CN109424940A - 光波长转换模块以及照明模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光波长转换模块，其包括基板、驱动装置以及第一荧光材料层。第一荧光材料层配置在基板的第一光学区上。当第一荧光材料层的受热温度接近或相同于环境温度时，第一荧光材料层所产生的转换光束为黄绿光。当第一荧光材料层的受热温度接近或超过预设温度时，第一荧光材料层所产生的转换光束为黄光。驱动装置连接于基板。当光波长转换模块在操作状态时，驱动装置适于驱动基板作动，使第一光学区发出黄光。本发明另提供一种照明模块。上述光波长转换模块有助于改善热淬熄效应所造成的色彩失真以及亮度下降的问题。

Description

光波长转换模块以及照明模块
技术领域
本发明是有关于一种光波长转换模块以及照明模块。
背景技术
现有技术的光波长转换模块常利用发光元件搭配荧光粉层，来产生照明用的光束。然而，荧光粉层会吸收外来能量。在高能量光束(如激光光束)的照射下，荧光粉层的温度会升高，而导致其荧光强度(或发光效率)下降。热淬熄效应(thermal quenchingeffect)即是指荧光粉层的荧光强度随受热温度升高而下降的现象。
在荧光粉材料中，钇铝石榴石(Yttrium Aluminum Garnet,YAG)荧光粉层的热淬熄效应相对严重。图1是在不同受热温度下钇铝石榴石荧光粉层的波长-荧光强度关系图。图2是钇铝石榴石荧光粉层的受热温度-荧光强度关系图。从图1及图2可知，随着受热温度升高，荧光粉层的荧光强度会明显下降。此外，随着受热温度升高，荧光粉层的发射频谱(emission spectrum)会有朝向红光区域偏移的现象(即发射频谱朝长波长侧偏移)。
人眼对于照明模块所感知到的亮度是荧光粉层的发射频谱与人眼视觉函数积分起来的数值。人眼视觉函数描述人眼对于不同波长的光的敏感程度。由于人眼对绿光比对红光敏感，因此发射频谱朝向红色波段偏移的现象会造成人眼感知到的亮度下降，且随着发射频谱的偏移量的增加，人眼感知到的亮度衰减量越严重。也就是说，随着荧光粉层的受热温度升高，人眼对于照明模块所感知到的亮度除了会因荧光强度本身下降而下降之外，还会因发射频谱朝向红色波段偏移的现象而进一步下降。以黄光为例，原本该输出黄光的区域若因热淬熄效应而输出红黄光，不仅造成色彩失真(发射频谱的峰值朝红光偏移)，还会造成人眼所感知到的亮度下降，从而影响照明品质。
“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”段落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背景技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，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
本发明提供一种光波长转换模块，其有助于改善热淬熄效应所造成的色彩失真以及感知亮度下降的问题。
本发明还提供一种照明模块，其具有良好的照明品质。
本发明的其它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。
为达上述之一或部份或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提供一种光波长转换模块，其包括基板、驱动装置以及第一荧光材料层。驱动装置连接于基板。当光波长转换模块在操作状态时，驱动装置适于驱动基板作动。第一荧光材料层配置在基板的第一光学区上。当第一荧光材料层的受热温度接近或相同于环境温度时，第一荧光材料层所产生的转换光束为黄绿光。当第一荧光材料层的受热温度接近或超过预设温度时，第一荧光材料层所产生的转换光束为黄光。当光波长转换模块在操作状态时，第一光学区发出黄光。
为达上述之一或部份或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提供一种照明模块，其包括激发光源以及上述的光波长转换模块。激发光源提供激发光束。光波长转换模块配置在激发光束的传递路径上。
