波长转换装置的制作方法

1.本公开涉及一种波长转换装置。


背景技术：

2.近年来，光学投影机被广泛地应用于许多领域中，且其所应用的范围日渐扩大，例如从消费性产品至高科技设备等。此外，各种光学投影机亦被广泛应用于学校、家庭以及商业场合，以将信号源所提供的显示图案放大，并显示在投影屏幕上。
3.对于光学投影机的光源配置而言，其可以是通过激光源驱使荧光材料发光。对此，可将荧光材料以及反射材料涂布在轮盘上，并利用马达带动轮盘使其高速旋转，使得激光被荧光材料激发后，进一步通过反射材料的反射而成像。随着光学投影机的亮度需求不断提升，如何使荧光材料以及反射材料发挥较佳的效果已成为当前重要的研发课题。


技术实现要素：

4.本公开内容提供一种波长转换装置。
5.根据本公开一实施方式，一种波长转换装置包含漫反射层、承载基板、光致发光层以及粘合剂。漫反射层具有相对的第一表面及第二表面。承载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。粘合剂位于承载基板面对光致发光层的表面。粘合剂包含如下述式(1)所示的结构单元，且在傅里叶转换红外线(fourier-transform infrared，ftir)光谱中，粘合剂中的硅
─
氧
─
硅键结(si-o-si bonds)的特征吸收带的范围介于900cm-1
至1250cm-1
之间，
6.其中r表示芳基。
7.在本公开一实施方式中，粘合剂掺杂于光致发光层或漫反射层中。
8.在本公开一实施方式中，粘合剂掺杂于光致发光层及漫反射层中。
9.在本公开一实施方式中，粘合剂掺杂于光致发光层中，且包含粘合剂的光致发光层在温度为25℃时的粘度介于200mpa
·
s至20000mpa
·
s之间。
10.在本公开一实施方式中，粘合剂掺杂于漫反射层中，且包含粘合剂的漫反射层在温度为25℃时的粘度介于200mpa
·
s至20000mpa
·
s之间。
11.在本公开一实施方式中，粘合剂在温度为25℃时的粘度小于300mpa
·
s。
12.在本公开一实施方式中，粘合剂掺杂于光致发光层中，且包含粘合剂的光致发光层的厚度介于50μm至200μm之间。
13.在本公开一实施方式中，粘合剂掺杂于漫反射层中，且包含粘合剂的漫反射层的厚度介于30μm至150μm之间。
14.在本公开一实施方式中，漫反射层包含多个光学粒子，且光学粒子包含二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氮化硼、二氧化锆、三氧化二铝或上述任意两者以上的组合。
15.根据本公开上述实施方式，由于波长转换装置的粘合剂包含如上述式(1)所示的结构单元，且粘合剂中的硅
─
氧
─
硅键结在傅里叶转换红外线光谱中的特征吸收峰值介于900cm-1
至1250cm-1
之间，因此掺杂有粘合剂的漫反射层及/或光致发光层可具有良好的光学耐受性质以及耐热性质。此外，由于粘合剂中包含立体障碍大(bulky)的芳基，因此掺杂有粘合剂的漫反射层及/或光致发光层可具有一定的厚度，以提升波长转换装置整体的光学品质。
附图说明
16.图1示出根据本公开一实施方式的波长转换装置的剖面示意图。
17.图2示出实施例的粘合剂及比较例的粘合剂的傅里叶转换红外线光谱。
18.图3示出实施例的粘合剂于反应前及反应后的傅里叶转换红外线光谱。
19.图4示出比较例的粘合剂于反应前及反应后的傅里叶转换红外线光谱。
20.图5示出实施例的粘合剂及比较例的粘合剂的质量百分比与温度关系曲线图。
21.图6示出实施例1至实施例2及比较例1的波长转换装置的激发光功率与入射光功率的关系曲线图。
22.附图标记说明：
23.100：波长转换装置
24.110：承载基板
25.120：漫反射层
26.121：第一表面
27.122：光学粒子
28.123：第二表面
29.130：光致发光层
30.132：荧光粉
31.140：粘合剂
