TW201723628A - 投影系統及其屏幕 - Google Patents

Abstract

一種投影系統，包括投影裝置以及屏幕。投影裝置適於發出分別具有多種不同波段的多個激發光束。屏幕配置於激發光束的傳遞路徑上。屏幕包括多個螢光材料層以及至少一阻氣層。螢光材料層適於分別被激發光束激發出不同波段的影像光束，以形成影像畫面。阻氣層覆蓋螢光材料層。

Description

投影系統及其屏幕

本發明是有關於一種投影系統及其屏幕，且特別是有關於一種互動式投影系統及其具有螢光層的屏幕。

在現有技術中，透明顯示技術包括液晶顯示器技術(Liquid Crystal Display，LCD)、有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)顯示技術、全息屏幕投影(Hologram Screen Projection)技術以及射出投影(Emission Projection)技術。液晶顯示器技術及有機發光二極體顯示技術是目前的主流，但是此兩種技術的光穿透度低、色彩差、尺寸無法擴大是推廣不佳的主要因素。全像素屏幕投影技術雖然有大尺寸的優勢，但是其視角太小。射出投影技術的瓶頸在於螢光材料的研發。

“先前技術”段落只是用來幫助了解本發明內容，因此在“先前技術”段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在“先前技術”段落所揭露的內容，不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。

本發明提供一種投影系統及其屏幕，達到高穿透度的效果同時具有良好的顯示畫面的品質，另外本發明的投影系統及其屏幕可具有大尺寸的優勢並增大了可視角度，再者，可搭配觸控面板，使用者可與之互動。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種投影系統，包括投影裝置以及屏幕。投影裝置適於發出分別具有多種不同波段的多個激發光束。屏幕配置於激發光束的傳遞路徑上。屏幕包括多個螢光材料層以及至少一阻氣層。螢光材料層適於分別被激發光束激發出不同波段的影像光束，以形成影像畫面。阻氣層覆蓋在螢光材料層。

在本發明的一實施例中，上述的螢光材料層的至少其中之一呈無色透明。

在本發明的一實施例中，上述的屏幕更包括抗特定波長的膜層。抗特定波長的膜層配置於螢光材料層之遠離投影裝置的一側，且適於阻隔特定波長傳遞到人眼。

在本發明的一實施例中，上述的抗特定波長膜層適於阻隔多個激發光束，且讓螢光材料層被激發產生的多個不同波段的影像光束通過。

在本發明的一實施例中，上述的屏幕更包括多個基板。至少一阻氣層為多個阻氣層。每一螢光材料層被夾設於兩阻氣層之間。每一螢光材料層及其兩側的兩阻氣層被夾設於兩基板之間。

在本發明的一實施例中，上述的屏幕更包括兩基板。至少一阻氣層為兩阻氣層。螢光材料層被夾設於兩阻氣層之間。螢光材料層及其兩側的兩阻氣層被夾設於兩基板之間。

在本發明的一實施例中，上述的相鄰的兩螢光材料層之間設有隔離層。

在本發明的一實施例中，上述的屏幕更包括散射粒子層，配置於螢光材料層之遠離投影裝置的一側，投影裝置更適於發出一可見激發光束，可見激發光束穿透螢光材料層而後被散射粒子層散射。

在本發明的一實施例中，上述的每一螢光材料層包括配體、螢光材料以及多個米氏散射粒子。螢光材料混合於配體中。米氏散射粒子摻雜於配體中。

在本發明的一實施例中，上述的米氏散射粒子的粒徑小於5微米且大於等於0.5微米。

在本發明的一實施例中，上述的米氏散射粒子佔每一螢光材料層的重量百分比為1%至5%。

在本發明的一實施例中，上述的激發光束源自投影裝置中多個不同發光波長的雷射光源。

在本發明的一實施例中，上述的阻氣層的水氣穿透率小於等於10^-2 克/平方米/天。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種屏幕包括多個螢光材料層以及至少一阻氣層。螢光材料層適於分別被具有多種不同波段的激發光束激發出不同波段的影像光束，以形成影像畫面。阻氣層覆蓋螢光材料層。

在本發明的一實施例中，上述的螢光材料層的至少其中之一呈無色透明。

在本發明的一實施例中，上述的屏幕更包括抗特定波長的膜層。抗特定波長的膜層配置於螢光材料層之遠離投影裝置的一側，且用以阻隔特定波長傳遞到人眼。

在本發明的一實施例中，上述的抗特定波長膜層適於阻隔激發光束，且讓螢光材料層被激發出不同波段的影像光束通過。

在本發明的一實施例中，上述的屏幕更包括多個基板。至少一阻氣層為多個阻氣層。每一螢光材料層被夾設於兩阻氣層之間。每一螢光材料層及其兩側的兩阻氣層被夾設於兩基板之間。

