波长转换元件及投影机的制作方法

1.本发明关于一种光学元件及投影机，且特别关于一种波长转换元件及具有此波长转换元件的投影机。


背景技术：

2.在固态照明(solid state illumination,ssi)投影机的装置中，光源可为激光(laser)，荧光轮(phosphor wheel)位于光源模块的照明光束的传递路径上，蓝色激光光源透过透镜投射在荧光轮的光转换区，以便激发出黄色光源，而达成合光的目的。一般来说，荧光轮上的温度会传导至铝合金材质的高导热基板上，借此可散发荧光轮激发时所产生的热量。然而，高导热率的基板的制作成本高，因此较不适于量产。再者，高导热率的基板的硬度也较高，因此加工性较差。
[0003]“背景技术”段落只是用来帮助了解本

技术实现要素：
，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发明一个或多个实施例所要解决的问题，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
[0004]
本发明提供一种波长转换元件，其具有较佳的散热能力，可提高光学反应效率。本发明还提供一种投影机，其包括上述的波长转换元件，具有较佳的投影品质及产品竞争力。
[0005]
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。
[0006]
为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种波长转换元件，包括基板、波长转换层、反射层以及导热层。波长转换层设置于基板上。反射层设置于基板上，且位于基板与波长转换层之间。导热层设置于基板上，其中导热层的至少一部分位于基板与反射层之间。
[0007]
为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的另一实施例提出一种投影机，包括发光单元、波长转换元件、光阀以及投影镜头。发光单元用于发射照明光束。波长转换元件配置于照明光束的传递路径上。波长转换元件包括基板、波长转换层、反射层以及导热层。波长转换层设置于基板上。反射层设置于基板上，且位于基板与波长转换层之间。导热层设置于基板上，其中导热层的至少一部分位于基板与反射层之间。光阀配置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。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，用于将影像光束投射出去。
[0008]
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的波长转换元件的设计中，导热层的至少一部分位于基板与反射层之间，借此可增加波长转换元件的导热率，进而可提高波长转换元件的光学反应效率。此外，采用本发明的波长转换元件的投影机，则可具有较佳的投影品质及产品竞争力。
附图说明
[0009]
图1a为本发明的一实施例的一种投影装置的示意图。
[0010]
图1b为图1a的投影装置的波长转换元件的剖面示意图。
[0011]
图2至图16绘示为本发明的多个实施例的波长转换元件的剖面示意图。
具体实施方式
[0012]
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。
[0013]
图1a为本发明的一实施例的一种投影装置的示意图。请参考图1a，在本实施例中，投影机10包括发光单元100、波长转换元件200a、光阀300以及投影镜头400。发光单元100用于发射照明光束l1，波长转换元件200a配置于照明光束l1的传递路径上。光阀300配置于照明光束l1的传递路径上，用于将照明光束l1转换成影像光束l2。投影镜头400配置于影像光束l2的传递路径上，用于将影像光束l2投射出去。
[0014]
详细来说，本实施例所使用的发光单元100例如包含激光二极管(laser diode，ld)，例如激光二极管阵列(laser diode bank)。具体而言，依实际设计上符合体积要求的光源皆可实施，本发明并不限于此。光阀300例如包含液晶覆硅板(liquid crystal on silicon panel，lcos panel)、数字微镜元件(digital micro-mirror device,dmd)等反射式光调变器。在一实施例中，光阀300例如包含透光液晶面板(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)等穿透式光调变器，但本实施例对光阀300的型态及其种类并不加以限制。光阀300将照明光束l1转变成影像光束l2的方法，其详细步骤及实施方式可以由所属技术领域的通常知识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。另外，投影镜头400例如包括屈光度相同或不同的一个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400也可以包括平面光学镜片，以反射或穿透方式将来自光阀300的影像光束l2投射出投影机10。于此，本实施例对投影镜头400的型态及其种类并不加以限制。
[0015]