32.h1,h2：厚度
33.l1～l11：曲线
具体实施方式
34.以下将以附图公开本公开的多个实施方式，为明确说明起见，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公开。也就是说，在本公开部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。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示出。
35.图1示出根据本公开一实施方式的波长转换装置100的剖面示意图。波长转换装置100包含承载基板110、漫反射层120以及光致发光层130。漫反射层120具有相对的第一表面121及第二表面123。承载基板110位于漫反射层120的第一表面121。光致发光层130位于漫反射层120的第二表面123。换句话说，承载基板110配置以承载漫反射层120以及光致发光
层130。在一些实施方式中，波长转换装置100可以是一种反射式荧光色轮，其可通过光束(例如，激光(雷射光))的激发以产生激发光。详细而言，光束被光致发光层130激发而产生激发光，而激发光进一步被漫反射层120漫反射，并由波长转换装置100射出以成像。在一些实施方式中，波长转换装置100可通过驱动轴连接至马达，当马达带动驱动轴转动后，即可连带转动波长转换装置100。
36.在一些实施方式中，承载基板110可例如是蓝宝石基板、玻璃基板、硼硅玻璃基板、浮法硼硅玻璃基板(floating boron-silicate glass)、熔凝石英基板或氟化钙基板、陶瓷基板、铝基板或其组合。然而，本公开的承载基板110所包含的材料不以上述为限，承载基板110所包含的材料可依据实际需求进行调整。在一些实施方式中，漫反射层120包含多个光学粒子122，配置以漫反射被光致发光层130所激发的激发光。在其他实施方式中，漫反射层120及光致发光层130皆包含多个光学粒子122，以加强激发光的漫反射。光学粒子122包含二氧化硅(sio2)、二氧化钛(tio2)、氧化锌(zno)、氮化硼(bn)、二氧化锆(zro2)、三氧化二铝(al2o3)或其组合。在一些实施方式中，光致发光层130可包含荧光粉132，例如硅化物(silicate)荧光粉、氮化物(nitride)荧光粉、y3al5o
12
(yag)、tb3al5o
12
(tag)或lu3al5o
12
(luag)的石榴石(garnet)结构的荧光粉或其组合。
37.在一些实施方式中，波长转换装置100包含粘合剂140。粘合剂140可掺杂于漫反射层120及/或光致发光层130中。详细而言，掺杂于漫反射层120中的粘合剂140可将光学粒子122固定至承载基板110，而掺杂于光致发光层130中的粘合剂140可将荧光粉132(及光学粒子122)固定至承载基板110。此外，粘合剂140可保护位于漫反射层120中的光学粒子122及位于光致发光层130中的荧光粉132(及光学粒子122)，并可避免光学粒子122及荧光粉132发生沉降的现象，从而提升波长转换装置100整体的光学品质。
38.在一些实施方式中，粘合剂140包含树脂材料以及溶剂，且树脂材料包含如下述式(1)所示的结构单元。如式(1)所示，树脂材料中包含以硅
─
氧
─
硅键结(si-o-si bonds)所形成的主链。应了解到，现有的粘合剂中的树脂材料常包含以硅
─
碳
─
硅键结(si-c-si bonds)或硅
─
碳
─
碳
─
硅键结(si-c-c-si bonds)所形成的主链，而由于硅
─
氧
─
硅键结的平均键能大于硅
─
碳
─
硅键结的平均键能以及硅
─
碳
─
碳
─
硅键结的平均键能，因此本公开的粘合剂140相较于现有的粘合剂可具有较佳的光学耐受性质以及耐热性质，
39.其中r表示芳基。
40.在一些实施方式中，粘合剂140的树脂材料中的硅
─
氧
─
