CN111474817A - 波长转换模块以及投影装置 - Google Patents

Abstract

一种波长转换模块以及投影装置。波长转换模块包括基板、第一匹配材料层、波长转换层、第二匹配材料层以及填补胶材通道。第一匹配材料层位于基板上。波长转换层位于基板与第一匹配材料层之间，且波长转换层包括多个第一孔洞、波长转换材料以及结合材料。波长转换材料散布于结合材料中。第二匹配材料层位于基板与波长转换层之间。填补胶材通道连接第一匹配材料层与第二匹配材料层，且第二匹配材料层、填补胶材通道与第一匹配材料层具有相同材质的填补胶材。本发明的波长转换模块具有良好的转换效率，本发明的投影装置具有良好的光学品质。

Description

波长转换模块以及投影装置

技术领域

本发明是有关于一种光学模块以及包含上述光学模块的光学装置，且特别是有关于一种波长转换模块以及投影装置。

背景技术

近来以发光二极管(light-emitting diode,LED)和激光二极管(laser diode)等固态光源为主的投影装置渐渐在市场上占有一席之地。由于激光二极管具有高于约20％的发光效率，为了突破发光二极管的光源限制，因此渐渐发展了以激光光源激发荧光粉而产生投影机所需用的纯色光源。

然而，一般而言，现有荧光粉轮的制程是将荧光粉或反射材料混合硅胶(Silicone)涂布于荧光粉轮的基板上而分别构成荧光粉轮的波长转换层或反射层，但硅胶却有不耐高温的特性与劣化等问题，因此当激光长时间激发荧光粉轮时，硅胶无法耐高温而易导致劣化或烧损，将影响此种荧光粉轮的发光效率以及可靠度。另一方面，有另一种荧光粉轮的制程是以无机胶合材料(例如：玻璃胶或陶瓷材料)取代硅胶混合荧光粉或反射材料而构成荧光粉轮。以此制程形成的荧光粉轮具有较佳的导热率及耐热性，然而此种荧光粉轮在烧结或固化成型的过程中，会有一些结合剂、分散剂、添加剂等挥发到空气中，就在波长转换层或反射层中产生孔洞，而这些孔洞之间并不会互通，因此孔隙内的空气难以被完全排出或置换为其他材料。并且，由于这些孔洞内的空气折射率(近似于1)与荧光粉或玻璃的折射率(近似于1.5)相差太大，如此，这些孔洞内的空气将会降低荧光粉轮的荧光层受光量，进而影响其转换效率。

“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已知技术。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，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

本发明提供一种波长转换模块，具有良好的转换效率。

本发明提供一种投影装置，具有良好的光学品质。

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，本发明的一实施例提出一种波长转换模块。波长转换模块包括基板、第一匹配材料层、波长转换层、第二匹配材料层以及填补胶材通道。第一匹配材料层位于基板上。波长转换层位于基板与第一匹配材料层之间，且波长转换层包括多个第一孔洞、波长转换材料以及结合材料。波长转换材料散布于结合材料中。第二匹配材料层位于基板与波长转换层之间。填补胶材通道连接第一匹配材料层与第二匹配材料层，且第二匹配材料层、填补胶材通道与第一匹配材料层具有相同材质的填补胶材。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种投影装置。投影装置包括上述的波长转换模块、激发光源、光阀以及投影镜头。激发光源用于发出激发光束，其中激发光束传递至波长转换模块，并经由波长转换模块形成照明光束。光阀位于照明光束的传递路径上且用于使照明光束形成影像光束。投影镜头位于影像光束的传递路径上且用于使影像光束形成投影光束。

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。在本发明的实施例中，投影装置与波长转换模块借由第一孔洞所形成的填补胶材通道而能利用填补胶材填补这些第一孔洞，进而提升波长转换层的转换效率。并且，波长转换模块借由第一匹配材料层的配置亦能提升可见光的穿透率，进而提升波长转换层的转换效率。此外，由于投影装置借由采用了具有良好转换效率的波长转换模块，因此投影装置亦可因此具有良好的转换效率与光学品质。

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，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是本发明一实施例的一种波长转换模块的剖视示意图。图1B是图1A的波长转换模块的上视图。

