CN101364037A - 灯源装置及应用其的投影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种灯源装置及应用其的投影系统。灯源装置包括一第一光源模块、一第二光源模块及一二色分光元件。第一光源模块具有一第一载板及位于第一载板上的多个第一色发光单元，并用以提供一第一光束。第二光源模块具有一第二载板及位于第二载板上的多个第二色发光单元及多个第三色发光单元，并用以提供一第二光束。二色分光元件具有一第一侧、一第二侧及一出光侧。其中，第一光源模块及第二光源模块分别光学对准于二色分光元件的第一侧及第二侧。其中，此二色分光元件透过混合第一光束及第二光束而于出光侧提供一第三光束。本发明的灯源装置具有新的发光二极管配置方式，使尺寸得以缩小化，且提供更高的流明度以及令人满意的散热性。

Description

灯源装置及应用其的投影系统
技术领域
本发明涉及一种灯源装置及应用其的投影系统，且特别涉及一种发光二极管(light-emitting diodes，LEDs)的灯源装置及应用其的投影系统。
背景技术
现今商品中，投影系统的灯源装置大致可分为多个类型，其一是以金属卤素灯(metal halide lamp)为主的灯源装置，其二是利用超高压汞灯(ultra-highpressure mercury lamp)的灯源装置。然而，这两种灯源装置所使用的材料都具有毒性，且其装置体积较大、色彩饱和度较低与使用寿命都很短。因而，以不含汞、省电、体积小、耐压耐震、色域广、色彩饱和度高、寿命长、免转换器(Inverter)以及启动快速等优点的发光二极管作为灯源的新式投影系统便广受目前市场欢迎。
一般来说，在投影系统中发光二极管灯源可以配置成单光路(1-channeloptical path)以及三光路(3-channel optical path)。请参照图1及图2，图1绘示单光路发光二极管配置的示意图，图2绘示三光路发光二极管配置的示意图。如图1所示，单光路就是将红色发光二极管11、绿色发光二极管12及蓝色发光二极管13设置于相同的方位，使各色的发光二极管11、12及13发光后直接混成并入射到光学引擎(optical engine)15，再由光学引擎15的出光侧15a射出。如图2所示，三光路就是将红色发光二极管21、绿色发光二极管22及蓝色发光二极管23分别设置于不同的方位，使各色的发光二极管21、22及23从三个不同的方向提供光源至光学镜片25，例如为X-Cube，再由光学镜片25的出光侧25a射出。对于单光路的配置而言，其缺点在于，由于各色发光二极管系封装在一起，因而灯源产生的热将会难以消散且亮度较为不足。如图2所示的三光路配置是可以解决单光路的配置的缺点，但是往往会使尺寸较为庞大，且于组装时的对位较为困难。
随着投影系统的尺寸缩小化以及高流明度的需求，发光二极管灯源将更难以维持其优异的散热性。且众所周知的，发光二极管对于温度是很敏感的。所以，目前实亟待发展及设计一种以发光二极管为主，且同时具备高流明度以及令人满意的散热性的灯源装置与投影系统。
发明内容
本发明涉及一种发光二极管(light emitting diodes，LEDs)的灯源装置及应用其的投影系统。本发明的灯源装置具有新的发光二极管配置方式，使尺寸得以缩小化，且提供更高的流明度以及令人满意的散热性。
本发明提出一种灯源装置，此装置包括一第一光源模块、一第二光源模块及一二色分光元件。第一光源模块具有一第一载板及位于第一载板上的多个第一色发光单元，并用以提供一第一光束。第二光源模块具有一第二载板及位于第二载板上的多个第二色发光单元及多个第三色发光单元，并用以提供一第二光束。二色分光元件具有一第一侧、一第二侧及一出光侧。其中，第一光源模块及第二光源模块分别光学对准(optically aligned)于二色分光元件的第一侧及第二侧。其中，此二色分光元件透过混合第一光束及第二光束而于出光侧提供一第三光束。
