TWI512385B - 光波長轉換模組、照明系統以及投影裝置 - Google Patents

光波長轉換模組、照明系統以及投影裝置 Download PDF

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Description

光波長轉換模組、照明系統以及投影裝置
本發明是有關於一種光學模組、光學系統及顯示裝置，且特別是有關於一種光波長轉換模組、照明系統及投影裝置。
隨著顯示技術的進步，投影裝置除了可採用發出白光的高壓汞燈(Ultra High Pressure lamp,UHP lamp)搭配色輪(color wheel)來依序產生紅光、綠光及藍光，以使投影裝置提供彩色影像畫面之外，近來更發展出以發出紅光、綠光及藍光的發光二極體(Light Emitting Diode,LED)作為光源的投影裝置。然而，發光二極體的發光效率約在5%至12%之間，遠不及發光效率高於25%的雷射二極體(laser diode)，因此近年來逐漸發展出以雷射光源搭配螢光輪(fluorescent wheel)來作為投影裝置所需的光源。
然而，現有的雷射投影裝置普遍有演色性不佳的問題。其主要原因在於，雷射投影裝置所使用的螢光粉的放射頻譜(emission spectrum)主要在490奈米至580奈米之間，而此類螢 光粉在600奈米以上的表現不佳，因此雷射投影裝置所顯示出的影像畫面在紅光的表現較為不足。目前市面上的雷射投影裝置主要是透過額外設置紅光發光二極體去改善雷射投影裝置的演色性。然而，此種方式需額外增加發光二極體以及其他耦合元件，而造成成本的增加。中華民國專利第201239508號以及美國專利公開第20120102126號分別揭露了不同的照明系統，中華人民共和國專利第102272953號揭露了一種螢光粉轉換型發光裝置，而中華人民共和國專利第102272954號揭露了一種螢光粉層、螢光粉層的形成方法及用於形成螢光粉層的設備。
本發明提供一種光波長轉換模組，其可加強從其出射的光束的彩度(chroma)。
本發明提供一種照明系統，其具有好的演色性(Color Rendering Index)。
本發明提供一種投影裝置，其所顯示出的影像色彩相對逼真。
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，本發明之一實施例提供一種光波長轉換模組包括載板、第一光波長轉換層以及第一光穿透層。載板具有光通過區以及位於光通過區一側 的第一光波長轉換區。第一光波長轉換層位於第一光波長轉換區，適於將同調光束轉換成第一轉換光束，其中同調光束與第一轉換光束的波長彼此不同。第一光波長轉換層位於第一光穿透層與載板之間。
本發明之一實施例更提出一種照明系統包括上述光波長轉換模組以及同調光源。同調光源發出同調光束。光波長轉換模組配置於同調光束的傳遞路徑上。
本發明之一實施例還提出一種投影裝置包括上述照明系統、光閥以及投影鏡頭。光閥配置於來自照明系統的照明光束的傳遞路徑上，以將照明光束轉換為影像光束，其中照明光束源自於同調光束以及第一轉換光束。投影鏡頭配置於影像光束的傳遞路徑上。
基於上述，本發明的上述實施例透過光波長轉換層的疊層設計，加強從光波長轉換模組出射的光束的彩度，從而使應用此光波長轉換模組的照明系統具有好的演色性，並使應用此照明系統的投影裝置所顯示出的影像色彩相對逼真。
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。
1‧‧‧投影裝置
10、20‧‧‧照明系統
11、100、100a、100b、100c、200‧‧‧光波長轉換模組
12‧‧‧同調光源
13‧‧‧合光元件
14a、14b、14c‧‧‧反射鏡
15、15a‧‧‧色輪
16‧‧‧光均勻化元件
30‧‧‧光閥
40‧‧‧投影鏡頭
110‧‧‧載板
120‧‧‧第一光波長轉換層
130‧‧‧第二光波長轉換層
140‧‧‧第三光波長轉換層
150‧‧‧反光元件
160‧‧‧第四光波長轉換層
A1‧‧‧第一透光區
A2‧‧‧第一濾光區
A3‧‧‧第二濾光區
A4‧‧‧第二透光區
B‧‧‧同調光束
B1‧‧‧第一轉換光束
B2‧‧‧第二轉換光束
B3‧‧‧第三轉換光束
B4‧‧‧第四轉換光束
CF1‧‧‧第一色濾光層
CF2‧‧‧第二色濾光層
DF‧‧‧擴散片
H120、H130、H140、H160‧‧‧厚度
IB‧‧‧照明光束
L1‧‧‧第一光束
L2‧‧‧第二光束
MB‧‧‧影像光束
O‧‧‧開口
R1‧‧‧光通過區
R2‧‧‧第一光波長轉換區
R3‧‧‧第二光波長轉換區
R4‧‧‧第三光波長轉換區
TS1‧‧‧第一光穿透層
TS2‧‧‧第二光穿透層
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種光波長轉換模組的 上視示意圖。
圖1B是圖1A中光波長轉換模組的剖面示意圖。
