TWI472865B - 光源系統 - Google Patents

Description

光源系統

本發明係為一種光源系統，特別是一種用於投影裝置之光源系統。

發光二極體(LED)具有啟動時間短及使用壽命長之優點，已廣泛取代傳統高壓汞燈作為一般投影裝置之光源。

一般而言，投影系統係透過發光二極體提供不同方向投射之三原色光束(紅、綠、藍)，經過合光元件合成一道全色光(白光)後，射出至投影裝置之光閥(例如DMD、LCD或LCoS)。但由於綠色發光二極體提供的綠色光束的強度與紅色或藍色發光二極體之紅色或藍色光束的強度相比，較為弱，會導致投影裝置投射出的影像的綠色亮度偏低，造成該影像看起來不自然。

因此，業界發展出一種可增加綠光強度之光源系統。請參閱第1圖，光源系統1包括一紅色發光二極體11、二藍色發光二極體13、15以及一紫外光發光二極體17。紅色發光二極體11與藍色發光二極體13是分別用以提供光源系統1之紅色光束及藍色光束。藍色發光二極體15及紫外光發光二極體17分別透過二分光鏡19a、19b，激發一綠色螢光粉12，以提供光源系統1亮度足夠之綠色光束。

由於上述之光源系統1需要有多個分光鏡，且每個發光二極體皆需配置一透鏡，使得投影裝置的尺寸增加。若減小投影裝置之體積，則需將光源系統之光源架構縮小，其亮度亦會相對降低。且光源系統1所提供綠色光束仍不具有足夠的強度能與紅色或藍色光束之強度匹配。

有鑑於此，提供一種可增加特定顏色之光線(例如綠光)之強度及縮減體積之光源系統，乃為此一業界亟欲達成之目標。

本發明之一目的在於節省光源系統的配置空間，藉由減少固態光源的數量，可避免習知光源系統所占較大空間之問題，本發明之光源系統除了可節省所佔據的空間之外，亦不會降低特定顏色之光束(例如綠色光束)之亮度。

為達上述目的，本發明提供一種光源系統，包含：一第一固態光源、一第二固態光源、一第三固態光源、一合光元件、一均光元件、一第一板體及一第一帶阻濾光器。第一固態光源用以提供一第一波長光束；第二固態光源用以提供一第二波長光束；第三固態光源用以提供一第三波長光束；合光元件具有三入光面、一出光面、第二波長光反射面及一間隙層，第二波長光反射面與間隙層相交叉配置，且第二波長光反射面與間隙層位於三入光面及出光面之間，第二波長光反射面用以供第一波長光束及第三波長光束通過，並反射第二波長光束，第一固態光源、第二固態光源及第三固態光源分別設置於三入光面前；均光元件間隔地設置於出光面前；第一板體間隔地設置於出光面前，且具有一與出光面相對的第一表面及一第一螢光物質，第一螢光物質設置於第一表面，用以被第三波長光束激發而產生一第四波長光束；第一帶阻濾光器設置於出光面與均光元件之間，用以供第一波長光束至第三波長光束通過，並反射第四波長光束。

為讓上述目的、技術特徵及優點能更明顯易懂，下文係以較佳之實施例配合所附圖式進行詳細說明。

請參閱第2圖，所示為本發明第一實施例之光源系統之示意圖。光源系統2具有一第一固態光源21、一第二固態光源22、一第三固態光源23、一合光元件24、一均光元件25、一第一板體26及一第一帶阻濾光器27。

第一固態光源21用以提供一第一波長光束211，第二固態光源22用以提供一第二波長光束221，而第三固態光源23用以提供一第三波長光束231；第一波長光束211、第二波長光束221及第三波長光束231分別具有一特定區間之波段(或波長)，第一波長光束211、第二波長光束221及第三波長光束231之任二波段可完全重疊、部分地重疊或完全不重疊。

於本實施例中，第一固態光源21及第二固態光源22可分別為一藍光發光二極體及一紅光發光二極體，而第三固態光源23可為一藍色雷射光源。此外，第一波長光束211及第二波長光束221可分別為藍色光束及紅色光束，而第三波長光束231可為一藍色雷射光束。

請參閱第3圖，所示為本發明第一實施例之光源系統之合光元件之示意圖。合光元件24具有三入光面、一出光面、一第二波長光反射面241及一間隙層243，第二波長光反射面241與間隙層243相交叉配置，且第二波長光反射面241與間隙層243位於三入光面及出光面之間，形成一X型結構，適可將合光元件24分出四個光路區域。於本實施例中，合光元件24係為一稜鏡組（X-Cube），然於其他實施態樣中，亦可採用一十字鏡片組（X-Plate）。

