CN111913337A - 波长转换元件及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种波长转换元件，包括基板、波长转换层及抗反射层。波长转换层配置于基板上。抗反射层配置于波长转换层上，抗反射层包括具有多个孔隙的第一接着剂层。抗反射层的厚度为500nm‑3000nm，这些孔隙的孔径为100nm‑2500nm，且抗反射层的厚度大于这些孔隙的孔径。本发明的波长转换元件可以提升抗反射效果，进而增加光通量。本发明另提供一种上述的波长转换元件的制作方法。本发明所提出的波长转换元件及其制作方法具有提升抗反射的效果。

Description

波长转换元件及其制作方法
技术领域
本发明是关于一种光学元件，特别是关于一种波长转换元件以及其制作方法。
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，因此为了降低成本，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。
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。已知的荧光粉转轮会在荧光层表面镀上介电质光学镀膜，以减少入射光于荧光层表面的反射。然而，根据入射光波长的不同，需配置多层镀膜才可达到良好的抗反射效果。除了制作成本外，在制程中还存在着相对膜厚控制、热匹配、镀膜附着性、膜厚不均及镀膜披覆性不佳等问题。
虽然也可借由在抗反射层上转印出如圆锥、圆柱、角锥或角柱等微结构来达到抗反射的效果。然而，此种抗反射层的微结构在制程中往往需要使用具有微结构的模具，经由翻模处理将微结构转印至抗反射层上，因此存在模具使用寿命问题以及微结构沾膜问题。
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所属技术领域中的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所属技术领域中的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，可以提升抗反射效果，进而增加光通量。
本发明提供一种波长转换元件的制作方法，可以使波长转换元件提升抗反射效果，进而增加光通量。
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，本发明所提供的波长转换元件包括基板、波长转换层及抗反射层。波长转换层配置于基板上。抗反射层配置于波长转换层上，抗反射层包括具有多个孔隙的第一接着剂层。抗反射层的厚度为500nm-3000nm，这些孔隙的孔径为100nm-2500nm，且抗反射层的厚度大于这些孔隙的孔径。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明所提供的波长转换元件的制作方法包括：于基板上形成波长转换层。于波长转换层上形成抗反射层，包括：设置第一接着剂及多个高分子粒子于波长转换层上，其中这些高分子粒子混合于第一接着剂；以及去除这些高分子粒子，使第一接着剂形成具有多个孔隙的第一接着剂层，其中抗反射层的厚度为500nm-3000nm，这些孔隙的孔径为100nm-2500nm，且抗反射层的厚度大于这些孔隙的孔径。
本发明实施例的波长转换元件包括配置于波长转换层上的抗反射层，抗反射层包括具有多个孔隙的第一接着剂层。这些孔隙可以增加波长转换元件受光的比表面积，即多孔固体物质单位质量所具有的表面积，因此进而能增加光通量，以提升抗反射的效果。此外，波长转换元件具有抗反射层的厚度为500nm-3000nm，及这些孔隙的孔径为100nm-2500nm的尺寸设计，可更加提升上述的效果及优点。本发明实施例的波长转换元件的制作方法利用高分子粒子来作出孔隙，因此可以制作出上述的波长转换元件。
为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，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波长转换元件与已知的波长转换元件的光通量比较图。
图3是本发明一实施例的波长转换元件的制作方法的流程示意图。
图4是本发明一实施例的投影装置的方块示意图。
图5是本发明一实施例的波长转换元件与已知的波长转换元件用于投影装置的影像光束的亮度比较图。
具体实施方式
有关本发明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。
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及抗反射层130。波长转换层120配置于基板110上，抗反射层130配置于波长转换层120上。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。
基板110材料例如为金属、陶瓷等，但不局限于此，也可以是其他能达到散热效果的材料。
