TWI731332B - 投影裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種投影裝置包括發光二極體晶片、螢光層、半穿透半反射鏡、液晶面板及投影鏡頭。半穿透半反射鏡設於發光二極體晶片的光路下游，螢光層設於發光二極體晶片與半穿透半反射鏡之間的光路，且液晶面板設於半穿透半反射鏡與投影鏡頭之間的光路。

Description

投影裝置及其製造方法

本發明關於一種投影裝置及投影裝置製造方法。

目前的液晶投影機因空間以及成本限制，常使用單顆白光二極體作為投影機的光源，且未加入其他藍光光源來提高光源亮度，因此容易受到白光二極體本身發光效率的限制而無法進一步提高投影畫面的亮度。

根據本發明的一個觀點，提供一種投影裝置，包括一發光二極體晶片、一螢光層、一半穿透半反射鏡、一液晶面板及一投影鏡頭。半穿透半反射鏡設於發光二極體晶片的光路下游，螢光層設於發光二極體晶片與半穿透半反射鏡之間的光路，且液晶面板設於半穿透半反射鏡與投影鏡頭之間的光路。

根據本發明的上述觀點，藉由部分透射且部分反射可激發螢光材料的波段範圍內的光線，被反射回光源的光線可再次激發光源的螢光材料，獲得提高光源亮度的效果。再者，藉由調整半穿透半反射元件的透光比例可獲得調整色溫的效果，進而提高投影畫面的顏色均勻度。

為讓本發明更明顯易懂，以下用實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

1、2、3‧‧‧投影裝置

10、40‧‧‧光源

10a‧‧‧白光發光二極體

101‧‧‧發光二極體晶片

102‧‧‧螢光層

12‧‧‧光均勻元件

12a、42‧‧‧積分柱

12b‧‧‧透鏡

14‧‧‧半穿透半反射鏡

14a‧‧‧分光鍍膜

16、46‧‧‧偏光板

18、48‧‧‧液晶面板

22‧‧‧轉向鏡

24‧‧‧投影透鏡

32、34‧‧‧菲涅耳透鏡

42a‧‧‧入光面

42b‧‧‧出光面

42c‧‧‧剖面

AS、AS1、AS2、AS3‧‧‧弧形反射面

I、I1、I2‧‧‧光線

IB‧‧‧藍光

IM‧‧‧影像光

IW‧‧‧白光

PS‧‧‧平面反射面

P、Q‧‧‧交點

S‧‧‧弧線

圖1為本發明一實施例的投影裝置的概要示意圖。

圖2繪示本發明一實施例的半穿透半反射元件與光源的光穿透率曲線圖。

圖3為本發明另一實施例的投影裝置的概要示意圖。

圖4為本發明另一實施例的投影裝置的概要示意圖。

圖5為本發明另一實施例的投影裝置的概要示意圖。

圖6A及圖6B分別顯示具弧形反射面及具平面反射面的積分柱的畫面亮度均勻性表現。

圖7為本發明另一實施例的投影裝置的概要示意圖。

圖8為本發明另一實施例的投影裝置的概要示意圖。

有關本發明前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的多個實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。另外，下列實施例中所使用的用語「第一」、「第二」是為了辨識相同或相似的元件而使用，且方向用語例如「前」、「後」等，僅是參考附加圖式的方向，並非用以限定所述元件。

圖1為本發明一實施例的投影裝置的概要示意圖。於本實施例的投影裝置1中，光源10發出光線I，且沿光線I的行進路徑可依序包括光均勻元件12、半穿透半反射元件14、偏光板16、液晶面板18、轉向鏡22(folding mirror)及投影透鏡24。光源10與光均勻元件12可為彼此相隔一距離的兩分離元件，且光均勻元件12例如可為積分柱、蠅眼透鏡陣列、擴散片等等而不限定。光源10可為傳統熱電光源、螢光燈、發光二極體、雷射 發光二極體發光元件或其他可提供照明光的裝置或元件。再者，可設置一菲涅耳透鏡32於液晶面板18與轉向鏡22之間的光路，且可設置另一菲涅耳透鏡34於半穿透半反射元件14與液晶面板18之間的光路。

