背投顯示裝置的製作方法
2023-06-06 23:08:06
專利名稱：背投顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種背投顯示裝置(Rear Projection Apparatus)，且特別涉及一種利用反射式的菲涅爾反射鏡片(Fresnel mirror)的背投顯示裝置。
背景技術：
由於光學技術的快速發展，許多顯示裝置已經被開發出來並應用到日常生活中。其中，背投顯示裝置具有大尺寸顯示以及高對比度等優點，因此其被視為顯示器中的重要發展趨勢。一般而言，背投顯示裝置是觀察者與投影機分別位於屏幕的兩側，觀察者通過投影機從屏幕上透射出來的投影光線而觀看圖像。
圖1為公知的背投顯示裝置的結構示意圖。請參照圖1，公知的背投顯示裝置100包括光學引擎110、投影鏡頭120、反射鏡130以及屏幕140。其中，光學引擎110包括光源112以及顯示元件114。光源112會發出光束150，且在光源112的前方設置透鏡112a以匯聚光束150。顯示元件114位於光束150的傳遞路徑上，此光束150通過顯示元件114的作用而形成圖像光束160。投影鏡頭120位於顯示元件114之後的圖像光束160的傳遞路徑上。反射鏡130位於投影鏡頭120之後的圖像光束160的傳遞路徑上，且圖像光束160通過反射鏡130的反射而到達屏幕140。此屏幕140位於反射鏡130之後的圖像光束160的傳遞路徑上，此圖像光束160投影在屏幕140上而形成圖像。
公知的屏幕140結構中具有菲涅爾透鏡142(Fresnel lens)，且此菲涅爾透鏡142為穿透式透鏡系統。也就是說，圖像光束160會入射到菲涅爾透鏡142內進行折射而調整其行進方向後，再於屏幕140上形成圖像。圖2為菲涅爾透鏡的局部放大示意圖。請參照圖2，菲涅爾透鏡142具有多個凹槽角142a。圖像光束160會自凹槽角142a進入菲涅爾透鏡142中，並在菲涅爾透鏡142中進行折射而改變其行進方向。一般而言，凹槽角142a之間會有螺距142b(pitch)，利用螺距142b的調整而可以改變圖像光束160的行進方向，而使得圖像光束160更加平行化。
由於圖像光束160是通過折射的方式行進，所以圖像光束160會受到菲涅爾透鏡142的臨界角(critical angle)的限制。當圖像光束160的入射角太大時，會使得圖像光束160無法在菲涅爾透鏡142中產生折射，所以圖像光束160將無法形成平行光。因此，屏幕140的功效便無法發揮。另外，若要使折射順利進行，則必須使菲涅爾透鏡142具有一定的厚度d，且需同時考慮其它光學元件的空間位置的設置。
更詳細而言，為了使背投顯示裝置100的厚度縮減，而調整其它光學元件設置的作法，將產生下述的問題。圖3為公知背投顯示裝置中的圖像光束的行進示意圖。請參照圖3，如圖3中所示的A位置為圖像光束160所預定到達的位置，一般而言，欲使背投顯示裝置100的厚度減小時，反射鏡130會相對移動到反射鏡130』的位置，因此，根據光學的反射定律，此時圖像光束160將反射到B位置，而未能到達所預定的A位置。所以，背投顯示裝置100將面臨著無法使圖像光束160的反射角增大到所需要的反射角的問題。
承上述，公知的做法會將反射鏡130傾斜一定角度θp，而使得圖像光束160得到所需要的反射角。圖4為傾斜反射鏡的示意圖。請同時參照圖3與圖4，當知道所需要的出射角θ2，則可利用θp＝90-0.5(θ2-θ1)公式，調整傾斜反射鏡130的角度θp，其中θ1為圖像光束160的入射角。因此，如圖3中反射到B位置的圖像光束160b，即可通過傾斜的反射鏡130的作用，而形成到達A位置的圖像光束160a。但是，此傾斜反射鏡130的做法，將會使得反射鏡130所佔用的空間增大，所以，如背投顯示裝置100也無法因此而做得更薄。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種背投顯示裝置，其可以更容易地改變圖像光束的行進方向，並進而降低背投顯示裝置的厚度。
