CN106154718B - 光波长转换装置及其适用的光源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光波长转换装置及其适用的光源系统。光波长转换装置包括第一基板、第二基板及第一波长转换材料。第一基板具有第一区段及第一接合部。第二基板邻设于第一基板且具有第二区段及第二接合部，其中第二接合部与第一接合部具有相互补的形状。第一波长转换材料设置于第二区段之上，用以将具有第一波段的光转换为具有第二波段的光。第一区段用以于使具有第一波段的光穿透，且第二区段反射具有第二波段的光。第一区段与第二区段交错设置，以使第一接合部与该第二接合部相互接合固定。借此，以达到提升安全性及稳定性，且同时降低噪音等功效。

Description

光波长转换装置及其适用的光源系统

技术领域

本发明涉及一种光波长转换装置，尤指一种提供稳定且低噪音的光波长转换装置及其适用的光源系统。

背景技术

光波长转换装置为一种光学换能元件，主要用于将一种以上的光波长转换产生特定的可见光波长以作为光源，通常应用于特殊照明，例如聚光灯、车头灯、显示器光源或投影机显像等。

一般而言，传统光波长转换装置以荧光粉色轮为大宗，旨在配合雷射光源并将雷射光转换成具有不同波长的色光，并通过马达带动荧光粉色轮以使各色光源以一时序差分时投射。在高功率操作下，荧光粉色轮的光波长转换效率可大幅提升投影机的光电转换及流明输出，近年来已成为新世代投影技术的重要光源。

目前市面上常见的投影机主要以蓝光雷射配合具有缺口的传统光波长转换装置，请参阅图1，其显示具有缺口的传统光波长转换装置的示意图。传统光波长转换装置1与马达2连动，并于基板3的部分区域30涂布荧光粉4。其中，传统光波长转换装置1的基板3上设计一缺口31，以控制蓝光雷射穿透缺口31，并借由缺口31的大小而可调整蓝光雷射的穿透量，然而因传统光波长转换装置1为转动件，在高转速下难以精准控制马达2的摆动量，同时由于缺口31的形状原因，于高速旋转时会产生风切声并成为噪音来源。为了降低噪音，虽可于缺口31处嵌入玻璃，然而在高速旋转时，仍有玻璃因离心力而与基板3分离，进而导致传统光波长转换装置1损坏甚至造成使用者危险的情事发生。

因此，实有必要发展一种提供稳定且低噪音的光波长转换装置及其适用的光源系统，以改善前文提及的各项缺点及问题，进而增进其产业上的实用性。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种光波长转换装置及其适用的光源系统，以解决并改善前述先前技术的问题与缺点。

本发明的另一目的为提供一种光波长转换装置及其适用的光源系统，借由第一基板的第一接合部及第二基板的第二接合部具有相互补的形状，且彼此相互接合固定，除可降低光波长转换装置于旋转时产生的风切声，还可进一步避免第一基板及第二基板在同步高速旋转时因离心力而分离的情况，借以达到提升安全性及稳定性，且同时降低噪音等功效。

本发明的另一目的为提供一种光波长转换装置及其适用的光源系统，由于第二基板由固定元件以单件式固定的形式紧密固定，除了无须特别设计夹具同时夹固第一基板及第二基板之外，还可简单达到转动平衡，进而达到组装方便且有效降低制造成本的功效。

本发明的另一目的为提供一种光波长转换装置及其适用的光源系统，通过第一基板选用透光片、扩散片或滤光片，且可进一步设置不同于第一波长转换材料的第二波长转换材料，可依各种光机的光路需求应用为不同光源，深富多样化的设计弹性。

为达上述目的，本发明的一较广实施方式为提供一种光波长转换装置，包括：至少一第一基板，每一该第一基板具有一第一区段及至少一第一接合部；一第二基板，邻设于该第一基板且具有至少一第二区段及至少一第二接合部，其中该第二接合部与该第一接合部具有相互补的形状；以及一第一波长转换材料，设置于该第二区段之上，用以将具有一第一波段的光转换为具有一第二波段的光；其中，该第一区段与该第二区段交错设置，以使该第一接合部与该第二接合部相互接合固定，其中，该第一区段用以于使具有该第一波段的光穿透，该第二区段反射具有该第二波段的光。