图2是本发明一实施例的一种投影装置的架构示意图。

图3是本发明一实施例的另一种投影装置的架构示意图。

附图标记说明

50：激发光束

60：转换光束

70：照明光束

80：影像光束

90：投影光束

100：波长转换模块

110：基板

120：波长转换层

130：第一匹配材料层

140：第二匹配材料层

200、300：投影装置

210：激发光源

220：分光单元

220A：穿透区

220B：反射区

230：滤光模块

240：光均匀化元件

250：光阀

260：投影镜头

BM：结合材料

CA：第一孔洞

FM：填补胶材

FC：填补胶材通道

TR：光通过区

WM：波长转换材料

WR：波长转换区。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的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一种波长转换模块的剖视示意图。图1B是图1A的波长转换模块的上视图。请参照图1A与图1B，本实施例的波长转换模块100具有至少一个波长转换区WR与光通过区TR。具体而言，如图1A所示，波长转换模块100包括基板110、第一匹配材料层130、波长转换层120、第二匹配材料层140以及填补胶材通道FC。如图1A所示，在本实施例中，第一匹配材料层130、波长转换层120以及第二匹配材料层140皆位于基板110上，且波长转换层120位于基板110与第一匹配材料层130之间，而第二匹配材料层140位于基板110与波长转换层120之间。进一步而言，第一匹配材料层130、波长转换层120以及第二匹配材料层140对应波长转换区WR而设置。在本实施例中，基板110的材质可为铝、铝合金、铜、铜合金、氮化铝或碳化硅，而具有良好的导热率与耐热性。

进一步而言，如图1A所示，在本实施例中，波长转换层120包括多个第一孔洞CA、波长转换材料WM以及结合材料BM。波长转换材料WM散布于结合材料BM中。举例而言，在本实施例中，波长转换层120的厚度大于等于0.05毫米，且小于等于0.3毫米。此外，在本实施例中，波长转换材料WM的粒径范围介于5至500纳米之间。应注意的是，此处的数值范围皆仅是作为例示说明之用，其并非用以限定本发明。

更进一步而言，如图1A所示，在本实施例中，填补胶材通道FC连接第一匹配材料层130与第二匹配材料层140，且第二匹配材料层140、填补胶材通道FC与第一匹配材料层130具有相同材质的填补胶材FM。举例而言，如图1A所示，在本实施例中，第二匹配材料层140包含填补胶材FM，而波长转换层120中的这些第一孔洞CA可以形成填补胶材通道FC，填补胶材FM经由毛细作用渗透至波长转换层120的部分这些第一孔洞CA所形成的填补胶材通道FC后，在波长转换层120的表面上形成第一匹配材料层130。如此，第二匹配材料层140、填补胶材通道FC与第一匹配材料层130即会同时包含填补胶材FM。

具体而言，在本实施例中，第二匹配材料层140、填补胶材通道FC与第一匹配材料层130所包含的填补胶材FM的材质包含硅胶、环氧树脂、醇溶型无机接着剂或水性无机接着剂。举例而言，在本实施例中，第二匹配材料层140包含硅胶、环氧树脂、醇溶型无机接着剂或水性无机接着剂，而第二匹配材料层140的厚度小于等于0.1毫米，但本发明不局限于此。在另一实施例中，若第二匹配材料层140、填补胶材通道FC与第一匹配材料层130所包含的填补胶材FM的材质包含内有导热材料粉末的硅胶或是内有导热材料粉末的环氧树脂，即，第二匹配材料层140包含内有导热材料粉末的硅胶或是内有导热材料粉末的环氧树脂，而第二匹配材料层140的厚度则可增加至小于等于0.2毫米的范围内。

举例而言，在本实施例中，这些第一孔洞CA占波长转换层120的体积百分比的范围大于等于5％。如此，这些第一孔洞CA会易于形成填补胶材通道FC，填补胶材FM经由毛细作用渗透至波长转换层120的部分这些第一孔洞CA的效应会较为显著，而有助于填补这些第一孔洞CA，并易于在波长转换层120的表面上形成第一匹配材料层130。举例而言，在本实施例中，第一匹配材料层130的厚度大于0，且小于等于30微米，但本发明不局限于此。

举例而言，在本实施例中，第二匹配材料层140、填补胶材通道FC与第一匹配材料层130所包含的填补胶材FM的折射率的范围大于等于1.1，且小于等于1.9。如此，由于这些第一孔洞CA已被填补胶材FM所填补，而与波长转换材料WM的折射率相近，因此将可避免波长转换层120因这些第一孔洞CA存在而会降低受光量的风险，进而提升波长转换层120的转换效率。

