CN112782843A - 波长转换单元及照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波长转换单元及照明装置，照明装置包含波长转换单元、驱动单元以及光源。波长转换单元包含本体以及荧光粉层。本体具有柱状外表面。荧光粉层设置于柱状外表面上。驱动单元配置以驱动波长转换单元绕着轴线转动。柱状外表面环绕轴线。光源配置以朝向荧光粉层发射光。

Description

波长转换单元及照明装置
技术领域
本发明涉及一种波长转换单元及照明装置。
背景技术
习知的波长转换装置大多是采用圆盘色轮，荧光粉层涂布于圆盘色轮的盘面。为了散热，一些习知技术在圆盘色轮的背面设置散热模块，以将圆盘色轮的热量导离。前述散热模块例如是热交换鳍片。
然而，对于前述采用圆盘色轮搭配热交换鳍片的习知技术来说，其整体占用空间较大，不利于采用此习知波长转换装置的照明装置的内部元件布局。
因此，如何提出一种可解决上述问题的波长转换单元及照明装置，是目前业界亟欲投入研发资源解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的一目的在于提出一种可有效解决前述问题的波长转换单元及照明装置。
为了达到上述目的，依据本发明的一实施方式，一种波长转换单元包含本体以及荧光粉层。本体具有柱状外表面。荧光粉层设置于柱状外表面上。
于本发明的一或多个实施方式中，本体具有贯穿通道。柱状外表面环绕贯穿通道。
于本发明的一或多个实施方式中，波长转换单元进一步包含叶片组。叶片组设置于贯穿通道内，并与本体相互固定。
于本发明的一或多个实施方式中，荧光粉层的材料包含铝酸盐(YAG)、硅酸盐、氮化物或量子点。
于本发明的一或多个实施方式中，荧光粉层使用的黏结剂的材料包含硅胶、环氧树酯、氧化铝或氮化铝。
为了达到上述目的，依据本发明的一实施方式，一种照明装置包含前述波长转换单元、驱动单元以及光源。驱动单元配置以驱动波长转换单元绕着轴线转动。柱状外表面环绕轴线。光源配置以朝向荧光粉层发射光。
于本发明的一或多个实施方式中，驱动单元连接叶片组。
于本发明的一或多个实施方式中，贯穿通道具有相对的第一开口以及第二开口。照明装置进一步包含管路以及散热流体。管路具有第一端以及第二端。第一端与第二端分别耦接第一开口与第二开口，致使贯穿通道与管路共同形成流体通路。散热流体位于流体通路内。
于本发明的一或多个实施方式中，散热流体为气体或液体。
于本发明的一或多个实施方式中，照明装置进一步包含第一衔接件以及第二衔接件。第一衔接件可转动地衔接且气密地连通于第一开口与管路的第一端之间。第二衔接件可转动地衔接且气密地连通于第二开口与管路的第二端之间。
于本发明的一或多个实施方式中，照明装置进一步包含热交换模块。热交换模块热性连接管路。
于本发明的一或多个实施方式中，照明装置进一步包含传动件。传动件与柱状外表面衔接。驱动单元经由传动件驱动波长转换单元转动。
为了达到上述目的，依据本发明的一实施方式，一种照明装置包含光源、波长转换单元以及分光滤光片。光源配置以产生激发光。波长转换单元具有至少一荧光区段以设置荧光粉，用以将激发光转换为受激光。波长转换单元配置以绕一轴线转动。激发光照射至波长转换单元的方向与轴线呈正交。分光滤光片配置以反射激发光而允许受激光通过，或配置以反射受激光而允许激发光通过。
于本发明的一或多个实施方式中，前述至少一荧光区段的数量为多个。荧光区段绕着轴线环状排列。设置于荧光区段上的荧光粉不同。
于本发明的一或多个实施方式中，波长转换单元还具有反射区段。前述至少一荧光区段与反射区段绕着轴线环状排列。
于本发明的一或多个实施方式中，照明装置进一步包含驱动单元。驱动单元配置以驱动波长转换单元绕着轴线转动。
于本发明的一或多个实施方式中，波长转换单元具有贯穿通道。
于本发明的一或多个实施方式中，照明装置进一步包含叶片组。叶片组配置以转动而带动流体通过贯穿通道。
于本发明的一或多个实施方式中，叶片组设置于贯穿通道内，并与波长转换单元相互固定。
