TWI694621B - 光學增強之光轉換器 - Google Patents
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Abstract
本發明提供光轉換器及其製造方法。所提供的光轉換層包含位在黏結材料中的光轉換粒子，該光轉換層可由照射在該光轉換層上的激發光來生成發射光。在該光轉換層的表面上具有平坦化層，並有至少一光學塗層位在該平坦化層的表面上或作為該平坦化層表面的一部分，且相較於該光轉換層的表面而言，該平坦化層的表面是相對光滑的。
Description
本發明關於一種光轉換器，該光轉換器包括固態光轉換材料，該材料可形成諸如磷光體輪等光學元件的一部分。本發明亦提供一種製造光轉換器的方法。
光轉換(或波長轉換)材料(例如，磷光體)可用於各種應用中，例如可用於光學元件中。第1圖繪示出現行之示例性光轉換器100的概要剖面圖。此光轉換器包括：光轉換層101；及高反射塗層102。該光轉換層101通常包含位於聚合物黏結劑(例如已固化之矽膠101b)中的磷光體粒子(粉末)101a。此種光轉換層稱為聚矽氧包覆磷光體(phosphor-in-silicone，PIS)型的光轉換層。藉著分配使磷光體粒子101a分散在液態透明的聚矽氧101b中，利用網版印刷或其他塗覆方法進行塗覆該聚矽氧，且隨後使該聚矽氧進行熱硬化而使該聚矽氧固化。該光轉換層101具有粗糙表面101c，該粗糙表面101c位在設有高反射塗層102之側的反側上。
激發光103a入射在該光轉換層101上，且磷光體粉末101a將此激發光103a轉換成發射光。高反射塗層102捕捉此來自所有可能方向的發射光並反射之此
發射光，使得發射光103b皆以與該激發光103a相反的方向來行進。因此，該光轉換器100為反射式。亦知還可提供不具有高反射塗層102的光轉換層101，此種光轉換器則為透射式。
此種光轉換器的其中一種應用是磷光體輪(phosphor wheel)，磷光體輪是一種用來產生發射光的光學元件，其可由單一光源(通常是窄波長範圍的光源)的激發光來產生一種或通常多種不同波長的發射光。在具有共同發明人的國際專利申請案WO-2014/016574中描述一種磷光體輪實例。
接下來參閱第2a圖及第2b圖，圖中分別以概要圖的形式示出習知磷光體輪結構的第一實例及第二實例。該兩實例具有類似的特徵並使用相同的元件符號標示出相同的特徵。在盤狀基板202上提供光轉換器201。根據第1圖，光轉換器201是PIS型。光轉換器201是由單一個有色磷光體環(呈如第2a圖中所示的同心圓圖案)或複數個有色區段201(R)(紅色)、201(Y)(黃色)及201(G)(綠色)所形成，每個區段用來產生具有特定色彩的光(如第2b圖所示)。該光轉換器201將來自第一光譜波長範圍之激發光的光譜轉換成不同的第二光譜波長範圍的發射光(或再發射光)。當激發光203a(來源光，例如藍光)入射在光轉換器201上時，會導致產生發射光203b(例如，黃光，特別是201(Y))。盤狀基板202反射該發射光203b，且透鏡系統(圖中未示出)收集該發
射光203b。通常盤狀基板202在使用期間會旋轉，雖然此元件可能以靜態配置的方式使用，在採靜態配置方式使用的情況下，此元件可能不是稱為磷光體輪。
提升性能，特別是從而提升光轉換器的效率、輸出功率及溫度管理(尤其是用於磷光體輪)是重大的挑戰。克服這項挑戰的其中一個方法是使用固態光轉換材料(例如，陶瓷轉換器或磷光體玻璃)來取代PIS型的光轉換層。然而，PIS型材料具有勝過此種固態光轉換材料的優點。例如，PIS型材料可能在顏色的選擇上較具彈性、結構較簡單及成本較低。若可改進性能又無需改變所使用之光轉換層的類型將會是有利的。
