专利名称：照明系统与投影装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光源与显示装置，且特别涉及一种照明系统与投影装置。
背景技术：
投影装置一般是采用高压萊灯(ultra high pressure lamp, UHP lamp)作为光 源，而近年来亦有采用发光二极管(light-emitting diode,LED)作为光源的趋势。虽然发 光二极管具有反应速度快、无须暖灯时间、节能、环保、使用寿命长等优点，但发光二极管的 亮度相对于高压汞灯低，使得在现有技术中，发光二极管较难应用于高亮度的投影装置。
一种现有技术是采用纯激光源来激发荧光粉(phosphor)，以产生多种颜色。在此 种现有技术中，蓝色光是采用穿透光学元件的蓝色激光。由于蓝色激光具有高相干性，若直 接使用于投影装置中会产生散斑(speckle)现象，而导致图像画面不均匀，因此须采用扩 散片来降低散斑的程度。然而，扩散片经蓝色激光的长期照射会有可靠性(reliability) 的问题，进而降低了投影装置的使用寿命。此外，现有技术中将蓝色激光穿透光学元件的设 计会搭配其它光学元件来形成完整的光路，易于使整体光路所占的体积较大，导致投影装 置的整体体积难以缩小。另外，采用其它光学元件亦容易导致成本上升。再者，蓝色激光的 颜色较偏向蓝紫色，而不是正蓝色，较易影响投影装置的图像画面的色彩质量。
美国专利公开第20110063581号揭露了一种投影机的光源，其中激光源发出的激 发光将荧光轮上的蓝色荧光物质及绿色荧光物质激发，以分别产生蓝光及绿光。另外，美国 专利公开第20110051102号亦揭露了一种投影机的光源。发明内容
本发明提供一种照明系统，具有高亮度、较佳的色彩平衡、小体积及低成本的优
本发明提供一种投影装置，具有高亮度、较佳的色彩平衡、小体积及低成本的优
本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明之一实施例提出一种照明 系统，包括蓝色非相干光源、相干光源、突光模块及合光单兀。蓝色非相干光源用以发出蓝 色非相干光束。相干光源用以发出相干光束，其中相干光束的波长小于或等于蓝色非相干 光束的波长。荧光模块具有第一色荧光区与第二色荧光区，其中第一色荧光区与第二色 荧光区轮流切入相干光束的传递路径上，以分别将相干光束转换成第一色光束与第二色光 束。合光单元配置于蓝色非相干光束、第一色光束及第二色光束的传递路径上，以将蓝色非 相干光束、第一色光束及第二色光束合并。
本发明的另一实施例提出一种投影装置，包括上述照明系统、光阀及投影镜头。合 光单元用以将蓝色非相干光束、第一色光束及第二色光束合并成照明光束。光阀配置于照 明光束的传递路径上，以将照明光束转换为图像光束。投影镜头配置于图像光束的传递路径上。
在本发明的实施例的照明系统及投影装置中，由于采用蓝色非相干光源来产生蓝 色非相干光束，且采用相干光源所产生的相干光束来激发荧光模块，因此照明系统及投影 装置可兼具较高的亮度与较佳的色彩平衡。另外，本发明的实施例的照明系统及投影装置 采用合光单元来将蓝色非相干光束、第一色光束及第二色光束合并，因此可缩小照明系统 及投影装置的体积，亦可因使用较少的光学元件而降低照明系统及投影装置的成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图作详 细说明如下。
图1为本发明的一实施例的投影装置的示意图2为图1中的荧光模块的正视图3为本发明的另一实施例的投影装置的示意图4至图6为图1的照明系统分别处于明亮模式、高色度模式及标准模式的时序 图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下结合附图的优选实施例 的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如上、下、左、右、前 或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1为本发明的一实施例的投影装置的示意图，而图2为图1中的荧光模块的正 视图。