综上所述，本发明提供一种本体具有柱状外表面的波长转换单元及应用其的照明装置。相较于将荧光粉层涂布于圆盘色轮的正面的习知波长转换装置，由于本发明的波长转换单元将荧光粉层涂布于柱状外表面上，因此可有效减少波长转换单元所占用的侧向空间。本发明的波长转换单元的本体还可呈空心的圆柱，也就是本体具有可供散热流体(例如，气体或液体)通过的贯穿通道，其也可作为散热通道。另外，本发明的波长转换单元还可在本体的贯穿通道内设置叶片组。当驱动单元带动本体转动时，位于贯穿通道的叶片组也会同时强制带动散热流体通过贯穿通道。借此，本发明的波长转换单元可有效地散逸光源(例如，激光)照射荧光粉层时产生的大量热能，并降低荧光粉层温度。在驱动单元连接叶片组的一些实施方式中，被强制带动的气体还可同时散热驱动单元。再者，由于本发明的照明装置不需在内壳体内设置热交换模块，因此内壳体的整体体积可较习知技术小，有利于采用本发明的波长转换单元的照明装置的内部元件布局。
以上所述仅用以阐述本发明所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效等，本发明的具体细节将在下文的实施方式及相关附图中详细介绍。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：
图1为绘示根据本发明一实施方式的照明装置的立体组合图。
图2为绘示根据本发明一实施方式的照明装置所包含的部分元件的示意图。
图3为绘示根据本发明一实施方式的照明装置所包含的部分元件的立体示意图。
图4为绘示图3中的结构于一实施方式中的局部剖面示意图。
图5为绘示根据本发明一实施方式的照明装置所包含的部分元件的立体示意图。
图6为绘示本发明的波长转换单元与习知的波长转换装置在实际测试的实验中的相对输入功率-亮度曲线图。
图7为绘示根据本发明一实施方式的照明装置所包含的部分元件的示意图。
图8为绘示根据本发明一实施方式的照明装置所包含的部分元件的示意图。
图9为绘示根据本发明一实施方式的波长转换单元的示意图。
图10为绘示根据本发明一实施方式的波长转换单元的示意图。
其中，附图标记：
100：照明装置
110：外壳体
111、112：内壳体
120、320、420：波长转换单元
121：本体
121a：柱状外表面
121b：贯穿通道
121b1：第一开口
121b2：第二开口
122：荧光粉层
123：叶片组
130、230：驱动单元
140：光源
150：管路
151：第一端
152：第二端
160a：第一衔接件
160b：第二衔接件
170：热交换模块
180a、180b、180c：透镜
190a、190b：分光滤光片
322a、322b、422a、422b：荧光区段
423：反射区段
280：传动件
A：轴线
F：散热流体
具体实施方式
以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些习知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示之。
请参照图1以及图2。图1为绘示根据本发明一实施方式的照明装置100的立体组合图。图2为绘示根据本发明一实施方式的照明装置100所包含的部分元件的示意图。如图1与图2所示，于本实施方式中，照明装置100以投影机为例，但本发明并不以此为限。照明装置100包含外壳体110、内壳体111、112、波长转换单元120以及光源140。内壳体111、112相互紧邻。波长转换单元120与光源140分别容置于内壳体111、112内，以防止受到外来脏污(例如，空气中的灰尘)对内部光学元件的污染。
