專利名稱：高集光效率的集光組件及包括此組件的顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種高集光效率的集光組件及包括此組件的顯示裝置。
顯示裝置是用來調(diào)變處理一光源光束，所述顯示器是由相當(dāng)多的單元組件所構(gòu)成，使得光源光束通過一連串的濾光、積分、分光、調(diào)變、合光等步驟后，再投射在顯示面上成像，以供觀視。
如
圖1所示，一種以往的光學(xué)顯示系統(tǒng)1包括有一橢圓形反射鏡11、一位于所述反射鏡11的一第一焦點上的光源12、一對應(yīng)位于所述弧形反射鏡11將所述光源12發(fā)出的光線反射后集中照射的一第二焦點上的積分器13、一位于所述積分器13射出光線的光程上的第一聚光透鏡14、一用來改變光線偏振方向的偏極光轉(zhuǎn)換器(P/S converter)15、一將經(jīng)過所述偏極光轉(zhuǎn)換器15的光線會聚射出的第二聚光透鏡16，及一供所述第二聚光透鏡16聚集射出的光線投影成像的液晶面板17。所述積分器13可為一柱狀積分器(Rod Integrator)，能將光線均勻射出。所述偏極光轉(zhuǎn)換器15可將光線中P偏振方向(或S偏振方向)的極化光，轉(zhuǎn)換成S偏振方向(或P偏振方向)的極化光。
上述以往的光學(xué)顯示系統(tǒng)1是將所述光源12光束處理投射到所述液晶面板17上，且因所述光源12光束于特定方向上具有一定的發(fā)光角度及發(fā)光面積，所以投射到所述液晶面板17上的光照范圍一定，因此，在達(dá)到影像所需的亮度下，所述液晶面板17具有一定大的面積，但是在現(xiàn)今產(chǎn)品講求輕、薄、短、小的趨勢下，所述液晶面板17被應(yīng)用在各種不同的產(chǎn)品上，所述液晶面板17的面積也被要求縮小尺寸。而本發(fā)明人為了設(shè)計出可縮小液晶面板17尺寸的顯示器，提升顯示器的顯影品質(zhì)及精致效能，所以極思窮究其顯示器的根源一「光源光束」，務(wù)求達(dá)到最佳的影像畫質(zhì)。
本發(fā)明的目的在于提供一種高集光效率的集光組件及包括此組件的顯示裝置，能縮小光線投射到所述液晶面板上的光照范圍，以精簡縮小液晶面板，并能有效地提升光效率。
根據(jù)本發(fā)明一方面的高集光效率的集光組件，其特點是，它包括一反射器、一光源及一集光器；所述反射器為一朝前開口的弧曲面鏡，它沿著一中心軸線弧曲圍繞并具有一圈圍繞所述中心軸線并界定所述開口的周緣、一位于所述中心軸線上的焦點，及一面朝所述焦點的反射面；所述光源位于所述反射器的一焦點處；及所述集光器位于所述反射器的一開口側(cè)緣，它是一裝設(shè)在所述反射器的周緣朝向所述中心軸線方向延伸的面鏡，并屏蔽所述開口的一部份面積和具有一面向所述反射面的反射集光面，可將所述光源發(fā)出的對應(yīng)光線反射通過所述焦點，再經(jīng)反射面反射出開口未被屏蔽的部份外。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的包括所述高集光效率的集光組件的顯示裝置，其特點是，包括有一集光組件、一處理單元及一液晶面板；所述處理單元裝設(shè)在所述集光組件發(fā)出光束的光路上，具有一相對位于所述光束光路上的積分器、一接收來自所述積分器的均勻化光線的偏極化分光棱鏡，及一位于通過所述偏極化分光棱鏡射出光線的光程上且將光線會聚射出的聚光透鏡組；所述液晶面板供處理單元聚集射出的光線配合投影成像。