請復參閱第2圖，三入光面及出光面分別對應合光元件24的四個光路區域，而第一固態光源21、第二固態光源22及第三固態光源23分別設置於三入光面前；合光元件24用以提供(或定義)第一波長光束211、第二波長光束221及第二波長光束231之光線行進路線。

第二波長光反射面241可為一光學鍍膜，具有可使第二波長光束221反射之特性，但可供第一波長光束211及第三波長光束231通過。

間隙層243具有一特定的折射率，當光束以大於或等於全內反射之臨界角的入射角度射至間隙層243時，該光束會被間隙層243完全反射；當光束以小於全內反射的臨界角的入射角度射至間隙層243時，該光束則會被部分反射或穿射間隙層243。於本實施例中，間隙層243係為一空氣層，而第一固態光源21及第二固態光源22之位置配置，可使第一波長光束211及第二波長光束221之入射角小於全反射角，使得第一波長光束211及第二波長光束221可通過間隙層243；而第三固態光源23之位置配置，可使第三波長光束231之入射角大於全反射角度，故間隙層243會反射第三波長光束231。

請繼續參閱第2圖，均光元件25間隔地設置於出光面前，用以均勻光束。於第一實施例中，均光元件25係為一集光柱（integration rod），然於其他實施態樣中，熟知本項技術領域技術者亦可輕易推及均光元件之其他態樣，例如一陣列透鏡（lens array）、一蠅眼透鏡（fly lens）或一光導管（light tunnel）。

第一板體26也間隔地設置於出光面前。請參閱第4圖，所示為第一實施例之第一板體26之示意圖，並配合參閱第2圖。第一板體26具有一與合光元件24的出光面相對的第一表面261及一第一螢光物質263，第一螢光物質263設置於第一表面261。藉此，第三固態光源23所提供之第三波長光束231被間隙層243反射後，便可激發位於第一板體26之第一表面261的第一螢光物質263，而產生一第四波長光束233。第一表面261可為一鏡面，用以反射第四波長光束233。本實施例中，第一螢光物質263可為一綠色螢光粉。

請復參閱第2圖，第一帶阻濾光器27設置於合光元件24的出光面與均光元件25之間，第一帶阻濾光器27用以供第一波長光束211至第三波長光束231通過，並反射第四波長光束233。第一帶阻濾光器27亦可為帶有濾光成分的塗料，可直接塗附、設置於出光面上，以達到濾光的效果。

合光元件24之二入光面及出光面另可分別設置了一第一透鏡組245、一第二透鏡組247及一第三透鏡組249。第一透鏡組245設置於第一固態光源21與合光元件24之間，用以控制第一波長光束211之光路。第二透鏡組247設置於第二固態光源22與合光元件24之間，用以控制第二波長光束221之光路。第三透鏡組249設置於均光元件25及第一帶阻濾光器27之間，用以控制第一波長光束211至第四波長光束233之光路。

詳言之，第一波長光束211可被第一透鏡組245折射，然後以一特定角度射入合光元件24；第二波長光束221可被第二透鏡組247折射，然後以一特定角度射入合光元件24；第一波長光束211及第二波長光束221離開合光元件24後，可被第三透鏡組249折射，然後以一特定角度射入均光元件25，而第三波長光束231離開合光元件24後，可被第三透鏡組249折射，然後以一特定角度射至第一板體26。此外，第四波長光束233也會被第三透鏡組249折射，然後以一特定角度射至第一帶阻濾光器27及均光元件25。

為詳細說明光線行進的光路，請同時參閱第2圖及第5圖，第5圖為本發明第一實施例之光源系統之光路示意圖。第一固態光源21所提供之第一波長光束211(藍色光束)經第一光路201，通過至合光元件24，然後進入均光元件25；第二固態光源22所提供之第二波長光束221(紅色光束)經第二波長反射面241反射，沿第二光路202進入均光元件25；第三固態光源23所提供之第三波長光束231(藍色雷射光束)經間隙層243反射後，沿第三光路203射出合光元件24。

當第三波長光束231射至第一板體26上之第一螢光物質263時，可與第一螢光物質263作用而轉換成第四波長光束233。由於第一螢光物質263為一綠色螢光粉，第三波長光束231激發第一螢光物質263後產生之第四波長光束233為綠色光束。第四波長光束233沿第四光路204反射至第一帶阻濾光器27，第一帶阻濾光器27再反射第四波長光束233，使得第四波長光束233進入均光元件25。

