CN110264877A - 像素化波长转换装置、像素化波长转换元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种像素化波长转换装置、像素化波长转换元件及其制造方法，所述制造方法包括：将由发光材料和第一固化胶均匀混合形成的第一浆料涂在衬底上，形成波长转换层；将固化光通过光引导组件引导至波长转换层的部分表面，以固化部分波长转换层；清洗未固化的波长转换层，在衬底上形成多个间隔排列的波长转换部；将由散射颗粒和第二固化胶均匀混合形成的第二浆料涂在衬底设置波长转换部的一侧；固化第二浆料，形成阻隔部；光引导组件为微透镜阵列、振镜或者光纤。本发明利用光引导组件形成图案化的波长转换部，并将光引导组件设置在包含上述波长转换部的像素化波长转换装置中，其制造方法简单快速，有利于像素化波长转换元件的产业化。
Description
技术领域
本发明涉及一种像素化波长转换装置、像素化波长转换元件及其 制造方法，属于光传输技术领域。
背景技术
在目前显示领域的显示方法中，主要利用DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜元件)或LCD(Liquid Crystal Display， 液晶显示器)作为光调制器，对照明光进行调制从而得到图像光。然 而DMD技术掌握在美国企业手中，LCD技术掌握在日本企业手中，新企 业进入显示领域很难绕开该技术，不利于显示领域成本的降低。此外， 以DMD或LCD为技术基础的显示设备，均有其效率方面的缺陷，严重 制约了高亮度显示。
针对这一问题，市面上出现了一种适用于像素化的发光装置的波 长转换元件，包括波长转换材料及阻隔材料，波长转换材料被阻隔材 料彼此间隔开，形成像素点阵列，可以将入射光转换为另一波长分布 的光。专利文献WO 2016087600、DE 102013105533、CN201480060009 和CN106030836中提出了适用于像素化的发光装置的波长转换元件的 结构及其制备方法，上述波长转换元件制备时需要在阻隔材料上刻蚀 凹坑阵列然后填入波长转换材料，或者在波长转换材料上刻蚀凹坑阵 列然后填入阻隔材料，由于要求单个凹坑尺寸在几十到几百微米，通 常需要使用精密机械加工、激光刻蚀或烧结等方法来加工出凹坑阵列， 加工过程复杂且对设备要求较高，如CN106030836中采用的共同烧结 的方案会因材料烧结的收缩率不同，导致最后荧光芯片上像素化点阵 的位置与预设的位置不同，存在偏差，会导致产品使用出现问题，尤 其在光学领域内，这种偏差的影响很严重。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种 像素化波长转换装置、像素化波长转换元件及其制造方法，通过光引 导组件形成图案化的波长转换部，并将光引导组件设置在包含上述波 长转换部的像素化波长转换装置中，其制造方法简单快速，成本较低， 有利于像素化波长转换元件的产业化，同时由于制造过程中的光引导 组件与像素化波长转换元件的波长转换部一一对应，避免了器件组装 过程中的需一一对准的问题。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种像素化波长转换元件的制造方法，所述制造方法 包括：
S10：将由发光材料和第一固化胶均匀混合形成的第一浆料涂在衬 底上，形成波长转换层；
S20：将固化光通过光引导组件引导至波长转换层的部分表面，以 固化部分波长转换层；
S30：清洗未固化的波长转换层，在衬底上形成多个间隔排列的波 长转换部；
S40：将由散射颗粒和第二固化胶均匀混合形成的第二浆料涂在衬 底设置波长转换部的一侧；固化第二浆料，形成阻隔部；
其中，所述光引导组件为微透镜阵列、振镜或者光纤。
优选地，所述发光材料为稀土荧光粉或量子点；所述第一固化胶 为紫外固化胶、可见光固化胶或高能射线固化胶；所述散射颗粒为TiO2、 Al2O3、MgO及BaSO4粒子中的一种或多种；所述第二固化胶为紫外固化 胶、可见光固化胶、高能射线固化胶或热固化胶；所述衬底的材质为 聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或 蓝宝石。
