TW200811447A - Polarizing beam splitters incorporating reflective and absorptive polarizers and image display systems thereof - Google Patents
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Description
200811447 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本揭示内谷係關於結合偏光分離裝置的影像顯示系統。 特疋口之本揭示内容係關於結合具有反射及吸收偏光器 之偏光束分光器(P B S )的影像顯示系統。 【先前技術】 、、’口 a PB S的影像顯示系統係用以在諸如投影顯示器之檢 視螢幕上形成影像。一典型影像顯示系統結合一照明來 源其得以配置以便自該照明來源的光線從包含欲加以投 影之所需影像的一影像形成裝置(即一成像器)反射。該系 、、克折:M:忒等光線以便自該照明來源的光線以及投影影像之 光線共用PB S與該成像器之間的同一實體空間。 PBS通常在高角度束錐中使用低F/#照明系統運轉以增加 檢視螢幕上的照明,其中”F/#”指透鏡的焦距與透鏡的直徑 之比率。然而,低F/#照明系統通常具有以與Pbs偏光器之 法線的高入射角橫斷PBS偏光器的光線。此舉使得光之 剩餘光線(尤其在紅波長光譜中)透過PBS偏光器而洩漏。 此光洩漏相應地產生對比率降低。用以校正此問題的一項 共同技術涉及將一吸收偏光器放置成鄰近於pBS之出口以 吸收洩漏的光。然而’外部偏光器對於對準方位比較敏感 而且增加影像顯不糸統的製造複雜性。 【發明内容】 本發明係關於一種影像顯示系統,其包含經組態用以發 射一光束的一照明來源、一 PB S以及一影像形成裝置。該 122424.doc 200811447 PBS包含一反射偏光器及置放成鄰近於該反射偏光器的一 吸收偏光器’其中°亥及收偏光器經組態用以接收已透過該 反射偏光器所透射的該光束之一第一部分。該影像形成裝 置係置放用以接收已藉由該反射偏光器所反射的該光束之 一第二部分。 【實施方式】 圖1係本揭示内容之影像顯示系統1 〇的示意解說,該系 統可用於各種顯示裝置,例如微型投影顯示器、頭戴式顯 示器、虛擬檢視器、電子探視鏡、抬頭顯示器、光學計 算、光學關聯以及其他光學檢視系統。系統1〇包含照明來 源12、PBS 14、成像器16、投影透鏡18以及顯示螢幕2〇。 如下所述,PBS 14經組態用以降低光洩漏之風險,從而增 強獲得的影像之對比率。 照明來源12係一發光二極體(LED)光源,其經組態麼以 朝PBS 14發射光束22。雖然在圖i中顯示為單一LED,但 是照明來源可另外包含用以發射光束22的複數個led或其 他光源(例如雷射二極體、白熾燈泡以及弧光燈)。在一項 具體實施例中,照明來源12包含不同顏色(例如紅、綠及 監色)之LED以及一顏色組合器(例如χ立體組態顏色組合 器),其中該顏色組合器組合接收的彩色光束並朝pBs 14 引導獲得的光束22。照明來源12亦可包含一球透鏡(圖中 未顯示)、一分級型微透鏡(圖中未顯示)及/或梯度折射率 (GRIN)透鏡(圖中未顯示),其係置放在LED周圍以進一步 捕獲光束22並朝PBS 14引導該光束。 122424.doc 200811447 為便於論述,光束22係在圖1中解說為單一光線。然 而,熟習技術人士將認識光束22係朝PBS 14發射為多個光 線之光錐。光束22係在未偏光狀態下從照明來源12發射。 同樣地’光束22包含s偏光狀態中的光線(光線22S1)以及p 偏光狀態中的光線(光線22P1)。