CN208188568U - 波长转换轮及投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种波长转换轮，具有光入射侧，波长转换轮包括转盘、导热胶、反射层以及波长转换层。转盘具有内环部及环形部，环形部连接于内环部的外缘，环形部包括凸台结构区。多个凸台配置于凸台结构区，且朝向光入射侧凸出。导热胶配置于凸台结构区。反射层配置于导热胶上。波长转换层配置于反射层上，并具有朝向光入射侧的受光面。本实用新型的波长转换轮具有良好导热能力，提升波长转换效率以避免材料劣化或损毁。

Description

波长转换轮及投影装置
技术领域
本实用新型是有关于一种显示装置，且特别是有关于一种波长转换轮以及使用此波长转换轮的投影装置。
背景技术
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转轮上的荧光粉来产生黄光或绿光，并使另一部分的蓝光反射或穿透，再经由滤色轮(filter wheel)将所需的红光由黄光过滤出来，再搭配反射或穿透的蓝光，而构成投影画面所需的红、绿、蓝三原色。
公知一般使用导热胶将烧结完成具有片状荧光层贴附于基板上，以制造荧光转轮，或者进一步，在片状荧光层与基板之间设置反射层 (reflection layer)，例如烧结的反射层。惟，导热胶的导热系数(K)约为2W/(m·K)【瓦/(米·度)】至10W/(m·K)，且导热胶厚度的增加导热效果将急剧下降，若导热胶的厚度控制不稳定将严重影响荧光层与反射层的导热效果，进而影响荧光层的波长转换效率与反射层的反射效率，甚至因为荧光层与反射层温度过高而导致材料的变质与损毁(黑化)。
此外，公知技术亦有使用透明硅胶(silicon)取代将导热胶，并利用在基板上设置反射镀膜(coating film)取代反射层，并将硅胶的厚度控制到小于0.05mm，但由于硅胶的导热系数仅约为0.2W/(m·K)至0.3 W/(m·K)。因此即使硅胶的厚度很薄，硅胶能达到的导热效果也有一定的限制，亦有造成荧光层的波长转换效率差、材料劣化或损毁的现象。
本「背景技术」部分只是用来帮助了解本实用新型内容，因此在「背景技术」中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公知技术。此外，在「背景技术」中所揭露的内容并不代表该内容或者本实用新型一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本实用新型申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
实用新型内容
本实用新型提供一种波长转换轮，具有良好导热能力，能提升波长转换效率并避免材料劣化或损毁。
本实用新型提供一种投影装置，其波长转换轮具有良好导热能力，且能提升波长转换效率、避免材料劣化或损毁。
本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型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，本实用新型一实施例提供一种波长转换轮，具有光入射侧，波长转换轮包括转盘、导热胶、反射层以及波长转换层。转盘具有内环部及环形部，环形部连接于内环部的外缘，环形部包括凸台结构区。多个凸台配置于凸台结构区，且朝向光入射侧凸出。导热胶配置于凸台结构区。反射层配置于导热胶上。波长转换层配置于反射层上，并具有朝向光入射侧的受光面。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型一实施例提供一种投影装置，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，以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，其中，照明系统包括激发光源以及上述的波长转换轮。激发光源用于提供激发光束。波长转换轮配置于激发光束的传递路径上，波长转换轮的波长转换层用于将激发光束转换成转换光束，而照明光束包括转换光束与激发光束。
