TWI810302B - 白光磷光體裝置 - Google Patents
白光磷光體裝置 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI810302B TWI810302B TW108117840A TW108117840A TWI810302B TW I810302 B TWI810302 B TW I810302B TW 108117840 A TW108117840 A TW 108117840A TW 108117840 A TW108117840 A TW 108117840A TW I810302 B TWI810302 B TW I810302B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- light
- phosphor
- short
- wavelength
- conversion layer
- Prior art date
Links
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 104
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 106
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 19
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000003631 wet chemical etching Methods 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
- G03B21/14—Details
- G03B21/20—Lamp housings
- G03B21/2006—Lamp housings characterised by the light source
- G03B21/2033—LED or laser light sources
- G03B21/204—LED or laser light sources using secondary light emission, e.g. luminescence or fluorescence
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
- F21V9/30—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source
- F21V9/32—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source characterised by the arrangement of the photoluminescent material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
- F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
- F21K9/64—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using wavelength conversion means distinct or spaced from the light-generating element, e.g. a remote phosphor layer
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
- F21V9/40—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity
- F21V9/45—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity by adjustment of photoluminescent elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/007—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements the movable or deformable optical element controlling the colour, i.e. a spectral characteristic, of the light
- G02B26/008—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements the movable or deformable optical element controlling the colour, i.e. a spectral characteristic, of the light in the form of devices for effecting sequential colour changes, e.g. colour wheels
