TWM565813U - 波長轉換輪與投影裝置 - Google Patents

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TWM565813U TW107202845U TW107202845U TWM565813U TW M565813 U TWM565813 U TW M565813U TW 107202845 U TW107202845 U TW 107202845U TW 107202845 U TW107202845 U TW 107202845U TW M565813 U TWM565813 U TW M565813U
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徐碧聰
謝啟堂
翁銘璁
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中強光電股份有限公司
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Abstract

一種波長轉換輪，具有光入射側，波長轉換輪包括馬達、轉盤、波長轉換層以及反射元件。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，環形照射部包括光反射區及波長轉換區。波長轉換層配置於波長轉換區，並具有朝向光入射側的受光面。反射元件配置於光反射區，並具有朝向光入射側的反射面，其中受光面與反射面共平面，或是受光面相對於反射面較遠離光入射側。

Description

波長轉換輪與投影裝置
本創作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，部分轉換成黃光、綠光，並使另一部分的藍光反射或穿透。習知的能反射藍光的螢光粉轉輪中，在螢光粉轉輪的轉盤上設有螢光粉層，而轉盤具有開孔以供設置反射玻璃。由於反射玻璃的反射面與轉盤之用以設置螢光粉層的表面通常在同一平面，所以螢光粉層的表面會高於反射玻璃的反射面。在某些光學設計與應用上，會使入射的藍光無法聚焦於螢光粉層，造成波長轉換效率不佳。
本「先前技術」段落只是用來幫助瞭解本創作內容，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創作一個或多個實施例所要解決的問題，也不代表在本創作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。
本創作提供一種波長轉換輪，能提升波長轉換效率。
本創作提供一種投影裝置，其波長轉換輪能提升波長轉換效率。
本創作的其他目的和優點可以從本創作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，本創作一實施例提供一種波長轉換輪，具有光入射側，波長轉換輪包括馬達、轉盤、波長轉換層以及反射元件。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，環形照射部包括光反射區及波長轉換區。波長轉換層配置於波長轉換區，並具有朝向光入射側的受光面。反射元件配置於光反射區，並具有朝向光入射側的反射面，其中受光面與反射面共平面，或是受光面相對於反射面較遠離光入射側。
在本創作的一實施例中，上述之光反射區為開孔，反射元件嵌入開孔中，反射元件包括玻璃基板及反射膜，反射膜配置於玻璃基板上。
在本創作的一實施例中，上述之內環部及反射膜共平面，反射元件凸出於開孔。
在本創作的一實施例中，上述之轉盤為金屬轉盤，環形照射部是沖壓轉盤而形成，環型照射部為相對於內環部朝遠離光入射側方向凹陷的凹陷部。
在本創作的一實施例中，上述之波長轉換區具有多個凹陷區塊，這些凹陷區塊分別朝遠離光入射側方向凹陷不同距離，波長轉換層包括顏色不同的多種波長轉換區塊，分別配置於這些凹陷區塊，這些波長轉換區塊的厚度不同，且這些波長轉換區塊的這些受光面為共平面。
在本創作的一實施例中，上述之開孔為扇形開孔，並延伸至內環部，而反射元件為對應扇形開孔的扇形反射元件。
在本創作的一實施例中，上述之轉盤為金屬轉盤，環形照射部的波長轉換區是沖壓轉盤而形成，波長轉換區為相對於內環部朝遠離光入射側方向凹陷的凹陷部，光反射區與內環部共平面。
在本創作的一實施例中，上述之波長轉換輪更包括反射膠層，配置於波長轉換區與波長轉換層之間。
在本創作的一實施例中，上述之波長轉換輪更包括固定環，套接於轉軸並固定於內環部。
在本創作的一實施例中，上述之反射面與受光面之間的距離介於0 mm～1 mm。
為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本創作一實施例提供一種投影裝置，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。其中照明系統包括激發光源以及上述之波長轉換輪。激發光源適於提供激發光束。上述之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層適於將激發光束轉換成轉換光束，波長轉換輪的反射元件適於反射激發光束，而照明光束包括轉換光束及被反射元件反射的激發光束。
