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TWI452407B - 照明裝置及影像顯示設備 - Google Patents

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TWI452407B
TWI452407B TW100118636A TW100118636A TWI452407B TW I452407 B TWI452407 B TW I452407B TW 100118636 A TW100118636 A TW 100118636A TW 100118636 A TW100118636 A TW 100118636A TW I452407 B TWI452407 B TW I452407B
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TW
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excitation light
phosphor
wavelength
excitation
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TW100118636A
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Inventor
喜田晃二
Original Assignee
新力股份有限公司
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Publication date
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Description

照明裝置及影像顯示設備
本發明係有關於一種照明裝置及影像顯示設備，更明確地係有關於一種被用作為投影式影像顯示設備，譬如投影機，的光源的照明裝置，及一種包括該照明裝置的影像顯示設備。
最近幾年，關於在家看電影、會議簡報、或類此者，使用到投影式影像顯示設備，譬如投影機，的機會已逐漸增加。在此一投影機中，通常使用例如一具有高亮度的放電式燈泡，譬如水銀燈泡，作為光源。此外，隨著在固態發光裝置(例如，半導體雷射、發光二極體、或類此者)發展上的最新進展，已有使用固態發光裝置的投影機被提出(例如，參見日本專利申請案JP-A-2010-86815號)。
揭示在JP-A-2010-86815號中的投影機是一種DLP(數位光線處理：註冊商標)式投影機。在此種投影機中，影像的每種顏色藉由約每秒數千次的分時顯示(time division display)而被以全彩來顯示。因此，在JP-A-2010-86815號中，使用該固態發光裝置的一紅色發光裝置、一綠色發光裝置、及一藍色發光裝置被分開來準備，且從每一發光裝置發出的光線被分時地控制，且被發射至外面以顯示影像光線。
此外，使用在JP-A-2010-86815號的投影機中的每一個發光裝置包括一發光輪其被轉動地驅動、一發光材料其被形成在該發光輪的一表面上並吸收激發光及發出一預定顏色的光線、及一激發光源(固態發光裝置)其發出激發光。此外，一發出具有一波長頻帶(其比該發光材料發出的光線的波長頻帶短)的激發光的光源被用作為每一發光裝置中的激發光源。
如上所述，一種沒有使用水銀燈泡的投影機已在先前技術中被提出，且在此一投影機中可實現無水銀投影機以回應最近的環保議題。此外，在一固態發光裝置，譬如半導體雷射及發光二極體，被用作為光源的例子中，它具有的較長的使用壽命的優點且在亮度的減少上比水銀燈泡慢的優點。
然而，揭示於JP-A-2010-86815號中的技術只能應用至光源裝置(照明裝置)，例如，一DLP(註冊商標)式投影機或分時地發出多種具有彼此不同的波長的單色光之類的投影機。揭示於JP-A-2010-86815號中的技術不能應用至需要光源裝置發出白光的應用上，譬如像是3 LCD(燈液晶顯示器)類的投影機或類此者。
因此，提供一種可使用於各式應用(譬如，3 LCD類的投影機及具有照明裝置的影像顯示設備)之無水銀照明裝置是所想要的。
依據本發明的一實施例的照明裝置包括一激發光源其發出具有第一波長的激發光及一螢光件。該螢光件包括一螢光物質，當用該激發光照射該螢光物質時它會發出一比該第一波長還長的第二波長，透射該激發光的一部分及反射該激發光的另一部分、及一第一反射膜其被設置在該螢光物質的一側，該側與一激發光入射側相反。該螢光件發出一多路傳輸的(multiplexed)光，其包括一從該螢光物質與該第一反射膜被反射的激發光成分(component)及一從該螢光物質發出的光線成分。此外，上文中提到的“波長”係指不只包括單一波長，而是包括一預定的波長頻帶的波長。
此外，依據發明的另一實施例的影像顯示設備包括一光源裝置區及一影像投影區，且每一區的功能係如下所述。該光源裝置區具有與本發明的上述實施例的照明裝置相同的構型。該影像投影區藉由使用從該光源裝置區發出之多路傳輸的光線來產生一預定的影像光並將該被產生的影像光投影至外面。
依據本發明的此實施例，該照明裝置(光源裝置區)發出該多路傳輸的光線其包括從該螢光物質發出之具有第二波長的激發光部分及從該螢光物質與該第一反射膜被反射之具有第一波長的激發光部分。亦即，依據本發明的此實施例，一具有波長頻帶不同於該激發光與該發射光的波長頻帶的光被發出。因此，依據本發明的此實施例，在該激發光被設定為藍光及該發射光被設定為包括紅光與綠光兩者的光線(例如黃光或類此者)的例子中，可從該照明裝置(光源裝置區)發出白光。
