CN215986874U - 波长转换元件及投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种波长转换元件包括基板、波长转换层、反射层以及导热扩散基板。反射层设置在基板与波长转换层之间，且波长转换层设置在导热扩散基板与反射层之间。波长转换元件用于接收激发光束。导热扩散基板用于让激发光束穿透，波长转换层用于接收激发光束接收而转换为转换光束，以及反射层用于反射转换光束，且导热扩散基板用于让转换光束穿透。借由上述的波长转换元件能有效降低波长转换层的温度。本实用新型另提供一种使用上述波长转换元件的投影装置，因此波长转换元件的光能转换效率较高。

Description

波长转换元件及投影装置
技术领域
本实用新型是有关于一种波长转换元件及应用此波长转换元件的投影装置。
背景技术
已知投影机内的波长转换装置是由镜面反射基板与荧光层组成或由基板、有机或无机漫反射层与荧光层组成。但激光(laser)照射在荧光层上表面容易产生热能以及累积热能，因此需通过荧光层传导热到荧光层下表面后再使热能从散热基板逸散。而荧光层热传导系数低，容易导致激光热能累积于荧光层上表面，致使荧光层发生热衰退问题，因此影响光的转换效率。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本实用新型内容，因此在“背景技术”段落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。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本实用新型一个或多个实施例所要解决的问题，在本实用新型申请前已被所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。
实用新型内容
本实用新型提供一种波长转换元件，其能有效降低波长转换层的温度。
本实用新型另提供一种使用上述波长转换元件的投影装置，因此波长转换元件的光能转换效率较高。
本实用新型的一实施例提供一种波长转换元件，其包括基板、波长转换层、反射层以及导热扩散基板。反射层设置在基板与波长转换层之间，且波长转换层设置在导热扩散基板与反射层之间。波长转换元件用于接收激发光束。导热扩散基板用于让激发光束穿透。波长转换层用于接收激发光束而转换为转换光束，以及反射层用于反射转换光束，且导热扩散基板用于让转换光束穿透。
本实用新型的一实施例提供一种投影装置，其包括照明***、光阀以及投影镜头。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，且用于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，且用于将影像光束投射出投影装置。照明***包括光源以及波长转换元件。光源用于发出激发光束。波长转换元件包括基板、波长转换层、反射层以及导热扩散基板。反射层设置在基板与波长转换层之间，且波长转换层设置在导热扩散基板与反射层之间。激发光束朝波长转换元件入射。激发光束穿透导热扩散基板后被波长转换层接收而被转换为转换光束。转换光束被反射层反射且穿透导热扩散基板。
基于上述，在本实用新型的一实施例中，由于波长转换元件在波长转换层上设有导热扩散基板，因此波长转换层上累积的热能有效被带走，使发生热衰退的问题降低，进而使波长转换层的光能转换效率提高。而由于本实用新型的一实施例的投影装置使用前述的波长转换元件，因此投影装置的光能转换效率较高。
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是根据本实用新型的第一实施例的投影装置的示意图。
图2A是图1的波长转换元件的立体示意图。
图2B是图2A的剖面示意图。
图3A是根据本实用新型的第二实施例的波长转换元件的立体示意图。
图3B是图3A的剖面示意图。
图4A是根据本实用新型的第三实施例的波长转换元件的立体示意图。
图4B是图4A的剖面示意图。
图5是根据本实用新型的第四实施例的波长转换元件的剖面示意图。
图6是根据本实用新型的第五实施例的波长转换元件的剖面示意图。
具体实施方式
有关本实用新型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实用新型。
图1是根据本实用新型的第一实施例的投影装置的示意图。请参考图1，本实用新型的一实施例提供一种投影装置10，其包括照明***20、光阀30以及投影镜头40。照明***20用于提供照明光束I。光阀30配置于照明光束I的传递路径上，且用于将照明光束I转换成影像光束IB。投影镜头40配置于影像光束IB的传递路径上，且用于将影像光束IB投射出投影装置10。
