TWI290259B - Rear projection display and display method - Google Patents

Description

1290259 吵6 Γ 、 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種薄的 背投影顯示裝置。 【先前技術】 爲了提供一螢幕尺寸約略大於40英吋之一電視，除了直 視型陰極射線管（cathode ray tube，CRT)之外之顯示裝置是經 常被使用的。當陰極射線管之螢幕尺寸增加時，其深度亦隨之 增加。一般來說，當螢幕尺寸大於40英吋時，使用直視型陰 極射線管已不再是可行的。此時，兩種既有的可用於大螢幕（大 於40英吋之螢幕尺寸）之顯示器，包括投影式顯示器以及電 漿式顯示器。 現有的電獎顯不器(plasma display)，其價格遠貴於投影式 顯示器(projection display)。電漿顯示器，通常其厚度夠薄而可 以固定於牆上，但是其重量卻是非常重，因此要安全地固定在 牆上是困難的。例如說，現有的42英吋電漿顯示器，其重量 可以爲80磅或更重，而60英吋電漿顯示器，其重量可以爲150 磅或更重。電漿顯示器比起現有的投影式顯示器之優點是，電 漿顯示器之厚度，通常遠薄於與其相同螢幕尺寸之現有的投影 式顯示器。 投影式顯示器，特別是背投影式顯示器（rear projection display) ’通常比電獎顯τρ；器還要昂貴。在提供一可行的解決方 案上，符合大螢幕需求之投影式顯示器會占去房間中太多空 間。例如說，典型的6〇英吋背投影式顯示器，其可爲24英吋 厚並且可以重達200到300磅。 第1圖繪示一習知的背投影顯示裝置。一般而言，顯示裝 11952pifl.doc 4 1290259 4沪日,Ά，- 'H77丨 ____ .…:ί ……—一〜..一.一一......._……? 置100，包括一光學引擎（optical engine)140，一投影鏡頭130， 一背板鏡片12〇以及一螢幕110。光學引擎140用以產生一影 像投影到螢幕11〇上。投影鏡頭130從光學引擎140 ,投影該 影像到背板鏡片120上，而背板鏡片120反射該影像到螢幕u〇 上。顯示裝置1⑽之尺寸，正比於被顯示於螢幕110上之影像 之尺寸。因此，用於大螢幕尺寸（例如說大於60英吋）之顯示裝 置1〇〇之整體尺寸可以很大。 目前，小於12英吋厚之薄的背投影顯示裝置，已經被發 展出來。然而，這些較薄的背投影顯示裝置，通常需要一非球 面鏡片（aspherical mirror)，因此不易製造並且不易校正。與非 球面鏡片有關之困難度，導致了現有的薄的背投影式顯示器相 當昂貴，因爲其限制了背投影式顯示器設置於令人滿意的封裝 中之可行性。 第2圖繪示具有一非球面鏡片之一習知薄的背投影顯示裝 置。藉由投影鏡頭250，一影像從光學引擎260被投影到反射 鏡片240上。反射鏡片240反射該影像到非球面鏡片230上， 其放大了被投影之影像並延展了視場光線角（field ray angle)。 非球面鏡片230反射該影像到背板鏡片220上，並且反射該影 像到螢幕21〇上。因此，背投影顯示裝置200，相較於第1圖 之顯示裝置100,於相同的尺寸螢幕下提供了一較薄的封裝。 然而，與使用非球面鏡片230有關之製造與對準（alignment)等 問題，大大地增加了顯示裝置200之成本。 顯示裝置200之另一缺點是，與鏡片220、230、24〇以及 到螢幕210有關之光學引擎260之角度，在沒有補償下，光學 引擎26〇之角度會導致一梯形或楔石型的影像。用以提供一方 型的影像之，與該角度相關之補償，更增加了顯示裝置200之 11952pifl.doc 5 1290259 ηί ^ ν 成本與複雜度。 【發明內容】 有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種顯不裝置’包括 一螢幕、一廣角透鏡系統（wild angle lens system)，用於使用部 分之該廣角透鏡系統之一透鏡像場（lens field)以投影一影像， 以及一貫質上平的（substantially planar)背板鏡片（back plate mirror)用以反射該影像到該螢幕上。