光源系統以及使用該光源系統的投影裝置的制作方法

專利名稱：光源系統以及使用該光源系統的投影裝置的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種光源系統以及使用該光源系統的投影裝置。更詳細地說，本發明是一種同時具有高亮度與小型化特點的光源系統以及使用該光源系統的投影裝置。
背景技術：
近年來，由于發光二極管(Light Emitting Diode ；LED)具有高使用壽命、低使用溫度以及可立即切換開與關以進行操作等優點，因此發光二極管已逐漸取代超高壓水銀燈泡(Ultra High Performance ；UHP)作為投影裝置的光源。然而，由于發光二極管的光源是屬于發散光。因此，于投影裝置中使用發光二極管作為光源時，將因其產生的光線不夠集中，導致投影裝置的顯示畫面的亮度過低。更甚者， 若于使用發光二極管作為光源的投影裝置中，進一步使用色輪(colorwheel)作為分色裝置，則發光二極管的亮度將會進一步被分散，使得投影裝置的顯示畫面的亮度更為降低。由于投影裝置的光源對于其顯示畫面的亮度有相當直接的影響，因此投影裝置的制造廠商提出了許多提高投影裝置的顯示畫面的亮度的方法。其中一種常用的方法是利用多個聚光透鏡，將投影裝置的光源所發出的光線集中，使得發散的光線可以通過許多不同聚光透鏡的設置，達到投影裝置的顯示畫面的亮度的提升。然而，利用此種方式集中光源的光線，亦會于光線經過許多聚光透鏡的過程中，造成光能量的消耗。此外，過多的透鏡設置，亦將會導致投影裝置的體積大幅增加。另外一種常用的方法則是直接利用多個紅、藍、綠三種發光二極管作為光源，其目的通過增加光源數量的方式，提高光源整體的亮度。然而，用以產生綠光的發光二極管，因其工藝上的限制，其發光的效率將較其它二種光源(紅及藍)為低。因此，于同時使用多個紅、藍、綠三種發光二極管時，必須特別注意其配置，以避免因不同顏色的光源的強度不同， 而造成顯示畫面的色彩不均的問題。再者，若于投影裝置中配置過多數量的光源，將會造成能源的浪費以及散熱的困難。綜上所述，要如何使得投影裝置同時具有較高效率的光源系統以及較小的體積， 并同時能夠減少能源的浪費以及避免顯示畫面的色彩不均的問題，此為業界仍亟需努力的目標。

發明內容
本發明的主要目的在于提供一種投影裝置，同時具有較高效率的光源系統以及較小的體積，并同時能夠減少能源的浪費以及避免顯示畫面的色彩不均的問題。本發明的投影裝置，其包含一成像系統以及一光源系統。該光源系統包含一光線導引模塊、一發光模塊以及一波長轉換元件。該光線導引模塊具有一第一側以及一第二側。 該發光模塊用以產生一第一光線、一第二光線、一第三光線以及一第四光線。該波長轉換元件設置于該光線導引模塊的第二側，用以接收該第二光線以及該第四光線，并根據該第二光線以及該第四光線產生一第五光線。該第二光線以及該第四光線通過該光線導引模塊被導引至該波長轉換元件；該第一光線、該第三光線以及該第五光線則通過該光線導引模塊被導引至該第一側。本發明的有益技術效果是本發明的光源系統可將光源進行最佳化的利用，以提高使用本發明的光源系統的投影裝置的顯示畫面的亮度并減少其色彩不均的問題。與此同時，使用本發明的光源系統的投影裝置還能夠避免因過于復雜的光源元件的配置，而造成能源的過度使用或投影裝置的體積增加的問題。


在參閱附圖及隨后描述的實施方式后，所屬技術領域具有通常知識者便可了解本發明的其它目的、優點以及本發明的技術手段及實施態樣，其中圖1是本發明第一實施例的投影裝置的示意圖；以及圖2是本發明第二實施例的投影裝置的示意圖。
