荧光粉色轮与白光发光装置

1.一种荧光粉色轮，包括：
一基板；
一黄色荧光粉区，位于该基板上；以及
一红色荧光粉区，位于该基板上，
其中该黄色荧光粉区与该红色荧光粉区为边界相邻的同心图案，以允许一蓝光激光施加至该黄色荧光粉区与该红色荧光粉区的交界，且该红色荧光粉区环绕该黄色荧光粉区，其中该黄色荧光粉区与该红色荧光粉区的荧光粉层厚度介于80μm至200μm之间，并且其中蓝光激光照射该红色荧光粉区与该黄色荧光粉区的面积比介于1:10至1:0.1之间。
2.如权利要求1所述的荧光粉色轮，其中该黄色荧光粉区为直径介于3.5cm至9.5cm之间的实心圆。
3.如权利要求1所述的荧光粉色轮，其中该黄色荧光粉区为内径介于3cm至9cm之间，且外径介于3.5cm至9.5cm之间的空心环。
4.如权利要求1所述的荧光粉色轮，其中该红色荧光粉区为内径介于3.5cm至9.5cm之间，且外径介于4cm至10cm之间的空心环。
5.如权利要求1所述的荧光粉色轮，其中该黄色荧光粉区的激发波长介于430nm至
470nm之间，且放射主波长介于520nm至560nm之间。
6.如权利要求1所述的荧光粉色轮，其中该红色荧光粉区的激发波长介于400nm至
460nm之间，且放射主波长介于590nm至680nm之间。
7.一种白光发光装置，包括：
如权利要求1所述的荧光粉色轮；
一蓝光激光源，用以施加一蓝光激光至该荧光粉色轮的该红色荧光粉区与该黄色荧光粉区的交界，同时激发该红色荧光粉区与该黄色荧光粉区以形成一第一白光；
一分光器，用以将该第一白光分为一第一红光、一第一蓝光、与一第一绿光；
一滤光器，用以调整该第一红光、该第一蓝光、与该第一绿光至一第二红光、一第二蓝光、与一第二绿光；
以及一混光器，将该第二红光、该第二蓝光、与该第二绿光混合成一第二白光。
8.如权利要求7所述的白光发光装置，其中该第二白光的CIE坐标为(0.3127,0.3290)。
9.如权利要求7所述的白光发光装置，其中该蓝光激光照射该红色荧光粉区的面积，与照射该黄色荧光粉区的面积介于1:10至1:0.1之间。
10.一种白光发光装置，包括：
如权利要求1所述的荧光粉色轮；
一蓝光激光源，用以施加一蓝光激光至该荧光粉色轮的该红色荧光粉区与该黄色荧光粉区的交界，同时激发该红色荧光粉区与该黄色荧光粉区以形成一第一白光；
一分光器，用以将该第一白光分为一第一黄光与一第一蓝光；
一滤光器，用以调整该第一黄光与该第一蓝光至一第二黄光与一第二蓝光；
以及一混光器，将该第二黄光与该第二蓝光混合成一第二白光。
11.如权利要求10所述的白光发光装置，其中该第二白光的CIE坐标为(0.3127,
0.3290)。
12.如权利要求10所述的白光发光装置，其中该蓝光激光照射该红色荧光粉区的面积，与照射该黄色荧光粉区的面积介于1:10至1:0.1之间。

荧光粉色轮与白光发光装置\n技术领域\n[0001] 本发明是涉及白光发光装置，尤其涉及其荧光粉色轮。\n背景技术\n[0002] 激光投影仪利用荧光粉色轮结合固态激光激发光源作为显示光源，于高功率操作下，其光致激发效率可大幅提升投影仪的光电转换与流明输出，近年来是新世代投影技术的重要光源模块。目前激光投影仪的荧光粉色轮(Phosphor wheel，PW)的设计，主要分为单区域设计如图1所示，以及多区域设计如图2所示。在图1中，是将一种或多种荧光粉形成于轮状基板上的所有区域，比如单一的荧光粉区10。在图2中，是将不同颜色的荧光粉分别形成于轮状基板上的不同区域，比如红色荧光粉区2R、黄色荧光粉区2Y、绿色荧光粉区2G、与蓝色荧光粉区2B中。\n[0003] PW里的红光效率一直是整体激光投影仪的光源流明瓶颈，除了红色荧光材料本身效率较差外，随着激发激光瓦数增高，红色荧光粉出光因热衰退而大幅下降，不但使投影仪D65白平衡偏离，更拖累整体流明数。有鉴于此，在高瓦数激光激发下，目前多以黄色或橘色荧光粉搭配滤镜提取红光使用。