圖1C至圖1F是依照本發明的第一實施例的其他形態的光波長轉換模組的剖面示意圖。
圖2A是依照本發明的第二實施例的一種光波長轉換模組的上視示意圖。
圖2B是圖2A中光波長轉換模組的剖面示意圖。
圖2C是依照本發明的第一實施例的另一種光波長轉換模組的剖面示意圖。
圖3是依照本發明的一實施例的一種照明系統的示意圖。
圖4A及圖4B是圖3中色輪的兩種實施形態的上視示意圖。
圖5是依照本發明的一實施例的一種投影裝置的示意圖。
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多個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」、「前」、「後」、「左」、「右」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，而非用來限制本發明。
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種光波長轉換模組的上視示意圖，其中圖1A省略繪示光波長轉換模組的第一光穿透層。圖1B是圖1A中光波長轉換模組的剖面示意圖。圖1C至 圖1F是依照本發明的第一實施例的其他形態的光波長轉換模組的剖面示意圖。請先參照圖1A及圖1B，本實施例的光波長轉換模組100包括載板110、第一光波長轉換層120、第二光波長轉換層130以及第一光穿透層TS1。
載板110適於承載第一光波長轉換層120。載板110具有光通過區R1以及光通過區R1旁的第一光波長轉換區R2，其中光通過區R1以及第一光波長轉換區R2環設在載板110的邊緣，且第一光波長轉換層120位於第一光波長轉換區R2上，而第一光穿透層TS1位於第一光波長轉換層120上，以將第一光波長轉換層120緊密貼附於載板110上。舉例而言，第一光穿透層TS1的材質例如是矽膠，如折射率為1.4的非苯環結構的膠體或是折射率為1.5的苯環結構的膠體。
在本實施例中，第一光波長轉換層120例如是透過沉積的方式，例如化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD)形成於第一光波長轉換區R2上，而第一光穿透層TS1例如是以塗佈的方式形成於第一光波長轉換層120上。透過兩階段的製程步驟，可加強第一光波長轉換層120與載板110之間的接觸並降低第一光波長轉換層120與載板110的熱阻，從而可提升第一光波長轉換層120的散熱效率。
為提升從光波長轉換模組100出射的光束的彩度，本實施例的光波長轉換模組100可進一步包括第二光波長轉換層130，其中第一光波長轉換層120與第二光波長轉換層130位於第 一光波長轉換區R2上，且位於載板110的同一側，第一光波長轉換層120設置於第二光波長轉換層130與載板110之間。並且，第一光波長轉換層120與第二光波長轉換層130彼此重疊，其中第一光波長轉換層120以及第二光波長轉換層130位於第一光穿透層TS1與載板110之間。在本實施例中，第一光波長轉換層120例如是位於第二光波長轉換層130與載板110之間，而第二光波長轉換層130例如是位於第一光穿透層TS1與第一光波長轉換層120之間，但本發明不限於此。在其他實施例中，第一光波長轉換層120與第二光波長轉換層130的位置亦可對調，亦即是第二光波長轉換層130位於第一光波長轉換層120與載板110之間，且第一光波長轉換層120位於第一光穿透層TS1與第二光波長轉換層130之間。
此外，本實施例的光波長轉換模組100可進一步於載板110上設置單一的第三光波長轉換層140，並於光波長轉換層140上再設置第一光穿透層TS1。具體地，為提升從光波長轉換模組100出射的光束的色彩多樣性，本實施例的光波長轉換模組100可進一步設置其他的光波長轉換層。如圖1B所示，光波長轉換模組100可更包括第三光波長轉換層140，且載板110可更具有第二光波長轉換區R3，其中第三光波長轉換層140位於第二光波長轉換區R3上，且第一光穿透層TS1更位於第三光波長轉換層140上。
第一光波長轉換層120適於將同調光束B轉換成第一轉 換光束B1。第二光波長轉換層130適於將同調光束B轉換成第二轉換光束B2。第三光波長轉換層140適於將同調光束B轉換成第三轉換光束B3，其中同調光束B、第一轉換光束B1、第二轉換光束B2以及第三轉換光束B3的波長彼此不同。
詳言之，同調光束B、第一轉換光束B1、第二轉換光束B2以及第三轉換光束B3分別為不同顏色的光束，而第一光波長轉換層120、第二光波長轉換層130以及第三光波長轉換層140例如分別為可激發出不同色光的螢光粉，其材料例如是矽酸鹽螢光材料、氮氧化物螢光材料、釔鋁石榴石螢光材料、氮化物螢光材料及硫化物螢光材料的其中一者或上述的組合。
