CN109752904A - 荧光粉转轮及使用荧光粉转轮的投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种荧光粉转轮及使用荧光粉转轮的投影装置，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，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。照明系统包括激发光源及荧光粉转轮，激发光源用于提供激发光束至荧光粉转轮。荧光粉转轮包括马达、转盘、反射件以及至少一荧光粉层。马达具有转轴，转盘连接于转轴，转盘具有承载面，承载面的周缘具有环形照射区。激发光束用于照射在环形照射区，承载面还具有凹槽，凹槽的局部位于环形照射区。反射件配置于凹槽内，用于反射激发光束。在本发明中，荧光粉转轮具有较佳的可靠度与刚性，具有提升散热效果。

Description

荧光粉转轮及使用荧光粉转轮的投影装置
技术领域
本发明关于一种显示装置，且特别是关于一种荧光粉转轮(phosphor wheel)及使用荧光粉转轮的投影装置。
背景技术
投影装置是一项成熟的产品，但随着科技的演进与创新，也一直不断地在进步。画面解析度从早期的VGA(640×480)、SVGA(1024×768)一路演进至目前的1080p(1920×1080)、4K(3840×2160)。投影距离与画面尺寸的比值，即投射比(throw ratio)，也从早期的1.6缩小到0.25。
此外，投影装置所使用的光源种类也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)光源。
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、绿光，再经由滤光轮(filterwheel)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，负责将蓝色激光二极管发出的蓝光，部分转换成黄、绿光。因为荧光粉的光转换效率会随着温度的增加而降低，且当温度过高时，荧光粉会烧毁而失去光转换的功能。所以，如何提升荧光粉转轮本身的散热能力，或是藉由外部方式来协助荧光粉转轮降温，是一个重要的课题。另外，由于荧光粉转轮是一个高速旋转的元件，因此必须要求转盘(disk plate)有足够的刚性以及动平衡，方能可靠地持续运转。
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」中所公开的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的习知技术。此外，在「背景技术」中所公开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
本发明提供一种荧光粉转轮，其具有较佳的可靠度。
本实施例提供一种荧光粉转轮，因转盘设置凹槽，并将反射件设置在凹槽内，可藉由反射件的重量调配及选择性设置的荧光粉层来调整转盘上的整体配重，使转盘转动时能有良好的动平衡。
本发明提供一种投影装置，其荧光粉转轮具有较佳的可靠度。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。
为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明提供一种荧光粉转轮，包括马达、转盘、反射件及至少一荧光粉层。马达具有转轴，转盘连接于转轴，且转盘具有承载面，而承载面的周缘具有环形照射区，且承载面还具有凹槽，凹槽的局部位于环形照射区。反射件配置于凹槽，而所述至少一荧光粉层配置于环形照射区。
为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明提供一种投影装置，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，将照明光束转换成影像光束，而投影镜头配置于影像光束的传递路径上。照明系统包括激发光源以及荧光粉转轮，激发光源用于提供激发光束，而荧光粉转轮配置于激发光束的传递路径上。荧光粉转轮包括马达、转盘、反射件以及至少一荧光粉层。马达具有转轴，转盘连接于转轴，且转盘具有承载面，而承载面的周缘具有环形照射区。激发光束用于照射在环形照射区，承载面还具有凹槽，凹槽的局部位于环形照射区。反射件配置于凹槽内，以反射激发光束。所述至少一荧光粉层配置于环形照射区，以将激发光束转换成至少一荧光光束，而照明光束包括荧光光束及被反射件反射的激发光束。
本发明实施例之荧光粉转轮及投影装置中，由于转盘的承载面具有凹槽，且凹槽设有反射件，可藉由反射件协助散热，并提升转盘的刚性以及改善动平衡，进而增加荧光粉转轮的可靠度。
为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图，作详细说明如下。
附图说明
图1A是本发明一实施例的荧光粉转轮的示意图。
图1B是图1A的爆炸示意图。
图2是本发明一实施例的荧光粉转轮的反射件及转盘的局部剖面示意图。