該背板鏡片，實質上垂直 於廣角透鏡系統之光軸，並且實質上平行於螢幕。在一實施例 中’該顯示裝置更包括一實質上平的中間鏡片，用於反射藉由 廣角透鏡系統被投影到背板鏡片之影像。該中間鏡片係平行於 該背板鏡片。在一實施例中，該螢幕具有一第一區域以及一第 一區域，該第一區域具有一第一凹槽角，並且該第二區域具有 一第二凹槽角。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 下： 【實施方式】 爲了達成本發明之目的，以下舉一實施例’作爲本發明特 徵之描述，但是本發明並不僅限於此實施例所描述之特徵。 二超薄⑽削hin)背投影式顯示器顯將腿述。在以下 的描述中，爲了解釋之目的，許多特定的細節依序被提出，以 提供對^發明卜徹底之瞭解。然而，顯而易見的是，對—熟 知此技藝者而言’本發明可以被實施而沒有這些特定的細節: 在其他情形下’結構與裝置皆被繪示成方塊圖之形式以避免混 淆本發明。 此處所描述之超薄背投影顯示_，包括—廣角透鏡系 11952pif2 6 1290259 f U 、 ' :一 .............. .... . ...........•一,'j 統，以及一或更多個平行於一螢幕之平面鏡片’在其上一影像 被顯示。在一實施例中，該螢幕具有複數個凹槽角，比起具有 一單一的凹槽角之螢幕，本實施例之螢幕可以提供較佳的照 度。 以下將做更詳細的描述，該螢幕可以是一菲涅爾（Fresnel) 透鏡，具有一個或更多凹槽角。然而，許多其他的物件可以作 爲一螢幕用以顯示一影像。一般而言’任何可以散射光線之物 件可以被作爲一螢幕。例如說，一面牆、水、或是霧可以是被 用作爲一螢幕。 第3圖繪示具有平面鏡片平行於一螢幕之一超薄背投影顯 示裝置之一實施例。以下將做更詳細的描述，使用平行於該螢 幕之平面鏡片，與具有垂直於該鏡片與螢幕之一光軸之一廣角 投影鏡頭，可以使得該超薄背投影顯示裝置變得較薄，比起習 知背投影顯示裝置更爲簡單。例如說，此處所描述之一超薄背 投影顯示裝置，是指小於7英吋厚，並可以提供一 60英吋之 影像。 在一實施例中，超薄背投影顯示裝置300，包括螢幕310、 背板鏡片320、中間鏡片330、透鏡系統340，以及數位微鏡片 元件（digital micromirror device，DMD)350。其他元件，例如說， 影像產生元件爲了描述之簡化並未被繪示。一影像可以以任何 已知之方法被提供到數位微鏡片元件(DMD)350中。數位微鏡 片元件(DMD)35〇選擇性地從一光源（於第3圖中未繪示）反 射光線到透鏡系統3 4 0。任何已知型態之顯不裝置可以被用作 爲顯示裝置3 00。其他形式之裝置，例如說，微機電系統， (microelectromechanical system, MENS)、光柵光閥（grating light valve，GLV)、液晶顯示器、單晶砂反射式面板（liquid 11952pifl.doc 7 1290259 务 v r 、 crystal on silicon，LCO S)，皆可被用以提供一^影像到透鏡系統 340。在一實施例中，該些鏡片實質上平行於該螢幕，其中隱 含一對準誤差約爲±1〇°。在一實施例中，該廣角透鏡系統之光 軸實質上垂直於該螢幕’其中亦隱含一對準誤差約爲±10°° 在一實施例中，數位微鏡片元件(DMD)35〇從該透鏡系統 340之光軸被偏移，如此只有一部分（例如說’ 50%、60%、40%) 的可用透鏡像場被使用。藉由相對於透鏡系統340之光軸’偏 移數位微鏡片元件PMD)350 ’該影像從數位微鏡片元件 (DMD)350，藉由在透鏡像場之上方部分之透鏡系統340，被投 影到中間鏡片3 3 0。另外，該透鏡像場之一下方部分，可以被 用以投影一影像到中間鏡片330。於此一實施例之中，透鏡系 統340會在中間鏡片330之上方，其會在背板鏡片32〇之上方。 爲了如所述般投影一影像，透鏡系統340爲一可變廣角透 鏡系統。在一實施例中，透鏡系統340具有一視場角（fieldangle) 爲152。或更多；然而，其他透鏡可以被使用。一般而言，透鏡 系統340之角度越廣，顯示裝置300可以被製造的越薄。