在此背景下，根據請求項1提供一種光轉換器及根據請求項12提供一種光學元件。亦根據請求項14提供一種製造光學轉換器的方法。依據該等請求項於以下說明內容中揭示其他的較佳特徵。
公認光轉換器在光轉換層上包括至少一個光學塗層且其中該光轉換層含有位於黏結材料(例如，諸如聚矽氧等聚合物)中的光轉換粒子(例如，磷光體粉末)可能是有利的。較佳在該光轉換層的表面上提供平坦化層。有利的是在該平坦化層的表面上提供該光學塗層或使該光學塗層作為該平坦化層之表面的一部分。相較於該光轉換層的表面(與該平坦化層鄰接的表面)而言，該
平坦化層的表面(與該至少一光學塗層鄰接的表面)是光學光滑及/或相對光滑的。
使磷光體粒子埋在黏結劑中所形成的光轉換層可能具有粗糙表面，且可能難以在此表面上塗覆此類的光學塗層。該平坦化層具有較光滑的表面，例如光學光滑表面，而較容易在該表面上塗覆該光學塗層(或多個塗層)。例如，該平坦化層可能具有不大於0.02微米的平均粗糙度(Ra)。該平坦化層可能包含聚矽氧材料(silicone material)、有機材料或複合材料。
可利用分配(dispensing)、噴塗、刷塗、濺射、旋塗或絲網或網版印刷來沈積該平坦化層。較佳固化該平坦化層，特別是藉由熱固化法來固化該平坦化層。該熱固化步驟可在低溫(例如在不高於150℃)下進行及/或持續一段長時間，例如至少1小時或2小時。此步驟可使該平坦化層形成光滑層又不會影響到下方的光轉換層。
該光學塗層可為薄膜塗層，例如抗反射(AR)塗層、高反射(HR)塗層、二向色濾片(dichroic filter，DF)塗層及/或金屬塗層。光學塗層可提高該光轉換器的性能(從而提高效率)達5%，同時顯著降低操作溫度，例如降低約9℃。
100‧‧‧光轉換器
101‧‧‧光轉換層
101a‧‧‧磷光體粒子
101b‧‧‧矽膠/聚矽氧
101c‧‧‧粗糙表面
102‧‧‧高反射塗層
103a‧‧‧激發光
103b‧‧‧發射光
201‧‧‧光轉換器
201(G)‧‧‧綠光
201(R)‧‧‧紅光
201(Y)‧‧‧黃光
202‧‧‧盤狀基板
203a‧‧‧激發光
203b‧‧‧發射光
300‧‧‧光轉換器
301‧‧‧光轉換層
301a‧‧‧磷光體粒子
301b‧‧‧已固化矽膠
301c‧‧‧粗糙表面
302‧‧‧高反射塗層
303a‧‧‧激發光
303b‧‧‧發射光
304‧‧‧平坦化層
305‧‧‧光學塗層
400‧‧‧磷光體輪
401‧‧‧光轉換層
402‧‧‧基板
404‧‧‧平坦化層
405‧‧‧光學塗層
500‧‧‧磷光體輪
501‧‧‧光轉換層
502‧‧‧基板
504‧‧‧平坦化層
505‧‧‧光學塗層
506‧‧‧高反射聚矽氧層
601a‧‧‧第一雷射二極體組
601b‧‧‧第二雷射二極體組
610‧‧‧濾片
615‧‧‧輸入光
620‧‧‧透鏡系統
621‧‧‧透鏡系統
622‧‧‧透鏡系統
623‧‧‧透鏡系統
630‧‧‧二向分光鏡
640‧‧‧監測功率計
650‧‧‧輸出功率計
660‧‧‧磷光體輪
681‧‧‧輸出光
682‧‧‧測量光
683‧‧‧試驗光
684‧‧‧發射光
685‧‧‧輸入光
本發明可採諸多方式加以實施，及現將參照附圖來說明數個較佳實施例且該等較佳實施例僅供舉例說明之用，其中：第1圖概要示出現行之示例性光轉換器的剖面圖；第2a圖示出包含第1圖光轉換器之習知磷光體輪結構的第一實例；第2b圖示出包含第1圖光轉換器之習知磷光體輪結構的第二實例；第3圖概要示出根據本發明所做之第一光轉換器實施例的剖面圖；第4圖圖示第一磷光體輪實施例的分解圖；第5圖圖示第二磷光體輪實施例的分解圖；第6圖圖示可用來測試第4圖及第5圖之磷光體輪實施例的結構配置概要圖。
