波长转换装置的制作方法

1.本揭露内容是有关于一种波长转换装置。


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.根据本揭露一些实施方式，一种波长转换装置包括基板、光致发光层、光斑调节层以及反射层。光致发光层设置在基板上方，且配置以接收入射光并将入射光转换为激发光。光斑调节层设置在基板与光致发光层之间，且配置以接收激发光以及未经转换的入射光，以调整激发光及未经转换的入射光的光路，其中光致发光层的折射率相异于光斑调节层的折射率。反射层设置于光斑调节层与基板之间，且配置以反射入射光以及激发光。
5.在本揭露一些实施方式中，光斑调节层的热导率介于0.1w/m
·
k至40w/m
·
k之间。
6.在本揭露一些实施方式中，光斑调节层包括基质及多个光扩散粒子，且基质的折射率相异于光扩散粒子的折射率。
7.在本揭露一些实施方式中，基质可以包括单晶体结构、多晶体结构，连续体结构或其组合。
8.在本揭露一些实施方式中，基质可以包括硅胶、玻璃、钻石、蓝宝石、氧化钇、烧结金属氧化物或其组合。
9.在本揭露一些实施方式中，光扩散粒子可以包括氧化铝、氧化钛、氧化钇、二氧化硅、单晶石英、烧结金属氧化物或其组合。
10.在本揭露一些实施方式中，当以光斑调节层的总重量计，光扩散粒子的浓度介于10wt％至70wt％之间。
11.在本揭露一些实施方式中，光扩散粒子的粒径介于10nm至10μm之间。
12.在本揭露一些实施方式中，光扩散粒子的热导率大于基质的热导率。
13.在本揭露一些实施方式中，光斑调节层还包括多个第一光致发光粒子，且第一光致发光粒子的折射率大于基质的折射率。
14.在本揭露一些实施方式中，光致发光层包括多个第二光致发光粒子，且第一光致发光粒子在光斑调节层中的波长转换效率低于第二光致发光粒子在光致发光层中的波长转换效率。
15.在本揭露一些实施方式中，光斑调节层的波长转换效率低于光致发光层的波长转
换效率的80％。
16.在本揭露一些实施方式中，光致发光层包括多个第二光致发光粒子，且第一光致发光粒子的粒径小于第二光致发光粒子的粒径。
17.在本揭露一些实施方式中，第一光致发光粒子的粒径介于1μm至20μm间，且第二光致发光粒子的粒径介于20μm至35μm间。
18.在本揭露一些实施方式中，第一光致发光粒子的浓度介于40wt％至80wt％之间，且第二光致发光粒子的浓度介于70wt％至90wt％之间。
19.在本揭露一些实施方式中，光扩散粒子的浓度对第一致发光粒子的浓度的比值介于0.5至1.2之间。
20.在本揭露一些实施方式中，光斑调节层的厚度介于10μm至500μm之间，且光致发光层的厚度介于25μm至300μm之间。
21.根据本揭露上述实施方式，由于光斑调节层可以防止由激发光以及入射光产生的光斑在光致发光层中的过度地聚集，因此光斑可均匀地分布在光致发光层中。如此一来，波长转换装置可以发挥更好的光学转换效率，并提供更高的亮度和更大的发光面积。此外，光致发光层的厚度可减小，有利于光致发光层的散热及提升波长转换装置的亮度。另外，光致发光层中由集中的光斑所产生的高能量的热能可减少，并可相应地延长波长转换装置的使用寿命。
附图说明
22.为让本揭露的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
23.图1绘示根据本揭露一些实施方式的波长转换装置的立体示意图；
24.图2绘示根据本揭露一些实施方式的图1的波长转换装置沿线段a
‑
a'截取的剖面示意图；
25.图3绘示根据本揭露另一些实施方式的图1的波长转换装置沿线段a
‑
a'截取的剖面示意图；
26.图4绘示根据本揭露另一些实施方式的图1的波长转换装置沿线段a
‑
a'截取的剖面示意图；
27.图5绘示根据本揭露另一些实施方式的图1的波长转换装置沿线段a
‑
a'截取的剖面示意图；
28.图6绘示比较例1及实施例1的的波长转换装置的波长转换效率对施加电流的示意图；
