TW201801353A - 光轉換模組 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一種光轉換模組(100)，其包括：一透明基板(120)；一轉換層(110)，其附接至該基板(120)之一光出射側，其中該轉換層(110)經配置以將經由一光入射側進入該基板(120)之一第一波長範圍之雷射光(10)之一部分轉換為不同於該第一波長範圍之一第二波長範圍之經轉換之雷射光(20)，且透射該雷射光(10)之另一部分，使得所透射之雷射光(15)及經轉換之雷射光(20)之一部分之一混合物在與其中該轉換層(110)附接至該基板(120)之該光出射側之側相對之正向上離開該轉換層(110)，且其中該基板(120)經配置使得藉由配置垂直於該光出射側之該基板(120)之一厚度而抑制經由該光出射側進入該基板之經轉換之雷射光(20)經由該光出射側重新進入該轉換層(110)，使得進入該基板之在該基板(120)之該光入射側完全反射之經轉換之雷射光(20)在該光入射側之一全反射之後不命中該轉換層(110)。本發明進一步描述一種基於雷射之光源(200)，尤其係一汽車前照燈，其包括此一光轉換模組(100)。本發明係進一步關於一種製造此一光轉換模組(100)之方法。

Description

光轉換模組
本發明係關於一種光轉換模組、一種包括此一光轉換模組之基於雷射之光源及一種製造該光轉換模組之方法。
在現代汽車前燈照明中，一強烈趨勢係其中光分佈可動態改變之適應性系統。例如，一系統可具有一高光束圖案，但具有用於避開一迎面之汽車以避免眩光之一定義明確且移動之暗部分。或一系統可照明一給定道路標誌，或(例如)一汽車之一攝影機可偵測之一障礙物。 在技術上，可使用不同方法實現具有增強性能但亦具有複雜度之此等系統：可切換機械孔徑、LED矩陣光、微顯示器(如在射束器中)或雷射掃描器。雷射掃描器之原理包括可由一小鏡(通常係一MEMS (微機電系統))電子切換及定向控制之一強藍色雷射光束。依此方式，可快速操縱其中部分轉換為黃光之一光轉換模組之一轉換器或磷光體表面，其添加其餘藍光以形成白光。若磷光體上白光點之移動足夠快，則其被視為一穩定白光分佈或影像。接著，將此影像透過一透鏡投射至道路上。藉由鏡移動之一適合控制，與雷射光束之一適合切換(接通及斷開，不同強度)同步，可產生磷光體上之各種影像且因此可產生道路上之光分佈。
本發明之一目的係提供具有改良對比度之一光轉換模組。 根據一第一態樣，提供一種光轉換模組。該光轉換模組包括：一透明基板；一轉換層，其附接至該透明基板之一光出射側。該轉換層經配置以將經由一光入射側進入該基板之一第一波長範圍之雷射光轉換為不同於該第一波長範圍之一第二波長範圍之經轉換之雷射光。該基板經配置使得藉由配置垂直於該光出射側之該基板之一厚度使得進入該基板之在該基板之該光入射側完全反射之經轉換之雷射光在該光入射側之一全反射之後不命中該轉換層而抑制經由該光出射側進入該基板之經轉換之雷射光經由該光出射側重新進入該轉換層。 該基板必須至少在該第一波長範圍內透明。該第一波長範圍較佳地包括藍光。該基板之透明度意謂該第一波長範圍內之光之透射高於80%，更佳地高於90%且最佳地高於95%。在第一次命中該轉換層時藍色雷射光之強度應為一初始強度I0 之至少80%，其中強度I0 係自(例如)在進入該基板時發射藍色雷射光之一雷射接收之強度。透明度進一步意謂較佳地不存在該第一波長範圍內之該雷射光之散射。例如，藍色雷射光之散射可減少藉由該轉換模組發射之光之對比度。該藍色雷射光可依一幾乎不可控制方式進入該轉換層。 該光轉換模組可包括配置在該基板與該轉換層之間之一反射層。該反射層經配置使得該第二波長範圍內之該光被反射且該第一波長範圍內之光被透射。該第二波長範圍可(例如)包括黃光使得該第一波長範圍及該第二波長範圍之該光之一混合物基本上導致白光。該反射層在該基板上可包括該磷光體或轉換器與該基板之間之一多層干擾層配置。若此層配置經設計以透射(例如)該藍色雷射且將該黃光反射回該磷光體中，則由該基板誘發之光洩漏將大幅減少。然而，該干擾層配置將依所有角度反射無法使用干擾濾波器達成之黃色。總是存在角或光譜範圍，其中該黃光將經部分透射且仍進入該基板而最終使對比度更差。 該基板之該厚度較佳地係至少10 mm，更佳地至少14 mm且最佳地至少16 mm，使得經轉換之雷射光及該第二波長範圍在全反射之後基本上不命中且因此重新進入該轉換層。跨越由該轉換層覆蓋之該基板之一區域之該基板之該厚度不必要為一均勻厚度。該基板之一側(例如光入射側及/或光出射側)可(例如)包括一曲率，使得該基板之該厚度垂直於該轉換層而改變。 該基板之該厚度經配置使得在該背面全反射之進入該基板之該第二波長範圍內之光在兩次通過該基板之該厚度之後不命中該轉換層。