CN114578638A - 波长转换元件及投影装置 - Google Patents

Abstract

一种波长转换元件，包括基板、补强板、粘着层与波长转换层。基板具有第一接合部。补强板连接于基板，并具有第二接合部。第二接合部与第一接合部对应接合。粘着层连接于基板与补强板之间，且设置于第一接合部与第二接合部之间。波长转换层设置于基板上。本发明还提供一种具有前述的波长转换元件的投影装置。本发明的基板具有良好的结构强度，基板的表面具有较佳的平整度，所以激发光束能准确聚焦于波长转换层，以维持稳定的激发效率。

Description

波长转换元件及投影装置

技术领域

本发明是有关一种波长转换元件，尤其是一种适用于投影装置的波长转换元件，以及具有此波长转换元件的投影装置。

背景技术

已知投影装置的荧光色轮包含荧光层、基板与金属环等元件。一般来说，金属环是以平面贴附在基板的平面上，借此增加基板的结构强度。荧光层贴附在基板上，并围绕金属环。荧光层被激发光束激发后产生构成投影影像所需的色光。

在已知技术中，虽然借由金属环来增加基板的结构强度，但基板仍有结构强度不足的问题，导致基板的表面不平整。由于基板的平整度不佳，荧光色轮旋转时，激发光束无法一直准确聚焦于荧光层上，导致激发效率有所变异，如此将造成上述色光的亮度不稳定，进而影响投影装置的影像品质。

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元件，以改善激发效率不稳定的问题。

本发明提供一种投影装置，以具有影像品质佳的优点。

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。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明所提供的波长转换元件包括基板、补强板、粘着层与波长转换层。基板具有第一接合部。补强板连接于基板，并具有第二接合部。第二接合部与第一接合部对应接合。粘着层连接于基板与补强板之间，且设置于第一接合部与第二接合部之间。波长转换层设置于基板上。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明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***包括激发光源与前述的波长转换元件。激发光源用于提供激发光束。波长转换元件配置于激发光束的传递路径上。

本发明之波长转换元件采用具有第一接合部的基板与具有第二接合部的补强板。由于第一接合部与第二接合部是凹凸接合结构，因此相较于已知技术的金属环与基板以平面贴附的结构，本发明的基板不但能在轴向维持良好的抗变形能力，在径向的抗变形能力也获得提升，进而加强基板的结构强度。由于基板具有良好的结构强度，基板的表面具有较佳的平整度，所以激发光束能准确聚焦于波长转换层，以维持稳定的激发效率。另一方面，由于本发明的投影装置采用上述之波长转换元件，因此具有影像品质佳的优点。

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1A是本发明一实施例的波长转换元件的俯视示意图。

图1B是图1A的波长转换元件沿I-I线段的剖视示意图。

图1C是图1B的波长转换元件的分解示意图。

图2是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。

图3是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。

图4是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。

图5是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。

图6是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。

图7是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。

图8是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。

图9是本发明一实施例的投影装置的方块示意图。

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1A是本发明一实施例的波长转换元件的俯视示意图。图1B是图1A的波长转换元件沿I-I线段的剖视示意图。图1C是图1B的波长转换元件的分解示意图。请参考图1A至图1C，波长转换元件100包括基板110、补强板120、粘着层130与波长转换层140。基板110具有第一接合部111。补强板120连接于基板110，并具有第二接合部121。第二接合部121与第一接合部111对应接合，亦即，第一接合部111与第二接合部121彼此对准，但未直接接触。粘着层130连接于基板110与补强板120之间，且设置于第一接合部111与第二接合部121之间。换言之，本实施例是借由粘着层130使第一接合部111与第二接合部121彼此固定。此外，波长转换层140设置于基板110上。

上述之第一接合部111例如是设在基板110的表面113，而第二接合部121例如是设在补强板130的表面122，而上述之粘着层130可不限于仅设置在第一接合部111与第二接合部121之间。举例来说，粘着层130还可以从第一接合部111与第二接合部121之间朝基板110及补强板120的中心延伸，如此基板110便能更牢固地连接补强板120。粘着层130的材料例如包括有机胶及/或无机胶，其中有机胶可包括硅胶(silicone)和环氧树脂(epoxy)，无机胶则可包括玻璃胶(glass cement)。本实施例的粘着层130的材料不以上述为限，可根据不同设计方式而选择其他材料。

