TWI683876B - 波長轉換元件、投影裝置及波長轉換元件的製作方法 - Google Patents
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Abstract
一種波長轉換元件，包括基板、波長轉換層以及反射層。波長轉換層配置於基板上。反射層配置於基板及波長轉換層之間。反射層包括多個漫反射粒子及第一有機接著劑。多個漫反射粒子混合於第一有機接著劑。第一有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺（aromatic polyimide）。本發明另提供一種使用上述的波長轉換元件的投影裝置，以及提供一種上述的波長轉換元件的製造方法。本發明的波長轉換元件可提升剪切強度、拉伸強度及疲勞強度等機械性質、耐溫性及反射率，並可改善吸濕率。本發明的投影裝置可改善影像亮度下降的情況。
Description
本發明是關於一種顯示裝置，特別是關於一種波長轉換元件、使用此波長轉換元件的投影裝置以及波長轉換元件的製作方法。
投影裝置所使用的光源種類隨著市場對投影裝置亮度、色彩飽和度、使用壽命、無毒環保等等要求，從超高壓汞燈(UHP lamp)、發光二極體(light emitting diode,LED)進化到雷射二極體(laser diode,LD)。
目前高亮度的紅色雷射二極體及綠色雷射二極體的成本過高，為了降低成本，通常採用藍色雷射二極體激發螢光粉轉輪上的螢光粉來產生黃光、綠光，再經由色輪(filter wheel)將所需的紅光過濾出來，再搭配藍色雷射二極體發出的藍光，而構成投影畫面所需的紅、綠、藍三原色。
螢光粉轉輪為目前採用雷射二極體為光源的投影裝置中極為重要的元件。然而，習知的螢光粉轉輪使用高透光矽膠混合螢光粉或反射材料，由於高透光矽膠導熱性差且耐溫性低，故無法因應高功率的雷射投影裝置的需求。若改使用玻璃類材料混合螢光粉或反射材料，雖可改善上述的缺點，但玻璃類材料需經大於400℃的高溫固化，固化後的玻璃類材料具有較
多孔隙，會影響物質的導熱，且孔隙會吸附液體，也會影響螢光粉轉輪後續製程的材料選用。
本「先前技術」段落只是用來幫助瞭解本發明內容，因此在「先前技術」中所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。此外，在「先前技術」中所揭露的內容並不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，也不代表在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。
本發明提供一種波長轉換元件，可以提升剪切強度、拉伸強度及疲勞強度等機械性質、耐溫性及反射率，並可改善吸濕率。
本發明提供一種波長轉換元件的製作方法，可提升波長轉換元件的剪切強度、拉伸強度及疲勞強度等機械性質、耐溫性及反射率，並可改善波長轉換元件的吸濕率。
本發明提供一種投影裝置，可改善影像亮度下降的情況。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明一實施例所提供的波長轉換元件包括基板、波長轉換層以及反射層。波長轉換層配置於基板上。反射層配置於基板及波長轉換層之間。反射層包括多個漫反射粒子及第一有機接著劑。多個漫反射粒子混合於第一有機接著劑。第一有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺(aromatic polyimide)。
在本發明的一實施例中，上述之第一有機接著劑的固化溫度為200℃~300℃。
在本發明的一實施例中，上述之波長轉換層包括波長轉換材料及第二有機接著劑，波長轉換材料混合於第二有機接著劑，第二有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺。
在本發明的一實施例中，上述之第二有機接著劑的固化溫度200℃~300℃。
在本發明的一實施例中，上述之波長轉換元件更包括中間介質層，配置於基板及反射層之間。
在本發明的一實施例中，上述之中間介質層的材料包括矽膠、環氧樹脂或導熱膠。
在本發明的一實施例中，上述之反射層的導熱係數小於或等於中間介質層的導熱係數。
在本發明的一實施例中，上述之多個漫反射粒子的材料包括二氧化鈦、二氧化矽、氧化鋁、氮化硼及二氧化鋯至少其中之一。
在本發明的一實施例中，上述之波長轉換層包括波長轉換材料及無機接著劑，波長轉換材料混合於無機接著劑，無機接著劑包括玻璃膠、水玻璃及矽膠至少其中之一。
