投影显示装置的制作方法

本发明涉及一种投影显示装置。

背景技术：

一种影像投影机，例如使用于头戴系统的影像投影机，通常包含有一液晶面板、以及一照明装置，其中照明装置发射光线至液晶面板。液晶面板可调整入射光线而产生影像，接着透过投影仪器来传送影像，以便显示给使用者观看。然而，目前市面上的投影机会显示出鬼影，而鬼影会改变显示品质。

有鉴于此，目前需要一种改良的投影装置，以便改善上述的缺失。

技术实现要素：

本发明阐述一种可降低厚度且提供更佳影像品质的投影显示装置。依据一实施例，投影显示装置包含：一光源，可发射一第一光；一反射型的光调变器，该第一光可通过该光调变器进行调变，以形成一呈现影像的第二光；一极化器；以及一导光板，其具有一入射表面、及位于相对侧的第一、第二外侧表面，该第一光为通过该入射表面进入该导光板，该第一光的一部分可通过该第一外侧表面离开该导光板并往该光调变器传递，而该第二光的一部分为通过该第二外侧表面离开该导光板并往该极化器传递；其中，该第二外侧表面包含有复数个凹槽，各凹槽具有一参考轴、一第一侧壁以及一第二侧壁，该参考轴与该第二外侧表面相垂直，该第一侧壁与该第二侧壁分别位于该参考轴的两个相对侧，且该第一侧壁面向该入射表面，该第二侧壁面向该导光板中相对于该第一侧壁的另一侧，该第一侧壁与该参考轴之间定义有一第一角度，该第二侧壁与该参考轴之间定义有一第二角度，该第一角度小于该第二角度。

依据另一实施例，投影显示装置包括：一光源，可发射一第一光；一 反射型的光调变器，该第一光可通过该光调变器进行调变，以形成一呈现影像的第二光；一极化器；以及一导光板，其具有一入射表面、及位于相对侧的第一、第二外侧表面，该第一光为通过该入射表面进入该导光板，该第一光的一部分可通过该第一外侧表面离开该导光板并往该光调变器传递，而该第二光的一部分为通过该第二外侧表面离开该导光板并往该极化器传递；其中，该导光板设有复数个光学元件，各光学元件具有一参考轴、一第一侧壁以及一第二侧壁，该参考轴与该第二外侧表面相垂直，该第一侧壁与该第二侧壁分别位于该参考轴的两个相对侧，且该第一侧壁面向该入射表面，该第二侧壁面向该导光板中相对于该第一侧壁的另一侧，该第一侧壁与该参考轴之间定义有一第一角度，该第二侧壁与该参考轴之间定义有一第二角度，该第一角度小于该第二角度。

附图说明

图1为绘示依据本发明一实施例所提供的投影显示装置的示意图。

图2为绘示投影显示装置的导光板的示意图。

图3为绘示照射光的不同部分在导光板中的传播路径的示意图。

图4为绘示来自光调变器的影像光通过导光板的传播路径的示意图。

图5A为绘示导光板的比较例的示意图。

图5B为绘示导光板的另一比较例的示意图。

图6为绘示依据一实施例在导光板的外侧表面上沿着光传播方向设有变化深度的凹槽的示意图。

图7为绘示依据另一实施例在导光板上沿着光传播方向设有变化周期的凹槽的示意图。

图8为绘示依据一实施例以交错的方式在导光板的外侧表面上分布凹槽的示意图。

图9为绘示依据另一实施例将复数个光学元件埋入导光板中的示意图。

图10为绘示依据另一实施例将复数个突出的光学元件设于导光板的外侧表面上的示意图。

具体实施方式

图1为绘示本发明一实施例所提供的投影显示装置100的示意图。投影显示装置100可包含一光源102、一反射型的光调变器104、一导光板106、一极化器108、以及一用于传递影像光线的光学组件110。投影显示装置100的应用例如包括在头戴系统中提供近眼显示的功能、或在一般影像投影机中将实际的影像投设至大型荧幕。

