TW202006456A

TW202006456A - 波長轉換輪及投影裝置

Info

Publication number: TW202006456A
Application number: TW107124470A
Authority: TW
Inventors: 徐碧聰; 謝啟堂
Original assignee: 中強光電股份有限公司
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-16
Publication date: 2020-02-01
Also published as: US10921695B2; CN208937891U; TWI709809B; US20200004118A1

Abstract

一種波長轉換輪，包括馬達、轉盤、壓環、第一平衡塊以及黏合層。馬達具有轉軸。轉盤具有內環部及環形照射部。內環部套接於轉軸，環形照射部連接於內環部外緣，環形照射部包括波長轉換區。壓環套接於轉軸並壓抵內環部。壓環具有相對的第一表面及第二表面，第二表面朝向內環部。第一平衡塊配置於第一表面。黏合層黏合於壓環的第二表面及內環部之間。第一平衡塊正投影於內環部的投影方向上設有隔熱結構。本發明另提供一種投影裝置。

Description

波長轉換輪及投影裝置

本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種波長轉換輪以及使用此波長轉換輪的投影裝置。

投影裝置所使用的光源種類也隨著市場對投影裝置亮度、色彩飽和度、使用壽命、無毒環保等等要求，從超高壓汞燈（UHP lamp）、發光二極體（light emitting diode，LED）進化到雷射二極體（laser diode，LD）光源。

目前高亮度的紅色雷射二極體及綠色雷射二極體的成本過高，為了降低成本，通常採用藍色雷射二極體激發螢光粉轉輪上的螢光粉來產生黃光、綠光，再經由濾色輪（filter wheel）將所需的紅光過濾出來，再搭配藍色雷射二極體發出的藍光，而構成投影畫面所需的紅、綠、藍三原色。

螢光粉轉輪為目前採用雷射二極體為光源的投影裝置中極為重要的元件，負責將藍色雷射二極體發出的藍光，部分轉換成黃、綠光。由於螢光粉轉輪是一個高速旋轉的元件，必須要有足夠的平衡性，因此會在螢光粉轉輪上添加平衡膠，以避免螢光粉轉輪於高速旋轉時晃動失衡。但是當螢光粉轉輪因雷射二極體的照射而溫度過高時，則會使平衡膠產生劣化，並且於螢光粉轉輪高速旋轉時產生飛離的現象。所以，如何避免平衡膠的受熱，是一個重要的課題。

本「先前技術」段落只是用來幫助瞭解本發明內容，因此在「先前技術」中所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。此外，在「先前技術」中所揭露的內容並不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，也不代表在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。

本發明提供一種波長轉換輪，具有較佳的可靠度。

本發明提供一種投影裝置，其螢光粉轉輪具有較佳的可靠度。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明所提供的波長轉換輪包括馬達、轉盤、壓環、第一平衡塊以及黏合層。馬達具有轉軸。轉盤具有內環部及環形照射部。內環部套接於轉軸，環形照射部連接於內環部外緣，環形照射部包括波長轉換區。壓環套接於轉軸並壓抵內環部。壓環具有相對的第一表面及第二表面，第二表面朝向內環部。第一平衡塊配置於第一表面。黏合層黏合於壓環的第二表面及內環部之間。第一平衡塊正投影於內環部的投影方向上設有隔熱結構。

在本發明的一實施例中，上述之波長轉換輪更包括板件及第二平衡塊，轉盤更具有從環形照射部延伸至內環部的開孔，板件嵌入開孔中，第二平衡塊配置於第一表面，並與板件重疊，第一平衡塊於徑向上對應波長轉換區。

