TW200817821A - LED illumination system with polarization recycling - Google Patents

Description

200817821 九、發明說明： 【先前技術】 光學投影儀用於將影像投射至表面上以便於成群 看。先學投影儀包括光學投影儀子系統，該光學投影儀子 糸統包括透鏡、濾光器、偏光器、光源、影像形成裝置及 類似物。吾人希望改良光學效率，然而，現有光引擎限制 了改良光學效率之努力。需要提供一種増強效率之方法及 光學投影子系統。

【發明内容】 本發明揭示-種光引擎。該光引擎提供一偏光之光引擎 影像。 孩光引擎包含一具有一前表面之光源。該前表面包括一 發射非準直光之第一區域及一再利用光之第二區域。該光 引擎包含一集光透鏡。該集光透鏡收集該非準直光且提供 來自該前表面之非完全準直光。該光引擎包含一準直透 鏡。該準直透鏡接收該非完全準直光且提供該前表面之一 準直影像。 該光引擎包含一偏光濾光器。該偏光濾光器接收該前表 面之該準直影像。該偏光濾光器相對於該光引擎之一光軸 為非正交對準的。該偏光濾光器使該準直影像之一偏光部 分作為該偏光之光引擎影像之一直接分量通過。該偏光濾 光器將一再利用影像反射回至該前表面。該前表面提供該 再利用影像作為該偏光之光引擎輸出之一再利用分量。 根據一態樣，該非正交偏光濾光器包含一彎曲的濾光器 123347.doc 200817821 形狀’其具有一相對於該直接分量而移位該再利用分量之 部分的曲率，以增加該偏光之光引擎影像之亮度均勻性。 根據另一態樣’該第一區域包括一發射一相對於一發光二 極體中心而偏心之光學亮度圖案的發光二極體，且該非正 交偏光濾光器經傾斜以改良至該前表面上之該再利用影像 之方向。 【實施方式】 在下文描述之實施例中’一光引擎具有一發射非準直光 之光源前表面。一集光透鏡收集該非準直光且提供非完全 準直光。一準直透鏡接收該非完全準直光且提供一實質上 準直之光束。一非正交偏光濾光器接收準直影像且使該準 直影像之一偏光部分作為一偏光之光引擎影像之一直接分 里通過。該偏光滤光器將一再利用影像反射回至該前表 面。該前表面提供該光引擎影像之一再利用光分量。該前 表面可藉由反射或藉由發磷光或此兩者而提供再利用光。 該光引擎之效率藉由光再利用而增加。該非正交偏光濾光 器具有一相對於該直接分量而移位該再利用分量之一位置 的非正交反射性表面，從而導致光引擎影像之增加的均勻 性。該位置位移補償自光源之前表面之發射的不均勻性或 補償光之準直過程中的缺陷。 偏光再利用對需要來自諸如發光二極體（Led)之非偏光 型源之偏光的應用非常有用。此等應用包括使用透射型液 晶顯不器（LCD)或反射型石夕上液晶弘叫微顯示器或其他 類型之數位成像裝置之投影系統。 ^ 123347.doc 200817821 使用整合至LED光源中之反射偏光器已先前描述於w〇 2004/068602(0uderkirk等人）中。此申請案中揭示了非正交 反射偏光器使用準直光引起偏光再利用。在本發明中，來 自LED之光穿過偏光膜之較大區域且分布在該區域上，從 而降低偏光膜上之強度且使與光譜之藍色部分中之led光 β 相關聯之膜使用壽命效應下降，此為與先前系統相比之優 •點。而且，光之大部分或全部以垂直或幾乎垂直之入射角 入射偏光器’從而導致再利用之較高收集效率。 f ' 如圖1 a、圖1 B所示，再利用反射偏光器沿光軸非正交 地置放在一準直元件之後。在此位置處，被拒絕或"阻斷，， 之偏光狀態沿發射路徑反射回至LED晶粒，該LED晶粒可 塗佈有磷光體或可並不塗佈有磷光體。此光接著被反射或 再吸收。一些被吸收之光刺激磷光體再發射。 將塗佈有磷光體之LED晶粒表示為PLED。PLED之一實 例為一藍色LED，其照明一將藍色波長轉換為紅色及綠色 波長之填光體。藍色激發光之一部分未被磷光體吸收，且 i i - 4剩餘藍色激發光與麟光體所發射之紅光及綠光結合。 PLED之另一實例為紫外線led，其照明一吸收紫外線光 且將其轉換為紅光、綠光及藍光之磷光體。磷光體材料 (其通常為無機組合物且具有在3〇〇至45〇奈米（nan〇nieter) 範圍内之激發波長及在可見光波長範圍内之發射波長）為 此員技術中所七知的。舉例而言，參看ph〇sph〇r Technology