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
- G03B21/14—Details
- G03B21/20—Lamp housings
- G03B21/208—Homogenising, shaping of the illumination light
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2105/00—Planar light sources
- F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/30—Semiconductor lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/507—Wavelength conversion elements the elements being in intimate contact with parts other than the semiconductor body or integrated with parts other than the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/508—Wavelength conversion elements having a non-uniform spatial arrangement or non-uniform concentration, e.g. patterned wavelength conversion layer, wavelength conversion layer with a concentration gradient of the wavelength conversion material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Filters (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
Abstract
一種白光源包括一光源及一磷光體轉換組件。該光源發射在570奈米或更短的一峰值波長達到峰值之短波長光。該磷光體轉換組件包括一光轉換層，該光轉換層包含能有效將該短波長光轉換成經轉換光之磷光體。該光轉換層包括包含開口或通道材料之光通道，該通道材料不包含該磷光體且對該短波長光係能透射光的。該光源相對於該磷光體轉換組件設置以便用所發射之短波長光照射該光轉換層且使該短波長光穿過該等光通道。
Description
以下係關於照明領域、磷光體輪領域、光學干涉濾光片製造領域及相關領域。
一些已知的基於磷光體之光源使用由藍色LED或雷射激發之黃色磷光體。為了產生白光，提供額外的藍光且將藍光與黃光以正確比例混合以便產生具有所需色溫之白光。一種已知方法係採用僅轉換藍光之一部分之黃色磷光體層，而藍光之剩餘部分透射穿過黃色磷光體層而沒有轉換且因此與經轉換之黃光混合。黃色磷光體層之厚度經選擇以調整至混合物中的直接藍光與經轉換之黃光之所需比率。
本文中揭示一些改良。
在一個所揭示態樣中，揭示一種白光源，其包含光源及磷光體轉換組件。光源發射在570奈米或更短的峰值波長達到峰值之短波長光。磷光體轉換組件包括光轉換層，該光轉換層包含能有效將短波長光轉換成經轉換光之磷光體。光轉換層包括包含開口或通道材料之光通道，該通道材料不包含磷光體且對短波長光係能透射光的。光源相對於磷光體轉換組件設置以便用所發射之短波長光照射光轉換層且使短波長光穿過光通道。
在另一所揭示態樣中，磷光體轉換組件包含基板及設置於基板上之光轉換層。光轉換層包含能有效將具有570奈米或更短的峰值波長之短波長光轉換成經轉換光之磷光體。光轉換層包括包含開口或通道材料之光通道，該通道材料不包含磷光體且對短波長光係能透射光的。
在另一所揭示態樣中，揭示一種白光產生方法。發射在570奈米或更短的峰值波長達到峰值之短波長光。使短波長光穿過磷光體轉換組件之至少一光轉換層。光轉換層包含將短波長光轉換成經轉換光之磷光體。此外，光轉換層具有包含開口或通道材料之光通道，該通道材料不包含磷光體且對短波長光係能透射光的，藉此，短波長光之一部分穿過光通道而沒有轉換成經轉換光。輸出白光，該白光包含經轉換光與短波長光之穿過光通道而沒有轉換成經轉換光之部分的混合物。
採用藍光發射器以及黃色磷光體之已知白光源具有某些缺點。磷光體厚度經設計以同時最佳化一次光之穿過基板而沒有轉換之部分及一次光之由磷光體層轉換之部分兩者。此可能限制設計之靈活性，因為使磷光體層變薄以增加同時傳遞之一次光減少了經轉換光之產生；且同樣地，增加磷光體層之厚度以減少同時傳遞之一次光增加了經轉換光之產生。此外，一次光穿過磷光體層可能改變一次光之特性，例如，由於一次光之部分吸收。此種吸收降低效率，且若此種吸收與波長相關，則會改變一次光之色彩內容。詳言之，通常較短波長光分量相比較長波長光分量優先被吸收，從而可能降低一次光之「藍色度」。一次光輸出及經轉換光輸出上的各種裝置參數之相互關聯可導致難以在一個製造遍次與下一個製造遍次之間維持發光特性，諸如色溫或或演色性，或難以在不同遍次中可靠地製造具有不同特性之白光裝置(例如，一個遍次提供2700K之暖白光，而下一個遍次提供5000K之冷白光)。
