波长转换元件、投影装置及波长转换元件的制作方法
技术领域
[0001] 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
[0002] 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)。
[0003] 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(filter wheel)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。
[0004] 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，已知的荧光粉转轮使用高透光
硅胶混合荧光粉或反射材料，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。若改使用玻璃类材料混合荧光粉或反射材料，虽可改善上述的缺点，但玻璃类材料需经大于400℃的高温
固化，固化后的玻璃类材料具有较多孔隙，会影响物质的导热，且孔隙会
吸附液体，也会影响荧光粉转轮后续制程的材料选用。
[0005] 本“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”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已知技术。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
[0006] 本发明提供一种波长转换元件，可以提升剪切强度、拉伸强度及疲劳强度等机械性质、耐温性及反射率，并可改善吸湿率。
[0007] 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剪切强度、拉伸强度及疲劳强度等机械性质、耐温性及反射率，并可改善波长转换元件的吸湿率。
[0008] 本发明提供一种投影装置，可改善影像亮度下降的情况。
[0009] 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。
[0010] 为达上述的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、波长转换层以及反射层。波长转换层配置于基板上。反射层配置于基板及波长转换层之间。反射层包括多个漫反射粒子及第一有机接着剂。多个漫反射粒子混合于第一有机接着剂。第一有机接着剂包括芳香族聚酰亚胺(aromatic polyimide)。
[0011] 为达上述的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。照明系统用于提供照明光束。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的波长转换元件。激发光源用于提供激发光束。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用于将激发光束转换成转换光束，而照明光束包括转换光束。
[0012] 为达上述的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：提供基板，基板具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面。提供波长转换层，波长转换层具有第三表面以及与第三表面相对的第四表面，且波长转换层的第三表面朝向基板的该第二表面。以及提供反射层，反射层具有第五表面以及与第五表面相对的第六表面，反射层位于基板的第二表面与波长转换层的第三表面之间，其中第五表面朝向基板的第二表面，第六表面朝向波长转换层的第三表面。反射层包括多个漫反射粒子与第一有机接着剂，多个漫反射粒子混合于第一有机接着剂。第一有机接着剂包括芳香族聚酰亚胺，其中提供反射层的方法包括使反射层经加热固化而形成于成形面。
[0013] 为达上述的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：提供基板。提供反射层，配置于基板上。以及提供波长转换层，配置于反射层的远离基板的表面，其中波长转换层包括波长转换材料及第二有机接着剂，波长转换材料混合于第二有机接着剂。第二有机接着剂包括芳香族聚酰亚胺。其中提供波长转换层的方法包括使波长转换层经加热固化而形成于反射层的远离基板的表面。
[0014] 本发明实施例的波长转换元件中，反射层包括第一有机接着剂及漫反射粒子，第一有机接着剂包括芳香族聚酰亚胺，由于使用上述配方的第一有机接着剂的固化
温度仅为200℃至300℃，相较于已知玻璃类材料的固化温度需大于400℃，本发明实施例的反射层可改善因高温(>400℃)
烧结产生的细小孔隙及易吸附液体的特性，且固化过程中为阶段性升温，可以提升反射层整体结构的剪切强度、拉伸强度及疲劳强度等机械性质，此外，芳香族聚酰亚胺中所含的苯环结构的化学
稳定性较高，也有助于提升反射层整体结构的剪切强度、拉伸强度及疲劳强度等机械性质，并可提升耐温性，而芳香结构具有疏
水性的特性，也可改善吸湿率。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第一有机接着剂，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，因此可改善影像亮度下降的情况。
[0015] 为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合
附图，作详细说明如下。
附图说明
[0016] 图1A是本发明一实施例的波长转换元件的示意图。
[0017] 图1B是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。
