TWI589928B - 可配戴式顯示裝置 - Google Patents

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TWI589928B TW104136085A TW104136085A TWI589928B TW I589928 B TWI589928 B TW I589928B TW 104136085 A TW104136085 A TW 104136085A TW 104136085 A TW104136085 A TW 104136085A TW I589928 B TWI589928 B TW I589928B
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optical
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悅榮 李
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立景光電股份有限公司
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Description

可配戴式顯示裝置
本發明涉及一種可配戴式顯示裝置。
用於頭戴式系統的微顯示器通常包含液晶面板、以及將光照射至液晶面板的照明裝置。液晶面板可調變入射光以產生影像，而影像透過光學元件顯示於使用者的眼睛。
依據一種已知的方法，微顯示器可利用白光照射液晶面板上的彩色濾光片以形成彩色影像。然而，這種方法需要在每個像素設置至少三個彩色濾光子像素，於是尺寸通常至少變大3倍。如此，導致使用彩色濾光片的微顯示器普遍需要較大的光學元件，且由於彩色濾光子像素的電交互作用，使得微顯示器顯示較差的色彩品質。
另一種已知的方法在於使用場色序彩色顯示技術，以提供更佳的顯示性能並減少微顯示器的尺寸。場色序彩色顯示器根據紅色、綠色及藍色三主色將一彩色影像分為不同色場。微顯示器將每個色場分開地顯示時則開啟對應的彩色光源。當這些場色迅速地依序顯示，即可被使用者的眼睛合成為全色彩影像。由於場色序彩色顯示器需要使用位於不同位置的多個光源(即不同顏色的光源)，可能面臨無法均勻分佈照射光，即由於對應光源的不同位置使得每一個彩色光照射光調變器的空間分佈可能不同。
有鑑於此，目前需要一種改良的可配戴式顯示裝置，以便改善上述的缺失。
本發明闡述一種可減少尺寸的可配戴式顯示裝置，其使用不同顏色的多個點狀單色光源照射光調變器。
依據一實施例，一種可配戴式顯示裝置包括：一反射型的光調變器、一導光板、複數個不同顏色的單色光源、以及一光學組件。光調變器具有一前側。導光板位於光調變器的前側，導光板具有一入射表面、及位於相對側的第一、第二主要表面，入射表面分別與第一、第二主要表面相連接，導光板可導引入射表面所接收的光通過第一主要表面並往光調變器傳遞。複數個不同顏色的單色光源依序發射不同顏色的光。光學組件設於鄰近導光板的入射表面，光學組件可將該複數個單色光源所發射的單色光沿該入射表面均勻分佈。
依據一實施例，該光學組件包括一光學積分柱，該光學積分柱具有由複數個反射側壁所界定的內部，該複數個單色光源所發射的單色光經該光學積分柱傳播時產生內反射。
依據一實施例，該導光板具有相交接的第一側和第二側，該入射表面設置於該導光板的該第一側，該光學積分柱大致沿該導光板的該第二側延伸，該光學積分柱具有一入光窗、一出光窗及沿著一軸向延伸的長形部，該入光窗定義於該長形部的一末端，該出光窗位於沿該軸向與該入光窗相間隔之處並開設於該長形部的一側。
依據一實施例，該長形部沿一第一軸向延伸，該光學積分柱還包括一個將光導向該出光窗的轉折部，該轉折部沿著一第二軸向延伸，該第二軸向相對於該第一軸向傾斜約40度至50度。
依據一實施例，該入光窗與該出光窗具有不同形狀的截面。
依據一實施例，該光學組件包括一導光件，該導光件沿著該入射表面設置。
依據一實施例，該導光件具有位於相對側的第三、第四主要表面及複數個光學結構，該複數個光學結構將光導向該第三主要表面，該第三主要表面面向該導光板的該入射表面。
依據一實施例，該複數個光學結構包括複數個形成於該導光件的該第四主要表面上的凹槽，該複數個凹槽的每一個具有第一、第二側壁及一參考軸，該參考軸與該第四主要表面呈相垂直，該第一、第二側壁分別在該參考軸的兩側延伸，該第一側壁與該參考軸之間的第一角度約30至65度，該第二側壁與該參考軸之間的第二角度約0至30度。
