CN113568262A

CN113568262A - 波长转换装置及其制造方法

Info

Publication number: CN113568262A
Application number: CN202010353868.5A
Authority: CN
Inventors: 陈怡华; 谢启堂
Original assignee: Coretronic Corp
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2020-04-29
Filing date: 2020-04-29
Publication date: 2021-10-29
Also published as: US12044868B2; US20210341656A1

Abstract

本发明涉及一种波长转换装置及其制造方法。所述制造方法包括：混合荧光材料、结合材料以及溶剂，以形成混合溶液。荧光材料的体积百分浓度为50％～80％，结合材料的体积百分浓度为10％～40％，且溶剂的体积百分浓度为10％～30％。涂布混合溶液于基板上。在第一温度下对混合溶液进行热处理，以形成波长转换层。第一温度高于溶剂的沸点，且波长转换层具有10％～30％的孔隙率。利用本发明的制造方法制造的波长转换装置具有较佳的韧性，且可提供稳定的光学质量并提升影像亮度。

Description

波长转换装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光学装置及其制造方法，且特别涉及一种波长转换装置及其制造方法。

背景技术

波长转换层(例如，荧光陶瓷片)一般经压模成型，故具有极低的孔隙率(小于3％)，使得其较脆而韧性较不良。如此生产的波长转换层除了易在生产过程中破裂外，亦无法贴附于具有弯曲表面的基板。再者，当使用此波长转换层的投影机为大功率投影机时，波长转换层产生的热量能可能由于较为致密的结构而造成热震效应，进而造成破裂的情形。此外，由于现有技术的波长转换层的制造流程较为复杂，故不同批次的波长转换层的质量不一，使所发出的光束的亮度差异较大。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中普通技术人员所知道的常规技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，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，在本发明申请前已被所属技术领域中普通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装置的制造方法，其制造出的波长转换层具有较佳的韧性，且使用此波长转换装置的投影机具有稳定的光学质量并提升影像亮度。

本发明提供一种波长转换装置，其中的波长转换层具有较佳的韧性。

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。

为达成上述的一或部份或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种波长转换装置的制造方法，其包括以下步骤：混合荧光材料、结合材料以及溶剂，以形成混合溶液。荧光材料的体积百分浓度为50％～80％，结合材料的体积百分浓度为10％～40％，且溶剂的体积百分浓度为10％～30％。涂布混合溶液于基板上。在第一温度下对混合溶液进行热处理，以形成波长转换层。第一温度高于溶剂的沸点，且波长转换层具有10％～30％的孔隙率。

为达成上述的一或部份或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种波长转换层，其包括基板以及波长转换层。波长转换层设置于基板上。波长转换层包括荧光材料以及结合材料，且具有10％～30％的孔隙率。

基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。本发明的实施例的波长转换层具有较大的孔隙率(10％～30％)，因此，当波长转换层经受外界撞击或碰撞时，细微裂纹较不易扩散。该波长转换层具有较佳的韧性，其在贴附于弯曲表面时较不易产生裂纹。此外，本实施例的波长转换装置的制造过程简易，采用本发明实施例的波长转换模块的投影机可具有较稳定的光学质量并提升影像亮度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的波长转换装置的制造方法的示意流程图。

图2为本发明一实施例的波长转换装置的局部剖面示意图。

附图标记说明

10:波长转换装置

100:基板

200:波长转换层

200H:坑洞

200P:孔隙

202、302:表面

210:荧光材料

220:结合材料

300:填补层

400:抗反射层

S100、S110、S120、S130、S140:步骤。

具体实施方式

以下将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。本发明也可以各种不同的形式体现，而不应限于本文中所述的实施例。附图中的层与区域的厚度会为了清楚起见而放大。相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件，以下段落将不再一一赘述。另外，实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

