CN114488673A - 波长转换元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种波长转换元件，包括基板、至少一波长转换材料层、平衡环以及旋转轴，其中基板具有几何中心；至少一波长转换材料层配置于基板上；以及平衡环配置于基板上，且平衡环以旋转轴为旋转中心转动，平衡环具有平衡部，且平衡部包含如下的至少其中之一：(1)平衡环的外周缘朝远离旋转轴方向凸出的凸部，及(2)平衡环的外周缘朝旋转轴方向内凹的凹部。本发明的波长转换元件可降低平衡校正件的重量并进而减少平衡校正件脱落的机率及固定平衡校正件所需的胶体使用量。
Description
技术领域
本发明关于一种波长转换元件。
背景技术
目前降低荧光色轮的结构不平衡量的作法，通常采用减少平衡环重量或在平衡环上增加重量的方式。由于同一荧光色轮会搭配不同密度(颜色)的荧光粉，且不同密度(颜色)的荧光粉可能因应不同投影机需求而有不同的分布方式，故对于不平衡量较大的荧光色轮需要较多的动平衡校正次数与时间。再者，当荧光色轮温度升高时，高温容易导致平衡环上粘接配重块的胶体接着力下降，进而使配重块松脱或掉落，如此会大幅增加不平衡量，导致荧光色轮损伤或因振动量过大而使噪音急遽增加。
“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现有技术。在“背景技术”段落所公开的内容，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元件可降低平衡校正件的重量并进而减少平衡校正件脱落的机率及固定平衡校正件所需的胶体使用量。
本发明的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，本发明一实施例提供一种波长转换元件，波长转换元件包括基板、至少一波长转换材料层、平衡环以及旋转轴，其中基板具有几何中心；至少一波长转换材料层配置于基板上；以及平衡环配置于基板上，且平衡环以旋转轴为旋转中心转动，平衡环具有平衡部，且平衡部包含如下的至少其中之一：(1)平衡环的外周缘朝远离旋转轴方向凸出的凸部，及(2)平衡环的外周缘朝旋转轴方向内凹的凹部。
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。因平衡环具有凸部或/及凹部使其外周缘相对基板的几何中心形成不同的距离，因此可借由平衡环的外形配置降低波长转换元件的结构不平衡量，从而降低波长转换元件于转动平衡校正时所需的时间及次数，且可降低平衡校正件的重量并进而减少平衡校正件脱落的机率及固定平衡校正件所需的胶体使用量。
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。为让本发明的上述和其他目的、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为依本发明一实施例，显示具有波长转换元件的投影机的示意图。
图2A为本发明一实施例的波长转换元件的构件分解图。
图2B为图2A的波长转换元件的平面示意图。
图3为剖面示意简图，显示图2B的平衡校正件与平衡环相对周边构件的位置关系。
图4为本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。
图5显示现有波长转换元件与本发明提供多个实施例的波长转换元件的动平衡校正效果比较图。
图6显示现有波长转换元件与本发明提供多个实施例的波长转换元件的另一动平衡校正效果比较图。
附图标记列表
10 投影机
100 照明系统
110 激发光源装置
120、120a 波长转换元件
122 基板
124、124a、124b 波长转换材料层
126 旋转轴
128 透光板
130 平衡环
130a 外周缘
130b 平衡部
132 平衡校正件
134 胶体
200 光阀
300 投影镜头
C 几何中心
D1、D2 距离
D2 第二距离
L1 激发光束
Lp 转换光束
L2 影像光束
L3 投影光束
M 凸部
N 凹部
P1、P2 点
R 反射表面
S1 第一区
S2 第二区。
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为依本发明一实施例，显示具有波长转换元件的投影机的示意图。请参考图1，本实施例的投影机10包括照明系统100、光阀200以及投影镜头300。照明系统100用于提供照明光束L，且照明系统100包括激发光源装置110以及波长转换元件120。激发光源装置110用于提供激发光束L1，波长转换元件120包括波长转换区及非波长转换区且位于激发光束L1的传递路径上，其中波长转换区用于将激发光束L1转换成转换光束Lp，转换光束Lp的波长不同于激发光束L1的波长，而非波长转换区用于反射激发光束L1或使激发光束L1穿过。照明系统100还可包括其他光学元件，以使照明光束L传递至光阀200。照明光束L包括激发光束L1及转换光束Lp，光阀200位于照明光束L的传递路径上，用于将照明光束L调制(modulate)成影像光束L2。投影镜头300位于影像光束L2的传递路径上，用于将影像光束L2转换成投影光束L3。
