TWI438490B - 光源系統以及使用該光源系統之投影裝置 - Google Patents

Description

光源系統以及使用該光源系統之投影裝置

本發明係關於一種光源系統以及使用該光源系統之投影裝置。更詳細地說，本發明係一種同時具有高亮度與小型化特點之光源系統以及使用該光源系統之投影裝置。

近年來，由於發光二極體(Light Emitting Diode；LED)具有高使用壽命、低使用溫度以及可立即切換開與關以進行操作等優點，因此發光二極體已逐漸取代超高壓水銀燈泡(Ultra High Performance；UHP)作為投影裝置之光源。

然而，由於發光二極體之光源係屬於發散光。因此，於投影裝置中使用發光二極體作為光源時，將因其產生之光線不夠集中，導致投影裝置的顯示畫面之亮度過低。更甚者，若於使用發光二極體作為光源之投影裝置中，進一步使用色輪(color wheel)作為分色裝置，則發光二極體之亮度將會進一步被分散，使得投影裝置的顯示畫面之亮度更為降低。由於投影裝置之光源對於其顯示畫面之亮度有相當直接的影響，因此投影裝置之製造廠商提出了許多提高投影裝置之顯示畫面之亮度的方法。

其中一種常用的方法係利用多個聚光透鏡，將投影裝置之光源所發出的光線集中，使得發散之光線可以藉由許多不同聚光透鏡之設置，達到投影裝置的顯示畫面之亮度的提升。然而，利用此種方式集中光源之光線，亦會於光線經過許多聚光透鏡之過程中，造成光能量之消耗。此外，過多之透鏡設置，亦將會導致投影裝置之體積大幅增加。

另外一種常用的方法則係直接利用多個紅、藍、綠三種發光二極體作為光源，其目的係藉由增加光源數量的方式，提高光源整體之亮度。然而，用以產生綠光之發光二極體，因其製程上的限制，其發光之效率將較其它二種光源(紅及藍)為低。因此，於同時使用多個紅、藍、綠三種發光二極體時，必須特別注意其配置，以避免因不同顏色之光源的強度不同，而造成顯示畫面之色彩不均之問題。再者，若於投影裝置中配置過多數量的光源，將會造成能源之浪費以及散熱之困難。

綜上所述，要如何使得投影裝置同時具有較高效率之光源系統以及較小之體積，並同時能夠減少能源的浪費以及避免顯示畫面之色彩不均的問題，此為業界仍亟需努力之目標。

本發明之主要目的在於提供一種投影裝置，其包含一成像系統以及一光源系統。該光源系統包含一光線導引模組、一發光模組以及一波長轉換元件。該光線導引模組具有一第一側以及一第二側。該發光模組用以產生一第一光線、一第二光線、一第三光線以及一第四光線。該波長轉換元件設置於該光線導引模組之第二側，係用以接收該第二光線以及該第四光線，並根據該第二光線以及該第四光線產生一第五光線。該第二光線以及該第四光線係藉由該光線導引模組被導引至該波長轉換元件；該第一光線、該第三光線以及該第五光線則藉由該光線導引模組被導引至該第一側。

綜上所述，本發明之光源系統可將光源進行最佳化之利用，以提高使用本發明之光源系統的投影裝置之顯示畫面的亮度並減少其色彩不均之問題。與此同時，使用本發明之光源系統的投影裝置還能夠避免因過於複雜的光源組件之配置，而造成能源之過度使用或投影裝置之體積增加的問題。

在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，所屬技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其它目的、優點以及本發明之技術手段及實施態樣。

以下將透過實施方式來解釋本發明內容，本發明係關於一種光源系統以及使用該光源系統之投影裝置。投影裝置可以是數位光處理(Digital Light Processing；DLP)投影顯示器或是液晶(Liquid Crystal Display；LCD)投影顯示器等具有投影顯示功能之設備。需說明者，在下述的實施例以及附圖中，關於實施方式之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以直接限制本發明，同時，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件均已省略而未繪示；且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。

本發明之第一實施例如第1圖所示，其係為一投影裝置1，其包含一光源系統11以及一成像系統12。投影裝置1之光源系統11用以產生光線，並將光線輸出至成像系統12，俾成像系統12藉由光線顯示一投影畫面。

