CN104683775B - 蓝光合成方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓝光合成方法及***，所述蓝光合成方法包括以下步骤：提供一蓝光激光；在蓝光激光的光路径配置一波长转换元件，部分的蓝光激光激发波长转换元件而发出一经调制波长的蓝光；将未经调制波长的蓝光激光与经调制波长的蓝光进行混光。本发明能产生符合Rec.709规范的蓝色光源，同时符合IEC‑60825‑1激光产品标准安全规范。

Description

蓝光合成方法及***

技术领域

本发明涉及一种光合成方法及***，特别涉及一种蓝光合成方法及***。

背景技术

投影仪产生色彩画面需要红蓝绿（RGB）三原色互相搭配比例，一般而言，可通过白平衡计算来预估各颜色所需的成分比例，其中，蓝光的比例对于白平衡色坐标位置与色温点影响甚巨。若以红、绿、蓝三色混光讨论，仅需约10%以内的蓝光比例，即可达到一般常用的白平衡规格，剩下的90%比例则主要是由红光与绿光组成。因此，换个角度说，蓝光成分的多少，决定了投影仪白画面的亮度。

不同于传统灯泡（Lamp）结合滤镜或是搭配蓝光LED的蓝色光源，激光投影仪一般是使用蓝光激光作为主要蓝色光源。然而，若以上述蓝光激光作为投影仪的蓝色光源，整个投影仪能显示的色域无法涵盖Rec.709的标准色域而降低了色彩丰富度。再者，由于蓝色光源的成分是以蓝光激光为主，随着产品规格的提升，激光的瓦数也随之增加，高亮度的产品势必会面临残余激光过多，而无法符合激光产品安全规范的问题。

因此，如何提供一种蓝光合成方法及***，将合成后的蓝光作为蓝色光源，可使得***显示的色彩涵盖Rec.709的标准色域，并且能符合激光产品的安全规范已成为重要课题之一。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种可符合Rec.709规范并同时符合IEC-60825-1激光产品标准安全规范的蓝色光源的蓝光合成方法及***。

为达上述目的，依据本发明的一种蓝光合成方法，其包括以下步骤：提供一蓝光激光；在蓝光激光的光路径配置一波长转换元件，部分的蓝光激光激发波长转换元件而发出一经调制波长的蓝光；将未经调制波长的蓝光激光与经调制波长的蓝光进行混光。

在一实施例中，进行混光步骤前还包括一步骤：对未经调制波长的蓝光激光进行强度衰减或部分滤除。

在一实施例中，波长转换元件具有一透光区。波长转换材料配置于透光区以外的区域。

在一实施例中，蓝光激光部分通过透光区，部分经波长转换材料调制波长而为经调制波长的蓝光。

在一实施例中，波长转换元件包括一色轮。

在一实施例中，波长转换材料包括荧光材料、磷光材料、或其组合。

在一实施例中，荧光材料包括硅氧化合物。

在一实施例中，蓝光激光的波长为445nm至448nm，该经调制波长的蓝光的主要发光波长为460nm±5nm。

为达上述目的，依据本发明的一种蓝光合成***，其包括：一发光源、一波长转换元件以及一光学元件组。发光源用以提供一蓝光激光。波长转换元件配置于蓝光激光的一光路径。光学元件组构成光路径。部分的蓝光激光激发波长转换元件而发出一经调制波长的蓝光。将未经调制波长的蓝光激光与经调制波长的蓝光进行混光。

在一实施例中，光学元件组包括一滤光片，用以滤除蓝光激光，且经调制波长的蓝光穿透滤光片。

在一实施例中，光学元件组包括一衰减片，用以衰减蓝光激光，且经调制波长的蓝光穿透衰减片。

在一实施例中，光学元件组包括一分光镜，用以反射蓝光激光，且经调制波长的蓝光穿透分光镜。

在一实施例中，波长转换元件具有一透光区。波长转换材料配置于透光区以外的区域。

在一实施例中，蓝光激光部分通过透光区，部分经波长转换材料调制波长而为经调制波长的蓝光。

在一实施例中，波长转换元件包括一色轮。

在一实施例中，波长转换材料包括荧光材料、磷光材料、或其组合。

在一实施例中，荧光材料包括硅氧化合物。

在一实施例中，蓝光激光的波长为445nm至448nm。经调制波长的蓝光的主要发光波长为460nm±5nm。

本发明的有益效果在于，综上所述，本发明的蓝光合成方法及***，通过部分蓝光激光激发出经调制波长的蓝光，并将部分蓝光激光与经调制波长的蓝光进行混光，以产生符合Rec.709规范的蓝色光源，同时符合IEC-60825-1激光产品标准安全规范。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的一种蓝光合成方法的步骤流程图。

