專利名稱：照明型反射顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反射顯示器，尤其涉及反射顯示的密致照明系統(tǒng)。
背景許多光學(xué)裝置，如電子相機(jī)中的微顯示器和其它各類顯示系統(tǒng)，要求用一束亮度相對(duì)均勻的光照明。通常，白熾燈、孤光燈與發(fā)光二極管等光源，光輸出不均勻，不適合直接使用，所以在照明顯示單元前一般在漫射腔里使光均勻。顯示單元往往是一種反射顯示單元，如液晶反射液晶顯示面板、可調(diào)諧鏡陣列或“電子紙”。通常用偏振敏感鏡把光從光源導(dǎo)向顯示單元。
光源與顯示單元一般相互分開(kāi)裝在顯示系統(tǒng)機(jī)殼上，經(jīng)撓曲電路電連接。這種方法導(dǎo)致元件與制造成本昂貴，而且撓曲電路或連接器故障常常是顯示系統(tǒng)的主要故障機(jī)構(gòu)。
因此，要求有一種比現(xiàn)有顯示系統(tǒng)制造成本更低且更可靠的顯示系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般涉及反射顯示的照明系統(tǒng)，深信本發(fā)明尤其有利于應(yīng)用反射顯示的微顯示器。在本發(fā)明的顯示系統(tǒng)中，光源與顯示單元共面安裝，這樣就使光源與顯示單元共面安裝，并安裝在單塊電路板甚至單塊基板上。因此，由于系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，元件更少，并且省去了不可靠的連接器與撓曲電路，所以可降低組裝成本，提高可靠性。
本發(fā)明一特定實(shí)施例是一種照明型顯示裝置，包括通常沿第一軸線導(dǎo)光的光源和安裝成光軸基本上平行于第一軸線的反射圖像顯示單元。設(shè)置的反射偏振膜把光從第一光源導(dǎo)向該反射圖像光顯示單元。光源可以包括一將光導(dǎo)向反射偏振膜的反射器。
本發(fā)明另一特定實(shí)施例是一種照明型顯示裝置，包括光發(fā)生裝置和反射顯示裝置，前者發(fā)射沿第一方向的漫射偏振光，后者用圖像調(diào)制反射光，且反射顯示裝置的光軸基本上平行于第一軸線。反射偏振裝置設(shè)置成將漫射偏振光從光發(fā)生裝置導(dǎo)向反射顯示裝置。
在本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)包括的顯示裝置具有通常沿第一軸線導(dǎo)光的第一光源和設(shè)置成光軸基本上平行于第一軸線的反射圖像顯示單元。設(shè)置的反射偏振膜將光從第一光源導(dǎo)向反射圖像光顯示單元?？刂破黢詈现练瓷鋱D像顯示單元，可控制反射圖像顯示單元形成的圖像。觀看光學(xué)元件把反射顯示單元形成的圖像傳送給用戶。
上述

發(fā)明內(nèi)容
并不描述本發(fā)明的每一示例實(shí)施例或每種實(shí)施方法，下面的附圖和詳述將更具體地說(shuō)明這些實(shí)施例。
附圖簡(jiǎn)介通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明各種實(shí)施例所作的詳述，可以更全面地理解本發(fā)明，其中

圖1示意表示一反射顯示系統(tǒng)；圖2是帶電子取景器的相機(jī)的示意圖；圖3示意表示接至控制器與計(jì)算機(jī)的微顯示器；圖4示意示出光學(xué)折疊型反射顯示系統(tǒng)；圖5示意示出本發(fā)明一實(shí)施例的反射顯示系統(tǒng)；圖6A-6D示意示出本發(fā)明諸實(shí)施例的光源；圖7A與7B示意示出帶本發(fā)明不同實(shí)施例的反射器的反射顯示器；圖8A-8C示意示出本發(fā)明不同實(shí)施例的偏振分束器；圖9A-9G示意示出本發(fā)明不同實(shí)施例的反射顯示器；圖10示意示出真空形成雙重曲面偏振分束器的方法；圖11A示意示出本發(fā)明在實(shí)例1中使用的一實(shí)施例；圖11B與11C分別示出圖11A中實(shí)施例的示意側(cè)視圖與頂視圖；圖12示意示出本明用于實(shí)例2的實(shí)施例；圖13示意示出本明用于實(shí)例3的實(shí)施例；圖14A示意示出本明用于實(shí)例4的實(shí)施例；圖14B示出圖14A中實(shí)施例的示意側(cè)視圖；圖15A示意示出用于實(shí)例5的本發(fā)明實(shí)施例；和圖15B示出圖15A中實(shí)施例的示意側(cè)視圖。
本發(fā)明可作各種修改并具有其它形式，附圖以舉例方式顯示其特征，下面將作詳述。但應(yīng)理解，本發(fā)明并不限于描述的諸特定實(shí)施例。相反地，本發(fā)明包括所有落在所附權(quán)項(xiàng)規(guī)定的本發(fā)明精神與范圍內(nèi)的所有修改，等效技術(shù)方案與替代方案。
詳細(xì)描述本發(fā)明適用于反射顯示器，而且對(duì)應(yīng)用反射顯示裝置的微顯示器尤其有用。在本發(fā)明的諸優(yōu)點(diǎn)中，主要是降低了顯示系統(tǒng)的制造成本，且可靠性高。