於本實施例中，光源10可為一經封裝且具有一發光二極體晶片101及一螢光層102的白光發光二極體模組10a，螢光層102位於發光二極體晶片101的光路下游，半穿透半反射元件14位於螢光層102的光路下游。半穿透半反射元件14可部分反射並部分穿透特定波段範圍內的光線，例如可反射部分藍光且讓部分藍光穿透，且液晶面板18位於半穿透半反射元件14的穿透光路下游。如圖1所示，當白光發光二極體模組10a發出的白光IW經光均勻元件12勻光並入射至半穿透半反射元件14時，白光IW中的部分藍光IB可被半穿透半反射元件14反射回螢光層102上，因此可再度激發螢光層102中的螢光材料，進而增加白光發光二極體模組10的亮度。亮度增強的白光IW可繼續通過偏光板16及液晶面板18轉換為影像光IM，影像光IM再經由轉向鏡22偏折後進入投影透鏡24。再者，菲涅耳透鏡32、34可分別用以聚焦並準直光線I及影像光IM，於另一實施例中，亦可使用其他具有聚光及準直光線效果的光學元件取代菲涅耳透鏡32、34而不限定。

於本實施例中，半穿透半反射元件14可為一半穿透半反射鏡(see through mirror)，且亦可為僅反射部分藍光的一藍光分光鏡。舉例而言，如圖2所示，半穿透半反射元件14可具有約50%的藍光穿透率，故可讓部分藍光穿透且將部分藍光反射回螢光層102再次激發螢光材料，進而增加白光發光二極體模組10的亮度。下表顯示本實施例採用具有約50%的藍光穿透率的半穿透半反射元件與不具半穿透半反射元件的習知設計，兩者的光 學表現比較。由下表可看出本實施例可提供增加亮度(中心照度提高至189.6 lux)及提高色溫(色座標值Wx、Wy較習知設計高)的效果。於此中心照度係為量測以畫面中心為圓心的直徑35mm範圍內的平均照度，且一較高的中心照度值可代表畫面整體的亮度增加。

依上述實施例的設計，藉由部分透射且部分反射可激發螢光材料的波段範圍內的光線，被反射回光源的光線可再次激發光源的螢光材料，獲得提高光源亮度的效果。再者，藉由調整半穿透半反射元件的透光比例可獲得調整色溫的效果，進而提高投影畫面的顏色均勻度。

圖3為本發明另一實施例的投影裝置的概要示意圖。於本實施例的投影裝置2中，可同時使用一積分柱12a及一透鏡12b作為光均勻元件12，透鏡12b可另提供集光或光束整形的效果，且可直接在透鏡12b的表面鍍上一層藍光分光鍍膜14a，同樣可提供將部分藍光波段的光線反射回光源10的效果。須注意上述具波長選擇性的分光鍍膜14a並不限定設於透鏡12b上，亦可設於光源10及液晶面板18間的其他元件，僅需不影響該元件的原先作用即可。再者，於另一實施例中，亦可省略積分柱12a而僅以至 少一透鏡12b作為光均勻元件12。

須注意上述被部分反射回光源的藍光波段光線僅為例示，半穿透半反射元件14可為用以反射具有激發螢光材料能量的其他波段範圍光線(例如紫外光)的分光元件。再者，半穿透半反射元件14於空間中相對光源10的配置位置及面積並不限定，且半穿透半反射元件14於不同區域的透光率亦可加以變化，以進一步提高畫面亮度均勻性。

再者，本發明一實施例可提供一種投影裝置製造方法，其包括如下步驟。首先提供一殼體並安裝一發光二極體晶片及一螢光層於殼體內。半穿透半反射鏡設於發光二極體晶片的光路下游，且螢光層設於發光二極體晶片與半穿透半反射鏡之間的光路。再者，安裝一液晶面板及一投影鏡頭於殼體內，且液晶面板設於半穿透半反射鏡與投影鏡頭之間的光路。