由上述可知，進入均光元件25的光束將有第一波長光束211(藍色光束)、第二波長光束221(紅色光束)及第四波長光束233(綠色光束)。第一波長光束211及第二波長光束221皆是由發光二極體所提供，故亮度足夠。而第四波長光束233是由第一螢光物質263所產生的，故亮度也足夠。換言之，均光元件25所輸出的各顏色光束的亮度皆充足，因此最後投影裝置所投射出的影像不會有特定顏色(例如綠色)的亮度偏低。

以上為本發明第一實施例之光源系統之說明，接著為本發明其它實施例之光源系統之說明。

請同時參閱第6及8圖，所示為本發明第二實施例之光源系統之二示意圖。第二實施例之光源系統2’與第一實施例之光源系統2之差異在於，光源系統2’更包含一第二板體28及一第二帶阻濾光器29，並且第三固態光源23另用以提供一第五波長光束235。第五波長光束235的第五光路205與第三波長光束231的第三光路203不同，而第五波長光束235亦可為一藍色雷射光束。

第二板體28間隔地設置於合光元件24的出光面前。請參閱第7A圖，所示為第二實施例之光源系統之第一板體26與第二板體28之排列示意圖，第二板體28具有一與出光面相對的第二表面281及一第二螢光物質283，而第二螢光物質283設置於第二表面281上。

請參閱第7B圖，所示為本發明之第二實施例之光源系統之第一板體26與第二板體28之不同組成態樣示意圖。第一板體26與第二板體28可結合為面積較大之一板體26’，第一螢光物質263與第二螢光物質283分別設置於板體26’之表面261’上。

請復參閱第6圖及第8圖，第三波長光束231可激發位於第一板體26之第一螢光物質263，而產生一第四波長光束233；第五波長光束235可激發位於第二板體28之第二螢光物質283，而產生一第六波長光束237。

於第二實施例中，第二螢光物質263可為一紅色螢光粉，故第六波長光束237為一紅色光束。此外，第二波長光束221及第六光長光束237為不同波段之紅色光束，且第二波長光束221的波段位於第六光長光束237的波段內。

第二帶阻濾光器29設置於出光面與均光元件25之間。此時，第一帶阻濾光器27可設置於出光面上，而第二帶阻濾光器29可設置於第一帶阻濾光器27前，且第二帶阻濾光器29與第一帶阻濾光器27之間具有一夾角。第二帶阻濾光器29可用以供第一波長光束211至第五波長光束235通過，並反射第六波長光束237。

接著將更進一步說明光源系統2’中各光線行進的光路。第一光路201至第四光路204與前述之第一實施例之合光元件24之光路相同，在此不再贅述。而第三固態光源23之第五波長光束235(藍色雷射光束)經第五光路205進入合光元件24，然後被間隙層243反射後，沿第五光路205射出合光元件24。

射出合光元件24的第五波長光束235接著射入第二板體28上之第二螢光物質283，以產生第六波長光束237(紅色光束)。第六波長光束237接著沿第六光路206前進至第二帶阻濾光器29。

第六波長光束237到達第二帶阻濾光器29後，第六波長光束237的部分光線(也就是波段與第二波長光束221相同的光線)會穿過第二帶阻濾光器29，而其餘光線(也就是波段與第二波長光束221的不同的光線)會被第二帶阻濾光器29反射，然後進入均光元件25。

須說明的是，第一帶阻濾光器27與第二帶阻濾光器29之夾角，需與第一板體26、第二板體28及均光元件25搭配設置，使第四波長光束233與第六波長光束237可分別被第一帶阻濾光器27與第二帶阻濾光器29反射而進入均光元件25。

由於第六波長光束237(紅色光束)是由第二螢光物質263所產生的，故光強度充足，可以與第二波長光束221(紅色光束)混合，以加強均光元件25輸出的紅色光束的亮度。

綜上所述，本發明所揭露之光源系統，可減少光源系統的配置空間，且可減少固態光源的數量，以避免習知光源系統所占較大空間之問題。此外，本發明之光源系統除了可節省所佔據的空間之外，亦可增加特定顏色之光束(例如綠色或紅色光束)之亮度。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

