TWI677648B - 光波長轉換裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之光波長轉換裝置包括一發光層、一基板、一第一光學反射膜與一第二光學反射膜。發光層是由包括多個光波長轉換微粒與一黏合層所組成或該發光層是由光波長轉換材料所組成，其中這些光波長轉換微粒是分布在該黏合層中，光波長轉換微粒主要由光波長轉換材料構成。第一光學反射膜設置於該發光層的其中一側表面，第二光學反射膜則設置於該基板的其中一側表面。其中，該第一光學反射膜與該第二光學反射膜彼此相對向。

Description

光波長轉換裝置
本發明是指一種光波長轉換裝置，特別是一種具有兩層光學反射膜的光波長轉換裝置。
近年，雷射(Laser)搭配螢光粉(Phosphor)已成為投影機裝置的新世代光源技術，該技術透過藍光/UV雷射(Blue/UV-LD)激發螢光色輪(Phosphor wheel)產生色光，然而該傳統螢光色輪設計上仍有許多缺陷。請參考圖1，圖1所繪示為一傳統螢光色輪結構剖面圖，該傳統螢光色輪結構100包括一基板110、一光學反射層120及一發光層130。其中，光學反射層120設置在基板110的其中一側，螢光膠層130是塗佈在光學反射層120上，而螢光膠層130由螢光粉132與膠質層134組成。當雷射照射螢光粉132後會激發螢光粉132出光，光學反射層120會將螢光粉132所產生的部分光線反射而使光線12能集中往其中一側出光。
目前，一般光學反射層多採用反射率較高(~99%)之分散式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector)為主，此類光學反射層以多層氧化物介電層組成，利用高低折射率不同之介電層交互堆疊來反射入射光，但是這類由介電層組成之光學反射層對入射角度(Angle of Incidence)相依性甚高，隨著入射角度越大其反射效率將會愈低，故在傳統螢光色輪應用上往往使得大入射角度下之光線其出 光效率不佳。此外，根據發明人所作之實驗發現，在光學反射層上塗覆了螢光膠層130後，因螢光膠層130折射率比空氣高，致使各波長之反射效率大幅衰減，其中在大角度入射光穿透率明顯提升，導致反射層120會漏光至基板110內並被基板110吸收，不但使螢光色輪出光效率下降且還有漏光之虞。因此，如何修正上述問題並製作出不管在任何角度下及出光環境折射率如何皆有良好反射效率，且無漏光之虞的螢光色輪，提高整體螢光色輪出光量與出光效率，是值得本領域具有通常知識者去思量得。
本發明之目的在於提供一光波長轉換裝置，該光波長轉換裝置比起傳統螢光色輪其出光量更多且出光效率也更高。
本發明之光波長轉換裝置包括一發光層、一基板、一第一光學反射膜與一第二光學反射膜。發光層包括多個光波長轉換微粒與一黏合層組成，這些光波長轉換微粒是分布在該黏合層中，光波長轉換微粒主要由光波長轉換材料構成，或該發光層是由光波長轉換材料所構成。第一光學反射膜設置於該發光層的其中一側表面，第二光學反射膜則設置於該基板的其中一側表面。其中，該第一光學反射膜與該第二光學反射膜彼此相對向。
在上述之光波長轉換裝置，其中該第一光學反射膜主要是金屬材料搭配介電材料所組成或由介電材料所組成。
在上述之光波長轉換裝置，其中該第二光學反射膜之材料為介電材料組成或白膠。
在上述之光波長轉換裝置，其中該發光層之波長轉換微粒為螢光粉，且該黏合層材料包括玻璃、石英或陶瓷。
在上述之光波長轉換裝置，更包括一抗反射膜，該抗反射膜設置於該發光層相對於該第一光學反射膜的另一側表面。
在上述之光波長轉換裝置，其中該基板的材料為金屬材料、非金屬材料或陶瓷材料。
在上述之光波長轉換裝置，其中該基板為藍寶石基板、玻璃基板、硼矽玻璃基板、熔凝石英基板或氟化鈣基板。
在上述之光波長轉換裝置，其中該基板與發光層是用有機材料或無機材料直接黏合。
在上述之光波長轉換裝置，包括一非光斑區，其中該基板與發光層是在該非光斑區以有機材料或無機材料黏合。
在上述之光波長轉換裝置，其中該發光層之厚度為10奈米到1毫米之間，該第一光學反射膜之厚度為5奈米到1毫米之間，而該第二光學反射膜之厚度為5奈米到1毫米之間。
本發明之一種反射式投影機裝置，包括如上述的光波長轉換裝置。
本發明之一種穿透式投影機裝置，包括如上述的光波長轉換裝置。
12‧‧‧光線
100‧‧‧傳統螢光色輪結構
110‧‧‧基板
120‧‧‧光學反射層
130‧‧‧發光層
132‧‧‧螢光粉
134‧‧‧膠質層
20‧‧‧雷射光
30~32‧‧‧反射鏡
33~34‧‧‧半穿透半反射鏡
210‧‧‧光波長轉換材料
300‧‧‧光波長轉換裝置
302‧‧‧支撐軸
304‧‧‧非光斑區
306‧‧‧光斑區