于一些实施例中，该第一基板及该第二基板以相异的材料制成且彼此拼接构成一轮型本体，且该第一区段及该第二区段对应的圆心角总和为360度。其中，该第一基板相对于该轮型本体的圆心具有一内径及一外径，且该第一接合部形成于该内径及该外径之间。

于一些实施例中，该第一接合部为一圆形凸出部，且该第二接合部为对应该圆形凸出部之一圆形凹陷部。

于一些实施例中，该第一接合部为一多边形凸出部，且该第二接合部为对应该多边形凸出部之一多边形凹陷部。

于一些实施例中，该第一接合部为一圆形凹陷部，且该第二接合部为对应该圆形凹陷部之一圆形凸出部。

于一些实施例中，该第一接合部为一多边形凹陷部，且该第二接合部为对应该多边形凹陷部之一多边形凸出部。

于一些实施例中，该光波长转换装置更包括一固定元件，该固定元件与该第二基板相连接，用以固定该第一基板及该第二基板。

于一些实施例中，每一该第一区段设置于相邻之该第二区段之间，或每一该第二区段设置于相邻之该第一区段之间。

于一些实施例中，该第一基板为一透光片、一扩散片或一滤光片。

于一些实施例中，具有该第一波段的光为蓝光，且具有该第二波段的光为波长大于460纳米的可见光。

根据本发明的构想，该光波长转换装置还包括一第二波长转换材料，且该第二波长转换材料设置于该第一区段，用以将具有该第一波段的光转换为具有一第三波段的光。于一些实施例中，具有该第三波段的光为波长大于或等于460纳米并小于或等于520纳米且主要峰值为490纳米的青色光。于另一些实施例中，具有该第三波段的光为波长大于或等于470纳米并小于或等于530纳米的绿色光。

为达上述目的，本发明的另一较广实施方式为提供一种光源系统，包括：一固态发光元件，架构于发出具有一第一波段的光；一光波长转换装置，包括：至少一第一基板，每一该第一基板具有一第一区段及至少一第一接合部，；一第二基板，邻设于该第一基板且具有至少一第二区段及至少一第二接合部，其中该第二接合部与该第一接合部具有相互补的形状；以及一第一波长转换材料，设置于该第二区段，用以将具有一该第一波段的光转换为具有一第二波段的光；其中，该第一区段与该第二区段交错设置，以使该第一接合部与该第二接合部相互接合固定，其中，该第一区段用以于使具有该第一波段的光穿透，该第二区段反射具有该第二波段的光。

于一些实施例中，该第二区段反射具有该第二波段的光至一第一光路径，且具有该第一波段的光穿透该第一区段并输出至一第二光路径。其中，该光源系统还具有一第三光路径，设置于该第一光路径及该第二光路径上，且该第一光路径及该第二光路径会合于该第三光路径，以将具有该第一波段的光及具有该第二波段的光整合并通过该第三光路径输出至一光机。

进一步地，该光源系统还包括：一第一分光镜，设置于该固态发光元件及该光波长转换装置之间，以架构于使具有该第一波段的光穿透并反射具有该第二波段的光；以及一第二分光镜，设置于该第一分光镜及该光机之间，以架构于反射具有该第一波段的光并使具有该第二波段的光穿透，以将该第一光路径及该第二光路径整合并输出至该第三光路径。于一些实施例中，该光源系统还包括一第一反射镜及一第二反射镜，该第一反射镜及该第二反射镜依序设置于该第二光路径上且于该第二光路径上位于该光波长转换装置及该第二分光镜之间，以架构于反射具有该第一波段的光且使其他色光穿透。

为达上述目的，本发明的另一较广实施方式为提供一种光波长转换装置，包括：两个第一基板，每一该第一基板具有两个第一接合部；以及一第二基板，设置于该两个第一基板之间且具有四个第二接合部；其中，每一该第一接合部与该四个第二接合部之一对应设置，且每一该第一接合部与每一该第二接合部具有相互补的形状，以使该第一接合部分别与该第二接合部相互接合固定，其中，该第一区段用以于使具有该第一波段的光穿透，该第二区段反射具有该第二波段的光。

