用于调控投影装置的出光波长的方法
【专利摘要】本发明提供一种用于调控投影装置的出光波长的方法。此方法包含下列步骤：提供一单色光源，其发出一第一色光。形成一荧光层于单色光源的出光路径上，令使第一色光透射荧光层。荧光层转换部份第一色光成为一第二色光，并且放射残余的第一色光。以及混合残余的第一色光与第二色光，以产生一第三色光。通过调整残余的第一色光与第二色光的光瓦强度比例，调控第三色光的波长。
【专利说明】用于调控投影装置的出光波长的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种调控光波长的方法，特别涉及一种用于调控投影装置的出光波长的方法。
【背景技术】
[0002]一般激光投影机里光源模块的光路设计为让单色光透射荧光粉色轮(phosphorwheel，PW)，激发红、黄、绿等色的荧光粉，以作为显示光源。接着再依序穿透一光路转换装置(relay)、一光调节器(light modulator)及一投影镜片(project1n lens),以透射出特定颜色光源。
[0003]图1绘示一般波长445纳米激光投影机的光源模块100的示意图。在图1中，首先波长445纳米的蓝色光源110发出蓝色光111，令使蓝色光111进入荧光层色轮120，且激发荧光层121产生波长较长的另一色光122。残余的蓝色光111会经由另一光路进入投影机，以作为蓝色光源。
[0004]然而一般波长445纳米的激光光源呈现偏紫色(图2A左)，可明显看出与Rec.709所规范的标准蓝色光源(图2A右)的色差，如图2A所示。一般波长445纳米激光光源的国际照明委员会(CIE)坐标为0.13，0.03 (210)，与Rec.709所规范的标准蓝光坐标(0.15，0.06) (220)有所差异，如图2B所示。此一情况严重影响了投影机显示色域，且使蓝光显色产生严重的色偏现象。
[0005]目前业界的做法为让波长445纳米的蓝光激发绿色荧光粉，令使激发靛色光(cyan)。接着，再以滤镜筛选靛色光的特定波长范围，使其与波长445纳米的蓝色光混合，以调整蓝光显色。然而此混光方法需增加靛色光的滤镜，且改变原本光源的光路设计，而增加额外的组成组件及生产成本。并且，无法有效地调整蓝色光源，使其符合Rec.709所规范的标准蓝光坐标。
[0006]故此，亟需一种新的用于调控投影装置的出光波长的方法，以解决上述传统蓝色光源所产生的色偏现象。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种用于调控投影装置的出光波长的方法，用以解决传统蓝色光源所产生的色偏现象，令使趋近Rec.709所规范的标准蓝光坐标，且提高演色性。
[0008]本发明的一形式在于提供一种用于调控投影装置的出光波长的方法。此方法包含下列步骤:提供一单色光源，其发出一第一色光。形成一荧光层于单色光源的出光路径上，令使第一色光透射荧光层。荧光层转换部份第一色光成为一第二色光，并且放射残余的第一色光，其中第二色光的波长大于第一色光的波长。混合残余的第一色光与第二色光，以产生一第三色光，其中第三色光的波长介于第一、第二色光之间，且通过调整残余的第一色光与第二色光的光瓦强度比例，调控第三色光的波长。
[0009]根据本发明的一实施例，投影装置包含一供光装置、一光路转换装置(relay)、一光调节器(light modulator)、以及一投影镜片(project1n lens),其中供光装置包含单色光源及荧光层。
[0010]根据本发明的一实施例，供光装置的荧光层形成于单色光源的出光面上。
[0011]根据本发明的一实施例，供光装置的荧光层形成于一色轮上，且设置色轮于单色光源的出光路径上。
[0012]根据本发明的一实施例，单色光源为红色光源、绿色光源或蓝色光源。
[0013]根据本发明的一实施例，单色光源为蓝色光源，其波长为约440?450纳米。
[0014]根据本发明的一实施例，突光层包含一突光材料，其化学通式为BahSi2O2N2 = Eux,其中X为0.001?I。
[0015]根据本发明的一实施例，突光层包含一突光材料，其化学通式为BahSi2O2N2 = Eux,其中X为0.005?0.03。
[0016]根据本发明的一实施例，突光层包含一突光材料，其化学通式为BahSi2O2N2 = Eux,其中X为0.02?0.03。
[0017]根据本发明的一实施例，突光材料的放射波长(emiss1n wavelength)为约480?495纳米。
[0018]根据本发明的一实施例，荧光层的厚度为约50?300微米。