采用本發(fā)明的上述集光組件和顯示裝置，是分別利用所述集光器將投射出光線的反射器開口的部份面積屏蔽，使部份光線受所述集光器的反射，而由所述反射器開口未屏蔽的部份射出，以縮小所述反射器的發(fā)光面積，使投射到液晶面板上的光照范圍變小，而能相對配合制出尺寸較為薄小的產(chǎn)品，且所述等光線并能集中投射而出，所以能在有效利用絕大部份光能的情況下，加強(qiáng)照射在液晶面板上的亮度，可進(jìn)而提升顯示器的顯影品質(zhì)及精致效能。
為更清楚理解本發(fā)明的目的、特點和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明圖1是以往的光學(xué)顯示系統(tǒng)的使用示意圖；圖2是本發(fā)明顯示裝置的第一較佳實施例的使用示意圖；圖3是本發(fā)明的顯示裝置的一第二較佳實施例的使用示意圖；圖4是本發(fā)明的顯示裝置的一第三較佳實施例的使用示意圖；圖5是本發(fā)明的顯示裝置的一第四較佳實施例的使用示意圖；圖6是本發(fā)明高集光效率的集光組件的一第五較佳實施例的使用示意圖，說明一第三集光組件；圖7是一第六較佳實施例的使用示意圖，說明一第四集光組件；圖8是一第七較佳實施例的使用示意圖，說明一第五集光組件；圖9是一第八較佳實施例的使用示意圖，說明一第六集光組件。
為了方便說明，以下的實施例，相同的組件以相同的標(biāo)號表示。
如圖2所示為本發(fā)明的高集光效率的集光組件及包括此組件的顯示裝置的第一較佳實施例，所述顯示裝置包括有一第一集光組件2、一第一處理單元3，及一液晶面板4。
所述第一集光組件2具有一朝前開口的弧面殼罩狀的反射器21、一位于所述反射器21中的光源22，及一位于所述反射器21的一側(cè)緣沿開口的方向徑向延伸的集光器23。所述反射器21是沿著一中心軸線弧曲圍繞具有的預(yù)定弧曲面積的拋物面鏡(Parabolicl reflector)，所述面鏡可界定出一具有一圓形開口的集光空間211，所述反射器21具有一圈圍繞所述中心軸線并界定所述開口的周緣212、一位于所述集光空間211內(nèi)的焦點213，及一面向所述焦點213且框圍所述集光空間211的反射面214。若將一光源放置于所述焦點213，則所述光源發(fā)出的光線經(jīng)所述反射面214反射后，理論上會產(chǎn)生一完全平行的光束，相反的，若一平行光束照射在所述反射面214上，則光線會被反射會聚通過所述焦點213。所述光源22裝設(shè)在所述反射器21的焦點213處，可輻射出光線，而面向所述反射面214的光線將照射在所述反射面214上，并經(jīng)所述反射面214被平行反射出所述反射器21的開口外。所述集光器23為一垂直于所述中心軸線的直立的半圓形平面鏡(mirror)，是配合裝設(shè)在所述反射器21周緣212的一側(cè)朝向所述開口的方向，在本實施例圖中，所述集光器23是沿著所述周緣212裝設(shè)在所述反射器21開口的一下半部份，具有一面向所述集光空間211的反射集光面231，可將所述光源22發(fā)出的位于一下半部份的平行光線，再平行反射到位于所述反射面214的一下半部份處，通過所述焦點213經(jīng)位于一上半部份的反射面214反射，由所述開口的一上半部份平行投射出所述反射器21。當(dāng)然，在設(shè)計上所述集光器23也可裝設(shè)在所述開口的上半部份、左半部份、或右半部份，或其它方位的一半部份位置處。