光源系統11包含由複數個光源111、112、113、114組成之一發光模組、一波長轉換元件115、一光線導引模組116、複數個第一透鏡1171、1172、1173、1174、複數個第二透鏡1181、1182以及一均光模組119。為簡明起見，光源111、112、113、114分別以第一光源111、第二光源112、第三光源113以及第四光源114稱之。光線導引模組116則具有一第一側1161、一第二側1162，其包含一第一分色元件1163以及一第二分色元件1164。

於本實施例中，第一光源111以及第二光源112係藍光發光二極體，其分別用以產生屬於藍光之第一光線1110以及第二光線1120；第三光源113係紅光發光二極體，用以產生屬於紅光之第三光線1130；第四光源114係紫外光發光二極體，用以產生屬於紫外光之第四光線1140。而第一分色元件1163以及第二分色元件1164係以一序列方式設置。波長轉換元件115上則具有一為綠色螢光體(green phosphor)之轉換物質。均光模組119可為一積分柱(Integrating Rod)以及一透鏡陣列組其中之一。

在此需特別說明的是，均光模組119以及成像系統12實質上係設置於光線導引模組116之第一側1161，波長轉換元件115實質上則設置於光線導引模組116之第二側1162。同時，本發明並不限定均光模組119係一積分柱或是一透鏡陣列組。所屬技術領域具有通常知識者亦可直接藉由具有均光功能之任何其它元件，輸出光源投射之光線，故在此不再贅述。

進一步來說，本實施例中所述之第一分色元件1163係用以反射藍光，第二分色元件1164則用以反射紫外光以及紅光。據此，當屬於藍光之第一光線1110藉由第一透鏡1171集中至第一分色元件1163後，屬於藍光之第一光線1110將直接被反射至光線導引模組116之第一側1161，並透過第二透鏡1181集中至均光模組119，俾第一光線1110投射至成像系統12。

同樣地，當屬於紅光之第三光線1130藉由第一透鏡1173集中投射至第二分色元件1164後，屬於紅光之第三光線1130將直接被反射至光線導引模組116之第一側1161，並透過第二透鏡1181集中至均光模組119，俾第三光線1130投射至成像系統12。在此需特別說明的是，屬於紅光之第三光線1130被反射至光線導引模組116之第一側1161的過程中，將經過第一分色元件1163，但第一分色元件1163係用以反射藍光，並無反射紅光的能力；因此，屬於紅光之第三光線1130可直接穿透第一分色元件1163，並透過第二透鏡1181集中至均光模組119。

利用與上述相似之原理，當屬於藍光之第二光線1120藉由第一透鏡1172集中投射至第一分色元件1163後，屬於藍光之第二光線1120將直接被反射至光線導引模組116之第二側1162，並透過第二透鏡1182集中至波長轉換元件115。在此需特別說明的是，屬於藍光之第二光線1120被反射至光線導引模組116之第二側1162的過程中，將經過第二分色元件1164，但第二分色元件1164係用以反射紫外光以及紅光，並無反射藍光的能力；因此，屬於藍光之第二光線1120便可直接穿透第二分色元件1164，並透過第二透鏡1182集中至波長轉換元件115。

同樣地，當屬於紫外光之第四光線1140藉由第一透鏡1147集中投射至第二分色元件1164後，第四光線1140將直接被反射至光線導引模組116之第二側1162，並透過第二透鏡1182集中至波長轉換元件115。

當波長轉換元件115接收到屬於藍光之第二光線1120以及屬於紫外光之第四光線1140之後，將透過轉換物質，將其轉換為屬於綠光之第五光線1150。隨後，波長轉換元件115所產生屬於綠光之第五光線1150，將透過第二透鏡1181、1182，經由光線導引模組116集中至均光模組119。在此需特別說明的是，屬於綠光之第五光線1150經由光線導引模組116被集中至均光模組119的過程中，將經過第一分色元件1163以及第二分色元件1164，但第一分色元件1163係用以反射藍光，並無反射綠光的能力，且第二分色元件1164係用以反射紫外光以及紅光，亦無反射綠光的能力；因此，屬於綠光之第五光線1150便可往光導引模組116之第一側1161之方向，直接穿透第二分色元件1164以及第一分色元件1163，並透過第二透鏡1181集中至均光模組119。

