CN114721209A - 投影显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影显示装置，其包括一灯源板、一中空反射杯、一聚焦透镜、一液晶显示模组与反射镜。灯源板具有多个光源，中空反射杯具有彼此相对的第一开口与第二开口，其中灯源板遮蔽第一开口，且所有光源位于中空反射杯中。聚焦透镜固定于中空反射杯上，以遮蔽第二开口。液晶显示模组与中空反射杯分别位于聚焦透镜的相对两侧。中空反射杯反射多个光源所发射的光线至聚焦透镜的入射面，聚焦透镜汇聚入射面入射的光线，以照射液晶显示模组，从而形成影像光。反射镜位于影像光的光路上，反射镜反射影像光至一透明基板，从而产生一虚像。

Description

投影显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，且特别涉及一种投影显示装置。

背景技术

抬头显示技术是普遍运用在航空器上的显示技术，抬头的意思是指飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。抬头显示器最早出现在军用飞机上，降低飞行员需要低头查看仪表的频率，避免注意力中断以及丧失对状态意识(Situation Awareness)的掌握。因为抬头显示器能够提高飞行的安全性及其显示的便捷性，因而逐渐被广泛应用于民航飞机上。当前国际国内正在大力发展车用抬头显示系统，通过车载抬头显示系统来显示汽车周围的环境信息，可以有效提高汽车驾驶的安全性能。

图像生成单位(PGU，Picture Generation Unit)在整体抬头显示系统中扮演提供影像与光源的一个装置。PGU中具有薄膜电晶体液晶显示(TFT LCD)萤幕，可以输出各式样画面，提供驾驶者更多元资讯，提升驾车体验感。另外就是背光模组，提供液晶显示萤幕的光源，主要来说辉度与画面亮度均匀度为主要评判机制。传统PGU因为了画面均匀度高，使用直下式多颗发光二极体阵列进行发光，虽然达到较佳均匀度，但导致整体耗电量也是相当可观，且直接使用发光二极体照射也导致光线使用效率低下。

因此，本发明在针对上述的困扰，提出一种投影显示装置，以解决习知所产生的问题。

发明内容

本发明提供一种投影显示装置，其大幅提高出光效率，以减少光源的使用数量，达到低功耗、高均匀度与最佳辉度的效果。

为达上述目的，本发明提供一种投影显示装置，其包括一灯源板、一中空反射杯、一聚焦透镜、一液晶显示模组与至少一个反射镜。灯源板具有多个光源，中空反射杯具有彼此相对的第一开口与第二开口，其中灯源板遮蔽第一开口，且所有光源位于中空反射杯中。聚焦透镜固定于中空反射杯上，以遮蔽第二开口。液晶显示模组与中空反射杯分别位于聚焦透镜的相对两侧。中空反射杯反射多个光源所发射的光线至聚焦透镜的入射面，聚焦透镜汇聚入射面入射的光线，以照射液晶显示模组，从而形成影像光。反射镜位于影像光的光路上，反射镜反射影像光至一透明基板，从而产生一虚像。

在本发明的一实施例中，投影显示装置还包括一中空柱体、一固定件、一扩散膜与一固定夹具。中空柱体具有彼此相对的第三开口与第四开口，其中灯源板设于中空柱体上，以遮蔽第三开口，且所有光源与中空反射杯位于中空柱体中。固定件具有贯穿自身的第五开口，其中固定件具有彼此相对的第一侧与第二侧，聚焦透镜固定于固定件的第一侧，且聚焦透镜与固定件设于中空柱体中。扩散膜固定于固定件的第二侧，其中聚焦透镜与扩散膜遮蔽第五开口。固定夹具具有贯穿自身的第六开口，其中固定夹具固定于中空柱体上，以夹置液晶显示模组于固定夹具与扩散膜之间，并以第六开口露出液晶显示模组。聚焦透镜汇聚入射面入射的光线至扩散膜、以形成一背光源照射液晶显示模组。液晶显示模组利用背光源形成影像光，影像光从第六开口中射出。