详细来说，本实施例的光阀30例如是数字微镜元件(Digital Micro-mirrorDevice,DMD)、硅基液晶面板(Liquid-crystal-on-silicon Panel,LCOS Panel)或是液晶面板(Liquid Crystal Panel)等空间光调变器。此外，投影镜头40例如是包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合。光学镜片例如包括双凹透镜、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。本实用新型对投影镜头40的型态及其种类并不加以限制。
在本实施例中，照明***20包括光源100以及波长转换元件200。光源100用于发出激发光束B。光源100例如是激光二极管(Laser Diode,LD)、发光二极管(Light EmittingDiode,LED)或其他合适的光源或其组合，本实用新型并不局限于此。在一实施例中，照明***20还包括匀光元件300。匀光元件300例如是积分柱(Integration Rod)、透镜阵列或其他具有光均匀化效果的光学元件，但本实用新型不局限于此。
图2A是图1的波长转换元件的立体示意图。图2B是图2A的剖面示意图。请参考图1、图2A与图2B，在本实施例中，波长转换元件200例如是荧光轮(phosphor wheel)。波长转换元件200包括基板210、反射层220、波长转换层230以及导热扩散基板240。基板210的材质较佳为金属，例如铝，反射层220可由金属氧化物形成，例如金属氧化物粉末组成的漫反射层。在其他实施例中，反射层220可以是镀膜层，于基板210上涂布而成。波长转换层230可为荧光胶层，具有荧光材料。导热扩散基板240较佳是选用高导热系数的透明材质，例如是氧化铝(即蓝宝石)、氧化钇、氧化镁、铝镁尖晶石或钇铝氧石榴石或其组合。导热扩散基板240可为扩散片或蝇眼透镜(fly-eye lens)。
在本实施例中，反射层220设置在基板210与波长转换层230之间，且波长转换层230设置在导热扩散基板240与反射层220之间。激发光束B朝波长转换元件200入射。激发光束B穿透导热扩散基板240后被波长转换层230接收而被转换为转换光束F。转换光束F被反射层220反射且穿透导热扩散基板240而离开波长转换元件200。其中，照明光束I包括转换光束F与激发光束B。
在本实施例中，基板210具有第三表面210S1，且第三表面210S1包括凹槽212，其中波长转换层230、反射层220与导热扩散基板240设置在凹槽212内，且波长转换层230、反射层220与导热扩散基板240皆与凹槽212的侧壁接触。因此，导热扩散基板240与基板210直接接触，使波长转换层230所产生的热能除了借由反射层220传导至基板210之外，也借由导热扩散基板240传导至基板210，进一步增加了导热效果。
在本实施例中，导热扩散基板240的导热系数大于波长转换层230的导热系数，且导热扩散基板240的光扩散角是在0.5度至5度的范围内。而且，导热扩散基板240具有微结构242。导热扩散基板240的厚度D+D1是在0.5毫米至1.5毫米的范围内，且微结构242的厚度D1是在0毫米至1.0毫米的范围内。
在本实施例中，导热扩散基板240具有第一表面240S1以及相对第一表面240S1的第二表面240S2，其中第二表面240S2朝向并连接波长转换层230，且导热扩散基板240的第一表面240S1包括多个微结构242。微结构242为弧形微结构，且以基板210的中心C环形排列。其中，微结构242例如是由铣削、放电加工等机械加工而成，或借由化学蚀刻制成加工而成。
基于上述，在本实用新型的一实施例的波长转换元件200中，由于波长转换层230上设有导热扩散基板240，因此借由导热扩散基板240将波长转换层230上累积的热能传导至导热扩散基板240，使波长转换层230发生热衰退的问题降低，进而使波长转换层230的光能转换效率提高。而由于本实用新型的一实施例的投影装置10使用前述的波长转换元件200，因此投影装置10产生的投影画面的影像品质也较稳定。
图3A是根据本实用新型的第二实施例的波长转换元件的立体示意图。图3B是图3A的剖面示意图。请参考图3A与图3B，波长转换元件200A与图2B的波长转换元件200的主要差异如下。在本实施例中，微结构242A为方形微结构、球形微结构或放射形微结构，其中图3A示意微结构242A为方形微结构。微结构242A排成阵列，且以基板210的中心C同心环形排列。
图4A是根据本实用新型的第三实施例的波长转换元件的立体示意图。图4B是图4A的剖面示意图。请参考图4A与图4B，波长转换元件200B与图3A的波长转换元件200A的主要差异在于：波长转换元件200B的微结构242B为球形微结构。