请参照图1，在步骤S100中，混合荧光材料、结合材料以及溶剂，以形成混合溶液。在一些实施例中，荧光材料、结合材料与溶剂在混合溶液中的比例如下：荧光材料的体积百分浓度为50％～80％，结合材料的体积百分浓度为10％～40％，且溶剂的体积百分浓度为10％～30％。具体而言，荧光材料的体积百分浓度例如为50％、65％或80％。结合材料的体积百分浓度例如为10％、15％、20％、30％或40％。例如，溶剂的体积百分浓度为10％、15％、20％、25％或30％。荧光材料可例如是无机荧光材料，本发明对此不作限制。在一些实施例中，荧光材料包括多个荧光粒子。在进一步的实施例中，荧光材料的颗粒例如具有5μm～30μm的粒径。结合材料亦可例如是无机材料。举例而言，结合材料可包括玻璃、陶瓷或其组合。在一些实施例中，结合材料可呈粉状，且该粉状材料的颗粒具有0.5μm～5μm的粒径。在一些实施例中，溶剂包括酯类溶剂。举例而言，溶剂可包括醋酸乙酯、醋酸丁酯、醚醋酸酯或其组合，但本发明对此不作限制。

在步骤S110中，涂布混合溶液于基板上。在一些实施例中，涂布混合溶液于基板上的方法例如可包含进丝网印刷法、点胶法、刮涂法或喷涂法，本发明对此不作限制。

在步骤S120中，在第一温度下对混合溶液进行热处理，以形成波长转换层。在一些实施例中，热处理可例如在大气环境下以阶梯升温的方式进行烧结，以使溶剂从混合溶液中挥发。第一温度需至少高于溶剂的沸点。在一些实施例中，第一温度可为500℃～1700℃，但本发明对此不作限制。在对混合溶液进行热处理后，结合材料可熔化变形，从黏结荧光材料以及基板，藉此形成具有板状结构的波长转换层，另外，溶剂在热处理过程中挥发，藉此可在波长转换层中产生诸多孔隙。在一些实施例中，波长转换层具有10％～30％的孔隙率，例如孔隙率可为10％、15％、20％、25％或30％。在本实施例中，荧光材料与溶剂在混合溶液中占有的比例会影响波长转换层的孔隙率。详细地说，荧光材料在混合溶液中占有的比例越大，亦即，混合溶液包含较多的荧光粒子，在多个荧光粒子之间产生的孔隙也越多，进而使得波长转换层具有较大的孔隙率。另外，溶剂在混合溶液中占有的比例越大，亦即，混合溶液包含较多的溶剂，当混合溶液经热处理后，由于溶剂挥发而留下来的孔隙越多，或者孔隙体积亦越大，进而使得波长转换层具有较大的孔隙率。再者，荧光材料的颗粒的粒径亦可影响波长转换层的孔隙率，详细地说，荧光材料的颗粒的粒径越大，在相邻的荧光粒子之间产生的孔隙亦越大，进而使得波长转换层具有较大的孔隙率。

基于此，相较于常规技术的波长转换层的孔隙率(例如小于3％)，本实施例的波长转换层具有较大的孔隙率(例如10％～30％)。因此，当波长转换层经受外界撞击或碰撞时，细微裂纹较不易扩散。再者，该波长转换层中的孔隙可用以缓冲撞击或碰撞，因此使得波长转换层具有较佳的韧性，其在贴附于弯曲表面时较不易产生裂纹。

在步骤S120后，可根据需求而选择性地进行以下步骤，但本发明不以此为限。

请继续参照图1，在步骤S130中，在波长转换层远离基板的表面上形成填补层。在一些实施例中，由于溶剂挥发，故在波长转换层的表面可具有凹凸不平的坑洞。在步骤130中，在波长转换层的远离基板的表面上可形成填补层，以填补这些坑洞。该步骤130例如可包含在波长转换层远离基板的表面上涂布填补材料层。在一些实施例中，填补材料层的材料为无机材料。举例而言，填补材料层的材料可为玻璃粉或玻璃溶液，本发明对此不作限制。步骤130例如还可包含在第二温度下对填补材料层进行热处理，以使填补材料层固化而形成填补层。在进一步的实施例中，第二温度可例如等于或低于第一温度，例如，第二温度可为500℃～1700℃。