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。利用预先补偿的机制，选择发射频谱的峰值比所欲获得的发射频谱的峰值小的荧光材料层，以于受热温度接近或相同于环境温度时达到发射频谱向短波长侧偏移的效果。藉由使所述向短波长侧偏移的偏移量接近或相同于荧光材料层的受热温度接近或超过预设温度时向长波长侧偏移的偏移量，可使荧光材料层在受热温度接近或超过预设温度时所产生的转换光束的色彩接近或相同于所欲输出的色彩，并使人眼感知到的转换光束的亮度在不同温度时(如环境温度与预设温度时)趋近一致。据此，本发明的实施例的光波长转换模块有助于改善热淬熄效应所造成的色彩失真以及感知亮度下降的问题，且应用所述光波长转换模块的照明模块可具有良好的照明品质。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是在不同受热温度下钇铝石榴石荧光粉层的波长-荧光强度关系图。
图2是钇铝石榴石荧光粉层的受热温度-荧光强度关系图。
图3是依照本发明的一实施例的一种光波长转换模块的上视示意图。
图4及图5分别是图3中剖线A-A’及剖线B-B’的剖面示意图。
图6是应用依照本发明的一实施例的一种照明模块的投影装置的示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。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3是依照本发明的一实施例的一种光波长转换模块的上视示意图。图4及图5分别是图3中剖线A-A’及剖线B-B’的剖面示意图。请参照图3至图5，本发明的一实施例的光波长转换模块100包括基板110、驱动装置D以及第一荧光材料层120。
基板110承载第一荧光材料层120。基板110可以是透光基板或反光基板。反光基板可以是金属板、白板或是迎光表面镀有光反射膜层的透光基板，但不限于此。
驱动装置D连接于基板110，且当光波长转换模块100在操作状态时，驱动装置D适于驱动基板110作动。举例而言，在基板110为圆形载板且具有旋转轴心RC的架构下，当一激发光束(未绘示)照射光波长转换模块100时，驱动装置D可以是能驱动基板110以旋转轴心RC为轴转动的旋转装置，使配置于基板110上的第一荧光材料层120切入激发光束的传递路径上并被激发光束激发而产生一转换光束(未绘示)。然而，基板110的作动方式可依需求改变，而不限于此。
第一荧光材料层120配置在基板110的第一光学区R1上，其适于吸收短波长的光束(如激发光束)且激发出长波长的光束。举例而言，第一荧光材料层120为钇铝石榴石荧光粉层，但不限于此。
当第一荧光材料层120的受热温度接近或相同于环境温度(约为摄氏25度)时，第一荧光材料层120所产生的转换光束为黄绿光。当第一荧光材料层120的受热温度接近或超过预设温度时，第一荧光材料层120所产生的转换光束为黄光。此处，预设温度指的是第一荧光材料层120在能量高且集中的激发光束的照射下一般会到达的温度。以具有200W以上能量的激发光束为例，预设温度约为摄氏150度。当光波长转换模块100在操作状态时，例如当第一荧光材料层120切入能量高且集中的激发光束的传递路径上时，第一荧光材料层120的受热温度会由环境温度立刻转变成预设温度，使配置在基板110的第一光学区R1上的第一荧光材料层120被激发出黄光。
进一步而言，第一光学区R1设计用以输出黄光，例如发射频谱的峰值落在548纳米至550纳米的范围内的黄光。若以发射频谱的峰值落在548纳米至550纳米的范围内的荧光材料形成第一荧光材料层，在能量高且集中的激发光束的照射下，第一荧光材料层的发射频谱的峰值会因热淬熄效应而向长波长侧(例如红色波段)偏移，导致从第一光学区R1输出的转换光束偏移成为红黄光，而非预期的黄光。
有鉴于上述，本实施例利用预先补偿的机制，选择发射频谱的峰值比所欲获得的发射频谱的峰值(例如为548纳米至550纳米)小的第一荧光材料层120，例如藉由调整荧光材料中的钆离子(Gd3+)浓度来控制发射频谱的峰值(钆离子的浓度越高，峰值波长越长；钆离子的浓度越低，峰值波长越短)，以于受热温度接近或相同于环境温度时达到发射频谱向短波长侧(例如蓝色波段)偏移的效果。藉由使向短波长侧偏移的所述偏移量接近或相同于第一荧光材料层120的受热温度接近或超过预设温度时向长波长侧(例如红色波段)偏移的偏移量，可使第一荧光材料层120在受热温度接近或超过预设温度时所产生的转换光束的色彩接近或相同于所欲输出的色彩(黄色)。在本实施例中，当第一荧光材料层120的受热温度接近或相同于环境温度时，第一荧光材料层120的发射频谱的峰值落在542纳米至547纳米的范围内，即此时第一荧光材料层120所产生的转换光束为黄绿光，而当第一荧光材料层120的受热温度接近或超过预设温度时，第一荧光材料层120的发射频谱的峰值落在548纳米至550纳米的范围内，即此时第一荧光材料层120所产生的转换光束为黄光。
