CN113625515B - 波长转换装置及投影装置 - Google Patents
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Abstract
一种波长转换装置，包括散热基板、第一反射层、第二反射层以及波长转换层。第一反射层配置于散热基板上。第二反射层配置于第一反射层上。波长转换层配置于第二反射层上，其中第一反射层位于散热基板与第二反射层之间，且第二反射层位于第一反射层与波长转换层之间。第二反射层对可见光的反射率大于第一反射层对可见光的反射率，且第一反射层的厚度大于或等于第二反射层的厚度。本发明还提供了具有所述波长转换装置的投影装置。本发明可增加波长转换装置的散热效果，且同时维持波长转换装置良好的反射率。
Description
技术领域
本发明是有关于一种光学装置及电子装置，且特别是有关于一种波长转换装置及投影装置。
背景技术
投影装置为一种用以产生大尺寸画面的显示装置，随着科学技术的演进与创新，一直不断的在进步。投影装置的成像原理是将照明系统所产生的照明光束借由光阀转换成影像光束，再将影像光束通过投影镜头投射到投射目标物(例如：屏幕或墙面上)，以形成投影画面。此外，照明系统也随着市场对投影装置亮度、色彩饱和度、使用寿命、无毒环保等要求，一路从超高效能灯泡(Ultra-high-performance lamp，UHP lamp)、发光二极管(Light-emitting diode，LED)，一直进化到目前最先进的激光二极管(laser diode，LD)光源。但在照明系统中，目前产生红绿光较符合成本的做法为，使用蓝光激光二极管发出蓝色激发光束至荧光色轮，并利用激发光束激发荧光色轮的荧光粉来产生黄绿光。接着，再经由滤光元件将所需的红光或绿光滤出以使用。
在目前，反射式波长转换装置的反射层分为镜面反射层及漫反射层，其中镜面反射层主要为于散热基板表面进行镀银或其合金、镀铝或其合金、介电质或上述混合搭配镀膜，主要镀膜成本较为昂贵、易脱模且有耐温的限制(一般超过300℃易破坏镀膜结构)，故有使用上的限制。
另一方面，漫反射层的白色漫反射粒子为二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化锆及硫酸钡等在可见光波长范围内具有极高的反射率(大于或等于95％)但导热系数低(小于10W/mK)，故应用于高功率的投影机时，易因导热性较差导致荧光粉因温度过高而使发光效率下降。除此之外，漫反射层的白色漫反射粒子若为氮化硼则在可见光波长范围内的反射率(大于或等于70％)相较于二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化锆及硫酸钡等漫反射粒子的反射率低，若为氮化硼的漫反射粒子的导热系数高(大于20W/mK)。虽然导热较快，但因反射率较低而使光机亮度下降。
“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所属技术领域中的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所属技术领域中的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装置及投影装置，可进一步增加波长转换装置的散热效果，且同时维持波长转换装置良好的反射率。
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，本发明提供一种波长转换装置，包括散热基板、第一反射层、第二反射层以及波长转换层。第一反射层配置于散热基板上。第二反射层配置于第一反射层上。波长转换层配置于第二反射层上，其中第一反射层位于散热基板与第二反射层之间，且第二反射层位于第一反射层与波长转换层之间。第二反射层对可见光的反射率大于第一反射层对可见光的反射率，且第一反射层的厚度大于或等于第二反射层的厚度。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明另提供一种投影装置，包括照明系统、光机模块以及投影镜头。照明系统用于提供照明光束，且照明系统包括至少一激发光源以及波长转换装置。至少一激发光源用于提供至少一激发光束。波长转换装置配置于至少一激发光束的传递路径上。波长转换装置包括散热基板、第一反射层、第二反射层以及波长转换层。第一反射层配置于散热基板上。第二反射层配置于第一反射层上。波长转换层配置于第二反射层上。光机模块配置于照明光束的传递路径上，用于转换照明光束为影像光束。投影镜头位于影像光束的传递路径上，且用于投射影像光束，其中第一反射层位于散热基板与第二反射层之间，且第二反射层位于第一反射层与波长转换层之间。第二反射层对可见光的反射率大于第一反射层对可见光的反射率，且第一反射层的厚度大于或等于第二反射层的厚度。
基于上述，在本发明的波长转换装置及投影装置中。波长转换装置由下至上包括散热基板、第一反射层、第二反射层以及波长转换层，其中第二反射层对可见光的反射率大于第一反射层对可见光的反射率，且第一反射层的厚度大于或等于第二反射层的厚度。如此一来，可进一步增加波长转换装置的散热效果，且同时维持良好的反射率。此外，由于散热效果较现有技术佳，故还能进一步提升投影装置中照明系统的亮度。
