TWI761794B

TWI761794B - 波長轉換裝置

Info

Publication number: TWI761794B
Application number: TW109109715A
Authority: TW
Inventors: 楊立誠; 李日琪
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2022-04-21
Also published as: TW202137585A

Abstract

一種波長轉換裝置包含漫反射層、承載基板、光致發光層以及黏合劑。漫反射層具有相對的第一表面及第二表面。承載基板位於漫反射層的第一表面。光致發光層位於漫反射層的第二表面。黏合劑位於承載基板面對光致發光層的表面。黏合劑包含如下述式(1)所示的結構單元，且在傅立葉轉換紅外線光譜中，黏合劑中的矽─氧─矽鍵結的特徵吸收帶的範圍介於900cm^-1 至1250cm^-1 之間，

Description

波長轉換裝置

本揭露是有關於一種波長轉換裝置。

近年來，光學投影機被廣泛地應用於許多領域中，且其所應用的範圍日漸擴大，例如從消費性產品至高科技設備等。此外，各種光學投影機亦被廣泛應用於學校、家庭以及商業場合，以將信號源所提供的顯示圖案放大，並顯示在投影屏幕上。

對於光學投影機的光源配置而言，其可以是藉由雷射光源驅使螢光材料發光。對此，可將螢光材料以及反射材料塗佈在輪盤上，並利用馬達帶動輪盤使其高速旋轉，使得雷射光被螢光材料激發後，進一步透過反射材料的反射而成像。隨著光學投影機的亮度需求不斷提升，如何使螢光材料以及反射材料發揮較佳的效果已成為當前重要的研發課題。

本揭露內容提供一種波長轉換裝置。

根據本揭露一實施方式，一種波長轉換裝置包含漫反射層、承載基板、光致發光層以及黏合劑。漫反射層具有相對的第一表面及第二表面。承載基板位於漫反射層的第一表面。光致發光層位於漫反射層的第二表面。黏合劑位於承載基板面對光致發光層的表面。黏合劑包含如下述式(1)所示的結構單元，且在傅立葉轉換紅外線(Fourier-Transform Infrared，FTIR) 光譜中，黏合劑中的矽─氧─矽鍵結(Si-O-Si bonds)的特徵吸收帶的範圍介於900cm^-1 至1250cm^-1 之間，

式(1)，其中R表示芳基。

在本揭露一實施方式中，黏合劑摻雜於光致發光層或漫反射層中。

在本揭露一實施方式中，黏合劑摻雜於光致發光層及漫反射層中。

在本揭露一實施方式中，黏合劑摻雜於光致發光層中，且包含黏合劑的光致發光層在溫度為25℃時的黏度介於200mPa·s 至20000mPa·s之間。

在本揭露一實施方式中，黏合劑摻雜於漫反射層中，且包含黏合劑的漫反射層在溫度為25℃時的黏度介於200mPa·s 至20000mPa·s之間。

在本揭露一實施方式中，黏合劑在溫度為25℃時的黏度小於300mPa·s。

在本揭露一實施方式中，黏合劑摻雜於光致發光層中，且包含黏合劑的光致發光層的厚度介於50μm至200μm之間。

在本揭露一實施方式中，黏合劑摻雜於漫反射層中，且包含黏合劑的漫反射層的厚度介於30μm至150μm之間。

在本揭露一實施方式中，漫反射層包含複數個光學粒子，且光學粒子包含二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋅、氮化硼、二氧化鋯、三氧化二鋁或上述任意兩者以上之組合。

根據本揭露上述實施方式，由於波長轉換裝置的黏合劑包含如上述式(1)所示的結構單元，且黏合劑中的矽─氧─矽鍵結在傅立葉轉換紅外線光譜中的特徵吸收峰值介於900cm^-1 至1250cm^-1 之間，因此摻雜有黏合劑的漫反射層及/或光致發光層可具有良好的光學耐受性質以及耐熱性質。此外，由於黏合劑中包含立體障礙大(bulky)的芳基，因此摻雜有黏合劑的漫反射層及/或光致發光層可具有一定的厚度，以提升波長轉換裝置整體的光學品質。