Ltd·，Essex，England所提供之一系列磷光體。磷光體包括 摻雜有稀土之石榴石（諸如，摻雜有鈽之釔鋁石榴石 123347.doc 200817821 jCe’YAG))、摻雜有稀土之矽酸鹽、硫代鎵酸鹽及其他陶 瓷。本文中所用之術語磷光體亦可包括量子點及有機螢光 物貝（包括螢光染料及顏料）。本文中所用之術語磷光體亦 可包括III-V無再發射半導體構造（諸如，〇2/〇2979〇2及 US2002/0139984中所描述之彼等構造）或11_¥1族再發射半 導體構造（諸如，US2006/0124918中所描述之彼等構造）。 本文中所用之術語磷光體亦可包括諸如us 6,337,536&Ep 1363335 A2中所描述之摻雜型半導體層。 再利用反射偏光器之一實例為如us 5,882,774(j⑽以等 人）中所描述之多層光學偏光膜，其中組成該膜之交替層 沿一與該膜正交之方向具有實質上匹配的折射率（亦即， 在層與層之間的Δηζ約為零），使得該膜中之任何給定界面 對Ρ偏光之反射率作為入射角之函數而實質上恆定。此種 反射偏光膜在本文中被稱為”apfm膜。 用如圖4所示之配置之光學系統來進行量測。圖4包括一 光引擎400及一接收一偏光之光引擎影像4〇4之偵測系統 4〇2。偵測系統402包含一偏光器406及一光學偵測器408， 諸如可自Newport Corporation, Irvine，CA購得之。在光引 擎400中，反射偏光膜410被拉緊以確保一平坦的反射性表 面。以0·2 A之驅動電流使用1瓦特（watt)之白色led 412(可自 Philips Lumileds Lighting Company，370 West Trimble Road，San Jose，California 95131 USA購得），其中 LED晶粒之發射表面上具有雄光體塗層。量測具有反射偏 光膜410及不具反射偏光膜410之情況下的光輸出。將反射 123347.doc -10- 200817821 偏光膜410與偏光器4〇6對準以使輸出最大化。圖$展示未 經塗佈之APF膜及在兩個表面上均塗佈有抗反射層之ApF 膜的結果（標準氟化鎂抗反射層以熟習此項技術者已知之 方式真空沈積在APF膜上）。將APF膜用於再利用，量測到 在7.8%至15%之範圍内之光輸出增加。 圖6及圖7說明可用於投影儀應用中之光引擎，該等系統 均與本文中所論述之偏光再利用相容。在每一狀況下，反 射偏光膜602、604較佳定位在光引擎之瞳孔平面614、 616(光在該平面處為準直的）上或靠近該瞳孔平面。每一光 引擎利用一 LED發射體606、608，且用一高指數球形集光 透鏡610、612收集來自該發射體之光並將光整形為一相對 均勻之光斑，其填充目標區域618、620，諸如石夕上液晶 (LCOS)裝置之數位成像裝置係定位在該目標區域處。根據 一態樣，可使用諸如2005年12月30日提出申請之美國申請 案 1 1/322,801，’’LED With Compound Encapsulant Lens，，中 所揭示之集光透鏡610、612。此專透鏡提供短焦距、小f 數（廣角）之光收集能力。圖6及圖7中之投影系統亦包括一 偏光光束分光器（PBS)622、624，為簡單起見，光束分光 器之光路在圖6及圖7中展示為”伸展的”。Pbs 622、624之 入射表面626、628及出射表面630、632可如所示之彎曲以 便為照明系統提供光功率。圖6之系統使用一費淫 (Fresnel)透鏡634及一在球形透鏡610與PBS 622之間的平 凸透鏡L2。費涅透鏡634充當一準直透鏡以提供準直影 像。圖7之系統使用一雙凸透鏡，其可為非球形的且其可 123347.doc -11 - 200817821 由兩個半模636A、636B組成。半透鏡636A充當一準直透 鏡以提供準直影像。 圖7中之雙凸透鏡636A、636B之彎曲表面之間的光線係 實質上準直的。有利地使用該準直狀態來將反射偏光膜 604(APF或其他）”夾置”在雙凸透鏡636A、636B的中間，以 將光學聚焦及偏光再利用特徵包括於一個包括636A、 636B及604之元件中。反射偏光膜604可傾斜或彎曲。 圖6及圖7中所說明之偏光再利用系統亦可包含一揭示於

