波长转换模块与投影装置的制作方法

1.本发明是有关于一种光学模块及投影装置，且特别是有关于一种波长转换模块及具有此波长转换模块的投影装置。


背景技术：

2.目前，投影装置的发展趋势为追求更高的亮度以适用于各种环境。荧光色轮是雷射投影装置亮度的来源，因此荧光色轮需具备高发光效率、高耐热性以及需承受高能量的雷射功率。
3.习知在高雷射功率使用的荧光色轮，主要为将混合有机胶的荧光粉烧结于无机材料上，例如陶瓷或玻璃，而制成无机荧光片。然而，无机荧光片需使用有机胶将其贴附于反射层或散热基板上，故荧光色轮仍受限于有机胶的耐温性、穿透率及导热率。例如，有机胶的可见光的穿透率须大于90％，但具高穿透率的有机胶的导热系数皆小于0.5w/mk，故荧光片受雷射光激发时产生的热能，会因有机胶导热较差而使热量较难传导至散热基板，使荧光片温度较高，进而使荧光片的激发效率及光机亮度下降。此外，有机胶耐温受限于300℃以内，对于长时间承受高功率雷射能量产生的热累积可能使其胶体劣化而使荧光色轮可靠度有疑虑。
4.或者，习知使用陶瓷基板烧结漫反射层及荧光片，但因陶瓷基板需具有高导热系数，故选择性小。目前常用的陶瓷散热基板的材质为aln(氮化铝，aluminum nitride)，但于aln基板上烧结漫反射层及荧光片时，因为荧光片及漫反射层的热膨胀系数与aln基板的热膨胀系数差异太大，因此极易发生附着性不佳、裂纹等现象。
[0005]“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本领域技术人员所知道的习知技术。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本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
[0006]
本发明提供一种波长转换模块，其可具有较佳的结构可靠度。
[0007]
本发明还提供一种投影装置，其包括上述的波长转换模块，具有较佳的投影品质及产品竞争力。
[0008]
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。
[0009]
为达上述之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模块，包括陶瓷基板、陶瓷中间层、陶瓷反射层以及波长转换层。陶瓷中间层配置于陶瓷基板上。陶瓷反射层配置于陶瓷中间层上。陶瓷中间层的热膨胀系数介于陶瓷基板的热膨胀系数与陶瓷反射层的热膨胀系数之间。波长转换层配置于陶瓷反射层上。
[0010]
为达上述之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投影装置，包括照明系统、光阀以及投影镜头。照明系统用以提供照明光束，照明系统包括光源
模块以及波长转换模块。光源模块用以提供激发光束。波长转换模块配置于激发光束的传递路径上，用以将激发光束转换为照明光束，波长转换模块包括陶瓷基板、陶瓷中间层、陶瓷反射层以及波长转换层。陶瓷中间层配置于陶瓷基板上。陶瓷反射层配置于陶瓷中间层上。陶瓷中间层的热膨胀系数介于陶瓷基板的热膨胀系数与陶瓷反射层的热膨胀系数之间。波长转换层配置于陶瓷反射层上用以接收激发光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，用以将照明光束转换为影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，用以将影像光束投射出投影装置。
[0011]
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模块的设计中，陶瓷中间层配置于陶瓷基板与陶瓷反射层之间，且陶瓷中间层的热膨胀系数介于陶瓷基板的热膨胀系数与陶瓷反射层的热膨胀系数之间。藉此，陶瓷中间层能够避免陶瓷基板与陶瓷反射层之间因热膨胀系数差异过大而分离或产生间隙，进而能够提升陶瓷基板与陶瓷反射层之间的附着性，从而达到延长波长转换模块的寿命及提升波长转换模块的结构可靠度。此外，采用本发明波长转换模块的投影装置，则可具有较佳的投影品质及产品竞争力。
[0012]
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，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
[0013]
图1为本发明的一实施例的一种投影装置的示意图。
[0014]
图2为图1的投影装置的波长转换元件的剖面示意图。
[0015]
图3为本发明的另一实施例的波长转换元件的剖面示意图。
具体实施方式
[0016]
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一优选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，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
