[发明专利]具有无机粘结剂的荧光轮

说明书

本发明公开了一种光转换装置。该光转换装置包括基材和波长转换元件(111)。波长转换元件(111)包括无机粘结剂，如硅酸钠。本发明还公开了荧光轮和包括此类荧光轮的光引擎。本发明还公开了高功率激光投影显示系统，该高功率激光投影显示系统包括功率从约60W至约300W的激光器以及光转换装置。无机粘结剂的使用使得能够以合理的成本获得高的热稳定性。

背景技术

本发明涉及投影显示系统和此类系统中使用的光学光转换装置，如荧光轮。本公开还一般地涉及固态装置和由此提供的照明。该装置包括使用无机粘结剂的波长转换元件。将这些装置用于光学装置中以产生不同颜色的光或不同波长的光。

荧光轮在如下各种光学器件中使用，例如，使用数字光处理(DLP)技术的基于投影的或其他的图像生成系统。荧光轮包括轮毂部分，轮毂部分为在联接至电动机时用作转子的圆柱体。通常为金属板或基材的光学活性径向部分被附接至轮毂部分或与轮毂部分成一体。光学活性径向部分上的波长转换材料(荧光体)产生波长与入射激发光的波长不同的发射光。在许多激光投影仪中，通常使用蓝色激光光源。

与热辐射(例如白炽光)或荧光相比，固态照明通常是指由固态电致发光发射的光。固态灯通常产生蓝光。然而，其他颜色也可以是有用的/期望的。

通常以下列两种方式之一来提供诸如荧光体之类的波长转换材料。第一，以有机硅中的荧光体产品的方式，将荧光体粉末混合到有机硅粘结剂(binder)或粘合剂(adhesive)中，然后以期望的图案进行滴涂或印刷。硅粘结剂由于其高透明度、高结合强度、较低的折射率和合适的粘度而受到欢迎。例如，常用的粘结剂选择为由制造有机硅粘合剂OE-6336，该粘合剂的混合粘度为1,425厘泊(cP)，450nm且厚度为1mm时的透明度为99.6％，折射率为1.4并且在150℃时的热固化时间为60分钟。

然而，有机硅粘结剂/粘合剂的热稳定性差。在超过200℃的温度时，有机硅粘合剂会降解，通常开始变黄，并逐渐开始燃烧。这不期望地导致荧光轮的短的使用寿命，并且已经观察到光转换效率由于热猝灭而急剧下降(＞10％@200℃)。还发现，在大于195℃的温度的荧光轮中，有机硅中的荧光体层在约1,000小时后破裂。在约185

℃的降低的温度下，发现在20,000小时后，荧光体性能仅显示出10％的降低，而没有任何破裂。在具有高亮度(例如，激光器功率高达300W)的应用中，预期荧光轮的温度通常大于200℃，因此使得不期望使用硅粘合剂。即，有机硅中的荧光体产品不能在高功率激光投影仪中实现长的使用寿命。在此类产品的寿命试验中，已确定安全工作温度应控制在低于150℃。因此，在光学光转换装置(如荧光轮)的顶部上使用有机粘结剂(例如有机硅)或将有机粘结剂用作反射层是不期望的，这是由于此类有机粘结剂的上限温度。

第二，以陶瓷中的荧光体产品的方式，将荧光体与陶瓷粘结剂混合并且烧结以制造固体陶瓷中的荧光体产品。陶瓷中的荧光体产品具有高达300℃的良好运行温度。然而，烧结温度远超过1000℃，因此此类产品的成本也非常高。

因此，期望提供一种光转换装置，其适用于高功率、高温源(例如高功率激光投影系统)，而不会显著降低效率或工作寿命，并且不会有任何其他显著的参数或性能变化。

发明内容

本公开涉及适用于高功率、高温源的光学光转换装置。简言之，将无机粘结剂与荧光体一起使用以制造波长转换元件。在特定实施方案中，无机粘结剂为硅酸钠，其能够承受高功率照明系统的高运行温度(例如，超过200℃)。

在特定实施方案中，波长转换元件包括无机粘结剂和荧光体(通常为粉末形式)。基材可以是环形盘。环形盘可以由诸如金属材料之类的反射材料制成，或者可以由非金属材料或具有反射涂层的复合材料制成。例如，反射材料/反射涂层可以由金属材料、介电材料或它们的组合制成。

无机粘结剂可以为硅酸钠。硅酸钠中的SiO₂:Na₂O的比率可为约2:1至约3.75:1。波长转换元件中的荧光体与无机粘结剂的重量比可为约1:1至约5:1。