以下以同調光束為藍光接續說明。第一光波長轉換層120例如是藉由吸收藍光頻譜而激發出黃光的釔鋁石榴石螢光粉，第二光波長轉換層130例如是藉由吸收藍光頻譜而激發出紅光的氮氧化物螢光粉，而第三光波長轉換層140例如是藉由吸收藍光頻譜而激發出綠光的釔鋁石榴石螢光粉。換言之，本實施例的同調光束B、第一轉換光束B1、第二轉換光束B2以及第三轉換光束B3的顏色例如分別為藍色、黃色、紅色以及綠色。此外，第一光波長轉換層120的放射頻譜(第一轉換光束的頻譜，即黃色頻譜)部分重疊於第二光波長轉換層130的放射頻譜(第二轉換光束的頻譜，即紅色頻譜)。
由於紅光螢光粉的成本相對高，因此若僅在第一光波長轉換區R2中設置第二光波長轉換層130(吸收藍光頻譜而激發出 紅光)，將造成光波長轉換模組100的成本過高。另一方面，若僅在第一光波長轉換區R2中設置第一光波長轉換層120(吸收藍光頻譜而激發出黃光)，則從第一光波長轉換區R2出射的光束在紅色彩度上會不足。並且，當此光波長轉換模組應用於照明系統中而搭配一色輪(Color Wheel)的設置時，由於色輪定義為具有多個濾光片(Filters)組成，而第一光波長轉換區R2例如對應紅色濾光片設置，因此大部分的黃光將會被紅色濾光片濾除，而造成照明系統在紅光的輸出功率不足及演色性不佳等問題。如此，將導致應用此照明系統的投影裝置難以提供真實的影像色彩。
在本實施例中，第一光波長轉換區R2是採用第一光波長轉換層120與第二光波長轉換層130的疊層設計。當同調光束B照射至第一光波長轉換區R2時，部分的同調光束B會被第二光波長轉換層130吸收而放出紅光(第二轉換光束B2)，而部分的同調光束B經過第二光波長轉換層130的間隙而到達第一光波長轉換層120，並被第一波長轉換層120吸收而放出黃光。由於從第一光波長轉換區R2出射的光束包括第一光波長轉換層120所發出的黃光以及第二光波長轉換層130所發出的紅光，且紅光能夠補償黃光在紅色頻譜的表現，因此本實施例可加強光波長轉換模組100所輸出的紅色頻譜。
此外，本實施例還可透過個別調整第一光波長轉換層120以及第二光波長轉換層130的厚度及濃度等參數，以有效地加強光波長轉換模組100所輸出的紅色頻譜，並使應用光波長轉換模 組100的照明系統在紅光輸出功率最大化，從而提升應用光波長轉換模組100的照明系統的演色性，以及使應用此照明系統的投影裝置能夠顯示出相對逼真的影像色彩。舉例而言，第二光波長轉換層130的厚度H130例如是小於第一光波長轉換層120的厚度H120，但不限於此。在其他實施例中，第一光波長轉換層120的厚度H120以及第二光波長轉換層130的厚度H130亦可視設計需求而定。若以上述沉積的方式形成第一光波長轉換層120以及第二光波長轉換層130，則可透過控制螢光粉的劑量來控制螢光粉層的厚度。舉例而言，在上述第二光波長轉換層130的厚度H130小於第一光波長轉換層120的厚度H120的例子中，第二光波長轉換層130的螢光粉的劑量例如是在0.2mg/cm2 至0.8mg/cm2 之間，而第一光波長轉換層120的螢光粉的劑量例如是在8mg/cm2 至15mg/cm2 之間。
在實際應用中，載板110可以是反光載板或透光載板。如圖1A及圖1B所示，當載板110採用反光載板時，例如由金屬、合金或其組合所製成的載板，光通過區R1可透過鏤空反光載板的方式形成。舉例而言，載板110可包括開口O，且開口O位在光通過區R1，以使傳遞至光通過區R1的光束通過。在其他實施例中，亦可在開口O內置入透光的擴散片或填充其他的透光物質，以降低應用光波長轉換模組100的系統的散斑雜訊(speckle noise)。
或者，如圖1C所示，光波長轉換模組100a的載板110 例如採用透光載板，且光波長轉換模組100可進一步在第一光波長轉換區R2以及第二光波長轉換區R3上設置反光元件150，並使反光元件150位於第一光波長轉換層120與載板110之間、第二光波長轉換層130與載板110之間以及第三光波長轉換層140與載板110之間，此外，在另一實施例中，可將上述反光元件150去除，使得第一轉換光束B1、第二轉換光束B2可穿透透光的載板110。
須說明的是，上述實施例雖僅以加強紅色彩度進行說明，但本發明不限於此，上述設計概念亦可應用於加強綠色頻譜的光強度。如圖1D所示，光波長轉換模組100b與圖1B中的光波長轉換模組100大致相同，且相同的元件以相同的標號表示，於此便不再贅述。與光波長轉換模組100的差異在於，光波長轉換模組100b更包括第四光波長轉換層160，且第四光波長轉換層160位於第二光波長轉換區R3上，與第三光波長轉換層140重疊，並與第三光波長轉換層140位於載板110的同一側，且第三光波長轉換層140以及第四光波長轉換層160位於第一光穿透層TS1與載板110之間。在本實施例中，第三光波長轉換層140例如是位於第四光波長轉換層160與載板110之間，且第四光波長轉換層160位於第一光穿透層TS1與第三光波長轉換層140之間，但本發明不限於此。在其他實施例中，第三光波長轉換層140與第四光波長轉換層160的位置亦可對調，亦即是第四光波長轉換層160位於第三光波長轉換層140與載板110之間，而第三光波長轉換 層140位於第一光穿透層TS1與第四光波長轉換層160之間。