29.图7绘示比较例1及实施例2的的波长转换装置的波长转换效率对施加电流的示意图；以及
30.图8绘示比较例1及实施例3的的波长转换装置的波长转换效率对施加电流的示意图。
31.【符号说明】
32.100,100a,100b,100c:波长转换装置
33.110,110a,110b,110c:基板
34.111:表面
35.120,120a,120b,120c:反射层
36.121:表面
37.130,130b,130c:光斑调节层
38.131:第一表面
39.132:第二表面
40.132a,132b,132c:基质
41.134a,134c:光扩散粒子
42.136b,136c:光致发光粒子
43.140,140a,140b,140c:光致发光层
44.142,142a,142b,142c:光致发光粒子
45.t1,t2:厚度
46.a
‑
a':线段
具体实施方式
47.以下将以附图揭露本揭露的多个实施方式，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揭露。也就是说，在本揭露部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的，因此不应用以限制本揭露。此外，为简化附图起见，一些习知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。
48.另外，关于本文中所使用的“约”、“大约”、“大致上”或“实质上”一般是指数值的误差或范围于百分之二十以内，较佳是于百分之十以内，更佳是于百分之五以内。文中若无明确说明，所提及的数值皆视为近似值，亦即具有如“约”、“大约”、“大致上”或“实质上”所表示的误差或范围。
49.为了防止光斑在波长转换装置的光致发光层中过度集中(亦即光斑集中度过高)，本揭露提供了一种包括光斑调节层的波长转换装置。需要说明的是，当光束向物体照射时，在物体表面会产生“光斑”，而此处的“光斑集中度”是指单位面积的光斑功率，可以单位“w/cm
2”表示。换句话说，当光束的能量传递速率固定时，光斑的面积越大，每单位面积的光斑功率越低，也就是光斑的浓度(集中度)越低。透过调整光斑调节层及光斑调节层中的粒子的特性，可以良好地防止光斑在波长转换装置中过度地集中。基于上述，光斑可均匀地分布在光致发光层中，代表光致发光层中的光致发光粒子(例如，荧光粉)可被有效地利用，故波长转换装置可发挥更好的光学转换效率，并提供更高的亮度和更大的发光面积。此外，光致发光层的厚度可减小，有利于光致发光层的散热及提升波长转换装置的亮度。另外，光致发光层中由集中的光斑所产生的高能量的热能可减少，并可相应地延长波长转换装置的使用寿命。
50.图1绘示根据本揭露一些实施方式的波长转换装置100的立体示意图。图2绘示根据本揭露一些实施方式的图1的波长转换装置100沿线段a
‑
a'截取的剖面示意图。请同时参阅图1及图2。波长转换装置100包括基板110、反射层120、光斑调节层130以及光致发光层140。光斑调节层130具有第一表面131及相对于第一表面131的第二表面132。基板110位于
光斑调节层130的第一表面131，且光致发光层140位于光斑调节层130的第二表面132。换句话说，基板110与光致发光层140是位于光斑调节层的相对两侧。此外，反射层120是设置于光斑调节层130与基板110之间。在一些实施方式中，波长转换装置100是反射型荧光色轮，其通过吸收光束(例如，激光)来产生激发光。详细而言，光束被光致发光层140吸收进而产生激发光，部分的激发光进一步进入光斑调节层130并在其中扩散，并接着被反射层120反射并发射出波长转换装置100，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可随之转动。