下面表1示意了图2A的波长转换元件200、图3A的波长转换元件200A以及图4A的波长转换元件200B分别在导热扩散基板240的第一表面240S1上设有微结构242、242A以及242B时，波长转换层230各自的最高温度。如表1所示，相较于已知波长转换元件的波长转换层最高温度约为232.97度C(℃)，本实用新型的一实施例的波长转换元件的波长转换层230最高温度降低了20至30度C(摄氏度)。也就是说，除了导热扩散基板240之外，本实用新型的一实施例的波长转换元件200、200A及200B还搭配了微结构242、242A及242B。因此，当波长转换元件200、200A及200B转动时，微结构242、242A及242B增加了气流扰流现象，进一步降低波长转换层230的温度。
表1
微结构 波长转换层的最高温度(度C)
242 215.73
242A 207.23
242B 199.69
图5是根据本实用新型的第四实施例的波长转换元件的剖面示意图。请参考图5，波长转换元件200C与图2A的波长转换元件200的主要差异如下：部分的波长转换层230与反射层220设置在凹槽212内。此外，在本实施例中，波长转换元件200C还包括胶层250。胶层250设置在导热扩散基板240与基板210之间，并与波长转换层230相邻连接，其中胶层250用于连接导热扩散基板240与基板210，且避免波长转换元件200C旋转时，导热扩散基板240被甩出而脱离基板210。而本实用新型的一实施例的波长转换元件200C的优点相似于图2A的波长转换元件200，在此不再赘述。
图6是根据本实用新型的第五实施例的波长转换元件的剖面示意图。请参考图6，波长转换元件200D与图2A的波长转换元件200的主要差异如下：反射层220设置在第三表面210S1’上，其中第三表面210S1’为平面。反射层220具有粘性可将波长转换层230固定于基板210上。而本实用新型的一实施例的波长转换元件200D的优点相似于图2A的波长转换元件200，在此不再赘述。
综上所述，在本实用新型的一实施例的波长转换元件中，由于波长转换层借由导热扩散基板将累积的热能传导至导热扩散基板，使波长转换层发生热衰退的问题降低，进而使波长转换层的光能转换效率提高。而由于本实用新型的一实施例的投影装置使用前述的波长转换元件，因此投影装置产生的投影画面的影像品质也较稳定。
惟以上所述者，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施之范围，即凡依本实用新型权利要求书及实用新型内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖之范围内。另外本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实用新型所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要和标题(实用新型名称)仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本实用新型之权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用于命名元件(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：
10:投影装置
20:照明***
30:光阀
40:投影镜头
100:光源100
200、200A、200B、200C、200D:波长转换元件
210:基板
210S1、210S1’:第三表面
212:凹槽
220:反射层
230:波长转换层
240:导热扩散基板
250:胶层
240S1:第一表面
240S2:第二表面
242、242A、242B:微结构
C:中心
D、D1:厚度
F:转换光束
I:照明光束
IB:影像光束。

Claims (22)

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、波长转换层、反射层以及导热扩散基板，其中：
所述反射层设置在所述基板与所述波长转换层之间，且所述波长转换层设置在所述导热扩散基板与所述反射层之间；
所述波长转换元件用于接收激发光束；
所述导热扩散基板用于让所述激发光束穿透；
所述波长转换层用于接收所述激发光束而转换为转换光束；以及
所述反射层用于反射所述转换光束，且所述导热扩散基板用于让所述转换光束穿透。
2.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述导热扩散基板与所述基板直接接触，使所述波长转换层所产生的热能借由所述导热扩散基板传导至所述基板。
3.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述导热扩散基板的导热系数大于所述波长转换层的导热系数，且所述导热扩散基板的光扩散角是在0.5度至5度的范围内。