在本發明的一實施例中，上述之波長轉換層包括螢光體玻璃(phosphor in glass,PIG)、螢光體陶瓷(phosphor in ceramic,PIC)、多晶螢光片、單晶螢光片或螢矽膠(phosphor in silicon,PIS)。
在本發明的一實施例中，上述之波長轉換元件為波長轉換輪，基板為轉盤。
為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明一實施例所提供的投影裝置包括照明系統、光閥及投影鏡頭。照明系統適於提供照明光束。光閥配置於照明光束的傳遞路徑上，以將照明光束轉換成影像光
束。投影鏡頭配置於影像光束的傳遞路徑上。其中照明系統包括激發光源及上述之波長轉換元件。激發光源適於提供激發光束。波長轉換元件配置於激發光束的傳遞路徑上，波長轉換元件的波長轉換層適於將激發光束轉換成轉換光束，而照明光束包括轉換光束。
為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明一實施例所提供的波長轉換元件的製作方法包括：提供基板，基板具有第一表面以及與第一表面相對的第二表面。提供波長轉換層，波長轉換層具有第三表面以及與第三表面相對的第四表面，且波長轉換層的第三表面朝向基板的該第二表面。以及提供反射層，反射層具有第五表面以及與第五表面相對的第六表面，反射層位於基板的第二表面與波長轉換層的第三表面之間，其中第五表面朝向基板的第二表面，第六表面朝向波長轉換層的第三表面。反射層包括多個漫反射粒子與第一有機接著劑，多個漫反射粒子混合於第一有機接著劑。第一有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺，其中提供反射層的方法包括使反射層經加熱固化而形成於成形面。
在本發明的一實施例中，上述之第一有機接著劑更包括有機溶劑，有機溶劑的成分包括N-甲基吡咯酮、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、四氫呋喃或甲苯。
在本發明的一實施例中，上述之提供反射層的方法包括：將酸酐類單體與芳香胺類單體縮聚合，生成芳香族聚醯胺酸，其中酸酐類單體中的酸酐結構的數量大於等於2，芳香胺類單體中的胺結構的數量大於等於2。加熱芳香族聚醯胺酸，以形成芳香族聚醯亞胺。以及將多個漫反射粒子、族聚醯亞胺及有機溶劑混合後配置於成形面，並進行加熱固化。
在本發明的一實施例中，上述之酸酐類單體中的酸酐結構的數量為2，芳香胺類單體中的胺結構的數量為2。
在本發明的一實施例中，上述之提供反射層的方法包括：將酸酐類單體與芳香胺類單體縮聚合，生成芳香族聚醯胺酸，其中酸酐類單體中的酸酐結構的數量大於等於2，芳香胺類單體中的胺結構的數量大於等於2。將多個漫反射粒子與芳香族聚醯胺酸混合後配置於成形面。以及進行加熱固化，其中芳香族聚醯胺酸形成芳香族聚醯亞胺。
在本發明的一實施例中，上述之加熱固化的溫度為200℃~300℃。
在本發明的一實施例中，上述之成形面為基板的第二表面。
在本發明的一實施例中，上述之波長轉換層包括螢光體玻璃、螢光體陶瓷、多晶螢光片、單晶螢光片或螢矽膠。成形面為波長轉換層的第三表面，且其中波長轉換元件的製作方法包括將反射層的第五表面黏接於基板的第二表面。
在本發明的一實施例中，上述之將反射層的第五表面黏接於基板的第二表面的方法包括藉由中間介質層將反射層的第五表面黏接於基板的第二表面。
在本發明的一實施例中，上述之波長轉換元件的製作方法更包括：提供預成形基板，預成形基板具有第七表面，成形面為預成形基板的第七表面，反射層的第五表面與預成形基板的第七表面接合。將反射層的第五表面與預成形基板的第七表面分離。以及將反射層的第五表面黏接於基板的第二表面。
為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明一實施例所提供的波長轉換元件的製作方法，包括：提供基板。提供反射層，配置於基板上。以及提供波長轉換層，配置於反射層之遠離基板的表面，其中波長轉換層包括波長轉換材料及第二有機接著劑，波長轉換材料混合於第二有機接著劑。第二有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺。其中提供波長轉換
層的方法包括使波長轉換層經加熱固化而形成於反射層之遠離基板的表面。
