TW202307513A - 反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

一種反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，包含：光源模組、反射式窄角擴散片、凹面反射鏡、背光式顯示面板。光源模組用以投射光線。反射式窄角擴散片具有凹面或平面作為一反射面，該反射面上具有複數個微曲面鏡組成的陣列。該光線經由該反射式窄角擴散片與該凹面反射鏡的反射擴散成為一均光指向性光束。背光式顯示面板用以顯示一影像，該均光指向性光束穿透該背光式顯示面板之後成為一指向性影像光束，並投射到一投射區域。這樣的設置可以使用低凹面曲率的反射式窄角擴散片，就能達到高指向性影像投射。

Description

反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置
本發明係關於一種反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，使用低曲率或平面反射式窄角擴散片，搭配高曲率凹面反射鏡輔助所缺少的凹面曲率，就能達到高指向性影像投射，可以降低擴散片的製作難度，提高良率，減少成本。
如圖1所示，US20180252915A1為申請人的申請案，反射式窄角擴散片2的功能是用來將投影機41所投影的影像以窄角度反射擴散到觀賞者的眼中，提高光線利用率，增加觀看影像的亮度。
其中，影像的每一個畫素透過一反射式窄角擴散片的反射與擴散之後，都能均勻擴散到觀賞者的眼盒區域。前述投影機41可以是LCD投影機、DLP投影機或雷射投影機。
如圖2所示，該反射式窄角擴散片2可以是平面或曲面，該反射式窄角擴散片2具有複數個微曲面鏡200以方形排列或六角蜂巢排列而組成的陣列(亦即，圖7A所示的反射式窄角擴散片20)，每一個微曲面鏡200的尺寸在2.5um～0.25mm之間。
其中，每一微曲面鏡200可以有相同或不同的曲率與角度。
該等微曲面鏡200的數量可以視解析度與光路設計需求而訂製。
如圖3A所示，平面反射鏡的表面平整光滑，入射光的入射角等於反射光的反射角，所以光束的擴散角不變，沒有擴散的效果，觀賞角度受限制。
為了要讓各個角度的觀賞者都能看到投影布幕的平面，故需要寬廣散射表面將投射在平面的光線朝四面八方擴散，如圖3B所示，但同時也讓影像亮度大幅降低。
如圖3C所示，反射式窄角擴散片的微曲面鏡能將入射光朝向一預定方向以預定且較窄的一擴散角θ2擴散，因此能在預定方向與擴散角θ2範圍內大幅提升觀看影像的亮度。其中，該微曲面鏡的反射面可以是凹面或凸面。
如圖4A所示的光源，是將光源11經過聚光後成為指向性光源，容易發生亮度不均勻的現象，例如中央亮度較高，周圍亮度較低。為改善此問題，申請人的另一發明是將光源11投射到反射式窄角擴散片上，如圖4B所示，微曲面鏡陣列所反射的光線能朝向一預定方向與較窄的擴散角擴散，產生亮度均勻的指向性光源。
如圖5A、圖5B所示的反射式窄角擴散片為雙曲凹面，也就是在X軸剖面與Y軸剖面都呈現曲線的凹面。
根據凹面曲率的大小，可以區分為完全沒有曲率的平面，如圖6D，有低曲率的微凹面，如圖6B與圖6C，以及具有高曲率的凹面，如圖6A。
前述反射式窄角擴散片可以使用剛性材料(例如金屬材料、陶瓷材料或硬性高分子材料)以模具成型方式製造，但成本較高。
如圖7A所示，另一種擴散片的製作方法是先以彈性材料(例如橡膠、彈性高分子材料)製作出具有微曲面鏡200陣列的平面結構，鍍上反射膜以形成平面反射式窄角擴散片20，再以剛性材料製作一片雙曲凹面基板S1，將彈性的平面反射式窄角擴散片20貼合在雙曲凹面基板S1上，就能成為具有雙曲凹面的反射式窄角擴散片21。
貼合之前，因為平面反射式窄角擴散片20與雙曲凹面基板S1之間存在空氣，即使在基板上配置多個抽氣孔，貼合時仍然容易殘留空氣，貼合之後的殘留氣泡無法排除，影響反射面的平整度，且每一微面鏡的形變量也較難控制，影響光學影像的品質，降低良率；一旦基板S1的凹面的曲率越大，製程難度就越高，問題也越嚴重。雖然可以在高真空環境中來進行貼合製程，將平面反射式窄角擴散片20預先固定於凸面治具T1上，如圖8A所示，解決殘留氣泡的問題，但此製法的製造成本高且設備昂貴。