所述第一處理單元3是裝設(shè)在所述第一集光組件2發(fā)出光束的光路上，具有二相對位于所述光束光路上的數(shù)組積分器(Integrator Lens)31、32、一接收來自所述積分器31、32的均勻化光線的偏極光轉(zhuǎn)換器(P/S converter)33、一位于通過所述偏極光轉(zhuǎn)換器33射出光線的光程上的第一聚光透鏡34，及一接收并將來自所述第一聚光透鏡34的光線會聚射出的第二聚光透鏡35。所述二數(shù)組積分器31可將光分布均勻化并轉(zhuǎn)換成配合液晶面板的長方形，于使用時鄰近所述第一集光組件2的第一數(shù)組積分器31可將光束分成數(shù)個區(qū)塊，并將光源成像在第二數(shù)組積分器32上，所述第二數(shù)組積分器32再將第一數(shù)組積分器31所處的位置，全部疊加以達(dá)均勻化。所述偏極光轉(zhuǎn)換器(P/S converter)33可將光線中P偏振方向(或S偏振方向)的極化光，轉(zhuǎn)換成S偏振方向(或P偏振方向)的極化光。
所述液晶面板4是供第二聚光透鏡35聚集射出的光線投影成像。
于使用時，如圖中的箭頭所示，所述光源22發(fā)射出的光線經(jīng)所述反射器21的反射，朝所述開口的方向水平射出，此時，所述朝向開口上半部份的光線是直接水平射出，而所述朝向開口下半部份的光線則水平射至所述集光器23，并經(jīng)所述集光器23的反射，而循原光路平行反射到位于所述反射面214的下半部份位置，再反射通過所述焦點213照射在所述反射面214的上半部份，由所述反射面214的上半部份反射，向所述開口的上半部份平行射出，使所述光源發(fā)出的光線集中由所述開口的上半部份射出。所述第一集光組件2射出的光線送達(dá)所述處理單元3，經(jīng)過所述數(shù)組積分器31、32、偏極光轉(zhuǎn)換器、第一聚光透鏡34，及第二聚光透鏡35等構(gòu)件的處理，可聚集射出投射在所述液晶面板4上。
如圖3所示，本發(fā)明的顯示裝置的第二較佳實施例包括一第二集光組件5、一第二處理單元3’，及一液晶面板4。本實施例與所述第一實施例不同處在于所述第二集光組件5的構(gòu)造不同，且所述第二處理單元3’為了搭配所述第二集光組件5的接收處理，而增設(shè)有一前聚光透鏡。
所述第二集光組件5具有一朝前開口的反射器51、一位于所述反射器51中的光源52，及一位于所述反射器51的一側(cè)緣沿開口的方向徑向延伸的集光器53。所述反射器51是沿著一中心軸線弧曲圍繞具有的預(yù)定弧曲面積的橢球面鏡(Ellipsoidal reflector)，所述面鏡可圍構(gòu)出一具有一圓形開口的集光空間511，所述反射器51具有一圈圍繞所述中心軸線并界定所述開口的周緣512、一位于所述集光空間511內(nèi)的第一焦點513、一沿著所述中心軸線位于所述集光空間511外的第二焦點514，及一面向所述第一焦點513且框圍所述集光空間511的反射面515，若將一光源放置于所述第一焦點513，則所述光源發(fā)出的光線經(jīng)所述反射面515反射后，將會聚合通過第二焦點514。所述光源52裝設(shè)在所述反射器51的第一焦點513處，可輻射出光線，而面向所述反射面515的光線將照射在所述反射面515上，并被所述反射面515反射至所述第二焦點514處。所述集光器53為一垂直于所述中心軸線的直立的半圓形球面鏡(Spherical reflector)，是配合裝設(shè)在所述反射器51周緣512的一側(cè)朝向所述開口的方向，面鏡的一弧曲開口對應(yīng)面向所述第二焦點514處，且面鏡的球心恰位于第二焦點514，在本實施例圖中，所述集光器53是沿著所述周緣512裝設(shè)在所述反射器51開口的一下半部份，具有一面向所述集光空間511的反射集光面531，可將所述光源52發(fā)出的位于一下半部份預(yù)定通過所述第二焦點514的光線，循原光路反射到所述反射面515，并通過所述第一焦點513再直接經(jīng)一位于上半部份的反射面515反射，由所述開口的一上半部份投射出所述反射器51。當(dāng)然，在設(shè)計上所述集光器53也可裝設(shè)在所述開口的上半部份、左半部份、或右半部份，或其它方位的一半部份位置處。