另一提的是，虽然热淬熄效应会导致色彩失真以及荧光强度下降(感知亮度下降)的问题，但藉由前述预先补偿的机制，可弥补热淬熄效应所导致的色彩失真的问题。此外，相较于黄光与红黄光，人眼对于黄绿光与绿光的敏感度较趋近一致。因此，在发射频谱与人眼视觉函数积分之后，藉由前述预先补偿的机制，亦有助于使人眼感知到的转换光束的亮度在不同温度时(如环境温度与预设温度时)趋近一致。据此，本发明的实施例的光波长转换模块100有助于改善热淬熄效应所造成的色彩失真以及感知亮度下降的问题。
依据不同的需求，基板110还可具有其它的光学区，且光波长转换模块100还可具有其它的荧光材料层。举例而言，除了第一光学区R1之外，基板110还可具有第二光学区R2、第三光学区R3以及第四光学区R4。除了第一荧光材料层120之外，光波长转换模块100还可具有第二荧光材料层130以及第三荧光材料层140，其中第一荧光材料层120、第二荧光材料层130及第三荧光材料层140的发射频谱的峰值彼此不同。然而，光学区以及荧光材料层的数量可依需求改变，而不限于此。
第一光学区R1、第二光学区R2、第三光学区R3以及第四光学区R4配置在基板110的旋转轴心RC旁且例如沿着基板110的圆周依序排列。如此，当光波长转换模块100在操作状态时，驱动装置D适于驱动基板110以旋转轴心RC为轴转动，例如当激发光束照射光波长转换模块100时，第一光学区R1、第二光学区R2、第三光学区R3以及第四光学区R4可轮流切入激发光束的传递路径上。
第二荧光材料层130配置于基板110的第二光学区R2上，其适于吸收短波长的光束(如激发光束)且激发出长波长的光束。举例而言，第二荧光材料层130为钇铝石榴石荧光粉层，但不限于此。
第二光学区R2例如设计用以输出红光或红黄光。对应地，配置于第二光学区R2上的第二荧光材料层130可采用已知的红色荧光材料层。或者，可基于前述补偿的机制，选择发射频谱的峰值比所欲获得的发射频谱的峰值小的荧光材料层。举例而言，当第二荧光材料层130的受热温度接近或相同于环境温度时，第二荧光材料层130所产生的转换光束为黄光，且当第二荧光材料层130的受热温度接近或超过预设温度时，第二荧光材料层130所产生的转换光束为红黄光。当光波长转换模块100在操作状态时，例如当配置于第二光学区R2的第二荧光材料层130切入激发光束的传递路径上时，第二荧光材料层130的受热温度会由环境温度转变成预设温度，使第二光学区R2发出红黄光。在本实施例中，当第二荧光材料层130的受热温度接近或相同于环境温度时，第二荧光材料层130的发射频谱的峰值落在548纳米至550纳米的范围内，即此时第二荧光材料层130所产生的转换光束为黄光。
第三荧光材料层140配置于基板110的第三光学区R3上，其适于吸收短波长的光束(如激发光束)且激发出长波长的光束。举例而言，第三荧光材料层140为钇铝石榴石荧光粉层，但不限于此。第三光学区R3例如设计用以输出绿光。对应地，配置于第三光学区R3上的第三荧光材料层140可以采用已知的绿色荧光材料层。或者，也可基于前述补偿的机制，选择发射频谱的峰值比所欲获得之发射频谱的峰值小的荧光材料层，于此便不再重述。
第四光学区R4未设置荧光材料层，且第四光学区R4用以让激发光束通过。当基板110为反光基板时，基板110可形成有与第四光学区R4重叠的开口，使第四光学区R4切入激发光束的传递路径上时，激发光束可通过基板110的开口。另一方面，如图5所示，当基板110为透光基板时，则可省略形成开口，激发光束可直接通过基板110的第四光学区R4。
光波长转换模块100可应用于任何需要多种色光的照明模块。举例而言，光波长转换模块100可架构在投影装置的照明模块中，但不限于此。图6是应用依照本发明的一实施例的一种照明模块的投影装置的示意图。请参照图6，本发明的一实施例的照明模块10包括激发光源12以及光波长转换模块100。激发光源12提供激发光束B。举例而言，激发光源12提供的激发光束B为具有200W以上功率的蓝色激光光束。光波长转换模块100配置在激发光束B的传递路径上，且图3中第一荧光材料层120、第二荧光材料层130以及第三荧光材料层140配置在基板110的迎光表面上。当光波长转换模块100在操作状态时，驱动装置D适于驱动基板110作动，使第一光学区R1第二光学区R2、第三光学区R3以及第四光学区R4轮流切入激发光束B的传递路径上。