硅键结在傅里叶转换红外线(fourier-transform infrared，ftir)光谱中的特征吸收峰值介于约900cm-1
至约1250cm-1
之间。换句话说，粘合剂140的树脂材料中的硅
─
氧
─
硅键结在傅里叶转换红外线光谱中的特征吸收带宽(band width)约为350cm-1
。由此可知，粘合剂140的树脂材料中的硅原子与氧原子之间具有良好的网状交联程度，以进一步提升粘合剂140的光学耐受性质以及耐热性质。如此一来，当粘合剂140掺杂于漫反射层120及光致发光层130中时，可避免漫反射层120及光致发光层130因光束的照射而产生材料劣化，以提升波长转换装置100整体
的光学品质。此外，可通过树脂材料的浓度配置来提升树脂材料中的硅原子与氧原子之间的网状交联程度。在一些实施方式中，以粘合剂140的总重量计，树脂材料的含量介于50wt％至90wt％之间，优选为介于65wt％至75wt％之间。
41.在一些实施方式中，树脂材料中的芳基可包含苯(benzene)、甲苯(toluene)、苯酚(phenol)、苯胺(aniline)、苯甲酸(benzoic acid)、苯甲醛(benzaldehyde)、联苯(biphenyl)、邻位二甲苯(ortho-xylene)、间位二甲苯(meta-xylene)、对位二甲苯(para-xylene)、茚(indene)、萘(naphthalene)、蒽(anthracene)、菲(phenanthrene)、其他合适的单元或其组合。换句话说，在粘合剂140的树脂材料中，键结形成于主链的硅原子与芳基的碳原子之间。相较于单纯硅
─
氧键结(si-o bonds)，由于硅
─
碳键结(si-c bonds)可以使粘合剂140的树脂材料具有较佳的弹性，因此掺杂有粘合剂140的漫反射层120及光致发光层130可具有较佳的韧性，以避免因结构脆硬而产生裂痕。
42.由于芳基是立体障碍大(bulky)的官能基团，因此可以使粘合剂140具有一定的厚度，进而使得掺杂有粘合剂140的漫反射层120及掺杂有粘合剂140光致发光层130各自具有一定的厚度。如此一来，漫反射层120及光致发光层130可各自容纳较多的光学粒子122及荧光粉132，以达到良好的光学效果。在一些实施方式中，掺杂有粘合剂140的漫反射层120的厚度h1介于30μm至150μm之间，优选为介于50μm至100μm之间。在一些实施方式中，掺杂有粘合剂140的光致发光层130的厚度h2介于50μm至200μm之间，优选为介于100μm至150μm之间。
43.在一些实施方式中，可依序使用脱醇缩合反应以及脱水缩合反应来形成本公开的粘合剂140。详细而言，可先使用包含烷氧基(alkoxy group)的硅化合物单体与水分子进行脱醇缩合反应，以得到包含羟基(hydroxyl group)的硅化合物单体。接着，可使用多个包含羟基的硅化合物单体进行脱水缩合反应。通过上述工艺方法，多个包含羟基的硅化合物单体中的硅原子与氧原子之间可进行网状交联反应，以形成本公开的粘合剂140。由于上述脱醇及脱水缩合反应为单剂型(single storage)反应，亦即使用一个反应物单体即可完成的反应，因此可提升工艺的方便性并有效降低工艺成本。
44.在一些实施方式中，可将粘合剂140与光学粒子122混合，以形成掺杂有粘合剂140的漫反射层120，并将粘合剂140与荧光粉132(及光学粒子122)混合，以形成掺杂有粘合剂140的光致发光层130。接着，使用刮涂的方式将掺杂有粘合剂140的漫反射层120及掺杂有粘合剂140的光致发光层130依序涂布至承载基板110上。使用刮涂的方式可节省粘合剂140的使用量，以避免粘合剂140的过度消耗。在一些实施方式中，可通过调整掺杂有粘合剂140的漫反射层120及掺杂有粘合剂140的光致发光层130各自的粘度，来达到较佳的刮涂效果。举例来说，掺杂有粘合剂140的漫反射层120在温度为25℃时的粘度介于200mpa
