CN102519015A - 荧光激光板及其适用的光源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种荧光激光板及其适用的光源系统，该荧光激光板适用于光源系统，至少包括玻璃、广角反射分光片以及荧光激光层。其中，广角反射分光片设置于玻璃的出射面，且使第一波段光中的第一光束及第二光束穿透；激光层邻设于广角反射分光片，用以将第一波段光的第一光束激发为第二波段光的第一光束并输出，同时反射第一波段光的第二光束至广角反射分光片。广角反射分光片反射第一波段光的第二光束及荧光激光层输出的第二波段光的部份第一光束，使第二波段光的部份第一光束穿透荧光激光层，且使第一波段光的第二光束受荧光激光层激发为第二波段光的第二光束并输出。

Description

荧光激光板及其适用的光源系统

技术领域

本发明涉及一种荧光激光板，尤指一种使用广角反射分光片以增加发光效率的荧光激光板及其适用的光源系统。

背景技术

近年来，各式各样的投影机(Projector)已被广泛地应用于家庭、学校或者各种商务场合中，以用于将一影像信号源所提供的影像信号放大显示于屏幕。为节省电力消耗以及缩小装置体积，目前的投影机的光源系统(Illumination System)已使用固态发光元件，例如发光二极管或激光元件，来取代传统的高密度气体放电灯(HID Lamp)。

投影机的光源系统需能发出红光、绿光、蓝光(R、G、B)等三原色光，然而固态发光元件的发光效率一般而言为蓝光固态发光元件的发光效率最佳，红光固态发光元件的发光效率次之，且两者皆远大于绿光固态发光元件的发光效率。由于绿光固态发光元件具有较差的发光效率，因此目前的作法大多采用蓝光固态发光元件配合荧光激光板(Phosphor Plate)来激发出绿光，以此取代绿光固态发光元件直接发出绿光的方式，以提升光源系统整体的发光效率。

然而，前述光源系统因其荧光激光板接收入射光线进行转换时，仍会有部份入射光线被荧光激光板反射，造成能量的损耗，因而使其转换输出的发光效率大幅降低。为解决反射造成的能量损耗问题，反射式光学元件于是被应用于光源系统中，以通过将上述反射的光线再行反射回荧光激光板进行激发并产生绿光，而减少能量的损耗。

图1A显示传统的光源系统架构图；以及图1B显示图1A所示荧光激光板的结构图。传统的光源系统1包括蓝光发光二极管11、红光发光二极管12、荧光激光板13及分光镜(Dichroic Mirror)14。其中，分光镜14设置于蓝光发光二极管11与荧光激光板13之间。蓝光发光二极管11可发出蓝光，并且该蓝光可通过分光镜14而导入一光路径。红光发光二极管12可发出红光，并且该红光可经由分光镜14反射而导入该光路径。荧光激光板13设置于该光路径上，且包含有荧光激光层131、玻璃132以及反射式光学元件133，其中荧光激光层131设置于用以将蓝光激发而转换为绿光并进行输出，反射式光学元件133将受荧光激光层131反射的部份入射光线再行反射至荧光激光层131，并进行激发以产生绿光，以此降低能量的损耗。

然而，该传统的光源系统1虽具有降低能量损耗的优点，但因为反射式光学元件133设置于玻璃132的入射面，而使得入射角度较大的入射光线，例如入射角大于42度的入射光线，在受到荧光激光层131的激发、反射，或者玻璃132内部反射时，易产生全内部反射，导致驻波效应的产生，而有漏光的问题，而导致发光效率大幅降低。

