本發(fā)明涉及一種波長轉(zhuǎn)換裝置，特別涉及一種色輪裝置。

背景技術(shù)：

一般傳統(tǒng)反射式螢光粉色輪，是在一基板上鍍覆一高反射層，再于此高反射層上涂布螢光粉，藉以利用此反射層將受激光激發(fā)螢光粉的出光反射至前方出光。上述高反射層一般多采用金屬反射層、多層介電層(Dielectric Multi-layer)反射膜、或金屬/介電復(fù)合層(Metal/Dielectric Multi-layer)反射膜等光學(xué)反射層結(jié)構(gòu)設(shè)計。

然而，反射式螢光粉色輪的性能受基板反射率的影響甚大。因此，在設(shè)計上述高反射層時，往往需考慮入射光的角度與波長。采用多層介電層的反射結(jié)構(gòu)設(shè)計，需挑戰(zhàn)全角度入射及全可見光波段的反射頻譜設(shè)計，導(dǎo)致膜層數(shù)大幅增加，鍍膜制程繁瑣耗時，膜層信賴性下降且成本大幅提高。由此可知，多層介電層反射膜往往受入射光條件的影響甚大。雖然金屬反射層較無入射角度考量，但其容易氧化、腐蝕，因此穩(wěn)定度并不佳。

再者，螢光粉是以膠材混涂于高反射層表面上，使得螢光粉出光光子從折射率約為1.4至1.5的膠體環(huán)境入射至高反射層，不同于一般空氣(n＝1)的環(huán)境設(shè)計。受布魯斯特角效應(yīng)(Brewster Angle Effect)影響，大角度的入射光將有部分偏極化光穿透高反射層至底部基板吸收，使得螢光粉色輪的出光量下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的一目的在于提出一種可適用于全入射角度以及全波長頻譜的反射要求的波長轉(zhuǎn)換裝置。

為了達到上述目的，依據(jù)本發(fā)明的一實施方式，一種波長轉(zhuǎn)換裝置包含基板、反射元件以及波長轉(zhuǎn)換元件。反射元件設(shè)置于基板上，并包含連續(xù)相材料以及多個納米顆粒。納米顆粒分布于連續(xù)相材料內(nèi)。連續(xù)相材料 的折射率與納米顆粒的折射率相異。波長轉(zhuǎn)換元件設(shè)置于反射元件上。反射元件配置以將波長轉(zhuǎn)換元件傳遞而來的光線反射離開波長轉(zhuǎn)換元件。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的連續(xù)相材料為一有機介質(zhì)材料或一無機介質(zhì)材料。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的有機介質(zhì)材料為丙烯酸樹脂、硅膠或玻璃類橡膠。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的有機介質(zhì)材料的折射率為1.3至1.55。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的無機介質(zhì)材料為透明的氧化物基玻璃。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的無機介質(zhì)材料包含硅、磷、硼、鉍、鋁、鋯、鋅、堿金族元素以及堿土族元素中的至少其一的組合的氧化物。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的無機介質(zhì)材料的折射率為1.4至1.6。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的波長轉(zhuǎn)換元件包含無機介質(zhì)材料。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的反射元件的厚度為10微米至3毫米。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的反射元件的厚度進一步為30微米至500微米。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的納米顆粒的材料包含二氧化硅、氣泡、鉭氧化物、鈦氧化物、氟化鎂以及硫酸鋇中的至少其一。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的納米顆粒的粒徑為50納米至500納米。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的納米顆粒的粒徑為100納米至400納米。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的納米顆粒在反射元件中的濃度為30wt％至95wt％。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的納米顆粒在反射元件中的濃 度進一步為50wt％至90wt％。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的連續(xù)相材料的折射率與納米顆粒的折射率之間的差值大于等于0.5。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的納米顆粒包含多個第一子納米顆粒以及多個第二子納米顆粒。第一子納米顆粒的折射率大于連續(xù)相材料的折射率，并且第二子納米顆粒的折射率小于連續(xù)相材料的折射率。

于本發(fā)明的一或多個實施方式中，上述的波長轉(zhuǎn)換元件為螢光粉層。

綜上所述，本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換裝置的反射元件是將納米顆粒分布于連續(xù)相材料內(nèi)，并通過使連續(xù)相材料的折射率與納米顆粒的折射率相異，使得光線可在兩者之間的接口進行反射。并且，通過調(diào)整納米顆粒的粒徑與濃度，可模擬于現(xiàn)有的多層介電層的反射機制，因此可輕易符合全入射角度與全波長頻譜的反射要求。不僅如此，本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換裝置僅需調(diào)配適當(dāng)配方的反射元件于基板上，即可有效提高波長轉(zhuǎn)換裝置整體的輸出亮度，因此還具備制程簡單，價格便宜等優(yōu)點。