图3是本发明另一实施例的荧光粉转轮的反射件及转盘的爆炸示意图。
图4是本发明一实施例的一种投影装置的示意图。
图5是本发明一实施例的投影装置的照明系统的示意图。
图6是本发明另一实施例的投影装置的照明系统的示意图。
图7是本发明另一实施例的荧光粉转轮的反射件及转盘的爆炸示意图。
具体实施方式
有关本发明之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优选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1A是本发明一实施例的荧光粉转轮的示意图，而图1B是图1A的爆炸示意图。请参照图1A与图1B，本实施例的荧光粉转轮100用于被激发光束激发而产生荧光光束，其中激发光束是由蓝色激光二极管(未显示)所提供的激光光束。此荧光粉转轮100包括马达110、转盘120、反射件130以及至少一荧光粉层140，其中至少一荧光粉层140面向激发光束而设置。马达110具有转轴111，转盘120连接于转轴111。转盘120的中央例如具有开孔121，以套设于转轴111。此外，转盘120具有承载面122，而承载面122的周缘具有环形照射区123(虚线表示，图1B)。此环形照射区123是指当转盘120转动时，预设能被激发光束所照射到的区域。承载面122还具有凹槽124，凹槽124的局部区域位于环形照射区123中。
上述之反射件130的部分区域配置于凹槽124内，以反射激发光束。反射件130例如具有扇形反射部131及环形连接部132，其中环形连接部132套设于转轴111，而扇形反射部131配置于凹槽124内并连接环形连接部132。扇形反射部131的形状例如是与凹槽124的外廓形状匹配，以便将反射件130固定于转盘120上。在本实施例中，反射件130例如还具有弯折部133，弯折部133是从环形连接部132的边缘向下弯折而连接至扇形反射部131的边缘的区域。也就是说，扇形反射部131是透过弯折部133而连接环形连接部132。此外，转盘120及反射件130的材质可为金属或者为具有反射涂层的透光材料，以利散热，但不以此为限。
所述至少一荧光粉层140配置于环形照射区123。在本实施例中，所述至少一荧光粉层140例如是配置于整个环形照射区123。举例来说，所述至少一荧光粉层140例如包括荧光粉层141、142、143，其中荧光粉层141例如是绿色荧光粉层，荧光粉层142、143例如是黄色荧光粉层，但荧光粉层可激发出的荧光光束的颜色不以此为限。在其他实施例中，所述至少一荧光粉层也可仅包括产生出一种颜色的荧光光束的荧光粉层，或是包括更多种颜色的荧光光束的荧光粉层，例如进一步包括红色荧光粉层。
此外，所述至少一荧光粉层140之位于凹槽124内的部分(即荧光粉层143)被反射件130覆盖。反射件130具有反射面134，对应于在凹槽124中的环形照射区123，以反射激发光束。此反射面134可以为镜面或雾面，端视设计需求而定。当转盘120转动时，激发光束不会照射到荧光粉层143，而是轮流照射在荧光粉层141、142及反射件130的反射面134。激发光束例如是蓝光，照射在荧光粉层141时会激发出绿光、照射在荧光粉层142时会激发出黄光，而照射在反射件130时会被反射件130反射。在一实施例中，凹槽124内可不设有荧光粉层143。另外，荧光粉层141、142的接收激发光束的表面及接收激发光束的反射面134例如是在同一参考平面上。
习知的荧光粉转轮中，转盘为一片式结构，在环形照射区中未设置荧光粉层的部分即为反射区块，但因反射区块少了荧光粉层的重量，导致转盘上的整体配重不均，所以转盘转动时的动平衡不佳。然而，本实施例的荧光粉转轮100中，因在转盘120设置凹槽124，并将反射件130设置在凹槽124内，可藉由反射件130的重量调配及选择性设置的荧光粉层143来调整转盘120上的整体配重，使转盘120转动时能有良好的动平衡。此外，转盘120及反射件130可选用散热性较佳的金属材质，以提升散热效果，从而避免荧光粉层140因温度过高导致转换效率不佳甚至损坏的问题。基于上述优点，本实施例之荧光粉转轮100能具有较佳的可靠度。
上述的承载面122可具有多个冲压结构127，位于环形照设区123与转轴111之间，以提升转盘120的结构强度。冲压结构127是对转盘120进行冲压而成，在本实施例中，冲压结构127例如是凸起于承载面122的凸起结构。在其他实施例中，冲压结构可以是在承载面122形成凹陷的凹陷结构，或是包含所述凸起结构及凹陷结构。
上述的凹槽124具有底壁125，底壁125可具有开孔126，位于环形照射区123与转轴111之间。如此，当转盘120转动时，气流可经由开孔126流经反射件130的背面135(与反射面134面向相反方向的表面，参考图2)，进而提升散热效果。在一实施例中，底壁125也可不具有开孔126。
图2是本发明一实施例的荧光粉转轮的反射件及转盘的局部剖面示意图。请参照图2，在一实施例中，可使反射件130与转盘120的凹槽124的底壁125之间有空气间隙GA。如此，当转盘120旋转时，气流可经由空气间隙GA流经反射件130与转盘120之间，所以能提升散热效果。在另一具有上述空气间隙GA的实施例中，底壁125也可不具有开孔126。