以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖繪示根據本揭露一實施方式的波長轉換裝置100的剖面示意圖。波長轉換裝置100包含承載基板110、漫反射層120以及光致發光層130。漫反射層120具有相對的第一表面121及第二表面123。承載基板110位於漫反射層120的第一表面121。光致發光層130位於漫反射層120的第二表面123。換句話說，承載基板110配置以承載漫反射層120以及光致發光層130。在一些實施方式中，波長轉換裝置100可以是一種反射式螢光色輪，其可藉由光束(例如，雷射光)的激發以產生激發光。詳細而言，光束被光致發光層130激發而產生激發光，而激發光進一步被漫反射層120漫反射，並由波長轉換裝置100射出以成像。在一些實施方式中，波長轉換裝置100可透過驅動軸連接至馬達，當馬達帶動驅動軸轉動後，即可連帶轉動波長轉換裝置100。

在一些實施方式中，承載基板110可例如是藍寶石基板、玻璃基板、硼矽玻璃基板、浮法硼矽玻璃基板(floating boron-silicate glass)、熔凝石英基板或氟化鈣基板、陶瓷基板、鋁基板或其組合。然而，本揭露的承載基板110所包含的材料不以上述為限，承載基板110所包含的材料可依據實際需求進行調整。在一些實施方式中，漫反射層120包含複數個光學粒子122，配置以漫反射被光致發光層130所激發的激發光。在其他實施方式中，漫反射層120及光致發光層130皆包含複數個光學粒子122，以加強激發光的漫反射。光學粒子122包含二氧化矽(SiO₂ )、二氧化鈦(TiO₂ )、氧化鋅(ZnO)、氮化硼(BN)、二氧化鋯(ZrO₂ )、三氧化二鋁(Al₂ O₃ )或其組合。在一些實施方式中，光致發光層130可包含螢光粉132，例如矽化物(silicate)螢光粉、氮化物(nitride)螢光粉、Y₃ Al₅ O₁₂ (YAG)、Tb₃ Al₅ O₁₂ (TAG)或Lu₃ Al₅ O₁₂ (LuAG)之石榴石(garnet)結構的螢光粉或其組合。

在一些實施方式中，波長轉換裝置100包含黏合劑140。黏合劑140可摻雜於漫反射層120及/或光致發光層130中。詳細而言，摻雜於漫反射層120中的黏合劑140可將光學粒子122固定至承載基板110，而摻雜於光致發光層130中的黏合劑140可將螢光粉132(及光學粒子122)固定至承載基板110。此外，黏合劑140可保護位於漫反射層120中的光學粒子122及位於光致發光層130中的螢光粉132(及光學粒子122)，並可避免光學粒子122及螢光粉132發生沉降的現象，從而提升波長轉換裝置100整體的光學品質。

在一些實施方式中，黏合劑140包含樹脂材料以及溶劑，且樹脂材料包含如下述式(1)所示的結構單元。如式(1)所示，樹脂材料中包含以矽─氧─矽鍵結(Si-O-Si bonds)所形成的主鏈。應瞭解到，習知的黏合劑中的樹脂材料常包含以矽─碳─矽鍵結(Si-C-Si bonds)或矽─碳─碳─矽鍵結(Si-C-C-Si bonds)所形成的主鏈，而由於矽─氧─矽鍵結的平均鍵能大於矽─碳─矽鍵結的平均鍵能以及矽─碳─碳─矽鍵結的平均鍵能，因此本揭露的黏合劑140相較於習知的黏合劑可具有較佳的光學耐受性質以及耐熱性質，