最後，均光模組119將屬於藍光之第一光線1110、屬於紅光之第三光線1130以及屬於綠光之第五光線1150輸出至成像系統12，俾成像系統12藉由前述之第一光線1110、第三光線1130以及第五光線1150顯示一投影畫面。

本發明之第二實施例如第2圖所示，其係為一投影裝置2，其包含一光源系統21以及一成像系統22。投影裝置2之光源系統21用以產生光線，並將光線輸出至成像系統22，俾成像系統22藉由光線顯示一投影畫面。

光源系統21包含由複數個光源211、212、213、214組成之一發光模組、一波長轉換元件215、一光線導引模組216、複數個第一透鏡2171、2172、複數個第二透鏡2181、2182以及一均光模組219。為簡明起見，光源211、212、213、214分別以第一光源211、第二光源212、第三光源213以及第四光源214稱之。光線導引模組216則具有一第一側2161、一第二側2162，其包含一第一分色元件2163以及一第二分色元件2164。

於本實施例中，第一光源211以及第二光源212係藍光發光二極體，其分別用以產生屬於藍光之第一光線2111以及第二光線2121；第三光源213係紅光發光二極體，用以產生屬於紅光之第三光線2131；第四光源214係紫外光發光二極體，用以產生屬於紫外光之第四光線2141。而第一分色元件2163以及第二分色元件2164係以一十字(X-plate)方式交叉設置。波長轉換元件215上則具有一為綠色螢光體(green phosphor)之轉換物質。均光模組219可為一積分柱(Integrating Rod)以及一透鏡陣列組其中之一。

在此需特別說明的是，均光模組219以及成像系統22實質上係設置於光線導引模組216之第一側2161，波長轉換元件215實質上則設置於光線導引模組216之第二側2162。同時，本發明並不限定均光模組219係一積分柱或是一透鏡陣列組。所屬技術領域具有通常知識者亦可直接藉由具有集光功能之任何其它元件，輸出光源投射之光線，故在此不再贅述。

進一步來說，本實施例中所述之第一分色元件2163係用以反射藍光，第二分色元件2164則用以反射紫外光以及紅光。據此，當屬於藍光之第一光線2111藉由第一透鏡2171集中至第一分色元件2163後，屬於藍光之第一光線2111將直接被反射至光線導引模組216之第一側2161，並透過第二透鏡2181集中至均光模組219，俾第一光線2111投射至成像系統22。在此需特別說明的是，屬於藍光之第一光線2111被反射至光線導引模組216之第二側2162的過程中，將經過第二分色元件2164，但第二分色元件2164係用以反射紫外光以及紅光，並無反射藍光的能力；因此，屬於藍光之第一光線2111便可直接穿透第二分色元件2164，並透過第二透鏡2182集中至波長轉換元件215。

同樣地，當屬於紅光之第三光線2131藉由第一透鏡2172集中投射至第二分色元件2164後，屬於紅光之第三光線2131將直接被反射至光線導引模組216之第一側2161，並透過第二透鏡2181集中至均光模組219，俾第三光線2131投射至成像系統22。在此需特別說明的是，屬於紅光之第三光線2131被反射至光線導引模組216之第一側2161的過程中，將經過第一分色元件2163，但第一分色元件2163係用以反射藍光，並無反射紅光的能力；因此，屬於紅光之第三光線2131可直接穿透第一分色元件2163，並透過第二透鏡2181集中至均光模組219。

利用與上述相似之原理，當屬於藍光之第二光線2121藉由第一透鏡2172集中投射至第一分色元件2163後，屬於藍光之第二光線2121將直接被反射至光線導引模組216之第二側2162，並透過第二透鏡2182集中至波長轉換元件215。在此需特別說明的是，屬於藍光之第二光線2121被反射至光線導引模組216之第二側2162的過程中，將經過第二分色元件2164，但第二分色元件2164係用以反射紫外光以及紅光，並無反射藍光的能力；因此，屬於藍光之第二光線2121便可直接穿透第二分色元件2164，並透過第二透鏡2182集中至波長轉換元件215。