为了使波长转换部尽量小，在S20中，所述光引导组件为微透镜 阵列，所述微透镜阵列与波长转换部之间的距离由波长转换部的大小 决定。
为了得到反射式的像素化波长转换元件，在S40中，所述阻隔部 高度高于波长转换部的高度，所述波长转换部远离衬底的一面被阻隔 部完全覆盖。
为了得到透射式的像素化波长转换元件，在S40中，所述阻隔部 高度与波长转换部的高度相同，所述阻隔部远离衬底的一面与波长转 换部远离衬底的一面共面，在S40之后，将衬底剥离阻隔部及波长转 换部。
本发明还提供一种像素化波长转换元件，所述像素化波长转换元 件包括衬底，所述衬底上设置多个间隔排列的波长转换部以及设置在 多个波长转换部之间间隙的阻隔部，所述阻隔部的高度高于波长转换 部的高度，所述波长转换部远离衬底的一面被阻隔部完全覆盖。
优选地，所述波长转换部在400nm-800nm的波长范围内的透过率 ≥70％；第二固化胶为紫外固化胶、可见光固化胶或高能射线固化胶， 阻隔部在400nm-800nm的波长范围内的透过率＜50％，且≥0％；或者， 第二固化胶为热固化胶，所述阻隔部在400nm-800nm的波长范围内的 透过率为0。
本发明还提供另一种像素化波长转换元件，所述像素化波长转换 元件包括多个间隔排列的波长转换部、以及设置在多个波长转换部之 间间隙的阻隔部，所述阻隔部的高度与波长转换部的高度相同，二者 共面。
优选地，所述波长转换部在400nm-800nm的波长范围内的透过率 ≥70％；第二固化胶为紫外固化胶、可见光固化胶或高能射线固化胶， 阻隔部在400nm-800nm的波长范围内的透过率＜50％，且≥0％；或者， 第二固化胶为热固化胶，所述阻隔部在400nm-800nm的波长范围内的 透过率为0。
本发明还提供一种像素化波长转换装置，包括壳体，所述壳体内 设有光学组件和像素化波长转换元件，所述像素化波长转换元件为应 用如上所述制造方法制造的像素化波长转换元件，所述光学组件为如 上所述的光引导组件。
综上所述，本发明通过光引导组件形成图案化的波长转换部，并 将光引导组件设置在包含上述波长转换部的像素化波长转换装置中， 其制造方法简单快速，成本较低，有利于像素化波长转换元件的产业 化，同时由于制造过程中的光引导组件与像素化波长转换元件的波长 转换部一一对应，避免了器件组装过程中的需一一对准的问题。
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说 明。
附图说明
图1为本发明像素化波长转换装置的结构示意图；
图2为本发明像素化波长转换元件的结构示意图；
图3为图2的A-A向剖视图；
图4为本发明像素化波长转换元件另一实施例的剖视图；
图5为本发明像素化波长转换元件制造方法流程示意图。
具体实施方式
图1为本发明像素化波长转换装置的结构示意图；图2为本发明 像素化波长转换元件的结构示意图；图3为图2的A-A向剖视图；图4 为本发明像素化波长转换元件另一实施例的剖视图。如图1至图4所 示，本发明提供一种像素化波长转换装置、像素化波长转换元件，所 述像素化波长转换装置包括壳体，所述壳体内设有光引导组件100和 像素化波长转换元件，所述光引导组件100用于将入射光引导至像素 化波长转换元件上的特定位置，从而将入射光转换为另一波长的光。
像素化波长转换元件包括衬底210，衬底210上设置多个间隔排 列的波长转换部220，多个所述波长转换部220可以线性排列成矩形(如 图2所示)，也可以是环形排列成圆形(图中未示出)，或者其他任意 形状，与之对应的，所述波长转换部220的形状可以为方形，也可以 为扇形或圆环形，本领域技术人员可以根据实际需要进行设计，本发 明并不以此为限。像素化波长转换元件还包括阻隔部230，所述阻隔部 230填充于多个波长转换部220之间的间隙，所述阻隔部230的高度可 以高于波长转换部220的高度，即多个间隔排列的波长转换部220位 于所述阻隔部230与衬底210之间，所述波长转换部220远离衬底210的一面被阻隔部230完全覆盖，从而得到反射式的像素化波长转换元 件(如图3所示)。或者，所述阻隔部230’的高度与波长转换部220 的高度相同，即阻隔部230’远离衬底210的一面与波长转换部220远 离衬底210的一面共面，从而可以通过进一步的加工(如剥离衬底210) 得到透射式的像素化波长转换元件(如图4所示)。