[0018] 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。
[0019] 图3是本发明一实施例的芳香族聚酰亚胺的热重分析结果示意图。
[0020] 图4是本发明一实施例的芳香族聚酰亚胺对于光线的穿透率的结果示意图。
[0021] 图5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。
[0022] 图6是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。
[0023] 图7是本发明另一实施例的波长转换元件的制造方法的流程示意图。
[0024] 图8A是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。
[0025] 图8B是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。
[0026] 图9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
[0027] 有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的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。
[0028] 图1A是本发明一实施例的波长转换元件的示意图。请参考图1A，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。反射层130配置于基板110及波长转换层120之间。反射层130例如包括多个漫反射粒子与第一有机接着剂，多个漫反射粒子混合于第一有机接着剂。第一有机接着剂包括芳香族聚酰亚胺，且第一有机接着剂的固化温度为200℃至300℃。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 在图1A的实施例中，波长转换层120例如包括波长转换材料及接着剂，波长转换材料混合于接着剂，其中波长转换材料例如为荧光粉或
量子点(Quantum dot)，接着剂可以是第二有机接着剂或无机接着剂，第二有机接着剂的成分例如与上述的第一有机接着剂相同，即，第二有机接着剂包括芳香族聚酰亚胺，且第二有机接着剂的固化温度为200℃至300℃，而无机接着剂例如包括玻璃胶、水玻璃及硅胶至少其中之一。
[0032] 图1B是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。请参考图1B，本实施例的波长转换元件1001的结构与图1A实施例的波长转换元件100的结构相似，差异在于波长转换元件1001例如还包括中间介质层140，配置于基板110及反射层130之间。中间介质层140用于在波长转换元件1001的制程中黏接基板110及反射层13，中间介质层140的材料例如包括硅胶、环氧
树脂或导热胶。其中，导热胶还用于协助反射层130导热，当导热胶作为中间介质层140时，反射层130的导热系数需小于或等于中间介质层140的导热系数，方能使入射光线的高
能量产生的
热能能够被导热胶传导，达到
散热效果。此外，导热胶除了以液体形式涂布使用外，还能作为片状的导热贴片来使用。在图1B的实施例中，波长转换层120例如包括磷玻璃、
磷光体陶瓷、多晶荧光片、单晶荧光片或磷硅胶，但不局限于此。在图1B的另一实施例中，波长转换层120例如包括波长转换材料及接着剂，波长转换材料混合于接着剂，本实施例中的波长转换材料及接着剂例如为图1A的实施例中的波长转换材料及接着剂，但不局限于此。
[0033] 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1A、1B及图2，在将上述的波长转换层120及反射层130配置于基板110上时，波长转换层120及反射层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、1001上形成的光斑S的长轴B(图2中以图1A的波长转换元件100以及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、1001上，以提升光的利用率。
[0034] 图1A、1B的实施例的波长转换元件100、1001中，反射层130包括第一有机接着剂及漫反射粒子，第一有机接着剂包括芳香族聚酰亚胺，由于使用上述配方的第一有机接着剂的固化温度仅为200℃至300℃，相较于已知玻璃类材料的固化温度需大于400℃，本发明实施例的反射层130可改善因高温(>400℃)烧结产生的细小孔隙及易吸附液体的特性，且固化过程中为阶段性升温，可以提升反射层130整体结构的剪切强度、拉伸强度及疲劳强度等机械性质，此外，芳香族聚酰亚胺中所含的苯环结构的化学稳定性较高，也有助于提升反射层130整体结构的剪切强度、拉伸强度及疲劳强度等机械性质，并可提升耐温性，如图3的热重分析结果所示，芳香族聚酰亚胺的热裂解温度高于500℃，而芳香结构具有疏水性的特性，也可改善吸湿率，经实验分析，芳香族聚酰亚胺的吸水性结果为小于0.5％，水气透过率则小于0.1g/day/m2。
[0035] 由于本实施例的反射层130可改善高温烧结产生的细小孔隙，加上芳香族聚酰亚胺对于波长在可见光区范围(550nm)的光线的穿透率大于90％，其结果如图4所示，使光线入射至反射层130时较易被漫反射粒子反射，因此也可提升波长转换元件100、1001的反射率。以本实施例而言，反射层130对于波长为400nm至700nm的光线的反射率为大于或等于92％。而为达到更佳的漫反射效果，上述的反射层130在垂直于基板110的方向C上的厚度例如为0.03mm至0.15mm，漫反射粒子的粒径例如为5nm至500nm。此外，上述的第一有机接着剂占反射层130的体积比例如为25％至75％，若第一有机接着剂的比例过低时，容易造成漫反射粒子脱落，而第一有机接着剂的比例过高时，则会影响漫反射效果。