图1C显示图1B所示的荧光激光板于大角度入射光线时的漏光现象示意图。如图1C所示，入射光线L1及L2穿透反射式光学元件133以及玻璃132的入射面而进入荧光激光板13时，入射光线L1受到荧光激光层131反射以及玻璃132的内部反射，而反射至反射式光学元件133，反射式光学元件133再行将入射光线L1反射，然因其入射角度过大，且反射式光学元件133与荧光激光层131的距离较远，而使得入射光线L1所行进的路径长过长，而又受荧光激光层131反射以及玻璃132的内部反射至反射式光学元件133，无法有效反射回荧光激光层131进行激发，最终于不断反射后由玻璃132的边缘漏出，而导致漏光现象的产生。入射光线L2中的部份光线受荧光激光层131激发而产生绿光，由于荧光激光层131激发后产生的绿光为全角度散射，故部份绿光具有较大入射角且射向玻璃132以及反射式光学元件133，因其入射角度较大，基于前述原理，该部份绿光亦会由玻璃132的边缘漏出，而导致漏光现象的产生，因而使发光效率无法有效提升。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种使用广角反射分光片以增加发光效率的荧光激光板及其适用的光源系统，以解决现有荧光激光板反射入射光线而造成能量损耗，以及具有较大角度入射角的入射光线全内部反射而导致驻波效应，进而产生漏光现象，无法有效提升发光效率等缺点。

本发明的另一目的为提供一种使用广角反射分光片以增加发光效率的荧光激光板及其适用的光源系统，通过将广角反射分光片设置于玻璃的出射面，而将荧光激光层反射的入射光线再行反射回荧光激光层进行激发，且具有较大角度入射角的入射光线亦可有效反射回荧光激光层进行激发，以此达到降低能量损耗，并有效提升发光效率的功效。

为达上述目的，本发明的一较佳实施形式为提供一种荧光激光板，至少包括：玻璃，具有出射面，且构造为使第一波段光穿透；广角反射分光片，设置于玻璃的出射面，且构造为使第一波段光中的第一光束及第二光束穿透；以及荧光激光层，邻设于广角反射分光片，用以将第一波段光的第一光束激发为第二波段光的第一光束并输出，同时反射第一波段光的第二光束至广角反射分光片。其中，广角反射分光片反射第一波段光的第二光束及荧光激光层输出的第二波段光的部份第一光束，使第二波段光的部份第一光束穿透荧光激光层，且使第一波段光的第二光束受荧光激光层激发为第二波段的第二光束并输出。

为达上述目的，本发明的另一较佳实施形式为提供一种光源系统，包括：一固态发光元件，其构造为发出一第一波段光至一光路径；以及一荧光激光板，设置于光路径上。荧光激光板包括：玻璃，具有出射面，且构造为使第一波段光穿透；广角反射分光片，设置于玻璃的出射面，且构造为使第一波段光中的第一光束及第二光束穿透；以及荧光激光层，邻设于广角反射分光片，用以将第一波段光的第一光束激发为第二波段光的第一光束并输出，同时反射第一波段光的第二光束至广角反射分光片。其中，广角反射分光片反射第一波段光的第二光束及荧光激光层输出的第二波段光的部份第一光束，使第二波段光的部份第一光束穿透荧光激光层，且使第一波段光的第二光束受荧光激光层激发为第二波段的第二光束并输出。

附图说明

图1A显示传统的光源系统架构图。

图1B显示图1A所示荧光激光板的结构图。

图1C显示图1B所示的荧光激光板于大角度入射光线时的漏光现象示意图。

图2A显示本发明较佳实施例的光源系统架构图。

图2B显示本发明较佳实施例的荧光激光板结构图。

图2C及图2D显示图2B所示的入射光线受激发并输出的示意图。

图3A显示本发明另一实施例的荧光激光板结构图。

图3B显示图3A所示的入射光线受激发并输出的示意图。

图3C显示图3A中的方向聚集滤光片的示意图。

图4A显示本发明广角反射分光片的入射光线波长-反射率对应图。

图4B显示本发明荧光激光板输出的绿光对于玻璃的入射角-反射率对应图。

图4C显示本发明荧光激光板反射的蓝光对于玻璃的入射角-反射率对应图。

其中，附图标记说明如下：

1、2：光源系统

11：蓝光发光二极管

12：红光发光二极管

13：荧光激光板

131：荧光激光层

132：玻璃

133：反射式光学元件

14、22：分光镜

21：固态发光元件

23、24：荧光激光板

231、241：玻璃

2311、2411：出射面

2312、2412：入射面

232、242：广角反射分光片

2321、2421：方向聚集滤光片

233、243：荧光激光层

234、244：抗反射膜

24211：高折射率层

24212：低折射率层

B1：第一光束、第一蓝光

B2：第二光束、第二蓝光

G1：第一光束、第一绿光

G2：第二光束、第二绿光

I：第一波段光

L1、L2：入射光线

R1：第一光束、第一红光

R2：第二光束、第二红光

H、L：厚度

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的形式上具有各种的变化，然其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上用于说明，而非用以限制本发明。