如上所述，在依據本發明的此實施例的照明裝置(光源裝置區)中，可發出具有波長頻帶不同於該激發光與該發射光的波長頻帶的光，且藉由適當地設定該激發光的第一波長與該發射光的第二波長的組合可發出白光或類此者。因此，依據本發明的此實施例可提供一種無水銀照明裝置其亦可應用於各式應用，譬如3 LCD類的投影機及具有照明裝置的影像顯示設備。
在下文中將依照下面的順序參考附圖來描述依據本發明的一實施例的一照明裝置及具有該照明裝置的影像顯示設備的例子。此外，在此實施例中，一3 LCD類型的投影機被當作該影像顯示設備的一個例子來加以描述，但本發明並不侷限於此。本發明可被應用至需要白光的任何影像顯示設備且或獲致相同的效果。
1.影像顯示設備的構型例
2.光源裝置區(照明裝置)的構型例
3.螢光件的構型例
4.極化分光器的構型例
5.光源裝置區的操作例
6.各式修改例
[1.影像顯示設備的構型例]
圖1顯示依據本發明的一實施例的影像顯示設備的構型例。在圖1中，為了便於說明，只有此實施例的影像顯示設備10中在影像光線被投影至外面時有被操作到的主要部分才有被示出。此外，在圖1中，一3 LCD類型的投影機的構型例被示出，但本發明並不侷限於此。本發明可被應用至一使用反射式LCD光調變裝置的3 LCD類型投影機。
該影像顯示設備10包括一光源裝置區1(照明裝置)及一光學引擎區2(影像投影區)。此外，該光源裝置區1的構型稍後將被描述。
該光學引擎區2光學地處理從該光源裝置區1發出的光線(在此例子中為白光LW)以產生影像光LI，並將該影像光LI修改及投影至例如一外部的螢幕。該光學引擎區2包括例如一光譜光學系統20，一3 LCD光學調變裝置(在下文中分別被稱為“第一LCD面板21至第三LCD面板23”)，一稜鏡24，及一投影光學系統25。此外，該光學引擎區2的構型並不侷限於圖1所示的例子且例如可依據用途及類此者加以適當地改變。例如，各式必要的光學裝置可被適當地設置在該光學引擎區2內的每一構件之間的光路徑上。
此外，在此例子的光學引擎區2中，該第一及第三LCD面板21及23設置有彼此相對的發光表面，且該第二LCD面板22被設置在與該第一及第三LCD面板21及23相對的方向正交的方向上。該稜鏡24被設置在由該第一至第三LCD面板21至23所圍繞的區域內。此外，在此例子中，該投影光學系統25被設置在一與該第二LCD面板22的發光表面相對的位置且該稜鏡24被設置在它與該第二LCD面板之間。此外，該光譜光學系統20被設置在該第一至第三LCD面板21至23的光入射側。
該光譜光學系統20係例如用一分光鏡、一反射鏡或類此者來構成，它把從該光源裝置區1入射的白光LW色散成藍光LB、綠光LG及紅光LR並將每一波長部分的光發射至每一對應的LCD面板。在此例子中，該光曝光學系統20將每一被色散的藍光LB、綠光LG及紅光LR分別發射至該第一LCD面板21、第二LCD面板22及第三LCD面板23。此外，在此實施例中，在該光譜光學系統20中，每一波長部分的偏極方向被調整至一預定的方向。
該第一至第三LCD面板21至23的每一者係用一透射率的LCD面板來建構。每一LCD面板藉由根據從一面板驅動區(未示出)提供的驅動訊號改變包封在一液晶單體(cell)(未示出)內的液晶分子的配置而用一液晶單體來透射或遮蔽(調變)該入射光。每一LCD面板將一預定波長之經過調變的光(經過調變的光)發射至該稜鏡24。
該稜鏡24將分別從該第一至第三LCD面板21至23入射之每一波長成分的經過調變的光加以多路傳輸(multiplex)，並將該多路傳輸的光(即，影像光LI)發射至該投影光學系統25。
該投影光學系統25把從該稜鏡24入射進來的影像光放大並投射至例如一外部螢幕或類此者的顯示表面上。
[2.光源裝置區1的構型例]
接下來，此實施例的光源裝置區1的內部構型將參考圖1來描述。該光源裝置區1包括一激發光源11、一極化分光器12(光譜光學系統)、四分之一波長板13、聚光光學系統14(光學系統)、螢光件15、及馬達16(驅動單元)。
在此實施例的光源裝置區1中，該螢光件的一反射膜31及一螢光層32(它們將稍後描述)、該聚光光學系統14、該四分之一波長板13及該極化分光器12從該螢光件15側依此順序被設置在從該螢光件15發出之光線的光路徑上。此外，該激發光源11被設置在一與從該螢光件15發出之光線的光路徑正交的方向上且位在一與該極化分光器12的入射表面相對的位置。
該激發光源11係用發出一預定波長(第一波長)的固態發光裝置來建構。在此例子中，一發出具有445nm波長的藍光的藍色雷射(激發光Bs)被用作為該激發光源11。此外，線性極化光(S極化光)的激發光Bs從該激發光源11被發射出。此外，在此實施例中，該激發光的波長被設定至一比從該螢光件15內的該螢光層32發出的光(在下文中被稱為“發射光”)的波長短的波長。
此外，在該激發光源11是用藍光雷射來建構的例子中，它可用一藍光雷射來建構以獲得具有預定的輸出的激發光Bs，且它建構來將從多個藍光雷射的每一者發出的光多路傳輸並獲得具有一預定的輸出的激發光Bs。此外，該藍光(激發光Bs)的波長並不侷限於445nm，它可使用任何波長，只要該波長是在被稱為藍光的光線頻帶內即可。