本实用新型实施例的投影装置及波长转换轮中，藉由让朝向光入射侧的波长转换轮的转盘上配置凸台，减少用于贴附反射层及波长转换层的导热胶的使用量并控制导热胶的厚度。使得波长转换轮的散热能力提升，不仅避免过多的热能损害波长转换层的波长转换效率及反射层的反射效率，还可确保波长转换层与反射层材料不易因受热而变质、损毁。
为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是本实用新型一实施例的波长转换轮的部分示意图；
图2是图1所示的波长转换轮的爆炸示意图；
图3是图1中沿剖线A-A的剖面示意图；
图4是图2所示的波长转换轮的转盘的局部放大图；
图5为本实用新型另一实施例的波长转换轮的转盘及凸台的局部剖面示意图；
图6是本实用新型另一实施例的波长转换轮的局部剖面示意图；
图7是图6所示的波长转换轮的转盘的局部放大图。
图8是本实用新型另一实施例的波长转换轮的局部剖面示意图；
图9是图8所示的波长转换轮的转盘的局部放大图；以及
图10是本实用新型一实施例的投影装置的方块示意图。
具体实施方式
有关本实用新型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，将可清楚地呈现。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实用新型。
图1是本实用新型一实施例的波长转换轮的部分示意图。图2是图1的爆炸示意图。图3是图1沿A-A线的剖面示意图。图4是图2 所示的波长转换轮的转盘的局部放大图。请参考图1至4，本实施例的波长转换轮100具有光入射侧S，用于接收激发光束Le。波长转换轮100包括马达110、转盘120、多个凸台130、导热胶140、反射层 150以及波长转换层160。马达110具有转轴111。转盘120具有内环部121以及环形部122，内环部121套接于转轴111，环形部122连接于内环部121的外缘。环形部122是指随着转盘120转动，对应波长转换层160被激发光束Le照射到的转盘120区域。环形部122例如包括凸台结构区1221以及光学区1222，光学区1222与凸台结构区1221 邻接。所述凸台130配置于凸台结构区1221内且朝向光入射侧S凸出，所述凸台130例如是表面呈弧形的弧形凸台，但不局限于此，所述凸台130例如为梯形、锥形、正方形或其他几何形状的凸台。导热胶140 配置于凸台结构区1221且填充于所述凸台130之间以及导热胶140 配置于所述凸台130上方。反射层150配置于导热胶140上。波长转换层160配置于反射层150上并具有朝向光入射侧S的受光面161。波长转换层160的材料，例如包括荧光材料、磷光体等可激发性材料或量子点等纳米材料，但不局限于此。波长转换层160也可以包括多个区块，该些区块分别配置可被激发出不同颜色光束的波长转换材料。此外，波长转换轮100还可进一步包括固定环180，套接于转轴111，使转盘120的内环部121固定于固定环180及马达110之间，换句话说固定环180及马达110夹设(设置成夹持)转盘120。
凸台结构区1221是指对应波长转换层160被激发光束Le激发而进行波长转换已产生受激发光束(色光)的区域，光学区1222是指能让激发光束Le反射的区域或穿透的区域。在本实施例中，请参考图1 及2，光学区1222例如为光反射区，光反射区例如是转盘120上所设置的扇形开孔，并从环形部122延伸至内环部121。且波长转换轮100 还包括板体170，板体170配置于光反射区，并具有朝向光入射侧S 的穿透面，板体170例如为对应扇形开孔(光反射区)的扇形板体。板体170包括玻璃基板171及反射膜172，板体170的玻璃基板171 嵌入开孔(光反射区)中，而反射膜172配置(涂布)于玻璃基板171 上。反射膜172的材质例如包括金属等具有反射功能的材质，但不局限于此。上述的反射面为反射膜172的表面。此外，于一些实施例中，光学区1222可为光穿透区，光穿透区例如也可以是开孔，不需要放置任何光学元件，用于让激发光束Le直接穿透。于其他实施例中，光学区1222可为光穿透区，光穿透区的开孔中设置板体170，板体170例如玻璃基板171，用于让激发光束Le直接穿透。进一步，在玻璃基板 171上可设置扩散层或扩散结构，以消除激光光斑(laser speckle)的产生。
