用于荧光体照明系统的反射颜色校正技术方案

本发明专利技术公开了由分散在基质材料中的荧光体和介电干涉粒子形成的波长转换元件，其中基质材料为单层形式或分层形式。本发明专利技术还公开了具有这种波长转换元件的光学光转换装置、制造这种波长转换元件的方法以及使用这种波长转换元件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于荧光体照明系统的反射颜色校正相关申请的交叉引用本申请要求于2018年7月27日提交的美国临时专利申请序列No.62/703,971的优先权，其全部内容通过引用完全并入本文。
技术介绍
本公开涉及荧光体技术、波长转换技术和相关技术，并且涉及使用这些技术的光电子、光子等应用，例如(但不限于)投影显示器(例如数字光处理，DLP)、汽车照明等。特别地，本公开涉及包括一种或多种荧光体和介电干涉粒子的波长转换元件。可以将一种或多种荧光体和介电干涉粒子一起分散在基质材料中以形成单层，或者可将它们置于波长转换元件的分开的相邻层中。还公开了具有这种波长转换元件的光学光转换装置、制造这种波长转换元件的方法以及使用这种波长转换元件的方法。已知波长转换元件用于转换光波长，通常通过使用荧光体从较短波长下转换(down-converting)为一个或以上较长波长。波长转换元件由激光二极管、发光二极管(LED)或其他光源激发或“泵浦”，并且发磷光或发荧光，从而发出不同波长的光。波长转换元件可为静止的(即，在运行期间不移动)或者例如安装在旋转轮(即，荧光轮装置)上，该旋转轮使来自泵浦光束的热量分布在更大的区域上。荧光轮装置还可通过在沿着荧光轮的轮缘设置的不同波长转换元件(即，不同弧形段)中使用不同的荧光体来有利地提供不同颜色(或更一般地，不同的磷光光谱)的时间序列。也可以通过在相邻的荧光体弧形段之间留下间隙(如果需要，则使激发光被反射)来提供零发射周期。这种荧光轮可以用于(例如)为数字光处理(DLP)投影仪或其他DLP显示装置提供连续的红光、绿光和蓝光。传统的泵浦照明器在产生红光和黄光方面是有效的，但是蓝色泵浦光会被荧光体吸收。作为结果，必须通过添加蓝光来对发射光进行颜色校正以获得白光。
技术实现思路
本公开涉及包括荧光体和介电干涉粒子的波长转换元件，并且涉及具有这种波长转换元件的光学光转换装置、制造这种波长转换元件的方法以及使用这种波长转换元件的方法。一种或多种荧光体和介电干涉粒子可以置于同一层中，或者置于分开的层中。介电干涉粒子选择性地反射至少一部分用作激发光的蓝光。介电干涉粒子是高度可调的，以获得期望的性能而没有吸收损失和发热。这种颜色校正方法特别适合于高功率水平和高辐射。本文的示例性实施方案中公开了波长转换元件，该波长转换元件包括：至少一种基质材料；一种或以上荧光体；以及一种或以上介电干涉粒子。在一些实施方案中，一种或以上荧光体和一种或以上介电干涉粒子分散在整个共同的基质材料中，从而形成单层。在其他实施方案中，波长转换元件包括(A)由一种或以上荧光体和基质材料(但不是介电干涉粒子)形成的荧光体层、以及(B)由一种或以上介电干涉粒子和基质材料(但不是荧光体)形成的粒子层。换句话说，荧光体选择性地富集在基质材料的一部分中，而介电干涉粒子选择性地富集在基质材料的与上述部分不同的部分中。仍在其他实施方案中，波长转换元件包括(A)由一种或以上荧光体和第一基质材料(但不是介电干涉粒子)形成的荧光体层、以及(B)由一种或以上介电干涉粒子和第二基质材料(但不是荧光体)形成的粒子层。这两个层结合在一起以形成波长转换元件。例如，荧光体可在陶瓷基质材料中，而一种或以上介电干涉粒子可在无机基质材料中。在特定实施方案中，一种或以上介电干涉粒子可以是包括多个薄膜层的薄片或颗粒物的形式。每个粒子薄片或颗粒物具有足够小的横向尺寸(即宽度或长度)，以便获得几乎连续分布的反射光。通常，横向尺寸小于100微米(μm)。薄片/颗粒物的存在浓度足以获得几乎连续分布的反射光。在期望获得白光的情况下，一种或以上荧光体可以包括发绿光荧光体、发红光荧光体和/或发黄光荧光体。一种或以上介电干涉粒子至少部分地反射蓝光，同时透射其他波长的光。在某些实施方案中，一种或多种基质材料可以是玻璃基质材料、陶瓷基质材料、硅树脂基质材料、光学胶或粘合剂，或通常具有合适的热、光学和摩擦学性质的任何材料。预期特定实施方案具有发射两种不同颜色的两种不同的荧光体，特别是发红光荧光体和发黄光荧光体。本文的示例性实施方案中进一步公开了光学光转换装置，该光学光转换装置包括；基材；以及固定至基材的前表面的第一波长转换元件，该波长转换元件包括一种或以上荧光体和一种或以上介电干涉粒子，荧光体和粒子位于基质材料内。基材可具有矩形形状或盘形形状、或者抛物线或双曲线形状，并且通常可以具有任意形状。盘形形状使得光转换装置能够用作荧光轮，其中基材具有中心轴，基材可以围绕该中心轴旋转。第一波长转换元件可位于基材的外周上。第二波长转换元件也可存在于基材上，其中第二波长转换元件使用发出与第一波长转换元件的荧光体不同颜色光的荧光体。本文的示例性实施方案中还公开了制造波长转换元件的方法，该方法包括：将至少一种荧光体和一种或以上介电干涉粒子分散在基质材料中。可以将该分散体注入模具中、压制并烧结、或以其他方式成形，以限定波长转换元件的形状。然后，可以将波长转换元件固定至基材的前表面。在这样的方法中，波长转换元件为单层。在其他实施方案中，通过以下步骤制造波长转换元件：施加包含荧光体和第一基质材料的混合物以形成荧光体层；以及施加包含一种或以上介电干涉粒子和第二基质材料的混合物，以在荧光体层上形成粒子层。第一基质材料和第二基质材料可以相同或不同。可以将粒子层构建在荧光体层上，或者可以将荧光体层构建在粒子层上。当附接至基材时，荧光体层在基材和粒子层之间，或者换句话说，粒子层在荧光体层和激发光源之间，以便能够反射蓝光。本文的示例性实施方案中进一步公开了发光方法，该方法包括：将蓝光施加至波长转换元件，该波长转换元件包括基质材料、在基质材料内的一种或以上荧光体、以及基质材料内的一种或以上介电干涉粒子。本公开的这些和其他非限制性特征将在下文更具体地公开。附图说明以下为附图的简要说明，这些附图是为了说明本文公开的示例性实施方案而提供的，而不为了限制本专利技术。在这些图中，使用单个反射表面示出用于收集光的光学系统。然而，实际上，可以使用反射光学系统和透射光学系统两者。图1A为示出本公开的光转换装置的示例性实施方案的图。这里，将光源定向为使得泵浦光垂直于波长转换元件的表面。图1B为示出本公开的光转换装置的第二示例性实施方案的图。这里，将光源定向为使得泵浦光以45°角接触波长转换元件的表面。图2A和图2B示出了本公开的光转换装置的示例性实施方案，其形式为具有两个段的荧光轮。图2A为侧面剖视图，而图2B为正视图。图3A和图3B示出了本公开的光转换装置的示例性实施方案，其为荧光轮的形式。图3A为侧面剖视图，而图3B为正视图。图4为介电干涉粒子的剖视图。将该实施方案绘制为具有以两种材料之间交替的六层。具体实施方式可以参考附图来得到本文所公开的部件、方法和装置的更完整的理解。这些附图仅仅是基于方便和说明本公开的容易性的示意性描述，因此不意图表示装置或装置的各个部件的相对大小和尺寸和/或不意图限定或限制示例性实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波长转换元件，包括：/n至少一种基质材料；/n在所述基质材料内的一种或以上荧光体；以及/n在所述基质材料内的一种或以上介电干涉粒子。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180727 US 62/703,9711.一种波长转换元件，包括：
至少一种基质材料；
在所述基质材料内的一种或以上荧光体；以及
在所述基质材料内的一种或以上介电干涉粒子。