該極化分光器12(PBS)把從該激發光源11入射的激發光Bs及從該螢光件15入射的被發射的光(多路傳輸的光)分開。詳言之，該極化分光器12把從該激發光源11入射的激發光Bs反射並將被反射的光經由該聚光光學系統14發射至該螢光件15。此外，該極化分光器12讓發射自該螢光件15的光透射並將該被透射的光發射至該光學引擎區2內的光譜光學系統20。
在此實施例中，該極化分光器12的光譜特性被設計來在該極化分光器12內實施上述的光線分離操作。此外，該極化分光器12的光譜特性的一特殊的例子將於稍後加以描述。此外，將入射自該激發光源11的激發光Bs及發射自該螢光件15的光線分離的光學系統的構型並不侷限於該極化分光器12，任何的光學系統都可被使用，只要它是被建構來實施上述的光線分離操作。
該四分之一波長板13是一相對於該入射光產生π/2相位差的相位元件。在該入射光是被直線地極化的光線的例子中，該四分之一波長板13將該被直線地極化的光線轉換成被圓形地極化的光線。在該入射光是被圓形地極化的光線的例子中，該四分之一波長板13將該被圓形地極化的光線轉換成被直線地極化的光線。在此實施例中，該四分之一波長板13將發射自該極化分光器12之被直線地極化的光線轉換成被圓形地極化的光線且將包括在發射自該螢光件15的多路傳輸的光線中的被圓型地極化的激發光成分轉換成被直線地極化的光線。
該聚光光學系統14將發射自該四分之一波長板13的激發光聚光成具有一預定的光點直徑，並將被聚光的激發光(下文中被稱為“被聚光的光線”)發射至該螢光件15。此外，該聚光光學系統14將發射自該螢光件15之該多路傳輸的光線轉換成平行光並將該平行光發射至該四分之一波長板13。此外，該聚光光學系統14可用例如一單一準直器鏡片來建構或可被建構來藉由使用多個鏡片將入射光轉換成平行光。
該螢光件15吸收經由該聚光光學系統14入射的該激發光(藍光)的一部分、發出具有一預定的波長頻帶(第二波長)的光線並將該激發光的其餘部分反射。該螢光件15將該發射光及該被反射的激發光的一部分多路傳輸並將該經過多路傳輸的光發射至該聚光光學系統14。
在此例子中，因為入射至該光學引擎區2的光被設定為白光LW，所以螢光件15發出在包括紅光及綠光的波長頻帶(約480至680nm)內的光線。在此實施例中，在包括紅光及綠光的波長頻帶內的該發射光及該激發光(藍光)之被該螢光件15(一反射膜31及一螢光層32，其將於稍後描述)反射的部分多路傳輸且白光被產生。此外，該螢光件15的一更詳細的構型將於稍後予以描述。
此外，因為發射自該螢光件15的的發射光是擴張成一朗伯(Lambertian)(均勻擴散)形狀的光線，所以當介於該聚光光學系統14與該螢光件15之間的距離很長時，很難透過該聚光光學系統14將該發射光充分地聚光，因此激發光的使用效率就會降低。此外，當發射自該螢光件15的激發光的光點直徑過大時，該發射光的擴張變得更大，使用效率因而降低。因此，在此實施例中，該聚光光學系統14的構型，譬如透鏡構型、焦點距離及對準位置、及介於該聚光光學系統14與該螢光件15間的距離等被設定成可獲得該激發光充分的使用效率。
馬達16轉動地驅動該螢光件15一預定的轉動次數。在此時，馬達16驅動該螢光件15致使該螢光件15轉動於一與該激發光的照射方向正交的平面上(該螢光層32的激發光的照射平面)。因此之故，該激發光在該螢光件15內的照射位置會隨著時間的經過而以一對應於在一與該激發光的照射方向正交的明面上的轉動的次數的速度改變(移動)。
如上文所述，該螢光件15被該馬達16轉動地驅動且該激發光在該螢光件15內的照射位置隨著時間的經過而改變，因而可抑制在照射位置的溫度升高且可防止該螢光層32的使用效率被降低。此外，螢光原子需要一些時間(例如，數奈秒)來吸收該激發光並發出光線，所以即使是在激發期間下一激發光被發射至該等螢光原子，該等原子並不會發光。然而，依據此實施例，該激發光在該螢光件15內的照射位置會隨著時間的經過而改變，致使沒有被激發的該等螢光原子依序地被設置在該激發光的照射位置，因而可允許該螢光層32有效率地發光。
此外，在此實施例中，該螢光件15被該馬達16旋轉地驅動的例子被例示。然而，本發明並不侷限於此且可用任何方式來建構，只要該激發光在該螢光件15內的照射位置會隨著時間的經過而改變即可。例如，該激發光的照射位置可藉由讓該螢光件15直線地往復於與該激發光的照射方向正交的平面上的一預定的方向上來隨著時間的經過而改變。此外，該激發光的照射位置可藉由固定該螢光件15及藉由將該激發光源11與各式光學系統相對於該螢光件15移動來隨著時間的經過而改變。
[3.螢光件的構型例]
接下來，該螢光件15的詳細構型將參考圖2A至2C予以描述。此外，圖2A顯示該螢光件15從該聚光光學系統14側觀看之前視圖，圖2B顯示沿著圖2A的A-A線所取之剖面圖，及圖2C顯示該螢光件15從與該聚光光學系統14側相反的一側觀看的前視圖。
該螢光件15包括一圓盤形基材30、一形成在該基材30的一表面(激發光的入射側)上的反射膜31(第一反射膜)、及螢光層32(螢光物質)。
該基材30是用一透明材料，譬如像是玻璃及透明樹脂，製成的。此外，用來形成該基材30的材料並不侷限於一透明的材料且可以用任何材料來形成，只要該材料具有一預定的強度即可。此外，該基材30的一個尺度，譬如厚度，係依據所需的強度、重量或類此者來加以適當地設定。此外，該基材30的中心被附裝至該馬達16的轉軸16a且該基材30藉由一固定輪轂16b而被固定至該轉軸16a。