在本发明的一实施例中，投影显示装置还包括一基座，其具有一容置凹槽，至少一个反射镜包括二个反射镜，中空柱体与二个反射镜皆位于容置凹槽中。

在本发明的一实施例中，透明基板为汽车的挡风玻璃。

在本发明的一实施例中，灯源板还包括一印刷电路板，所有光源设于印刷电路板上。

在本发明的一实施例中，聚焦透镜为柱状透镜，且其面向所有光源的镜面为平面。

在本发明的一实施例中，柱状透镜的平面与中空反射杯的侧壁的夹角为锐角。

在本发明的一实施例中，液晶显示模组相对灯源板倾斜。

在本发明的一实施例中，第二开口的面积大于第一开口的面积。

在本发明的一实施例中，所有光源为发光二极体。

基于上述，投影显示装置采用中空反射杯与聚焦透镜，以大幅提高出光效率，并减少光源的使用数量，以达到低功耗、高均匀度与最佳辉度的效果。

附图说明

图1为本发明的投影显示装置的一实施例的示意图。

图2为本发明的灯源板、中空反射杯、中空柱体、聚焦透镜、固定件、扩散膜、液晶显示模组与固定夹具的一实施例的结构分解图。

图3为本发明的灯源板、中空反射杯、中空柱体、聚焦透镜、固定件、扩散膜、液晶显示模组与固定夹具的一实施例的组合结构立体图。

图4为本发明的投影显示装置的一实施例的结构立体图。

图5为本发明的水平视角与垂直视角的模拟曲线图。

附图标记为：

1…投影显示装置

10…灯源板

100…光源

101…印刷电路板

11…中空反射杯

110…第一开口

111…第二开口

12…聚焦透镜

13…液晶显示模组

14…反射镜

15…中空柱体

150…第三开口

151…第四开口

16…固定件

160…第五开口

17…扩散膜

18…固定夹具

180…第六开口

19…基座

190…容置凹槽

2…透明基板

A、A’…顶边

B、B’…侧边

具体实施方式

本发明的实施例将藉由下文配合相关附图进一步加以解说。尽可能的，于附图与说明书中，相同标号代表相同或相似构件。于附图中，基于简化与方便标示，形状与厚度可能经过夸大表示。可以理解的是，未特别显示于附图中或描述于说明书中的元件，为所属技术领域中具有通常技术者所知的形态。本领域的通常技术者可依据本发明的内容而进行多种的改变与修改。

当一个元件被称为『在…上』时，它可泛指该元件直接在其他元件上，也可以是有其他元件存在于两者之中。相反地，当一个元件被称为『直接在』另一元件，它是不能有其他元件存在于两者的中间。如本文所用，词汇『及/或』包括了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。

于下文中关于“一个实施例”或“一实施例”的描述指关于至少一实施例内所相关连的一特定元件、结构或特征。因此，于下文中多处所出现的“一个实施例”或“一实施例”的多个描述并非针对同一实施例。再者，于一或多个实施例中的特定构件、结构与特征可依照一适当方式而结合。

揭露特别以下述例子加以描述，这些例子仅用以举例说明而已，因为对于熟习此技艺者而言，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。在通篇说明书与申请专利范围中，除非内容清楚指定，否则「一」以及「该」的意义包括这一类叙述包括「一或至少一」该元件或成分。此外，如本揭露所用，除非从特定上下文明显可见将复数个排除在外，否则单数冠词亦包括复数个元件或成分的叙述。而且，应用在此描述中与下述的全部申请专利范围中时，除非内容清楚指定，否则「在其中」的意思可包括「在其中」与「在其上」。在通篇说明书与申请专利范围所使用的用词(terms)，除有特别注明，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供从业人员(practitioner)在有关本揭露的描述上额外的引导。在通篇说明书的任何地方的例子，包括在此所讨论的任何用词的例子的使用，仅用以举例说明，当然不限制本揭露或任何例示用词的范围与意义。同样地，本揭露并不限于此说明书中所提出的各种实施例。

可了解如在此所使用的用词「包括(comprising)」、「包括(including)」、「具有(having)」、「含有(containing)」、「包括(involving)」等等，为开放性的(open-ended)，即意指包括但不限于。另外，本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻的用，并非用来限制发明作的权利要求范围。

除非特别说明，一些条件句或字词，例如「可以(can)」、「可能(could)」、「也许(might)」，或「可(may)」，通常是试图表达本案实施例具有，但是也可以解释成可能不需要的特征、元件，或步骤。在其他实施例中，这些特征、元件，或步骤可能是不需要的。

在此所使用的用词「实质上(substantially)」、「大约(around)」、「约(about)」或「近乎(approximately)」应大体上意味在给定值或范围的20％以内，较佳在10％以内。此外，在此所提供的数量可为近似的，因此意味着若无特别陈述，可以用词「大约」、「约」或「近乎」加以表示。当一数量、浓度或其他数值或参数有指定的范围、较佳范围或表列出上下理想值之时，应视为特别揭露由任何上下限的数对或理想值所构成的所有范围，不论该等范围是否分别揭露。举例而言，如揭露范围某长度为X公分到Y公分，应视为揭露长度为H公分且H可为X到Y之间的任意实数。