具體實施例方式以下將通過實施方式來解釋本發明內容，本發明是關于一種光源系統以及使用該光源系統的投影裝置。投影裝置可以是數字光處理(Digital Light Processing ;DLP)投影顯示器或是液晶(Liquid Crystal Display ；IXD)投影顯示器等具有投影顯示功能的設備。 需說明的是，在下述的實施例以及附圖中，關于實施方式的說明僅為闡釋本發明的目的，而非用以直接限制本發明，同時，以下實施例及附圖中，與本發明非直接相關的元件均已省略而未繪示；且附圖中各元件間的尺寸關系僅為求容易了解，非用以限制實際比例。本發明的第一實施例如圖1所示，其是一投影裝置1，其包含一光源系統11以及一成像系統12。投影裝置1的光源系統11用以產生光線，并將光線輸出至成像系統12，以便成像系統12通過光線顯示一投影畫面。光源系統11包含由多個光源111、112、113、114組成的一發光模塊、一波長轉換元件115、一光線導引模塊116、多個第一透鏡1171、1172、1173、1174、多個第二透鏡1181、 1182以及一均光模塊119。為簡明起見，光源111、112、113、114分別以第一光源111、第二光源112、第三光源113以及第四光源114稱的。光線導引模塊116則具有一第一側1161、 一第二側1162，其包含一第一分色元件1163以及一第二分色元件1164。于本實施例中，第一光源111以及第二光源112是藍光發光二極管，其分別用以產生屬于藍光的第一光線1110以及第二光線1120 ；第三光源113是紅光發光二極管，用以產生屬于紅光的第三光線1130;第四光源114是紫外光發光二極管，用以產生屬于紫外光的第四光線1140。而第一分色元件1163以及第二分色元件1164是以一序列方式設置。波長轉換元件115上則具有一為綠色熒光體(greenphosphor)的轉換物質。均光模塊119可為一積分柱antegrating Rod)以及一透鏡陣列組其中之一。在此需特別說明的是，均光模塊119以及成像系統12實質上設置于光線導引模塊 116的第一側1161，波長轉換元件115實質上則設置于光線導引模塊116的第二側1162。 同時，本發明并不限定均光模塊119是一積分柱或是一透鏡陣列組。所屬技術領域具有通常知識者亦可直接通過具有均光功能的任何其它元件，輸出光源投射的光線，故在此不再贅述。
進一步來說，本實施例中所述的第一分色元件1163用以反射藍光，第二分色元件 1164則用以反射紫外光以及紅光。據此，當屬于藍光的第一光線1110通過第一透鏡1171 集中至第一分色元件1163后，屬于藍光的第一光線1110將直接被反射至光線導引模塊116 的第一側1161，并透過第二透鏡1181集中至均光模塊119，以便第一光線1110投射至成像系統12。同樣地，當屬于紅光的第三光線1130通過第一透鏡1173集中投射至第二分色元件1164后，屬于紅光的第三光線1130將直接被反射至光線導引模塊116的第一側1161，并透過第二透鏡1181集中至均光模塊119，以便第三光線1130投射至成像系統12。在此需特別說明的是，屬于紅光的第三光線1130被反射至光線導引模塊116的第一側1161的過程中，將經過第一分色元件1163，但第一分色元件1163用以反射藍光，并無反射紅光的能力；因此，屬于紅光的第三光線1130可直接穿透第一分色元件1163，并透過第二透鏡1181 集中至均光模塊119。利用與上述相似的原理，當屬于藍光的第二光線1120通過第一透鏡1172集中投射至第一分色元件1163后，屬于藍光的第二光線1120將直接被反射至光線導引模塊116 的第二側1162，并透過第二透鏡1182集中至波長轉換元件115。在此需特別說明的是，屬于藍光的第二光線1120被反射至光線導引模塊116的第二側1162的過程中，將經過第二分色元件1164，但第二分色元件1164用以反射紫外光以及紅光，并無反射藍光的能力；因此，屬于藍光的第二光線1120便可直接穿透第二分色元件1164，并透過第二透鏡1182集中至波長轉換元件115。同樣地，當屬于紫外光的第四光線1140通過第一透鏡1147集中投射至第二分色元件1164后，第四光線1140將直接被反射至光線導引模塊116的第二側1162，并透過第二透鏡1182集中至波長轉換元件115。當波長轉換元件115接收到屬于藍光的第二光線1120以及屬于紫外光的第四光線1140之后，將透過轉換物質，將其轉換為屬于綠光的第五光線1150。隨后，波長轉換元件 115所產生屬于綠光的第五光線1150，將透過第二透鏡1181、1182，通過光線導引模塊116 集中至均光模塊119。