投影机及波长转换元件的制作方法

本发明关于一种投影机及波长转换元件，且特别是关于一种波长转换效率提升的投影机及波长转换元件。

背景技术：

利用激光或者发光二极管(led)等光源激发荧光粉以获得预定色光，是一种广泛应用于照明光源、投影显示等领域的技术方案。

在习知的波长转换元件中，荧光粉的颗粒通常是单一规格的，这会造成由荧光粉构成的波长转换层并无法搭配激光光束的能量(powerdensity)的分布而对应不同的平均颗粒分布。

而为了提升激光光束的转换效率，通常会将荧光粉的浓度提高，但是这样影响荧光粉层的结着性，导致荧光粉与载板的粘着力变差。此外，若荧光粉的浓度过高，也会导致光转换效率下降。

另外一种方式，是使波长转换元件搭配具有镜面反射效果的载板来增加整体的反射效率。然而，镜面反射载板的表面粗糙度低使得荧光粉层与载板的接着能力变差，影响产品可靠度。

技术实现要素：

本发明提供一种照明效果获得提升的投影机。

本发明提供一种波长转换效率及可靠度获得提升的波长转换元件。

本发明的一种投影机包括照明系统、光阀以及镜头。照明系统包括光源以及波长转换元件，其中光源用于提供激发光束，而波长转换元件位于激发光束的传递路径上，且波长转换元件包括基板、光学膜层以及荧光膜层。基板具有中央区以及波长转换区，其中波长转换区环绕至少部分的中央区。光学膜层设置于基板的波长转换区中。荧光膜层设置于基板的波长转换区中，并覆盖光学膜层，且用于将一部分的激发光束转换为转换光束，其中转换光束与另一部分的激发光束构成照明光束。荧光膜层具有多种颗粒尺寸的多个荧光粉，多种颗粒尺寸包括第一颗粒尺寸以及第二颗粒尺寸，且第一颗粒尺寸大于第二颗粒尺寸，其中第一颗粒尺寸的荧光粉分布于第二颗粒尺寸的荧光粉之间或上方。前述的光阀位于照明光束的传递路径上，用于将照明光束转换成影像光束。镜头位于影像光束的传递路径上，其中影像光束穿过(passthrough)镜头之后用于成为(become)投影光束。

本发明的一种波长转换元件包括基板、光学膜层以及荧光膜层。基板具有中央区以及波长转换区，其中波长转换区环绕至少部分的中央区。光学膜层设置于基板的波长转换区中。荧光膜层设置于基板的波长转换区中，并覆盖光学膜层。荧光膜层具有多种颗粒尺寸的多个荧光粉，多种颗粒尺寸包括第一颗粒尺寸以及第二颗粒尺寸，其中第一颗粒尺寸大于第二颗粒尺寸，且第一颗粒尺寸的荧光粉分布于第二颗粒尺寸的荧光粉之间或上方。

基于上述，本发明的实施例的投影机中所使用的波长转换元件的荧光膜层是利用不同颗粒尺寸的荧光粉形成，其中对应激发光束的能量分布而选择对应的颗粒尺寸的荧光粉，有效提升波长转换元件及使用此波长转换元件的投影机的波长转换效率。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例之投影机的示意图。

图2a为本发明一实施例之照明系统中的波长转换元件的分解示意图。

图2b为本发明一实施例之照明系统中的波长转换元件的组合图。

图3a为沿图2b所示的c1-c1线段的局部剖示图。

图3b为激发光束的能量分布示意图。

图4为波长转换元件的另一实施例的局部剖示图。

图5为波长转换元件的基板具有粗糙表面的示意图。

图6为本发明另一实施例之照明系统中的波长转换元件的示意图。

具体实施方式

图1为本发明一实施例之投影机的示意图，且图2a为本发明一实施例之照明系统中的波长转换元件的分解示意图。请参考图1及图2a，本实施例的一种投影机1000包括照明系统300、光阀400以及镜头500。照明系统300包括光源200以及波长转换元件100，其中光源200例如为蓝色激光二极管或发光二极管，但本发明不以此为限。光源200用于提供激发光束l1，而波长转换元件100位于激发光束l1的传递路径上。波长转换元件100包括基板110、光学膜层120以及荧光膜层130。基板110具有中央区110a以及波长转换区110b，其中波长转换区110b环绕至少部分的中央区110a。光学膜层120以及荧光膜层130皆设置于基板110的波长转换区110b中，其中荧光膜层130覆盖光学膜层120。荧光膜层130用于将一部分的激发光束l1a转换为转换光束l2，且转换光束l2与另一部分的激发光束l1b构成照明光束l3后传递至光阀400。光阀400位在照明光束l3的传递路径上，而光阀400用于将照明光束l3转换成影像光束l4。镜头500位在影像光束l4的传递路径上，影像光束l4穿过(passthrough)镜头500之后用于成为(become)投影光束l5。

