CN1171121C - 高集光效率的集光组件及包括此组件的显示装置 - Google Patents

Abstract

一种高集光效率的集光组件及包括此组件的显示装置，所述显示装置包括：一集光组件、一位在所述集光组件发出光线的光路上处理单元，及一供射出光线投影成像的液晶面板。所述集光组件具有一焦点处设置有光源且具有开口的弧面反射器，及一遮挡所述开口部份面积的集光器。集光器可将光源发出的对应光线反射经未被屏蔽的开口射出。借以聚集并缩小光线投射到液晶面板上的光照范围，以缩小液晶面板，并提升集光效率。

Description

高集光效率的集光组件及包括此组件的显示装置

本发明是一种高集光效率的集光组件及包括此组件的显示装置。

显示装置是用来调变处理一光源光束，所述显示器是由相当多的单元组件所构成，使得光源光束通过一连串的滤光、积分、分光、调变、合光等步骤后，再投射在显示面上成像，以供观视。

如图1所示，一种以往的光学显示系统1包括有一椭圆形反射镜11、一位于所述反射镜11的一第一焦点上的光源12、一对应位于所述弧形反射镜11将所述光源12发出的光线反射后集中照射的一第二焦点上的积分器13、一位于所述积分器13射出光线的光程上的第一聚光透镜14、一用来改变光线偏振方向的偏极光转换器(P/S converter)15、一将经过所述偏极光转换器15的光线会聚射出的第二聚光透镜16，及一供所述第二聚光透镜16聚集射出的光线投影成像的液晶面板17。所述积分器13可为一柱状积分器(Rod Integrator)，能将光线均匀射出。所述偏极光转换器15可将光线中P偏振方向(或S偏振方向)的极化光，转换成S偏振方向(或P偏振方向)的极化光。

上述以往的光学显示系统1是将所述光源12光束处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发光角度及发光面积，所以投射到所述液晶面板17上的光照范围一定，因此，在达到影像所需的亮度下，所述液晶面板17具有一定大的面积，但是在现今产品讲求轻、薄、短、小的趋势下，所述液晶面板17被应用在各种不同的产品上，所述液晶面板17的面积也被要求缩小尺寸。而本发明人为了设计出可缩小液晶面板17尺寸的显示器，提升显示器的显影品质及精致效能，所以极思穷究其显示器的根源-「光源光束」，务求达到最佳的影像画质。

本发明的目的在于提供一种高集光效率的集光组件及包括此组件的显示装置，能缩小光线投射到所述液晶面板上的光照范围，以精简缩小液晶面板，并能有效地提升光效率。

根据本发明的高集光效率的集光组件，包括：一反射器、一光源及一集光器；所述反射器为一朝前开口的椭球面镜，它沿着一中心轴线弧曲围绕并具有一圈围绕所述中心轴线并界定所述开口的周缘、前后地位于所述中心轴线上的一第一焦点与一第二焦点，及一面朝所述第一焦点的反射面，该第一焦点位于所述反射面与开口之间，而该第二焦点位于所述开口的前方；所述光源位于所述反射器的第一焦点处；及所述集光器位于所述反射器的开口侧缘，它是一装设在所述反射器的周缘朝向所述中心轴线方向延伸的球面镜，并屏蔽所述反射器开口的一部份面积；其特点是：所述集光器的弧曲开口朝向第二焦点且球心位于第二焦点处，并具有一面向所述反射面的反射集光面，可将所述光源发射至集光器的对应光线反射至所述反射面后再被反射通过该第一焦点，并经反射面反射出开口未被屏蔽的部份外，以聚合通过第二焦点。

本发明的进一步特点是：所述集光器为一半圆形球面镜，是沿着所述反射器周缘位于所述开口的一下半部份，使所述开口的一上半部份向外通连。

此外，所述集光器还可为一沿着所述中心轴线圈绕的中空框环形球面镜，是由所述反射器周缘略向所述中心轴线的方向延伸并对应位于所述开口的一周围部份，使所述开口中央部份向外连通。

采用本发明的上述集光组件和显示装置，是分别利用所述集光器将投射出光线的反射器开口的部份面积屏蔽，使部份光线受所述集光器的反射，而由所述反射器开口未屏蔽的部份射出，以缩小所述反射器的发光面积，使投射到液晶面板上的光照范围变小，而能相对配合制出尺寸较为薄小的产品，且所述等光线并能集中投射而出，所以能在有效利用绝大部份光能的情况下，加强照射在液晶面板上的亮度，可进而提升显示器的显影品质及精致效能。

为更清楚理解本发明的目的、特点和优点，下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是以往的光学显示系统的使用示意图；

