专利名称：显示系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显示系统，且特别是涉及平视显示器(head-up display, HUD)。
背景技术：
在需要兼顾看到显示影像及背景环境的显示装置应用方面，例如平视显示器 (head-up display, HUD)或商店广告，经常利用透明或半透明的反射荧幕(玻璃窗或挡风 玻璃)来反射影像，影像来源由投影装置或显示器提供。但是观赏者可能会接收到同一影 像经由反射荧幕的不同表面反射后的反射影像，产生影像重叠的重影影像，严重影响影像 品质。请参照图1，其绘示传统平视显示器的示意图。如图1所示，投影装置4产生一影 像光Ml往透明荧幕2方向投射，透明荧幕例如为玻璃窗或挡风玻璃。但是部分的影像光Ml 直接由反射表面2a反射而产生反射影像光M2 ；其他部分的影像光Ml则进入透明荧幕4并 由反射表面2b反射。然后，该部分影像光Ml通过反射表面2a并产生反射影像光M3。当 观赏者接收到反射影像光M2和M3两者时，会形成重叠的重影影像，造成观赏者辨识上的困 扰。因此，如何消除多次反射导致的重影影像，便成为提升此类显示装置的影像质量 的重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种显示系统，用以改变由不同表面反射的反射影像光及 多次反射影像光的偏振方向，以达到提升影像品质的效果。为达上述目的，本发明提出一种显示系统，包括一影像装置、一影像反射元件及一 偏光元件。影像装置用以产生一偏振影像光。影像反射元件包括一基板及一相位调变元件。 相位调变元件邻接基板，相位调变元件具有一反射表面，用以接收偏振影像光。当偏振影像 光射向反射表面后，反射表面反射部分的偏振影像光以产生第一反射偏振影像光，其他部 分的偏振影像光射入相位调变元件，并由基板反射后由反射表面射出，以产生第二反射偏 振影像光。第一反射偏振影像光与第二反射偏振影像光的相位差大体等于η π，其中n为正 奇数。偏光元件用以接收并使第一反射偏振影像光通过，且遮挡第二反射偏振影像光。根据本发明，提出一种显示系统，包括一影像装置、一透明基板及一相位调变元 件。相位调变元件邻接透明基板，相位调变元件具有一反射表面，用以接收偏振影像光。当 偏振影像光射向反射表面后，反射表面反射部分的偏振影像光以产生一反射偏振影像光， 其他部分的偏振影像光射入相位调变元件并成为具有期望偏振方向的入射偏振影像光。于 是，大部分入射偏振影像光穿透透明基板。为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作 详细说明如下。
图1为传统平视显示器的示意图；图2为本发明实施例一的显示系统示意图；图3为本发明实施例二的显示系统示意图；以及图4示出了本发明实施例二的重影消除装置于不同入射角下对于TE电磁波及TM 电磁波的反射率。
具体实施例方式实施例一请参照图2，其绘示本发明实施例一的一种显示系统的示意图。如图2所示，重影 消除装置100包括影像反射元件110及偏光元件120。影像反射元件110包括基板112及 相位调变元件114，相位调变元件114邻接基板112。相位调变元件114具有一反射表面 114a。如图2所示，重影消除装置100与影像装置10组成显示系统1，亦即为平视显示 器。影像装置10产生一偏振影像光P1。例如，影像装置10可以是一液晶显示面板，偏振影 像光Pl可以由液晶显示面板所产生；或者，影像装置10也可以是一影像偏光元件搭配一影 像产生装置，偏振影像光Pl可由影像产生装置产生的影像光通过影像偏光元件后产生。反 射表面114a用以接收偏振影像光Pl，偏振影像光Pl射向反射表面114a后，反射表面114a 反射部分的偏振影像光Pl以产生第一反射偏振影像光P2。第一反射偏振影像光P2和偏振 影像光Pl具有相同偏振方向。其他部分的偏振影像光Pl射入相位调变元件114并由基板 112反射后，由反射表面114a射出以产生第二反射偏振影像光S2。