依據傳統符號,s偏光狀態 中的光線係採用點"·”(表示一第一正交電場片斷,其在紙 張之平面以外與圖1之視角正交延伸)加以標識,而且p偏 光狀態中的光線係採用符號”|”(表示一第二正交電場片 斷,其具有在紙張之平面中偏光的光之電場向量)加以標 識。 PBS 14包含輸入稜鏡24、輸出稜鏡26、反射偏光器28以 及吸收偏光器30。輸入稜鏡24及輸出稜鏡26係低雙折射稜 鏡(即偏光器蓋子),其係置放成在反射偏光器28以及吸收 偏光裔30之相對側上彼此鄰近。輸入稜鏡24及輸出稜鏡^6 可使用具有適當折射率的任何透光材料加以構造以達到 PBS 14之所需目的。"透光"材料係允許入射光之至少一部 分透過材料所透射的材料。用作稜鏡的適當材料包含陶 瓷、玻璃及聚合物。 輸入稜鏡24包含外部表面32及34,以及入射表面36。同 樣地,輸出稜鏡26包含外部表面38及4〇,以及入射表面 42。雖然輸入稜鏡24及輸出稜鏡26係顯示為三角形稜鏡, 但疋輸入棱鏡24及輸出稜鏡26之一或二者可另外作為具有 各種不同幾何結構的偏光器蓋子。例如,輸入稜鏡24及輸 出稜鏡26之一或二者可具有四或更·多個橫向表面,如設計 122424.doc 200811447 及光學要求所必需。如圖所示,反射偏光器2 8及吸收偏光 器3 0係置放成彼此鄰近以便反射偏光器28面向輸入稜鏡24 之入射表面36而吸收偏光器30面對輸出棱鏡26之入射表面 42 〇 反射偏光器28將從照明來源12接收的光束22之光線分成 反射的偏光成分(s偏光光線)以及透射的偏光成分(p偏光光 線)。在替代性具體實施例中,系統1 〇亦包含一或多個反 射或吸收預偏光器以在光束22進入PBS 14之前至少部分地 預偏光δ亥光束。在此專具體實施例中’一或多個預偏光器 透射S偏光光線並至少部分地反射或吸收ρ偏光光線。 反射偏光器28可以係熟習技術人士所瞭解的任何反射偏 光器,例如線性反射偏光器或圓形反射偏光器。適用於本 揭示内容之具體實施例的線性反射偏光器之特定範例包含 線柵偏光器(例如具有鄰近於線栅的低折射率材料(如空 氣),如Magarm等人在美國專利第6,719,426號中所揭 不)、介電薄膜塗層(例如MacNeille pBS)、聚合物混合偏 光膜、玻璃纖維合成偏光器、以及雙折射聚合物多層光學 膜(卿)。適用於本揭示内容之具體實施例的圓形反射偏 光膜之特定範例包含膽固醇型偏光器,其可用於置放在反 射偏光器28與吸收偏光器3〇之間的1/4波板。 適當的玻璃纖維合成偏光器之範例包含於在2〇〇5年2月 则申請的共同擁有之美國專利中請案序列如編,158 丁的玻璃纖維合成偏光H。適當的雙折射聚合物多層 光學膜之範例包含由明尼蘇達州聖保羅市3M公司製造並 122424.doc 200811447 在下列專利中說明的雙折射聚合物多層光學膜·· 1〇11^等 人提供的美國專利第5,882,774號、由Weber等人提供的美 國專利第6,609,795號、以及由Magarill等人提供的美國專 利第6,719,426號中。適當的雙折射聚合物多層光學膜之額 外範例包含以商標"VIKUITI"製造的雙折射聚合物多層光 學膜,即自3M公司的高級偏光膜(APF)。 在某些示範性具體實施例中,反射偏光器28可包含至少 一第一層及一第二層,並且較佳包含複數個交錯的第一層 及第二層,其中第一及第二層之聚合材料係不同的。在本 揭不内容之一項具體實施例中,反射偏光器28可包含不同 水合物材料之交替層的多層堆疊,如Weber等人在美國專 利第M〇9,795號中所揭示。 ,適當的聚合線性反射偏光膜的特徵通常為不同材料沿膜 平面中的第一方向之間的較大折射率差異(Δηχ),以及 材料沿與第—方向正交的膜平面中的第二方向之 小折射率差異Uny)。在某些示範性具體實施例中 :先膜的特徵亦為不同聚合材料沿膜的厚度方向之間的較 ’、斤射率差異(Ληζ)(例如在不同聚合材料之第—層 層之間)。一般而言,針對在傳遞狀態中之高傳— 材料之y折射率之心^ # 门傳輪’二種 η 間的折射率失配應該較小,同時在阻χ 維持南反射率。