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CN1268969C - 图象显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种图象显示装置(1)，其包括一个光调制面板(2)，一个光调制面板(2)对面的光照明装置和一个连接到照明装置上的光源(8)。照明装置包括至少一个隔离层(4)，这个隔离层具有至少一个平行于光调制面板(2)延伸的平表面(13)和一个位于面对远离平表面(13)一侧的锯齿表面(9)，所述的锯齿表面具有多个锯齿形且相邻的突起(10)，这些突起每一个以第一(11)和第二(12)隔离表面为界，第一隔离表面(11)与平表面(13)成锐内角，而第二隔离表面(12)与平表面(13)成钝内角。

Description

图象显示装置
本发明涉及一种图象显示装置，其包括一个光调制面板，一个面向光调制面板的光照明装置和一个耦合到照明装置上的光源，所述的照明装置包括至少一个隔离层，这个隔离层具有至少一个平行于光调制面板延伸的平表面和一个位于远离平表面一侧的锯齿表面，所述的锯齿表面具有多个锯齿形且相邻的突起，这些突起以第一、第二隔离表面为界。
这种类型的图象显示装置用于，例如，头戴式显示(HMD)和投影电视。透射或反射的LCD通常用做光调制面板。在反射的LCD中，LCD被以与观看侧相同的一侧照明。在透射的LCD中，LCD被以与观看侧不相同的一侧照明。对于HMD很显著的是光源和与之相关联的照明装置应该尽可能的薄，从而赋予HMD相对紧凑的结构。反射的LCD用在HMD中较好。如果照明装置比较薄，则另外的优势就是可以把位于远离光调制面板的照明装置那侧的透镜放置得距照明装置相对较近，这样有利于得到最佳的放大率。
这种类型的图象显示装置从欧洲的专利申请EPA1-0948755为世人所公知，照明装置包括彼此由一个锯齿表面连在一起的两层。一层具有单折射率，另一层具有双折射率，其中一个折射率与第一层折射率相近。锯齿突起的第一、第二隔离表面都与隔离层的平表面成锐内角。
在这一专利申请中，内角被认为是夹在隔离表面与隔离层的平表面间的由隔离层的材料来调整的角。在这里，钝角被认为是任何大于90°的角，而锐角被认为是任何小于90°的角。
发自光源的非偏振光耦合进这两层，此时其中一个折射率用于其中一个偏振方向，另一个折射率用于另一个偏振方向。结合两个锐内角的选择，已知的照明装置可以确保只有具有想要的偏振方向的光被偏折到光调制面板上。经光调制面板调制后的这束光随后穿过照明装置。然后，调制光束被折射。
本发明的目的是提供一种包括一个相对紧凑的照明装置的图象显示装置。
在根据本发明的图象显示装置中，因为第一隔离表面与平表面成锐内角，而第二隔离表面与平表面成钝内角。由于第二隔离表面与平表面成钝内角，则每个突起都将延伸部分地超出相邻的突起，这一目的由此已经实现。
发自光源的光束在光调制面板的方向上被反射到的第二隔离表面上。通过选择钝内角，基本上任何想要的光束偏折方向都可以实现。在透射光调制面板中，光束随后继续通过远离隔离层的一侧。
对于使用反射光调制面板，使用了具有第一和第二折射率的隔离层，其中第一折射率至少作用于用于发自光源的光束的隔离层，且第二折射率作用于经光调制面板调制的光束。发自光源的光束被在光调制面板的方向上具有第一折射率下的第二隔离表面所反射。随后，光束经光调制面板调制且偏振方向发生反向。随后，光束被在具有作用于由光调制面板调制的光束的第二折射率的所述隔离层的方向上再次反射。通过选择钝内角和两个折射率，基本上任何想要的光束偏折方向都可以实现。
如果在隔离层与光调制面板间提供一个照明装置，所述光调制面板带有一个还具有第二折射率的光学元件，则经光调制面板调制的光束将不再偏折到隔离表面上。
本发明的这些和其它方面在下文所述的实施方案中将以予阐明。
附图的简要说明
图1示出了一种根据本发明的图象显示装置的第一实施方案。
图2是图1所示图象显示装置的放大部分II。
图3示出了一种根据本发明的图象显示装置的第二实施方案。
图4示出了一种根据本发明的图象显示装置的第三实施方案。
在图中相近的组成部分用相同的参照数字标注。