较佳地，偏振影像光Pl为一线性偏振影像光，例如为一 P型线性偏振影像光，也就 是光的偏振方向与入射光及反射光的行进方向所构成的平面平行。或者，偏振影像光Pi也 可以是一 S型线性偏振影像光，也就是光的偏振方向与入射光及反射光的行进方向所构成 的平面垂直。本实施例中，偏振影像光Pi以P型线性偏振影像光为例作说明。但本实施例 不限于此，偏振影像光可以是不属于P型或S型线性偏振影像光的线性偏振影像光。偏振 影像光也可以是圆偏振影像光或椭圆偏振影像光。较佳地，基板112例如为一透明基板，例如透明玻璃板或透明塑胶板。相位调变元 件114例如为一贴附于基板112上，由聚合物材料形成的1/4波长板。或者，相位调变元件 114可以是涂布于基板112上的1/4波长涂层。因此，当部分的偏振影像光Pl进入相位调 变元件114然后射出相位调变元件114时，在第二反射偏振影像光S2与偏振影像光Pl之间 产生180度(π)的相位延迟或相位差。也可用另外方式在第二反射偏振影像光S2与偏振 影像光Pl之间产生ηπ的相位延迟或相位差，其中η为从1、3、5...中选取的正奇数。因 此，第一反射偏振影像光Ρ2与第二反射偏振影像光S2的偏振方向基本上相互垂直。也就 是说，第二反射偏振影像光S2为S型线性偏振影像光。如图2所示，第一反射偏振影像光Ρ2及第二反射偏振影像光S2同时射向偏光元 件120。较佳地，偏光元件120为P型偏光器，因此可以允许第一反射偏振影像光Ρ2通过 成为被接收的偏振影像光Ρ3，同时遮挡第二反射偏振影像光S2。同样，即使部分的偏振影 像光Pl通过相位调变元件114，再经由基板112反射表面112a反射并通过相位调变元件
5114而产生第三反射偏振影像光S3，第三反射偏振影像光S3的偏振方向仍然和第一反射偏 振影像光P2的偏振方向基本上相互垂直。因此第三反射偏振影像光S3无法通过偏光元件 120。本实施例虽然以1/4波长板为例作说明，但本发明不限于此。只要波长板的延迟波长 满足关系式(1)，即可造成相同的相位延迟其中，η为0或正整数，λ表示第二反射偏振影像光的波长。此外，即使偏振影像光可以是不属于P型或S型的线性偏振影像光，第一反射偏振 影像光与第二反射偏振影像光的偏振方向仍会相互垂直。当第一反射偏振影像光被反射表 面114a反射时，与该反射偏振影像光相比，第一反射偏振影像光将有180度的相位差角。因 此，只要偏光元件120的偏光轴与第一反射偏振影像光的偏振方向一致，偏光元件120仍可 让第一反射偏振影像光通过并遮挡第二反射偏振影像光。另外，若偏振影像光为圆形或椭圆形偏振影像光，第一反射偏振影像光与通过1/4 波长板的第二偏振影像光的旋光方向会相反。因此，只要采用旋光方向与第一反射偏振影 像光相同的圆偏光板做为偏光元件，圆偏光板仍可让第一反射偏振影像光通过并遮挡第二 反射偏振影像光。此外，本实施例虽以线性偏振影像光为例做说明，但也可适用于圆形偏振影像光 及椭圆偏振影像光。只要第一反射光及第二反射光在通过偏光元件120时具有不同的偏振 方向，使得偏光元件120能够让第一反射偏振影像光通过并遮挡第二反射偏振影像光，皆 落于本发明的所有这类改型例中。因此，只要是通过相位调变元件114的反射偏振影像光，都可以经由偏光元件120 遮挡，以避免因多次反射形成重影影像。此外，如果偏振影像光Pl为彩色光，可取相位调变元件114的波长为中间波段，如 绿光的波长以减少色位移。实施例二请参照图3，其绘示本发明实施例二的一种显示系统的示意图。如图3所示，重影 消除装置200包括透明基板210及相位调变元件220，相位调变元件220邻接透明基板210。 相位调变元件220具有反射表面220a。如图3所示，重影消除装置200与影像装置20组成一显示系统3，亦即为一平视显 示器。影像装置20产生偏振影像光TE1，反射表面220a用以接收偏振影像光TE1，反射表 面220a反射部分的偏振影像光TEl以产生反射偏振影像光TE2。其他部分的偏振影像光 TEl射入相位调变元件220并成为入射偏振影像光TM2。入射偏振影像光TM2被调整成具 有一所欲的偏振方向，使得大部分的该入射偏振影像光TM2射入透明基板210。影像装置可 以是一液晶显示面板，偏振影像光TEl由液晶显示面板所产生。或者，影像装置也可以是一 影像偏光元件搭配一影像产生装置，偏振影像光TEl由影像产生装置产生的影像光通过影 像偏光元件后产生。较佳地，偏振影像光TEl为线性偏振影像光。本实施例中偏振影像光 TEl也属于TE电磁波，也就是偏振方向与入射平面垂直的电磁波。较佳地，透明基板210为一玻璃板或一透明塑胶板。相位调变元件220为设置于 透明基板210上的一 1/2波长板。或者，相位调变元件220为涂布于透明基板210上的一