请参照图1与图2，本实施例的投影装置200包括照明系统100、光阀210及投影镜 头220。照明系统100包括蓝色非相干光源110、相干光源120、荧光模块130及合光单元 140。蓝色非相干光源110用以发出蓝色非相干光束112。在本实施例中，蓝色非相干光源 110例如为蓝光发光二极管。相干光源120用以发出相干光束122,其中相干光束122的波 长小于或等于蓝色非相干光束112的波长。换言之，相干光束122例如为紫外光束、蓝紫色 光束或蓝色光束。在本实施例中，相干光源120为激光源，而相干光束122为激光束。
荧光模块130具有第一色荧光区132 (如图2所绘示)与第二色荧光区134，其中 第一色荧光区132与第二色荧光区134轮流切入相干光束122的传递路径上，以分别将相 干光束122转换成第一色光束131与第二色光束133。在本实施例中，荧光模块130例如为 荧光轮(phosphor wheel)，其用以旋转以使第一色荧光区132与第二色荧光区134依序切 入相干光束122的传递路径上。当第一色荧光区132位于相干光束122的传递路径上时， 相干光束122激发第一色荧光区132以产生第一色光束131。当第二色荧光区134位于相 干光束122的传递路径上时，相干光束122激发第二色荧光区134以产生第二色光束133。
在本实施例中，荧光模块130还包括第三色荧光区136，其中第一色荧光区132、第 二色荧光区134及第三色荧光区136轮流切入相干光束122的传递路径上，以分别将相干 光束122转换成第一色光束131、第二色光束133及第三色光束135。图1与图2是以第三 色荧光区136切入相干光束122的传递路径上为例，此时相干光束122激发第三色荧光区 136以产生第三色光束135。
此外，在本实施例中，第一色荧光区132、第二色荧光区134及第三色荧光区136分 别为红色荧光区、绿色荧光区及黄色荧光区，且第一色光束131、第二色光束133及第三色 光束135分别为红色光束、绿色光束及黄色光束，但本发明并不限定各区的颜色，系依照设 计者的需求而定。
合光单元140配置于蓝色非相干光束112、第一色光束131及第二色光束133的 传递路径上，以将蓝色非相干光束112、第一色光束131及第二色光束133合并成照明光束 105。在本实施例中，合光单元140亦配置于第三色光束135的传递路径上，以将蓝色非相 干光束112、第一色光束131、第二色光束133及第三色光束135合并为照明光束105。
在本实施例中，荧光模块130还包括反射基板138，而第一色荧光区132、第二色 荧光区134及第三色荧光区136配置于反射基板138上。举例而言，第一色荧光区132、 第二色荧光区134及第三色荧光区136例如为涂布于反射基板138上的第一色荧光粉 (phosphor)、第二色荧光粉及第三色荧光粉。相干光束122激发第一色荧光区132、第二色 荧光区134及第三色荧光区136以分别产生第一色光束131、第二色光束133及第三色光 束135，而反射基板138将第一色光束131、第二色光束133及第三色光束135反射至合光 单元140。
在本实施例中，照明系统100还包括光均匀化元件160，配置于照明光束105的传 递路径上，在本实施例中即配置于蓝色非相干光束112、第一色光束131、第二色光束133及 第三色光束135的传递路径上，以将照明光束105均匀化。光均匀化元件160例如为光积 分柱(integration rod),然而,在其它实施例中，光均勻化元件160亦可以是透镜阵列。
光阀210配置于照明光束105的传递路径上，以将照明光束105转换为图像光束 212。在本实施例中,光阀210例如为数字微镜元件(digital micro-mirror device, DMD)。 然而，在其它实施例中，光阀210亦可以是娃基液晶面板(liquid-crystal-on-silicon panel, LCOS panel)或其它适当的空间光调变器(spatial light modulator)。投影镜头 220配置于图像光束212的传递路径上，以将图像光束212投射至屏幕以产生图像画面。