本創作實施例的投影裝置及波長轉換輪中，藉由讓朝向光入射側的波長轉換層的受光面與反射元件的反射面共平面，或是受光面相對於反射面較遠離光入射側，使入射的激發光束能較為準確地聚焦於受光面與反射面，而能提升波長轉換輪的波長轉換效率，並且兼顧反射元件的反射效率。
為讓本創作之上述和其他目的、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。
有關本創作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創作。
圖1是本創作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。請參考圖1及圖2，本實施例的波長轉換輪100具有光入射側S，並包括馬達110、轉盤120、波長轉換層130以及反射元件140。馬達110具有轉軸111。轉盤120的材質例如為金屬，但不以此為限。轉盤120具有內環部121及環形照射部122，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。此環形照射部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包括光反射區1221及波長轉換區1222。波長轉換層130配置於環形照射部122的波長轉換區1222，並具有朝向光入射側S的受光面131。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，該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。反射元件140配置於光反射區1221，並具有朝向光入射側S的反射面141。此外，波長轉換輪100還可進一步包括固定環160，套接於轉軸111，使轉盤120的內環部121固定於固定環160及馬達110之間。
圖3是圖1沿A-A線的剖面示意圖。請參考圖3，本實施例的朝向光入射側S的受光面131與反射面141例如為共平面，或是受光面131相對於反射面141較遠離光入射側S，且反射面141與受光面131之間的距離（高度差）介於0 mm～1 mm。換言之，圖3中的受光面131與反射面141可以共平面，或者受光面131可以低於反射面141。
在本實施例中，光反射區1221例如是轉盤120的環形照射部122上所設置的開孔。反射元件140包括玻璃基板142及反射膜143，反射元件140的玻璃基板142嵌入開孔（光反射區1221）中，而反射膜143配置於玻璃基板142上，藉此反射膜143可以具有較佳的平整性。反射膜143的材質例如包括金屬等具有反射功能的材質，但不以此為限。上述的反射面141為反射膜143的表面。此外，玻璃基板142的厚度例如是大於轉盤120的厚度。轉盤120的內環部121及環形照射部122朝向光入射側S的表面例如是共平面。
上述的波長轉換輪100還可包括反射膠層150，配置於轉盤120的波長轉換區1222與波長轉換層130之間，以提高反射率及增加波長轉換層130的黏固性。反射膠層150可為銀反射膠膜及二氧化鈦（TiO2）反射膠膜至少其中之一，但不以此為限。於本實施例中，反射膠層150的厚度例如可為0.05mm~0.2mm，波長轉換層130的厚度例如可為0.1mm~0.3mm，則使反射膜143的反射面141與波長轉換層130的受光面131之間的距離（高度差）可設計成介於0 mm~1 mm。
本實施例的波長轉換輪100藉由讓朝向光入射側S的波長轉換層130的受光面131與反射元件140的反射面141共平面，在光學系統的設計上，可以使入射的激發光束能較為準確地聚焦於受光面131與反射面141，而能提升波長轉換輪100的波長轉換效率，並且兼顧反射元件140的反射效率。此外，若是受光面131相對於反射面141較遠離光入射側S，則波長轉換輪100的波長轉換效率也不會受到影響。
圖4是本創作另一實施例的波長轉換輪的爆炸示意圖。圖5是圖4沿B-B線的波長轉換輪的整體剖面示意圖。請參考圖4及圖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，光反射區1221a例如為轉盤120a上所設置的扇形開孔，並延伸至內環部121a。反射元件140a例如為對應扇形開孔（光反射區1221a）的扇形反射元件。反射元件140a例如包括玻璃基板142a及反射膜143a，反射元件140a的玻璃基板142a嵌入扇形開孔（光反射區1221a）中，反射膜143a配置於部分或全部的玻璃基板142a上，藉此反射膜143a可以具有較佳的平整性。
