TWI813267B - 投影顯示裝置及具有其之車輛 - Google Patents

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Abstract

一種投影顯示裝置及具有其之車輛，投影顯示裝置包含燈源板、拋物面平凸透鏡模組、球面雙凸透鏡、液晶顯示模組與反射鏡。燈源板具有多個光源，拋物面平凸透鏡模組具有多個拋物面平凸透鏡，拋物面平凸透鏡之平面分別面向光源之出光側。球面雙凸透鏡與燈源板分別位於拋物面平凸透鏡模組之相對兩側。液晶顯示模組與拋物面平凸透鏡模組分別位於球面雙凸透鏡之相對兩側。光源之光線通過拋物面平凸透鏡、球面雙凸透鏡與液晶顯示模組，以形成影像光。反射鏡位於影像光之光路上，反射鏡反射影像光至透明基板，從而產生具有高均勻度與高輝度之虛像。

Description

投影顯示裝置及具有其之車輛
本發明係關於一種顯示技術，且特別關於一種投影顯示裝置及具有其之車輛。
抬頭顯示技術是普遍運用在航空器上的顯示技術，抬頭的意思是指飛行員不需要低頭就能夠看到他需要的重要資訊。抬頭顯示器最早出現在軍用飛機上，降低飛行員需要低頭查看儀表的頻率，避免注意力中斷以及喪失對狀態意識(Situation Awareness)的掌握。因為抬頭顯示器能夠提高飛行的安全性及其顯示的便捷性，因而逐漸被廣泛應用於民航飛機上。當前國際國內正在大力發展車用抬頭顯示系統，通過車載抬頭顯示系統來顯示汽車周圍的環境信息，可以有效提高汽車駕駛的安全性能。
圖像生成單位(PGU，Picture Generation Unit)在整體抬頭顯示系統中扮演提供影像與光源的一個裝置。PGU中具有薄膜電晶體液晶顯示(TFT LCD)螢幕，可以輸出各式樣畫面，提供駕駛者更多元資訊，提升駕車體驗感。另外就是背光模組，提供液晶顯示螢幕之光源，主要來說輝度與畫面亮度均勻度為主要評判機制。傳統PGU因為了畫面均勻度高，使用直下式多顆發光二極體陣列進行發光，雖然達到較佳均勻度，但導致整體耗電量也是相當可觀，且直接使用發光二極體照射也導致光線使用效率低下。
因此，本發明係在針對上述的困擾，提出一種投影顯示裝置及具有其之車輛，以解決習知所產生的問題。
本發明提供一種投影顯示裝置及具有其之車輛，投影顯示裝置具有高均勻度與高輝度之顯示畫面效果，並縮小出光角度，以避免光線在裝置內漫射，達到減少雜散光之目的。
為達上述目的，本發明提供一種投影顯示裝置，其包含一燈源板、一拋物面平凸透鏡模組、一球面雙凸透鏡、一液晶顯示模組與至少一個反射鏡。燈源板具有多個光源，拋物面平凸透鏡模組具有多個拋物面平凸透鏡，其中拋物面平凸透鏡之平面分別面向光源之出光側。球面雙凸透鏡與燈源板分別位於拋物面平凸透鏡模組之相對兩側。液晶顯示模組與拋物面平凸透鏡模組分別位於球面雙凸透鏡之相對兩側。光源所發射的光線依序通過拋物面平凸透鏡模組之拋物面平凸透鏡、球面雙凸透鏡與液晶顯示模組，以形成影像光。反射鏡位於影像光之光路上，其中反射鏡反射影像光至一透明基板，從而產生一虛像。
在本發明之一實施例中，投影顯示裝置更包含一中空柱體、一固定件、一擴散膜與一固定夾具。中空柱體具有彼此相對之第一開口與第二開口，其中拋物面平凸透鏡模組設於中空柱體中，燈源板設於中空柱體上，以遮蔽第一開口，且光源位於中空柱體中。固定件具有貫穿自身之第三開口，其中固定件具有彼此相對之第一側與第二側，球面雙凸透鏡固定於固定件之第一側，且球面雙凸透鏡與固定件設於中空柱體中。擴散膜固定於固定件之第二側，其中球面雙凸透鏡與擴散膜遮蔽第三開口。固定夾具具有貫穿自身之第四開口，其中固定夾具固定於中空柱體上，以夾置液晶顯示模組於固定夾具與擴散膜之間，並以第四開口露出液晶顯示模組。光線依序通過球面雙凸透鏡、第三開口、第二開口、擴散膜、液晶顯示模組與第四開口，以形成影像光。