在此需特別說明的是，屬于綠光的第五光線1150通過光線導引模塊 116被集中至均光模塊119的過程中，將經過第一分色元件1163以及第二分色元件1164， 但第一分色元件1163用以反射藍光，并無反射綠光的能力，且第二分色元件1164用以反射紫外光以及紅光，亦無反射綠光的能力；因此，屬于綠光的第五光線1150便可往光導引模塊116的第一側1161的方向，直接穿透第二分色元件1164以及第一分色元件1163，并透過第二透鏡1181集中至均光模塊119。最后，均光模塊119將屬于藍光的第一光線1110、屬于紅光的第三光線1130以及屬于綠光的第五光線1150輸出至成像系統12，以便成像系統12通過前述的第一光線 1110、第三光線1130以及第五光線1150顯示一投影畫面。本發明的第二實施例如圖2所示，其是一投影裝置2，其包含一光源系統21以及一成像系統22。投影裝置2的光源系統21用以產生光線，并將光線輸出至成像系統22，以便成像系統22通過光線顯示一投影畫面。光源系統21包含由多個光源211、212、213、214組成的一發光模塊、一波長轉換元件215、一光線導引模塊216、多個第一透鏡2171、2172、多個第二透鏡2181、2182以及一均光模塊219。為簡明起見，光源211、212、213、214分別以第一光源211、第二光源212、第三光源213以及第四光源214稱的。光線導引模塊216則具有一第一側2161、一第二側2162， 其包含一第一分色元件2163以及一第二分色元件2164。于本實施例中，第一光源211以及第二光源212是藍光發光二極管，其分別用以產生屬于藍光的第一光線2111以及第二光線2121 ；第三光源213是紅光發光二極管，用以產生屬于紅光的第三光線2131 ；第四光源214是紫外光發光二極管，用以產生屬于紫外光的第四光線2141。而第一分色元件2163以及第二分色元件2164是以一十字(X-plate)方式交叉設置。波長轉換元件215上則具有一為綠色熒光體(green phosphor)的轉換物質。 均光模塊219可為一積分柱antegrating Rod)以及一透鏡陣列組其中之一。在此需特別說明的是，均光模塊219以及成像系統22實質上設置于光線導引模塊 216的第一側2161，波長轉換元件215實質上則設置于光線導引模塊216的第二側2162。 同時，本發明并不限定均光模塊219是一積分柱或是一透鏡陣列組。所屬技術領域具有通常知識者亦可直接通過具有集光功能的任何其它元件，輸出光源投射的光線，故在此不再贅述。進一步來說，本實施例中所述的第一分色元件2163用以反射藍光，第二分色元件 2164則用以反射紫外光以及紅光。據此，當屬于藍光的第一光線2111通過第一透鏡2171 集中至第一分色元件2163后，屬于藍光的第一光線2111將直接被反射至光線導引模塊216 的第一側2161，并透過第二透鏡2181集中至均光模塊219，以便第一光線2111投射至成像系統22。在此需特別說明的是，屬于藍光的第一光線2111被反射至光線導引模塊216的第二側2162的過程中，將經過第二分色元件2164，但第二分色元件2164用以反射紫外光以及紅光，并無反射藍光的能力；因此，屬于藍光的第一光線2111便可直接穿透第二分色元件 2164，并透過第二透鏡2182集中至波長轉換元件215。同樣地，當屬于紅光的第三光線2131通過第一透鏡2172集中投射至第二分色元件2164后，屬于紅光的第三光線2131將直接被反射至光線導引模塊216的第一側2161，并透過第二透鏡2181集中至均光模塊219，以便第三光線2131投射至成像系統22。在此需特別說明的是，屬于紅光的第三光線2131被反射至光線導引模塊216的第一側2161的過程中，將經過第一分色元件2163，但第一分色元件2163用以反射藍光，并無反射紅光的能力；因此，屬于紅光的第三光線2131可直接穿透第一分色元件2163，并透過第二透鏡2181 集中至均光模塊219。