所述波长转换部220包括发光材料和第一固化胶，其中，发光材 料可以为常用的稀土荧光粉或量子点等，优选为稀土荧光粉。第一固 化胶可以采用紫外固化胶、可见光固化胶及高能射线固化胶等，且第 一固化胶不与发光材料发生反应。例如，当采用紫外固化胶时，通过 控制发光材料和紫外固化胶的比例，将波长转换部220在400nm-800nm 的波长范围内的透过率控制在70％以上，更优选在80％以上，从而保证 紫外光充分进入到未固化的波长转换部220中，使深层的波长转换部 220得到固化。
所述阻隔部230、230’包括散射颗粒和第二固化胶。类似的，第 二固化胶可以采用紫外固化胶、可见光固化胶及高能射线固化胶等。 所述散射颗粒可以为TiO2、Al2O3、MgO、BaSO4等粒子中的一种或多种。 由于阻隔部230、230’的透光率过低不利于固化，过高不利于阻挡光 线，因此，需要将散射颗粒添加至固化胶中，以控制其透光率，优选 地，散射颗粒为白色，阻隔部230、230’在400nm-800nm的波长范围 内的透过率＜50％，且≥0％。
需要补充的是，所述第二固化胶还可以为热固化胶，所述热固化 胶不与散射颗粒发生反应，且可以在不损坏已经固化的波长转换部220 的温度下固化，即其固化温度不高于损坏波长转换部220的温度。由 于热固化胶无需光线或射线固化工序，当选用热固化胶时，阻隔部230、 230’在400nm-800nm的波长范围内的透过率＜50％，优选地透过率为0。
所述衬底210优选为蓝宝石衬底，即蓝宝石衬底可以同时作为蓝 光入射面和黄光出射面，进一步地，可在蓝宝石表面镀光学膜来进一 步改善该像素化波长转换元件的光学性质。另外，还使用PET(聚对苯 二甲酸乙二醇酯)、PVC(聚氯乙烯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或PC (聚碳酸酯)等透明有机膜代替蓝宝石作为衬底210，由此可得到柔性 像素化波长转换元件，本发明并不以此为限。
所述光引导组件100被设置为将入射光引导至像素化波长转换元 件上的多个波长转换部220。所述光引导组件100可以为微透镜阵列、 振镜或者光纤。可以理解的是，振镜可以是阵列的多个振镜系统，例 如DMD芯片，也可以是单独的振镜，例如扫描振镜。
图5为本发明像素化波长转换元件制造方法流程示意图。如图5 所示，本发明还提供一种像素化波长转换元件的制造方法，所述制造 方法包括：
S10：将由发光材料和第一固化胶均匀混合形成的第一浆料涂在衬 底210上，形成波长转换层；
S20：将固化光通过光引导组件100引导至波长转换层的部分表 面，以固化部分波长转换层；
S30：清洗未固化的波长转换层，在衬底210上形成多个间隔排列 的波长转换部220；
S40：将由散射颗粒和第二固化胶均匀混合形成的第二浆料涂在衬 底210设置波长转换部220的一侧；固化第二浆料，形成阻隔部230。
具体来说，在步骤10中，可以选用稀土荧光粉作为发光材料，蓝 宝石作为衬底210，第一固化胶可以由紫外固化胶的单体、光引发剂、 助剂、预聚物均匀混合而成，其中紫外固化胶的单体、光引发剂、助 剂、预聚物的选择需保证与稀土荧光粉不发生反应，例如，所述单体 可以为丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸羟乙酯或四氢呋喃丙烯酸酯，所 述光引发剂可以为1-羟基-环已基-苯基甲酮、安息香双甲醚或苯偶酰 缩酮，所述助剂包括稳定剂和流平剂，所述稳定剂可以为2-羟基-4- 正辛氧基二苯甲酮或2-羟基-4-甲氧基-5磺基二苯甲酮，所述流平剂 可以为聚硅氧烷丙烯酸酯；第一固化胶中其余为预聚物，所述预聚物 可以为聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或聚酯丙烯酸 酯。
为了使稀土荧光粉和第一固化胶在固化后其400nm-800nm的波长 范围内的透过率控制在70％以上，发光材料的含量控制在第一浆料的 50％(体积)以上。由发光材料和第一固化胶均匀混合形成的第一浆料 可以通过刮涂或旋涂等方式涂在蓝宝石衬底上，得到波长转换层。