·
s至20000mpa
·
s之间，而掺杂有粘合剂140的光致发光层130在温度为25℃时的粘度介于200mpa
·
s至20000mpa
·
s之间。
45.在其他实施方式中，可使用喷涂的方式将粘合剂140形成至承载基板110上，以进一步与光学粒子122及荧光粉132混合，而分别形成掺杂有粘合剂140的漫反射层120及掺杂有粘合剂140的光致发光层130。使用喷涂的方式可提升波长转换装置100整体的厚度均匀性及平整性。在一些实施方式中，可通过调整粘合剂140的粘度，来达到较佳的喷涂效果。举例来说，粘合剂140在温度为25℃时的粘度小于300mpa
·
s。换句话说，通过调整粘合剂140、掺杂有粘合剂140的漫反射层120以及掺杂有粘合剂140的光致发光层130各自的粘度，可以
使波长转换装置100的工艺方法较多样化，以配合各种不同的工艺需求。
46.下文将参照实施例的粘合剂以及比较例的粘合剂，更具体地描述本公开的特征。应了解到，在不逾越本公开范围的情况下，可适当地改变所使用的材料、质量与比率、处理细节以及处理流程等。因此，不应由下文所描述的实施例的粘合剂对本公开作出限制性的解释。
47.实施例的粘合剂
48.实施例的粘合剂包含如下述式(2)所示的结构单元，
49.其中r1表示苯基。
50.比较例的粘合剂
51.在实施例的粘合剂包含如下述式(3)所示的结构单元，
52.其中x>n且y>n。
53.图2示出实施例的粘合剂及比较例的粘合剂的傅里叶转换红外线光谱。在图2中，曲线l1为实施例的粘合剂的吸收曲线，而曲线l2为比较例的粘合剂的吸收曲线。文献上指出，硅
─
氧
─
硅键结的特征吸收峰值介于约1000cm-1
至约1130cm-1
之间，在图2中亦可看到曲线l1以及曲线l2在介于约1000cm-1
至约1130cm-1
之间各有出现硅
─
氧
─
硅键结的特征吸收峰值。当比较约900cm-1
至约1250cm-1
的特征吸收带宽时，由于实施例的粘合剂中的硅
─
氧
─
硅键结具有较大的特征吸收带宽以及较复杂的特征吸收曲线，因此实施例的粘合剂相较于比较例的粘合剂具有较高的网状交联程度(例如，具有较长的主链或较多的支链)，使得实施例的粘合剂可具有较佳的光学耐受性质以及耐热性质。亦即，实施例的粘合剂可由式(2)的结构单元以硅
─
氧
─
硅键结形成聚合物，结构单元间可彼此网状交联，且网状交联程度好；而比较例的粘合剂存在由硅
─
氧
─
硅键结为主链的x部分及y部分，但x部分与y部分之间的网状交联需要靠硅
─
碳
─
硅的键结来形成，且网状交联的程度没有实施例来得好。由于实施例确实可达到较佳的网状交联程度，使得实施例的粘合剂可具有较佳的光学耐受性质以及耐热性质。
54.图3示出实施例的粘合剂于反应前及反应后的傅里叶转换红外线光谱。图4示出比较例的粘合剂于反应前及反应后的傅里叶转换红外线光谱。应了解到，此处所指的“反应前”是指“缩合反应前”，而“反应后”是指“缩合反应后”，缩合反应可为脱水或脱醇反应。在图3中，曲线l3为实施例的粘合剂于反应前的吸收曲线，而曲线l4为实施例的粘合剂于反应后的吸收曲线；在图4中，曲线l5为比较例的粘合剂于反应前的吸收曲线，而曲线l6为比较
例的粘合剂于反应后的吸收曲线。
55.请先参阅图3，如曲线l3及l4所示，实施例的粘合剂中的硅
─
氧
─
硅键结的特征吸收带宽于反应前、后明显变宽，由此可知，实施例的粘合剂于反应前的化合物单体有参与硅
─
氧
─
硅键结的网状交联反应。请接着参阅图4，如曲线l5及l6所示，比较例的粘合剂中的硅
─
氧
─
硅键结的特征吸收带宽于反应前、后并未产生明显的改变，由此可知，比较例的粘合剂于反应前的化合物单体并未参与硅
─
氧
─
硅键结的网状交联反应。此外，如曲线l4及l6可知，实施例的粘合剂中的硅
─
氧
─
硅的特征吸收曲线所形成的第一面积大于比较例的粘合剂中的硅
─
氧
─