依據一實施例，該導光件具有位於相對側的第一、第二末端，該第一末端設置有一入光面，該導光件朝向該第二末端為漸縮的形狀。
依據一實施例，該光學組件包括一光學積分柱、一導光件及一擴散片，該擴散片設置於該光學積分柱與該導光件之間，該複數個單色光源的每一發射光依序通過該光學積分柱、該擴散片及該導光件，該導光件將光導向該導光板的該入射表面。
依據一實施例，該光學組件還包括一反射型的極化器，該極化器設置於該導光件與該入射表面之間。
依據一實施例，該導光板具有互相交接的第一、第二側，該入射表面設置於該第一側，該導光件大致沿該導光板的該第一側延伸，該光學積分柱大致沿該導光板的該第二側延伸。
依據一實施例，該導光板具有第一側、及相對的第二、第三側，該入射表面設置於該第一側，該第二、第三側分別與該第一側相交接，且具有不同顏色的該複數個單色光源包括複數個第一單色光源及複數個第二單色光源，該複數個第一單色光源設置於該導光板的該第二側，該複數個第二單色光源設置於該導光板的該第三側。
依據一實施例，該光學組件包括第一、第二光學積分柱、一導光件及第一、第二擴散片，該第一擴散片設於該導光件與該第一光學積分柱之間，該第二擴散片設於該導光件與該第二光學積分柱之間，該複數個第一單色光源的每一發射光通過該第一積分柱與該第一擴散片並經由該導光件導向該導光板的該入射表面，該複數個第二單色光源的每一發射光通過該第二積分柱與該第二擴散片並經由該導光件導引向該導光板的該入射表面。
依據一實施例，該導光件沿該導光板的該第一側延伸，該第一、第二光學積分柱分別沿該導光板的該第二、第三側延伸。
依據一實施例，該導光件具有位於相對側的第三、第四主要表面、及複數個光學結構，該複數個光學結構將光導向該第三主要表面，該第三主要表面面向該導光板的該入射表面。
依據一實施例，該複數個光學結構包括複數個形成於該導光件的該第四主要表面上的凹槽，該複數個凹槽的每一個具有第一、第二側壁及一參考軸，該參考軸與該第四主要表面呈相垂直，該第一、第二側壁分別在該參考軸的兩側延伸，該第一側壁與該參考軸之間定義出第一角度，該第二側臂與該參考軸之間定義出一第二角度，該第一、第二角度分別介於約30與65度之間。
依據一實施例，該光學組件包括一耦合鏡、一蠅眼透鏡及一菲涅爾透鏡(Fresnel lens)，該複數個單色光源的每一個發射光在通過該入射表面進入該導光板之前，是依序通過該耦合鏡、該蠅眼透鏡及該菲涅爾透鏡。
依據一實施例，該光學組件包括一光學積分柱、一菲涅爾透鏡(Fresnel lens)及一擴散片，該擴散片置於該光學積分柱與該菲涅爾透鏡之間，該複數個單色光源的每一個發射光在通過該入射表面進入該導光板之前，是依序通過該光學積分柱、該擴散片及該菲涅爾透鏡。
依據一實施例，該光學組件包括複數個雙色分光鏡及一導光件，該複數個雙色分光鏡將該複數個單色光源的光導引向該導光件的一入光面，而該導光件分配穿過該導光板的該入射表面的光。
100‧‧‧可配戴式顯示裝置
102、102’‧‧‧成像部
104‧‧‧光學模組
105‧‧‧液晶
106‧‧‧矽基板
108‧‧‧透明基板
112A、112B、112C‧‧‧單色光源
114‧‧‧光調變器
114B‧‧‧前側
114F‧‧‧後側
116‧‧‧導光板
116A、116B、116C‧‧‧側邊
118‧‧‧極化器
120、120’‧‧‧光學組件
122‧‧‧第一主要表面
124‧‧‧第二主要表面
126‧‧‧入射表面
130‧‧‧光學積分柱
132、132’‧‧‧導光件
132A、132B‧‧‧末端
134‧‧‧擴散片
136‧‧‧極化器
140‧‧‧長形部
142‧‧‧轉折部
144‧‧‧出光窗
146‧‧‧第一主要表面
148‧‧‧第二主要表面
150‧‧‧入光面
154‧‧‧光學結構
156‧‧‧凹槽
156A、156B‧‧‧側壁
156C‧‧‧底端
158‧‧‧多層塗佈膜
160‧‧‧蓋體
160A‧‧‧反射側邊
162A、162B、162C‧‧‧單色光源
164‧‧‧第一主要表面
168‧‧‧入光窗
170‧‧‧長形部
172‧‧‧轉折部
174‧‧‧出光窗
176‧‧‧擴散片
180‧‧‧光學結構
182‧‧‧凹槽
182A、182B‧‧‧側壁
182C‧‧‧底端
220‧‧‧光學組件
222‧‧‧耦合鏡
224‧‧‧蠅眼透鏡陣列
226‧‧‧菲涅爾透鏡