式(1)，其中R表示芳基。

在一些實施方式中，黏合劑140的樹脂材料中的矽─氧─矽鍵結在傅立葉轉換紅外線(Fourier-Transform Infrared，FTIR)光譜中的特徵吸收峰值介於約900cm^-1 至約1250cm^-1 之間。換句話說，黏合劑140的樹脂材料中的矽─氧─矽鍵結在傅立葉轉換紅外線光譜中的特徵吸收帶寬(band width)約為350cm^-1 。由此可知，黏合劑140的樹脂材料中的矽原子與氧原子之間具有良好的網狀交聯程度，以進一步提升黏合劑140的光學耐受性質以及耐熱性質。如此一來，當黏合劑140摻雜於漫反射層120及光致發光層130中時，可避免漫反射層120及光致發光層130因光束的照射而產生材料劣化，以提升波長轉換裝置100整體的光學品質。此外，可透過樹脂材料的濃度配置來提升樹脂材料中的矽原子與氧原子之間的網狀交聯程度。在一些實施方式中，以黏合劑140的總重量計，樹脂材料的含量介於50wt%至90wt%之間，較佳為介於65wt%至75wt%之間。

在一些實施方式中，樹脂材料中的芳基可包含苯(benzene)、甲苯(toluene)、苯酚(phenol)、苯胺(aniline)、苯甲酸(benzoic acid)、苯甲醛(benzaldehyde)、聯苯(biphenyl)、鄰位二甲苯(ortho-xylene)、間位二甲苯(meta-xylene)、對位二甲苯(para-xylene)、茚(indene)、萘(naphthalene)、蒽(anthracene)、菲(phenanthrene)、其他合適的單元或其組合。換句話說，在黏合劑140的樹脂材料中，鍵結形成於主鏈的矽原子與芳基的碳原子之間。相較於單純矽─氧鍵結(Si-O bonds)，由於矽─碳鍵結(Si-C bonds)可以使黏合劑140的樹脂材料具有較佳的彈性，因此摻雜有黏合劑140的漫反射層120及光致發光層130可具有較佳的韌性，以避免因結構脆硬而產生裂痕。

由於芳基係立體障礙大(bulky)的官能基團，因此可以使黏合劑140具有一定的厚度，進而使得摻雜有黏合劑140的漫反射層120及摻雜有黏合劑140光致發光層130各自具有一定的厚度。如此一來，漫反射層120及光致發光層130可各自容納較多的光學粒子122及螢光粉132，以達到良好的光學效果。在一些實施方式中，摻雜有黏合劑140的漫反射層120的厚度H1介於30μm至150μm之間，較佳為介於50μm至100μm之間。在一些實施方式中，摻雜有黏合劑140的光致發光層130的厚度H2介於50μm至200μm之間，較佳為介於100μm至150μm之間。

在一些實施方式中，可依序使用脫醇縮合反應以及脫水縮合反應來形成本揭露的黏合劑140。詳細而言，可先使用包含烷氧基(alkoxy group)的矽化合物單體與水分子進行脫醇縮合反應，以得到包含羥基(hydroxyl group)的矽化合物單體。接著，可使用多個包含羥基的矽化合物單體進行脫水縮合反應。透過上述製程方法，多個包含羥基的矽化合物單體中的矽原子與氧原子之間可進行網狀交聯反應，以形成本揭露的黏合劑140。由於上述脫醇及脫水縮合反應為單劑型(single storage)反應，亦即使用一個反應物單體即可完成的反應，因此可提升製程的方便性並有效降低製程成本。

在一些實施方式中，可將黏合劑140與光學粒子122混合，以形成摻雜有黏合劑140的漫反射層120，並將黏合劑140與螢光粉132(及光學粒子122)混合，以形成摻雜有黏合劑140的光致發光層130。接著，使用刮塗的方式將摻雜有黏合劑140的漫反射層120及摻雜有黏合劑140的光致發光層130依序塗佈至承載基板110上。使用刮塗的方式可節省黏合劑140的使用量，以避免黏合劑140的過度消耗。在一些實施方式中，可透過調整摻雜有黏合劑140的漫反射層120及摻雜有黏合劑140的光致發光層130各自的黏度，來達到較佳的刮塗效果。舉例來說，摻雜有黏合劑140的漫反射層120在溫度為25℃時的黏度介於200mPa·s至20000mPa·s之間，而摻雜有黏合劑140的光致發光層130在溫度為25℃時的黏度介於200mPa·s至20000mPa·s之間。