附图说明

图1显示具有缺口的传统光波长转换装置的示意图。

图2A显示本发明较佳实施例的第一基板示意图。

图2B显示采用图2A所示的第一基板的光波长转换装置示意图。

图3A显示本发明另一较佳实施例的第一基板示意图。

图3B显示采用图3A所示的第一基板的光波长转换装置示意图。

图4A显示本发明另一较佳实施例的第一基板示意图。

图4B显示采用图4A所示的第一基板的光波长转换装置示意图。

图5A显示本发明另一较佳实施例的第一基板示意图。

图5B显示采用图5A所示的第一基板的光波长转换装置示意图。

图6A显示本发明另一较佳实施例的第一基板示意图。

图6B显示采用图6A所示之第一基板的光波长转换装置示意图。

图7A显示本发明另一较佳实施例的第一基板示意图。

图7B显示采用图7A所示的第一基板的光波长转换装置示意图。

图8显示本发明较佳实施例的光源系统架构图。

其中，附图标记说明如下：

1：传统光波长转换装置

2：马达

3：基板

30：部分区域

31：缺口

4：荧光粉

5：光波长转换装置

51：第一基板

511：第一区段

512：第一接合部

52：第二基板

521：第二区段

522：第二接合部

53：第一波长转换材料

54：固定元件

55：第二波长转换材料

6：光源系统

61：固态发光元件

62：第一分光镜

63：第二分光镜

64：第一反射镜

65：第二反射镜

7：光机

G：绿光

L1：具有第一波段的光

L2：具有第二波段的光

P1：第一光路径

P2：第二光路径

P3：第三光路径

R：红光

Y：黄光

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非架构于限制本发明。

请参阅图2A及图2B，其中图2A显示本发明较佳实施例的第一基板示意图，以及图2B显示采用图2A所示的第一基板的光波长转换装置示意图。如图2A及图2B所示，光波长转换装置5包括至少一第一基板51、第二基板52以及第一波长转换材料53。其中，每一个第一基板51具有第一区段511及至少一第一接合部512。第二基板52邻设于第一基板51且具有至少一第二区段521及至少一第二接合部522。第二接合部522与第一接合部512具有相互补的形状，亦即第一接合部512及第二接合部522于接合时，可相互填满。第一波长转换材料53可为例如但不限于一荧光粉，设置或涂布于第二区段521。通过设置或涂布于第二区段521的第一波长转换材料53，可转换通过此第二区段521光的波长。于本实施例中，光未通过第二区段521的波长分布于一第一波段。当具有该第一波段的该光通过设置于第二区段521的第一波长转换材料53时，该光的第一波段会被转换为第二波段。例如可将蓝光转换为波长大于460纳米的可见光。此外，上述第二区段521还可反射具有该第二波段的光。此外，上述第一区段511可使具有该第一波段的光穿透。

第一区段511与第二区段521交错设置，以使第一接合部512与第二接合部522相互接合固定。借此，除可降低光波长转换装置5于旋转时产生的风切声，还可进一步避免第一基板51及第二基板52在同步高速旋转时因离心力而分离的情况，借以达到提升安全性及稳定性，且同时降低噪音等功效。

根据本发明的构想，第一基板51及第二基板52以相异的材料制成，例如第一基板51以玻璃或陶瓷材料制成且第二基板52以金属材料制成，然不以此为限，且第一基板51及第二基板52彼此拼接构成一轮型本体，且第一区段511及第二区段521对应该轮型本体的圆心角总和为360度，亦即一完整的圆。

此外，为应用于不同需求，第一基板51较佳为一透光片、一扩散片或一滤光片，但不以此为限，且第一基板51相对于该轮型本体的圆心具有一内径及一外径，且第一接合部512形成于该内径及该外径之间，以架构于与第二接合部522相互接合固定，进而抵抗转动时所产生的离心力。故此，第一接合部512可设置于该内径及该外径之间的任意位置，而不受限于特定位置。