51.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。
52.在一些实施方式中，反射层120可以是由包括金属(例如，银及/或铝)的材料所制成，使得反射层120背对于基板110的表面可具有金属反射表面121，以增强朝基板110照射的光束的反射，并进一步为波长转换装置100提供更好的光学转换效率。在其他实施方式中，反射层120可包括散射粒子，例如氧化钛及/或氧化锆。在一些其他实施方式中，反射层120可以是包括诸如氧化铝及/或氧化铍的材料的金属氧化物板。在替代的实施方式中，反射层120可包括由例如是氧化硅及氧化铝的材料制成的多层介电膜。
53.在一些实施方式中，光斑调节层130可调节光致发光层140中的光斑的集中度。在一些实施方式中，光斑调节层130可调节由光致发光层140中的激发光所产生的光斑的集中度。详细而言，当激发光由入射光转换而来并穿透光致发光层140与光斑调节层130之间的界面时，由于光致发光层140与光斑调节层130之间具有折射率的差异，因此激发光可扩散至光斑调节层130及/或被光斑调节层130反射。接着，扩散至光斑调节层130中的激发光被反射层120进一步反射回光斑调节层130与光致发光层140中。基于上述，激发光通过多种光路在波长转换装置100中传递，使得在波长转换装置100中传递的激发光的光路变长。如此一来，激发光可以低的分布密度朝着光致发光层140扩散，以减小光致发光层140中的光斑的集中度。在一些实施方式中，光致发光层140的折射率相异于光斑调节层130的折射率，从而使光路可于光致发光层140与光斑调节层130之间的界面处良好地被调整。在较佳的实施方式中，光斑调节层130的折射率大于光致发光层140的折射率。
54.在一些其他实施方式中，光斑调节层130可调节由光致发光层140中未被转换为激发光的入射光所产生的光斑的集中度。详细而言，当入射光穿透光致发光层140以抵达光致发光层140与光斑调节层130间的界面时，由于光致发光层140与光斑调节层130之间具有折射率的差异，因此激发光可扩散至光斑调节层130及/或被光斑调节层130反射。接着，扩散至光斑调节层130中的入射光被反射层120进一步反射回光斑调节层130与光致发光层140中。基于上述，入射光通过多种光路在波长转换装置100中传递，使得在波长转换装置100中传递的入射光的光路变长。如此一来，入射光可以低的分布密度朝着光致发光层140扩散，以减小光致发光层140中的光斑的集中度。
55.由于光斑调节层130可以防止由激发光与入射光产生的光斑在光致发光层140中的过度地集中，因此光斑可均匀地分布在光致发光层140中。基于上述，光致发光层140中的光致发光粒子142(例如，铈荧光粉的荧光粉)可以有效地被利用，故波长转换装置100可发挥更好的光学转换效率，并且提供更高的亮度及更大的发光面积。此外，由于光致发光层
140中的光致发光粒子142可以有效地被利用，故可以减小光致发光层140的厚度t1，有利于光致发光层140的散热及提升波长转换装置的亮度。举例而言，光致发光层140的厚度t1可介于25μm至300μm之间。另外，光致发光层140中由集中的光斑所产生的高能量的热能可减少，并可相应地延长波长转换装置100的使用寿命。
56.在一些实施方式中，光斑调节层130的厚度t2可介于10μm至500μm之间，使得光(包括激发光以及入射光)可被良好地引导并且均匀地传递至光致发光层140中，并且使得波长转换装置100的总厚度可以保持在适当的范围内。详细而言，若光斑调节层130厚度t2小于10μm，光致发光层140中的光斑可能会过于集中，可能进一步对光学转换效率、亮度以及散热产生不良影响；若光斑调节层130的厚度t2大于500μm，则波长转换装置100的总厚度可能太大，不仅影响波长转换装置100的外观，而且造成材料浪费。