承上述，在本实施例中，第一匹配材料层130的折射率的范围大于等于1.1，且小于等于1.9，且更进一步而言，在本实施例中，第一匹配材料层130的折射率可被设计为小于波长转换层120的折射率，举例而言，第一匹配材料层130的折射率可被设定为1.2。如此，由于被传递至波长转换模块100的可见光会先穿透第一匹配材料层130，再进入波长转换层120，而由菲涅耳方程式基于不同介质层的折射率所计算出的关于光线穿透不同介质层的界面的反射率比与穿透率比的公式可知，可见光的穿透率的值约为98％。相对于此，不具有第一匹配材料层130的已知波长转换模块100的穿透率的值约仅为96％。据此可知，波长转换模块100借由第一匹配材料层130的配置能提升可见光的穿透率，进而提升波长转换层120的转换效率。

具体而言，在本实施例中，波段范围落在400纳米至700纳米之间的可见光穿透第一匹配材料层130或第二匹配材料层140的穿透率大于90％。并且，在本实施例中，结合材料BM为无机材料，包含二氧化硅及金属氧化物，且波段范围落在400纳米至700纳米之间的可见光穿透结合材料BM的穿透率大于90％。如此，波段范围落在400纳米至700纳米之间的可见光对于第一匹配材料层130及第二匹配材料层140皆具有良好的穿透率，而易于进入波长转换区WR中。

如此一来，波长转换模块100借由第一孔洞CA所形成的填补胶材通道FC而能利用填补胶材FM填补这些第一孔洞CA，进而提升波长转换层120的转换效率。并且，波长转换模块100借由第一匹配材料层130的配置亦能提升可见光的穿透率，进而提升波长转换层120的转换效率。

图2是本发明一实施例的一种投影装置的架构示意图。请参照图1A、图1B以及图2，投影装置200包括激发光源210、分光单元220、波长转换模块100、光阀250以及投影镜头260。在本实施例中，波长转换模块100的结构已在前文中详述，在此就不予赘述。在本实施例中，光阀250例如为数字微镜元件(digital micro-mirror device,DMD)或是硅基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel,LCOS panel)。然而，在其他实施例中，光阀250亦可以是穿透式液晶面板或其他光束调变器。

如图2所示，在本实施例中，激发光源210用于发出激发光束50。在本实施例中，激发光源210为激光光源，而激发光束50为蓝光激光光束。举例而言，激发光源210可包括多个排成阵列的蓝光激光二极管(未绘示)，但本发明不局限于此。

具体而言，如图2所示，在本实施例中，分光单元220配置于激发光束50的传递路径上，且位于激发光源210与波长转换模块100之间。具体而言，分光单元220可以是部分穿透部分反射元件、分色元件、偏振分光元件或其他各种可将光束分离的元件。举例而言，在本实施例中，分光单元220的穿透区220A例如可让蓝色光束穿透，而对其他颜色(如红色、绿色、黄色等)的光束提供反射作用。也就是说，分光单元220的穿透区220A可让蓝色的激发光束50穿透，如此一来，激发光束50可穿透分光单元220并入射至波长转换模块100。

举例而言，如图1A、图1B与图2所示，波长转换模块100位于激发光束50的传递路径上，且波长转换模块100的至少一个波长转换区WR用于将激发光束50转换为至少一个转换光束60，波长转换模块100的光通过区TR用于反射激发光束50而使激发光束50被传递至后续的光学元件。此外波长转换模块100还包括第一致动器(未绘示)，用于使光通过区TR与至少一个波长转换区WR在不同时间中进入激发光束50的照射范围内，而选择性地使激发光束50通过或被转换为至少一个转换光束60。之后，如图2所示，来自波长转换模块100的激发光束50与至少一个转换光束60则可被导引至分光单元220，而被分光单元220的反射区220B反射至后续的滤光模块230上。

