CN208239722U - 波长转换轮、照明系统及投影装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种波长转换轮，用于将输出功率大于或等于100瓦的激发光束转换为转换光束，波长转换轮包括转盘、接着层、反射层及波长转换层。转盘具有环形照射部。接着层配置于环形照射部。反射层配置于接着层上。波长转换层配置于反射层上并具有受光面，受光面用于供激发光束照射，且波长转换层的最大厚度小于或等于0.1毫米。本实用新型还涉及包括上述波长转换轮的照明系统及包括上述照明系统的投影装置。在本实用新型的投影装置、照明系统及波长转换轮中，波长转换轮的散热能力得到提升，其材料不会在高输出功率的激发光束照射时因受热而变质、损毁，据此波长转换层的波长转换率得到提升，有效地将高输出功率的激发光束转换为转换光束。

Description

波长转换轮、照明系统及投影装置
技术领域
本实用新型是有关于一种波长转换轮、一种照明系统及一种投影装置。
背景技术
投影装置所使用的光源种类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波长转换材料来将蓝光转换为黄光、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。
已知荧光转轮的波长转换材料为荧光粉，通常使用接着剂将荧光粉聚集并固定于荧光转轮的转盘上。目前常见的方式为将荧光粉分散于有机胶当中形成粘胶混合物，再以点胶或印刷的方式将粘胶混合物涂布于转盘上而形成波长转换层。上述涂布制程虽然相当便利，但有机胶的导热系数相较于荧光粉而言相当低，有机胶例如硅胶(silicone) 的导热系数为0.1瓦/米·度(Wm-1k-1)至0.2Wm-1k-1，荧光粉例如钇铝石榴石(yttrium aluminiumgarnet，YAG)的导热系数为8.8Wm-1k-1至13.0Wm-1k-1。当高输出功率(例如100W)的激光照射于波长转换层上时，由于有机胶的导热能力不佳，热能会快速累积于波长转换层并引起热淬熄效应(thermal quenching effect)，使得波长转换层的波长转换效率下降。而波长转换效率下降时又会导致热能累积，又使得波长转换效率进一步下降。此即为一个恶性循环，波长转换层无法将积累的热能散出，使得波长转换层的有机胶变质、烧黑，导致波长转换层的波长转换效率劣化甚至失去波长转换的能力。
本“背景技术”段落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已知技术。此外，在“先前技术”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，能提升波长转换效率。
本实用新型提供一种照明系统，其波长转换轮能提升波长转换效率。
本实用新型提供一种投影装置，其波长转换轮能提升波长转换效率。
本实用新型的其它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它目的，本实用新型一实施例提供一种波长转换轮，用于将输出功率大于或等于100W的激发光束转换为转换光束，波长转换轮包括转盘、接着层、反射层以及波长转换层。转盘具有环形照射部。接着层配置于环形照射部。反射层配置于接着层上。波长转换层配置于反射层上并具有受光面，受光面用于供激发光束照射，且波长转换层的最大厚度为小于或等于0.1毫米(mm)。
为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本实用新型一实施例提供一种照明系统，用于提供照明光束且包括激发光源以及上述的波长转换轮。激发光源用于提供上述激发光束。上述的波长转换轮配置于激发光束的传递路径上。照明光束包括该转换光束。
为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本实用新型一实施例提供一种投影装置，包括上述的照明系统、光阀及投影镜头。光阀配置于照明系统所提供的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。
本实用新型实施例的投影装置、照明系统及波长转换轮中，藉由最大厚度为小于或等于0.1mm的波长转换层，波长转换轮的散热能力得到提升，故于受到输出功率大于或等于100W的激发光束照射时，波长转换层的材料不会因受热而变质、损毁。据此，波长转换层于高输出功率的激发光束下的波长转换率得到提升，可有效地将高输出功率的激发光束转换为转换光束。
为让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为本实用新型的第一实施例的波长转换轮的示意图；
图2为图1所示的波长转换轮的分解示意图。
图3为图1所示的波长转换轮的局部剖面示意图；
图4为本实用新型的第二实施例的波长转换轮的局部剖面示意图；
图5为本实用新型的第三实施例的波长转换轮的局部剖面示意图；
图6为本实用新型的第四实施例的波长转换轮的局部剖面示意图；以及
图7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