于一些实施例中，每一第一区段511设置于相邻的第二区段521之间，或每一第二区段521设置于相邻的第一区段511之间。其中，本发明的光波长转换装置5还包括固定元件54。固定元件54与第二基板52相连接，用以固定第一基板51及第二基板52，且其固定方法可为例如夹固或粘着等方式为之。换言之，固定元件54仅与第二基板52相连接并进行固定，亦即第二基板52由固定元件54以单件式固定的形式紧密固定，除了无须特别设计夹具同时夹固第一基板51及第二基板52之外，还可简单达到转动平衡，进而达到组装方便且有效降低制造成本的功效。

请参阅图3A及图3B，其中图3A显示本发明另一较佳实施例的第一基板示意图，以及图3B显示采用图3A所示的第一基板的光波长转换装置示意图。如图3A及图3B所示，本发明光波长转换装置5的第一基板51的第一接合部512为一圆形凸出部，且第二基板52的第二接合部522为对应该圆形凸出部的一圆形凹陷部。

请参阅图4A及图4B，其中图4A显示本发明另一较佳实施例的第一基板示意图，以及图4B显示采用图4A所示的第一基板的光波长转换装置示意图。如图4A及图4B所示，本发明光波长转换装置5的第一基板51的第一接合部512为一多边形凸出部，且第二基板52的第二接合部522为对应该多边形凸出部的一多边形凹陷部。

请参阅图5A及图5B，其中图5A显示本发明另一较佳实施例的第一基板示意图，以及图5B显示采用图5A所示的第一基板的光波长转换装置示意图。如图5A及图5B所示，本发明光波长转换装置5的第一基板51的第一接合部512为一圆形凹陷部，且第二基板52的第二接合部522为对应该圆形凹陷部之一圆形凸出部。

请参阅图6A及图6B，其中图6A显示本发明另一较佳实施例的第一基板示意图，以及图6B显示采用图6A所示的第一基板的光波长转换装置示意图。如图6A及图6B所示，本发明光波长转换装置5的第一基板51的第一接合部512为一多边形凹陷部，且第二基板52的第二接合部522为对应该多边形凹陷部的一多边形凸出部。

简言之，本发明之第一基板51的第一接合部512以及第二基板52的第二接合部522可为圆形或多边形的凸出部或凹陷部。其中，多边形凸出部及多边形凹陷部虽于附图中仅以三角形表示，然于实际应用上当然可为四边形、五边形或其他多边形等，其皆属本发明的教示范围。

于一些实施例中，上述各实施例所述的光波长转换装置5可进一步包括第二波长转换材料55，且第二波长转换材料55设置于第一基板51的第一区段511，用以将具有第一波段的光转换为具有第三波段的光。在一较佳实施例中，具有第三波段的光的波长大于或等于460纳米并小于或等于520纳米，且主要峰值为490纳米的青色光，但不以此为限。于另一些实施例中，第三波段的光的波长大于或等于470纳米并小于或等于530纳米的绿色光，然亦不以此为限。由此可见，本发明通过第一基板51选用透光片、扩散片或滤光片，且可进一步设置不同于第一波长转换材料53的第二波长转换材料55，可依各种光机的光路需求应用为不同光源，深富多样化的设计弹性。

请参阅图7A及图7B，其中图7A显示本发明另一较佳实施例的第一基板示意图，以及图7B显示采用图7A所示的第一基板的光波长转换装置示意图。如图7A及图7B所示，本发明光波长转换装置5的第一基板51的第一接合部512除可如前述实施例的方式形成，亦可形成自该内径至该外径，即第一基板51实质上采内宽外窄的切割设计，亦即该内径采宽口径设计，且该第一接合部512凹陷的峰值处采窄口径设计。

请参阅图8并配合图2A及图2B，其中图8显示本发明较佳实施例的光源系统架构图。如图2A、图2B及图8所示，本发明光波长转换装置5适用于光源系统6。光源系统6包括固态发光元件61及前述的光波长转换装置5。其中，固态发光元件61架构于发出具有第一波段的光L1，光波长转换装置5架构于以设置于第二基板52的第二区段521的第一波长转换材料53将具有第一波段的光L1转换为具有第二波段的光L2，并通过第二区段521将具有第二波段的光L2反射至第一光路径P1，并以例如玻璃基板的第一基板51使具有第一波段的光L1穿透第一基板51的第一区段511并输出至第二光路径P2。