一合 適的廣角透鏡係統之描述，是被描述於該上述的參考專利申請 案中，其係被倂入以做爲參考。 中間鏡片330反射影像到背板鏡片320，背板鏡片320再 反射影像到螢幕310。在一實施例中，螢幕310爲一菲涅爾 (Fresnel)透鏡。背板鏡片320亦可爲一平面鏡片，平行於螢幕 310並垂直於透鏡系統340之光軸。因爲透鏡系統340之光軸’ 垂直於中間鏡片330,並且中間鏡片330與背板鏡片32〇二者’ 皆是平面的並且平行於螢幕310。由有角度的透鏡與非球面鏡 片所引起之光學失真，並不在顯示裝置300裡面。如此可簡化 顯示裝置300之設計，並降低成本與製造上之複雜度。 11952pifl.doc 8

1290259 第4圖繪示被用於背投影式螢幕一菲涅爾（Fresnel)透鏡之 斷面之輪廓。第4圖提供一槪念上的一菲涅爾（Fresnel)透鏡之 斷面之繪不’係可用於各種背投影顯不裝置。該菲捏爾（Fresnel) 透鏡可以被描述成具有一個角度，該面角（face angle)被定義爲 每一個別的凹槽之表面之角度，當光線進入時可透過該面角， 或是定義爲某些離開菲涅爾（Fresnel)透鏡之折射條紋，係相對 於透鏡之光軸。該凹槽角爲形成於介於輸入之面與反射之面之 間之角度，或是一折射透鏡介於凹槽之光學面（optical面）與非 光學面(non-optical面）之間之角度。 在一實施例中，菲淫爾（Fresnel)透鏡400，可以具有許多 同心凹槽，各具有一或更多個預定的凹槽角。製造與使用具有 一單一的凹槽角菲涅爾（Fresnel)透鏡之技術，皆在已知之技術 中。在一背投影顯不裝置中’投影鏡頭系統之全透鏡像場被使 用，菲涅爾（Fresnel)透鏡400之一中心部分420被用作爲顯示 裝置之透鏡。 虛線方塊（dashed rectangle)420則提供從菲涅爾（Fresnel) 透鏡400之中心部分之一螢幕之一表示。被使用之透鏡之該部 分之尺寸與形狀，會對應到顯示裝置之螢幕之尺寸與形狀。對 於傳統的背投影式顯示器，被用於螢幕之斷面42〇之中心，是 爲菲涅爾（Fresnel)透鏡42〇之中心。 當使用一偏移數位微鏡片元件（DMD)(或是其他裝置）， 以致於只有部分之投影透鏡像場被使用時，被用於螢幕之菲涅 爾（Fresnel)透鏡400之斷面，從菲捏爾（Fresnel)透鏡4〇〇之中 心被相對地偏移。例如說，若投影透鏡像場之上半部被使用， 螢幕部分410之底部邊緣會穿過菲涅爾（Fresnel)透鏡4〇〇之中 心。 11952pifl.doc 9 1290259 ff ： 6：： y > Ί -- ) .....j -- 第5圖繪示具有1 39。之一凹槽角510之一菲涅爾（Fresnel) 透鏡500之一剖面圖。第5圖之透鏡，例如說，可以與第3圖 之顯示器系統一起使用。當與繪示於第3圖之一顯示器系統一 起使用時，以及與被描述於第4圖之一偏移有關時，該39◦之 一凹槽角，提供介於鑽石切面結構完整性與透鏡效能之間之一 平衡。 當凹槽角增加時，被投影到透鏡500之底部中心之影像變 暗了’係因爲通過透鏡之光線沒有被反射。當凹槽角減少時， 被投影到透鏡500之上方角落之影像變暗了，係因爲反射光被 引導向下並從觀視窗(viewer)離開了。還有，當凹槽角減少時， 被用於製造透鏡500之工具會變的太弱而沒有效果。 第6A圖繪示一菲涅爾(Fresnel)透鏡之一前視圖，其具有二 個區域，且每一區域具有一不同的凹槽角。第6A圖之實施例 繪示了二個區域具有二凹槽角。然而，具有對應的凹槽角之任 意個數的區域，可以被使用。一透鏡之凹槽角可以連續地變 化。還有，雖然第6A圖之範例中繪示了圓形部位，然而其他 形狀也可以被使用。 在一實施例中，內側部位620具有一凹槽大約爲35°。然 而，其他凹槽角也可被使用。當用於大螢幕時，從頭到尾具有 一單一的凹槽角之一菲涅爾（Fresnel)透鏡會提供不一致的照 度。在一實施例中，外側部位610具有一凹槽大約爲41°。然 而，其他凹槽角也可被使用。在另一些實施例中，內側部位62〇 與外側部位610可以提供折射與/或反射透鏡之任意組合。在一 實施例中，透鏡600之投影側具有凹槽，並且其觀視側（viewer side)是爲平面的。在另一實施例中，在上述之兩側透鏡600皆 具有凹槽。 