以上所述僅是用以闡述本發(fā)明所欲解決的問題、解決問題的技術(shù)手段、及其產(chǎn)生的技術(shù)效果等等，本發(fā)明的具體細節(jié)將在下文的實施方式及相關(guān)附圖中詳細介紹。

附圖說明

為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，說明書附圖的說明如下：

圖1為繪示本發(fā)明一實施方式的波長轉(zhuǎn)換裝置的示意圖。

圖2為繪示本發(fā)明一實施方式的波長轉(zhuǎn)換裝置與鋁板的標(biāo)準(zhǔn)化輸出功率-激光功率曲線圖。

圖3為繪示本發(fā)明一實施方式的波長轉(zhuǎn)換裝置與鋁板的亮度-激光功率曲線圖。

圖4為繪示本發(fā)明另一實施方式的波長轉(zhuǎn)換裝置的示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

1、2：波長轉(zhuǎn)換裝置

10：基板

12、22：反射元件

120：連續(xù)相材料

122、222：納米顆粒

14：波長轉(zhuǎn)換元件

140：粘結(jié)劑

142：螢光粉顆粒

222a：第一子納米顆粒

222b：第二子納米顆粒

具體實施方式

以下將以附圖公開本發(fā)明的多個實施方式，為明確說明起見，許多實務(wù)上的細節(jié)將在以下敘述中一并說明。然而，應(yīng)了解到，這些實務(wù)上的細節(jié)不應(yīng)用以限制本發(fā)明。也就是說，在本發(fā)明部分實施方式中，這些實務(wù)上的細節(jié)是非必要的。此外，為簡化附圖起見，一些現(xiàn)有慣用的結(jié)構(gòu)與元件在附圖中將以簡單示意的方式繪示之。

請參照圖1，其為繪示本發(fā)明一實施方式的波長轉(zhuǎn)換裝置1的示意圖。

如圖1所示，在本實施方式中，波長轉(zhuǎn)換裝置1包含基板10、反射元件12以及波長轉(zhuǎn)換元件14。反射元件12設(shè)置于基板10上，并包含連續(xù)相材料120以及多個納米顆粒122。納米顆粒122分布于連續(xù)相材料120內(nèi)。連續(xù)相材料120的折射率與納米顆粒122的折射率相異。波長轉(zhuǎn)換元件14設(shè)置于反射元件12上。也就是說，基板10、反射元件12與波長轉(zhuǎn)換元件14三者形成一個三明治堆迭結(jié)構(gòu)。在一些實施方式中，波長轉(zhuǎn)換元件14為螢光粉層，但本發(fā)明的并不以此為限。螢光粉層可受光線(例如，激光)激發(fā)而發(fā)光，以作為波長轉(zhuǎn)換裝置1的發(fā)光層。反射元件12配置以將波長轉(zhuǎn)換元件14傳遞而來的光線反射離開波長轉(zhuǎn)換元件14。

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)配置可知，波長轉(zhuǎn)換裝置1的反射元件12具有納米顆粒122分布于連續(xù)相材料120內(nèi)的結(jié)構(gòu)，并且連續(xù)相材料120的折射率與納米顆粒122的折射率相異，使得光線可在兩者之間的接口進行反射。并且，若連續(xù)相材料120的折射率與納米顆粒122的折射率的差值越大，則光線在兩者之間的接口的反射率越大，且反射角度也越大。

在一些實施方式中，連續(xù)相材料120的折射率與納米顆粒122的折射率之間的差值大于等于0.5，但本發(fā)明并不以此為限。

一般來說，現(xiàn)有的多層介電層反射膜在設(shè)計時，若欲反射某波長的光線時，是將膜層厚度設(shè)定為欲反射的光線的四分之一波長(quarter wavelength)。根據(jù)此概念，若欲使現(xiàn)有的多層介電層反射膜可適用于全入射角度以及全波長頻譜的反射要求，則其膜層的數(shù)量實際上往往逼近百層。

