CN110579933B - 波长转换元件、投影装置及波长转换元件的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种波长转换元件，包括基板、波长转换层以及漫反射层。波长转换层配置于基板上方。漫反射层配置于基板及波长转换层之间。漫反射层包括无机接着剂及多个漫反射粒子，多个漫反射粒子混合于无机接着剂。无机接着剂包括醇溶性无机接着剂或水溶性无机接着剂。本发明另提供一种使用上述的波长转换元件的投影装置，以及提供一种上述的波长转换元件的制造方法。
Description
技术领域
本发明是关于一种显示装置，特别是关于一种波长转换元件、使用此波长转换元件的投影装置以及波长转换元件的制作方法。
背景技术
投影装置所使用的光源种类随着市场对投影装置亮度、色彩饱和度、使用寿命、无毒环保等等要求，从超高压汞灯(UHP lamp)、发光二极管(light emitting diode,LED)进化到激光二极管(laser diode,LD)。
目前高亮度的红色激光二极管及绿色激光二极管的成本过高，为了降低成本，通常采用蓝色激光二极管激发荧光粉转轮上的荧光粉来产生黄光、绿光，再经由色轮(filterwheel)将所需的红光过滤出来，再搭配蓝色激光二极管发出的蓝光，而构成投影画面所需的红、绿、蓝三原色。
荧光粉转轮为目前采用激光二极管为光源的投影装置中极为重要的元件。然而，公知荧光粉转轮的荧光粉层为使用高透光硅胶混合荧光粉，由于高透光硅胶导热性差且耐温性低，故无法因应高功率的激光投影装置的需求。此外，公知荧光粉转轮中，漫反射材料需经大于400℃的高温固化而形成漫反射层，固化后的漫反射层具有较多孔隙，会造成荧光粉转轮反射率的下降。
本“背景技术”部分只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”中所揭露的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的公知技术。此外，在“背景技术”中所揭露的内容并不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种波长转换元件，可提升反射率。
本发明提供一种波长转换元件的制作方法，可提升波长转换元件的反射率。
本发明提供一种投影装置，可提升影像亮度。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明一实施例所提供的波长转换元件包括基板、波长转换层以及漫反射层。波长转换层配置于基板上方。漫反射层配置于基板及波长转换层之间。漫反射层包括无机接着剂及漫反射粒子，漫反射粒子混合于无机接着剂。无机接着剂包括醇溶性无机接着剂或水溶性无机接着剂。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明一实施例所提供的投影装置包括照明系统、光阀及投影镜头。照明系统适于提供照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，以将照明光束转换成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上。其中照明系统包括激发光源及上述之波长转换元件。激发光源适于提供激发光束。波长转换元件配置于激发光束的传递路径上，波长转换元件的波长转换层适于将激发光束转换成转换光束，而照明光束包括转换光束。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明一实施例所提供的波长转换元件的制作方法包括：将漫反射层形成于波长转换层的表面，以及将漫反射层粘接于基板。漫反射层包括无机接着剂及漫反射粒子，漫反射粒子混合于无机接着剂。无机接着剂包括醇溶性无机接着剂或水溶性无机接着剂。
本发明实施例的波长转换元件中，漫反射层包括无机接着剂及漫反射粒子，无机接着剂包括醇溶性无机接着剂或水溶性无机接着剂，由于使用上述配方的无机接着剂，其固化温度仅为200℃～300℃，相较于公知材料的固化温度需大于400℃，本发明实施例的漫反射层可改善高温(>400℃)烧结产生的细小孔隙及易吸附液体的特性，因此可提升波长转换元件的反射率。本发明实施例的波长转换元件的制作方法由于使用上述的无机接着剂，因此可以制作出上述的波长转换元件。本发明实施例的投影装置因使用上述的波长转换元件，因此可提升影像亮度。
为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例的波长转换元件的示意图。
图2是本发明一实施例的光线于波长转换元件上所形成的光斑的示意图。
图3A是公知的高温烧结的漫反射层的扫描式显微镜(SEM)影像图。
图3B是本发明一实施例的漫反射层的扫描式显微镜影像图。
图4是本发明一实施例的波长转换元件的制造方法的流程示意图。