美國臨時專利申請案第6〇/82〇,887號中之中空集光透鏡。 在一中空集光透鏡中，一 LED發射體（諸如，LED發射體 606)處於一透鏡（諸如，透鏡61〇)中之中空空腔（諸如，中 空空腔638)中的空氣中，該透鏡為半球形或超半球形及正 彎月形的且捕獲該LED發射體所發射之光的實質上完整之 半球。 使用L E D晶粒之頂部上之球形透鏡6 i 〇 (或其他集光透鏡） 允:反射離開晶粒之大角度光線之大部分被再利用。不使 用同扣數球形透鏡（諸如耦接至LED晶粒之錐形隧道或複合 式抛物線集光器（cpc))之其他再利用機構通常損失此等^ 角度光線。在—錐賴道中，不滿足全内反射（TIR)要求 之光線可自隧道之側面離開並損失掉。 所揭示之光引擎亦可料光順序式投影儀中，在該投影 儀中，照明以各別原色之時間順序之形式，該等原色之時 間平均對普通觀窣者呈頻或 ' K规务者呈現為白色。在此順序組態中，較佳 使用-個四分之一波板(QWp)以旋轉經回向反射之p狀 123347.doc •12- 200817821 ^ 如圖8中之800所示，一 LED發射體802提供光給一集 光透鏡804。集光透鏡8〇4提供非準直光給一準直透鏡 806。一個四分之一波板8〇8安置在集光透鏡與偏光濾 光二8 1 〇之間偏光再利用以圖9中所陳述之四個步驟進 行。圖9概述使用瓊斯矩陣（J〇nes “以^”表述之偏光狀態 變換。其機制為：由偏光膜810反射之p狀態在通過Qwp 808，被LED發射體晶粒802反射，且再次通過QWp 8〇8之 後旋轉。再利用效率之優點為LED發射體晶粒界面處之大 入射角的強費涅反射。在諸如TIR錐形隧道之標準非成像 集光器設計中，經常放棄此等大入射角光線。 里測一使用一集光透鏡（諸如，具有高折射率之球形透 鏡）之LED照明系統之再利用效率，如圖1〇中之1〇〇〇所示。 在圖10中，光源1002將光耦合至集光透鏡1〇〇4。集光透鏡 1004將光耦合至準直透鏡1006。準直透鏡1〇〇6經由四分之 一波板1008將光耦合至再利用偏光濾光器1〇1〇。圖1〇中之 配置測試偏光再利用（類似於圖4)。偏光膜較佳包含在兩個 表面上均具有抗反射塗層之APF膜。使用LED晶粒之在發 射表面上具有一磷光體塗層之白色LED(自 Lumileds Lighting Company, 370 West Trimble R〇ad5 San Jose，California 95131 USA購得）進行測試，且使用lED晶 粒1002之在發射表面上不具有任何磷光體塗層之綠色 LED(型號為”Luxeon III”，其亦可自phiUps

Lighting Company，370 West TrimMe R〇ad，San J〇se，

California 95131 USA購得）進行測試。引導偏光穿過一偏 123347.doc •13· 200817821 光器（分析器）1012及一標準光學偵測器1014。結果提供於 圖11之表格中。在使用處於適當位置之偏光膜1〇1〇及四分 之一波板1008之情況下量測光輸出，且接著在移除四分之 一波板1008及偏光膜1〇1〇之情況下重複量測光輸出。 使用一投影儀來對具有再利用及不具有再利用之情況執 行其他測試。使用圖12中之1200所示之投影儀設計，其中 照明子系統1202展示於實線内，且投影子系統1204展示於 (部分重疊之）虛線中。光引擎1206包含一光源1208、一集 光透鏡1210、一準直透鏡1212、一偏光濾光器1214及一個 四分之一波板1215。投影子系統1204包含一偏光光束分光 器1216及投影透鏡總成1218。偏光濾光器1214(其在當前 測試設置中並不傾斜或彎曲）及四分之一波膜丨2丨5緊固至 一柱狀透鏡1220。一 LCOS影像形成裝置1222包括於投影 儀1200中。