在本發明的一實施例中，上述的屏幕更包括兩基板。至少一阻氣層為兩阻氣層。螢光材料層被夾設於兩阻氣層之間。螢光材料層及其兩側的兩阻氣層被夾設於兩基板之間。

在本發明的一實施例中，上述的相鄰的兩螢光材料層之間設有隔離層。

在本發明的一實施例中，上述的屏幕更包括散射粒子層，配置於螢光材料層之遠離投影裝置的一側，投影裝置更適於發出一可見激發光束，可見激發光束穿透螢光材料層而後被散射粒子層散射。

在本發明的一實施例中，上述的每一螢光材料層包括配體、螢光材料以及多個米氏散射粒子。螢光材料混合於配體中。米氏散射粒子摻雜於配體中。

基於上述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。在本發明的實施例中，屏幕的螢光材料層分別被投影裝置所發出的具有多種不同波段的激發光束激發出不同波段的影像光束，以形成影像畫面，從而投影系統可提供良好顯示品質。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1繪示本發明一實施例之投影系統概要示意圖。圖2繪示本發明一實施例之螢光層被激發概要示意圖。圖3繪示本發明一實施例之激發光數及被激發光束概要示意圖。請參考圖1至圖3，本實施例之投影系統100包括投影裝置110以及屏幕120。在本實施例中，投影裝置110適於發出具有不同波段的激發光束LI。屏幕120配置於激發光束LI的傳遞路徑上。投影屏幕120包括螢光層122。螢光層122適於被激發光束LI激發出具有不同波段的影像光束LO，也就是被激發光束，以形成影像畫面投射至觀賞者200。在一實施例中，屏幕120例如更包括阻氣層(未顯示，說明書後面段落具有詳細敘述)，適於覆蓋螢光層122，以避免螢光層122當中的螢光材料受氧氣及濕氣的影響而變質。在本實施例中，激發光束LI例如是源自投影裝置110中多個不同發光波長的雷射光源。在圖1中，各元件尺寸的比例關係僅用以例示說明，本發明並不限於此。此外，在本實施例中，圖1雖然是以背投影系統來例示說明，但是本發明並不限於此。在一實施例中，具有螢光層122的屏幕120也可應用在前投影系統。

參考圖2，在本實施例中，屏幕120例如是具有觸控功能的透明顯示屏幕，且其中的螢光層122係呈無色透明，因此觀賞者200可與投影系統100進行互動。在本實施例中，投影裝置110例如是超短焦紫外線雷射投影機，適於將紫外線雷射投射至屏幕120以激發螢光層122產生影像光束進而顯示影像畫面，惟本發明並不加以限制。在一實施例中，投影裝置110也可投射出可見光波段的激發光束，例如藍光光束，來激發螢光層122顯示影像畫面。

如圖2、圖3以及圖4所示，在本實施例中，螢光層122例如包括螢光材料層122G、螢光材料層122R及螢光材料層122B。激發光束LI具有多種不同波段λ11、λ21、λ31。在本實施例中，螢光材料層122G、螢光材料層122R及螢光材料層122B係呈無色透明，搭配紫外線雷射的激發光束LI，可分別被激發出不同波段λ10、λ20、λ30的被激發光束也就是形成影像光束LO。此些被激發光束例如是綠色、紅色及藍色等各色光束。在本實施例中，被激發光束的顏色僅用以例示說明，本發明並不加以限制。在一實施例中，螢光材料層也可搭配藍光雷射的激發光束LI，來激發出不同波段的各色光束，在此例中，螢光材料層至少其中之一係呈無色透明。

請再次參考圖4，圖4繪示本發明一實施例之屏幕的層狀結構的概要示意圖。本實施例中之屏幕420例如包括螢光層428、抗光層426、觸控面板424以及玻璃基板422。抗光層426例如是抗特定波長的膜層，其配置於螢光層428之遠離投影裝置110的一側，且用以阻隔特定波長的光傳遞到人眼。在本實施例中，抗光層426例如適於阻隔紫外線雷射或藍光雷射的激發光束LI，且讓螢光層428被激發的影像光束LO通過。舉例而言，抗光層426例如是具有抗藍光特性的光學膠或抗紫外線的塗層。在背投影的使用情境中，為了避免紫外線雷射或藍光雷射對人眼產生傷害，屏幕420內可配置抗光層426，以阻隔紫外線雷射或藍光雷射。在前投影的使用情境中，由於螢光材料本身會吸收紫外線雷射或藍光雷射，因此抗光層426可選擇性地配置，本發明並不加以限制。在本實施例中，觸控面板424用以提供屏幕420具有觸控功能。玻璃基板422用以提供屏幕420保護功能，以避免觀賞者200與屏幕420進行互動時造成觸控面板424或螢光層428被不當施力而損壞。在本實施例中，玻璃基板422的厚度例如是介於1.5毫米(mm)左右，惟其厚度僅用以例示說明，本發明並不限於此。