本实施例所使用的激发光源装置110例如是激光二极管(Laser Diode，LD)或激光二极管阵列(Laser diode Bank)，且波长转换元件120例如是荧光轮(phosphor wheel)，但本发明并不局限于此。光阀200例如是液晶覆硅板(Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel)、数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)等的反射式光调变器，或者例如是透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)、电光调变器(Electro-Optical Modulator)、磁光调变器(Maganeto-Optic modulator)、声光调变器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等的穿透式光调变器，但本实施例对光阀200的型态及其种类并不加以限制。
图2A为本发明一实施例的波长转换元件的构件分解图，图2B为图2A的波长转换元件的平面示意图。如图2A所示，本实施例的波长转换元件120包括基板122、至少一波长转换材料层124、平衡环130以及旋转轴126。请留意，图2A及2B示意地绘示第一波长转换材料层124a及第二波长转换材料层124b，但不用于限制至少一波长转换材料层124的数量。
再者，波长转换元件120还可包含配置于平衡环130上的平衡校正件132，平衡校正件132配置于外周缘130a与平衡环130的几何中心之间，使得波长转换元件120能平衡得旋转(动态平衡)，且平衡校正件132抵靠于外周缘130a内侧壁，以提供平衡校正件132在径向方向上的支撑力。至少一波长转换材料层124以及平衡环130配置于基板122上，且基板122的几何中心C以及平衡环130的几何中心重叠配置于旋转轴126上。旋转轴126连接于马达(未显示)并由借由马达带动而转动。平衡校正件132可搭配平衡环调整波长转换元件整体重量配置以降低波长转换元件的结构不平衡量。平衡校正件132例如可为贴附于平衡环130上的金属片或光硬化胶(例如是Epoxy Resins)。波长转换材料层124及平衡环130配置于基板122上且可连同基板122以旋转轴126为旋转中心转动。
于一实施例中，波长转换材料层124可包括例如荧光体玻璃、荧光体陶瓷、多晶荧光片、单晶荧光片或荧硅胶的荧光材料。第一波长转换材料层124a及第二波长转换材料层124b可使用不同密度/荧光材料的荧光粉。此外，基板122与配置于基板122上的波长转换材料层124可以旋转轴126为旋转中心转动。
基板122例如是金属基板，基板122的表面可以为反射表面R，且基板122具有第一区S1与第二区S2。于本实施例中，第一区S1与第二区S2彼此相连并环绕旋转轴126设置，第一区S1设有波长转换材料层124而构成波长转换区，第二区S2未设有波长转换材料层124故为非波长转换区。波长转换元件120还可包括透光板128，透光板128配置于基板122的第二区S2且例如可为镀膜玻璃或是具有反射层的玻璃，用于让激发光束L1反射或穿透。在其他实施例中，基板122在第二区S2的表面R例如是反射表面。
基板122的第一区S1与第二区S2轮流切入图1的激发光束L1的传递路径上，于一实施例中，激发光束L1例如可为蓝光，第一波长转换材料层124a例如可将激发光束L1转换为黄光，第二波长转换材料层124b例如可将激发光束L1转换为绿光，且激发光束L1亦可经由基板122上的第二区S2直接通过基板122。在其他实施例中，激发光束L1可经由基板122的反射反射。
另外，黄光及绿光为转换光束Lp，而蓝光为激发光束L1，在第一区S1，转换光束Lp被基板122的反射表面R反射，而在第二区S2，激发光束L1穿透基板122。转换光束Lp及激发光束L1被传递至照明系统100的其他光学元件合光后以形成图1所示的照明光束L。
如图2B所示，平衡环130配置于基板122尚且覆盖部分的第一区S1与第二区S2，平衡环130具有位于最外围的外周缘130a且具有平衡部130b。于本实施例，外周缘130a具有一高度且略高于平衡环130内部区域，平衡部130b是朝远离旋转轴126方向凸出的凸部M，使外周缘130a相对基板122的几何中心C(平衡环130的几何中心)形成不同的距离且具有非旋转对称的外形。于本实施例中，因基板122为圆形故几何中心C为基板的圆心，且波长转换元件120的基板的圆心与旋转轴126重叠设置。
于本实施例，平衡环130的平衡部130b配置于第二区S2上，平衡环130的外周缘130a于第一区S1与基板122的几何中心C之间的最短距离为第一距离D1(如第一点P1与几何中心C之间的距离)，平衡环130的外周缘130a于第二区S2与基板122的几何中心C之间的最长距离为第二距离D2(如第二点P2与几何中心C之间的距离)，其中第一距离D1与第二距离D2不相等，且第一距离D1小于第二距离D2。