反射顯示器已應(yīng)用于幾類信息顯示系統(tǒng)。圖1示出反射顯示器100的基本元件。光源102向反射圖像顯示單元106發(fā)射偏振光104。反射圖像顯示單元106可以是液晶顯示(LCD)單元，如硅上LCD(LCOS)顯示器。反射圖像顯示單元106反射的光108導(dǎo)向偏振器110，于是透射過(guò)偏振器110的光112透射過(guò)觀看光學(xué)元件114，后者可以包括將圖像發(fā)射給觀眾的一塊或多塊透鏡。在該結(jié)構(gòu)中，LCD單元通過(guò)把某些入射光的偏振旋轉(zhuǎn)90°而調(diào)制入射光。偏振已旋轉(zhuǎn)的反射光108由偏振器110發(fā)射到觀看光學(xué)元件114。偏振器110不發(fā)射偏振保持不旋轉(zhuǎn)的反射光，一般將其吸收或反射掉。因此，偏振器110把圖像光與非圖像光分離開(kāi)來(lái)。觀看光學(xué)元件114可以是例如一塊目鏡。
反射圖像顯示單元106也可以是一種不同種類的單元，例如各自可移動(dòng)的超小鏡陣列，諸如Texas儀表公司制造的Digital Micromirror DeviceTM，或者基于應(yīng)用所謂的“電子紙”，如E-Tek公司制造的電泳顯示器，或是Xerox公司制造的基于gyricon的顯示器。本發(fā)明對(duì)于基于偏振旋轉(zhuǎn)調(diào)制入射光的反射圖像顯示單元如LCD尤其有利，但也可用于其它類型的反射圖像顯示單元。
可以使用反射顯示器的實(shí)例包括如電子相機(jī)取景器中的微顯示器。電子相機(jī)包括電視攝像機(jī)與數(shù)碼相機(jī)，以及任何其它把光圖像轉(zhuǎn)換到電子形式的裝置，例如圖2的電視攝像機(jī)200可記錄目標(biāo)202的圖像。用戶將其眼睛湊近觀看孔208，就可通過(guò)取景器206看到目標(biāo)202的圖像204。
微顯示器還可應(yīng)用于其它地方，例如平視安裝的顯示器，如DVD觀看器、虛擬現(xiàn)實(shí)護(hù)目鏡、可佩帶的計(jì)算機(jī)顯示器和因特網(wǎng)電器用具。圖3示出微顯示器的一般用法，微顯示器302一般包括耦合至控制器304的光源、反射圖像顯示單元與觀看光學(xué)元件?？刂破?04可以是例如DVD播放機(jī)，它被連接成將圖像從DVD播放機(jī)導(dǎo)向微顯示器302?？刂破?04也可耦合至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)306(或部分)，例如在平視(heads-up)顯示器、虛擬真實(shí)護(hù)目鏡中顯示來(lái)自計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信息，或作為可佩帶計(jì)算機(jī)的顯示器。微顯示器302還可應(yīng)用于膝上或其它類型計(jì)算機(jī)的可佩帶顯示器。
顯然，反射顯示器不限于用于微顯示器，還可應(yīng)用于更大的顯示器，如投影顯示器與平視顯示器。
圖4示出可用于微顯示器的反射顯示器的一種特定結(jié)構(gòu)。反射顯示器400包括產(chǎn)生光的三色發(fā)光二極管(LED)402。LED 402發(fā)出的光導(dǎo)向漫射器404，后者混合光的色彩并使其均勻，再入射到反射圖像顯示單元406。前置偏振器408偏振通過(guò)漫射器的光，僅使一個(gè)偏振光入射到反射圖像顯示單元406。
漫射器404前面可以裝一增亮器410，用以增大到達(dá)反射圖像顯示單元406的光的亮度。例如，增亮器410可以是一塊膜，其輸入面上有一種棱鏡結(jié)構(gòu)以便把離軸光從LED 402導(dǎo)向軸線412，諸如明尼蘇達(dá)州的3M公司制造的BEF增亮膜。BEF增亮膜反射的光可通過(guò)包含LED 402的漫反射腔413再循環(huán)。
增亮器410也可以是一種反射偏振膜，其透射偏振態(tài)基本上與前置偏振器408的透射偏振態(tài)對(duì)準(zhǔn)。若把反射偏振膜用作增亮器410，則把LED 402封裝在漫反射腔413中較為有利，使增亮器410反射的光偏振在漫反射腔內(nèi)再循環(huán)時(shí)隨機(jī)化。偏振隨機(jī)化導(dǎo)致LED 402產(chǎn)生的大部分光被反射增亮器410反射，從而提高反射顯示器400的光學(xué)效率。能用作增亮器410的一例反射偏振膜是明尼蘇達(dá)州的3M公司制造的DBEF多層光膜。
前置偏振器408發(fā)射的光以偏振分束器412的阻斷偏振態(tài)偏振，即偏振態(tài)與偏振分束器412的透射偏振態(tài)正交，因而光被偏振分束器412向反射圖像顯示單元406反射。反射圖像顯示單元406通過(guò)偏振旋轉(zhuǎn)空間調(diào)制入射光414。對(duì)偏振分束器412而言，反射光416包含阻斷與通過(guò)兩種偏振的光。只有偏振分束器412通過(guò)偏振的光，即圖像光418才透射到目鏡420。為了增強(qiáng)用戶觀看的圖像的對(duì)比度，可在偏振分束器412與目鏡420之間設(shè)置一調(diào)整偏振器422。應(yīng)用偏振分束器412反射來(lái)自LED 402的照明光并分離圖像光418，可使反射顯示器400更加密致。
反射圖像顯示單元406、偏振分束器412和調(diào)整偏振器422一般都裝在機(jī)殼424內(nèi)。
