TW201621452A - 色輪及投影裝置 - Google Patents
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Abstract
色輪包含色輪板及散熱層，其中色輪板包含塗覆有色變材料之至少一色變區域及未塗覆色變材料之非色變區域，色變區域係各用以產生對應顏色的光；散熱層設置於色輪板之非色變區域，以促進色輪板之散熱。
Description
本發明一般係關於一種色輪，尤其是關於一種提升散熱效能之色輪及投影裝置。
色輪一般係應用於照射裝置或影像形成裝置以作為光學分光單元，其藉由驅動單元的驅動而進行轉動，以使色輪上的不同顏色區域對應光源所發出的光進而產生對應顏色的光來達到分光效果。然而，由於發光效率、體積等考量，光源已由紅、藍、綠三色獨立的雷射光源發展為單純使用藍色雷射光源。配合藍色雷射光源的使用，色輪演變為具有塗覆螢光粉之複數螢光區域的螢光色輪。當藍光雷射照射到螢光色輪之螢光區域時，藍光雷射會激發螢光區域上的螢光粉，進而產生對應顏色的光，藉此達到分光的效果。
然而，由於藍光雷射激發螢光粉的同時會產生熱，而使得色輪的溫度升高。當藍光雷射光源的能量越大時，激發螢光粉所產生的熱也就越大，以致於色輪溫度急遽升高而嚴重影響色輪的正常運作。此外，由於螢光色輪係為高速運轉的動件，因此通常具有相關機構上的防塵設計，進而使得散熱更加困難。
因此，如何提升色輪之散熱效應進而改善照射裝置或影像形成裝置之運作效率係為研發之重要議題之一。
本發明之一目的在於提供一種色輪，其利用設置於非色變區域之散熱層促進色輪本身之散熱效應。
於一實施例，本發明提供一種色輪，其包含色輪板及散熱層，其中色輪板包含塗覆有色變材料之至少一色變區域及未塗覆色變材料之非色變區域，色變區域係各用以產生對應顏色的光；散熱層設置於色輪板之非色變區域，以促進色輪板之散熱。
於一實施例，色輪板具有相對的第一表面及第二表面，且色變區域設置於第一表面之一部分，非色變區域係包含第一表面未設置色變區域之部分及第二表面之至少其中之一。
於一實施例，上述散熱層係選自於由具有複數奈米孔洞之散熱層、具有複數奈米微粒之散熱層、奈米塗料散熱層及其組合所形成之群組。於一實施例，具有複數奈米孔洞之散熱層係可由色輪板之非色變區域之表面或散熱片之表面經加工處理所構成。於一實施例，具有複數奈米微粒之散熱層係可由塗覆氮化硼於色輪板之非色變區域之表面或散熱片之表面所構成。
於一實施例，奈米塗料散熱層係包含熱輻射大於80%的奈米塗料。於一實施例，奈米塗料包含多層石墨烯或類鑽碳。
於一實施例，散熱層之厚度較佳為2-10微米。
本發明之又一目的在於提供一種投影裝置，其包含上述之色輪。於一實施例，投影裝置更包含驅動單元及額外散熱層，其中驅動單元連接色輪以驅動色輪轉動，且額外散熱層設置於驅動單元，以進一步促進
色輪板之散熱。
於一實施例，驅動單元包含驅動本體、軸件及夾扣板，其中軸件係自驅動本體延伸連接色輪，夾扣板係套設於軸件以使色輪夾設於驅動本體及夾扣板之間，額外散熱層係設置於驅動本體、軸件及夾扣板之至少其中之一的表面。
於一實施例，額外散熱層係選自於由具有複數奈米孔洞之額外散熱層、具有複數奈米微粒之額外散熱層、奈米散熱塗料之額外散熱層及其組合所形成之群組。於一實施例，具有複數奈米孔洞之額外散熱層係由驅動本體、軸件及夾扣板之至少其中之一的表面經加工處理所構成。
於另一實施例，具有複數奈米微粒之額外散熱層係由塗覆氮化硼於驅動本體、軸件及夾扣板之至少其中之一的表面所構成。
於一實施例，奈米散熱塗料之額外散熱層係包含熱輻射大於80%的奈米散熱塗料，其中奈米散熱塗料包含多層石墨烯或類鑽碳。
於一實施例，額外散熱層之厚度為2-90微米。
10‧‧‧投影裝置
100‧‧‧色輪
110‧‧‧色輪板
110a‧‧‧第一表面
110b‧‧‧第二表面
112r、112g‧‧‧色變區域
112o‧‧‧開口
114‧‧‧非色變區域
114a‧‧‧環形區域
116‧‧‧軸孔
120‧‧‧散熱層
120a、120a’‧‧‧奈米塗料散熱層
120b、120b’‧‧‧具有複數奈米孔洞之散熱層
120c、120c’‧‧‧具有複數奈米微粒之散熱層