借由上述实施例的设计，因平衡环130设计为其外周缘130a(外侧壁)相对基板122的几何中心C形成不同的距离，因此可借由平衡环130的外形预先降低波长转换元件120的结构不平衡量。举例而言，如图2B所示，因基板上方的第二区S2未设有波长转换材料层故重量较轻使波长转换元件120整体重心偏离第二区S2，因此平衡环130可将其凸部M配置于第二区S2可使波长转换元件120整体重心偏向第二区S2，获得降低波长转换元件120的结构不平衡量的效果，从而节省波长转换元件120于转动平衡校正时所需的时间，且可减少平衡校正件132的重量，并进而降低平衡校正件132脱落的机率及固定平衡校正件132所需的胶体使用量。
图3为一剖面示意简图，显示图2B的平衡校正件与平衡环相对周边构件的位置关系。请参考图3，至少部分平衡环130可借由胶体(例如结构胶)134与基板122黏合，因此基板122与平衡环130之间存在分布胶体134的区域及未分布胶体134的气隙AG。于本实施例中，平衡环130的平衡部130b(例如凸部M)配置于第二区S2，平衡部130b(例如凸部M)与基板122间具有气隙AG，且平衡校正件132配置于平衡部130b(例如凸部M)上故位于气隙AG上方。
如图3的箭头示意的热传递方向可知，因为平衡校正件132位于气隙AG上方，即，基板122与平衡校正件132之间的热传导路径较长，因此可减少基板122经由胶体134传递至平衡校正件132的热能。举例而言，平衡校正件132可为利用胶体贴附于平衡环130上的校正用金属片，当传递至平衡校正件132的热能减少，可提高平衡校正件132与平衡环130之间的胶体使用寿命，且可避免平衡校正件132与平衡环130之间的胶体失去接着功能导致校正用金属片及胶体脱落的情形。再者，因第二区S2可由导热系数较低的玻璃材料构成，故可进一步减少传递至平衡校正件132的热能(例如辐射热)。
图4为本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。于本实施例中，因基板上方的第二区S2未设有波长转换材料层124故重量较轻使波长转换元件整体重心偏离第二区S2，因此平衡环130可于基板122下方的第一区S1设有平衡部130b，平衡部130b是朝旋转轴126方向内凹的凹部N，且以旋转轴126为中心，凹部N是配置在与第二区S2的相对侧，以降低波长转换元件120a的结构不平衡量。于本实施例，平衡环130的平衡部130b配置于第一区S1上，且平衡环130的外周缘130a于第一区S1与基板122的几何中心C之间的最短距离为第一距离D1，平衡环130的外周缘130a于第二区S2与基板122的几何中心C之间的最长距离为第二距离D2，其中第一距离D1与第二距离D2不相等，且第一距离D1小于第二距离D2。
亦即，本发明的平衡部130b能达到改变平衡环130轮廓形状以降低不平衡量的效果即可，其可为至少一凸部M、至少一凹部N、或同时包含凸部M及凹部N的其中一者。此外，凸部或凹部的曲率半径不同于平衡环以几何中心C为曲率中心的曲率半径。或者，凸部或凹部的曲率中心不同于几何中心C。因多个波长转换材料层可使用不同密度/荧光材料的荧光粉以因应不同投影机需求，多个波长转换材料层会有不同的分布区域设计，导致不同区域的波长转换材料层具有不同重量，因此平衡部130b的外型/数量可任意变化，以降低波长转换元件120a的不平衡量的效果，例如平衡环于径向质量较少处(例如基板122的第二区S2)可具有凸出外形，或于径向质量较多处(例如基板122的第一区S1)可具有内凹外形。再者，于本实施例中，平衡校正件132是配置于与旋转轴126及平衡部130b共线的位置，但本发明不局限于此，平衡校正件132亦可视需求配置于平衡环130的其他位置。在另一实施例中，平衡环可具有多个凹部或凸部以达到最佳动平衡配置。
图5显示现有波长转换元件与本发明提供多个实施例的波长转换元件的动平衡校正效果比较图。图5是于波长转换材料层的厚度为0.13毫米(mm)，且密度为0.0027每立方毫米克(g/mm^3)的条件下进行动平衡测试，其中现有设计的平衡环具有圆形的轮廓，本发明实例A、B的平衡环具有凸部的非旋转对称轮廓外形，且实例C的平衡环为具有凹部的非旋转对称轮廓外形，其中实例A及实例B的差异在于外周缘的厚度，实例B的外周缘具有相同厚度(外周缘的外侧壁与内侧壁之间的距离为厚度)，而实例A的外周缘具有不同厚度且在凸部具有最大厚度，可在第一距离小于第二距离的请况下，使外周缘内侧壁与平衡环130的几何中心有相同距离。此外，在实例B中，平衡校正件、平衡部与旋转轴共线，且平衡校正件位于平衡部的外周缘与旋转轴之间。另一方面，在实例C中，平衡校正件、平衡部与旋转轴共线，且旋转轴位于平衡部的外周缘与平衡校正件之间。
由图5可知现有波长转换元件的动平衡校正质量为249mg，本案实例A、B、C的波长转换元件的动平衡校正质量分别为25mg、92mg、110mg，因此为了优化波长转换元件而须配置与动平衡校正质量大致相等重量的平衡校正件。
