波长转换装置的制作方法

1.本发明涉及一种波长转换装置。


背景技术：

2.近年来，光学投影机已被广泛用于许多领域及各种场合，例如学校、家庭及企业中。
3.在一种类型的投影机中，激光源提供入射在荧光材料上的第一光线，进而发出第二光线。对此，荧光材料与反射材料被涂布在荧光轮上，且荧光轮被马达驱动以高速地旋转，并最终由荧光轮反射的光形成图像。随着对光学投影机的亮度的要求的提高，如何使荧光材料及反射材料发挥更好的效果成为当前的重要课题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于一种波长转换装置。
5.根据本发明一些实施方式，一种波长转换装置包括漫反射层、基板以及光致发光层。漫反射层具有相对的第一表面及第二表面，其中漫反射层包括亲水性黏合剂及多个亲油性黏合剂。基板位于漫反射层的第一表面。光致发光层位于漫反射层的第二表面。
6.在本发明一些实施方式中，亲水性黏合剂的化学结构具有至少一羟基，且亲油性黏合剂的化学结构不具有羟基。
7.在本发明一些实施方式中，亲油性黏合剂以微囊结构的型态分布于漫反射层中。
8.在本发明一些实施方式中，漫反射层更包括多个反射粒子，且反射粒子分布于亲油性黏合剂中。
9.在本发明一些实施方式中，与反射粒子混合的亲油性黏合剂的热膨胀系数介于约15ppm至约40ppm之间。
10.在本发明一些实施方式中，亲油性黏合剂的直径介于约1μm至约50μm之间。
11.在本发明一些实施方式中，漫反射层更包括多个反射粒子，且反射粒子分布于亲水性黏合剂中。
12.在本发明一些实施方式中，以漫反射层的总重量计，亲水性黏合剂的含量介于约30wt％至约45wt％之间。
13.在本发明一些实施方式中，以漫反射层的总重量计，亲油性黏合剂的含量介于约5wt％至约20wt％之间。
14.在本发明一些实施方式中，漫反射层的黏度介于10000cp至100000cp之间。
15.根据本发明上述实施方式，由于波长转换装置包括均匀分布于漫反射层中的亲水性黏合剂以及亲油性黏合剂，因此漫反射层对高功率照射以及大温差的承受力可提升，进而使波长转换装置发挥更好的光学转换效能。
16.以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
17.为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附的附图的说明如下：
18.图1a绘示根据本发明一些实施方式的波长转换装置的立体图；
19.图1b绘示根据本发明一些实施方式的图1a的波长转换装置沿线段b
‑
b'截取的剖视图；
20.图2绘示由比较例及实施例的波长转换装置反射的激发光线的亮度示意图；
21.图3a绘示根据本发明一些实施方式的将波长转换装置应用于光学模块的示意图；以及
22.图3b绘示根据本发明另一些实施方式的将波长转换装置应用于光学模块的示意图。
23.其中，附图标记
24.100:波长转换装置
25.110:基板
26.111:表面
27.120:漫反射层
28.121:第一表面
29.122:反射粒子
30.123:第二表面
31.124:亲水性黏合剂
32.126:亲油性黏合剂
33.130:光致发光层
34.132:光学粒子
35.134:荧光粉
36.136:黏合剂
37.200:彩色滤光片
38.300:导光单元
39.1000:光学模块
40.h:高度
41.d:直径
42.l1:入射光束
43.l2:激发光束
44.b
‑
b':线段
具体实施方式
45.以下将以附图发明本发明的多个实施方式，为明确地说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的，因此不应用以限制本发明。此外，为简化附图起见，一些现有惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示