首先參閱第3圖，概要示出光轉換器實施例300的剖面圖。圖中示出：光轉換層301；高反射塗層302；平坦化層304；及光學塗層305。
光轉換層301形成在高反射塗層302上。根據第1圖中示出的習知實施例，光轉換層301包括位在聚合物黏結劑(例如，已固化矽膠301b)中的磷光體粒子(粉末)301a。換言之，此光轉換層301是聚矽氧包覆磷光體(PIS)型。光轉換層301具有粒狀粗糙表面301c，
且在與該粗糙表面301c相反的一側上提供高反射塗層302。如第3圖中所示，激發光303a入射在光轉換層301上，光轉換層301將此激發光303a轉換成不同波長的光，隨後高反射層302反射該不同波長的光以提供發射光303b。
平坦化層304沈積在光轉換層301的粗糙表面301c上。該平坦化層304為聚矽氧黏著劑。控制該平坦化層304的施用及/或厚度以便於達到微觀尺寸的光學表面(光學光滑)。例如，平坦化層304的平均粗糙度可小於0.02微米。平坦化層304的厚度可足以使此層光學光滑，例如該厚度可為400奈米至1000奈米或可厚達(且視情況可包括)100微米、150微米或200微米(且最小厚度視情況可為400奈米、1微米、100微米或150微米)。該平坦化層304經過固化以提供牢固且乾燥的表面而更好操作。所採行的是在低於150℃的溫度下進行1小時或2小時的熱固化。此溫度限制是特地為了避免損壞下方的光轉換層301。
光學塗層305是薄膜塗層，例如抗反射(AR)塗層。在平坦化層304已固化之後，方塗覆此光學膜層。使用PVD法來塗覆此塗層。該AR塗層305塗覆在該光學轉換層301欲暴露於激發光303a下的該側上。此舉意在降低該激發光303a在與光轉換層301接觸之界面處的反射損失。此塗層的厚度是依據設計性能、所使用的薄膜材料及相鄰材料(例如平坦化層304)的性質而定。
平坦化層304及光學塗層305可提供進一步的次要益處。平坦化層304具有低折射率(refractive index)，通常低於光轉換層301的折射率。這會提高將發射光303b收集至光轉換層301中的角度及/或從該光轉換層303b導出光的角度(相對於該表面的法線而言可達到至少30度)。因此可提高轉換光線的總萃取量。
在實務上，已證實結合以上功效可提升5%的性能且可使該PIS型光轉換層201的溫度降低9℃。這使得PIS型光轉換器更能有效使用且可避免其他類型之光轉換器帶來的問題。
應注意，該高反射塗層302為選用性，並於以下討論不具有高反射塗層302的實施例。又，光轉換層301的結構可改變成任何類型的黏著劑包覆粒子之結構配置。此等結構傾向具有粗糙的外表面，若塗覆光學塗層的話，該粗糙外表面可能造成問題。
平坦化層304未必需由聚矽氧所形成。希望此層具有的性質可包括以下其中一個或更多個性質：低吸收作用；在寬頻帶(380奈米至800奈米)內具有高透射率(至少50%、60%、70%、75%、80%、85%、90%或95%)；能夠輕易地形成光學光滑表面；低成本；易於製造。可使用其他材料，尤其是包括SiO2及/或Al2O3的材料。在某些情況中，平坦化層304的折射率可低於光轉換層201的折射率，且視情況需要，該平坦化層304的折射率盡可能地低(低於1.3、1.25、1.2、1.1或
1.05)，同時仍允許在該平坦化層304上形成可靠的光學膜。可取決於將使用的光學塗層來設定該折射率，且當使用AR塗層時，則以高折射率為佳。