基於上述目的或其它目的，本發明提出一種背投顯示裝置，包括光學引擎、投影鏡頭、菲涅爾反射鏡片以及屏幕。其中，光學引擎包括光源以及顯示元件。光源發出光束。而顯示元件位於光束的傳遞路徑上，此光束通過顯示元件的作用而形成圖像光束。投影鏡頭位於顯示元件之後的圖像光束的傳遞路徑上。菲涅爾反射鏡片(Fresnel mirror)位於投影鏡頭之後的圖像光束的傳遞路徑上，且圖像光束通過菲涅爾鏡片的反射而平行化。屏幕位於菲涅爾反射鏡片之後的圖像光束的傳遞路徑上，此圖像光束投影在屏幕上而形成圖像。
在本發明之一較佳實施例中，上述菲涅爾反射鏡片的表面例如包括多個凸起，這些凸起用以控制圖像光束的反射角。這些凸起的型態包括顆粒或塊狀體，其中顆粒的形狀例如是球型或是橢圓形。而塊狀體的形狀例如是方形、拋物面形或雙曲面形。
在本發明之一較佳實施例中，上述菲涅爾反射鏡片的表面例如包括多個凹洞，這些凹洞用以控制圖像光束的反射角，其中，凹洞的形狀例如是球型或非球型。
在本發明之一較佳實施例中，上述光源例如是超高壓汞燈泡(UltraHigh Pressure，UHP)。
在本發明之一較佳實施例中，上述顯示元件例如是數字微鏡裝置(Digital Micro-mirror Device，DMD)或單晶矽液晶顯示面板(LiquidCrystal On Silicon，LCOS)。
在本發明之一較佳實施例中，上述背投顯示裝置例如還包括擴散鏡片，設置在屏幕上。
本發明因採用反射式的菲涅爾反射鏡片，所以可以更容易地調整圖像光束的行進方向，使圖像光束更容易地達到所需要的反射角。此外，還可以利用在菲涅爾反射鏡片上設置的凸起或凹洞，進而將圖像光束更加地平行化，而不需要調整反射鏡的傾斜角度，因此，本發明之背投顯示裝置將可以做得更薄。
為讓本發明之上述和其它目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。
圖1為公知的背投顯示裝置的結構示意圖。
圖2為菲涅爾透鏡的局部放大示意圖。
圖3為公知背投顯示裝置中的圖像光束的行進示意圖。
圖4為傾斜反射鏡的示意圖。
圖5為本發明之較佳實施例中一種背投顯示裝置的結構示意圖。
圖6A到圖6E為本發明較佳實施例中的凸起的型態的示意圖。
圖7為本發明背投顯示裝置中的圖像光束的行進示意圖。
圖8為本發明另一較佳實施例的背投顯示裝置的結構示意圖。
圖9A到圖9C為本發明之較佳實施例中的凹洞的型態的示意圖。
主要元件標記說明100、200、202背投顯示裝置110、210光學引擎112、212光源112a、212a透鏡114、214顯示元件120、220投影鏡頭130、130』反射鏡140、240屏幕142菲涅爾透鏡142a凹槽角142b螺距
150、250光束160、160a、160b、260圖像光束230菲涅爾反射鏡片232凸起232a球型顆粒232b橢圓形顆粒232c方形塊狀體232d拋物面形塊狀體232e雙曲面形塊狀體234凹洞234a圓形凹洞234b橢圓形凹洞234c拋物面形凹洞242擴散鏡片A、B、C位置θ1入射角θ2出射角θp傾斜角度具體實施方式