在本發明之一實施例中，投影顯示裝置更包含一基座，其具有一容置凹槽，至少一個反射鏡包含二個反射鏡，中空柱體與二個反射鏡皆位於容置凹槽中。
在本發明之一實施例中，透明基板為汽車之擋風玻璃。
在本發明之一實施例中，燈源板更包含一印刷電路板，光源設於印刷電路板上。
在本發明之一實施例中，拋物面平凸透鏡之拋物面之水平軸與垂直軸皆為拋物面曲線，且水平軸與垂直軸之曲率半徑相異。
在本發明之一實施例中，球面雙凸透鏡之面向液晶顯示模組之球面的垂直軸與水平軸皆為球面曲線，球面雙凸透鏡之面向拋物面平凸透鏡模組之球面的垂直軸與水平軸分別為球面曲線及直線。
在本發明之一實施例中，液晶顯示模組相對燈源板傾斜。
在本發明之一實施例中，球面雙凸透鏡相對燈源板傾斜。
在本發明之一實施例中，光源為發光二極體。
本發明另外提出一種車輛，其包括一車輛主體與上述的投影顯示裝置，其中，透明基板為設於車輛主體之前框中的擋風玻璃，並以此作為投射介質者。
基於上述，投影顯示裝置利用拋物面平凸透鏡模組與球面雙凸透鏡達到高均勻度與高輝度之顯示畫面效果，並縮小出光角度，以避免光線在裝置內漫射，從而減少雜散光。
茲為使　貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明，說明如後：
本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的，於圖式與說明書中，相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中，基於簡化與方便標示，形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是，未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件，為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。
當一個元件被稱為『在…上』時，它可泛指該元件直接在其他元件上，也可以是有其他元件存在於兩者之中。相反地，當一個元件被稱為『直接在』另一元件，它是不能有其他元件存在於兩者之中間。如本文所用，詞彙『及/或』包含了列出的關聯項目中的一個或多個的任何組合。
於下文中關於“一個實施例”或“一實施例”之描述係指關於至少一實施例內所相關連之一特定元件、結構或特徵。因此，於下文中多處所出現之“一個實施例”或 “一實施例”之多個描述並非針對同一實施例。再者，於一或多個實施例中之特定構件、結構與特徵可依照一適當方式而結合。
揭露特別以下述例子加以描述，這些例子僅係用以舉例說明而已，因為對於熟習此技藝者而言，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。在通篇說明書與申請專利範圍中，除非內容清楚指定，否則「一」以及「該」的意義包含這一類敘述包括「一或至少一」該元件或成分。此外，如本揭露所用，除非從特定上下文明顯可見將複數個排除在外，否則單數冠詞亦包括複數個元件或成分的敘述。而且，應用在此描述中與下述之全部申請專利範圍中時，除非內容清楚指定，否則「在其中」的意思可包含「在其中」與「在其上」。在通篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供從業人員(practitioner)在有關本揭露之描述上額外的引導。在通篇說明書之任何地方之例子，包含在此所討論之任何用詞之例子的使用，僅係用以舉例說明，當然不限制本揭露或任何例示用詞之範圍與意義。同樣地，本揭露並不限於此說明書中所提出之各種實施例。
可了解如在此所使用的用詞「包含(comprising)」、「包含(including)」、「具有(having)」、「含有(containing)」、「包含(involving)」等等，為開放性的(open-ended)，即意指包含但不限於。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制發明作之申請專利範圍。