本发明提出一种投影系统，此投影系统包括一反射式显示面板及一灯源装置。灯源装置用以提供一光束予反射式显示面板。灯源装置包括一第一光源模块、一第二光源模块及一二色分光元件。第一光源模块具有一第一载板及位于第一载板上的多个第一色发光单元，并用以提供一第一光束。第二光源模块具有一第二载板及位于第二载板上的多个第二色发光单元及多个第三色发光单元，并用以提供一第二光束。二色分光元件具有一第一侧、一第二侧及一出光侧。其中，第一光源模块及第二光源模块分别光学对准于二色分光元件的第一侧及第二侧。其中，此二色分光元件透过混合第一光束及第二光束而于出光侧提供一第三光束。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。
附图说明
图1绘示单光路发光二极管配置的示意图。
图2绘示三光路发光二极管配置的示意图。
图3绘示依照本发明一优选实施例的灯源装置的示意图。
图4绘示依照本发明一优选实施例的投影系统的示意图。
附图标记说明
11、12、13、21、22、23：发光二极管
15：光学引擎
15a：光学引擎的出光侧
25：光学镜片
25a：光学镜片的出光侧
100：灯源装置
110、120：光源模块
111、121：载板
113、123、124：发光单元
115、125：聚光元件
130：二色分光元件
130a：二色分光元件的第一侧
130b：二色分光元件的第二侧
130c：二色分光元件的出光侧
200：反射式显示面板
300：预偏振化元件
400：偏振分光元件
500：投影镜头
1000：投影系统
L1、L2、L3、L4、L5：光束
具体实施方式
请参照图3，其绘示依照本发明一优选实施例的灯源装置的示意图。如图3所示，灯源装置100包括一第一光源模块110、一第二光源模块120及一二色分光元件130。
第一光源模块110具有一第一载板111及位于第一载板111上的多个第一色发光单元113，并用以提供一第一(非偏振)光束L1。第二光源模块120具有一第二载板121及位于第二载板121上的多个第二色发光单元123及多个第三色发光单元124，并用以提供一第二(非偏振)光束L2。并且，第一光源模块110及第二光源模块120各别包括一聚光元件115及125，其各别地毗邻于第一光源模块110的发光单元113及第二光源模块120的发光单元123及124。聚光元件115及125分别用以收敛光源模块110及120所提供的第一光束L1及第二光束L2，并用以使第一光束L1及第二光束L2成为实质上均匀的光束。此外，优选且非限定地，本发明适用的聚光元件115及125例如是一复合抛物面聚光器(compound parabolic concentrator，CPC)。然而，聚光元件115及125也可以是由许多个聚光零件所组成的聚光器。
二色分光元件130具有一第一侧130a、一第二侧130b及一出光侧130c。其中，第一光源模块110及第二光源模块120分别光学对准(optically aligned)于二色分光元件130的第一侧130a及第二侧130b。并且，二色分光元件130透过混合第一光束L1及第二光束L2而于出光侧130c提供一第三(非偏振)光束L3。
在本实施例中，是以第一色发光单元113为绿色发光二极管，第二色发光单元123为红色发光二极管，第三色发光单元124为蓝色发光二极管作说明。如此，第一光束L1是一绿色光束，第二光束L2则为红色光束与蓝色光束混成的紫色光束，由第一光束L1及第二光束L2混成的第三光束L3实质上为一白色光束。优选地，绿色、红色及蓝色发光二极管的比例为2:1:1，由此产生前述的白色光束。