相比之下，本發(fā)明多個實施方式中的波長轉(zhuǎn)換裝置1所采用的納米非連續(xù)式反射元件12，是將高折射率的納米顆粒122分布于低折射率的連續(xù)相材料120內(nèi)(反之亦然)，并通過調(diào)整納米顆粒122的粒徑與濃度，以達到模擬于現(xiàn)有的多層介電層反射膜的反射機制，并比現(xiàn)有的多層介電層反射膜更輕易地符合全入射角度以及全波長頻譜的反射要求。不僅如此，本發(fā)明多個實施方式中的波長轉(zhuǎn)換裝置1僅需調(diào)配適當(dāng)配方的反射元件12于基板10上，即可有效提高波長轉(zhuǎn)換裝置1整體的輸出亮度，因此還具備制程簡單，價格便宜等優(yōu)點。

更具體來說，納米顆粒122的濃度是用來調(diào)整任意兩納米顆粒122間的連續(xù)相材料120的距離，再搭配納米顆粒122的粒徑，可輕易在很薄的厚度之下達到各種厚度組合，進而有效地達到各種波長頻譜的反射。

在一些實施方式中，納米顆粒122的粒徑為50納米至500納米。更具體來說，納米顆粒122的粒徑為100納米至400納米。當(dāng)納米顆粒122的粒徑小于400納米時，可讓可見光無視且可穿透于納米顆粒122。當(dāng)納米顆粒122的粒徑大于100納米時，可避免納米顆粒122的表面等離子體子與可見光共振吸收。

在一些實施方式中，納米顆粒122在反射元件12中的濃度為30wt％至95wt％。更具體來說，納米顆粒122在反射元件12中的濃度進一步為50wt％至90wt％。

在一些實施方式中，連續(xù)相材料120為有機介質(zhì)材料。舉例來說，有機介質(zhì)材料為丙烯酸樹脂、硅膠或玻璃類橡膠。在一些實施方式中，有機介質(zhì)材料的折射率為1.3至1.55。為了增加連續(xù)相材料120的折射率與納米顆粒122的折射率之間的差值，可以在連續(xù)相材料120中添加具有高折射率材料(例如TiOx、TaOx等)的納米顆粒122，或?qū)刖哂械驼凵渎什牧?例 如空氣、氟化鎂、二氧化硅等)的納米顆粒122。

在一些實施方式中，采用前述有機介質(zhì)材料所制成的連續(xù)相材料120，可通過膠液涂布(slurry-coating)制程、滴落(dropping)制程、印刷(printing)制程等方式沉積而成。

在一些實施方式中，納米顆粒122的材料包含二氧化硅、氣泡、鉭氧化物、鈦氧化物、氟化鎂以及硫酸鋇中的至少其一，但本發(fā)明并不以此為限。

在一些實施方式中，反射元件12的厚度為10微米至3毫米。更具體來說，反射元件12的厚度進一步為30微米至500微米，但本發(fā)明并不以此為限。

請參照圖2，其為繪示本發(fā)明一實施方式的波長轉(zhuǎn)換裝置1與鋁板的標(biāo)準(zhǔn)化輸出功率-激光功率曲線圖。

如圖2所示，在本實施方式中，與波長轉(zhuǎn)換裝置1相比較的是鋁含量為95％的鋁板，并且兩者是在相同功率的激光光源之下進行反射光的亮度實驗。波長轉(zhuǎn)換裝置1的反射元件12中所采用的連續(xù)相材料120為硅膠(折射率約為1.5)。反射元件12中所采用的納米顆粒122的材料為中空玻璃珠(折射率約為1.0)，納米顆粒122的厚度約為200納米，且納米顆粒122的濃度約為10wt％至30wt％。由圖2可以清楚得知，實驗結(jié)果顯示本實施方式中的波長轉(zhuǎn)換裝置1的反射光的亮度(即標(biāo)準(zhǔn)化輸出功率)比鋁板的反射光的亮度高約5％左右。

請參照圖3，其為繪示本發(fā)明一實施方式的波長轉(zhuǎn)換裝置1與鋁板的亮度-激光功率曲線圖。

如圖3所示，在本實施方式中，與波長轉(zhuǎn)換裝置1相比較的同樣是鋁含量為95％的鋁板，并且兩者是在相同功率的激光光源之下進行反射光的亮度實驗。波長轉(zhuǎn)換裝置1的反射元件12中所采用的連續(xù)相材料120為硅膠(折射率約為1.5)。反射元件12中所采用的納米顆粒122的材料為二氧化鈦(折射率約為2.4)，納米顆粒122的厚度約為300納米，且納米顆粒122的濃度約為30wt％至50wt％。由圖3可以清楚得知，實驗結(jié)果顯示本實施方式中的波長轉(zhuǎn)換裝置1的反射光的亮度比鋁板的反射光的亮度高約10％左右。