第四光波長轉換層160亦例如為一螢光層，且第四光波長轉換層160的激發頻譜例如是重疊於第三光波長轉換層140的放射頻譜。換言之，第四光波長轉換層160可吸收第三光波長轉換層140所發出的第三轉換光束B3，並將第三轉換光束B3轉換成第四轉換光束B4，其中同調光束B、第一轉換光束B1、第二轉換光束B2、第三轉換光束B3以及第四轉換光束B4的波長彼此不同。
詳言之，第四光波長轉換層160例如是藉由吸收波長在500奈米左右的綠光而激發出橘光的矽酸鹽螢光粉。換言之，第四轉換光束B4的顏色例如為橘色。當同調光束B照射至第二光波長轉換區R3時，部分的同調光束B會被第三光波長轉換層140吸收而放出第三轉換光束B3(綠光)，其中部分的第三轉換光束B3會傳遞至位於第三光波長轉換層140下的第四光波長轉換層160並被其吸收而放出橘光。換言之，從第二光波長轉換區R3出射的光束包括第三光波長轉換層140所發出的綠光以及第四光波長轉換層160所發出的橘光。由於橘光的頻譜與綠光的頻譜部分重疊，因此，本實施例可利用橘光去加強綠色頻譜的光強度，從而提升光利用率以及提升應用光波長轉換模組100b的照明系統在綠光的輸出功率。
另外，本實施例亦可透過調整第三光波長轉換層140以及第四光波長轉換層160的厚度及濃度等參數，以有效地加強光 波長轉換模組100b所輸出的綠色頻譜，並使應用光波長轉換模組100b的照明系統在綠光輸出功率最大化，從而提升應用光波長轉換模組100b的照明系統的演色性，以及使應用此照明系統的投影裝置能夠顯示出相對逼真的影像色彩。舉例而言，第四光波長轉換層160的厚度H160例如是小於第三光波長轉換層140的厚度H140，但不限於此。在其他實施例中，第三光波長轉換層140的厚度H140以及第四光波長轉換層160的厚度H160可視設計需求而定。再者，本實施例的載板110雖繪示圖1B的形態，但光波長轉換模組100b的載板110也可採用圖1C的形態。
再者，光波長轉換模組100亦可進一步包括另一光穿透層位於光波長轉換層與光波長轉換層之間。如圖1E所示，光波長轉換模組100c例如進一步包括第二光穿透層TS2，其中第二光穿透層TS2位於第一光波長轉換層120與第二光波長轉換層130之間，以及第三光波長轉換層140與第四光波長轉換層160之間。亦即是，第一光波長轉換層120位於第二光穿透層TS2與載板110之間，且第三光波長轉換層140位於第二光穿透層TS2與載板110之間。圖1E是在圖1D的架構下設置第二光穿透層TS2，然而，在圖1B及圖1C的架構下，亦可進一步設置第二光穿透層TS2位於第一光波長轉換層120與第二光波長轉換層130之間。
須說明的是，在圖1B至圖1E中，照射於第一光波長轉換層120、第二光波長轉換層130、第三光波長轉換層140以及第四光波長轉換層160的同調光束B和第一轉換光束B1、第二轉換 光束B2、第三轉換光束B3以及第四轉換光束B4，雖皆以單條光束表示，然而實際的激發光束會是360度的散射(如圖1F所示)。
圖2A是依照本發明的第二實施例的一種光波長轉換模組的上視示意圖，其中圖2A省略繪示光波長轉換模組的第一光穿透層。圖2B是圖2A中光波長轉換模組的剖面示意圖。圖2C是依照本發明的第一實施例的另一種光波長轉換模組的剖面示意圖。請先參照圖2A及圖2B，本實施例的光波長轉換模組200大致相同於圖1A及圖1B中的光波長轉換模組100，且相同的元件以相同的標號表示，於此便不再贅述。與光波長轉換模組100的差異在於，光波長轉換模組200更包括第三光波長轉換區R4，且第一光波長轉換層120更位於第三光波長轉換區R4上，而第一光穿透層TS1更位於第三光波長轉換區R4上的第一光波長轉換層120上。換言之，本實施例的光波長轉換模組200具有四個區域，且四個區域分別輸出不同的色彩。具體而言，若以藍光照射光通過區R1，則可輸出藍光，以藍光照射第一光波長轉換區R2，則可輸出偏紅光，以藍光照射第二光波長轉換區R3，則可輸出綠光，而以藍光照射第三光波長轉換區R4，則可輸出黃光。
另外，如圖2C所示，光波長轉換模組200a的載板110也可以透光載板取代圖2B中的反光載板，且光波長轉換模組100可進一步在第一光波長轉換區R2、第二光波長轉換區R3以及第三光波長轉換區R4上設置反光元件150，並使反光元件150位於第一光波長轉換層120與載板110之間、第二光波長轉換層130 與載板110之間以及第三光波長轉換層140與載板110之間。
再者，在圖2B及圖2C的架構下，亦可在第二光波長轉換區R3上進一步設置圖1D的第四光波長轉換層160，以加強綠色頻譜的光強度。詳細的內容可參見圖1D、圖1E及對應的敘述，於此便不再贅述。