图2是本发明显示装置的第一较佳实施例的使用示意图；

图3是本发明的显示装置的一第二较佳实施例的使用示意图；

图4是本发明的显示装置的一第三较佳实施例的使用示意图；

图5是本发明的显示装置的一第四较佳实施例的使用示意图；

图6是本发明高集光效率的集光组件的一第五较佳实施例的使用示意图，说明一第三集光组件；

图7是一第六较佳实施例的使用示意图，说明一第四集光组件；

图8是一第七较佳实施例的使用示意图，说明一第五集光组件；

图9是一第八较佳实施例的使用示意图，说明一第六集光组件。

为了方便说明，以下的实施例，相同的组件以相同的标号表示。

如图2所示为本发明的高集光效率的集光组件及包括此组件的显示装置的第一较佳实施例，所述显示装置包括有：一第一集光组件2、一第一处理单元3，及一液晶面板4。

所述第一集光组件2具有一朝前开口的弧面壳罩状的反射器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的一侧缘沿开口的方向径向延伸的集光器23。所述反射器21是沿着一中心轴线弧曲围绕具有的预定弧曲面积的抛物面镜(Parabolicl reflector)，所述面镜可界定出一具有一圆形开口的集光空间211，所述反射器21具有一圈围绕所述中心轴线并界定所述开口的周缘212、一位于所述集光空间211内的焦点213，及一面向所述焦点213且框围所述集光空间211的反射面214。若将一光源放置于所述焦点213，则所述光源发出的光线经所述反射面214反射后，理论上会产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，则光线会被反射会聚通过所述焦点213。所述光源22装设在所述反射器21的焦点213处，可辐射出光线，而面向所述反射面214的光线将照射在所述反射面214上，并经所述反射面214被平行反射出所述反射器21的开口外。所述集光器23为一垂直于所述中心轴线的直立的半圆形平面镜(mirror)，是配合装设在所述反射器21周缘212的一侧朝向所述开口的方向，在本实施例图中，所述集光器23是沿着所述周缘212装设在所述反射器21开口的一下半部份，具有一面向所述集光空间211的反射集光面231，可将所述光源22发出的位于一下半部份的平行光线，再平行反射到位于所述反射面214的一下半部份处，通过所述焦点213经位于一上半部份的反射面214反射，由所述开口的一上半部份平行投射出所述反射器21。当然，在设计上所述集光器23也可装设在所述开口的上半部份、左半部份、或右半部份，或其它方位的一半部份位置处。

所述第一处理单元3是装设在所述第一集光组件2发出光束的光路上，具有二相对位于所述光束光路上的数组积分器(Integrator Lens)31、32、一接收来自所述积分器31、32的均匀化光线的偏极光转换器(P/S converter)33、一位于通过所述偏极光转换器33射出光线的光程上的第一聚光透镜34，及一接收并将来自所述第一聚光透镜34的光线会聚射出的第二聚光透镜35。所述二数组积分器31可将光分布均匀化并转换成配合液晶面板的长方形，于使用时邻近所述第一集光组件2的第一数组积分器31可将光束分成数个区块，并将光源成像在第二数组积分器32上，所述第二数组积分器32再将第一数组积分器31所处的位置，全部叠加以达均匀化。所述偏极光转换器(P/S converter)33可将光线中P偏振方向(或S偏振方向)的极化光，转换成S偏振方向(或P偏振方向)的极化光。

所述液晶面板4是供第二聚光透镜35聚集射出的光线投影成像。

于使用时，如图中的箭头所示，所述光源22发射出的光线经所述反射器21的反射，朝所述开口的方向水平射出，此时，所述朝向开口上半部份的光线是直接水平射出，而所述朝向开口下半部份的光线则水平射至所述集光器23，并经所述集光器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，再反射通过所述焦点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，向所述开口的上半部份平行射出，使所述光源发出的光线集中由所述开口的上半部份射出。所述第一集光组件2射出的光线送达所述处理单元3，经过所述数组积分器31、32、偏极光转换器、第一聚光透镜34，及第二聚光透镜35等构件的处理，可聚集射出投射在所述液晶面板4上。

如图3所示，本发明的显示装置的第二较佳实施例包括：一第二集光组件5、一第二处理单元3’，及一液晶面板4。本实施例与所述第一实施例不同处在于：所述第二集光组件5的构造不同，且所述第二处理单元3’为了搭配所述第二集光组件5的接收处理，而增设有一前聚光透镜。

