CN115113465A - 光机模块及投影机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光机模块及投影机。光机模块包含第一光源模块、第二光源模块以及控制器。第一光源模块包含多个固态光发射器。固态光发射器分别配置以产生不同色光。第二光源模块配置以产生荧光。控制器配置以：于第一发光模式中驱动第一光源模块，其中色光配置以混光出第一白光；以及于第二发光模式中驱动第一光源模块与第二光源模块，其中色光与荧光配置以混光出第二白光。

Description

光机模块及投影机

技术领域

本公开涉及一种光机模块以及投影机。

背景技术

近年来，光学投影机已经被应用于许多领域之中，且应用范围也日渐扩大，例如从消费性产品到高科技设备。各种的光学投影机也被广泛应用于学校、家庭和商业场合，以将信号源所提供的显示图案放大，并显示在投影屏幕上。

对于目前利用荧光获得各种色光的投影机来说，在荧光通过彩色滤光片之后通常会遇到两个状况。第一个状况是光利用率较低。若未来彩色滤光片须符合颜色更纯色的规范，则光利用率会更低。第二个状况是光利用率越低代表更多的光将转换成废热，这也会降低荧光色轮在投影机中的效率。

因此，如何提出一种可解决上述问题的光机模块与投影机，已成为当前重要的研发课题之一。

发明内容

有鉴于此，本公开的一个目的在于提出一种可有解决上述问题的光机模块以及投影机。

为了达到上述目的，依据本公开的一实施方式，一种光机模块包含第一光源模块、第二光源模块以及控制器。第一光源模块包含多个固态光发射器。固态光发射器分别配置以产生不同色光。第二光源模块配置以产生荧光。控制器配置以：于第一发光模式中驱动第一光源模块，其中色光配置以混光出第一白光；以及于第二发光模式中驱动第一光源模块与第二光源模块，其中色光与荧光配置以混光出第二白光。

于本公开的一或多个实施方式中，光机模块进一步包含带通滤波元件。固态光发射器中的至少两者与第二光源模块光耦合至带通滤波元件。

于本公开的一或多个实施方式中，固态光发射器为激光二极管，并分别具有不同的发光频谱。带通滤波元件具有反射频谱。反射频谱位于固态光发射器的发光频谱中的相邻两者之间。

于本公开的一或多个实施方式中，荧光的发光频谱涵盖反射频谱。

于本公开的一或多个实施方式中，固态光发射器中的前述至少两者包含绿光激光二极管以及红光激光二极管。

于本公开的一或多个实施方式中，固态光发射器中的前述至少两者包含绿光激光二极管、红光激光二极管蓝光激光二极管。

于本公开的一或多个实施方式中，第二光源模块包含发光单元以及波长转换材料。波长转换材料配置以将发光单元所发射的光转换成荧光。

于本公开的一或多个实施方式中，发光单元与固态光发射器中的一个为蓝光激光二极管。

于本公开的一或多个实施方式中，第二光源模块以固态光发射器中的一个作为发光单元。

于本公开的一或多个实施方式中，第二光源模块进一步包含基板。波长转换材料设置于基板上。

于本公开的一或多个实施方式中，基板为反射式基板。

于本公开的一或多个实施方式中，光机模块进一步包含分色镜。分色镜位于发光单元与基板之间。分色镜配置以供发光单元所发射的光通过，并配置以反射荧光。

于本公开的一或多个实施方式中，基板为透射式基板。

于本公开的一或多个实施方式中，光机模块进一步包含反射器。波长转换材料与基板位于发光单元与反射器之间。反射器配置以反射荧光。

于本公开的一或多个实施方式中，基板具有缺口。缺口配置以供发光单元所发射的光通过。

为了达到上述目的，依据本公开的一实施方式，一种投影机包含前述光机模块以及投影模块。投影模块配置以：于第一发光模式中，基于第一时序依序处理色光；以及于第二发光模式中，基于第二时序依序处理色光与荧光。