[0036] 图5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1A、1B及图5，本实施例的波长转换元件100、1001的制造方法包括以下步骤：进行步骤S101，提供基板110，基板110具有第一表面111以及与第一表面111相对的第二表面112。
[0037] 进行步骤S102，提供波长转换层120，波长转换层120具有第三表面121以及与第三表面121相对的第四表面122，且波长转换层120的第三表面121朝向基板110的第二表面112。
[0038] 进行步骤S103，提供反射层130，反射层130具有第五表面131以及与第五表面131相对的第六表面132。反射层130位于基板110的第二表面112与波长转换层120的第三表面121之间，其中第五表面131朝向基板110的第二表面112，第六表面132朝向波长转换层120的第三表面121。具体而言，提供反射层130的方法例如包括使反射层130涂布于成形面后经
200℃至300℃的加热固化。以下将举例说明提供反射层130的不同方法。
[0039] 上述的步骤S103中，提供反射层130的一实施例的具体方法例如为，合成芳香族聚酰亚胺，并将多个漫反射粒子、芳香族聚酰亚胺及
有机溶剂混合，涂布于成形面，并进行加热固化。
有机溶剂的成分例如包括N-甲基吡咯
酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃或
甲苯。
[0040] 上述的合成芳香族聚酰亚胺的反应流程如下：
[0041] 将酸酐类
单体与芳香胺类单体在非质子极性溶剂中进行缩聚合，生成芳香族聚酰胺酸，其中酸酐类单体中的酸酐结构的数量大于等于2，芳香胺类单体中的胺结构的数量大于等于2。酸酐类单体较佳为二酐类，芳香胺类单体较佳为芳香二胺。本实施例所使用的酸酐类单体为二酐类的 (5,5'-双(异苯并呋喃-1,3-二酮)，5,5'-bis(isobenzofuran-1,3-dione))，其中R选自O、S、CH2、CF2、C(CF3)2，而芳香二胺的具体实例例如为 其中X选自CH3、CF3、CBr3、F、
Cl、Br。加热芳香族聚酰胺酸，以脱水环化(亚胺化，Imidization)形成芳香族聚酰亚胺。
[0042] 提供反射层130的另一实施例的具体方法例如也可为，将酸酐类单体与芳香胺类单体在非质子极性溶剂中进行缩聚合，生成芳香族聚酰胺酸，且将多个漫反射粒子加入并混合，涂布于成形面，并进行加热固化，使芳香族聚酰胺酸脱水环化形成芳香族聚酰亚胺。
[0043] 此外，对应图1A及图1B，波长转换元件100、1001的制造方法的步骤S103中，上述的反射层130所涂布的成形面有所不同，以下将说明进一步的细节。以图1A的波长转换元件100为例，反射层130所涂布的成形面例如是基板110的第二表面112，但不局限于此。以图1B的波长转换元件1001为例，当波长转换层120为上述的磷玻璃、
磷光体陶瓷、多晶荧光片、单晶荧光片或磷硅胶等固体结构时，成形面可以是波长转换层120的第三表面121，且其中波长转换元件1001的制作方法还包括将反射层130的第五表面131藉由上述的中间介质层140黏接于基板110的第二表面112。
[0044] 在以图1B的波长转换元件1001为例的另一实施例中，波长转换元件1001的制作方法还包括提供预成形基板(图未示)。预成形基板具有第七表面，而反射层130的成形面为预成形基板的第七表面，反射层130的第五表面131与预成形基板的第七表面接合。接着，将反射层130的第五表面131与预成形基板的第七表面分离，并将反射层130的第五表面131藉由上述的中间介质层140黏接于基板110的第二表面112。
[0045] 在上述使用预成形基板的实施例中，预成形基板的材料例如为
铁氟龙或金属上涂附溶于酒精的氮化硼，藉由预成形基板的不沾黏性质，使反射层130成形后可以完整地从预成形基板的第七表面分离。
[0046] 除了反射层之外，波长转换层也可使用有机接着剂来制作。图6是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。图7是本发明另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6及图7，本实施例的波长转换元件100a与上述的波长转换元件100的结构与优点相似，本实施例的波长转换元件100a的制造方法包括以下步骤：进行步骤S201，提供基板110。
[0047] 进行步骤S202，提供反射层130a，配置于基板110上。在一实施例中，反射层130a的材料例如包括
银、银合金、铝、
铝合金或介电质，若反射层130a的材料为上述所举例的金属，可再额外加上介电质层及保护层至少其中之一，保护层可以保护金属以避免被氧化。在另一实施例中，反射层130a也可例如包括多个漫反射粒子与接着剂，多个漫反射粒子混合于接着剂。接着剂的种类并无特别的限制，当接着剂为上述的第一有机接着剂时，反射层130a为上述的反射层130。
[0048] 进行步骤S203，提供波长转换层120a，配置于反射层130a的远离基板110的表面131a。波长转换层120a包括波长转换材料及第二有机接着剂，波长转换材料混合于第二有机接着剂。波长转换材料例如为荧光粉或量子点。第二有机接着剂例如为上述的第一有机接着剂，但不局限于此。具体而言，波长转换层120a使用上述的第一有机接着剂时，提供波长转换层120a的一实施例的具体方法例如包括合成芳香族聚酰亚胺，将波长转换材料、芳香族聚酰亚胺及有机溶剂混合后涂布于反射层130a的远离基板110的表面131a，并经200℃至300℃的加热固化。有机溶剂的成分例如包括N-甲基吡咯酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃或甲苯。合成芳香族聚酰亚胺的反应流程如上所述，在此不再重新说明。此外，波长转换层120a使用上述的第一有机接着剂时，提供波长转换层120a的另一实施例的具体方法例如也可为，将酸酐类单体与芳香胺类单体在非质子极性溶剂中进行缩聚合，生成芳香族聚酰胺酸，且将波长转换材料加入并混合，涂布于反射层130a的远离基板110的表面
