TWI450021B - 可提高發光效率之影像產生裝置 - Google Patents

Description

可提高發光效率之影像產生裝置

本發明係相關於一種影像產生裝置，尤指一種利用量子點材料提高發光效率之影像產生裝置。

請參考第1圖，第1圖為習知固態光源型投影機100的示意圖。如第1圖所示，固態光源型投影機100包含一第一固態光源L1，一第二固態光源L2，一第三固態光源L3，一光學模組110，一影像產生元件120，及一投影模組130。第一固態光源L1係用以產生一第一波長之光線，例如藍色(B)光。第二固態光源L2係用以產生一第二波長之光線，例如綠色(B)光。而第三固態光源L3係用以產生一第三波長之光線，例如紅色(R)光。第一固態光源L1、第二固態光源L2及第三固態光源L3係根據一預定時序分別產生藍色光、綠色光及紅色光。光學模組110係用以將第一固態光源L1、第二固態光源L2及第三固態光源L3產生之藍色光、綠色光及紅色光分別導引至影像產生元件120，而影像產生元件120再分別根據光學模組110傳來之紅色光、綠色光及藍色光產生紅色影像、綠色影像及藍色影像。最後由投影模組130將影像產生元件120產生之紅色影像、綠色影像及藍色影像投射至一屏幕上以產生完整之影像。影像產生元件120通常係為一數位微鏡裝置(Digital Micromirror Device,DMD)。數位微鏡裝置包含一微型反射鏡陣列，用以根據影像資料將光線反射以產生影像。

然而，依據上述配置，當一固態光源發光時，另外兩個固態光源必須關閉，而無法用於產生影像。因此習知固態光源型投影機之固態光源並沒有被有效率地利用。

本發明提供一種可提高發光效率之影像產生裝置，包含一第一光源，一光轉換元件，及一影像產生元件。該第一光源係用以產生一第一波長之光線。該光轉換元件係設置於該第一波長光線之傳送路徑上，該光轉換元件包含一第一量子點層，用以將波長為一第二波長以下之光線轉換為該第二波長之光線，及一第二量子點層，用以將波長為一第三波長以下之光線轉換為該第三波長之光線，該第一波長小於該第二波長，且該第二波長小於該第三波長。該影像產生元件係用以根據通過該光轉換元件之光線產生影像。

本發明另提供一種可提高發光效率之影像產生裝置，包含一第一光源，一第二光源，一光轉換元件，及一影像產生元件。該第一光源係用以產生一第一波長之光線。該第二光源係用以產生一第二波長之光線。該光轉換元件係設置於該第一波長光線及/或該第二波長光線之傳送路徑上，該光轉換元件包含一第一量子點層，用以將波長為一第三波長以下之光線轉換為該第三波長之光線，該第一波長及/或該第二波長小於該第三波長。該影像產生元件係用以根據通過該光轉換元件之光線產生影像。

相較於先前技術，本發明影像產生裝置係利用量子點吸收不同波長之光線，並加以轉換為一預定波長附近之光線，因此可以提高各種顏色光之發光效率。另外，本發明投影機亦可減少固態光源之數目，進而簡化固態光源型投影機之架構。

量子點是一種奈米級半導體材料，其可以係元素型半導體材料(例如矽、鍺)，或係化合物半導體材料(例如硒化鎘(CdSe)或硒化硫(CdS))。量子點之粒徑約小於100奈米。量子點之特性在於量子點可根據其粒徑大小吸收一特定波長以下之光線，並將該特定波長以下之光線轉換為該特定波長之光線。舉例來說，當硒化鎘量子點之粒徑為2.1奈米時，硒化鎘量子點可吸收一藍色光波長以下之光線，並將藍色光波長以下之光線轉換為藍色光。當硒化鎘量子點之粒徑為5奈米時，硒化鎘量子點可吸收一綠色光波長以下之光線，並將綠色光波長以下之光線轉換為綠色光。而當硒化鎘量子點之粒徑接近10奈米時，硒化鎘量子點可吸收一紅色光波長以下之光線，並將紅色光波長以下之光線轉換為紅色光。另外，量子點結構不一定為單一半導體材料所構成，量子點之殼與核可由不同之材料所構成。本發明即係利用量子點具不同粒徑即可產生不同顏色之光之特性提高投影機之發光效率。