波长转换层140例如是设置在基板110的表面114上，波长转换层140可包括波长转换材料，其中波长转换材料例如为荧光材料、磷光性材料(例如为磷光体)或量子点(例如为纳米材料)。波长转换层140在被激发光束照射后，可发出至少一种波长的光线。例如，图1A所示的波长转换层140包括设有不同波长转换材料的两个波长转换区块141与142。具体而言，这些波长转换区块141与142例如分别设有绿色波长转换材料及黄色波长转换材料，以在被激发光束照射后分别发出绿光及黄光。类似地，在一实施例中，波长转换层140可包括设有不同波长转换材料的三个波长转换区块(未绘示)，且例如分别设有绿色波长转换材料、黄色波长转换材料和红色波长转换材料，而上述之绿色波长转换材料、黄色波长转换材料和红色波长转换材料在被激发光束照射后，能分别发出绿光、黄光和红光。此外，在另一实施例中，波长转换层140的波长转换区块的数量可为一个。例如，波长转换层140设有黄色波长转换材料，以在被激发光束照射后发出黄光。

基板110可选用耐高温且导热性较佳的材料制成。举例来说，基板110的材料可为导热性较佳的金属，例如铝、铜、银或其合金(alloy)，但基板110的材料不限于上述材料及金属。

请再参考图1B与图1C，补强板120的刚性例如是大于基板110的刚性，以提升波长转换元件100的整体结构强度。可借由选用不同的厚度及/或材料来使补强板120的刚性大于基板110的刚性。详言之，补强板120与基板110可选用相同的材料，并使补强板120的厚度较基板110厚。例如，补强板120与基板110的材料皆为铝合金，其中补强板120的厚度可介于1mm～10mm，基板110的厚度则可小于1mm。在另一实施例中，可使补强板120与基板110具有相似的厚度，而补强板120的材料的刚性是大于基板110的材料的刚性。举例而言，基板110的材料是铝合金，补强板120的材料为刚性较铝合金大的不锈钢。如此，在补强板120与基板110的厚度彼此相似的情况下，补强板120的刚性仍然能大于基板110的刚性。值得一提的是，补强板120可选用导热性较佳的材料，例如前述的铝合金或不锈钢，如此除了能提升基板110的结构强度，还能加强基板110的导热效率。

在本实施例中，补强板120的第二接合部121可包括凸出于补强板120的表面122的凸起结构1210，第一接合部111则可包括形状对应凸起结构1210的凹槽1110。上述之凹槽1110例如是以从表面113冲压基板110的方式形成，因此在基板110的表面114形成有对应于凹槽1110的凸起结构115，但本实施例并不限制凹槽1110的形成方式。此外，第一接合部111例如是沿一环形轨迹延伸，因此图1A中的凸起结构115是沿上述环形轨迹延伸，而图1B的第二接合部121则对应第一接合部111的轨迹延伸。在其他的实施例中，第一接合部111可沿方形轨迹、三角形轨迹、圆形轨迹、椭圆形轨迹或其他轨迹延伸，本实施例不对第一接合部111及第二接合部的延伸轨迹多做限制。

请再参考图1C，凸起结构1210可具有与表面122相对的顶壁W1以及连接于表面122与顶壁W1之间的侧壁W2。凹槽1110可具有与侧壁W2相对的侧面S1以及与顶壁W1相对的底面S2。在本实施例中，粘着层130例如是设置于侧壁W2与侧面S1之间以及顶壁W1与底面S2之间，以使第一接合部111与第二接合部121能紧密结合。

本实施例之波长转换元件100中，由于第一接合部111与第二接合部121是凹凸接合结构，因此可提升基板110在轴向D1及径向D2的抗变形能力，进而加强基板110的结构强度。由于基板110具有良好的结构强度，基板110的表面具有较佳的平整度，所以激发光束能准确聚焦于波长转换层140，以维持稳定的激发效率。