57.在一些实施方式中，光斑调节层130可由包括单晶体结构、多晶体结构、连续体结构或其组合的材料所制成。光(包括激发光及入射光)可透过上述材料良好地扩散至光致发光层140，使得被反射的入射光有更多的机会遇到光致发光层140中的荧光粉而被转换为激发光，并且可防止光致发光层140中的光斑过度集中。在一些实施方式中，光斑调节层130可由包括硅胶、玻璃、金刚石、蓝宝石、氧化钇、烧结金属氧化物或其组合的材料所制成。上述材料可以是透明的、实质上透明的(即可见光穿透率大于90％)或是半透明的(即可见光穿透率介于30％至90％之间)。上述材料可提供光斑调节层130介于0.1w/m
·
k至40w/m
·
k之间的热导率。若光斑调节层130的热导率小于0.1w/m
·
k，光斑调节层130无法有效地传导热能，易使光致发光层140发生热淬灭。此外，为达到较佳的散热效果，光点调节层130的热导率可大于10w/m
·
k。
58.在一些实施方式中，光致发光层140中的前述光致发光粒子142可包括石榴石结构的硅酸盐荧光粉、氮化物荧光粉、y3al5o
12
(yag)、tb3al5o
12
(tag)或lu3al5o
12
(luag)荧光粉或其组合，但并不用以限制本揭露。
59.图3绘示根据本揭露另一些实施方式的图1的波长转换装置100沿线段a
‑
a'截取的剖面示意图(在下文中将称其为波长转换装置100a)。请参阅图3，图3的波长转换装置100a与图2的波长转换装置100的至少一差异在于：波长转换装置100a的光斑调节层130a包括基质132a及分布在基质132a中的多个光扩散粒子134a。光扩散粒子134a配置以调节光扩散的程度。详细而言，光扩散粒子134a可调节光路，从而防止朝向光致发光层140a发射的光过度发散。因此，朝向光致发光层140a发射的光可被适当地会聚，有利于光的收集。在本实施方式中，不仅可避免光斑过度集中的问题，且来自波长转换装置100a的光可容易地被收集。
60.在一些实施方式中，基质132a的材料可参照前述波长转换装置100的光斑调节层130的材料。在一些实施方式中，光扩散粒子134a的材料可以包括氧化铝、氧化钛、氧化钇、二氧化硅、单晶石英、烧结金属氧化物或其组合。在一些实施方式中，基质132a的折射率相异于光扩散粒子134a的折射率，使得基质132a与光扩散粒子134a的界面处的光路可以良好地被调节。在较佳的实施方式中，光扩散粒子134a的折射率大于基质132a的折射率。在一些实施方式中，当以光斑调节层130的总重量来计算，光扩散粒子134a的浓度介于10wt％至70wt％之间，从而较佳地调节光斑调节层130a中的光路。详细而言，若光扩散粒子134a的浓度低于10wt％，光路可能无法被良好地调节，且朝向光致发光层140a发射的光可能会过度地发散，导致难以收集光；若光扩散粒子134a的浓度高于70wt％，可能无法良好地达到光的
扩散效果，并且无法很好地实现上述优点(例如，防止光斑的过度集中并且避免光的过度发散)。
61.在一些实施方式中，光扩散粒子134a的粒径(d50)介于10nm至10μm之间，以较佳地调整光斑调节层130a中光路。应了解到，此处地“粒径(d50)”是指当光扩散粒子134a的粒径分布百分比达到50％时所具有的粒径，亦即一半的光扩散粒子134a所具有的粒径会大于粒径(d50)，而一半的光扩散粒子134a所具有的粒径会小于粒径(d50)。详细而言，若光扩散粒子134a的粒径(d50)小于10nm，光斑调节层130a中的光可能不容易遇到光扩散粒子134a，造成光路无法被良好地调整，导致光线在收集上的困难；若光扩散粒子134a的粒径(d50)大于10μm，光扩散粒子134a可能严重影响光斑调节层130a中的光的穿透，导致光的扩散过于复杂，且无法良好地实现上述优点(例如，防止光斑的过度集中并且避免光的过度发散)。在一些实施方式中，基质132a的热导率可参照前述光斑调节层130的热导率，使得光斑调节层130a可具有良好的热导率以有效地传导可能导致光致发光层140a中的荧光粉热淬灭的热能，并延长波长转换装置100a的使用寿命。在一些实施方式中，光扩散粒子134a的热导率可大于1.5w/m