然而，該反射顯示器400的結(jié)構(gòu)存在一些缺點(diǎn)。例如，包括LED 402、漫射器404和前置偏振器408的光源，一般裝在光源板426上，而反射圖像顯示單元406裝在顯示器板428上，這兩塊板分別附接于機(jī)殼424。通常這兩塊板426和428用連接器與撓曲電路電氣耦合，對(duì)顯示系統(tǒng)而言，就明顯增大了制造與組裝費(fèi)用。再者，系統(tǒng)復(fù)雜性增大了，撓曲電路降低了制造成品率和長(zhǎng)期可靠性。
本發(fā)明針對(duì)一種把光源和反射圖像顯示單元以共面方式安裝的反射顯示器。換言之，安裝光源，使得一般沿平行于反射圖像顯示裝置光軸的第一軸線引導(dǎo)光源的光線。該方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可將光源和反射圖像顯示單元裝在一塊共用板上，從而降低組裝成本。這樣可運(yùn)用相對(duì)廉價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)印制電路制造技術(shù)把光源和反射圖像顯示單元焊接到印制電路板上。光源和反射圖像顯示單元甚至可以形成在同一基板上，如蒸發(fā)或?yàn)R射合適的材料或用其它制造方法形成有機(jī)或無(wú)機(jī)LED，進(jìn)一步降低組裝成本。另外還消除了撓曲電路，不僅可降低制造成本，還消除了低可靠性元件。
本發(fā)明一實(shí)施例示意圖示于圖5。反射顯示器500包括光源502，一般產(chǎn)生平行于第一軸線504的光。顯然，LED、鎢燈等光源生成大錐角的光。然而，也稱為主光線的最大強(qiáng)度方向基本上平行于第一軸線504。
反射圖像顯示單元506設(shè)置成使其光軸508基本上平行于第一軸線，換言之，被裝成與光源502共面。光源502發(fā)出的光510在入射到反射圖像顯示單元506之前，先反射離開(kāi)至少一個(gè)反射面，而有的光反射離開(kāi)兩個(gè)反射面。反射面可由偏振分束器512提供，或由偏振分束器512和另一反射器514共同提供，下面再更全面地說(shuō)明。反射器514可以被認(rèn)為是光源的一部分。為了增大觀眾看到的圖像的對(duì)比度，可設(shè)置一調(diào)整偏振器516，以加強(qiáng)光透射過(guò)偏振分束器512的偏振。調(diào)整偏振器516通過(guò)反射或吸收作用，可消除由偏振分束器512 正反射并通過(guò)該偏振分束器512漏出的偏振雜散光。
圖6A-6D示出光源的不同實(shí)施例。圖6A示出的第一實(shí)施例的光源600，包括耦合至漫射腔604的發(fā)光器602，它可以是一個(gè)三色LED陣列。漫射腔604可以空心，或填充一種漫射材料，而且包括漫反射側(cè)壁。腔604輸出的光通過(guò)透鏡606再到達(dá)漫射器608。漫射腔604和漫射體608一起對(duì)光作混合和均勻，從而確保漫射器發(fā)出的光在色彩與亮度上均勻。然后，通過(guò)漫射器608的光再通過(guò)前置偏振器610。
圖6B第二實(shí)施例的光源620包括耦合至漫射腔624的發(fā)光器622，如三色LED陣列。漫射腔624可以空心，或填充某種漫射材料，還包括漫反射側(cè)壁。
為截?cái)鄰那?24向外發(fā)射的光，可設(shè)置一增亮器626，如上述的棱鏡膜或反射偏振膜。若增亮器626是棱鏡膜，落在特定角度外的光就反饋回漫射腔624，而落在期望的角度內(nèi)的光可透射。若增亮器626是反射偏振器，則阻斷偏振態(tài)的光被反射到漫射腔624，而通過(guò)偏振態(tài)的光可透射。返回漫射腔的光再循環(huán)，其方向和/或偏振作隨機(jī)化，使它通過(guò)增亮器626之后透射通過(guò)該增亮器。
可以設(shè)置一塊透鏡628，諸如曲面透鏡或菲涅耳透鏡，重新引導(dǎo)增亮器626發(fā)射的光，使之落在較窄的錐角內(nèi)。
腔624發(fā)射出的光照射漫射器630。漫射器630與漫射腔624一起使光源620發(fā)出的光具有均勻的亮度和色彩。
圖6C第三實(shí)施例的光源640應(yīng)用了可以是三色LED陣列的發(fā)光器642、漫射器646和前置偏振器648。來(lái)自發(fā)光器602的光經(jīng)光導(dǎo)管644耦合至漫射器。例如，光導(dǎo)管644可以是一種固態(tài)透明的塑料管，通過(guò)在其側(cè)壁的全內(nèi)反射或通過(guò)反射離開(kāi)涂有合適反射材料的側(cè)壁俘獲光，并將光反射到輸出窗645。為使光均化，窗645可以用漫射器覆蓋或粗糙化，光導(dǎo)管644的壁可以粗糙化，或者光導(dǎo)管644內(nèi)的材料本身可以漫射。
圖6D第四實(shí)施例的光源660應(yīng)用了配有側(cè)面提取功能的光導(dǎo)管，將光從發(fā)光器導(dǎo)向反射分束器512。來(lái)自發(fā)光器662如三色LED單元的光進(jìn)入光導(dǎo)管664。左側(cè)面670上的小平面或其它光散射件668通過(guò)光導(dǎo)管664的輸出面666提取光。輸出面666輸出光672的方向與發(fā)散度由提取件668調(diào)節(jié)，如提取件668可以指向特定角度或局部準(zhǔn)直。從光導(dǎo)管664出射的光672由輸出面666的小透鏡陣列674進(jìn)一步調(diào)節(jié)，如準(zhǔn)直或局部準(zhǔn)直。