请再参考图1A。须补充的是，本实施例的基板110还可具有光学区112。光学区112例如为基板110的开孔，并可位于两相邻的波长转换区块141与142之间。波长转换元件100可还包括板体150，设置在基板110的光学区112。板体150的形状可与光学区112相对应，并设置在光学区112中。板体150可为透光板，例如为玻璃基板，以供激发光束通过。所述的透光板上可设置光扩散层或光扩散微结构，以消除激发光束所形成的光斑(speckle)。在一实施例中，板体150例如为抗反射玻璃(Anti-reflection glass，AR glass)。值得一提的是，由于光学区112本身即为开孔结构，因此光学区112能在不配置板体150或其他光学元件的情形下，作为光穿透区使用，以供激发光束直接穿透。此外，依不同的设计需求，光学区112也可变更为反射激发光束的反射区。在此情况下，板体150可为反射板，而光学区112可不需设置成开孔。或者，基板110上可不需设置板体150及上述开孔。

请再参考图1B与图1C，本实施例的波长转换元件100可为荧光轮。具体来说，波长转换元件100还可包括马达M。马达M具有转轴S。请一并参考图1A，基板110及补强板120可为环状且套接于转轴S。在本实施例中，补强板120可固定于马达M上，而基板110则固定于补强板120上。如此，马达M便能驱使基板110转动。

请继续参考图1B，波长转换层140和补强板120可位于基板110的相异两侧，使补强板120的尺寸能不受限于波长转换层140的位置。如前文所述，由于本实施例的补强板120与基板110可为环状，因此基板110可具有外径R1，而补强板120则可具有外径R2。在本实施例中，补强板120的外径R2例如是小于基板110的外径R1，但不局限于此。举例来说，请参考图2所示的波长转换元件100a，图2是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。补强板120a的外径R3是等于基板110的外径R1。粘着层130a可设置于基板110与补强板120a之间。在另一实施例，如图3所示的波长转换元件100b，图3是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。补强板120b的外径R4是大于基板110的外径R1。粘着层130b同样可设置于基板110与补强板120b之间。由于图2及图3的实施例都增加了补强板120a及120b的外径R3及R4，因而增加了补强板120a及120b与基板110彼此固定的面积，使基板110的结构强度能更进一步地提升。

图4是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。本实施例之波长转换元件100c的结构与优点与波长转换元件100相似，以下仅针对差异处说明。请参考图4，本实施例之补强板120c具有面向基板110c的表面122c，而第二接合部121c包括凸出于表面122c的凸起结构1210c。第一接合部111c则包括形状对应凸起结构1210c的穿孔1110c。详细来说，凸起结构1210c例如是伸入穿孔1110c中，但未从穿孔1110c凸出于基板110c。举例而言，本实施例的凸起结构1210c的顶壁W3可与基板110c共平面，但在其他实施例中，凸起结构1210c的顶壁W3也可位于穿孔1110c内。在本实施例中，凸起结构1210c可具有连接表面122c的侧壁W4。穿孔1110c可具有与侧壁W4相对的孔壁W5。粘着层130c设置于侧壁W4与孔壁W5之间。如此，侧壁W4与孔壁W5能经由粘着层130c彼此连接。此外，粘着层130c还可从侧壁W4与孔壁W5之间朝基板110c与补强板120c的中心延伸，以进一步提升基板110c连接补强板120c的牢固度。

图5是本发明另一实施例的波长转换元件的示意图。本实施例之波长转换元件100d的结构与优点与前一实施例相似，以下仅针对差异处说明。请参考图5，在本实施例中，凸起结构1210d的一端可从穿孔1110d凸出于基板110d。此外，粘着层130d至少设置于穿孔1110d与凸起结构1210d之间，而补强板120d的表面122d连接基板110d。与其他实施例类似，在本实施例中，粘着层130d还可从穿孔1110d与凸起结构1210d之间朝基板110d与补强板120d的中心延伸，以进一步提升基板110d连接补强板120d的牢固度。