請同時參考第2圖及第3圖。第2圖為本發明投影機之第一實施例的示意圖，第3圖為光轉換元件之第一實施例的示意圖。投影機200包含一第一固態光源L1，一第二固態光源L2，一第三固態光源L3，一光轉換元件LC，一光學模組210，一影像產生元件220，及一投影模組230。第一固態光源L1係用以產生一第一波長附近之光線，例如一波長450奈米附近之藍色(B)光。第二固態光源係用以產生一第二波長附近之光線，例如一波長550奈米附近之綠色(G)光。而第三固態光源係用以產生一第三波長附近之光線，例如一波長650奈米附近之紅色(R)光。光轉換元件係設置於光線之傳送路徑上。光轉換元件LC包含一第一量子點層Q1及一透光區塊T。第一量子點層Q1上之量子點係用以將波長為650奈米以下之光線轉換為波長650奈米附近之紅色光。光學模組210係用以將光轉換元件LC傳來之藍色光、綠色光及紅色光分別導引至影像產生元件220。而影像產生元件220(例如一數位微鏡裝置)再分別根據光學模組210傳來之藍色光、綠色光及紅色光產生藍色影像、綠色影像及紅色影像。最後由投影模組230將影像產生元件220產生之藍色影像、綠色影像及紅色影像投射至一屏幕上以產生完整之影像。固態光源包含雷射、發光二極體、有機發光二極體等利用半導體原理所構成的光源，不同於傳統日光燈利用氣體游離所造成的光源，固態光源可發出一預定波長附近之光線。

依據上述配置，當要提供藍色光或綠色光給影像產生元件220以產生藍色影像或綠色影像時，光轉換元件LC會轉動以使透光區塊T位於光線傳送路徑P上，進而使第一固態光源L1產生之藍色光或第二固態光源L2產生之綠色光通過。當要提供紅色光給影像產生元件220以產生紅色影像時，光轉換元件LC會轉動以使第一量子點層Q1位於光線傳送路徑P上，且第一固態光源L1、第二固態光源L2及第三固態光源L3可同時發光，光轉換元件LC之第一量子點層Q1上之量子點會將第一固態光源L1產生之藍色光及第二固態光源L2產生之綠色光轉換為波長650奈米附近之紅色光，亦即通過光轉換元件LC之紅色光之能量係包含原有紅色光、綠色光、藍色光之能量，因此通過光轉換元件LC之紅色光亮度會大幅增加。

請參考第4圖，並一併參考第2圖。第4圖為光轉換元件之第二實施例的示意圖。第2圖之光轉換元件LC可由第4圖之光轉換元件LC’取代。光轉換元件LC’包含一第一量子點層Q1，一第二量子點層Q2及一透光區塊T。第一量子點層Q1上之量子點係用以將波長為650奈米以下之光線轉換為波長650奈米附近之紅色光。第二量子點層Q2上之量子點係用以將波長為550奈米以下之光線轉換為波長550奈米附近之綠色光。

依據上述配置，當要提供藍色光給影像產生元件220以產生藍色影像時，光轉換元件LC’會轉動以使透光區塊T位於光線傳送路徑P上，進而使第一固態光源L1產生之藍色光通過。當要提供綠色光給影像產生元件220以產生綠色影像時，光轉換元件LC’會轉動以使第二量子點層Q2位於光線傳送路徑P上，且第一固態光源L1及第二固態光源L2可同時發光，光轉換元件LC’之第二量子點層Q2上之量子點會將第一固態光源L1產生之藍色光轉換為波長550奈米之綠色光，亦即通過光轉換元件LC’之綠色光之能量係包含原有綠色光及藍色光之能量，因此通過光轉換元件LC’之綠色光亮度會大幅增加。相似地，當要提供紅色光給影像產生元件220產生紅色影像時，光轉換元件LC’會轉動以使第一量子點層Q1位於光線傳送路徑P上，且第一固態光源L1、第二固態光源L2及第三固態光源L3可同時發光，光轉換元件LC’之第一量子點層Q1上之量子點會將第一固態光源L1產生之藍色光及第二固態光源L2產生之綠色光轉換為波長650奈米附近之紅色光，亦即通過光轉換元件LC’之紅色光之能量係包含原有紅色光、綠色光、藍色光之能量，因此通過光轉換元件LC’之紅色光亮度會大幅增加。

請參考第5圖，第5圖為本發明投影機500之第二實施例的示意圖。投影機500包含一第一固態光源L1，一第二固態光源L2，一光轉換元件LC，一光學模組510，一影像產生元件520，及一投影模組530。第一固態光源L1係用以產生藍色光，而第二固態光源L2係用以產生綠色光。投影機500之光轉換元件係為第3圖之光轉換元件LC。依據上述配置，由於光轉換元件LC之第一量子點層Q1上之量子點會將第一固態光源L1產生之藍色光及第二固態光源L2產生之綠色光轉換為紅色光，因此投影機500可以僅包含兩固態光源。另外，投影機500之光轉換元件LC亦可由第4圖之光轉換元件LC’取代。依據上述配置，光轉換元件LC’之第一量子點層Q1上之量子點會將第一固態光源L1產生之藍色光及第二固態光源L2產生之綠色光轉換為紅色光，且第二量子點層Q2上之量子點會將第一固態光源L1產生之藍色光轉換為綠色光。上述配置除了可增加紅色光及綠色光的亮度以外，亦可簡化投影機之架構。