在本發明的一實施例中，上述之板件包括光反射件或光穿透件。

在本發明的一實施例中，上述之黏合層未延伸至投影方向上，以在投影方向上形成位於壓環及內環部之間的空氣層，隔熱結構包括空氣層。

在本發明的一實施例中，上述之第二表面在投影方向上具有凹陷，以在投影方向上形成位於壓環及黏合層之間的空氣層，隔熱結構包括空氣層。

在本發明的一實施例中，上述之內環部面對壓環的表面在投影方向上具有凹陷，以在投影方向上形成位於黏合層及內環部之間的空氣層，隔熱結構包括空氣層。

在本發明的一實施例中，上述之黏合層未延伸至投影方向上，第二表面在投影方向上具有凹陷，內環部面對壓環的表面在投影方向上具有凹陷，以在投影方向上形成位於壓環及內環部之間的空氣層，隔熱結構包括空氣層。

在本發明的一實施例中，上述之隔熱結構包括第一隔熱層，配置於第一表面，第一平衡塊配置於第一隔熱層上。

在本發明的一實施例中，上述之隔熱結構更包括第二隔熱層，配置於第二表面。

為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明所提供的投影裝置，包括照明系統、光閥及投影鏡頭。照明系統適於提供照明光束。光閥配置於照明光束的傳遞路徑上，以將照明光束轉換成影像光束。投影鏡頭配置於影像光束的傳遞路徑上。照明系統包括激發光源及上述的波長轉換輪。激發光源適於提供激發光束。波長轉換輪配置於激發光束的傳遞路徑上，波長轉換輪的波長轉換區適於將激發光束轉換成轉換光束，波長轉換輪的板件適於反射激發光束或使激發光束穿過，而照明光束包括轉換光束及激發光束。

本發明實施例的波長轉換輪及投影裝置中，在第一平衡塊正投影於內環部的投影方向上設有隔熱結構，可以降低因為激發光束照射於波長轉換輪時所產生的熱能直接傳導至第一平衡塊的情況，因此能減少第一平衡塊因為受熱而劣化，並且可避免於波長轉換輪高速旋轉下產生飛離的現象，因此，隔熱結構能使波長轉換輪具有較佳的可靠度。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1是本發明一實施例的波長轉換輪的示意圖。圖2是圖1的爆炸示意圖。圖3是圖1沿A-A線的剖面示意圖。請參考圖1、圖2及圖3，本實施例的波長轉換輪100包括馬達110、轉盤120、波長轉換層130、壓環140、第一平衡塊150以及黏合層160。馬達110具有轉軸111。轉盤120具有內環部121及環形照射部122。轉盤120為金屬轉盤，材質例如為鋁，但不以此為限。內環部121套接於轉軸111，環形照射部122連接於內環部121外緣。環形照射部122是指隨著轉盤120轉動，預設能被激發光束照射到的區域。環形照射部122包括波長轉換區1221，波長轉換層130配置於波長轉換區1221。波長轉換層130的材料可為螢光材料、磷光體等磷光性材料或量子點等奈米材料，但不以此為限。波長轉換層130也可以包括多個區塊，這些區塊分別配置可被激發出不同顏色光束的波長轉換材料。壓環140套接於轉軸111並壓抵內環部121。壓環140為金屬壓環，材質例如為鋁，但不以此為限。壓環140具有相對的第一表面141及第二表面142，第二表面142朝向內環部121。第一平衡塊150配置於第一表面141。第一平衡塊150例如為平衡土或平衡膠，但不以此為限。黏合層160黏合於壓環140的第二表面142及內環部121之間。第一平衡塊150正投影於內環部121的投影方向上例如設有隔熱結構170。

請再參考圖3，上述的黏合層160例如未延伸至第一平衡塊150正投影於內環部121的投影方向上，以在前述投影方向上形成位於壓環140及內環部121之間的空氣層171，隔熱結構170例如包括空氣層171。