藉由提供單獨的光源用於激發黃色磷光體及用於混合藍光以產生最終輸出之白光，可克服此等問題。然而，此方法需要第二短波長光源，或者需要諸如分束器之光學元件，用於將來自單個短波長光源之光分裂到兩個光學路徑中，因此增加複雜性及成本。
在本文所揭示之白光源中，提供包含磷光體之光轉換層，且如本文所揭示將光轉換層修改成進一步具有包含開口或通道材料之光通道，該通道材料不包含磷光體且對短波長光係能透射光的。在此方法中，單個光源用短波長(例如，藍)光照射光轉換層。短波長光由磷光體轉換成經轉換光(例如，黃光)，在光通道處除外—在此等通道處，短波長光穿過，以便混合一些短波長(例如，藍)光與經轉換(例如，黃)光。在此設計之藍色/黃色白光源中，穿過光通道之藍光與由磷光體轉換之黃光(以適當比例)的混合物產生白光。
在一種製造方法中，藉由以某種方式使磷光體塗覆至基板表面，使得存在塗覆有磷光體之區域及沒有塗覆磷光體(短波長光穿過)之其他區域，來產生部分透明的磷光體。對於給定之藍光源及具有給定磷光體且處於給定厚度的給定之光轉換層，填充因數(即，磷光體覆蓋區域與總區域之比率)決定藍色/黃色比率，此比率控制光之白色度及色溫。通常，填充因數將在50%至95%之範圍內以便產生具有所需色溫之白光。有利地，可獨立調整裝置之其他性質，諸如藍光源之光譜及/或磷光體類型，以進一步最佳化白光特性。在一種所設想之方法中，藉由均勻地塗覆磷光體且隨後使用濕式化學蝕刻、雷射燒蝕或類似者蝕刻掉區域以在光通道處將層移除，來製造具有光通道之光轉換層。在濕式化學蝕刻的情況下，可使用光微影技術來界定光通道之圖案。
此種白光源可有利地部署在(作為非限制性的說明性實例)使用透射性磷光體輪、反射性磷光體輪之投影儀中，使用光透射性微顯示器(例如，基於LCD的微顯示器)、諸如DLP及LCOS(反射性矽上液晶(reflective liquid crystal on silicon))之反射性微顯示器之投影儀中。對於發光應用，取決於架構，圖案化的光轉換層可直接塗覆至LED或雷射，或可塗覆至輔助基板/外部濾光片。
在一些所設想之實施例中，藉由選擇穿過光轉換層之短波長光通道之大小（即，孔徑），將設計量的光繞射引入至正在穿過的短波長光中以便形成短波長光之所需輸出空間分佈。在一些實施例中，短波長光之空間分佈經設計成接近黃色磷光體光之空間分佈（此空間分佈通常為近似朗伯空間分佈）。在一些實施例中，藉由使用面積足夠小的孔隙以便引入大角度繞射組件，可達成藍光之近似朗伯空間分佈。作為另一變體，已設想形成具有大小及/或尺寸分佈之光通道，較佳地各種大小及/或尺寸之光通道散佈於層之區域上。在此設計中，短波長光之空間分佈實際上為各種大小及/或尺寸之光通道所達成之空間分佈之加權疊加，其中權重由各種大小及/或尺寸之比率控制。更一般而言，在一些實施例中，目標係產生使藍光漫射達到所需程度之效果，從而促進與黃色經轉換光混合。（或者，此可藉由添加下游漫射體元件來達成）。
現在參考第1圖至第3圖，白光源包含光源10
，光源10
發射在570奈米或更短的峰值波長達到峰值之短波長光12
。說明性光源10
包含平面基板14
，例如印刷電路板(PCB)，發射短波長光12
之發光二極體(LED)16
之陣列設置於平面基板14
上；然而，可使用發射適合之短波長光之其他類型之光源，例如，半導體雷射、白熾光源等。磷光體轉換組件20
包括光轉換層22
，光轉換層22
包含能有效將短波長光12
轉換成經轉換光24
之磷光體。說明性磷光體轉換組件20
包括光透射性基板26
，例如，玻璃板、藍寶石板、透明塑膠板等，光轉換層22
設置於光透射性基板26
上。第1圖之說明性白光源使短波長光12
照射於磷光體轉換組件20
之設置有光轉換層22
之側上。然而，或者已設想將白光源配置成使得短波長光照射於磷光體轉換組件20
之基板側上且穿過光透射性基板26
到達光轉換層22
。在第1圖之說明性實例中，磷光體轉換組件20
為板，且光源10
發射短波長光12
作為方向垂直於光透射性板之表面的準直光束。
如展示第1圖之白光源之磷光體轉換組件20
的平面圖(第2圖)及側剖面圖(第3圖)之第2圖及第3圖中最佳地看出，光轉換層22
包括包含開口或通道材料之光通道30
，該通道材料不包含磷光體且對短波長光12
係能透射光的。光源10
相對於磷光體轉換組件20
設置以便用所發射之短波長光12
照射光轉換層22
且使短波長光12
穿過光通道30
。此產生混合光32
，混合光32
包含穿過光通道30
之短波長光12
與經轉換光24
之混合物。
光源10
發射在570奈米或更短的峰值波長達到峰值之短波長光12
。雖然說明了LED陣列16
，但是更一般而言，光源10
可包含發射具有570奈米或更短之發射譜線的單色光之單色雷射光源，或可包含在570奈米或更短的峰值波長達到峰值之可見光譜上發射之LED、白熾燈或其他多色光源。570奈米之波長近似對應於自綠光至泛黃色光之過渡。混合強綠光與在黃色範圍內之磷光體發射（即，經轉換光24
）可能產生品質相對差的白光32
；因此，在一些較佳實施例中，光源10
發射在500奈米或更短的峰值波長達到峰值之短波長光（例如，具有500奈米或更短之發射譜線的單色光，或在500奈米或更短的峰值波長達到峰值之可見光譜上的多色光）。500奈米之波長近似對應於自藍光至綠光之過渡；因此，採用以此指定較短波長特性發射之光源10
提供更純淨的泛藍色光，泛藍色光與磷光體發射（即，經轉換光24
）混合以產生更好品質之白光32