除非特別說明，一些條件句或字詞，例如「可以(can)」、「可能(could)」、「也許(might)」，或「可(may)」，通常是試圖表達本案實施例具有，但是也可以解釋成可能不需要的特徵、元件，或步驟。在其他實施例中，這些特徵、元件，或步驟可能是不需要的。
以下將描述一種投影顯示裝置，其利用拋物面平凸透鏡模組與球面雙凸透鏡達到高均勻度與高輝度之顯示畫面效果，並縮小出光角度，以避免光線在裝置內漫射，從而減少雜散光。
第1圖為本發明之投影顯示裝置之一實施例之示意圖，第2圖為本發明之燈源板、拋物面平凸透鏡模組、球面雙凸透鏡與液晶顯示模組之一實施例之結構俯視圖，第3圖為本發明之燈源板、拋物面平凸透鏡模組、球面雙凸透鏡與液晶顯示模組之一實施例之結構側視圖。請參閱第1圖、第2圖與第3圖，投影顯示裝置1包含一燈源板10、一拋物面平凸透鏡模組11、一球面雙凸透鏡12、一液晶顯示模組13與至少一個反射鏡14。為了方便與清晰，在此以一個反射鏡14為例。燈源板10具有多個光源100，光源100例如，但不限於發光二極體。拋物面平凸透鏡模組11具有多個拋物面平凸透鏡110，其中所有拋物面平凸透鏡110之平面分別面向所有光源100之出光側，拋物面平凸透鏡110之拋物面面向球面雙凸透鏡12。球面雙凸透鏡12與燈源板10分別位於拋物面平凸透鏡模組11之相對兩側。液晶顯示模組13與拋物面平凸透鏡模組11分別位於球面雙凸透鏡12之相對兩側。
所有光源100所發射的光線依序通過拋物面平凸透鏡模組11之所有拋物面平凸透鏡110、球面雙凸透鏡12與液晶顯示模組13，以形成影像光。因為反射鏡14位於影像光之光路上，反射鏡14反射影像光至一透明基板2，從而產生一虛像。透明基板2可為汽車之擋風玻璃，但本發明並不以此為限。拋物面平凸透鏡模組11與球面雙凸透鏡12用來達到高均勻度與高輝度之顯示畫面效果，並縮小出光角度，以避免光線在裝置內漫射，從而減少雜散光。
在本發明之某些實施例中，拋物面平凸透鏡110之拋物面之水平軸與垂直軸可皆為拋物面曲線，且此水平軸與垂直軸之曲率半徑相異，使拋物面平凸透鏡110相較軸對稱透鏡，更能達到光源擴展效果。舉例來說，拋物面平凸透鏡110之拋物面之水平軸與垂直軸的曲率半徑可分別為，但不限於2.5毫米(mm)與4毫米。拋物面平凸透鏡110之折射率可為，但不限於1.56～1.58。球面雙凸透鏡12之面向液晶顯示模組13之球面的垂直軸與水平軸可皆為球面曲線，球面雙凸透鏡12之面向液晶顯示模組13之球面的垂直軸與水平軸的曲率半徑不同，且球面雙凸透鏡12之面向拋物面平凸透鏡模組11之球面的垂直軸與水平軸可分別為球面曲線及直線，以達到光源擴展效果。球面雙凸透鏡12之面向液晶顯示模組13之球面的垂直軸與水平軸之曲率半徑可分別為，但不限於100毫米與20毫米，球面雙凸透鏡12之面向拋物面平凸透鏡模組11之球面的垂直軸之曲率半徑可為，但不限於100毫米。球面雙凸透鏡12之折射率可為，但不限於1.56～1.58。具體而言，燈源板10更可包含一印刷電路板101，所有光源100設於印刷電路板101上。為了有效將光源100分佈在螢幕畫面中，光源100在印刷電路板101上為非等間距設計。