光源102可放射具有第一极化状态的照射光S，其例如为S-极化光。光源102可包含一发光装置112以及一反射型的极化器114(亦可简称为“反射极化器”)。发光装置112可由一个或多个发光二极体组成，以便发出一种或多种颜色的光线。依据一实施例，发光装置112可放射相同颜色的光，例如白光。依据其它实施例，发光装置112可放射出一种具有颜色快速变化的光，例如颜色的时序变化为红光、绿光、及蓝光等，如此一来可适用于场色序(field sequential color)显示系统。发光装置112所放射的光可为随机极化光，其通过反射型的极化器114转变为S-极化状态的照射光S。

依据一实施例，光调变器104例如为硅基液晶(LCOS)面板，其可包括硅基材118、透明基材120、及夹于硅基材118与透明基材120间的液晶层116。硅基材118可包含一驱动电路、和由复数个与驱动电路相电性连接的像素电极所组成的阵列。依据所接收的影像资料，光调变器104可将入射光反射，并透过主动像素电极调变入射光的极化状态，以便形成影像光I1，其传达所欲呈现的影像。依据一实施例，光调变器104可为微型显示器，其特别适用于头戴装置。

导光板106为平面导光，其可沿平行于光调变器104的平面传递照射光S，且导引照射光S至光调变器104的前侧。导光板106可设于光调变器104与极化器108之间，且可与光调变器104呈相互平行并覆盖其面积。更具体地，导光板106的周围边界可超出光调变器104的前侧显示区域DA的边界。光源102可面对导光板106的侧缘122。藉由上述的配置，导光板106的侧缘122可接收照射光S，接着照射光S将沿着导光板106的平面传播并被导引至光调变器104，且导光板106另还可将光调变器104所反射的影像光I1传送至极化器108。

依据一实施例，导光板106可包含一集光装置124，其设于邻近侧缘122，以利照射光S更容易进入导光板106。集光装置124例如为连接至导光板106的透镜(例如凸透镜、菲涅耳透镜(Fresnel lens)、棱镜片/增亮膜等等)、或与导光板106一体形成的曲面(例如凸面)。依据不同实施例，集光装置124与反射极化器114的位置可对调。

导光板106在相对于侧缘122的另一侧缘126还可设有一反射器128，以防止导光板106在侧缘126发生漏光。依据不同实施例，亦可审省略反射器128，并涂黑侧缘126。

极化器108平行设于导光板106上在相对于光调变器104的一侧。依据一实施例，极化器108可与导光板106相接触。依据其它实施例，极化器108与导光板106之间可留有空隙。对于调变后的影像光I1，极化器108可为反射型的极化器，即极化器108可传送其中具有一极化状态(例如p-极化的部分)的第一部分，并反射其中具有另一极化状态(例如s-极化的部分)的第二部分。依据另一实施例，极化器108可为吸收型的极化器，即极化器108可传送影像光I1中具有一极化状态(例如p-极化的部分)的第一部分，并吸收其中具有另一极化状态(例如s-极化的部分)的第二部分。离开极化器108且传送至光学组件110的部分光线在图中标示为影像光I2。

光学组件110可聚集影像光I，且形成具有均匀照度的投射影像，以便其显示于使用者的眼睛。举例来说，光学组件110可包含投影透镜、视场透镜、分光镜、棱镜、反射元件等等。光学组件110的组成零件可依据投影显示装置的应用而改变，例如，是否实施于头戴系统，或者作为可投影影像至荧幕的投影机。

依据一实施例，投影显示装置100还可包含一聚焦透镜132，其配置于光调变器104与导光板106之间。聚焦透镜132可聚焦于光调变器104上，使物平面定位于光调变器104上。依据其它实施例，亦可省略聚焦透镜132，以便降低投影显示装置100的尺寸，而光学组件110可包含聚焦于光调变器104的平面之透镜。

共同参阅图1，图2为绘示导光板106细部构造的示意图。导光板106可由玻璃或透明树脂(例如丙烯酸树脂、聚碳酸脂、聚酸甲酯(PMMA)、等 等)所制成，尤其低双折射的材质。导光板106的折射率可介于1.47～2.5之间。导光板106具有位于其侧缘122的入射表面140、以及两个位于相对侧并沿着导光板106的平面延伸的外侧表面142、144。两个外侧表面144、142彼此相互平行，且分别与入射表面140的上下边界相连接。外侧表面142可面向光调变器104，且呈平坦。外侧表面144则面向极化器108，且设有由复数个三角形的凹槽146组成的排列。