在本發明的一實施例中，上述之提供波長轉換層的方法包括：將酸酐類單體與芳香胺類單體縮聚合，生成芳香族聚醯胺酸，其中酸酐類單體中的酸酐結構的數量大於等於2，芳香胺類單體中的胺結構的數量大於等於2。加熱芳香族聚醯胺酸，以形成芳香族聚醯亞胺。以及將波長轉換材料、芳香族聚醯亞胺及有機溶劑混合後配置於反射層之遠離基板的表面，並進行加熱固化。
在本發明的一實施例中，上述之提供該波長轉換層的方法包括：將酸酐類單體與芳香胺類單體縮聚合，生成芳香族聚醯胺酸，其中酸酐類單體中的酸酐結構的數量大於等於2，芳香胺類單體中的胺結構的數量大於等於2。將波長轉換材料與芳香族聚醯胺酸混合後配置於反射層之遠離基板的表面。以及進行加熱固化，其中芳香族聚醯胺酸形成芳香族聚醯亞胺。
在本發明的一實施例中，上述之反射層的材料包括銀、銀合金、鋁、鋁合金及介電質至少其中之一。
在本發明的一實施例中，上述之反射層包括多個漫反射粒子與接著劑，多個漫反射粒子混合於接著劑。
本發明實施例的波長轉換元件中，反射層包括第一有機接著劑及漫反射粒子，第一有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺，由於使用上述配方的第一有機接著劑的固化溫度僅為200℃~300℃，相較於習知玻璃類材料的固化溫度需大於400℃，本發明實施例的反射層可改善因高溫(>400℃)燒結產生的細小孔隙及易吸附液體的特性，且固化過程中為階段性升溫，可以提升反射層整體結構的剪切強度、拉伸強度及疲勞強度等機械性質，此外，芳香族聚醯亞胺中所含的苯環結構的化學穩定性較高，亦有助於提升
反射層整體結構的剪切強度、拉伸強度及疲勞強度等機械性質，並可提升耐溫性，而芳香結構具有疏水性的特性，也可改善吸濕率。本發明實施例的波長轉換元件的製作方法由於使用上述的第一有機接著劑，因此可以製作出上述的波長轉換元件。本發明實施例的投影裝置因使用上述的波長轉換元件，因此可改善影像亮度下降的情況。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
1‧‧‧投影裝置
10‧‧‧照明系統
11‧‧‧激發光源
20‧‧‧光閥
30‧‧‧投影鏡頭
100、1001、100a、100b、100c‧‧‧波長轉換元件
110‧‧‧基板
111‧‧‧第一表面
112‧‧‧第二表面
120、120a、120b、120c‧‧‧波長轉換層
121‧‧‧第三表面
122‧‧‧第四表面
130、130a、130b、130c‧‧‧反射層
131‧‧‧第五表面
131a‧‧‧表面
132‧‧‧第六表面
140‧‧‧中間介質層
A‧‧‧平行方向
B‧‧‧長軸
C‧‧‧垂直方向
D、D1、D2、D3、D4‧‧‧寬度
L1‧‧‧照明光束
L2‧‧‧影像光束
Le‧‧‧激發光束
Lp‧‧‧轉換光束
S‧‧‧光斑
S101、S102、S103、S201、S202、S203‧‧‧步驟
圖1A是本發明一實施例的波長轉換元件的示意圖。
圖1B是本發明另一實施例的波長轉換元件的示意圖。
圖2是本發明一實施例的光線於波長轉換元件上所形成的光斑的示意圖。
圖3是本發明一實施例的芳香族聚醯亞胺的熱重分析結果示意圖。
圖4是本發明一實施例的芳香族聚醯亞胺對於光線的穿透率的結果示意圖。
圖5是本發明一實施例的波長轉換元件的製造方法的流程示意圖。
圖6是本發明另一實施例的波長轉換元件的示意圖。
圖7是本發明另一實施例的波長轉換元件的製造方法的流程示意圖。
圖8A是本發明另一實施例的波長轉換元件的示意圖。
圖8B是本發明另一實施例的波長轉換元件的示意圖。
圖9是本發明一實施例的投影裝置的方塊示意圖。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖1A是本發明一實施例的波長轉換元件的示意圖。請參考圖1A，本實施例的波長轉換元件100包括基板110、波長轉換層120以及反射層130。波長轉換元件100例如為片狀元件，但不以此為限，在其他實施例中，波長轉換元件100也可以是波長轉換輪，而基板110例如為轉盤。波長轉換層120配置於基板110上。反射層130配置於基板110及波長轉換層120之間。反射層130例如包括多個漫反射粒子與第一有機接著劑，多個漫反射粒子混合於第一有機接著劑。第一有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺，且第一有機接著劑的固化溫度為200℃~300℃。
上述的基板110材料例如為金屬，但不以此為限，金屬例如包括鋁、鋁合金、銅、銅合金、氮化鋁、碳化矽等。
上述的漫反射粒子的材料例如為白色粒子，並包括二氧化鈦、二氧化矽、氧化鋁、氮化硼及二氧化鋯至少其中之一。