。應注意，在多色短波長光源之情況下，已設想短波長光之總光譜包含進一步延伸至近紫外光中之前述可見光譜—此種紫外光係人眼不可見的。類似地，在單色光源（例如，雷射）之情況下，輸出可處於多個譜線，其中一些可在紫外光範圍內且因此在可見光範圍外。
經轉換光24
由光轉換層22
之磷光體輸出，該磷光體由短波長光12
供能。對於白光源設計，經轉換光24
較佳具有490奈米或更長的峰值波長，這種峰值波長對應於綠色、黃色、橙色及紅色可見光譜區。在藍色/黃色設計中，經轉換光24
較佳為泛黃色光，例如，在大約560-590奈米之光譜範圍內。在替代性藍色/綠色/紅色設計中，經轉換光24
可具有兩個峰值：對應於泛綠色光之大約490-570奈米之第一峰值，及對應於泛紅色光之大約580奈米或更長之第二峰值。在一些此類實施例中，光轉換層22
之磷光體適合地包括單獨的綠色和紅色磷光體，其比例經選擇以提供所需的綠光/紅光比率。此等僅為說明性實例，且精確磷光體組成及短波長光12
之精確光譜組成可經選擇以提供具有所需色溫、演色指數或其他所需光譜及/或「白色度」特性之白光32
。
光轉換層22
具有如第3圖所指示之厚度t
。在一些實施例中，光轉換層22
具有足夠的厚度，以便照射於光轉換層22
上之大體上所有短波長光12
轉換成經轉換光24
，且/或部分地被光轉換層22
吸收。在此情況下，大體上沒有短波長光穿過光轉換層22
。為對此進行量化，將光轉換層22
之光穿透深度δ
定義為短波長光12
之初始光強度減小至其初始值之1/e≈0.368時的深度。光穿透深度δ
之此定義為基於習知光吸收模型所建構之習知定義，其中進入層中的距離x
處的光強度被給出為，其中。使用此等慣例，若光轉換層22
具有3δ
之厚度，則光轉換層22
使初始短波長光12
衰減至低於其初始強度之5%。此被認為構成照射於光轉換層22
上之大體上所有短波長光12
被光轉換層22
轉換（或吸收）。在一些實施例中，光轉換層22
具有至少3δ
之厚度，且相應地，短波長光12
與經轉換光24
之摻混（幾乎）完全由光通道30
之總區域與光轉換層22
（包括光通道30
）之總區域之比率R
控制。考慮極限情況，R
=0對應於沒有光通道30
；而R
=0.5對應於光通道30
之總區域為光轉換層22
之總區域的一半。應理解，隨著R
增大，此對應於短波長光12
之更大部分穿過光通道30
且該光之更小部分被轉換成經轉換光24
。有利地，比率R
完全由光通道30
之陣列之幾何形狀（光通道30
之數目或密度，及光通道30
之大小）控制，該幾何形狀可藉由適合的技術（諸如光微影濕式或乾式蝕刻）精確控制。
為獲得均勻的白光32
，應充分混合（即，充分摻混）穿過光通道30
之短波長光12
與經轉換光24
。可採用各種方法來促進穿過光通道30
之短波長光12
與經轉換光24
之摻混或混合。在一種方法中，光通道30
相對小且緊密間隔。光通道30
可任選地具有足夠小以產生穿過光通道30
之短波長光12
之繞射的橫向大小（例如，在光通道30
具有圓形橫截面之說明性情況下的直徑）。在一些實施例中，光通道30
具有小於或等於峰值波長之20倍的橫向尺寸以獲得更強且/或更高角度的繞射。（在其他實施例中，採用更大直徑之光通道，使得不獲得繞射或獲得的繞射不足以提供所需空間分佈，且提供下游漫射體或其他添加的光學元件以對光分佈進行塑形）。取決於用於形成光通道30
之形成製程，光通道30
可具有促進光散射及隨之發生的摻混之粗糙側壁。作為另一選項，光透射性基板26
可包括光散射顆粒（例如，分散於玻璃或塑膠基板中之Al2
O3
顆粒），具有粗糙的背面表面，具有塗佈有光散射層之背面表面，或另外被組配為光漫射體板。此方法通常在第1圖所示之定向中最有效，其中短波長光12
照射於光轉換層22
上，使得白光32
隨後穿過光漫射基板26
。作為又一種已設想之方法，可用通道材料填充光通道30
，該通道材料不包含磷光體且對短波長光12
係能透射光的，且該通道材料亦包括光散射顆粒（例如，藉由反射及/或折射效應進行散射）。例如，通道材料可為透明的環氧樹脂填料，反射性Al2
O3
顆粒分散於其中以便散射穿過填充有環氧樹脂之光通道30
之短波長光12
。
參考第4圖及第5圖，描述另一實施例，其中發射在570奈米或更短的峰值波長達到峰值（且在一些實施例中在500奈米或更短的峰值波長達到峰值）之短波長光12
之白光源110
呈雷射110
的形式，且磷光體轉換組件120
呈旋轉反射性磷光體輪120
的形式，旋轉反射性磷光體輪120
具有設置於反射性基板126
上之光轉換層22
，反射性基板126
對短波長光12
且對經轉換光係反射性的。在反射性組態中，光源100
相對於磷光體轉換組件120
設置，以便用所發射之短波長光12
照射光轉換層22
，且使短波長光12
穿過光通道30
並且穿過光通道30
自反射性基板126
反射回去。說明性磷光體轉換組件120
包含磷光體輪120
，磷光體輪120
包括圓盤126
，圓盤126
經配置以圍繞圓盤之中心軸線127
旋轉，且光轉換層22
設置於圓盤之至少一部分上，即，在第4圖之說明性實例中設置於圓盤126
之外環形區中。作為非限制性說明，金屬圓盤或「輪」126
可由銅、銅合金、鋁合金、塗銀玻璃等製成。光轉換層22
附接至或塗佈於輪126
之外周邊上，即，設置於輪126
之外輪緣處或附近。在操作中，例如藉由將馬達（未圖示）之馬達軸連接至中心軸線127
且操作馬達以使磷光體輪126
在所說明之順時針方向CW
上旋轉(亦設想了逆時針旋轉)，使金屬輪126
圍繞中心軸線127