图1b为图1a的投影装置的波长转换元件的剖面示意图。请参考图1b，在本实施例中，波长转换元件200a包括基板210a、波长转换层220a、反射层230a以及导热层240a。波长转换层220a与反射层230a皆设置于基板210a上，且反射层230a位于基板210a与波长转换层220a之间。导热层240a设置于基板210a上，其中导热层240a的至少一部分位于基板210a与反射层230a之间。在图1b所示实施例中，导热层240a直接接触基板210a，且直接接触反射层230a，在此情形中，波长转换层220a于激发时所产生的热能可经由反射层230a、导热层240a而传递至基板210a。如图1b所示，导热层240a在基板210a上的正投影小于基板210a且完全重叠于反射层230a于基板210a上的正投影以及波长转换层220a于基板210a上的正投影。举例而言，导热层240a在基板210a上的正投影的面积小于基板210a的面积。然而，本发明不限于此。
[0016]
在一些实施例中，基板210a例如是散热基板，其材质例如是铝，但不局限于此。导热层240a包括导热材料与填充材料。导热材料的导热系数例如介于200w/m.k至5000w/m.k之间。进一步来说，导热材料在常温下可为固态，其例如为石墨烯、金刚石、银、铜、铝、黄金、碳化硅或上述材料的组合。填充材料在常温下可为非固态，其例如是二氧化硅胶体、二氧化锆胶体、硅氧树脂、环氧树脂、陶瓷树脂、硅氧烷、硅溶胶、硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐、硼酸盐、或上述材料的组合，但不局限于此。导热材料与填充材料两者混合形成导热层涂料，经固化程序使导热层涂料中的填充材料固化，而形成导热层240a。由于上述的导热材料的导热率比一般导热基板的导热率高约20倍，因此导热层240a可达到高导热的效果。借此，本实施例无须采用已知的高成本高导热率的基板，亦可避免高导热基板因硬度过高所导致的加工性困难等问题。
[0017]
在本实施例中，由于导热层240a的至少一部分位于基板210a与反射层230a之间，因此可增加基板210a的导热效果。借此，可提升波长转换元件200a的导热率，进而可提高波长转换元件200a的光学转换效率。如此，采用本实施例的波长转换元件200a的投影机10，则可具有较佳的投影品质及产品竞争力。
[0018]
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
[0019]
图2绘示为本发明的一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图1b以及图2，本实施例的波长转换元件200b与图1b的波长转换元件200a相似，两者的差异在于：波长转换元件200b的导热层240b在基板210a上的正投影大于反射层230a于基板210a上的正投影。具体来说，本实施例的导热层240b在基板210a上的正投影完全重叠于基板210a，且反射层230a于基板210a上的正投影完全重叠于波长转换层220a于基板210a上的正投影。也就是说，导热层240b分布在整面的基板210a上，借此可额外的将热能扩散至非波长转换区，再传导至基板210a。也就是说，可增加传导至基板210a上的面积，进而提升导热效果。
[0020]
图3绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图2以及图3，本实施例的波长转换元件200c与图2的波长转换元件200b相似，两者的差异在于：在平行于波长转换层220a的激发光的光轴的方向d上，导热层240c延伸且覆盖反射层230c的侧面s。具体来说，本实施例的导热层240c接触波长转换层220a的底面b，且导热层240c于基板210a上的正投影完全重叠于波长转换层220a于基板210a上的正投影。
[0021]
在本实施例中，由于导热层240c可直接接触波长转换层220a的底面b，因而可将波长转换层220a于激发时所产生的热能较直接的传递至基板210a，可具有较佳的导热效果。此外，由于导热层240c亦可直接接触反射层230c的侧面s，因此反射层230c累积的热能亦可由侧边导向基板210a，进而可提升波长转换元件200c的导热效果。
[0022]
图4绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图3以及图4，本实施例的波长转换元件200d与图3的波长转换元件200c相似，两者的差异在于：本实施例的导热层240d在基板210a上的正投影完全重叠于基板210a。由于导热层240d分布在整面的基板210a上，借此可额外的将热能扩散至非波长转换区，再传导至基板210a。也就是说，可增加传导至基板210a上的面积，进而提升导热效果。
[0023]
图5绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图1b
以及图5，本实施例的波长转换元件200e与图1b的波长转换元件200a相似，两者的差异在于：本实施例的导热层240e在基板210a上的正投影大于反射层230c于基板210a上的正投影及波长转换层220e于基板210a上的正投影。具体来说，在平行于波长转换层220e的激发光的光轴的方向d上，导热层240e延伸且覆盖反射层230e的第一侧面s1以及波长转换层220e的第二侧面s2。也就是说，导热层240e可分布在波长转换层220e的第二侧面s2，因而使得波长转换层220e于激发时所产生的热能可直接传导致基板210a上，可具有较佳的导热效果。此外，由于导热层240e可直接接触反射层230c的第一侧面s1，因此反射层230c累积的热能亦可由侧边导向基板210a，进而可提升波长转换元件200e的导热效果。