122‧‧‧奈米孔洞
124‧‧‧奈米微粒
130‧‧‧額外散熱層
200‧‧‧驅動單元
205‧‧‧驅動本體
210‧‧‧軸件
220‧‧‧夾扣板
225‧‧‧鎖固件
300‧‧‧光源單元
310、320‧‧‧光學元件
B‧‧‧藍光雷射
G‧‧‧綠光
R‧‧‧紅光
圖1A及圖1B分別為本發明一實施例之色輪之前視示意圖及後視示意圖；圖2A至圖2C為本發明不同實施例之色輪之散熱層之側視示意圖；圖3A至圖3C為本發明不同實施例之色輪之散熱層之側視示意圖；圖4A至圖4C為本發明一實施例之投影裝置之色輪運作示意圖；圖5A及圖5B分別為本發明另一實施例之色輪及驅動單元組合成色輪模組之前視示意圖及後視示意圖。
本發明係提供一種色輪，尤其是一種於非色變區域設置散熱層以提升散熱效能之色輪。於本發明實施例中，色輪較佳係應用於影像形成裝置(例如投影裝置)，以作為提供全彩影像之分色裝置，但不以此為限。於其他實施例，色輪亦可應用於照射裝置，以作為提供多彩光線之分色裝置。於後參考圖式詳細說明本發明之色輪之實施例。
圖1A及圖1B分別為本發明一實施例之色輪之前視示意圖及後視示意圖。如圖1A及圖1B所示，於一實施例，色輪100包含色輪板110及散熱層120，其中色輪板110包含塗覆有色變材料之至少一色變區域112r、112g及未塗覆色變材料之非色變區域114，且色變區域112r、112g係各用以產生對應顏色的光。散熱層120設置於色輪板110之非色變區域114，以促進色輪板110之散熱。具體而言，色輪板110可為具有軸孔116之圓形載板，且色輪板110具有相對的第一表面110a及第二表面110b(即前表面及後表面)。色變區域112r、112g係設置於第一表面110a之一部分，如圖1A所示，各色變區域112r、112g係為設置於色輪板110圓周之扇形區域。
再者，色輪板110可為具有反射性質的金屬板或為於第一表面110a塗覆有反射塗層之載板，以增加光線的反射效應。於一實施例，色輪板110可為鋁板，且色輪板110之第一表面110a之部分區域(例如112r、112g)係分別塗覆受光源所發出的光激發而可產生對應顏色光的色變材料。於此實施例，色變材料可包含螢光粉、量子點(quantum dots)等受光源激發而產生對應顏色光的材料，但不以此為限。一般而言，螢光粉可為任何習知的螢光粉，而量子點一般長寬高皆在100奈米(約幾個原子的大小)以下(或稱
奈米粒子)。若是將材料製成量子點的大小，則電子容易受到激發而改變能階，與電洞結合後就會放出光；且發出光的能量強度(波長)和量子點的大小成正比，越小的量子點所發出的能量越高、波長越短，越大的量子點發出的能量越低、波長越長。亦即，量子點直徑越小、激發後的光波長越小(偏藍)，直徑越大、激發後的光波長越長(偏紅)，由此特性可藉由控制量子點大小，發出藍、綠、紅等顏色光。經常採用的量子點材料為硒化鎘CdSe、氧化鋅ZnO，以藍色光源照射在量子點上會產生綠色和紅色光。以藍光雷射光源為例，色輪板110之第一表面110a分別塗覆受藍光雷射激發而可產生紅光的色變材料於色變區域112r及受藍光雷射激發而產生綠光的色變材料於色變區域112g。於此實施例中，色輪板110更具有容許藍光雷射通過的開口112o。在此需注意，於此實施例雖繪示色輪板110具有四個色變區域(螢光區112r及112g各兩個)及兩個開口112o交替設置，但不以此為限。亦即，色變區域及開口的形狀、數目、大小及配置方式可依據實際需求修改。
非色變區域114較佳包含第一表面未設置色變區域之部分(例如114a)及第二表面110b之至少其中之一。舉例而言，如圖1A所示，色輪板110之第一表面110a上環繞軸孔116連接色變區域112r、112g之環形區域114a係可作為設置散熱層120之非色變區域。再者，如圖1B所示，色輪板110之第二表面110b亦可作為設置散熱層120之非色變區域。換言之，散熱層120可僅設置於第二表面110b或環形區域114a上，亦可同時設置於第二表面110b及環形區域114a上。於後參考圖2A-2C及圖3A-3C詳細說明散熱層之型態及配置。