在步骤20中，可以选用微透镜阵列作为光引导组件100，在波长 转换层上方放置微透镜阵列，其中微透镜阵列中透镜的数目与位置需 要与像素化波长转换元件中的波长转换部220的数目与位置对应，微 透镜阵列与波长转换部220之间的距离可以根据实际需要进行调整， 例如，当需要具有一定尺寸大小的波长转换部220时，可以根据具体 尺寸调整微透镜阵列与波长转换部220之间的距离，以形成对应尺寸 的光斑，当需要尽量小的波长转换部220时，可以将波长转换层设置 在微透镜阵列的焦平面处，即所述微透镜阵列与波长转换部220之间 的距离由波长转换部的大小决定。借助上述设置，通过光引导组件100将固化光引导至波长转换层的部分表面，以固化部分波长转换层，为 之后形成多个间隔排列的波长转换部做准备。与第一固化胶对应，所 述固化光可以为紫外光、可见光以及高能射线。
另外，为了避免波长转换层不能得到充分的光照，还可以再增设 一组光引导组件，具体来说，两组光引导组件以波长转换层为中心对 称设置，使得同一个波长转换部220被来自两侧的光同时照射，在避 免上述的问题的同时，还提高了生产效率。
由于本实施例中选用紫外固化胶作为第一固化胶，此时选用一束 平行的紫外光对波长转换层进行固化，紫外光经微透镜阵列后在波长 转换层上形成与微透镜数目相等的光斑阵列，波长转换层在这些光斑 阵列的作用下固化。类似的，若采用振镜作为光引导组件100，可以选 用紫外激光光源利用振镜使激光偏转到波长转换层的特定位置使得特定位置处的波长转换层固化；或者，若采用光纤作为光引导组件100， 可以将紫外激光耦合进入光纤，通过光纤扫描使得特定位置处的波长 转换层固化。光的强度和照射时间要根据紫外固化胶的成份确定，优 选地，照射时间为5s-300s以上。
需要补充的是，通过调控被微透镜阵列引导至波长转换层上的紫 外光光斑的大小可以调控波长转换部220的横截面尺寸，通过调节紫 外光的强度和照射时间可调控波长转换部220的厚度，通过调控微透 镜阵列中微透镜的尺寸可以调节多个波长转换部220之间间隙的尺寸。
在步骤30中，清洗的方式有多种，例如可以在酒精中利用超声清 洗的方式去除未固化部分即可在蓝宝石衬底上的波长转换层，以得到 阵列化的波长转换部220。
在步骤40中，选用TiO2粒子作为散射颗粒，采用由紫外固化胶的 单体、光引发剂、助剂、预聚物均匀混合而成的紫外固化胶作为第二 固化胶，将其与散射颗粒均匀混合形成的第二浆料，散射颗粒的含量 可以根据需要的透光率进行选择，优选地，散射颗粒的含量控制在第 二固化胶的15％-25％(体积)。由散射颗粒和紫外固化胶均匀混合形成 的第二浆料可以同样通过刮涂或旋涂等方式涂在蓝宝石衬底设有波长 转换部220的一侧。
需要补充的是，在步骤40中，可以将第二浆料仅涂在多个波长转 换部220之间的间隙内，并使得第二浆料的高度与波长转换部220的 高度相同，从而经固化后剥离衬底210以得到透射式的像素化波长转 换元件；或者，也可以将第二浆料涂在多个波长转换部220之间的间 隙后，继续涂覆，使得第二浆料完全覆盖波长转换部220，从而在固化 后得到反射式的像素化波长转换元件。
通过上述方法得到的像素化波长转换元件中蓝宝石所在面可以同 时作为蓝光入射面和黄光出射面，进一步地，还可在蓝宝石表面镀光 学膜来改善该像素化波长转换元件的光学性质。
在完成像素化波长转换元件的制造后，可以将用于制造像素化波 长转换元件的光引导组件100作为像素化波长转换装置的光学组件， 由于所述像素化波长转换元件是利用上述光引导组件100制造，二者 之间可以完美匹配，避免了器件组装过程中需挑选光学组件的问题， 举例来说，当使用微透镜阵列作为光引导组件100时，微透镜阵列既 可以作为制备过程中的光引导组件，引导紫外光在波长转换层上形成 预定尺寸的光斑，也可以作为光学组件，配合制作完成的像素化波长 转换元件，收集从像素化波长转换元件中的各个波长转换部发射的光 线。
综上所述，本发明提供一种像素化波长转换装置、像素化波长转 换元件及其制造方法，通过光引导组件形成图案化的波长转换部，并 将光引导组件设置在包含上述波长转换部的像素化波长转换装置中， 其制造方法简单快速，成本较低，有利于像素化波长转换元件的产业 化，同时由于制造过程中的光引导组件与像素化波长转换元件的波长 转换部一一对应，避免了器件组装过程中的需一一对准的问题。
Claims (10)