·
k，以提供光斑调节层130a良好的热导率。在一些实施方式中，光扩散粒子134a的热导率可以大于基质132a的热导率。
62.图4绘示根据本揭露另一些实施方式的图1的波长转换装置100沿线段a
‑
a'截取的剖面示意图(在下文中将称其为波长转换装置100b)。请参阅图4，图4的波长转换装置100b与图2的波长转换装置100的至少一差异在于：波长转换装置100b的光斑调节层130b包括基质132b以及分布于基质132b中的多个光致发光粒子136b。为简单与清楚起见，以下称光斑调节层130b中的光致发光粒子136b为第一光致发光粒子136b，并称光致发光层140b中的光致发光粒子142b为第二光致发光粒子142b。第一光致发光粒子136b配置以进一步将传递至光斑调节层130b的入射光转换为激发光。借此，可进一步提高波长转换装置100b的亮度。此外，第一光致发光粒子136b还配置以调节光扩散的程度，其执行与前述光扩散粒子134a相同的功能。如此一来，朝向光致发光层140b发射的光可被适当地会聚，有利于光的收集。在本实施方式中，相较于图3所示的波长转换装置100a，波长转换装置100b的亮度可进一步被提高。
63.在一些实施方式中，第一光致发光粒子136b的折射率大于基质132b的折射率，使得从光致发光层140b传递至光斑调节层130b的入射光具有更高的机会被反射回光致发光层140b中。基于上述，在光斑调节层130b中被转换为激发光的光可被有效地朝波长转换装置100b的外部反射。
64.在一些实施方式中，光斑调节层130b中的第一光致发光粒子136b的浓度低于光致发光层140b中的第二光致发光粒子142b的浓度，且光斑调节层130b中的第一光致发光粒子136b的粒径小于光致发光层140b中的第二光致发光粒子142b的粒径。具体而言，光斑调节层130b中的第一光致发光粒子136b的浓度介于40wt％至80wt％之间，且光致发光层140b中的第二光致发光粒子142b的浓度介于70wt％至90wt％之间。此外，第一光致发光粒子136b的粒径介于1μm至20μm之间，且第二光致发光粒子142b的粒径介于20μm至35μm之间。基于上述，光斑调节层130b中的第一光致发光粒子136b的波长转换效率(亦即，每单位体积的光通量)是低于光致发光层140b中的第二光致发光粒子142b的波长转换效率。此外，光斑调节层130b的波长转换效率低于光致发光层140b的波长转换效率的80％。如此一来，大部分的光
可以被光致发光层140b转换成激发光，并且光斑调节层130b可以主要是起到调整光斑的浓度的作用。更具体而言，由于第一光致发光粒子136b在光斑调节层130b中的浓度相对较低，并且第一光致发光粒子136b的粒径相对较小，因此传递至光斑调节层130b中的光相对难以遇到第一光致发光粒子136b，因此光具有较多的机会仅简单地被光斑调节层130b中的基质132b散射，如此可良好地实现如图2所示的波长转换装置100的优点。在一些实施方式中，依据波长转换装置100b的实际需求，第一光致发光粒子136b的波长可被设计为相异于第二光致发光粒子142b的波长。
65.图5绘示根据本揭露另一些实施方式的图1的波长转换装置100沿线段a
‑
a'截取的剖面示意图(在下文中将称其为波长转换装置100c)。请参阅图5，图5的波长转换装置100c与图4的波长转换装置100b的至少一差异在于：波长转换装置100c的光斑调节层130c还包括多个光扩散粒子134c。换句话说，波长转换装置100c的光斑调节层130c包括光扩散粒子134c以及第一光致发光粒子136c。在一些实施方式中，光扩散粒子134c的浓度以及第一光致发光粒子136c的浓度皆低于光致发光层140c中的第二光致发光粒子142c的浓度，从而具有上述优点(例如，在描述波长转换装置100b时提到的优点)。举例而言，当以光斑调节层130c的总重量计，光扩散粒子134c的浓度及第一光致发光粒子136c的浓度分别介于20wt％至30wt％之间，且当以光致发光层140c的总重量计，第二光致发光粒子142c的浓度介于70wt％至90wt％之间。在一些实施方式中，光扩散粒子134c的浓度对第一光致发光粒子136c的浓度的比值介于0.5至1.2之间。如此一来，朝向光致发光层140c发射的光可被适当地会聚，有利于光的收集。