y折射率失配及ζ折射率失配rs 土 伸展方向)之允哞士, \ 77对羊失配(即非 心 小可㈣相對於x折射率失配(即伸展方 向)加以說明’因為後者數值提出偏 ?伸展方 到所需的偏光w M U偏k核堆疊中為達 雨尤私度而使用的層數。 122424.doc 200811447 -薄膜堆疊之總反射率麵 二==具有層數的一半之一膜需要切於各層之 人立认4 比率△%/△〜的絕對值係 口思地加以控制的相關參數, 的第ϋ ^ ,、中對於一先學重複單元中 、及弟—材料而言Λη〜ny2並且,如本 > 6兒明°比率的適當絕對值之範例包含約0.2或 =小、約(U或較小,較合意地約G G5或較小,且更合意地 、、0.02或較小。較佳而言,比率係在重要的整個波 ,内(例如在可見光譜内)維持在所需極限以下。Δηχ適 虽值的範圍係從約0.06或較高、〇〇9或較高,較佳約〇12 或車乂向且更佳約0.1 5或較南,或甚至約〇.20或較高。 ζ折射率失配(例如y折射率失配)之允許大小亦可相對於χ 折射率失配而加以說明。比率的絕對值係合意地 加以控制的相關參數,其中對於一光學重複單元中的第一 及第二材料而言Δηζ=ηζ1_ηζ2並且Αη^η^ηη,如本文所說 明。比率Δηζ/Δηχ的適當絕對值之範例包含約〇2或較小、 約0·1或較小,較合意地約〇·〇5或較小,且更合意地約〇 〇2 或較小。較佳而言,比率Δηζ/Δηχ係在重要的整個波長範 圍内(例如在可見光譜内)維持在所需極限以下。 吸收偏光器30經組態用以接收透過反射偏光器28所透射 的光束22之光線,並且亦經組態用以吸收係在s偏光狀態 中的光線。同樣地,吸收偏光器30作為一清理偏光器,其 吸收透過反射偏光器28所洩漏的s偏光光線,同時允許ρ偏 122424.doc • 11 - 200811447 光光線透射過。吸收偏光器30可以係熟習技術人士所瞭解 的任何雙色偏光膜,例如Kausch等人提出的美國專利第 6,610,356號以及Ouderkirk等人提出的美國專利第 6,096,375號中所揭示的雙色偏光膜。 在圖1所示的配置中,反射偏光器28的阻塞軸係合意地 與吸收偏光器30的阻塞軸盡可能準確地對準,從而提供用 於特定應用(例如亮度增強偏光器)的可接受性能。阻塞軸 之增加的未對準會減少藉由在輸入稜鏡24與輸出棱鏡%之 間將反射偏光器28與吸收偏光器30固定在一起所產生的增 益,從而降低PBS 14用於某些顯示應用的效率。例如,對 於亮度增強偏光器而言,反射偏光器28及吸收偏光器3〇的 阻塞軸之間的角度應該係小於約+/-3。,且更佳係小於約 + /-1 〇 〇 在一項具體實施例中,吸收偏光器30經組態用以阻塞反 射偏光器28較不適合於阻塞的光譜頻帶(且反之亦然)。例 如,吸收偏光器30可經組態用以沿吸收偏光器3〇的阻塞軸 而吸收紅色波長光線(即從約600奈米至約7〇〇奈米)。如下 所述,對於某些多層光學膜而言,具有與反射偏光器“之 法線的高入射角之紅色波長光線透過反射偏光器28洩漏而 非付以反射。此舉降低獲得的影像在紅色波長光譜中的對 比率。在另一具體實施例中,吸收偏光器3〇經組態用以沿 吸收偏光器30的阻塞軸而吸收橘色波長光線及紅色波長光 線(即從約580奈米至約700奈米)。此等具體實施例允許吸 收偏光器30阻塞紅色/橘色波長光線,其具有最高的傳輸 122424.doc -12- 200811447 百分比,同時亦保持含影像光線之傳輸位準。