虽然图1A与图1B中，反射件130在环形连接部132与扇形反射部131还具有弯折部133，但在另一实施例中，如图3所示，反射件130a可仅包括扇形反射部131与环形连接部132，而扇形反射部131是直接与环形连接部132连接。环形连接部132之远离转盘120a的表面136与扇形反射部131之远离转盘120a的表面137例如是位于同一平面。此外，转盘120a的凹槽124a的形状可与反射件130a的外廓形状相匹配。
图4是本发明一实施例的一种投影装置的示意图。请参照图4，本实施例的投影装置200包括照明系统210、光阀220及投影镜头230。照明系统210用于提供照明光束L1，光阀220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，而投影镜头230配置于影像光束L2的传递路径上，以将影像光束L2投射至屏幕(未显示)，进而在屏幕上形成影像画面。光阀220可以是穿透式光阀或是反射式光阀，其中穿透式光阀可以为穿透式液晶面板，而反射式光阀可以为数字微镜元件(digital micro-mirror device,DMD)或硅基液晶面板(liquid crystal on silicon panel,LCOS panel)，但不以此为限。
请参照图1A与图4，上述之照明系统210包括激发光源211以及荧光粉转轮100，激发光源211用于提供激发光束Le，而荧光粉转轮100配置于激发光束Le的传递路径上。虽然图4是以图1A之荧光粉转轮100为例，但荧光粉转轮100可替换成上述任一实施例的荧光粉转轮。
上述的激发光束Le用于照射在荧光粉转轮100的环形照射区123，随着荧光粉转轮100的转动，环形照射区123上的至少一荧光粉层140可将激发光束Le转换成至少一荧光光束Lp，而反射件130可反射激发光束Le(在图4中以Lr表示被反射件130反射的激发光束)，而上述的照明光束L1即包括荧光光束Lp及被反射件130反射的激发光束Lr。照明系统210可还包括其他元件，以使照明光束L1传递至光阀220。以下将配合图式进一步说明照明系统210具体实施态样，但本发明的照明系统的具体架构不限于以下所列举的实施例。
图5是本发明一实施例的投影装置的照明系统的示意图。请参照图5，本实施例的照明系统210除了包括上述的激发光源211以及荧光粉转轮100之外，还可包括合光元件212、滤光轮215及光均匀化元件216，其中光均匀化元件216可以为光积分柱或透镜阵列(lens array)，但不以此为限。
合光元件212配置于激发光源211与荧光粉转轮100之间，且包括分色部213及反射部214，其中分色部213与反射部214相邻，其中分色部213具有可让激发光束的波长范围穿透而让荧光光束的波长范围反射，反射部214可让激发光束的波长范围与荧光光束的波长范围反射。激发光源211提供的激发光束Le穿透分色部213而传递至荧光粉转轮100，而从荧光粉转轮100反射的荧光光束Lp及激发光束Lr会传递至合光元件212。激发光束Lr会被反射部214反射而依序通过滤光轮215及光均匀化元件216，而荧光光束Lp会被反射部214及分色部213反射而依序通过滤光轮215及光均匀化元件216。因此，照明系统210提供的照明光束L1包括荧光光束Lp及激发光束Lr。
图6是本发明另一实施例的投影装置的照明系统的示意图。请参照图6，本实施例的照明系统210a与图5的照明系统210相似，也可应用至图4的投影装置中，主要差异在于合光元件的不同。在本实施例中，合光元件212a是分色部213a及反射部214a构成的罩体，其中分色部213a位于罩体顶部，而反射部214a围绕分色部213a。激发光源211提供的激发光束Le穿透分色部213a而传递至荧光粉转轮100，而从荧光粉转轮100反射的荧光光束Lp及激发光束Lr会传递至合光元件212a。激发光束Lr会被反射部214a反射而依序通过光均匀化元件216及滤光轮215，而荧光光束Lp会被反射部214及分色部213反射而依序通过光均匀化元件216及滤光轮215。因此，照明系统210a提供的照明光束L1包括荧光光束Lp及激发光束Lr。
图7是本发明另一实施例的荧光粉转轮的反射件及转盘的爆炸示意图。在一实施例中，参考图1A与图7所示，反射件130a仅包括扇形反射部131与环形连接部132，而扇形反射部131是直接与环形连接部132连接。此外，转盘120a的凹槽124a的形状可与反射件130a的外廓形状相匹配。但与图3的荧光粉转轮的差异在于转盘120a的凹槽124a中并不设置开口。
综上所述，本发明实施例的投影装置及荧光粉转轮中，由于转盘的承载面的具有凹槽，且凹槽设有反射件，可藉由反射件协助散热，并提升转盘的刚性以及改善动平衡，进而增加荧光粉转轮的可靠度。此外，藉由在转盘的凹槽的底壁开孔及/或使反射件与转盘的凹槽的底壁之间有空气间隙，可进一步提升散热效果。另外，藉由在转盘形成多个冲压结构，可提升进一步转盘的刚性。