圖4為本發明另一實施例的投影裝置的概要示意圖。於本實施例中，投影裝置3的光均勻元件係為一積分柱42，且積分柱42和圖3的積分柱12a的差別主要在於積分柱42具有弧形反射表面。如圖4所示，積分柱42與光源40為相隔一距離的兩分離元件且位於光源40的光路下游，且一液晶面板48位於積分柱42的光路下游。積分柱42兩端為一入光面42a及一出光面42b，積分柱42的一剖面42c與入光面42a的邊緣的交點為第一交點P，同一剖面42c與出光面42b的邊緣的交點為第二交點Q，且第一交點P沿積分柱42的反射表面到第二交點Q的至少部分軌跡為一弧線S。請參考圖5，圖5繪示出積分柱42的弧形反射面AS對比積分柱12a的平面反射面PS，舉例而言，當光線I被弧形反射面AS反射會形成光線I1並朝液晶面板48方向行進，且若光線I被平面反射面PS反射會形成光線I2並 朝液晶面板48方向行進，比較光線I1和光線I2的行進方向可知，弧形反射面AS可提供將入射光往相對遠離液晶面板18中心的方向偏折的效果，因此可避免畫面中心區域過亮而角落亮度較暗的問題，提高畫面亮度均勻性。再者，請再參考圖5，於一實施例中，弧形反射面AS的每一點較佳為均落入兩交點P、Q的連線的80度角度範圍內，以獲得較佳的光偏折效果。再者，於一實施例中，上述兩交點P、Q的最短直線長度可為5mm以上。須注意於此光均勻元件的反射表面或反射面可為一外表面或一內表面而不限定，例如若光均勻元件為一空心積分柱，「反射表面(反射面)」用語可代表光均勻元件的內表面，且若光均勻元件為一外層鍍有反射膜的實心積分柱，則「反射表面(反射面)」用語亦可代表光均勻元件的外表面。

圖6A及圖6B分別顯示具弧形反射面及具平面反射面的積分柱的畫面亮度均勻性表現。於圖6A及圖6B中，底側的曲線圖顯示沿A-A’線量測的液晶面板48亮度分布，右側的曲線圖顯示沿B-B’線量測的液晶面板48亮度分布。比較圖6A及圖6B可看出，具弧形反射面AS的積分柱(圖6A)的畫面亮度和具平面反射面PS的積分柱(圖6B)的畫面亮度相比，具弧形反射面AS的積分柱亮度分布較為均勻且不會產生中心區域過亮且角落區域偏暗的問題。

再者，上述具弧形反射面的積分柱其結構及配置方式完全不限定。舉例而言，如圖7所示，光源40可設於積分柱42與液晶面板48之間的光路，且積分柱42的各個弧形反射面AS1-AS3可實質上圍繞光源40，光源40發出的光線I可先由對側的弧形反射面AS1反射至上方及下方的弧形反射面AS2、AS3，再由弧形反射面AS2、AS3反射至液晶面板48。因 光源40的出光方向背向液晶面板48且光線I可先經由弧形反射面AS1反射提供光擴散效果，因此可提供良好的畫面亮度均勻性。再者，如圖8所示，亦可於光源40與積分柱42之間設置一透鏡46，光源40發出的光線可先經過透鏡46擴光或整形後再入射至弧形反射面AS，獲得提高整體畫面均勻度的效果。

本發明一實施例可提供一種投影裝置製造方法，其包括如下步驟。首先提供一殼體並安裝一光源及一光均勻元件於殼體內，且光均勻元件設於光源的光路下游。光均勻元件兩端為一入光面及一出光面，光均勻元件的一剖面與入光面的邊緣的交點為第一交點，剖面與出光面的邊緣的交點為第二交點，且第一交點沿光均勻元件的反射表面到第二交點的至少部分軌跡為一弧線。再者，安裝一液晶面板及一投影鏡頭於殼體內，液晶面板設於光均勻元件的光路下游，且投影鏡頭設於液晶面板的光路下游。