上述的转盘120为金属转盘120，材质例如为铝、铜或银，但不局限于此；所述凸台130是冲压转盘120的外缘朝向光入射侧S的一侧制造而成，使转盘120的外缘朝向光入射侧S的一侧形成凸出结构，但不局限于此，所述凸台130也可以是将例如是铝、银、铜或其他金属导热材料以涂布、印刷或粘贴等方式形成于转盘120上。
上述的导热胶140配置于凸台结构区1221且位于所述凸台130 之间以及所述凸台130上方，进一步说明，导热胶140填充于反射层 150与凸台130之间的空隙中，凸台130与反射层150的接触区域也是具有些许的导热胶140，以微观来看，凸台130与反射层150之间还是会存在导热胶140。反射层150配置于导热胶140与波长转换层 160之间，但不局限于此。当导热胶140为透明导热胶时，反射层150 可镀覆或涂布形成于凸台结构区1221并位于凸台130上方，导热胶 140配置于反射层150与转盘120之间。
本实施例的波长转换轮100，藉由凸台130的配置能减少波长转换层160与转盘120之间的导热胶140的整体使用量，并且，相较于没有配置凸台130的位置而言，导热胶140在有配置凸台130的位置具有更薄的厚度。藉此，当激发光束Le照射于波长转换层160时，尤其是激发光束Le的光斑区域所产生的热能能够很快地通过反射层 150，经由导热胶140热传导地传递到凸台130并进一步由旋转的转盘 120而消散，从而有效避免过多的热能损害波长转换层160与反射层 150的波长转换效率与反射效率，并避免波长转换层160与反射层150 材料因温度过高而变质及损毁的问题。在激发光束Le的光斑的外围处比起激发光束Le的光斑的中心处，由于能量密度与温度较低，对应激发光束Le的光斑的区域可以配置少量的凸台130或无配置凸台130 就能达成散热需求，并可配置足量的导热胶140以黏着波长转换层160 及反射层150，从而兼顾黏着强度与导热效率的优点。
图5为本实用新型另一实施例的波长转换轮的转盘及凸台的示意图。请参考图5，在本实施例中，所述凸台130a是冲压转盘120a的外缘背向光入射侧S的一侧，使得转盘120a的外缘背向光入射侧S 的一侧凹陷、转盘120a的外缘面向光入射侧S的一侧凸起而形成。
图6是本实用新型另一实施例的波长转换轮的局部剖面示意图。图7是图6所示的波长转换轮的转盘的局部放大图。请参考图6及7，本实施例的凸台结构区1221b包括中央区1223b、内侧区1224b及外侧区1225b，内侧区1224b配置于中央区1223b与内环部121之间，外侧区1225b配置于中央区1223b远离内侧区1224b的一侧，所述凸台130b包括多个中央凸台131b、多个内侧凸台132b及多个外侧凸台 133b，所述中央凸台131b配置于中央区1223b，所述内侧凸台132b 配置于内侧区1224b，所述外侧凸台133b配置于外侧区1225b，所述中央凸台131b的排列密度大于所述内侧凸台132b的排列密度，且所述中央凸台131b的排列密度大于所述外侧凸台133b的排列密度。此外，所述凸台130b是冲压转盘120的外缘而形成，或是将例如是铝、银、铜或其他金属导热材料以涂布、印刷或粘贴等方式形成于转盘120 上。
本实施例的波长转换轮，藉由调整凸台130b的排列密度，导热胶 140位于中央区1223b的胶量少于导热胶140位于外侧区1225b的胶量与导热胶140位于内侧区1224b的胶量的总和。进一步说明，在中央区1223b的导热胶胶量小于导热胶140总体的50％。举例而言，导热胶140的胶量为1，导热胶140位于中央区1223b的胶量范围为 0.1～0.5之间且小于0.5，而导热胶140位于外侧区1225b的胶量与导热胶140位于内侧区1224b的胶量的总和范围为0.5～0.9之间且大于 0.5。藉由导热胶胶量的变化可对应得出凸台130b的排列密度，也就是在中央区1223b的中央凸台131b的排列密度大于总体凸台130b排列的密度的50％，内侧凸台132b的排列密度与外侧凸台133b的排列密度则皆小于总体凸台130b排列的密度的50％。
此外，中央区1223b是对应激发光束Le的光斑能量最强部分(光斑中心处)，当激发光束Le照射于中央区1223b时，激发光束Le产生的热能能够更为快速地通过导热胶140并到达中央凸台131b，并进一步经由转盘120消散。