[0017]
图1是依照本发明的一实施例的一种投影装置的示意图。请参考图1，在本实施例中，投影装置10包括照明系统20、光阀30以及投影镜头40。照明系统20用于提供照明光束l1，其中照明系统20包括光源模块25以及波长转换模块100a。光源模块25用于提供激发光束l’。波长转换模块100a配置于激发光束l’的传递路径上，用于将激发光束l’转换为转换光束。此处，照明光束l1包括激发光束l’与转换光束。光阀30配置于照明光束l1的传递路径上，用以将照明光束l1转换成影像光束l2。投影镜头40配置于影像光束l2的传递路径上，用以将影像光束l2投射出投影装置10。波长转换模块100a例如是荧光轮(phosphor wheel)，以重复性地进入激发光束l’的传递路径上。
[0018]
详细来说，本实施例所使用的光源模块25例如是雷射二极体(laser diode，ld)，例如是雷射二极体阵列(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30例如是液晶覆硅板(liquid crystal on silicon panel，lcos panel)、数位微镜元件(digital micro-mirror device,dmd)等反射式光调变
器。在一实施例中，光阀30例如是透光液晶面板(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30的型态及其种类并不加以限制。光阀30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本领域公知常识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。另外，投影镜头40例如包括具有屈光度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40也可以包括平面光学镜片，以反射或穿透方式将来自光阀30的影像光束l2转换成投影光束并投射出投影装置10。于此，本实施例对投影镜头40的型态及其种类并不加以限制。
[0019]
图2为图1的投影装置的波长转换元件的剖面示意图。请参考图2，在本实施例中，波长转换模块100a包括陶瓷基板110、陶瓷中间层120、陶瓷反射层130以及波长转换层140。陶瓷中间层120配置于陶瓷基板110上。陶瓷反射层130配置于陶瓷中间层120上。陶瓷中间层120的热膨胀系数介于陶瓷基板110的热膨胀系数与陶瓷反射层130的热膨胀系数之间。在本实施例中，陶瓷基板110的热膨胀系数例如为4x10-6/℃，而陶瓷中间层120的热膨胀系数例如为5.5x10-6/℃，且陶瓷反射层130的热膨胀系数例如为7x10-6/℃。波长转换层140配置于陶瓷反射层130上。
[0020]
藉由上述设计，陶瓷中间层120能够避免陶瓷基板110与陶瓷反射层130之间因热膨胀系数差异过大而分离或产生间隙。再者，陶瓷中间层120能够调整陶瓷基板110与陶瓷反射层130的烧结匹配性，以增加陶瓷基板110与陶瓷反射层130的附着性。此外，陶瓷中间层120能够保护陶瓷基板110，避免陶瓷基板110在高温高湿环境下产生水解现象，而使陶瓷基板110上的接着物脱落。因此，本实施例的波长转换模块100a具有较长的使用寿命及较高的可靠度。
[0021]
进一步来说，本实施例的陶瓷基板110的材质例如是氮化铝。陶瓷中间层120与陶瓷反射层130的材质例如为陶瓷或玻璃，其中陶瓷的材质例如为氧化硅或氧化铝，且玻璃的材质例如为非晶质结构的氧化硅，但不以此为限。陶瓷中间层120与陶瓷反射层130可由具不同物理性质的至少两种陶瓷材料混合形成，例如氧化硅混合氧化铝，或者陶瓷中间层120与陶瓷反射层130也可由具不同晶体结构的氧化硅混合形成。在本实施例中，波长转换模块100a的层叠结构皆由无机材料所制成，因此，本实施例的波长转换模块100a具有耐温性、导热性、光效率及可靠度。
[0022]
更进一步来说，陶瓷中间层120与陶瓷反射层130分别包括多个陶瓷颗粒p，陶瓷颗粒p例如为陶瓷粉末，且其材质例如为氧化硅、氧化铝、氧化锆或氮化硼。陶瓷颗粒p的每一个的粒径例如是介于0.1微米至5微米。在本实施例中，陶瓷中间层120中的陶瓷颗粒p与陶瓷中间层120的体积比小于在陶瓷反射层130中的陶瓷颗粒p与陶瓷反射层130的体积比。具体而言，陶瓷中间层120中的陶瓷颗粒p与陶瓷中间层120的体积比例如是介于0％至20％。陶瓷反射层130中的陶瓷颗粒p与陶瓷反射层130的体积比例如是介于40％至70％。在本实施例中，陶瓷中间层120对可见光波段的反射率小于陶瓷反射层130对可见光波段的反射率。
[0023]