該基板之該厚度進一步減少在該基板之該背面或光入射側部分反射之該第二波長範圍內之光重新進入該轉換層之可能性。 該轉換層可包括(例如)磷光體或轉換器材料，如摻鈰YAG (Y­3 Al5 O12 )。 該基板可包括經配置以吸收該第二波長範圍內之光之一材料。該基板可(例如)經配置使得黃光被至少部分地吸收於該基板或該基板之部分內。該基板可包括(例如)吸收該黃光之至少一部分但透射該藍光 (第一波長範圍)之至少80%之有色玻璃。若該第二波長範圍內之該光兩次通過該基板，則在全反射之後在該光出射側進入該基板之該第二波長範圍內之光之強度之減少可為至少50%，更佳地至少70%且最佳地至少90%。可藉由該各自吸收係數及該基板或該基板之部分之該厚度來控制該強度減少。包括吸收該第二波長範圍內之光之材料之一基板可與下文所描述之各實施例組合。 該基板可包括一抗反射塗層。該抗反射塗層經配置以減少不同於該光出射側之該基板之一表面處之一反射率，使得經由該光出射側進入該基板之經轉換之雷射光至該轉換層之背面反射被抑制。 該第二波長範圍內之光可在該基板之其他側部分反射。經由該光出射側進入該基板之該第二波長範圍內之光尤其可在該基板之該光入射側部分反射(反射角度小於全反射之角度)。可藉由一寬頻帶抗反射塗層避免或至少減少此部分反射。該第二波長範圍內之光(例如黃光)可基本上在該光入射側完全離開該基板。因此，避免或至少減少此光之背面反射至該轉換層。該抗反射層經較佳配置使得該第二波長範圍內之光可在此光依0°與由該抗反射塗層覆蓋之該基板之該側之該基板材料之全反射之該角度之間的一角度命中由該抗反射塗層覆蓋之該基板之該側離開該基板。(就在該基板之該光入射側或背面之部分或全反射之後)該寬頻帶抗反射塗層較佳地經進一步配置以使該基板之該光入射側之該第一波長範圍內之光之反射最小化。在此情況中該寬頻帶抗反射塗層可進一步避免或至少減少該第一波長範圍內之光之反射回該轉換器中。該光可(例如)在該基板之光出射側(部分地)反射。因此，由該光轉換模組發射之光之對比度可藉由避免經由該第一波長範圍內之光(例如藍色雷射光)之該轉換器之不當照明而改良。 該基板可包括具有至少10W/(mK)、更佳地至少20W/(mK)且最佳地至少30W/(mK)之一導熱係數之一導熱材料。 該導熱材料可為(例如)具有約40W/(mK)之一導熱係數之藍寶石。包括該導熱材料之一基板可與上文或下文所描述之各實施例組合。 該基板可包括一層該導熱材料。該層之一第一側配置為該光出射側。該層之一第二側平行於該層之該第一側。垂直於該第一側之該層之一厚度t1係至少t1 = d/(2*tan(α1))，其中d係可接收雷射光之平行於該光出射側之該轉換層之一最大(橫向)延伸。角度α1係相對於該導熱材料之一折射率及鄰接該層之該第二側之該材料之一折射率之該第二波長範圍內之全反射之一角度。 該光轉換模組可包括可配置在該基板與該轉換層之間之一孔徑。該孔徑可經配置使得該第一波長範圍內之雷射光僅可照明該轉換層之一定義區域。可(例如)使用該孔徑以避免雷射光在未通過該轉換層之情況下離開該基板。可由一掃描器(諸如(例如)一MEMS鏡)之一故障引起之眼安全問題可藉由該孔徑減少。該層之該第二側可配置為該基板之該光入射側。在此情況中該基板可包括導熱材料(諸如(例如)藍寶石)之一均勻層。替代材料可包括具有80%以上藍光之一透射及45 W/(mK)以上之一導熱係數之MgO，尤其係單晶或具有約15 W/(mK)之一導熱係數之MgAl2 O4 。 根據一替代實施例，該導熱材料之該層可為一第一基板層。在此實施例中該基板包括附接至該第一基板層之該第二側之一第二基板層。該第二基板層包括配置為與附接至該第一基板層之該第二基板層之該側相對之該光入射側。垂直於該光出射側之該第二基板層之一厚度經組態使得進入該基板之在該基板之該光入射側完全反射之該經轉換之雷射光在該光入射側反射之後不立即命中該轉換層。 該第一基板層之該厚度經選定使得該轉換層之該中心與該基板之該等側之間的溫度差值應小於35°C，更佳地小於25°C且最佳地小於20°C。因此，該第一基板層之該厚度取決於該導熱材料之該導熱係數。該第二基板層可為在該第一波長範圍內係透明但在該第二波長範圍內具吸收性之一材料。 該轉換層之該材料之轉換效率可在較高溫度下減少。因此，跨越該轉換層之溫度變動應在一定義溫度範圍內以避免或至少限制離開該轉換層之該第一波長範圍內及該第二波長範圍之光之混合物之色溫之變動。該溫度歸因於由該第一波長範圍內之該光轉換為該第二波長範圍內之該光引起之轉換損耗而增加。 該第一基板層可(例如)包括藍寶石。該第一基板層之該厚度係至少0.5 mm，更佳地係至少1 mm且最佳地係至少2 mm以限制跨越該轉換層之溫度變動。 該第一基板層及該第二基板層彼此附接使得該第一基板層之該第二側觸碰該第二基板層。該導熱材料之一折射率與由該第二基板層包括之一材料之一折射率之間的一差值係小於0.1，更佳地小於0.05且最佳地小於0.02。 