有利的是，平坦化層304的折射率可設定成與該光轉換層301的折射率接近或相當。例如，YAG磷光體具有1.7或更高的高折射率。分佈在聚矽氧樹脂中的磷光體通常具有約1.4至1.5的折射率以形成光轉換層301。由於折射率的差異，導致可能有相當大比例的光線在此等層之間的界面處散射掉。
雖然平坦化層304傾向於具有特定的折射率，但替代方法是在具有期望折射率的平坦化層304上形成光學塗層。使該平坦化層304具有低折射率(其與TIR效應的關係一致且適合施用塗層)可提供顯著優勢。可利用任何的聚矽氧黏著劑處理方法(例如噴塗)來形成該平坦化層304，除此之外，替代方法可包括分配法、刷塗法、濺射法、旋塗法或絲網或網版印刷法。或可使用溶膠-凝膠/浸塗技術、化學氣相沈積(CVD)、磁控濺鍍PVD(此法可提供良好的膜密度)或其他技術來沈積該平坦化層。除了熱固化法之外，也可使用室溫加硫法(room temperature vulcanisation，RTV)。
可在該平坦化層304上提供附加或取代類型的光學塗層，例如：高反射(HR)塗層(不常使用)；二向色濾片(DF)塗層(用來過濾激發光及/或發射光)；及/或金屬塗層(舉例而言，例如AlFlexTM或SilFlexTM，
同樣不常使用)。可額外使用浸塗法或使用浸塗法取代PVD法來塗覆該光學塗層。其他已知技術亦可能可行。
一般而言可提供一種光轉換器，該光轉換器包含：光轉換層，且該光轉換層包括位於黏結材料中的光轉換粒子，以藉由入射在該光轉換層上的激發光來產生發射光；及位在該光轉換層之表面上的平坦化層。該平坦化層的表面呈現光學光滑及/或比該光轉換層的該表面更為光滑。至少一光學塗層有利地位在該平坦化層的光滑表面上或作為該平坦化層之光滑表面的一部分。換言之，該平坦化層之該表面的粗糙度低於一特定值及/或低於該光轉換層之表面(與該平坦化層相鄰的表面)的粗糙度。隨後可於該平坦化層上塗覆該光學塗層，或使該光學塗層與該平坦化層一起形成。
可附加或擇一選用的是，可思及一種製造光轉換器的方法，該方法包括以下步驟：在光轉換層的表面上沈積平坦化層，該光轉換層包含位於黏結材料中的光轉換粒子，且該光轉換層藉由入射在該光轉換層上的激發光來產生發射光；及於該平坦化層的表面塗覆至少一光學塗層或在該平坦化層的表面中形成至少一光學塗層。相較於該光轉換層的該表面而言，使該平坦化層的該表面呈相對光滑是有益的。此方法可能具有諸多步驟以用來提供與該光轉換器有關的任何文中所述特徵。
在不同方法中，該光轉換層的該表面可具有如文中參照該平坦化層進行說明時所描述的粗糙度。例
如可在進行該(聚矽氧)材料的最終硬化反應之前藉由分配(dispensing)及/或適當固化及模塑，使該(PIS)光轉換層的表面變得光滑來達成此目的。在此方法中，無需使用平坦化層。隨後可直接在該光轉換層的表面上沈積該光學塗層(例如厚度約1微米的二氧化矽塗層)。然而發現到，此方法在製造時難以實行，且性能還不如額外提供平坦化層時的效果好。
該等光轉換粒子通常為磷光體粒子。該黏結劑材料較佳為聚合物。例如，該黏結劑材料可能包括聚矽氧材料。該平坦化層可能包括與該黏結劑材料相同的材料或由與該黏結劑材料相同的材料所形成。
該平坦化層的該表面通常配置成光學光滑的。如此可涵蓋寬廣的光入射角(距離該表面至少5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度或45度)及/或廣波長範圍(380奈米至800奈米或至少是該激發光及/或發射光的波長)。例如該平坦化層的該表面可能具有不大於(或小於)0.03微米、0.025微米、0.02微米、0.015微米、0.01微米或0.005微米的平均粗糙度(Ra)。該平坦化層之該表面的Ra可能不超過0.5、0.4、0.3、0.25、0.2、0.1或0.05的該光轉換層表面Ra。可附加或擇一選用的是，該平坦化層之該表面的Ra可能不超過0.3、0.25、0.2、0.1、0.05或0.01的激發光或發射光波長。