有关本实用新型的前述及其它技术内容、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为本实用新型的第一实施例的波长转换轮的示意图。图2为图1所示的波长转换轮的分解示意图。图3为图1所示的波长转换轮的局部剖面示意图。请参考图1及图2，本实施例的波长转换轮100 包括转盘120、接着层130、反射层140以及波长转换层150。波长转换轮100用于将输出功率大于或等于100瓦的激发光束转换为转换光束。转盘120具有环形照射部122，转盘120例如为金属转盘，材质例如为铝、铜或银，但不限于此。环形照射部122为预设能被激发光束照射到的区域。环形照射部122包括波长转换区1221。接着层130 配置于环形照射部122的波长转换区1221。反射层140配置于接着层 130上，用于将通过波长转换层150的激发光线反射或散射回波长转换层150以提高波长转换效率。波长转换层150配置于反射层140上，且波长转换层150具有受光面151，受光面151用于供激发光束照射，波长转换层150的材料可为荧光材料、磷光体等磷光性材料或量子点等纳米材料。波长转换层150也可以包括多个区块，这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 还可进一步包括马达110、反射元件160及固定环170，马达110具有转轴111，转盘120还可具有内环部121，内环部121套接于转轴111，环形照射部122连接于内环部121，环形照射部122还可包括光反射区1222，光反射区1222与波长转换区1221邻接，反射元件160配置于光反射区1222并具有反射面。固定环170套接于转轴111，使转盘 120的内环部121固定于固定环170及马达110之间。于本实施例中，光反射区1222还可位于内环部121。
上述波长转换层150的最大厚度为小于或等于0.1mm，例如可为 0.01mm、0.03mm、0.05mm、0.07mm或0.1mm。
上述接着层130的材料可为有机胶或无机胶，有机胶例如硅胶。接着层130的导热系数为大于0.1Wm-1k-1，例如可为0.2Wm-1k-1、0.5 Wm-1k-1、1.5Wm-1k-1或3.0Wm-1k-1。
上述反射层140可为银反射层140，但不限于此。于其它实施例中，反射层140为散射粒子反射层，散射粒子例如二氧化钛(SiO2)、二氧化锆(ZrO2)，但不限于此，且散射粒子反射层的厚度为大于0.1 mm，例如可为0.2mm、0.5mm、1.0mm或2.0mm。
上述光反射区1222例如是转盘120的环形照射部122上所设置的开孔。反射元件160包括玻璃基板(图未示)及反射膜161，反射元件160的玻璃基板嵌入开孔(光反射区1222)中，而反射膜161配置于玻璃基板上。反射膜161的材质例如包括金属等具有反射功能的材质，但不限于此。
以下提供一实验例说明第一实施例的波长转换轮所能达成的优点。本实验例中以一对照例的波长转换轮与第一实施例的波长转换轮进行比较，所述对照例的波长转换轮与第一实施例的波长转换轮不同之处在于所述对照例的波长转换轮的波长转换层的最大厚度为0.15 mm，而第一实施例的波长转换轮的波长转换层的最大厚度为0.1mm。并且，本实验例中，以输出功率为75W的蓝色激光(激发光束)及 100W的蓝色激光(激发光束)照射所述对照例的波长转换轮及第一实施例的波长转换轮，比较所述对照例及第一实施例的波长转换轮所产生的转换光束的亮度。于相同输出功率的蓝色激光照射下，能产生亮度较高的转换光束的波长转换轮的转换效率较佳。本实验例的实验结果如表1及表2所示。
表1实验例的实验结果(激发光束为75W的蓝色激光)
表2实验例的实验结果(激发光束为100W的蓝色激光)
请参考表1，当以低输出功率的激发光束(75W的蓝色激光)照射时，第一实施例及对照例的波长转换轮所产生的转换光束的亮度相当。请参考表2，当以高输出功率的激发光束(100W的蓝色激光)照射时，相较于对照例的波长转换轮100，第一实施例的波长转换轮100 所产生的转换光束的亮度增加了2％。由此可见，第一实施例的波长转换轮的波长转换率较对照例的波长转换轮100的波长转换率为佳，且可推知第一实施例的波长转换轮的散热能力较对照例的波长转换轮为佳。
由上述可见，藉由最大厚度为小于或等于0.1毫米的波长转换层，第一实施例的波长转换轮具有良好的散热能力，不仅能将输出功率小于100W的激发光束(例如输出功率为75W)转换为转换光束，还能将输出功率大于或等于100W的激发光束转换为转换光束。且于高输出功率的激发光束(例如输出功率为100W)的照射下，第一实施例的波长转换轮相较于具有厚度大于0.1毫米的波长转换层的波长转换轮(对照例)，还可达到更佳的波长转换率。因此，第一实施例的波长转换轮具有良好散热效果，能维持良好的波长转换率，用于将输出功率大于或等于100W的激发光束转换为转换光束。
图4为本实用新型的第二实施例的波长转换轮的局部剖面示意图。请参考图4，本实施例的波长转换轮100，其波长转换层150a的受光面151a具有内侧1511a、中心部1512a及外侧1513a，内侧1511a、中心部1512a及外侧1513a沿转盘120的径向依序排列，内侧1511a配置于内环部121与中心部1512a之间，且波长转换层150a于内侧 1511a的厚度大于波长转换层150a于中心部1512a的厚度，波长转换层150a于外侧1513a的厚度大于波长转换层150a于中心部1512a的厚度。