1.一种像素化波长转换元件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
S10：将由发光材料和第一固化胶均匀混合形成的第一浆料涂在衬底(210)上，形成波长转换层；
S20：将固化光通过光引导组件(100)引导至波长转换层的部分表面，以固化部分波长转换层；
S30：清洗未固化的波长转换层，在衬底(210)上形成多个间隔排列的波长转换部(220)；
S40：将由散射颗粒和第二固化胶均匀混合形成的第二浆料涂在衬底(210)设置波长转换部(220)的一侧；固化第二浆料，形成阻隔部(230、230’)；
其中，所述光引导组件(100)为微透镜阵列、振镜或者光纤。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述发光材料为稀土荧光粉或量子点；所述第一固化胶为紫外固化胶、可见光固化胶或高能射线固化胶；所述散射颗粒为TiO2、Al2O3、MgO及BaSO4粒子中的一种或多种；所述第二固化胶为紫外固化胶、可见光固化胶、高能射线固化胶或热固化胶；所述衬底(210)的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或蓝宝石。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在S20中，所述光引导组件(100)为微透镜阵列，所述微透镜阵列与波长转换部(220)之间的距离由波长转换部的大小决定。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在S40中，所述阻隔部(230)高度高于波长转换部(220)的高度，所述波长转换部(220)远离衬底(210)的一面被阻隔部(230)完全覆盖。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在S40中，所述阻隔部(230’)高度与波长转换部(220)的高度相同，所述阻隔部(230’)远离衬底(210)的一面与波长转换部(220)远离衬底(210)的一面共面，在S40之后，将衬底(210)剥离阻隔部(230’)及波长转换部(220)。
6.一种应用如权利要求4中所述制造方法制造的像素化波长转换元件，其特征在于，所述像素化波长转换元件包括衬底(210)，所述衬底(210)上设置多个间隔排列的波长转换部(220)以及设置在多个波长转换部(220)之间间隙的阻隔部(230)，所述阻隔部(230)的高度高于波长转换部(220)的高度，所述波长转换部(220)远离衬底(210)的一面被阻隔部(230)完全覆盖。
7.如权利要求6所述的像素化波长转换元件，其特征在于，所述波长转换部(220)在400nm-800nm的波长范围内的透过率≥70％；第二固化胶为紫外固化胶、可见光固化胶或高能射线固化胶，阻隔部(230)在400nm-800nm的波长范围内的透过率＜50％，且≥0％；或者，第二固化胶为热固化胶，所述阻隔部(230)在400nm-800nm的波长范围内的透过率为0。
8.一种应用如权利要求5中所述制造方法制造的像素化波长转换元件，其特征在于，所述像素化波长转换元件包括多个间隔排列的波长转换部(220)、以及设置在多个波长转换部(220)之间间隙的阻隔部(230’)，所述阻隔部(230’)的高度与波长转换部(220)的高度相同，二者共面。
9.如权利要求8所述的像素化波长转换元件，其特征在于，所述波长转换部(220)在400nm-800nm的波长范围内的透过率≥70％；第二固化胶为紫外固化胶、可见光固化胶或高能射线固化胶，阻隔部(230’)在400nm-800nm的波长范围内的透过率＜50％，且≥0％；或者，第二固化胶为热固化胶，所述阻隔部(230’)在400nm-800nm的波长范围内的透过率为0。
10.一种像素化波长转换装置，包括壳体，所述壳体内设有光学组件和像素化波长转换元件，其特征在于，所述像素化波长转换元件为应用权利要求1中所述制造方法制造的像素化波长转换元件，所述光学组件为权利要求1中所述的光引导组件(100)。
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