[0024]
图6绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图5以及图6，本实施例的波长转换元件200f与图5的波长转换元件200e相似，两者的差异在于：本实施例的导热层240f于基板210a上的正投影完全重叠于基板210a。由于导热层240f分布在整面的基板210a上，借此可额外的将热能扩散至非波长转换区，再传导至基板210a。也就是说，可增加传导至基板210a上的面积，进而提升导热效果。
[0025]
图7绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图1b以及图7，本实施例的波长转换元件200g与图1b的波长转换元件200a相似，两者的差异在于：本实施例的基板210g包括基材212与表面处理层214g，其中表面处理层214g的至少一部分位于导热层240a与基材212之间。此处，基材212的材质例如是铝，而表面处理层214g为多孔性材料，其具有非平滑表面及反射性质，较佳的材质为氧化铝，可由基材212本身的材料经氧化而得之，但不局限于此。具体来说，本实施例的表面处理层214g于基材212上的正投影小于基材212，且表面处理层214g于基材212上的正投影完全重叠于导热层240a于基材212上的正投影。表面处理层214g于基材212上的正投影亦完全重叠于反射层230a于基材212上的正投影以及波长转换层220a于基材212上的正投影。
[0026]
在本实施例中，由于表面处理层214g具有反射性质，因此可将反射层230a漏掉的激发光或受激光反射，提高光利用效率，且有助于与其接触的层体的固定效果。导热层240a经涂布形成于表面处理层214g上时，可填补表面处理层214g表面上及内部，亦可增加表面处理层214g的导热效果，使波长转换层220a于激发时所产生的热能更容易地传递至基板210g。
[0027]
图8绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图7以及图8，本实施例的波长转换元件200h与图7的波长转换元件200g相似，两者的差异在于：在平行于波长转换层220a的激发光的光轴的方向d上，导热层240c延伸且覆盖反射层230c的侧面s且接触波长转换层220a的底面b。具体来说，导热层240c于基材212上的正投影完全重叠于波长转换层220a于基材212上的正投影。
[0028]
在本实施例中，由于导热层240c可直接接触波长转换层220a的底面b，因而可将波长转换层220a于激发时所产生的热能直接传递至基板210g，可具有较佳的导热效果。此外，由于导热层240c可直接接触反射层230c的侧面s，因此反射层230c累积的热能亦可由侧边导向基板210g，进而可提升波长转换元件200h的导热效果。
[0029]
图9绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图7以及图9，本实施例的波长转换元件200i与图7的波长转换元件200g相似，两者的差异在于：本实施例的基板210i包括基材212与表面处理层214i，其中表面处理层214i于基材212上的正
投影完全重叠于基材212。如此，导热层240a于基材212上的正投影小于基材212且完全重叠于反射层230a于基材212上的正投影以及波长转换层220a于基材212上的正投影。
[0030]
图10绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图9以及图10，本实施例的波长转换元件200j与图9的波长转换元件200i相似，两者的差异在于：在平行于波长转换层220a的激发光的光轴的方向d上，导热层240c延伸且覆盖反射层230c的侧面s且接触波长转换层220a的底面b。具体来说，导热层240c于基材212上的正投影小于基材212，且导热层240c于基材212上的正投影完全重叠于波长转换层220a于基材212上的正投影。
[0031]
在本实施例中，由于导热层240c可直接接触波长转换层220a的底面b，因而可将波长转换层220a于激发时所产生的热能直接传递至基板210i，可具有较佳的导热效果。此外，由于导热层240c可直接接触反射层230c的侧面s，因此反射层230c累积的热能亦可由侧边导向基板210i，进而可提升波长转换元件200j的导热效果。
[0032]
图11绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图9以及图11，本实施例的波长转换元件200k与图9的波长转换元件200i相似，两者的差异在于：本实施例的表面处理层214i于基材212上的正投影完全重叠于基材212，且完全重叠于导热层240i于基材212上的正投影。具体来说，反射层230a于基材212上的正投影小于基材212且完全重叠于波长转换层220a于基材12上的正投影。由于导热层240i分布在整面的基板210i上，借此可额外的将热能扩散至非波长转换区，再传导至基板210i。也就是说，可增加传导至基板210i上的面积，进而提升导热效果。