本發明係提供一種低曲率反射式窄角擴散片，搭配一高曲率凹面反射鏡作為輔助元件，取代雙曲凹面的反射式窄角擴散片，並產生指向性光源。這樣能降低擴散片的製作難度，提高良率，減少成本。
如圖4C所示，前述指向性光源可作為背光式顯示面板的背光源，將背光式顯示面板的影像投射擴散到一設定的眼盒區域，使通過背光式顯示面板上每一畫素的光線都能擴散到整個眼盒區域。
本發明還提供一種反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，包含：
一光源模組，投射一光線；
一反射式窄角擴散片，沿著垂直的兩個軸向形成雙曲且低曲率的一微凹面作為反射面，該反射面上具有複數個微曲面鏡組成的陣列；
一凹面反射鏡，沿著垂直的兩個軸向形成雙曲的一凹面，該凹面的二個軸向對應於該反射式窄角擴散片微凹面的二個軸向，該凹面反射鏡輔助該反射式窄角擴散片的微凹面所不足的曲率，使該光線經由該反射式窄角擴散片與該凹面反射鏡的反射擴散成為一均光指向性光束；
一背光式顯示面板，顯示一影像，該均光指向性光束穿透該背光式顯示面板之後成為一指向性影像光束，該指向性影像光束投射到一投射區域(即一觀賞者的一眼盒範圍)。
該凹面反射鏡放置於該光源模組與該反射式窄角擴散片的光路之間，該凹面反射鏡的雙曲的凹面將該光線進行第一次匯聚後，再反射至該反射式窄角擴散片，讓該反射式窄角擴散片雙曲的微凹面進行第二次匯聚，並將每一點的光線以窄角度擴散，讓反射擴散後的均光指向性光束在穿透該背光式顯示面板之後，都能具備高指向性而投射到該投射區域內。
或者，該凹面反射鏡也可以放置於該反射式窄角擴散片與該背光式顯示面板之間，讓該反射式窄角擴散片的雙曲的微凹面將該光線進行第一次匯聚後，並將每一點的光線以窄角度擴散，再反射至該凹面反射鏡，讓該凹面反射鏡雙曲的凹面進行第二次匯聚，讓反射擴散後的均光指向性光束在穿透該背光式顯示面板之後，都能具備高指向性而投射到該投射區域內。
該反射式窄角擴散片的微凹面沿著兩個軸向的曲率，皆小於該凹面反射鏡的凹面沿著兩個軸向的曲率。
該反射式窄角擴散片的微凹面沿著其中一個軸向的曲率是小於該凹面反射鏡的凹面在對應軸向的曲率，該反射式窄角擴散片的微凹面沿著另一個軸向的曲率是大於該凹面反射鏡的凹面在對應軸向的曲率。
本發明還提供一種反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，包含：
一光源模組，投射一光線；
一反射式窄角擴散片，沿著單一軸向形成單曲的一凹面作為反射面，該反射面上具有複數個微曲面鏡組成的陣列；
一凹面反射鏡，沿著單一軸向形成的單曲的一凹面，該凹面的軸向垂直對應於該反射式窄角擴散片凹面的軸向，該凹面反射鏡輔助該反射式窄角擴散片的凹面上缺少軸向的曲率，使該光線經由該反射式窄角擴散片與該單曲凹面反射鏡的反射擴散成為一均光指向性光束；
一背光式顯示面板，顯示一影像，該均光指向性光束穿透該背光式顯示面板之後成為一指向性影像光束，該指向性影像光束投射到一投射區域(即一觀賞者的一眼盒範圍)。
該凹面反射鏡放置於該光源模組與該反射式窄角擴散片的光路之間，該凹面反射鏡的單曲的凹面將該光線進行第一次匯聚後，再反射至該反射式窄角擴散片，讓該反射式窄角擴散片於不同軸向的單曲凹面進行第二次匯聚，並將每一點的光線以窄角度擴散，讓反射擴散後的均光指向性光束在穿透該背光式顯示面板之後，都能具備高指向性而投射到該投射區域內。
該凹面反射鏡也可以放置於該反射式窄角擴散片與該背光式顯示面板之間，讓該反射式窄角擴散片的單曲的凹面將該光線進行第一次匯聚後，並將每一點的光線以窄角度擴散，再反射至該凹面反射鏡，讓該凹面反射鏡於不同軸向的單曲凹面進行第二次匯聚，讓反射擴散後的均光指向性光束在穿透該背光式顯示面板之後，都能具備高指向性而投射到該投射區域內。
該反射式窄角擴散片的凹面的軸向可對應於顯示影像的垂直方向、水平方向、45度斜角方向或任意方向。
本發明還提供一種反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，包含：