具有Luxeon III型綠色LED之此投影儀系統中 之再利用效率如圖13之表格中所示。 在一些狀況下’根據光源前表面上之光圖案，可能需要 一非正交偏光濾光器（諸如，彎曲或傾斜之偏光濾光器）。 一 LED發射體可包含複數個lED晶粒，如圖ic或圖14中所 說明，該複數個LED晶粒彼此緊接地置放在一基板上。該 等晶粒可具有矩形形狀，且可能具有經配置以形成led發 射體之總發射表面的（例如）三個、四個或更多此種晶粒。 對再利用技術而言，該等led晶粒矩形（諸如，圖lc中之 矩形1S8、160、162、164)中之一或多者可由一鏡面（諸 如，高反射性金屬或其他適合之鏡子）替換。舉例而言， 123347.doc -14- 200817821 在三個LED晶粒矩形158、160、164(圖1C)組成發射體之情 況下’中央矩形162(圖1C)可由此種反光鏡替換。接著， 藉由稍微傾斜或不對準反射偏光膜（諸如，圖1A中之膜130 或圖1B中之膜13 1)使得反射膜不正交，經反射之偏光狀態 可被引導回以衝擊中央矩形之鏡面。此光最終可轉回相反 偏光狀態，使得此光可由反射偏光器透射。偏光轉換可藉 由多種方法進行，包括將四分之一波板附著至反射偏光膜 或置放一半波鏡作為反光鏡表面。 圖1A說明一光引擎100。光引擎ι〇〇提供一偏光之光引擎 影像102。影像1 〇2較佳為準直的。偏光之光影像1 〇2可用 於（例如）提供投影儀中之偏光照明，該投影儀利用一具有 選擇性地反射偏光之像素的LC〇s影像裝置。 光引擎100包含一光源1〇4。光源1〇4具有一前表面106， 其包括一發射非準直光108、110之第一區域及一再利用光 之第二區域。前表面106將借助於圖1C中所說明之實例於 下文中予以更詳細描述。根據一態樣，該第一區域包含一 發光一極體陣列。根據另一態樣，該發光二極體陣列發射 白光。根據另一態樣，該發光二極體陣列相繼抑或同時發 射紅光、綠光及藍光。 根據一態樣，該第一區域、該第二區域或該兩個區域可 包含一用於光再利用之磷光體。根據另一態樣，該第一區 域、該第二區域或該兩個區域可包含用於光再利用之反射 性表面。 光引擎100包含一集光透鏡116。集光透鏡116收集非準 123347.doc -15- 200817821 直光108、110且提供前表面i〇6之非完全 卡罝光11 8、 12 0。根據* 態樣’集光透鏡116包含一凹λ 凸逯鏡。根據另 一態樣，集光透鏡116包含一高折射率超半球形球形透 鏡。 光引擎100包含一準直透鏡122。準直透鏡122接收非完 全準直光118、120且提供前表面106之準直影像124凡 12 6。根據一悲樣’準直透鏡12 2包含至少一鲁、、3、泰μ 只/王遗鏡。根 據另一態樣’準直透鏡122包含至少一平凸透鏡或雙凸透 鏡或凹凸透鏡。根據一態樣，光引擎影像1 〇2具有與準直 影像124、126實質上相同之尺寸。根據另一態樣，光引擎 影像102包含一準直影像。 光引擎100包含一偏光濾光器130。偏光濾光器ι3〇接收 前表面106之準直影像124、126。偏光濾光器13〇使準直影 像124、126之一偏光部分132、134作為偏光之光引擎影像 102之一直接分量通過。偏光濾光器13〇將偏光再利用影像 140、142反射回至鈿表面1〇6。前表面1〇6傳回再利用影像 140、142作為偏光之光引擎輸出1 〇2之一再利用分量。前 表面106可藉由反射、前表面106上之磷光體之激發或此兩 者傳回再利用影像140、142。根據一態樣，偏光濾光器 130包含多層光學偏光膜。偏光再利用影像14〇、ι42照明 前表面106作為一自準直影像。在前表面1〇6上，前表面 106之發射影像與再利用影像14〇、142自準直（對準）。再利 用影像140、142為前表面1〇6之發射影像之鏡像。 偏光濾光器130包含一彎曲的濾光器形狀，其具有一相 123347.doc -16- 200817821 對於直接分量而橫向移位該再利用分量之部分的曲率，以 增加偏光之光引擎影像102之亮度均勻性。偏光濾光器i3〇 不垂直於光引擎100中之光傳播方向。