图5A是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。
图5B是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。
图6是本发明一实施例的投影装置的方块示意图。
具体实施方式
有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1是本发明一实施例的波长转换元件的示意图。请参考图1，本实施例的波长转换元件100包括基板110、波长转换层120以及漫反射层130。波长转换元件100例如为片状元件，但不局限于此，在其他实施例中，波长转换元件100也可以是波长转换轮，而基板110例如为转盘。波长转换层120配置于基板110上方。漫反射层130配置于基板110及波长转换层120之间。漫反射层130例如包括无机接着剂及漫反射粒子，漫反射粒子混合于无机接着剂。无机接着剂例如包括醇溶性无机接着剂或水溶性无机接着剂，且无机接着剂的固化温度为200℃～300℃。
上述的基板110材料例如为金属，但不局限于此，金属例如包括铝、铝合金、铜、铜合金、氮化铝、碳化硅等。
上述的波长转换层120例如包括磷玻璃(phosphor in glass,PIG)、磷光体陶瓷(phosphor in ceramic,PIC)、多晶荧光片、单晶荧光片或磷硅胶(phosphor in silicon,PIS)，但不局限于此。
上述的醇溶性无机接着剂的成分例如包含硅氧烷以及金属氧化物。金属氧化物中所使用的金属例如为铝、钛、锆等。
上述的水溶性无机接着剂的成分例如包含硅溶胶、磷酸盐、玻璃胶、以及水玻璃至少其中之一。此类水溶性无机接着剂的性质例如为在固化前呈现透明液态，粘度小于1000cps，光线的穿透率大于90％。
上述的漫反射粒子的材料例如为白色粒子，并包括二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氮化硼及二氧化锆至少其中之一。
图2是本发明一实施例的光线于波长转换元件上所形成的光斑的示意图。请参考图1及图2，在将上述的波长转换层120及漫反射层130配置于基板110上时，波长转换层120及漫反射层130在平行于基板110的方向A上的宽度D(本实施例中两层的宽度相同，因此仅以D代表两层的宽度)皆需大于光线于波长转换元件100上形成的光斑S的长轴B(图2中以最上层的波长转换层120示意)，使得光线能照射于波长转换元件100上，以提升光的利用率。
本实施例中的漫反射层130包括无机接着剂及漫反射粒子，无机接着剂包括醇溶性无机接着剂或水溶性无机接着剂，上述配方的无机接着剂中具有羟基(-OH)，在固化升温的过程中，约在200℃～300℃的情况下，相邻的羟基会脱水并形成键结。举例而言，水溶性无机接着剂中的硅溶胶的胶体粒子表面具有大量的硅醇基(Si-OH)，在升温的过程中，胶体粒子会互相靠近，硅醇基中相邻的羟基会脱水而形成-Si-O-Si-键，达到固化的效果。此种方式的固化温度仅为200℃～300℃，相较于公知材料的固化温度需大于400℃，本发明实施例的漫反射层130可改善高温(>400℃)烧结产生的细小孔隙及易吸附液体的特性，因此可提升波长转换元件100的反射率。以本发明实施例而言，漫反射层130对于波长为400nm～700nm的光线的反射率为大于或等于92％。
图3A是公知的高温烧结的漫反射层的扫描式显微镜(SEM)影像图。图3B是本发明一实施例的漫反射层的扫描式显微镜影像图。请参考图3A及图3B，比较两图，本实施例的漫反射层130的孔隙少于公知的漫反射层的孔隙，使光线入射至漫反射层130时较易被反射，因此本实施例的漫反射层130可提升波长转换元件100的反射率。
为达到上述的漫反射效果，上述的漫反射层130在垂直于基板110的方向C上的厚度例如为0.03mm～0.15mm，漫反射粒子的粒径例如为5nm～500nm。此外，上述的无机接着剂占漫反射层130的体积比例如为10％～80％，重量百分比例如为30％～70％。
图4是本发明一实施例的波长转换元件的制造方法的流程示意图。请参考图1及图4，本实施例之波长转换元件100的制造方法包括以下步骤：进行步骤S101：将上述的漫反射层130形成于波长转换层120的表面。具体而言，例如是将漫反射层130涂布或印刷于波长转换层120的表面，再使漫反射层130在200℃～300℃的温度下进行固化。
接着，进行步骤S102：将漫反射层130粘接于基板110。具体而言，上述的波长转换元件100例如还包括中间介质层140，并藉由中间介质层140涂布于或印刷于漫反射层130的表面，将漫反射层130粘接于基板110。
上述的中间介质层140的材料例如包括硅胶、环氧树脂或导热胶。为达到上述较佳的漫反射效果，使用硅胶或环氧树脂时，其厚度例如小于或等于0.05mm；使用导热胶时，其厚度例如小于或等于0.15mm，并且漫反射层的导热系数需小于或等于中间介质层140的导热系数，使得入射光线的高能量产生的热能能够被导热胶传导，达到散热效果。