該平坦化層所具有的光學折射率可低於、類似或大於該光轉換層的光學折射率。通常，該平坦化層之折射率與該光轉換層之折射率之間的差異應小於(或不超過)該光轉換層之折射率的50%、40%、30%、25%、20%、15%、10%或5%。可附加或擇一選用的是，該平坦化層的光學折射率在某些實施例中可小於(不超過)1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.25、1.2、1.1或1.05及在其他實施例中可大於(或至少為)1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.25、1.2、1.1或1.05。該平坦化層可包括聚矽氧材料、有機材料或複合材料。該平坦化層可包括SiO2及/或Al2O3。可藉由以下一或更多種方法來沈積該平坦化層：分配、噴塗、刷塗、濺射、絲網印刷或網版印刷。例如，可利用熱固化或室溫加硫法(RTV)來進一步固化該平坦化層。可在不高於(或低於)150℃的溫度下進行該熱固化步驟。該熱固化步驟的時間約為或至少為1小時或2小時。
該至少一光學塗層較佳包括薄膜塗層。該至少一光學塗層可包括以下其中一者或更多者：抗反射(AR)塗層；高反射(HR)塗層；二向色濾片(DF)塗層；及金屬塗層。
該平坦化層位於該光轉換層的第一表面上。該光轉換器可進一步包括光學功能層，該光學功能層位在該光轉換層的第二表面上(且該第二表面通常位於該
光轉換層之該第一表面的反面處)。例如，該光學功能層可包括高反射材料或反射性樹脂層。
該光轉換器較佳可作為光學元件的一部分。特別是，該光學元件可包括基板。隨後可將該光轉換器設置(安裝或附接)在該基板上。該基板可包括金屬材料、非金屬材料或複合材料(或由上述材料所形成)。尤其是，該光學元件可為以下其中一者：色輪；磷光體輪；投影顯示器；及車頭燈。
接下來參閱第4圖，圖中示出磷光體輪400第一實施例的概要分解圖。此磷光體輪400包括：基板402；光轉換層401；平坦化層404；及光學塗層405。基板402為金屬盤，且該金屬盤上塗有高反射膜。光轉換層401為PIS型(如以上所討論者)且通常藉由分配、網版印刷或另外的塗覆方法而塗覆於基板402上。隨後熱固化該層並使該層硬化以形成有色區段或有色環。該平坦化層404是由聚矽氧所形成以提供光學光滑的表面，且該光學塗層(為AR塗層或DF塗層)塗覆於該光學光滑表面上。建構完成的色輪/磷光體輪模組安裝在馬達上而可高速旋轉。根據針對第3圖所做的描述來形成該光轉換層401、平坦化層404及光學塗層405。
儘管已描述數個具體實施例，但熟悉該項技藝者將明白可能有各種變化及修飾態樣。例如，參照第3圖之光轉換器所描述的任何替代物可同等地應用於第4圖的實施例。亦可考慮使用其他形狀及/或材料的基板
402。此外，該基板未必具有高反射膜。該基板可為反射性的金屬基板。或者，在該光轉換層401之與該平坦化層404相反的該側上可能不提供高反射塗層。該基板可能(完全或部分)透光。則該色輪/磷光體輪可為透射型。基板402不一定要安裝在馬達上及/或旋轉。反之，該基板402可用於靜態(不旋轉)的結構配置中。
另一種替代實施例可將該平坦化層與光學塗層結合在一起而成為一層。若選擇使該平坦化層具有大致介於該兩種周圍介質(即分別是下方的波長轉換層(通常是聚矽氧中的磷光體)及上方的空氣)之間的折射率，藉由正確地選擇此層的厚度，可形成光滑且兼為單層AR塗層的膜層。可附加或擇一選用的是，若該平坦化層做得夠薄，則該平坦化層可成為薄膜堆疊的一部分，例如使該平坦化層成為該AR塗層設計的一部分。如有需要則可藉由該AR塗層設計來控制該平坦化層的折射率(index)和厚度。