图6显示现有波长转换元件与本发明提供多个实施例的波长转换元件的另一动平衡校正效果比较图。图6是于波长转换材料层的厚度为0.2毫米(mm)，密度为0.0030每立方毫米克(g/mm^3)的条件下进行动平衡测试，其中本发明实例D、E的平衡环同时具有凸部及凹部，实例D为两片构件组合的平衡环，实例E为单一构件一体成形的平衡环，其中实例D及实例E的差异在于平衡校正件配置于远离第二区及配置于靠近第二区。
由图6可知现有波长转换元件的动平衡校正质量为361mg，本案实例D、E的波长转换元件的动平衡校正质量分别为47mg、55mg，因此为了优化波长转换元件而须配置与动平衡校正质量大致相等重量的平衡校正件。
因动平衡校正质量是指达到动平衡目的需再对应增加的质量，因此平衡校正质量越小代表平衡环外形的预校正效果更佳，且平衡校正质量越小代表平衡校正件的质量越小，可使制造成本较低。由图5及图6可知，在不同的荧光粉密度、荧光粉厚度、制作方式及轮廓外形情况下，本发明各个实例A-E均可大幅降低所需的动平衡校正质量，而使波长转换元件具有良好的动平衡校正效果。
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。因平衡环具有凸部或/及凹部使其外周缘相对基板的几何中心形成不同的距离，因此可借由平衡环的外形配置降低波长转换元件的结构不平衡量，从而降低波长转换元件于转动平衡校正时所需的时间及次数，且可降低平衡校正件的重量并进而减少平衡校正件脱落的机率及固定平衡校正件所需的胶体使用量。
再者，平衡环的平衡部及其上的平衡校正件可配置于基板与平衡环的气隙上方，可使基板与平衡校正件之间的热传导路径较长，减少基板经由胶体传递至平衡校正件的热能。
另外，平衡环的平衡部及其上的平衡校正件，可配置于不存在波长转换材料层且例如是玻璃材料的区域上，因玻璃材料的导热系数较低，如此可进一步减少传递至平衡校正件及接着平衡校正件的胶体的热能(例如辐射热)。
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即凡是依照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饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达到本发明所公开的全部目的或优点或特点。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 (11)
1.一种波长转换元件，其特征在于，所述波长转换元件包括基板、至少一波长转换材料层、平衡环以及旋转轴，其中：
所述基板具有几何中心；
所述至少一波长转换材料层配置于所述基板上；以及
所述平衡环配置于所述基板上，且所述平衡环以所述旋转轴为旋转中心转动，所述平衡环具有平衡部，且所述平衡部包含如下的至少其中之一：(1)所述平衡环的外周缘朝远离所述旋转轴方向凸出的凸部，及(2)所述平衡环的所述外周缘朝所述旋转轴方向内凹的凹部。
2.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述基板包含设有所述波长转换材料层的第一区及未设有所述波长转换材料层的第二区，且所述平衡环具有配置于所述第一区的至少一凹部。
3.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述基板包含设有所述波长转换材料层的第一区及未设有所述波长转换材料层的第二区，且所述平衡环具有配置于所述第二区的至少一所述凸部。
4.根据权利要求2或3所述的波长转换元件，其特征在于，所述外周缘于所述第一区与所述几何中心之间的最短距离为第一距离，所述外周缘于所述第二区与所述几何中心之间的最长距离为第二距离，其中所述第一距离小于第二距离。
5.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述波长转换元件还包含平衡校正件，
所述平衡校正件配置于所述平衡环上，且配置于所述外周缘与所述平衡环的中心之间。
6.根据权利要求5所述的波长转换元件，其特征在于，所述至少一凸部与所述基板间具有气隙，且所述平衡校正件配置于所述至少一凸部上。
7.根据权利要求5所述的波长转换元件，其特征在于，所述平衡校正件、所述平衡部与所述旋转轴共线，且所述平衡校正件位于所述平衡部的所述外周缘与所述旋转轴之间。
8.根据权利要求5所述的波长转换元件，其特征在于，所述平衡校正件、所述平衡部与所述旋转轴共线，且所述旋转轴位于所述平衡部的所述外周缘与所述平衡校正件之间。
9.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述外周缘具有不同厚度且在所述凸部具有最大厚度。
10.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述凸部或所述凹部的曲率半径不同于所述平衡环的曲率半径。
11.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述凸部或所述凹部的曲率中心不同于所述几何中心。
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