之。另外，为了便于读者观看，附图中各元件的尺寸并非依实际比例绘示。
46.本文所用的「约」，「近似」或「实质上」应通常是指给定值或范围的20％以内、10％以内或5％以内。此处所给出的数值是近似的，意味着若无明确说明，可以此推断出术语「约」，「近似」或「实质上」的涵义。
47.为提升波长转换装置(例如，荧光色轮)的光学/耐热特性(即承受高功率的照射的能力)以及其对大温差的承受力，本发明提供一种波长转换装置，其包括具有两种黏合剂的漫反射层。在波长转换装置的配置中，第一类型的黏合剂是亲水性的，而第二类型的黏合剂是亲油性的，且第一类型以及第二类型的黏合剂是均匀地分布在漫反射层中。如此一来，可提升漫反射层对高功率照射以及大温差的承受力，也因此波长转换装置可以发挥更好的光学转换效能。
48.图1a绘示根据本发明一些实施方式的波长转换装置100的立体图。图1b绘示根据本发明一些实施方式的图1a的波长转换装置100沿线段b
‑
b'截取的剖视图。请同时参阅图1a及图1b。波长转换装置100包括基板110、漫反射层120及光致发光层130。漫反射层120具有相对的第一表面121及第二表面123。基板110位于漫反射层120的第一表面121上，且光致发光层130位于漫反射层120的第二表面123上。换句话说，基板110与光致发光层130是位于漫反射层120的相对两侧。在一些实施方式中，波长转换装置100是反射型荧光色轮，其藉由吸收光束(例如，激光)来产生激发光。详细而言，光束被光致发光层130吸收进而产生激发光，激发光进一步被漫反射层120漫反射以进入漫反射层120中，并接着由波长转换装置100射出以进行成像。在一些实施方式中，波长转换装置100透过驱动轴连接至马达，使得当马达驱动驱动轴转动时，波长转换装置100可随的转动。
49.在一些实施方式中，基板110可例如是蓝宝石基板、玻璃基板、硼硅酸盐玻璃基板、浮动硼硅酸盐玻璃基板、熔融石英基板或氟化钙基板、陶瓷基板、铝基板或其组合。然而，基板100所包括的材料不限于此，且基板110所包括的材料可根据实际需要进行调整。在一些实施方式中，基板110的热膨胀系数介于约20ppm至100ppm之间，使得基板110可在承受高功率光束的前提下维持其原始尺寸。在一些实施方式中，基板110朝向漫反射层120的表面111可进一步涂布有薄型反射层以增强向基板110照射的光束的反射，或者可涂布有薄型保护膜以防止基板110的表面损坏。
50.在一些实施方式中，漫反射层120可包括多个反射粒子122，其被配置以漫反射由光致发光层130激发的激发光。在一些实施方式中，反射粒子122可以包括二氧化硅(sio2)、二氧化钛(tio2)、氧化锌(zno)、氮化硼(bn)、二氧化锆(zro2)、氧化铝(al2o3)或其组合。在一些实施方式中，以漫反射层120的总重量计，反射粒子122的含量在约40wt％至约60wt％之间，以使照射在漫反射层120上的光束具有较佳的反射能力，并可保留足够的空间以使其他组成物(例如，黏合剂)分布于漫反射层120中。举例而言，当反射粒子122的含量低于约40wt％时，照射在漫反射层120上的光束可能未被有效地反射出波长转换装置100以用于成像；当反射粒子122的含量高于约60wt％时，可能导致漫反射层120中无足够的空间用以容纳其他组成物(例如，黏合剂)，使得波长转换装置100的具有不良的光学/耐热特性，且其对大温差的承受力差，此将于下文中进一步说明。
51.在一些实施方式中，漫反射层120可包括可溶于水的亲水性黏合剂124。亲水性黏合剂124是漫反射层120中的主要黏合剂，并且被配置为将反射粒子122紧密地固定在漫反