所述第二處理單元3’是裝設(shè)在所述第二集光組件5發(fā)出光束的光路上，具有一位于所述第二焦點514的后方的前聚光透鏡31’，可將所述第二集光組件5發(fā)出會聚的光線轉(zhuǎn)換成平行光線射出，所述第二處理單元3’更同樣具有二數(shù)組積分器32’、33’、一偏極光轉(zhuǎn)換器34’、一第一聚光透鏡35’，及一第二聚光透鏡36’。
參閱圖4，本發(fā)明的顯示裝置的第三較佳實施例包括有一第二集光組件5、一第三處理單元6，及一液晶面板4。本實施例與第二實施例不同的處在于所述第三處理單元6的構(gòu)造。所述第三處理單元6具有一能將光線均勻射出的柱狀積分器61、一位于所述柱狀積分器61發(fā)出光線的光路上的第一聚光透鏡62、一接收通過所述第一聚光透鏡62的光線的第二聚光透鏡63、一用來所述第二聚光透鏡63投射光線的偏振方向的偏極光轉(zhuǎn)換器64，及一位于通過所述偏極光轉(zhuǎn)換器64射出光線的光程上的第三聚光透鏡65。所述柱狀積分器(RodIntegrator)61，為一柱狀玻璃積分器(Glass Rod Integrator)或內(nèi)側(cè)鍍有反射膜的柱狀空心(hollow pipe)積分器，具有一入射面651及出射面652，所述入射面651位于所述第二集光組件5的一橢圓反射鏡51的第二焦點514處，所有會聚進(jìn)入所述入射面651的光線皆會由所述出射面652射出，且因入射光線角度的分布，在柱狀玻璃中會產(chǎn)生不同次數(shù)的全反射，再經(jīng)過柱狀玻璃各面的反射，會產(chǎn)生如萬花筒般均勻散射的虛光數(shù)組，以由出射面652射出均勻的光線。
如圖5所示，本發(fā)明的顯示裝置的第四較佳實施例是包括有一第一集光組件2、一第四處理單元6’，及一液晶面板4。本實施例與第一實施例不同處在于所述第四處理單元6’的構(gòu)造不同，所述第四處理單元6’的構(gòu)造與第三處理單元6雷同，但在所述第三處理單元6前增設(shè)有一前聚光透鏡。所述第四處理單元6’具有一將平行發(fā)出的光線轉(zhuǎn)換成會聚通過一焦點處的前聚光透鏡61’、一位于所述焦點處的柱狀積分器62’、一第一聚光透鏡63’、一第二聚光透鏡64’、一偏極光轉(zhuǎn)換器65’，及一第三聚光透鏡66’。
如圖6所示，本發(fā)明的第五較佳實施例，本實施例與上述第一、第四實施例的構(gòu)造大致相同，只是本實施例所述顯示裝置的一第三集光組件7不同，所述第三集光組件7具有一為朝前開口的拋物面鏡的反射器71、一位于所述反射器71的一焦點處的光源72，及一位于所述反射器71的開口一側(cè)緣朝一中心軸線的方向徑向延伸的集光器73。所述集光器73為一垂直圍繞于所述中心軸線中空環(huán)狀平面鏡(mirror)，是配合裝設(shè)在所述反射器71的一周緣，框遮于所述反射器71的開口一周緣部份的預(yù)定圈形面積，具有一面向所述反射器71的集光面731。于使用時，可將所述光源72發(fā)出的位于周圍部份的平行光線，再循原光路反射并通過焦點，再經(jīng)所述反射器71反射，而由所述開口的一中央部份平行投射出所述反射器71。