1．．．光源系統

11．．．紅色發光二極體

12．．．綠色螢光粉

13、15．．．藍色發光二極體

17．．．紫外光發光二極體

19a、19b．．．分光鏡

2、2’．．．光源系統

201．．．第一光路

202．．．第二光路

203．．．第三光路

204．．．第四光路

205．．．第五光路

206．．．第六光路

21．．．第一固態光源

211．．．第一波長光束

22．．．第二固態光源

221．．．第二波長光束

23．．．第三固態光源

231．．．第三波長光束

233．．．第四波長光束

235．．．第五波長光束

237．．．第六波長光束

24．．．合光元件

241．．．第二波長光反射面

243．．．間隙層

245．．．第一透鏡組

247．．．第二透鏡組

249．．．第三透鏡組

25．．．均光元件

26、26’．．．第一板體

261．．．第一表面

263．．．第一螢光物質

27．．．第一帶阻濾光器

28．．．第二板體

281．．．第二表面

283．．．第二螢光物質

29．．．第二帶阻濾光器

第1圖係習知光源系統之示意圖；

第2圖係本發明第一實施例之光源系統之示意圖；

第3圖係本發明之第一實施例之光源系統之合光元件示意圖；

第4圖係本發明之第一實施例之光源系統之第一板體之示意圖；

第5圖係本發明第一實施例之光源系統之光路示意圖；

第6圖係本發明第二實施例之光源系統之示意圖；

第7A圖係本發明第二實施例之光源系統之第一板體與第二板體之配置示意圖；

第7B圖係本發明第二實施例之光源系統之第一板體與第二板體之另一組成態樣示意圖；以及

第8圖係本發明第二實施例之光源系統之光路示意圖。

2．．．光源系統

21．．．第一固態光源

211．．．第一波長光束

22．．．第二固態光源

221．．．第二波長光束

23．．．第三固態光源

231．．．第三波長光束

233．．．第四波長光束

24．．．合光元件

241．．．第二波長光反射面

243．．．間隙層

245．．．第一透鏡組

247．．．第二透鏡組

249．．．第三透鏡組

25．．．均光元件

26．．．第一板體

27．．．第一帶阻濾光器

Claims (12)

1. 一種光源系統，包含：一第一固態光源，用以提供一第一波長光束；一第二固態光源，用以提供一第二波長光束；一第三固態光源，用以提供一第三波長光束；一合光元件，具有三入光面、一出光面、一第二波長光反射面及一間隙層，該第二波長光反射面與該間隙層相交叉配置，且該第二波長光反射面與該間隙層位於該三入光面及該出光面之間，該第二波長光反射面用以供該第一波長光束及該第三波長光束通過，並反射該第二波長光束，該第一固態光源、該第二固態光源及該第三固態光源分別設置於該三入光面前；一均光元件，間隔地設置於該出光面前；一第一板體，間隔地設置於該出光面前，且具有一與該出光面相對的第一表面及一第一螢光物質，該第一螢光物質設置於該第一表面，用以被該第三波長光束激發而產生一第四波長光束；以及一第一帶阻濾光器，設置於該出光面與該均光元件之間，用以供該第一波長光束至該第三波長光束通過，並反射該第四波長光束。
2. 如請求項1所述之光源系統，其中該第三固態光源另用以提供一第五波長光束，該第五波長光束的一光路與該第三波長光束的一光路不同。
3. 如請求項2所述之光源系統，更包含一第二板體及一第二帶 阻濾光器，該第二板體間隔地設置於該出光面前，且具有一與該出光面相對的第二表面及一第二螢光物質，該第二螢光物質設置於該第二表面上，用以被該第五波長光束激發而產生一第六波長光束；該第二帶阻濾光器設置於該出光面與該均光元件之間，且與該第一帶阻濾光器之間具有一夾角，用以供該第一波長光束至該第五波長光束通過，並反射該第六波長光束。
4. 如請求項3所述之光源系統，其中該第二螢光物質為一紅色螢光粉。
5. 如請求項4所述之光源系統，其中該第二波長光束及該第六光長光束為不同波段之紅色光束。
6. 如請求項3至5任一項所述之光源系統，其中該第一帶阻濾光器設置於該出光面上，而該第二帶阻濾光器間隔地設置於該第一帶阻濾光器前。
7. 如請求項1至5任一項所述之光源系統，其中該間隙層為一空氣層。
8. 如請求項1至5任一項所述之光源系統，其中該合光元件係為一稜鏡組(X-Cube)。
9. 如請求項1至5任一項所述之光源系統，更包含一第一透鏡組、一第二透鏡組及一第三透鏡組，該第一透鏡組設置於該第一固態光源與該合光元件之間，該第二透鏡組設置於該第二固態光源與該合光元件之間，該第三透鏡組設置於該均光元件及該第一帶阻濾光器之間。
10. 如請求項1至5任一項所述之光源系統，其中該第一固態光 源及該第二固態光源為一發光二極體光源，該第三固態光源為一雷射光源。
11. 如請求項10所述之光源系統，其中該第一波長光束及該第二波長光束分別為藍色光束及紅色光束，該第三波長光束為一藍色雷射光束。
12. 如請求項1至5任一項所述之光源系統，其中該第一螢光物質為一綠色螢光粉，而該第四波長光束為一綠色光束。