310‧‧‧基板
320‧‧‧第二光學反射膜
330‧‧‧第一光學反射膜
340‧‧‧發光層
342‧‧‧波長轉換微粒
344‧‧‧黏合層
350‧‧‧光線
352‧‧‧光線
400‧‧‧投影機裝置
410‧‧‧雷射發射源
430‧‧‧雷射光
440‧‧‧光線
450‧‧‧光線
500‧‧‧投影機裝置
510‧‧‧雷射發射源
530‧‧‧雷射
540‧‧‧光線
圖1所繪示為一傳統螢光色輪結構剖面圖。
圖2所繪示為本實施例之光波長轉換裝置外觀。
圖3所繪示為本實施例之光波長轉換裝置剖面圖。
圖4所繪示為另一實實施例之光波長轉換裝置200剖面圖。
圖5所繪示為本發明之投影機裝置其中一種實施例。
圖6所繪示為本發明之投影機裝置的另外一種實施例。
在以下的說明中，將以螢光色輪作為光波長轉換裝置的實施例，但本領域具有通常知識者應可明白，本發明之光波長轉換裝置不僅限於螢光色輪，還可具有其他方式的應用。
請參閱圖2，圖2所繪示為本實施例之光波長轉換裝置外觀。在本實施例中，光波長轉換裝置300例如為投影機裝置中的螢光色輪，外觀為一圓盤，該光波長轉換裝置300會以一支撐軸302為中心進行轉動，其中該光波長轉換裝置300有部分區域會受到雷射光20照射，有受到雷射光照射的區域稱為光斑區306，而無雷射光照射到的區域稱為非光斑區304。
請參閱圖3，圖3所繪示為本實施例之光波長轉換裝置剖面圖，光波長轉換裝置300包括一基板310、一第二光學反射膜320、一第一光學反射膜330及一發光層340。其中，該發光層340例如包括至少一波長轉換微粒342與一黏合層344，這些波長轉換微粒342作用為接受雷射光後激發出光線，此外，這些波長轉換微粒342是分布在黏合層344中。波長轉換微粒342的材料例如為螢光粉，而黏合層344材料例如為玻璃、石英或陶瓷。另外，第一光學反射膜330是設置在發光層340的其中一側表面，其中第一光學反射膜330例如為分散式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector)，主要用以接受並反射由波長轉換微粒342所發出的小入射角度光線，其光線反射路徑例如為光線350所繪示。在本實施例中，第一 光學反射膜330材料例如為金屬材料搭配介電材料。在其他的實施例中，第一光學反射膜330材料也可以是單純的介電材料且可在發光層340的另一側表面多設置一抗反射膜(未繪示)提升反射效率。
此外，基板310的材料例如為藍寶石基板、玻璃基板、硼矽玻璃基板、熔凝石英基板或氟化鈣基板，且在該基板310的其中一側表面設置一第二光學反射膜320，第二光學反射膜320例如為分散式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector)，其作用為反射第一光學反射膜330因發光層340所激發之光線入射角角度太大無法返射而漏光穿透致第二光學反射膜320的光線，其光線反射路徑例如為光線352所繪示。因此，藉由第一光學反射膜330與第二光學反射膜320的反射使得發光層340所激發的光線會朝無設置光學反射膜的方向集中出光，其中該第二光學反射膜320材料例如為介電材料或白膠。請同時參閱圖2和圖3，其中設置有第一光學反射膜330的發光層340與設置有第二光學反射膜320的基板310兩者以有設置光學反射膜一側相對向結合，結合方式可用有機或無機材料直接進行黏合或是單純使用機械方式無任何黏合材料進行結合。而且，在某些實施例中，可只於非光斑區304處進行黏合而在光斑區306兩者之間加入填充物，填充物例如為空氣。須說明的是，本領域具有通常知識者應知曉光線350與光線352在進入折射率不同材質時，其折射角度會有改變，但這並非在此之重點因此光線350與光線352的路徑在圖中僅是示意。請參閱圖4，圖4所繪示為另一實實施例之光波長轉換裝置200剖面圖。光波長轉換裝置200與光波長轉換裝置300的差異在於：發光層340是由光波長轉換材料210所組成的陶瓷螢光片，光波長轉換材料210例如為螢光材料。
請同時參閱圖2與圖5，圖5所繪示為本發明之投影機裝置其中一種實施例，該投影機裝置400為反射式投影機，其中包括雷射發射源410與、光波長轉換裝置300、多個半穿透半反射鏡33~34與多個反射鏡30~32。其中，雷射發射源410發出一雷射光430，該雷射光430經由反射鏡30反射穿過半穿透半反射鏡32後射向光波長轉換裝置300，雷射光在打中發光層340後，少部分雷射光穿透該光波長轉換裝置300之基板310。同一時間，發光層340內之波長轉換微粒342在接受雷射光430後激發出光線，其光線被第一光學反射膜330與第二光學反射膜320反射後集中往一個方向出光，產生的光線440向著雷射光430的入射方向的相反方向射出後被半穿透半反射鏡33反射至半穿透半反射鏡34，與經過反射鏡31與反射鏡32反射後的雷射光430交會，混合產生一光線450並射向出光口(未繪示)。另外，須說明的是，在投影機裝置400內通常還會裝設有多個透鏡，但這些透鏡並非在此講述的重點，故不加以繪示與說明。