导光板106的光传播方向X与外侧表面144相互平行并从入射表面140延伸至侧缘126，而凹槽146可介于入射表面140与侧缘12之间沿着光传播方向X分布。各凹槽146的形状为类似V字形，其由两个呈倾斜的侧壁152、154形成，且侧壁152、154在凹槽146的底端156相交接。更具体地，各凹槽146可分别具有一参考轴Y，该参考轴Y与外侧表面144的平面相垂直且通过底端156。两个侧壁152、154呈平坦，且在参考轴Y的两侧分别沿着两个方向Z1、Z2延伸，其中，侧壁152面向入射表面140，侧壁154则面向导光板106中相对于侧壁152的另一侧(即面向侧缘126)。因此，对于各凹槽146而言，沿着光传播方向X，侧壁152相较于侧壁154比较靠近入射表面140。

各凹槽146具有非对称的形状，亦即侧壁152与参考轴Y之间的角度A1(不等于0)不同于侧壁154与参考轴Y之间的角度A2(不等于0)。更具体地，角度A1可介于30度和65度之间，更佳50度和60度之间。角度A2则大于角度A1，且可介于65度和85度之间，更佳70度和80度之间。

此外，各凹槽146中在两个侧壁152、154之间可沿着光传播方向X定义出最大宽度W1，其至少等于0.1微米。况且，沿着光传播方向X在相邻的凹槽146间所定义的凹槽周期P为小于100微米。更佳地，凹槽146的最大宽度W1介于1微米和20微米之间，且凹槽周期P介于1微米和20微米，其中凹槽周期P不会比最大宽度W1来得小。

继续参阅图2，凹槽146的两侧壁152、154上可形成多层涂布膜150，其可包含介电层或金属层。多层涂布膜150例如包含TiO2、Ta2O5、Ti3O5、Al2O3、SiO2,MgO等等。另外，多层涂布膜150中的每一层的厚度可介于5纳米至5000纳米。两个侧壁152、154对于通过导光板106的照射光S 进行反射时，多层涂布膜150可促进极化的选择，且对于自光调变器104传来的影像光I1促进其通过两个侧壁152、154传播。

图3为绘示照射光S中的不同部分R1、R2通过导光板106的传递路径的示意图，图4则绘示部分的影像光I通过导光板106的传递路径的示意图。参阅图4，照射光S的部分R1可通过入射表面140进入导光板106，以一角度在导光板106中传递，经由一个或多个侧壁152反射至外侧表面142，且通过外侧表面142离开导光板106后朝向光调变器104传递。照射光S的另一部分R2可通过入射表面140进入导光板106，以另一角度在导光板106中传递，透过反射器128或侧缘126折反至侧壁154，再经由一个或多个侧壁154反射至外侧表面142，且通过外侧表面142离开导光板106后朝向光调变器104传递。

参阅图4，来自光调变器104的影像光I1可通过外侧表面142进入导光板106，沿导光板106的内部传递，且通过外侧表面144以及凹槽146的两个侧壁152、154离开导光板106后朝向极化器108传递。

藉由非对称形状的凹槽146，可降低漏光的情形，且由光源102与导光板106组成的照射系统可具有更佳的光使用效率及对比率。此外，设有凹槽146的导光板106可避免鬼影的发生。为便验证以上所述的优点与功效，可对于具有不同形状的凹槽的导光板进行试验比较，如图5A、5B所示。图5A为绘示另一导光板10的示意图，其凹槽46的形状不同于上述的凹槽146。凹槽46由两个侧壁52、54界定，并形成于导光板10的外侧表面44。侧壁54与导光板10的外侧表面44相垂直，而侧壁52相对于侧壁54倾斜约50度。图5B为绘示又另一导光板10’的示意图，其在外侧表面44’上形成对称的凹槽46’。凹槽46’由两个相对称的侧壁52’、54’界定，且侧壁52’、54’相对于凹槽46’的垂直轴线分别倾斜约为50度的角度。

经查光学测验的结果显示，相较于图5A、5B所示的导光板10、10’，具有凹槽146的导光板106的光漏现象可降低约10倍或更多。举例而言，实验的结果显示，导光板10的漏光量约3.99x10^-6lm(流明)，导光板10’的漏光量约1.45x10^-5lm。然而，具有非对称凹槽146(角度A1等于约50度，角度和A2等于约75度)的导光板106的漏光量则可降低至约2.73x10^-7 lm。另外，导光板10的平均对比率约165，导光板10’的平均对比率约75。然而，具有非对称凹槽146的导光板106具有更高的平均对比率，其可达到约298。

