CN113376941B - 波长转换轮及投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种波长转换轮，包括转盘、波长转换层、压环、阳极氧化层以及平衡块。转盘具有内环部及环形照射部，环形照射部连接于内环部外缘，环形照射部包括波长转换区。波长转换层配置于波长转换区上。压环压抵内环部，并具有远离转盘的第一表面。阳极氧化层配置于第一表面。平衡块配置于阳极氧化层上。其中，阳极氧化层的表面粗糙度为1～10微米。本发明提供的波长转换轮具有较佳的可靠度。本发明另提供一种具有此波长转换轮的投影装置。本发明提供的波长转换轮以及投影装置可以提升平衡块间的接着强度，进而使波长转换轮具有较佳的可靠度。

Description

波长转换轮及投影装置
技术领域
本发明是有关于一种波长转换轮以及投影装置，且特别是有关于一种波长转换轮以及使用此波长转换轮的投影装置。
背景技术
投影装置所使用的光源种类也随着市场对投影装置亮度、色彩饱和度、使用寿命、无毒环保等等要求，从超高压汞灯(UHP lamp)、发光二极管(light emitting diode，LED)进化到激光二极管(laser diode，LD)光源。
目前高亮度的红色激光二极管及绿色激光二极管的成本过高，为了降低成本，通常采用蓝色激光二极管激发荧光粉转轮上的荧光粉来产生黄光、绿光，再经由滤色轮(filter wheel)将所需的红光过滤出来，再搭配蓝色激光二极管发出的蓝光，而构成投影画面所需的红、绿、蓝三原色。
荧光粉转轮为目前采用激光二极管为光源的投影装置中极为重要的元件。由于荧光粉转轮是一个高速旋转的元件，必须要有足够的平衡性，因此会在荧光粉转轮上添加平衡胶，以避免荧光粉转轮于高速旋转时晃动失衡。但是当荧光粉转轮与平衡胶之间的接着强度不足时，于荧光粉转轮高速旋转时会产生飞离的现象，影响荧光粉转轮的产品可靠度。
本「背景技术」段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在「背景技术」中所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中的技术人员所知道的已知技术。此外，在「背景技术」中所揭露的内容并不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种波长转换轮，具有较佳的可靠度。
本发明提供一种投影装置，其波长转换轮具有较佳的可靠度。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明一实施例所提供的波长转换轮包括转盘、压环、阳极氧化层以及平衡块。转盘具有内环部及环形照射部，环形照射部连接于内环部外缘，环形照射部包括波长转换区。压环压抵内环部，并具有远离转盘的第一表面。阳极氧化层配置于第一表面。平衡块配置于阳极氧化层上。其中，阳极氧化层的表面粗糙度为1～10微米。
为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明一实施例所提供的投影装置包括照明***、光阀及投影镜头。照明***用于提供照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，以将照明光束转换成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上。照明***包括激发光源以及上述的波长转换轮。激发光源用于提供激发光束。波长转换轮配置于激发光束的传递路径上，波长转换轮的波长转换区用于将激发光束转换成转换光束，波长转换轮的板件用于反射激发光束或使激发光束穿过，而照明光束包括转换光束。
本发明实施例的波长转换轮及投影装置中，波长转换轮的压环的第一表面配置有阳极氧化层，并且阳极氧化层的表面粗糙化，其表面粗糙度为1～10微米，因此当平衡块配置于阳极氧化层上时，可以提升阳极氧化层与平衡块间的接着强度，避免平衡块在波长转换轮高速旋转时飞离，进而使波长转换轮具有较佳的可靠度。
为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例的波长转换轮的示意图。
图2是图1的分解示意图。
图3是图1沿A-A线的局部剖面示意图。
图4是本发明一实施例的阳极氧化层的表面粗糙化的示意图。