[0019]根据本发明的一实施例，突光材料于突光层中的固含量为约5?30wt%。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为传统波长445纳米激光投影机的光源模块100的示意图；
[0021]图2A为传统波长445纳米蓝色光源(左图)与Rec.709规范的标准蓝色光源(右图)的影像；
[0022]图2B为传统波长445纳米蓝光与Rec.709规范的标准蓝光的CIE坐标；
[0023]图3为根据本发明实施例所绘示的用于调控投影装置的出光波长的方法流程图；
[0024]图4A为根据本发明的实施例所绘示的荧光材料的激发与放射光谱图；
[0025]图4B为根据本发明的实施例所绘示的荧光材料的归一化放射光谱图；
[0026]图5为根据本发明的实施例所绘示的荧光材料的CIE坐标图；
[0027]图6A为根据本发明的一实施例所绘示的投影装置600的示意图；
[0028]图6B为根据本发明的一实施例所绘示的供光装置610a的示意图；
[0029]图6C为根据本发明的一实施例所绘示的供光装置610b的示意图；
[0030]图7A为根据本发明的最佳实施例所绘示的经荧光层调控的蓝光与Rec.709所规范的标准蓝光的CIE坐标；以及
[0031]图7B为传统波长445纳米的蓝色光源(左图)与本发明的最佳实施例的经荧光层调控的蓝色光源(右图)的影像。
[0032]其中，附图标记说明如下:
[0033]100:光源模块
[0034]110:蓝色光源
[0035]111:蓝色光
[0036]120:荧光层色轮
[0037]121:荧光层
[0038]122:另一色光
[0039]210: 一般波长445纳米激光光源
[0040]220、720:Rec.709所规范的标准蓝光
[0041]310、320、330、340:步骤
[0042]410、510: Ba0.995Si O2N2: Eu0.005
[0043]420、520 =Ba0 99S12N2: Eu0.01
[0044]430、530:Baa98S12N2: Eu0.02
[0045]440、540:Baa97S12N2: Eu0.03
[0046]600:投影装置
[0047]610,610a,610b:供光装置
[0048]611:单色光源
[0049]612、612a、612b:突光层
[0050]613:出光面
[0051]614:色轮
[0052]620:光路转换装置
[0053]630:光调节器
[0054]640:投影镜片
[0055]710:经荧光层所调控的蓝光
【具体实施方式】
[0056]接着以实施例并配合图式以详细说明本发明，在图式或描述中，相似或相同的部分使用相同的符号或编号。在图式中，实施例的形状或厚度可能扩大，以简化或方便标示，而图式中组件的部分将以文字描述的。可了解的是，未绘示或未描述的组件可为熟习该项技艺者所知的各种样式。
[0057]图3为根据本发明的实施例所绘示的用于调控投影装置的出光波长的方法流程图。在图3中，步骤310为提供一单色光源，其发出一第一色光。根据本发明的一实施例，单色光源为红色光源、绿色光源或蓝色光源。根据本发明的另一实施例，单色光源为蓝色光源，其波长为约440?450纳米。根据本发明的再一实施例，单色光源为波长445纳米的蓝光激光光源。
[0058]步骤320为形成一荧光层于单色光源的出光路径上，令第一色光透射荧光层。根据本发明的一实施例，荧光层包含一荧光材料，其化学通式为BahSi2O2N2 = Eux，其中X为
0.001?1，较佳为0.005?0.03，更佳为0.02?0.03。
[0059]在图3的步骤330中，当第一色光透射荧光层后，荧光层会被第一色光激发且放射出一第二色光。而经荧光层透射出的光线包含第二色光以及残余的第一色光。其中，由于第二色光自荧光层吸收第一色光的能量所放射，因此第二色光的波长大于第一色光的波长。
[0060]根据本发明的一实施例，经荧光层透射出的第二色光及残余的第一色光直接进入投影装置的光路中。根据本发明的另一实施例，经荧光层透射出的第二色光及残余的第一色光先照射在一反射面上，经反射再进入投影装置的光路中。
[0061]在图3的步骤340中，经荧光层透射出的第二色光及残余的第一色光混合产生一第三色光，其中第三色光的波长介于第一、第二色光的波长之间。通过调整残余的第一色光与第二色光的光瓦强度比例，可调控第三色光的波长。根据本发明的一实施例，突光材料的放射波长为约490?495纳米，即第二色光的波长范围。根据本发明的另一实施例，第三色光的波长范围介于440?495纳之间。
[0062]并且由上述结论可得一关系式，如下列式I所示:
[0063]C1 (WL1) +C2 (WL2) — C3 (WL3)(式 I)
[0064]其中WL1为第一色光的波长；
[0065]WL2为第二色光的波长；