圖3是依照本發明的一實施例的一種照明系統的示意圖。圖4A及圖4B是圖3中色輪的兩種實施形態的上視示意圖。請先參照圖3及圖4A，本實施例的照明系統10包括光波長轉換模組11以及同調光源12。同調光源12例如是一雷射光源，其適於提供一同調光束B，而同調光束B例如為一雷射光束。光波長轉換模組11配置於同調光束B的傳遞路徑上。在本實施例中，光波長轉換模組11例如可採用圖1B至圖1E的光波長轉換模組100、100a、100b、100c。
此外，本實施例的照明系統10可進一步包括合光元件13、多個反射鏡14a、14b、14c、色輪15以及光均勻化元件16。合光元件13配置於來自同調光源12的同調光束B的傳遞路徑上，且合光元件13位於同調光源12與光波長轉換模組11之間。合光元件13將通過光通過區R1(參見圖1A及圖1B)且通過多個反射鏡14a、14b、14c的同調光束B、來自第一光波長轉換區R2的第一轉換光束B1以及第二轉換光束B2以及來自第二光波長轉換區R3的第三轉換光束B3合併。
具體而言，同調光束B通過光波長轉換模組11的光通過 區R1後會依序經由反射鏡14a、反射鏡14b以及反射鏡14c反射而傳遞至合光元件13。同調光束B接而再穿過合光元件13並傳遞至色輪15。被圖1B或圖1D的反光載板或被圖1C中的反光元件150反射至合光元件13的第一轉換光束B1、第二轉換光束B2以及第三轉換光束B3接而會被合光元件13反射，並被傳遞至色輪15。此處，第一轉換光束B1、第二轉換光束B2以及第三轉換光束B3的傳遞路徑實質上會與通過合光元件13的同調光束B的傳遞路徑重合。
色輪15配置於來自合光元件13的同調光束B、第一轉換光束B1、第二轉換光束B2以及第三轉換光束B3的傳遞路徑上。此外，色輪15例如是對應光波長轉換模組11進行分區。如圖4A所示，本實施例的色輪15例如包括第一透光區A1、第一透光區A1旁的第一濾光區A2以及位於第一透光區A1與第一濾光區A2旁的第二濾光區A3。
第一透光區A1例如是配置有擴散片DF，以降低照明系統10的散斑雜訊。第一濾光區A2例如配置有第一色濾光層CF1，而第二濾光區A3配置有第二色濾光層CF2。濾光層的設置可濾除各轉換光束中的部分頻譜，以提升自照明系統10出射的照明光束IB的色純度。在本實施例中，第一色濾光層CF1例如為紅色濾光層，而第二色濾光層CF2例如為綠色濾光層。
色輪15的第一透光區A1、第一濾光區A2以及第二濾光區A3例如是對應圖1A中光波長轉換模組11的光通過區R1、第 一光波長轉換區R2以及第二光波長轉換區R3切入光束的傳遞路徑上。具體而言，請參照圖1A、圖3及圖4A第一透光區A1對應光通過區R1而切入通過光通過區R1的同調光束B的傳遞路徑，且同調光束B穿過擴散片DF。
第一濾光區A2對應第一光波長轉換區R2而切入第一轉換光束B1以及第二轉換光束B2的傳遞路徑，且第一色濾光層CF1將第一轉換光束B1以及第二轉換光束B2轉變成第一光束L1，其中第一光束L1的頻譜窄於第一轉換光束B1的頻譜。詳言之，第一轉換光束B1的頻譜為黃光頻譜，其涵蓋部分的紅光頻譜，而第二轉換光束B2的頻譜為紅光頻譜。因此，利用第一色濾光層CF1濾除紅光頻譜以外的光，即可提升自照明系統10出射的照明光束IB的色純度。另一方面，由於本實施例的第一光波長轉換區R2所採用的光波長轉換層的疊層設計可加強從光波長轉換模組11出射的光束在紅色頻譜的光強度，因此能夠相對降低光束被第一色濾光層CF1濾除的比例，從而提升紅光的輸出功率。
第二濾光區A3對應第二光波長轉換區R3而切入第三轉換光束B3的傳遞路徑，且第二色濾光層CF2將第三轉換光束B3轉變成第二光束L2，其中第二光束L2的頻譜落在第三轉換光束B3的頻譜內。值得一提的是，若光波長轉換模組11採用圖1D的架構，即在第二光波長轉換區R3上進一步設置第四光波長轉換層160，則可加強從光波長轉換模組11出射的光束在綠色頻譜的光強度，從而提升綠光的輸出功率。
光均勻化元件16配置於來自色輪15的同調光束B、第一光束L1以及第二光束L2的傳遞路徑上。光均勻化元件16例如是光積分柱。光積分柱可由反射鏡所構成，且其例如是利用多次反射提升雷射光束的均勻性。
須說明的是，上述實施例僅用以舉例說明，而並不用以限定本發明。在其他實施例中，如圖4B所示，為提升從照明系統10出射的照明光束IB的色彩多樣性，本實施例的光波長轉換模組11也可採用圖2A至圖2C的架構，且色輪15a可更包括第二透光區A4，其中第二透光區A4對應第三光波長轉換區R4切入來自第三光波長轉換區R4的第一轉換光束B1的傳遞路徑，以使第一轉換光束B1通過第二透光區A4。如此，從色輪15a出射的光束的顏色則包括同調光束B的藍色、第一光束L1的紅色、第二光束L2的綠色以及第一轉換光束B1的黃色。