10 11952pifl.doc 1290259 第6B圖繪示一兩區域的菲淫爾（Fresnel)透鏡之一剖面 圖’其具有一‘第一*區域有一^凹槽角爲35° ’以及一^第二個區域 有之一凹槽角。第6B圖之透鏡可以被用於，例如說，第3 圖之顯示器系統。相較於第5圖之透鏡，第6B圖之透鏡提供 了獲得改善之均勻性。 在一實施例中，部位62〇之凹槽，提供了一折射透鏡，並 且部位610之凹槽，提供了一全內反射（TIR)透鏡。透鏡600之 折射與反射區域，可以在透鏡之同一側（例如說，皆在投影 側），或是透鏡600之折射與反射區域，可以在透鏡之不同側 (例如說，反區域射在投影側，而折射區域在觀測側）。在以 下之詳細敘述中，轉換(transition)部位可以被用以減少或甚至 消除介於該些區域之間藉由轉換所引起之影像痕跡。對於一兩 面的透鏡，二個單面的透鏡可以被對準，並且每一透鏡平面之 側可以被結合在一起。另外，透鏡之另一側可以像如上所述被 製造，並且額外的凹槽可以直接地被形成於透鏡材料上。 第7圖繪示一入射光具有一 60。入射角，以及具有1〇°之 一面角（face angle)之一菲涅爾(Fresnel)透鏡。對於入射光之陡 峭角（steep angle)(例如說，大約大於45。）’可以設g十5亥些凹 槽之面角，使得所有光線進入菲涅爾（Fresnel)透鏡’並且從反 射面反射再直接地朝向觀視者。例如說，入射光720穿過凹槽 面700，並且稍微地被折射。由反射面710所反射之折射光730 則是朝向一觀視者（未圖示於第7圖之中）。在大部分的應用 中，反射光74〇是直接朝向觀視者。 當入射光之角度減少時，在某一角度時，折射光不會到達 反射面710。例如說，在接近菲涅爾（Fresnel)中心之螢幕底部 中心之凹槽。這些光線因此損失’並穿過菲涅爾（Fresnel)結構 11952pifl.doc 11 1290259 L—-~—«：—一一 _._ j -----ι,ι,,,ι |„ , ^ 而創造出一鬼影，或是降低對比。所損失之光線，降低螢幕範 圍（area)之底部中心之對比（或是可能降低螢幕任何部分之對 比，係取決於鏡片相對於螢幕之位置）。 在此，用以於上述範圍（area)中減少鬼影並改善對比之一方 法是，改變反射面角。因此，不同於直接將光線導向觀視者之 方法，本方法是將透鏡設計成可以盡可能地收集光線。結果 是，反射光740往下。此方法改善了所顯示影像之對比’但是 往下之光線無法被重新導向觀視者，因此看起來變暗了 ° 面角可以被設計成，螢幕之邊緣之光線進入處，亦即入射 光之處之面角是爲陡峭的。因此，可以引導反射光朝向透鏡中 心，以改善影像之邊緣之感覺亮度（perceived brightness)。 在一實施例中，所有凹槽是在透鏡之一投影側上，並且透 鏡之觀視側是平面的。在另一些實施例中，某一區域之些凹槽 是在透鏡之投影側上，並且另一區域之凹槽，是在透鏡之觀視 側。 第8圖繪示一菲涅爾（Fresnel)透鏡設計之一剖面圖，其具 有有不同的凹槽角之二個區域，以及用於該些區域之轉換部 位。圖中繪示之透鏡800，爲了描述之簡化，只畫出少數幾個 凹槽、區域與部位。事實上，一菲涅爾（Fresnel)透鏡，可以具 有任意個數的凹槽、區域、與/或部位。 在此，一 “區域(zone)”是指一菲涅爾（Fresnel)透鏡之具有 一特別的凹槽角之一範圍（area)(當凹槽角是不連續地變化）。 一 部位（region) ’是指一菲涅爾（Fresnel)透鏡之一範圍 (area)，其中該面角（γ)是由一單一的方程式所定義。一區域（area) 可以包括複數個部位(region)。在一實施例中，一個或更多個轉 換部位，皆被包含於區域邊界中，以提供一平坦區域轉換 11952pifl.doc 12