如圖7所示，本發(fā)明的第六較佳實施例，本實施例與上述第二、第三實施例的構(gòu)造大致相同，惟本實施例所述顯示裝置的一第四集光組件8不同，所述第四集光組件8具有一朝前開口的橢球面鏡的反射器81、一位于所述反射器81的一第一焦點的光源82，及一位于所述反射器81的開口一側(cè)緣朝一中心軸線的方向徑向延伸的集光器83。所述集光器83為一垂直圍繞于所述中心軸線中空環(huán)狀的球面鏡，所述面鏡的一開口是朝向所述反射器81的一第二焦點，且面鏡的球心恰與所述第二焦點重合，所述集光器83是配合裝設(shè)在所述反射器81的一周緣，框遮于所述反射器81的開口一周緣部份的預(yù)定圈形面積，具有一面向所述反射器81的集光面831。于使用時，可將所述光源82發(fā)出的位于周圍部份的光線，沿著連接第二焦點的方向被反射至反射器81，并通過焦點再經(jīng)所述反射器81反射，而由所述開口的一中央部份投射出所述反射器81。
如圖8所示，本發(fā)明的第七較佳實施例，本實施例與上述第一、第四實施例的構(gòu)造大致相同，惟本實施例所述顯示裝置的一第五集光組件91不同，所述第五集光組件91具有一為一開口朝前的拋物面鏡的反射器911、一位于所述反射器911的一焦點處的光源912，及一遮擋所述反射器911的開口一半側(cè)面積的集光器913。所述集光器913為一開口朝向所述反射器911且一焦點恰重合于所述反射器911的焦點的半拋物面鏡。于使用時，所述光源912發(fā)出經(jīng)反射器911反射的平行光線投射在所述集光器913上，經(jīng)所述集光器913反射通過焦點，再經(jīng)所述反射器911反射由所述開口未被遮擋的上部份平行投射出所述反射器911。
如圖9所示，本發(fā)明的第八較佳實施例，本實施例與上述第五實施例的構(gòu)造大致相同，只是本實施例的一第六集光組件92略有差異，所述第六集光組件92具有一開口朝前的拋物面鏡的反射器921、一位于所述反射器921的一焦點處的光源922，及一框遮于所述反射器921的開口一圈周緣部份的集光器923。所述集光器923為一開口朝向所述反射器921且中空圈盤狀的拋物面鏡，所述集光器923的一焦點具有一恰重合于所述反射器911的焦點。于使用時，所述光源912發(fā)出經(jīng)反射器911反射的平行光線投射在所述集光器913上，經(jīng)所述集光器913反射通過焦點，再經(jīng)所述反射器911反射由所述開口未被遮擋中央部份平行投射出所述反射器911。
上述的顯示裝置，是分別利用所述集光器將投射出光線的反射器開口的部份面積屏蔽，使部份光線受所述集光器的反射，而由所述反射器開口未屏蔽的部份射出，以縮小所述反射器的發(fā)光面積，使投射到液晶面板上的光照范圍變小，而能相對配合制出尺寸較為薄小的產(chǎn)品，且所述光線并能集中投射而出，所以能在有效利用絕大部份光能的情況下，加強(qiáng)照射在液晶面板4上的亮度，可進(jìn)而提升顯示器的顯影品質(zhì)及精致效能。
本發(fā)明的構(gòu)造、特征的確能提供一種高集光效率的集光組件及包括此組件的顯示裝置，在相同的光束光量下，將所述光束集中射出，以縮小光束的發(fā)光面積，使投射到液晶面板上的光照范圍變小，則液晶面板及相關(guān)的機(jī)件也可縮小尺寸，以符合現(xiàn)今產(chǎn)品講求輕薄短小的要求特點，并可增加影像的亮度，提升發(fā)光效率。
權(quán)利要求
1.一種高集光效率的集光組件，其特征在于，它包括一反射器、一光源及一集光器；所述反射器為一朝前開口的弧曲面鏡，它沿著一中心軸線弧曲圍繞并具有一圈圍繞所述中心軸線并界定所述開口的周緣、一位于所述中心軸線上的焦點，及一面朝所述焦點的反射面；所述光源位于所述反射器的一焦點處；及所述集光器位于所述反射器的一開口側(cè)緣，它是一裝設(shè)在所述反射器的周緣朝向所述中心軸線方向延伸的面鏡，并屏蔽所述開口的一部份面積和具有一面向所述反射面的反射集光面，可將所述光源發(fā)出的對應(yīng)光線反射通過所述焦點，再經(jīng)反射面反射出開口未被屏蔽的部份外。