PBS 14係藉由下列方式組裝··將反射偏光器μ及吸收偏 光器3〇固定在一起以便盡可能準確地對準反射偏光器28及 吸收偏光H3G的阻塞軸。將反射偏光㈣及吸收偏光㈣ 固定在-起會降低在組裝系統·間使反射偏光器Μ及吸 收偏光器30的阻塞軸未對準之風險。接著將組合的反射偏 光器28/吸收偏光器30分別放置在輸入稜鏡24與輸出棱鏡 26之入射表面36與42之間。接著將輸入稜鏡24與輸出稜鏡 26固定在一起,此舉使獲得的1>38 14在光學上有效率地且 在機械上強固地用於製造及使用系統1〇。在替代性具體實 施例中’可省略輸入稜鏡24與輸出稜鏡26之任一者或二 者。在此等具體實施例中,反射偏光器28及吸收偏光器 的阻塞軸之對準藉由將反射偏光器28及吸收偏光器3〇固定 在一起而得以保持。一吸收偏光器3 〇可藉由下列方式與一 反射偏光器2 8固定:層壓、二個元件之共同擠壓、將該吸 收偏光器塗布在該反射偏光器上、或熟習技術人士所瞭解 的任何其他適當構件。 成像器16係一偏光旋轉組件,例如矽上液晶(LCoS)成像 器(例如鐵電LCoS),其係置放成鄰近於輸入稜鏡24之外部 表面34。成像器16根據成像器16之像素係處於”開啟,,或 ”關閉"而反射並旋轉光束22之光線的偏光。接觸成像器16 之’’關閉"像素的光束22之個別光線從成像器16反射,其偏 光未加以改變(即保持s偏光)。相反,接觸成像器16之”開 啟’’像素的光束22之個別光線從成像器16反射,其偏光加 122424.doc -13 - 200811447 以旋轉(從S偏光旋轉至p偏光)。因此,成像器16可根據像 素設定而旋轉光束22之個別光線的偏光,該等設定經控制 用以建立所需投影影像。 投景夕透鏡18係置放成鄰近於輸出稜鏡26之輸出表面4〇, 因此其收集從PBS 14接收的光束22之光線以傳輸至顯示螢 幕20。雖然僅採用單一投影透鏡加以解說,但是系統丨〇可 按需要包含額外影像形成光學元件或不包含投影光學元 件。顯示螢幕20為系統1〇之使用者可用以觀察由光束22形 成的衫像之一檢視榮幕。 在系統10的使用期間,照明來源i 2朝PB s 14發射先束 22’其中光束22包含光線22S1(即光束22之s偏光光線)及光 線22P1(即光束22之p偏光光線)。光束22藉由穿過外部表面 32並朝反射偏光器28行進而進入PBS 14。在達到反射偏光 器28之前’光束22穿過輸入稜鏡24之入射表面36。反射、偏 光器28接著朝輸入稜鏡24之外部表面34反射光線22S1(S偏 光光線)’並且朝吸收偏光器30透射光線22P1(p偏光光 線)。光線22s!之剩餘部分亦可由於設計限制、陰霾或反射 偏光器28中的製造變化而透過反射偏光器28透射。 如上所述,吸收偏光器30阻塞s偏光光線並透射p偏光光 線。因此,吸收偏光器30截斷並吸收光線22S1之剩餘部 分,而且使光線22Ρι透射至輸出稜鏡26中。光線22P1透過 入射表面42進入輸出稜鏡26並朝外部表面38行進。光線22P1 接著透過外部表面38離開輸出稜鏡26並可廢棄。
光線22S1藉由穿過輸入稜鏡24之外部表面34而離開PBS 122424.doc -14- 200811447 14 °在離開輸入稜鏡24之後,光線22S1接觸成像器16並從 該成像器反射。在”關閉”狀態中接觸成像器16之像素的個 別光線22S1於反射之後保持其s偏光。然而,在”開啟”狀態 中接觸成像器16之像素的個別光線22S1於反射之後使其偏 光從s偏光旋轉至p偏光。因此,反射的光束22包含一系列 新的s偏光光線(光線22sa)以及p偏光光線(光線22p2),其中 光線22j>2係含影像光線而光線22S2係不含影像光線。 從成像器16反射的光線22S2&22P2係往回朝輸入稜鏡24 引導,並透過外部表面34重新進入輸入稜鏡24。光線22S2 及22P2接著穿過輸入稜鏡24之入射表面36並接觸反射偏光 器28。反射偏光器28接著朝照明來源12反射光線22S2(s偏 光光線),並且朝吸收偏光器30透射光線22p2(p偏光光 線)。 在透過吸收偏光器30透射之後,光線22P2(即含影像光 線)透過入射表面42進入輸出稜鏡26。光線22P2接著透過外 部表面40離開輸出稜鏡26,並朝投影透鏡18行進。