此外，本发明适用的二色分光元件130例如包括一二色分光镜(dichroicmirror)131，其使第一光束L1穿透，并用以反射第二光束L2，由此使第一光束L1及第二光束L2于相同方向上传播，即如图3中第三光束L3的方向。按图3中二光路发光二极管的配置，以绿色发光二极管为例的第一色发光单元113独自配置于一光路中以提供一绿色光束，以红色及蓝色发光二极管为例的第二色发光单元123与第三色发光单元124配置于另一光路中以提供一紫色光束。依照第一光源模块110与第二光源模块120的配置方式，二色分光镜131则可选用一种绿/紫色分光镜(Green/Magenta dichroic mirror)。
本发明上述实施例所披露的灯源装置100，在前述尺寸缩小化及高流明度的需求下，可以同时具备高流明度以及令人满意的散热性。其一在于，传统上，欲产生实质上为白色的光束时，绿色、红色及蓝色光以特定比例调合成白色光束，其中又以绿色光的含量为多数，故常以牺牲红色及蓝色光的含量，来产生实质上为白色的光束。相较而言，本发明实施例的二光路配置，是将绿色发光二极管配置于一光路中，红色及蓝色发光二极管配置于另一光路中，并将其中比例控制于2:1:1，来产生实质上为白色的光束。所以，本实施例的二光路发光二极管的配置的流明度是可以比得上传统上三光路配置的流明度。并且，在尺寸缩小化上，本实施例的二光路发光二极管的配置是优于传统三光路配置。其二在于，在尺寸缩小化的同时，欲产生相同流明度的发光二极管配置，分散度高的配置的散热性会优于集中度高的配置的散热性，所以，本实施例的二光路发光二极管的配置的散热性是优于传统单光路配置的散热性。于此除达到如三光路配置般的高流明度之外，也可达到空间上的节省，并且二光路配置于组装对位时较为三光路配置简单。
根据本发明的优选实施例，灯源装置100是可应用于一投影系统中，并提供一光束予一显示元件。其中，显示元件例如是装设在单片式液晶(1-LCD)投影系统、三片式液晶(3-LCD)投影系统、背投式(LCOS)投影系统或数字式(DMD)投影系统中。此中，优选且非限定地，本实施例中使用的显示元件例如是使用一反射式显示面板。然而，具有此技术领域的普通技术人员应当了解于此亦可使用其他的显示元件。
请参照图4，其绘示依照本发明一优选实施例的投影系统的示意图。如图4所示，投影系统1000包括灯源装置100、一反射式显示面板200、一预偏振化元件(pre polarizer)300、一偏振分光元件400及一投影镜头500。于此，因灯源装置100以及光束L1、L2及L3已于图3中做说明，故以下将不再赘述。
如图4所示，预偏振化元件300是对应二色分光元件130的出光侧130c设置，并用以转换第三光束L3成为一第一偏振光束L4。
在图4中，偏振分光元件400是对应预偏振化元件300的一侧设置，并用以接收第一偏振光束L4，以及投射接收的第一偏振光束L4至反射式显示面板200上。同时，反射式显示面板200根据一图像转换第一偏振光束L4成为一第二偏振光束L5，并反射第二偏振光束L5至偏振分光元件400。此外，本发明适用的偏振分光元件400例如是一偏振化分光器(polarization beamsplitter，PBS)，其用以反射第一偏振光束L4至反射式显示面板200。或于另一可选的情况下，偏振化分光器是用以使第一偏振光束L4穿透而到达反射式显示面板200。
在图4中，投影镜头500毗邻于偏振分光元件400，并用以投射第二偏振光束L5，以形成图像。
本发明上述实施例所披露的灯源装置及应用其的投影系统，将灯源装置中不同颜色的发光单元配置为二光路。如此，除了达成令人满意的散热性以及高流明度的需求之外，并也于此达成空间上的节省，使尺寸得以缩小化。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种灯源装置，包括：
一第一光源模块，具有一第一载板及位于该第一载板上的多个第一色发光单元，并用以提供一第一光束；
一第二光源模块，具有一第二载板及位于该第二载板上的多个第二色发光单元及多个第三色发光单元，并用以提供一第二光束；以及