散熱層120係選自於由具有奈米塗料散熱層(如圖2A、3A所示)、複數奈米孔洞之散熱層(如圖2B、3B所示)、具有複數奈米微粒之散熱層(如圖2C、3C)及其組合所形成之群組，且散熱層120可設置於第二表面110b及第一表面110a之環形區域114a之至少其中之一上。於一實施例，如圖2A所示，散熱層120a係為奈米塗料散熱層，且僅設置於色輪板110之第二表面110b(即設置於色輪板110的背面)。具體而言，散熱層120a係包含熱輻射大於80%的奈米散熱塗料，且較佳為熱輻射大於95%的奈米散熱塗料。舉例而言，奈米散熱塗料可包含多層石墨烯、類鑽碳或奈米碳粉塗料等IR塗料，以提升色輪板110的熱輻射效能進而增進色輪板110的散熱效應。再者，可藉由噴塗、旋塗等方式將奈米塗料塗覆於色輪板110之非色變區域(例如整個第二表面110b)以形成散熱層120a，且散熱層120a之厚度較佳為2-90微米。舉例而言，當使用類鑽碳做為奈米散熱塗料時，散熱層120a的厚度較佳為2-10微米；當使用多層石墨烯做為奈米散熱塗料時，散熱層120a的厚度較佳約為80微米。再者，於另一實施例，如圖3A所示，亦可藉由噴塗、旋塗等方式將奈米散熱塗料塗覆於色輪板110之非色變區域(例如整個第二表面110b及環形區域114a)以形成散熱層120a於第二表面110b及散熱層120a’於環形區域114a，進一步增進色輪板110於前、後表面之熱輻射散熱效應。
於另一實施例，如圖2B所示，散熱層120b係為具有複數奈米孔洞122之散熱層，且僅設置於色輪板110之第二表面110b。具體而言，散熱層120b係由色輪板110之非色變區域之表面(例如110b)經加工處理所構成。舉例而言，可藉由蝕刻等方式於色輪板110之第二表面110b形成複數奈米孔洞122，以增加色輪板110之散熱表面積，進而增進色輪板110的散熱效
應。於一實施例，奈米孔洞122之深度較佳為2-90微米。再者，於另一實施例，如圖3B所示，亦可藉由蝕刻等方式於色輪板110之非色變區域(例如整個第二表面110b及環形區域114a)形成具有複數奈米孔洞122之散熱層120b於第二表面110b及散熱層120b’於環形區域114a，進一步增進色輪板110於前、後表面之散熱表面積。在此需注意，奈米孔洞122之大小係以最小化色輪100旋轉時所造成的風切阻力為考量，以降低色輪100旋轉產生噪音的可能性。再者，複數奈米孔洞122可具有相同或不同的尺寸，不以實施例所示為限。
於另一實施例，如圖2C所示，散熱層120c係為具有複數奈米微粒124之散熱層，且僅設置於色輪板110之第二表面110b。具體而言，散熱層120c係由塗覆奈米微粒124之塗料於色輪板110之非色變區域之表面所構成。舉例而言，如圖2C所示，散熱層120c可由塗覆氮化硼(BN)於色輪板110之整個第二表面110b所構成，以使得色輪板110之第二表面110b形成具有奈米微粒124之粗糙表面，藉此增加熱對流接觸面積而增進色輪板110的散熱效應。具體而言，可將包含例如複數氮化硼之奈米微粒124之溶液藉由噴塗、旋塗等方式塗覆於色輪板110之非色變區域(例如整個第二表面110b)，溶劑揮發後於第二表面110b上即形成具有複數奈米微粒124之散熱層120c。於此實施例，散熱層120c之厚度較佳為2-90微米。再者，於另一實施例，如圖3C所示，亦可藉由噴塗、旋塗等方式將含有奈米微粒124之溶劑塗覆於色輪板110之非色變區域(例如整個第二表面110b及環形區域114a)以形成散熱層120c於第二表面110b及散熱層120c’於環形區域114a，進一步增進色輪板110於前、後表面之熱對流散熱效應。在此需注意，奈米微粒124之
大小及分布係以增加色輪100熱對流接觸面積為考量，且複數奈米微粒124可具有相同或不同的尺寸，不以實施例所示為限。
