TW201316111A - 可提高發光效率之影像產生裝置 - Google Patents

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Abstract

影像產生裝置包含一光源，一濾光元件，一光轉換元件，及一影像產生元件。該光源係用以產生可見光。該濾光元件係設置於該可見光之傳送路徑上，該濾光元件包含複數個濾光區塊，每一濾光區塊係用以使一預定波長範圍內之光線通過。該光轉換元件係設置於該可見光之傳送路徑上，該光轉換元件包含一第一量子點層，用以將波長為一第一波長以下之光線轉換為該第一波長之光線。該影像產生元件係用以根據通過該色輪及該光轉換元件之光線產生影像。該投影模組係用以投射該影像產生元件產生之影像。

Description

可提高發光效率之影像產生裝置
本發明係相關於一種影像產生裝置，尤指一種利用量子點材料提高發光效率之影像產生裝置。
請參考第1圖，第1圖為習知燈泡型投影機100的示意圖。如第1圖所示，燈泡型投影機100包含一光源110，一色輪120，一光學模組130，一影像產生元件140，及一投影模組150。光源110係用以產生具連續光譜之可見光。色輪120係設置於可見光之傳送路徑P上。色輪120包含複數個濾光區塊，例如包含紅色濾光區塊、綠色濾光區塊及藍色濾光區塊。紅色濾光區塊係用以使紅色光波長範圍(例如600奈米至700奈米)內之光線通過，綠色濾光區塊係用以使綠色光波長範圍(例如500奈米至600奈米)內之光線通過，藍色濾光區塊係用以使藍色光波長範圍(例如400奈米至500奈米)內之光線通過。色輪120係以一預定速率轉動以分別使紅色光、綠色光及藍色光根據一預定時序通過。光學模組130係用以將通過色輪120之光線導引至影像產生元件140，影像產生元件140再分別根據光學模組130傳來之紅色光、綠色光及藍色光產生紅色影像、綠色影像及藍色影像。最後由投影模組150將影像產生元件140產生之紅色影像、綠色影像及藍色影像投射至一屏幕上以產生完整之影像。影像產生元件140通常係為一數位微鏡裝置(Digital Micromirror Device,DMD)。數位微鏡裝置包含一微型反射鏡陣列，用以根據影像資料將光線反射以產生影像。
然而，依據上述配置，當色輪120之濾光區塊使一預定波長範圍內之光線通過時，預定波長範圍以外之光線皆會被過濾掉，而無法用於產生影像。因此習知燈泡型投影機之光源所產生之可見光並沒有被有效率地利用。
本發明提供一種可提高發光效率之影像產生裝置，包含一光源，一濾光元件，一光轉換元件，及一影像產生元件。該光源係用以產生可見光。該濾光元件係設置於該可見光之傳送路徑上，該濾光元件包含複數個濾光區塊，每一濾光區塊係用以使一預定波長範圍內之光線通過。該光轉換元件係設置於該可見光之傳送路徑上，該光轉換元件包含一第一量子點層，用以將波長為一第一波長以下之光線轉換為該第一波長之光線。該影像產生元件係用以根據通過該濾光元件及該光轉換元件之光線產生影像。
相較於先前技術，本發明影像產生裝置係利用量子點吸收不同波長之光線，並加以轉換為一預定波長之光線，因此可以提高各種顏色光之發光效率。另外，量子點產生之光線具有固定波長之特性，因此可以使各種顏色光之色純度更高，進而改善影像之色彩品質。
量子點是一種奈米級半導體材料，其可以係元素型半導體材料(例如矽、鍺)，或係化合物半導體材料(例如硒化鎘(CdSe)或硒化硫(CdS))。量子點之粒徑約小於100奈米。量子點之特性在於量子點可根據其粒徑大小吸收一特定波長以下之光線，並將該特定波長以下之光線轉換為該特定波長之光線。舉例來說，當硒化鎘量子點之粒徑為2.1奈米時，硒化鎘量子點可吸收一藍色光波長以下之光線，並將藍色光波長以下之光線轉換為藍色光。當硒化鎘量子點之粒徑為5奈米時，硒化鎘量子點可吸收一綠色光波長以下之光線，並將綠色光波長以下之光線轉換為綠色光。而當硒化鎘量子點之粒徑接近10奈米時，硒化鎘量子點可吸收一紅色光波長以下之光線，並將紅色光波長以下之光線轉換為紅色光。另外，量子點結構不一定為單一半導體材料所構成，量子點之殼與核可由不同之材料所構成。本發明即係利用量子點具不同粒徑即可產生不同顏色之光之特性提高投影機之發光效率。
