓盤一側還設置有光收集元件，例如平面反射鏡、抛物面反射鏡、聚焦透鏡等，以將所有光線先收集後再行利用。
本實施例相較於前述之第一至第七實施例的主要優勢在於，可減少反射層的製備流程，並直接地採用現成的反射器件來完成反射收集光的功能。雖然於目前技術中，透射式光效要低於反射式，但在光效要求不高、或通過其他方式對螢光粉層或螢光陶瓷改進後光效大幅提高後，本方案仍有可能成為一種選擇。
另外，本發明人更提出了本發明之第九實施例，相較於前述之第一至第八實施例，於第九實施例之中，其主要的區別在於驅動設備之調整，且必須特別強調的是，其他下文實施例中未提及的特徵，均可參閱第一實施例至第 八實施例中的相應描述。
於本案之第九實施例之中，驅動設備用於與激發光源連接，並帶動激發光源運動，使其發出的激發光依次照射到波長轉換裝置的不同波長轉換模組上，從而依次發出不同顏色的受激發光。
當波長轉換模組靜止，並按照圓環形排列分佈時，驅動設備帶動激發光源沿相應的圓周平移；顯然，當波長轉換模組成矩形方片並按照直線方向依次地排列分佈，則驅動設備帶動激發光源進行直線平移，進而此時驅動設備也不必然為產生旋轉運動的馬達，而可以為能夠產生直線運動的移動杆、曲軸等機械結構。可以想像的是，波長轉換模組可以按照各種實際需要排列分佈，而驅動設備也以相應的方式驅動激發光源。
反之，當激發光源保持靜止，驅動設備仍與支撐件連接並帶動波長轉換模組移動，則根據波長轉換模組成圓環形、直線形、波浪形等不同的排列方式可設置相應的驅動方式，使驅動設備帶動波長轉換模組移動，從而依序地產生不同波長之受激發光，其中，驅動設備亦不必然為馬達，於本文中不做進一步地限制。
本實施例相較於前述之第一至第八實施例的主要優勢在於，為整個波長轉換裝置的結構提供了更多元的可調整性，從而使得實際產品能適應各種波長轉換模組的排 列組合的需求。
上述係本發明的波長轉換裝置的各種實施例，於說明書之中，各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
顯然地，本發明的實施例並不限於此，只要是受入射的激發光照射後產生不能波長的激發光的波長轉換裝置，利用陶瓷作為載體來承載螢光粉，且該陶瓷載體被分成多段、從而減少和避免容易具體溫度過高而爆裂，這樣的技術方案均屬於本發明所要保護的範圍。
藉由上述所揭露之波長轉換裝置，於本發明之中，係可將該波長轉換裝置應用於一種光源系統上，且該光源系統係至少具有產生激發光的激發光源與上述的波長轉換裝置，波長轉換裝置的螢光粉位於激發光源所產生的激發光的光路上，並將激發光轉換為受激發光發出。
呈上之敘述，於本發明之中，更可將該波長轉換裝置應用於一種投影系統上以用於投影成像。該投影系統可以採用各種投影技術，例如液晶顯示器(LCD，Liquid Crystal Display)投影技術、數碼光路處理器(DLP，Digital Light Processor)投影技術。此外，上述發光裝置也可以應用於照明系統，例如舞檯燈照明。
必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明 可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
104‧‧‧支撐件
108a‧‧‧波長轉換模組
108b‧‧‧波長轉換模組

Claims (20)

  1. 一種波長轉換裝置，係包括：一支撐件；以及複數個波長轉換模組；其中，該些波長轉換模組係相互地併合，且每一個該波長轉換模組係包括有：一陶瓷載體與設置於該陶瓷載體上的螢光粉，並且，該支撐件係使得該些波長轉換模組之間保持相對地固定；其中，每一個陶瓷載體上的螢光粉為受激發後將產生單一顏色受激發光的一種單色螢光粉；其中，不同的陶瓷載體上係分別設置有不同種單色螢光粉。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之一種波長轉換裝置，其中，至少其中一個波長轉換模組的螢光粉鋪設於該陶瓷載體一側之表面上以形成螢光粉層。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之一種波長轉換裝置，其中，該螢光粉層更包括黏接於該螢光粉上之一第一玻璃體。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之一種波長轉換裝置，其中，該陶瓷載體為導熱係數高於80W/mK的陶瓷材料。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之一種波長轉換裝置，其中， 該螢光粉層與該陶瓷載體表面之間更設置有一反射層，且該反射層為一漫反射層並包含有白色散射粒子和黏接於該白色散射粒子上之第二玻璃體，或者，該反射層為鍍於該陶瓷載體表面上的一全反射介質膜。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之一種波長轉換裝置，其中，該全反射介質膜為銀膜或鋁膜。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項任一項所述之一種波長轉換裝置，其中，至少其中一個波長轉換模組為該螢光粉分散於該陶瓷載體中而形成之螢光陶瓷。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之一種波長轉換裝置，其中，該螢光陶瓷為YAG微晶玻璃或燒結YAG陶瓷。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之一種波長轉換裝置，其中，該螢光陶瓷的底面上設有一漫反射層，且該漫反射層係包含有白色散射粒子和黏接於該白色散射粒子的第二玻璃體所組成，或者，該螢光陶瓷的底面上鍍有全反射介質膜。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之一種波長轉換裝置，其中，該全反射介質膜為銀膜或鋁膜。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之一種波長轉換裝置，其中，該全反射介質膜表面上覆蓋有金屬保護層。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之一種波長轉換裝置，其中，該支撐件為一底板，且該些波長轉換模組係分別固設於該底板的一側表面上，並且，該螢光粉係相對應於該底板而設置於該波長轉換模組的另一側表面上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之一種波長轉換裝置，其中，該底板可為下列任一種材料所構成：金屬、金屬合金或金屬與無機材料所構成的複合材料。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之一種波長轉換裝置，其中，該底板的表面設置有環形凹槽，且該些波長轉換模組均成圓弧狀，並於該環形凹槽內部拼接成一環形。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之一種波長轉換裝置，其中，該波長轉換模組係透過黏接或焊接固定之方式而設置於該底板上，並且，用以進行黏接之黏接劑可為下列任一種：有機黏接劑、銀膠或者矽膠與導熱填料粒子的混合漿料。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之一種波長轉換裝置，其中，該導熱填料粒子可為下列任一種或多種粒子之混和物：氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、氧化釔、氧化鋅或氧化鈦。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之一種波長轉換裝置，其中，不同的波長轉換模組與底板之間的固定方式係皆不相同。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之一種波長轉換裝置，更包括有一驅動設備，且該驅動設備係用以驅動該支撐件運作。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之一種波長轉換裝置，其中，該波長轉換裝置係可應用於一光源系統之中，並且，該波長轉換裝置之螢光粉係設置於該光源系統之激發光源所產生的激發光的光路上，並將激發光轉換為受激發光發出。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之一種波長轉換裝置，其中，該光源系統係可應用於一投影系統之中。
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