在本实施例中，合光单元140为分色单元(dichroic unit)，例如为分色镜 (dichroic mirror)。然而,在其它实施例中，合光单元140亦可以是分色棱镜(dichroic prism)。在本实施例中，合光单元140更配置于相干光束122的传递路径上，且合光单元140 用以将来自相干光源120的相干光束122传递至突光模块130。具体而言,在本实施例中， 合光单元140用于让相干光束122穿透而传递至荧光模块130，合光单元140用于让蓝色非 相干光束112穿透而传递至光均匀化元件160与光阀210，且合光单元140用于将第一色光 束131、第二色光束133及第三色光束135反射至光均匀化元件160与光阀210。换言之， 合光单元140用于让蓝色光束及波长比蓝色光束的波长更短的光束穿透，且用于反射红色 光束、绿色光束及黄色光束。然而，在另一实施例中，如图3所绘示,合光单元140亦可以是 将相干光束122反射至荧光模块130，合光单元140亦可以是将蓝色非相干光束112反射至 光均匀化元件160与光阀210，且合光单元140亦可以是用于让第一色光束131、第二色光 束133及第三色光束135穿透而传递至光均匀化元件160与光阀210。换言之，在另一实施 例中，合光单元140用于反射蓝色光束及波长比蓝色光束的波长更短的光束，且用于让红 色光束、绿色光束及黄色光束穿透。
在本实施例的照明系统100及投影装置200中，由于采用蓝色非相干光源110来产生蓝色非相干光束112，因此可得到颜色较接近正蓝色的蓝色非相干光束，以改善现有技 术中采用的激光束的颜色偏蓝紫色的问题。如此一来，本实施例的照明系统100及投影装 置200便能够达到较佳的色彩平衡。另外，由于采用相干光源120所发出的相干光束122来 激发荧光模块130，以产生强度较强的第一色光束131、第二色光束133及第三色光束135， 因此本实施例的照明系统100与投影装置200可达到较高的亮度。在本实施例中，可利用增 加相干光源120中激光产生器的数量来提高照明系统100与投影装置200的亮度。此外， 本实施例的照明系统100及投影装置200采用反射式的荧光模块130(即荧光模块130中 采用反射基板138)以将第一色光束131、第二色光束133及第三色光束135反射至合光单 元140，且采用合光单元140来将蓝色非相干光束112、第一色光束131、第二色光束133及 第三色光束135合并，因此光路结构较为简单。如此一来，便可缩小照明系统100及投影装 置200的体积，亦可因使用较少的光学元件而降低照明系统100及投影装置200的成本。
再者，由于所采用的蓝色非相干光束112为非相干光束，且相干光束122是用以激 发荧光模块130而不会直接抵达光阀210，因此本实施例的照明系统100及投影装置200不 会有激光所产生的散斑问题，因此可以不采用扩散片等散斑减弱元件。如此一来，便不会有 现有技术中扩散片因长期被激光照射而产生的可靠性问题。
图4至图6为图1的照明系统分别处于明亮模式、高色度模式及标准模式的时序 图。请参照图1及图4至图6，本实施例的照明系统100还包括控制单元150，电连接至蓝色 非相干光源110、相干光源120以及荧光模块130，以控制蓝色非相干光源110与相干光源 120的发光时间。请先参照图1与图4，当照明系统100处于明亮模式时，控制单元150使时 间间隔T5小于时间间隔T2，且使时间间隔T5小于时间间隔T3，时间间隔T5为蓝色非相干 光源110发光但相干光源120不发光的时间，时间间隔T2为相干光束122照射于绿色荧光 区134且蓝色非相干光源110不发光的时间，且时间间隔T3为相干光束122照射于黄色荧 光区136且蓝色非相干光源110不发光的时间，由于人眼对绿色与黄色较为敏感，因此增加 绿光与黄光的强度较能够让人眼感到亮度较亮。