61/2波长涂层。如图3所示，部分的偏振影像光TEl射入相位调变元件220后，入射偏振影 像光TM2与反射偏振影像光TE2之间产生180度(π )的相位延迟或相位差。也可用另外 方式在入射偏振影像光ΤΜ2与反射偏振影像光ΤΕ2之间产生η π的相位延迟或相位差，其 中η为从1、3、5...中选取的正奇数。因此，反射偏振影像光ΤΕ2与入射偏振影像光ΤΜ2的 偏振方向基本上相互垂直。反射偏振影像光ΤΕ2与偏振影像光TEl的偏振方向基本相同。 也就是说，反射偏振影像光ΤΕ2为TE电磁波时，入射偏振影像光ΤΜ2为TM电磁波，也就是 偏振方向与入射平面平行。如图3所示，入射偏振影像光ΤΜ2以入射角θ进入透明基板210。当入射角θ与 相位调变元件220及透明基板210间的布鲁斯特角(Brewster's angle)的差小于15度使 得反射率非常低时，入射偏振影像光TM2进入透明基板210，并通过透明基板210射出。因 此，大部分进入相位调变元件220的入射偏振影像光TM2不会被透明基板210反射，也不会 进入观赏者眼中。结果可以有效消除多余反射影像光所造成的重影现象。较佳地，当入射角θ接近相位调变元件220与透明基板210间的布鲁斯特角时， 入射偏振影像光ΤΜ2可在几乎不反射的情况下通过透明基板210。请参照图4，其绘示本发 明实施例二的重影消除装置于不同入射角下对于TE电磁波及TM电磁波的反射率。如图4 所示，区域I代表光由透明基板210进入相位调变元件220的情境，区域II代表光由相位 调变元件220进入透明基板210的情境。本实施例中，相位调变元件220采用聚合物材料， 透明基板210采用透明玻璃板。因此在区域II的情境时，如曲线401所示，TM电磁波的布 鲁斯特角θ Β约为56度。因此，当入射角θ位于40-70度之间时，入射偏振影像光ΤΜ2由 相位调变元件220进入透明基板210的反射率皆小于10%。由此可知，影像装置20可适当 调整其位置，使入射偏振影像光ΤΜ2的入射角θ接近布鲁斯特角θ Β，以减少入射偏振影像 光ΤΜ2反射的比例。当入射端介质的折射系数为Iii,出射端介质的折射系数为nt，布鲁斯特 角ΘB可以公式⑵计算ΘΒ Man-1 仔
1 ⑵本实施例的相位调变元件虽然以1/2波长板为例作说明，但本发明不限于此。只 要波长板的延迟波长满足关系式(3)，即可造成相同的相位延迟2λ + Π'λ ⑶其中，η为0或正整数，λ表示入射偏振影像光的波长。另外，若偏振影像光为一圆偏振影像光或一椭圆偏振影像光，相位调变元件可以 是设置于透明基板210上的一 1/4波长板，或者是涂布于透明基板210上的一 1/4波长涂 层。因此，部分的偏振影像光射入相位调变元件后所产生的入射偏振影像光转变成线性偏 振影像光，并调整其偏振方向为TM电磁波。因此，只要入射偏振影像光入射透明基板210 的角度接近相位调变元件与透明基板210间的布鲁斯特角，也可达到降低反射率的功效。此外，偏振影像光TEl为彩色光时，相位调变元件114的波长可以是中间波段，如 绿光的波长，以便减少色位移。同时维持大多数入射偏振影像光的低反射率。本发明上述实施例所揭露的显示系统，采用相位调变元件改变进入相位调变元件 的偏振影像光的相位，使经由其他平面反射的偏振影像光的相位改变，再经由偏光元件滤除，或是直接通过透明基板射出。本发明可以有效消除多余的反射影像光，消除重影现象， 提升显示品质。 综上所述，虽然已结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发 明。本发明所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更 动与润饰。因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
