TW202032202A

TW202032202A - 白光光源系統

Info

Publication number: TW202032202A
Application number: TW108106315A
Authority: TW
Inventors: 王志峰; 張永朋; 陳信安; 張世欣
Original assignee: 台灣彩光科技股份有限公司
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2020-09-01
Also published as: US20200271303A1; TWI680307B; US10845033B2

Abstract

本發明公開一種白光光源系統，其包括一光源單元、一分光單元、一螢光單元、一散熱單元以及一擴散反射單元。光源產生單元能產生一沿著一預定傳遞路徑的近似準直光線。分光單元、螢光單元及擴散反射單元鄰近地設置在光源單元的一側邊旁。分光單元位於預定傳遞路徑上。近似準直光線能投射至分光單元上。散熱單元設置在螢光單元上。

Description

白光光源系統

本發明涉及一種光源系統，特別是涉及一種能產生白光光源的白光光源系統。

首先，現有技術的投影機為了要產生白色光源，都是利用光源模組所產生的雷射光直接照射在螢光體上，且雷射光的一部份將螢光體激發，且雷射光的另一部份則穿透螢光體而投射而出。但是，在此種架構的模式下，當光源模組的功率太高時，會導致螢光體在高溫的長期照射下而破裂。

此外，在前述的現有技術下，為了調整色溫，通常還需要另外再提供一個藍光光線混合成白色光線，因此，成本也會隨之提高。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種白光光源系統。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種白光光源系統，其包括一光源單元、一分光單元、一螢光單元、一散熱單元以及一擴散反射單元。所述光源產生單元能產生一沿著一預定傳遞路徑的近似準直光線。所述分光單元鄰近地設置在所述光源單元的一側邊旁，且所述分光單元位於所述預定傳遞路徑上，其中，所述近似準直光線能投射至所述分光單元上。所述螢光單元鄰近地設置在所述光源單元的一側邊旁，所述螢光單元包括一螢光體以及一設置在螢光體上的反射體。所述散熱單元設置在所述螢光單元上，所述反射體設置在所述散熱單元與所述螢光體之間。所述擴散反射單元鄰近地設置在所述光源單元的一側邊旁。其中，所述近似準直光線能通過所述分光單元的分光而形成分別投射至所述螢光單元以及所述擴散反射單元上的一第一近似準直光以及一第二近似準直光。其中，所述第一近似準直光與所述第二近似準直光分別通過所述螢光單元與所述擴散反射單元的反射而投射至所述分光單元上，以形成一白光合光光線。

本發明的其中一有益效果在於，本發明實施例所提供的白光光源系統，其能利用“所述近似準直光線能通過所述分光單元的分光而形成分別投射至所述螢光單元以及所述擴散反射單元上的一第一近似準直光以及一第二近似準直光”以及“所述第一近似準直光與所述第二近似準直光分別通過所述螢光單元與所述擴散反射單元的反射而投射至所述分光單元上，以形成一白光合光光線”的技術方案，而能應用於高功率的光源模組架構。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所提供的附圖僅用於提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。

U‧‧‧白光光源系統

1‧‧‧光源單元

2‧‧‧反射單元

21‧‧‧貫穿孔洞

22‧‧‧反射表面

3‧‧‧分光單元

31‧‧‧第一表面

32‧‧‧第二表面

4‧‧‧螢光單元

41‧‧‧螢光體

42‧‧‧反射體

43‧‧‧導熱體

5、5’‧‧‧散熱單元

6‧‧‧擴散反射單元

7‧‧‧第一透鏡單元

8‧‧‧第二透鏡單元

T‧‧‧預定厚度

P‧‧‧近似準直光線

P1‧‧‧第一近似準直光

P2‧‧‧第二近似準直光

R1‧‧‧螢光光線

R2、R21、R22‧‧‧擴散光線

E‧‧‧再利用光線

X、Y‧‧‧方向

圖1為本發明實施例白光光源系統的其中一光學路徑的示意圖。

圖2為本發明實施例白光光源系統的另外一光學路徑的示意圖。

圖3為本發明實施例的另外一種螢光單元的示意圖。

圖4為本發明實施例螢光單元與散熱單元的另外一種設置方式的示意圖。

以下是通過特定的具體實例來說明本發明所公開有關“白光光源系統”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，予以聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的技術範圍。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或信號等，但這些元件或信號不應受這些術語限制。這些術語乃用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，如本文中所使用，術語“或”視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的所有組合。