于此实施例中，具有第一波段的光L1为蓝光，第一波长转换材料53包括至少一荧光粉，亦即可为一种以上的荧光粉组成具不同区段的第一波长转换材料53，以分别将具有第一波段的光L1转换为红光R及绿光G，亦可为单一种类的荧光剂，架构于将具有第一波段的光L1转换为包含红光R及绿光G波段之黄光Y。一言以蔽之，于本发明较佳实施例中，具有第一波段的光L1以蓝光为佳，且具有第二波段的光L2以红光R及绿光G或黄光Y为佳。此外，本发明光源系统6的第一光路径P1及第二光路径P2通过光路设计转折后会合于第三光路径P3，并送往光机7以供后端应用，故此可以三原色光(蓝光、红光及绿光)进行投射，亦可为三原色光加上黄光进行投射，且以分时投射为较佳。

此外，本发明的光源系统6于第一光路径P1上设置有第一分光镜62及第二分光镜63，其中第一分光镜62设置于固态发光元件61及光波长转换装置5之间，且第二分光镜63设置于第一分光镜62及光机7之间，亦即设置于第一光路径P1与第三光路径P3之间且设置于第二光路径P2与第三光路径P3之间，以将第一光路径P1及第二光路径P2整合并输出至第三光路径P3。

进一步地，光源系统6还包括第一反射镜64及第二反射镜65，且第一反射镜64及第二反射镜65依序设置于第二光路径P2上且于第二光路径P2上位于光波长转换装置5及第二分光镜63之间，以架构于反射具有第一波段的光L1(例如蓝光)且使其他色光穿透。

请再参阅图2A及图2B，于本发明的一较佳实施例中，光波长转换装置5适用于转换具有第一波段的光，且光波长转换装置5包括两个第一基板51及一个第二基板52。其中，每一个第一基板51具有两个第一接合部512，且第一基板51架构于使具有第一波段的光穿透。第二基板52设置于该两个第一基板51之间且具有四个第二接合部522，且第二基板52架构于将具有第一波段的光转换为具有第二波段的光并反射具有该第二波段的光。每一个第一接合部512与四个第二接合部522之一对应设置，且每一个第一接合部512与每一个第二接合部522具有相互补的形状，以使第一接合部512分别与第二接合部522相互接合固定。

综上所述，本发明提供一种光波长转换装置及其适用的光源系统，借由第一基板的第一接合部及第二基板的第二接合部具有相互补的形状，且彼此相互接合固定，除可降低光波长转换装置于旋转时产生的风切声，还可进一步避免第一基板及第二基板在同步高速旋转时因离心力而分离的情况，借以达到提升安全性及稳定性，且同时降低噪音等功效。此外，由于第二基板由固定元件以单件式固定的形式紧密固定，除了无须特别设计夹具同时夹固第一基板及第二基板之外，还可简单达到转动平衡，进而达到组装方便且有效降低制造成本的功效。同时，通过第一基板选用透光片、扩散片或滤光片，且可进一步设置不同于第一波长转换材料的第二波长转换材料，可依各种光机的光路需求应用为不同光源，深富多样化的设计弹性。

纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由熟悉本领域技术的人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求书范围所欲保护者。

Claims (20)