1290259 (transition) 〇 在一實施例中，方程式F，係用以定義用於第一部位之面 角（face angle)，其可爲半徑(radius)r之一函數。方程式G，用 以定義用於第二部位之面角。因此，方程式F與方程式G，在 部位邊界(region boundary)上是相等的。換句話說’ 只(〇)二，其中r7爲部位邊界上之半徑。再者，定義用於一 區域之面角之方程式之一次微分，是等於定義在部位邊界之面 角之方程式之一次微分。換句話說，，其中Ο爲 部位邊界上之半徑。 第9圖繪示一菲涅爾（Fresiiel)透鏡設計之一剖面圖。在一 實施例中，下列的方程式，係描述菲涅爾(Fresnel)透鏡設計之 各個角度。其他角度之關係式也可以被使用。在下列方程式 中，Θ6爲入射角，或是從水平算起之入射光920之角度。；κ爲 面角，或是從水平算起之折射面910之角度。5爲反射面角， 或是從水平算起之折射面900之角度。p爲折射光角度，或是 從水平算起之折射光930之角度。Θ2爲反射光角度，或是從水 平算起之反射光950之角度。而^爲輸出光度角，或是從水平 算起之輸出光960之角度。 在一實施例中，下列方程式是被用以決定被用於各個部位 之角度。對於一固定的峰角（peak angle)(峰角A = 幻，面 角可以被估計以在接近底部中心，產生不具有鬼影（ghost ray) 之一菲涅爾(Fresnel)透鏡，並且面角亦被修正以增加光通率 (throughput) 〇 用於一個二部位之實施例，該內側部位可以是一損失較少 的（lossless)系統，係由以下方程式所定義： 1 1952pifl.doc 13

V 1290259 m，r): tan(^) · (tan(^) + 2 · tan(A: - γ)) + tan ·/ isin

COS f (r\ λ atan V Kfl) J •tan(k -γ) tan γ -asm r / cos a tan V R β _R_ 一 tan(:-;k) 其中”爲非淫爾（Fresnel)h鏡材料之折射係數(refractive index)，爲凹槽角，及爲從菲涅爾（Fresnei)透鏡中心算起之半 徑’以及//爲非t土爾（Fresnel)h 1¾之焦距（focal length)。外側 部位則是由以下方程式所定義：

第10圖繪示一菲涅爾(Fresnel)透鏡，其具有二個區域於一 透鏡不同之兩側，以及一轉換部位用於該二個區域，係依據本 發明之一實施例。菲涅爾(Fresnel)透鏡1〇9〇，包括了由一折射 區域與一反射區域所組成之二個區域，以及一轉換部位。在另 一些實施例中，透鏡1〇9〇可以具有一或更多個區域位於一單 一側之上。 在一實施例中，菲淫爾(Fresnel)透鏡1090，包括一內側的 區域，係爲一傳統的折射菲捏爾(Fresnel)透鏡設計1000。向外 延展到該外側區域之，包括透鏡1090之中心之一內側區域’ 變的比內側區域更有效率。菲涅爾(Fresnel)透鏡1090更包括一 外側的區域，係爲一全內反射菲涅爾（Fresnel)設計1020。此外 側區域，比起內側區域之折射設計爲延展到透鏡之邊緣之設 計，將導引更多光線朝向觀視者。 11952pifl.doc 14 1290259 \ 爲了減少或甚至消除介於透鏡1090之折射與反射部分之 間之不連續，因此包括一轉換部位1010。在一實施例中，在轉 換部位1010中，菲涅爾（Fresnel)透鏡1090內部的光線，從折 射設計之向上（upward)角到反射設計之水平角，漸進地改變。 此漸進改變會降低由於光線之重疊引起之影像之不連續。 第11圖繪示具有一廣角透鏡之一背投影顯示裝置，係依 據本發明之一實施例。顯示裝置1100,包括螢幕1110、廣角 透鏡系統1120,以及數位微鏡片元件（digital micromirror device， DMD)1130。在一實施例中，螢幕1110爲如上所詳細描述之一 菲淫爾(Fresnel)透鏡。 一影像由已知技術之光學引擎元件所產生並提供（於第11 圖中未圖示），透過數位微鏡片元件(DMD)1130被導向廣角透 鏡系統1120。在另一些實施例中，數位微鏡片元件（DMD)l 130 可以被其他元件所取代，例如說，微機電系統， (microelectromechanical system，MENS )、光嫌光閥（grating light valve，GLV)、液晶顯示器、單晶砂反射式面板（liquid crystal on silicon，LCOS)等。在一^實施例中，數位微鏡片兀件 (DMD)l 130之光軸，是藉由廣角透鏡系統1120之光軸所排列， 因此，全透鏡像場（full lens field)被用以投影該影像到螢幕 1110。