举例而言，如图2所示，投影装置200还包括滤光模块230，滤光模块230位于激发光束50与转换光束60的传递路径上，并具有滤光光学区(未绘示)与透光区(未绘示)。滤光模块230还包括第二致动器(未绘示)，用于使滤光光学区(未绘示)在不同时间中对应地进入转换光束60的照射范围内，以分别形成红色色光与绿色色光。另一方面，透光区(未绘示)在不同时间中亦会对应地进入被传递至滤光模块230的激发光束50的照射范围内，以形成蓝色色光。如此，即可使激发光束50与转换光束60依时序地形成具有多种不同颜色的照明光束70。

另一方面，如图2所示，在本实施例中，投影装置200还包括光均匀化元件240，位于照明光束70的传递路径上。在本实施例中，光均匀化元件240包括积分柱，但本发明不局限于此。更详细而言，如图2所示，当照明光束70经由照明系统传递至光均匀化元件240时，光均匀化元件240可使照明光束70均匀化，并使其传递至光阀250。

接着，如图2所示，光阀250位于照明光束70的传递路径上，且用于将照明光束70形成影像光束80。投影镜头260位于影像光束80的传递路径上且用于将影像光束80形成投影光束90，以将影像光束80投影至屏幕(未绘示)上，以形成影像画面。由于照明光束70会聚在光阀250上后，光阀250依序将照明光束70形成不同颜色的影像光束80传递至投影镜头260，因此，光阀250所转换出的影像光束80所被投影出的影像画面便能够成为彩色画面。

如此一来，投影装置200的波长转换模块100借由第一孔洞CA所形成的填补胶材通道FC而能利用填补胶材FM填补这些第一孔洞CA，进而提升波长转换层120的转换效率。并且，波长转换模块100借由第一匹配材料层130的配置亦能提升可见光的穿透率，进而提升波长转换层120的转换效率。此外，由于投影装置200借由采用了具有良好的转换效率的波长转换模块100，因此投影装置200亦可因此具有良好的转换效率与光学品质。

在前述的实施例中，投影装置200虽以包含用于反射激发光束50的光通过区TR的波长转换模块100为例示，但本发明不局限于此。在其他的实施例中，波长转换模块100的光通过区TR亦可用于使激发光束50通过，任何本领域技术人员在参照本发明之后，当可对其光路作适当的更动，但其仍应属于本发明的范畴内。以下将另举部分实施例作为说明。

图3是本发明一实施例的另一种投影装置的架构示意图。请参照图3，本实施例的投影装置300与图2的投影装置200类似，而两者的差异如下所述。在本实施例的投影装置300的波长转换模块100中，位于光通过区TR的基板110具有镂空结构。也就是说，在图3的实施例中，波长转换模块100的光通过区TR用于使激发光束50穿透。

具体而言，如图1B与图3所示，在本实施例中，当波长转换模块100的光通过区TR进入激发光束50的照射范围时，激发光束50穿透波长转换模块100，并经由光传递模块LT传递至滤光模块230上。另一方面，在本实施例中，当至少一个波长转换区TR进入激发光束50的照射范围时，激发光束50被至少一个波长转换区TR转换为至少一个转换光束60。之后，如图1A所示，来自波长转换模块100的至少一个转换光束60则可被导引至分光单元220，而被反射至后续的滤光模块230上。滤光模块230再分别将激发光束50与至少一个转换光束60分别形成红色色光与绿色色光与蓝色色光，并借此形成之后的照明光束70与影像光束80。

如此一来，投影装置300的波长转换模块100借由第一孔洞CA所形成的填补胶材通道FC而能利用填补胶材FM填补这些第一孔洞CA，进而提升波长转换层120的转换效率。并且，波长转换模块100借由第一匹配材料层130的配置亦能提升可见光的穿透率，进而提升波长转换层120的转换效率。此外，由于投影装置300借由采用了具有良好转换效率的波长转换模块100，因此投影装置300亦可因此具有良好的转换效率与光学品质。

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。在本发明的实施例中，投影装置与波长转换模块借由第一孔洞所形成的填补胶材通道而能利用填补胶材填补这些第一孔洞，进而提升波长转换层的转换效率。并且，波长转换模块借由第一匹配材料层的配置亦能提升可见光的穿透率，进而提升波长转换层的转换效率。此外，由于投影装置借由采用了具有良好转换效率的波长转换模块，因此投影装置亦可因此具有良好的转换效率与光学品质。

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发明说明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利覆盖的范围内。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。

Claims (20)