当激发光束B具有200W以上功率时，荧光材料层容易因热淬熄效应而产生色彩失真以及感知亮度下降的问题，从而影响照明模块的照明品质。然而，如同前述，光波长转换模块100有助于改善热淬熄效应所造成的色彩失真以及感知亮度下降的问题，因此应用光波长转换模块100的照明模块10可具有良好的照明品质。
照明模块10可应用于投影装置1中，且投影装置1包括光阀20以及投影镜组30。自照明模块10输出的光束(包括多种颜色的转换光束及激发光束)可依序传递至光阀20以及投影镜组30。光阀20可将来自照明模块10所输出的光束转换成影像光束(未绘示)，光阀20例如是数位微镜装置(Digital Micro-mirror Device,DMD)、反射式的硅基液晶(LiquidCrystal on Silicon,LCOS)等，或者透射式的空间光调制器，例如透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)，但本发明并不限于此。投影镜组30将来自光阀20的影像光束从投影装置1投射出。
照明模块10可进一步包括滤光模块14，以提升自照明模块10输出的光束的色纯度，或使自投影装置1输出的影像画面的色彩满足所需的规格。与光波长转换模块100相似地，滤光模块14可具有承载基板(未绘示)、驱动装置(未绘示)以及对应多个光学区设置的多个滤光材料层(未绘示)。驱动装置连接于承载基板，且当滤光模块14在操作状态时，驱动装置适于驱动承载基板作动，例如使承载基板以其旋转轴心为轴转动，其中滤光模块14的承载基板与光波长转换模块100的基板110是同步转动。
多个滤光材料层配置于承载基板的迎光面上，用以接收来自光波长转换模块100的光束。多个滤光材料层可包括对应图3的第一光学区R1的第一滤光层、对应图3的第二光学区R2的第二滤光层以及对应图3的第三光学区R3的第三滤光层。第一滤光层例如用以过滤黄光以外的颜色光束，其与第一光学区R1同步切到光束的传递路径上，以提高自照明模块10输出的黄光的色纯度。第二滤光层例如用以过滤红光以外的颜色光束，其与第二光学区R2同步切到光束的传递路径上，以提高自照明模块10输出的红光的色纯度。第三滤光层例如用以过滤绿光以外的颜色光束，其与第三光学区R3同步切到光束的传递路径上，以提高自照明模块10输出的绿光的色纯度。当承载基板为反光基板时，为了让激发光束通过，承载基板可形成有与第四光学区R4对应的开口，也可以于承载基板的开口配置对应于第四光学区R4的透光扩散片。另一方面，当承载基板为透光基板时，则可省略形成开口。或者，在一实施例中，多个滤光材料层还可进一步包括对应图3的第四光学区R4设置的第四滤光层，以过滤蓝光以外的颜色光束，从而提高自照明模块10输出的蓝光的色纯度。在又一实施例中，上述多个滤光材料层也可与光波长转换模块整合在一起。
综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。利用预先补偿的机制，选择发射频谱的峰值比所欲获得之发射频谱的峰值小的荧光材料层，以于受热温度接近或相同于环境温度时达到发射频谱向短波长侧(例如蓝色波段)偏移的效果。藉由使向短波长侧偏移的所述偏移量接近或相同于荧光材料层之受热温度接近或超过预设温度时向长波长侧偏移的偏移量，可使荧光材料层在受热温度接近或超过预设温度时所产生的转换光束的色彩接近或相同于所欲输出的色彩，并使人眼感知到的转换光束的亮度在不同温度时(如环境温度与预设温度时)趋近一致。据此，本发明的实施例的光波长转换模块有助于改善热淬熄效应所造成的色彩失真以及感知亮度下降的问题，且应用所述光波长转换模块的照明模块可具有良好的照明品质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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书内容所作的简单的等效变化与修改，都仍属于本发明专利覆盖的范围。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。
附图标记说明
1：投影装置 120：第一荧光材料层
10：照明模块 130：第二荧光材料层
12：激发光源 140：第三荧光材料层
14：滤光模块 B：激发光束
20：光阀 D：驱动装置
30：投影镜组 R1：第一光学区
100：光波长转换模块 R2：第二光学区
110：基板 R3：第三光学区