于本公开的一或多个实施方式中，投影机进一步包含均匀器。第一光源模块与第二光源模块各别独立地光耦合至均匀器。

综上所述，于本公开的光机模块与投影机中，可产生不同色光的第一光源模块与可产生荧光的第二光源模块经由控制器的控制，即可对应于第一发光模式与第二发光模式分别混光出第一白光与第二白光。由此，本公开的光机模块与投影机即可针对各种发光模式取得各自的最大效益。

以上所述仅用以阐述本公开所欲解决的问题、解决问题的技术手段及其产生的功效等等，本公开的具体细节将在下文的实施方式及相关附图中详细介绍。

附图说明

为让本公开的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1为示出根据本公开一实施方式的投影机的立体图。

图2为示出根据本公开一实施方式的光机模块与均匀器的示意图。

图3为示出根据本公开一实施方式的光机模块所包含元件的功能方块。

图4为示出根据本公开一实施方式的投影机于第一发光模式中的运作示意图。

图5为示出根据本公开一实施方式的投影机于第二发光模式中的运作示意图。

图6为示出根据本公开另一实施方式的光机模块与均匀器的示意图。

图7为示出根据本公开另一实施方式的光机模块与均匀器的示意图。

图8为示出带通滤波元件的波长-反射率曲线图。

图9为示出被带通滤波元件反射的荧光的波长-强度曲线图。

图10为示出通过带通滤波元件的不同色光与被带通滤波元件反射的荧光的波长-强度曲线图。

图11为示出根据本公开另一实施方式的光机模块与均匀器的示意图。

图12为示出根据本公开另一实施方式的光机模块与均匀器的示意图。

图13为示出根据本公开另一实施方式的光机模块与均匀器的示意图。

图14为示出根据本公开另一实施方式的光机模块与均匀器的示意图。

图15A为示出图14中的第二光源模块的部分元件的立体图。

图15B为示出图15A中的结构的另一立体图。

附图标记如下：

100:投影机

110,210,310,410,510,610,710:光机模块

111:第一光源模块

111a,111b,111c:固态光发射器

112,212,312:第二光源模块

112a:发光单元

112b:波长转换材料

112c,212c,312c:基板

113:控制器

114,514:分色镜

115,214,215:反射器

120:均匀器

121:扩散片

122:积分柱

130:投影模块

140:壳体

315:带通滤波元件

R:红光

G:绿光

B:蓝光

P:荧光

H:缺口

具体实施方式

以下将以附图公开本公开的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本公开。也就是说，在本公开部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些公知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式示出。

请参照图1至图3。图1为示出根据本公开一实施方式的投影机100的立体图。图2为示出根据本公开一实施方式的光机模块110与均匀器120的示意图。图3为示出根据本公开一实施方式的光机模块110所包含元件的功能方块。如图1至图3所示，于本实施方式中，投影机100包含光机模块110、均匀器120、投影模块130以及壳体140。光机模块110、均匀器120与投影模块130设置于壳体140内。光机模块110包含第一光源模块111、第二光源模块112以及控制器113。第一光源模块111包含多个固态光发射器111a、111b、111c。固态光发射器111a分别配置以产生不同色光。举例来说，固态光发射器111a配置以产生红光R，固态光发射器111b配置以产生绿光G，固态光发射器111c配置以产生蓝光B。第二光源模块112配置以产生荧光P。控制器113配置以：于第一发光模式中驱动第一光源模块111，其中色光(即红光R、绿光G与蓝光B)配置以混光出第一白光；以及于第二发光模式中驱动第一光源模块111与第二光源模块112，其中色光与荧光P配置以混光出第二白光。

请参照图4，其为示出根据本公开一实施方式的投影机100于第一发光模式中的运作示意图。如图4所示，当投影机100以第一发光模式运作时，光机模块110的控制器113仅驱动第一光源模块111依序发射红光R、绿光G与蓝光B。红光R、绿光G与蓝光B经由均匀器120而抵达投影模块130。均匀器120配置以均匀化红光R、绿光G与蓝光B。投影模块130配置于第一发光模式中，基于第一时序依序处理红光R、绿光G与蓝光B。具体来说，投影模块130配置于第一发光模式中，依序将红光R、绿光G与蓝光B分别投影至预定位置。