藉由上述各個實施例的設計，具弧形反射面的光均勻元件可將光線較均勻地分散至液晶面板的各個區域，故可改善畫面中心區域亮度高於角落的問題。再者，藉由調整弧形反射面不同區段的曲率可彈性地變化光線出射角度，因此可視不同需求，例如依據光均勻元件所搭配光源的出光特性，調整弧形反射面不同區段的曲率以進一步提高投影畫面的亮度均勻性。

須注意上述實施例的積分柱僅為例示，僅需能提供一反射曲面產生將光線分散至各個畫面區域的效果即可，光均勻元件的結構或組成完全不限定。再者，光均勻元件的弧形反射面於空間中相對光源的配置方式、曲率或面積等可視實際需求加以變化而不限定。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，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，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧投影裝置

10‧‧‧光源

10a‧‧‧白光發光二極體

101‧‧‧發光二極體晶片

102‧‧‧螢光層

12‧‧‧光均勻元件

14‧‧‧半穿透半反射元件

16‧‧‧偏光板

18‧‧‧液晶面板

22‧‧‧轉向鏡

24‧‧‧投影透鏡

32、34‧‧‧菲涅耳透鏡

I‧‧‧光線

IB‧‧‧藍光

IM‧‧‧影像光

IW‧‧‧白光

Claims (10)

1. 一種投影裝置，包含一發光二極體晶片；一半穿透半反射鏡，設於該發光二極體晶片的光路下游，該半穿透半反射鏡可部分反射並部分穿透藍光；一螢光層，設於該發光二極體晶片與該半穿透半反射鏡之間的光路，其中被該半穿透半反射鏡反射的藍光被反射回該螢光層；以及一液晶面板及一投影鏡頭，該液晶面板設於該半穿透半反射鏡與該投影鏡頭之間的光路。
2. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該發光二極體晶片係為一白光發光二極體晶片。
3. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，更包含：一光均勻元件，設於該螢光層與該半穿透半反射鏡之間的光路。
4. 如申請專利範圍第3項所述之投影裝置，其中該光均勻元件係為一積分柱，且該積分柱具有一弧形反射面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，更包含：一透鏡，設於螢光層與該液晶面板之間的光路，且該半穿透半反射鏡為設於該透鏡表面的一藍光分光鍍膜。
6. 如申請專利範圍第1項所述之投影裝置，其中該半穿透半反射鏡於不同區域具有不同的透光率。
7. 一種投影裝置，包含一白光光源，設有一螢光層，且輸出一光束； 一分光元件，位於該白光光源的光路下游，該分光元件可讓該光束的420-460nm波段範圍內的部分光線反射回該螢光層，且讓該420-460nm波段範圍內的其餘光線穿透；一液晶面板，位於該分光元件的穿透光路下游；以及一投影鏡頭，位於該液晶面板的光路下游。
8. 如申請專利範圍第7項所述之投影裝置，更包含：一光均勻元件，位於該白光光源的光路下游且設於該螢光層與該分光元件之間的光路，且該光均勻元件具有一弧形反射面。
9. 如申請專利範圍第7項所述之投影裝置，更包含：一透鏡，設於該分光元件與該液晶面板之間，且該分光元件為設於該透鏡表面的一藍光分光鍍膜。
10. 一種投影裝置製造方法，包含：提供一殼體；安裝一發光二極體晶片、一螢光層及一半穿透半反射鏡於該殼體內，其中該半穿透半反射鏡設於該發光二極體晶片的光路下游，且該螢光層設於該發光二極體晶片與該半穿透半反射鏡之間的光路，該半穿透半反射鏡可部分反射並部分穿透藍光，且被該半穿透半反射鏡反射的藍光被反射回該螢光層；以及設置一液晶面板及一投影鏡頭於該殼體內，且該液晶面板設於該半穿透半反射鏡與該投影鏡頭之間的光路。

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