請同時參考第2圖及第3圖。第2圖為本發明投影機200的示意圖，第3圖為第2圖色輪及光轉換元件之第一實施例的示意圖。本發明投影機包含一光源210，一色輪220，一光轉換元件260，一光學模組230，一影像產生元件240，及一投影模組250。光源210係用以產生具連續光譜之可見光(亦可產生非可見光，例如紫外光)。色輪220係設置於可見光之傳送路徑P上。色輪220包含一第一濾光區塊222，一第二濾光區塊224，及一第三濾光區塊226。第一濾光區塊222係用以使紅色光波長範圍(例如600奈米至700奈米)內之光線通過，第二濾光區塊224係用以使綠色光波長範圍(例如500奈米至600奈米)內之光線通過，第三濾光區塊226係用以使藍色光波長範圍(例如400奈米至500奈米)內之光線通過。在本發明應用於投影機之實施例中，色輪220係作為一濾光元件以過濾光線，而在本發明應用於其他影像產生裝置之實施例中，並不限定以色輪作為濾光元件。光轉換元件260係沿可見光之傳送路徑上設置於光源210及色輪220之間。光轉換元件260A包含一量子點層262A，量子點層262A上之量子點係用以將波長為一紅色光波長(例如650奈米)以下之光線轉換為波長650奈米附近之紅色光。量子點層262A係設置於第一濾光區塊222之相對應位置。光轉換元件260可設置於色輪220之一側表面上隨著色輪220轉動，或者光轉換元件260可為一獨立元件和色輪260同步轉動。色輪220係以一預定速率轉動以分別使紅色(R)光、綠色(G)光及藍色(B)光根據一預定時序通過。光學模組230係用以將通過色輪220之光線導引至影像產生元件，240影像產生元件(例如一數位微鏡裝置)再分別根據光學模組230傳來之紅色光、綠色光及藍色光產生紅色影像、綠色影像及藍色影像。最後由投影模組250將影像產生元件240產生之紅色影像、綠色影像及藍色影像投射至一屏幕上以產生完整之影像。
依據上述配置，當光源210產生之可見光通過量子點層262A時，波長650奈米以下之光線皆會被轉換為波長650奈米附近之紅色光後再通過第一濾光區塊222，亦即通過色輪220之紅色光之能量係包含原有紅色光、綠色光、藍色光甚至其他光線(例如光源產生之紫外光)之能量，因此通過色輪220之紅色光亮度會大幅增加。
另外，第一濾光區塊222亦可以使波長700奈米以下之所有光線通過，或者第一濾光區塊222亦可以由一透光區塊取代，透光區塊係用以使大部份可見光通過。光轉換元件260A之量子點層262A亦可用以產生綠色光或藍色光。當量子點層262A係用以產生綠色光時，量子點層262A係設置於第二濾光區塊224之相對應位置，且第二濾光區塊224亦可以使波長600奈米以下之所有光線通過。依據上述配置，通過色輪220之綠色光之能量係包含原有綠色光、藍色光甚至其他非可見光之能量，因此通過色輪220之綠色光亮度會大幅增加。當量子點層262A係用以產生藍色光時，量子點層262A係設置於第三濾光區塊226之相對應位置，且第三濾光區塊226亦可以使波長500奈米以下之所有光線通過。依據上述配置，通過色輪220之藍色光之能量係包含原有藍色光及其他非可見光之能量，因此通過色輪220之藍色光亮度亦會增加。