抗反射层130包括具有多个孔隙132的第一接着剂层131。第一接着剂层131的材料例如为无机胶、玻璃胶等，但不局限于此。这些孔隙132的形状例如包括球状或多面体状，但不局限于此。第一接着剂层131例如还具有远离波长转换层120的第一表面1311，这些孔隙132是分布于第一接着剂层131中以及第一表面1311上。以球状的孔隙132为例，在第一接着剂层131中的孔隙132为球状，而在第一表面1311上的孔隙132为不完整的球状(如图1所示)。整体来说，抗反射层130的孔隙率较佳为50％-80％。
具体而言，抗反射层130的厚度T依其制程能力、接着剂特性、入射光波长范围以及光传递衰退等多方因素而设计有不同的厚度T，以达到最适合的抗反射效果。本发明的抗反射层130的厚度T可以设计例如为500nm-3000nm之间，且为消除界面的反射现象，较佳选择为入射光(图未示)的1/4波长的奇数倍。而这些孔隙132的孔径D例如为100nm-2500nm，较佳为100nm-500nm，其中为了减少孔隙132的表面反射，孔径D较佳的选择为小于入射光波长，且这些孔隙132的孔径D小于抗反射层130的厚度T。
波长转换层120包括第二接着剂层121及多个波长转换粒子122，这些波长转换粒子122配置于第二接着剂层121中。第二接着剂层121的材料例如为无机胶，但不局限于此。在一实施例中，第二接着剂层121例如也可以使用与第一接着剂层131相同的材料。波长转换粒子122例如为荧光粉或量子点(Quantum dot)，但不局限于此。
本实施例的波长转换元件100包括配置于波长转换层120上的抗反射层130，抗反射层130包括具有多个孔隙132的第一接着剂层131。这些孔隙132可以增加波长转换元件受光的比表面积，提升抗反射的效果。此外，借由上述抗反射层130的厚度T及这些孔隙132的孔径D的尺寸范围设计，可更加提升上述的效果及优点。
波长转换元件100的波长转换层120例如具有第一折射率，抗反射层130例如具有第二折射率，其中两者的关系式为：1<第二折射率≦第一折射率(空气的折射率为1)。在满足此关系式的情况下，波长转换元件100可以避免因第一折射率及第二折射率之间的差异过大，而造成光通量的损失，换言之，即可达到增加光通量及抗反射的效果。
图2是本发明一实施例的波长转换元件与已知的波长转换元件的光通量比较图。请参考图2，其中纵轴为光通量计数，横轴为可见光的波长范围(400nm-700nm)，本实施例的波长转换元件100包括抗反射层130，相较于已知的波长转换元件，在可见光的波长范围内可以增加15％-20％的光通量。
图3是本发明一实施例的波长转换元件的制作方法的流程示意图。请参考图1及图3，本实施例的波长转换元件100的制作方法包括以下步骤：步骤S101：于基板110上形成波长转换层120。具体而言，例如是将波长转换层120涂布或印刷于基板110上，再使波长转换层120经高温固化。在另一实施例中，也可以是将固化后的波长转换层120黏合至基板110上。
步骤S102：于波长转换层120上形成抗反射层130。具体而言，先设置第一接着剂及多个高分子粒子于波长转换层120上，其中这些高分子粒子混合于第一接着剂，并涂布或喷涂于波长转换层120上。本实施例的第一接着剂例如是使用玻璃胶，但不局限于此，也可以是其他种类的无机胶。
接着，去除这些高分子粒子，去除的方法例如是以温度加热上述涂布或喷涂于波长转换层120上的第一接着剂及这些高分子粒子，使这些高分子粒子裂解而留下孔隙，并且使第一接着剂固化，形成具有多个孔隙132的第一接着剂层131。在本实施例中，用以温度加热的温度是依高分子粒子可裂解的温度为主，且不会导致波长转换层120及第一接着剂软化的温度，例如是300度或400度，然本发明不局限于此。在另一实施例中，去除这些高分子粒子方法可先以一较低的温度使第一接着剂固化，再以一较高的温度加热使这些高分子粒子裂解而留下孔隙。特别说明的是，上述各步骤及步骤编号仅为说明各步骤内容，而非用以限定制作顺序，本领域的技术人员可视制作需求而更换不同的制作顺序，例如先于波长转换层120上形成抗反射层130，再于基板110上形成波长转换层120等不同制作方式。
在制作波长转换元件100时，借由使抗反射层130的厚度T为500nm-3000nm，这些孔隙132的孔径D为100nm-2500nm，且抗反射层130的厚度T大于这些孔隙132的孔径D的设计，可以使抗反射的效果与光通量的增加量更为提升。
本实施例的波长转换元件100例如可以应用于各种光学装置中，以下将以投影装置作为举例说明，但并非用以限制本发明。图4是本发明一实施例的投影装置的方块示意图。请参考图4，在本实施例中，投影装置1包括照明***10、光阀20及投影镜头30，照明***10用于提供照明光束L1至光阀20。照明***10包括激发光源11及波长转换元件100，在本实施例中，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，但本发明不局限于此。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，用于转换激发光束Le。波长转换元件100可具有波长转换区(图未示)及波长维持区(图未示)，或仅具有波长转换区。其中波长转换区配置有波长转换层120及抗反射层130，用于将激发光束Le转换成转换光束Lp，波长维持区配置则用于使激发光束Le通过或反射，而照明光束L1即包括激发光束Le和/或转换光束Lp，但不限于此。