320‧‧‧光學組件
322‧‧‧光學積分柱
324‧‧‧菲涅爾透鏡
326‧‧‧擴散片
420‧‧‧光學組件
422‧‧‧導光件
424‧‧‧雙色分光鏡
432‧‧‧入光面
434‧‧‧主要表面
L1‧‧‧照射光
L2‧‧‧影像光
E‧‧‧光路徑
X1、X2‧‧‧軸向
C‧‧‧角度
Y‧‧‧參考軸
Z1、Z2‧‧‧方向
A1、B1、A2、B2‧‧‧角度
W‧‧‧最大寬度
P‧‧‧凹槽週期
R‧‧‧箭頭
第1圖為繪示依據本發明一實施例所提供之可配戴式顯示裝置的簡易示意圖。
第2圖為繪示本發明一實施例在可配戴式顯示裝置中所提供的成像部的示意圖。
第3圖為繪示第2圖之成像部的結構的分解圖。
第4圖為繪示使用於第2圖中的成像部的光學積分柱之示意圖。
第5圖為繪示光學積分柱的入光窗的截面圖。
第6及7圖分別為繪示光學積分柱的出光窗的截面圖。
第8圖為繪示使用於第2圖的成像部中的導光件的示意圖。
第9圖為繪示依據本發明另一實施例在導光板的兩個相對側設有兩組單色光源之成像部的示意圖。
第10圖為繪示使用於第9圖的成像部中的導光件之示意圖。
第11圖至第13圖為繪示光學組件的其它實施例之示意圖。
第1圖為繪示依據本發明一實施例所提供之可配戴式顯示裝置100的示意圖。可配戴式顯示裝置100可應用於可攜式系統，例如應用於近眼顯示器的頭戴式系統。可配戴式顯示裝置100可包含一成像部102 及一光學模組104。成像部102可根據所接收的資料產生一影像光L2。光學模組104可聚集影像光L2的光束，並投影出具有均勻照度的一投影影像PI至使用者的眼睛。光學模組104例如可包括投影透鏡、視場透鏡、分光器、稜鏡、反射元件及其類似元件。
第2圖為繪示可配戴式顯示裝置100中的成像部102的示例結構的示意圖，而第3圖為繪示第2圖之成像部102的結構的分解圖。參考第2、3圖，成像部102包括一組單色光源112A、112B、112C、一反射型的光調變器114、一導光板116、一極化器118及一光學組件120。光學組件120用以將多個單色光源112A、112B、112C所發射的光傳遞至導光板116。
各單色光源112A、112B、112C可發射不同顏色的照射光。依據一實施例，單色光源112A、112B、112C可為紅光、綠光及藍光發光二極體。可理解的是，單色光源112A、112B、112C可包含其它顏色的單色光源。依據一實施例，成像部102可採用場色序彩色顯示，而單色光源112A、112B、112C可依序發射不同顏色的光(例如紅、綠、藍)。各單色光源112A、112B、112C所發出的單色光可照射至光調變器114，以產生一單色影像。因單色光源112A、112B、112C為迅速地依序被啟動，觀察者的眼睛可將這些單色影像合成為全彩影像。
參考第2圖、第3圖，光調變器114具有位於相對側的前側114F及後側114B。依據一實施例，光調變器114可為矽基液晶(LCOS)面板，其包含一矽基板106、一透明基板108、及夾於矽基板106與透明基板108之間的液晶105。矽基板106可包含一驅動電路、和由複數個與驅動電路電性連接的像素電極所組成的陣列。光調變器114可根據所接收的影像資料調變其前側114F所接收的照射光L1之極化狀態，以便形成一影像光L2，其傳達所欲呈現的影像，然後光調變器114將影像光L2反射至前側114F，以顯示影像。依據一實施例，光調變器114可為微型顯示器，其特別適用於頭戴裝置。
導光板116可為玻璃或透明樹脂，其中，透明樹脂例如為丙烯酸酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等，尤其是低雙折射的材質。導光板116為平面導光，其具有兩個位於相對側的主要表面122和124、及連接兩個主要表面122和124之間的入射表面126。入射表面126沿著導光板116的一側邊116A延伸並由導光板116的兩個相對側邊116B、116C所界定，其中側邊116B、116C分別與側邊116A相交接。導光板116設置於光調變器114的前側114F處並介於光調變器114與極化器118之間，主要表面122、124分別朝向光調變器114與極化器118。導光板116可在入射表面126接收照射光L1，沿著平行於光調變器114的平面傳播照射光L1，且引導照射光L1通過主要表面122至光調變器114，以便被調變。另外，導光板116還可在主要表面122接收從光調變器114輸出的影像光L2，且傳遞影像光L2通過主要表面124至極化器118。