同樣地，當屬於紫外光之第四光線2141藉由第一透鏡2171集中投射至第二分色元件2164後，第四光線2141將直接被反射至光線導引模組216之第二側2162，並透過第二透鏡2182集中至波長轉換元件215。在此需特別說明的是，屬於紫外光之第四光線2141被反射至光線導引模組216之第一側2161的過程中，將經過第一分色元件2163，但第一分色元件2163係用以反射藍光，並無反射紫外光的能力；因此，屬於紫外光之第四光線2141可直接穿透第一分色元件2163，並透過第二透鏡2181集中至均光模組219。

當波長轉換元件215接收到屬於藍光之第二光線2121以及屬於紫外光之第四光線2141之後，將透過轉換物質，將其轉換為屬於綠光之第五光線2150。隨後，波長轉換元件215所產生屬於綠光之第五光線2150，將透過第二透鏡2181、2182，經由光線導引模組216集中至均光模組219。在此需特別說明的是，屬於綠光之第五光線2150經由光線導引模組216被集中至均光模組219的過程中，將經過第一分色元件2163以及第二分色元件2164，但第一分色元件2163係用以反射藍光，並無反射綠光的能力，且第二分色元件2164係用以反射紫外光以及紅光，亦無反射綠光的能力；因此，屬於綠光之第五光線2150便可往光導引模組216之第一側2161之方向，直接穿透第一分色元件2163以及第二分色元件2164，並透過第二透鏡2181集中至均光模組219。

最後，均光模組219將屬於藍光之第一光線2111、屬於紅光之第三光線2131以及屬於綠光之第五光線2150輸出至成像系統22，俾成像系統22藉由前述之第一光線2111、第三光線2131以及第五光線2150顯示一投影畫面。

綜上所述，本發明之光源系統能夠在最小之體積使用下，利用獨立之藍光發光二極體、紅光發光二極體以及具有綠色螢光物質之波長轉換元件，取代使用單一光源投射至色輪之方式，因此，便能有效地增加光源之強度。更者，藉由本發明之光源系統，其透過紫外光發光二極體、藍光發光二極體以及具綠色螢光物質之波長轉換元件間之作用，藉以代替綠光發光二極體產生綠光，進而提升綠光之光源強度，則習知光源系統因使用綠光發光二極體而導致綠色發光效率低落之問題將不復存在。如此一來，透過本發明之光源系統，將能大幅改善習知投影裝置中所存在之問題。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

1．．．投影裝置

11．．．光源系統

111．．．第一光源

1110．．．第一光線

112．．．第二光源

1120．．．第二光線

113．．．第三光源

1130．．．第三光線

114．．．第四光源

1140．．．第四光線

115．．．波長轉換元件

1150．．．第五光線

116．．．光源導引模組

1161．．．第一側

1162．．．第二側

1163．．．第一分色元件

1164．．．第二分色元件

1171．．．第一透鏡

1172．．．第一透鏡

1173．．．第一透鏡

1174．．．第一透鏡

1181．．．第二透鏡

1182．．．第二透鏡

119．．．均光模組

12．．．成像系統

2．．．投影裝置

21．．．光源系統

211．．．第一光源

2111．．．第一光線

212．．．第二光源

2121．．．第二光線

213．．．第三光源

2131．．．第三光線

214．．．第四光源

2141．．．第四光線

215．．．波長轉換元件

2150．．．第五光線

216．．．光源導引模組

2161．．．第一側

2162．．．第二側

2163．．．第一分色元件

2164．．．第二分色元件

2171．．．第一透鏡

2172．．．第一透鏡

2181．．．第二透鏡

2182．．．第二透鏡

219．．．均光模組

22．．．成像系統

第1圖係本發明第一實施例之投影裝置之示意圖；以及

第2圖係本發明第二實施例之投影裝置之示意圖。

1．．．投影裝置

11．．．光源系統

111．．．第一光源

1110．．．第一光線

112．．．第二光源

1120．．．第二光線

113．．．第三光源

1130．．．第三光線

114．．．第四光源

1140．．．第四光線

115．．．波長轉換元件

1150．．．第五光線

116．．．光源導引模組

1161．．．第一側

1162．．．第二側

1163．．．第一分色元件

1164．．．第二分色元件

1171．．．第一透鏡

1172．．．第一透鏡

1173．．．第一透鏡

1174．．．第一透鏡

1181．．．第二透鏡

1182．．．第二透鏡

119．．．均光模組

12．．．成像系統

Claims (17)