該第二基板層之該材料之該折射率較佳地尤其相同於該第一基板層之該材料之該折射率。該第一基板層及該第二基板層可藉由熱接合而接合在一起。應接合在一起之表面經拋光且可在700°C或以上之較高溫度下接合。在熱接合期間使用之該溫度可取決於該第一基板層及該第二基板層之材料。 根據一替代實施例該第一基板層及該第二基板層藉由一中間機械耦合層彼此附接。該機械耦合層之一折射率在該導熱材料之一折射率與由該第二基板層包括之一材料之一折射率之間之範圍內。 該中間機械耦合層之該折射率可較佳地小於該導熱材料之該折射率且大於該第二基板層之該材料之該折射率。光學黏著劑或膠可用作為中間機械耦合層。存在具有高達1.65之一折射率之市售光學黏著劑。文獻中甚至描述大於1.7之較高值。因此，可能使(例如)具有1.78之一折射率之藍寶石接合於具有(例如) 1.55之一折射率之一玻璃材料(第二基板層)。在此情況中全反射之角度歸因於折射率之間的小差值而較高。此外，在一邊界層或若干邊界層部分反射之該第二波長範圍內之光之量為低。另外，存在將抗反射塗層添加至基板層以抑制邊界處之部分反射之選項。 該基板可包括鄰接該光出射側之至少一側表面。該基板包括至少配置在該至少一側表面之一部分上之一反射減少結構。該基板可(例如)包括一圓柱形形狀或一長方體之一形狀。若為一圓柱形基板形狀，則一圓柱形側表面鄰接該光出射側。若為一長方體，則四個側表面鄰接該光出射側。 該反射減少結構可(例如)包括該側表面或若干側表面相較於該光入射側及/或光出射側之一表面粗糙度的一粗糙化。該側表面或若干側表面之該粗糙度經配置使得在該側表面或若干側表面之部分或全反射之機率減小。該側表面或若干側表面可(例如)經噴砂。 替代地或另外，該反射減少結構可包括經組態以吸收該第二波長範圍內之光之一吸收層。此外，亦較佳地吸收不需要的該第一波長範圍內之光(例如所反射之藍色雷射光)。 包括(例如)碳顆粒之透明矽基材料可附接至該側表面或若干側表面。該矽基材料之該折射率較佳地選擇為基本上相同於該基板材料以避免或至少減少該基板與該矽材料之間的一邊界層處之反射。 該基板可具有垂直於該基板之一中心線之一圓形橫截面，其中該中心線配置為垂直於該基板之該光出射側之一中心。該基板可(例如)具有一圓柱形側表面之一圓柱形形狀，如上文所描述。 根據一實施例，該光轉換模組可包括一基板，其中該光入射表面包括一凹曲率。 該曲率經配置使得由該基板相對於經由該光入射側進入該基板之該第一波長範圍內之光之光學失真最小化。該光入射側之該凹曲率可(例如)經配置使得存在其中可放置用於發射該第一波長範圍內之光之一光源之一焦點。 該基板可進一步包括一光出射側之一曲率。該薄轉換層(具有(例如) 50 µm之一厚度)可附接至該基板之該彎曲光出射側。該曲率可用以尤其與在包括光轉換模組之一光源中之光學元件(例如可與該光轉換模組組合之透鏡或反射器)組合而產生光學效應。 根據一進一步態樣，提供一種基於雷射之光源。該基於雷射之光源包括如上文所描述之該光轉換模組、一雷射模組及一光學裝置。該光轉換模組配置於該雷射模組與該光學裝置之間。該基於雷射之光源經配置使得由該雷射模組發射之該第一波長範圍內之雷射光經由該光入射側進入該基板且經由該光出射側離開該基板，且其中該基於雷射之光源經進一步配置使得該經轉換之雷射光之至少一部分及通過該轉換層之所透射之雷射光藉由該光學裝置而成像至一目標。 該第一波長範圍內之該雷射光經由該基板透射且在該轉換層中部分轉換。該轉換層可經配置使得該黃光耦出至該正向上，且使得雷射光經散射以提供與該第二波長範圍內之光混合之該第一波長範圍內之光之一較寬角光分佈。 根據一進一步態樣，提供一種汽車前照燈。該汽車前照燈包括上文所描述之該基於雷射之光源。 根據一進一步態樣，提供一種製造一光轉換模組之方法。該方法包括以下步驟： - 提供一透明基板， - 將一轉換層附接至該透明基板之一光出射側，其中該轉換層經配置以將經由一光入射側進入該基板之一第一波長範圍之雷射光轉換為不同於該第一波長範圍之一第二波長範圍之經轉換之雷射光， - 配置該基板使得藉由配置垂直於該光出射側之該基板之一厚度，使得進入該基板之在該基板之該光入射側完全反射之經轉換之雷射光在該光入射側之一全反射之後不命中該轉換層而抑制經由該光出射側進入該基板之經轉換之雷射光經由該光出射側重新進入該轉換層。 該方法之步驟不必要依如上文所呈現之順序執行。該基板之該厚度可(例如)在附接該轉換層之後藉由研磨或替代地藉由膠合一額外基板層而配置。 應瞭解如請求項1至12中任一項之光轉換模組及請求項15之方法具有特定言之如附屬請求項中所定義之相似及/或相同實施例。 應瞭解本發明之一較佳實施例亦可為附屬請求項與各自獨立請求項之任何組合。 下文定義進一步有利實施例。