在圖1A的實施例中，波長轉換層120例如包括波長轉換材料及接著劑，波長轉換材料混合於接著劑，其中波長轉換材料例如為螢光粉或量子點(Quantum dot)，接著劑可以是第二有機接著劑或無機接著劑，第二有機接著劑的成分例如與上述的第一有機接著劑相同，亦即，第二有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺，且第二有機接著劑的固化溫度為200℃~300℃，而無機接著劑例如包括玻璃膠、水玻璃及矽膠至少其中之一。
圖1B是本發明另一實施例的波長轉換元件的示意圖。請參考圖1B，本實施例的波長轉換元件1001的結構與圖1A實施例的波長轉換元件
100的結構相似，差異在於波長轉換元件1001例如更包括中間介質層140，配置於基板110及反射層130之間。中間介質層140用於在波長轉換元件1001的製程中黏接基板110及反射層13，中間介質層140的材料例如包括矽膠、環氧樹脂或導熱膠。其中，導熱膠還用於協助反射層130導熱，當導熱膠作為中間介質層140時，反射層130的導熱係數需小於或等於中間介質層140的導熱係數，方能使入射光線的高能量產生的熱能能夠被導熱膠傳導，達到散熱效果。此外，導熱膠除了以液體形式塗布使用外，還能作為片狀的導熱貼片來使用。在圖1B的實施例中，波長轉換層120例如包括螢光體玻璃、螢光體陶瓷、多晶螢光片、單晶螢光片或螢矽膠，但不以此為限。在圖1B的另一實施例中，波長轉換層120例如包括波長轉換材料及接著劑，波長轉換材料混合於接著劑，本實施例中的波長轉換材料及接著劑例如為圖1A的實施例中的波長轉換材料及接著劑，但不以此為限。
圖2是本發明一實施例的光線於波長轉換元件上所形成的光斑的示意圖。請參考圖1A、1B及圖2，在將上述的波長轉換層120及反射層130配置於基板110上時，波長轉換層120及反射層130在平行於基板110的方向A上的寬度D(本實施例中兩層的寬度相同，因此僅以D代表兩層的寬度)皆需大於光線於波長轉換元件100、1001上形成的光斑S的長軸B(圖2中以圖1A的波長轉換元件100以及最上層的波長轉換層120示意)，使得光線能照射於波長轉換元件100、1001上，以提升光的利用率。
圖1A、1B的實施例的波長轉換元件100、1001中，反射層130包括第一有機接著劑及漫反射粒子，第一有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺，由於使用上述配方的第一有機接著劑的固化溫度僅為200℃~300℃，相較於習知玻璃類材料的固化溫度需大於400℃，本發明實施例的反射層130可改善因高溫(>400℃)燒結產生的細小孔隙及易吸附液體的特性，且固化過
程中為階段性升溫，可以提升反射層130整體結構的剪切強度、拉伸強度及疲勞強度等機械性質，此外，芳香族聚醯亞胺中所含的苯環結構的化學穩定性較高，亦有助於提升反射層130整體結構的剪切強度、拉伸強度及疲勞強度等機械性質，並可提升耐溫性，如圖3的熱重分析結果所示，芳香族聚醯亞胺的熱裂解溫度高於500℃，而芳香結構具有疏水性的特性，也可改善吸濕率，經實驗分析，芳香族聚醯亞胺的吸水性結果為小於0.5%，水氣透過率則小於0.1g/day/m2。
由於本實施例的反射層130可改善高溫燒結產生的細小孔隙，加上芳香族聚醯亞胺對於波長在可見光區範圍(550nm)的光線的穿透率大於90%，其結果如圖4所示，使光線入射至反射層130時較易被漫反射粒子反射，因此也可提升波長轉換元件100、1001的反射率。以本實施例而言，反射層130對於波長為400nm~700nm的光線的反射率為大於或等於92%。而為達到更佳的漫反射效果，上述的反射層130在垂直於基板110的方向C上的厚度例如為0.03mm~0.15mm，漫反射粒子的粒徑例如為5nm~500nm。此外，上述的第一有機接著劑佔反射層130的體積比例如為25%~75%，若第一有機接著劑的比例過低時，容易造成漫反射粒子脫落，而第一有機接著劑的比例過高時，則會影響漫反射效果。
圖5是本發明一實施例的波長轉換元件的製造方法的流程示意圖。請參考圖1A、1B及圖5，本實施例之波長轉換元件100、1001的製造方法包括以下步驟：進行步驟S101，提供基板110，基板110具有第一表面111以及與第一表面111相對的第二表面112。
進行步驟S102，提供波長轉換層120，波長轉換層120具有第三表面121以及與第三表面121相對的第四表面122，且波長轉換層120的第三表面121朝向基板110的第二表面112。