[0066]WL3为第三色光的波长；
[0067]WL1XWL3XWL2 ；以及
[0068]C1^ C2> C3分别为第一色光、第二色光、及第三色光的光瓦强度。
[0069]此外，根据国际照明委员会(CIE)所制定的标准，每一色光均可对应一 CIE坐标。在本发明的一实施例中，利用荧光材料Baa 974S12N2 = Euatl26形成一荧光层，其可用以调控波长445纳米蓝光的CIE坐标。
[0070]表I为归纳在不同光瓦强度的波长445纳米蓝光下所激发的荧光CIE坐标，其中荧光层含有10wt%的荧光材料Baa 974S12N2 = Euatl26，且荧光层的厚度为50微米。
[0071]
波长445纳米蓝光~"I
X轴 Y轴的光瓦强度_______
I W__0.1395__0.0592_
4 W__0.1395__0.0573_
8 VV_ 0.1397_ 0.0541_
[0072]在表I中，靛蓝色荧光材料可调控光瓦强度为1W、4W或8W的蓝色光源，使CIE坐标趋近(0.14，0.06)，而此结果已十分接近Rec.709的标准蓝光坐标(0.15，0.06)。因此，通过上述方法，可有效调控投影设备的特定色光波长，以提高投影设备光源的演色性。
[0073]下面以多个实施例说明不同荧光材料的激发与放射光谱，以及CIE坐标。
[0074]图4A为根据本发明的实施例所绘示的荧光材料的激发与放射光谱图；而图4B为根据本发明的实施例所绘示的荧光材料的归一化放射光谱图。
[0075]在图4A 中，分别比较荧光材料 Baa 995S12N2: Euatltl5 (410)、Baa99S12N2 = Euatll (420)、Baa98S12N2 = Euatl2 (430)及 Baa97S12N2 = Euatl3 (440)的激发与放射强度。于相同波长下，Baa97S12N2 = Euatl3 (440)的激发与放射强度均最大，而Baa 995S12N2: Euatltl5 (410)的激发与放射强度均为最小，且强度依序为 Ba0.97Si02N2: Eu0.03 (440) >Ba0.98S12N2: Eu0.02 (430) >Ba0.99Si02N2: Eu0.01 (420) >BaQ.995Si02N2 = Euatltl5 (410)。由第4A图的结果可知，铕(Eu)元素的搀杂含量愈高，荧光材料的激发与放射强度愈大。
[0076]图4B为将图4A的放射光谱归一化，使其最大放射强度一致。在图4B中，分别比较突光材料 Baa 995S12N2: Eu。.。。5 (410)、Baa99S12N2 = Euacil (420)、Baa98S12N2: Euaci2 (430)及Baa97S12N2:Euatl3(440)的放射波长。在相同放射强度下，Baa97S12N2 = Euatl3(440)具有最长的放射波长，而Baa 995S12N2 = Euacici5GlO)的放射波长为最短，且波长依序为Ba。.97Si02N2:EuO- 03(440) >Ba0.98Si02N2:Eu0.02 (430) >Ba0 99Si02N2: Eu0 01 (420) >Ba0 995Si02N2: Eu0 005 (4 1 0)。由图4B的结果可知，铕(Eu)元素的搀杂含量愈高，荧光材料的放射波长愈长。
[0077]表2为归纳根据本发明的实施例所绘示的荧光材料的CIE坐标。
[0078]
铕含量(Eu，%) Ix轴|?$5
0Γδ0.08370.3984
TTo0.07940.4155
?700.07880.4388
Γ00.08080.4623
[0079]图5为根据本发明的实施例所绘示的荧光材料的CIE坐标图。在图5中，分别绘示突光材料 Baa 995S12N2:Eua005 ( 5 1 0)、Ba0.99Si02N2:Euaoi (520)、Baa98S12N2:Eua02 (530)及Ba0 97S12N2IEu0 03 (540)的 CIE 坐标。由于 Baa 995S12N2 = Euatltl5 (510)具有最短的放射波长，所以其CIE坐标距离Rec.709标准蓝光坐标最近；而Ba0 97S12N2: Eu0 03 (540)的放射波长最长，所以其CIE坐标距离Rec.709标准蓝光坐标最远。然而，相较于其它实施例的荧光材料，Baa97S12N2 = Euatl3具有最大的放射强度，故选择其做为调控蓝色光源的靛色荧光材料。根据本发明的一实施例，靛色荧光材料的化学式亦可为Baa 974Si02N2: Eu0.026。