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1为本发明一实施例的投影装置的示意图。
图2为本发明一实施例的波长转换装置的示意图。
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较佳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1为本发明一实施例的投影装置的示意图。请参考图1。本实施例提供一种投影装置10，包括照明系统50、光机模块60以及投影镜头70。其中，照明系统50用以提供照明光束LB。光机模块60配置于照明光束LB的传递路径上，用以转换照明光束LB为影像光束LI。投影镜头70配置于影像光束LI的传递路径上，且用以将影像光束LI投射出投影装置10至投影目标(未显示)，投影目标例如屏幕或墙面。
照明系统50用以提供照明光束LB。在本实施例中，照明系统50由至少一光源、波长转换元件、匀光元件、滤光元件以及多个分合光元件所组合而成，用以提供出不同波长的光以作为影像光束的来源。举例而言，本实施例的照明系统50包括至少一激发光源80以及波长转换装置100，其中激发光源80适于提供至少一激发光束，且波长转换装置100配置于激发光束的传递路径上。其中激发光源80例如可为包括一个或多个排成阵列的激光二极管。然而，本发明并不限定投影装置10中照明系统50的种类或形态，其详细结构及实施方式可以由后续说明及所属技术领域的通常知识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
在本实施例中，光机模块60包括至少一光阀，光阀例如是液晶覆硅板(LiquidCrystal On Silicon panel，LCoS panel)、数字微镜元件(Digital Micro-mirrorDevice,DMD)等反射式光调变器。于一些实施例中，光阀也可以是透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)，电光调变器(Electro-Optical Modulator)、磁光调变器(Magneto-Optic modulator)、声光调变器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等穿透式光调变器。本发明对光机模块60的型态及其种类并不加以限制。光机模块60的至少一光阀将照明光束LB转换为影像光束LI的方法，其详细步骤及实施方式可以由所属技术领域的通常知识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。在本实施例中，光机模块60中光阀的数量为一个，例如是使用单个数字微镜元件的投影装置10，但在其他实施例中则可以是多个，本发明并不限于此。
投影镜头70例如包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合，例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。于一实施例中，投影镜头70还可以包括平面光学镜片，以反射方式将来自光机模块60的影像光束LI投射至投影装置10外的投影目标。本发明对投影镜头70的型态及其种类并不加以限制。
图2为本发明一实施例的波长转换装置的示意图。请参考图2。波长转换装置100包括散热基板110、第一反射层120、第二反射层130以及波长转换层140。第一反射层120配置于散热基板110上，第二反射层130配置于第一反射层120上，其中第一反射层120位于散热基板110与第二反射层130之间。波长转换层140配置于第二反射层130上，且第二反射层130位于第一反射层120与波长转换层140之间。换句话说，波长转换装置100由下至上依序堆迭散热基板110、第一反射层120、第二反射层130以及波长转换层140。在本实施例中，散热基板110、第一反射层120、第二反射层130与波长转换层140之间不具有间隙。于本实施例，散热基板110例如为一圆盘，第一反射层120、第二反射层130以及波长转换层140例如以一环型或部分环形迭置于散热基板100上，波长转换装置100还包括一驱动元件(未绘示)，驱动元件连接散热基板的中心，用以驱动散热基板以其中心为转轴进行旋转，但本发明并不限于此。
散热基板110的材质例如为铝、铝合金、铜、铜合金、氮化铝或碳化硅。散热基板110用以让波长转换装置100所接收的热可藉由散热基板110达到散热效果。波长转换层140具有荧光材料，用以由激发光源所提供的激发光束激发并产生不同波长的转换光束。波长转换层140可由烧结的方式制作而成，但本发明并不限于此。