極化器118可為反射型的極化器，即極化器118可傳送調變後的影像光L2中具有一極化狀態(例如p-極化的部分)的第一部分，並反射調變後的影像光L2中具有另一極化狀態(例如s-極化的部分)的第二部分。依據另一實施例，極化器118可為吸收型的極化器，即極化器118可傳送調變後的影像光L2中具有一極化狀態(例如p-極化的部分)的第一部分，並吸收調變後的影像光L2中具有另一極化狀態(例如s-極化的部分)的第二部分。離開極化器118的部分光可傳播至第1圖所示的光學模組104。
參考第2圖、第3圖，光學組件120設於鄰近導光板116的入射表面126。光學組件120可將單色光源112A、112B、112C所發射的各單色光均勻化，並將均勻化的單色光沿導光板116的入射表面126分佈成照射光L1。依據一實施例，光學組件120可包括一光學積分柱130、一導光件132、設置於光學積分柱130與導光件132間的擴散片134、及設置於導光件132與導光板116的入射表面126之間的極化器136。
配合參考第2圖、第3圖，第4圖為繪示第2圖中的光學積分柱130之示意圖。參考第2圖至第4圖，光學積分柱130可大致沿著導光 板116的側邊116B延伸，而側邊116B與導光板116的入射表面126所在的側邊116A相交接。光學積分柱130可具有一入光窗138、一長形部140、一轉折部142、及一出光窗144。光學積分柱130的內部具有複數個反射型的內側壁，使單色光源112A、112B、112C所發射的光通過光學積分柱130時產生內反射。
光學積分柱130的入光窗138形成於長形部140的一末端，且設於鄰近單色光源112A、112B、112C。入光窗138的截面可具有不同的形狀。第5圖繪示入光窗138的截面形狀為矩形的實施例。然而，入光窗138的截面形狀不限於矩形，亦可為其它截面形狀。
光學積分柱130的長形部140大致沿著軸向X1延伸，並於入光窗138的相對側與轉折部142相連接。轉折部142可沿著軸向X2延伸，而軸向X2為相對於長形部140的軸向X1傾斜一角度C，使轉折部142可將光導引至位於長形部140的一側邊的出光窗144。依據一實施例，轉折部142的角度C可介於約40度至60度之間，例如約45度。
光學積分柱130的出光窗144與轉折部142相連接，且出光窗144是位於沿軸向X與入光窗138相間隔之處並開設於長形部140的一側。如第3圖、第4圖所示，出光窗144從長形部140側向突出，以便導引光傳送至光學積分柱130之外後朝向導光件132。出光窗144的截面可具有與入光窗138的截面相同或不同的形狀。例如，第6圖繪示出光窗144的截面形狀為長方形的實施例，而第7圖繪示出光窗144的截面形狀為多邊形(例如八角形)，其與入光窗138的截面形狀不相同。
配合第2圖、第3圖，第8圖為繪示導光件132的示意圖。參考第2圖、第3圖、及第8圖，導光件132可沿著導光板116的入射表面126設置。導光件132可具有介於1.52與2.2之間的折射率。導光件132的適合材料例如為，但不限於，玻璃或透明樹脂，其中透明樹脂例如為丙烯酸酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。導光件132可具有兩個位於相對側的主要表面146和148、及一入光面150，入光面150位 於導光件132的末端132A且分別與兩個主要表面146、148相連接。導光件132的主要表面146面向並位於鄰近導光板116的入射表面126，入光面150則面向並位於鄰近光學積分柱130的出光窗144。
參考第3圖與第8圖，導光件132還包括複數個光學結構154，光學結構154是沿著導光件132自其一末端132A延伸至其另一末端132B的長邊分佈。多個光學結構154可將通過導光件132的光反射並導引至導光件132的主要表面146。依據一實施例，光學結構154可為形成於導光件132的主要表面148上的複數個凹槽156。各凹槽156的形狀可為類似V字形，其由兩個呈傾斜的側壁156A、156B所定義，且兩個側壁156A、156B在凹槽156的底端156C相交接。各凹槽156可分別具有一參考軸Y，其與主要表面144的平面相垂直且通過凹槽156的底端156C。兩個側壁156A、156B實質上呈平坦，且在參考軸Y的兩側分別沿著兩個方向Z1、Z2延伸，其中，側壁156A面向入光面150，側壁156B則面向導光件132中相對於入光面150的另一末端132B。