請參考第4圖，並一併參考第2圖。第4圖為第2圖色輪及光轉換元件之第二實施例的示意圖。如第4圖所示，光轉換元件260B包含一第一量子點層262B，及一第二量子點層264B。第一量子點層262B係設置於第一濾光區塊222之相對應位置，且第一量子點層262B係用以將波長為紅色光波長(例如650奈米)以下之光線轉換為波長650奈米附近之紅色光。第二量子點層264B係設置於第二濾光區塊224之相對應位置，且第二量子點層264B係用以將波長為一綠色光波長(例如550奈米)以下之光線轉換為波長550奈米附近之綠色光。色輪220之第一濾光區塊222係用以使紅色光波長範圍(例如600奈米至700奈米)內之光線通過，或用以使波長700奈米以下之所有光線通過。色輪220之第二濾光區塊224係用以使綠色光波長範圍(例如500奈米至600奈米)內之光線通過，或用以使波長600奈米以下之所有光線通過。色輪220之第三濾光區塊226係用以使藍色光波長範圍(例如400奈米至500奈米)內之光線通過，或用以使波長500奈米以下之所有光線通過。
依據上述配置，當光源210產生之可見光通過第一量子點層262B時，波長650奈米以下之光線皆會被轉換為波長650奈米附近之紅色光後再通過第一濾光區塊222，亦即通過色輪220之紅色光之能量係包含原有紅色光、綠色光、藍色光甚至其他光線之能量，因此通過色輪220之紅色光亮度會大幅增加。而當光源210產生之可見光通過第二量子點層264B時，波長550奈米以下之光線皆會被轉換為波長550奈米附近之綠色光後再通過第二濾光區塊224，亦即通過色輪220之綠色光之能量係包含原有綠色光、藍色光甚至其他光線之能量，因此通過色輪220之綠色光亮度亦會大幅增加。
相似地，第4圖之第一量子點層262B及一第二量子點層264B亦可係紅色光及藍色光，或綠色光及藍色光之組合。當第一量子點層262B及一第二量子點層264B係其他顏色光之組合時，第一量子點層262B及一第二量子點層264B須和相對應之濾光區塊搭配。
請參考第5圖，並一併參考第2圖。第5圖為第2圖色輪及光轉換元件之第三實施例的示意圖。如第5圖所示，光轉換元件包含一第一量子點層262C、一第二量子點層264C及一第三量子點層266C分別用以產生紅色光(例如波長650奈米附近之紅色光)、綠色光(例如波長550奈米附近之綠色光)及藍色光(例如波長450奈米附近之藍色光)。
依據上述配置，當光源210產生之可見光通過第一量子點層262C時，波長650奈米以下之光線皆會被轉換為波長650奈米附近之紅色光後再通過第一濾光區塊222，亦即通過色輪220之紅色光之能量係包含原有紅色光、綠色光、藍色光甚至其他光線之能量，因此通過色輪220之紅色光亮度會大幅增加。當光源210產生之可見光通過第二量子點層264C時，波長550奈米以下之光線皆會被轉換為波長550奈米附近之綠色光後再通過第二濾光區塊224，亦即通過色輪220之綠色光之能量係包含原有綠色光、藍色光甚至其他光線之能量，因此通過色輪220之綠色光亮度亦會大幅增加。而當光源210產生之可見光通過第三量子點層266C時，波長450奈米以下之光線皆會被轉換為波長450奈米附近之藍色光後再通過第三濾光區塊226，亦即通過色輪220之藍色光之能量係包含原有藍色光及波長小於藍色光之光線之能量，因此通過色輪220之藍色光亮度亦會增加。
請參考第6圖，並一併參考第2圖。第6圖為第2圖色輪及光轉換元件之第四實施例的示意圖。如第6圖所示，光轉換元件260D可另包含一第四量子點層268D，用以產生第四種顏色，例如黃色Y。而色輪220D亦包含相對應之一第四濾光區塊228D。如此投影機之影像顏色可以更豐富。
以上實施例僅係用於說明本發明投影機之運作方式，本發明投影機之色輪及光轉換元件可以根據設計需求決定濾光區塊及量子點層之數目及顏色。
再者，在上述實施例中，光轉換元件260係沿可見光之傳送路徑上設置於光源210及色輪220之間，然而，在其他實施例中，色輪亦可沿可見光之傳送路徑上設置於光源及光轉換元件之間。
另外，本發明架構亦可應用於其他類型之影像產生裝置，例如背投影電視及液晶顯示器等。本發明可利用光轉換元件搭配濾光元件來產生不同顏色之光，進而使影像產生裝置產生影像。