射层120中。应了解到，亲水性黏合剂124不干扰入射光及反射光的特性(例如，波长)。在一些实施方式中，亲水性黏合剂124可以进一步溶于醇类。举例而言，亲水性黏合剂124可包括化学结构具有至少一个羟基的水溶性及/或醇溶性硅树脂。此种亲水性黏合剂可承受高温，进而可承受以高功率照于其上的光束。在一些实施方式中，以漫反射层120的总重量计，亲水性黏合剂124的含量介于约30wt％至约45wt％之间，以使漫反射层120具有良好的光学/耐热特性以及对大温差的高承受力。举例而言，当亲水性黏合剂124的含量低于约30wt％时，漫反射层120可能不具有承受高温的能力；当亲水性黏合剂124的含量高于约45wt％时，其他黏合剂(亦即亲油性黏合剂126，此将于下文中进一步说明)的含量可能相对地较低，导致漫反射层120可能不具有承受大温差的能力。
52.在一些实施方式中，反射粒子122进一步分布于亲水性黏合剂124中，并且与反射粒子122混合的亲水性黏合剂124的热膨胀系数介于约600ppm至约800ppm之间。藉此，漫反射层120可具有良好的光学/耐热特性以及对大温差的高承受力。举例而言，当上述热膨胀系数小于约600ppm时，漫反射层120可能不具有承受高温的能力；当热膨胀系数大于约800ppm时，则其他黏合剂(即亲油性黏合剂126，此将于下文中进一步说明)可能无法补偿(或缩小)亲水性黏合剂124与基板110之间热膨胀系数的差异，导致漫反射层120的脆裂或劣化，进一步对波长转换装置100造成不良的影响(例如，波长转换装置100的品质不稳定、波长转换装置100的亮度低以及对光束的反射能力差)。
53.在一些实施方式中，漫反射层120可包括多个可溶于油的亲油性黏合剂126。在一些实施方式中，亲油性黏合剂126可以进一步是疏水的(即不溶于水)，其亦可以被称为具有不同于亲水性黏合剂124的亲水/疏水特性的「疏水性黏合剂126」。亲油性黏合剂126可包括化学结构不具有羟基的油溶性有机硅树脂。此种亲油性黏合剂126可以承受冲击在其上的大的温差。更具体而言，当波长转换装置100在运作状态与非运作状态之间切换时，漫反射层120可能受到较大的温差冲击，而由于亲油性黏合剂126的结构相对于亲水性黏合剂124的结构较软(具有弹性)，因此亲油性黏合剂126可提供抵抗冲击在漫反射层120上的大温差的能力。
54.在一些实施方式中，当以漫反射层120的总重量计，亲油性黏合剂126的含量介于约5wt％至约20wt％之间，以使漫反射层120具有良好的光学/耐热特性及对大温差的高承受力。举例而言，当亲油性黏合剂126的含量低于约5wt％时，漫反射层120可能不具有承受大温差的能力；当亲油性黏合剂126的含量高于约20wt％时，亲水性黏合剂124的含量可能相对较低，导致漫反射层120可能不具有承受高温的能力。在较佳的实施方式中，亲油性黏合剂126的含量介于约10wt％至约20wt％间，以较佳地实现上述优点。
55.由于亲油性黏合剂126的含量低于亲水性黏合剂124的含量，且亲油性黏合剂126和亲水性黏合剂124之间的亲水/疏水特性不相同，因此可使每一个亲油性黏合剂126以微囊结构的型态分布于漫反射层120中。换句话说，每一个亲油性黏合剂126可自组装成具有微米级尺寸的微囊结构，且微囊结构被亲水性黏合剂124紧密地围绕与包覆。换句话说，亲水性黏合剂124沿着微囊结构的轮廓包覆微囊结构。此外，亲油性黏合剂126在结构上是软的(弹性的)，故亲油性黏合剂126可被视为填充于亲水性黏合剂124中的缓冲结构，以在加热或冷却过程中被拉伸和/或挤压，进而增强整个漫反射层120的弹性，使得漫反射层120于波长转换装置100的运作与非运作状态的切换期间可承受冲击于其上的大的温差。另外，含
有此种亲油性黏合剂126的漫反射层120于固化后不易脆裂。在一些实施方式中，每一个亲油性黏合剂126的形状可实质上为圆形，并且每一个亲油性黏合剂126的直径d可介于约1μm至约50μm之间。藉此，亲油性黏合剂126可均匀地分布于漫反射层120中，并因此提供抵抗撞击于漫反射层120上的大温差的能力。举例而言，当每个亲油性黏合剂126的直径d小于约1μm时，亲油性黏合剂126可能无法用以做为缓冲结构以承受较大的温差；当每个亲油性黏合剂126的直径d大于约50μm时，仅仅一个亲油性黏合剂126便可能占据漫反射层120的大部分的高度h(例如，漫反射层120的高度h可为约为100μm)，因此亲油性黏合剂126可能无法均匀地分布于漫反射层120中，导致漫反射层120承受大温差的能力差。在较佳的实施方式中，每个亲油性黏合剂126的直径d可介于约5μm至约30μm之间，以较佳地实现上述优点。