由於波長轉換輪100的轉盤120與壓環140皆使用金屬材質，使得激發光束照射於波長轉換區1221時所產生的熱能容易沿著轉盤120經黏合層160及壓環140而以最短路徑直接傳導至第一平衡塊150，讓第一平衡塊150因受熱而產生劣化，並且在波長轉換輪100高速旋轉下產生飛離的現象。因此在本實施例中，藉由設置隔熱結構170，可以降低第一平衡塊150的受熱情況。此外，本實施例以空氣層171作為隔熱結構170，可以減少導熱的面積，並延長從轉盤120至第一平衡塊150的熱傳遞路徑，在波長轉換輪100高速旋轉時也可產生氣流幫助散熱，進而使波長轉換輪100具有較佳的可靠度。

上述的第一平衡塊150的數量例如為多個，並且依據不同設計需求，例如至少一個第一平衡塊150正投影於內環部121的投影方向上設有隔熱結構170即可。此外，第一平衡塊150未對應的部分例如未設有隔熱結構170，但不以此為限，為製程上的方便或平衡性的考量，亦可設置隔熱結構170。

圖4是圖1沿B-B線的剖面示意圖。請參考圖1、圖2及圖4，上述的波長轉換輪100例如更包括板件180及第二平衡塊190，轉盤120例如更具有從環形照射部122延伸至內環部121的扇形開孔123。板件180嵌入扇形開孔123中，且形狀對應於扇形開孔123。板件180例如包括光反射件或光穿透件，適於反射激發光束或使激發光束穿過。板件180例如為玻璃基板，但不以此為限，當板件180作為光反射件時，例如可在玻璃基板上鍍反射膜，以達到反射效果。第二平衡塊190配置於第一表面141，並與板件180重疊。第二平衡塊190例如為平衡土或平衡膠，但不以此為限。第一平衡塊150於徑向R上對應波長轉換區1221，即第一平衡塊150正投影於轉盤120的部分為內環部121，而不會是板件180，第二平衡塊190正投影於轉盤120的部分則為板件180。

具體而言，本實施例的波長轉換輪100由於板件180使用玻璃基板，導熱效果相較於金屬的轉盤120為差，因此第二平衡塊190正投影於板件180的投影方向上可以不需設有隔熱結構170，但不以此為限，若考量到製程上的方便或平衡性，則亦可設置隔熱結構170。

圖5是本發明另一實施例的波長轉換輪的剖面示意圖。請參考圖5，本實施例的波長轉換輪100a與上述的波長轉換輪100結構及優點相似，以下僅針對其結構的主要差異處進行說明。本實施例的波長轉換輪100a中，第二表面142a在第一平衡塊150正投影於內環部121的投影方向上具有凹陷，以在投影方向上形成位於壓環140a及黏合層160a之間的空氣層171a，隔熱結構170包括空氣層171a。

圖6是本發明另一實施例的波長轉換輪的剖面示意圖。請參考圖6，本實施例的波長轉換輪與上述的波長轉換輪100結構及優點相似，以下僅針對其結構的主要差異處進行說明。本實施例的波長轉換輪100b中，內環部121b面對壓環140的表面在第一平衡塊150正投影於內環部121b的投影方向上具有凹陷，以在投影方向上形成位於黏合層160a及內環部121b之間的空氣層171b，隔熱結構170包括空氣層171b。

除了上述的波長轉換輪100、100a、100b分別在不同的部分形成空氣層171、171a、171b以外，亦可將波長轉換輪100、100a、100b的作法同時使用，增加隔熱結構170的隔熱效果。圖7是本發明另一實施例的波長轉換輪的剖面示意圖。請參考圖7，本實施例的波長轉換輪100c與上述的波長轉換輪100結構及優點相似，以下僅針對其結構的主要差異處進行說明。本實施例的波長轉換輪100c中，黏合層160未延伸至第一平衡塊150正投影於內環部121b的投影方向上，第二表面142a在前述投影方向上具有凹陷，內環部121b面對壓環140a的表面在前述投影方向上具有凹陷，以在前述投影方向上形成位於壓環140a及內環部121b之間的空氣層171c，隔熱結構170包括空氣層171c。