圖5是依照本發明的一實施例的一種投影裝置的示意圖。請參照圖5，本實施例的投影裝置1包括照明系統20、光閥30以及投影鏡頭40。照明系統20例如採用圖3的照明系統10。光閥30配置於來自照明系統20的照明光束IB的傳遞路徑上，以將照明光束IB轉換為影像光束MB，其中照明光束IB源自於上述同調光束B、第一轉換光束B1、第二轉換光束B2以及第三轉換光束B3(在圖1D的架構下還包括第四轉換光束B4)。在本實施例中，光閥30例如為數位微鏡元件(Digital Micro-mirror Devices,DMD)。然而，在其他實施例中，光閥30亦可以是矽基液晶面板 (Liquid-Crystal-On-Silicon panel,LCOS panel)或穿透式液晶面板(transmissive liquid crystal panel)。
投影鏡頭40配置於影像光束MB的傳遞路徑上，用以將影像光束MB投射至屏幕或是其他用於可成像的物件上。在圖4A的架構下，影像光束MB例如為藍色光束、紅色光束及綠色光束，而在圖4B的架構下，影像光束MB例如為藍色光束、紅色光束、綠色光束及黃色光束，且當這些光束以高頻率輪流投射於屏幕時，藉由視覺暫留原理，使用者便能夠在屏幕上觀看到彩色的影像畫面。
由於本實施例的投影裝置1的照明系統20是採用圖3的照明系統10，且照明系統10的光波長轉換模組11所採用的光波長轉換層的疊層設計能夠加強從光波長轉換模組出射的光束的彩度。因此，本實施例的投影裝置1可投影出色彩相對逼真的影像畫面。
綜上所述，本發明透過光波長轉換層的疊層設計能夠加強從光波長轉換模組出射的光束的彩度，從而使應用此光波長轉換模組的照明系統具有好的演色性，並使應用此照明系統的投影裝置所顯示出的影像色彩相對逼真。另外，當載板採用金屬底板時，可透過沉積方式將螢光粉塗佈於載板上，利用增加螢光粉與金屬底板的接觸，以降低螢光粉粉體與載板之間的熱阻，從而提升光波長轉換模組的散熱效率。
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‧‧‧光波長轉換模組
110‧‧‧載板
120‧‧‧第一光波長轉換層
130‧‧‧第二光波長轉換層
140‧‧‧第三光波長轉換層
B‧‧‧同調光束
B1‧‧‧第一轉換光束
B2‧‧‧第二轉換光束
B3‧‧‧第三轉換光束
H120、H130‧‧‧厚度
O‧‧‧開口
R1‧‧‧光通過區
R2‧‧‧第一光波長轉換區
R3‧‧‧第二光波長轉換區
TS1‧‧‧第一光穿透層

Claims (27)

  1. 一種光波長轉換模組，包括：一載板，具有一光通過區以及位於該光通過區一側的一第一光波長轉換區；一第一光波長轉換層，位於該第一光波長轉換區，適於將一同調光束轉換成一第一轉換光束，其中該同調光束與該第一轉換光束的波長彼此不同；一第一光穿透層，其中該第一光波長轉換層位於該第一光穿透層與該載板之間；以及一第二光波長轉換層，位於該第一光波長轉換區，與該第一光波長轉換層重疊，並與該第一光波長轉換層位於該載板的同一側，且該第一光波長轉換層以及該第二光波長轉換層位於該第一光穿透層與該載板之間，該第二光波長轉換層適於將該同調光束轉換成一第二轉換光束，其中該同調光束、該第一轉換光束以及該第二轉換光束的波長彼此不同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光波長轉換模組，其中該第一光波長轉換層位於該第二光波長轉換層與該載板之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光波長轉換模組，更包括一第二光穿透層，其中該第一光波長轉換層位於該第二光穿透層與該載板之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光波長轉換模組，其中該第二光波長轉換層的厚度小於該第一光波長轉換層的厚度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的光波長轉換模組，其中該第一光波長轉換層的放射頻譜部分重疊於該第二光波長轉換層的放射頻譜。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光波長轉換模組，其中該第一光波長轉換層以及該第二光波長轉換層的材料分別為矽酸鹽螢光材料、氮氧化物螢光材料、釔鋁石榴石螢光材料、氮化物螢光材料及硫化物螢光材料的其中一者或上述的材料的組合。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的光波長轉換模組，其中該載板更具有一第二光波長轉換區，且該光波長轉換模組更包括一第三光波長轉換層，位於該第二光波長轉換區上，且該第一光穿透層更位於該第三光波長轉換層上，該第三光波長轉換層適於將該同調光束轉換成一第三轉換光束，其中該同調光束、該第一轉換光束、該第二轉換光束以及該第三轉換光束的波長彼此不同。