現將藉由圖式描述本發明之各種實施例。 圖1展示一第一光轉換模組100之一橫截面之一主要草圖。第一光轉換模組100包括一轉換層110，用於將尤其係一第一波長範圍內(例如藍色雷射光)之雷射光10轉換為不同於該第一波長範圍之一第二波長範圍內(例如黃光)之經轉換之雷射光20。未轉換至轉換層110之雷射光10之一部分在轉換層110中散射，使得當雷射光10命中轉換層110時所透射之雷射光15之特徵在於一較寬光分佈。第一光轉換模組100進一步包括具有一厚度t0之一基板120及配置在基板120與轉換層110之間之一反射層111。反射層111在該第二波長範圍內反射，使得一預定義範圍之角度內命中反射層111之經轉換之雷射光20無法進入基板120。第一光轉換模組100進一步包括配置在該基板之一光入射側(雷射光10進入基板120之側)之一抗反射塗層130，使得經由反射層111及該基板之一光出射側進入基板120之經轉換之雷射光20可經由基板120之平行光入射側離開基板120。可藉由抗反射塗層130避免或至少減少經轉換之雷射光20尤其在該光入射側之部分反射。此外，可藉由寬頻帶抗反射塗層130避免雷射光10在基板120之該光入射側之反射。 垂直於該第一側之該層之厚度t0係至少t0 = d/(2*tan(α1))，其中d係可接收雷射光10之平行於該光出射側之轉換層110之一最大或最大化延伸。角度α1係相對於基板材料之一折射率及鄰接基板120之該光入射側之材料之一折射率之該第二波長範圍內之全反射之一角度。厚度t0經選定使得在基板120之該光入射側完全反射之經轉換之雷射光20不命中由轉換層110覆蓋之該光出射側之區域。轉換層110包括已(例如)由透明聚矽氧膠膠合在前表面上或更精確而言基板120之該光出射側上之一薄磷光體層(例如25 µm之厚度)。厚基板120之材料較佳地係藍寶石。對空氣之全反射之臨界角α1係33.7°。具有橫向尺寸10x20 mm2 之一磷光體或轉換層110具有22.4 mm之一對角線。接著，上述公式給定t0 = 16.73 mm作為一最小基板厚度。包含一安全邊限，可選擇t0 = 20 mm之一厚度。在此實施例中，基板120具有一長方體之一形狀。沿22.4 mm之該對角線取得橫截面。 轉換層110可包括可實現一定義目標或目標區域之照明之任何形狀(不必要為如上文所討論之矩形)。 圖2展示一第二光轉換模組100之一正視圖之一主要草圖。在此情況中基板120具有含一厚度t0 = 17 mm之一圓柱形形狀。一反射層111提供於基板120與轉換層110之間的圓柱體之頂部上，其中轉換層110之一最大延伸d可接收雷射光10且平行於基板120之該光出射側。圓柱形基板120之橫向大小之特徵在於25 mm之一直徑。僅為了易於安裝在標準光學機械夾具中而選擇本實例之基板之圓柱形形狀。實際上不需要過量體積。橫向尺寸不必要大於磷光體層。 圖3展示一第三光轉換模組100之一橫截面之一主要草圖。第三光轉換模組100之組態幾乎與相對於圖1所討論之組態相同。基板120由在該第二波長範圍內具吸收性之藍寶石組成。在此情況中可將鉻添加至藍寶石材料以提供藍色藍寶石材料，其透射藍色雷射光10但吸收黃色之經轉換雷射光。基板120為具有22 mm之垂直於基板120之該光出射側之一厚度t0的一矩形塊且該光入射及光出射側之一大小係12x22 mm2 。基板120之四個側表面由包括具有1.5之一折射率之一透明樹脂之反射減少結構140覆蓋。碳薄片添加至該樹脂以吸收黃光或更精確而言進入反射減少結構140之該第二波長範圍內之光。應吸收藍光或該第一波長範圍內之光以避免或至少減少該第一波長範圍內之光依一不受控之方式進入轉換層110之可能性。 圖4展示一第四光轉換模組100之一橫截面之一主要草圖。該第四光轉換模組包括一基板120，其具有導熱係數大於20 W/(mK)且一厚度為t1之導熱材料之一第一基板層120a及熱接合於第一基板層120a之一第二基板層120b。基板120之總厚度為t0。厚度t1經配置使得在第一基板層120a與第二基板層120b之間的邊界表面處完全反射之經轉換之雷射光20不命中轉換層110。折射率之差值減少第一基板層120a之厚度。採取1.78之藍寶石之一折射率及1.46之該第二基板層之一折射率(二氧化矽之折射率)，全反射之角度係約56.5°。若採取10x20 mm2 之轉換層110之延伸之藍寶石層之厚度係至少7.5 mm，則避免導致反射回轉換層110中之兩個層之間的界面處之全反射，如相對於圖1所描述。 最小厚度t0取決於第一基板層120a之材料之折射率及第二基板層120b之材料之折射率，如上文所描述。基板120之總厚度t0經再次配置使得在自基板120之該光出射側偏轉之基板120之該光入射側完全反射之經轉換之雷射光20不命中轉換層110。轉換層110再次附接至配置於轉換層110與基板120之間的一反射層111。