根據一態樣，該曲 率經調整以校正集光透鏡及準直透鏡中之像差。根據另一 悲樣，’爲曲的濾光器形狀包含一面向準直透鏡12 2之凸面 13 6。根據另一態樣，弟一區域包括一發射一相對於光軸 144而偏心之光學亮度圖案的發光二極體，且偏光濾光器 13 0經傾斜以改良至前表面1〇6上之再利用影像14〇、142之 中心校正。根據一態樣，集光透鏡丨丨6、準直透鏡丨22、偏 光濾光器130及偏光之光引擎影像1〇2沿一共用光軸144對 準。根據另一態樣，將一個四分之一波板（圖丨A中未說明） 沿光軸144安置在光源1〇4與偏光濾光器13〇之間。該四分 之一波板旋轉再利用光之偏光，使得在再利用之後偏光更 易於通過偏光濾光器13〇。視發光二極體之亮度圖案而 定，偏光濾光器之曲率可在軸上或離軸。 根據一態樣，偏光之光引擎影像102包含前表面1〇6之一 影像，該前表面106中影像1〇2之第二區域已由再利用光填 充。根據另一恶樣’光引擎100不包括一光隧道。用於再 利用之光隨道不在其輸出處提供光源影像，且效率比所揭 示之成像再利用系統低。光隧道之一實例陳述於美國專利 公開案2006/0262514中。根據另一態樣，再利用影像 140、142包含一相對於前表面106之自準直影像。根據另 一態樣’光源104及集光透鏡116為發光二極體複合密封透 鏡之部分。 123347.doc -17- 200817821 圖1B說明一光引擎103。光引擎103類似於光引擎1〇〇(圖 1A)。圖1B中所用之與圖1A中所用之參考數字相同的參考 數字識別相同或類似特徵。光引擎100包括一包含—凸透 鏡之準直透鏡122，然而，光引擎103包括一包含一或多個 費涅透鏡之準直透鏡123(該或該等費涅透鏡作為準直透鏡 123之組件）。光引擎1〇3包括一平坦且相對於中心光軸ι44 而傾斜之偏光濾光器131。偏光濾光器131不垂直於中心光 軸。光引擎103包括一個四分之一波板151。在其他方面， 光引擎100、103是類似的。圖1A所示之特徵可經調適以用 於圖1B中，且反之亦然。 圖1C說明一用作例示性光源（諸如，圖1 a、圖1B中之光 源104)之發光二極體150。發光二極體15〇藉由接合線 152 154連接至電源。發光一極體150包括發光區域Mg、 160、162、164、166。發光二極體150之區域（諸如，區域 168、170、172、174、176、178)包含非發射區域，其包 括電導體且由於電功率而不產生光。然而，該等非發射區 域可藉由反射、磷光體之激發或此兩者提供光。因此，發 光二極體150之影像為發光之區域及不發光之區域之圖 案。由於用於投影中，希望影像在亮度方面相對均勻，諸 如，圖1D中所說明。如上文結合圖1A、圖1B所描述，一 彎曲偏光濾光器130或一傾斜偏光濾光器131包括於一光引 擎中。彎曲之非正交偏光濾光器13〇提供光，其將反射光 最有效地再成像至LED區域以用於再利用。非正交偏光濾 光器130(或131)將再利用光反射回至光源前表面丨〇6之一部 123347.doc -18- 200817821 分，該部分不同於發出光的光源前表面之部分。非正交偏 光濾光器稍微移位再利用影像以填補光源前表面丨〇 6之較 暗區域。由於非正交再利用偏光濾光器13〇或131 ,所得偏 光之光引擎影像更均勻。傾斜偏光濾光器13丨改良至發光 二極體150上之再利用影像14〇、142之中心校正。彎曲偏 光濾光器130亦可傾斜。該傾斜且彎曲的光再利用偏光濾 光器所發射出之影像為圖1D中之18〇所說明之均勻中心影 像。 ~ 圖14說明一作為一替代實施例的充當光源之發光二極體 1400。發光二極體14〇〇包括在區域14〇2、14〇4及14〇6中發 射不同波長之光的區域，其中此等區域l4〇2、14〇4^ 1406(例如）可分別發射紅光、綠光及藍光。區域可發 射頟外綠光或一第四色彩之光。區域14〇8可替代地包含一 鏡子此等為在不同區域中發射不同波長之源的許多可能 、、且:之貝例。發光二極體丨4〇〇可（例如）在不同區域中產生 孤光及κ光’且可包括紅色、黃色、、綠色、青色、藍色、 &紅色及白色區域之組合’且每—色彩之發射區域之數目 相等或不等。 “ 區域之面積可與鄰近區域相等、或不同 於鄰近區域，或可為不同尺寸之區域的組合。 抑不同色彩之發射區域可由離散發光二極體構造，或可由 早個毛光_極體構造且發光二極體之至少一發射表面由一 透明，案及多個波長轉換區域覆蓋。舉例而言，一發射藍 光之早個發光二極體之發射表面的多個部分可由一將藍光 轉換為紅光或綠光或兩者之組合的波長轉換層覆蓋。發光 123347.doc -19- 200817821 二極體1400亦可由離散發光二極體及多波長式單個發光二 極體之組合構造。發光二極體1400可具有至少兩個發射區 域、較佳至少三個發射區域。在本發明之其他實施例中， 發光二極體1400可具有幾十、幾百或幾千個發射區域。 用於波長轉換之適合材料包括磷光體，包括（例 如）Ce:YAG、硫化物、硫代鎵酸鹽、石夕酸鹽、量子點、有 機螢光物質（諸如，螢光染料及顏料）及半導體（諸如，ΠΙ-ν 族及II-VI族材料）及摻雜型半導體及其組合。 由反射偏光器與用於收集來自發光二極體14〇〇之光的照 明光學元件之組合再利用之光可優先再利用回至起源區 域，或可再利用至一不同區域。該不同區域可發射或不發 射與再利用光相同色彩之光。較佳地，該發光二極體具有 再利用光之低吸收率。 圖2Α說明一為一投影儀203之部分之光引擎2〇〇。光引擎 200提供一偏光之光引擎影像202。影像202為準直的。偏 光之光影像202提供投影儀203中之偏光照明，投影儀2〇3 利用一具有選擇性地反射偏光之像素的LCOS影像裝置 20卜 光引擎200包含一光源204。例如圖ic中所說明的，光源 150具有一前表面（可與圖2Α之光引擎2〇〇中之前表面2〇6相 比）’其包括發射非準直光（諸如，光208)之區域158、 160、162、164、166及再利用光之非發射區域168、17〇、 176、178。發射區域 158、160、162、164、166亦可再利 用光。根據一態樣，區域158、160、162、164、166包含 123347.doc -20- 200817821 毛光一極體陣列。根據另—態樣，該發光二極體陣列發 射白光。根據另一態樣，該發光二極體陣列相繼發射紅 光、綠光及藍光。 根據-態樣，該等發射區域、該等非發射區域或該兩種 區域可包含用於光再利用之璘光體。根據另一態樣，該等 發射區域、該等非發射區域或該兩種區域可包含反射性表 面。 光引擎200包合一集光透鏡216。集光透鏡216收集非準 : 直光2〇8且提供前表面206之非完全準直光218。根據一態 樣，集光透鏡216包含一球形透鏡。根據另一態樣，集光 透鏡21 6包含一南折射率超半球形球形透鏡。 光引擎200包含一準直透鏡222。準直透鏡222接收非完 全準直光21 8且提供前表面206之準直影像224。根據一態 樣，準直透鏡222包含至少一費涅透鏡。根據另一態樣， 準直透鏡222包含至少一凸透鏡。根據一態樣，光引擎影 像202具有與準直影像224實質上相同之尺寸。根據另一態 • 樣，光引擎影像202包含一準直影像。 光引擎200包含一偏光濾光器230。偏光濾光器接收前表 面206之準直影像224。偏光濾光器230使準直影像224之一 偏光部分232作為偏光之光引擎影像202之一直接分量通 過。偏光濾光器230將一再利用影像240反射回至前表面 206。前表面206提供再利用影像240作為偏光之光引擎輸 出202之一再利用分量。前表面206可藉由反射、磷光體激 發或此兩者提供再利用影像。根據一態樣，偏光濾光器 123347.doc -21 - 200817821 230包含多層光學偏光膜。 偏光濾光器230包含一彎曲的濾光器形狀，其具有一相 對於直接分量而橫向移位該再利用分量之部分的曲率，以 增加偏光之光引擎影像202之亮度均勻性。根據一態樣， 該曲率經調整以校正集光透鏡及準直透鏡中之像差。根據 另一態樣，彎曲的濾光器形狀包含一面向準直透鏡222之 凸面236。視發光二極體之亮度圖案而定，偏光濾光器之 曲率可在軸上或離軸。根據圖2B所示之另一態樣，偏光濾 光器252可彎曲且傾斜。