TWI468842B - 用於調控投影裝置的出光波長之方法 - Google Patents

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Description

用於調控投影裝置的出光波長之方法
本發明係關於一種調控光波長的方法，特別是關於一種用於調控投影裝置的出光波長的方法。
一般雷射投影機裡光源模組的光路設計係讓單色光透射螢光粉色輪(phosphor wheel,PW)，激發紅、黃、綠等色的螢光粉，以作為顯示光源。接著再依序穿透一光路轉換裝置(relay)、一光調節器(light modulator)及一投影鏡片(projection lens)，以透射出特定顏色光源。
第1圖係繪示一般波長445奈米雷射投影機的光源模組100之示意圖。在第1圖中，首先波長445奈米的藍色光源110發出藍色光111，令使藍色光111進入螢光層色輪120，且激發螢光層121產生波長較長的另一色光122。殘餘的藍色光111會經由另一光路進入投影機，以作為藍色光源。
然而一般波長445奈米的雷射光源係呈現偏紫色(第2A圖左)，可明顯看出與Rec.709所規範的標準藍色光 源(第2A圖右)之色差，如第2A圖所示。一般波長445奈米雷射光源的國際照明委員會(CIE)座標為0.13,0.03(210)，與Rec.709所規範的標準藍光座標(0.15,0.06)(220)有所差異，如第2B圖所示。此一情況嚴重影響了投影機顯示色域，且使藍光顯色產生嚴重的色偏現象。
目前業界的做法係讓波長445奈米的藍光激發綠色螢光粉，令使激發靛色光(cyan)。接著，再以濾鏡篩選靛色光之特定波長範圍，使其與波長445奈米的藍色光混合，以調整藍光顯色。然而此混光方法需增加靛色光的濾鏡，且改變原本光源的光路設計，而增加額外的組成元件及生產成本。並且，無法有效地調整藍色光源，使其符合Rec.709所規範的標準藍光座標。
故此，亟需一種新的用於調控投影裝置的出光波長之方法，以解決上述傳統藍色光源所產生的色偏現象。
本發明係提供一種用於調控投影裝置的出光波長之方法，用以解決傳統藍色光源所產生的色偏現象，令使趨近Rec.709所規範的標準藍光座標，且提高演色性。
本發明之一態樣係在於提供一種用於調控投影裝置的出光波長之方法。此方法包含下列步驟：提供一單色光源，其發出一第一色光。形成一螢光層於單色光源之出光路徑上，令使第一色光透射螢光層。螢光層轉換部份第一色光成為一第二色光，並且放射殘餘的第一色光，其中 第二色光之波長大於第一色光之波長。混合殘餘的第一色光與第二色光，以產生一第三色光，其中第三色光之波長係介於第一、第二色光之間，且藉由調整殘餘的第一色光與第二色光之光瓦強度比例，調控第三色光之波長。
根據本發明之一實施例，投影裝置包含一供光裝置、一光路轉換裝置(relay)、一光調節器(light modulator)、以及一投影鏡片(projection lens)，其中供光裝置包含單色光源及螢光層。
根據本發明之一實施例，供光裝置之螢光層係形成於單色光源之出光面上。
根據本發明之一實施例，供光裝置之螢光層係形成於一色輪上，且設置色輪於單色光源之出光路徑上。
根據本發明之一實施例，單色光源係為紅色光源、綠色光源或藍色光源。
根據本發明之一實施例，單色光源係為藍色光源，其波長為約440~450奈米。
根據本發明之一實施例，螢光層包含一螢光材料，其化學通式為Ba1-xSi2O2N2：Eux，其中x為0.001~1。
根據本發明之一實施例，螢光層包含一螢光材料，其化學通式為Ba1-xSi2O2N2：Eux，其中x為0.005~0.03。
根據本發明之一實施例，螢光層包含一螢光材料，其化學通式為Ba1-xSi2O2N2：Eux，其中x為0.02~0.03。
根據本發明之一實施例，螢光材料之放射波長(emission wavelength)為約480~495奈米。
根據本發明之一實施例，螢光層之厚度為約50~300微米。
根據本發明之一實施例，螢光材料於螢光層中之含量為約5~30wt%。
100‧‧‧光源模組
110‧‧‧藍色光源
111‧‧‧藍色光
120‧‧‧螢光層色輪
121‧‧‧螢光層
122‧‧‧另一色光
210‧‧‧一般波長445奈米雷射光源
220、720‧‧‧Rec.709所規範的標準藍光