在其他實施方式中，可使用噴塗的方式將黏合劑140形成至承載基板110上，以進一步與光學粒子122及螢光粉132混合，而分別形成摻雜有黏合劑140的漫反射層120及摻雜有黏合劑140的光致發光層130。使用噴塗的方式可提升波長轉換裝置100整體的厚度均勻性及平整性。在一些實施方式中，可透過調整黏合劑140的黏度，來達到較佳的噴塗效果。舉例來說，黏合劑140在溫度為25℃時的黏度小於300mPa·s。換句話說，藉由調整黏合劑140、摻雜有黏合劑140的漫反射層120以及摻雜有黏合劑140的光致發光層130各自的黏度，可以使波長轉換裝置100的製程方法較多樣化，以配合各種不同的製程需求。

下文將參照實施例的黏合劑以及比較例的黏合劑，更具體地描述本揭露的特徵。應瞭解到，在不逾越本揭露範疇的情況下，可適當地改變所使用的材料、質量與比率、處理細節以及處理流程等。因此，不應由下文所描述的實施例的黏合劑對本揭露作出限制性的解釋。

實施例的黏合劑

實施例的黏合劑包含如下述式(2)所示的結構單元，

式(2)，其中R¹ 表示苯基。

比較例的黏合劑

在實施例的黏合劑包含如下述式(3)所示的結構單元，

式(3)，其中x>n且y>n。

第2圖繪示實施例的黏合劑及比較例的黏合劑的傅立葉轉換紅外線光譜。在第2圖中，曲線L1為實施例的黏合劑的吸收曲線，而曲線L2為比較例的黏合劑的吸收曲線。文獻上指出，矽─氧─矽鍵結的特徵吸收峰值介於約1000cm^-1 至約1130cm^-1 之間，在第2圖中亦可看到曲線L1以及曲線L2在介於約1000cm^-1 至約1130cm^-1 之間各有出現矽─氧─矽鍵結的特徵吸收峰值。當比較約900cm^-1 至約1250cm^-1 的特徵吸收帶寬時，由於實施例的黏合劑中的矽─氧─矽鍵結具有較大的特徵吸收帶寬以及較複雜的特徵吸收曲線，因此實施例的黏合劑相較於比較例的黏合劑具有較高的網狀交聯程度(例如，具有較長的主鏈或較多的支鏈)，使得實施例的黏合劑可具有較佳的光學耐受性質以及耐熱性質。亦即，實施例的黏合劑可由式(2)的結構單元以矽─氧─矽鍵結形成聚合物，結構單元間可彼此網狀交聯，且網狀交聯程度好；而比較例的黏合劑存在由矽─氧─矽鍵結為主鏈的x部分及y部分，但x部分與y部分之間的網狀交聯需要靠矽─碳─矽的鍵結來形成，且網狀交聯的程度沒有實施例來得好。由於實施例確實可達到較佳的網狀交聯程度，使得實施例的黏合劑可具有較佳的光學耐受性質以及耐熱性質。

第3圖繪示實施例的黏合劑於反應前及反應後的傅立葉轉換紅外線光譜。第4圖繪示比較例的黏合劑於反應前及反應後的傅立葉轉換紅外線光譜。應瞭解到，此處所指的「反應前」是指「縮合反應前」，而「反應後」是指「縮合反應後」，縮合反應可為脫水或脫醇反應。在第3圖中，曲線L3為實施例的黏合劑於反應前的吸收曲線，而曲線L4為實施例的黏合劑於反應後的吸收曲線；在第4圖中，曲線L5為比較例的黏合劑於反應前的吸收曲線，而曲線L6為比較例的黏合劑於反應後的吸收曲線。