在制造上述的波长转换元件100时，漫反射层130与波长转换层120在平行于基板110的方向A上的宽度D可以是相同或不同，然而为达到较佳的漫反射效果，漫反射层130与波长转换层120两者的宽度比范围例如为0.7～1.5。此外，在包括中间介质层140的实施例中，中间介质层140在平行于基板110的方向A上的宽度D例如需大于漫反射层130的宽度D，以使漫反射层130粘接于基板110后波长转换元件100的整体结构更为稳固，或者，中间介质层140在平行于基板110的方向A上的宽度D例如需大于上述的光斑S的长轴B，以达到散热效果。以下将举例说明不同实施例中的涂布情况。
请先参考图1，图1的波长转换元件100中，波长转换层120、漫反射层130及中间介质层140在平行于基板110的方向A上的宽度D(以下简称为宽度)例如为相同。图5A是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。图5B是本发明又一实施例的波长转换元件的示意图。请参考图5A及图5B，在漫反射层130a的宽度D1小于波长转换层120的宽度D2的实施例中(图5A)，将中间介质层140a涂布于漫反射层130a时，例如中间介质层140a的周边可延伸包覆漫反射层130a的两侧边并直接涂布于波长转换层120，使得波长转换层120能更稳固的粘接于基板110，让波长转换元件100a的整体结构更稳定。而在漫反射层130b的宽度D3大于波长转换层120b的宽度D4的实施例中(图5B)，漫反射层130b涂布于波长转换层120b时，漫反射层130b的周边例如可包覆波长转换层120b的两侧边，如此亦能让波长转换元件100b的整体结构更稳定。
图6是本发明一实施例的投影装置的方块示意图。请参考图6，在本实施例中，上述的波长转换元件100例如为波长转换轮，其中的基板110例如为转盘。本实施例的投影装置1包括照明系统10、光阀20及投影镜头30。照明系统10适于提供照明光束L1。照明系统10包括激发光源11及上述的波长转换元件100(波长转换轮)。激发光源11适于提供激发光束Le。波长转换元件100配置于激发光束Le的传递路径上，且包括波长转换区(图未示)。波长转换区包括上述的波长转换层120及漫反射层130，波长转换元件100的波长转换区适于将激发光束Le转换成转换光束Lp，而照明光束L1即包括转换光束Lp，但不限于此。照明系统10可还包括其他光学元件，例如：合光元件、色轮、光均匀化元件及聚光透镜，以使照明光束L1传递至光阀20。光阀20配置于照明光束L1的传递路径上，以将照明光束L1转换成影像光束L2。光阀20可以是穿透式光阀或反射式光阀，其中穿透式光阀可以是液晶显示面板，而反射式光阀可以是数字微镜元件(digital micro-mirror device,DMD)或硅基液晶面板(liquidcrystal on silicon panel,LCoS panel)。依不同的设计架构，光阀的数量可为一个或多个。投影镜头30配置于影像光束L2的传递路径上，且用于使影像光束L2投射出投影装置1。
图6中是以图1的波长转换元件100为例，但波长转换元件100可替换成上述任一实施例的波长转换元件。
本实施例的投影装置1由于使用上述的可提升反射率的波长转换元件100、100a、100b，因此可提升影像亮度。举例而言，将使用材料为磷玻璃的波长转换层加本发明实施例的漫反射层130的波长转换元件100以及使用材料为磷玻璃的波长转换层加公知漫反射层的波长转换元件进行积分球亮度量测，本发明实施例的波长转换元件100相较于使用公知漫反射层的波长转换元件，亮度可以提升约3％。
综上所述，本发明实施例的波长转换元件中，漫反射层包括无机接着剂及漫反射粒子，无机接着剂包括醇溶性无机接着剂或水溶性无机接着剂，由于使用上述配方的无机接着剂，其固化温度仅为200℃～300℃，相较于公知材料的固化温度需大于400℃，本发明实施例的漫反射层可改善高温(>400℃)烧结产生的细小孔隙及易吸附液体的特性，因此可提升波长转换元件的反射率。本发明实施例的波长转换元件的制作方法由于使用上述的无机接着剂，因此可以制作出上述的波长转换元件。本发明实施例的投影装置因使用上述的波长转换元件，因此可提升影像亮度。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即所有依本发明权利要求书及发明内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要和题目仅是用来辅助专利文件搜索之用，并非用来限制本发明之权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记：
1：投影装置
10：照明系统
11：激发光源
20：光阀
30：投影镜头
100、100a、100b：波长转换元件
110：基板
120、120b：波长转换层
130、130a、130b：漫反射层
140、140a：中间介质层