一光源模組，投射一光線；
一反射式窄角擴散片，沿著單一軸向形成單曲且低曲率的一微凹面作為反射面，該反射面上具有複數個微曲面鏡組成的陣列；
一凹面反射鏡，沿著垂直的兩個軸向形成雙曲的一凹面，該凹面的其中一個軸向平行對應於該反射式窄角擴散片微凹面的軸向，該凹面反射鏡輔助該反射式窄角擴散片的凹面所不足與缺少軸向的曲率，使該光線經由該反射式窄角擴散片與該凹面反射鏡的反射擴散成為一均光指向性光束；
一背光式顯示面板，顯示一影像，該均光指向性光束穿透該背光式顯示面板之後成為一指向性影像光束，該指向性影像光束投射到一投射區域(即一觀賞者的一眼盒範圍)。
該凹面反射鏡放置於該光源模組與該反射式窄角擴散片的光路之間，該凹面反射鏡的雙曲的凹面將該光線進行第一次匯聚後，再反射至該反射式窄角擴散片，讓該反射式窄角擴散片單曲的微凹面進行第二次匯聚，並將每一點的光線以窄角度擴散，讓反射擴散後的均光指向性光束在穿透該背光式顯示面板之後，都能具備高指向性而投射到該投射區域內。
該凹面反射鏡也可以放置於該反射式窄角擴散片與該背光式顯示面板之間，讓該反射式窄角擴散片的單曲的微凹面將該光線進行第一次匯聚後，並將每一點的光線以窄角度擴散，再反射至該凹面反射鏡，讓該凹面反射鏡雙曲的凹面進行第二次匯聚，讓反射擴散後的均光指向性光束在穿透該背光式顯示面板之後，都能具備高指向性而投射到該投射區域內。
該反射式窄角擴散片的微凹面的軸向可對應於顯示影像的垂直方向、水平方向、45度斜角方向或任意方向。
本發明還提供一種反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，包含：
一光源模組，投射一光線；
一反射式窄角擴散片，具有一平面結構的反射面，該反射面上具有複數個微曲面鏡組成的陣列；
一凹面反射鏡，沿著兩個垂直的軸向形成雙曲的一凹面，該凹面反射鏡輔助該反射式窄角擴散片兩個軸向所缺少的曲率，使該光線經由該反射式窄角擴散片與該凹面反射鏡的反射擴散成為一均光指向性光束；
一背光式顯示面板，顯示一影像，該均光指向性光束穿透該背光式顯示面板之後成為一指向性影像光束，該指向性影像光束投射到一投射區域(即一觀賞者的一眼盒範圍)。
該凹面反射鏡放置於該光源模組與該反射式窄角擴散片的光路之間，該凹面反射鏡的雙曲的凹面將該光線進行匯聚後，再反射至該反射式窄角擴散片，讓該反射式窄角擴散片再將每一點的光線以窄角度擴散，讓反射擴散後的均光指向性光束在穿透該背光式顯示面板之後，都能具備高指向性而投射到該投射區域內。
該凹面反射鏡也可以放置於該反射式窄角擴散片與該背光式顯示面板之間，讓該反射式窄角擴散片先將每一點的光線以窄角度擴散，再反射至該凹面反射鏡，讓該凹面反射鏡雙曲的凹面進行匯聚，讓反射擴散後的均光指向性光束在穿透該背光式顯示面板之後，都能具備高指向性而投射到該投射區域內。
該凹面反射鏡的兩個軸向分別對應於顯示影像的垂直方向與水平方向。
該凹面反射鏡的凹面在兩個軸向的曲率可以是相同或不同。
上述反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置的前方更包含一擋風玻璃，該影像光投射到擋風玻璃，該擋風玻璃反射部分影像光至該投射區域。
上述反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置可包含一凹面鏡，該影像光先經過該凹面鏡的放大，再投射到該擋風玻璃，該擋風玻璃反射部分影像光至該投射區域。
於下文中的「微凹面」或「凹面」相較於傳統的反射式窄角擴散片的凹面所產生的聚光效果具有較小的聚光效果。在某些實施例中，凹面的曲率是大於微凹面的曲率，在某些實施例中，凹面的曲率與微凹面的曲率相同。
於下文中「輔助」的用詞，指的是光線在被反射式窄角擴散片與凹面反射鏡反射之後，凹面反射鏡能補償該光線被反射式窄角擴散片的(微曲面鏡)反射面所反射時，匯聚不足的聚光效果，使光線在穿透過背光式顯示面板之後，所有的光線都能匯聚到相同的投射區域，且足以涵蓋設定的投射區域。