R4：第四光学区 A-A’、B-B’：剖线
RC：旋转轴心

Claims (13)

1.一种光波长转换模块，包括：一基板、一驱动装置以及一第一荧光材料层；其中，
所述驱动装置连接于所述基板，当所述光波长转换模块在一操作状态时，所述驱动装置适于驱动所述基板作动；以及
所述第一荧光材料层配置在所述基板的一第一光学区上，其中当所述第一荧光材料层的一受热温度接近或相同于一环境温度时，所述第一荧光材料层所产生的转换光束为黄绿光，且当所述第一荧光材料层的所述受热温度接近或超过一预设温度时，所述第一荧光材料层所产生的转换光束为黄光；
其中当所述光波长转换模块在所述操作状态时，所述第一光学区发出所述黄光。
2.如权利要求1所述的光波长转换模块，其特征在于，所述预设温度约为摄氏150度，所述环境温度约为摄氏25度。
3.如权利要求1所述的光波长转换模块，其特征在于，当所述第一荧光材料层的所述受热温度接近或相同于所述环境温度时，所述第一荧光材料层的发射频谱的峰值落在542纳米至547纳米的范围内，且当所述第一荧光材料层的所述受热温度接近或超过所述预设温度时，所述第一荧光材料层的发射频谱的峰值落在548纳米至550纳米的范围内。
4.如权利要求1所述的光波长转换模块，其特征在于，还包括：
一第二荧光材料层，配置在所述基板的一第二光学区上，其中当所述第二荧光材料层的一受热温度接近或相同于所述环境温度时，所述第二荧光材料层所产生的转换光束为黄光，且当所述第二荧光材料层的所述受热温度接近或超过所述预设温度时，所述第二荧光材料层所产生的转换光束为红黄光，其中当所述光波长转换模块在所述操作状态时，所述第二光学区发出所述红黄光。
5.如权利要求4所述的光波长转换模块，其特征在于，当所述第二荧光材料层的所述受热温度接近或相同于所述环境温度时，所述第二荧光材料层的发射频谱的峰值落在548纳米至550纳米的范围内。
6.如权利要求4所述的光波长转换模块，其特征在于，所述第一荧光材料层以及所述第二荧光材料层分别为一钇铝石榴石荧光粉层。
7.一种照明模块，包括：一激发光源以及一光波长转换模块；其中，
所述激发光源提供一激发光束；以及
所述光波长转换模块配置在所述激发光束的传递路径上且包括：一基板、一驱动装置以及一第一荧光材料层；其中，所述驱动装置连接于所述基板，当所述光波长转换模块在一操作状态时，所述驱动装置适于驱动所述基板作动；以及
所述第一荧光材料层配置在所述基板的一第一光学区上，其中当所述第一荧光材料层的一受热温度接近或相同于一环境温度时，所述第一荧光材料层所产生的转换光束为黄绿光，且当所述第一荧光材料层的所述受热温度接近或超过一预设温度时，所述第一荧光材料层所产生的转换光束为黄光；
其中当所述光波长转换模块在所述操作状态时，所述激发光束入射所述第一荧光材料层而使所述第一光学区发出所述黄光。
8.如权利要求7所述的照明模块，其特征在于，所述预设温度约为摄氏150度，所述环境温度约为摄氏25度。
9.如权利要求7所述的照明模块，其特征在于，当所述第一荧光材料层的所述受热温度接近或相同于所述环境温度时，所述第一荧光材料层的发射频谱的峰值落在542纳米至547纳米的范围内，且当所述第一荧光材料层的所述受热温度接近或超过所述预设温度时，所述第一荧光材料层的发射频谱的峰值落在548纳米至550纳米的范围内。
10.如权利要求7所述的照明模块，其特征在于，所述光波长转换模块还包括：
一第二荧光材料层，配置在所述基板的一第二光学区上，所述基板的所述第一光学区与所述第二光学区轮流切入所述激发光束的传递路径上，其中当所述第二荧光材料层的所述受热温度接近或相同于所述环境温度时，所述第二荧光材料层所产生的转换光束为黄光，且当所述第二荧光材料层的所述受热温度接近或超过所述预设温度时，所述第二荧光材料层所产生的转换光束为红黄光，其中当所述光波长转换模块在所述操作状态且所述第二光学区切入所述激发光束的传递路径上时，所述第二光学区发出所述红黄光。
11.如权利要求10所述的照明模块，其特征在于，当所述第二荧光材料层的所述受热温度接近或相同于所述环境温度时，所述第二荧光材料层的发射频谱的峰值落在548纳米至550纳米的范围内。
12.如权利要求10所述的照明模块，其特征在于，所述第一荧光材料层以及所述第二荧光材料层分别为一钇铝石榴石荧光粉层。
13.如权利要求10所述的照明模块，其特征在于，所述激发光源提供的所述激发光束具有200W以上功率。
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