各凹槽156具有非對稱的形狀，亦即側壁156A與參考軸Y之間的角度A1(不等於0)不同於側壁156B與參考軸Y之間的角度A2(不等於0)。更具體地，角度A1可介於約30度和65度之間，更佳地，介於40度和50度之間。角度A2則小於角度A1，且可介於0度和30度之間，更佳地，介於0度和15度之間。
此外，各凹槽156中在兩個側壁156A、156B之間可定義出最大寬度W，其至少等於0.1微米(μm)。相鄰的兩個凹槽156間所定義的凹槽週期P為小於100微米。更佳地，各凹槽156的最大寬度W介於1微米和100微米之間，且凹槽週期P介於1微米和100微米之間，其中凹槽週期P大於最大寬度W。從導光件132的末端132A到另一末端132B的凹槽週期P可為固定或變動。
繼續參閱第8圖，凹槽156的兩側壁156A、156B上可形成多層塗佈膜158，其可包含介電層或金屬層。多層塗佈膜158例如包含TiO2、 Ta2O5、Ti3O5、Al2O3、SiO2,MgO等。另外，多層塗佈膜158中的每一層的厚度可介於5奈米與5000奈米(nm)之間。兩個側壁156A、156B對於通過導光件132的照射光進行反射時，多層塗佈膜158即可促進極化的過濾。
依據一實施例，導光件132中朝向與入光面150所在的末端132A相對的末端132B可具有漸縮的形狀，亦即導光件132介於兩個主要表面146、148之間的厚度於鄰近末端132B處小於鄰近末端132A處。此錐形有助於傳播光至導光件132中遠離入光面150的末端處。
如前所述，導光件132可於入光面150處接收光，且導引光通過主要表面146並朝向導光板116的入射表面126傳遞(如第8圖的箭頭R所示)。為了避免漏光的現象，具有至少一反射側壁160A的蓋體160可覆蓋導光件132，反射側壁160A可設置於鄰近導光件132的主要表面148。
再次參考第2圖、第3圖，擴散片134可夾設於光學積分柱130的出光窗144與導光件132的入光面150之間。擴散片134可增加角度的均勻化，以減少進入導光件132的光隨著顏色的不同而改變角度。
參考第3圖，極化器136設置於導光件132的主要表面146與導光板116的入射表面116C之間。依據一實施例，極化器136可為反射型的極化器。任一單色光源112A、112B、112C的發射光例如為隨機極化光，而極化器136可將離開導光件132的主要表面146的光在通過導光板116的入射表面126之前轉變為S-極化狀態的照射光L1。
如第3圖所示，在運作的過程中，各單色光源112A、112B、112C的照射光可沿著光路徑E傳遞，其依序通過光學積分柱130、擴散片134、導光件132、極化器136，然後通過入射表面126進入導光板116。在光路徑E中，光學積分柱130可在空間中均勻化多個點狀的單色光源112A、112B、112C所發射的照射光，且擴散片134可將這些光源的照射光角度均勻化。至於導光件132則將均勻化的光沿導光板116的入射表面126均勻地分佈成照射光L1。藉此，光學組件120可確保單色光源112A、112B、112C 所輸出的光是以均勻的分佈傳遞至導光板116，而不是按照多個單色光源112A、112B、112C的不同位置而變化。
上述的成像部102於導光板116的一側邊116B設置一組單色光源112A、112B、112C，但為了增加傳遞至入射表面126的亮度，於導光板116的另一側邊116C亦可設置另一組單色光源。第9圖為繪示本發明另一實施例之成像部102’的示意圖，其中兩組單色光源分別設置於導光板116的兩個側邊116B、116C。參考第9圖，除了如前述設置於導光板116的側邊116B的單色光源112A、112B、112C，成像部102’還包括設置於導光板116的另一側邊116C的多個單色光源162A、162B、162C。除了如前述與單色光源112A、112B、112C搭配的光學積分柱130，成像部102’還包括另一光學積分柱164，其沿著導光板116的側邊116C設置，以搭配所增加的單色光源162A、162B、162C。另外，光學組件120’亦包括導光件132’，其取代第3圖所示的導光件132，其中，導光件132’可與兩個光學積分柱130、164合作。