如图2所示，在本实施例中，陶瓷中间层120的第一厚度t1小于陶瓷反射层130的第
二厚度t2。具体而言，陶瓷中间层120的第一厚度t1例如是介于0.1微米至50微米，且陶瓷反射层130的第二厚度t2例如是介于0.08毫米至0.2毫米。在本实施例中，陶瓷基板110的厚度t3例如是介于0.3毫米至1毫米，且波长转换层140的厚度t4例如是介于0.08毫米至0.25毫米。
[0024]
在本实施例中，波长转换层140包括多个荧光颗粒142，荧光颗粒142的材质例如为钇铝石榴石。荧光颗粒的每一个的粒径例如是介于10微米至35微米。具体而言，波长转换层140中，荧光颗粒与波长转换层140的体积比例如是介于40％至70％。
[0025]
在制作上，本实施例的波长转换模块100a可以藉由依序将陶瓷中间层120、陶瓷反射层130及波长转换层140烧结于陶瓷基板110上而制成。具体而言，先将无机材料混合低浓度的陶瓷粉末p涂布于陶瓷基板110上，进行高温烧结后形成陶瓷中间层120。此处，浓度低的陶瓷粉末p指的是其体积浓度相对于陶瓷反射层130的陶瓷粉末p的体积浓度低。接着，将无机材料混合具有高反射率的陶瓷粉末p涂布于上述陶瓷中间层120的表面，进行高温烧结后形成陶瓷反射层130。此处，高反射率指的是对于可见光波段的反射率大于90％，且具有高反射率的陶瓷粉末p的材质例如为氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化硅。最后，将无机材料混合波长转换材料涂布于上述陶瓷反射层130的表面，进行高温烧结后形成波长转换层140。波长转换材料的材质例如为钇铝石榴石。
[0026]
在本实施例中，无机材料例如是陶瓷。然而，在其他实施例中，无机材料也可以是玻璃。由于陶瓷或玻璃等无机材料具有高耐热性，因此其烧结温度可以大于500度。此外，在本实施例中，陶瓷中间层120的烧结温度大于等于陶瓷反射层130的烧结温度，且陶瓷反射层130的烧结温度大于等于波长转换层140的烧结温度。
[0027]
简言之，本实施例的波长转换模块100a是透过陶瓷中间层120来避免陶瓷基板110与陶瓷反射层130之间因热膨胀系数差异过大而分离或产生间隙，因此能够提升陶瓷基板110与陶瓷反射层130之间的附着性，从而达到延长波长转换模块100a的寿命及提升波长转换模块100a的结构可靠度。此外，采用本实施例的波长转换模块100a的投影装置10，则可具有较佳的投影品质及产品竞争力。
[0028]
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。
[0029]
图3为本发明的另一实施例的波长转换元件的剖面示意图。请同时参考图2及图3，本实施例的波长转换元件100b与图2的波长转换元件100a相似，两者的差异在于：本实施例的波长转换模块100b还包括抗反射膜150，其中抗反射膜150例如由纳米等级的氧化硅与氧化钛所制成。抗反射膜150配置于波长转换层140上，且波长转换层140位于抗反射膜150与陶瓷反射层130之间。
[0030]
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模块的设计中，陶瓷中间层配置于陶瓷基板与陶瓷反射层之间，且陶瓷中间层的热膨胀系数介于陶瓷基板的热膨胀系数与陶瓷反射层的热膨胀系数之间。藉此，陶瓷中间层能够避免陶瓷基板与陶瓷反射层之间因热膨胀系数差异过大而分离或产生间隙，进而能够提升陶瓷基板与陶瓷反射层之间的附着性，从而达到延长波长转换模块的寿命及提升波长转换模块的结构可靠度。此外，采用本发明波长转换模块的投影装置，则可具有较佳的投影品
质及产品竞争力。
[0031]
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，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，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，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。
[0032]
附图标记说明
[0033]
10:投影装置
[0034]
20:照明系统
[0035]
25:光源模块
[0036]
30:光阀
[0037]
40:投影镜头
[0038]
100a、100b:波长转换模块
[0039]
110:陶瓷基板
[0040]
120:陶瓷中间层
[0041]
130:陶瓷反射层
[0042]
140:波长转换层
[0043]
142:荧光颗粒
[0044]
150:抗反射膜
[0045]
l’:激发光束
[0046]
l1:照明光束
[0047]
l2:影像光束
[0048]
p:陶瓷颗粒
[0049]
t1:第一厚度
[0050]
t2:第一厚度
[0051]
t3:厚度
[0052]
t4:厚度。