权利要求
一种显示系统，包括影像装置，用以产生一偏振影像光；影像反射元件，包括基板；及相位调变元件，邻接该基板，该相位调变元件具有一反射表面，用以接收该偏振影像光，其中当该偏振影像光射向该反射表面后，该反射表面反射部分的该偏振影像光以产生一第一反射偏振影像光，其他部分的该偏振影像光射入该相位调变元件，并由该基板反射后由该反射表面射出，以产生一第二反射偏振影像光，该第一反射偏振影像光与该第二反射偏振影像光的相位差实质上为nπ，n为正奇数；以及偏光元件，用以接收并使该第一反射偏振影像光通过，且遮挡该第二反射偏振影像光。
2.如权利要求1所述的系统，其中该基板为一透明基板。
3.如权利要求1所述的系统，其中该相位调变元件为一1/4波长板或一 1/4波长涂层， 设置于该基板上。
4.如权利要求1所述的系统，其中该影像装置为一液晶显示面板，该偏振影像光由该 液晶显示面板所产生。
5.如权利要求1所述的系统，其中该影像装置为一影像偏光元件搭配一影像产生装 置，该偏振影像光由该影像产生装置产生的影像光通过该影像偏光元件后产生。
6.如权利要求1所述的系统，其中该偏振影像光为一线性偏振影像光、圆偏振影像光 或椭圆偏振影像光。
7.一种重影消除装置，包括影像装置，用以产生一偏振影像光；透明基板；以及相位调变元件，邻接该透明基板，该相位调变元件具有一反射表面，用以接收该偏振影 像光，其中当该偏振影像光射向该反射表面后，该反射表面反射部分的该偏振影像光以产 生一反射偏振影像光，其他部分的该偏振影像光射入该相位调变元件后成为一入射偏振影 像光，该入射偏振影像光具有一所欲的偏振方向，使得大部分的该入射偏振影像光穿透该 透明基板。
8.如权利要求7所述的系统，其中该透明基板为一透明玻璃板或一透明塑胶板。
9 如权利要求7所述的系统，其中该偏振影像光为一线性偏振影像光，该相位调变元 件为一 1/2波长板或一 1/2波长涂层，设置于该透明基板上。
10.如权利要求7所述的系统，其中该偏振影像光为一圆偏振影像光或一椭圆偏振影 像光，该相位调变元件为一 1/4波长板或一 1/4波长涂层，设置于该透明基板上。
11.如权利要求7所述的系统，其中该影像装置为一液晶显示面板，该偏振影像光由该 液晶显示面板所产生。
12.如权利要求7所述的系统，其中该影像装置为一影像偏光元件搭配一影像产生装 置，该偏振影像光由该影像产生装置产生的影像光通过该影像偏光元件后产生。
13.如权利要求7所述的系统，其中该偏振影像光为一TE电磁波。
14.如权利要求7所述的系统，其中该入射偏振影像光射往该透明基板的入射角与该 相位调变元件及该透明基板间的布鲁斯特角(Brewster’ s angle)之间的差小于15度。
15.如权利要求7所述的系统，其中该入射偏振影像光射往该透明基板的入射角实质 上为该相位调变元件与该透明基板间的布鲁斯特角。
16.如权利要求7所述的系统，其中具有该所欲的偏振方向与TM电磁波的偏振方向实 质上相同。
全文摘要
一种显示系统1包括重影消除装置100和影像装置10。重影消除装置100包括影像反射元件110和偏光元件120。影像反射元件110包括基板112及相位调变元件114，相位调变元件邻接基板112并具有反射表面114a。影像装置10产生偏振影像光P1，该偏振影像光被反射表面114a接收。随后，反射表面114a反射部分偏振影像光P1以便产生第一反射偏振影像光P2。偏振影像光P1的其他部分被射入相位调变元件114并由基板112反射，以产生第二反射偏振影像光S2，该反射偏振影像光的偏振方向不同于第一反射偏振影像光P2的偏振方向。
文档编号G02B27/18GK101952776SQ200880127410
公开日2011年1月19日 申请日期2008年2月4日 优先权日2008年2月4日
发明者林俊全, 罗欣祥, 黄万见, 黎育腾 申请人:财团法人工业技术研究院