[實施例]

首先，請參閱圖1及圖2所示，圖1及圖2分別為本發明實施例白光光源系統的光學路徑的示意圖。本發明提供一種白光光源系統U，其包括一光源單元1、一反射單元2、一分光單元3、一螢光單元4、一擴散反射單元6、一第一透鏡單元7以及一第二透鏡單元8。光源單元1能產生一沿著一預定傳遞路徑(負X方向)的近似準直光線P(請參閱圖1所示)。然而，須說明的是，在其他實施方式中，第一透鏡單元7及/或第二透鏡單元8也可以視情況而選擇性地設置，且第一透鏡單元7及/或第二透鏡單元8的數量也可以為多個或者是依據需求而有所調整。另外，舉例來說，光源單元1可以為一雷射模組，雷射模組所產生的近似準直光線P可為藍色雷射光。藍射雷射光可通過分光單元3的分光、螢光單元4的激發與反射、擴散反射單元6的反射以及分光單元3的合光而形成一白光合光光線(請參閱圖1及圖2所示，白光合光光線由螢光光線R1及其中一部分的擴散光線R21)。

然而，須說明的是，在其他實施方式中，可通過提供不同的雷射模組而產生其他顏色的近似準直光線，且可通過提供不同的螢光單元4而激發出其他顏色的光線，進而形成其他顏色的合光光線。另外，也可以通過提供不同的分光單元3或是改變螢光單元4的螢光體41的濃度而改變合光光線的色溫。值得說明的是，本發明所提供的白光光源系統U優選可應用於投影機上，且作為投影機之光源，然本發明不以此為限。舉例來說，本發明所提供的白光光源系統U也可以應用於其他高功率的光源模組(例如但不限於高功率的固態雷射)中，例如但不限於應用在雷射車燈上，此外，當應用於雷射車燈上時，可利用不同的光源單元1或螢光單元4而產生其他顏色的合光光線。

承上述，請復參閱圖1及圖2所示，反射單元2可鄰近地設置在光源單元1的一側邊旁，且反射單元2可位於近似準直光線P的預定傳遞路徑上。另外，反射單元2可具有一貫穿孔洞21以及一反射表面22，近似準直光線P能沿著預定傳遞路徑而通過(穿過)貫穿孔洞21。優選地，貫穿孔洞21的大小可略大於或是等於近似準直光線P的直徑，然本發明不以此為限。

承上述，分光單元3可鄰近地設置在光源單元1的一側邊旁，且分光單元3可位於近似準直光線P的預定傳遞路徑上，光源單元1所產生的近似準直光線P能通過貫穿孔洞21而投射至分光單元3上。舉例來說，分光單元3可以為一濾光片，以本發明實施例而言，投射至分光單元3上的藍色近似準直光線P的20%~60%能穿透分光單元3，且投射至分光單元3上的藍色雷射近似準直光線P的40%~80%能被分光單元3所反射。另外，值得說明的是，當近似準直光線的波長介於500nm至700nm時，近似準直光線P的98%以上都能被分光單元3所反射。

接著，請復參閱圖1及圖2所示，螢光單元4、擴散反射單元6、第一透鏡單元7以及第二透鏡單元8可鄰近地設置在光源單元 1的一側邊旁。第一透鏡單元7可設置在分光單元3與螢光單元4之間，且第二透鏡單元8可設置在分光單元3與擴散反射單元6之間。舉例來說，第一透鏡單元7以及第二透鏡單元8可為一聚光透鏡(例如但不限於為雙凸透鏡)或是為一準直透鏡(collimating lens)。另外，優選地，以本發明實施例而言，白光光源系統U還可進一步包括一散熱單元5，散熱單元5可設置在螢光單元4上，以對螢光單元4提供散熱功能。舉例來說，散熱單元5可以為一鋁擠型的散熱結構，且散熱單元5可具有一本體部(圖中未標號)、多個設置在本體部上的延伸部(圖中未標號)以及多個分別設置在兩個相鄰的延伸部之間的槽體部(圖中未標號)。換句話說，多個設置在本體部上的延伸部可以為散熱單元5的散熱鰭片，然本發明不以此為限，即，在其他實施方式中，散熱單元5也可以只具有本體部。值得說明的是，散熱單元5的熱導率優選可大於20W/mK，然本發明不以此為限。