除了上述的空氣層171、171a、171b、171c之外，隔熱結構170例如還包括其他形式。圖8A及圖8B是本發明另一實施例的波長轉換輪的剖面示意圖。請參考圖8A及圖8B，本實施例的隔熱結構170位於第一平衡塊150正投影於內環部121的一投影方向上，其中隔熱結構170包括第一隔熱層172，配置於第一表面141，第一平衡塊150配置於第一隔熱層172上。第一隔熱層172例如為隔熱鍍膜或隔熱膠，隔熱膠的材質例如為UV膠，但不以此為限。

上述的第一隔熱層172例如配置於第一平衡塊150及第一表面141之間（如圖8A所示），或者，第一隔熱層172也可配置覆蓋於整個第一表面141（如圖8B所示）。波長轉換輪100d的優點與上述的波長轉換輪100、100a、100b、100c相似，因此不再重述。

為進一步提升隔熱效果，還可於第二表面142配置隔熱層。圖9是本發明另一實施例的波長轉換輪的剖面示意圖。請參考圖9，本實施例的波長轉換輪100e與上述的波長轉換輪100d結構及優點相似，差異僅在於隔熱結構170更包括第二隔熱層173，配置於第二表面142。第二隔熱層173的材質例如與第一隔熱層172相同，但不以此為限。

圖10是本發明一實施例的一種投影裝置的方塊示意圖。請參照圖10，本實施例的投影裝置200包括照明系統210、光閥220及投影鏡頭230。照明系統210適於提供照明光束L1，光閥220配置於照明光束L1的傳遞路徑上，以將照明光束L1轉換成影像光束L2，而投影鏡頭230配置於影像光束L2的傳遞路徑上，以將影像光束L2投射至屏幕，進而在屏幕上形成影像畫面。光閥220可以是穿透式光閥或是反射式光閥，其中穿透式光閥可以為穿透式液晶面板，而反射式光閥可以為數位微鏡元件（Digital Micro-mirror Device，DMD）、液晶顯示器（liquid-crystal display，LCD）、液晶覆矽板（Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel）、透光液晶面板（Transparent Liquid Crystal Panel）、電光調變器（Electro-Optical Modulator）、磁光調變器（Maganeto-Optic modulator）、聲光調變器（Acousto-Optic Modulator，AOM），但不以此為限。投影鏡頭230例如包括具有屈光度的一或多個光學鏡片的組合，例如包括雙凹透鏡、雙凸透鏡、凹凸透鏡、凸凹透鏡、平凸透鏡以及平凹透鏡等非平面鏡片的各種組合。在一實施例中，投影鏡頭230也可以包括平面光學鏡片。本發明對投影鏡頭230的型態及其種類並不加以限制。

請參照圖1與圖10，上述的照明系統210包括激發光源211以及波長轉換輪100，激發光源211例如是包括發光二極體或雷射二極體晶片的二極體模組或者是由多枚二極體模組所組成的矩陣，用於提供激發光束Le，但不以此為限制。而波長轉換輪100配置於激發光束Le的傳遞路徑上。雖然圖10是以圖1的波長轉換輪100為例，但波長轉換輪100可替換成上述任一實施例的波長轉換輪。

上述的激發光束Le適於照射在波長轉換輪100的環形照射部122，隨著波長轉換輪100以轉軸111為中心的轉動，環形照射部122的波長轉換區1221上的波長轉換層130適於將激發光束Le轉換成轉換光束Lp，轉換光束Lp被金屬轉盤120的環形照射部122反射，轉換光束Lp的波長不同於激發光束Le的波長，而板件180適於反射激發光束Le或使激發光束Le穿過（在圖10中板件180是以光反射件為例，以Lr表示被板件180反射的激發光束），而上述的照明光束L1即包括轉換光束Lp及被反射元件140反射的激發光束Lr。照明系統210可更包括其他光學元件，以使照明光束L1傳遞至光閥220。以下將配合圖式進一步說明照明系統210具體實施態樣，但本發明的照明系統的具體架構不限於以下所列舉的實施例。