進行步驟S103，提供反射層130，反射層130具有第五表面131以及與第五表面131相對的第六表面132。反射層130位於基板110的第二表面112與波長轉換層120的第三表面121之間，其中第五表面131朝向基板110的第二表面112，第六表面132朝向波長轉換層120的第三表面121。具體而言，提供反射層130的方法例如包括使反射層130塗布於成形面後經200℃~300℃的加熱固化。以下將舉例說明提供反射層130的不同方法。
上述的步驟S103中，提供反射層130的一實施例的具體方法例如為，合成芳香族聚醯亞胺，並將多個漫反射粒子、芳香族聚醯亞胺及有機溶劑混合，塗布於成形面，並進行加熱固化。有機溶劑的成分例如包括N-甲基吡咯酮、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、四氫呋喃或甲苯。
上述的合成芳香族聚醯亞胺的反應流程如下：將酸酐類單體與芳香胺類單體在非質子極性溶劑中進行縮聚合，生成芳香族聚醯胺酸，其中酸酐類單體中的酸酐結構的數量大於等於2，芳香胺類單體中的胺結構的數量大於等於2。酸酐類單體較佳為二酐類，芳香胺類單體
較佳為芳香二胺。本實施例所使用的酸酐類單體為二酐類的
(5,5'-雙(異苯并呋喃-1,3-二酮)，5,5'-bis(isobenzofuran-1,3-dione))，其中R選自O、S、CH2、CF2、C(CF3)2，而芳香二胺的具體實例例如為
、
、
，其中X選自CH3、CF3、CBr3、F、Cl、Br。加熱芳香族聚醯胺酸，以脫水環化(亞胺化，Imidization)形成芳香族聚醯亞胺。
提供反射層130的另一實施例的具體方法例如也可為，將酸酐類單體與芳香胺類單體在非質子極性溶劑中進行縮聚合，生成芳香族聚醯胺酸，且將多個漫反射粒子加入並混合，塗布於成形面，並進行加熱固化，使芳香族聚醯胺酸脫水環化形成芳香族聚醯亞胺。
此外，對應圖1A及圖1B，波長轉換元件100、1001的製造方法的步驟S103中，上述的反射層130所塗布的成形面有所不同，以下將說明進一步的細節。以圖1A的波長轉換元件100為例，反射層130所塗布的成形面例如是基板110的第二表面112，但不以此為限。以圖1B的波長轉換元件1001為例，當波長轉換層120為上述的螢光體玻璃、螢光體陶瓷、多晶螢光片、單晶螢光片或螢矽膠等固體結構時，成形面可以是波長轉換層120的第三表面121，且其中波長轉換元件1001的製作方法還包括將反射層130的第五表面131藉由上述的中間介質層140黏接於基板110的第二表面112。
在以圖1B的波長轉換元件1001為例的另一實施例中，波長轉換元件1001的製作方法更包括提供預成形基板(圖未示)。預成形基板具有第七表面，而反射層130的成形面為預成形基板的第七表面，反射層130的第五表面131與預成形基板的第七表面接合。接著，將反射層130的第五表面131與預成形基板的第七表面分離，並將反射層130的第五表面131藉由上述的中間介質層140黏接於基板110的第二表面112。
在上述使用預成形基板的實施例中，預成形基板的材料例如為鐵氟龍或金屬上塗附溶於酒精的氮化硼，藉由預成形基板的不沾黏性質，使反射層130成形後可以完整地從預成形基板的第七表面分離。
除了反射層之外，波長轉換層亦可使用有機接著劑來製作。圖6是本發明另一實施例的波長轉換元件的示意圖。圖7是本發明另一實施例的波長轉換元件的製造方法的流程示意圖。請參考圖6及圖7，本實施例的波
長轉換元件100a與上述的波長轉換元件100的結構與優點相似，本實施例的波長轉換元件100a的製造方法包括以下步驟：進行步驟S201，提供基板110。
進行步驟S202，提供反射層130a，配置於基板110上。在一實施例中，反射層130a的材料例如包括銀、銀合金、鋁、鋁合金或介電質，若反射層130a的材料為上述所舉例的金屬，可再額外加上介電質層及保護層至少其中之一，保護層可以保護金屬以避免被氧化。在另一實施例中，反射層130a亦可例如包括多個漫反射粒子與接著劑，多個漫反射粒子混合於接著劑。接著劑的種類並無特別的限制，當接著劑為上述的第一有機接著劑時，反射層130a為上述的反射層130。