图2为荧光频谱图。

图3A及图3B为波长转换元件的示意图。

图4A为蓝光激光频谱图。

图4B为蓝光激光、衰减片及滤光片的频谱图。

图4C为混光蓝光频谱图。

图5为本发明较佳实施例的一种蓝光合成***的示意图。

图6为本发明较佳实施例的另一种蓝光合成***的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、2：蓝光合成***

11、21：发光源

12、22：波长转换元件

13、23：光学元件组

131、132：透镜

133：滤光片/衰减片

14、24：积分柱

231：分光镜

232：反射镜

A：透光区

L：光路径

L1：路径

L2：路径

S、R：区域

S102、S104、S105、S106：步骤

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的一种蓝光合成方法及***，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

图1为本发明较佳实施例的一种蓝光合成方法的步骤流程图。请参考图1所示，蓝光合成方法包括以下步骤：提供一蓝光激光（S102）；在蓝光激光的光路径配置一波长转换元件，部分的蓝光激光激发波长转换元件而发出一经调制波长的蓝光（S104）；将未经调制波长的蓝光激光与经调制波长的蓝光进行混光（S106）。本发明的蓝光合成方法可适用但不限制为照明***、投影仪、显示器或其他光学装置，本实施例是以激光投影仪为例。

于步骤S102中，提供蓝光激光的方式，可以是通过气体激光器、固体激光器、光纤激光器或半导体激光器等发光源提供，本发明不作限制。在本实施例中，由于蓝光激光除了作为激发光源以外，另有混光的用途。目前市面上的激光器所提供的蓝光激光中，其波长大多介于445nm～448nm之间，而为了降低混光的成本，因此本实施例所选用的蓝光激光，其波长即是介于445nm～448nm之间。如此一来，可不用特制提供特定波长的激光器，故可降低成本。当然，本发明并不限定其蓝光激光的波长范围，以能够混出所需要的混光蓝光为主要考虑。

在步骤S104中，在蓝光激光的光路径配置一波长转换元件，部分的蓝光激光激发波长转换元件而发出一经调制波长的蓝光。波长转换元件具有波长转换材料，较佳是一色轮。在本实施例中，当蓝光激光射向波长转换元件并且打在波长转换材料上时，波长转换材料会被激发出光。而本实施例中，波长转换材料所激发出的光是以蓝光为主，其主要波长为460nm±5nm，可根据不同波长的调制需求对应选用不同波长的材料。在实施上，当使用波长为445nm的蓝光激光时，为了有效降低蓝光激光的残余量（即更能符合激光产品安全规范）则可以使用波长为460nm的波长转换材料。于此，相较于现有技术使用绿色荧光粉（主波长约在550nm）或是青色荧光粉（主波长约在490nm）来混光，本实施例使用的波长转换元件（主波长460nm±5nm）可有效降低蓝光激光需求量。

另外，转换材料可以是荧光材料、磷光材料、或其组合。在本实施例中，可以采用荧光材料实现，其主要成分包括硅氧化合物。而本实施例的荧光材料，其主要波长为460nm，其激发出的荧光频谱图如图2所示。