56.在一些实施方式中，反射粒子122进一步分布于亲油性黏合剂126中，且与反射粒子122混合的每一个亲油性黏合剂126的热膨胀系数介于约5ppm至约40ppm之间。藉此，漫反射层120可具有良好的光学/耐热特性以及对大温差的高承受力。举例而言，当上述热膨胀系数小于约5ppm时，可能导致漫反射层120不具有承受高温的能力；当热膨胀系数大于约40ppm时，亲油性黏合剂126可能无法有效地补偿亲水性黏合剂124与基板110之间热膨胀系数的差异，导致漫反射层120脆裂或劣化，以进一步对波长转换装置100造成不良的影响(例如，波长转换装置100的品质不稳定、波长转换装置100的亮度低以及对光束的反射能力差)。应了解到，由于亲油性黏合剂126中包括多个反射粒子122，因此亲油性黏合剂126可被视为能够反射光线，尽管亲油性黏合剂126本身不干扰入射光及反射光的特性(例如波长)。在一些实施方式中，漫反射层120中的亲油性黏合剂126可具有不同的尺寸，其中较大的亲油性黏合剂126可包括较多的反射粒子122，而较小的亲油性黏合剂126可包括较少的反射粒子122。在其他实施方式中，较大的亲油性黏合剂126可包括较少的反射粒子122，而较小的亲油性黏合剂126可包括较多的反射粒子122。
57.在一些实施方式中，根据反射粒子122与亲油性黏合剂126的浓度，漫反射层120的黏度介于约10000cp与约100000cp之间。更具体而言，在波长转换装置100的制造期间，可以在室温下将用以形成漫反射层120的溶液涂布于基板110的表面111。应了解到，当漫反射层120的黏度小于约10000cp时，漫反射层120可能因其高流动性而难以控制其涂布范围；当漫反射层120的黏度大于约100000cp时，漫反射层120可能因其低流动性而难以进行涂布。
58.在一些实施方式中，光致发光层130可包括光学粒子132，其被配置以增强激发光的漫反射。在一些实施方式中，分布于光致发光层130中的光学粒子132的特性可与分布于漫反射层120中的反射粒子122的特性实质上相同，故于下文中将不再赘述。在一些实施方式中，光致发光层130可以包括多个荧光粉134，其中荧光粉134可以例如是具有石榴石结构的硅酸盐荧光粉、氮化物荧光粉、y3al5o12(yag)、tb3al5o12(tag)或lu3al5o12(luag)荧光粉或者其组合。在一些实施方式中，以光致发光层130的总重量计，荧光粉134的含量介于约65wt％至约85wt％之间，以有效地将照射于光致发光层130上的光束转换为激发光。举例而言，当荧光粉134的含量低于约65wt％时，光束可能无法有效地转换；当荧光粉134的含量高于约85wt％时，荧光粉134可能难以被固定于基板110上。
59.在一些实施方式中，光致发光层130可包括黏合剂136。黏合剂136可以将光学粒子132与荧光粉134固定到基板110上。在一些实施方式中，黏合剂136可以是可溶水的亲水性黏合剂。在进一步的实施方式中，分布于光致发光层130中的黏合剂136的特性可与分布于
漫反射层120中的亲水性黏合剂124的特性实质上相同，故于下文中将不再赘述。另外，黏合剂136可以保护光学粒子132与荧光粉134，以防止光学粒子132与荧光粉134沉淀，进而提高波长转换装置100的整体光学品质。以光致发光层130的总重量计，黏合剂136的含量介于约15wt％至35wt％之间，以使光学粒子132与荧光粉134可以稳定地固定于基板110上。举例而言，当黏合剂136的含量低于约15wt％时，光学粒子132与荧光粉134可能难以固定在基板110上；当黏合剂136的含量高于约35wt％时，可能导致光致发光层130中不具有足够的空间容纳光学粒子132与荧光粉134。