旋轉。在旋轉的同時，雷射110
將短波長光12
應用於局部區—第4圖中藉由應用說明性泵浦雷射束光斑L
之雷射110
對此進行示意性指示。當金屬輪126
旋轉時，環形光轉換層22
之位於光斑L
處的部分改變，以便限制（或擴散）產生的熱。此可允許更高功率操作。第5圖示意性地展示側剖面圖。在說明性光學組態中，短波長光12
係以一定角度應用且所得的白光32
以反射角發射，如第5圖中所見。設想了其他組態，例如，使用反射鏡、透鏡及/或其他光學組件來組配光徑。由於成角度之光入射及反射，光轉換層22
之厚度應足夠薄以准許穿過光通道30
之短波長光12
穿過（相同）通道反射回去。在一些實施例中，已設想藉由將光通道30
組配為光轉換層22
中之細長槽或縫來促進此情形，其中槽或縫之長度方向與入射/反射角對準。
形成為磷光體輪120
之說明性磷光體轉換元件120
採用具有反射性基板126
之反射組態。然而，應理解，藉由用第1圖至第3圖之實施例之光透射性基板26
替換反射性基板126
，可類似地建構光透射性磷光體輪。此替代的光透射性磷光體輪實施例之優點在於，可垂直於磷光體輪之表面應用短波長光12
，因此白光32
係穿過磷光體輪之透射光（某些部分被轉換成經轉換光24
，如參考第1圖所描述）。
除了或代替在第4圖及第5圖之旋轉磷光體輪120
之情況下藉由旋轉進行的熱負荷擴散，可提供亦可適用於第1圖至第3圖之靜態實施例之其他冷卻機制。例如，基板26
、126
可由導熱材料製成。在反射性基板之情況下，導熱金屬板可用於移除或擴散熱。對於光透射性基板，設想導熱透明聚合物材料來改良熱移除或擴散。另外或其他，可提供用於冷卻光轉換層22
之其他機制，諸如液體冷卻、熱電冷卻（適用於針對高通量應用之靜止或旋轉磷光體）、添加任選地具有強制空氣冷卻之專用散熱片等。取決於應用，光源10
、110
可為時間脈衝式的以提供冷卻間隔，其中脈衝的頻率及佔空比經選擇成可用於特定應用。
已參考較佳實施例描述本發明。在閱讀且理解前面的詳細描述後，其他人可想到修改及變更。意欲示例性實施例被理解為包括所有此類修改及變更，只要其在所附申請專利範圍或其均等物之範疇內即可。
10‧‧‧光源
12‧‧‧短波長光
14‧‧‧平面基板
16‧‧‧LED陣列
20‧‧‧磷光體轉換組件
22‧‧‧光轉換層
24‧‧‧經轉換光
26‧‧‧光透射性基板
30‧‧‧光通道
32‧‧‧混合光
110‧‧‧白光源/雷射
120‧‧‧磷光體轉換組件/旋轉反射性磷光體輪
126‧‧‧反射性基板
127‧‧‧中心軸線
第1圖示意性地展示結合由說明性短波長可見光源進行之薄膜側照明以側剖面圖展示的包括磷光體轉換組件之白光源。
第2圖及第3圖示意性地展示第1圖之白光源之磷光體轉換組件的平面圖(第2圖)及側剖面圖(第3圖)。
第4圖示意性地展示包括磷光體轉換組件之白光源，該磷光體轉換組件包含反射性磷光體輪。
第5圖示意性地說明第4圖之磷光體輪之側剖面圖。
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
10‧‧‧光源
12‧‧‧短波長光
14‧‧‧平面基板
16‧‧‧LED陣列
20‧‧‧磷光體轉換組件
22‧‧‧光轉換層
24‧‧‧經轉換光
26‧‧‧光透射性基板
30‧‧‧光通道
32‧‧‧混合光
Claims (23)
- 一種白光源，包含：一光源，該光源發射在570奈米或更短的一峰值波長達到峰值之短波長光；及一磷光體轉換組件，該磷光體轉換組件包括一光轉換層，該光轉換層包含能有效將該短波長光轉換成經轉換光之一磷光體，該光轉換層包括包含開口或通道材料之光通道，該通道材料不包含該磷光體且對該短波長光係能透射光的；其中該光源相對於該磷光體轉換組件設置以便用該所發射之短波長光照射該光轉換層且使該短波長光穿過該等光通道，且其中該光轉換層具有為該短波長光在該光轉換層中之一光穿透深度之至少三倍的一厚度。
- 如請求項1所述之白光源，其中該磷光體轉換組件包含：一光透射性基板，該光透射性基板對該短波長光係能透射光的；及設置於該光透射性基板上之該光轉換層。
- 如請求項2所述之白光源，其中該光透射性基板包含光散射顆粒。
- 如請求項2-3中任一項所述之白光源，其中 該光透射性基板包含光透射性板。
- 如請求項4所述之白光源，其中該光源發射該短波長光作為方向垂直於該光透射性板之一表面的一準直光束。
- 如請求項1所述之白光源，其中該磷光體轉換組件包含：一反射性基板，該反射性基板對該短波長光且對該經轉換光係反射性的；及設置於該反射性基板上之該光轉換層；其中該光源相對於該磷光體轉換組件設置以便用該所發射之短波長光照射該光轉換層且使該短波長光穿過該等光通道且穿過該等光通道自該反射性基板反射回去。
- 如請求項1所述之白光源，其中該磷光體轉換組件包含一磷光體輪，該磷光體輪包括一圓盤，該圓盤經配置以圍繞該圓盤之一中心軸線旋轉，且該光轉換層設置於該圓盤之至少一周邊上。
- 如請求項1所述之白光源，其中該等光通道具有小於或等於該短波長光之該峰值波長之20倍的一橫向尺寸。
- 如請求項1所述之白光源，其中該等光通道具有散佈於該光轉換層的區域上的各種尺寸及/或各 種大小。
- 如請求項1所述之白光源，其中該經轉換光具有490奈米或更長之一峰值波長。
- 如請求項1所述之白光源，其中該光轉換層的該厚度使得由該光轉換層中的該等光通道的一總區域對該光轉換層的一總區域的一比率來控制該短波長光及該經轉換光的摻混，其中該光轉換層的該總區域包括該光轉換層中的該等光通道的該總區域。