图8是本实用新型另一实施例的波长转换轮的局部剖面示意图。图9是图8所示的波长转换轮的转盘的局部放大图。请参考图8及9，本实施例的波长转换轮中，至少部分所述凸台130c朝光入射侧S延伸贯穿导热胶140、反射层150及波长转换层160，并凸出于受光面161 外。凸台结构区1221c包括中央区1223c、内侧区1224c及外侧区1225c，内侧区1224c配置于中央区1223c与内环部121之间，外侧区1225c 配置于中央区1223c远离内侧区1224c的一侧，所述凸台130c包括多个中央凸台131c、多个内侧凸台132c及多个外侧凸台133c，所述中央凸台131c配置于中央区1223c，所述内侧凸台132c配置于内侧区 1224c，所述外侧凸台133c配置于外侧区1225c，所述内侧凸台132c 朝光入射侧S且延伸贯穿导热胶140、反射层150及波长转换层160 并凸出于受光面161外，以及所述外侧凸台133c朝光入射侧S延伸贯穿导热胶140、反射层150及波长转换层160并凸出于受光面161外。此外，所述凸台130c是将例如是铝、银、铜或其他金属导热材料以涂布、印刷或粘贴的方式形成于转盘120上。
本实施例的波长转换轮，由于外侧凸台133c及内侧凸台132c贯穿导热胶140、反射层150及波长转换层160并凸出于受光面161外，反射层150及波长转换层160的热能可直接经由外侧凸台133c及内侧凸台132c到达转盘120而散失掉。
图10是本实用新型一实施例的投影装置的方块示意图。请参照图 10，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，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)，但不局限于此。投影镜头230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。在一实施例中，投影镜头230也可以包括平面光学镜片。本实用新型对投影镜头230的型态及其种类并不加以限制。
请参照图1与图10，上述的照明系统210包括激发光源211以及波长转换轮100，激发光源211例如是包括发光二极管或激光二极管 (Laser Diode,LD)的二极管模组或者是由多个二极管模块所组成的矩阵，用于提供激发光束Le，但不局限于此。而波长转换轮100配置于激发光束Le的传递路径上。虽然图9是以图1的波长转换轮100 为例，但波长转换轮100可替换成上述任一实施例的波长转换轮。
上述的激发光束Le用于照射在波长转换轮100的环形部122，随着波长转换轮100以转轴111为中心的转动，环形部122上的波长转换层160用于将激发光束Le转换成转换光束Lp，转换光束Lp接续被反射层150反射，转换光束Lp的波长不同于激发光束Le的波长，而藉由光学区1222的设置，将激发光束Le用于反射或穿透激发光束Le (举例而言，在图10中以Lr表示被光学区1222反射或穿透的激发光束Le)，而上述的照明光束L1即包括转换光束Lp及激发光束Lr。照明系统210还包括其他光学元件，例如：合光元件、滤色轮、光均匀化元件及聚光透镜，以使照明光束L1传递至光阀220。
综上所述，本实用新型实施例的投影装置及波长转换轮中，藉由让朝向光入射侧的波长转换轮的转盘上配置凸台，减少用于贴附反射层及波长转换层的导热胶的使用量，并且利用这些凸台控制导热胶的厚度，尤其，凸台的顶部的导热胶的厚度相当薄，凸台的顶部几乎与反射层及波长转换层直接接触。藉此，激发光束照射时所产生的热能能够很快地通过导热胶，并经由反射层、凸台而由转盘散失，使得波长转换轮的散热能力提升，不仅避免过多的热能损害波长转换层与反射层的波长转换效率与反射效率，还可确保波长转换层与反射层材料不因受热而变质、损毁。
惟以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即所有依本实用新型权利要求书及实用新型内容所作简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。另外，本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实用新型所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和题目仅是用来辅助专利文件搜索之用，并非用来限制本实用新型的权利范围。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 (12)