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的光波長轉換模組，更包括一第四光波長轉換層，位於該第二光波長轉換區上，與該第三光波長轉換層重疊，並與該第三光波長轉換層位於該載板的同一側，且該第三光波長轉換層以及該第四光波長轉換層位於該第一光穿透層與該載板之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的光波長轉換模組，其中該第四光波長轉換層的激發頻譜重疊於該第三光波長轉換層的放射頻譜，且該第四光波長轉換層適於將該第三轉換光束轉換成一第四轉換光束，其中該同調光束、該第一轉換光束、該第二轉換光束、 該第三轉換光束以及該第四轉換光束的波長彼此不同。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的光波長轉換模組，其中該第三光波長轉換層位於該第四光波長轉換層與該載板之間，且該第四光波長轉換層位於該第一光穿透層與該第三光波長轉換層之間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的光波長轉換模組，更包括一第二光穿透層，其中該第三光波長轉換層位於該第二光穿透層與該載板之間。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的光波長轉換模組，其中該載板更具有一第三光波長轉換區，且該第一光波長轉換層更位於該第三光波長轉換區。
  13. 一種照明系統，包括：一同調光源，適於發出一同調光束；以及一光波長轉換模組，配置於該同調光束的傳遞路徑上，該光波長轉換模組包括：一載板，具有一光通過區以及該位於光通過區一側的一第一光波長轉換區；一第一光波長轉換層，位於該第一光波長轉換區上；一第一光穿透層，其中該第一光波長轉換層位於該第一光穿透層與該載板之間，該光通過區以及該第一光波長轉換區輪流切入該同調光束的傳遞路徑，該同調光束照射於該光通過區，該同調光束通過該光通過區，且該同調光束照射於 該第一光波長轉換區，該第一光波長轉換層將該同調光束轉換成一第一轉換光束，且該同調光束與該第一轉換光束的波長彼此不同；以及一第二光波長轉換層，位於該第一光波長轉換區，與該第一光波長轉換層重疊，並與該第一光波長轉換層位於該載板的同一側，且該第一光波長轉換層以及該第二光波長轉換層位於該第一光穿透層與該載板之間，當該同調光束照射於該第一光波長轉換區時，該第一光波長轉換層將該同調光束轉換成該第一轉換光束，且該第二光波長轉換層將該同調光束轉換成一第二轉換光束，其中該同調光束、該第一轉換光束以及該第二轉換光束的波長彼此不同。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的照明系統，其中該載板為反光載板，且該載板包括一開口，該開口位在該光通過區。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的照明系統，其中該載板為透光載板，且該光波長轉換模組更包括一反光元件，位於該第一光波長轉換區，且該反光元件位於該第一光波長轉換層與該載板之間以及該第二光波長轉換層與該載板之間。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的照明系統，更包括一合光元件，配置於來自該同調光源的該同調光束的傳遞路徑上，且位於該同調光源與該光波長轉換模組之間，該合光元件將通過該光通過區的該同調光束以及來自該第一光波長轉換區的該第一轉換光束以及該第二轉換光束合併。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的照明系統，更包括多個反射鏡，其中通過該光通過區的該同調光束依序經由該些反射鏡反射而傳遞至該合光元件。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的照明系統，更包括一色輪，配置於來自該合光元件的該同調光束、該第一轉換光束以及該第二轉換光束的傳遞路徑上，該色輪包括一第一透光區以及位於該第一透光區一側的一第一濾光區，該第一透光區配置有一擴散片，該第一濾光區配置有一第一色濾光層，其中該第一透光區對應該光通過區而切入通過該光通過區的該同調光束的傳遞路徑，且該同調光束穿過該擴散片，而該第一濾光區對應該第一光波長轉換區而切入該第一轉換光束以及該第二轉換光束的傳遞路徑，且該第一色濾光層將該第一轉換光束以及該第二轉換光束轉變成一第一光束。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的照明系統，更包括一光均勻化元件，配置於來自該色輪的該同調光束以及該第一光束的傳遞路徑上。