在本实施例中，光阀400可以是数字微型反射镜元件(digitalmicromirrordevice,dmd)、硅基液晶(liquidcrystalonsilicon,lcos)或液晶显示(liquidcrystaldisplay,lcd)面板，但本发明并不局限于此。

在本实施例中，波长转换元件100为反射式荧光轮(phosphorwheel)，因此基板110的波长转换区110b的两末端之间(between)具有光反射区110d，其中光反射区110d包括金属、陶瓷及具有反射式镀膜的玻璃的至少其中之一，用以反射未被激发的蓝光，但本发明不以此为限。

在另一个未绘示的实施例中，前述的光反射区110d可以用光穿透区取代，即光穿透区位于波长转换区110b的两末端之间，其中光穿透区包括开口及抗反射镀膜玻璃的至少其中之一，而由光源200所提供的未被激发的蓝光可穿透此光穿透区。

承上述，波长转换元件100还包括环形结构110e，其中环形结构110e配置于基板110的中央区110a，且环形结构110e为自基板110的表面突起的结构，但本发明不以此为限。另外，波长转换元件100还可包括配重体110f，此配重体110f配置于环形结构110e内，但本发明不以此为限。

在本实施例中，前述的波长转换元件100的基板110可以是由具有高导热性的金属、陶瓷、耐高温材料及高导热系数材料中选择至少其中一种而形成。简单地说，即是基板110可以是由前述材料中选择单一材料制作而成，或者也可以依照需求而将前述的材料混用以制作基板110。在其他实施例中，基板110也可以是由玻璃及高光穿透率材料中的至少其中之一制作而成。

光学膜层120可以是藉由涂布或镀膜的方式先形成在基板110的波长转换区110b中，而后荧光膜层130可以是藉由涂布的方式再形成在具有光学膜层120的波长转换区110b中，其中光学膜层120可以是从具有高反射率的散射材料、反射材料及漫射材料中选择至少其中一种材料形成。举例而言，光学膜层120可以是由二氧化钛(tio2)、二氧化硅(sio2)、氧化铝(alo3)、氧化锆、钛铝合金及各类氧化物中选用至少其中一种而形成。

在本实施例中，荧光膜层130形成在基板110的波长转换区110b中且覆盖在光学膜层120上，前述的荧光膜层130是由具有多种颗粒尺寸(例如两种)的荧光粉形成的，其中此处所记载的荧光粉是指荧光粉颗粒。在本实施例中，上述的荧光膜层130包括绿波长转换区段130a、红波长转换区段(未绘示)以及黄波长转换区段130b中的至少其中一种，且绿波长转换区段130a、红波长转换区段(未绘示)或黄波长转换区段130b是依照需求而选择适当的荧光粉的材料来形成，但本发明不以此为限。

在本实施例中，荧光粉的颗粒尺寸至少包括第一颗粒尺寸以及第二颗粒尺寸。请参考图2b与图3a，图2b为本发明一实施例之照明系统中的波长转换元件的组合图，图3a为沿图2b所示的c1-c1线段的局部剖示图。在本实施例的波长转换元件100a中，第一颗粒尺寸大于第二颗粒尺寸，其中第一颗粒尺寸的荧光粉132分布于第二颗粒尺寸的荧光粉134之间(among)。在本实施例中，可以经过两次或两次以上的涂布以形成具有不同颗粒尺寸的荧光粉132/134的荧光膜层130，但本发明没有限制不同颗粒尺寸的荧光粉132/134的形成方式。然而，在设备可以配合的状况下，也可以藉由一次涂布就形成荧光膜层130。在本实施例中，荧光粉132/134可以藉由与连接物质136混合后以涂布的方式形成在光学膜层120上而形成荧光膜层130，其中连接物质136例如是接着胶而使荧光膜层130为荧光胶，但本发明不以此为限。在本实施例中，藉由调整连接物质136(例如接着胶)与荧光粉132/134之间的比例关系，即藉由调整荧光胶(荧光膜层130)的浓度大小，可调整荧光膜层130与基板110-a之间的附着能力。在本实施例中，荧光膜层130的边缘还可进一步延伸以完全覆盖住光学膜层120，即荧光膜层130覆盖光学膜层120的顶面与两侧面。