- 一種磷光體轉換組件，包含：一基板；一光轉換層，該光轉換層設置於該基板上且包含一磷光體，該磷光體能有效將具有570奈米或更短的一峰值波長之短波長光轉換成經轉換光；其中該光轉換層包括包含開口或通道材料之光通道，該通道材料不包含該磷光體且對該短波長光係能透射光的，且其中該光轉換層具有為該短波長光在該光轉換層中之一光穿透深度之至少三倍的一厚度。
- 如請求項12所述之磷光體轉換組件，其中該基板為一光透射性基板，該光透射性基板對該短波長光係能透射光的。
- 如請求項13所述之磷光體轉換組件，其中該光透射性基板包含光散射顆粒。
- 如請求項13-14中任一項所述之磷光體轉換組件，其中該光透射性基板包含一光透射性板。
- 如請求項12所述之磷光體轉換組件，其中該基板為一反射性基板，該反射性基板對該短波長光且對該經轉換光係反射性的。
- 如請求項12所述之磷光體轉換組件，其中該磷光體轉換組件包含一磷光體輪，該磷光體輪包括一圓盤，該圓盤經配置以圍繞該圓盤之一中心軸線旋轉，且該光轉換層設置於該圓盤之至少一周邊上。
- 如請求項12所述之磷光體轉換組件，其中該等光通道具有小於或等於該短波長光之該峰值波長之20倍的一橫向尺寸。
- 如請求項12所述之磷光體轉換組件，其中該經轉換光具有490奈米或更長的一峰值波長。
- 如請求項12所述之磷光體轉換組件，其中該光轉換層的該厚度使得由該光轉換層中的該等光通道的一總區域對該光轉換層的一總區域的一比率來控制該短波長光及該經轉換光的摻混，其中該光轉換層的該總區域包括該光轉換層中的該等光通道的該總區域。
- 一種白光產生方法，包含以下步驟：發射在570奈米或更短的一峰值波長達到峰值之短 波長光；使該短波長光穿過一磷光體轉換組件之至少一光轉換層，其中該光轉換層包含能有效將該短波長光轉換成經轉換光之一磷光體，且其中該光轉換層具有包含開口或通道材料之光通道，該通道材料不包含該磷光體且對該短波長光係能透射光的，藉此，該短波長光之一部分穿過該等光通道而沒有轉換成經轉換光；及輸出白光，該白光包含該經轉換光與該短波長光之穿過該等光通道而沒有轉換成經轉換光之該部分的混合物，其中該光轉換層具有為該短波長光在該光轉換層中之一光穿透深度之至少三倍的一厚度。
- 如請求項21所述之白光產生方法，其中該磷光體轉換組件進一步包括一反射性基板，且使該短波長光穿過該磷光體轉換組件之至少該光轉換層之步驟進一步包含以下步驟：從該反射性基板反射該經轉換光及該短波長光之穿過該等光通道而沒有轉換成經轉換光之該部分。
- 如請求項21-22中任一項所述之白光產生方法，其中該磷光體轉換組件包含一磷光體輪，且該方法進一步包含以下步驟：在該發射操作、該傳遞操作及該輸出操作期間使該磷光體輪圍繞一軸線旋轉。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862675844P | 2018-05-24 | 2018-05-24 | |
| US62/675,844 | 2018-05-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202003788A TW202003788A (zh) | 2020-01-16 |
| TWI810302B true TWI810302B (zh) | 2023-08-01 |
Family
ID=67003625
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW112125383A TW202344668A (zh) | 2018-05-24 | 2019-05-23 | 白光磷光體裝置 |
| TW108117840A TWI810302B (zh) | 2018-05-24 | 2019-05-23 | 白光磷光體裝置 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW112125383A TW202344668A (zh) | 2018-05-24 | 2019-05-23 | 白光磷光體裝置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US11421855B2 (zh) |
| EP (1) | EP3803509A1 (zh) |
| JP (2) | JP7394789B2 (zh) |
| KR (1) | KR20210015766A (zh) |
| CN (2) | CN116357903A (zh) |
| TW (2) | TW202344668A (zh) |
| WO (1) | WO2019226479A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11421855B2 (en) | 2018-05-24 | 2022-08-23 | Materion Corporation | White light phosphor device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101755347A (zh) * | 2007-07-04 | 2010-06-23 | Lg伊诺特有限公司 | 发光装置及其制造方法 |