以下将描述一种投影显示装置，其采用中空反射杯与聚焦透镜，以大幅提高出光效率，并减少光源的使用数量，以达到低功耗、高均匀度与最佳辉度的效果。

图1为本发明的投影显示装置的一实施例的示意图。请参照图1，投影显示装置1包括一灯源板10、一中空反射杯11、一聚焦透镜12、一液晶显示模组13与至少一个反射镜14。为了方便与清晰，在此以一个反射镜14为例。灯源板10具有多个光源100，光源100例如，但不限于发光二极体。中空反射杯11具有彼此相对的第一开口110与第二开口111。较佳地，第二开口111的面积可大于第一开口110的面积。灯源板10遮蔽第一开口110，且所有光源100位于中空反射杯11。中空反射杯11可为铝制反射杯，其较佳折射率实质上可为1.56～1.58，但本发明不限于此。中空反射杯11具有定位柱，聚焦透镜12具有定位孔，聚焦透镜12利用定位柱与定位孔的组合固定于中空反射杯11上，以遮蔽第二开口111。定位柱可定位聚焦透镜12，以提高机械可靠度与光轴准确度。液晶显示模组13与中空反射杯11分别位于聚焦透镜12的相对两侧。液晶显示模组13的折射率实质上可为，但不限于1.52。

中空反射杯11反射所有多个光源100所发射的光线至聚焦透镜12的入射面，聚焦透镜12汇聚入射面入射的光线，以照射液晶显示模组13，从而形成影像光。聚焦透镜12可扩大视觉辉度。因为反射镜14位于影像光的光路上，反射镜14反射影像光至一透明基板2，从而产生一虚像。透明基板2可为汽车的挡风玻璃，但本发明并不以此为限。因为中空反射杯11能汇聚光线，并朝液晶显示模组13照射，可以大幅提高出光效率，就可减少光源100的使用数量，达到低功耗、高均匀度效果。

在本发明的某些实施例中，聚焦透镜12较佳为柱状透镜，且其面向所有光源100的镜面为平面，此平面与中空反射杯11的侧壁的夹角可为锐角。聚焦透镜12面向液晶显示模组13的镜面为柱状曲面，此柱状曲面的曲率半径实质上可为，但不限于20毫米(mm)。柱状透镜藉由曲率调整，可以放大或缩小辉度出光效果，调整到与反射镜14一致，达到最佳辉度。具体而言，灯源板10还可包括一印刷电路板101，所有光源100设于印刷电路板101上。为了有效将光源100分布在萤幕画面中，光源100在印刷电路板101上为非等间距设计。

图2为本发明的灯源板、中空反射杯、中空柱体、聚焦透镜、固定件、扩散膜、液晶显示模组与固定夹具的一实施例的结构分解图。图3为本发明的灯源板、中空反射杯、中空柱体、聚焦透镜、固定件、扩散膜、液晶显示模组与固定夹具的一实施例的组合结构立体图。请参照图2与图3，在本发明的某些实施例中，投影显示装置1还可包括一中空柱体15、一固定件16、一扩散膜17与一固定夹具18。中空柱体15具有彼此相对的第三开口150与第四开口151。灯源板10的印刷电路板101设于中空柱体15上，以遮蔽第三开口150，且所有光源100与中空反射杯11位于中空柱体15中。固定件16具有贯穿自身的第五开口160，其中固定件16具有彼此相对的第一侧与第二侧。聚焦透镜12固定于固定件16的第一侧，且聚焦透镜12与固定件16设于中空柱体15中。扩散膜17固定于固定件16的第二侧，扩散膜17可具有呈现出椭圆形状的微结构，并用以扩散光源与定义可视角。扩散膜17的折射率实质上可为，但不限于1.49。聚焦透镜12与扩散膜17遮蔽第五开口160。固定夹具18具有贯穿自身的第六开口180，其中固定夹具18固定于中空柱体15上，以夹置液晶显示模组13于固定夹具18与扩散膜17之间，并以第六开口180露出液晶显示模组13。固定夹具18用以固定并保护光学元件。聚焦透镜12汇聚其入射面入射的光线至扩散膜17、以形成一背光源照射液晶显示模组13。液晶显示模组13利用此背光源形成影像光，影像光从第六开口180中射出。若定义印刷电路板101的顶边A为水平边，侧边B为垂直边，因为第二开口111与液晶显示模组13也具有互相垂直的顶边A’与侧边B’，故同样定义第二开口111与液晶显示模组13的顶边A’为水平边，侧边B’为垂直边，其中第二开口111为长方形，且第二开口111的顶边较侧边更长。为了避免太阳光通过透明基板2直射液晶显示模组13，液晶显示模组13可相对灯源板10的印刷电路板101倾斜。具体而言，液晶显示模组13的水平边相对印刷电路板101的水平边可倾斜3.06度，液晶显示模组13的垂直边相对印刷电路板101的垂直边可倾斜22度，以避免离焦现象。为了配合液晶显示模组13的光路设计，第二开口111的水平边所连接中空反射杯11的侧壁与聚焦透镜12的平面的夹角实质上可为71或73度，第二开口111的垂直边所连接中空反射杯11的侧壁与聚焦透镜12的平面的夹角实质上可为70度。