再者，透过显微镜的观察，因导光板10的侧壁54与外侧表面44相互垂直，以钻石刀切割出凹槽46后，会在侧壁54的边缘上残留凸起部48，此凸起部48会形成产生鬼影的透镜。反之，非对称形状的凹槽146可避免凸起部48的形成，如此防止鬼影的产生。因此，设有凹槽146的导光板106可改善光学效能，即不具鬼影、并具有低漏光及高对比率的优点。

图6至图8为绘示凹槽146沿外侧表面144的不同配置方式的示意图。图6为绘示导光板106的第一配置方式，其中，凹槽146的凹槽深度D为沿着光传播方向X变化。对于每个凹槽146，凹槽深度D可定义为沿着其参考轴Y延伸至底端156的深度。凹槽深度D可沿着光传播方向X从反射器128的侧缘126往入射表面140逐渐降低。举例来说，位于远离入射表面140的凹槽146具有凹槽深度D1，位于靠近入射表面140的凹槽146具有凹槽深度D2，而D1大于D2。更大的凹槽深度D1使得两个侧壁152、154具有较大的面积，以利于光线在导光板106中远离入射表面140的区域能产生反射。

图7为绘示导光板106的第二配置方式。导光板106的凹槽146可排放成阵列，使各凹槽146的长度L平行于横向方向T，其中横向方向T与光传播方向X相垂直。此外，各凹槽146可沿着光传播方向X彼此对齐。在此配置中，凹槽146沿着光传播方向X具有变化的凹槽周期P。更具体地，凹槽周期P可沿着光传播方向X从反射器128的侧缘126朝向入射表面140逐渐增加。举例来说，远离入射表面140的凹槽146具有凹槽周期P1，较靠近入射表面140的凹槽146具有凹槽周期P2，且P1小于P2。较小的间距使凹槽146可局部地具有更高的密度，以利光线在远离入射表面140的区域产生有效的反射以及传播作用。

图8为绘示凹槽146依据交错方式分布于导光板106的外侧表面144的示意图。在此配置中，沿着横向方向T的各列可包含复数个相对齐的凹槽146，且沿着光传播方向X处于相邻位置的凹槽146呈非对齐。

可以理解的是，本发明亦可结合上述凹槽146的各种配置。例如，结合图6与图7的配置，使凹槽深度D沿着光传播方向X从反射器128至入射表面140逐渐变小，且凹槽周期P沿着光传播方向X从反射器128至入射表面140逐渐增大。依据另一实施例的分布，凹槽深度D亦可沿着光传播方向X从反射器128至入射表面140逐渐变小，且/或凹槽周期P沿着光传播方向X从反射器128至入射表面140逐渐变大。

上述的实施例是透过外侧表面144上所形成的凹槽146作为光学元件，以改善导光板的光学特性。然而，本发明不限于此，亦可透过具有类似形状的光学元件并搭配其它的配置方式，以得到凹槽146的相同优点与功效。图9为绘示导光板106中设有复数个光学元件246的实施例的示意图。光学元件246为固态元件，其取代上述的凹槽146。光学元件246为介于两个外侧表面142、144之间埋入于导光板106中，且沿着光传播方向X分布。

各光学元件246具有类似凹槽146的非对称形状，此非对称形状例如为三角形，其包含两个呈倾斜的侧壁252、254，且两个侧壁252、254交会于一顶点256，该顶点256指向外侧表面142。对于各光学元件246而言，侧壁252面向入射表面140，侧壁254则面向导光板106中相对于侧壁252的另一侧(即面向侧缘126)。各光学元件246可具有一参考轴Y，此参考轴Y与外侧表面144相垂直且通过顶点256。侧壁252与参考轴Y间的角度A1可介于30度和65度之间，更佳的范围介于50度和60度之间。侧壁254与参考轴Y间的角度A2大于角度A1，且角度A2可介于65度和85度之间，更佳的范围介于70度和80度之间。另外，各光学元件246沿着光传播方向X可在两个侧壁252、254之间定义出最大宽度W1，其至少等于0.1微米，且光学元件246沿着光传播方向X的周期P(即介于两个相邻的光学元件246间的距离)小于100微米。更佳地，各光学元件246的最大宽度W1可介于1微米和20微米，周期P则介于1微米和20微米之间。