此外，第二反射层130对可见光的反射率大于第一反射层120对可见光的反射率，且第一反射层120的厚度大于或等于第二反射层130的厚度。具体而言，在本实施例中，第一反射层120对可见光的反射率例如大于或等于70％，而第二反射层130对可见光的反射率例如大于或等于95％。如此一来，可进一步增加波长转换装置100的散热效果，且同时维持良好的反射率。此外，由于散热效果较现有技术佳，故还能进一步提升投影装置10中照明系统50的亮度。
详细而言，在本实施例中，第一反射层120的导热系数大于第二反射层130的导热系数，其中第一反射层120的导热系数大于或等于20瓦/(米·克耳文)(W/(m·K))。换句话说，第一反射层120选择使用具有中高反射率及高导热系数的材料制作。举例而言，第一反射层120例如具有氮化硼或其他种类混合漫反射粒子配置于第一反射层120。另一方面，第二反射层130选择使用具有高反射率及低导热系数的材料制作，其中第二反射层130的导热系数例如小于或等于10瓦/(米·克耳文)(W/(m·K))。举例而言，第二反射层130例如具有二氧化钛、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、硫酸钡或其他种类混合漫反射粒子配置于第二反射层130。
在本实施例中，第一反射层120及第二反射层130可由烧结的方式制作而成。漫反射粒子可以使用有机胶(例如为硅胶)、无机胶(例如为玻璃胶)或有机无机混合胶(例如为有机的硅胶混合无机的氧化硅)作为漫反射粒子结构表面之间的接着剂，但本发明并不限于此。在一实施例中，第一反射层120也可为形成于散热基板110的表面上的镜面镀膜，本发明亦不限于此。
第二反射层130用以对传递至波长转换层140的激发光束所转换成的转换光束进行反射作用，并且将波长转换层140所产生的热能传递至第一反射层120。因此，在本实施例中，第二反射层130可选择使用较薄的厚度，以增加将热传递至第一反射层120效果。在较佳的实施例中，第二反射层130的厚度小于或等于0.05毫米，且第一反射层120的厚度与第二反射层130的厚度总合小于0.15毫米。因此，本实施例的第一反射层120与第二反射层130的厚度总合相近于现有技术中单一反射层的厚度，故可达到与单层反射层相同的反射效果。
在本实施例中，波长转换装置100可以热阻方程式进一步说明。详细而言，热阻方程式可由下述公式(1)表示如下：
其中，
R为热阻，单位为K(克耳文)/W(瓦)；
L为正向距离(或厚度)，单位为m(米)；
k为热传导系数，单位为W(瓦)/m(米)K(克耳文)；
A为热传导穿透的面积，单位为m2(平方米)。
举例而言，以现有技术的单层反射层为例，若单层反射层的厚度为0.1毫米，且材料为二氧化钛(热传导系数为8.5W/mK)，故当热传导面积为1平方米时，则单层反射层的热阻R为0.00001176K/W。以本实施例为例，若第一反射层120的厚度与第二反射层130厚度皆为0.05毫米，第一反射层120的材料为氮化硼(热传导系数为250W/mK)，且第二反射层130的材料为二氧化钛(热传导系数为8.5W/mK)。故当热传导面积为1平方米时，则第一反射层120的热阻R为0.0000002K/W，且第二反射层130的热阻R为0.00000588K/W。因此，本实施例的双层漫反射层(第一反射层120和第二反射层130)的热阻可达0.00000608K/W，而单层反射层实施例与本实施例的热阻比值为1.93。换句话说，本实施例的双层漫反射层(即，第一反射层120与第二反射层130)结构具有较佳的导热效果。
在本实施例中，波长转换装置100还包括连接层150，配置于散热基板110与第一反射层120之间，用以固接第一反射层120至散热基板110上。在本实施例中，连接层150的导热系数大于第一反射层120的导热系数及第二反射层130的导热系数。在较佳的实施例中，连接层150的导热系数大于第一反射层120的导热系数与第二反射层130的导热系数的总和。因此，可进一步提升第一反射层120与散热基板110的连接强度，同时提升散热效果。
综上所述，在本发明的波长转换装置及投影装置中。波长转换装置由下至上包括散热基板、第一反射层、第二反射层以及波长转换层，其中第二反射层对可见光的反射率大于第一反射层对可见光的反射率，且第一反射层的厚度大于或等于第二反射层的厚度。如此一来，可进一步增加波长转换装置的散热效果，且同时维持良好的反射率。此外，由于散热效果较现有技术佳，故还能进一步提升投影装置中照明系统的亮度。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即凡依本发明权利要求书及发明内容所作之简单的等效变化与修改，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揭露之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。
附图标记说明：
10:投影装置
50:照明系统
60:光机模块
70:投影镜头
80:激发光源
100:波长转换装置
110:散热基板
120:第一反射层
130:第二反射层
140:波长转换层
150:连接层
LB:照明光束
LI:影像光束。
Claims (18)
1.一种波长转换装置，其特征在于，所述波长转换装置包括散热基板、第一反射层、第二反射层以及波长转换层，其中：