在一些实施例中，填补层例如对于可见光具有较大的穿透率，以避免影响波长转换层的光转换效率。填补层填补波长转换层表面上的坑洞，故当激光源(laser lightsource)(图未示)发射激发光束至波长转换层时，能量较不易在填补层中累积，藉此可提升波长转换层的光学转换率。再者，填补层具有良好的平坦性，以利于后续欲形成的构件配置于波长转换层远离基板的表面上。在进一步的实施例中，相较于上述波长转换层，填补层较致密，例如填补层可具有小于3％的孔隙率。在一些实施例中，填补层可具有3μm～15μm的厚度。

在步骤S140中，在填补层远离波长转换层的表面上形成抗反射层。在一些实施例中，抗反射层例如可通过在填补层的表面上涂布一层反射率较低的薄膜而形成。基于此，可减少激光源发射的激发光束的反射率，使得从不同角度入射的激发光束都能有效的传递至波长转换层，进而提升波长转换层的光转换效率。

本实施例的波长转换装置的制造方法虽然是以上述方法为例进行说明，但本发明的波长转换装置的制造方法并不以此为限。

以下列举一些例示性实施例来说明本实施例的波长转换装置与常规技术的波长转换装置的差异。在本发明实施例的波长转换装置及常规技术的波长转换装置中，波长转换层中被设计成利用蓝光激发后获得白光、绿光与黄光，举例而言，可在波长转换装置中设置三种不同的荧光材料。

表1列举本发明诸多实施例的波长转换装置的白光亮度、绿光亮度、及黄光亮度。表2列举各实施例波长转换装置的最大亮度差异。表3列举诸多常规技术的波长转换装置的白光亮度、绿光亮度、及黄光亮度。表4列举各常规技术的波长转换装置的最大亮度差异。

表1

表2

表3

表4

从表1至表4可看出，在常规技术中，投影机使用波长转换装置产生的最大影像亮度差异至少大于5％。相对地，本发明的实施例的波长转换层具有较大的孔隙率(10％～30％)，且制造方法简易。根据本发明的实施例，在进行多次批量生产时，应用不同批次生产的波长转换层的投影机可具有近似的亮度(亮度差异小于3％)，使得此投影机具有稳定的质量并提升影像亮度。

图2为本发明一实施例的波长转换装置的局部剖面示意图。图2的实施例沿用图1的实施例的部分内容，且省略了相同技术内容的说明，关于省略部分的说明可参考前述实施例描述与效果，下述实施例不再重复赘述。另外，在图2中采用相同或近似的标记来表示相同或近似的元件。

请参照图2，本实施例的波长转换装置10包括基板100、波长转换层200、填补层300以及抗反射层400。在一些实施例中，基板100的材料可例如为铝、铝合金、铜、铜合金、氮化铝或碳化硅，以具有良好的导热率与耐热性。波长转换层200例如设置于基板100上。在一些实施例中，波长转换层200包括上荧光材料210以及结合材料220，其中荧光材料210占波长转换层200的50％～80％的体积，举例而言，荧光材料210占波长转换层200的体积百分比例如为50％、65％或80％。结合材料220占波长转换层200的10％～40％的体积，例如，结合材料220占波长转换层200的体积百分比例如为10％、15％、20％、30％或40％。进一步讲，荧光材料210的颗粒具有5μm～30μm的粒径，且结合材料220的颗粒具有0.5μm～5μm的粒径。波长转换层200远离基板100的表面202上例如具有多个坑洞200H，此是因原本占据坑洞200H的溶剂在波长转换层200的制造过程中经受热处理而挥发所产生。此外，在波长转换层200中亦具有多个孔隙200P，且波长转换层200具有10％～30％的孔隙率。填补层300例如设置于波长转换层200远离基板100的表面202上，以填补坑洞200H。在一些实施例中，填补层300具有小于3％的孔隙率且具有3μm～15μm的厚度。抗反射层400例如设置于填补层300远离波长转换层200的表面302上，以用于减少激光源发射的激发光束发射至波长转换装置10时的反射率。