光通過(guò)光導(dǎo)管664傳播，可對(duì)發(fā)光器662發(fā)出的光混合與均化。光導(dǎo)管輸出的光672由漫射器676進(jìn)一步均化。此外，漫射光粒子可埋置在部分或全部光導(dǎo)管664內(nèi)，對(duì)光進(jìn)一步混合均化。
光672由前置偏振器678偏振。前置偏振器678可以是線性偏振器，如分色吸收器或反射偏振器，或者是圓偏振器，如膽留醇偏振器或組合有四分之一波延遲膜的分色吸收器。
小透鏡陣列674、漫射器676和前置偏振器678可以位于從光導(dǎo)管664有最大提取作用的區(qū)域中，以便于在光導(dǎo)管內(nèi)混合和均化，或?qū)⒊錾涔?72置于合適高度，以照射偏振分束器512。
該實(shí)施例660的優(yōu)點(diǎn)之一，在于它在平行于反射圖像顯示單元506輸入面方向上的密致度。
除了圖6A-6D中四個(gè)實(shí)施例的變化外，顯然還可使用許多不同類的光源。例如，可使用不同類的發(fā)光器，如白熾燈泡、鹵素?zé)?、孤光燈或任何其它合適的發(fā)光器。為了把發(fā)射光重新導(dǎo)向光源的輸出端，發(fā)光器還可包括一成形反射器，如拋物面反射器。
前置偏振器可以是線性偏振器，如美國(guó)專利號(hào)5,612,820描述的聚合物多層反射偏振膜，或者是線柵偏振器，如WO94/11766描述的“反射偏振器”。前置偏振器還可以是圓偏振器，如美國(guó)專利號(hào)5,506,704描述的膽留醇偏振器。膽留醇偏振器尤其適用于以圓偏振光調(diào)制為基礎(chǔ)的反射圖像顯示單元。
同樣地，偏振增亮器可由多層反射偏振膜、線柵偏振器或膽留醇偏振器構(gòu)成。
為增大亮度并覆蓋更大面積的顯示，可在使用該技術(shù)的單個(gè)光源中組合任意數(shù)量的發(fā)光器。再者，反射顯示器可以使用一個(gè)以上光源。
若來(lái)自光源502的光反射離開(kāi)兩個(gè)反射面而到達(dá)反射圖像顯示單元，則反射器514可用于第一反射，偏振分束器512用于第二反射。反射器514可以是光源502的組成部分。
反射器514可用鍍金屬基板(塑料或金屬)、拋光金屬、壓制金屬板、熱成形金屬涂膜、熱成形多層光膜或其它合適的反射材料做成。再者，反射器514可以扁平，如圖5所示，或沿一個(gè)或兩個(gè)方向上彎曲，以增大照明均勻性與效率。例如，圖7A為沿一個(gè)方向彎曲的反射器714。該圖示出共面安裝的光源702和反射圖像顯示裝置706，還示出了光源702和反射圖像顯示裝置706的光軸704與708。光軸704與708平行于Z方向，反射圖像顯示裝置706從光源702沿X方向橫移。曲面反射器714的曲率半徑r位于X-Z平面。
光源702發(fā)出的光從曲面反射器714反射，減小了在X-Z平面內(nèi)的發(fā)散度。把光導(dǎo)向偏振分束器712，并透射到反射圖像顯示裝置706。
圖7B示出向兩個(gè)方向彎曲的反射器734，此時(shí)其第一曲率半徑位于X-Z平面，第二曲率半徑位Y-Z平面，其中Y方向由圖平面向外指，與X和Z方向正交。光源702發(fā)出的光從反射器734反射后，在X-Z與Y-Z兩平面內(nèi)都減少了發(fā)散。
顯然，反射器也可單向彎曲，曲率半徑位于Y-Z平面。
偏振分束器512一般反射一種偏振的光而透射正交偏振的光。偏振可以是線性的或圓形的。可用作偏振分束器的一特定線性偏振器實(shí)例，就是聚合物多層偏振膜，如明尼蘇達(dá)州的3M公司制造的DBEF。該膜用作偏振分束器是有用的，因?yàn)樗趯挼淖V與角度范圍內(nèi)保持了高度消光。再者，該類膜容易沿一或二個(gè)方向變形而形成曲面鏡，可更有效地匯集來(lái)自光源的光，并降低照明系統(tǒng)的整個(gè)分布曲線。同樣適合用作偏振分束器512的另一類線性偏振器是線柵偏振器。
偏振分束器512也可以是圓形偏振器和膽留醇偏振器?？梢岳斫鉃樵诰€性與圓形偏振之間作光轉(zhuǎn)換，使用膽留醇偏振器時(shí)必須引入1/4波延遲器。例如，若反射圖像顯示單元506工作于線性偏振光，而且來(lái)自光源的光也是線性偏振的，則膽留醇偏振器可在其正面設(shè)置一1/4波延遲層，使得在光入射到膽留醇偏振器表面上之前圓化其偏振。另外，反射光在傳播到反射圖像顯示單元506前，1/4波延遲器要對(duì)其偏振線性化。若來(lái)自光源的光為圓形偏振，則反射圖像顯示單元506可在其輸入端設(shè)置一1/4波延遲器，使從膽留醇偏振器反射的光的偏振線性化。
如圖8A-8C所示，偏振分束器512可以扁平或沿一或二個(gè)方向彎曲，圖示的不同類偏振分束器靠近反射圖像顯示單元806。各偏振分束器可以配置一調(diào)整偏振器816。圖8A的偏振分束器812為扁平，調(diào)整偏振器可直接置于偏振分束器812后面。圖8B的偏振分束器822沿一個(gè)方向彎曲，換言之，偏振分束器822的曲率半徑位于X-Z平面，方式類似于以上對(duì)圖7A中反射器描述的情況。