第一基板層120a可(例如)包括具有1.78之一折射率之藍寶石。第二基板層120b可(例如)包括具有1.46之一折射率之二氧化矽。二氧化矽層可具吸收性以吸收黃色之經轉換雷射光20。 在一替代實施例中，第二基板層120b可包括具有幾乎等於藍寶石之折射率之一折射率之玻璃(SF-11)。在此情況中，藍寶石層之厚度可減少至提供轉換層110之足夠冷卻所需之絕對最小值(例如1 mm之一厚度)。在此情況中，因為基板之特徵在於一折射率，所以基板之總厚度將相同於上文所討論(至少16.73 mm之t0)。 一雷射可(例如)發射具有20 W之藍色雷射光之雷射光10且該20 W之雷射光10之10.5 W可轉換為熱。採取具有2 cm2 之一大小之轉換層110之一區域及25 µm之轉換層110之一厚度，若第一基板層120a包括具有1 mm之一厚度及40 W/(mK)之一導熱係數之藍寶石，則此將導致20°C之薄轉換層110之橫向中心與基板120之側之間的一溫度差值。在此實例中，第二基板層120b係具有20 mm之一厚度及1.38 W/(mK)之一導熱係數的二氧化矽層。在此模擬中，假定雷射點跨越轉換層110移動較快使得自轉換層流動至藍寶石層之熱基本上恆定。藍寶石層之導熱係數已保守地假定為30 W/(mK)。 圖5展示一第五光轉換模組100之一橫截面之一主要草圖。第五光轉換模組100包括一基板120、一反射層111及一轉換層110，如相對於圖2所討論。基板120具有一圓柱形形狀且該光入射側彎曲。該光入射側之曲率經選定使得該光入射側定義其中可放置發射該第一波長範圍內之光之一光源(例如一或多個雷射器或一對應掃描器)之一焦點。因此，可減少基板120之該光入射側之該第一波長範圍內之光之反射。 圖6展示包括如上文(例如)相對於圖2所描述之一光轉換模組100之一基於雷射之光源200之一主要草圖。基於雷射之光源200包括用於發射該第一波長範圍內之雷射光10之一雷射模組210。光轉換模組100之基板120由經組態以散佈由轉換程序產生之熱之一散熱座220包圍。基於雷射之光源200進一步包括一光學裝置230，其可包括諸如透鏡、反射器及其類似者之一或多個光學元件。光學裝置230經配置以將所透射之雷射光15及經轉換之雷射光20成像至一目標區域。雷射模組210可包括用於發射一強藍色雷射光束之至少一雷射器。該至少一雷射器可經電子切換且雷射光10之一方向可受一小鏡(通常係一MEMS (微機電系統))控制以跨越轉換層110移動雷射光束。 雷射模組210可替代地包括兩個、三個或三個以上可切換雷射器或甚至一雷射器陣列。 圖6中所展示之基於雷射之光源200較佳地係用於照明街道及周圍事物之一汽車前照燈。雷射器之控制用以提供達成具有迎面交通或其他交通參與者之眩光之一最小值之高亮度之一適應光圖案。 圖7展示製造一光轉換模組之一方法之一主要草圖。在步驟310中提供如上文所描述之一透明基板120。在步驟320中一轉換層110附接至透明基板120之一光出射側。轉換層110經配置以將經由一光入射側進入該基板之一第一波長範圍之雷射光10轉換為不同於該第一波長範圍之一第二波長範圍之經轉換之雷射光20。在步驟330中配置該基板使得抑制經由該光出射側進入該基板之經轉換之雷射光經由該光出射側重新進入該轉換層。 在一額外製造步驟中一反射層111可配置在基板120與轉換層110之間。 本發明之一基本理念係提供當用於一基於雷射之光源200內時達成邊緣對比度之一最大值之一光轉換模組100。基於雷射之光源200較佳地係一汽車前照燈。直接或間接附接至轉換層110之基板120之厚度增加，使得在轉換層110僅部分地藉由一第一波長範圍內之雷射光10 (例如藍色雷射光)照明時達到最大邊緣對比度。轉換層110或磷光體之部分暗化係在(例如)前照燈光束或波束中產生完全黑暗區以避開迎面交通所必需。使對比度最大化意謂基本上防止光自轉換層110之雷射照明區域之任何洩漏或散佈至黑暗區域。此光洩漏之部分可歸因於轉換層110或磷光體本身。該第二波長範圍內之經轉換之雷射光20 (例如黃光)首先等向發射，且必須小心防止黃光在轉換層110中散佈。因此，可增加材料中之散射。替代地或另外，轉換層110可製造得盡可能薄。 然而，當轉換層已依此方式最佳化時，透明基板120保持為光洩漏之一顯著源。基板120之存在係必備的。沒有基板120，薄轉換層110或磷光體層機械上將不穩定，而且無法藉由導熱至基板120而保持冷卻。基板引起之光洩漏歸因於以下機制：產生於藍色雷射掃描光束之一點中之黃光發射至所有方向上，包含朝向基板120。由於轉換層110與基板120之間的光學接觸，在全反射角度下可命中透明基板120之背面或光入射側，且將依離該點之一距離反射回轉換層110中。完全反射之經轉換之雷射光20亦可出射轉換層110且依此方式在轉換層110之一非照明部分中產生不需要的光。