在其他实施例中，照明***10可更包括其他光学元件，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)、液晶显示器(liquid-crystal display，LCD)、液晶覆硅板(Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel)、透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)、电光调变器(Electro-OpticalModulator)、磁光调变器(Maganeto-Optic modulator)、声光调变器(Acousto-OpticModulator，AOM)，但不局限于此。且依不同的设计架构，光阀20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。投影镜头30例如包括具有屈光度的一个或多个光学镜片的组合，例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。在一实施例中，投影镜头30也可以包括平面光学镜片。
本实施例的投影装置1由于使用具有抗反射效果与增加光通量的波长转换元件100，因此可提升影像亮度。请参考图4及图5，图5是本发明一实施例的波长转换元件与已知的波长转换元件用于投影装置的影像光束的亮度比较图。请参考图5，测验中将两种波长转换元件以不同颜色的色光进行测试，平均而言，使用本发明实施例的波长转换元件100的投影装置相较于使用已知的波长转换元件的投影装置，在各色光的亮度上可以提升1.5％。
综上所述，本发明实施例的波长转换元件包括配置于波长转换层上的抗反射层，抗反射层包括具有多个孔隙的第一接着剂层。这些孔隙可增加受光的比表面积，即多孔固体物质单位质量所具有的表面积，因此进而能增加光通量，提升抗反射的效果。此外，波长转换元件具有抗反射层的厚度为500nm-3000nm，及这些孔隙的孔径为100nm-2500nm的尺寸设计，可更加提升上述的效果及优点。本发明实施例的波长转换元件的制作方法利用高分子粒子来作出孔隙，因此可以制作出上述的波长转换元件。
惟以上所述者，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发明内容所作的简单等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围。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，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索，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 (10)

1.一种波长转换元件，其特征在于，所述波长转换元件包括基板、波长转换层以及抗反射层，其中：
所述波长转换层配置于所述基板上；以及
所述抗反射层配置于所述波长转换层上，所述抗反射层包括具有多个孔隙的第一接着剂层，
其中，所述抗反射层的厚度为500nm-3000nm，所述多个孔隙的孔径为100nm-2500nm，且所述抗反射层的厚度大于所述多个孔隙的孔径。
2.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述第一接着剂层包括玻璃胶。
3.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述波长转换层包括第二接着剂层及多个波长转换粒子，所述多个波长转换粒子配置于所述第二接着剂层中。
4.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述多个孔隙的形状包括球状或多面体状。
5.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述抗反射层的孔隙率为50％-80％。
6.根据权利要求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。
7.一种波长转换元件的制作方法，其特征在于，包括：
于基板上形成波长转换层；以及
于所述波长转换层上形成抗反射层，其包括：
设置第一接着剂及多个高分子粒子于所述波长转换层上，其中所述多个高分子粒子混合于所述第一接着剂；以及
去除所述多个高分子粒子，使所述第一接着剂形成具有多个孔隙的第一接着剂层，其中所述抗反射层的厚度为500nm-3000nm，所述多个孔隙的孔径为100nm-2500nm，且所述抗反射层的厚度大于所述多个孔隙的孔径。
8.根据权利要求7所述的波长转换元件的制作方法，其特征在于，设置所述第一接着剂及所述多个高分子粒子于所述波长转换层上的方法包括：将所述第一接着剂及所述多个高分子粒子混合，并涂布或喷涂于所述波长转换层上。
9.根据权利要求7所述的波长转换元件的制作方法，其特征在于，去除所述多个高分子粒子的方法包括：加热所述第一接着剂及所述多个高分子粒子，使所述多个高分子粒子裂解。
10.根据权利要求7所述的波长转换元件的制作方法，其特征在于，所述第一接着剂包括玻璃胶。
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