在此需注意，非色變區域114可為色輪板110上未塗覆色變材料之任何表面區域，其包含例如第一表面110a上未設置色變區域之部分(例如環形區域114a)、第二表面110b、連接第一表面110a與第二表面110b之側表面，而不以色輪板110之第一表面110a、第二表面110b之區域為限。此外，色輪板110上之散熱層120之型態不以單一型態為限，而可依據設計需求於不同非色變區域114設置不同型態之散熱層，以最佳化色輪100之散熱效應。舉例而言，於另一實施例(未圖示)，可在色輪板110之環形區域114a設置具有奈米微粒124之散熱層120c’，並在色輪板110之第二表面110b設置奈米塗料散熱層120a或具奈米孔洞122之散熱層120b。於其他實施例中(未圖示)，可在色輪板110之環形區域114a設置具有奈米塗料散熱層120a’，並在色輪板110之第二表面110b設置具奈米孔洞122之散熱層120b或具有奈米微粒124之散熱層120c。選替地，可在色輪板110之環形區域114a設置具奈米孔洞122之散熱層120b’，並在色輪板110之第二表面110b設置具有奈米塗料散熱層120a或具有奈米微粒124之散熱層120c。
再者，本發明同時提供一種包含上述色輪100之投影裝置10。如圖4A所示，投影裝置10包含光源單元300、色輪100、驅動單元200及複數光學元件310、320。具體而言，色輪100藉由軸孔116與驅動單元200之軸件210連接，以使得驅動單元200可依據影像訊號I驅動色輪100轉動，而使得色變區域112r、112g或開口1120對應光源單元300所發出的光線，以達到分光效果。
光源單元300較佳為包含一或多個藍光發光元件之藍光雷射光源，藉此可藉由調整藍光發光元件的數目來調整光源單元300的亮度/能量。參考圖4A，當驅動單元300依據影像訊號I驅動色輪100轉動而使得色變區域112r對應光源單元300時，光源單元300所發出的藍光雷射B通過光學元件310照射到色變區域112r並激發色變區域112r上的色變材料而產生紅光R，然後紅光R朝遠離第一表面110a的方向反射到光學元件310，進而被光學元件310反射到目標螢幕。參考圖4B，類似地，當驅動單元200依據影像訊號I驅動色輪100轉動而使得色變區域112g對應光源單元300時，光源單元300所發出的藍光雷射B通過光學元件310照射到色變區域112g並激發色變區域112g上的色變材料而產生綠光G，然後綠光G係朝遠離第一表面110a的方向反射到光學元件310，進而被光學元件310反射到目標螢幕。參考圖4C，當驅動單元200依據影像訊號I驅動色輪100轉動而使得開口112o對應光源單元300時，光源單元300所發出的藍光雷射B通過光學元件310並進一步通過色輪板110之開口112o，之後再藉由一或多個光學元件320的反射而通過光學元件310達到目標螢幕。
再者，本發明除了在色輪板110的非色變區域114設置散熱層120，亦可在與色輪100連接的驅動單元200上加設額外散熱層130，以進一步促進該色輪板110的散熱。具體而言，如圖5A及圖5B所示，色輪100及驅動單元200係組合成色輪模組，且驅動單元200包含驅動本體205、軸件210及夾扣板220，其中軸件210係自驅動本體205延伸通過色輪100的軸孔116，而夾扣板220係套設於軸件210，藉由鎖固件225(例如螺絲、螺帽等)鎖固使得色輪100夾設於驅動本體205及夾扣板220之間。驅動本體205可為旋轉馬
達，當驅動本體205轉動時係同時驅動色輪100轉動。於此實施例，額外散熱層130較佳設置於驅動本體205、軸件210及夾扣板220之至少其中之一的表面。具體而言，驅動本體205之外殼、軸件210及夾扣板220較佳為金屬件，且藉由類似上述散熱層120的技術，可加設額外散熱層130於驅動本體205、軸件210及夾扣板220之至少其中之一的表面，以更進一步將色輪板110產生的熱經散熱層120及額外散熱層130消散至外界。
在此需注意，額外散熱層130係具有類似於上述散熱層120之特性，因此有關額外散熱層130的細節(例如材料、厚度、製作方式等)可參考上述散熱層120的說明。舉例而言，額外散熱層130可選自於由具有複數奈米孔洞之額外散熱層、具有複數奈米微粒之額外散熱層、奈米散熱塗料之額外散熱層及其組合所形成之群組。於一實施例，具有複數奈米孔洞之額外散熱層係由驅動本體205、軸件210及夾扣板220之至少其中之一的表面經加工處理所構成。於另一實施例，具有複數奈米微粒之額外散熱層係由塗覆氮化硼於驅動本體205、軸件210及夾扣板220之至少其中之一的表面所構成。於又一實施例，奈米散熱塗料之額外散熱層係包含熱輻射大於80%的奈米散熱塗料，且較佳為熱輻射大於95%的奈米散熱塗料，例如多層石墨烯、類鑽碳或奈米碳粉等IR塗料。額外散熱層之厚度為2-90微米，例如當使用類鑽碳做為奈米散熱塗料時，散熱層120a的厚度較佳為2-10微米；當使用多層石墨烯做為奈米散熱塗料時，散熱層120a的厚度較佳約為80微米，但不以此為限。