投影透 鏡18接著收集光線22P2並隨所需投影影像朝顯示螢幕2〇引 導光線22Ρ2。 理想而言,採用此配置,PBS 14之反射偏光器28利落地 將含影像光線(即光線22?2)與不含影像光線(即光線22s2)分 離,從而提供具有高對比率的影像。然而,以與反射偏光 益2 8之法線的高入射角朝反射偏光器2 8透射的個別光線 22S2會透過反射偏光器28洩漏(即透射),而非得以反射。 此可能(例如)由反射偏光器28之反射光譜中的干涉相位差 122424.doc -15- 200811447 異減小引起,該減小使光線22S2之最大反射偏移至藍色波 長光並降低紅色波長光之反射效率。因此,透過反射偏光 器28浪漏的個別光線22s2通常係紅色波長光線。對於低 F/#s(例如小於約ρ/2·〇)而言,橘色波長光線(即從約58〇奈 米至約600奈米)通常亦透過反射偏光器28洩漏。 然而’吸收偏光器30吸收透過反射偏光器28洩漏的光線 22S2 ’同時亦使光線22m透射至輸出稜鏡26中。同樣地, 吸收偏光器30阻塞透過反射偏光器28洩漏的不含影像光 線’從而為獲得的影像提供高對比度,尤其係關於紅色波 長光線。吸收偏光器30亦適合於阻塞由於下列原因透過反 射偏光器28而洩漏的光:整飾缺陷及反射偏光器設計之消 光限制,或陰霾,如Ma等人在美國專利第2004/0227994號 中所說明。 此外’反射偏光膜在封裝之間可具輕微的厚度變化,此 亦可透過反射偏光器28而產生光洩漏。此類光洩漏係類似 於紅色波長光洩漏,如上所述,下列情況除外··由膜的厚 度變化所產生的光譜峰值使綠色波長及藍色波長光透過反 射偏光器28而洩漏。然而,吸收偏光器3〇亦適合於吸收綠 及藍波長中的光洩漏,從而降低由於反射偏光器28中的厚 度變化所起的光洩漏。 反射偏光裔28與吸收偏光器3〇的組合使用允許光束22之 光錐具有較大範圍的入射角,同時保持顯示的影像之對比 率。此相應地允許光束22之光錐具有低f/#s,此轉化為較 咼光輸出及效率。適合於系統1〇%F/#s之範例包含約f/2 5 122424.doc -16- 200811447 或較小,尤其適當的F/#s之範例包含約F/2.0或較小,且更 適當的F/#s之範例包含約f/15或較小。 另外,較大範圍的入射角之使用亦允許反射偏光器28及 吸收偏光器30得以定向成不同於45。的入射角,其中入射 角係形成光束22的一光錐之中心光線與反射偏光器2 8及吸 收偏光器30之法線之間的角。用於反射偏光器28及吸收偏 • 光器30的適當方位之範例包含具有範圍從相對於形成光束 _ 22的一光錐之中心光線的約35。至約50。之絕對值的入射 角,尤其適當的方位包含具有範圍從約4〇。至約45。之絕對 值的入射角。 除保持獲得的影像之對比率以外,將反射偏光器28定位 在吸收偏光器30前面亦降低吸收偏光器3〇中由於光吸收而 起的熱產生。當吸收偏光器(例如吸收偏光器3〇)吸收具有 不合需要的偏光狀態之光線時,吸收的光線會在該吸收,偏 光。。中產生熱。此舉可以使該吸收偏光器中的雙色染料退 • 化,此降低該吸收偏光器之使用壽命。然而,反射偏光器 28從吸收偏光器3〇反射具有不合需的偏光狀態之光線的大 部分。此舉降低由吸收偏光器3〇所吸收的光線之數量,從 而保持吸收偏光器3〇之使用壽命。 範例 本發明係更特^地說明在下列範例中,該等範例係僅預 計為解說,因為熟習技術人士將明白本發明之範疇内的許 多修改及變動。
範例1以及比較範例A及B 122424.doc -17- 200811447 針對範例1以及比較範例a&b製備影像顯示系統,並中 每-個系統包含-PBS,其係置放在—照明來源、―預偏 光器、-成像器與一顯示螢幕之間。採用與圖…示的方 式相同之方式配置每-㈣統之組件,將預偏光器定位在 該照明來源與該PBS之間。該成像器包含一反射鏡及ι/4波 板,其快或k軸與s偏光光線的偏光方向對準,從而模擬 黑暗狀悲中的鐵電LCoS成像器。藉由將1/4波板旋轉為成