本發明提出提供具有增加該點與背面反射之經轉換之雷射光20之間的距離之一厚度t0之一基板120，使得在基板之背面完全反射之經轉換之雷射光20不命中可用於照明之轉換層110之一區域元件。因此，轉換層110之非照明部分保持黑暗。 雖然已在圖式及先前描述中詳細繪示及描述本發明，但此繪示及描述被視為具繪示性或例示性且不具限制性。 自閱讀本發明，熟習技術者應明白其他修改。此等修改可涉及所屬技術領域中已知且可替代本文已描述之特徵或除本文已描述之特徵之外使用之其他特徵。 熟習技術者可自圖式、發明及隨附申請專利範圍之一研究而理解所揭示之實施例之變動。在申請專利範圍中，單詞「包括」不排除其他元件或步驟，且不定冠詞「一」不排除複數個元件或步驟。在互相不同之附屬請求項中列舉特定措施之純事實並不表示不可有利地使用此等措施之一組合。 技術方案中之任何參考符號不應視為限制技術方案之範疇。
10‧‧‧雷射光
15‧‧‧所透射之雷射光
20‧‧‧經轉換之雷射光
100‧‧‧光轉換模組
110‧‧‧轉換層
111‧‧‧反射層
120‧‧‧基板
120a‧‧‧第一基板層
120b‧‧‧第二基板層
130‧‧‧抗反射塗層
140‧‧‧反射減少結構
200‧‧‧基於雷射之光源
210‧‧‧雷射模組
220‧‧‧散熱座
230‧‧‧光學裝置
310‧‧‧提供基板之步驟
320‧‧‧附接轉換層之步驟
330‧‧‧配置基板之步驟
d‧‧‧轉換層之最大橫向延伸
t0‧‧‧基板厚度
t1‧‧‧第一基板層之厚度
α1‧‧‧全反射之角度
將自下文所描述之實施例明白且參考下文所描述之實施例闡明本發明之此等及其他態樣。 現基於實施例參考附圖以實例方式來描述本發明。 在圖式中： 圖1展示一第一光轉換模組之一橫截面之一主要草圖 圖2展示一第二光轉換模組之一正視圖之一主要草圖 圖3展示一第三光轉換模組之一橫截面之一主要草圖 圖4展示一第四光轉換模組之一橫截面之一主要草圖 圖5展示一第五光轉換模組之一橫截面之一主要草圖 圖6展示包括一光轉換模組之一基於雷射之光源之一主要草圖 圖7展示製造一光轉換模組之一方法之一主要草圖 在圖式中，相同數字指稱所有相同物件。圖式中之物件不必要按比例繪製。
10‧‧‧雷射光
15‧‧‧所透射之雷射光
20‧‧‧經轉換之雷射光
100‧‧‧光轉換模組
110‧‧‧轉換層
111‧‧‧反射層
120‧‧‧基板
130‧‧‧抗反射塗層
t0‧‧‧基板厚度
α1‧‧‧全反射之角度

Claims (15)

  1. 一種光轉換模組(100)，其包括 一透明基板(120)， 一轉換層(110)，其附接至該基板(120)之一光出射側，其中該轉換層(110)經配置 以將經由一光入射側進入該基板(120)之一第一波長範圍之雷射光(10)之一部分轉換為不同於該第一波長範圍之一第二波長範圍之經轉換之雷射光(20)，且 透射該雷射光(10)之另一部分， 使得所透射之雷射光(15)及經轉換之雷射光(20)之一部分之一混合物在與其中該轉換層(110)附接至該基板(120)之該光出射側之側相對之正向上離開該轉換層(110)，且 其中該基板(120)經配置使得藉由配置垂直於該光出射側之該基板(120)之一厚度而抑制經由該光出射側進入該基板之經轉換之雷射光(20)經由該光出射側重新進入該轉換層(110)使得進入該基板(120)之在該基板(120)之該光入射側完全反射之經轉換之雷射光(20)在該光入射側之一全反射之後不命中該轉換層(110)。
  2. 如請求項1之光轉換模組(100)，其中該基板(120)包括一材料，其經配置以吸收該第二波長範圍內之光，使得在該光入射側全反射之後在該光出射側進入該基板(120)之該第二波長範圍內之光之一強度在該第二波長範圍內之該光兩次通過該基板(120)時至少減少50%。
  3. 如請求項1或2之光轉換模組(100)，其中該基板(120)包括一抗反射塗層(130)，其中該抗反射塗層(130)經配置以減少不同於該光出射側之該基板(120)之一表面處之一反射率，使得經由該光出射側進入該基板之經轉換之雷射光(20)至該轉換層(110)之背面反射被抑制。
  4. 如請求項3之光轉換模組(100)，其中該抗反射塗層(130)配置在該基板(120)之該光入射側上。
  5. 如請求項1或2之光轉換模組(100)，其中該基板(120)包括具有至少10W/(mK)之一導熱係數之一導熱材料。
  6. 如請求項5之光轉換模組(100)，其中該基板(120)包括一層該導熱材料，其中該層之一第一側配置為該光出射側，其中該層之一第二側平行於該層之該第一側，其中垂直於該第一側之該層之一厚度t1係至少t1 = d/(2*tan(α1))，其中d係可接收雷射光(10)之平行於該光出射側之該轉換層(110)之一最大延伸，且其中α1係相對於該導熱材料之一折射率及鄰接該層之該第二側之該材料之一折射率之該第二波長範圍內之全反射之一角度。