310、320、330、340‧‧‧步驟
410、510‧‧‧Ba0.995Si2O2N2：Eu0.005
420、520‧‧‧Ba0.99Si2O2N2：Eu0.01
430、530‧‧‧Ba0.98Si2O2N2：Eu0.02
440、540‧‧‧Ba0.97Si2O2N2：Eu0.03
600‧‧‧投影裝置
610、610a、610b‧‧‧供光裝置
611‧‧‧單色光源
612、612a、612b‧‧‧螢光層
613‧‧‧出光面
614‧‧‧色輪
620‧‧‧光路轉換裝置
630‧‧‧光調節器
640‧‧‧投影鏡片
710‧‧‧經螢光層所調控之藍光
第1圖係繪示傳統波長445奈米雷射投影機的光源模組100之示意圖；第2A圖係傳統波長445奈米藍色光源(左圖)與Rec.709規範的標準藍色光源(右圖)的影像；第2B圖係傳統波長445奈米藍光與Rec.709規範的標準藍光的CIE座標；第3圖係根據本發明實施例所繪示之用於調控投影裝置的出光波長之方法流程圖；第4A圖係根據本發明之實施例所繪示之螢光材料之激發與放射光譜圖；第4B圖係根據本發明之實施例所繪示之螢光材料之歸一化放射光譜圖；第5圖係根據本發明之實施例所繪示之螢光材料之CIE座標圖；第6A圖係根據本發明之一實施例所繪示之投影裝置600之示意圖；第6B圖係根據本發明之一實施例所繪示之供光裝置610a之示意圖； 第6C圖係根據本發明之一實施例所繪示之供光裝置610b之示意圖；第7A圖係根據本發明之最佳實施例所繪示之經螢光層調控之藍光與Rec.709所規範的標準藍光的CIE座標；以及第7B圖係傳統波長445奈米的藍色光源(左圖)與本發明之最佳實施例之經螢光層調控之藍色光源(右圖)的影像。
接著以實施例並配合圖式以詳細說明本發明，在圖式或描述中，相似或相同的部分係使用相同之符號或編號。在圖式中，實施例之形狀或厚度可能擴大，以簡化或方便標示，而圖式中元件之部分將以文字描述之。可瞭解的是，未繪示或未描述之元件可為熟習該項技藝者所知之各種樣式。
第3圖係根據本發明之實施例所繪示之用於調控投影裝置的出光波長之方法流程圖。在第3圖中，步驟310係提供一單色光源，其發出一第一色光。根據本發明之一實施例，單色光源為紅色光源、綠色光源或藍色光源。根據本發明之另一實施例，單色光源為藍色光源，其波長為約440~450奈米。根據本發明之再一實施例，單色光源為波長445奈米的藍光雷射光源。
步驟320係形成一螢光層於單色光源之出光路徑 上，令使第一色光透射螢光層。根據本發明之一實施例，螢光層包含一螢光材料，其化學通式為Ba1-xSi2O2N2：Eux，其中x為0.001~1，較佳為0.005~0.03，更佳為0.02~0.03。
在第3圖的步驟330中，當第一色光透射螢光層後，螢光層會被第一色光激發且放射出一第二色光。而經螢光層透射出之光線包含第二色光以及殘餘的第一色光。其中，由於第二色光係自螢光層吸收第一色光之能量所放射，因此第二色光之波長大於第一色光之波長。
根據本發明之一實施例，經螢光層透射出之第二色光及殘餘的第一色光係直接進入投影裝置之光路中。根據本發明之另一實施例，經螢光層透射出之第二色光及殘餘的第一色光係先照射在一反射面上，經反射再進入投影裝置之光路中。
在第3圖的步驟340中，經螢光層透射出之第二色光及殘餘的第一色光混合產生一第三色光，其中第三色光之波長介於第一、第二色光的波長之間。藉由調整殘餘的第一色光與第二色光之光瓦強度比例，可調控第三色光之波長。根據本發明之一實施例，螢光材料的放射波長為約490~495奈米，即第二色光之波長範圍。根據本發明之另一實施例，第三色光之波長範圍介於440~495奈米之間。
並且由上述結論可得一關係式，如下列式1所示：C1(WL1)+C2(WL2)→C3(WL3) (式1)
其中WL1為第一色光之波長；WL2為第二色光之波長； WL3為第三色光之波長；WL1>WL3>WL2；以及C1、C2、C3分別為第一色光、第二色光、及第三色光之光瓦強度。
此外，根據國際照明委員會(CIE)所制定之標準，每一色光均可對應一CIE座標。在本發明之一實施例中，利用螢光材料Ba0.974Si2O2N2：Eu0.026形成一螢光層，其可用以調控波長445奈米藍光的CIE座標。