在本实施例中，波长转换元件可具有一透光区，其可以是一透明的实体例如是玻璃，也可以是一通孔，只要能达到透光效果即可，在此不作限制。在其他实施例中，波长转换材料可以是配置于上述透光区以外的区域。请参考图3A及图3B，分别为本实施例的波长转换元件12及波长转换元件22的示意图，并以色轮为例。如图3A所示，在波长转换元件12的区域R配置波长转换材料，使得蓝光激光（区域S为入射的蓝光激光的截面示意）穿透波长转换元件12的区域R时，虽然全部蓝光激光均会打在波长转换材料上，但其中部分的蓝光激光会激发波长转换材料产生调制后的蓝光，而部分蓝光激光则不会被波长转换材料所吸收，将直接穿透出射波长转换材料，并且波长不会改变。而如图3B所示的波长转换元件22，由于激光具有方向性，也即光束的平行度高，因此当蓝光激光（区域S为入射的蓝光激光的截面示意）射向透光区A的边缘时，部分的蓝光激光会穿透透光区A而透出，而未穿透透光区A的部分蓝光激光会打在具有波长转换材料的区域R上而激发出光。在本实施例中，被激发出的光为蓝光，较佳为蓝光荧光。

图4A为蓝光激光频谱图，请参考图4A所示。由于蓝光激光在激发波长转换元件的过程中，部分蓝光激光穿透透光区，因此穿透透光区而进行混光的蓝光激光，其所具有的能量相较于完整蓝光激光的能量低，从而符合IEC-60825-1激光产品标准安全规范（蓝光激光的能量值，其瓦数依实际应用需求而有不同规范，例如须小于5mW或2mW）。而在部分实施例中，未经调制波长的蓝光激光，仍具有较高的能量，而无法达到IEC-60825-1激光产品标准安全规范，因此在进行混光步骤之前，可对未经调制波长的蓝光激光进行强度衰减或部分滤除，即步骤S105。在本实施例中，于蓝光激光的光路径上配置一滤光片，其用以滤除部分的蓝光激光，例如滤除60%的蓝光激光，并且滤光片可滤除的波长范围是设计在445nm～448nm之间。如此一来，本实施例的滤光片仅可滤除部分的蓝光激光，而不会滤除主要波长为460nm±5nm的蓝光荧光。值得一提的是，本实施例的滤光片也可以衰减片替代。类似地，衰减片可衰减的波长范围是设计在445nm～448nm之间，以衰减部分的蓝光激光，例如衰减60%的蓝光激光，并且不会衰减主要波长为460nm±5nm的蓝光荧光。于此，滤除或衰减后的蓝光激光，其具有的能量较低，进而符合IEC-60825-1激光产品标准安全规范。上述滤光片/衰减片的频谱图的设计即如图4B所示，其为蓝光激光、衰减片及滤光片的频谱图，其中滤光片/衰减片可将多余的蓝光激光的能量去除。

接着进入步骤S106，将未经调制波长的蓝光激光与经调制波长的蓝光进行混光。如上所述，本实施例是以部分蓝光激光作为激发光源，以将波长转换元件的波长转换材料激发出蓝光荧光。而部分穿透透光区的蓝光激光则与激发出的蓝光荧光进行混光，并将混光后的混光蓝光作为本实施例激光投影仪的蓝色光源。由于本实施例是以波长为445nm～448nm的蓝光激光与主要波长为460nm±5nm的蓝光荧光进行混光，因此上述混光蓝光即为符合Rec.709规范的蓝光。其中混光蓝光的频谱如图4C所示。

总括来说，本实施例通过激光器提供蓝光激光，以及将部分蓝光激光激发出蓝光荧光，并且以未作为激发的部分蓝光激光与蓝光荧光进行混光，其混光后的蓝光即为本实施例的激光投影仪的蓝色光源。由于蓝光激光与蓝光荧光的波长为特定范围之间，因此通过上述蓝光合成后的混光蓝光即为符合Rec.709规范的蓝光。另外，部分实施例通过滤光片或衰减片的设计，以滤除或衰减部分的蓝光激光，进而降低蓝光激光的能量，以符合IEC-60825-1激光产品标准安全规范。

图5为本发明较佳实施例的一种蓝光合成***的示意图。请参考图5，上述较佳实施例的蓝光合成方法，可由本实施例的蓝光合成***1配合应用。在本实施例中，蓝光合成***1包括一发光源11、一波长转换元件12、一光学元件组13以及一积分柱（integratorrod）14。其中，发光源11及波长转换元件12（参照图3A）如上述实施例所述，于此不再赘述。