圖5繪示本發明一實施例之螢光層結構的概要示意圖。請參考圖5，本實施例之螢光層528包括螢光材料結構層528G、528R、528B以及光學膠層540、550。在本實施例中，螢光材料結構層528G、528R、528B被激發後，以分別產生不同波段的被激發光束，例如綠色、紅色及藍色等各色光束。光學膠層540、550分別配置在螢光材料結構層528G、528R之間以及在螢光材料結構層528R、528B之間，以貼合其兩側的螢光材料結構層。在本實施例中，光學膠層540、550的材料例如包括壓克力材料或矽氧樹脂(silicone)材料，厚度例如分別是介於50至100微米(um)之間，惟其材料及厚度僅用以例示說明，本發明並不限於此。

在本實施例中，每一螢光材料結構層包括多個基板、多個阻氣層以及螢光材料層。每一螢光材料層被夾設於兩阻氣層之間。每一螢光材料層及其兩側的兩阻氣層被夾於兩基板之間。舉例而言，螢光材料結構層528G包括基板513、514、阻氣層511、512以及螢光材料層510G。螢光材料層510G被夾於兩阻氣層511、512之間。螢光材料層510G及其兩側的兩阻氣層511、512被夾於兩基板513、514之間。在本實施例中，為了避免螢光材料層510G受氧氣及濕氣影響，兩阻氣層511、512可阻止水氣，但不以此為限，以阻氣層511、512的水氣穿透率(water vapor transmission rate，WVTR，阻氣層的測試指標)小於等於10^-2 克/平方米/天的塗層保護，惟其水氣穿透率可以實際設計需求加以調整，本發明並不限於此。在本實施例中，基板513、514的材料例如包括聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)，厚度例如分別是150微米(um)左右，惟其材料及厚度僅用以例示說明，本發明並不限於此。

此外，本實施例之螢光材料結構層528R、528B的層狀結構可以此類推，在此不再贅述。在本實施例中，螢光材料層510G、520R、530B分別被激發以產生例如綠色光束、紅色光束及藍色光束。

圖6繪示本發明另一實施例之螢光層結構的概要示意圖。請參考圖6，本實施例之螢光層628包括螢光材料結構層628C。在本實施例中，螢光材料結構層628C包括兩基板613、634、兩阻氣層611、632、多個螢光材料層610G、620R、630B以及多個隔離層640、650。螢光材料層610G、620R、630B被夾於兩阻氣層611、632之間。螢光材料層610G、620R、630B及其兩側的兩阻氣層611、632被夾於兩基板613、634之間。螢光材料層610G、620R、630B被激發光束激發，以分別產生不同波段的被激發光束，例如綠色、紅色及藍色等各色光束。相鄰的兩螢光材料層610G、620R、630B之間設有隔離層640、650。在本實施例中，隔離層640、650例如是透明光阻材料，照光後會固化，惟本發明並不限於此。

圖7繪示本發明另一實施例之螢光層結構的概要示意圖。請參考圖7，本實施例之螢光層728包括螢光材料結構層728G、728R、光學膠層740以及散射粒子層730。在本實施例中，螢光材料結構層728G、728R被激發光束激發以分別產生不同波段的被激發光束，例如綠色及紅色等各色光束。光學膠層740配置在螢光材料層結構728G、728R之間，以貼合其兩側的螢光材料結構層。在本實施例中，散射粒子層730配置於螢光材料結構層728G、728R當中的螢光材料層710G、720R之遠離投影裝置110的一側。在本實施例中，投影裝置110更用以發出可見激發光束，例如藍光雷射。部分的可見激發光束穿透螢光材料層710G、720R而後被散射粒子層730散射，形成部分影像光束，作為影像畫面中的藍色像素成分。

此外，本實施例之螢光材料結構層728G、728R及光學膠層740類似於圖5實施例之螢光材料結構層528G、528R及光學膠層540，其材料膜層特性可以由圖5實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