相較於雙曲凹面的反射式窄角擴散片的製作難度，本發明透過使反射式窄角擴散片的凹面具有較低的曲率，即可以降低製程難度，如圖7B所示，將平面狀態的反射式窄角擴散片20貼合在雙曲微凹基板S2上，就能成為雙曲微凹的反射式窄角擴散片，而且大幅提高製程良率，如圖8B所示，可使用例如紡錘形貼合滾輪T2來確保緊密貼合，避免氣泡殘留。
如圖9A所示，原本雙曲凹面的反射式窄角擴散片21可以將光線L反射擴散至設定的投射區域內，但是改為本發明所提供雙曲微凹的反射式窄角擴散片22之後，如圖9B所示，反射式窄角擴散片22曲率的降低也降低了微凹面鏡的曲率，導致光線L反射擴散後不足以涵蓋設定的投射區域，且擴散片上不同位置的光線無法投射在相同區域。
為了將反射擴散後的光線L匯聚，如圖10A所示，可在光源模組1與反射式窄角擴散片22之間加上一片凹面反射鏡31，或是如圖10B所示，在反射式窄角擴散片22之後加上一片凹面反射鏡31，來補償反射式窄角擴散片22不足的軸向凹面曲率，讓投射的光線都匯聚到相同的區域，且足以涵蓋設定的投射區域。如圖10C所示，加上凹面反射鏡31的效果，類似於在光路中加入一凸透鏡30，改變每個微面鏡投射的光路與擴散的區域，讓擴散片上不同位置的光線能夠投射並擴散在相同的投射區域。
如圖11A與圖11B所示，本發明之第一實施例為一種反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，包含：一光源模組1以投射一光線L，一反射式窄角擴散片22，一凹面反射鏡31與一背光式顯示面板4。
該反射式窄角擴散片22，沿著互相垂直的兩個軸向形成雙曲且低曲率的一凹面(亦即雙曲的微凹面)作為反射面，該反射面上具有複數個微曲面鏡200組成的陣列，用以反射擴散光線L。
該凹面反射鏡31沿著互相垂直的兩個軸向形成雙曲的一凹面，該凹面的二個軸向對應於該反射式窄角擴散片22凹面的二個軸向，該凹面反射鏡31輔助該反射式窄角擴散片22的凹面所不足的曲率，使該光線L經由該反射式窄角擴散片22與該凹面反射鏡31的反射擴散成為一均光指向性光束D。
該背光式顯示面板4顯示一影像I，該均光指向性光束D穿透該背光式顯示面板4之後成為一指向性影像光束DI，該指向性影像光束DI投射到一投射區域(即一觀賞者的一眼盒範圍E)。
如圖11A所示，該凹面反射鏡31放置於該光源模組1與該反射式窄角擴散片22的光路之間，該凹面反射鏡31的雙曲的凹面將該光線L進行第一次匯聚後，再反射至該反射式窄角擴散片22，讓該反射式窄角擴散片22雙曲的微凹面進行第二次匯聚，並將每一點的光線以窄角度擴散，讓反射擴散後的均光指向性光束D在穿透該背光式顯示面板4之後，都能具備高指向性而投射到該眼盒範圍E內。
如圖11B所示，該凹面反射鏡31也可以放置於該反射式窄角擴散片22與該背光式顯示面板4之間，讓該反射式窄角擴散片22的雙曲的微凹面將該光線L進行第一次匯聚後，並將每一點的光線以窄角度擴散，再反射至該凹面反射鏡31，讓該凹面反射鏡31雙曲的凹面進行第二次匯聚，讓反射擴散後的均光指向性光束D在穿透該背光式顯示面板4之後，都能具備高指向性而投射到該眼盒範圍E內。
該反射式窄角擴散片22的微凹面沿著兩個軸向的曲率，皆小於該凹面反射鏡31的凹面沿著兩個軸向的曲率。
該反射式窄角擴散片22的微凹面沿著其中一個軸向(例如圖11A所示X軸)的曲率是小於該凹面反射鏡31的凹面在對應軸向的曲率，該反射式窄角擴散片22的微凹面沿著另一個軸向(例如圖11A所示Y軸)的曲率大於該凹面反射鏡31的凹面在對應軸向的曲率。
如圖7C所示，該反射式窄角擴散片也可以採用沿著單一軸向彎曲形成單曲的一凹面，以降低製程難度。將平面的反射式窄角擴散片200，貼合在單曲凹面基板S3上，就能成為單曲凹面的反射式窄角擴散片，而且也能大幅提高製程良率，如圖8C所示，可使用例如圓柱形貼合滾輪T3來確保緊密貼合，避免氣泡殘留。
如圖12A所示，原本雙曲凹面的反射式窄角擴散片21可以將光線反射擴散至設定的投射區域內。但是，如圖12B及圖12C所示，改為單曲凹面的反射式窄角擴散片23之後，光線經過單曲凹面的反射式窄角擴散片23反射擴散後，擴散片上不同位置的反射擴散光線無法投射在相同區域，反射擴散後的光線在該反射式窄角擴散片23的非彎曲的軸向將分布超出設定的投射區域的外側。如圖12B所示，當Y軸向為該反射式窄角擴散片23的非彎曲的軸向時，反射擴散後的光線將在Y軸向分布超出設定的投射區域。如圖12C所示，當X軸向為該反射式窄角擴散片23的非彎曲的軸向時，反射擴散後的光線將在X軸向分布超出設定的投射區域。