如圖2A所示，該反射膜31被形成在該基材30的一表面上且具有甜甜圈的形狀。該甜甜圈形狀的反射膜31係以一種可讓該反射膜31及該基材30彼此同中心的方式被設置。此外，該反射膜31在其徑向上的寬度被設定在一大於被該聚光光學系統14聚光的激發光(被聚光的光線)的光點大小大的數值。
不論入射光的波長及入射角度為何，該反射膜31反射整個光線。因此，該反射膜31不只將在該螢光層32被激發的光線(發射光)反射至該聚光光學系統14側，而且將該激發光(藍光)被透射穿過該螢光層32的部分反射至該聚光光學系統14側。
圖3顯示該反射膜31的一構型例。該反射膜31係藉由將一用例如SiO2 層、MgF2 層或類此者形成的第一介電層31a與一用例如TiO2 層、Ta2 O3 層或類此者形成的第二介電層31b交替地層疊在該基材30上來形成。詳言之，該反射膜31可用分光鏡(dichroic mirror)(分光膜)來建構。在該反射膜31如圖3所示地是用分光鏡來建構的例子中，可藉由調整每一介電層的層疊總數、每一介電層的厚度、每一介電層的形成材料或類者來將該反射膜31的反射(透射)特性設定至一預定的特性。此外，該第一介電層31a及該第二介電層31b每一者的層疊總數可以是數層至數十層。此外，該第一介電層31a及該第二介電層31b是用例如氣相沉積方法、濺鍍方法或類此者來形成。此外，該反射膜31的構型並不侷限於圖3所示的例子，且可用例如一金屬膜，譬如鋁，來形成。
該螢光層32可用一層狀的螢光物質形成，並在激發光入射於其上時吸收該激發光的一部分且發出具有一預定的波長的光。此外，該螢光層32透射該激發光之沒有被吸收的部分並將其餘的部分漫射(反射)。此外，從該螢光層32被反射的一激發光成分變成非極化的光線。
在此實施例中，該激發光從該反射層31及該螢光層32被反射的部分及在該螢光層32處的發射光多路傳輸且白光被產生，使得該螢光層32可用例如一YAG(釔-鋁-石榴石)為基質的螢光材料或類此者來形成。在此例子中，當藍激發光入射至該螢光層32時，該螢光層32發出具有具有480至680nm波長頻帶的光(黃光)。
此外，一任何構型及材料的薄膜都可被用作為該螢光層32只要該薄膜可發出具有包含藍光及綠光的波長頻帶的光即可，且從發光效率及熱阻值的觀點來看，使用一以YAG基質的螢光材料形成的薄膜是較佳的。
該螢光層32係藉由將一混合一螢光材料與一黏結劑所獲得的預定的螢光劑施加於該反射膜31來形成。在圖2A至2C所示的例子中，該螢光層32被形成來覆蓋該反射膜31的整個表面，使得該螢光層32的表面形狀變成甜甜圈形狀。此外，該螢光層32可以只被形成在一被該激發光照射的區域處，使得該螢光層32的行狀不侷限於圖2A至2C所示的的例子，且該螢光層32在徑向上的寬度可以比該反射膜31窄。
此外，關於該螢光層32，光發射量、及激發光的透射量對反射量(漫射量)的比率可用該螢光層32的厚度、該螢光物質的密度(含量)或類此者來加以調整。因此，在此實施例中，該螢光層32的厚度、該螢光物質的密度或類此者被調整使得從該光源裝置區1發出的光變成白光。
此外，在上述實施例的螢光件15中，該層狀的螢光物質(螢光層32)經由該反射膜31被形成在該基材30上的例子中被描述，但本發明並不侷限於此。例如，在該螢光物質是用一具有足夠的強度的板狀件來建構的例子中，可以無需提供該基材30。此外，在此例子中，該反射膜31可被直接形成在該由一板狀件形成的螢光物質的一表面上，或一反射鏡與該螢光物質分開來製備且該反射鏡可被用來取代該反射膜31。
[4.極化分光器的構型]
在如圖1所示的此實施例的光源裝置區1中，從該激發光源11經由該極化分光器12而入射至該螢光件15的激發光的光路徑與從該螢光件15如射至該光學引擎區2之該多路傳輸的光的光路徑彼此重疊。因此，在此實施例中，如上文所述，該極化分光器12的光譜特性被適當地調整，用以將這兩種光分開。
圖4顯示一例示一使用於此實施例中的極化分光器12的光譜特性例子的圖式。此外，在圖4的光譜特性中，水平軸代表波長，垂直軸代表透射率。此外，在圖4中用實線繪製的特性Tp代表該極化分光器12相對於P偏極的入射光的透射特性，及用長點線繪製的特性Rp代表該極化分光器12相對於P偏極的入射光的反射特性。此外，在圖4中以短點線繪製的特性Ts代表極化分光器12相對於S偏極的入射光的透射特性，及用一長一短線繪製的特性Rs代表該極化分光器12相對於S偏極的入射光的反射特性。
在使用於如圖4所示的此實施例中的極化分光器12中，關於發射自該螢光層32之具有480至680nm波長頻帶的光成分不論其偏極方向為何其透射率約100%且其反射率約0%。亦即，所有具有480至680nm波長頻帶的光(黃光)都被透射穿過該極化分光器12。
在另一方面，如圖4所示，該極化分光器12相關於該P偏極化的藍光的透射率約100%且反射率約0%。此外，該極化分光器12相關於該S偏極化的藍光的透射率約0%且反射率約100%。亦即，當P偏極化的藍光入射到該極化分光器12時，該極化分光器12讓光線透射，且當S偏極化的藍光入射到該極化分光器12時，該極化分光器12將光線反射。
藉由將該極化分光器12的光譜特性設定為圖4所示的特性，入射至該螢光件15的激發光與發射自該螢光件15的光線可彼此被分開。詳言之，入射自該激發光源11的激發光Bs(藍光)是S偏極化的光線，致使它被該極化分光器12反射且被引到至該螢光件15。