所述第一反射层配置于所述散热基板上；
所述第二反射层配置于所述第一反射层上；以及
所述波长转换层配置于所述第二反射层上，其中所述第一反射层位于所述散热基板与所述第二反射层之间，且所述第二反射层位于所述第一反射层与所述波长转换层之间，所述第二反射层对可见光的反射率大于所述第一反射层对可见光的反射率，所述第一反射层的厚度大于或等于所述第二反射层的厚度，且所述第一反射层的导热系数大于所述第二反射层的导热系数。
2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第一反射层的导热系数大于或等于20瓦/(米·克耳文)。
3.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第一反射层对可见光的所述反射率大于或等于70％。
4.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第二反射层对可见光的所述反射率大于或等于95％。
5.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第二反射层的所述厚度小于或等于0.05毫米。
6.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第一反射层的所述厚度与所述第二反射层的所述厚度总合小于0.15毫米。
7.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换装置还包括连接层，其配置于所述散热基板与所述第一反射层之间，用以固接所述第一反射层至所述散热基板上，所述连接层的导热系数大于所述第一反射层的导热系数及所述第二反射层的导热系数。
8.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第一反射层为形成于所述散热基板的表面上的镜面镀膜。
9.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述散热基板、所述第一反射层、所述第二反射层与所述波长转换层之间不具有间隙。
10.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明系统、光机模块以及投影镜头，其中：
所述照明系统用于提供照明光束，所述照明系统包括至少一激发光源以及波长转换装置，其中：
所述至少一激发光源用于提供至少一激发光束；以及
所述波长转换装置配置于所述至少一激发光束的传递路径上，所述波长转换装置包括散热基板、第一反射层、第二反射层以及波长转换层，其中：
所述第一反射层配置于所述散热基板上；
所述第二反射层配置于所述第一反射层上；以及
所述波长转换层配置于所述第二反射层上；
所述光机模块配置于所述照明光束的传递路径上，用于转换所述照明光束为影像光束；以及
所述投影镜头位于所述影像光束的传递路径上，且用于投射所述影像光束，其中所述第一反射层位于所述散热基板与所述第二反射层之间，且所述第二反射层位于所述第一反射层与所述波长转换层之间，所述第二反射层对可见光的反射率大于所述第一反射层对可见光的反射率，所述第一反射层的厚度大于或等于所述第二反射层的厚度，且所述第一反射层的导热系数大于所述第二反射层的导热系数。
11.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述第一反射层的导热系数大于或等于20瓦/(米·克耳文)。
12.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述第一反射层对可见光的所述反射率大于或等于70％。
13.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述第二反射层对可见光的所述反射率大于或等于95％。
14.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述第二反射层的所述厚度小于或等于0.05毫米。
15.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述第一反射层的所述厚度与所述第二反射层的所述厚度总合小于0.15毫米。
16.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述波长转换装置还包括连接层，其配置于所述散热基板与所述第一反射层之间，用以固接所述第一反射层至所述散热基板上，所述连接层的导热系数大于所述第一反射层的导热系数及所述第二反射层的导热系数。
17.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述第一反射层为形成于所述散热基板的表面上的镜面镀膜。
18.根据权利要求10所述的投影装置，其特征在于，所述散热基板、所述第一反射层、所述第二反射层与所述波长转换层之间不具有间隙。
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