所增加的光學積分柱164可與前述的光學積分柱130具有相同的結構。類似於光學積分柱130，光學積分柱164可具有一入光窗168、一長形部170、一轉折部172、及一出光窗174。單色光源162A、162B、162C設於鄰近光學積分柱164的入光窗168，而光學積分柱164的出光窗174面向導光件132’的末端132B。如前所述，可將一擴散片176夾設於光學積分柱164的出光窗174與導光件132’之間。
配合第9圖，第10圖為繪示光學組件120’的導光件132’的示意圖。參考第9圖、第10圖，導光件132’具有兩個位於相對側的主要表面146和148、及定義於導光件132’的兩個相對末端132A和132B的兩個入光面150，兩個入光面150分別連接兩個主要表面146、148。導光件132’的設置使得主要表面146位於鄰近導光板116的入射表面126，且兩個入光面150分別位於鄰近光學積分柱130的出光窗144與光學積分柱164的出光窗174。
參考第10圖，導光件132’還包括複數個光學結構180，光學結構180沿著導光件132’自其末端132A至末端132B的長邊分佈。光學結構180可產生光學反射作用，以將從導光件132’的兩個末端132A、132B進入導光件132’的光導引向主要表面146。依據一實施例，光學結構180可為形成於導光件132’的主要表面148上的複數個凹槽182。各凹槽182的形狀可為類似V字形，其由兩個呈傾斜的側壁182A、182B所形成，且兩個側壁182A、182B在凹槽182的底端182C相交接。各凹槽182可分別具有一參考軸Y，其與主要表面148的平面相垂直且通過凹槽182的底端182C。兩個側壁182A、182B實質上呈平坦，且在參考軸Y的兩側分別沿著兩個方向Z1、Z2延伸。
各凹槽182具有對稱的形狀，亦即側壁182A與參考軸Y之間的角度B1(不等於0)實質上等於側壁182B與參考軸Y之間的角度B2(不等於0)。更具體地，各角度B1、B2可分別介於約30度和65度之間，更佳地，介於40度和50度之間。
此外，各凹槽182中在兩個側壁182A、182B之間可定義出最大寬度W，其至少等於0.1微米。相鄰的兩個凹槽182間所定義的凹槽週期P為小於100微米。更佳地，各凹槽182的最大寬度W介於1微米和100微米之間，而凹槽週期P介於1微米和100微米，其中，凹槽週期P大於最大寬度W。從導光件132’的末端132A到另一末端132B的凹槽週期P可為固定的。
類似於前述，導光件132’上可形成多層塗佈膜158，其可包含沈積於凹槽182的側壁182A、182B上的介電層或金屬層。多層塗佈膜158例如包含TiO2、Ta2O5、Ti3O5、Al2O3、SiO2,MgO等。另外，多層塗佈膜158中的每一層的厚度可介於5奈米與5000奈米之間。
藉由光學組件120’，單色光源112A、112B、112C的發射光可通過光學積分柱130及擴散片134，且經由導光件132’導引向導光板116的入射表面126。類似地，單色光源162A、162B、162C的發射光可通 過光學積分柱164及擴散片176，且經由導光件132’導引向導光板116的入射表面126。藉此，照射光可均勻地且以更高的亮度傳遞至導光板116的入射表面126。
前述的光學組件120、120’使用光學積分柱與導光件，然而，本發明亦可由其它的光學組件將單色光源的照射光均勻地傳遞至導光板116的入射表面126。第11圖至第13圖為繪示一些其它光學組件的例子。
第11圖為繪示另一種用以將單色光源112A、112B、112C的照射光傳遞至導光板116的入射表面126之光學組件220的示意圖。光學組件220可包括一耦合鏡222、一蠅眼透鏡陣列224及一菲涅爾透鏡(Fresnel lens)226。光學組件220的組成元件皆可設置於導光板116的入射表面126之側邊116A。單色光源112A、112B、112C的每一個照射光在通過入射表面126進入導光板116之前，可依序通過耦合鏡222、蠅眼透鏡224及菲涅爾透鏡226。
第12圖為繪示另一種用以將單色光源112A、112B、112C的照射光傳遞至導光板116的入射表面126之光學組件320的示意圖。光學組件320可包括一光學積分柱322、一菲涅爾透鏡324、及夾設於光學積分柱322與菲涅爾透鏡324之間的擴散片326。上述光學組件320的組成元件皆可設置於導光板116的入射表面126之側邊116A。單色光源112A、112B、112C的每一個照射光在通過入射表面126進入導光板116之前，可依序通過光學積分柱322、擴散片326、以及菲涅爾透鏡324。