請先參閱第3圖，如曲線L3及L4所示，實施例的黏合劑中的矽─氧─矽鍵結的特徵吸收帶寬於反應前、後明顯變寬，由此可知，實施例的黏合劑於反應前的化合物單體有參與矽─氧─矽鍵結的網狀交聯反應。請接著參閱第4圖，如曲線L5及L6所示，比較例的黏合劑中的矽─氧─矽鍵結的特徵吸收帶寬於反應前、後並未產生明顯的改變，由此可知，比較例的黏合劑於反應前的化合物單體並未參與矽─氧─矽鍵結的網狀交聯反應。此外，如曲線L4及L6可知，實施例的黏合劑中的矽─氧─矽的特徵吸收曲線所形成的第一面積大於比較例的黏合劑中的矽─氧─矽的特徵吸收曲線所形成的第二面積，且[(第一面積-第二面積)/第一面積]介於約13%至約15%之間。換句話說，在相同的反應條件下，實施例之黏合劑於反應後的含量較比較例之黏合劑於反應後的含量多了約13%至約15%。

第5圖繪示實施例的黏合劑及比較例的黏合劑的質量百分比與溫度關係曲線圖。第5圖所呈現的是使用熱重量分析法(Thermogravimetric Analysis，TGA)分別對實施例的黏合劑及比較例的黏合劑進行分析的結果。在第5圖中，曲線L7為比較例的黏合劑的質量對溫度曲線，而曲線L8為實施例的黏合劑的質量對溫度曲線。如曲線L7所示，比較例的黏合劑在溫度上升至約375℃時質量開始減少，亦即比較例的黏合劑在溫度上升至約375℃時開始衰變。另一方面，如曲線L8所示，實施例的黏合劑在溫度上升至約550℃時質量開始減少，亦即實施例的黏合劑在溫度上升至約550℃時才開始衰變。由此可知，實施例的黏合劑相較於比較例的黏合劑具有較佳耐熱性質。

下文將參照實施例1至實施例2的波長轉換裝置以及比較例1的波長轉換裝置，更具體地描述本揭露的特徵。應瞭解到，在不逾越本揭露範疇的情況下，可適當地改變所使用的材料、質量與比率、處理細節以及處理流程等。因此，不應由下文所描述的各實施例的波長轉換裝置對本揭露作出限制性的解釋。

實施例1的波長轉換裝置

在實施例1的波長轉換裝置中，漫反射層包含上述實施例的黏合劑；光致發光層包含上述實施例的黏合劑；漫反射層的厚度介於100μm至110μm之間；光致發光層的厚度介於130μm至150μm之間。

實施例2的波長轉換裝置

在實施例2的波長轉換裝置中，採用與實施例1的波長轉換裝置相似的元件來製造實施例2的波長轉換裝置，其差異處主要在於：光致發光層不包含上述實施例的黏合劑，而是包含上述比較例的黏合劑。

比較例1的波長轉換裝置

在比較例1的波長轉換裝置中，採用與實施例1的波長轉換裝置相似的元件來製造比較例1的波長轉換裝置，其差異處主要在於：漫反射層及光致發光層皆不包含上述實施例的黏合劑，而是包含上述比較例的黏合劑。

第6圖繪示實施例1至實施例2及比較例1的波長轉換裝置的激發光功率與入射光功率的關係曲線圖。在第6圖中，曲線L9為實施例1的波長轉換裝置的激發光功率對入射光功率的曲線，曲線L10為實施例2的波長轉換裝置的激發光功率對入射光功率的曲線，而曲線L11為比較例1的波長轉換裝置的激發光功率對入射光功率的曲線。如第6圖所示，曲線L9、L10及L11各自具有轉折點(亦即曲線的最高點)，而當入射光功率超過此轉折點時，波長轉換裝置中的材料會因無法承受而導致劣化。詳細而言，曲線L9、L10及L11各自的轉折點分別對應至的入射光功率約為325W、285W以及250W，由此可知，由於上述實施例的黏合劑具有較佳的光學耐受性(亦即可承受較大功率的光束照射)，因此當漫反射層及光致發光層皆包含上述實施例的黏合劑時，波長轉換裝置可承受較大的入射光功率，進而具有較佳的光學品質。