在本实施例中，以荧光膜层130为连接物质136与荧光粉132/134所构成的荧光胶为例，也可藉由连接物质136与荧光粉132/134之间的比例关系来获得所欲的浓度。举例来说，藉由较多量(例如较多颗)的荧光粉132搭配较少量的连接物质136以及藉由较少量(例如较少颗)的荧光粉134搭配较多量的连接物质136，可获得较大浓度的荧光粉132以及较小浓度的荧光粉134；类似地，藉由较少量(例如较少颗)的荧光粉132搭配较多量的连接物质136以及藉由较多量(例如较多颗)的荧光粉134搭配较少量的连接物质136，可获得较小浓度的荧光粉132以及较大浓度的荧光粉134。在上述实施例中，浓度可以为体积百分浓度或是重量百分浓度，但本发明不以此为限。

更详细地说，如图3a所示，第一颗粒尺寸的每一个荧光粉132分布于第二颗粒尺寸的荧光粉134之间(among)。以本实施例来说，第一颗粒尺寸的荧光粉132集中在光学膜层120的上方，而第二颗粒尺寸的荧光粉134环绕第一颗粒尺寸的荧光粉132的外周缘，且第二颗粒尺寸的荧光粉134还从光学膜层120的外侧包覆住光学膜层120。

在本实施例中，荧光粉134的第二颗粒尺寸小于20μm。此外，在本实施例中，第一颗粒尺寸的荧光粉132与第二颗粒尺寸的荧光粉134混合之后的颗粒尺寸也小于20μm。更具体地说，在本实施例中，荧光粉颗粒度d50小于20μm可由第二颗粒尺寸的荧光粉134所实现，也可由第二颗粒尺寸的荧光粉134與第一颗粒尺寸的荧光粉132相互混合所实现。举例来说，荧光粉颗粒度d50例如是19μm可由具有第一颗粒尺寸的荧光粉132所实现，荧光粉颗粒度d50例如是2μm可由具有第二颗粒尺寸的荧光粉134所实现，但本发明不以此为限。在本实施例中，第一颗粒尺寸的荧光粉132的浓度可与第二颗粒尺寸的螢光粉134的浓度相同或不同，且第一颗粒尺寸的荧光粉132的浓度可大于或小于第二颗粒尺寸的荧光粉134的浓度，但本发明不以此为限。在其他实施例中，荧光膜层130还可具有第三颗粒尺寸的荧光粉(未绘示)，其中第三颗粒尺寸(荧光粉颗粒度d50)小于20μm，且第一颗粒尺寸的荧光粉132、第二颗粒尺寸的荧光粉134与第三颗粒尺寸的荧光粉混合之后的颗粒尺寸(荧光粉颗粒度d50)也小于20μm。简单地说，荧光膜层130可具有n种颗粒尺寸的多个荧光粉，且n种颗粒尺寸的多个荧光粉混合之后的颗粒尺寸(荧光粉颗粒度d50)小于20μm。

图3b为激发光束的能量分布示意图。请同时参考图3a及图3b，从图3b可以看出激发光束的强度(例如激光光束的瓦数)较强的部分集中在中间且两侧激发光束的强度较弱，而本实施例藉由将颗粒尺寸相对较大的第一颗粒尺寸的荧光粉132集中在荧光膜层130的中间处，因此让强度较强的激发光束照射尺寸相对较大的第一颗粒尺寸的荧光粉132，并让强度较弱的激发光束照射尺寸相对较小的第二颗粒尺寸的荧光粉134，如此使得较强的激发光束的强度与第一颗粒尺寸的荧光粉132获得极佳的对应关系，进而能够有效地提升波长转换元件100a的波长转换效率。在本实施例中，激发光束的能量大小例如是激光光斑(laserspot)的能量大小。

在其他的可能实施方式中，集中在荧光膜层130的中间处的第一颗粒尺寸的荧光粉132也可选用浓度相对高或可选用表面不具有缺陷/具有较少缺陷，而位在荧光膜层130的外周缘处的第二颗粒尺寸的荧光粉134也可选用浓度相对低或可以容忍表面具有些许缺陷，但本发明不以此为限。如此一来，可以达到有效提升波长转换元件100a的波长转换效率的效果。

由上述可知，因应激发光束的强度分布状况，而藉由荧光粉132/134的颗粒尺寸、浓度以及表面缺陷品质的选择，使得对于波长转换元件100a的荧光膜层130中所使用的荧光粉132/134的颗粒尺寸以及表面缺陷品质等要求可以适度放宽，进而可节省荧光粉132/134的原料成本。