請同時參閱圖2與圖6，圖6所繪示為本發明之投影機裝置的另外一種實施例，投影機裝置500為穿透式投影機，其中包括雷射發射源510與光波長轉換裝置300。該雷射發射源510發出一雷射530直接射向光波長轉換裝置300，在穿透其基板310與發光層340後直接射向出光口(未繪示)，而發光層340受雷射530激發出光線，其激發出的光線在經過第一光學反射膜330與第二光學反射膜320的反射後單向出光順著雷射光入射方向射出，同時與雷射530混和形成光線540射向出光口(未繪示)。另外，須說明的是，在投影機裝置500內通常還會裝設有多個透鏡，但這些透鏡並非在此講述的重點，故不加以繪示與說明。
綜上所述，可知本發明之光波長轉換裝置比傳統投影機裝置中的螢光色輪的出光強度更強且出光效率更高，大幅改良投影機的出光效能。雖然本發明已以 較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (13)

  1. 一種光波長轉換裝置，包括：一發光層，包括多個光波長轉換微粒與一黏合層，該些光波長轉換微粒是分布在該黏合層中，該些光波長轉換微粒主要由光波長轉換材料構成；一基板；一第一光學反射膜，設置於該發光層的其中一側表面；及一第二光學反射膜，設置於該基板的其中一側表面；其中，該第一光學反射膜與該第二光學反射膜彼此相對向。
  2. 一種光波長轉換裝置，包括：一發光層，該發光層是由光波長轉換材料所構成；一基板；一第一光學反射膜，設置於該發光層的其中一側表面；及一第二光學反射膜，設置於該基板的其中一側表面；一非光斑區與一光斑區，位於該基板與該發光層間；其中，該第一光學反射膜與該第二光學反射膜彼此相對向，該基板與該發光層是在該非光斑區結合，而在該光斑區之間加入一填充物，該填充物為空氣。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之光波長轉換裝置，其中該第一光學反射膜主要是金屬材料搭配介電材料所組成或由介電材料所組成。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之光波長轉換裝置，其中該第二光學反射膜之材料為介電材料組成或白膠。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光波長轉換裝置，其中該發光層之光波長轉換材料為螢光粉，且該黏合層材料包括有機膠、玻璃、石英或陶瓷。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之光波長轉換裝置，其中該發光層為光波長轉換材料所組成的螢光陶瓷片。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之光波長轉換裝置，更包括一抗反射膜，該抗反射膜設置於該發光層相對於該第一光學反射膜的另一側表面。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之光波長轉換裝置，其中該基板的材料為金屬材料、非金屬材料或陶瓷材料。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之光波長轉換裝置，其中該基板為藍寶石基板、玻璃基板、硼矽玻璃基板、熔凝石英基板或氟化鈣基板。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光波長轉換裝置，包括一非光斑區，其中該基板與發光層是在該非光斑區結合。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之光波長轉換裝置，其中該發光層之厚度為10奈米到1毫米之間，該第一光學反射膜之厚度為5奈米到1毫米之間，而該第二光學反射膜之厚度為5奈米到1毫米之間。
  12. 一種反射式投影機裝置，包括至少一如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述之光波長轉換裝置。
  13. 一種穿透式投影機裝置，包括至少一如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述之光波長轉換裝置。
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