图2A显示本发明较佳实施例的光源系统架构图；图2B显示本发明较佳实施例的荧光激光板结构图；以及图2C及图2D显示图2B所示的入射光线受激发并输出的示意图。本发明的荧光激光板23适用于光源系统2，且光源系统2包括固态发光元件21、分光镜22以及荧光激光板23。固态发光元件21构造为发出第一波段光I(亦即入射光线)至一光路径，且固态发光元件21可为发光二极管或激光元件所构成，并以发光二极管为较佳。于此实施例中，固态发光元件21可为蓝光发光二极管，但不以此为限。分光镜22设置于固态发光元件21以及荧光激光板23之间，且构造为使第一波段光I穿透并且导入光路径，进而射向荧光激光板23，以进行激发并输出。荧光激光板23设置于光路径上，且至少包括玻璃231、广角反射分光片232以及荧光激光层233，其中玻璃231具有出射面2311以及入射面2312，且构造为使第一波段光I穿透，第一波段光I由入射面2312进入玻璃231，并经出射面2311而射出至广角反射分光片232。广角反射分光片232设置于玻璃231的出射面2311，荧光激光层233邻设于广角反射分光片232，且广角反射分光片232具有滤光功能，得以选择欲使穿透的光线颜色(或波长)。

于此实施例中，广角反射分光片232构造为使第一波段光I中的第一光束B1(亦即第一蓝光)及第二光束B2(亦即第二蓝光)穿透，而射向荧光激光层233进行激发。由于荧光激光层233的特性，其于接收第一波段光并激发为第二波段光之后，例如将蓝光激发为绿光，所产生的激发光线为全角度散射(如图2C所示)，故于此实施例中，荧光激光层233用以将第一蓝光B1激发为第二波段光的第一光束G1(亦即第一绿光)并输出而为全角度散射，部份的第一绿光G1进行一背向散射而射向广角反射分光片232，同时荧光激光层233反射第二蓝光B2至广角反射分光片232。广角反射分光片232于荧光激光层233输出的部份第一绿光G1以及荧光激光层233反射的第二蓝光B2射至后，再行反射而将第二蓝光B2及荧光激光层233输出的部份第一绿光G1射至荧光激光层233，进而使部份第一绿光G1穿透荧光激光层233，且使第二蓝光B2受荧光激光层233激发为第二波段光的第二光束G2(亦即第二绿光)并输出(如图2D所示)，通过将广角反射分光片232设置于玻璃的出射面2311，可将荧光激光层233反射的光线再行反射回荧光激光层233进行激发，且由于广角反射分光片232邻设于荧光激光层233，故具有较大角度入射角的入射光线亦不会有反射行进的路径长过长的问题，而可有效反射回荧光激光层233进行激发，以此达到降低能量损耗，并有效提升发光效率的功效。

图3A显示本发明另一实施例的荧光激光板结构图；以及图3B显示图3A所示的入射光线受激发并输出的示意图。如图3A及图3B所示，本发明的荧光激光板亦可为将第一波段光I，例如蓝光，激发为第二波段光，例如红光，的荧光激光板24，且荧光激光板24至少包括玻璃241、广角反射分光片242以及荧光激光层243，其中玻璃241具有出射面2411以及入射面2412，且构造为使第一波段光I穿透，第一波段光I由入射面2412进入玻璃241，并经出射面2411而射出至广角反射分光片242。广角反射分光片242设置于玻璃241的出射面2411，荧光激光层243邻设于广角反射分光片242，且广角反射分光片242具有滤光功能，得以选择欲使穿透的光线颜色(或波长)。于此实施例中，广角反射分光片242构造为使第一波段光I中的第一B1(亦即第一蓝光)及第二光束B2(亦即第二蓝光)穿透，而射向荧光激光层243进行激发并输出第二波段光。其作用方式皆与前述荧光激光板23的作用方式相同，其差异仅在于激发而产生第二波段光的第一光束R1(亦即第一红光)以及第二光束R2(亦即第二红光)，故于此不再赘述。本发明的荧光激光板24及其适用的光源系统2通过将广角反射分光片242设置于玻璃的出射面2411，可将荧光激光层243反射的光线再行反射回荧光激光层243进行激发，且由于广角反射分光片242邻设于荧光激光层243，故具有较大角度入射角的入射光线亦不会有反射行进的路径长过长的问题，而可有效反射回荧光激光层243进行激发，以此达到降低能量损耗，并有效提升发光效率的功效。