利用與上述相似的原理，當屬于藍光的第二光線2121通過第一透鏡2172集中投射至第一分色元件2163后，屬于藍光的第二光線2121將直接被反射至光線導引模塊216 的第二側2162，并透過第二透鏡2182集中至波長轉換元件215。在此需特別說明的是，屬于藍光的第二光線2121被反射至光線導引模塊216的第二側2162的過程中，將經過第二分色元件2164，但第二分色元件2164用以反射紫外光以及紅光，并無反射藍光的能力；因此，屬于藍光的第二光線2121便可直接穿透第二分色元件2164，并透過第二透鏡2182集中至波長轉換元件215。同樣地，當屬于紫外光的第四光線2141通過第一透鏡2171集中投射至第二分色元件2164后，第四光線2141將直接被反射至光線導引模塊216的第二側2162，并透過第二透鏡2182集中至波長轉換元件215。在此需特別說明的是，屬于紫外光的第四光線2141被反射至光線導引模塊216的第一側2161的過程中，將經過第一分色元件2163，但第一分色元件2163用以反射藍光，并無反射紫外光的能力；因此，屬于紫外光的第四光線2141可直接穿透第一分色元件2163，并透過第二透鏡2181集中至均光模塊219。當波長轉換元件215接收到屬于藍光的第二光線2121以及屬于紫外光的第四光線2141之后，將透過轉換物質，將其轉換為屬于綠光的第五光線2150。隨后，波長轉換元件 215所產生屬于綠光的第五光線2150，將透過第二透鏡2181、2182，通過光線導引模塊216 集中至均光模塊219。在此需特別說明的是，屬于綠光的第五光線2150通過光線導引模塊 216被集中至均光模塊219的過程中，將經過第一分色元件2163以及第二分色元件2164， 但第一分色元件2163用以反射藍光，并無反射綠光的能力，且第二分色元件2164用以反射紫外光以及紅光，亦無反射綠光的能力；因此，屬于綠光的第五光線2150便可往光導引模塊216的第一側2161的方向，直接穿透第一分色元件2163以及第二分色元件2164，并透過第二透鏡2181集中至均光模塊219。最后，均光模塊219將屬于藍光的第一光線2111、屬于紅光的第三光線2131以及屬于綠光的第五光線2150輸出至成像系統22，以便成像系統22通過前述的第一光線 2111、第三光線2131以及第五光線2150顯示一投影畫面。綜上所述，本發明的光源系統能夠在最小的體積使用下，利用獨立的藍光發光二極管、紅光發光二極管以及具有綠色熒光物質的波長轉換元件，取代使用單一光源投射至色輪的方式，因此，便能有效地增加光源的強度。更者，通過本發明的光源系統，其透過紫外光發光二極管、藍光發光二極管以及具綠色熒光物質的波長轉換元件間的作用，藉以代替綠光發光二極管產生綠光，進而提升綠光的光源強度，則現有光源系統因使用綠光發光二極管而導致綠色發光效率低落的問題將不復存在。如此一來，通過本發明的光源系統，將能大幅改善現有的投影裝置中所存在的問題。上述的實施例僅用來例舉本發明的實施態樣，以及闡釋本發明的技術特征，并非用來限制本發明的保護范疇。任何熟悉此技術者可輕易完成的改變或均等性的安排均屬于本發明所主張的范圍，本發明的權利保護范圍應以申請專利范圍為準。
權利要求
1.一種光源系統，包含一光線導引模塊，具有一第一側以及一第二側；一發光模塊，用以產生一第一光線、一第二光線、一第三光線以及一第四光線；以及一波長轉換元件，設置于該光線導引模塊的第二側，用以接收該第二光線以及該第四光線，并根據該第二光線以及該第四光線產生一第五光線；其中，該第二光線以及該第四光線通過該光線導引模塊被導引至該波長轉換元件，該第一光線、該第三光線以及該第五光線通過該光線導引模塊被導引至該第一側。
2.根據權利要求1所述的光源系統，其特征在于，該光線導引模塊還包含一第一分色元件，用以導引該第一光線至該第一側，并導引該第二光線至該波長轉換元件；以及一第二分色元件，用以導引該第三光線至該第一側，并導引該第四光線至該波長轉換元件；其中，該第五光線透過該第一分色元件以及該第二分色元件被導引至該第一側。
3.根據權利要求2所述的光源系統，其特征在于，該第一分色元件以及該第二分色元件是以一序列方式設置。