為了解決前段說明的問題，如圖13A所示，可以讓單曲凹面的反射式窄角擴散片23搭配一片單曲的凹面反射鏡33，來補償反射式窄角擴散片23缺少的軸向凹面曲率，當反射式窄角擴散片23的凹面是沿著X軸向彎曲時，則搭配的單曲的凹面反射鏡33的凹面是沿著Y軸向彎曲。當反射式窄角擴散片23的凹面是沿著Y軸向彎曲時，則搭配的單曲的凹面反射鏡33的凹面是沿著X軸向彎曲，利用在不同軸向彎曲的反射式窄角擴散片23的凹面與凹面反射鏡33的凹面彼此互補的特性，讓投射的光線都匯聚到相同的投射區域，且足以涵蓋設定的投射區域。
如圖13B、圖13C、圖14A、圖14B所示，為本發明之第二實施例，一種反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，包含：一光源模組1投射一光線L、一反射式窄角擴散片23、一凹面反射鏡33以及一背光式顯示面板4。
該反射式窄角擴散片23沿著單一軸向形成單曲的一凹面作為反射面，該反射面上具有複數個微曲面鏡200組成的陣列，用以反射擴散光線L。
該凹面反射鏡33沿著單一軸向形成單曲的一凹面，該凹面的軸向垂直對應於該反射式窄角擴散片23凹面的軸向，該凹面反射鏡33輔助該反射式窄角擴散片23的凹面所缺少軸向的曲率，使該光線L經由該反射式窄角擴散片23與該凹面反射鏡33的反射擴散成為一均光指向性光束D。
該背光式顯示面板4顯示一影像I，該均光指向性光束D穿透該背光式顯示面板4之後成為一指向性影像光束DI，該指向性影像光束DI投射到一觀賞者的一眼盒範圍E。
如圖13B與圖13C所示，該凹面反射鏡33放置於該光源模組1與該反射式窄角擴散片23的光路之間，該凹面反射鏡33的單曲的凹面將該光線L進行第一次匯聚後，再反射至該反射式窄角擴散片23，讓該反射式窄角擴散片23於不同軸向的單曲凹面進行第二次匯聚，並將每一點的光線以窄角度擴散，讓反射擴散後的均光指向性光束D在穿透該背光式顯示面板4之後，都能具備高指向性而投射到該眼盒範圍E內。
如圖14A與圖14B所示，該凹面反射鏡33也可以放置於該反射式窄角擴散片23與該背光式顯示面板4之間，讓該反射式窄角擴散片23的單曲的凹面將該光線L進行第一次匯聚後，並將每一點的光線以窄角度擴散，再反射至該凹面反射鏡33，讓該凹面反射鏡33於不同軸向的單曲凹面進行第二次匯聚，讓反射擴散後的均光指向性光束D在穿透該背光式顯示面板4之後，都能具備高指向性而投射到該眼盒範圍E內。
該反射式窄角擴散片23的凹面的軸向可對應於顯示影像I的垂直方向、水平方向、45度斜角方向或任意方向。
更進一步的，可以再降低反射窄角擴散片凹面的曲率，變成單曲微凹的反射式窄角擴散片，使製程更加簡化且降低成本。為了將反射擴散後的光線匯聚，可以讓單曲微凹的反射式窄角擴散片搭配一片雙曲的凹面反射鏡，來補償反射式窄角擴散片不足與缺少軸向的曲率，讓投射的光線都匯聚到相同的區域，且足以涵蓋設定的投射區域。
如圖15A、圖15B、圖16A、圖16B所示，為本發明之第三實施例，一種反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，包含：一光源模組1投射一光線L、一反射式窄角擴散片24、一凹面反射鏡31以及一背光式顯示面板4。
該反射式窄角擴散片24沿著單一軸向形成單曲且低曲率的一凹面(亦即單曲的微凹面)作為反射面，該反射面上具有複數個微曲面鏡200組成的陣列，用以反射擴散光線L。
該凹面反射鏡31沿著垂直的兩個軸向形成雙曲的一凹面，該凹面的其中一個軸向對應於該反射式窄角擴散片24微凹面的軸向，該凹面反射鏡31輔助該反射式窄角擴散片24的微凹面所不足與缺少軸向的曲率，使該光線L經由該反射式窄角擴散片24與該凹面反射鏡31的反射擴散成為一均光指向性光束D。