請參考第6圖，並一併參考第4圖，第6圖為本發明投影機600之第三實施例的示意圖。投影機600包含一第一固態光源L1，一光轉換元件LC’，一光學模組610，一影像產生元件620，及一投影模組630。第一固態光源L1係用以產生藍色光。投影機600之光轉換元件係為第4圖之光轉換元件LC’。依據上述配置，由於光轉換元件LC’之第一量子點層Q1上之量子點會將第一固態光源L1產生之藍色光轉換為紅色光，且光轉換元件LC’之第二量子點層Q2上之量子點會將第一固態光源L1產生之藍色光轉換為綠色光，因此投影機600可以僅包含一固態光源，大幅簡化了投影機之架構。

另外，請參考第7圖，第7圖為光轉換元件之第三實施例的示意圖。如第7圖所示，光轉換元件LC”可另包含一第三量子點層Q3(或更多量子點層)，用以產生第四種顏色，例如黃色Y。如此投影機之影像顏色可以更豐富。

以上實施例僅係用於說明本發明投影機之運作方式，本發明投影機之光轉換元件可以根據設計需求決定量子點層之數目及顏色，且光轉換元件亦可根據設計需求設置於光線傳送路徑上之其他位置。光轉換元件除了可以穿透方式產生預定波長附近之光線外，光轉換元件亦可以穿透方式及/或反射方式產生預定波長附近之光線。

另外，本發明架構亦可應用於其他類型之影像產生裝置，例如背投影電視及液晶顯示器等。本發明可利用光轉換元件搭配固態光源來產生不同顏色之光，進而使影像產生裝置產生影像。

相較於先前技術，本發明影像產生裝置係利用量子點吸收不同波長之光線，並加以轉換為一預定波長附近之光線，因此可以提高各種顏色光之發光效率，進而提升影像之亮度。另外，本發明投影機亦可減少固態光源之數目，進而簡化固態光源型投影機之架構。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100,200,500,600．．．投影機

110,210,510,610．．．光學模組

120,220,520,620．．．影像產生元件

130,230,530,630．．．投影模組

P．．．光傳送路徑

L1．．．第一固態光源

L2．．．第二固態光源

L3．．．第三固態光源

LC,LC’,LC”．．．光轉換元件

Q1．．．第一量子點層

Q2．．．第二量子點層

Q3．．．第三量子點層

T．．．透光區塊

R．．．紅色

G．．．綠色

B．．．藍色

Y．．．黃色

第1圖為習知固態光源型投影機的示意圖。

第2圖為本發明投影機之第一實施例的示意圖。

第3圖為光轉換元件之第一實施例的示意圖。

第4圖為光轉換元件之第二實施例的示意圖。

第5圖為本發明投影機之第二實施例的示意圖。

第6圖為本發明投影機之第三實施例的示意圖。

第7圖為光轉換元件之第三實施例的示意圖。

200．．．投影機

210．．．光學模組

220．．．影像產生元件

230．．．投影模組

P．．．光傳送路徑

L1．．．第一固態光源

L2．．．第二固態光源

L3．．．第三固態光源

LC．．．光轉換元件

R．．．紅色

G．．．綠色

B．．．藍色

Claims (5)

1. 一種可提高發光效率之影像產生裝置，包含：一第一光源，用以產生一第一波長之光線；一第二光源，用以產生一第二波長之光線；一第三光源，用以產生一第三波長之光線；一光轉換元件，設置於該第一波長光線及該第二波長光線之傳送路徑上，該光轉換元件包含一第一量子點層，用以將波長為該第三波長以下之光線轉換為該第三波長之光線，該第一波長及該第二波長小於該第三波長；及一影像產生元件，用以根據通過該光轉換元件之光線產生影像；其中當該第三光源發光時，該第一光源及該第二光源同時發光。
2. 如請求項1所述之影像產生裝置，其中該光轉換元件另包含一透光區塊用以使該第一光源及該第二光源產生之光線通過。
3. 如請求項1所述之影像產生裝置，其中該第一波長之光線係為藍色光，該第二波長之光線係為綠色光，該第三波長之光線係為紅色光。
4. 如請求項1所述之影像產生裝置，另包含一第二量子點層，用以 將波長為該第二波長以下之光線轉換為該第二波長之光線，該第一波長小於該第二波長。
5. 如請求項1所述之影像產生裝置，另包含一投影模組，用以投射該影像產生元件產生之影像。