请参照图5，其为示出根据本公开一实施方式的投影机100于第二发光模式中的运作示意图。如图5所示，当投影机100以第二发光模式运作时，光机模块110的控制器113会驱动第一光源模块111与第二光源模块112依序发射红光R、绿光G、蓝光B与荧光P。均匀器120配置以均匀化红光R、绿光G、蓝光B与荧光P。投影模块130配置于第二发光模式中，基于第二时序依序处理红光R、绿光G、蓝光B与荧光P。具体来说，投影模块130配置于第二发光模式中，依序将红光R、绿光G、蓝光B与荧光P分别投影至预定位置。由以上说明可知，当投影机100以第一发光模式运作时，由于使用了红光R、绿光G与蓝光B进行混光，因此可表现出高彩度。当投影机100以第二发光模式运作时，由于额外使用了荧光P进行混光，因此不仅可增加亮度，还可提高效率(于下文中将搭配表一与表二详细说明)。

于一些实施方式中，如图2所示，均匀器120包含扩散片121以及积分柱122。前述红光R、绿光G、蓝光B与荧光P依序经由扩散片121与积分柱122而抵达投影模块130。

于一些实施方式中，投影模块130包含数字微型反射镜元件(DigitalMicromirror Device,DMD)，但本公开并不以此为限。

于一些实施方式中，固态光发射器111a、111b、111c分别为红光R激光二极管、绿光G激光二极管以及蓝光B激光二极管，但本公开并不以此为限。

如图2所示，于一些实施方式中，第二光源模块112包含发光单元112a、波长转换材料112b以及基板112c。波长转换材料112b设置于基板112c上。波长转换材料112b配置以将发光单元112a所发射的光转换成荧光P。举例来说，发光单元112a配置以发射蓝光B。波长转换材料112b配置以将蓝光B转换成黄色荧光P。

于一些实施方式中，发光单元112a蓝光激光二极管，而波长转换材料112b包含YAG荧光粉或氮化物荧光粉，但本公开并不以此为限。

如图2所示，于本实施方式中，光机模块110进一步包含分色镜114以及反射器115。分色镜114位于第二光源模块112的发光单元112a与波长转换材料112b之间，且波长转换材料112b位于分色镜114与基板112c之间。于一些实施方式中，如图2所示，分色镜114由玻璃基板以及设置于其表面的分色层所组成。分色镜114配置以供发光单元112a所发射的光线通过，使得此光线抵达波长转换材料112b而被其转换成荧光P。于本实施方式中，基板112c为反射式基板，因此荧光P会被反射回分色镜114。分色镜114还配置将荧光P反射至反射器115。反射器115配置以将荧光P再反射至均匀器120。通过前述光学配置，可以使光路设计紧凑，以有效地缩减光机模块110于投影机100内所占用的空间。

于一些实施方式中，反射器115为反射镜或另一分色镜，但本公开并不以此为限。

于一些实施方式中，基板112c可以是转动式基板或固定式基板。

通过前述光学配置，本实施方式的光机模块110与应用其的投影机100即可针对各种发光模式取得各自的最大效益。以下配合下表一与表二的实验数据进行说明。

下表一为采用一组第一光源模块111的光机模块A与采用两组第一光源模块111的光机模块B于实验中检测出的数据：

表一

	光机模块A	光机模块B
			总亮度(lm)	7770	15540
荧光亮度占比(％)	0	0
			效率(％)	100	100

下表二为本实施方式的采用一组第一光源模块111与一组第二光源模块112的光机模块110于实验中检测出的数据：

表二

需说明的是，表二中各实施方式的光机模块110的效率是以表一中的光机模块A与光机模块B的效率作为基础而换算出的，其中表一与表二中的效率是指光源将所消耗的电能转换成光的效率，通常以光通量(lm/流明)与消耗功率瓦特(Watt)的比值来表示。由上表一与表二可知，本实施方式的光机模块110(即采用一组第一光源模块111与一组第二光源模块112)相较于仅采用一组或两组第一光源模块111的光机模块A、B在亮度介于约7000lm至约20000lm的范围内具有较佳的效率表现(高约5至6％)。另外，由上表一与表二还可知，本实施方式的光机模块110的荧光亮度占比为约40％至约70％，且总亮度可比光机模块B提升约25％至约30％。