圖5為本發明之較佳實施例中一種背投顯示裝置的結構示意圖。請參照圖5，此背投顯示裝置200包括光學引擎210、投影鏡頭220、菲涅爾反射鏡片230以及屏幕240。其中，光學引擎210包括光源212以及顯示元件214。光源212發出光束250。顯示元件214位於光束250的傳遞路徑上，此光束250通過顯示元件214的作用而形成圖像光束260。投影鏡頭220位於顯示元件214之後的圖像光束260的傳遞路徑上。菲涅爾反射鏡片230位於投影鏡頭220之後的圖像光束260的傳遞路徑上，且圖像光束260通過菲涅爾鏡片230的反射而平行化。屏幕240位於菲涅爾反射鏡片230之後的圖像光束260的傳遞路徑上，圖像光束260投影在屏幕240上而形成圖像。
請參照圖5，在本發明之一較佳實施例中，光源212例如是超高壓汞燈泡，用以提供光亮度(luminance)較高的光束250，且在光源212的前方可再設置透鏡212a，以使光束250更為集中。另外，顯示元件214使光束250帶有圖像信息而形成圖像光束260。在一實施例中，顯示元件214例如是數字微鏡裝置或單晶矽液晶顯示面板。而背投裝置200例如還包括擴散鏡片242，其設置在屏幕240上，通過擴散鏡片242的作用使得入射屏幕240中的圖像光束260能夠形成更均勻的圖像。
值得注意的是，本發明之背投顯示裝置200具有菲涅爾反射鏡片230，跟如圖2所示的公知屏幕140中所利用的折射式菲涅爾透鏡142相比，本發明利用反射圖像光束260的方式來改變圖像光束260的行進方向，而使圖像光束260入射到屏幕240中。所以，本發明之背投顯示裝置200將不會像公知中的折射系統一樣受到臨界角的限制。請繼續參照圖5，在本發明之一較佳實施例中，菲涅爾反射鏡片230的表面例如包括多個凸起232，這些凸起232用以控制圖像光束260的反射角，值得注意的是，凸起232的設置會滿足θp＝90-0.5(θ2-θ1)的關係式，其中，θ1為圖像光束260的入射角，θ2為圖像光束的出射角，且θp為凸起232的傾斜角度。
圖6A到圖6E為本發明較佳實施例中之凸起的型態的示意圖。請同時參照圖6A到圖6E，這些凸起232的型態包括顆粒或塊狀體，其中顆粒的形狀例如是球型或橢圓形。更詳細地說，可形成如圖6A所示的球型顆粒232a，或是如圖6B所示的橢圓形顆粒232b。此外，根據所需的屏幕240大小而可以調整球型顆粒232a的大小與曲率，進而使圖像光束260達到更加平行化的效果。
此外，凸起232也可以是塊狀體，此塊狀體的形狀例如是方形、拋物面形或雙曲面形。更詳細地說，可形成如圖6C所示的方形塊狀體232c，或是如圖6D所示的拋物面形塊狀體232d，或是如圖6E所示的雙曲面形塊狀體232e。上述非球型的結構可有效地反射圖像光束260，進而使圖像光束260更加平行化地入射到屏幕240中。
圖7為本發明背投顯示裝置中的圖像光束的行進示意圖。請參照圖7，如圖7中所示的C位置為圖像光束260所預定到達的位置，原本使用公知的反射鏡130時，需要使背投顯示裝置具有一定的厚度，才能使圖像光束260反射到C位置。但是，當使用本發明之菲涅爾反射鏡片230時，不但背投顯示裝置200的厚度可以減小，從投影鏡頭所出射圖像光束260，也可以到達所預定的C位置，因此，菲涅爾反射鏡片230可以使圖像光束260的反射角變大，而使得本發明之背投顯示裝置200具有較小的厚度。
圖8為本發明另一較佳實施例之背投顯示裝置的結構示意圖。請參照圖8，如圖8所示的背投顯示裝置202與圖5所示的背投顯示裝置200相類似，其相同或類似的結構標記以同樣的標號。值得注意的是，如圖8所示的菲涅爾反射鏡片230上是設置多個凹洞234，這些凹洞234用以控制圖像光束260的反射角而使其更加平行化。在一較佳實施例中，凹洞234的形狀例如是圓形、橢圓形或拋物面形。