使用扁平或一維彎曲的偏振分束器，優(yōu)點(diǎn)包括能把調(diào)整偏振器816直接層疊到偏振分束822的后面。而且，可用簡(jiǎn)單機(jī)械裝置對(duì)偏振分束器成形。例如，偏振分束器822可用板材構(gòu)成，板材的相對(duì)兩端被緊緊夾住，夾端間距小于膜全長(zhǎng)，使膜壓彎成彎曲形。在另一例中，偏振分束器822用一板材構(gòu)成，板材聯(lián)成彎曲槽，與期望的曲率相符。這兩種優(yōu)點(diǎn)都降低了制造成本。
圖8C示出向兩個(gè)方向彎曲的偏振分束832，其第一曲率半徑位于X-Z平面，第二曲率半徑位于Y-Z平面。扁平的調(diào)整偏振器816可位于偏振分束器832上方。
雙重彎曲的偏振分束器832可用真空成形法成形。另外，偏振分束器與調(diào)整偏振器的疊層可以真空成形，因而調(diào)整偏振器無(wú)需分開(kāi)裝在顯示器內(nèi)。
圖10示出一種真空成形雙重彎曲偏振分束器832的特定方法。多層反射偏振光膜1002在板1006的孔1004上方拉伸，利用真空通過(guò)孔1004拉伸膜1002，用加熱槍加熱以軟化膜1002并加深凹陷，形成一凹面。冷卻后，膜1002保持凹形。用該技術(shù)形成雙重彎曲的偏振分束器，偏振消光作用可向外保持到凹形邊緣。通過(guò)橢圓孔1004作真空成形，還可構(gòu)成邊緣為橢圓的彎曲型偏振分束器832。將膜1002的光軸對(duì)準(zhǔn)孔1004的主軸，可控制彎曲型偏振分束器的透射軸。
在較寬的角度內(nèi)，單一彎曲的偏振分束器822一般比雙重彎曲的偏振分束器832 PBS呈現(xiàn)出更高的偏振消光作用，因?yàn)殡p重曲面的入射角范圍更高，因而使用帶雙重彎曲型偏振分束器832的調(diào)整偏振器816變得更加重要了。雙重彎曲型分束器組件的構(gòu)成方法是，先把調(diào)整偏振器816層疊到偏振分束器832而形成層疊件，然后用圖10的真空成形技術(shù)對(duì)該層疊件作真空成形。
顯然，偏振分束器可以單一彎曲，曲率半徑位于Y-Z平面內(nèi)。
在圖9A-9G所示的顯示裝置中呈現(xiàn)出不同實(shí)施例的偏振分束器。各顯示裝置都包括光源902和反射圖像顯示裝置906。在若干圖示實(shí)施例中，反射器514和偏振分束器512用單一整體部分的反射偏振器材料構(gòu)成，降低了制造成本。
在圖9A中，反射器914與偏振分束器912由單一整體部分的反射偏振器材料918構(gòu)成。整體部分反射偏振器材料918單一彎曲，而反射器914與偏振分束器912有不同的曲率。調(diào)整偏振器916可以層疊到整體部分反射偏振器材料918的背面，或設(shè)置在可調(diào)整透射過(guò)偏振分束器912的光偏振的其它地方。
在圖9B中，偏振分束器922延伸過(guò)光源902與反射圖像顯示單元906兩者，收集直接來(lái)自光源902的光并把它導(dǎo)向反射圖像顯示單元906。如圖所示，偏振分束器922可以雙重彎曲或單一彎曲，扁平的調(diào)整偏振器926可以位于偏振分束器922上方，或形成在偏振分束器背面。
在圖9C中，反射器934與偏振分束器932都用單一整體部分反射偏振器材料938構(gòu)成，如圖所示，反射器934可以雙重彎曲、單一彎曲或扁平。
如圖所示，偏振分束器932可以扁平、單一彎曲或雙重彎曲。調(diào)整偏振器936設(shè)置成可以調(diào)整從反射圖像顯示單元906通過(guò)偏振分束器932透射的光偏振。調(diào)整偏振器936可以與偏振分束器932層疊或附接。
圖9D和9E示出圖9C中實(shí)施例的不同變型。在圖9D中，反射器934雙重彎曲，偏振分束器932單一彎曲。圖9E中，二者均雙重彎曲。顯然，扁平、單一彎曲和雙重彎曲的反射器934可通過(guò)不同的方式與扁平、單一彎曲和雙重彎曲的偏振分束器932相結(jié)合。另外，調(diào)整偏振器936可以在反射器934和偏振分束器936二者上延伸，如圖9E所示。
在圖9F實(shí)施例中，光源為分布型。發(fā)光器將光導(dǎo)向反射器944。包括漫射器與前置偏振器的漫射/偏振器943置于反射器944與偏振分束器946之間，使光被反射器944反射后再被漫射/偏振器943漫射并偏振。該例的優(yōu)點(diǎn)在于，來(lái)自多個(gè)發(fā)光器的光束在漫射與偏振前有更大的重疊，從而增大了照明均勻性。
本發(fā)明不限于單一光源。為增大亮度或改進(jìn)反射圖像顯示單元906的照明均勻度，可在相對(duì)于反射圖像顯示單元906的共面位置上放多個(gè)光源。圖9G示出應(yīng)用多光源的一特定實(shí)施例。該例中，偏振分束器952在兩個(gè)光源902和反射圖像顯示單元906上延伸。來(lái)自光源902的光反射到反射圖像顯示單元906，后者對(duì)光調(diào)制并把它反射回反射偏振器952。調(diào)制的光通過(guò)偏振分束器952發(fā)射給觀眾?？梢栽O(shè)置一調(diào)整偏振器956，以調(diào)整透射過(guò)偏振分束器的光。