在另一些實施例中，數位微鏡片元件(DMD)1]L30之光軸 可以從該廣角透鏡系統1120之光軸被偏移。藉由使用如上所 述之一菲涅爾（Fresnel)透鏡’可提供具有較佳的亮度均勻度 (brightness uniformity)之一'較薄的系統。 在本說明書中“一實施例（oneembodiment)”，或“一實施 例（an embodiment) ” ，是指有關該貫施例所描述之一^特定特 徵、結構、或特性，是包括於至少本發明之一實施例之中。在 11952pifl.doc 15 n (十·.'........ 1290259 -ί ^π ·：·-.^^ L___—_」 說明書中不同地方所出現之“在一實施例中（in one embodiment)” ，不一定皆是對應於相同的一實施例。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍 內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後 附之申請專利範圍所界定者爲準。 【圖式簡單說明】 第1圖繪示一習知的背投影顯示裝置； 第2圖繪示具有一非球面鏡片之一習知的薄的背投影顯示 裝置； 第3圖繪示具有平面鏡片平行於一螢幕之一超薄背投影顯 示裝置，係依據本發明之一實施例； 第4圖繪示被用於背投影式螢幕一菲涅爾（Fresnel)透鏡之 斷面之輪廓； 第5圖繪示具有39°之一凹槽角之一菲涅爾（Fresnel)透鏡 之一剖面圖； 第6A圖繪示一菲涅爾（Fresnel)透鏡之一前視圖，其具有二 個區域，且每一區域具有一不同的凹槽角； 第6B圖繪示一兩區域的菲涅爾（Fresnel)透鏡之一剖面 圖，其具有一第一區域有一凹槽角爲35°，以及一第二個區域 有41°之一凹槽角； 第7圖繪不一入射光具有一 600入射角，以及具有10〇之 一面角（face angle)之一菲捏爾（Fresnel)透鏡； 第8圖繪示一菲涅爾（Fresnel)透鏡設計之一剖面圖，其具 有有不同的凹槽角之二個區域，以及用於該些區域之轉換部 位； 11952pifl .doc 16 1290259 ψ q f \ \ __ 〜〜.....................,.j 第9圖繪示一菲捏爾（Fresnel)透鏡設計之一剖面圖； 第10圖繪示一菲捏爾（Fresnel)透鏡，其具有二個區域於一 透鏡不同之兩側，以及一轉換部位用於該二個區域，係依據本 發明之一實施例；以及 第11圖繪示具有一廣角透鏡之一背投影顯示裝置，係依 據本發明之一實施例。 【圖式標記說明】 100 :顯示裝置 140、260 :光學引擎 130、250 :投影鏡頭 120、220 :背板鏡片 110、210 :螢幕 240 :反射鏡片 230 :非球面鏡片 2〇〇 :背投影顯示裝置 300 :超薄背投影顯示裝置 310 :螢幕 320 :背板鏡片 330 :中間鏡片 340 :透鏡系統 350 :數位微鏡片元件 400、1090 :菲涅爾（Fresnel)透鏡 420 ： 中心部分 510 ： 凹槽角 610 ： 外側部位 620 ： 內側部位 11952pifl.doc 1290259 f 6 ΐ 600、800:透鏡 700 :凹槽面 710 :反射面 720、920 :入射光 730、930 :折射光 740、950 :反射光 900、910 :折射面 960 :輸出光 1020 :全內反射菲涅爾（Fresnel)設計 1000 :顯示裝置 1010 :轉換部位 1110 :營幕 1120 :廣角透鏡系統 1130 :數位微鏡片元件

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Claims (1)

1290259 爲第92121093號中文專利範圍無華βΊΏ 拾、申請專利範圍： v；.\；