在本实施例中，蓝光激光具有光路径L。光学元件组13构成光路径L，其包含多个透镜131、132以及一滤光片/衰减片133。其中，滤光片/衰减片133配置于透镜131及透镜132之间，并且发光源11配置于透镜131相对于滤光片/衰减片133的另一侧，而波长转换元件12则配置于透镜131与发光源11之间。另外，本实施例经由蓝光激光激发出经调制波长的蓝光，其路径以符号L1表示，并以蓝光荧光为例。积分柱（integrator rod）14接收混光后的蓝光，并将其作为激光投影仪的蓝色光源。须注意的是，由于经调制波长的蓝光（例如蓝光荧光）不一定如同激光具有方向性，其可能是发散的形式，以辐射状发光，因此本实施例以符号L1所表示的路径为部分范围的蓝光荧光的路径示意。

本实施例以整体观之，当蓝光激光经由发光源11发出后，射入波长转换元件12以激发出蓝光荧光。接着，如蓝光激光的光路径L与蓝光荧光的路径L1所示，依序经由透镜131、滤光片/衰减片133以及透镜132后聚集混光至积分柱（integrator rod）14。于此，本实施例的蓝光激光激发出蓝光荧光后，此时整个蓝光合成***的频谱包含波长445～448nm的蓝光激光以及主要波长460nm±5nm的蓝光荧光，再经由滤光片/衰减片133，将蓝光激光作部分滤除/衰减。如此一来，最后的混光蓝光即为符合Rec.709规范的蓝光，并且有效降低激光的能量而符合IEC-60825-1激光产品标准安全规范。换句话说，本实施例是以穿透光路的减法式（minus approach）蓝光合成***实现，利用滤光片/衰减片133降低过多的激光能量，以将蓝光激光与蓝光荧光混合成混光蓝光并作为激光投影仪的蓝色光源。

图6为本发明较佳实施例的另一种蓝光合成***的示意图。请参考图6，上述较佳实施例的蓝光合成方法，也可由本实施例的蓝光合成***2配合应用。在本实施例中，蓝光合成***2包括一发光源21、波长转换元件22、一光学元件组23以及一积分柱（integratorrod）24。其中发光源21、波长转换元件22（参照图3B）以及积分柱（integrator rod）24的叙述可参考上述实施例，在此不作赘述。

在本实施例中，波长转换元件22为一色轮，其具有一透光区。请同时参考图3B，其为本实施例的波长转换元件的示意图，并且为光路径L入射方向的视角图。透光区A可以是一透明的实体例如是玻璃，也可以是一通孔，只要能达到透光效果即可，在此不作限制。在本实施例中，透光区A以外的区域（例如区域R）配置有波长转换材料，其被激发出的光是以蓝光为主，且主要波长为460nm±5nm，其中本实施例是以主要波长为460nm的蓝光荧光为例。如图3B所示，区域S为入射的蓝光激光的截面示意。当蓝光激光射向透光区A的边缘时，部分蓝光激光穿透透光区A，而部分蓝光激光则激发出蓝光荧光。在本实施例中，蓝光荧光的路径L1将以蓝光激光的原光路径L2的反方向发出。

请继续参考图6。在本实施例中，光学元件组23包括一分光镜231以及多个反射镜232，分别配置于蓝光激光的光路径L上。分光镜231是用以反射蓝光激光，而经调制波长的蓝光（例如蓝光荧光）会穿透分光镜231。详而言之，本实施例分光镜231的设计，是针对400nm～450nm频段的光进行反射，由于蓝光激光的波长为445nm～448nm，而蓝光荧光的主要波长为460nm±5nm，因此分光镜231可反射蓝光激光，而蓝光荧光会穿过分光镜231。