進行步驟S203，提供波長轉換層120a，配置於反射層130a之遠離基板110的表面131a。波長轉換層120a包括波長轉換材料及第二有機接著劑，波長轉換材料混合於第二有機接著劑。波長轉換材料例如為螢光粉或量子點。第二有機接著劑例如為上述的第一有機接著劑，但不以此為限。具體而言，波長轉換層120a使用上述的第一有機接著劑時，提供波長轉換層120a的一實施例的具體方法例如包括合成芳香族聚醯亞胺，將波長轉換材料、芳香族聚醯亞胺及有機溶劑混合後塗布於反射層130a之遠離基板110的表面131a，並經200℃~300℃的加熱固化。有機溶劑的成分例如包括N-甲基吡咯酮、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、四氫呋喃或甲苯。合成芳香族聚醯亞胺的反應流程如上所述，在此不再重新說明。此外，波長轉換層120a使用上述的第一有機接著劑時，提供波長轉換層120a的另一實施例的具體方法例如也可為，將酸酐類單體與芳香胺類單體在非質子極性溶劑中進行縮聚合，生成芳香族聚醯胺酸，且將波長轉換材料加入並混合，塗布於反射層130a之遠離基板110的表面131a，並進行加熱固化，使芳香族聚醯胺酸脫水環化形成芳香族聚醯亞胺。
為使光線達到較佳的轉換效果，提供波長轉換層120a的厚度例如為0.10mm~0.25mm，且上述的第一有機接著劑佔波長轉換層120a的重量百分比例如為10%~60%。
在製造上述的波長轉換元件100、1001、100a時，反射層130、130a與波長轉換層120、120a在平行於基板110的方向A上的寬度D可以是相同或不同，然而為達到較佳的漫反射效果及轉換效果，兩者的寬度比範圍例如為0.7~1.5。此外，在包括中間介質層140的實施例中，中間介質層140在平行於基板110的方向A上的寬度D例如需大於反射層130的寬度D，以使漫反射層130黏接於基板110後波長轉換元件100的整體結構更為穩固，或者，中間介質層140在平行於基板110的方向A上的寬度D例如需大於上述的光斑S的長軸B(如圖2所示)，以達到散熱效果。以下將舉例說明不同實施例中的塗布情況。
圖1A、1B及圖6的實施例中反射層130、130a與波長轉換層120、120a在平行於基板110的方向A上的寬度D(以下簡稱為寬度)為相同。圖8A是本發明另一實施例的波長轉換元件的示意圖。圖8B是本發明另一實施例的波長轉換元件的示意圖。請參考圖8A及圖8B，在反射層130b的寬度D1小於波長轉換層120b的寬度D2的實施例中(圖8A)，提供波長轉換層120b時，波長轉換層120b的周邊例如可覆蓋過反射層130b的兩側邊並直接塗布於基板110，使得波長轉換層120b能更穩固的黏接於基板110，讓波長轉換元件100b的整體結構更穩定。此外，亦可如圖8B所示，使反射層130c的寬度D3大於波長轉換層120c的寬度D4。
圖9是本發明一實施例的投影裝置的方塊示意圖。請參考圖9，在本實施例中，上述的波長轉換元件100例如為波長轉換輪，其中的基板110例如為轉盤。本實施例的投影裝置1包括照明系統10、光閥20及投影鏡頭
30。照明系統10適於提供照明光束L1。照明系統10包括激發光源11及上述的波長轉換元件100(波長轉換輪)。激發光源11適於提供激發光束Le。波長轉換元件100配置於激發光束Le的傳遞路徑上，並包括上述的波長轉換層120及漫反射層130，波長轉換元件100適於將激發光束Le轉換成轉換光束Lp，而照明光束L1包括轉換光束Lp，但不限於此。照明系統10可更包括其他光學元件，例如：合光元件、色輪、光均勻化元件及聚光透鏡，以使照明光束L1傳遞至光閥20。光閥20配置於照明光束L1的傳遞路徑上，以將照明光束L1轉換成影像光束L2。光閥20可以是穿透式光閥或反射式光閥，其中穿透式光閥可以是液晶顯示面板，而反射式光閥可以是數位微鏡元件(digital micro-mirror device,DMD)或矽基液晶面板(liquid crystal on silicon panel,LCoS panel)。依不同的設計架構，光閥的數量可為一個或多個。投影鏡頭30配置於影像光束L2的傳遞路徑上，且用於使影像光束L2投射出投影裝置1。
圖9中是以圖1A的波長轉換元件100為例，但波長轉換元件100可替換成上述任一實施例的波長轉換元件。
本實施例的投影裝置1由於使用上述的耐溫性提升及孔隙較少(如上所述，孔隙會影響反射效果及導熱效果)的波長轉換元件100、1001、100a、100b、100c，因此能使用功率較高的激發光源11，可改善影像亮度下降的情況。
綜上所述，本發明實施例的波長轉換元件中，反射層包括第一有機接著劑及漫反射粒子，第一有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺，由於使用上述配方的第一有機接著劑的固化溫度僅為200℃~300℃，相較於習知玻璃類材料的固化溫度需大於400℃，本發明實施例的反射層可改善因高溫(>400℃)燒結產生的細小孔隙及易吸附液體的特性，且固化過程中為階