第13圖為繪示另一種用以將單色光源112A、112B、112C的照射光傳遞至導光板116的入射表面126之光學組件420的示意圖。光學組件420可包括一導光件422及複數個雙色分光鏡424。導光件422例如具有類似於前述導光件132的結構。導光件422具有相交接的入光面432和主要表面434，導光件422的入光面432面向雙色分光鏡424，而主要表面434面向導光板116的入射表面126。雙色分光鏡424可將單色光源112A、112B、 112C的每一個照射光導引至導光件422的入光面432，而導光件422再沿導光板116的入射表面126分佈光。
本發明所述的可配戴式顯示裝置，至少包含以下優點：可顯示鮮豔的色彩、高對比與高解析度。此外，所述的可配戴式顯示裝置包括一光學組件，其可均勻地分佈多個單色光源所發射的光，使得光調變器所受到的各顏色光呈均勻分佈。
以上敍述依據本發明多個不同實施例，其中各項特徵可以單一或不同結合方式實施。因此，本發明實施方式之揭露為闡明本發明原則之具體實施例，應不拘限本發明於所揭示的實施例。進一步言之，先前敍述及其附圖僅為本發明示範之用，並不受其限囿。其他元件之變化或組合皆可能，且不悖于本發明之精神與範圍。
102‧‧‧成像部
105‧‧‧液晶
106‧‧‧矽基板
108‧‧‧透明基板
112A、112B、112C‧‧‧單色光源
114‧‧‧光調變器
116‧‧‧導光板
116B、116C‧‧‧側邊
118‧‧‧極化器
120‧‧‧光學組件
130‧‧‧光學積分柱
132‧‧‧導光件
134‧‧‧擴散片
136‧‧‧極化器
160‧‧‧蓋體

Claims (20)

  1. 一種可配戴式顯示裝置，包括：一反射型的光調變器，具有一前側；一導光板，位於該光調變器的該前側，該導光板具有一入射表面、及位於相對側的第一、第二主要表面，該入射表面分別與該第一、第二主要表面相連接，該導光板可導引該入射表面所接收的光通過該第一主要表面並往該光調變器傳遞，且該導光板還可在該第一主要表面接收從該光調變器輸出的光，且傳遞該光調變器所輸出的光通過該第二主要表面；複數個不同顏色的單色光源，可依序發射不同顏色的光；及一光學組件，設於鄰近該導光板的該入射表面，該光學組件可將該複數個單色光源所發射的單色光沿該入射表面均勻分佈。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該光學組件包括一光學積分柱，該光學積分柱具有由複數個反射側壁所界定的內部，該複數個單色光源所發射的單色光經該光學積分柱傳播時產生內反射。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該導光板具有相交接的第一側和第二側，該入射表面設置於該導光板的該第一側，該光學積分柱大致沿該導光板的該第二側延伸，該光學積分柱具有一入光窗、一出光窗及沿著一軸向延伸的長形部，該入光窗定義於該長形部的一末端，該出光窗位於沿該軸向與該入光窗相間隔之處並開設於該長形部的一側。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該長形部沿一第一軸向延伸，該光學積分柱還包括一個將光導向該出光窗的轉折部，該轉折部沿著一第二軸向延伸，該第二軸向相對於該第一軸向傾斜約40度至50度。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該入光窗與該出光窗具有不同形狀的截面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該光學組件包括一導光件，該導光件沿著該入射表面設置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該導光件具有位於相對側的第三、第四主要表面及複數個光學結構，該複數個光學結構將光導向該第三主要表面，該第三主要表面面向該導光板的該入射表面。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該複數個光學結構包括複數個形成於該導光件的該第四主要表面上的凹槽，該複數個凹槽的每一個具有第一、第二側壁及一參考軸，該參考軸與該第四主要表面呈相垂直，該第一、第二側壁分別在該參考軸的兩側延伸，該第一側壁與該參考軸之間的第一角度約30至65度，該第二側壁與該參考軸之間的第二角度約0至30度。