第4圖為本發明之燈源板、拋物面平凸透鏡模組、中空柱體、球面雙凸透鏡、固定件、擴散膜、液晶顯示模組與固定夾具之一實施例之結構分解圖。第5圖為本發明之燈源板、拋物面平凸透鏡模組、中空柱體、球面雙凸透鏡、固定件、擴散膜、液晶顯示模組與固定夾具之一實施例之組合結構立體圖。請參閱第4圖與第5圖，在本發明之某些實施例中，投影顯示裝置1更可包含一中空柱體15、一固定件16、一擴散膜17與一固定夾具18。中空柱體15具有彼此相對之第一開口150與第二開口151，其中拋物面平凸透鏡模組11設於中空柱體15中，燈源板10之印刷電路板101設於中空柱體15上，以遮蔽第一開口150，且所有光源100位於中空柱體15中。固定件16具有貫穿自身之第三開口160，其中固定件16具有彼此相對之第一側與第二側，球面雙凸透鏡12固定於固定件16之第一側，且球面雙凸透鏡12與固定件16設於中空柱體15中。擴散膜17可具有呈現出橢圓形狀之微結構。擴散膜17固定於固定件16之第二側，其中球面雙凸透鏡12與擴散膜17遮蔽第三開口160。固定夾具18具有貫穿自身之第四開口180。固定夾具18固定於中空柱體15上，以夾置液晶顯示模組13於固定夾具18與擴散膜17之間，並以第四開口180露出液晶顯示模組13。光源100所發出之光線依序通過球面雙凸透鏡12、第三開口160、第二開口151、擴散膜17、液晶顯示模組13與第四開口180，以形成影像光。若定義印刷電路板101之頂邊A為水平邊，側邊B為垂直邊，因為球面雙凸透鏡12與液晶顯示模組13也具有互相垂直的頂邊A’與側邊B’，故同樣定義球面雙凸透鏡12與液晶顯示模組13之頂邊A’為水平邊，側邊B’為垂直邊。為了避免太陽光透過透明基板2直射液晶顯示模組13，液晶顯示模組13可相對燈源板10之印刷電路板101傾斜。具體而言，液晶顯示模組13之水平邊相對印刷電路板101之水平邊可傾斜3.06度，液晶顯示模組13之垂直邊相對印刷電路板101之垂直邊可傾斜22度，以避免離焦現象。為了配合液晶顯示模組13之光路設計，球面雙凸透鏡12相對燈源板10之印刷電路板101傾斜。具體而言，球面雙凸透鏡12之水平邊相對印刷電路板101之水平邊可傾斜1度，球面雙凸透鏡12之垂直邊相對印刷電路板101之垂直邊可傾斜2度。
第6圖為本發明之投影顯示裝置之一實施例之結構立體圖。請參閱第4圖與第6圖，投影顯示裝置1更可包含一基座19，且在第6圖之實施例可使用二個反射鏡14。基座19具有一容置凹槽190，中空柱體15與反射鏡14皆位於容置凹槽190中。從第6圖中可知，印刷電路板101較液晶顯示模組13更遠離太陽光，太陽光以箭頭表示。液晶顯示模組13之側邊具有兩端，其中一端靠近太陽光，另外一端遠離太陽光，其中設計靠近太陽光之一端相距印刷電路板101之最短距離大於遠離太陽光之一端相距印刷電路板101之最短距離，以避免太陽光透過透明基板2直射液晶顯示模組13。
第7圖為本發明之水平視角與垂直視角之模擬曲線圖。請參閱第7圖，當光源之數量為四個時，其輝度之均勻度可為74％，在3.86瓦下的畫面平均輝度為1870000尼特(nit)，出光效率為484000流明(Im)/瓦。此外，當垂直視角為±12.79度時，其對應之畫面具有高輝度。當水平視角為±30.57度時，其對應之畫面具有高輝度。
第8圖為本發明之車輛之一實施例之示意圖。請參閱第8圖與第6圖，前述各實施例之投影顯示裝置皆可應用於車輛3上，車輛3包含一車輛主體30與前述任一實施例之投影顯示裝置，以第6圖之實施例為例，基座19上的所有元件皆設於車輛主體30中，其中透明基板2為設於車輛主體30之前框中的擋風玻璃，並以此作為一投影介質。
根據上述實施例，投影顯示裝置利用拋物面平凸透鏡模組與球面雙凸透鏡達到高均勻度與高輝度之顯示畫面效果，並縮小出光角度，以避免光線在裝置內漫射，從而減少雜散光。
以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1:投影顯示裝置 10:燈源板 100:光源 101:印刷電路板 11:拋物面平凸透鏡模組 110:拋物面平凸透鏡 12:球面雙凸透鏡 13:液晶顯示模組 14:反射鏡 15:中空柱體 150:第一開口 151:第二開口 16:固定件 160:第三開口 17:擴散膜 18:固定夾具 180:第四開口 19:基座 190:容置凹槽 2:透明基板 3:車輛 30:車輛主體 A、A’:頂邊 B、B’:側邊