举例而言，在一个帧(frame)时间中，当将 蓝色非相干光源110与相干光源120两者中有任一个开启的时间长度定义为360/360(即 为I)时，时间间隔Tl的长度例如为55/360，时间间隔T2的长度例如为55/360，时间间隔 T3的长度例如为65/360，时间间隔T4的长度例如为135/360，而时间间隔T5的长度例如为 50/360，其中时间间隔Tl为相干光束122照射于红色荧光区132且蓝色非相干光源110不 发光的时间，且时间间隔T4为相干光束122照射于黄色荧光区136且蓝色非相干光源110 亦同时发光的时间。在时间间隔T4中，蓝色非相干光束112与第三色光束135(即黄色光 束)经由合光单元140混合成白色光束。上述时间间隔Tl至时间间隔T5的各时间的比例 只是举例用，并非用以限制本发明。此外，时间间隔Tl至时间间隔T5的顺序在其它实施例 中亦可任意对调，本发明并不限制这些时间的出现顺序。
在本实施例中，上述时间长度为360/360时可为荧光模块130从预定位置旋转 360 °的时间，而时间间隔T1、时间间隔T2、时间间隔T3、时间间隔T4及时间间隔T5则可分 别为荧光模块从预定位置旋转55°、55°、65°、135°及50°的时间。此外，时间间隔T5 所对应到的荧光模块130的荧光区的颜色可以是任何颜色，包括红、绿、黄或其它颜色，这 是因为此时相干光源120不发光而不会激发荧光模块130，因此此时的荧光区为任意颜色 均可。在本实施例中，是以时间间隔T1、时间间隔T2、时间间隔T3、时间间隔T4及时间间隔T5连续相接为例，然而，在其它实施例中，为了对各色光的比例作更大的调配，亦可缩短 时间间隔Tl、时间间隔T2、时间间隔T3、时间间隔T4及时间间隔T5的其中至少一者，而使 任两相邻者之间存在相干光源120与蓝色非相干光源110都不发光的时间，但此时荧光模 块130仍然可以持续旋转。
请再参照图1与图5，当照明系统100处于高色度模式时，控制单元150使时间间 隔T3a小于时间间隔Tla，控制单元150使时间间隔T3a小于时间间隔T2a，且控制单元150 使时间间隔T3a小于时间间隔T5a，其中时间间隔T3a为相干光束122照射于黄色荧光区 136且蓝色非相干光源110不发光的时间，时间间隔Tla为相干光束122照射于红色荧光 区132且蓝色非相干光源110不发光的时间，时间间隔T2a为相干光束122照射于绿色荧 光区134且蓝色非相干光源110不发光的时间，时间间隔T4a为相干光束122照射于黄色 荧光区136且蓝色非相干光源110亦同时发光的时间，且时间间隔T5a为蓝色非相干光源 110发光且相干光源120不发光的时间。藉由将红光、蓝光及绿光的强度增强而降低黄光与 白光的强度，可提升图像画面的色度与色彩饱和度。高色度模式可使用在对色彩饱和度有 较高要求的场合，如播放电影或相片时。在本实施例中，时间间隔Tla T5a的长度分别占 了 105/360、65/360、35/360、100/360 及 55/360，但本发明不以此为限。
再者，参照图6，当照明系统100处于标准模式时，时间间隔Tib、T2b、T2c、T3b、 T4b、T5b的长度分配较为平均，其中时间间隔T2c为相干光束122照射于绿色荧光区134且 蓝色非相干光源110同时发光的时间。在时间间隔T2c时,合光单兀140将来自绿色突光 区134的绿色光束133与蓝色非相干光束112混合成蓝绿色光束。在本实施例中，时间间 隔 Tlb、T2b、T2c、T3b、T4b、T5b 的长度分别占了 70/360、70/360、50/360、40/360、75/360 及 55/360，但本发明不以此为限。
本实施例的明亮模式、高色度模式及标准模式可在出厂时就决定好，而照明系统 100固定以其中一种模式来运作。或者，本实施例的明亮模式、高色度模式及标准模式亦可 通过电连接至控制单元150的使用者接口来供使用者依需求调整至所需的模式。举例而 言，当使用者须采用高亮度投影时，可透过使用者接口将照明系统100切换至明亮模式。当 使用者欲播放电影或照片时，可透过使用者接口将照明系统100切换至高色度模式。此外， 当在一般使用情况下，使用者可透过使用者接口将照明系统100切换至标准模式。再者，设 计者或使用者甚至可透过调整相干光源120与蓝色非相干光源110的发光时机与发光长度 来达到程序化动态设计或改变各个颜色的光束的混色比率，以符合使用需求。