  7. 如請求項6之光轉換模組(100)，其中該導熱材料之該層係一第一基板層(120a)，其中該基板(120)包括附接至該第一基板層(120a)之該第二側之一第二基板層(120b)，其中該第二基板層包括該光入射側，其配置為與附接至該第一基板層(120a)之該第二基板層(120b)之該側相對，其中垂直於該光出射側之該第二基板層(120b)之一厚度經組態使得進入該基板之在該基板(120)之該光入射側完全反射之該經轉換之雷射光(20)在該光入射側反射之後不立即命中該轉換層(110)。
  8. 如請求項7之光轉換模組(100)，其中該第一基板層(120a)及該第二基板層(120b)彼此附接，使得該第一基板層(120a)之該第二側觸碰該第二基板層(120b)，且其中該導熱材料之一折射率與由該第二基板層(120b)包括之一材料之一折射率之間的一差值係小於0.1。
  9. 如請求項8之光轉換模組(100)，其中該第一基板層(120a)及該第二基板層(120b)藉由一中間機械耦合層彼此附接，且其中該機械耦合層之一折射率在該導熱材料之一折射率與由該第二基板層(120b)包括之一材料之一折射率之間之範圍內。
  10. 如請求項1或2之光轉換模組(100)，其中該基板(120)包括鄰接該光出射側之至少一側表面，且其中該基板(120)包括至少配置在該至少一側表面之一部分上之一反射減少結構(140)。
  11. 如請求項10之光轉換模組(100)，其中該基板(120)包括垂直於該基板(120)之一中心線之一圓形橫截面，其中該中心線配置為垂直於該基板(120)之該光出射側之一中心。
  12. 如請求項5之光轉換模組(100)，其中該導熱材料之該層包括藍寶石。
  13. 一種基於雷射之光源(200)，其包括如請求項1至12中任一項之光轉換模組(100)、一雷射模組(210)及一光學裝置(230)，其中該光轉換模組(100)配置於該雷射模組(210)與該光學裝置(230)之間，其中該基於雷射之光源(200)經配置使得由該雷射模組(210)發射之該第一波長範圍內之雷射光(10)經由該光入射側進入該基板(120)且經由該光出射側離開該基板(120)，且其中該基於雷射之光源(200)經進一步配置使得該經轉換之雷射光(20)之至少一部分及通過該轉換層(110)之所透射之雷射光(15)藉由該光學裝置(230)而成像至一目標區域。
  14. 一種包括如請求項13之基於雷射之光源(200)之汽車前照燈。
  15. 一種製造一光轉換模組(100)之方法，該方法包括以下步驟： 提供一透明基板(120)， 將一轉換層(110)附接至該基板(120)之一光出射側， 配置該轉換層(110) 以將經由一光入射側進入該基板(120)之一第一波長範圍之雷射光(10)之一部分轉換為不同於該第一波長範圍之一第二波長範圍之經轉換之雷射光(20)，且 透射該雷射光(10)之另一部分， 使得所透射之雷射光(15)及經轉換之雷射光(20)之一部分之一混合物在與其中該轉換層(110)附接至該基板(120)之該光出射側之側相對之正向上離開該轉換層(110)，且 配置該基板(120)使得藉由配置垂直於該光出射側之該基板(120)之一厚度而抑制經由該光出射側進入該基板之經轉換之雷射光(20)經由該光出射側重新進入該轉換層(110)，使得進入該基板(120)之在該基板(120)之該光入射側完全反射之經轉換之雷射光(20)在該光入射側之一全反射之後不命中該轉換層(110)。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI743612B (zh) * 2018-12-08 2021-10-21 芬蘭商塔科托科技有限公司 具有嵌入式光源及光導特徵的多層結構及相關製造方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10781987B2 (en) * 2016-12-14 2020-09-22 Lumileds Llc Light converting device
JP2019109330A (ja) * 2017-12-18 2019-07-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 波長変換デバイス、光源装置、照明装置、及び、投写型映像表示装置
KR102352052B1 (ko) * 2019-12-06 2022-01-18 신동현 미러형 레이저 발광 램프
CN111724692B (zh) * 2020-05-12 2022-06-10 深圳市隆利科技股份有限公司 可拼接的显示器
CN112133812A (zh) * 2020-09-15 2020-12-25 湖州市汉新科技有限公司 高热导荧光薄膜、制备方法及在led或激光照明的应用