以单区域的PW为例，以蓝光激光激发黄色荧光粉产生黄光后，以分光器将黄光分出绿光与红光，再搭配蓝光激光作为投影仪的RGB成像光源。然而上述方法的红光效率仍然最低(～12lm/W)，限制了D65白光流明效率(～54.9lm/W)。综上所述，如何有效的扩展红色区域的频谱与效率，一直是激光投影仪的重要课题之一。\n发明内容\n[0004] 本发明一实施例提供荧光粉色轮，包括：基板；黄色荧光粉区，位于基板上；以及红色荧光粉区，位于基板上，其中黄色荧光粉区与红色荧光粉区为边界相交的同心图案，且红色荧光粉区环绕黄色荧光粉区。\n[0005] 本发明一实施例提供的白光发光装置，包括：上述的荧光粉色轮；蓝光激光源，用以施加蓝光激光至荧光粉色轮的红色荧光粉区与黄色荧光粉区的交界，同时激发红色荧光粉区与黄色荧光粉区以形成第一白光；分光器，用以将第一白光分为第一红光、第一蓝光、与第一绿光；滤光器，用以调整第一红光、第一蓝光、与第一绿光至第二红光、第二蓝光、与第二绿光；以及混光器，将第二红光、第二蓝光、与第二绿光混合成第二白光。\n[0006] 本发明一实施例提供的白光发光装置，包括：上述的荧光粉色轮；蓝光激光源，用以施加蓝光激光至荧光粉色轮的红色荧光粉区与黄色荧光粉区的交界，同时激发红色荧光粉区与黄色荧光粉区以形成第一白光；分光器，用以将第一白光分为第一黄光与第一蓝光；\n滤光器，用以调整第一黄光与第一蓝光至第二黄光与第二蓝光；以及混光器，将第二黄光与第二蓝光混合成第二白光。\n[0007] 本发明的有益效果在于，本发明的荧光粉色轮与白光发光装置能够有效的扩展红色区域的频谱与效率，进而可有效提高白光流明效率。\n附图说明\n[0008] 图1是现有技术中，荧光粉色轮的俯视图。\n[0009] 图2是现有技术中，荧光粉色轮的俯视图。\n[0010] 图3是本发明一实施例中，荧光粉色轮的俯视图。\n[0011] 图4是本发明一实施例中，荧光粉色轮的俯视图。\n[0012] 图5是本发明一实施例中，白光发光装置的示意图。\n[0013] 图6是本发明一实施例中，蓝光激光照射荧光粉色轮的区域的示意图。\n[0014] 图7是本发明一实施例中，白光发光装置的示意图。\n[0015] 其中，附图标记说明如下：\n[0016] 2B 蓝色荧光粉区\n[0017] 2G 绿色荧光粉区\n[0018] 2R、3R 红色荧光粉区\n[0019] 2Y、3Y 黄色荧光粉区\n[0020] 10 荧光粉区\n[0021] 30、40 荧光粉色轮\n[0022] 50 白光发光装置\n[0023] 51 蓝光激光源\n[0024] 53、53’ 白光\n[0025] 53B、53B’ 蓝光\n[0026] 53G、53G’ 绿光\n[0027] 53R、53R’ 红光\n[0028] 55 分光器\n[0029] 57 滤光器\n[0030] 59 混光器\n[0031] 61 蓝光照射区域\n具体实施方式\n[0032] 图3是本发明一实施例中，荧光粉色轮30的俯视图。在图3中，黄色荧光粉区3Y与红色荧光粉区3R位于基板(未示出)上，其中黄色荧光粉区3Y与红色荧光粉区3R为边界相邻的同心图案，且红色荧光粉区3R环绕黄色荧光粉区3Y。\n[0033] 在本发明一实施例中，红色荧光粉可为激发波长介于400nm至460nm之间，且放射主波长介于590nm至680nm之间的红色荧光粉，比如CaAlSiN3、Sr2Si5N8、或α-Sialon。在本发明一实施例中，黄色荧光粉可为激发波长介于430nm至470nm之间，且放射主波长介于520nm至560nm之间的黄色荧光粉，比如Y3Al5O12、Lu3Al5O12、或β-Sialon。\n[0034] 如图3所示，黄色荧光粉区3Y为直径介于3.5cm至9.5cm之间的实心圆。在本发明另一实施例中，黄色荧光粉区3Y为内径介于3cm至9cm之间，且外径介于3.5cm至9.5cm之间的空心环，如图4所示。图3中实心圆的黄色荧光粉区3Y较省工，而图4中空心环的黄色荧光粉区3Y较省料。