波长转换单元120包含本体121以及荧光粉层122。本体121具有柱状外表面121a，且本体121的材质与荧光粉层122相异，较佳地为一种较高导热性的材质，例如金属或是导热陶瓷。于本实施方式中，本体121的柱状外表面121a为圆柱面，但本发明并不以此为限。于实际应用中，本体121的柱状外表面121a也可为锥状外表面，或是具有与轴线A正交且呈正多边形的截面的外表面(图未示出)。荧光粉层122设置于柱状外表面121a上。光源140配置以朝向荧光粉层122发射光，并使上述发射光的方向与轴线A大致上正交。具体来说，荧光粉层122实质上沿着环状路径设置于柱状外表面121a上。借此，当波长转换单元120绕着其轴线A转动且光源140实质上朝向此轴线A发光时，光源140所发射的光即可持续地照射在沿着环状路径设置的荧光粉层122上。
通过前述结构配置，相较于将荧光粉层涂布于圆盘色轮的盘面的习知波长转换装置，由于本实施方式的波长转换单元120将荧光粉层122设置于柱状外表面121a上(也就是荧光粉层122会沿着光源140所发射的光的行进方向绕本体121的轴线A分布)，因此可有效减少波长转换单元120所占用的侧向空间，也就是减少与光源140所发射的光的行进方向正交的平面所占用的空间，有利于照明装置100的内部元件布局。
于一些实施方式中，前述光源140为激光光源，但本发明并不以此为限。
于一些实施方式中，荧光粉层122的材料包含铝酸盐(YAG)、硅酸盐、氮化物或量子点，但本发明并不以此为限。
于一些实施方式中，荧光粉层122使用的黏结剂的材料可以是有机材料或无机材料，其中有机材料例如是硅胶、环氧树酯等，而无机材料例如是氧化铝、氮化铝等，但本发明并不以此为限。
请参照图3以及图4。图3为绘示根据本发明一实施方式的照明装置100所包含的部分元件的立体示意图。图4为绘示图3中的结构于一实施方式中的局部剖面示意图。如图3与图4所示，于本实施方式中，波长转换单元120的本体121具有贯穿通道121b。贯穿通道121b实质上沿着轴线A延伸。柱状外表面121a环绕贯穿通道121b。换言之，波长转换单元120的本体121呈空心的圆柱。通过此结构配置，本体121的贯穿通道121b即可供散热流体F通过，从而可作为散热通道。
如图4所示，于本实施方式中，波长转换单元120进一步包含叶片组123以及驱动单元130。叶片组123设置于本体121的贯穿通道121b内，并与本体121相互固定。举例来说，叶片组123可包含多个叶片。这些叶片可呈放射状排列。驱动单元130配置以驱动波长转换单元120绕着轴线A转动。具体来说，驱动单元130连接叶片组123，并经由叶片组123耦接本体121。通过此结构配置，当驱动单元130经由叶片组123带动本体121转动时，位于贯穿通道121b的叶片组123也会同时扰动散热流体F或强制带动散热流体F通过贯穿通道121b，以达到对波长转换单元120强制散热的效果。借此，本实施方式的波长转换单元120可有效地散逸光源140照射荧光粉层122时产生的大量热能，并降低荧光粉层122温度。除此之外，被强制带动的散热流体F也通过驱动单元130，因此可同时对驱动单元130进行散热。在其他实施态样中，该叶片组123的数量可以是两组以上，或是叶片同样为可导热材质，例如金属，以进一步将热量从荧光粉层122经由本体121及叶片组123传导至散热流体F散逸。
如图3与图4所示，于本实施方式中，贯穿通道121b具有相对的第一开口121b1以及第二开口121b2。照明装置100进一步包含管路150。管路150具有第一端151以及第二端152。第一端151与第二端152分别耦接贯穿通道121b的第一开口121b1与第二开口121b2，致使贯穿通道121b与管路150共同形成流体通路。散热流体F位于流体通路内。通过此结构配置，当驱动单元130经由叶片组123带动本体121转动时，位于贯穿通道121b的叶片组123会强制带动散热流体F沿着贯穿通道121b与管路150所共同形成的流体通路循环流动。需要说明的是，叶片组123的一个功用是带动散热流体F通过贯穿通道121b，因此在其他的实施态样上，叶片组123并非一定要耦接在本体121，也不一定要设置在贯穿通道121b中，例如使叶片组123贴附在该贯穿通道121b的第一开口121b1及/或第二开口121b2侧，即便间隔一预定距离，皆同样能强制带动流体通路中的散热流体F通过贯穿通道121b。