CN112420899B (zh) * 2020-09-29 2022-06-14 湖州市汉新科技有限公司 高显指高热导荧光薄膜、制备方法及在显示设备中的应用

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011007816A1 (ja) * 2009-07-15 2011-01-20 三菱化学株式会社 半導体発光素子、半導体発光装置、半導体発光素子の製造方法、および半導体発光装置の製造方法
US8154052B2 (en) * 2010-05-06 2012-04-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light emitting device grown on wavelength converting substrate
JP5062603B2 (ja) * 2010-07-29 2012-10-31 旭化成株式会社 テレビ受信装置及び面光源装置
JP2012243701A (ja) * 2011-05-24 2012-12-10 Stanley Electric Co Ltd 光源装置および照明装置
DE102013200521B4 (de) * 2013-01-15 2024-03-21 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Primäroptikeinrichtung für KFZ-Schweinwerfer mit Laserlichtquelle, schichtartigem Photolumineszenzelement, Lichtleitelement und Reflexionsflächen für Licht des Photolumineszenzelements und entsprechender KFZ-Scheinwerfer
FR3002023B1 (fr) * 2013-02-14 2015-03-20 Valeo Vision Systeme d'eclairage adaptatif securise
JP2014207436A (ja) * 2013-03-18 2014-10-30 日本碍子株式会社 波長変換体
GB201306351D0 (en) * 2013-04-09 2013-05-22 Gen Dynamics Broadband Inc Apparatus and methods for device to device communications
US9581860B2 (en) * 2013-04-30 2017-02-28 Sharp Kabushiki Kaisha Illumination device with multiple phosphor layers
WO2014203484A1 (ja) * 2013-06-21 2014-12-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 波長変換部材、光源、及び自動車用ヘッドランプ
AT514438B1 (de) 2013-07-04 2015-01-15 Zizala Lichtsysteme Gmbh Fahrzeugscheinwerfer
KR102108994B1 (ko) * 2013-08-30 2020-05-12 삼성전자주식회사 광 변환 소자 및 그 제조 방법, 그리고 이를 포함하는 광원 유닛
TWI540377B (zh) * 2014-01-29 2016-07-01 台達電子工業股份有限公司 光波長轉換器及其適用之光源系統
JP6430123B2 (ja) * 2014-02-06 2018-11-28 スタンレー電気株式会社 波長変換体及びそれを用いた発光装置
DE102014202863A1 (de) * 2014-02-17 2015-08-20 Osram Gmbh Beleuchtungsvorrichtung mit Konversionseinrichtung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI743612B (zh) * 2018-12-08 2021-10-21 芬蘭商塔科托科技有限公司 具有嵌入式光源及光導特徵的多層結構及相關製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
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