TW201520674A - 波長轉換裝置 - Google Patents

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Keh-Su Chang
Yen-I Chou
Chi Chen
Jau-Shiu Chen
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Abstract

本案係關於一種波長轉換裝置，包括基板及反射層。反射層係設置於基板上，其中當反射層之工作溫度大於等於130ºC時，反射層係以第一金屬材料形成，且當反射層之工作溫度小於130ºC時，反射層係以第二金屬材料形成。其中，第二金屬材料於室溫下之反射率係大於第一金屬材料於室溫下之反射率。藉由反射層於不同工作溫度下分別以第一金屬材料及第二金屬材料形成，可有效避免反射層之反射率衰退並使反射率最佳化，進而達到提升波長轉換裝置之轉換效率之功效。

Description

波長轉換裝置 【0001】
本案係關於一種波長轉換裝置，尤指一種應用於投影機光波長轉換之波長轉換裝置。

 【0002】
近年來，高階投影機之顯示光源為突破傳統燈泡的能源效率極限，目前多採用固態發光元件搭配例如螢光粉色輪(Phosphor wheel)等波長轉換裝置作為顯示光源，其中三原色光係透過固態發光元件本身發出以及經波長轉換裝置激發轉換而發出。
【0003】
鑑於使用者對高階投影機需求不斷提升，高流明表現已逐漸成為投影機發展重點。在高流明投影機中，由於利用較高能量的固態發光元件，例如雷射，作為螢光粉的激發光源，故導致波長轉換裝置於轉換入射激發光波長時往往產生較高之操作溫度。然因習用技術多採用銀作為波長轉換裝置之亮面鋁基板上的反射鍍膜，其材料特性於高溫下穩定性不佳，高溫操作超過一定時數後會發生反射率衰退，導致產品壽命與信賴性不良。請參閱第1圖的溫度老化測試，其係顯示以銀作為反射層之亮面鋁基板於180ºC下之工作時數-相對反射率對應圖。如第1圖所示，當採用銀作為波長轉換裝置之反射鍍膜時，在溫度為180ºC之環境下烘烤約1250小時後，該反射鍍膜之反射率係逐漸衰退，於工作約2000小時後反射率相較於自身之原始反射率僅餘80%，甚至在烘烤約3000小時後，其反射率已低於自身原始反射率之40%，將嚴重影響波長轉換裝置之轉換效率。
【0004】
請參閱第2圖及第3圖，其係分別顯示銀反射鍍膜於180ºC下工作0小時於高倍率顯微鏡下之影像示意圖，以及銀反射鍍膜於180ºC下工作1250小時於高倍率顯微鏡下之影像示意圖。如第2圖及第3圖所示，由於銀作為反射鍍膜在工作0小時，即未開始工作時，具有極高之反射率，約為97%至98%，故於顯微鏡下對燈光幾乎為全反射，示意圖則以一白畫面顯示；而相對於在180ºC之環境下工作1250小時之後，由於銀原子本身之遷移性、延展性較高，故部分銀原子係流動滲入至下方亮面鋁基板表層經氧極處理之多孔隙結構，且亦有部分銀原子係與氧分子產生氧化反應形成氧化銀，故於高倍率顯微鏡下之影像係呈部分黑點，該反射鍍膜之反射率勢必因而降低。
【0005】
另請參閱第4圖，其係顯示銀反射鍍膜於250ºC下工作155小時於高倍率顯微鏡下之影像示意圖。如第4圖所示，若操作溫度再行提高，例如將烘烤溫度由180ºC提高至250ºC，觀察其表面變化後發現，上述銀原子的反應加劇，僅約155小時，該銀反射鍍膜光澤度衰退，而在高倍率顯微鏡下之影像呈大量黑點或黑區塊，大幅降低該反射鍍膜之反射率，進而導致波長轉換裝置之轉換效率不佳，連帶使得投影機之亮度表現及色彩影像品質降低。
【0006】
是以，實有必要發展一種得以解決前述習知技術問題，且於各種工作溫度及工作時數下皆具有良好轉換效率之波長轉換裝置，進而增進其產業上之實用性。