圖11是本發明一實施例的投影裝置的照明系統的示意圖。請參照圖10及圖11，本實施例的照明系統210除了包括上述的激發光源211以及波長轉換輪100之外，還可包括合光元件212、濾色輪215、光均勻化元件216及聚光透鏡217，其中光均勻化元件216可以為光積分柱，但不以此為限。

合光元件212配置於激發光源211與波長轉換輪100之間，且包括分色部213及反射部214，其中分色部213與反射部214相鄰，且分色部213用以允許激發光束Le、Lr穿透且反射轉換光束Lp，反射部214可反射激發光束Le、Lr及轉換光束Lp。聚光透鏡217配置於合光元件212與波長轉換輪100之間，適於匯聚激發光束Le入射至波長轉換輪100且收聚被波長轉換輪100反射的轉換光束Lp及激發光束Lr。激發光源211提供的激發光束Le穿透合光元件212的分色部213而傳遞至波長轉換輪100，而從波長轉換輪100反射的轉換光束Lp及激發光束Lr會傳遞至合光元件212。激發光束Lr會被合光元件212的反射部214反射而依序通過濾色輪215及光均勻化元件216，而轉換光束Lp會被合光元件212的反射部214及分色部213反射而依序通過濾色輪215及光均勻化元件216。因此，照明系統210提供的照明光束L1包括轉換光束Lp及激發光束Lr。

綜上所述，本發明實施例的波長轉換輪及投影裝置中，在第一平衡塊正投影於內環部的投影方向上設有隔熱結構，可以降低因為激發光束照射於波長轉換輪時所產生的熱能直接傳導至第一平衡塊的情況，因而能減少第一平衡塊因受熱而劣化，並且可避免於波長轉換輪高速旋轉下產生飛離的現象，因此，隔熱結構能使波長轉換輪具有較佳的可靠度。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名元件（element）的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

100、100a、100b、100c、100d、100e‧‧‧波長轉換輪110‧‧‧馬達111‧‧‧轉軸120‧‧‧轉盤121、121b‧‧‧內環部122‧‧‧環形照射部1221‧‧‧波長轉換區123‧‧‧扇形開孔130‧‧‧波長轉換層140、140a‧‧‧壓環141‧‧‧第一表面142、142a‧‧‧第二表面150‧‧‧第一平衡塊160、160a‧‧‧黏合層170‧‧‧隔熱結構171、171a、171b、171c‧‧‧空氣層172‧‧‧第一隔熱層173‧‧‧第二隔熱層180‧‧‧板件190‧‧‧第二平衡塊200‧‧‧投影裝置210‧‧‧照明系統211‧‧‧激發光源212‧‧‧合光元件213‧‧‧分色部214‧‧‧反射部215‧‧‧濾色輪216‧‧‧光均勻化元件217‧‧‧聚光透鏡220‧‧‧光閥230‧‧‧投影鏡頭L1‧‧‧照明光束L2‧‧‧影像光束Le‧‧‧激發光束Lp‧‧‧轉換光束Lr‧‧‧被反射的激發光束R‧‧‧徑向

圖1是本發明一實施例的波長轉換輪的示意圖。圖2是圖1的爆炸示意圖。圖3是圖1沿A-A線的剖面示意圖。圖4是圖1沿B-B線的剖面示意圖。圖5是本發明另一實施例的波長轉換輪的剖面示意圖。圖6是本發明另一實施例的波長轉換輪的剖面示意圖。圖7是本發明另一實施例的波長轉換輪的剖面示意圖。圖8A及圖8B是本發明另一實施例的波長轉換輪的剖面示意圖。圖9為本發明另一實施例的波長轉換輪的剖面示意圖。圖10是本發明一實施例的一種投影裝置的方塊示意圖。圖11是本發明一實施例的投影裝置的照明系統的示意圖。