2.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述一种或以上介电干涉粒子由至少一种高折射率材料和至少一种低折射率材料的交替薄膜层形成。


3.根据权利要求2所述的波长转换元件，其中所述一种或以上介电干涉粒子具有5层至11层。


4.根据权利要求2所述的波长转换元件，其中所述至少一种高折射率材料和所述至少一种低折射率材料独立地选自由下列组成的组：氧化钛(TiO2)、氧化铌(Nb2O5)、氧化铪(HfO2)、氧化铝(A12O3)、二氧化硅(SiO2)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、锗(Ge)和硅(Si)。


5.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述一种或以上介电干涉粒子为包括多个薄膜层的薄片或颗粒物的形式。


6.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述一种或以上介电干涉粒子至少部分地反射蓝光。


7.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述基质材料为单一基质材料，并且其中所述一种或以上荧光体和所述一种或以上介电干涉粒子分散在整个所述单一基质材料中以形成单层。


8.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述基质材料为单一基质材料，并且其中所述波长转换元件包括(A)由所述一种或以上荧光体和所述基质材料形成的至少一个荧光体层、以及(B)由所述一种或以上介电干涉粒子和所述基质材料形成的至少一个粒子层。


9.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述基质材料包含第一基质材料和第二基质材料，并且其中所述波长转换元件包括(A)由所述一种或以上荧光体和所述第一基质材料形成的至少一个荧光体层、以及(B)由所述一种或以上介电干涉粒子和所述第二基质材料形成的至少一个粒子层。


10.根据权利要求1所述的波长转换元件，其中所述一种或以上荧光体包括选自由发绿光荧光体、发红光荧光体和发黄光荧光体组成的组中的至少一种荧光体；或者
其中所述基质材料为玻璃、陶瓷、硅树脂、环氧树脂、塑料、光学胶或粘合剂。

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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·斯普拉格，迈克尔·P·纽厄尔，
申请(专利权)人：美题隆公司，
类型：发明
国别省市：美国;US