[0080]图6A为根据本发明的一实施例所绘示的投影装置600的示意图。在图6A中，投影装置600包含供光装置610、光路转换装置620、光调节器630以及投影镜片640。其中供光装置610包含单色光源611及荧光层612。根据本发明的一实施例，荧光层612的厚度为约50?300微米。根据本发明的另一实施例，突光材料于突光层612中的固含量为约5-30重量百分比。
[0081]根据本发明的一实施例，供光装置610a的荧光层612a形成于单色光源611的出光面613上。其中荧光层可涂布于单色光源611的出光面613的内侧、外侧或其组合，如图6B所示。
[0082]根据本发明的一实施例，供光装置610b的荧光层612b形成于色轮614上，且色轮614设置于单色光源611的出光路径上，如图6C所示。
[0083]在本发明的一最佳实施例中，靛色荧光材料Baa 974S12N2 = Euatl26用于调控波长455纳米的蓝色光源，其中荧光层的厚度为50微米，且荧光材料的固含量为10重量百分比。通过上述荧光层条件，可将蓝光坐标由(0.13，0.03)调控为(0.14，0.05)，此结果已接近Rec.709的标准蓝光。
[0084]图7A为根据本发明的最佳实施例所绘示的经荧光层调控的蓝光与Rec.709所规范的标准蓝光的CIE坐标；而图7B为传统蓝色光源与本发明的最佳实施例的经荧光层调控的蓝色光源的影像。由图7A的CIE坐标可知，经荧光层所调控的蓝光710已趋近于Rec.709所规范的标准蓝光720。且相较于传统波长445纳米的蓝色光源，利用本发明的一实施例所提供的方法所得到的蓝色光源较接近Rec.709所规范的蓝色光源。在图7B中，相较于一般波长445纳米的蓝色光源(左图)，本发明的最佳实施例所提供的蓝色光源(右图)将传统波长445纳米的蓝色光源透过荧光层，调控出光波长且得到接近Rec.709所规范的标准蓝色光源。
[0085]通过本发明的一实施例所提供的方法，将单色光源的第一色光照射在荧光层上，令透射出第二色光及残余的第一色光。并且第二色光与残余的第一色光直接混合成第三色光。如此一来，便不需要设置额外的滤镜，可减少滤镜的成本，以及不需改变原本投影装置的光源的光路设计。值得注意的是，通过上述方法，可有效地调控第三色光达到预设的波长范围，举例来说，可使蓝色光源接近Rec.709所规范的标准蓝光坐标。
[0086]虽然本发明的实施例已揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以后附的申请专利范围所界定为准。
【权利要求】
1.一种用于调控投影装置的出光波长的方法，包含下列步骤: 提供一单色光源，其发出一第一色光； 形成一荧光层于该单色光源的出光路径上，令该第一色光透射该荧光层； 该荧光层转换部份该第一色光成为一第二色光，并且放射残余的该第一色光，其中该第二色光的波长大于该第一色光的波长；以及 混合残余的该第一色光与该第二色光，以产生一第三色光，其中该第三色光的波长介于该第一、第二色光之间，且通过调整残余的该第一色光与该第二色光的光瓦强度比例，调控该第三色光的波长。
2.如权利要求1所述的方法，其中该投影装置包含一供光装置、一光路转换装置、一光调节器、以及一投影镜片，其中该供光装置包含该单色光源及该荧光层。
3.如权利要求2所述的方法，其中该供光装置的该荧光层形成于该单色光源的出光面上。
4.如权利要求2所述的方法，其中该供光装置的该荧光层形成于一色轮上，且设置该色轮于该单色光源的出光路径上。
5.如权利要求1所述的方法，其中该单色光源为红色光源、绿色光源或蓝色光源。
6.如权利要求5所述的方法，其中该单色光源为蓝色光源，其波长为约440?450纳米。
7.如权利要求1所述的方法，其中该荧光层包含一荧光材料，其化学通式为BahSi2O2N2:Eux，其中 x 为 0.001 ?I。
8.如权利要求7所述的方法，其中该荧光层包含一荧光材料，其化学通式为BahSi2O2N2:Eux，其中 x 为 0.005 ?0.03。
9.如权利要求8所述的方法，其中该荧光层包含一荧光材料，其化学通式为BahSi2O2N2:Eux，其中 x 为 0.02 ?0.03。
10.如权利要求7所述的方法，其中该荧光材料的放射波长为约480?495纳米。
11.如权利要求1所述的方法，其中该荧光层的厚度为约50?300微米。
12.如权利要求1所述的方法，该突光材料于该突光层中的固含量为约5?30重量百分比。
【文档编号】G03B21/14GK104141926SQ201310164483
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月7日 优先权日:2013年5月7日
【发明者】陈韦廷, 范哲豪, 刘如熹, 张克苏, 陈琪, 周彦伊 申请人:台达电子工业股份有限公司