硅的特征吸收曲线所形成的第二面积，且[(第一面积-第二面积)/第一面积]介于约13％至约15％之间。换句话说，在相同的反应条件下，实施例的粘合剂于反应后的含量较比较例的粘合剂于反应后的含量多了约13％至约15％。
[0056]
图5示出实施例的粘合剂及比较例的粘合剂的质量百分比与温度关系曲线图。图5所呈现的是使用热重量分析法(thermogravimetric analysis，tga)分别对实施例的粘合剂及比较例的粘合剂进行分析的结果。在图5中，曲线l7为比较例的粘合剂的质量对温度曲线，而曲线l8为实施例的粘合剂的质量对温度曲线。如曲线l7所示，比较例的粘合剂在温度上升至约375℃时质量开始减少，亦即比较例的粘合剂在温度上升至约375℃时开始衰变。另一方面，如曲线l8所示，实施例的粘合剂在温度上升至约550℃时质量开始减少，亦即实施例的粘合剂在温度上升至约550℃时才开始衰变。由此可知，实施例的粘合剂相较于比较例的粘合剂具有较佳耐热性质。
[0057]
下文将参照实施例1至实施例2的波长转换装置以及比较例1的波长转换装置，更具体地描述本公开的特征。应了解到，在不逾越本公开范围的情况下，可适当地改变所使用的材料、质量与比率、处理细节以及处理流程等。因此，不应由下文所描述的各实施例的波长转换装置对本公开作出限制性的解释。
[0058]
实施例1的波长转换装置
[0059]
在实施例1的波长转换装置中，漫反射层包含上述实施例的粘合剂；光致发光层包含上述实施例的粘合剂；漫反射层的厚度介于100μm至110μm之间；光致发光层的厚度介于130μm至150μm之间。
[0060]
实施例2的波长转换装置
[0061]
在实施例2的波长转换装置中，采用与实施例1的波长转换装置相似的元件来制造实施例2的波长转换装置，其差异处主要在于：光致发光层不包含上述实施例的粘合剂，而是包含上述比较例的粘合剂。
[0062]
比较例1的波长转换装置
[0063]
在比较例1的波长转换装置中，采用与实施例1的波长转换装置相似的元件来制造比较例1的波长转换装置，其差异处主要在于：漫反射层及光致发光层皆不包含上述实施例的粘合剂，而是包含上述比较例的粘合剂。
[0064]
图6示出实施例1至实施例2及比较例1的波长转换装置的激发光功率与入射光功率的关系曲线图。在图6中，曲线l9为实施例1的波长转换装置的激发光功率对入射光功率的曲线，曲线l10为实施例2的波长转换装置的激发光功率对入射光功率的曲线，而曲线l11为比较例1的波长转换装置的激发光功率对入射光功率的曲线。如图6所示，曲线l9、l10及l11各自具有转折点(亦即曲线的最高点)，而当入射光功率超过此转折点时，波长转换装置
中的材料会因无法承受而导致劣化。详细而言，曲线l9、l10及l11各自的转折点分别对应至的入射光功率约为325w、285w以及250w，由此可知，由于上述实施例的粘合剂具有较佳的光学耐受性(亦即可承受较大功率的光束照射)，因此当漫反射层及光致发光层皆包含上述实施例的粘合剂时，波长转换装置可承受较大的入射光功率，进而具有较佳的光学品质。
[0065]
根据本公开上述实施方式，由于波长转换装置的粘合剂包含如上述式(1)所示的结构单元，且粘合剂中的硅
─
氧
─
硅键结在傅里叶转换红外线光谱中的特征吸收带的范围介于900cm-1
至1250cm-1
之间，因此掺杂有粘合剂的漫反射层及/或光致发光层可具有良好的光学耐受性质以及耐热性质。此外，由于粘合剂中包含立体障碍大的芳基，因此掺杂有粘合剂的漫反射层及/或光致发光层可具有一定的厚度，以提升波长转换装置整体的光学品质。
[0066]
虽然本公开已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本公开，任何本领域技术人员，在不脱离本公开的构思和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本公开的保护范围当视权利要求所界定者为准。