現參閱第5圖，圖中示出示第二磷光體輪實施例的分解圖。磷光體輪500包括：基板502；光轉換層501；平坦化層504；光學塗層505；及高反射聚矽氧層506。該高反射聚矽氧層506可視為反射性樹脂層，如同吾等同在待審中的國際(PCT)專利申請案PCT/CN2015/097366中所描述者，且該案內容以引用方式併入本案。第5圖的實施例可視為是本發明之光轉
換器與該同在待審之專利申請案中所述反射性樹脂層結合而成實施實例。
該高反射聚矽氧層506是一種聚矽氧材料，其為道康寧公司(Dow Corning Corporation)旗下所販售型號為CI-2001的商品。在該材料的技術資料表及安全資料表上可找到有關此材料的進一步資料，且該等資料表的內容以引用方式併入本案。此材料的主要成分是八甲基三矽氧烷(octamethyltrisiloxane，其為一種反射性樹脂)，且此材料亦包含：二氧化鈦(濃度約20%至30%，折射率為2.1)；二氧化矽(濃度約1%至5%，RI為1.47)；及氫氧化鋁(濃度約1%至5%，RI為1.8)。此等附加成分可為用來進行光漫反射的進一步活性成分。此材料在室溫下固化成堅韌、有彈性且無黏性的表面並具有低可燃性，但輕度熱加速固化(於溶劑涼乾之後)可加速連續處理製程。該材料亦具有低黏度而可促進流動並填充至狹窄的縫隙與空間中。通常，合適的材料應可在-45℃至200℃(-49℉至392℉)的溫度範圍內操作一段長時間(至少1500小時)。然而，在該範圍的低溫端及高溫端處，該材料的行為及在特定應用中的性能可能變得比較複雜且需要考慮到額外的事項。可能影響性能的因素有成分的配置及應力敏感性、冷卻速率和維持時間及先前的溫度歷程。在該高溫端處，該已固化聚矽氧彈性體的耐久性則取決於時間和溫度而定。
該聚矽氧材料與有機溶劑混合，隨後進行塗覆，在此例子中，該聚矽氧材料包含甲基矽氧烷且為道康寧公司旗下所販售型號為OS-20的商品。在該材料的技術資料表及安全資料表上可找到有關此材料的進一步資料，且該等資料表的內容以引用方式併入本案。此溶劑為揮發性溶劑且是用來作為稀釋劑以調整該溶液黏度。根據製程要求製備出均勻的混合聚矽氧材料，且在將此材料放入混合機中進行混合之前，先於該材料中加入矽油稀釋劑以調整黏度。建議該混合機採用的雙步驟式混合程序是先以600RPM低速混合60秒，隨後以1200RPM高速混合120秒。
利用分配、噴塗或網版印刷在基板502上形成該聚矽氧層。通常採用室溫固化法或室溫加硫法(RTV)，但可藉由輕度加熱來加速固化速度(並可縮短達到不黏狀態所需要的時間)。或可採用熱固化法。大氣濕度可能有助於固化。在接觸到空氣循環爐中的高溫之前，應先留有適當時間以供溶劑蒸發。用於3密耳(75微米)塗層的典型固化程序是置於室溫下10分鐘，隨後置於60℃下10分鐘。若該塗層起泡或含有氣泡，在進入爐內固化之前，可在室溫下額外放置一些時間以使溶劑涼乾(flash off)。該聚矽氧材料的可用時間(pot life)取決於所選擇的塗覆方法而定。盡可能地使用乾空氣或乾氮氣氣毯覆蓋以減少材料暴露在濕氣中，便可延長該可用時間。該聚矽氧材料的附著力通常會落後於該固化
步驟，且可能需要花上48小時來建立該附著力。因此，該固化步驟形成該聚矽氧塗層203。在固化之後，該層中不存在溶劑(例如，OS-20)。此結構通常在380奈米至800奈米的波長之間具有高光反射性。例如，在固化之後，該盤狀表面的反射率可達到98%。可達到98%反射率的聚矽氧層典型厚度為約0.05毫米至約0.15毫米。