在图4中，若是黄色荧光粉区3Y的内径过长，可能会使后述的蓝光激光照射黄色荧光粉区3Y的面积不足，这将使激发产生的白光色偏。\n[0035] 在本发明一实施例中，红色荧光粉区3R为内径介于3.5cm至9.5cm之间，且外径介于4cm至10cm的空心环。红色荧光粉区3R的内径即实心圆的黄色荧光粉区3Y的直径，或空心环的黄色荧光粉区3Y的外径。若红色荧光粉区3R的外径过短，可能会使后述的蓝光激光照射红色荧光粉区3R的面积不足，这将使激发产生的白光色偏。\n[0036] 在本发明一实施例中，红色荧光粉区3R与黄色荧光粉区3Y的荧光粉层厚度介于80μm至200μm之间。若荧光粉层的厚度过厚，过多的荧光粉颗粒将影响出光。若荧光粉层的厚度过薄，荧光粉浓度过低导致亮度不足。\n[0037] 接下来以包含图4的荧光粉色轮40的白光发光装置50为例，解释本发明的白光发光机制。如图5所示，首先以蓝光激光源51施加蓝光激光至旋转的荧光粉色轮40，使蓝光激光平均照射红色荧光粉区3R与黄色荧光粉区3Y的所有交界，避免荧光粉区内的荧光粉体因长时间定点照射而热损伤。\n[0038] 如图6所示，蓝光激光照射红色荧光粉区3R与黄色荧光粉区3Y的交界如蓝光照射区域61，以同时激发红色荧光粉区3R与黄色荧光粉区3Y，并同时放射红光与黄光。上述蓝光激光中原本的蓝光搭配放射的红光与黄光，即形成白光53。在本发明一实施例中，蓝光激光照射红色荧光粉区3R与黄色荧光粉区3Y的面积比介于1:10至1:0.1之间。在本发明一实施例中，蓝光激光照射红色荧光粉区3R与黄色荧光粉区3Y的面积比介于1:3至3:1之间。在本发明另一实施例中，蓝光激光照射红色荧光粉区3R与黄色荧光粉区3Y的面积比介于1:1.2至1:0.8之间。若蓝光激光照射红色荧光粉区3R的面积较大，则红色出光多使得最后的白光色坐标红移，且色温较低。若蓝光激光照射黄色荧光粉区3R的面积较大，则黄色出光将主宰最后的白光色坐标与高色温。可以理解的是，虽然图6中蓝光照射区域61为点状区域，但在荧光粉色轮40旋转的情况下，蓝光照射区域61实际上为环状区域。\n[0039] 如图5所示，分光器55如光栅及/或棱镜将白光53分为红光53R、蓝光53B、与绿光\n53G(或将白光53分为黄光与蓝光)，并分别测量上述红光53R、蓝光53B、与绿光53G的亮度(或黄光与蓝光的亮度)。接着以最低亮度的光色作基准，并以滤光器57如滤光片来调整其他光色的强度与色坐标，再以混光器59如透镜或光导管将调整后的红光53R’、蓝光53B’、与绿光53G’(或调整后的黄光与蓝光)混合形成白光53’。在本发明一实施例中，白光53’的CIE坐标为(0.3127,0.3290)。\n[0040] 在图5中，荧光粉色轮40的基板材质为反射材质如金属或介电层玻璃。然而在其他实施例中，荧光粉色轮的基板材质亦可为透光材质，端视需要而定。当荧光粉色轮的基板材质为透光材质时，则蓝光激光照射荧光粉色轮后产生白光53’的光径如图7所示。\n[0041] 为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数实施例配合所附附图，作详细说明如下：\n[0042] 实施例\n[0043] 下述实施例中，荧光粉色轮的基板直径为55mm。外环的荧光粉区的外径为55mm，内径为50mm。内环的荧光粉区的外径为50mm，内径为44mm。荧光粉层的厚度为100μm。红色荧光粉为CaAlSiN3，黄色荧光粉为Y3Al5O12、而绿色荧光粉为Lu3Al5O12。蓝光激光源波长为445nm。\n下述实施例中，蓝光的CIE坐标为(0.150,0.060)，绿光的CIE坐标为(0.300,0.600)，而红光的CIE坐标为(0.640,0.330)。为混成CIE坐标为(0.3127,0.3290)的白光，上述红光、蓝光、绿光的最佳比例为20～22%:4～5%:70～75%。