请参照图6，其为示出根据本公开另一实施方式的光机模块210与均匀器120的示意图。如图6所示，于本实施方式中，光机模块210包含第一光源模块111、第二光源模块212以及反射器214、215，其中第一光源模块111相同于图2所示的实施方式，因此在此恕不赘述，可参照前述相关介绍。第二光源模块212包含发光单元112a、波长转换材料112b以及基板212c，其中发光单元112a、波长转换材料112b相同于图2所示的实施方式，因此在此恕不赘述，可参照前述相关介绍。本实施方式相较于图2所示的实施方式的差异处，在于本实施方式的第二光源模块212的基板212c为透射式基板，且波长转换材料112b与基板212c位于发光单元112a与反射器214之间。由此，基板212c配置以供发光单元112a所发射的光线通过，使得此光线抵达波长转换材料112b而被其转换成荧光P。荧光P接着依序被反射器214、215反射而抵达均匀器120。通过此光学配置，同样可以使光路设计紧凑，以有效地缩减光机模块210于投影机100内所占用的空间。

于一些实施方式中，反射器214、215中的至少一个为反射镜或分色镜，但本公开并不以此为限。

请参照图7，其为示出根据本公开另一实施方式的光机模块310与均匀器120的示意图。如图7所示，于本实施方式中，光机模块310包含第一光源模块111、第二光源模块112、分色镜114以及带通滤波元件315，其中第一光源模块111、第二光源模块112与分色镜114相同于图2所示的实施方式，因此在此恕不赘述，可参照前述相关介绍。本实施方式相较于图2所示的实施方式的差异处，在于本实施方式是以带通滤波元件315取代图2中的反射器115。另外，相较于图2所示的实施方式中各别独立地光耦合至均匀器120的第一光源模块111与第二光源模块112，本实施方式中的第一光源模块111与第二光源模块112皆光耦合至带通滤波元件315，并经由带通滤波元件315光耦合至均匀器120。通过此光学配置，可以使光路设计更为紧凑，以更进一步缩减光机模块310于投影机100内所占用的空间。

请参照图8以及图9。图8为示出带通滤波元件315的波长-反射率曲线图。图9为示出被带通滤波元件315反射的荧光P’的波长-强度曲线图。如图8所示，实线代表的是带通滤波元件315的波长-反射率曲线，而虚线代表的是由波长转换材料112b所转换的荧光P的波长-强度曲线。因此，当荧光P抵达带通滤波元件315之后，被带通滤波元件315反射的荧光P’即可获得如图9所示的波长-强度曲线。换言之，荧光P的发光频谱涵盖带通滤波元件315的反射频谱，因此荧光P部分地通过带通滤波元件315且部分地被带通滤波元件315反射。

请参照图10，其为示出通过带通滤波元件315的不同色光与被带通滤波元件315反射的荧光P’的波长-强度曲线图。配合图8与图10可知，红光R、绿光G与蓝光B的波长-强度曲线并未与带通滤波元件315的波长-反射率曲线重叠，因此红光R、绿光G与蓝光B可通过带通滤波元件315。并且，红光R、绿光G与蓝光B的波长-强度曲线亦不与被带通滤波元件315反射的荧光P’的波长-强度曲线重叠。换言之，红光R、绿光G与蓝光B具有不同的发光频谱，而带通滤波元件315的反射频谱位于红光R与绿光G的发光频谱之间。由此，被波长转换材料112b所转换的荧光P可通过带通滤波元件315滤出较纯的黄光，以利于扩展由红光R、绿光G、蓝光B与荧光P’所混光出的第二白光的色域。