需注意的是，尽管以上描述本实施例的波长转换装置10包括有基板100、波长转换层200、填补层300以及抗反射层400，但本发明不以此为限。举例而言，在基板100与波长转换层200之间还可设置有反射层，以将穿过波长转换层200的光束反射回波长转换层200，进而提升波长转换层200的光转换效率。或者，波长转换装置亦可不设置填补层300以及抗反射层400。

综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。本发明的实施例的波长转换层具有较大的孔隙率(10％～30％)，因此，当波长转换层经受外界撞击或碰撞时，细微裂纹较不易扩散。该波长转换层具有较佳的韧性，其在贴附于弯曲表面时较不易产生裂纹。此外，本实施例的波长转换装置的制造过程简易，采用本发明实施例的波长转换模块的投影机可具有较稳定的光学质量并提升影像亮度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明专利的权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求的方案不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。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。

Claims

1.一种波长转换装置的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

混合荧光材料、结合材料以及溶剂，以形成混合溶液，其中所述荧光材料的体积百分浓度为50％～80％，所述结合材料的体积百分浓度为10％～40％，且所述溶剂的体积百分浓度为10％～30％；

涂布所述混合溶液于基板上；以及

在第一温度下对所述混合溶液进行热处理，以形成波长转换层，其中所述第一温度高于所述溶剂的沸点，且所述波长转换层具有10％～30％的孔隙率。

2.根据权利要求1所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，所述结合材料包括玻璃、陶瓷或其组合。

3.根据权利要求1所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，所述溶剂包括酯类溶剂。

4.根据权利要求3所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，所述酯类溶剂包括醋酸乙酯、醋酸丁酯、醚醋酸酯或其组合。

5.根据权利要求1所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，涂布所述混合溶液于所述基板上的方法包括进行丝网印刷法、点胶法、刮涂法或喷涂法。

6.根据权利要求1所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，所述第一温度为500℃～1700℃。

7.根据权利要求1所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，在大气环境下对所述混合溶液进行所述热处理。

8.根据权利要求1所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，所述荧光材料具有5μm～30μm的粒径，且所述结合材料具有0.5μm～5μm的粒径。

9.根据权利要求1所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，所述荧光材料的体积百分浓度为65％。

10.根据权利要求1所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，所述结合材料的体积百分浓度为15％、20％或30％。

11.根据权利要求1所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，所述溶剂的体积百分浓度为15％、20％或25％。

12.根据权利要求1所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，在所述第一温度下对所述混合溶液进行所述热处理之后，还包括在所述波长转换层远离所述基板的表面上形成填补层。

13.根据权利要求12所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，形成所述填补层的步骤包括：

在所述波长转换层远离所述基板的所述表面上涂布填补材料层；以及

在第二温度下对所述填补材料层进行所述热处理，其中所述第二温度等于或低于所述第一温度。

14.根据权利要求12所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，所述填补材料层的材料包括玻璃。

15.根据权利要求12所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，所述填补层具有小于3％的孔隙率且具有3μm～15μm的厚度。

16.根据权利要求12所述的波长转换装置的制造方法，其特征在于，在所述波长转换层远离所述基板的所述表面上形成所述填补层之后，还包括在所述填补层远离所述波长转换层的表面上形成抗反射层。

17.一种波长转换装置，其特征在于，所述波长转换装置包括：

基板；以及

波长转换层，设置于所述基板上，

其中所述波长转换层包括荧光材料以及结合材料，且所述波长转换层具有10％～30％的孔隙率。

18.根据权利要求17所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换层的所述孔隙率为15％、20％或25％。

19.根据权利要求17所述的波长转换装置，其特征在于，所述荧光材料具有5μm～30μm的粒径，且所述结合材料具有0.5μm～5μm的粒径。

20.根据权利要求17所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换装置还包括填补层，所述填补层设置于所述波长转换层远离所述基板的表面上。

21.根据权利要求20所述的波长转换装置，其特征在于，所述填补层具有小于3％的孔隙率且具有3μm～15μm的厚度。

22.根据权利要求20所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换装置还包括抗反射层，所述抗反射层设置于所述填补层远离所述波长转换层的表面上。