此外，本實施方式與圖2所示的實施方式相比，由于本實施方式的連續(xù)相材料120與納米顆粒122的折射率的差值較大(約為0.9)，所以反射率的增益度以及亮度的增益度皆超過圖2所示的實施方式，因此更驗證了本發(fā)明所宣稱的操作原理(亦即，有關(guān)于連續(xù)相材料120的折射率與納米顆粒122的折射率的差值越大，則光線在兩者之間的接口的反射率越大的操作原理)。

由圖2與圖3所示的實驗曲線圖以及以上相關(guān)實驗數(shù)據(jù)說明可知，相較于現(xiàn)有的鋁板，本發(fā)明多個實施方式中的波長轉(zhuǎn)換裝置1確實可有效提高整體的輸出亮度。

在一些實施方式中，反射元件12的連續(xù)相材料120也可為無機介質(zhì)材料。舉例來說，無機介質(zhì)材料可陶瓷氧化物，例如為透明的氧化物基玻璃。更具體來說，無機介質(zhì)材料包含硅、磷、硼、鉍、鋁、鋯、鋅、堿金族元素以及堿土族元素中的至少其一的組合的氧化物，但本發(fā)明并不以此為限。在一些實施方式中，無機介質(zhì)材料的折射率為1.4至1.6。通過以上述無機介質(zhì)材料所制成的連續(xù)相材料120粘結(jié)納米顆粒122，即可使本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換裝置1適用于較高功率的產(chǎn)品上。

在一些實施方式中，波長轉(zhuǎn)換元件14也包含前述的無機介質(zhì)材料。具體來說，如圖1所示，波長轉(zhuǎn)換元件14包含粘結(jié)劑(binder)140以及螢光粉顆粒142，而粘結(jié)劑140可由前述的無機介質(zhì)材料所制成。因此，可使本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換裝置1更適用于較高功率的產(chǎn)品上。

在一些實施方式中，采用前述無機介質(zhì)材料所制成的連續(xù)相材料120及/或粘結(jié)劑140可通過涂布制程而先沉積，再通過一高溫制程以進行燒結(jié)或熱熔而成。

在一些實施方式中，基板10可由玻璃、金屬(例如鋁)、陶瓷或半導(dǎo)體材料所制成，但本發(fā)明并不以此為限。

在一些實施方式中，波長轉(zhuǎn)換裝置1為反射式色輪，但本發(fā)明并不以此為限。

圖4為繪示本發(fā)明另一實施方式的波長轉(zhuǎn)換裝置2的示意圖。

如圖4所示，于本實施方式中，波長轉(zhuǎn)換裝置2包含基板10、反射元件22以及波長轉(zhuǎn)換元件14，其中基板10與波長轉(zhuǎn)換元件14與圖1所示的 實施方式相同，因此在此不再贅述。在此要說明的是，相較于圖1所示的實施方式，本實施方式中的納米顆粒222進一步包含多個第一子納米顆粒222a以及多個第二子納米顆粒222b。第一子納米顆粒222a的折射率大于連續(xù)相材料120的折射率，并且第二子納米顆粒222b的折射率小于連續(xù)相材料120的折射率。也就是說，于本實施方式中，第一子納米顆粒222a與第二子納米顆粒222b均勻地分布于同一連續(xù)相材料120中(亦即，共用了同一連續(xù)相材料120)。反觀，對于現(xiàn)有的多層介電層反射膜來說，其膜層僅能堆迭，若欲達到與本實施方式類似的反射效果，其堆迭后的膜層厚度必然比本實施方式的反射元件22還大。因此，本實施方式的反射元件22相較于現(xiàn)有的多層介電層反射膜可以減少厚度。

由以上對于本發(fā)明的具體實施方式的詳述，可以明顯地看出，本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換裝置的反射元件是將納米顆粒分布于連續(xù)相材料內(nèi)，并通過使連續(xù)相材料的折射率與納米顆粒的折射率相異，使得光線可在兩者之間的接口進行反射。并且，通過調(diào)整納米顆粒的粒徑與濃度，可模擬于現(xiàn)有的多層介電層的反射機制，因此可輕易符合全入射角度與全波長頻譜的反射要求。不僅如此，本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換裝置僅需調(diào)配適當(dāng)配方的反射元件于基板上，即可有效提高波長轉(zhuǎn)換裝置整體的輸出亮度，因此還具備制程簡單，價格便宜等優(yōu)點。

雖然本發(fā)明已以實施方式公開如上，然其并不用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的變動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。