 【0007】
本案之主要目的為提供一種波長轉換裝置，俾解決習用波長轉換裝置之反射鍍膜於高溫環境下工作一定時數產生之反射率衰退現象，以及反射率衰退造成波長轉換裝置之轉換效率不佳等問題。
【0008】
本案之另一目的為提供一種波長轉換裝置，藉由反射層於不同工作溫度下分別以第一金屬材料及第二金屬材料形成，可有效避免反射層之反射率衰退並使反射率最佳化，進而達到提升波長轉換裝置之轉換效率之功效。
【0009】
本案之另一目的為提供一種波長轉換裝置，透過材料之選擇，反射層係可於高溫環境下工作超過3000小時仍具有相較自身原始反射率95%以上之反射率。
【0010】
為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種波長轉換裝置，包括：一基板；以及一反射層，設置於該基板上，其中當該反射層之工作溫度大於等於130ºC時，該反射層係以一第一金屬材料形成，且當該反射層之工作溫度小於130ºC時，該反射層係以一第二金屬材料形成；其中，該第二金屬材料於室溫下之反射率係大於該第一金屬材料於室溫下之反射率。
【0011】
於一些實施例中，該基板係為表面陽極氧化處理之一亮面鋁基板，且該反射層係以真空鍍膜形成於該基板上。
【0012】
於一些實施例中，該第一金屬材料係為鋁或鋁合金。
【0013】
於一些實施例中，該第二金屬材料係為銀或銀合金。
【0014】
於一些實施例中，於該第一金屬材料上方，可選擇再鍍覆至少一層以上之氧化物介電層，用以保護或調變該第一金屬材料的反射頻譜。
【0015】
於一些實施例中，於該第二金屬材料上方，可選擇再鍍覆至少一層以上之氧化物介電層，用以保護或調變該第二金屬材料的反射頻譜。
【0016】
於一些實施例中，該基板之厚度係為0.4至4毫米。
【0017】
於一些實施例中，該反射層之直徑係為50至150毫米。
【0018】
於一些實施例中，該反射層之反射率於工作1250小時後相較原始反射率係大於98%。
【0019】
於一些實施例中，該反射層之反射率於工作3000小時後相較原始反射率係大於95%。
【0020】
為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種波長轉換裝置，包括：一基板；一反射層，設置於該基板上；以及一波長轉換層，形成於該反射層上；其中當該波長轉換層及該反射層之工作溫度大於等於130ºC時，該反射層係以鋁或鋁合金形成，且當該波長轉換層及該反射層之工作溫度小於130ºC時，該反射層係以銀或銀合金形成。

 【0032】
1‧‧‧波長轉換裝置
11‧‧‧基板
12‧‧‧反射層
13‧‧‧波長轉換層
14‧‧‧氧化物介電層
【0021】
第1圖係顯示以銀作為反射層之亮面鋁基板於180ºC下之工作時數-相對反射率對應圖。
第2圖係顯示銀反射鍍膜於180ºC下工作0小時於高倍率顯微鏡下之影像示意圖。
第3圖係顯示銀反射鍍膜於180ºC下工作1250小時於高倍率顯微鏡下之影像示意圖。
第4圖係顯示銀反射鍍膜於250ºC下工作155小時於高倍率顯微鏡下之影像示意圖。
第5圖係顯示本案較佳實施例之波長轉換裝置之結構示意圖。
第6A圖係顯示第5圖所示之波長轉換裝置之前視圖。
第6B圖係顯示本案另一較佳實施例之波長轉換裝置之前視圖。
第7圖係顯示以鋁層作為反射膜之亮面鋁基板於180ºC下之工作時數-相對反射率對應圖。
第8圖係顯示以鋁形成之反射層於180ºC下工作0小時於高倍率顯微鏡下之影像示意圖。
第9圖係顯示以鋁形成之反射層於180ºC下工作1250小時於高倍率顯微鏡下之影像示意圖。