1. 一種顯示裝置，包括： 一螢幕； 一透鏡系統，投影一影像，該透鏡系統具有一光軸；以 及 一實質上平的（substantially planar)背板鏡片（back plate mirror)，用以實質上平行於該螢幕而反射該影像到該螢幕； 一實質上平的中間鏡片，用以反射由該透鏡系統所投影之 該影像到該背板鏡片，該中間鏡片實質上平行於該背板鏡片， 其中該中間鏡片實質上垂直於該透鏡系統之光軸。 2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該螢幕， 包括一全內反射（total internal reflection，TIR)菲捏爾（Fresnel) 透鏡。 3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該螢幕， 包括一折射式菲涅爾（Fresnel)透鏡。 4. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，更包括至少一 微機電系統（microelectromechanical system，MENS)，以提供該 影像到該透鏡系統。 5. 如申請專利範圍第4項所述之顯示裝置，更包括至少一 數位微鏡片元件（digital micromirror device, DMD)，以提供該影 像到該透鏡系統。 6. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，更包括至少一 光栅光閥（grating light valve，GLV)，以提供該影像到該透鏡系 統。 7. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，更包括至少一 液晶顯示器（liquid crystal display，LCD)，以提供該影像到該透 11952pif2 19 9 …π.— '^kr 2 ；(^ 、 鏡系統。 8. 如申請專利範圍第7項所述之顯示裝置，更包括至少一 單晶矽反射式面板（liquid crystal on silicon，LCOS)顯示器，以 提供該影像到該透鏡系統。 9. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該螢幕， 包括具有一連續變化凹槽角之一菲涅爾（Fresnel)透鏡。 10. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該螢幕 包括具有一第一區域以及一第二區域之一菲涅爾（Fresnel)透 鏡，該第一區域具有一第一凹槽角以及該第二區域具有一第二 凹槽角。 11. 如申請專利範圍第10項所述之顯示裝置，其中該第二 區域環繞該第一區域。 12. 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置，其中該第一 凹槽角小於該第二凹槽角。 13. 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置，其中該第一 凹槽角大於該第二凹槽角。 14. 如申請專利範圍第10項所述之顯示裝置，其中該第一 區域部分地環繞該第二區域。 15. 如申請專利範圍第14項所述之顯示裝置，其中該第一 凹槽角小於該第二凹槽角。 16. 如申請專利範圍第14項所述之顯示裝置，其中該第一 凹槽角大於該第二凹槽角。 17. 如申請專利範圍第10項所述之顯示裝置，其中該第一 凹槽角大約爲35°，並且第二凹槽角大約爲41°。 18. 如申請專利範圍第10項所述之顯示裝置，其中該第二 區域之該些凹槽，提供一全內反射。 11952pif2 20 1290259 ψ r ν 19. 如申請專利範圍第10項所述之顯示裝置，其中該第一 區域與該第二區域是位於該菲涅爾透鏡之一第一側之上。 20. 如申請專利範圍第1〇項所述之顯示裝置，其中在介於 該第一區域與該第二區域之間之一邊界，該第一區域之一面角 實質上等於該第二區域之一面角。 21. 如申請專利範圍第20項所述之顯示裝置，其中在介於 該第一區域與該第二區域之間之一邊界，該第一區域中之數個 面角之一改變速率，實質上等於該第二區域中之數個面角之一 改變速率。 22. 如申請專利範圍第10項所述之顯示裝置，其中該第一 區域是位於該菲涅爾透鏡之一第一側，並且該第二區域是位於 該菲涅爾透鏡之一第二側之上。 23. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該螢 幕，包括一菲涅爾（Fi^snel)透鏡，係用以引導光線，從距離該 菲涅爾透鏡中心最遠之一角落導向該菲涅爾透鏡中心，並且引 導光線，從該菲涅爾透鏡通常垂直於該菲涅爾透鏡之一中央部 位。 24. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該透鏡 系統包括一廣角透鏡系統。 25. 如申請專利範圍第24項所述之顯示裝置，其中該廣角 透鏡系統使用大約爲一半的該透鏡像場投影該影像。 26. 如申請專利範圍第25項所述之顯示裝置，其中該廣角 透鏡系統使用小於該透鏡像場的上半而投影該影像到該中間 鏡片。 27. 如申請專利範圍第25項所述之顯示裝置，其中該廣角 透鏡系統使用小於該透鏡像場的下半而投影該影像到該中間 11952pif2 21 1290259 鏡片。 28. 如申請專利範圍第24項所述之顯示裝置，其中該廣角 透鏡系統使用小於該透鏡像場的一半而投影該影像。 29. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中實質上 平行包括+/-1〇°的對位誤差。 30. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中實質上 垂直包括+/-10°的對位誤差。 3 1. —種顯示方法，包括： 投影一影像，係藉由一具有一光軸的廣角透鏡系統； 反射被該廣角透鏡系統投影之該影像到具有一中間鏡片 之鏡片，其中該中間鏡片爲平的，該中間鏡片實質上平行於該 螢幕且垂直於該廣角透鏡系統之光軸；以及 反射該影像到具有一平面鏡片之一螢幕，其中該平面鏡 片實質上平行於該螢幕，並且該廣角透鏡系統之光軸實質上垂 直於該平面鏡片。 32. 如申請專利範圍第31項所述之顯示方法，其中該廣角 透鏡系統使用大約爲一半的該透鏡像場投影該影像。 33. 如申請專利範圍第31項所述之顯示方法，其中該廣角 透鏡系統使用小於該透鏡像場的下半而投影該影像到該中間 鏡片。 34. 如申請專利範圍第31項所述之顯示方法，其中該廣角 透鏡系統使用小於一半的該透鏡像場投影該影像。 35. 如申請專利範圍第31項所述之顯示方法，其中該廣角 透鏡系統使用小於該透鏡像場的上半而投影該影像到該中間 鏡片。 36. 如申請專利範圍第31項所述之顯示方法，其中實質上 11952ρίβ 22 1290259 平行包括+/-iq°的對位誤差。 37.如申請專利範圍第31項所述之顯示方法，其中實質上 垂直包括+/-1〇°的對位誤差。 11952pif2 23

1290259 伍、 中文發明摘要： 一種超薄背投影顯示裝置，包括一廣角透鏡系統’以及一 個或更多個平行於一螢幕之一平面鏡片’該螢幕係用以顯示一 影像。在一實施例中，該螢幕具有複數個凹槽角’比起具有一 單一的凹槽角之螢幕，可以提供較佳的照度。 陸、 英文發明摘要： The ultra-thin rear projection display device described herein includes a wide angle lens system and one or more planar mirrors that are parallel to a screen on which an image is to be displayed. In one embodiment, the screen that has multiple groove angles to provide better illumination than screens with a single groove angle. 柒、 指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（丨）圖。 (二) 本代表圖之元件代表符號簡單說明： 300 ： :超薄背投影顯示裝置 310 ： :螢幕 320 ： :背板鏡片 330 ： 中間鏡片 340 ： 透鏡系統 350 ： 數位微鏡片元件 扬卜本案右有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 11952pifl.doc