第1圖為本發明之投影顯示裝置之一實施例之示意圖。 第2圖為本發明之燈源板、拋物面平凸透鏡模組、球面雙凸透鏡與液晶顯示模組之一實施例之結構俯視圖。 第3圖為本發明之燈源板、拋物面平凸透鏡模組、球面雙凸透鏡與液晶顯示模組之一實施例之結構側視圖。 第4圖為本發明之燈源板、拋物面平凸透鏡模組、中空柱體、球面雙凸透鏡、固定件、擴散膜、液晶顯示模組與固定夾具之一實施例之結構分解圖。 第5圖為本發明之燈源板、拋物面平凸透鏡模組、中空柱體、球面雙凸透鏡、固定件、擴散膜、液晶顯示模組與固定夾具之一實施例之組合結構立體圖。 第6圖為本發明之投影顯示裝置之一實施例之結構立體圖。 第7圖為本發明之水平視角與垂直視角之模擬曲線圖。 第8圖為本發明之車輛之一實施例之示意圖。
1:投影顯示裝置
10:燈源板
100:光源
101:印刷電路板
11:拋物面平凸透鏡模組
110:拋物面平凸透鏡
12:球面雙凸透鏡
13:液晶顯示模組
14:反射鏡
2:透明基板

Claims (9)

  1. 一種投影顯示裝置，包含：一燈源板，具有多個光源；一拋物面平凸透鏡模組，具有多個拋物面平凸透鏡，其中該些拋物面平凸透鏡之平面分別面向該些光源之出光側；一球面雙凸透鏡，其與該燈源板分別位於該拋物面平凸透鏡模組之相對兩側；一液晶顯示模組，其與該拋物面平凸透鏡模組分別位於該球面雙凸透鏡之相對兩側，其中該些光源所發射的光線依序通過該拋物面平凸透鏡模組之該些拋物面平凸透鏡、該球面雙凸透鏡與該液晶顯示模組，以形成影像光；以及至少一個反射鏡，位於該影像光之光路上，其中該至少一個反射鏡反射該影像光至一透明基板，從而產生一虛像；其中該球面雙凸透鏡之面向該液晶顯示模組之球面的垂直軸與水平軸皆為球面曲線，該球面雙凸透鏡之面向該拋物面平凸透鏡模組之球面的垂直軸與水平軸分別為球面曲線及直線。
  2. 如請求項1所述之投影顯示裝置，更包含：一中空柱體，具有彼此相對之第一開口與第二開口，其中該拋物面平凸透鏡模組設於該中空柱體中，該燈源板設於該中空柱體上，以遮蔽該第一開口，且該些光源位於該中空柱體中；一固定件，具有貫穿自身之第三開口，其中該固定件具有 彼此相對之第一側與第二側，該球面雙凸透鏡固定於該固定件之該第一側，且該球面雙凸透鏡與該固定件設於該中空柱體中；一擴散膜，固定於該固定件之該第二側，其中該球面雙凸透鏡與該擴散膜遮蔽該第三開口；以及一固定夾具，具有貫穿自身之第四開口，其中該固定夾具固定於該中空柱體上，以夾置該液晶顯示模組於該固定夾具與該擴散膜之間，並以該第四開口露出該液晶顯示模組，該光線依序通過該球面雙凸透鏡、該第三開口、該第二開口、該擴散膜、該液晶顯示模組與該第四開口，以形成該影像光。
  3. 如請求項2所述之投影顯示裝置，更包含一基座，其具有一容置凹槽，該至少一個反射鏡包含二個反射鏡，該中空柱體與該二個反射鏡皆位於該容置凹槽中。
  4. 如請求項1所述之投影顯示裝置，其中該透明基板為汽車之擋風玻璃。
  5. 如請求項1所述之投影顯示裝置，其中該燈源板更包含一印刷電路板，該些光源設於該印刷電路板上。
  6. 如請求項1所述之投影顯示裝置，其中該些拋物面平凸透鏡之拋物面之水平軸與垂直軸皆為拋物面曲線，且該水平軸與該垂直軸之曲率半徑相異。
  7. 如請求項1所述之投影顯示裝置，其中該液晶顯示模組相對該燈源板傾斜。
  8. 如請求項1所述之投影顯示裝置，其中該球面雙凸透鏡相對該燈源板傾斜。
  9. 一種車輛，包括一車輛主體；以及一請求項1至8項中任一項的投影顯示裝置，設於該車輛主體中；其中，該透明基板為設於車輛主體之前框中的擋風玻璃，並以此作為一投影介質。
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