请参照图11，其为示出根据本公开另一实施方式的光机模块410与均匀器120的示意图。如图11所示，于本实施方式中，光机模块410包含第一光源模块111、第二光源模块212、反射器214以及带通滤波元件315，其中第一光源模块111与带通滤波元件315相同于图7所示的实施方式，而第二光源模块212相同于图6所示的实施方式，因此在此恕不赘述，可参照前述相关介绍。简言之，本实施方式的第二光源模块212的基板212c配置以供发光单元112a所发射的光线通过，使得此光线抵达波长转换材料112b而被其转换成荧光P。荧光P接着依序被反射器214与带通滤波元件315反射(并被滤为荧光P’)而抵达均匀器120。通过此光学配置，同样可以使光路设计更为紧凑，以更进一步缩减光机模块410于投影机100内所占用的空间。

请参照图12，其为示出根据本公开另一实施方式的光机模块510与均匀器120的示意图。如图12所示，于本实施方式中，光机模块510包含第一光源模块111、第二光源模块112、分色镜514以及带通滤波元件315，其中第一光源模块111的固态光发射器111a、111b、第二光源模块112的发光单元112a与带通滤波元件315相同或相似于图7所示的实施方式，因此在此恕不赘述，可参照前述相关介绍。本实施方式相较于图7所示的实施方式的差异处，在于本实施方式的第一光源模块111的固态光发射器111c与第二光源模块112的发光单元112a邻近设置，并远离第一光源模块111的固态光发射器111a、111b。举例来说，第一光源模块111的固态光发射器111c与第二光源模块112的发光单元112a可为设置于同一发光器内的相邻两激光二极管，而第一光源模块111的固态光发射器111a、111b可为设置于另一发光器内的相邻两激光二极管。

本实施方式相较于图7所示的实施方式的另一差异处，在于本实施方式的分色镜514的一部分(例如上半部)具有分光功能。具体来说，分色镜514的此部分配置以供发光单元112a所发射的光线通过，并配置以将被波长转换材料112b转换的荧光P反射至带通滤波元件315。另外，本实施方式的分色镜514的另一部分(例如下半部)不具有分光功能。具体来说，分色镜514的此部分仅配置以供第一光源模块111的固态光发射器111c所发射的光线通过而抵达均匀器120，并无法反射荧光P。通过前述光学配置，同样可以使光路设计更为紧凑，以更进一步缩减光机模块510于投影机100内所占用的空间。

于一些实施方式中，图12中的分色镜514亦可替换为图7中的分色镜114，且第一光源模块111的固态光发射器111c所发射的光线可通过或不通过分色镜114而抵达均匀器120。

请参照图13，其为示出根据本公开另一实施方式的光机模块610与均匀器120的示意图。如图13所示，于本实施方式中，光机模块610包含第一光源模块111、第二光源模块212以及带通滤波元件315，其中第一光源模块111与带通滤波元件315相同于图12所示的实施方式，而第二光源模块212相同于图6所示的实施方式，因此在此恕不赘述，可参照前述相关介绍。简言之，本实施方式的第二光源模块212的基板212c配置以供发光单元112a所发射的光线通过，使得此光线抵达波长转换材料112b而被其转换成荧光P。荧光P接着依序被反射器214与带通滤波元件315反射(并被滤为荧光P’)而抵达均匀器120。另外，固态光发射器111c所发射的光线直接抵达均匀器120。通过此光学配置，同样可以使光路设计更为紧凑，以更进一步缩减光机模块610于投影机100内所占用的空间。

请参照图14、图15A以及图15B。图14为示出根据本公开另一实施方式的光机模块710与均匀器120的示意图。图15A为示出图14中的第二光源模块312的部分元件的立体图。图15B为示出图15A中的结构的另一立体图。于本实施方式中，光机模块710包含第一光源模块111、第二光源模块312、分色镜114以及带通滤波元件315，其中第一光源模块111与带通滤波元件315相同于图12所示的实施方式，因此在此恕不赘述，可参照前述相关介绍。本实施方式相较于图2所示的实施方式的差异处，在于本实施方式的第二光源模块312是以第一光源模块111的固态光发射器111c作为发光单元。本实施方式相较于图2所示的实施方式的另一差异处，在于本实施方式的第二光源模块312的基板312c具有缺口H，且基板312c为转动式基板。另外，缺口H可由例如玻璃的光透射材料填补，以避免基板312c转动时产生气流扰动的噪音。于实际应用中，基板312c可具有不只一个缺口H。当基板312c转动使得其缺口H移动至固态光发射器111c所发射的光线的光路时，此光线会直接通过缺口H而抵达均匀器120。当基板312c转动使得其缺口H移动离开固态光发射器111c所发射的光线的光路时，此光线会先被波长转换材料112b转换成荧光P，再依序被基板312c、分色镜114与带通滤波元件315反射至均匀器120。通过此光学配置，不仅同样可更进一步缩减光机模块710于投影机100内所占用的空间，还可以有效减少光机模块710与投影机100的制造成本。