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該導光件具有位於相對側的第一、第二末端，該第一末端設置有一入光面，該導光件朝向該第二末端為漸縮的形狀。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該光學組件包括一光學積分柱、一導光件及一擴散片，該擴散片設置於該光學積分柱與該導光件之間，該複數個單色光源的每一發射光依序通過該光學積分柱、該擴散片及該導光件，該導光件將光導向該導光板的該入射表面。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該光學組件還包括一反射型的極化器，該極化器設置於該導光件與該入射表面之間。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該導光板具有互相交接的第一、第二側，該入射表面設置於該第一側，該導光件大致沿該導光板的該第一側延伸，該光學積分柱大致沿該導光板的該第二側延伸。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該導光板具有第一側、及相對的第二、第三側，該入射表面設置於該第一側，該第二、第三側分別與該第一側相交接，且具有不同顏色的該複數個單色光源包括複數個第一單色光源及複數個第二單色光源，該複數個第一單色光源設置於該導光板的該第二側，該複數個第二單色光源設置於該導光板的該第三側。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該光學組件包括第一、第二光學積分柱、一導光件及第一、第二擴散片，該第一擴散片設於該導光件與該第一光學積分柱之間，該第二擴散片設於該導光件與該第二光學積分柱之間，該複數個第一單色光源的每一發射光通過該第一積分柱與該第一擴散片並經由該導光件導向該導光板的該入射表面，該複數個第二單色光源的每一發射光通過該第二積分柱與該第二擴散片並經由該導光件導引向該導光板的該入射表面。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該導光件沿該導光板的該第一側延伸，該第一、第二光學積分柱分別沿該導光板的該第二、第三側延伸。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該導光件具有位於相對側的第三、第四主要表面、及複數個光學結構，該複數個光學結構將光導向該第三主要表面，該第三主要表面面向該導光板的該入射表面。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該複數個光學結構包括複數個形成於該導光件的該第四主要表面上的凹槽，該複數個凹槽的每一個具有第一、第二側壁及一參考軸，該參考軸與該第四主要表面呈相垂直，該第一、第二側壁分別在該參考軸的兩側延伸，該第一側壁與該參考軸之間定義出第一角度，該第二側臂與該參考軸之間定義出一第二角度，該第一、第二角度分別介於約30與65度之間。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該光學組件包括一耦合鏡、一蠅眼透鏡及一菲涅爾透鏡(Fresnel lens)，該複數個單色光源的每一個發射光在通過該入射表面進入該導光板之前，是依序通過該耦合鏡、該蠅眼透鏡及該菲涅爾透鏡。
  19. 如申請專利範圍第1項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該光學組件包括一光學積分柱、一菲涅爾透鏡(Fresnel lens)及一擴散片，該擴散片置於該光學積分柱與該菲涅爾透鏡之間，該複數個單色光源的每一個發射光在通過該入射表面進入該導光板之前，是依序通過該光學積分柱、該擴散片及該菲涅爾透鏡。
  20. 如申請專利範圍第1項所述的可配戴式顯示裝置，其中，該光學組件包括複數個雙色分光鏡及一導光件，該複數個雙色分光鏡將該複數個單色光源的光導引向該導光件的一入光面，而該導光件分配穿過該導光板的該入射表面的光。
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