1.一种波长转换轮，具有光入射侧，其特征在于，所述波长转换轮包括：
转盘，具有内环部及环形部，所述环形部连接于所述内环部的外缘，所述环形部包括：凸台结构区，其中多个凸台配置于所述凸台结构区，且朝向所述光入射侧凸出；
导热胶，配置于所述凸台结构区；
反射层，配置于所述导热胶上；以及
波长转换层，配置于所述反射层上，并具有朝向所述光入射侧的受光面。
2.如权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述凸台结构区包括中央区、内侧区及外侧区，所述内侧区配置于所述中央区与所述内环部之间，所述外侧区配置于所述中央区远离所述内侧区的一侧，所述多个凸台包括多个中央凸台、多个内侧凸台及多个外侧凸台，所述多个中央凸台配置于所述中央区，所述多个内侧凸台配置于所述内侧区，所述多个外侧凸台配置于所述外侧区，且所述多个中央凸台的排列密度大于所述多个内侧凸台的排列密度及所述多个外侧凸台的排列密度。
3.如权利要求2所述的波长转换轮，其特征在于，所述中央凸台的排列密度大于所述多个凸台的排列密度的50％，所述内侧凸台的排列密度与所述外侧凸台的排列密度皆小于所述多个凸台的排列密度的50％。
4.如权利要求2所述的波长转换轮，其特征在于，所述导热胶的胶量为1，所述导热胶位于所述中央区的胶量范围为0.1～0.5之间且小于0.5，而所述导热胶位于所述外侧区的胶量与所述导热胶位于所述内侧区的胶量的总和范围为0.5～0.9之间且大于0.5。
5.如权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，至少部分所述多个凸台朝所述光入射侧延伸贯穿所述导热胶、所述反射层及所述波长转换层，并凸出于所述受光面外。
6.如权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述凸台结构区包括中央区、内侧区及外侧区，所述内侧区配置于所述中央区与所述内环部之间，所述外侧区配置于所述中央区远离所述内侧区的一侧，所述多个凸台包括多个中央凸台、多个内侧凸台及多个外侧凸台，所述多个中央凸台配置于所述中央区，所述多个内侧凸台配置于所述内侧区，所述多个外侧凸台配置于所述外侧区，且所述多个内侧凸台朝所述光入射侧延伸贯穿所述导热胶、所述反射层及所述波长转换层并凸出于所述受光面外，所述多个外侧凸台朝所述光入射侧延伸贯穿所述导热胶、所述反射层及所述波长转换层并凸出于所述受光面外。
7.如权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述多个凸台是冲压所述转盘而形成。
8.如权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述多个凸台是涂布、印刷或粘贴金属导热材料于所述转盘而形成。
9.如权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，还包括板体，且所述环形部还包括光学区，所述光学区与所述凸台结构区邻接，所述板体配置于所述光学区并具有朝向所述光入射侧的反射面。
10.如权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，还包括马达，且具有转轴，所述内环部套接于所述转轴。
11.如权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述导热胶配置于所述凸台结构区且填充于所述多个凸台之间以及所述多个凸台上方。
12.一种投影装置，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，以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，其特征在于，所述照明系统包括：
激发光源，用于提供激发光束；以及
如权利要求1至11中任一项所述的波长转换轮，配置于所述激发光束的传递路径上，所述波长转换轮的所述波长转换层用于将所述激发光束转换成转换光束，而所述照明光束包括所述转换光束与所述激发光束。
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