相對於s偏光光線之偏光方向的45。角而模擬成像器明亮狀 態。 範例1之PBS係與PBS 14 (如圖1所示且如上所述)相同, 其中該反射偏光器係以商標”VIKmTI”製造的多層光學膜 (即自明尼蘇達州聖保羅市3M公司的τ_35高級偏光膜 (APF)),並且該吸收偏光器係以商標"HLC2_2518,,採用商 業方式從日本東厅、二立公司購得的高對比率偏光器。 比較範例A之PBS包含與範例1之PBS中使用的相同反射 偏光器,但是並未包含一吸收偏光器。比較範例B之pBS 包含與範例1之PB S中使用的相同反射偏光器及吸收偏光 器,下列情況下除外:將該吸收偏光器放置在PBS外面鄰 近於圖1中的外部表面40 (即一外部清理偏光器)。範例1以 及比較範例A及B之PBS的偏光膜係分別定位成相對於形成 光束的一光錐之中心光線的45。之入射角,並且該光錐具 有 F/2.0 的 F/#。 在實驗期間,透過每一個系統發射一光束並且於顯示螢 幕上在視覺上觀察透過PBS洩漏的紅色波長光之數量而且 122424.doc -18- 200811447 在數量上测量該數量。因為使用一反射鏡及1/4波板來代 替偏光旋轉成像器’所以反射的光線在反射之後保持s偏 光狀態。因此,從該鏡反射的光線將從該反射偏光器往回 朝6亥知、明來源反射’從而在顯不營幕上提供一專暗狀熊影 像。 圖2A係比較範例A之系統(無吸收偏光器)的顯示瞳孔之 顯微圖。如圖所示,比較範例A之系統提供一黑暗影像, 下列情況除外:紅色部分(由圖2 A中的淺色部分所表示)在 鄰近於顯示螢幕之橫向邊緣的顯示螢幕之約4〇%範圍内視 覺上可觀察。紅色部分對應於紅色波長光線,其以與該反 射偏光器之法線的高入射角截斷該反射偏光器。紅色波長 光線透過該反射偏光器洩漏並得以投影至顯示螢幕上。在 用於偏光旋轉成像器中,洩漏的光將降低投影影像的對比 率0 圖2B係範例1之系統的顯示瞳孔之顯微圖。然而,範例1 之系統(内部吸收偏光器)及比較範例B之系統(外部吸收偏 光器)提供實質黑暗影像,而且並不展現任何視覺上可觀 察的紅色部分。影像在顯示螢幕之邊緣處僅展現輕微的光 泡漏’其係由圖2B中的較淺色部分所表示。儘管如此,範 例1及比較範例B之PBS中使用的吸收偏光器有效地吸收透 過反射偏光器洩漏的紅色波長光線。 圖3係一曲線圖,其表示用於範例1以及比較範例a及b 之系統之測量的對比率對光波長光譜。關於如何決定對比 率的論述係提供在Ma等人提供的美國專利申請案第 122424.doc -19- 200811447 2004/0227898號中。對於—給定檢視方向而言,"對比率” 係定義為能夠得以顯示在營幕上的最明亮狀態與最黑暗狀 態之光強度的比率。通常而言,針對螢幕上的特定位置測 量對比率’在分離情形下驅動顯示襄置處於最明亮狀態及 最黑暗狀態。表1提供測量的光學加權對比率,其係基於 用於範例1以及比較範例A&B之系統的顏色波長。土、 表1
圖3及表1中的資料顯示採用範例1之PBS得到的高對比 率。在比較中,對於紅色波長光線而言,比例範例八之 PBS展現由於洩漏的紅波長光而起的低對比率。針對範例工 之系統所得到的對比率可與針對比例範例B之系統所得到 的對比率比較。然而,如上所述,將該反射偏光器及該吸 收偏光器固定在一起,將此組合放置在PBS内前,可降低 在系統組裝期間使該談反射偏光器及該吸收偏光器的阻塞 軸未對準之風險,從而降低製造系統的複雜性。在比較 中,用於比例範例B的吸收偏光器係在PB S外部的一位置 處與反射偏光器對準。此舉增加製造比較範例B之系統的 複雜性。
範例2至4以及比較範例C至E 122424.doc -20- 200811447