根據另一態樣，第一區域包括一 發射一相對於一發光二極體中心而偏心之光學亮度圖案的 發光二極體（參見圖1C)，且如圖3所示，偏光濾光器256為 傾斜的，以改良至前表面206上之再利用影像24〇之中心校 正。 根據一態樣，偏光之光引擎影像200包含前表面206之一 影像，該前表面206中影像202之第二區域已由再利用光填 充。根據另一態樣，光引擎200不包括一光隧道。根據另 一態樣’再利用影像240包含一相對於前表面206之自準直 影像。根據另一態樣，光源2〇4及集光透鏡216為發光二極 體複合密封透鏡之部分。 雖然本發明已參考較佳實施例加以描述，但熟習此項技 術者應認識到，可在形式及細節上加以變化而不脫離本發 明之精神及範疇。 【圖式簡單說明】 圖1A說明一包括一彎曲之偏光濾光器之光引擎。 123347.doc •22- 200817821 圖1B說明一包括—為百 傾斜之偏光濾光器之光引擎。 圖1C說明一用於丨敬士 九弓丨擎中之發光二極體（LED)。 圖1D說明一來自圖$立|03 口 之包括光再利用之發光圖案。 圖2 Α說明一包括一且右 够冰七从，各， 具有一彎曲之偏光濾光器之光引擎之 投影儀。 圖2B說明一包括一傾料 1貝斜且彎曲之偏光濾光器之光引擎之 一部分。 圖3說明-包括一傾斜之偏光濾光器之光引擎之一部 分。 圖4說明-量測藉由再利用獲得之光之系統。 圖5說明使關4中之系統獲得之結果之表格。 圖6及圖7說明投影儀應用中之光引擎。 圖8說明一光引擎。 圖9說明偏光狀態之表袼。 圖10說明一量測藉由再利用獲得之光之系統。 圖11說明使用圖10中之系統獲得之結果之表格。 圖12說明一用於量測藉由再利用獲得之光之投影儀。 圖13說明使用圖12中之系統獲得之結果之表格。 圖14說明一用於一光引擎中之發光二極體（LED)。 【主要元件符號說明】 100 光引擎 102 光引擎影像 103 光引擎 104 光源 123347.doc •23- 200817821 106 前表面 108 非準直光 110 非準直光 116 集光透鏡 118 非完全準直光 120 非完全準直光 122 準直透鏡 123 準直透鏡 124 準直影像 126 準直影像 130 偏光濾光器 131 偏光濾光器 132 偏光部分 134 偏光部分 136 凸面 140 再利用影像 142 再利用影像 144 光轴 150 發光二極體（LED) 151 四分之一波板 152 接合線 154 接合線 158 發光區域 160 發光區域 123347.doc -24- 200817821 ί.. 162 發光區域 164 發光區域 166 發光區域 168 區域 170 區域 172 區域 174 區域 176 區域 178 區域 180 影像 200 光引擎 201 LCOS影像裝置 202 光引擎影像 203 投影儀 204 光源 206 前表面 208 光 216 集光透鏡 218 非完全準直光 222 準直透鏡 224 準直影像 230 偏光濾光器 232 偏光部分 236 凸面 123347.doc -25- 200817821 240 再利用影像 252 偏光濾光器 256 偏光濾光器 400 光引擎 402 偵測系統 404 光引擎影像 406 偏光器 408 光學偵測器 410 反射偏光膜 412 白色LED 602 反射偏光膜 604 反射偏光膜 606 LED發射體 608 LED發射體 610 集光透鏡 612 集光透鏡 614 瞳孔平面 616 瞳孔平面 618 目標區域 620 目標區域 622 偏光光束分光器（PBS) 624 偏光光束分光器（PBS) 626 入射表面 628 入射表面 123347.doc -26- 200817821 630 出射表面 632 出射表面 634 費涅透鏡 636A、636B 半模 638 中空空腔 800 投影儀 802 LED發射體 804 集光透鏡 806 準直透鏡 808 四分之一波板 810 偏光濾、光器/偏光膜 1000 照明系統 1002 光源 1004 集光透鏡 1006 準直透鏡 1008 四分之一波板 