在前文各实施例中，补强板120、120a、120b、120c或120d和波长转换层140都位于基板110、110a、110b、110c或110d的相异两侧，但本发明并不限于此。图6至图8是本发明另三个实施例的波长转换元件的示意图，其中图6的波长转换元件100e的结构与优点与图1的波长转换元件100相似，主要差异在于图6的波长转换层140和补强板120是位于基板110的同一侧。与图1之实施例类似的是，本实施例之补强板120具有面向基板110的表面122，凸起结构1210(即第二接合部121)例如是凸出于表面122。凹槽1110(即第一接合部111)形成于基板110面向补强板120的表面113。不同于图1的实施例，本实施例的波长转换层140是位于表面113，并在凸起结构1210和凹槽1110彼此结合后与补强板120位于基板110的同一侧。与前文各实施例相同的是，本实施例之粘着层130可设于凸起结构1210与凹槽1110之间，并也可从凸起结构1210与凹槽1110之间朝基板110和补强板130的中心延伸。图7的波长转换元件100f的结构与优点与图4的波长转换元件100c相似，主要差异在于图7的波长转换层140和补强板120c是位于基板110c的同一侧。类似于图4的实施例，本实施例之凸起结构1210c(即第二接合部121c)可凸出于补强板120c面向基板110c的表面122c。基板110c的穿孔1110c(即第一接合部111c)对应凸起结构1210c设置。与图4的实施例相异的是，本实施例之波长转换层140位于基板110c面向补强板120c的表面113c上，并在凸起结构1210c与穿孔1110c彼此结合后和补强板120c位于基板110c的同一侧。此外，本实施例的粘着层130c可设于凸起结构1210c与穿孔1110c之间，并也可进一步朝基板110c与补强板120c的中心延伸。图8的波长转换元件100g的结构与优点则与图5的波长转换元件100d相似，主要差异在于图8的波长转换层140和补强板120d是位于基板110d的同一侧。类似地，本实施例之凸起结构1210d(即第二接合部121d)凸出于补强板120d面向基板110d的表面122d，穿孔1110d(即第一接合部111d)对应凸起结构1210d设置。不同于图5的实施例，本实施例的波长转换层140位于基板110d面向补强板120d的表面113d上，并在凸起结构1210d与穿孔1110d彼此结合后和补强板120d位于基板110d的同一侧。此外，本实施例的粘着层130d可设于凸起结构1210d与穿孔1110d之间，并也可进一步朝基板110d与补强板120d的中心延伸。

图9是本发明一实施例的投影装置的方块示意图。请参考图9，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。投影镜头230配置于影像光束L2的传递路径上。照明***210包括激发光源211与前述的波长转换元件100。激发光源211用于提供激发光束Le。波长转换元件100配置于激发光束Le的传递路径上。

照明***210包括激发光源211以及波长转换元件100。激发光源211例如包括发光二极管(Light Emitting Diode，LED)或激光二极管(Laser Diode，LD)，其中所述之发光二极管或激光二极管的数量可以是一个或多个。举例来说，当发光二极管(或激光二极管)的数量是多个时，发光二极管(或激光二极管)可排列成矩阵。波长转换元件100配置于激发光束Le的传递路径上，波长转换元件100依时序地旋转，波长转换元件100将激发光束Le转换成转换光束Lp，激发光束Le没有被波长转换元件100转换成转换光束Lp，以图9中的光束Lr示意。上述的照明光束L1包括光束Lr与转换光束Lp。由于波长转换元件100的特征已在前文中详细说明，故在此省略相关描述。

光阀220例如是数字微型反射镜元件(Digital Micromirror Device，DMD)、硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)或液晶显示面板(Liquid Crystal Display，LCD)，但不局限于此。此外，本实施例并不限定光阀的数量。举例来说，本实施例之投影装置200可采用单片式液晶显示面板或是三片式液晶显示面板的架构，但不局限于此。

投影镜头230例如包括一个或多个光学镜片，而所述之光学镜片的屈光度可彼此相同或相异。例如，所述之光学镜片可包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等各种非平面镜片，或是包括上述各非平面镜片的任意组合。另一方面，投影镜头230也可以包括平面光学镜片。本发明不对投影镜头230的具体结构多做限制。

相较于背景技术，本实施例的投影装置200采用前文中的波长转换元件100。由于波长转换元件100的基板110具有良好的结构强度，基板110的表面具有较佳的平整度，所以激发光束Le能准确聚焦于波长转换层140，以维持稳定的激发效率。因此，投影装置200具有影像品质佳的优点。此外，本实施例之波长转换元件100可替换为上述波长转换元件100b、100c、100d、100e、100f、100g之任一。