該背光式顯示面板4顯示一影像I，該均光指向性光束D穿透該背光式顯示面板4之後成為一指向性影像光束DI，該指向性影像光束DI投射到一觀賞者的一眼盒範圍E。
如圖15A與圖15B所示，該凹面反射鏡31放置於該光源模組1與該反射式窄角擴散片24的光路之間，該凹面反射鏡31的雙曲的凹面將該光線L進行第一次匯聚後，再反射至該反射式窄角擴散片24，讓該反射式窄角擴散片24單曲的微凹面進行第二次匯聚，並將每一點的光線以窄角度擴散，讓反射擴散後的均光指向性光束D在穿透該背光式顯示面板4之後，都能具備高指向性而投射到該眼盒範圍E內。
如圖16A與圖16B所示，其中該凹面反射鏡31也可以放置於該反射式窄角擴散片24與該背光式顯示面板4之間，讓該反射式窄角擴散片24的單曲的微凹面將該光線L進行第一次匯聚後，並將每一點的光線以窄角度擴散，再反射至該凹面反射鏡31，讓該凹面反射鏡31雙曲的凹面進行第二次匯聚，讓反射擴散後的均光指向性光束D在穿透該背光式顯示面板4之後，都能具備高指向性而投射到該眼盒範圍E內。
該反射式窄角擴散片24的微凹面的軸向可對應於顯示影像I的垂直方向、水平方向、45度斜角方向或任意方向。
進一步的，本發明可直接使用平面的反射式窄角擴散片，就無需曲面貼合製程，良率最高，成本也最低。
如圖17所示，改為平面的反射式窄角擴散片20之後，因為擴散片使用平面作為反射面而缺少凹面(平面的曲率為零)，導致光線L在反射擴散後不足以涵蓋設定的投射區域，且擴散片上不同位置的光線無法投射在相同區域。
為了將反射擴散後的光線L匯聚，如圖18A所示，可以在光源模組1與平面的反射式窄角擴散片20之間加上一片雙曲的凹面反射鏡31，或是如圖18B所示，在平面的反射式窄角擴散片20之後加上一片雙曲的凹面反射鏡31，來補償反射式窄角擴散片20缺少的軸向凹面曲率，讓投射的光線都匯聚到相同的區域，且足以涵蓋設定的投射區域。
如圖19A與圖19B所示，為本發明之第四實施例，一種反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，包含：一光源模組1投射一光線L、一反射式窄角擴散片20、一凹面反射鏡31以及一背光式顯示面板4。
該反射式窄角擴散片20具有一平面結構的反射面，該反射面上具有複數個微曲面鏡200組成的陣列，用以反射擴散光線L。
該凹面反射鏡31沿著垂直兩個軸向形成雙曲的一凹面，該凹面反射鏡31輔助該反射式窄角擴散片20兩個垂直軸向所缺少的曲率，使該光線L經由該反射式窄角擴散片20與該凹面反射鏡31的反射擴散成為一均光指向性光束D；
該背光式顯示面板4顯示一影像I，該均光指向性光束D穿透該背光式顯示面板4之後成為一指向性影像光束DI，該指向性影像光束DI投射到一觀賞者的一眼盒範圍E。
如圖19A所示，該凹面反射鏡31放置於該光源模組1與該反射式窄角擴散片20的光路之間，該凹面反射鏡31先的雙曲的凹面將該光線L進行匯聚後，再反射至該反射式窄角擴散片20，讓該反射式窄角擴散片20再將每一點的光線以窄角度擴散，讓反射擴散後的均光指向性光束D在穿透該背光式顯示面板4之後，都能具備高指向性而投射到該眼盒範圍E內。
如圖19B所示，該凹面反射鏡31也可以放置於該反射式窄角擴散片20與該背光式顯示面板4之間，讓該反射式窄角擴散片20先將每一點的光線以窄角度擴散，再反射至該凹面反射鏡31，讓該凹面反射鏡31雙曲的凹面進行匯聚，讓反射擴散後的均光指向性光束D在穿透該背光式顯示面板4之後，都能具備高指向性而投射到該眼盒範圍E內。
該凹面反射鏡31的兩個軸向分別對應於顯示影像I的垂直方向與水平方向。
該凹面反射鏡31的凹面在兩個軸向的曲率可以是相同或不同。
如圖20所示，前述第一至第四實施例的指向性背光顯示裝置可包含一擋風玻璃5，讓觀賞者同時觀看投射的影像與擋風玻璃5外的景物。由一光源模組1投射一光線L，該光線L經過一凹面反射鏡3與一反射式窄角擴散片2的反射擴散後形成一均光指向性光束D，該均光指向性光束D穿透一背光式顯示面板4之後成為一指向性影像光束DI，該指向性影像光束DI投射至該擋風玻璃5，該擋風玻璃5反射部分該指向性影像光束DI至該眼盒範圍E。