1.一种光波长转换装置，包括：

至少一第一基板，每一该第一基板具有一第一区段及至少一第一接合部；

一第二基板，邻设于该第一基板且具有至少一第二区段及至少一第二接合部，其中该第二接合部与该第一接合部具有相互补的形状；以及

一第一波长转换材料，设置于该第二区段之上，用以将具有一第一波段的光转换为具有一第二波段的光；

其中，该第一区段与该第二区段交错设置，以使该第一接合部与该第二接合部相互接合固定，

其中，该第一区段用以于使具有该第一波段的光穿透，该第二区段反射具有该第二波段的光。

2.如权利要求1所述的光波长转换装置，其中该第一基板及该第二基板以相异的材料制成且彼此拼接构成一轮型本体，且该第一区段及该第二区段对应的圆心角总和为360度。

3.如权利要求2所述的光波长转换装置，其中该第一基板相对于该轮型本体的圆心具有一内径及一外径，且该第一接合部形成于该内径及该外径之间。

4.如权利要求1所述的光波长转换装置，其中该第一接合部为一圆形凸出部，且该第二接合部为对应该圆形凸出部的一圆形凹陷部。

5.如权利要求1所述的光波长转换装置，其中该第一接合部为一多边形凸出部，且该第二接合部为对应该多边形凸出部的一多边形凹陷部。

6.如权利要求1所述的光波长转换装置，其中该第一接合部为一圆形凹陷部，且该第二接合部为对应该圆形凹陷部的一圆形凸出部。

7.如权利要求1所述的光波长转换装置，其中该第一接合部为一多边形凹陷部，且该第二接合部为对应该多边形凹陷部的一多边形凸出部。

8.如权利要求1所述的光波长转换装置，更包括一固定元件，该固定元件与该第二基板相连接，用以固定该第一基板及该第二基板。

9.如权利要求1所述的光波长转换装置，其中每一该第一区段设置于相邻的该第二区段之间，或每一该第二区段设置于相邻的该第一区段之间。

10.如权利要求1所述的光波长转换装置，其中该第一基板为一透光片、一扩散片或一滤光片。

11.如权利要求1所述的光波长转换装置，其中具有该第一波段的光为蓝光，且具有该第二波段的光为波长大于460纳米的可见光。

12.如权利要求1所述的光波长转换装置，还包括一第二波长转换材料，且该第二波长转换材料设置于该第一区段，用以将具有该第一波段的光转换为具有一第三波段的光。

13.如权利要求12所述的光波长转换装置，其中具有该第三波段的光为波长大于或等于460纳米并小于或等于520纳米且主要峰值为490纳米的青色光。

14.如权利要求12所述的光波长转换装置，其中具有该第三波段的光为波长大于或等于470纳米并小于或等于530纳米的绿色光。

15.一种光源系统，包括：

一固态发光元件，架构于发出具有一第一波段的光；

一光波长转换装置，包括：

至少一第一基板，每一该第一基板具有一第一区段及至少一第一接合部；

一第二基板，邻设于该第一基板且具有至少一第二区段及至少一第二接合部，其中该第二接合部与该第一接合部具有相互补的形状；以及

一第一波长转换材料，设置于该第二区段，用以将具有一该第一波段的光转换为具有一第二波段的光；

其中，该第一区段与该第二区段交错设置，以使该第一接合部与该第二接合部相互接合固定，

其中，该第一区段用以于使具有该第一波段的光穿透，该第二区段反射具有该第二波段的光。

16.如权利要求15所述的光源系统，其中该第二区段反射具有该第二波段的光至一第一光路径，且具有该第一波段的光穿透该第一区段并输出至一第二光路径。

17.如权利要求16所述的光源系统，更具有一第三光路径，设置于该第一光路径及该第二光路径上，且该第一光路径及该第二光路径会合于该第三光路径，以将具有该第一波段的光及具有该第二波段的光整合并通过该第三光路径输出至一光机。

18.如权利要求17所述的光源系统，还包括：

一第一分光镜，设置于该固态发光元件及该光波长转换装置之间，以架构于使具有该第一波段的光穿透并反射具有该第二波段的光；以及

一第二分光镜，设置于该第一分光镜及该光机之间，以架构于反射具有该第一波段的光并使具有该第二波段的光穿透，以将该第一光路径及该第二光路径整合并输出至该第三光路径。

19.如权利要求18所述的光源系统，更包括一第一反射镜及一第二反射镜，该第一反射镜及该第二反射镜依序设置于该第二光路径上且于该第二光路径上位于该光波长转换装置及该第二分光镜之间，以架构于反射具有该第一波段的光且使其他色光穿透。

20.一种光波长转换装置，包括：

两个第一基板，每一该第一基板具有两个第一接合部；以及

一第二基板，设置于该两个第一基板之间且具有四个第二接合部；

其中，每一该第一接合部与该四个第二接合部之一对应设置，且每一该第一接合部与每一该第二接合部具有相互补的形状，以使该第一接合部分别与该第二接合部相互接合固定，

其中，该第一区段用以于使具有该第一波段的光穿透，该第二区段反射具有该第二波段的光。