採用與以上針對用於範例1之系統所論述的相同方式而 配置用於範例2至4之影像顯示系統,下列情況除外:將偏 光膜分別定向成相對於形成入射光束的一光錐之中心光線 的35。、45。及60。之入射角(例如在範例2中,形成該光束的 一光錐之一中心光線與該反射偏光器及該吸收偏光器之法 線之間的入射角係35。)。同樣地,採用與以上針對用於比 較範例B之系統(無吸收偏光器)所論述的相同方式而配置 用於比較範例C至E之影像顯示系統,下列情況除外:將偏 光膜分別定向成相對於形成該入射光束的一光錐之一中心 光線的35。、45。及60。之入射角。 圖4及5係曲線圖,复表千八1 八表不刀別用於軛例2至4以及比較範 例C至E之糸統之測量的對比率^ ^ ^ , 7比手對偏先益入射角及光波長光 譜。同樣地,表2提供測量的斟 ^ 里的對比率,其係基於用於範例2 至4以及比較範例之系統的顏色波長。
比較範例D(45度) 比較範例E(60度) 122424.doc -21 - 200811447 圖3及4以及表2中的資料顯示採用範例2至4之pBs得到 的高對比率,尤其在紅色波長光譜中。該資料亦顯示偏光 膜之入射角如何影響橫跨整個波長光譜的對比率。如上所 述,尤其適合於反射及吸收偏光器的方位包含範圍從約 40。至約45。的入射角。如圖3及4以及表2所示,此等入射 角提供橫跨整個可見光譜的高對比率。 儘管已參考較佳具體實施例說明本發明,但是熟習技術 人士將認識到可在形式上及詳細地進行改變而不脫離本發 明之精神及範疇。 【圖式簡單說明】 圖Η系本揭示内容之一影像顯示系統的示意解說。 圖2Α係一比較影像顯示系統之顯示瞳孔的顯微圖,其顯 示紅光洩漏。 圖2Β係本揭示内容之影像顯示系統之顯示瞳孔的顯微 圖。 圖3係表示用於本揭示内容之示範性影像顯示系統及比 較衫像顯示系統之對比率對光波長光譜的曲線圖。 圖4係表不用於本揭示内容之示範性影像顯示系統及比 車乂衫像顯示系統之對比率(其得以光學加權)對偏光器入射 角的曲線圖。 圖5係表不用於本揭示内容之示範性影像顯示系統及比 較影像顯示系統之對比率對光波長光譜的曲線圖。 雖然以上識別的圖式提出本發明之若干具體實施例,但 疋亦預期其他具體實施例,如該論述中所述。在所有情況 122424.doc -22- 200811447 下’此揭不内容經由表示而非限制來呈現本發明。應該瞭 解熟習技術人士可設計許多其他修改及具體實施例,其係 在本發明之原理的範疇及精神内。圖式並非按比例繪製。 相同參考編號已在所有圖式中用以表示相同部件。 【主要元件符號說明】 口 。
10 系統 12 照明來源 14 PBS 16 成像器 18 投影透鏡 20 顯示螢幕 22 光束 22P1 光線 22p2 光線 22S1 光線 22S2 光線 24 輸入稜鏡 26 輸出稜鏡 28 反射偏光器 30 吸收偏光器 32 外部表面 34 外部表面 36 入射表面 38 外部表面 122424.doc -23- 200811447 40 外部表面 42 入射表面
122424.doc -24-
Claims (1)
- 200811447 十、申請專利範圍: 1 · 一種影像顯示系統,其包括: 一照明來源,其經組態用以發射一光束; 一偏光束分光器,其包括: 一反射偏光器;以及 一吸收偏光器,其係置放成鄰近於該反射偏光器, 其中該吸收偏光器經組態用以接收已透過該反射偏光 器所透射的該光束之一第一部分;以及 一影像形成裝置,其係置放用以接收已藉由該反射 偏光器所反射的該光束之一第二部分。 2·如請求項1之影像顯示系統,其中該反射偏光器係定向 成相對於形成該光束的一光錐之一中心光線的範圍從約 35。至約5〇。的一入射角。 3·如請求項1之影像顯示系統,其中該影像形成裝置包括 一反射影像形成裝置。 4·如請求項1之影像顯示系統,其中該反射偏光器係選自 由下列各項所組成的群組:一多層聚合物光學膜、一聚 合物混合偏光膜、一線柵偏光器、一膽固醇型偏光器、 一玻璃纖維合成偏光器、以及一介電薄膜塗層。 