如圖21所示，前述第一至第四實施例指向性背光顯示裝置的光路更可包含一凹面鏡6，用以將影像放大，將虛像距離加長。由一光源模組1投射一光線L，該光線L經過一凹面反射鏡3與一反射式窄角擴散片2的反射擴散後形成一均光指向性光束D，該均光指向性光束D穿透一背光式顯示面板4之後成為一指向性影像光束DI，該指向性影像光束DI投射到該凹面鏡6，該凹面鏡6反射該指向性影像光束DI至該擋風玻璃5，該擋風玻璃5反射部分該指向性影像光束DI至該眼盒範圍E。
[習知技術] 2:反射式窄角擴散片 20:平面反射式窄角擴散片 21:反射式窄角擴散片 200:微曲面鏡 41:投影機 θ1,θ2:擴散角度 11:光源 S1:雙曲凹面基板 [本發明] 1:光源模組 2,20,22,23,24:反射式窄角擴散片 200:微曲面鏡 3,31,33,:凹面反射鏡 4:背光式顯示面板 5:擋風玻璃 6:凹面鏡 L:光線 D:均光指向性光束 I:影像 DI:指向性影像光束 E:眼盒範圍 S2:雙曲微凹基板 S3:單曲凹面基板 T2,T3:貼合滾輪
圖1為已公開的發明實施示意圖。
圖2為反射式窄角擴散片示意圖。
圖3A、圖3B、圖3C為投影光線在不同反射面的擴散示意圖。
圖4A、圖4B、圖4C為利用反射式窄角擴散片產生指向性背光的實施示意圖。
圖5A、圖5B為雙曲凹面的反射式窄角擴散片示意圖。
圖6為不同凹面曲率的反射式窄角擴散片示意圖。
圖7A、圖7B、圖7C為反射式窄角擴散片貼合示意圖。
圖8A、圖8B、圖8C為反射式窄角擴散片貼合製程示意圖。
圖9A、圖9B為雙曲凹面的反射式窄角擴散片與雙曲微凹的反射式窄角擴散片的投射差異示意圖。
圖10A、圖10B、圖10C為凹面反射鏡搭配反射式窄角擴散片的投射示意圖。
圖11A、圖11B為本發明之第一實施例示意圖。
圖12A、圖12B、圖12C為雙曲凹面的反射式窄角擴散片與單曲凹面的反射式窄角擴散片的投射差異示意圖。
圖13A為單曲凹面的反射鏡搭配單曲凹面的反射式窄角擴散片的示意圖。
圖13B、圖13C、圖14A、圖14B為本發明之第二實施例示意圖。
圖15A、圖15B、圖16A、圖16B為本發明之第三實施例示意圖。
圖17為平面的反射式窄角擴散片的投射示意圖。
圖18A、圖18B為雙曲凹面的反射鏡搭配平面的反射式窄角擴散片的投射示意圖。
圖19A、圖19B為本發明之第四實施例示意圖。
圖20為本發明實施例於車輛內部使用示意圖。
圖21為本發明實施例於車輛內部使用之另一示意圖。
1:光源模組
L:光線
31:凹面反射鏡
22:反射式窄角擴散片

Claims (9)

  1. 一種反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，包含： 一光源模組，投射一光線； 一反射式窄角擴散片，具有一凹面或一平面作為一反射面，該反射面上具複數個微曲面鏡組成的陣列； 一凹面反射鏡，具有一凹面作為一反射面，該凹面輔助該反射式窄角擴散片所不足的凹面曲率，使該光線經由該反射式窄角擴散片與該凹面反射鏡的反射擴散成為一均光指向性光束；以及 一背光式顯示面板，顯示一影像，該均光指向性光束穿透該背光式顯示面板之後成為一指向性影像光束，並投射到一投射區域。
  2. 如請求項1所述反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，其中該反射式窄角擴散片的該反射面是沿著互相垂直的兩個軸向呈現該凹面，該凹面反射鏡的該反射面是沿著互相垂直的兩個軸向呈現該凹面，該凹面反射鏡的該兩個軸向對應於該反射式窄角擴散片的該兩個軸向。
  3. 如請求項1所述反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，其中該反射式窄角擴散片的該反射面是沿著一單一軸向呈現該凹面，該凹面反射鏡的該反射面是沿著另一單一軸向呈現該凹面，該凹面反射鏡的該單一軸向垂直對應於該反射式窄角擴散片的該單一軸向。
  4. 如請求項1所述反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，其中該反射式窄角擴散片的該反射面是沿著一單一軸向呈現該凹面，該凹面反射鏡的該反射面是沿著互相垂直的兩個軸向呈現該凹面，該凹面反射鏡的該兩個軸向的其中一軸向平行對應於該反射式窄角擴散片的該單一軸向。