在另一方面，包括在該發射自該螢光件15之多路傳輸的光線中的發射光成分是具有480至680nm波長頻帶的光成分，致使它被透射穿過該極化分光器12。此外，在包括在該發射自該螢光件15之多路傳輸的光線中的激發光(藍光)成分中，被該反射膜31反射的激發光成分如下文所述的是P偏極化的光線，致使它被透射穿過該極化分光器12。此外，在包括在該發射自該螢光件15之多路傳輸的光線中的激發光成分中，被該螢光層32直接反射的激發光成分是非偏極化的光線，致使約一半的該激發光成分被透射穿過該極化分光器12。亦即，發射自該螢光件15的該多路傳輸的光線的一部分被透射穿過該極化分光器12且被當作白光地引導至該光學引擎區2內的光譜光學系統20。
[5.光源裝置區的操作例]
接下來，此實施例的光源裝置區的操作例將參考圖1至5加以詳細描述。此外，圖5顯示此實施例的極化分光器12的操作狀態的圖式。在圖5中，圓圈A1代表S偏極方向且白色的箭頭A2代表P偏極方向。此外，在圖5中，為了簡化描述，一被該螢光層32直接反射的非偏極化激發光被示出。
首先，該激發光源11發出S偏極化的激發光Bs(藍光)至該極化分光器12。接下來，該極化分光器12將該入射的激發光Bs反射於面向該螢光件15的方向上。接下來，該極化分光器12將被反射的激發光經由該四分之一波長板13發射至該聚光光學系統14。接下來，該聚光光學系統14將該入射的激發光聚光用以具有一預定的光點直徑並將該被聚光的光線發射至該螢光件15。
接下來，當該激發光被發射至該螢光件15的螢光層32時，該螢光層32吸收該被激發的光線的一部分藉以發出具有包括紅光及綠光在內的480至680nm波長頻帶的光線(黃光)。此外，在此時，該螢光層32將該激發光之未於該螢光層32側被吸收的部分漫射並將它反射至該聚光光學系統14側，並將未被吸收之剩餘的激發光的一部分透射並將它引導至該反射膜31。該反射膜31把透射穿過該螢光層32的該激發光反射至該聚光光學系統14側。此外，在此時，該螢光層32的發射光的一部分從該反射膜31被反射至該聚光光學系統14側。
因此，來自該螢光層32的發射光及從該螢光層32及該反射膜31被反射的激發光的一部分在該螢光件15內多路傳輸，且該多路傳輸的光線從該螢光件15被發射至該聚光光學系統14。
接下來，該聚光光學系統14將發射自該螢光件15的該多路傳輸的光線轉變成平行光並經由該四分之一波長板13將該平行光發射至該極化分光器12。
在此時，一包括在該通過該四分之一波長板13的多路傳輸的光線內的光成分，亦即，紅光成分Rps(圖5中的虛線箭頭)及一綠光成分Gps(圖5中的折線)是非偏極化的光線(包括P偏極化成分及S偏極化成分)。因此，包括在該透射穿過該四分之一波長板13的多路傳輸的光內的該紅光成分Rps與該綠光成分Gps“以原本樣子(as is)”被入射至該極化分光器12。
在另一方面，在包括在該多路傳輸的光內的激發光成分(藍光成分)中，從該反射膜31被反射的激發光成分通過該四分之一波長板13總共兩次，直到它被入射至該極化分光器12為止。詳言之，從該反射膜31被反射的激發光成分一次在一從該激發光源11到該螢光件15的光路徑中及另一次在從該螢光件15到該極化分光器12的光路徑中通過該四分之一波長板13。因此，從該反射膜31被反射的光成分(其被包括在通過該四分之一波長板13之後的該多路傳輸的光內)的一偏極方向相對於發射自該激發光源11的激發光Bs被轉90°。
在此實施例中，發射自該激發光源11的激發光Bs是被S偏極化的光，使得在從該反射膜31被反射之後入射至該極化分光器12的激發光成分Bp(藍光)如圖5所示地變成P偏極化的光線。在另一方面，因為直接從該反射層32被反射的激發光成分(圖5中未示出)是非偏極化的光，所以它“以原本樣子(as is)”穿過該四分之一波長板13且入射至該極化分光器12(未示於圖5中)。
此外，在此實施例中，該極化分光器12被作成具有如圖4所示的光譜特性，使得該極化分光器12讓包括在該多路傳輸的光內的紅光成分Rps及綠光成分Gps“以原本樣子(as is)”通過。
此外，在入射至該極化分光器12的激發光成分中，從該反射膜31被反射的光成分(Bp)是P偏極化的光，使得該極化分光器12讓從該反射膜31被反射的光成分(Bp)“以原本樣子(as is)”通過。因此，在入射至該極化分光器12的激發光成分中，從該螢光層32被反射的光成分是非偏極化的光線，使得該極化分光器12只讓該被反射的光成分中的P偏極化的光通過。在此時，在反射自該螢光層32的激發光成分中，通過該極化分光器12的成分的比率約50%。因此，在此實施例中，在發射自該螢光件15的激發光成分中，約70至80%的跡發光成分通過該極化分光器12。
因此，藉由將紅光成分Rps、綠光成分Gps、及一部分之反射自該反射膜31與該螢光層32的激發光成分(藍光成分)多路傳輸，亦即，白光LW從該極化分光器12的一位在該光學引擎區2側的發光表面被發出。在此實施例中，該白光LW如上所述地從該光源裝置區1被發出。
關於具有此實施例的上述構型的光源裝置區1，本案發明人如下所述地設定該光源裝置區1的每一部分的參數並檢驗發射自該光源裝置區1的光線的光譜特性。
該激發光源11(藍光雷射)的波長：445nm
激發光的聚光直徑：1mm
激發光的入射角度θ：20°或更小
極化分光器12的光譜特性：圖4所示的特性
該聚光光學系統14與該光層32之間的距離：1mm或更小
螢光件15的轉動次數：3000rpm
該螢光層32的形成材料：YAG為基質的螢光物質
螢光層32的厚度：50微米