进一步来说，由于驱动单元130会驱动波长转换单元120转动，而管路150静止地设置于照明装置100的外壳体110内。为了使贯穿通道121b与管路150共同形成流体通路，照明装置100进一步包含第一衔接件160a以及第二衔接件160b。第一衔接件160a可转动地衔接且气密地连通于贯穿通道121b的第一开口121b1与管路150的第一端151之间。第二衔接件160b可转动地衔接且气密地连通于贯穿通道121b的第二开口121b2与管路150的第二端152之间，借以实现转动的波长转换单元120与静止的管路150之间的连接。于实际应用中，第一衔接件160a与第二衔接件160b各可为具有气密设计的转动轴承，但本发明并不以此为限。
另外，于一些实施方式中，驱动单元130可与静止的管路150耦接(例如，直接或间接地耦接至管路150的内壁)，借以驱动波长转换单元120相对于管路150转动。
此外，如图3所示，照明装置100还进一步包含热交换模块170(例如，热沉或散热鳍片)。热交换模块170热性连接管路150。借此，散热流体F由波长转换单元120所吸收的热能即可经由热交换模块170进行热交换而冷却。请配合参照图2，由于本实施方式的照明装置100不需在内壳体111内设置热交换模块170，因此内壳体111的整体体积可较习知技术小，有利于采用本实施方式的波长转换单元120的照明装置100的内部元件布局。
在散热流体F采用气体的一些实施方式中，前述管路150、第一衔接件160a与第二衔接件160b可直接以外壳体110的内部流道设计取代。换言之，在这样的实施方式中，可由本体121的贯穿通道121b与外壳体110的内部流道设计共同构成流体通路。
请参照图5，其为绘示根据本发明另一实施方式的照明装置100所包含的部分元件的立体示意图。如图5所示，本实施方式相较于图3与图4所示的实施方式的差异处，在于本实施方式中的驱动单元230位于贯穿通道121b与管路150所共同形成的流体通路之外，且照明装置100还进一步包含传动件280。传动件280与本体121的柱状外表面121a衔接。驱动单元230经由传动件280带动波长转换单元120转动。
于一些实施方式中，传动件280为皮带(如图5所示)，并且其套设于本体121的柱状外表面121a上，但本发明并不以此为限。于其他一些实施方式中，传动件280可为齿轮，并且其与本体121的柱状外表面121a相互啮合，从而可在受驱动单元230驱动后带动本体121转动。于其他一些实施方式中，传动件280可为具有高摩擦系数的表面的滚筒，并且其以此表面与本体121的柱状外表面121a相互接触，从而可在受驱动单元230驱动后带动本体121转动。
请参照图6，其为绘示本发明的波长转换单元120与习知的波长转换装置在实际测试的实验中的相对输入功率-亮度曲线图。如图6所示，在实际测试的实验中，习知的波长转换装置(例如，具有约65mm的直径的铝制圆盘)上涂布有YAG的荧光粉层，并以激光光源进行照射。实验后发现当激光光源的相对输入功率高达约80％时，以积分球量测此习知的波长转换装置所获得的亮度(流明值)会达到上限值，并在激光光源的相对输入功率由约85％至约90％时急遽下降。
相反地，如图6所示，在实际测试的实验中，本发明的波长转换单元120(例如，具有约55mm的直径的本体121)上涂布有YAG的荧光粉层，并以激光光源140进行照射。实验后会发现激光光源140的相对输入功率与积分球量测波长转换单元120所获得的亮度(流明值)会趋近于线性的正比关系，且即便激光光源140的相对输入功率抵达90％以上也不见对应的亮度的明显衰退，显见本发明的波长转换单元120确实具有优良的散热效果。不仅如此，由图6还可知，本发明的波长转换单元120在本体121的直径小于习知的波长转换装置的铝制圆盘的直径的状态下，发光效能在亮度及耐用度上都比习知的波长转换装置优异。