60.在以下叙述中，将参考一些比较例与本发明的一些实施例的波长转换装置以更具体地描述本发明的特征。应了解到，在不超出本发明内容的范围的情况下，可适当地改变所使用的材料、质量以及比例、处理细节以及处理过程。因此，本发明不应由以下描述的实施例的波长转换装置来限制性地解释。比较例与实施例的波长转换装置中的组成与每种组成的比例列于下表一中。每个比较例与实施例的漫反射层被涂布于基板上并在约200℃的温度下进行固化，并且每个比较例与实施例的光致发光层在约200℃的温度下被涂布在漫反射层上。
61.表一
[0062][0063]
首先，在大的温差下测试比较例与实施例的波长转换装置。更具体而言，每个波长转换装置被放置在具有约300℃的初始温度的环境中，并接着将温度瞬间下降至约25℃。测试结果显示，比较例1的波长转换装置中的漫反射层剥离并破裂，而比较例2、实施例1及实施例2的波长转换装置中的漫反射层在其原始状态下维持完好且未剥落并破裂。由此可知，由于比较例2、实施例1及实施例2的波长转换装置于其漫反射层中包括亲脂性黏合剂，因此比较例2、实施例1及实施例2的波长转换装置可承受冲击于其上的大温差。
[0064]
接着，测量由比较例与实施例的波长转换装置反射的激发光的亮度。更具体而言，每个波长转换装置被具有约450w的功率的光束照射，并接着测量激发光与入射光的光通量比(在下文中亦被称为「亮度」)。第2图绘示由比较例及实施例的波长转换装置反射的激发光线的亮度示意图。请同时参阅表一及第2图。测量结果显示，由实施例1及2的波长转换装
置反射的激发光的亮度分别约为101％及98％，亦即几乎是100％。由此可知，实施例1及2的波长转换装置可以发挥良好的光学转换效能。另一方面，由比较例2的波长转换装置反射的激发光的亮度为约91％，亦即相对较低，这是归因于漫反射层中亲油性黏合剂的含量。详细而言，由于亲油性黏合剂的含量大于约20wt％，因此亲水性黏合剂的含量可能相对较低，使得漫反射层可能不具有承受高温的能力，进而导致不良的光线反射能力，如图2所示。
[0065]
图3a绘示根据本发明一些实施方式的将波长转换装置100应用于光学模块1000的示意图。图3b绘示根据本发明另一些实施方式的将波长转换装置100应用于光学模块1000的示意图。请同时参阅图3a及图3b。光学模块1000包括波长转换装置100、彩色滤光片200以及多个导光单元300。波长转换装置100被配置以将入射光束l1转换为激发光束l2。彩色滤光片200被配置以实现入射光束l1与激发光束l2的分散。在一些实施方式中，彩色滤光片200可以是中性灰度滤光片(neutral density filter，nd filter)，但并不用以限制本发明。导光单元300被配置以引导穿过其中的入射光束l1与激发光束l2。在一些实施方式中，导光单元300可以是光学透镜，但并不用以限制本发明。在一些实施方式中，导光单元300中的至少一个可被放置在波长转换装置100与彩色滤光片200之间。图3a所示的彩色滤光片200可以使入射光束l1穿过其中。另一方面，图3b所示的彩色滤光片200可反射入射光束l1，并且可进一步使激发光束l2入射，并且还可以使由波长转换装置100反射的激发光束l2通过。
[0066]
根据本发明上述实施方式，由于波长转换装置包括均匀地分布于漫反射层中的亲水性黏合剂以及亲油性黏合剂，因此漫反射层对高功率照射以及大温差的承受力可提升，进而使波长转换装置发挥更好的光学转换效能。相较于仅具有一种类型的黏合剂(即亲水性黏合剂)的传统波长转换装置，本发明的具有两种类型的黏合剂的波长转换装置在加热或冷却过程中或在固化之后较不容易脆裂。
[0067]
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。