螢光層32的寬度：5mm
圖6顯示在上述的條件獲得之發射自該光源裝置區1的光線的光譜特性。此外，在圖6所示的特性中，水平軸代表波長及垂直軸代表被發射的光的強度(任何單位)。可從圖6看出的是，在上述條件下，一靠近445nm波長的光成分(藍光成分)與一波長範圍在480至680nm之間的光成分(亦即，包括一紅光成分與一綠光成分的光成分)被包括在該被發射的光內。由此可看出的是，白光從此實施例的該光源裝置區1被發出。
如上所述，藉由使用一固態發光裝置來從該光源裝置區1發出白光是可能的。因此，此實施例可被應用於需要一發出白光的光源裝置的應用上，例如像是一3LCD類的投影機。亦即，在此實施例中，可提供一可被應用於各式應用中之無水銀的光源裝置區1(照明裝置)及一具有此光源裝置區1的影像顯示設備10。
在此實施例的的光源裝置區1中，並不一定需要用水銀燈泡，因而能夠應付最近的環保問題。此外，根據此實施例，可提供一種使用壽命比水銀燈泡長且亮度的降低亦比水銀燈泡小的光源裝置區1及一影像顯示設備10。此外，在此實施例中，當一固態發光裝置被使用在該激發光源裝置區11中時，點燈時間可以比水銀燈泡短。
此外，在一半導體雷射被用作為此實施例的光源裝置區1內的激發光源11的例子中，可發出與固態光源裝置，譬如LED(發光二極體)，比較起來具有足夠亮度的光，因而可體現一高亮度的光源。此外，在此實施例中，該螢光層32藉由使用藍光雷射而被作成可發出光線以產生白光的構型是比分別製備紅光、綠光、及藍光的固態光源來產生白光的構型來得更為簡單與便宜。
[6.各式修改例] (1)修改例1
在此實施例中，入射至該螢光件15的激發光與白光藉由使用該極化分光器12被分開的例子被描述，但本發明並不侷限於此。例如，一被建構來反射在某些區域的藍光的反射鏡可被使用，而不是用該極化分光器12。它(修改例1)的一個例子被示於圖7中。
該修改例1的一反射鏡40(光譜光學系統)包括一板形的透明基材41(基底)及一反射膜42(第二反射膜)其被形成在該透明的基材41的一表面上。該反射膜42被形成為具有一約等於激發光的光點直徑的大小，此外，在此例子中，該反射膜42被設置在該激發光的一照射位置且該反射鏡40係以一種該反射鏡40的一表面相對於激發光的入射方向被傾斜約45°的方式被設置在該光源裝置區1的內部。
該透明的基材41是用例如一玻璃或透明的材料，譬如透明的樹脂，製成且該反射膜42可例如藉由圖3所示分光鏡(分光膜)來加以建構。在該反射膜42是用分光鏡來建構的例子中，藉由調整每一介電層的形成材料及介電層的厚度與疊層是或類此者，即可選擇性地反射藍光並透射另一波長成分。此外，該反射膜42可用一金屬膜，譬如鋁，來形成。
在使用具有圖7所示的構型的反射鏡40的例子中，來自該激發光源11的激發光從該反射膜42被反射且入射至該螢光件15。在另一方面，從該螢光件15經由聚光光學系統14入射至該反射鏡40的該多路傳輸的光(白光LW)主要通過一沒有形成該反射膜42的區域且入射至該光學引擎區2。此外，在該反射膜42被設計來透射具有藍光以外的波長頻帶的光線的例子中，包括在該多路傳輸的光線(白光LW)中之紅光成分及綠光成分亦通過該形成該反射膜42的區域。
在此例子中，在一半導體雷射被用作為該激發光源11的情形中，發射自該激發光源11的激發光的光點直徑比發射自該聚光光學系統14的每一多路傳輸的光(白光LW)的光點直徑小很多。因此，可從此例子的構型中的光源裝置區1發出具有很大強度的白光LW。
此外，在此例子中，在該反射鏡40被用作為用來分離入射至該螢光件15的激發光與入射至該光學引擎區2的多路傳輸的光的光譜光學系統的情形中，可作出更簡單的光譜光學系統的構型。在此例子的構型中，因為無需考量入設至該反射鏡40的光線的偏極方向，所以無需如此實施例般地提供該四分之一波長板13。因此，在此例子中，可讓該光源裝置區1的構型變得簡單且可提供一便宜的光源裝置區1。
(2)(修改例2)
在該實施例及修改例1中，有描述該光譜光學系統(極化分光器12或反射鏡40)反射發射自該激發光源11的激發光並透射發射自該螢光件15的多路傳輸的光線的例子。然而，本發明並不侷限於此。
例如，該光譜光學系統可被建構來透射發射自該激發光源11的激發光、將它引導至該螢光件15、反射發射自該螢光件15的該多路傳輸的光線並將它引導至該光學引擎區2。此外，在此例子中，從該激發光源11入射至該極化分光器12的激發光被設定為P偏極化的光。
(3)修改例3
在該實施例中，有描述該四分之一波長板13被設置在光源裝置區1內的例子，但本發明並不侷限於此。例如，在無需用到具有高輸出的白光的用途中，可以無需提供該四分之一波長板13。
在沒有提供四分之一波長板13的例子中，該S偏極化的激發光經由該極化分光器12及該聚光光學系統14被直接入射至該螢光層32。在此例子中，入射至該螢光層32的激發光的一部分在該螢光層32內漫射且一非偏極化的激發光成分被反射至該聚光光學系統14。在反射自該螢光層32的激發光成分中，只有P偏極化的光成分被特射穿過該極化偏光器12。此外，該反射自該反射膜31的激發光成分是S偏極化的光，該激發光成分並模有透射穿過該極化分光器12。因此，在此例子的構型中，包括反射自該螢光層32的激發光的P偏極化光成分與來自該螢光層32的發射光的白光從該光源裝置區1被發射出。