100‧‧‧波長轉換輪

120‧‧‧轉盤

121‧‧‧內環部

1221‧‧‧波長轉換區

130‧‧‧波長轉換層

140‧‧‧壓環

141‧‧‧第一表面

142‧‧‧第二表面

150‧‧‧第一平衡塊

160‧‧‧黏合層

170‧‧‧隔熱結構

171‧‧‧空氣層

Claims

一種波長轉換輪，包括：一馬達，具有一轉軸；一轉盤，具有一內環部及一環形照射部，該內環部套接於該轉軸，該環形照射部連接於該內環部外緣，該環形照射部包括一波長轉換區；一壓環，套接於該轉軸並壓抵該內環部，該壓環具有相對的一第一表面及一第二表面，該第二表面朝向該內環部；一第一平衡塊，配置於該第一表面；以及一黏合層，黏合於該壓環的該第二表面及該內環部之間，其中該第一平衡塊正投影於該內環部的一投影方向上設有一隔熱結構。
如請求項1所述之波長轉換輪，更包括一板件及一第二平衡塊，該轉盤更具有從該環形照射部延伸至該內環部的一開孔，該板件嵌入該開孔中，該第二平衡塊配置於該第一表面，並與該板件重疊，該第一平衡塊於徑向上對應該波長轉換區。
如請求項2所述之波長轉換輪，其中該板件包括一光反射件或一光穿透件。
如請求項1所述之波長轉換輪，其中該黏合層未延伸至該投影方向上，以在該投影方向上形成位於該壓環及該內環部之間的一空氣層，該隔熱結構包括該空氣層。
如請求項1所述之波長轉換輪，其中該第二表面在該投影方向上具有一凹陷，以在該投影方向上形成位於該壓環及該黏合層之間的一空氣層，該隔熱結構包括該空氣層。
如請求項1所述之波長轉換輪，其中該內環部面對該壓環的一表面在該投影方向上具有一凹陷，以在該投影方向上形成位於該黏合層及該內環部之間的一空氣層，該隔熱結構包括該空氣層。
如請求項1所述之波長轉換輪，其中該黏合層未延伸至該投影方向上，該第二表面在該投影方向上具有一凹陷，該內環部面對該壓環的一表面在該投影方向上具有一凹陷，以在該投影方向上形成位於該壓環及該內環部之間的一空氣層，該隔熱結構包括該空氣層。
如請求項1所述之波長轉換輪，其中該隔熱結構包括一第一隔熱層，配置於該第一表面，該第一平衡塊配置於該第一隔熱層上。
如請求項8所述之波長轉換輪，其中該隔熱結構更包括一第二隔熱層，配置於該第二表面。
一種投影裝置，包括一照明系統、一光閥及一投影鏡頭，該照明系統適於提供一照明光束，該光閥配置於該照明光束的傳遞路徑上，以將該照明光束轉換成一影像光束，該投影鏡頭配置於該影像光束的傳遞路徑上，其中該照明系統包括：一激發光源，適於提供一激發光束；以及一波長轉換輪，該波長轉換輪包括一馬達、一轉盤、一壓環、一第一平衡塊以及一黏合層，該馬達具有一轉軸，該轉盤具有一內環部及一環形照射部，該內環部套接於該轉軸，該環形照射部連接於該內環部外緣，該環形照射部包括一波長轉換區，該壓環套接於該轉軸並壓抵該內環部，該壓環具有相對的一第一表面及一第二表面，該第二表面朝向該內環部，該一第一平衡塊配置於該第一表面，該黏合層黏合於該壓環的該第二表面及該內環部之間，該第一平衡塊正投影於該內環部的一投影方向上設有一隔熱結構，其中該波長轉換輪配置於該激發光束的傳遞路徑上，該波長轉換輪的該波長轉換區適於將該激發光束轉換成一轉換光束，該波長轉換輪的該板件適於反射該激發光束或使該激發光束穿過，而該照明光束包括該轉換光束及該激發光束。