一般激发光束的光斑能量密度分布若无加入匀光元件，会呈现高斯分布，也就是说光斑中心部能量最强，随着远离光斑中心部能量逐渐减弱。本实施例的波长转换轮100，波长转换层150a的中心部1512a 是预设对应激发光束的光斑能量最强部分(光斑中心部)，藉由波长转换层150a于内侧1511a的厚度大于波长转换层150a于中心部1512a 的厚度，以及波长转换层150a于外侧1513a的厚度大于波长转换层150a于中心部1512a的厚度的设计，当激发光束照射于中心部1512a 时，激发光束的热能可以快速地通过波长转换层150a、反射层140及接着层130到达转盘120，并由转盘120散失。
图5为本实用新型的第三实施例的波长转换轮的局部剖面示意图。请参考图4，第二实施例的波长转换层150a的厚度由中心部1512a 朝内侧1511a及外侧1513a逐渐增加，受光面151a的形状为弧形，但不限于此。请参考图5，波长转换层150b的受光面151b的形状也可以是具有一个弯折角的凹折面。于其它实施例中，受光面也可以是具有多个弯折角的凹折面。
图6为本实用新型的第四实施例的波长转换轮的局部剖面示意图。本实施例的波长转换轮100的受光面151c包括两个阶梯部152c，各所述阶梯部152c具有底边1521c、相反于底边1521c的顶边1522c 以及配置于底边1521c与顶边1522c之间的阶梯面1523c，顶边1522c 的水平高度大于底边1521c的水平高度，且所述阶梯部的底边1521c 相接于中心部1512c，所述阶梯部的顶边1522c分别邻接于内侧1511c 及外侧1513c。各所述阶梯部152c的阶梯面1523c的数量可为一个或多个，本实施例是以多个阶梯面1523c作为例示，所述多个阶梯面 1523c依序配置于底边1521c及顶边1522c之间，且所述阶梯面1523c 的水平高度由底边1521c朝顶边1522c依序增加。
第三及第四实施例的波长转换轮100，波长转换层150b、150c的受光面151b、151c的中心部1512b、1512c是预设对应激发光束的光斑能量最强部分(光斑中心部)，第三及第四实施例的受光面151b、 151c的形状虽不完全相同，但类同于第二实施例，第三及第四实施例的波长转换层150b、150c于内侧1511b、1511c的厚度大于波长转换层150b、150c于中心部1512b、1512c的厚度，且第三及第四实施例的波长转换层150b、150c于外侧1513b、1513c的厚度大于波长转换层150b、150c于中心部1512b、1512c的厚度。藉此，当激发光束照射于中心部1512b、1512c时，激发光束的热能可以快速地通过波长转换层150b、150c、反射层140及接着层130到达转盘120，并由转盘 120散失。
图7是本实用新型一实施例的投影装置的方块示意图。请参考图 1、图2、图3及图7，本实施例的投影装置300包括照明系统200、光阀310及投影镜头320。
照明系统200用于提供照明光束L1，且照明系统200包括激发光源210及波长转换轮100，激发光源210用于提供输出功率为大于或等于100瓦的激发光束Le，激发光源210是包括发光二极管或激光二极管(Laser Diode,LD)的二极管模块或者是由多枚二极管模块所组成的矩阵，但不限于此。波长转换轮100配置于激发光束Le的传递路径上。虽然图6是以图1、图2、图3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100。
上述的激发光束Le用于照射在波长转换轮100的环形照射部 122，随着波长转换轮100以转轴111为中心的转动，环形照射部122 上的波长转换层150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140和/或金属转盘的环形照射部122反射，转换光束Lp的波长不同于激发光束Le的波长，而反射元件160用于反射激发光束Le(在图6中以Lr表示被反射元件160反射的激发光束)，而上述的照明光束L1即包括转换光束Lp及被反射元件160反射的激发光束Lr。
上述的光阀310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320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310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)，但不限于此。上述的投影镜头320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320也可以包括平面光学镜片。本实用新型对投影镜头320的形态及其种类并不加以限制。此外，照明系统 200可还包括其它光学元件，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310。
综上所述，本实用新型实施例的投影装置、照明系统及波长转换轮中，藉由最大厚度为小于或等于0.1mm的波长转换层，波长转换轮的散热能力得到提升，故于受到输出功率大于或等于100W的激发光束照射时，波长转换层的材料不会因受热而变质、损毁。据此，波长转换层能维持良好的波长转换率，有效地将输出功率大于或等于100 W的激发光束转换为转换光束。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，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说明书内容所作的简单的等效变化与修改，都仍属于本实用新型专利覆盖的范围。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，并非用来限制本实用新型的权利范围。