段性升溫，可以提升反射層整體結構的剪切強度、拉伸強度及疲勞強度等機械性質，此外，芳香族聚醯亞胺中所含的苯環結構的化學穩定性較高，亦有助於提升反射層整體結構的剪切強度、拉伸強度及疲勞強度等機械性質，並可提升耐溫性，而芳香結構具有疏水性的特性，也可改善吸濕率。若波長轉換層也使用上述配方的第一有機接著劑，則亦具有上述的優點。本發明實施例的波長轉換元件的製作方法由於使用上述的第一有機接著劑，因此可以製作出上述的波長轉換元件。本發明實施例的投影裝置因使用上述的波長轉換元件，因此可改善影像亮度下降的情況。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。
100：波長轉換元件 110：基板 111：第一表面 112：第二表面 120：波長轉換層 121：第三表面 122：第四表面 130：反射層 131：第五表面 132：第六表面 A：平行方向 C：垂直方向 D：寬度
Claims (31)
- 一種波長轉換元件，包括：一基板；一波長轉換層，配置於該基板上；以及一反射層，配置於該基板及該波長轉換層之間，該反射層包括多個漫反射粒子及一第一有機接著劑，該多個漫反射粒子混合於該第一有機接著劑，該第一有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺。
- 如請求項1所述之波長轉換元件，其中該第一有機接著劑的固化溫度為200℃~300℃。
- 如請求項1所述之波長轉換元件，其中該波長轉換層包括一波長轉換材料及一第二有機接著劑，該波長轉換材料混合於該第二有機接著劑，該第二有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺。
- 如請求項3所述之波長轉換元件，其中該第二有機接著劑的固化溫度200℃~300℃。
- 如請求項1所述之波長轉換元件，其中該波長轉換元件更包括一中間介質層，配置於該基板及該反射層之間。
- 如請求項5所述之波長轉換元件，其中該中間介質層的材料包括矽膠、環氧樹脂或導熱膠。
- 如請求項6所述之波長轉換元件，其中該反射層的導熱係數小於或等於該中間介質層的導熱係數。
- 如請求項1所述之波長轉換元件，其中該多個漫反射粒子的材料包括二氧化鈦、二氧化矽、氧化鋁、氮化硼及二氧化鋯至少其中之一。
- 如請求項1所述之波長轉換元件，其中該波長轉換層包括一波長轉換材料及一無機接著劑，該波長轉換材料混合於該無機接著劑，該無機接著劑包括玻璃膠、水玻璃及矽膠至少其中之一。
- 如請求項1所述之波長轉換元件，其中該波長轉換層包括螢光體玻璃、螢光體陶瓷、多晶螢光片、單晶螢光片或螢矽膠。
- 如請求項1所述之波長轉換元件，其中該波長轉換元件為一波長轉換輪，該基板為一轉盤。
- 一種投影裝置，包括一照明系統、一光閥及一投影鏡頭，該照明系統適於提供一照明光束，該光閥配置於該照明光束的傳遞路徑上，以將該照明光束轉換成一影像光束，該投影鏡頭配置於該影像光束的傳遞路徑上，其中該照明系統包括：一激發光源，適於提供一激發光束；以及一波長轉換元件，配置於該激發光束的傳遞路徑上，該波長轉換元件適於將該激發光束轉換成一轉換光束，而該照明光束包括該轉換光束，且其中該波長轉換元件包括：一基板；一波長轉換層，配置於該基板上；以及一反射層，配置於該基板及該波長轉換層之間，該反射層包括多個漫反射粒子及一第一有機接著劑，該多個漫反射粒子混合於該第一有機接著劑，該第一有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺。
- 一種波長轉換元件的製作方法，包括：提供一基板，該基板具有一第一表面以及與該第一表面相對的一第二表面；提供一波長轉換層，該波長轉換層具有一第三表面以及與該第三表面相對的一第四表面，且該波長轉換層的該第三表面朝向該基板的該第二表面；以及提供一反射層，該反射層具有一第五表面以及與該第五表面相對的一第六表面，該反射層位於該基板的該第二表面與該波長轉換層的該第三表面之間，其中該第五表面朝向該基板的該第二表面，該第六表面朝向該波長轉換層的該第三表面，該反射層包括多個漫反射粒子與一第一有機接著劑，該多個漫反射粒子混合於該第一有機接著劑，該第一有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺，其中提供該反射層的方法包括使該反射層經加熱固化而形成於一成形面。