此外，在此例子的構型中，包括在發射自該光源裝置區1的白光(多路傳輸的光)內的激發光成分只包括反射自該螢光層32的該P偏極化的光成分。因此，在此例子中，與該實施例比較起來該被發出的光的強度與激發光的使用效率下降。然而，在此例子的光源裝置區1中無需提供該四分之一波長板13，使得與該實施例比較起來，該光源裝置區1的構型相對簡單。
(4)修改例4
在該實施例及修改例1中，有描述藉由使用該光譜光學系統(該極化分光器12或該反射鏡40)將入射至該螢光件15的激發光與發射自該螢光件15的該多路傳輸的光分開的例子，但本發明並不侷限於此。例如，在激發光相對於該螢光件15傾斜地入射且該發射自該螢光件15的該多路傳輸的光在一不同於該激發光的光路徑中被聚光的例子中，上述的光譜光學系統與四分之一波長板13可以不被提供。在此例子中，該光源裝置區1的構型變得相對簡單。
(5)修改例5
在該實施例中，有描述該聚光光學系統14被設置在該光源裝置區1內的例子，但本發明並不侷限於此。例如，在該實施例的該光源裝置區1被應用於一不需要使用具有高輸出的白光的例子中，該光源裝置區1可被建構成不包括該聚光光學系統14。
(6)修改例6
在該實施例中，有描述該光源裝置區1(照明裝置)發出的光被設定為白光的例子，但本發明並不侷限於此。例如，作為該被發出的光線，該藍光可被用在藍光(或紅光)被用作為激發光的用途中，或該螢光層32可用只發出綠光(或紅光)的螢光材料來形成。亦即，依據該被發出的光線的必要波長(顏色)，該激發光的波長與用來形成該螢光層32的材料的組合可被適當地選擇。在此例子中，可應用的用途範圍可以是更擴大的。
申請案包含與揭示在2010年6月18日提申的日本優先權申請案JP 2010-139175號的發明實體有關的發明，該申請案的全部內容藉此參照被併於本文中。
熟習此技藝者應瞭解的是，不同的修改、組合、次組合及變化可依據設計要求及其它因素來實施，因為它們都落在下面的申請專利範圍的範及其等效物的範圍內。
10．．．影像顯示設備
1．．．光源裝置區
2．．．光學引擎區
20．．．光譜光學系統
21．．．第一LCD面板
22．．．第二LCD面板
23．．．第三LCD面板
24．．．稜鏡
25．．．投影光學系統
11．．．激發光源
12．．．極化分光器
13．．．四分之一波長板
14．．．聚光光學系統
15．．．螢光件
16．．．馬達
31．．．反射膜
32．．．螢光層
30．．．基材
16a．．．轉動軸
16b．．．固定轂
31a．．．第一介電層
31b．．．第二介電層
40．．．反射鏡
41．．．透明基材
42．．．反射膜
圖1為一示意方塊構型圖其顯示依據本發明的一實施例的影像顯示設備；
圖2A至2C為示意構型圖其顯示一用於光源裝置區(照明裝置)的螢光件；
圖3為一例示用於一螢光件中之反射膜的構型例子的圖式；
圖4為一例示一使用於依據本發明的一實施例的光源裝置區內的極化分光器的光譜特性例子的圖式；
圖5為一例示該極化分光器的操作的圖式；
圖6為一例示依據本發明的一實施例之光源裝置區(照明裝置)發出的光線的光譜特性的圖式；及
圖7為一例示依據一修改例1之光譜的光學系統的構型例的圖式。
1．．．光源裝置區
2．．．光學引擎區
10．．．影像顯示設備
11．．．激發光源
12．．．極化分光器
13．．．四分之一波長板
14．．．聚光光學系統
15．．．螢光件
16．．．馬達
20．．．光譜光學系統
21．．．第一LCD面板
22．．．第二LCD面板
23．．．第三LCD面板
24．．．稜鏡
25．．．投影光學系統
31．．．反射膜
32．．．螢光層
LB．．．藍光
LG．．．綠光
LR．．．紅光
LW．．．白光
Bs．．．激發光
LI．．．影像光

Claims (20)

  1. 一種照明裝置，其包含：一激發光源，其發出具有第一波長的激發光；及一轉動的螢光件，其包括一沿著該螢光件的圓周被連續地形成的螢光物質，且當它被該激發光照射時會發出具有比該第一波長長的第二波長的光，透射該激發光的一部分並反射該激發光的另一部分，及一第一反射膜其被設置在該螢光物質的一側，該側與一激發光入射側相反，該螢光件發出光，其包括一反射自該螢光物質與該第一反射膜的激發光成分及一從該螢光物質發出的光線成分。
  2. 如申請專利範圍第1項之照明裝置，更包含：一光譜光學系統，其被設置在該螢光件的激發光入射側，該從該激發光源發出的激發光與該從該螢光件發出的光被入射至該激發光入射側，且該光譜光學系統將該入射的激發光與該從該螢光件發出的光分離並將它們發射出。
  3. 一種照明裝置，其包含：一激發光源，其發出具有第一波長的激發光；一轉動的螢光件，其包括一沿著該螢光件的圓周被連續地形成的螢光物質，且當它被該激發光照射時會發出具有比該第一波長長的第二波長的光，透射該激發光的一部分並反射該激發光的另一部分，及一第一反射膜其被設置在該螢光物質的一側，該側與一激發光入射側相反，該螢光件發出光，其包括一反射自該螢光物質與該第一反射膜的激發光成分及一從該螢光物質發出的光線成分；及 一在該螢光件的激發光入射側的光譜光學系統，該從該激發光源發出的激發光與該從該螢光件發出的光被入射至該激發光入射側，且該光譜光學系統將該入射的激發光與該從該螢光件發出的光分離並將它們發射出；其中該激發光是直線地偏極的光線，及該光譜光學系統包括一極化分光器。
  4. 如申請專利範圍第3項之照明裝置，更包含：一四分之一波長板，其被設置在該極化分光器與該螢光件之間。