5·如請求項1之影像顯示系統,其中該反射偏光器及該吸 收偏光器係固定在一起。 6·如請求項1之影像顯示系統,其中該吸收偏光器經組態 用以沿該吸收偏光器之一阻塞軸吸收範圍從約580奈米 至約7〇〇奈米的光波長。 122424.doc 200811447 7·如请求項1之影像顯示系統,其中該偏光束分光器進一 步包括一對稜鏡,該反射偏光器及該吸收偏光器係置放 在該對稜鏡之間。 8·如請求項1之影像顯示系統,其中該反射影像形成裝置 包括一矽上液晶裝置。 9.如請求項1之影像顯示系統,其中該反射偏光器的特徵 為一傳遞軸並且該吸收偏光器的特徵為一傳遞轴,而且 該反射偏光器之該傳遞軸係與該吸收偏光器之該傳遞軸 對準。 1 〇 · —種影像顯示系統,其包括: 一照明來源,其經組態用以發射一光束,· 一偏光束分光器,其包括: 一第一稜鏡,其包括一第一外部表面、一第二外部 表面以及一入射表面; 一反射偏光器,其係置放成鄰近於該第一稜鏡之該 入射表面;以及 一吸收偏光器,其係置放成鄰近於與該第一稜鏡相 對的該反射偏光器,其中該吸收偏光器經組態用以接 收已透過該反射偏光器所透射該光束之一第一部分,· 以及 於像形成裝置,其係置放用以接收自該反射偏光 器的該光束之一第二部分。 11如明求項1G之衫像顯不系統,其中該反射偏光器係定向 成相對於形成4光束的—光錐之—中心光線的範圍從約 122424.doc 200811447 35。至約5〇。的一入射角。 12·如請求項1〇之影像顯示系統,其中該影像形成裝置包括 一反射影像形成裝置。 13·如請求項1〇之影像顯示系統,其中該反射偏光器係選自 由下列各項所組成的群組:一多層聚合物光學膜、一聚 否物^合偏光膜、一線拇偏光器、一膽固醇型偏光哭、 一玻璃纖維合成偏光器、以及一介電薄膜塗層。 馨 14 ·如凊求項丨〇之影像顯示系統,其中該偏光束分光器進一 步包括一第二稜鏡,其具有置放成鄰近於與該反射偏光 器相對之該吸收偏光器的一入射表面。 1 5 ·如明求項1 〇之影像顯示系統,其中該吸收偏光器經組態 用以沿該吸收偏光器之一阻塞軸吸收範圍從約5 8 〇奈米 至約700奈米的光波長。 16·如請求項10之影像顯示系統,其中該反射影像形成裝置 包括一矽上液晶裝置。 • 17.如請求項10之影像顯示系統,其中該反射偏光器的特徵 為一傳遞軸並且該吸收偏光器的特徵為一傳遞軸,而且 該反射偏光器之該傳遞軸係與該吸收偏光器之該傳遞軸 a 對準。 , 1 8. —種影像顯示系統,其包括: 一照明來源,其經組態用以發射一光束; 一偏光束分光器,其包括: 一反射偏光器;以及 一吸收偏光器,其係置放成鄰近於該反射偏光器 122424.doc 200811447 其中 塞軸 及 阻 以 該吸收偏光器經也能田 二、、且•恕用以沿該吸收偏光器之一 吸收範圍從約5 8 〇太半石仏 川不水至約700奈米的光波長; '影像形成裝置,发孫罢》 〃係、置放用以接收自該反射偏光 斋的δ亥光束之至少一部分。 —19·如請求項狀影像顯示系統,其中該反射偏光器係定向 •成相對於形成該光束的-光錐之„^光㈣範圍㈣ ^ 35。至約50。的一入射角。 20.如明求項i 8之影像顯示系統,其中該影像形成裝置包括 一反射影像形成裝置。 21 ·如明求項18之影像顯示系統,其中該反射偏光器係選自 由下列各項所組成的群組:一多層聚合物光學膜、一聚 合物混合偏光膜、一線柵偏光器、一膽固醇型偏光芎、 一玻璃纖維合成偏光器、以及一介電薄膜塗層。 22.如請求項〗8之影像顯示系統,其中該反射影像形成裝置 _ 包括—矽上液晶裝置。 23 ·如請求項18之影像顯示系統,其中該反射偏光器的特徵 為一傳遞軸並且該吸收偏光器的特徵為一傳遞軸, 該反射偏光器之該傳遞軸係與該吸收偏光器之該傳遞車由 _ 對準。 122424.doc
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