\n[0044] 实施例1\n[0045] 将60wt%的黄色荧光粉与40wt%的硅胶均匀混合后，形成黄色荧光层于整片基板上。以蓝光激光照射旋转的荧光粉色轮后产生的白光亮度；经分光器分光的红光、蓝光、与绿光的亮度；经滤光器调整红光、蓝光、与绿光后重新混光的白光亮度；以及有效的初始白光比例如表1所示。\n[0046] 实施例2\n[0047] 将30wt%的黄色荧光粉、30wt%的红色荧光粉、与40wt%的硅胶均匀混合后，形成红-黄色荧光粉混合层于整片基板上。以蓝光激光照射旋转的荧光粉色轮后产生的白光亮度；\n经分光器分光的红光、蓝光、与绿光的亮度；经滤光器调整红光、蓝光、与绿光后重新混光的白光亮度；以及有效的初始白光比例如表1所示。\n[0048] 实施例3\n[0049] 将60wt%的黄色荧光粉形成黄色荧光粉区于基板上作为内环，再将60wt%的红色荧光粉形成红色荧光粉区于基板上作为外环。以蓝光激光照射旋转的荧光粉色轮的红色荧光粉区与黄色荧光粉区的交界后产生的白光亮度；经分光器分光的红光、蓝光、与绿光的亮度；经滤光器调整红光、蓝光、与绿光后重新混光的白光亮度；以及有效的初始白光比例如表1与表2所示。在此实施例中，蓝光激光照射红色荧光粉区与黄色荧光粉区的面积比为1:\n1。\n[0050] 表1\n[0051]\n  实施例1 实施例2 实施例3\n初始白光亮度(lm/W445nm) 201.4 105.7 149.3\n红光亮度(lm/W445nm) 12.1 35 25\n绿光亮度(lm/W445nm) 146.3 27.7 81.3\n蓝光亮度(lm/W445nm) 43 43 43\n调整后的白光亮度(lm/W445nm) 54.9 36.7 108.3\n有效的初始白光比例 27.3% 34.7% 72.5%\n[0052] 由表1可知，本发明实施例的同心圆设计比直接混合红色荧光粉与黄色荧光粉具有更高的调整后白光亮度与有效的初始白光比例。\n[0053] 实施例4-1\n[0054] 实施例4-1与实施例3类似，差别在于蓝光激光照射红色荧光粉区与黄色荧光粉区的面积比为3:1。\n[0055] 实施例4-2\n[0056] 实施例4-2与实施例3类似，差别在于蓝光激光照射红色荧光粉区与黄色荧光粉区的面积比为1:3。\n[0057] 实施例5\n[0058] 将60wt%的绿色荧光粉形成绿色荧光粉区于基板上作为内环；将60wt%的红色荧光粉形成红色荧光粉区于基板上作为外环。以蓝光激光照射旋转的荧光粉色轮的红色荧光粉区与绿色荧光粉区的交界后产生的白光亮度；经分光器分光的红光、蓝光、与绿光的亮度；\n经滤光器调整红光、蓝光、与绿光后重新混光的白光亮度；以及有效的初始白光比例如表2所示。在此实施例中，蓝光激光照射红色荧光粉区与绿色荧光粉区的面积比为1:1。\n[0059] 表2\n[0060]\n  实施例3 实施例4-1 实施例4-2 实施例5\n初始白光亮度(lm/W445nm) 149.3 115.6 163.2 162.2\n红光亮度(lm/W445nm) 25 32.4 21.6 23.6\n绿光亮度(lm/W445nm) 81.3 40.2 98.6 95.5\n[0061]\n蓝光亮度(lm/W445nm) 43 43 43 43\n调整后的白光亮度(lm/W445nm) 108.3 53.9 101 110\n有效的初始白光比例 72.5% 46.6% 61.9% 67.8%\n[0062] 由表2可知，实施例5(绿内环与红外环)的荧光粉色轮设计虽比实施例3(黄内环与红外环)的荧光粉色轮设计具有较高的调整后白光亮度，但实施例5的有效的初始白光比例低于实施例3。这是因为实施例5的初始白光中的绿光亮度过高，因此需要滤除较多绿光以达所需的白光光色。被滤除的绿光无法利用，会造成耗能及散热等其他问题。\n[0063] 虽然本发明已以多个较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。