请参照图7，其为绘示根据本发明一实施方式的照明装置100所包含的部分元件的示意图。如图7所示，于本实施方式中，照明装置100进一步包含透镜180a、180b、180c以及分光滤光片190a。具体来说，分光滤光片190a位于光源140与波长转换单元120之间。透镜180a位于光源140与分光滤光片190a之间。透镜180b位于分光滤光片190a与波长转换单元120之间。分光滤光片190a配置以允许光源140所发射的光通过(也就是，允许激发光通过)，并配置以反射波长转换单元120转换后的光(也就是，反射受激光)。光能否通过分光滤光片190a，是基于光所带有的波长范围是否落在分光滤光片190a所容许通过的波长范围，在此恕不详述其原理。因此，光源140所发射的光会依序通过透镜180a、分光滤光片190a与透镜180b而抵达波长转换单元120。由反射波长转换单元120转换的光会经由透镜180b而抵达分光滤光片190a，并由分光滤光片190a反射通过透镜180c而输出。
请参照图8，其为绘示根据本发明一实施方式的照明装置100所包含的部分元件的示意图。如图8所示，于本实施方式中，照明装置100进一步包含透镜180a、180b、180c以及分光滤光片190b。具体来说，透镜180a位于光源140与分光滤光片190b之间。透镜180b位于分光滤光片190b与波长转换单元120之间。分光滤光片190b位于透镜180b、180c之间。分光滤光片190b配置以反射光源140所发射的光(也就是，反射激发光)，并配置以允许波长转换单元120转换后的光通过(也就是，允许受激光通过)。因此，光源140所发射的光会通过透镜180a而抵达分光滤光片190b，并由分光滤光片190b反射而经由透镜180b而抵达波长转换单元120。由反射波长转换单元120转换的光接着会依序通过透镜180b分光滤光片190b与透镜180c而输出。
另需说明的是，上述荧光粉层122除了单一荧光区段之外，在某些需求上也可以包含多个荧光区段以设置不同的荧光粉。请参照图9，其为绘示根据本发明一实施方式的波长转换单元320的示意图。如图9所示，于本实施方式中，波长转换单元320包含本体121以及多个荧光区段322a、322b。荧光区段322a、322b绕着轴线A环状排列。设置于荧光区段322a、322b上的荧光粉不同，例如绿色荧光粉及黄色荧光粉。借此，上述激发光将随着本体121的转动而时序性的被转换为绿色受激光及黄色受激光。
请参照图10，其为绘示根据本发明一实施方式的波长转换单元420的示意图。如图10所示，于本实施方式中，波长转换单元420包含本体121、荧光区段422a、422b以及反射区段423。荧光区段422a、422b上设置不同的荧光粉，用以将激发光转换为不同颜色的受激光。荧光区段422a、422b与反射区段423绕着轴线A环状排列。借此，随着本体121的转动，波长转换单元420可时序性地产生受激光及反射激发光并往后端输出。
由以上对于本发明的具体实施方式的详述，可以明显地看出，本发明提供一种本体具有柱状外表面的波长转换单元及应用其的照明装置。相较于将荧光粉层涂布于圆盘色轮的正面的习知波长转换装置，由于本发明的波长转换单元将荧光粉层涂布于柱状外表面上，因此可有效减少波长转换单元所占用的侧向空间。本发明的波长转换单元的本体还可呈空心的圆柱，也就是本体具有可供散热流体(例如，气体或液体)通过的贯穿通道，其也可作为散热通道。另外，本发明的波长转换单元还可在本体的贯穿通道内设置叶片组。当驱动单元带动本体转动时，位于贯穿通道的叶片组也会同时强制带动散热流体通过贯穿通道。借此，本发明的波长转换单元可有效地散逸光源(例如，激光)照射荧光粉层时产生的大量热能，并降低荧光粉层温度。在驱动单元连接叶片组的一些实施方式中，被强制带动的气体还可同时散热驱动单元。再者，由于本发明的照明装置不需在内壳体内设置热交换模块，因此内壳体的整体体积可较习知技术小，有利于采用本发明的波长转换单元的照明装置的内部元件布局。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并不用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (21)

1.一种波长转换单元，其特征在于，包含：