圖8繪示本發明一實施例之螢光材料層內部具有散射粒子分布的概要示意圖。圖9及圖10分別繪示本發明一實施例之不同尺寸的散射粒子對入射光束進行米氏散射(Mie scattering)的概要示意圖。請參考圖8至圖10，本實施例之螢光材料層828例如包括配體(matrix) 829、螢光材料(fluorescence material)以及多個米氏散射粒子P0。螢光材料已混合於配體829之中，因此未以符號標示。在本實施例中，螢光材料例如分散在具有光起始劑的配體829中。螢光材料層828以卷對卷(Roll to roll，R2R)方式生產，具有大面積生產的彈性。螢光材料例如以重量百分比為1%至10%的濃度分散在配體829中。配體829的材料可包括環氧樹脂(Epoxy)、丙烯酸脂(Acrylate)或氧化矽(Silicon)。螢光材料可依據不同的配體829來調整其濃度以調整發光效率。

由於螢光材料的粒子的粒徑平均都小於激發光束波段的十分之一，而激發光束照射到螢光材料粒子產生雷利散射(Rayleigh scattering)，由於均勻地向四周散射，使得朝向單一方向的發光效率不足，因此在本實施例中，將米氏散射粒子P0摻雜於配體829中，隨機且任意地均勻分布於其中。在本實施例中，米氏散射粒子P0粒徑小於5微米(um)且大於等於0.5微米(um)。米氏散射粒子P0佔螢光層828的重量百分比為1%至5%。螢光材料層828可以是選自圖5的螢光材料層510G、520R、530B、圖6的螢光材料層610G、620R、630B以及圖7的螢光材料層710G、720R當中的任一者。

如圖9及圖10，在本實施例中，米氏散射粒子P1、P2粒徑小於5微米(um)且大於等於0.5微米(um)，且折射率小於配體829。其中，米氏散射粒子P2的粒徑大於米氏散射粒子P1。米氏散射粒子P1、P2對從入射方向D1入射的影像光束進行米式散射，可有效將被激發的光束從出射方向D2集中散射出螢光材料層，如圖9及圖10所示，以提升觀賞者200觀看到的影像畫面之亮度。

綜上所述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。在本發明的實施例中，投影裝置利用屏幕的螢光層的光致發光(Photoluminescence，PL)機制，選擇輸出具有不同激發波段的激發光束，以激發螢光材料層產生不同顏色的影像光束，從而使屏幕提供彩色的影像畫面。投影裝置提供顯示訊號，並且搭配觸控面板，可形成互動式透明投影系統。屏幕的基板上塗佈具備透明且可被激發而產生不同顏色的影像光束的螢光材料。因此，在本發明的實施例中，屏幕的螢光材料層分別被投影裝置所發出的具有多種不同波段的激發光束分時激發出不同波段的影像光束，以形成影像畫面，從而投影系統可提供良好顯示品質。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的“第一”、“第二”等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

100‧‧‧投影系統
110‧‧‧投影裝置
120‧‧‧屏幕
122、428、528、628、728‧‧‧螢光層
122G、122R、122B、510G、520R、530B、610G、620R、630B、710G、720R、828‧‧‧螢光材料層
200‧‧‧觀賞者
422‧‧‧玻璃基板
424‧‧‧觸控面板
426‧‧‧抗光層
511、512、521、522、531、532、611、632、711、712、721、722‧‧‧阻氣層
513、514、523、524、533、534、613、634、713、714、723、724‧‧‧基板
528G、528R、528B、628C、728G、728R‧‧‧螢光材料結構層
540、550、740‧‧‧光學膠層
640、650‧‧‧隔離層
730‧‧‧散射粒子層
829‧‧‧配體
P0、P1、P2‧‧‧米氏散射粒子
LI‧‧‧激發光束
LO‧‧‧影像光束
X、Y、D1、D2‧‧‧方向
λ11、λ21、λ31、λ10、λ20、λ30‧‧‧波段

圖1繪示本發明一實施例之投影系統概要示意圖。 圖2繪示本發明一實施例之螢光層被激發概要示意圖。 圖3繪示本發明一實施例之激發光及被激發光概要示意圖。 圖4繪示本發明一實施例之屏幕的層狀結構的概要示意圖。 圖5繪示本發明一實施例之螢光層結構的概要示意圖。 圖6繪示本發明另一實施例之螢光層結構的概要示意圖。 圖7繪示本發明另一實施例之螢光層結構的概要示意圖。 圖8繪示本發明一實施例之螢光材料層內部具有散射粒子分布的概要示意圖。 圖9及圖10分別繪示本發明一實施例之不同尺寸的散射粒子對入射光束進行米氏散射的概要示意圖。