所述第二集光组件5具有一朝前开口的反射器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的一侧缘沿开口的方向径向延伸的集光器53。所述反射器51是沿着一中心轴线弧曲围绕具有的预定弧曲面积的椭球面镜(Ellipsoidal reflector)，所述面镜可围构出一具有一圆形开口的集光空间511，所述反射器51具有一圈围绕所述中心轴线并界定所述开口的周缘512、一位于所述集光空间511内的第一焦点513、一沿着所述中心轴线位于所述集光空间511外的第二焦点514，及一面向所述第一焦点513且框围所述集光空间511的反射面515，若将一光源放置于所述第一焦点513，则所述光源发出的光线经所述反射面515反射后，将会聚合通过第二焦点514。所述光源52装设在所述反射器51的第一焦点513处，可辐射出光线，而面向所述反射面515的光线将照射在所述反射面515上，并被所述反射面515反射至所述第二焦点514处。所述集光器53为一垂直于所述中心轴线的直立的半圆形球面镜(Spherical reflector)，是配合装设在所述反射器51周缘512的一侧朝向所述开口的方向，面镜的一弧曲开口对应面向所述第二焦点514处，且面镜的球心恰位于第二焦点514，在本实施例图中，所述集光器53是沿着所述周缘512装设在所述反射器51开口的一下半部份，具有一面向所述集光空间511的反射集光面531，可将所述光源52发出的位于一下半部份预定通过所述第二焦点514的光线，循原光路反射到所述反射面515，并通过所述第一焦点513再直接经一位于上半部份的反射面515反射，由所述开口的一上半部份投射出所述反射器51。当然，在设计上所述集光器53也可装设在所述开口的上半部份、左半部份、或右半部份，或其它方位的一半部份位置处。

所述第二处理单元3’是装设在所述第二集光组件5发出光束的光路上，具有一位于所述第二焦点514的后方的前聚光透镜31’，可将所述第二集光组件5发出会聚的光线转换成平行光线射出，所述第二处理单元3’更同样具有二数组积分器32’、33’、一偏极光转换器34’、一第一聚光透镜35’，及一第二聚光透镜36’。

参阅图4，本发明的显示装置的第三较佳实施例包括有：

一第二集光组件5、一第三处理单元6，及一液晶面板4。本实施例与第二实施例不同的处在于：所述第三处理单元6的构造。所述第三处理单元6具有一能将光线均匀射出的柱状积分器61、一位于所述柱状积分器61发出光线的光路上的第一聚光透镜62、一接收通过所述第一聚光透镜62的光线的第二聚光透镜63、一用来所述第二聚光透镜63投射光线的偏振方向的偏极光转换器64，及一位于通过所述偏极光转换器64射出光线的光程上的第三聚光透镜65。所述柱状积分器(Rod Integrator)61，为一柱状玻璃积分器(Glass Rod Integrator)或内侧镀有反射膜的柱状空心(hollow pipe)积分器，具有一入射面651及出射面652，所述入射面651位于所述第二集光组件5的一椭圆反射镜51的第二焦点514处，所有会聚进入所述入射面651的光线皆会由所述出射面652射出，且因入射光线角度的分布，在柱状玻璃中会产生不同次数的全反射，再经过柱状玻璃各面的反射，会产生如万花筒般均匀散射的虚光数组，以由出射面652射出均匀的光线。

如图5所示，本发明的显示装置的第四较佳实施例是包括有：一第一集光组件2、一第四处理单元6’，及一液晶面板4。本实施例与第一实施例不同处在于：所述第四处理单元6’的构造不同，所述第四处理单元6’的构造与第三处理单元6雷同，但在所述第三处理单元6前增设有一前聚光透镜。所述第四处理单元6’具有一将平行发出的光线转换成会聚通过一焦点处的前聚光透镜61’、一位于所述焦点处的柱状积分器62’、一第一聚光透镜63’、一第二聚光透镜64’、一偏极光转换器65’，及一第三聚光透镜66’。

如图6所示，本发明的第五较佳实施例，本实施例与上述第一、第四实施例的构造大致相同，只是本实施例所述显示装置的一第三集光组件7不同，所述第三集光组件7具有一为朝前开口的抛物面镜的反射器71、一位于所述反射器71的一焦点处的光源72，及一位于所述反射器71的开口一侧缘朝一中心轴线的方向径向延伸的集光器73。所述集光器73为一垂直围绕于所述中心轴线中空环状平面镜(mirror)，是配合装设在所述反射器71的一周缘，框遮于所述反射器71的开口一周缘部份的预定圈形面积，具有一面向所述反射器71的集光面731。于使用时，可将所述光源72发出的位于周围部份的平行光线，再循原光路反射并通过焦点，再经所述反射器71反射，而由所述开口的一中央部份平行投射出所述反射器71。