66.在一些实施方式中，在光斑调节层130c中的光扩散粒子134c的粒径与第一光致发光粒子136c的粒径皆小于在光致发光层140c中的第二光致发光粒子142c的粒径，以良好地实现前述优点(例如，在描述波长转换装置100b时提到的优点)。在本实施方式中，光扩散粒子134c可包括具有高导热率的材料，例如二氧化钛(tio2)。由于光扩散粒子134c的材料具有高的热导率，因此可进一步有效地将可能导致荧光粉热淬灭的热能由光致发光层140c传导至基板110c。在一些实施方式中，光扩散粒子134c的热导率可介于0.1w/m
·
k至40w/m
·
k之间，以较佳地传导导致荧光粉热淬灭的热能，并进一步防止光致发光层140c的热衰退。
67.在以下叙述中，将参考一些比较例与本揭露的一些实施例的波长转换装置以更具体地描述本揭露的特征。应了解到，在不超出本揭露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，本揭露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及其输出光强度如下表一所示，其中比较例是指不具有光斑调节层的波长转换装置，而实施例1、2及3分别是波长转换装置100、100a及100b。
68.表一
69.[0070][0071]
如表一所示，实施例1、2及3的输出光强度皆高于比较例1的输出光强度，显示经由本揭露的光斑调节层的配置，光斑可以均匀地分布于光致发光层中，代表光致发光层中几乎每个光致发光粒子皆可被有效地利用，因此波长转换装置可以发挥更好的光转换效率并提供更高的亮度(即，更高的输出光强度)。此外，虽然实施例2的光强度略低于实施例1的光强度，但如前所述，实施例2的光扩散粒子可以调节光扩散的程度，从而良好地实现光的收集。另外，由于实施例3的光斑调节层还包括配置以将入射光转换为激发光的光致发光粒子，因此在表一所示的实施例中，实施例3显示具有最高的光强度。
[0072]
图6绘示比较例1及实施例1的波长转换装置的波长转换效率对施加电流的示意图。图7绘示比较例1及实施例2的波长转换装置的波长转换效率对施加电流的示意图。图8绘示比较例1及实施例3的波长转换装置的波长转换效率对施加电流的示意图。请同时参阅图6至图8。当施加电流为施加的总电流的20％至60％时，实施例1至3的波长转换效率皆高于比较例1的波长转换效率，显示本揭露的光斑调节层可以防止光斑过度集中，使光斑可以均匀地分布在光致发光层中，因此波长转换装置可以发挥较佳的光转换效率。
[0073]
根据本揭露上述实施方式，由于光斑调节层可以防止光斑过度地聚集，因此光斑可均匀地分布在光致发光层中，即代表光致发光层中的光致发光粒子可以被有效地利用，故波长转换装置可发挥更好的光学转换效率，并提供更高的亮度和更大的发光面积。此外，由于光致发光层中的几乎所有的光致发光粒子可以被有效地利用，因此光致发光层的厚度可减小，有利于光致发光层的散热及提升波长转换装置的亮度。另外，光致发光层中由集中的光斑所产生的高能量的热能可减少，并可相应地延长波长转换装置的使用寿命。
[0074]
虽然本揭露已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何熟悉此技艺者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。