1.一种波长转换模块，其特征在于，所述波长转换模块包括基板、第一匹配材料层、波长转换层、第二匹配材料层以及填补胶材通道，其中：所述第一匹配材料层位于所述基板上；

所述波长转换层位于所述基板与所述第一匹配材料层之间，所述波长转换层包括多个第一孔洞、波长转换材料以及结合材料，其中：

所述波长转换材料散布于所述结合材料中；

所述第二匹配材料层位于所述基板与所述波长转换层之间；以及

所述填补胶材通道连接所述第一匹配材料层与所述第二匹配材料层，且所述第二匹配材料层、所述填补胶材通道与所述第一匹配材料层具有相同材质的填补胶材。

2.根据权利要求1所述的波长转换模块，其特征在于，所述多个第一孔洞占所述波长转换层的体积百分比的范围大于等于5％。

3.根据权利要求1所述的波长转换模块，其特征在于，所述第二匹配材料层包含所述填补胶材，且所述填补胶材经由毛细作用渗透至所述波长转换层的部分所述多个第一孔洞后，在所述波长转换层的表面上形成所述第一匹配材料层。

4.根据权利要求1所述的波长转换模块，其特征在于，所述第一匹配材料层的厚度大于0，且小于等于30微米。

5.根据权利要求1所述的波长转换模块，其特征在于，所述第一匹配材料层的折射率小于所述波长转换层的折射率。

6.根据权利要求1所述的波长转换模块，其特征在于，所述第一匹配材料层的折射率的范围大于等于1.1，且小于等于1.9。

7.根据权利要求1所述的波长转换模块，其特征在于，所述第二匹配材料层包含硅胶、环氧树脂、醇溶型无机接着剂或水性无机接着剂。

8.根据权利要求7所述的波长转换模块，其特征在于，所述第二匹配材料层的厚度小于等于0.1毫米。

9.根据权利要求1所述的波长转换模块，其特征在于，所述第二匹配材料层包含内有导热材料粉末的硅胶或是内有导热材料粉末的环氧树脂。

10.根据权利要求9所述的波长转换模块，其特征在于，所述第二匹配材料层的厚度小于等于0.2毫米。

11.根据权利要求1所述的波长转换模块，其特征在于，波段范围落在400纳米至700纳米之间的可见光穿透所述第一匹配材料层或所述第二匹配材料层的穿透率大于90％。

12.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括波长转换模块、激发光源、光阀以及投影镜头，其中：

所述波长转换模块包括基板、第一匹配材料层、波长转换层、第二匹配材料层以及填补胶材通道，其中：

所述第一匹配材料层位于所述基板上；

所述波长转换层位于所述基板与所述第一匹配材料层之间，所述波长转换层包括多个第一孔洞、波长转换材料以及结合材料，其中：

所述波长转换材料散布于所述结合材料中；

所述第二匹配材料层位于所述基板与所述波长转换层之间；以及

所述填补胶材通道连接所述第一匹配材料层与所述第二匹配材料层，且所述第二匹配材料层、所述填补胶材通道与所述第一匹配材料层具有相同材质的填补胶材；

所述激发光源用于发出激发光束，其中所述激发光束传递至所述波长转换模块，并经由所述波长转换模块形成照明光束；

所述光阀位于所述照明光束的传递路径上，且用于使所述照明光束形成影像光束；以及

所述投影镜头位于所述影像光束的传递路径上且用于使所述影像光束形成投影光束。

13.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述多个第一孔洞占所述波长转换层的体积百分比的范围大于等于5％。

14.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述第二匹配材料层包含所述填补胶材，且所述填补胶材经由毛细作用渗透至所述波长转换层的部分所述多个第一孔洞后，在所述波长转换层的表面上形成所述第一匹配材料层。

15.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述第一匹配材料层的厚度大于0，且小于等于30微米。

16.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述第一匹配材料层的折射率小于所述波长转换层的折射率。

17.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述第一匹配材料层的折射率的范围大于等于1.1，且小于等于1.9。

18.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述第二匹配材料层包含硅胶、环氧树脂、醇溶型无机接着剂或水性无机接着剂。

19.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述第二匹配材料层包含内有导热材料粉末的硅胶或是内有导热材料粉末的环氧树脂。

20.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，波段范围落在400纳米至700纳米之间的可见光穿透所述第一匹配材料层或所述第二匹配材料层的穿透率大于90％。

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