在表1中，靛藍色螢光材料可調控光瓦強度為1W、4W或8W之藍色光源，使CIE座標趨近(0.14,0.06)，而此結果已十分接近Rec.709的標準藍光座標(0.15,0.06)。因此，藉由上述方法，可有效調控投影設備之特定色光波長，以提高投影設備光源之演色性。
下面以數個實施例說明不同螢光材料之激發與放射光譜，以及CIE座標。
第4A圖係根據本發明之實施例所繪示之螢光材料 之激發與放射光譜圖；而第4B圖係根據本發明之實施例所繪示之螢光材料之歸一化放射光譜圖。
在第4A圖中，分別比較螢光材料Ba0.995Si2O2N2：Eu0.005(410)、Ba0.99Si2O2N2：Eu0.01(420)、Ba0.98Si2O2N2：Eu0.02(430)及Ba0.97Si2O2N2：Eu0.03(440)之激發與放射強度。於相同波長下，Ba0.97Si2O2N2：Eu0.03(440)之激發與放射強度均最大，而Ba0.995Si2O2N2：Eu0.005(410)之激發與放射強度均為最小，且強度依序為Ba0.97Si2O2N2：Eu0.03(440)>Ba0.98Si2O2N2：Eu0.02(430)>Ba0.99Si2O2N2：Eu0.01(420)>Ba0.995Si2O2N2：Eu0.005(410)。由第4A圖之結果可知，銪(Eu)元素之攙雜含量愈高，螢光材料的激發與放射強度愈大。
第4B圖係將第4A圖之放射光譜歸一化，使其最大放射強度一致。在第4B圖中，分別比較螢光材料Ba0.995Si2O2N2：Eu0.005(410)、Ba0.99Si2O2N2：Eu0.01(420)、Ba0.98Si2O2N2：Eu0.02(430)及Ba0.97Si2O2N2：Eu0.03(440)之放射波長。在相同放射強度下，Ba0.97Si2O2N2：Eu0.03(440)具有最長的放射波長，而Ba0.995Si2O2N2：Eu0.005(410)之放射波長為最短，且波長依序為Ba0.97Si2O2N2：Eu0.03(440)>Ba0.98Si2O2N2：Eu0.02(430)>Ba0.99Si2O2N2：Eu0.01(420)>Ba0.995Si2O2N2：Eu0.005(410)。由第4B圖之結果可知，銪(Eu)元素之攙雜含量愈高，螢光材料的放射波長愈長。
表2係歸納根據本發明之實施例所繪示之螢光材料之CIE座標。
第5圖係根據本發明之實施例所繪示之螢光材料之CIE座標圖。在第5圖中，分別繪示螢光材料Ba0.995Si2O2N2：Eu0.005(510)、Ba0.99Si2O2N2：Eu0.01(520)、Ba0.98Si2O2N2：Eu0.02(530)及Ba0.97Si2O2N2：Eu0.03(540)之CIE座標。由於Ba0.995Si2O2N2：Eu0.005(510)具有最短的放射波長，所以其CIE座標距離Rec.709標準藍光座標最近；而Ba0.97Si2O2N2：Eu0.03(540)的放射波長最長，所以其CIE座標距離Rec.709標準藍光座標最遠。然而，相較於其他實施例的螢光材料，Ba0.97Si2O2N2：Eu0.03具有最大的放射強度，故選擇其做為調控藍色光源的靛色螢光材料。根據本發明之一實施例，靛色螢光材料之化學式亦可為Ba0.974Si2O2N2：Eu0.026。
第6A圖係根據本發明之一實施例所繪示之投影裝置600之示意圖。在第6A圖中，投影裝置600包含供光裝置610、光路轉換裝置620、光調節器630以及投影鏡片640。其中供光裝置610包含單色光源611及螢光層612。根據本發明之一實施例，螢光層612之厚度為約50~300微米。根據本發明之另一實施例，螢光材料於螢光層612中之含量為約5-30重量百分比。
根據本發明之一實施例，供光裝置610a之螢光層612a係形成於單色光源611之出光面613上。其中螢光層可塗佈於單色光源611之出光面613之內側、外側或其組合，如第6B圖所示。
根據本發明之一實施例，供光裝置610b之螢光層612b係形成於色輪614上，且色輪614係設置於單色光源611之出光路徑上，如第6C圖所示。
在本發明之一最佳實施例中，靛色螢光材料Ba0.974Si2O2N2：Eu0.026係用於調控波長455奈米的藍色光源，其中螢光層之厚度為50微米，且螢光材料之含量為10重量百分比。藉由上述螢光層條件，可將藍光座標由(0.13,0.03)調控為(0.14,0.05)，此結果已接近Rec.709之標準藍光。