图4为本发明的投影显示装置的一实施例的结构立体图。请参照图4与图2，投影显示装置1还可包括一基座19，且在图4的实施例可使用二个反射镜14。基座19具有一容置凹槽190，中空柱体15与反射镜14皆位于容置凹槽190中。从图4中可知，印刷电路板101较液晶显示模组13更远离太阳光，太阳光以箭头表示。液晶显示模组13的侧边具有两端，其中一端靠近太阳光，另外一端远离太阳光，其中设计靠近太阳光的一端相距印刷电路板101的最短距离大于远离太阳光的一端相距印刷电路板101的最短距离，以避免太阳光通过透明基板2直射液晶显示模组13。

图5为本发明的水平视角与垂直视角的模拟曲线图。请参照图5，当光源的数量为三个时，其辉度的均匀度可超过70％，在5瓦下的画面平均辉度为600000尼特(nit)，中央辉度则在2.9瓦下有712000尼特。此外，当垂直视角为±8.75度时，其对应的画面具有高辉度。当水平视角为±27.2度时，其对应的画面具有高辉度。

根据上述实施例，投影显示装置采用中空反射杯与聚焦透镜，以大幅提高出光效率，并减少光源的使用数量，以达到低功耗、高均匀度与最佳辉度的效果。

以上所述，仅为本发明一优选实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故举凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种投影显示装置，其特征在于，包括：

灯源板，具有多个光源；

中空反射杯，具有彼此相对的第一开口与第二开口，其中所述灯源板遮蔽所述第一开口，且所述光源位于所述中空反射杯中；

聚焦透镜，固定于所述中空反射杯上，以遮蔽所述第二开口；

液晶显示模组，其与所述中空反射杯分别位于所述聚焦透镜的相对两侧，其中所述中空反射杯反射所述多个光源所发射的光线至所述聚焦透镜的入射面，所述聚焦透镜汇聚所述入射面入射的所述光线，以照射所述液晶显示模组，从而形成影像光；以及

至少一个反射镜，位于所述影像光的光路上，其中所述至少一个反射镜反射所述影像光至透明基板，从而产生虚像。

2.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，还包括：

中空柱体，具有彼此相对的第三开口与第四开口，其中所述灯源板设于所述中空柱体上，以遮蔽所述第三开口，且所述光源与所述中空反射杯位于所述中空柱体中；

固定件，具有贯穿自身的第五开口，其中所述固定件具有彼此相对的第一侧与第二侧，所述聚焦透镜固定于所述固定件的所述第一侧，且所述聚焦透镜与所述固定件设于所述中空柱体中；

扩散膜，固定于所述固定件的所述第二侧，其中所述聚焦透镜与所述扩散膜遮蔽所述第五开口；以及

固定夹具，具有贯穿自身的第六开口，其中所述固定夹具固定于所述中空柱体上，以夹置所述液晶显示模组于所述固定夹具与所述扩散膜之间，并以所述第六开口露出所述液晶显示模组，所述聚焦透镜汇聚所述入射面入射的所述光线至所述扩散膜、以形成背光源照射所述液晶显示模组，所述液晶显示模组利用所述背光源形成所述影像光，所述影像光从所述第六开口中射出。

3.如权利要求2所述的投影显示装置，其特征在于，还包括基座，其具有容置凹槽，所述至少一个反射镜包括二个反射镜，所述中空柱体与所述二个反射镜皆位于所述容置凹槽中。

4.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，其中所述透明基板为汽车的挡风玻璃。

5.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，其中所述灯源板还包括印刷电路板，所述光源设于所述印刷电路板上。

6.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，其中所述聚焦透镜为柱状透镜，且其面向所述光源的镜面为平面。

7.如权利要求6所述的投影显示装置，其特征在于，其中所述平面与所述中空反射杯的侧壁的夹角为锐角。

8.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，其中所述液晶显示模组相对所述灯源板倾斜。

9.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，其中所述第二开口的面积大于所述第一开口的面积。

10.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，其中所述光源为发光二极体。

Images