图5是本发明一实施例的阳极氧化层与平衡块间的接着强度的实验结果。
图6是本发明另一实施例的波长转换轮的剖面示意图。
图7是本发明一实施例的一种投影装置的方块示意图。
图8是本发明一实施例的投影装置的照明***的示意图。
具体实施方式
有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1是本发明一实施例的波长转换轮的示意图。图2是图1的分解示意图。图3是图1沿A-A线的局部剖面示意图。请参考图1、图2及图3，本实施例的波长转换轮(wavelengthconversion wheel)100包括驱动部110、转盘120、波长转换层130、压环140、阳极氧化层150及至少一平衡块160。驱动部110例如为马达(motor)，驱动部110具有转轴111，且用于带动转盘120转动。转盘120位于驱动部110及压环140之间，并具有内环部121及环形照射部122。转盘120材质例如为金属，但不局限于此。内环部121具有一开口，用于套接于转轴111。环形照射部122连接于内环部121外缘。环形照射部122是指随着转盘120转动，预设能被激发光束照射到的区域。环形照射部122包括波长转换区1221，波长转换层130配置于波长转换区1221上，用于接收激发光束。波长转换层130的材料可为荧光材料、磷光体等磷光性材料或量子点等纳米材料，但不局限于此。波长转换区1221也可以包括多个区块，这多个区块分别配置可被激发出不同颜色光束的波长转换材料。压环140套接于转轴111并压抵于部分的内环部121。压环140具有彼此相对的第一表面141及第二表面142，第一表面141远离转盘120，第二表面142朝向转盘120的内环部121。阳极氧化层150配置于第一表面141，并且阳极氧化层150的表面粗糙度例如为1～10微米(um)。平衡块160例如是以黏合的方式配置于阳极氧化层150上。在一实施例中，可利用胶层将平衡块160黏合于阳极氧化层150上，但不局限于此。
压环140为金属压环，材料例如包括铝、铝合金、镁、镁合金、钛及钛合金至少其中之一，但不局限于此。具体而言，阳极氧化层150是将压环140经过电化学制程(例如是阳极氧化处理)后而形成于压环140的第一表面141，以使其表面形成表面微孔氧化层或表面粗糙化氧化层，例如是以等离子电解氧化或微弧氧化的方式形成，但不局限于此。当压环140使用上述材料时，经过阳极氧化处理形成的阳极氧化层150例如为陶瓷结构层。此外，依据制程方式的不同，阳极氧化层150的表面上例如具有微孔(图未示)，但不局限于此，微孔也有助于提升阳极氧化层150的表面粗糙度。
表面粗糙度(Surface Roughness)是指经加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不均匀度，以本实施例而言，表面粗糙度为1～10微米即表面的最低波谷至最高波峰之间的距离H，如图4所示，但不局限于此。
平衡块160例如为具有胶层的平衡土或平衡胶，但不局限于此。平衡块160的数量例如为一个或多个，可透过胶层或自生黏着性(平衡胶本身)以黏着在阳极氧化层150上，并且依据动平衡配重的需求，可以调整各平衡块160的大小及在阳极氧化层150上的配置位置。
在本实施例中，阳极氧化层150的热传导系数例如为0.5～10瓦/(米·绝对温度)(W/(m·K))，但不局限于此。此外，阳极氧化层150的热传导系数例如小于转盘120的热传导系数，以等同达成压环140的热传导系数小于转盘120的热传导系数。为了清楚理解热能的传递路径请继续参考图3，特别的是未绘示驱动部110以使图3简洁。激发光束照射于波长转换区1221上的波长转换层130时会产生热能，因此，当阳极氧化层150形成于第一表面141时，可以降低热能传导至平衡块160，具体来说，热能传导路径依序为由波长转换层130产生的热能传递至转盘120、压环140、配置于压环140上的阳极氧化层150以及平衡块160，借由具有低热传导系数的阳极氧化层150，可以降低平衡块160对压环140的黏着性因受热能而产生劣化，以及在波长转换轮100高速旋转时飞离的问题。进一步说明，低热传导系数的阳极氧化层150能够减少热能对于将平衡块160黏合于阳极氧化层150的劣化。
波长转换轮100例如还包括黏合层170，黏合于压环140的第二表面142及内环部121之间，以使第二表面142贴附于内环部121上。