  5. 如請求項1所述之指向性背光顯示裝置，其中，該反射式窄角擴散片的該反射面為該平面，該凹面反射鏡的該反射面是沿著垂直的兩個軸向呈現該凹面。
  6. 如請求項2至5中任一項所述反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，其中該凹面反射鏡放置於該光源模組與該反射式窄角擴散片之間的光路上。
  7. 如請求項2至5中任一項所述反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，其中該凹面反射鏡放置於該反射式窄角擴散片與該背光式顯示面板之間的光路上。
  8. 如請求項1所述反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，其中更包含一擋風玻璃，該指向性影像光束投射到擋風玻璃，該擋風玻璃反射部分該指向性影像光束至該投射區域。
  9. 如請求項8所述反射鏡曲率輔助式擴散片的指向性背光顯示裝置，其中更包含一凹面鏡，該指向性影像光束先經過該凹面鏡的反射，再投射到該擋風玻璃，該擋風玻璃反射部分該指向性影像光束至該投射區域。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11994769B1 (en) * 2023-07-20 2024-05-28 E-Lead Electronic Co., Ltd. Backlit display device with tapered reflective cup array

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0150999B1 (ko) * 1994-10-28 1998-12-15 김광호 평행광 조명장치
JPH1152289A (ja) * 1997-08-05 1999-02-26 Minolta Co Ltd 二次元照明光学系及びこれを用いた液晶プロジェクター
US7212347B2 (en) * 2003-12-08 2007-05-01 Jds Uniphase Corporation Reflective illumination system
JP6248473B2 (ja) * 2013-08-28 2017-12-20 日本精機株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
US9482408B2 (en) * 2014-06-06 2016-11-01 Terralux, Inc. Light source for uniform illumination of an area
TWI622505B (zh) * 2017-02-15 2018-05-01 E Lead Electronic Co Ltd Narrow-angle diffuser head-up display device
JP6663890B2 (ja) * 2017-09-06 2020-03-13 矢崎総業株式会社 バックライトユニットおよびヘッドアップディスプレイ装置
CN108919495A (zh) * 2018-08-01 2018-11-30 张家港康得新光电材料有限公司 一种3d抬头显示系统及其设计方法、汽车
KR20200072641A (ko) * 2018-12-12 2020-06-23 삼성전자주식회사 3차원 증강 현실을 제공하는 헤드 업 디스플레이 장치
US11092803B2 (en) * 2019-06-08 2021-08-17 E-Lead Electronic Co., Ltd. Head-up display device with reflecting target diffuser sheet

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