| CN103155186A (zh) * | 2010-09-29 | 2013-06-12 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 波长转换的发光器件 |
| CN104819404A (zh) * | 2014-02-05 | 2015-08-05 | 三星显示有限公司 | 背光组件以及包括该背光组件的显示装置 |
| CN107703706A (zh) * | 2016-08-08 | 2018-02-16 | 欧司朗股份有限公司 | 用于提供光的光模块 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005353649A (ja) * | 2004-06-08 | 2005-12-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ｌｅｄ光源およびその製造方法 |
| JP2007025621A (ja) * | 2005-06-15 | 2007-02-01 | Seiko Instruments Inc | カラー表示装置 |
| US7382091B2 (en) | 2005-07-27 | 2008-06-03 | Lung-Chien Chen | White light emitting diode using phosphor excitation |
| US20100181591A1 (en) | 2007-06-29 | 2010-07-22 | Abel Systems Incorporation | Led illumination device using diffraction member |
| US20090039375A1 (en) | 2007-08-07 | 2009-02-12 | Cree, Inc. | Semiconductor light emitting devices with separated wavelength conversion materials and methods of forming the same |
| JP5426848B2 (ja) | 2008-08-06 | 2014-02-26 | フューチャー ライト リミテッド ライアビリティ カンパニー | 半導体発光装置 |
| US20100117106A1 (en) * | 2008-11-07 | 2010-05-13 | Ledengin, Inc. | Led with light-conversion layer |
| JP5345414B2 (ja) | 2009-02-19 | 2013-11-20 | スタンレー電気株式会社 | 半導体発光装置 |
| DE102012213311A1 (de) | 2012-07-30 | 2014-01-30 | Osram Gmbh | Projektion mit Halbleiterlichtquellen, Umlenkspiegel und Durchlichtbereichen |
| JP2014086566A (ja) | 2012-10-24 | 2014-05-12 | Stanley Electric Co Ltd | 光波長変換装置 |
| CN104100898A (zh) | 2013-04-10 | 2014-10-15 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 车灯系统 |
| US9869442B2 (en) | 2014-06-26 | 2018-01-16 | Texas Instruments Incorporated | Hybrid illumination system having a blue laser diode, dichroic mirror and yellow transmissive phosphor converter for generating white light |
| CN108267913B (zh) * | 2016-12-30 | 2021-06-08 | 中强光电股份有限公司 | 光源模块以及投影装置 |
| CN207049630U (zh) * | 2017-04-05 | 2018-02-27 | 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 | 一种荧光模块及光源系统 |
| US11421855B2 (en) | 2018-05-24 | 2022-08-23 | Materion Corporation | White light phosphor device |
-
2019
- 2019-05-17 US US17/040,132 patent/US11421855B2/en active Active
- 2019-05-17 WO PCT/US2019/032838 patent/WO2019226479A1/en unknown
- 2019-05-17 CN CN202310304407.2A patent/CN116357903A/zh active Pending
- 2019-05-17 CN CN201980033921.9A patent/CN112534350B/zh active Active