一本体，具有一柱状外表面；以及
一荧光粉层，设置于该柱状外表面上。
2.根据权利要求1所述的波长转换单元，其特征在于，该本体具有一贯穿通道，且该柱状外表面环绕该贯穿通道。
3.根据权利要求2所述的波长转换单元，其特征在于，进一步包含一叶片组，该叶片组设置于该贯穿通道内，并与该本体相互固定。
4.根据权利要求1所述的波长转换单元，其特征在于，该荧光粉层的材料包含铝酸盐(YAG)、硅酸盐、氮化物或量子点。
5.根据权利要求1所述的波长转换单元，其特征在于，该荧光粉层使用的黏结剂的材料包含硅胶、环氧树酯、氧化铝或氮化铝。
6.一种照明装置，其特征在于，包含：
一如权利要求1所述的波长转换单元；
一驱动单元，配置以驱动该波长转换单元绕着一轴线转动，其中该柱状外表面环绕该轴线；以及
一光源，配置以朝向该荧光粉层发射光。
7.根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于，该本体具有一贯穿通道，且该柱状外表面环绕该贯穿通道。
8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，该波长转换单元进一步包含一叶片组，该叶片组设置于该贯穿通道内，并与该本体相互固定。
9.根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于，该驱动单元连接该叶片组。
10.根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于，该贯穿通道具有相对的一第一开口以及一第二开口，且该照明装置进一步包含：
一管路，具有一第一端以及一第二端，该第一端与该第二端分别耦接该第一开口与该第二开口，致使该贯穿通道与该管路共同形成一流体通路；以及
一散热流体，位于该流体通路内。
11.根据权利要求10所述的照明装置，其特征在于，该散热流体为气体或液体。
12.根据权利要求10所述的照明装置，其特征在于，进一步包含：
一第一衔接件，可转动地衔接且气密地连通于该第一开口与该管路的该第一端之间；以及
一第二衔接件，可转动地衔接且气密地连通于该第二开口与该管路的该第二端之间。
13.根据权利要求10所述的照明装置，其特征在于，进一步包含一热交换模块，该热交换模块热性连接该管路。
14.根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于，进一步包含一传动件，该传动件与该柱状外表面衔接，并且该驱动单元经由该传动件驱动该波长转换单元转动。
15.一种照明装置，其特征在于，包含：
一光源，配置以产生一激发光；
一波长转换单元，具有至少一荧光区段以设置荧光粉，用以将该激发光转换为一受激光，其中该波长转换单元配置以绕一轴线转动，且该激发光照射至该波长转换单元的方向与该轴线呈正交；以及
一分光滤光片，配置以反射该激发光而允许该受激光通过，或配置以反射该受激光而允许该激发光通过。
16.根据权利要求15所述的照明装置，其特征在于，该至少一荧光区段的数量为多个，该些荧光区段绕着该轴线环状排列，并且设置于该些荧光区段上的荧光粉不同。
17.根据权利要求15所述的照明装置，其特征在于，该波长转换单元还具有一反射区段，且该至少一荧光区段与该反射区段绕着该轴线环状排列。
18.根据权利要求15所述的照明装置，其特征在于，进一步包含一驱动单元，该驱动单元配置以驱动该波长转换单元绕着该轴线转动。
19.根据权利要求15所述的照明装置，其特征在于，该波长转换单元具有一贯穿通道。
20.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，进一步包含一叶片组，该叶片组配置以转动而带动一流体通过该贯穿通道。
21.根据权利要求20所述的照明装置，其特征在于，该叶片组设置于该贯穿通道内，并与该波长转换单元相互固定。
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