附图标记说明
100：波长转换轮
110：马达
111：转轴
120：转盘
121：内环部
122：环形照射部
1221：波长转换区
1222：光反射区
130：接着层
140：反射层
150、150a、150b、150c：波长转换层
151、151a、151b、151c：受光面
1511a、1511b、1511c：内侧
1512a、1512b、1512c：中心部
1513a、1513b、1513c：外侧
152c：阶梯部
1521c：底边
1522c：顶边
1523c：阶梯面
160：反射元件
161：反射膜
170：固定环
200：照明系统
210：激发光源
300：投影装置
310：光阀
320：投影镜头
L1：照明光束
L2：影像光束
Le：激发光束
Lp：转换光束
Lr：被反射的激发光束。

Claims (13)

1.一种波长转换轮，用于将输出功率大于或等于100W的激发光束转换为转换光束，其特征在于，所述波长转换轮包括转盘、接着层、反射层以及波长转换层，
所述转盘具有环形照射部；
所述接着层配置于所述环形照射部；
所述反射层配置于所述接着层上；
所述波长转换层配置于所述反射层上，并具有受光面，所述受光面用于供所述激发光束照射，所述波长转换层的最大厚度为小于或等于0.1mm。
2.如权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述受光面具有内侧、中心及外侧，所述内侧、所述中心及所述外侧沿所述转盘的径向依序排列，所述波长转换层于所述内侧的厚度大于所述波长转换层于所述中心的厚度，且所述波长转换层于所述外侧的厚度大于所述波长转换层于所述中心的厚度。
3.如权利要求2所述的波长转换轮，其特征在于，所述波长转换层的厚度由所述中心朝所述内侧及所述外侧逐渐增加。
4.如权利要求3所述的波长转换轮，其特征在于，所述受光面包括两个阶梯部，所述两个阶梯部中的每一个具有底边、相反于底边的顶边以及至少一配置于所述底边与所述顶边之间的阶梯面，所述顶边的水平高度大于所述底边的水平高度，且所述两个阶梯部的底边相接于中心部，所述两个阶梯部的顶边分别邻接于所述内侧及所述外侧。
5.如权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述反射层包括散射粒子，所述反射层的厚度为大于0.1mm。
6.如权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述接着层的导热系数为大于0.1Wm- 1K-1。
7.一种照明系统，用于提供照明光束，其特征在于，所述照明系统包括激发光源以及波长转换轮，
所述激发光源用于提供输出功率为大于或等于100W的激发光束；
所述波长转换轮配置于所述激发光束的传递路径上，用于将所述激发光束转换为转换光束，所述波长转换轮包括转盘、接着层、反射层以及波长转换层，
所述转盘具有环形照射部；
所述接着层配置于所述环形照射部；
所述反射层配置于所述接着层上；
所述波长转换层配置于所述反射层上，并具有受光面，所述受光面用于供所述激发光束照射，所述波长转换层的最大厚度为小于或等于0.1mm，且所述照明光束包括所述转换光束。
8.如权利要求7所述的照明系统，其特征在于，所述受光面具有内侧、中心及外侧，所述内侧、所述中心及所述外侧沿所述转盘的径向依序排列，所述波长转换层于所述内侧的厚度大于所述波长转换层于所述中心的厚度，且所述波长转换层于所述外侧的厚度大于所述波长转换层于所述中心的厚度。
9.如权利要求8所述的照明系统，其特征在于，所述波长转换层的厚度由所述中心朝所述内侧及所述外侧逐渐增加。
10.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述受光面包括两个阶梯部，所述两个阶梯部中的每一个具有底边、相反于底边的顶边以及至少一配置于所述底边与所述顶边之间的阶梯面，所述顶边的水平高度大于所述底边的水平高度，且所述两个阶梯部的底边相接于中心部，所述两个阶梯部的顶边分别邻接于所述内侧及所述外侧。
11.如权利要求7所述的照明系统，其特征在于，所述反射层包括散射粒子，所述反射层的厚度为大于0.1mm。
12.如权利要求7所述的照明系统，其特征在于，所述接着层的导热系数为大于0.1Wm- 1K-1。
13.一种投影装置，其特征在于，包括照明系统、光阀以及投影镜头，
所述照明系统用于提供照明光束，包括激发光源以及波长转换轮，
所述激发光源用于提供输出功率为大于或等于100W的激发光束；
所述波长转换轮配置于所述激发光束的传递路径上，用于将所述激发光束转换为转换光束，所述波长转换轮包括转盘、接着层、反射层以及波长转换层，
所述转盘具有环形照射部；
所述接着层配置于所述环形照射部；
所述反射层配置于所述接着层上；
所述波长转换层配置于所述反射层上，并具有受光面，所述受光面用于供所述激发光束照射，所述波长转换层的最大厚度为小于或等于0.1mm，且所述照明光束包括所述转换光束；
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；
所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上。
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