综上所述，在本发明的实施例的照明系统及投影装置中，由于采用蓝色非相干光 源来产生蓝色非相干光束，且采用相干光源所产生的相干光束来激发荧光模块，因此照明 系统及投影装置可兼具较高的亮度与较佳的色彩平衡。另外，本发明的实施例的照明系统 及投影装置采用合光单元来将蓝色非相干光束、第一色光束及第二色光束合并，因此可缩 小照明系统及投影装置的体积，亦可因使用较少的光学元件而降低照明系统及投影装置的 成本。
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即 大凡依权利要求范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵 盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优 点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。再者，说明书中提及的第一色荧光区、第二色荧光区及第三色荧光区等，仅用以表示元件的名称，并非用来限制元件数量上的上限或下限。·
权利要求
1.一种照明系统，包括 蓝色非相干光源，用以发出蓝色非相干光束； 相干光源，用以发出相干光束，其中所述相干光束的波长小于或等于所述蓝色非相干光束的波长； 荧光模块，具有第一色荧光区与第二色荧光区，其中所述第一色荧光区与所述第二色荧光区轮流切入所述相干光束的传递路径上，以分别将所述相干光束转换成第一色光束与第二色光束；以及 合光単元，配置于所述蓝色非相干光束、所述第一色光束及所述第二色光束的传递路径上，以将所述蓝色非相干光束、所述第一色光束及所述第二色光束合井。
2.如权利要求1所述的照明系统，其中所述合光单元为分色単元，并配置于所述相干光束的传递路径上，所述分色単元用以将来自所述相干光源的所述相干光束传递至所述荧光模块。
3.如权利要求1所述的照明系统，其中所述荧光模块还包括第三色荧光区，所述第一色荧光区、所述第二色荧光区及所述第三色荧光区轮流切入所述相干光束的传递路径上，以分别将所述相干光束转换成所述第一色光束、所述第二色光束及第三色光束。
4.如权利要求3所述的照明系统，其中所述第一色荧光区、所述第二色荧光区及所述第三色荧光区分别为红色荧光区、绿色荧光区及黄色荧光区，且所述第一色光束、所述第二色光束及所述第三色光束分别为红色光束、绿色光束及黄色光束。
5.如权利要求4所述的照明系统，还包括控制单元，电连接至所述蓝色非相干光源、所述相干光源及所述荧光模块，以控制所述蓝色非相干光源与所述相干光源的发光时间。
6.如权利要求5所述的照明系统，其中当所述照明系统处于明亮模式时，所述控制单元使第一时间间隔小于第二时间间隔，且使所述第一时间间隔小于第三时间间隔，所述第一时间间隔为所述蓝色非相干光源发光但所述相干光源不发光的时间，所述第二时间间隔为所述相干光束照射于所述绿色荧光区且所述蓝色非相干光源不发光的时间，且所述第三时间间隔为所述相干光束照射于所述黄色荧光区且所述蓝色非相干光源不发光的时间。
7.如权利要求5所述的照明系统，其中当所述照明系统处于高色度模式时，所述控制単元使第一时间间隔小于第二时间间隔，所述控制単元使所述第一时间间隔小于第三时间间隔，且所述控制単元使所述第一时间间隔小于第四时间间隔，所述第一时间间隔为所述相干光束照射于所述黄色荧光区且所述蓝色非相干光源不发光的时间，所述第二时间间隔为所述相干光束照射于所述红色荧光区且所述蓝色非相干光源不发光的时间，所述第三时间间隔为所述相干光束照射于所述绿色荧光区且所述蓝色非相干光源不发光的时间，且所述第四时间间隔为所述蓝色非相干光源发光且所述相干光源不发光的时间。
8.如权利要求1所述的照明系统，其中所述蓝色非相干光源为蓝光发光二极管。
9.如权利要求1所述的照明系统，其中所述荧光模块为荧光轮。