A：平行方向
C：垂直方向
B：长轴
D、D1、D2、D3、D4：宽度
L1：照明光束
L2：影像光束
Le：激发光束
Lp：转换光束
S：光斑
S101、S102：步骤。
Claims (15)
1.一种波长转换元件，其特征在于，包括基板、波长转换层以及漫反射层：
所述波长转换层配置于所述基板上方；以及
所述漫反射层配置于所述基板及所述波长转换层之间，所述漫反射层包括无机接着剂及多个漫反射粒子，所述多个漫反射粒子混合于所述无机接着剂，所述无机接着剂包括醇溶性无机接着剂或水溶性无机接着剂，
其中，所述无机接着剂中具有羟基，且在200℃～300℃的固化温度，相邻的所述羟基脱水并形成键结。
2.如权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述无机接着剂为所述醇溶性无机接着剂，所述醇溶性无机接着剂的成分包含硅氧烷以及金属氧化物。
3.如权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述无机接着剂为所述水溶性无机接着剂，所述水溶性无机接着剂的成分包括硅溶胶、磷酸盐至少其中之一。
4.如权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述波长转换元件还包括中间介质层，配置于所述基板及所述漫反射层之间。
5.如权利要求4所述的波长转换元件，其特征在于，所述中间介质层的材料包括硅胶、环氧树脂或导热胶。
6.如权利要求5所述的波长转换元件，其特征在于，所述漫反射层的导热系数小于或等于所述中间介质层的导热系数。
7.如权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述多个漫反射粒子的材料包括二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氮化硼及二氧化锆至少其中之一。
8.如权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述漫反射层与所述波长转换层在平行于所述基板的方向上的宽度比为0.7～1.5。
9.如权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述波长转换层包括磷玻璃、磷光体陶瓷、多晶荧光片、单晶荧光片或磷硅胶。
10.如权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述波长转换元件为波长转换轮，所述基板为转盘。
11.一种投影装置，其特征在于，包括照明系统、光阀及投影镜头，
所述照明系统适于提供照明光束，
所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，以将所述照明光束转换成影像光束，
所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，
其中所述照明系统包括激发光源及波长转换元件：
所述激发光源适于提供激发光束；以及
所述波长转换元件配置于所述激发光束的传递路径上，且其中所述波长转换元件包括基板、波长转换层以及漫反射层，所述波长转换元件的所述波长转换层适于将所述激发光束转换成转换光束，而所述照明光束包括所述转换光束：
所述波长转换层配置于所述基板上方；以及
所述漫反射层配置于所述基板及所述波长转换层之间，所述漫反射层包括无机接着剂及多个漫反射粒子，所述多个漫反射粒子混合于所述无机接着剂，所述无机接着剂包括醇溶性无机接着剂或水溶性无机接着剂，
其中，所述无机接着剂中具有羟基，且在200℃～300℃的固化温度，相邻的所述羟基脱水并形成键结。
12.一种波长转换元件的制作方法，其特征在于，包括：
将漫反射层形成于波长转换层的表面，所述漫反射层包括无机接着剂及多个漫反射粒子，所述多个漫反射粒子混合于所述无机接着剂，所述无机接着剂包括醇溶性无机接着剂或水溶性无机接着剂；以及
将所述漫反射层粘接于基板，
其中，将所述漫反射层形成于所述波长转换层的所述表面的方法包括：
将所述漫反射层涂布或印刷于所述波长转换层的所述表面；以及
使所述漫反射层在200℃～300℃的温度下进行固化，
其中，所述无机接着剂中具有羟基，相邻的所述羟基脱水并形成键结。
13.如权利要求12所述的波长转换元件的制作方法，其特征在于，所述无机接着剂为所述醇溶性无机接着剂，所述醇溶性无机接着剂的成分包含硅氧烷以及金属氧化物。
14.如权利要求12所述的波长转换元件的制作方法，其特征在于，所述无机接着剂为所述水溶性无机接着剂，所述水溶性无机接着剂的成分包括硅溶胶、磷酸盐至少其中之一。
15.如权利要求12所述的波长转换元件的制作方法，其特征在于，将所述漫反射层粘接于所述基板的方法包括藉由中间介质层将所述漫反射层粘接于所述基板。
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