如图7所示，本发明的第六较佳实施例，本实施例与上述第二、第三实施例的构造大致相同，惟本实施例所述显示装置的一第四集光组件8不同，所述第四集光组件8具有一朝前开口的椭球面镜的反射器81、一位于所述反射器81的一第一焦点的光源82，及一位于所述反射器81的开口一侧缘朝一中心轴线的方向径向延伸的集光器83。所述集光器83为一垂直围绕于所述中心轴线中空环状的球面镜，所述面镜的一开口是朝向所述反射器81的一第二焦点，且面镜的球心恰与所述第二焦点重合，所述集光器83是配合装设在所述反射器81的一周缘，框遮于所述反射器81的开口一周缘部份的预定圈形面积，具有一面向所述反射器81的集光面831。于使用时，可将所述光源82发出的位于周围部份的光线，沿着连接第二焦点的方向被反射至反射器81，并通过焦点再经所述反射器81反射，而由所述开口的一中央部份投射出所述反射器81。

如图8所示，本发明的第七较佳实施例，本实施例与上述第一、第四实施例的构造大致相同，惟本实施例所述显示装置的一第五集光组件91不同，所述第五集光组件91具有一为一开口朝前的抛物面镜的反射器911、一位于所述反射器911的一焦点处的光源912，及一遮挡所述反射器911的开口一半侧面积的集光器913。所述集光器913为一开口朝向所述反射器911且一焦点恰重合于所述反射器911的焦点的半抛物面镜。于使用时，所述光源912发出经反射器911反射的平行光线投射在所述集光器913上，经所述集光器913反射通过焦点，再经所述反射器911反射由所述开口未被遮挡的上部份平行投射出所述反射器911。

如图9所示，本发明的第八较佳实施例，本实施例与上述第五实施例的构造大致相同，只是本实施例的一第六集光组件92略有差异，所述第六集光组件92具有一开口朝前的抛物面镜的反射器921、一位于所述反射器921的一焦点处的光源922，及一框遮于所述反射器921的开口一圈周缘部份的集光器923。所述集光器923为一开口朝向所述反射器921且中空圈盘状的抛物面镜，所述集光器923的一焦点具有一恰重合于所述反射器911的焦点。于使用时，所述光源912发出经反射器911反射的平行光线投射在所述集光器913上，经所述集光器913反射通过焦点，再经所述反射器911反射由所述开口未被遮挡中央部份平行投射出所述反射器911。

上述的显示装置，是分别利用所述集光器将投射出光线的反射器开口的部份面积屏蔽，使部份光线受所述集光器的反射，而由所述反射器开口未屏蔽的部份射出，以缩小所述反射器的发光面积，使投射到液晶面板上的光照范围变小，而能相对配合制出尺寸较为薄小的产品，且所述光线并能集中投射而出，所以能在有效利用绝大部份光能的情况下，加强照射在液晶面板4上的亮度，可进而提升显示器的显影品质及精致效能。

本发明的构造、特征的确能提供一种高集光效率的集光组件及包括此组件的显示装置，在相同的光束光量下，将所述光束集中射出，以缩小光束的发光面积，使投射到液晶面板上的光照范围变小，则液晶面板及相关的机件也可缩小尺寸，以符合现今产品讲求轻薄短小的要求特点，并可增加影像的亮度，提升发光效率。

Claims (3)

1.一种高集光效率的集光组件，包括：一反射器、一光源及一集光器；

所述反射器为一朝前开口的椭球面镜，它沿着一中心轴线弧曲围绕并具有一圈围绕所述中心轴线并界定所述开口的周缘、前后地位于所述中心轴线上的一第一焦点与一第二焦点，及一面朝所述第一焦点的反射面，该第一焦点位于所述反射面与开口之间，而该第二焦点位于所述开口的前方；

所述光源位于所述反射器的第一焦点处；及

所述集光器位于所述反射器的开口侧缘，它是一装设在所述反射器的周缘朝向所述中心轴线方向延伸的球面镜，并屏蔽所述反射器开口的一部份面积；

其特征在于：所述集光器的弧曲开口朝向第二焦点且球心位于第二焦点处，并具有一面向所述反射面的反射集光面，可将所述光源发射至集光器的对应光线反射至所述反射面后再被反射通过该第一焦点，并经反射面反射出开口未被屏蔽的部份外，以聚合通过第二焦点。

2.如权利要求1所述的高集光效率的集光组件，其特征在于：所述集光器为一半圆形球面镜，是沿着所述反射器周缘位于所述开口的一下半部份，使所述开口的一上半部份向外通连。

3.如权利要求1所述的高集光效率的集光组件，其特征在于：所述集光器为一沿着所述中心轴线圈绕的中空框环形球面镜，是由所述反射器周缘略向所述中心轴线的方向延伸并对应位于所述开口的一周围部份，使所述开口中央部份向外连通。

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