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的照明系統，其中該載板更具有一第二光波長轉換區，且該光波長轉換模組更包括一第三光波長轉換層，位於該第二光波長轉換區，且該第一光穿透層更位於該第三光波長轉換層，該第三光波長轉換層適於將該同調光束轉換成一第三轉換光束，其中該同調光束、該第一轉換光束、該第二轉換光束以及該第三轉換光束的波長彼此不同，該色輪更包 括該第一透光區以及該第一濾光區旁的一第二濾光區，該第二濾光區配置有一第二色濾光層，且該第二濾光區對應該第二光波長轉換區而切入該第三轉換光束的傳遞路徑，且該第二色濾光層將該第三轉換光束轉變成一第二光束。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的照明系統，其中該載板更具有一第三光波長轉換區，且該第一光波長轉換層更位於該第三光波長轉換區，而該第一光穿透層更位於該第三光波長轉換區上的該第一光波長轉換層，該色輪更包括一第二透光區，其中該第二透光區對應該第三光波長轉換區而切入來自該第三光波長轉換區的該第一轉換光束的傳遞路徑，以使該第一轉換光束通過該第二透光區。
  22. 一種投影裝置，包括：一照明系統，包括：一同調光源，適於發出一同調光束；一光波長轉換模組，配置於該同調光束的傳遞路徑上，該光波長轉換模組包括：一載板，具有一光通過區以及位於該光通過區一側的一第一光波長轉換區；一第一光波長轉換層，位於該第一光波長轉換區；一第一光穿透層，其中該第一光波長轉換層位於該第一光穿透層與該載板之間，該光通過區以及該第一光波長轉換區輪流切入該同調光束的傳遞路徑，該同調光 束照射於該光通過區，該同調光束通過該光通過區，且當該同調光束照射於該第一光波長轉換區時，該第一光波長轉換層將該同調光束轉換成一第一轉換光束，且該同調光束與該第一轉換光束的波長彼此不同；以及一第二光波長轉換層，位於該第一光波長轉換區，與該第一光波長轉換層重疊，並與該第一光波長轉換層位於該載板的同一側，且該第一光波長轉換層以及該第二光波長轉換層位於該第一光穿透層與該載板之間，其中當該同調光束照射於該第一光波長轉換區時，該第一光波長轉換層將該同調光束轉換成該第一轉換光束，且該第二光波長轉換層將該同調光束轉換成一第二轉換光束，其中該同調光束、該第一轉換光束以及該第二轉換光束的波長彼此不同，且該照明光束更源自於該第二轉換光束；一光閥，配置於來自該照明系統的一照明光束的傳遞路徑上，以將該照明光束轉換為一影像光束，其中該照明光束源自於該同調光束以及該第一轉換光束；以及一投影鏡頭，配置於該影像光束的傳遞路徑上。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的投影裝置，其中該照明系統更包括一合光元件，配置於來自該同調光源的該同調光束的傳遞路徑上，且位於該同調光源與該光波長轉換模組之間，該合光元件將通過該光通過區的該同調光束以及來自該第一光波長轉換 區的該第一轉換光束以及該第二轉換光束合併。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的投影裝置，其中該照明系統更包括一色輪，配置於來自該合光元件的該同調光束、該第一轉換光束以及該第二轉換光束的傳遞路徑上，該色輪包括一第一透光區以及位於該第一透光區一側的一第一濾光區，該第一透光區配置有一擴散片，該第一濾光區配置有一第一色濾光層，其中該第一透光區對應該光通過區而切入通過該光通過區的該同調光束的傳遞路徑，且該同調光束穿過該擴散片，而該第一濾光區對應該第一光波長轉換區而切入該第一轉換光束以及該第二轉換光束的傳遞路徑，且該第一色濾光層將該第一轉換光束以及該第二轉換光束轉變成一第一光束，該第一光束的頻譜窄於該第一轉換光束的頻譜。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的投影裝置，更包括一光均勻化元件，配置於來自該色輪的該同調光束以及該第一光束的傳遞路徑上。
  26. 如申請專利範圍第25項所述的投影裝置，其中該載板更具有一第二光波長轉換區，且該光波長轉換模組更包括一第三光波長轉換層，位於該第二光波長轉換區，且該第一光穿透層更位於該第三光波長轉換層，該第三光波長轉換層適於將該同調光束轉換成一第三轉換光束，其中該同調光束、該第一轉換光束、該第二轉換光束以及該第三轉換光束的波長彼此不同，該色輪更包括該第一透光區以及位於該第一濾光區一側的一第二濾光區，該 第二濾光區配置有一第二色濾光層，其中該第二濾光區對應該第二光波長轉換區而切入該第三轉換光束的傳遞路徑，且該第二色濾光層將該第三轉換光束轉變成一第二光束，該照明光束更源自於該第三轉換光束。
  27. 如申請專利範圍第26項所述的投影裝置，其中該載板更具有一第三光波長轉換區，且該第一光波長轉換層更位於該第三光波長轉換區，而該第一光穿透層更位於該第三光波長轉換區上的該第一光波長轉換層，該色輪更包括一第二透光區，其中該第二透光區對應該第三光波長轉換區而切入來自該第三光波長轉換區的該第一轉換光束的傳遞路徑，以使該第一轉換光束通過該第二透光區。
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