波长转换轮100例如还包括板件180，转盘120例如还具有从环形照射部122延伸至内环部121的扇形开孔123(如图2所示)。板件180嵌入扇形开孔123中，且形状对应于扇形开孔123。板件180例如包括光反射件或光穿透件，用于反射激发光束或使激发光束穿过。板件180例如为玻璃基板，但不局限于此，当板件180作为光反射件时，例如可在玻璃基板上镀反射膜，以达到反射效果。
本实施例的波长转换轮100中，压环140的第一表面141配置有阳极氧化层150，并且阳极氧化层150的表面粗糙化，其表面粗糙度为1～10微米，因此当平衡块160配置于阳极氧化层150上时，可以提升阳极氧化层150与平衡块160间的接着强度。以本实施例而言，阳极氧化层150与平衡块160间的接着强度在0.5公斤/平方毫米以上，相较于已知未具有阳极氧化层150的波长转换轮，本实施例的接着强度可以提升28％以上，避免平衡块160在波长转换轮100高速旋转时飞离，进而使波长转换轮100具有较佳的可靠度。
图5是本发明一实施例的阳极氧化层与平衡块间的接着强度的实验结果。从图5中可看出，压环140上形成阳极氧化层150后，与平衡块160间的平均接着强度会提升，并且，随着阳极氧化层150的厚度T的提升，与平衡块160间的平均接着强度(即，黏着性)也会再提升，其中阳极氧化层150的厚度T可参考图3的标示。图5中的厚度T虽仅列至34微米，但本发明并不限于上述的实施例。为达到上述的接着效果，本实施例的阳极氧化层150例如具有厚度T为10～100微米的设计。进一步来说，图5可表示不同阳极氧化层150之厚度T时，平均接着强度、最大接着强度以及最小接着强度。
图6是本发明另一实施例的波长转换轮的剖面示意图。请参考图6，本实施例的波长转换轮100a与上述的波长转换轮100结构及优点相似，差异仅在于本实施例的波长转换轮100a中，阳极氧化层150a还配置于第二表面142。具体而言，压环140在经过阳极氧化处理后，其表面会形成阳极氧化层，因此，不只是第一表面141及第二表面142，阳极氧化层150a还分布于连接于第一表面141及第二表面142之间的环状侧面143，即阳极氧化层150a完全包覆压环140的表面。由于阳极氧化层150a的热传导系数小于转盘120的热传导系数。因此，当阳极氧化层150a形成于第二表面142时，可以进一步避免激发光束照射于波长转换区1221的波长转换层130时所产生的热能沿着转盘120传导至配置于阳极氧化层150a上的平衡块160，让平衡块160因受热而产生劣化，并且在波长转换轮100a高速旋转下飞离。此外，配置于第二表面142的阳极氧化层150a可以提升与黏合层170间的接着强度，进而使波长转换轮100a具有较佳的可靠度。
图7是本发明一实施例的一种投影装置的方块示意图。请参照图7，本实施例的投影装置200包括照明***210、光阀220及投影镜头230。照明***210用于提供照明光束L1，光阀220配置于照明光束L1的传递路径上，以将照明光束L1转换成影像光束L2，而投影镜头230配置于影像光束L2的传递路径上，以将影像光束L2投射至屏幕或墙壁上，进而在屏幕或墙壁上形成影像画面。光阀220可以是穿透式光阀或是反射式光阀，其中穿透式光阀可以为穿透式液晶面板，而反射式光阀可以为数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device，DMD)、液晶显示器(liquid-crystal display，LCD)、液晶覆硅板(Liquid Crystal OnSilicon panel，LCoS panel)、透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)、电光调变器(Electro-Optical Modulator)、磁光调变器(Maganeto-Optic modulator)、声光调变器(Acousto-Optic Modulator，AOM)，但不局限于此。投影镜头230例如包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合，例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。在一实施例中，投影镜头230也可以包括平面光学镜片。本发明对投影镜头230的型态及其种类并不加以限制。