1010 偏光滤光器 1012 偏光器（分析器） 1014 光學偵測器 1200 投影儀 1202 照明子系統 1204 投影子系統 1206 光引擎 1208 光源 123347.doc -27- 200817821 1210 集光透鏡 1212 準直透鏡 1214 偏光濾光器 1215 四分之一波板 1216 偏光光束分光器 1218 投影透鏡總成 1220 柱狀透鏡 1222 LCOS影像形成裝置 1402 區域 1404 區域 1406 區域 1408 區域 L2 平凸透鏡 123347.doc -28-

Claims (1)

1. 200817821 十、申請專利範圍： 1. -種提供-偏光之光引擎影像之光引擎，其包含： 一光源，其具有一前表面； -集光透鏡’其收集來自該前表面之非準直光且提供 來自該前表面之非完全準直光； -準直透鏡’其接收該非完全準直光且提供該前表面 之一實質上準直之影像； ，一偏光據光H，其接收該前表面之該準直影像，該偏 光渡光器使該準直影像之_偏光部分作為該偏光之光引 擎影像之一直接分量通過，且該偏光濾光器將一再利用 影像反射回至該前表面，該前表面提供該再利用影像作 為該偏光之光引擎影像之一再利用分量；及 該偏光濾光器包含一非正交形狀，其相對於該直接分 量而移位該再利用分量之部分以增加該偏光之光引擎影 像之亮度均勻性。 2·如請求項1之光引擎，其中該偏光濾光器之該非正交形 狀係選自由一傾斜之偏光濾光器形狀及一彎曲之偏光濾 光器形狀組成之群。 3 ·如請求項1之光引擎，其中該濾光器形狀包含一面向該 準直透鏡之彎曲凸面。 4·如請求項1之光引擎，其中第一區域包含一發光二極體 陣列。 5·如請求項4之光引擎，其中該發光二極體陣列發射白 光0 123347.doc 200817821 6.如請求項4之光引擎，其中該發光二極體陣列相繼發射 紅光、綠光及藍光。 7·如請求項1之光引擎，其中該集光透鏡及該光源係組合 在一密封的發光二極體球形透鏡中。 8·如請求項1之光引擎，其中該準直透鏡包含至少一費涅 透鏡。 9.如請求項1之光引擎，其中該準直透鏡包含至少一凸透 鏡。 1 〇·如請求項1之光引擎，其中該第一區域包括一發射一相 對於一發光二極體中心而偏心之光學亮度圖案的發光二 極體’且該非正交偏光濾光器改良該偏光之光引擎影像 之中心校正。 11.如請求項1之光引擎，其中該第一區域及第二區域中之 至少一者包含一鱗光體。 12·如請求項1之光引擎，其中該第二區域包含一反射性表 面。 13·如請求項光引擎，其中該光引擎影像具有與該準直 影像實質上相同之尺寸。 14.如請求項1之光引擎，其中該光引擎影像包含一準直影 像。 ^ 月求項1之光引擎，其進一步包含一安置在該光源與 該偏光濾光器之間的四分之一波板。 16·:請求項k光引擎，其中該偏光之光引擎影像包含該 月）表面之_影像，在該前表面中該影像之該等第二區域 123347.doc 200817821 已由再利用光填充。 17. 如請求項丨之光引擎，其中該光引擎不包括一光隧道。 18. 如請求❸之光引擎’其中該再利用影像包含—相對於 該前表面之自準直影像。 、 19. 如請求項丨之光引擎，其中該集光透鏡、該準直透鏡、 該偏光濾光器及該偏光之光引擎影像係沿—共用光軸對 » 準。 2〇.如請求項1之光引擎，其中該偏光濾光器包含多層光學 ί、 偏光膜。 θ 予 21·如請求項1之光引擎，其中該光源及該集光透鏡為一發 光二極體複合密封透鏡之部分。 22. —種提供一偏光之光引擎影像之光引擎，其包含： 一光源，其發射非準直光； 一集光透鏡，其收集該非準直光且提供該前表面之非 完全準直光； 、 一準直透鏡，其接收該非完全準直光且提供該前表面 I7 之一準直影像； 非正父偏光滤光森’其接收該前表面之該準直景4 像 亥偏光滤光器使該準直影像之一偏光部分作為該偏 光之光引擎影像之一直接分量通過，且該偏光濾光器將 一再利用影像反射回至該前表面；該前表面提供該再利 用影像作為該偏光之光引擎輸出之一再利用分量；及 一四分之一波板’其位於該偏光濾光器與該光源之 間。 123347.doc