[0033]
图12绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图11以及图12，本实施例的波长转换元件200l与图11的波长转换元件200k相似，两者的差异在于：在平行于波长转换层220a的激发光的光轴的方向d上，导热层240l延伸且覆盖反射层230c的侧面s且接触波长转换层220a的底面b。具体来说，波长转换层220a于基材212上的正投影小于导热层240l于基材212上的正投影，且波长转换层220a于基材212上的正投影大于反射层230c于基材212上的正投影。
[0034]
图13绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图7以及图13，本实施例的波长转换元件200m与图7的波长转换元件200g相似，两者的差异在于：在平行于波长转换层220e的激发光的光轴的方向d上，导热层240e延伸且覆盖反射层230c的第一侧面s1以及波长转换层220e平行于激发光光轴的第二侧面s2。具体来说，本实施例的表面处理层214g于基材212上的正投影小于基材212且完全重叠于导热层240e于基材212上的正投影。在此情形中，导热层240e可分布在波长转换层220e的第二侧面s2，使得波长转换层220e于激发时所产生的热能可直接传导致基板210g上，可具有较佳的导热效果。此外，由于导热层240e可直接接触反射层230c的第一侧面s1，因此反射层230c累积的热能亦可由侧边导向基板210g，进而可提升波长转换元件200m的导热效果。
[0035]
图14绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图13以及图14，本实施例的波长转换元件200n与图13的波长转换元件200m相似，两者的差异在于：本实施例的基板210i包括基材212与表面处理层214i，其中表面处理层214i于基材212上的正投影完全重叠于基材212，且导热层240e于基材212上的正投影小于基材212。
[0036]
图15绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图14
以及图15，本实施例的波长转换元件200o与图14的波长转换元件200n相似，两者的差异在于：本实施例的表面处理层214i于基材212上的正投影完全重叠于基材212，且完全重叠于导热层240o于基材212上的正投影。由于导热层240o分布在整面的基板210i上，借此可额外的将热能扩散至非波长转换区，再传导至基板210i。也就是说，可增加传导至基板210i上的面积，进而提升导热效果。
[0037]
图16绘示为本发明的另一实施例的一种波长转换元件的剖面示意图。请参考图1b以及图16，本实施例的波长转换元件200p与图1b的波长转换元件200a相似，两者的差异在于：本实施例的波长转换元件200p还包括黏着层250，设置于基板210a上，且位于波长转换层220a与反射层230a之间。值得一提的是，为了增加波长转换层与反射层之间的结合力，亦可于图1b至图15中自行增设图16中的黏着层250，此仍属于本发明所欲保护的范围。
[0038]
综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的波长转换元件的设计中，导热层的至少一部分位于基板与反射层之间，借此可增加波长转换元件的导热率，进而可提高波长转换元件的光学反应效率。此外，采用本发明的波长转换元件的投影机，则可具有较佳的投影品质及产品竞争力。
[0039]
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及发明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。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的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的权利范围。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。
[0040]
附图标记说明：
[0041]
10：投影机
[0042]
100：发光单元
[0043]
200a、200b、200c、200d、200e、200f、200g、200h、200i、200j、200k、200l、200m、200n、200o、200p：波长转换元件
[0044]
210a、210g、210i：基板
[0045]
212：基材
[0046]
214g、214i：表面处理层
[0047]
220a、220e：波长转换层
[0048]
230a、230c：反射层
[0049]
240a、240b、240c、240d、240e、240f、240i、240o：导热层
[0050]
250：黏着层
[0051]
300：光阀
[0052]
400：投影镜头
[0053]
b：底面
[0054]
d：方向
[0055]
l1：照明光束
[0056]
l2：影像光束
[0057]
s：侧面
[0058]
s1：第一侧面
[0059]
s2：第二侧面。