10.如权利要求1所述的照明系统，还包括控制单元，电连接至所述蓝色非相干光源、所述相干光源及所述荧光模块，以控制所述蓝色非相干光源与所述相干光源的发光时间。
11.ー种投影装置，包括 照明系统，包括 蓝色非相干光源，用以发出蓝色非相干光束；相干光源，用以发出相干光束，其中所述相干光束的波长小于或等于所述蓝色非相干光束的波长； 荧光模块，具有第一色荧光区与第二色荧光区，其中所述第一色荧光区与所述第二色荧光区轮流切入所述相干光束的传递路径上，以分别将所述相干光束转换成第一色光束与第二色光束；以及 合光単元，配置于所述蓝色非相干光束、所述第一色光束及所述第二色光束的传递路径上，以将所述蓝色非相干光束、所述第一色光束及所述第二色光束合并成照明光束； 光阀，配置于所述照明光束的传递路径上，以将所述照明光束转换为图像光束；以及 投影镜头，配置于所述图像光束的传递路径上。
12.如权利要求11所述的投影装置，其中所述合光单元为分色単元，并配置于所述相干光束的传递路径上，所述分色単元用以将来自所述相干光源的所述相干光束传递至所述荧光模块。
13.如权利要求11所述的投影装置，其中所述荧光模块还包括第三色荧光区，所述第一色荧光区、所述第二色荧光区及所述第三色荧光区轮流切入所述相干光束的传递路径上，以分别将所述相干光束转换成所述第一色光束、所述第二色光束及第三色光束。
14.如权利要求13所述的投影装置，其中所述第一色荧光区、所述第二色荧光区及所述第三色荧光区分别为红色荧光区、绿色荧光区及黄色荧光区，且所述第一色光束、所述第二色光束及所述第三色光束分别为红色光束、绿色光束及黄色光束。
15.如权利要求14所述的投影装置，其中所述照明系统还包括控制单元，电连接至所述蓝色非相干光源、所述相干光源及所述荧光模块，以控制所述蓝色非相干光源与所述相干光源的发光时间。
16.如权利要求15所述的投影装置，其中当所述照明系统处于明亮模式时，所述控制単元使第一时间间隔小于第二时间间隔，且使所述第一时间间隔小于第三时间间隔，所述第一时间间隔为所述蓝色非相干光源发光且所述相干光源不发光的时间，所述第二时间间隔为所述相干光束照射于所述绿色荧光区且所述蓝色非相干光源不发光的时间，且所述第三时间间隔为所述相干光束照射于所述黄色荧光区且所述蓝色非相干光源不发光的时间。
17.如权利要求15所述的投影装置，其中当所述照明系统处于高色度模式时，所述控制単元使第一时间间隔小于第二时间间隔，所述控制単元使所述第一时间间隔小于第三时间间隔，且所述控制单元使所述第一时间间隔小于第四时间间隔，所述第一时间间隔为所述相干光束照射于所述黄色荧光区且所述蓝色非相干光源不发光的时间，所述第二时间间隔为所述相干光束照射于所述红色荧光区且所述蓝色非相干光源不发光的时间，所述第三时间间隔为所述相干光束照射于所述绿色荧光区且所述蓝色非相干光源不发光的时间，且所述第四时间间隔为所述蓝色非相干光源发光且所述相干光源不发光的时间。
18.如权利要求11所述的投影装置，其中所述蓝色非相干光源为蓝光发光二极管。
19.如权利要求11所述的投影装置，其中所述荧光模块为荧光轮。
20.如权利要求11所述的投影装置，其中所述照明系统还包括控制单元，电连接至所述蓝色非相干光源、所述相干光源及所述荧光模块，以控制所述蓝色非相干光源与所述相干光源的发光时间。
全文摘要
一种照明系统，包括蓝色非相干光源、相干光源、荧光模块及合光单元。蓝色非相干光源用以发出蓝色非相干光束。相干光源用以发出相干光束，其中相干光束的波长小于或等于蓝色非相干光束的波长。荧光模块具有第一色荧光区与第二色荧光区，其中第一色荧光区与第二色荧光区轮流切入相干光束的传递路径上，以分别将相干光束转换成第一色光束与第二色光束。合光单元配置于蓝色非相干光束、第一色光束及第二色光束的传递路径上，以将蓝色非相干光束、第一色光束及第二色光束合并。一种投影装置亦被提出。
文档编号G03B21/20GK103034035SQ20111030524
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者曾志能 申请人:中强光电股份有限公司