上述的反射元件140a之位於內環部121a的部分是固定於固定環160與馬達110之間。本實施例的波長轉換輪100a還可包括條狀支撐元件170，配置於轉盤120a上與光入射側S相對的一側，且條狀支撐元件170跨過扇形開孔（光反射區1221a），用以支撐反射元件140a。於其他實施例中，條狀支撐元件170與反射元件140a之間可配置膠層，使反射元件140a更穩固的被條狀支撐元件170支撐。此外，上述的固定環160會覆蓋反射元件140a的局部，以固定反射元件140a。
本實施例的波長轉換輪100a藉由在扇形開孔（光反射區1221a）設置反射元件140a及條狀支撐元件170，能調整轉盤120a的整體重量分布，使轉盤120a轉動時能有良好的動平衡。
上述的轉盤120a為金屬轉盤，材質例如為鋁，但不以此為限。環形照射部122a是沖壓轉盤120a的外緣而形成，環形照射部122a為相對於內環部121a朝遠離光入射側S方向凹陷的凹陷部，而波長轉換層130a設置於此凹陷部內。此外，內環部121a朝向光入射側S的表面及反射膜143a的反射面(未標號)例如為共平面，反射元件140a凸出於扇形開孔1221a。
由於波長轉換層130a的波長轉換效率也與厚度有關，且不同顏色、材料的波長轉換層，所需的較佳厚度也不一定相同。因此，本實施例的波長轉換區1222a可具有多個凹陷區塊。圖4是以兩個凹陷區塊1223、1224為例，但不以此為限。這些凹陷區塊1223、1224分別朝遠離光入射側S方向凹陷不同距離（即凹陷深度不同）。波長轉換層130a可包括可被激發出不同顏色光束的多種波長轉換區塊，圖4是以兩個波長轉換區塊132、133為例，分別配置於這些凹陷區塊1223、1224。由於凹陷區塊1223、1224的凹陷深度不同，雖然波長轉換區塊132、133的厚度不同，仍可使這些波長轉換區塊132、133的這些受光面131a、131b為共平面。
上述的波長轉換區塊132例如是可激發出綠光的綠色波長轉換區塊，波長轉換區塊133例如是可激發出黃光的黃色波長轉換區塊，但波長轉換層130a的顏色不以此為限。需說明的是，本實施例的波長轉換區1222a也可以替換成只有單一凹陷深度的凹陷部，而波長轉換層130a也可以替換成只有一種顏色的波長轉換層。
圖6是本創作另一實施例的波長轉換輪的爆炸示意圖。圖7是圖6沿C-C線的波長轉換輪的整體剖面示意圖。請參考圖6及圖7，本實施例的波長轉換輪100b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，轉盤120b為金屬轉盤，材質例如為鋁，但不以此為限。環形照射部122b的波長轉換區1222b是沖壓轉盤120b的外緣而形成，波長轉換區1222b為相對於內環部121b朝遠離光入射側S方向凹陷的凹陷部，亦為相對於光反射區1221b朝遠離光入射側S方向凹陷，則波長轉換區1222b的波長轉換層130的受光面與光反射區1221b的反射面共平面，或是波長轉換區1222b的波長轉換層130的受光面相對於光反射區1221b的反射面較遠離光入射側S。光反射區1221b與內環部121b例如是共平面。在本實施例中，光反射區1221b為金屬轉盤的一部分，且可選擇性地配置有反射膜（圖未示）。
圖8是本創作一實施例的一種投影裝置的方塊示意圖。請參照圖8，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）或矽基液晶面板（liquid crystal on silicon panel, LCOS panel），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。本創作對投影鏡頭230的型態及其種類並不加以限制。
請參照圖1與圖8，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激光二極體晶片（Laser Diode, LD）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8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接續被反射膠層150及/或金屬轉盤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，而反射元件140適於反射激發光束Le（在圖8中以Lr表示被反射元件140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，但本創作的照明系統的具體架構不限於以下所列舉的實施例。
圖9是本創作一實施例的投影裝置的照明系統的示意圖。請參照圖8及圖9，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，其中本創作的波長轉換輪100設計成朝向光入射側S的波長轉換層130的受光面131與反射元件140的反射面141共平面，或是受光面131相對於反射面141較遠離光入射側S的架構，可使被反射的轉換光束Lp及激發光束Lr更有效率地由聚光透鏡217收聚而傳遞至合光元件212。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，本創作實施例的投影裝置及波長轉換輪中，藉由讓朝向光入射側的波長轉換層的受光面與反射元件的反射面共平面，或是受光面相對於反射面較遠離光入射側，使入射的激發光束能同時準確地聚焦於受光面與反射面，而能提升波長轉換輪的波長轉換效率，並且兼顧反射元件的反射效率。
惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及新型說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。另外，本創作的任一實施例或申請專利範圍不須達成本創作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，並非用來限制本創作之權利範圍。
100、100a、100b‧‧‧波長轉換輪
110‧‧‧馬達
111‧‧‧轉軸
120、120a、120b‧‧‧轉盤
121、121a、121b‧‧‧內環部
122、122a、122b‧‧‧環形照射部
1221、1221a、1221b‧‧‧光反射區
1222、1222a、1222b‧‧‧波長轉換區
1223、1224‧‧‧凹陷區塊
130、130a‧‧‧波長轉換層
131、131a、131b‧‧‧受光面
132、133‧‧‧波長轉換區塊
140、140a‧‧‧反射元件
141‧‧‧反射面
142、142a‧‧‧玻璃基板
143、143a‧‧‧反射膜
150‧‧‧反射膠層
160‧‧‧固定環
170‧‧‧條狀支撐元件
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
S‧‧‧光入射側
圖1是本創作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是本創作另一實施例的波長轉換輪的爆炸示意圖。 圖5是圖4沿B-B線的波長轉換輪的整體剖面示意圖。 圖6是本創作另一實施例的波長轉換輪的爆炸示意圖。 圖7是圖6沿C-C線的波長轉換輪的整體剖面示意圖。 圖8是本創作一實施例的一種投影裝置的方塊示意圖。 圖9是本創作一實施例的投影裝置的照明系統的示意圖。

Claims (11)

  1. 一種波長轉換輪，具有一光入射側，該波長轉換輪包括： 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光反射區及一波長轉換區； 一波長轉換層，配置於該波長轉換區，並具有朝向該光入射側的一受光面；以及 一反射元件，配置於該光反射區，並具有朝向該光入射側的一反射面，其中受光面與該反射面共平面，或是該受光面相對於該反射面較遠離該光入射側。
  2. 如請求項1所述之波長轉換輪，其中該光反射區為一開孔，該反射元件嵌入該開孔中，該反射元件包括一玻璃基板及一反射膜，該反射膜配置於該玻璃基板上。
  3. 如請求項2所述之波長轉換輪，其中該內環部及該反射膜共平面，該反射元件凸出於該開孔。
  4. 如請求項2所述之波長轉換輪，其中該轉盤為一金屬轉盤，該環形照射部是沖壓該轉盤而形成，該環型照射部為相對於該內環部朝遠離該光入射側方向凹陷的一凹陷部。
  5. 如請求項4所述之波長轉換輪，其中該波長轉換區具有的多個凹陷區塊，該些凹陷區塊分別朝遠離該光入射側方向凹陷不同距離，該波長轉換層包括顏色不同的多種波長轉換區塊，分別配置於該些凹陷區塊，該些波長轉換區塊的厚度不同，且該些波長轉換區塊的受光面為共平面。
  6. 如請求項2所述之波長轉換輪，其中該開孔為一扇形開孔，並延伸至該內環部，而該反射元件為對應該扇形開孔的一扇形反射元件。
  7. 如請求項1所述之波長轉換輪，其中該轉盤為一金屬轉盤，該環形照射部的該波長轉換區是沖壓該轉盤而形成，該波長轉換區為相對於該內環部朝遠離該光入射側方向凹陷的一凹陷部，該光反射區與該內環部共平面。
  8. 如請求項1所述之波長轉換輪，更包括一反射膠層，配置於該波長轉換區與該波長轉換層之間。
  9. 如請求項1所述之波長轉換輪，更包括一固定環，套接於該轉軸並固定於該內環部。
  10. 如請求項1所述之波長轉換輪，其中該反射面與該受光面之間的距離介於0 mm～1 mm。
  11. 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，而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； 一如請求項1～10任一項所述之波長轉換輪，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層適於將該激發光束轉換成一轉換光束，該波長轉換輪的該反射元件適於反射該激發光束，而該照明光束包括該轉換光束及被該反射元件反射的該激發光束。
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