100‧‧‧投影系統

110‧‧‧投影裝置

120‧‧‧屏幕

122‧‧‧螢光層

200‧‧‧觀賞者

LI‧‧‧激發光束

LO‧‧‧影像光束

X、Y‧‧‧方向

Claims (20)

1. 一種投影系統，包括： 一投影裝置，適於發出分別具有多種不同波段的多個激發光束；以及 一屏幕，配置於該些激發光束的傳遞路徑上，該屏幕包括： 多個螢光材料層，適於分別被該些激發光束激發出不同波段的影像光束，以形成一影像畫面；以及 至少一阻氣層，適於覆蓋該些螢光材料層。
2. 如申請專利範圍第1項所述的投影系統，其中該些螢光材料層的至少其中之一呈無色透明。
3. 如申請專利範圍第1項所述的投影系統，其中該屏幕更包括一抗特定波長的膜層，配置於該些螢光材料層之遠離該投影裝置的一側，且用以阻隔該特定波長傳遞到人眼。
4. 如申請專利範圍第3項所述的投影系統，其中該抗特定波長膜層適於阻隔該些激發光束，且讓該些螢光材料層被激發產生的該些不同波段的影像光束通過。
5. 如申請專利範圍第1項所述的投影系統，其中該屏幕更包括多個基板，該至少一阻氣層為多個阻氣層，每一該螢光材料層被夾設於該兩阻氣層之間，且每一該螢光材料層及其兩側的該兩阻氣層被夾設於該兩基板之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述的投影系統，其中該屏幕更包括兩基板，該至少一阻氣層為兩阻氣層，該些螢光材料層被夾設於該兩阻氣層之間，且該些螢光材料層及其兩側的該兩阻氣層被夾設於該兩基板之間。
7. 如申請專利範圍第6項所述的投影系統，其中相鄰的該兩螢光材料層之間設置有一隔離層。
8. 如申請專利範圍第1項所述的投影系統，其中該屏幕更包括一散射粒子層，配置於該些螢光材料層之遠離該投影裝置的一側，該投影裝置更用以發出一可見激發光束，該可見激發光束穿透該些螢光材料層而被該散射粒子層散射。
9. 如申請專利範圍第1項所述的投影系統，其中每一該螢光材料層包括： 一配體； 一螢光材料，混合於該配體中；以及 多個米氏散射粒子，摻雜於該配體中。
10. 如申請專利範圍第9項所述的投影系統，其中該些米氏散射粒子的粒徑小於5微米且大於等於0.5微米。
11. 如申請專利範圍第1項所述的投影系統，其中該些激發光束源自該投影裝置中多個不同發光波長的雷射光源。
12. 一種屏幕，包括： 多個螢光材料層，適於分別被具有多種不同波段的多個激發光束激發出不同波段的影像光束，以形成一影像畫面；以及 至少一阻氣層，適於覆蓋該些螢光材料層。
13. 如申請專利範圍第12項所述的屏幕，其中該些螢光材料層的至少其中之一呈無色透明。
14. 如申請專利範圍第12項所述的屏幕，更包括一抗特定波長的膜層，配置於該些螢光材料層之一側，且適於阻隔該特定波長傳遞到人眼。
15. 如申請專利範圍第14項所述的屏幕，其中該抗特定波長膜層適於阻隔該些激發光束，且讓該些螢光材料層被激發產生的該些影像光束通過。
16. 如申請專利範圍第12項所述的屏幕，更包括多個基板，該至少一阻氣層為多個阻氣層，每一該螢光材料層被夾設於該兩阻氣層之間，且每一該螢光材料層及其兩側的該兩阻氣層被夾設於該兩基板之間。
17. 如申請專利範圍第12項所述的屏幕，更包括兩基板，該至少一阻氣層為兩阻氣層，該些螢光材料層被夾設於該兩阻氣層之間，且該些螢光材料層及其兩側的該兩阻氣層被夾設於該兩基板之間。
18. 如申請專利範圍第17項所述的屏幕，其中相鄰的兩該螢光材料層之間設有一隔離層。
19. 如申請專利範圍第12項所述的屏幕，更包括一散射粒子層，配置於該些螢光材料層的一側，且適於將穿透該些螢光材料層的可見光散射。
20. 如申請專利範圍第12項所述的屏幕，其中每一該螢光材料層包括： 一配體； 一螢光材料，混合於該配體中；以及 多個米氏散射粒子，摻雜於該配體中。