 【0022】
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。
【0023】
請參閱第5圖及第6A圖，其係分別顯示本案較佳實施例之波長轉換裝置之結構示意圖，以及第5圖所示之波長轉換裝置之前視圖。如第5圖及第6A圖所示，本案之波長轉換裝置1係可為例如但不限於螢光粉色輪(Phosphor wheel)，包括基板11及反射層12，反射層12係設置於基板11上，其中當反射層12之工作溫度大於等於130ºC時，反射層12係以第一金屬材料形成，該第一金屬材料於工作溫度大於等於130ºC之環境下，係選擇工作超過一定時數，例如超過1250小時或超過3000小時，仍具有相對較高反射率之金屬材料為較佳，包括但不限於純金屬或合金。
【0024】
同樣基於材料特性之考量，由於勢必存在於室溫下之反射率大於第一金屬材料於室溫下之反射率之第二金屬材料，故當反射層12之工作溫度小於130ºC時，若其不致於在工作一定時數下發生反射率衰退之現象，反射層12係以第二金屬材料形成為佳，但不以此為限。由此可見，藉由反射層於不同工作溫度下分別以第一金屬材料及第二金屬材料形成，可有效避免反射層之反射率衰退並使反射率最佳化，進而達到提升波長轉換裝置之轉換效率之功效。
【0025】
於一些實施例中，基板11係為表面經陽極氧化處理之亮面鋁基板，且反射層12係以真空鍍膜形成於基板11上。同時，根據本案之構想，第一金屬材料係為鋁或鋁合金，且第二金屬材料係為銀或銀合金。其中，銀或銀合金雖具有先前技術中所述之高溫反射率衰退之問題，然由於銀或銀合金於室溫下之反射率係大於鋁或鋁合金於室溫下之反射率，且於工作溫度小於130ºC之環境下，銀或銀合金不致於在工作一定時數之情況下發生反射率衰退之現象，故於本案中仍以銀作為較佳之材料選擇，以應用於工作溫度小於130ºC之情況。
【0026】
在另一些實施例中，本案之波長轉換裝置1係可進一步包括至少一氧化物介電層，請參閱第6B圖，其係顯示本案另一較佳實施例之波長轉換裝置之前視圖。如第6B圖所示，本案之波長轉換裝置1，係可選擇於反射層12之上，亦即第一金屬材料或第二金屬材料之上方，鍍覆至少一層以上之氧化物介電層14，以保護或調變第一金屬材料或第二金屬材料的反射頻譜，且氧化物介電層14亦可視為整合於反射層12上，然並不以此為限。
【0027】
請參閱第7圖配合第5圖，其中第7圖係顯示以鋁層作為反射膜之亮面鋁基板於180ºC下之工作時數-相對反射率對應圖。如第5圖及第7圖所示，當以鋁膜形成波長轉換裝置1之反射層12時，在溫度為180ºC之環境下工作約1250小時後，該反射層12之反射率相較自身之原始反射率係仍大於98%，且在溫度為180ºC之環境下工作約3000小時後，該反射層12之反射率相較自身之原始反射率係仍大於95%，可見本案透過材料之選擇，反射層12係可於高溫環境下工作超過3000小時仍具有相較自身原始反射率95%以上之反射率。
【0028】
請參閱第8圖及第9圖並配合第5圖，其中第8圖係顯示以鋁形成之反射層於180ºC下工作0小時於高倍率顯微鏡下之影像示意圖，以及第9圖係顯示以鋁形成之反射層於180ºC下工作1250小時於高倍率顯微鏡下之影像示意圖。如第5圖、第8圖及第9圖所示，以鋁形成之反射層12，在工作0小時，即未開始工作時，具有極高之反射率，故於顯微鏡下對顯微鏡燈光幾乎為全反射；在180ºC之環境下工作1250小時後，由於鋁本身之特性，於反射層12中僅有極少量之鋁原子發生流動或氧化之現象，故於高倍率顯微鏡下之影像僅有極少量黑點，對於反射率之改變僅有不到2%之影響，故可有效避免反射層12之反射率衰退並使反射率最佳化。
【0029】
請再參閱第5圖及第6圖，如第5圖及第6圖所示，本案波長轉換裝置1之基板11之厚度係以0.4至4毫米(mm)為佳，且反射層12及基板11之直徑係以50至150毫米為佳，然皆不以此為限。此外，波長轉換裝置1係可進一步包括波長轉換層13，該波長轉換層13係可為但不限於螢光粉層或螢光劑塗層，形成於反射層12上，以架構於轉換入射光之光波長。
【0030】
綜上所述，本案提供一種波長轉換裝置，俾解決習用波長轉換裝置之反射鍍膜於高溫環境下工作一定時數產生之反射率衰退現象，以及反射率衰退造成波長轉換裝置之轉換效率不佳等問題。有鑑於此，本案藉由反射層於不同工作溫度下分別以第一金屬材料及第二金屬材料形成，可有效避免反射層之反射率衰退並使反射率最佳化，進而達到提升波長轉換裝置之轉換效率之功效。此外，透過材料之選擇，反射層係可於高溫環境下工作超過3000小時仍具有相較自身原始反射率95%以上之反射率。
【0031】
縱使本發明已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
 