如同上述的凹槽146，光学元件246之间的周期P在朝向导光板106的入射表面140之方向逐渐递增，且/或光学元件246的厚度TH在朝向入射表面140的方向逐渐递减。对于每个光学元件246，厚度TH为沿着参考 轴Y上介于光学元件246的顶点256与其相对侧缘之间的距离。另外，光学元件246亦可根据图7与图8所示的任何平面配置排放。

图10为绘示导光板106中设有复数个突出的光学元件346取代上述的凹槽146的另一实施例的示意图。光学元件346呈三角形的固态元件，其为导光板106的材质，且从外侧表面144向外突出。对于各光学元件346而言，参考轴Y可通过其顶点356，侧壁352面向入射表面140，侧壁354则面向导光板106中相对于侧壁352的另一侧(即面向侧缘126)。如同上述，各光学元件346具有非对称的形状，亦即侧壁352与参考轴Y之间的角度A1(不等于0)不同于侧壁354与参考轴Y之间的角度A2(不等于0)。更具体地，角度A1可介于30度和65度之间，更佳50度和60度之间。角度A2则大于角度A1，且可介于65度和85度之间，更佳70度和80度之间。

另外，各光学元件346在两个侧壁352、354之间可定义出最大宽度W1，其至少等于0.1微米，且光学元件346的周期P(即介于两个相邻的光学元件246间的距离)小于100微米。更佳地，各光学元件346的最大宽度W1可介于1微米和20微米之间，周期P则介于1微米和20微米之间。

如同上述，光学元件346之间的周期P还可在朝向导光板106的入射表面140之方向逐渐递增，且/或光学元件346的厚度TH’在朝向入射表面140的方向逐渐递减。对于每个光学元件346，厚度TH’为沿着参考轴Y上介于光学元件346的顶点356与外侧表面144的平面之间的距离。另外，光学元件346亦可根据图7与图8所示的任何平面配置排放。值得一提，各光学元件346上还可设有如同上述的多层涂布膜150。

照射光S的部分R1可通过入射表面140进入导光板106，以一角度在导光板106中传递，经由一个或多个侧壁352反射至外侧表面142，且通过外侧表面142离开导光板106后朝向光调变器104传递。照射光S的另一部分R2可通过入射表面140进入导光板106，以另一角度在导光板106中传递，透过反射器128反射至侧壁354，再经由一个或多个侧壁354反射至外侧表面142，且通过外侧表面142离开导光板106后朝向光调变器104传递。况且，来自光调变器104的影像光I1可通过外侧表面142进入导光 板106，沿导光板106的内部传递，且通过外侧表面144以及光学元件346的侧壁352、354离开导光板106后朝向极化器108传递。

本发明所述的投影显示装置，至少包含以下优点：通过导光板将光线照射至调变器的前方，以利于降低投影显示装置的厚度。此外，导光板可包含凹槽或光学元件，其可以消除鬼影并改善显示亮度及对比率。

以上叙述依据本发明多个不同实施例，其中各项特征可以单一或不同结合方式实施。因此，本发明实施方式的揭露为阐明本发明原则的具体实施例，应不拘限本发明于所揭示的实施例。进一步言之，先前叙述及其附图仅为本发明示范之用，并不受其限囿。其他元件的变化或组合皆可能，且不悖于本发明的精神与范围。

【附图标记列表】

100 投影显示装置

102 光源

104 光调变器

10,10’,106 导光板

108 极化器

110 光学组件

112 发光装置

114 极化器

116 液晶层

118 硅基材

120 透明基材

124 集光装置

122,126 侧缘

128 反射器

132 聚焦透镜

140 入射表面

44,142,144 外侧表面

46,46’,146 凹槽

150 多层涂布膜

52,52’,54,54’,152,154 侧壁

156 底端

48 凸起部

246、346 光学元件

252,254、352、354 侧壁

256、356 顶点

I1,I2 影像光

S 照射光

DA 前侧显示区域

Y 参考轴

A1、A2 角度

TH,TH’ 厚度