本实施例以整体观之，当蓝光激光经由发光源21发出而射向分光镜231时，分光镜231将蓝光激光反射至波长转换元件22。当蓝光激光射入波长转换元件22后，部分的蓝光激光穿透透光区，而部分的蓝光激光打在波长转换材料而激发出蓝光荧光，其中蓝光荧光的路径L1将以蓝光激光的原光路径L2的反方向发出并穿透分光镜231至积分柱（integratorrod）24。同时，穿透透光区的部分蓝光激光，如图所示，依序经过三个反射镜232而三次反射后射向分光镜231。分光镜231再将经过反射的蓝光激光反射至积分柱（integrator rod）24，以混合成混光蓝光。于此，本实施例的部分蓝光激光激发出蓝光荧光后，此时整个蓝光合成***的频谱包含波长445～448nm的蓝光激光以及主要波长460nm±5nm的蓝光荧光，而穿透透光区的部分蓝光激光经由多次反射后至积分柱（integrator rod）24以作补回。由于本实施例的蓝光激光其部分作为激发光源，因此部分穿透透光区而补回的蓝光激光，其能量较低。而最后的混光蓝光的频谱即如图4C所示，为符合Rec.709规范的蓝光，并且有效降低激光的能量而符合IEC-60825-1激光产品标准安全规范。换句话说，本实施例是以反射光路的加法式（plus approach）蓝光合成***实现，利用分光镜将蓝光激光与蓝光荧光分开为不同的路径，最后再补足的蓝光激光，以将蓝光激光与蓝光荧光混合成混光蓝光并作为激光投影仪的蓝色光源。

综上所述，本发明的蓝光合成方法及***，通过部分蓝光激光激发出经调制波长的蓝光，并将部分蓝光激光与经调制波长的蓝光进行混光，以产生符合Rec.709规范的蓝色光源，同时符合IEC-60825-1激光产品标准安全规范。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于所附的权利要求中。

Claims (15)

1.一种蓝光合成方法，包括以下步骤：

提供一蓝光激光；

在该蓝光激光的光路径配置一波长转换元件，部分的该蓝光激光激发该波长转换元件而发出一经调制波长的蓝光；以及

将未经调制波长的蓝光激光与该经调制波长的蓝光进行混光；

其中进行混光步骤前，还包括一步骤：对未经调制波长的蓝光激光进行强度衰减或部分滤除。

2.如权利要求1所述的蓝光合成方法，其中该波长转换元件具有一透光区，波长转换材料配置于该透光区以外的区域。

3.如权利要求2所述的蓝光合成方法，其中该蓝光激光部分通过该透光区，部分经波长转换材料调制波长而为该经调制波长的蓝光。

4.如权利要求2所述的蓝光合成方法，其中该波长转换元件包括一色轮。

5.如权利要求2所述的蓝光合成方法，其中波长转换材料包括荧光材料、磷光材料、或荧光材料与磷光材料的组合。

6.如权利要求5所述的蓝光合成方法，其中该荧光材料包括硅氧化合物。

7.如权利要求1所述的蓝光合成方法，其中该蓝光激光的波长为445nm至448nm，该经调制波长的蓝光的主要发光波长为460nm±5nm。

8.一种蓝光合成***，包括：

一发光源，用以提供一蓝光激光；

一波长转换元件，配置于该蓝光激光的一光路径；以及

一光学元件组，构成该光路径，其中该光学元件组包括一滤光片或一衰减片，用以滤除或衰减部分的该蓝光激光；

其中，部分的该蓝光激光激发该波长转换元件而发出一经调制波长的蓝光，将未经调制波长的蓝光激光与该经调制波长的蓝光进行混光，且该经调制波长的蓝光穿透该滤光片或该衰减片。

9.如权利要求8所述的蓝光合成***，其中该光学元件组包括一分光镜，用以反射该蓝光激光，且该经调制波长的蓝光穿透该分光镜。

10.如权利要求8所述的蓝光合成***，其中该波长转换元件具有一透光区，波长转换材料配置于该透光区以外的区域。

11.如权利要求10所述的蓝光合成***，其中该蓝光激光部分通过该透光区，部分经波长转换材料调制波长而为该经调制波长的蓝光。

12.如权利要求10所述的蓝光合成***，其中该波长转换元件包括一色轮。

13.如权利要求10所述的蓝光合成***，其中波长转换材料包括荧光材料、磷光材料、或荧光材料与磷光材料的组合。

14.如权利要求13所述的蓝光合成***，其中该荧光材料包括硅氧化合物。

15.如权利要求8所述的蓝光合成***，其中该蓝光激光的波长为445nm至448nm，该经调制波长的蓝光的主要发光波长为460nm±5nm。