更廣泛而言，該反射性樹脂層可包括無機-有機混合聚合物或彈性體(及可能是由此種聚合物或彈性體所組成的層)。在較佳實施例中，該反射性樹脂層包括聚矽氧，且更佳者，該反射性樹脂層是聚矽氧層。該反射性樹脂層可包括矽氧烷(siloxane)，例如八甲基三矽氧烷。該反射性樹脂層可包括其他組成物質，例如至少一種進一步的光學反射性材料，但反射性樹脂材料應為該層的光學性主要及/或多數成分(例如，以濃度或w/w計)。該反射性樹脂可形成至少(或大於)50%的該反射性樹脂層(以濃度或w/w計)。可能出現的其他光學反射性材料可包括或包含以下其中一者或更多者：二氧化鈦；二氧化矽；及氫氧化鋁。該反射性樹脂層的厚度通常至少(或大於)約0.05毫米且一般而言不超過(或小於)約0.15毫米且更佳為至少約0.1毫米及/或約為0.1毫米(例如，0.08毫米或0.09毫米至0.11毫米或0.12毫米)。
回到第5圖的實施例，如以上參照第3圖所述的方式形成該光轉換層501，該光轉換層501為PIS層。當硬化後，該光轉換層501位於該聚矽氧反射層502上，這會形成數個有色區段。同樣如參照第3圖所做詳細說明般，在該光轉換層501上塗覆聚矽氧平坦化層504並硬化該聚矽氧平坦化層504。此舉會形成光學光滑的表面，在該光學光滑表面上塗覆薄膜光學塗層505，該光學塗層505通常包括AR塗層及/或DF塗層。將該色輪/磷光體輪模組安裝在馬達上以高速旋轉。
一般而言，該基板可塗有光學功能層。則可藉著在該光學功能層上配置該光轉換層，而將該光轉換層配置在該基板上。該光學功能層可為如以上所討論的反射性樹脂層。
亦可能對第5圖的實施例做出諸多變化或修飾。例如，以上參照第3圖之光轉換器及/或第4圖之色輪/磷光體輪所描述的任何替代物可同等地應用於第5圖的實施例。可用替代性的光學功能層來取代該高反射聚矽氧層506。此層可為高反射性及/或由除了聚矽氧以外的材料所製成。可利用其他塗覆方法(例如可使用以上有關塗覆光轉換層及/或平坦化層時所討論之方法中的任一種方法)將該光學功能層(不論是否為聚矽氧層)塗覆於該基板502。
參閱第6圖，圖中示出可用來測試第4圖及第5圖之磷光體輪實施例的結構配置概要圖。此配置包括：
第一雷射二極體組(laser diode bank)601a；第二雷射二極體組601b；濾片610；透鏡系統620、透鏡系統621、透鏡系統622、透鏡系統623；二向分光鏡630；監測功率計(monitor power meter)640；輸出功率計650；及磷光體輪660。
第一雷射二極體組601a及第二雷射二極體組601b提供總功率為60W的光。引導該來自兩組雷射二極體組601a及雷射二極體組601b的光通過濾片610以提供輸入光615至第一透鏡系統620。來自該第一透鏡系統620的輸出光681入射在二向分光鏡630上。該輸出光681分裂成：測量光682，該測量光682經由第二透鏡系統621而提供至監測功率計640；及試驗光683，該試驗光683經由第三透鏡系統622而提供至磷光體輪660以作為激發光。來自磷光體輪660的發射光684回到二向分光鏡630，在該二向分光鏡630處反射該發射光以經由第四透鏡系統623提供輸入光685至該輸出功率計650。藉著比較來自該監測功率計640及來自該輸出功率計650的測量值，可鑒定該磷光體輪的效率性能，並可與其他示例性的磷光體輪做比較。利用此種配置，觀察到在依據第2a圖所做的實例與依據第4圖所做的實施例之間有5%的性能提升。
601a‧‧‧第一雷射二極體組
601b‧‧‧第二雷射二極體組
610‧‧‧濾片
615‧‧‧輸入光
620‧‧‧透鏡系統
621‧‧‧透鏡系統
622‧‧‧透鏡系統