综上所述，本发明之波长转换元件采用具有第一接合部的基板与具有第二接合部的补强板。由于第一接合部与第二接合部是凹凸接合结构，因此相较于已知技术的金属环与基板以平面贴附的结构，本发明的基板不但能在轴向维持良好的抗变形能力，在径向的抗变形能力也获得提升，进而加强基板的结构强度。由于基板具有良好的结构强度，基板的表面具有较佳的平整度，所以激发光束能准确聚焦于波长转换层，以维持稳定的激发效率。另一方面，由于本发明的投影装置采用上述之波长转换元件，因此具有影像品质佳的优点。

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、100b、100c、100d、100e、100f、100g：波长转换元件

110、110a、110b、110c、110d：基板

111、111c、111d：第一接合部

112：光学区

113、113c、113d：表面

114：表面

115：凸起结构

120、120a、120b、120c、120d：补强板

121、121c、121d：第二接合部

122、122c、122d：表面

130、130a、130b、130c、130d：粘着层

140：波长转换层

141、142：波长转换区块

150：板体

200：投影装置

210：照明***

211：激发光源

220：光阀

230：投影镜头

1110：凹槽

1110c、1110d：穿孔

1210、1210c、1210d：凸起结构

S：转轴

D1：轴向

D2：径向

L1：照明光束

L2：影像光束

Le：激发光束

Lp：转换光束

Lr：光束

M：马达

R1、R2、R3：外径

S1：侧面

S2：底面

W1、W3：顶壁

W2、W4：侧壁

W5：孔壁。

Claims (10)

1.一种波长转换元件，其特征在于，所述波长转换元件包括基板、补强板、粘着层与波长转换层，其中：

所述基板具有第一接合部；

所述补强板连接于所述基板，并具有第二接合部，所述第二接合部与所述第一接合部对应接合；

所述粘着层连接于所述基板与所述补强板之间，且设置于所述第一接合部与所述第二接合部之间；以及

所述波长转换层设置于所述基板上。

2.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述补强板还具有面向所述基板的表面，所述第二接合部包括凸出于所述表面的凸起结构，所述第一接合部包括形状对应所述凸起结构的凹槽。

3.根据权利要求2所述的波长转换元件，其特征在于，所述凸起结构具有与所述表面相对的顶壁以及连接于所述表面与所述顶壁之间的侧壁，所述凹槽具有与所述侧壁相对的侧面以及与所述顶壁相对的底面，所述粘着层设置于所述侧壁与所述侧面之间，以及所述顶壁与所述底面之间。

4.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述补强板还具有面向所述基板的表面，所述第二接合部包括凸出于所述表面的凸起结构，所述第一接合部包括形状对应所述凸起结构的穿孔。

5.根据权利要求4所述的波长转换元件，其特征在于，所述凸起结构具有连接所述表面的侧壁，所述穿孔具有与所述侧壁相对的孔壁，所述粘着层设置于所述侧壁与所述孔壁之间。

6.根据权利要求4所述的波长转换元件，其特征在于，所述凸起结构的一端是从所述穿孔凸出于所述基板或不凸出于所述基板。

7.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述补强板与所述基板为环状，且所述补强板与所述基板还分别具有外径，所述补强板的所述外径是小于、大于或等于所述基板的所述径向宽度。

8.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述波长转换层和所述补强板位于所述基板的相异两侧或同一侧。

9.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述补强板的刚性大于所述基板的刚性。

10.一种投影装置，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，而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元件，其中：

所述激发光源用于提供激发光束；以及

所述波长转换元件配置于所述激发光束的传递路径上，所述波长转换元件包括基板、补强板、粘着层与波长转换层，其中：

所述基板具有第一接合部；

所述补强板连接于所述基板，并具有第二接合部，所述第二接合部与所述第一接合部彼此对应接合；

所述粘着层连接于所述基板与所述补强板之间，且设置于所述第一接合部与所述第二接合部之间；以及

所述波长转换层设置于所述基板上。

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