1‧‧‧波長轉換裝置
11‧‧‧基板
12‧‧‧反射層
13‧‧‧波長轉換層

Claims (12)

  1. 【第1項】
    一種波長轉換裝置，包括：
    　　一基板；以及
    　　一反射層，設置於該基板上，其中當該反射層之工作溫度大於等於130ºC時，該反射層係以一第一金屬材料形成，且當該反射層之工作溫度小於130ºC時，該反射層係以一第二金屬材料形成；
    　　其中，該第二金屬材料於室溫下之反射率係大於該第一金屬材料於室溫下之反射率。
  2. 【第2項】
    如申請專利範圍第1項所述之波長轉換裝置，其中該基板係為表面陽極氧化處理之一亮面鋁基板，且該反射層係以真空鍍膜形成於該基板上。
  3. 【第3項】
    如申請專利範圍第1項所述之波長轉換裝置，其中該第一金屬材料係為鋁或鋁合金。
  4. 【第4項】
    如申請專利範圍第1項所述之波長轉換裝置，其中該第二金屬材料係為銀或銀合金。
  5. 【第5項】
    如申請專利範圍第1項所述之波長轉換裝置，更包括至少一氧化物介電層，該氧化物介電層係鍍覆於該第一金屬材料之上，用以保護或調變該第一金屬材料之反射頻譜。
  6. 【第6項】
    如申請專利範圍第1項所述之波長轉換裝置，更包括至少一氧化物介電層，該氧化物介電層係鍍覆於該第二金屬材料之上，用以保護或調變該第一金屬材料之反射頻譜。
  7. 【第7項】
    如申請專利範圍第1項所述之波長轉換裝置，其中該基板之厚度係為0.4至4毫米。
  8. 【第8項】
    如申請專利範圍第1項所述之波長轉換裝置，其中該反射層之直徑係為50至150毫米。
  9. 【第9項】
    如申請專利範圍第1項所述之波長轉換裝置，其中該反射層之反射率於工作1250小時後相較原始反射率係大於98%。
  10. 【第10項】
    如申請專利範圍第1項所述之波長轉換裝置，其中該反射層之反射率於工作3000小時後相較原始反射率係大於95%。
  11. 【第11項】
    如申請專利範圍第1項所述之波長轉換裝置，更包括一波長轉換層，該波長轉換層係形成於該反射層上。
  12. 【第12項】
    一種波長轉換裝置，包括：
    　　一基板；
    　　一反射層，設置於該基板上；以及
    　　一波長轉換層，形成於該反射層上；
    　　其中當該波長轉換層及該反射層之工作溫度大於等於130ºC時，該反射層係以鋁或鋁合金形成，且當該波長轉換層及該反射層之工作溫度小於130ºC時，該反射層係以銀或銀合金形成。
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