请参照图1与图7，上述的照明***210包括激发光源211以及波长转换轮100，激发光源211例如是包括发光二极管或激光二极管晶片模块或者是由多枚二极管模块所组成的矩阵，用于提供激发光束Le，但不局限于此。而波长转换轮100配置于激发光束Le的传递路径上。虽然图5是以图1的波长转换轮100为例，但波长转换轮100也可替换成波长转换轮100a。
上述的激发光束Le用于照射在波长转换轮100的环形照射部122，随着波长转换轮100以转轴111为中心的转动，环形照射部122的波长转换区1221上的波长转换层130用于将激发光束Le转换成转换光束Lp，转换光束Lp被转盘120的环形照射部122反射，转换光束Lp的波长不同于激发光束Le的波长，而板件180用于反射激发光束Le或使激发光束Le穿过，因此上述的照明光束L1可包括但不限于转换光束Lp及经板件180反射或穿透的激发光束Le。照明***210可还包括其他光学元件，以使照明光束L1传递至光阀220。以下将配合附图进一步说明照明***210具体实施态样，但本发明的照明***的具体架构不限于以下所列举的实施例。
图8是本发明一实施例的投影装置的照明***的示意图。请参照图7及图8，本实施例的照明***210除了包括上述的激发光源211以及波长转换轮100之外，还可包括合光元件212、滤色轮(filter wheel)215、光均匀化元件216及聚光透镜217，其中光均匀化元件216可以为光积分柱，但不局限于此。
合光元件212配置于激发光源211与波长转换轮100之间，且包括分色部213及反射部214，其中分色部213与反射部214相邻，且分色部213用以允许激发光束Le穿透且反射转换光束Lp，反射部214可反射激发光束Le及转换光束Lp。聚光透镜217配置于合光元件212与波长转换轮100之间，用于汇聚激发光束Le入射至波长转换轮100且汇聚被波长转换轮100反射的转换光束Lp及激发光束Le。激发光源211提供的激发光束Le穿透合光元件212的分色部213而传递至波长转换轮100，而依时序性地从波长转换轮100反射的转换光束Lp及激发光束Le会传递至合光元件212。激发光束Le会被合光元件212的反射部214反射而依序通过滤色轮215及光均匀化元件216，而转换光束Lp会被合光元件212的反射部214及分色部213反射而依序通过滤色轮215及光均匀化元件216。因此，照明***210提供的照明光束L1包括转换光束Lp及激发光束Le。
综上所述，本发明实施例的波长转换轮及投影装置中，波长转换轮的压环的第一表面配置有阳极氧化层，并且阳极氧化层的表面粗糙化，其表面粗糙度为1～10微米，因此当平衡块配置于阳极氧化层上时，可以提升阳极氧化层与平衡块间的接着强度，避免平衡块在波长转换轮高速旋转时飞离，进而使波长转换轮具有较佳的可靠度。此外，由于阳极氧化层的热传导系数小于转盘的热传导系数，可以避免激发光束照射于波长转换区时所产生的热能沿着转盘传导至配置于阳极氧化层上的平衡块，让平衡块因受热而产生劣化，进而在波长转换轮高速旋转时飞离，因此同样能使波长转换轮具有较佳的可靠度。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即凡依本发明权利要求书及发明内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明之权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的「第一」、「第二」等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记说明：
100、100a：波长转换轮
110：驱动部
111：转轴
120：转盘
121：内环部
122：环形照射部
1221：波长转换区
123：扇形开孔
130：波长转换层
140：压环
141：第一表面
142：第二表面
143：环状侧面
150、150a：阳极氧化层
160：平衡块
170：黏合层
180：板件
200：投影装置
210：照明***
211：激发光源
212：合光元件
213：分色部
214：反射部
215：滤色轮
216：光均匀化元件
217：聚光透镜
220：光阀
230：投影镜头
L1：照明光束
L2：影像光束
Le：激发光束
Lp：转换光束
T：厚度。

Claims (16)