根據本揭露上述實施方式，由於波長轉換裝置的黏合劑包含如上述式(1)所示的結構單元，且黏合劑中的矽─氧─矽鍵結在傅立葉轉換紅外線光譜中的特徵吸收帶的範圍介於900cm^-1 至1250cm^-1 之間，因此摻雜有黏合劑的漫反射層及/或光致發光層可具有良好的光學耐受性質以及耐熱性質。此外，由於黏合劑中包含立體障礙大的芳基，因此摻雜有黏合劑的漫反射層及/或光致發光層可具有一定的厚度，以提升波長轉換裝置整體的光學品質。

雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:波長轉換裝置 110:承載基板 120:漫反射層 121:第一表面 122:光學粒子 123:第二表面 130:光致發光層 132:螢光粉 140:黏合劑 H1,H2:厚度 L1~L11:曲線

第1圖繪示根據本揭露一實施方式的波長轉換裝置的剖面示意圖。第2圖繪示實施例的黏合劑及比較例的黏合劑的傅立葉轉換紅外線光譜。第3圖繪示實施例的黏合劑於反應前及反應後的傅立葉轉換紅外線光譜。第4圖繪示比較例的黏合劑於反應前及反應後的傅立葉轉換紅外線光譜。第5圖繪示實施例的黏合劑及比較例的黏合劑的質量百分比與溫度關係曲線圖。第6圖繪示實施例1至實施例2及比較例1的波長轉換裝置的激發光功率與入射光功率的關係曲線圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:波長轉換裝置

110:承載基板

120:漫反射層

121:第一表面

122:光學粒子

123:第二表面

130:光致發光層

132:螢光粉

140:黏合劑

H1,H2:厚度

Claims

一種波長轉換裝置，包含：一漫反射層，具有相對的一第一表面及一第二表面；一承載基板，位於該漫反射層的該第一表面；一光致發光層，位於該漫反射層的該第二表面；以及一黏合劑，位於該承載基板面對該光致發光層的一表面，其中該黏合劑包含如下述式(1)所示的結構單元，且在傅立葉轉換紅外線(Fourier-Transform Infrared，FTIR)光譜中，該黏合劑中的矽─氧─矽鍵結(Si-O-Si bonds)的特徵吸收帶的範圍介於900cm^-1 至1250cm^-1 之間，
式(1)，其中R表示芳基。
如請求項1所述的波長轉換裝置，其中該黏合劑摻雜於該光致發光層或該漫反射層中。
如請求項1所述的波長轉換裝置，其中該黏合劑摻雜於該光致發光層及該漫反射層中。
如請求項1所述的波長轉換裝置，其中該黏合劑摻雜於該光致發光層中，且包含該黏合劑的該光致發光層在溫度為25℃時的黏度介於200mPa·s 至20000mPa·s之間。
如請求項1所述的波長轉換裝置，其中該黏合劑摻雜於該漫反射層中，且包含該黏合劑的該漫反射層在溫度為25℃時的黏度介於200mPa·s 至20000mPa·s之間。
如請求項1所述的波長轉換裝置，其中該黏合劑在溫度為25℃時的黏度小於300mPa·s。
如請求項1所述的波長轉換裝置，其中該黏合劑摻雜於該光致發光層中，且包含該黏合劑的該光致發光層的厚度介於50μm至200μm之間。
如請求項1所述的波長轉換裝置，其中該黏合劑摻雜於該漫反射層中，且包含該黏合劑的該漫反射層的厚度介於30μm至150μm之間。
如請求項1所述的波長轉換裝置，其中該漫反射層包含複數個光學粒子，且該些光學粒子包含二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋅、氮化硼、二氧化鋯、三氧化二鋁或上述任意之組合。