圖9A到圖9C為本發明之較佳實施例中的凹洞的型態的示意圖。請同時參照圖9A到圖9C，凹洞234可形成不同的形狀，更詳細地說，可形成如圖9A所示的圓形凹洞234a，或是如圖9B所示的橢圓形凹洞234b，或是如圖9C所示的拋物面形凹洞234c。利用上述虛擬球型或非球型的凹洞234可以有效地捕捉圖像光束260，而使得圖像光束260更加地平行化地入射到屏幕240當中。值得注意的是，凹洞234的設置會滿足θp＝90-0.5(θ2-θ1)的關係式，其中，θ1為圖像光束260的入射角，θ2為圖像光束的出射角，且θp為凹洞234的傾斜角度。如此一來，菲涅爾反射鏡片230可以使圖像光束260的反射角變大，而使得背投顯示裝置202具有較小的厚度。
綜上所述，本發明之背投顯示裝置具有下列優點(1)本發明利用反射式的菲涅爾反射鏡片，所以將可以更容易地調整圖像光束的行進方向，使圖像光束更容易地達到所需要的反射角。
(2)利用在菲涅爾反射鏡片上設置的凸起或凹洞，可以將圖像光束更加地平行化地入射到屏幕當中。
(3)由於不受到折射系統中的臨界角的限制，且可通過凸起或凹洞而容易地調整圖像光束的行進方向，所以本發明之背投顯示裝置將可以做得更薄。
雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與改進，因此本發明之保護範圍當視權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種背投顯示裝置，其特徵是包括光學引擎，包括光源，發出光束；顯示元件，位於該光束的傳遞路徑上，該光束通過該顯示元件的作用而形成圖像光束；投影鏡頭，位於該顯示元件之後的該圖像光束的傳遞路徑上；菲涅爾反射鏡片(Fresnel mirror)，位於該光學引擎之後的該圖像光束的傳遞路徑上，且該圖像光束通過該菲涅爾鏡片的反射而平行化；以及屏幕，位於該菲涅爾反射鏡片之後的該圖像光束的傳遞路徑上，該圖像光束投影在該屏幕上而形成圖像。
2.根據權利要求1所述的背投顯示裝置，其特徵是該菲涅爾反射鏡片的表面包括多個凸起，上述這些凸起用以控制該圖像光束的反射角。
3.根據權利要求2所述的背投顯示裝置，其特徵是上述這些凸起的型態包括顆粒或塊狀體。
4.根據權利要求3所述的背投顯示裝置，其特徵是上述這些顆粒的形狀包括球型以及橢圓形。
5.根據權利要求3所述的背投顯示裝置，其特徵是上述這些塊狀體的形狀包括方形、拋物面形或雙曲面形。
6.根據權利要求1所述的背投顯示裝置，其特徵是該菲涅爾反射鏡片的表面包括多個凹洞，上述這些凹洞用以控制該圖像光束的反射角。
7.根據權利要求6所述的背投顯示裝置，其特徵是上述這些凹洞的形狀包括球型以及非球型。
8.根據權利要求1所述的背投顯示裝置，其特徵是該光源包括超高壓汞燈泡。
9.根據權利要求1所述的背投顯示裝置，其特徵是該顯示元件包括數字微鏡裝置或單晶矽液晶顯示面板。
10.根據權利要求1所述的背投顯示裝置，其特徵是還包括擴散鏡片，設置在該屏幕上。
全文摘要
一種背投顯示裝置，其包括光學引擎、投影鏡頭、菲涅爾反射鏡片以及屏幕。其中，光學引擎包括光源以及顯示元件。光源發出光束，而顯示元件位於光束的傳遞路徑上。此光束通過顯示元件的作用而形成圖像光束。投影鏡頭位於顯示元件之後的圖像光束的傳遞路徑上。菲涅爾反射鏡片位於投影鏡頭之後的圖像光束的傳遞路徑上，且圖像光束通過菲涅爾鏡片的反射而平行化。屏幕位於菲涅爾反射鏡片之後的圖像光束的傳遞路徑上，此圖像光束投影在屏幕上而形成圖像。通過反射式的菲涅爾反射鏡片，而可以更容易地控制圖像光束的行進方向。
文檔編號G02B27/18GK1932582SQ20051010268
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月13日 優先權日2005年9月13日
發明者陳志隆, 張燃宏, 鄭伊凱, 周明德 申請人:中華映管股份有限公司