一二色分光元件，具有一第一侧、一第二侧及一出光侧，该第一光源模块及该第二光源模块分别光学对准于该二色分光元件的该第一侧及该第二侧；
其中，该二色分光元件透过混合该第一光束及该第二光束而于该出光侧提供一第三光束。
2.如权利要求1所述的灯源装置，其中该些第一色发光单元为绿色发光二极管，该些第二色发光单元为红色发光二极管，该些第三色发光单元为蓝色发光二极管。
3.如权利要求1所述的灯源装置，其中该第三光束实质上为一白色光束。
4.如权利要求1所述的灯源装置，其中该第一光源模块及该第二光源模块各别包括一聚光元件，该些聚光元件各别毗邻该第一光源模块的该些发光单元及该第二光源模块的该些发光单元，该些聚光元件分别用以收敛该些光源模块所提供的该第一光束及该第二光束，并用以使该第一光束及该第二光束成为实质上均匀的光束。
5.如权利要求4所述的灯源装置，其中各该些聚光元件为一复合抛物面聚光器。
6.如权利要求1所述的灯源装置，其中该二色分光元件还包括一二色分光镜，该二色分光镜使该第一光束穿透，并反射该第二光束，由此使该第一光束及该第二光束于相同方向上传播。
7.如权利要求6所述的灯源装置，其中该二色分光镜为一绿/紫色分光镜。
8.一种投影系统，包括：
一反射式显示面板；以及
一灯源装置，用以提供一光束予反射式显示面板，该灯源装置包括：
一第一光源模块，具有一第一载板及位于该第一载板上的多个第一色发光单元，并用以提供一第一光束；
一第二光源模块，具有一第二载板及位于该第二载板上的多个第二色发光单元及多个第三色发光单元，并用以提供一第二光束；及
一二色分光元件，具有一第一侧、一第二侧及一出光侧，该第一光源模块及该第二光源模块分别光学对准于该二色分光元件的该第一侧及该第二侧；
其中，该二色分光元件透过混合该第一光束及该第二光束而于该出光侧提供一第三光束。
9.如权利要求8所述的投影系统，其中该些第一色发光单元为绿色发光二极管，该些第二色发光单元为红色发光二极管，该些第三色发光单元为蓝色发光二极管。
10.如权利要求8所述的投影系统，其中该第三光束实质上为一白色光束。
11.如权利要求8所述的投影系统，其中该第一光源模块及该第二光源模块各别包括一聚光元件，该些聚光元件各别毗邻该第一光源模块的该些发光单元及该第二光源模块的该些发光单元，该些聚光元件分别用以收敛该些光源模块所提供的该第一光束及该第二光束，并用以使该第一光束及该第二光束成为实质上均匀的光束。
12.如权利要求11所述的投影系统，其中各该些聚光元件为一复合抛物面聚光器。
13.如权利要求8所述的投影系统，其中该二色分光元件还包括一二色分光镜，该二色分光镜使该第一光束穿透，并反射该第二光束，由此使该第一光束及该第二光束于相同方向上传播。
14.如权利要求13所述的投影系统，其中该二色分光镜为一绿/紫色分光镜。
15.如权利要求8所述的投影系统，还包括：
一预偏振化元件，对应该二色分光元件的该出光侧设置，并用以转换该第三光束成为一第一偏振光束。
16.如权利要求15所述的投影系统，还包括：
一偏振分光元件，对应该预偏振化元件的一侧设置，并用以接收该第一偏振光束，以及投射该接收的第一偏振光束至该反射式显示面板上。
17.如权利要求16所述的投影系统，其中该反射式显示面板根据一图像转换该第一偏振光束成为一第二偏振光束，并反射该第二偏振光束至该偏振分光元件。
18.如权利要求17所述的投影系统，其中该偏振分光元件为一偏振化分光器，用以反射该第一偏振光束至该反射式显示面板。
19.如权利要求17所述的投影系统，其中该偏振分光元件为一偏振化分光器，用以使该第一偏振光束穿透而到达该反射式显示面板。
20.如权利要求17所述的投影系统，还包括：
一投影镜头，毗邻该偏振分光元件，并用以投射该第二偏振光束，以形成图像。
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