请再参阅图2B以及图3A，于一些实施例中，本发明的荧光激光板23、24，亦可于玻璃231、241的入射面2312、2412设置抗反射膜234、244(Anti-reflection filter，又称增透膜)，其设置的方式可为例如镀膜的方式形成于玻璃231、241的入射面2312、2412，但不以此为限，以提高第一波段光I的穿透率并降低玻璃231、241的表面反射率，而使本发明的荧光激光板23、24及其适用的光源系统2有更佳的发光效率。

根据本发明的构想，本发明的荧光激光板23、24可包括方向聚集滤光片2321、2421(Angle-selective filter)，其构造为提高广角反射分光片232、242的光学穿透率，且其设置的方式可为例如但不限于使用电子枪蒸镀及/或使用离子源辅助蒸镀系统镀制的方式，设置于广角反射分光片232、242或对应于广角反射分光片232、242而设置于荧光激光板的另一侧(未图示)。另外，图3C显示图3A中的方向聚集滤光片的示意图。方向聚集滤光片2421由厚度为H的一高折射率层24211与厚度为L的一低折射率层24212所构成。实验发现，方向聚集滤光片的构造符合滤光片设计公式aH(aHbL)¹²，且其系数a与b的比值(a/b)为4、2、1、0.5或0.25时为较佳，并以比值0.25为最佳，但不以此为限，其可改变光源的发光特性，提供良好的抗反射效果、选择发光方向以及限制发光角度，不仅可使小角度的光源轻易穿透，亦可使大角度的发光反射回光源再行利用，使光源的发光效率更佳，且发光更具有方向性。

图4A显示本发明广角反射分光片的入射光线波长-反射率对应图。如图4A所示，本发明的广角反射分光片232、242(如图2B及图3A所示)对于波长约介于420纳米至480纳米间的光线的反射率大略为0％，而对于波长大于480纳米的光线的反射率大略为100％。换言之，本发明的广角反射分光片232、242使波长介于420纳米至480纳米的光线完全穿透，且使波长大于480纳米的光线完全反射。故于此实施例中，本发明的广角反射分光片232、242使蓝光(波长约为460纳米)完全穿透，并使红光(波长约为620纳米)以及绿光(波长约为530纳米)完全反射，进而使荧光激光层233、243有较佳的发光效率。

图4B显示本发明荧光激光板输出的绿光对于玻璃的入射角-反射率对应图。如图4B所示，本发明的荧光激光层233、243(如第2D图及第3B图所示)所产生的第一绿光G1以及第二绿光G2，于射至广角反射分光片232、242时，广角反射分光片232、242将对于玻璃231、241具有入射角小于42度的第一绿光G1及第二绿光G2完全反射，且对于入射角大于等于42度的第一绿光G1及第二绿光G2亦有约50％以上的反射率，与传统反射式光学元件相比，具有相对较高的反射率，以此可提高发光效率。

图4C显示本发明荧光激光板反射的蓝光对于玻璃的入射角-反射率对应图。如图4C所示，本发明的荧光激光层233、243(如图2D及图3B所示)所反射的第二蓝光B2，于射至广角反射分光片232、242时，广角反射分光片232、242将对于玻璃231、241的入射角介于15至42度的第二蓝光B2接近完全反射，且对于入射角大于等于42度的第二蓝光B2亦有约为50％以上的反射率，得以将第二蓝光B2再行反射至荧光激光层233、243进行激发并输出，故相较于传统反射式光学元件，具有相对较高的发光效率。

综上所述，本发明提供一种荧光激光板及其适用的光源系统，通过将广角反射分光片设置于玻璃的出射面，可将荧光激光层反射的光线再行反射回荧光激光层进行激发，且由于广角反射分光片邻设于荧光激光层，故具有较大角度入射角的入射光线亦不会有反射行进的路径长过长的问题，而可有效反射回荧光激光层进行激发，以此达到降低能量损耗，并有效提升发光效率的功效。

纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由熟悉本领域技术的人员进行任意修饰，然而皆不脱离所附权利要求书所欲保护的范围。

Claims (15)

1.一种荧光激光板，至少包括：

一玻璃，具有一出射面，且构造为使一第一波段光穿透；

一广角反射分光片，设置于该玻璃的该出射面，且构造为使该第一波段光中的一第一光束及一第二光束穿透；以及

一荧光激光层，邻设于该广角反射分光片，用以将该第一波段光的该第一光束激发为一第二波段光的一第一光束并输出，同时反射该第一波段光的该第二光束至该广角反射分光片；

其中，该广角反射分光片反射该第一波段光的该第二光束及该荧光激光层输出的该第二波段光的部份该第一光束，使该第二波段光的部份该第一光束穿透该荧光激光层，且使该第一波段光的该第二光束受该荧光激光层激发为该第二波段光的一第二光束并输出。

2.如权利要求1所述的荧光激光板，其中该第一波段光为蓝光，且该第二波段光为绿光。

3.如权利要求1所述的荧光激光板，其中该第一波段光为蓝光，且该第二波段光为红光。

4.如权利要求1所述的荧光激光板，其中该荧光激光板还包括一抗反射膜，该抗反射膜设置于该玻璃的一入射面，用以降低该玻璃的表面反射率并提高该第一波段光的穿透率。

5.如权利要求1所述的荧光激光板，其中该荧光激光板还包括一方向聚集滤光片，以构造为提高该广角反射分光片的光学穿透率。

6.如权利要求5所述的荧光激光板，其中该方向聚集滤光片使用电子枪蒸镀或使用离子源辅助蒸镀系统镀制的方式设置于该广角反射分光片。

7.如权利要求6所述的荧光激光板，其中该方向聚集滤光片由厚度为H的一高折射率层与厚度为L的一低折射率层所构成，其中该方向聚集滤光片符合滤光片设计公式aH(aHbL)¹²，且系数a与系数b的比值为4、2、1、0.5或0.25。

8.一种光源系统，包括：

一固态发光元件，其构造为发出一第一波段光至一光路径；以及

一荧光激光板，设置于该光路径上，且包括：

一玻璃，具有一出射面，且构造为使该第一波段光穿透；

一广角反射分光片，设置于该玻璃的该出射面，且构造为使该第一波段光中的一第一光束及一第二光束穿透；以及

一荧光激光层，邻设于该广角反射分光片，用以将该第一波段光的该第一光束激发为一第二波段光的一第一光束并输出，同时反射该第一波段光的该第二光束至该广角反射分光片；

其中，该广角反射分光片反射该第一波段光的该第二光束及该荧光激光层输出的该第二波段光的部份该第一光束，使该第二波段光的部份该第一光束穿透该荧光激光层，且使该第一波段光的该第二光束受该荧光激光层激发为该第二波段光的一第二光束并输出。

9.如权利要求8所述的光源系统，其中该固态发光元件为一发光二极管或激光元件。

10.如权利要求8项所述的光源系统，其中该第一波段光为蓝光，且该第二波段光为绿光。

11.如权利要求8所述的光源系统，其中该第一波段光为蓝光，且该第二波段光为红光。

12.如权利要求8所述的光源系统，其中该荧光激光板还包括一抗反射膜，设置于该玻璃的一入射面，用以降低该玻璃的表面反射率并提高该第一波段光的穿透率。

13.如权利要求8所述的光源系统，其中该荧光激光板还包括一方向聚集滤光片，以构造为提高该广角反射分光片的光学穿透率。

14.如权利要求13所述的光源系统，其中该方向聚集滤光片使用电子枪蒸镀或使用离子源辅助蒸镀系统镀制的方式设置于该广角反射分光片。

15.如权利要求14所述的光源系统，其中该方向聚集滤光片由厚度为H的一高折射率层与厚度为L的一低折射率层所构成，其中该方向聚集滤光片符合滤光片设计公式aH(aHbL)¹²，且系数a与系数b的比值为4、2、1、0.5或0.25。

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