在上述实施例中，第一颗粒尺寸的荧光粉132与第二颗粒尺寸的荧光粉134例如呈横向分布(水平分布)。然而，在其他实施例中，第一颗粒尺寸的荧光粉132与第二颗粒尺寸的荧光粉134也可呈纵向分布(垂直分布)，即第一颗粒尺寸的荧光粉132也可以分布于第二颗粒尺寸的荧光粉134上方，如图4所示。图4为波长转换元件的另一实施例的局部剖示图。与前述实施例不同的是，本实施例中的第一颗粒尺寸的每一个荧光粉132分布于第二颗粒尺寸的荧光粉134上方。在本实施例中，具有较大颗粒尺寸的第一颗粒尺寸的荧光粉132在受到激发光束照射后的激发效果相对较大，而具有较小颗粒尺寸的第二颗粒尺寸的荧光粉134在受到激发光束照射后的激发效果相对较小。本实施例的这种设置方式也可以让波长转换元件100a具备良好的波长转换率。

图5为波长转换元件的基板具有粗糙表面的示意图。请参考图5，为了增加光学膜层120、荧光膜层130与基板110-a之间的附着力，基板110-a还可具有粗糙表面110c。在本实施例中，光学膜层120连接于粗糙表面110c与荧光膜层130之间。在本实施例中，藉由粗糙表面110c，使光学膜层120与基板110-a的结合性可更为紧密，使沿着光学膜层120的外周缘分布的荧光膜层130也可藉由粗糙表面110c而与基板110-a更良好地结合。在本实施例中，粗糙表面110c例如是雾化表面(雾面)或非镜面，其表面粗糙度(surfaceroughness)大于10μm。简单地说，相较于镜面，本实施例中的粗糙表面110c因有较多的接着面积因而可提高整体结构强度。

图6为本发明另一实施例之照明系统中的波长转换元件的示意图。请参考图6，本实施例的波长转换元件100b的构件相关叙述可以由图2a至图5实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。在本实施例中，波长转换元件100b包括基板110-b、光学膜层(未绘示)以及荧光膜层130。基板110-b具有中央区110a以及波长转换区110b，其中波长转换区110b环绕至少部分的中央区110a。光学膜层以及荧光膜层130皆设置于基板110-b的波长转换区110b中，其中荧光膜层130覆盖光学膜层。此外，沿图6所示的c2-c2线段的局部剖示图可参考图3a与图4。在本实施例的波长转换元件100b中，荧光粉的颗粒尺寸至少包括第一颗粒尺寸以及第二颗粒尺寸，且第一颗粒尺寸大于第二颗粒尺寸，其中第一颗粒尺寸的荧光粉132分布于第二颗粒尺寸的荧光粉134之间(among)或上方。在本实施例中，波长转换区110b的两末端之间(between)具有光学作用区110g，光学作用区110g可以是光反射区或光穿透区。在一实施例中，光反射区包括金属、陶瓷及具有反射式镀膜的玻璃的至少其中之一。在一实施例中，光穿透区包括开口及抗反射镀膜玻璃的至少其中之一。

综上所述，本发明的实施例的投影机至少具有下列优点。

一、在波长转换元件的荧光膜层中，藉由将颗粒较大的荧光粉对应激发光束的能量相对较强的区域设置，能够有效地提升波长转换效率。

二、荧光膜层中可以使用不同颗粒尺寸，因此可以放宽对荧光粉的选用标准，在荧光粉的选用上有较大的弹性，所以可以有效节省成本。

三、藉由使基板具有粗糙表面，可以提升形成在基板的粗糙表面上的荧光膜层以及光学膜层与基板之间的结合紧密度。

虽然本发明已以实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当以权利要求书所限定的为准。

附图标记列表

100、100a、100b：波长转换元件

110、110-a、110-b：基板

110a：中央区

110b：波长转换区

110c：粗糙表面

110d：光反射区

110e：环形结构

110f：配重体

110g：光学作用区

120：光学膜层

130：荧光膜层

130a：绿波长转换区段

130b：黄波长转换区段

132：第一颗粒尺寸的荧光粉

134：第二颗粒尺寸的荧光粉

136：连接物质

200：光源

300：照明系统

400：光阀

500：镜头

1000：投影机

c1-c1、c2-c2：线段

l1：激发光束

l2：转换光束

l3：照明光束

l4：影像光束

l5：投影光束