接著，請復參閱圖1及圖2所示，並請一併參閱圖3所示，為本發明實施例的另外一種螢光單元的示意圖。以本發明實施例而言，螢光單元4可包括一螢光體41以及一設置在螢光體41上的反射體42，反射體42可設置在散熱單元5與螢光體41之間。另外，在其他實施方式中，反射體42也可以設置在散熱單元5上。舉例來說，反射體42可以利用塗佈或鍍膜的方式設置在螢光體41上或散熱單元5上，然本發明不以此為限。進一步來說，請復參閱圖3所示，以本發明實施例而言，反射體42的材質可選用具有良好導熱效果的反射體，舉例來說，反射體42的材質可為反射膜(例如氧化鋁，Al₂O₃)、鋁、銀、陶瓷、氧化矽(SiO₂)、氧化鈦(TiO₂)等具有反射效果的材質。

承上述，請復參閱圖3所示，優選地，在其他實施方式中，螢光單元4還可進一步包括一導熱體43，導熱體43可設置在散熱單元5與反射體42之間。舉例來說，導熱體43的材質可例如但不限於為導熱膏或導熱膠等導熱介質材料(Thermal Interface Material)。另外，由於本發明的其中一實施方式在於產生白光，因此，當光源單元1所產生的光線為藍色雷射光時，螢光體41中可包括黃色螢光粉(圖中未示出)，且螢光體41可由黃色螢光粉與陶瓷、玻璃或矽膠等混合而成。此外，黃色螢光粉於螢光體41內的重量百分比濃度介於15%~70%之間。藉此，藍射雷射光可通過螢光體41而激發出黃色光。值得說明的是，螢光單元4可具有一介於0.1毫米(millimeter，mm)至0.3毫米之間的預定厚度T，然本發明不以此為限。

承上述，請復參閱圖1及圖2所示，值得說明的是，也可以進一步提供另外一個設置在擴散反射單元6上的散熱單元5’，以對擴散反射單元6提供散熱功能。然而，須說明的是，本發明不以擴散反射單元6上是否具有散熱單元5’為限制。再者，值得說明的是，在其他實施方式中，光源單元1、反射單元2、分光單元3、螢光單元4、散熱單元5、散熱單元5’、擴散反射單元6、第一透鏡單元7以及第二透鏡單元8可以設置在一承載基座(圖中未示出)上。舉例來說，承載基座可以是投影機的殼體，或者是投影機的殼體中的一框架，以承載本發明實施例所提供的白光光源系統U中的各個元件，然本發明不以此為限。另外，值得說明的是，以本發明實施例而言，擴散反射單元6的目的在於為轉換藍色雷射光為漫射藍光，因此，擴散反射單元6的反射率可大於85%。舉例來說，擴散反射單元6可為氧化鋁板或霧面鋁反射板，優選地，可為氧化鋁板。此外，擴散反射單元6所產生的漫射角度分布符合以下關係式：l(θ,n)=(cosθ)ⁿ，其中，0.8<n<1.2，0°<θ<180°。

承上述，請復參閱圖1及圖2所示，並一併參閱圖4所示，值得說明的是，在其他實施方式中，螢光單元4也可以嵌設(或可稱嵌埋)在散熱單元5之中，藉此，能進一步縮小螢光單元4及散熱單元5的整體體積。同時，還能進一步提高螢光單元4的反射效果及散熱效率。

接著，請復參閱圖1及圖2所示，以下將進一步說明近似準直光線P在本發明白光光源系統U中的光線路徑。近似準直光線P能通過分光單元3的分光而形成分別投射至螢光單元4以及擴散反射單元6上的一第一近似準直光P1以及一第二近似準直光P2。另外，第一近似準直光P1與第二近似準直光P2能分別通過螢光單元4與擴散反射單元6的反射而投射至分光單元3上，以形成一白光合光光線。須說明的是，為使得圖式易於理解，圖1主要是說明第一近似準直光P1的光線路徑，圖2主要是說明第二近似準直光P2的光線路徑。