623‧‧‧透鏡系統
630‧‧‧二向分光鏡
640‧‧‧監測功率計
650‧‧‧輸出功率計
660‧‧‧磷光體輪
681‧‧‧輸出光
682‧‧‧測量光
683‧‧‧試驗光
684‧‧‧發射光
685‧‧‧輸入光
Claims (19)
- 一種光轉換器，包括：一光轉換層，該光轉換層包括位在一黏結材料中的光轉換粒子，以藉由入射在該光轉換層上的激發光產生發射光；一平坦化層，該平坦化層位在該光轉換層的一表面上；及至少一光學塗層，該至少一光學塗層位在該平坦化層的一表面上或作為該平坦化層之該表面的一部分，且相較於該光轉換層的該表面而言，該平坦化層的該表面是相對光滑的，其中該平坦化層的該表面具有一平均粗糙度Ra，且該平均粗糙度Ra不超過0.25的該光轉換層之該表面的平均粗糙度Ra。
- 如請求項1所述之，其中該平坦化層的該表面是配置成光學光滑的。
- 如請求項1或請求項2所述之光轉換器，其中該光轉換層之該黏結材料係為一聚合物黏結材料。
- 如請求項1或請求項2所述的光轉換器，其中該平坦化層的該表面具有一平均粗糙度Ra，該平均粗糙度Ra不超過0.1的該激發光或發射光之波長。
- 如請求項1或請求項2所述的光轉換器，其中該平坦化層包括一聚矽氧材料、一有機材料或一複合材料。
- 如請求項1或請求項2所述的光轉換器，其中該至少一光學塗層包括一薄膜塗層。
- 如請求項1或請求項2所述的光轉換器，其中該至少一光學塗層包括以下其中一者或更多者：一抗反射(AR)塗層；一高反射(HR)塗層；一二向色濾片(DF)塗層；及一金屬塗層。
- 如請求項1或請求項2所述的光轉換器，其中該等光轉換粒子為磷光體粒子，及其中該黏結材料是一聚矽氧材料。
- 如請求項1或請求項2所述的光轉換器，其中該平坦化層位在該光轉換層的一第一表面上，該光轉換器進一步包括：一光學功能層，該光學功能層位在該光轉換層的一第二表面上。
- 如請求項9所述之光轉換器，其中該光轉換層的該第二表面位於該光轉換層之該第一表面的反面處。
- 如請求項9所述之光轉換器，其中該光學功能層包括一反射性樹脂材料。
- 一種光學元件，包括：一基板；及如前述任一請求項所述的一光轉換器，該光轉換器位在該基板上。
- 如請求項12所述之光學元件，其中該光學元件為以下其中一者：一色輪；一磷光體輪；一投影顯示器；及一車頭燈。
- 一種製造一光轉換器的方法，包括以下步驟：在一光轉換層的一表面上沈積一平坦化層，該光轉換層包括位於一黏結材料中的光轉換粒子，其中該平坦化層的該表面具有一平均粗糙度Ra，且該平均粗糙度Ra不超過0.25的該光轉換層之該表面的平均粗糙度Ra；且該光轉換層藉由入射在該光轉換層上的激發光來產生發射光；及於該平坦化層的一表面塗覆至少一光學塗層或在該平坦化層的一表面中形成至少一光學塗層，且相較於該光轉換層的該表面而言，該平坦化層的該表面是相對光滑的。
- 如請求項14所述之方法，其中沈積該平坦化層的步驟包括分配、噴塗、刷塗、濺射、旋塗或 絲網或網版印刷。
- 如請求項14或請求項15所述之方法，其中沈積該平坦化層的步驟進一步包括以下步驟：固化該平坦化層。
- 如請求項16所述之方法，其中固化該平坦化層的步驟包括以下步驟：在一不高於150℃的溫度下進行熱固化。
- 如請求項14或請求項15所述的方法，在進行沈積該平坦化層的步驟之前，進一步包括以下步驟：在一基板上提供該光轉換層。
- 如請求項18所述之方法，進一步包括以下步驟：將一光學功能層塗覆於該基板；及其中在該基板上提供該光轉換層的步驟包括在該光學功能層上提供該光轉換層。
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