第7A圖係根據本發明之最佳實施例所繪示之經螢光層調控之藍光與Rec.709所規範的標準藍光的CIE座標；而第7B圖係傳統藍色光源與本發明之最佳實施例之經螢光層調控之藍色光源的影像。由第7A圖的CIE座標可知，經螢光層所調控之藍光710已趨近於Rec.709所規範的標準藍光720。且相較於傳統波長445奈米的藍色光源，利用本發明之一實施例所提供之方法所得到的藍色光源較接近Rec.709所規範的藍色光源。在第7B圖中，相較於一般波長445奈米的藍色光源(左圖)，本發明之最佳實施例所提供之藍色光源(右圖)係將傳統波長445奈米的藍色光源透過螢光層，調控出光波長且得到接近Rec.709所規範的 標準藍色光源。
藉由本發明之一實施例所提供之方法，將單色光源之第一色光照射在螢光層上，令使透射出第二色光及殘餘的第一色光。並且第二色光與殘餘的第一色光直接混合成第三色光。如此一來，便不需要設置額外的濾鏡，可減少濾鏡的成本，以及不需改變原本投影裝置的光源的光路設計。值得注意的是，藉由上述方法，可有效地調控第三色光達到預設的波長範圍，舉例來說，可使藍色光源接近Rec.709所規範的標準藍光座標。
雖然本發明之實施例已揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定為準。
310、320、330、340‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種用於調控投影裝置的出光波長之方法，包含下列步驟：提供一單色光源，其發出一第一色光；形成一螢光層於該單色光源之出光路徑上，令使該第一色光透射該螢光層；該螢光層轉換部份該第一色光成為一第二色光，並且放射殘餘的該第一色光，其中該第二色光之波長大於該第一色光之波長；以及混合殘餘的該第一色光與該第二色光，以產生一第三色光，其中該第三色光之波長係介於該第一、第二色光之間，且藉由調整殘餘的該第一色光與該第二色光之光瓦強度比例，調控該第三色光之波長。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該投影裝置包含一供光裝置、一光路轉換裝置(relay)、一光調節器(light modulator)、以及一投影鏡片(projection lens)，其中該供光裝置包含該單色光源及該螢光層。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該供光裝置之該螢光層係形成於該單色光源之出光面上。
  4. 如請求項2所述之方法，其中該供光裝置之該螢光層係形成於一色輪上，且設置該色輪於該單色光源之出光路徑上。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該單色光源係為紅色光源、綠色光源或藍色光源。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該單色光源係為藍色光源，其波長為約440~450奈米。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該螢光層包含一螢光材料，其化學通式為Ba1-xSi2O2N2：Eux，其中x為0.001~1。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該螢光層包含一螢光材料，其化學通式為Ba1-xSi2O2N2：Eux，其中x為0.005~0.03。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該螢光層包含一螢光材料，其化學通式為Ba1-xSi2O2N2：Eux，其中x為0.02~0.03。
  10. 如請求項7所述之方法，其中該螢光材料之放射波長(emission wavelength)為約480~495奈米。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該螢光層之厚度為約50~300微米。
  12. 如請求項1所述之方法，該螢光材料於該螢光層中之含量為約5~30重量百分比。
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