藉由上述配置，不僅使得色輪有效地達到分光效果，更可藉由散熱層(及額外散熱層，若有加設時)之設置使得藍光雷射激發色變材料所
產生的熱，有效地藉由熱輻射或熱對流方式進行散熱，進而使得色輪或投影裝置可維持在正常的運轉溫度，增進操作效能。
本發明已由上述實施例加以描述，然而上述實施例僅為例示目的而非用於限制。熟此技藝者當知在不悖離本發明精神下，於此特別說明的實施例可有例示實施例的其他修改。因此，本發明範疇亦涵蓋此類修改且僅由所附申請專利範圍限制。
100‧‧‧色輪
110‧‧‧色輪板
110a‧‧‧第一表面
110b‧‧‧第二表面
112r、112g‧‧‧色變區域
112o‧‧‧開口
114‧‧‧非色變區域
114a‧‧‧環形區域
116‧‧‧軸孔
120‧‧‧散熱層
Claims (17)
- 一種色輪，包含：一色輪板，包含塗覆有色變材料之至少一色變區域及未塗覆色變材料之一非色變區域，該色變區域係各用以產生一對應顏色的光；以及一散熱層，設置於該色輪板之該非色變區域，以促進該色輪板之散熱。
- 如申請專利範圍第1項所述之色輪，其中該散熱層係選自於由具有複數奈米孔洞之散熱層、具有複數奈米微粒之散熱層、奈米塗料散熱層及其組合所形成之群組。
- 如申請專利範圍第2項所述之色輪，其中該具有複數奈米孔洞之散熱層係由該色輪板之該非色變區域之表面經加工處理所構成。
- 如申請專利範圍第2項所述之色輪，其中該具有複數奈米微粒之散熱層係由塗覆氮化硼於該色輪板之該非色變區域之表面所構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之色輪，其中該奈米塗料散熱層係包含熱輻射大於80%的奈米散熱塗料。
- 如申請專利範圍第5項所述之色輪，其中該奈米散熱塗料包含多層石墨烯或類鑽碳。
- 如申請專利範圍第1項所述之色輪，其中該散熱層之厚度為2-90微米。
- 如申請專利範圍第2項所述之色輪，其中該色輪板具有相對的一第一表面及一第二表面，且該色變區域設置於該第一表面之一部分，該非色變區域係包含該第一表面未設置該色變區域之部分及該第二表面之至少其中之一。
- 一種投影裝置，包含如申請專利範圍第1-8項任一項所述之色輪。
- 如申請專利範圍第9項所述之投影裝置，更包含：一驅動單元，連接該色輪以驅動該色輪轉動；以及一額外散熱層，設置於該驅動單元，以進一步促進該色輪板之散熱。
- 如申請專利範圍第10項所述之投影裝置，其中該驅動單元包含一驅動本體、一軸件及一夾扣板，該軸件係自該驅動本體延伸連接該色輪，該夾扣板係套設於該軸件以使該色輪夾設於該驅動本體及該夾扣板之間，其中該額外散熱層係設置於該驅動本體、該軸件及該夾扣板之至少其中之一的表面。
- 如申請專利範圍第10項所述之投影裝置，該額外散熱層係選自於由具有複數奈米孔洞之額外散熱層、具有複數奈米微粒之額外散熱層、奈米散熱塗料之額外散熱層及其組合所形成之群組。
- 如申請專利範圍第12項所述之投影裝置，其中該具有複數奈米孔洞之額外散熱層係由該驅動本體、該軸件及該夾扣板之至少其中之一的表面經加工處理所構成。
- 如申請專利範圍第12項所述之投影裝置，其中該具有複數奈米微粒之額外散熱層係由塗覆氮化硼於該驅動本體、該軸件及該夾扣板之至少其中之一的表面所構成。
- 如申請專利範圍第12項所述之投影裝置，其中該奈米散熱塗料之額外散熱層係包含熱輻射大於80%的奈米散熱塗料。
- 如申請專利範圍第15項所述之投影裝置，其中該奈米散熱塗料包含多層石墨烯或類鑽碳。
- 如申請專利範圍第10項所述之投影裝置，其中該額外散熱層之厚度為 2-90微米。
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