4.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述导热扩散基板具有第一表面以及相对所述第一表面的第二表面，其中所述第二表面朝向所述波长转换层，所述第一表面包括多个微结构。
5.根据权利要求4所述的波长转换元件，其特征在于，所述导热扩散基板的厚度是在0.5毫米至1.5毫米的范围内，所述多个微结构的厚度是在0毫米至1.0毫米的范围内。
6.根据权利要求4所述的波长转换元件，其特征在于，所述多个微结构为弧形微结构，且以所述基板的中心环形排列。
7.根据权利要求4所述的波长转换元件，其特征在于，所述多个微结构为方形微结构、球形微结构或放射形微结构，所述多个微结构排成阵列，且以所述基板的中心同心环形排列。
8.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述基板具有第三表面，所述第三表面包括凹槽，其中所述波长转换层、所述反射层与所述导热扩散基板设置在所述凹槽内。
9.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述基板具有第三表面，所述第三表面包括凹槽，其中部分所述波长转换层与所述反射层设置在所述凹槽内。
10.根据权利要求9所述的波长转换元件，其特征在于，还包括胶层，其设置在所述导热扩散基板与所述基板之间。
11.根据权利要求1所述的波长转换元件，其特征在于，所述基板具有第三表面，所述反射层设置在所述第三表面上，其中所述第三表面为平面。
12.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明***、光阀以及投影镜头，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，用于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，用于将所述影像光束投射出所述投影装置；其中，所述照明***包括光源以及波长转换元件，其中：
所述光源用于发出激发光束；以及
所述波长转换元件包括基板、波长转换层、反射层以及导热扩散基板，其中：
所述反射层设置在所述基板与所述波长转换层之间，且所述波长转换层设置在所述导热扩散基板与所述反射层之间；以及
所述激发光束朝所述波长转换元件入射，所述激发光束穿透所述导热扩散基板后被所述波长转换层接收而被转换为转换光束，所述转换光束被所述反射层反射且穿透所述导热扩散基板。
13.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述导热扩散基板与所述基板直接接触，使所述波长转换层所产生的热能借由所述导热扩散基板传导至所述基板。
14.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述导热扩散基板的导热系数大于所述波长转换层的导热系数，且所述导热扩散基板的光扩散角是在0.5度至5度的范围内。
15.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述导热扩散基板具有第一表面以及相对所述第一表面的第二表面，其中所述第二表面朝向所述波长转换层，所述第一表面包括多个微结构。
16.根据权利要求15所述的投影装置，其特征在于，所述导热扩散基板的厚度是在0.5毫米至1.5毫米的范围内，所述多个微结构的厚度是在0毫米至1.0毫米的范围内。
17.根据权利要求15所述的投影装置，其特征在于，所述多个微结构为弧形微结构，且以所述基板的中心环形排列。
18.根据权利要求15所述的投影装置，其特征在于，所述多个微结构为方形微结构、球形微结构或放射形微结构，所述多个微结构排成阵列，且以所述基板的中心同心环形排列。
19.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述基板具有第三表面，所述第三表面包括凹槽，其中所述波长转换层、所述反射层与所述导热扩散基板设置在所述凹槽内。
20.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述基板具有第三表面，所述第三表面包括凹槽，其中部分所述波长转换层与所述反射层设置在所述凹槽内。
21.根据权利要求20所述的投影装置，其特征在于，还包括胶层，其设置在所述导热扩散基板与所述基板之间。
22.根据权利要求12所述的投影装置，其特征在于，所述基板具有第三表面，所述反射层设置在所述第三表面上，其中所述第三表面为平面。
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