  5. 一種照明裝置，其包含：一激發光源，其發出具有第一波長的激發光；一轉動的螢光件，其包括一沿著該螢光件的圓周被連續地形成的螢光物質，且當它被該激發光照射時會發出具有比該第一波長長的第二波長的光，透射該激發光的一部分並反射該激發光的另一部分，及一第一反射膜其被設置在該螢光物質的一側，該側與一激發光入射側相反，該螢光件發出光，其包括一反射自該螢光物質與該第一反射膜的激發光成分及一從該螢光物質發出的光線成分；及一光譜光學系統，其被設置在該螢光件的激發光入射側，該從該激發光源發出的激發光與該從該螢光件發出的光被入射至該激發光入射側，且該光譜光學系統將該入射的激發光與該從該螢光件發出的光分離並將它們發射出；其中該光譜光學系統包括一基座，其透射該從該螢光件發出的光，及一被設置在該基座的部分區域的第二反射膜， 其包括該激發光的一照明位置，反射該激發光，並將該激發光引導至該螢光件。
  6. 如申請專利範圍第1項之照明裝置，更包含：一驅動單元，其用一通過時間來改變該激發光在該螢光物質內的照明位置。
  7. 如申請專利範圍第1項之照明裝置，更包含：一光學系統，其將該從該螢光件發出的光轉換成平行光。
  8. 如申請專利範圍第1項之照明裝置，其中該第一波長是藍光波長及該第二波長是一包括紅光與綠光的波長頻帶。
  9. 如申請專利範圍第1項之照明裝置，其中該螢光物質發出具有比該第一波長還長的第二波長的光及發出具有比該第一波長還長的第三波長的光。
  10. 如申請專利範圍第1項之照明裝置，更包含：一第二反射膜，其反射該激發光並將該被反射的激發光引導至該螢光件。
  11. 一種影像顯示設備，其包含：一光源裝置區；及一影像投影區，其藉由使用從該光源裝置區發出的多路傳輸的光來產生一預定的影像光並將該被產生的影像光投影至外面，其中該光源裝置區包括一激發光源，其發出具有第一波長的激發光，及 一轉動的螢光件，其包括一沿著一圓周被連續地形成的螢光物質，且當它被該激發光照射時會發出具有比該第一波長長的第二波長的光，透射該激發光的一部分並反射該激發光的另一部分，及一第一反射膜其被設置在該螢光物質的一側，該側與一激發光入射側相反，該螢光件發出一光其包括一反射自該螢光物質與該第一反射膜的激發光成分及一從該螢光物質發出的光線成分。
  12. 如申請專利範圍第11項之影像顯示設備，更包含：一光譜光學系統，其被設置在該螢光件的激發光入射側，該從該激發光源發出的激發光與該從該螢光件發出的光被入射至該激發光入射側，且該光譜光學系統將該入射的激發光與該從該螢光件發出的光分離並將它們發射出。
  13. 如申請專利範圍第11項之影像顯示設備，更包含：一驅動單元，其用一通過時間來改變該激發光在該螢光物質內的照明位置。
  14. 如申請專利範圍第11項之影像顯示設備，更包含：一光學系統，其將該從該螢光件發出的光轉換成平行光。
  15. 如申請專利範圍第11項之影像顯示設備，其中該第一波長是藍光波長及該第二波長是一包括紅光與綠光的波長頻帶。
  16. 如申請專利範圍第11項之影像顯示設備，其中該螢光物質發出具有比該第一波長還長的第二波長的光及發出具有比該第一波長還長的第三波長的光。
  17. 如申請專利範圍第11項之影像顯示設備，更包含：一第二反射膜，其反射該激發光並將該被反射的激發光引導至該螢光件。
  18. 一種影像顯示設備，其包含：一光源裝置區；及一影像投影區，其藉由使用從該光源裝置區發出的多路傳輸的光來產生一預定的影像光並將該被產生的影像光投影至外面，其中該光源裝置區包括一激發光源，其發出具有第一波長的激發光，一轉動的螢光件，其包括一沿著該螢光件的圓周被連續地形成的螢光物質，且當它被該激發光照射時會發出具有比該第一波長長的第二波長的光，透射該激發光的一部分並反射該激發光的另一部分，及一第一反射膜其被設置在該螢光物質的一側，該側與一激發光入射側相反，該螢光件發出一光其包括一反射自該螢光物質與該第一反射膜的激發光成分及一從該螢光物質發出的光線成分，及一在該螢光件的激發光入射側的光譜光學系統，該從該激發光源發出的激發光與該從該螢光件發出的光被入射至該激發光入射側，且該光譜光學系統將該入射的激發光 與該從該螢光件發出的光分離並將它們發射出；其中該激發光是直線地偏極的光線，及該光譜光學系統包括一極化分光器。
  19. 如申請專利範圍第18項之影像顯示設備，更包含：一四分之一波長板，其被設置在該極化分光器與該螢光件之間。
  20. 一種影像顯示設備，其包含：一光源裝置區；及一影像投影區，其藉由使用從該光源裝置區發出的多路傳輸的光來產生一預定的影像光並將該被產生的影像光投影至外面，其中該光源裝置區包括一激發光源，其發出具有第一波長的激發光，一轉動的螢光件，其包括一沿著該螢光件的圓周被連續地形成的螢光物質，且當它被該激發光照射時會發出具有比該第一波長長的第二波長的光，透射該激發光的一部分並反射該激發光的另一部分，及一第一反射膜其被設置在該螢光物質的一側，該側與一激發光入射側相反，該螢光件發出一光其包括一反射自該螢光物質與該第一反射膜的激發光成分及一從該螢光物質發出的光線成分，及一在該螢光件的激發光入射側的光譜光學系統，該從該激發光源發出的激發光與該從該螢光件發出的光被入射至該激發光入射側，且該光譜光學系統將該入射的激發光 與該從該螢光件發出的光分離並將它們發射出；其中該光譜光學系統包括一基座，其透射該從該螢光件發出的光，及一被設置在該基座的部分區域的第二反射膜，其包括該激發光的一照明位置，反射該激發光，並將該激發光引導至該螢光件。
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