4.根據權利要求2所述的光源系統，其特征在于，該第一分色元件以及該第二分色元件是以一十字方式設置。
5.根據權利要求1所述的光源系統，其特征在于，該第一光線以及該第二光線是一藍光，該第三光線是一紅光，該第四光線是一紫外光。
6.根據權利要求5所述的光源系統，其特征在于，該波長轉換元件還包含 一轉換物質，用以將該藍光以及該紫外光轉換為該第五光線；其中，該第五光線是一綠光。
7.根據權利要求6所述的光源系統，其特征在于，該發光模塊還包含 一第一藍光發光單元，用以產生該藍光；一第二藍光發光單元，用以產生該藍光； 一紅光發光單元，用以產生該紅光；以及一紫外光發光單元，用以產生該紫外光。
8.根據權利要求7所述的光源系統，其特征在于，該第一分色元件可以反射藍光并通過其它色光，而該第二分色元件可以反射紫外光及紅光并通過其它色光。
9.根據權利要求1所述的光源系統，其特征在于，還包含一均光模塊，設置于該光線導引模塊的第一側。
10.根據權利要求9所述的光源系統，其特征在于，該均光模塊是一積分柱及一透鏡陣列組其中之一。
11.一種投影裝置，包含 一成像系統；以及一光源系統，包含一光線導引模塊，具有一第一側以及一第二側，其中該成像系統設置于該光線導引模塊的第一側；一發光模塊，用以產生一第一光線、一第二光線、一第三光線以及一第四光線；以及一波長轉換元件，設置于該光線導引模塊的第二側，用以接收該第二光線以及該第四光線，并根據該第二光線以及該第四光線產生一第五光線；其中，該第二光線以及該第四光線通過該光線導引模塊被導引至該波長轉換元件，該第一光線、該第三光線以及該第五光線通過該光線導引模塊被導引至該第一側。
12.根據權利要求11所述的投影裝置，其特征在于，該光源系統的光線導引模塊還包含一第一分色元件，用以導引該第一光線至該成像系統，并導引該第二光線至該波長轉換元件；以及一第二分色元件，用以導引該第三光線至該成像系統，并導引該第四光線至該波長轉換元件；其中，該第五光線透過該第一分色元件以及該第二分色元件被導引至該成像系統。
13.根據權利要求12所述的投影裝置，其特征在于，該第一分色元件以及該第二分色元件是以一序列方式設置。
14.根據權利要求12所述的投影裝置，其特征在于，該第一分色元件以及該第二分色元件是以一十字方式設置。
15.根據權利要求11所述的投影裝置，其特征在于，該第一光線以及該第二光線是一藍光，該第三光線是一紅光，該第四光線是一紫外光。
16.根據權利要求15所述的投影裝置，其特征在于，該光源系統的波長轉換元件還包含一轉換物質，用以將該藍光以及該紫外光轉換為該第五光線； 其中，該第五光線是一綠光。
17.根據權利要求16所述的投影裝置，其特征在于，該光源系統的發光模塊還包含 一第一藍光發光單元，用以產生該藍光；一第二藍光發光單元，用以產生該藍光； 一紅光發光單元，用以產生該紅光；以及一紫外光發光單元，用以產生該紫外光。
18.根據權利要求17所述的投影裝置，其特征在于，該第一分色元件可以反射藍光并通過其它色光，而該第二分色元件可以反射紫外光及紅光并通過其它色光。
19.根據權利要求16所述的投影裝置，其特征在于，該轉換物質是選自一綠色熒光體。
全文摘要
本發明是關于一種光源系統以及使用該光源系統的投影裝置。該光源系統包含一光線導引模塊、一發光模塊以及一波長轉換元件。該光線導引模塊具有一第一側以及一第二側。該發光模塊用以產生一第一光線、一第二光線、一第三光線以及一第四光線。該波長轉換元件設置于該光線導引模塊的第二側，用以接收該第二光線以及該第四光線，并根據該第二光線以及該第四光線產生一第五光線。其中，該第二光線以及該第四光線通過該光線導引模塊被導引至該波長轉換元件，該第一光線、該第三光線以及該第五光線通過該光線導引模塊被導引至該第一側。
文檔編號G03B21/20GK102262342SQ20101019274
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月24日 優先權日2010年5月24日
發明者黃俊杰 申請人:臺達電子工業股份有限公司