相較於先前技術，本發明影像產生裝置係利用量子點吸收不同波長之光線，並加以轉換為一預定波長之光線，因此可以提高各種顏色光之發光效率，進而提升影像之亮度。另外，量子點產生之光線具有固定波長之特性，因此可以使各種顏色光之色純度更高，色域更廣，進而改善影像之色彩品質。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100,200．．．投影機
110,210．．．光源
120,220．．．色輪
130,230．．．光學模組
140,240．．．影像產生元件
150,250．．．投影模組
260．．．光轉換元件
P．．．光傳送路徑
R．．．紅色
G．．．綠色
B．．．藍色
Y．．．黃色
第1圖為習知燈泡型投影機的示意圖。
第2圖為本發明投影機的示意圖。
第3圖為第2圖色輪及光轉換元件之第一實施例的示意圖。
第4圖為第2圖色輪及光轉換元件之第二實施例的示意圖。
第5圖為第2圖色輪及光轉換元件之第三實施例的示意圖。
第6圖為第2圖色輪及光轉換元件之第四實施例的示意圖。
200．．．投影機
210．．．光源
220．．．色輪
230．．．光學模組
240．．．影像產生元件
250．．．投影模組
260．．．光轉換元件
P．．．光傳送路徑

Claims (12)

  1. 一種可提高發光效率之影像產生裝置，包含：一光源，用以產生可見光；一濾光元件，設置於該可見光之傳送路徑上，該濾光元件包含複數個濾光區塊，每一濾光區塊係用以使一預定波長範圍內之光線通過；一光轉換元件，設置於該可見光之傳送路徑上，該光轉換元件包含一第一量子點層，用以將波長為一第一波長以下之光線轉換為該第一波長之光線；及一影像產生元件，用以根據通過該濾光元件及該光轉換元件之光線產生影像。
  2. 如請求項1所述之影像產生裝置，其中該濾光元件另包含一透光區塊用以使可見光通過，該第一量子點層係設置於該透光區塊之相對應位置。
  3. 如請求項2所述之影像產生裝置，其中該第一波長之光線係為紅色光。
  4. 如請求項1所述之影像產生裝置，其中該複數個濾光區塊包含一第一濾光區塊用以使一第一預定波長範圍內之光線通過，一第二濾光區塊用以使一第二預定波長範圍內之光線通過，及一第三濾光區塊用以使一第三預定波長範圍內之光線通過，該第一量子點層係設置於該第一濾光區塊之相對應位置，該第一波長係位於該第一預定波長範圍內。
  5. 如請求項4所述之影像產生裝置，其中該光轉換元件另包含一第二量子點層，用以將波長為一第二波長以下之光線轉換為該第二波長之光線，該第二量子點層係設置於該第二濾光區塊之相對應位置，該第二波長係位於該第二預定波長範圍內。
  6. 如請求項5所述之影像產生裝置，其中該光轉換元件另包含一第三量子點層，用以將波長為一第三波長以下之光線轉換為該第三波長之光線，該第三量子點層係設置於該第三濾光區塊之相對應位置，該第三波長係位於該第三預定波長範圍內，且該第二波長大於該第三波長。
  7. 如請求項5所述之影像產生裝置，其中該第一量子點層之量子點之粒徑係相異於該第二量子點層之量子點之粒徑。
  8. 如請求項4所述之影像產生裝置，其中該第一預定波長範圍係介於該第一波長及零之間。
  9. 如請求項4所述之影像產生裝置，其中該第一預定波長範圍係介於該第一波長及一第二波長之間。
  10. 如請求項1所述之影像產生裝置，其中該光轉換元件係設置於該濾光元件之一側表面上。
  11. 如請求項1所述之影像產生裝置，其中該光轉換元件係和該濾光元件同步轉動。
  12. 如請求項1所述之投影機，另包含一投影模組，用以投射該影像產生元件產生之影像。
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