為了有效地照射反射圖像顯示單元，已經(jīng)開(kāi)拓了不同的反射器與分束器設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)反射器/分束器組合方面，感興趣的主要特性包括在顯示單元接受的錐形內(nèi)將來(lái)自光源的光引導(dǎo)到反射圖像顯示單元表面上的效率，和橫跨反射圖像顯示單元的照明均勻度。另一個(gè)研究參數(shù)是顯示單元上方反射器/分束器組合的最大高度。在設(shè)計(jì)用于有限空間的顯示單元時(shí)，如在攝錄機(jī)或其它類相機(jī)中，該參數(shù)很重要。在下述實(shí)例中，對(duì)特定結(jié)構(gòu)的反射器與分束器計(jì)算了顯示單元的照明。
實(shí)例1在圖11A-11C的第一例中，假定光源1102包括一后面接有漫射器的發(fā)光二極管。光源1102以與LCD顯示單元1104的中心離約5個(gè)單位的點(diǎn)為中心。由于顯示照明系統(tǒng)與大小成線性關(guān)系，所以用任意“單位”而不是任何特定線性量值表示尺寸。假定光源1102有一尺寸為1單位×1.6單位的朗伯均勻發(fā)光面。該短尺寸對(duì)準(zhǔn)平行于光源1102與LCD顯示單元1104間的分離方向。假定LCD顯示單元1104為2.88×3.84單位，定向成其長(zhǎng)尺度平行于LCD顯示單元1104與LED 1102之間的分離方向。假定LED 1102的發(fā)光面比LCD顯示單元1104的液晶層表面高0.98單位。
假定偏振分束器1112形成為平板，位于LCD顯示單元1104上方，相對(duì)顯示單元1104的上表面1104a成40°角。
假定反射器1114具有上反射面1314a和側(cè)反射面1314b(圖11A與11B只示出一個(gè)側(cè)反射面)構(gòu)成的“錐盒”形狀。上表面1314a的形狀用AUTOCAD仿樣函數(shù)形成，該函數(shù)在(X，Z)平面內(nèi)連接下列諸點(diǎn)(5.5804，-0.2035)，(5.9644，0.9476)，(5.6674，1.6398)，(5.1616，2.2553)，(4.1499，3.2774)與(3.0478，4.5078)。第一點(diǎn)的正切設(shè)定為點(diǎn)(5.1499，3.2774)，最后一點(diǎn)的正切設(shè)定為點(diǎn)(3.5694，3.9642)。“錐盒”形成的截面形狀為矩形，并以光源1102到輸出端的全長(zhǎng)保持該矩形截面的縱橫比。
扁平分束器1112與“錐盒”反射器1114相結(jié)合產(chǎn)生了以下結(jié)果。照射LCD顯示單元1104的效率為4.6％。該效率定義為在接受的錐角內(nèi)進(jìn)入LCD顯示單元1104的光與光源1102發(fā)出的總光量之比。照明均勻度由LCD顯示單元1104上最大照明強(qiáng)度的亮度與LCD顯示單元1104上最小照明強(qiáng)度的亮度之比衡量。在該特定場(chǎng)合中，最大/最小之比為3.34。最后，高度H，即LCD顯示單元1104上方使反射器與分束器的特定組合最有效地工作所需的最大分束器高度，為5.57單位。
實(shí)例2在圖12的第二例中，假定光源1102和LCD顯示單元1104具有與實(shí)例1相同的尺寸和相對(duì)間距，唯一差別在于反射器與分束器的形狀。假定分束器1212為單一彎曲形，形成一曲率半徑為11.903單位的41°孤。假定反射器1214扁平，與光源1102的發(fā)光面定向成47°。
對(duì)這一特定組合，照度效率為3.4％，最大/最小比值為2.8，高H為4.53單位。總照明效率比實(shí)例1低，因?yàn)楸馄椒瓷淦髟谑占瘉?lái)自光源1102的光并把它供給分束器以反射給LCD顯示單元1104方面并不良好。另一方面，使用彎曲分束器提高了照明均勻度，而且減小了總高度H。
實(shí)例3在圖13的第三例中，假定光源1102和LCD顯示單元1104具有于實(shí)例1相同的尺寸和相對(duì)間距，唯一差別是反射器與分束器的形狀，假定分束器1312的形狀與實(shí)例2相同。假定反射器為單一彎曲反射面，彎曲型面與實(shí)例1描述的上反射器1114a的彎曲型面相配。
對(duì)這一特定組合，照明效率為4.6，最大/最小比值為1.93，高H為4.53單位。人肉眼一般能看出超過(guò)約2的最大/最小比值，因而該設(shè)計(jì)接近可接受的均勻度區(qū)域，肉眼看不出非均勻性。
實(shí)例4在圖14A與14B的第四例中，假定光源1102和LCD顯示單元1104具有與實(shí)例1相同的尺寸與相對(duì)間隔。另外，假定反射器1414的“錐盒”形狀與實(shí)例1的反射器1114相同。與實(shí)例1的唯一差別是分束器1412的形狀，假定其形狀與實(shí)例2同為弓形。
對(duì)這一特定組合，照明效率為8.2％，最大/最小比值為1.25，高H為4.53單位。
實(shí)例5在圖15A與15B的第五例中，假定光源1102和LCD顯示單元1104具有與實(shí)例1相同的尺寸與相對(duì)間隔。并假定分束器1512與實(shí)例4相同，反射器1514的“錐盒”形狀與實(shí)例4同。然而，上表面1514a不是以直角與側(cè)面1514b吻合，而是把上表面1514a與側(cè)面1514b的轉(zhuǎn)角1514c彎曲。對(duì)這一特定組合，照明效率為6.7％，最大/最小比值為1.52，高H為4.53單位。這五個(gè)實(shí)例的結(jié)果歸納于表1。