2.如權(quán)利要求1所述的高集光效率的集光組件，其特征在于所述反射器為一拋物面鏡，所述光源是位于所述拋物面鏡的焦點處，且所述集光器為一平面鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的高集光效率的集光組件，其特征在于所述反射器為一拋物面鏡，所述集光器為一相對面向所述反射器的拋物面鏡，且所述光源是位于所述反射器及集光器的一焦點重合處。
4.如權(quán)利要求1所述的高集光效率的集光組件，其特征在于所述反射器為一橢球面鏡，所述光源是位于所述橢球面鏡的一第一焦點處，且所述集光器為一球面鏡，所述球面鏡的球心恰位于所述橢球面鏡的一第二焦點處。
5.如權(quán)利要求2或3所述的高集光效率的集光組件，其特征在于所述集光器為一半圓形面鏡，是沿著所述反射器周緣位于所述開口的一下半部份，使所述開口的一上半部份向外通連。
6.如權(quán)利要求2或3所述的高集光效率的集光組件，其特征在于所述集光器為一沿著所述中心軸線圈繞中空框環(huán)形面鏡，它位于所述反射器周緣略向所述中心軸線的方向延伸并對應(yīng)位于所述開口的一周圍部份，使所述開口中央部份向外連通。
7.一種包含如權(quán)利要求1所述的高集光效率的集光組件的顯示裝置，其特征在于，它包括一處理單元及一液晶面板；所述處理單元裝設(shè)在所述集光組件發(fā)出光束的光路上，具有一相對位于所述光束光路上的積分器、一接收來自所述積分器的均勻化光線的偏極光轉(zhuǎn)換器及一位于通過所述偏極光轉(zhuǎn)換器射出光線的光程上且將光線會聚射出的聚光透鏡組；及所述液晶面板供所述處理單元聚集射出的光線配合投影成像。
8.如權(quán)利要求7所述的包括高集光效率的集光組件的顯示裝置，其特征在于所述積分器是二相對的數(shù)組積分器。
9.如權(quán)利要求7所述的包括高集光效率的集光組件的顯示裝置，其特征在于所述積分器是一柱狀積分器。
10.如權(quán)利要求7所述的包括高集光效率的集光組件的顯示裝置，其特征在于所述處理單元還具有一位于積分器前方的前聚光透鏡。
11.如權(quán)利要求7所述的包括高集光效率的集光組件的顯示裝置，其特征在于所述處理單元的聚光透鏡組具有二相對位于所述偏極光轉(zhuǎn)換器與液晶面板間的第一、第二聚光透鏡。
12.如權(quán)利要求7所述的包括高集光效率的集光組件的顯示裝置，其特征在于所述處理單元的聚光透鏡組具有二相對位于所述積分器與偏極光轉(zhuǎn)換器間的第一、第二聚光透鏡，及一位于所述偏極光轉(zhuǎn)換器與液晶面板間的第三聚光透鏡。
全文摘要
一種高集光效率的集光組件及包括此組件的顯示裝置,所述顯示裝置包括:一集光組件、一位在所述集光組件發(fā)出光線的光路上處理單元,及一供射出光線投影成像的液晶面板。所述集光組件具有一焦點處設(shè)置有光源且具有開口的弧面反射器,及一遮擋所述開口部份面積的集光器。集光器可將光源發(fā)出的對應(yīng)光線反射經(jīng)未被屏蔽的開口射出。借以聚集并縮小光線投射到液晶面板上的光照范圍,以縮小液晶面板,并提升集光效率。
文檔編號G02B27/18GK1388409SQ0111898
公開日2003年1月1日 申請日期2001年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月25日
發(fā)明者刁國棟, 莊福明 申請人:大億科技股份有限公司