1.一种波长转换轮，其特征在于，所述波长转换轮包括转盘、波长转换层、压环、阳极氧化层以及平衡块，其中：
所述转盘具有内环部及环形照射部，所述环形照射部连接于所述内环部外缘，所述环形照射部包括波长转换区；
所述波长转换层配置于所述波长转换区上；
所述压环具有彼此相反的第一表面及第二表面，所述第二表面压抵所述内环部，并且所述第一表面远离所述转盘；
所述阳极氧化层配置于所述压环的所述第一表面、所述第二表面以及连接在所述第一表面与所述第二表面之间的环状侧面；以及
所述平衡块配置于所述压环的所述第一表面的所述阳极氧化层上，
其中，所述阳极氧化层的表面粗糙度为1～10微米。
2.根据权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述压环的材料包括铝、铝合金、镁、镁合金、钛及钛合金至少其中之一。
3.根据权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述阳极氧化层是以电浆电解氧化或微弧氧化的方式形成。
4.根据权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述阳极氧化层为陶瓷结构层。
5.根据权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述阳极氧化层的厚度为10～100微米。
6.根据权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述阳极氧化层的热传导系数小于所述转盘的热传导系数。
7.根据权利要求6所述的波长转换轮，其特征在于，所述阳极氧化层的热传导系数为0.5～10瓦/(米·绝对温度)。
8.根据权利要求1所述的波长转换轮，其特征在于，所述波长转换轮还包括驱动部，所述转盘位于所述驱动部及所述压环之间，所述第二表面贴附于所述内环部上，且所述驱动部用于带动所述转盘转动。
9.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明***、光阀及投影镜头，所述照明***用于提供照明光束，所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，以将所述照明光束转换成影像光束，所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，
其中所述照明***包括激发光源以及波长转换轮，其中：
所述激发光源用于提供激发光束；以及
所述波长转换轮包括转盘、波长转换层、压环、阳极氧化层以及平衡块，其中
所述转盘具有内环部及环形照射部，所述环形照射部连接于所述内环部外缘，所述环形照射部包括波长转换区；
所述波长转换层配置于所述波长转换区上；
所述压环具有彼此相反的第一表面及第二表面，所述第二表面压抵所述内环部，并且所述第一表面远离所述转盘；
所述阳极氧化层配置于所述压环的所述第一表面、所述第二表面以及连接在所述第一表面与所述第二表面之间的环状侧面；以及
所述平衡块配置于所述压环的所述第一表面的所述阳极氧化层上，
其中，所述阳极氧化层的表面粗糙度为1～10微米，
其中所述波长转换轮配置于所述激发光束的传递路径上，所述波长转换轮的所述波长转换层用于将所述激发光束转换成转换光束，所述照明光束包括所述激发光束及所述转换光束。
10.根据权利要求9所述的投影装置，其特征在于，所述压环的材料包括铝、铝合金、镁、镁合金、钛及钛合金至少其中之一。
11.根据权利要求9所述的投影装置，其特征在于，所述阳极氧化层是以电浆电解氧化或微弧氧化的方式形成。
12.根据权利要求9所述的投影装置，其特征在于，所述阳极氧化层为陶瓷结构层。
13.根据权利要求9所述的投影装置，其特征在于，所述阳极氧化层的厚度为10～100微米。
14.根据权利要求9所述的投影装置，其特征在于，所述阳极氧化层的热传导系数小于所述转盘的热传导系数。
15.根据权利要求14所述的投影装置，其特征在于，所述阳极氧化层的热传导系数为0.5～10瓦/(米·绝对温度)。
16.根据权利要求9所述的投影装置，其特征在于，所述波长转换轮还包括驱动部，所述转盘位于所述驱动部及所述压环之间，所述第二表面贴附于所述内环部上，且所述驱动部用于带动所述转盘转动。
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