由以上对于本公开的具体实施方式的详述，可以明显地看出，于本公开的光机模块与投影机中，可产生不同色光的第一光源模块与可产生荧光的第二光源模块经由控制器的控制，即可对应于第一发光模式与第二发光模式分别混光出第一白光与第二白光。由此，本公开的光机模块与投影机即可针对各种发光模式取得各自的最大效益。

虽然本公开已以实施方式公开如上，然而其并不用以限定本公开，本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本公开的保护范围当视随附的权利要求所界定为准。

Claims (17)

1.一种光机模块，包含：

一第一光源模块，包含多个固态光发射器，多个所述固态光发射器分别配置以产生不同色光；

一第二光源模块，配置以产生一荧光；以及

一控制器，配置以：

于一第一发光模式中驱动该第一光源模块，其中多个所述色光配置以混光出一第一白光；以及

于一第二发光模式中驱动该第一光源模块与该第二光源模块，其中多个所述色光与该荧光配置以混光出一第二白光。

2.如权利要求1所述的光机模块，进一步包含：

一带通滤波元件，其中多个所述固态光发射器中的至少两者与该第二光源模块光耦合至该带通滤波元件。

3.如权利要求2所述的光机模块，其中多个所述固态光发射器为激光二极管，并分别具有不同的发光频谱，该带通滤波元件具有一反射频谱，且该反射频谱位于多个所述发光频谱中的相邻两者之间。

4.如权利要求3所述的光机模块，其中该荧光的发光频谱涵盖该反射频谱。

5.如权利要求2所述的光机模块，其中多个所述固态光发射器中的该至少两者包含一绿光激光二极管以及一红光激光二极管。

6.如权利要求2所述的光机模块，其中多个所述固态光发射器的该至少两者包含一绿光激光二极管、一红光激光二极管以及一蓝光激光二极管。

7.如权利要求1所述的光机模块，其中该第二光源模块包含：

一发光单元；以及

一波长转换材料，配置以将该发光单元所发射的光转换成该荧光。

8.如权利要求7所述的光机模块，其中该发光单元与多个所述固态光发射器中的一个为蓝光激光二极管。

9.如权利要求7所述的光机模块，其中该第二光源模块以多个所述固态光发射器中的一个作为该发光单元。

10.如权利要求7所述的光机模块，其中该第二光源模块进一步包含一基板，且该波长转换材料设置于该基板上。

11.如权利要求10所述的光机模块，其中该基板为一反射式基板。

12.如权利要求11所述的光机模块，进一步包含：

一分色镜，位于该发光单元与该基板之间，其中该分色镜配置以供该发光单元所发射的光通过，并配置以反射该荧光。

13.如权利要求10所述的光机模块，其中该基板为一透射式基板。

14.如权利要求13所述的光机模块，进一步包含：

一反射器，其中该波长转换材料与该基板位于该发光单元与该反射器之间，且该反射器配置以反射该荧光。

15.如权利要求10所述的光机模块，其中该基板具有一缺口配置以供该发光单元所发射的光通过。

16.一种投影机，包含：

一如权利要求1至15任一项所述的光机模块；以及

一投影模块，配置以：

于该第一发光模式中，基于一第一时序依序处理多个所述色光；以及

于该第二发光模式中，基于一第二时序依序处理多个所述色光与该荧光。

17.如权利要求16所述的投影机，进一步包含一均匀器，其中该第一光源模块与该第二光源模块各别独立地光耦合至该均匀器。

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