表1 不同反射器/分束器組合的照明特性歸納

以上雖然提供了各種實(shí)例，但是本發(fā)明并不限于特定的示例。如上所述，本發(fā)明尤其適用于要求輸出均勻或基本均勻的光的照明源，因此本發(fā)明并不限于上述諸特定實(shí)例，而是包括所附權(quán)利要求正式提出的本發(fā)明的所有方面。參閱了本說(shuō)明書(shū)的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然明白，本發(fā)明可適用的各種修改、等效處理和各種結(jié)構(gòu)。權(quán)利要求書(shū)旨在包羅這類修改與裝置。
權(quán)利要求
1.一種照明型顯示裝置，其特征在于包括一般沿第一軸線引導(dǎo)的第一光源；以基本上平行于第一軸線的光軸設(shè)置的反射圖像顯示單元；和設(shè)置成把光從第一光源導(dǎo)向反射圖像光顯示單元的反射偏振膜。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于反射偏振膜沿至少一個(gè)維度彎曲。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于反射圖像顯示單元的光軸沿一位移方向從第一軸線橫移，反射偏振膜彎曲，其曲率半徑位于的平面與第一軸線和位移方向形成的平面平行。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于反射圖像顯示單元的光軸沿一位移方向從第一軸線橫移，反射偏振膜彎曲，其曲率半徑位于的平面與第一軸線和正交于第一軸線與位移方向二者的軸線形成的平面平行。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于反射圖像顯示單元的光軸沿一位移方向從第一軸線橫移，反射偏振膜彎曲，其第一曲率半徑位于的平面與第一軸線和位移方向形成的平面平行，第二曲率半徑位于的平面與第一軸線和正交于第一軸線與位移方向二者的軸線形成的平面平行。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于第一部分反射偏振膜沿第一軸線從第一光源位移，第二部分反射偏振膜沿光軸從第一光源位移。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于第一部分反射偏振膜彎曲。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于第二部分反射偏振膜彎曲。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于第一和第二部分反射偏振膜都彎曲。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于顯示系統(tǒng)還包括供用戶觀看反射圖像顯示單元形成的圖像的觀看端口，而反射偏振膜位于反射圖像顯示單元與觀看端口之間。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括一調(diào)整偏振器，用于偏振從反射圖像顯示單元透射過(guò)反射偏振器的光。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括一反射器，用于把光從第一光源導(dǎo)向反射偏振膜層。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于至少反射器與反射偏振膜之一沿至少一個(gè)維度彎曲，形成彎曲反射器。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于反射圖像顯示單元的光軸沿一位移方向從第一軸線橫移，反射偏振膜彎曲，其曲率半徑位于的平面與第一軸線和位移方向形成的平面平行。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于反射圖像顯示單元的光軸沿一位移方向從第一軸線橫移，反射偏振膜彎曲，曲率半徑位于的平面與第一軸線同正交于第一軸線與位移方向二者的軸線形成的平面平行。
16.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于反射圖像顯示單元的光軸沿一位移方向從第一軸線橫移，反射偏振膜彎曲，其一個(gè)曲率半徑位于的平面與第一軸線和位移方向形成的平面平行，另一曲率半徑位于的平面與第一軸線和正交于第一軸線與位移方向二者的軸線形成的平面平行。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于第一光源包括發(fā)光的發(fā)光器、發(fā)射發(fā)光器發(fā)出的光的漫射器和偏振漫射器漫射的光的前置偏振器，由漫射器偏振的光導(dǎo)向反射圖像顯示單元。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于第一光源還包括一反射器，把光從發(fā)光器導(dǎo)向反射偏振膜。