131a，并进行加热固化，使芳香族聚酰胺酸脱水环化形成芳香族聚酰亚胺。
[0049] 为使光线达到较佳的转换效果，提供波长转换层120a的厚度例如为0.10mm至0.25mm，且上述的第一有机接着剂占波长转换层120a的重量百分比例如为10％至60％。
[0050] 在制造上述的波长转换元件100、1001、100a时，反射层130、130a与波长转换层120、120a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及转换效果，两者的宽度比范围例如为0.7至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例如需大于反射层130的宽度D，以使漫反射层130黏接于基板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(如图2所示)，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。
[0051] 图1A、1B及图6的实施例中反射层130、130a与波长转换层120、120a在平行于基板110的方向A上的宽度D(以下简称为宽度)为相同。图8A是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。图8B是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。请参考图8A及图8B，在反射层130b的宽度D1小于波长转换层120b的宽度D2的实施例中(图8A)，提供波长转换层120b时，波长转换层120b的周边例如可
覆盖过反射层130b的两侧边并直接涂布于基板110，使得波长转换层120b能更稳固的黏接于基板110，让波长转换元件100b的整体结构更稳定。此外，也可如图8B所示，使反射层130c的宽度D3大于波长转换层120c的宽度D4。
[0052] 图9是本发明一实施例的投影装置的方块示意图。请参考图9，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用于提供照明光束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用于提供激发光束Le。波长转换元件100配置于激发光束Le的传递路径上，并包括上述的波长转换层120及漫反射层130，波长转换元件100用于将激发光束Le转换成转换光束Lp，而照明光束L1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(liquid crystal 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。
[0053] 图9中是以图1A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。
[0054] 本实施例的投影装置1由于使用上述的耐温性提升及孔隙较少(如上所述，孔隙会影响反射效果及导热效果)的波长转换元件100、1001、100a、100b、100c，因此能使用功率较高的激发光源11，可改善影像亮度下降的情况。
[0055] 综上所述，本发明实施例的波长转换元件中，反射层包括第一有机接着剂及漫反射粒子，第一有机接着剂包括芳香族聚酰亚胺，由于使用上述配方的第一有机接着剂的固化温度仅为200℃至300℃，相较于已知玻璃类材料的固化温度需大于400℃，本发明实施例的反射层可改善因高温(>400℃)烧结产生的细小孔隙及易吸附液体的特性，且固化过程中为阶段性升温，可以提升反射层整体结构的剪切强度、拉伸强度及疲劳强度等机械性质，此外，芳香族聚酰亚胺中所含的苯环结构的化学稳定性较高，也有助于提升反射层整体结构的剪切强度、拉伸强度及疲劳强度等机械性质，并可提升耐温性，而芳香结构具有疏水性的特性，也可改善吸湿率。若波长转换层也使用上述配方的第一有机接着剂，则也具有上述的优点。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第一有机接着剂，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，因此可改善影像亮度下降的情况。
[0056] 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，即所有依本发明
权利要求书及说明内容所作的简单的等效变化与
修改，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。
[0057] 附图标记
[0058] 1：投影装置
[0059] 10：照明系统
[0060] 11：激发光源
[0061] 20：光阀
[0062] 30：投影镜头
[0063] 100、1001、100a、100b、100c：波长转换元件
[0064] 110：基板
[0065] 111：第一表面
[0066] 112：第二表面
[0067] 120、120a、120b、120c：波长转换层
[0068] 121：第三表面
[0069] 122：第四表面
[0070] 130、130a、130b、130c：反射层
[0071] 131：第五表面
[0072] 131a：表面
[0073] 132：第六表面
[0074] 140：中间介质层
[0075] A：平行方向
[0076] B：长轴
[0077] C：垂直方向
[0078] D、D1、D2、D3、D4：宽度
[0079] L1：照明光束
[0080] L2：影像光束
[0081] Le：激发光束
[0082] Lp：转换光束
[0083] S：光斑
[0084] S101、S102、S103、S201、S202、S203：步骤