以上所述，仅为本发明之优选实施例而已，不能以此限定本发明实施之范围，即凡是依照本发明权利要求书及说明书内容所作之简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开之全部目的或优点或特点。此外，说明书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之权利范围。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 (20)

1.一种荧光粉转轮，其特征在于，包括马达、转盘、反射件以及至少一荧光粉层，
所述马达具有转轴；
所述转盘连接于所述转轴，所述转盘具有承载面，所述承载面的周缘具有环形照射区，且所述承载面还具有凹槽，所述凹槽的局部位于所述环形照射区；
所述反射件配置于所述凹槽；
所述至少一荧光粉层配置于所述环形照射区。
2.如权利要求1所述的荧光粉转轮，其特征在于，所述至少一荧光粉层覆盖整个所述环形照射区，且所述至少一荧光粉层之位于所述凹槽内的部分被所述反射件覆盖。
3.如权利要求1所述的荧光粉转轮，其特征在于，所述凹槽具有底壁，而所述反射件与所述底壁之间有空气间隙。
4.如权利要求1所述的荧光粉转轮，其特征在于，所述凹槽具有底壁，而所述底壁具有开孔位于所述环形照射区与所述转轴之间。
5.如权利要求1所述的荧光粉转轮，其特征在于，所述反射件具有环形连接部及扇形反射部，所述环形连接部套设于所述转轴，所述扇形反射部配置于所述凹槽内并连接所述环形连接部。
6.如权利要求5所述的荧光粉转轮，其特征在于，所述环形连接部的远离所述转盘的表面与所述扇形反射部的远离所述转盘的表面位于同一平面。
7.如权利要求5所述的荧光粉转轮，其特征在于，所述反射件还具有弯折部，从所述环形连接部的边缘向下弯折而连接至所述扇形反射部的边缘。
8.如权利要求1所述的荧光粉转轮，其特征在于，所述承载面具有多个冲压结构，位于所述环形照设区与所述转轴之间。
9.如权利要求1所述的荧光粉转轮，其特征在于，所述转盘及所述反射件的材质为金属。
10.如权利要求1所述的荧光粉转轮，其特征在于，所述反射件具有反射面，对应于所述环形照射区，且所述反射面为镜面或雾面。
11.一种投影装置，其特征在于，包括照明系统、光阀及投影镜头，所述照明系统用于提供照明光束，所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，将所述照明光束转换成影像光束，而所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，其中所述照明系统包括激发光源以及荧光粉转轮，
所述激发光源，用于提供激发光束；
所述荧光粉转轮，配置于所述激发光束的传递路径上，所述荧光粉转轮包括马达、转盘、反射件以及至少一荧光粉层，其中：
所述马达具有转轴；
所述转盘连接于所述转轴，所述转盘具有承载面，所述承载面的周缘具有环形照射区，所述激发光束用于照射在所述环形照射区，所述承载面还具有凹槽，所述凹槽的局部位于所述环形照射区；
所述反射件配置于所述凹槽内，以反射所述激发光束；
所述至少一荧光粉层配置于所述环形照射区，将所述激发光束转换成至少一荧光光束，而所述照明光束包括所述荧光光束及被所述反射件反射的所述激发光束。
12.如权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述至少一荧光粉层配置于整个所述环形照射区，且所述至少一荧光粉层之位于所述凹槽内的部分被所述反射件覆盖。
13.如权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述凹槽具有底壁，而所述反射件与所述底壁之间有空气间隙。
14.如权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述凹槽具有底壁，而所述底壁具有开孔，位于所述环形照射区与所述转轴之间。
15.如权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述反射件具有环形连接部及扇形反射部，所述环形连接部套设于所述转轴，所述扇形反射部配置于所述凹槽内并连接所述环形连接部。
16.如权利要求15所述的投影装置，其特征在于，所述环形连接部的远离所述转盘的表面与所述扇形反射部的远离所述转盘的表面位于同一平面。
17.如权利要求15所述的投影装置，其特征在于，所述反射件还具有弯折部，从所述环形连接部的边缘向下弯折而连接至所述扇形反射部的边缘。
18.如权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述承载面具有多个冲压结构，位于所述环形照设区与所述转轴之间。
19.如权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述转盘及所述反射件的材质为金属。
20.如权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述反射件具有反射面，对应于所述环形照射区，且所述反射面为镜面或雾面。
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