- 2019-05-17 KR KR1020207031474A patent/KR20210015766A/ko not_active Application Discontinuation
- 2019-05-17 JP JP2020564929A patent/JP7394789B2/ja active Active
- 2019-05-17 EP EP19733209.1A patent/EP3803509A1/en active Pending
- 2019-05-23 TW TW112125383A patent/TW202344668A/zh unknown
- 2019-05-23 TW TW108117840A patent/TWI810302B/zh active
-
2022
- 2022-08-08 US US17/883,137 patent/US11624494B2/en active Active
-
2023
- 2023-04-07 JP JP2023062946A patent/JP2023090734A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101755347A (zh) * | 2007-07-04 | 2010-06-23 | Lg伊诺特有限公司 | 发光装置及其制造方法 |
| CN103155186A (zh) * | 2010-09-29 | 2013-06-12 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 波长转换的发光器件 |
| CN104819404A (zh) * | 2014-02-05 | 2015-08-05 | 三星显示有限公司 | 背光组件以及包括该背光组件的显示装置 |
| CN107703706A (zh) * | 2016-08-08 | 2018-02-16 | 欧司朗股份有限公司 | 用于提供光的光模块 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20220381422A1 (en) | 2022-12-01 |
| JP7394789B2 (ja) | 2023-12-08 |
| JP2021524669A (ja) | 2021-09-13 |
| CN112534350A (zh) | 2021-03-19 |
| US20210071845A1 (en) | 2021-03-11 |
| EP3803509A1 (en) | 2021-04-14 |
| KR20210015766A (ko) | 2021-02-10 |
| TW202344668A (zh) | 2023-11-16 |
| JP2023090734A (ja) | 2023-06-29 |
| US11624494B2 (en) | 2023-04-11 |
| CN112534350B (zh) | 2023-03-31 |
| TW202003788A (zh) | 2020-01-16 |
| US11421855B2 (en) | 2022-08-23 |
| WO2019226479A1 (en) | 2019-11-28 |
| CN116357903A (zh) | 2023-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9644803B2 (en) | Light source and image projection apparatus | |
| JP5450525B2 (ja) | 照明装置における離間した波長変換 | |
| US7806541B2 (en) | High performance LED lamp system | |
| US10782601B2 (en) | Light source device including reflective film reflecting at least part of excitation light, and projector-type image display apparatus | |
| WO2008149250A1 (en) | Color-tunable illumination system, lamp and luminaire | |
| EP2167865A1 (en) | Illumination system, collimator and spotlight | |
| US11624494B2 (en) | White light phosphor device | |
| TWI810280B (zh) | 高效且均勻的鐳射激發式白光生成器 | |
| CN110764357A (zh) | 一种光源装置以及投影显示装置 | |
| EP3467584B1 (en) | Light source device and projection display device | |
| JP2011060884A (ja) | 半導体発光装置および車両用灯具 | |
| WO2023189351A1 (ja) | 光源システム | |
| TWI763547B (zh) | 顯示裝置 | |
| CN117810214A (zh) | 一种白光发光模块 |