承上述，請復參閱圖1及圖2所示，詳細來說，分光單元3可包括一第一表面31以及一相對於第一表面31的第二表面32，投射至分光單元3上的近似準直光線P的20%~60%能穿透分光單元3的第一表面31及第二表面32，投射至分光單元3上的雷射近似準直光線P的40%~80%能被分光單元3的第一表面31所反射。近似準直光線P能通過分光單元3的分光，以形成穿透分光單元3的第一近似準直光P1，且形成由分光單元3反射的第二近似準直光P2，第一近似準直光P1能依序投射至第一透鏡單元7與螢光單元4上，第二近似準直光P2能依序投射至第二透鏡單元8與擴散反射單元6上。舉例來說，分光單元可以為介電多層膜，然本發明不以此為限。

換句話說，投射至分光單元3上的近似準直光線P的20%~60%能穿透分光單元3的第一表面31及第二表面32而形成投射至第一透鏡單元7以及螢光單元4上的第一近似準直光P1，投射至分光單元3上的雷射近似準直光線P的40%~80%能被分光單元3的第一表面31所反射而形成投射至第二透鏡單元8以及擴散反射單元6上的第二近似準直光P2。

承上述，請復參閱圖1所示，第一近似準直光P1能通過螢光單元4的激發和反射，以形成通過第一透鏡單元7而投射至分光單元3上且被分光單元3所反射的一螢光光線R1。詳細來說，第一近似準直光線P能先通過第一透鏡單元7而投射到螢光單元4的螢光體41上，接著，能被螢光單元4的反射體42所反射而投射到第一透鏡單元7上。須說明的是，第一近似準直光線P通過螢光體41的激發後，所形成的光線為一螢光擴散光。另外，通過第一透鏡單元7的設置，能使得螢光光線R1還是能以近似準直的光線投射至分光單元3上，且被分光單元3的第二表面32所反射。須說明的是，為使得圖式易於理解，螢光光線R1在圖式中以線條作為替代。

承上述，請復參閱圖2所示，第二近似準直光P2能通過擴散反射單元6的反射，以形成通過第二透鏡單元8而投射至分光單元3上且穿透分光單元3的一擴散光線R2。詳細來說，第二近似準直光P2能先通過第二透鏡單元8而投射到擴散反射單元6上，接著，能被擴散反射單元6所反射而投射到第二透鏡單元8上。須說明的是，第二近似準直光P2，通過擴散反射單元6的反射後，所形成的光線為一漫射光，而通過第二透鏡單元8的設置，能使得擴散光線R2還是能以近似準直的光線投射至分光單元3上且穿過分光單元3。藉此，如圖1及圖2所示，螢光光線R1與擴散光線R2相互疊合後能形成白光合光光線。須說明的是，為使得圖式易於理解，擴散光線R2(其中一部分的擴散光線R21與另外一部分的擴散光線R22)在圖式中以線條作為替代。

進一步來說，請復參閱圖2所示，由於分光單元3的特性，其中一部分的擴散光線R21能穿透分光單元3的第一表面31及第二表面32而與螢光光線R1相互疊合而形成白光合光光線。另外一部分的擴散光線R22能被分光單元3的第一表面31所反射而投射至反射單元2的反射表面22上。接著，另外一部分的擴散光線 R22能通過反射單元2的反射表面22的反射而形成一再次投射至分光單元3的第一表面31上的再利用光線E，以進行光的回收再利用。藉此，再利用光線E的路徑也可以如同前述對於近似準直光線P的說明，再次地通過分光單元3的分光、螢光單元4的激發與反射、擴散反射單元6的反射以及分光單元3的合光而與前述白光合光光線相互疊合。

[實施例的有益效果]

本發明的其中一有益效果可以在於，本發明實施例所提供的白光光源系統U，其能利用“近似準直光線P能通過分光單元3的分光而形成分別投射至螢光單元4以及擴散反射單元6上的一第一近似準直光P1以及一第二近似準直光P2”以及“第一近似準直光P1與第二近似準直光P2分別通過螢光單元4與擴散反射單元6的反射而投射至分光單元3上，以形成一白光合光光線”的技術方案，而能應用於高功率的光源模組架構。

進一步來說，由於本發明是採用反射式的架構，所以螢光單元4的後方還能設置一散熱單元5，而提升散熱效率，以使得本發明能被應用在高功率的光源模組。再者，也能利用擴散反射單元6所提供的藍色漫射光，而減少現有技術需要另外提供一個產生藍光的發光二極體，進而降低成本。再者，通過反射單元2的反射表面22，能產生一再利用光線E，而能夠進一步提高光線的利用率。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。