19.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于發(fā)光器發(fā)射的光通過(guò)至少兩個(gè)反射面導(dǎo)向反射圖像顯示單元，反射偏振膜形成最后反射面，后者沿發(fā)光器到反射圖像顯示單元之間的光路最接近反射圖像顯示單元。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于前置偏振器沿最后反射面與前一反射面之間的光路設(shè)置。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于漫射器沿前置偏振器與前一反射面之間的光路設(shè)置。
22.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于還包括一位于發(fā)光器與前置偏振器之間的光導(dǎo)管，光導(dǎo)管的輸出端把光導(dǎo)管輸出的光發(fā)射給前置偏振器。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于漫射器包括光導(dǎo)管。
24.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于還包括一耦合成接收來(lái)自發(fā)光器的光的光導(dǎo)管，該光導(dǎo)管具有背面與輸出面，背面配有通過(guò)輸出面將光導(dǎo)管內(nèi)傳播的光導(dǎo)向前置偏振器的光提取件。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于漫射器包括光導(dǎo)管。
26.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于發(fā)光器包括一組發(fā)光二級(jí)管，發(fā)射至少三個(gè)不同波長(zhǎng)的光。
27.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括第二光源，使光反射離開(kāi)反射偏振膜而導(dǎo)向反射圖像顯示單元。
28.一種照明型顯示裝置，其特征在于包括沿第一方向發(fā)射漫射偏振光的發(fā)光裝置；用圖像調(diào)制反射光的反射顯示裝置，該反射顯示裝置的光軸基本上平行于第一軸線；和把來(lái)自發(fā)光裝置的漫射偏振光導(dǎo)向反射顯示裝置的反射偏振裝置。
29.一種光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括顯示裝置，包括通常沿第一軸線引導(dǎo)光的第一光源；光軸基本上平行于第一軸線的反射圖像顯示單元；和把來(lái)自第一光源的光導(dǎo)向反射圖像顯示單元的反射偏振膜；耦合至反射圖像顯示單元以控制該反射圖像顯示單元形成的圖像的控制器；和把反射顯示單元形成的圖像輸送給用戶的觀看光學(xué)元件。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于反射偏振膜位于反射圖像顯示單元之間，把反射圖像顯示單元上的入射光與反射圖像顯示單元反射的光分開(kāi)。
31.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于還包括一調(diào)整偏振器，用于偏振來(lái)自反射圖像顯示單元透射過(guò)反射偏振器的光。
32.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括一耦至控制器的相機(jī)單元，其中控制器控制反射圖像顯示單元顯示對(duì)應(yīng)于相機(jī)接收到的目標(biāo)圖像的圖像。
33.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于相機(jī)單元是電視攝像機(jī)。
34.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于相機(jī)單元是數(shù)碼相機(jī)。
35.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括一耦至控制器、顯示計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的信息的計(jì)算機(jī)。
全文摘要
一種反射顯示器的照明系統(tǒng)，尤其適用于使用反射顯示器的微顯示器。光源(702)與反射圖像顯示器(706)共面安置，可讓光源與顯示單元裝在單塊電路板上或甚至單塊基板上。光源通常沿第一軸線(704)發(fā)射光，而反射圖像顯示單元的垂直軸(708)基本上平行于第一軸線。反射偏振膜(712)即偏振分束器設(shè)置成把來(lái)自第一光源的光導(dǎo)向反射圖像光顯示單元。反射偏振膜可以彎曲。
文檔編號(hào)G02B27/01GK1433528SQ00818699
公開(kāi)日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2000年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月31日
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