1. 一種光源系統，包含：一光線導引模組，具有一第一側以及一第二側，包含一第一分色元件及一第二分色元件；一發光模組，用以產生一第一光線、一第二光線、一第三光線以及一第四光線；以及一波長轉換元件，係設置於該光線導引模組之第二側，用以接收該第二光線以及該第四光線，並將該第二光線以及該第四光線轉換為一第五光線；其中，該第一光線係藉由該第一分色元件被導引至該第一側，該第二光線係藉由該第一分色元件被導引至該波長轉換元件，該第三光線係藉由該第二分色元件被導引至該第一側，該第四光線係藉由該第二分色元件被導引至該波長轉換元件，以及該第五光線係透過該第一分色元件以及該第二分色元件被導引至該第一側，俾於該第一側之一成像系統接收該第一光線、該第三光線及該第五光線。
2. 如請求項1所述之光源系統，其中該第一分色元件以及該第二分色元件係以一序列方式設置。
3. 如請求項1所述之光源系統，其中該第一分色元件以及該第二分色元件係以一十字方式(X-plate)設置。
4. 如請求項1所述之光源系統，其中該第一光線以及該第二光線係為一藍光，該第三光線係為一紅光，該第四光線係為一紫外光。
5. 如請求項4所述之光源系統，該波長轉換元件更包含： 一轉換物質，用以將該藍光以及該紫外光轉換為該第五光線；其中，該第五光線係為一綠光。
6. 如請求項5所述之光源系統，該發光模組更包含：一第一藍光發光單元，用以產生該藍光；一第二藍光發光單元，用以產生該藍光；一紅光發光單元，用以產生該紅光；以及一紫外光發光單元，用以產生該紫外光。
7. 如請求項6所述之光源系統，其中該第一分色元件可以反射藍光並通過其他色光，而該第二分色元件可以反射紫外光及紅光並通過其他色光。
8. 如請求項1所述之光源系統，更包含一均光模組，係設置於該光線導引模組之第一側。
9. 如請求項8所述之光源系統，其中該均光模組係為一積分柱(Integrating Rod)及一透鏡陣列組其中之一。
10. 一種投影裝置，包含：一成像系統；以及一光源系統，包含：一光線導引模組，具有一第一側以及一第二側，其中該成像系統係設置於該光線導引模組之第一側；一發光模組，用以產生一第一光線、一第二光線、一第三光線以及一第四光線；以及一波長轉換元件，係設置於該光線導引模組之第二側，用以接收該第二光線以及該第四光線，並將該第二 光線以及該第四光線轉換為一第五光線；其中，該第一光線係藉由該第一分色元件被導引至該成像系統，該第二光線係藉由該第一分色元件被導引至該波長轉換元件，該第三光線係藉由該第二分色元件被導引至該成像系統，該第四光線係藉由該第二分色元件被導引至該波長轉換元件，以及該第五光線係藉由該第一分色元件以及該第二分色元件被導引至該成像系統。
11. 如請求項10所述之投影裝置，其中該第一分色元件以及該第二分色元件係以一序列方式設置。
12. 如請求項10所述之投影裝置，其中該第一分色元件以及該第二分色元件係以一十字方式設置。
13. 如請求項10所述之投影裝置，其中該第一光線以及該第二光線係為一藍光，該第三光線係為一紅光，該第四光線係為一紫外光。
14. 如請求項13所述之投影裝置，該光源系統之波長轉換元件更包含：一轉換物質，用以將該藍光以及該紫外光轉換為該第五光線；其中，該第五光線係為一綠光。
15. 如請求項14所述之投影裝置，該光源系統之發光模組更包含：一第一藍光發光單元，用以產生該藍光；一第二藍光發光單元，用以產生該藍光；一紅光發光單元，用以產生該紅光；以及一紫外光發光單元，用以產生該紫外光。
16. 如請求項15所述之投影裝置，其中該第一分色元件可以反射藍光並通過其他色光，而該第二分色元件可以反射紫外光及紅光並通過其他色光。
17. 如請求項14所述之投影裝置，其中該轉換物質係選自一綠色螢光體(green phosphor)。