- 如請求項13所述之波長轉換元件的製作方法，其中該第一有機接著劑更包括一有機溶劑，該有機溶劑的成分包括N-甲基吡咯酮、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、四氫呋喃或甲苯。
- 如請求項14所述之波長轉換元件的製作方法，其中提供該反射層的方法包括：將酸酐類單體與芳香胺類單體縮聚合，生成芳香族聚醯胺酸，其中該酸酐類單體中的酸酐結構的數量大於等於2，該芳香胺類單體中的胺結構的數量大於等於2；加熱該芳香族聚醯胺酸，以形成該芳香族聚醯亞胺；以及將該多個漫反射粒子、該芳香族聚醯亞胺及該有機溶劑混合後配置於該成形面，並進行加熱固化。
- 如請求項15所述之波長轉換元件的製作方法，其中該酸酐類單體中的酸酐結構的數量為2，該芳香胺類單體中的胺結構的數量為2。
- 如請求項13所述之波長轉換元件的製作方法，其中提供該反射層的方法包括：將酸酐類單體與芳香胺類單體縮聚合，生成芳香族聚醯胺酸，其中該酸酐類單體中的酸酐結構的數量大於等於2，該芳香胺類單體中的胺結構的數量大於等於2；將該多個漫反射粒子與該芳香族聚醯胺酸混合後配置於該成形面；以及進行加熱固化，其中該芳香族聚醯胺酸形成該芳香族聚醯亞胺。
- 如請求項17所述之波長轉換元件的製作方法，其中該酸酐類單體中的該酸酐結構的數量為2，該芳香胺類單體中的該胺結構的數量為2。
- 如請求項13所述之波長轉換元件的製作方法，其中該加熱固化的溫度為200℃~300℃。
- 如請求項13所述之波長轉換元件的製作方法，其中該成形面為該基板的該第二表面。
- 如請求項13所述之波長轉換元件的製作方法，其中該波長轉換層包括螢光體玻璃、螢光體陶瓷、多晶螢光片、單晶螢光片或螢矽膠，該成形面為該波長轉換層的該第三表面，且其中該波長轉換元件的製作方法包括將該反射層的該第五表面黏接於該基板的該第二表面。
- 如請求項21所述之波長轉換元件的製作方法，其中將該反射層的該第五表面黏接於該基板的該第二表面的方法包括藉由一中間介質層將該反射層的該第五表面黏接於該基板的該第二表面。
- 如請求項13所述之波長轉換元件的製作方法，更包括：提供一預成形基板，該預成形基板具有一第七表面，該成形面為該預成形基板的該第七表面，該反射層的該第五表面與該預成形基板的該第七表面接合；將該反射層的該第五表面與該預成形基板的該第七表面分離；以及將該反射層的該第五表面黏接於該基板的該第二表面。
- 如請求項23所述之波長轉換元件的製作方法，其中將該反射層的該第五表面黏接於該基板的該第二表面的方法包括藉由一中間介質層將該反射層的該第五表面黏接於該基板的該第二表面。
- 一種波長轉換元件的製作方法，包括：提供一基板；提供一反射層，配置於該基板上；以及提供一波長轉換層，配置於該反射層之遠離該基板的一表面，其中該波長轉換層包括一波長轉換材料及一第二有機接著劑，該波長轉換材料混合於該第二有機接著劑，該第二有機接著劑包括芳香族聚醯亞胺，其中提供該波長轉換層的方法包括使該波長轉換層經加熱固化而形成於該反射層之遠離該基板的該表面。
- 如請求項25所述之波長轉換元件的製作方法，其中該第二有機接著劑更包括一有機溶劑，該有機溶劑的成分包括N-甲基吡咯酮、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、四氫呋喃或甲苯。
- 如請求項26所述之波長轉換元件的製作方法，其中提供該波長轉換層的方法包括： 將酸酐類單體與芳香胺類單體縮聚合，生成該芳香族聚醯胺酸，其中該酸酐類單體中的酸酐結構的數量大於等於2，該芳香胺類單體中的胺結構的數量大於等於2；加熱該芳香族聚醯胺酸，以形成該芳香族聚醯亞胺；以及將該波長轉換材料、該芳香族聚醯亞胺及該有機溶劑混合後配置於該反射層之遠離該基板的該表面，並進行加熱固化。
- 如請求項25所述之波長轉換元件的製作方法，其中提供該波長轉換層的方法包括：將酸酐類單體與芳香胺類單體縮聚合，生成芳香族聚醯胺酸，其中該酸酐類單體中的酸酐結構的數量大於等於2，該芳香胺類單體中的胺結構的數量大於等於2；將該波長轉換材料與該芳香族聚醯胺酸混合後配置於該反射層之遠離該基板的該表面；以及進行加熱固化，其中該芳香族聚醯胺酸形成該芳香族聚醯亞胺。
- 如請求項25所述之波長轉換元件的製作方法，其中該加熱固化的溫度為200℃~300℃。
- 如請求項25所述之波長轉換元件的製作方法，其中該反射層的材料包括銀、銀合金、鋁、鋁合金及介電質至少其中之一。
- 如請求項25所述之波長轉換元件的製作方法，其中該反射層包括多個漫反射粒子與一接著劑，該多個漫反射粒子混合於該接著劑。
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