图1示出了一种根据本发明的图象显示装置1，其包括一个光调制面板2，例如一个LCD。
图象显示装置1又提供有一个与光调制面板2相连的中间层3，一个与中间层3相连的隔离层4和一个与隔离层相连的光导层5。在光导层5的一个端面6装有一个漫射层7。图象显示装置还包括一个位于远离光导层5的漫射层7一侧的光源8。光源8可以例如是一个光发射二极管(LED)，其可以发射想得到的光色，如白色，红色，绿色或蓝色。耦合光进入光导层5的方式大家都了解，所以不再解释。
中间层3和隔离层4彼此由一个锯齿表面9隔开。由于锯齿状的隔离表面9，隔离层4具有多个相邻的突起10。每个突起10以第一和第二隔离表面11，12为界。隔离层4在远离锯齿表面一侧具有一个平表面13。第一隔离表面11与平表面13成锐内角(见图2)。第二隔离表面12与平表面13成钝内角β(见图2)。由于锐内角和钝内角β，这些突起10呈峰形，且一个突起10延伸部分地超出相邻的突起10。突起10在远离光源8的方向延伸。
隔离层4是由一种具有双折射率n1，n2的材料制成的，在隔离层中保持n1大于n2。材料可以例如是一种n1＝1.76、n2＝1.5的聚合物。
中间层3由一种具有一折射率的材料制成，这个折射率基本上对应于n2，相等则更好。所用材料可以是，例如折射率为n2＝1.5的PMMA。光导层5所用材料的折射率与折射率n2对应，相等则更好。光导层5的材料可以是，例如折射率为n2＝1.5的玻璃或PMMA材料。
现在进一步解释一下根据本发明的图象显示装置1的运作方式。
光源8发射出具有第一偏振方向的光束14。第一折射率n1作用到这些具有第一偏振方向的光束14上。这些光束14经过漫射层7后，相等地在光导层5中传播。随后，每一光束14，或许在经过光导层5的出射面15反射后，随后到达平表面13。在光导层5和隔离层4的界面处，由于从低折射率n2的材料向高折射率n1的材料转变，光束14朝向光调制面板2偏折。如光束16所示。光束16随后到达隔离表面12。
把表面12设置成β角，从而使得光束16在面12上发生全反射。如果
90°＜β＜180°-asin(n2/n1)，
则全反射发生。
由于这一全反射，光束16进一步向光调制面板2偏折，并基本上以横截的方向到达光调制面板2上。这束光经光调制面板2调制，且偏振方向发生反向。折射率n2作用于由此被调制且偏振方向反向的光束17。这意味着，对于隔离表面11、12和平表面13，折射率没有变化，因此光束17没有发生偏折，如果光束基本上横截地(垂直地)入射到光调制面板上，它将从光导层5的出射面15以基本上横截于光调制面板2的方向出射。
第一隔离表面11的锐内角α优选地选择成使α对应于光束16入射到隔离层14的角度。更好地，是保持α＝270°-2β。以这个角度α，所有从光源8发出的光都能到达隔离表面12之一而没有遮蔽效应。
图3示出了根据本发明的第二种图象显示装置21的实施方案，其中光被耦合到中间层3而不是光导层5。在图象显示装置21中，中间层3’因此较厚而结果光导层5’或许较图1示出的显示器1薄。在两个图象显示装置1和21中的隔离层4则相同。
图象显示装置21的运作方式如下。发自光源8的光束14偏折为光束22，光束22朝向在隔离层4的突起10和中间层3’材料间的转变处的出射面15。在突起10和中间层3’的交界面，光束22向远离出射面15的方向偏折。随后，光束22在面向出射面15的方向上偏折为靠近隔离表面12的光束23。如此的折射发生几次，直到光束到达平表面13，并偏折为在出射面15方向上的光束24。光束24在表面15上发生全反射并在平表面13方向偏折为光束25。光束25到达第二隔离表面的隔离层4上，在此，由于β角与折射率n1和n2上述的结合，在光调制面板2的方向上发生全反射。随后，以上述关于图象显示装置1的同样的方式，光束被调制且偏振方向发生反向。由此调制的且偏振方向反向的光束17以基本上横截于光调制面板2的方向从出射面15出射。
图4示出了根据本发明的第三种图象显示装置31的实施方案，包括一个隔离层4，其中光被耦合到隔离层4本身而不是光导层5或中间层3。在根据本发明的图象显示装置31中，中间层31由空气层构成。光调制面板2’位于远离隔离层4的中间层3”的一侧。如图4示出的图象显示装置31中的光调制面板2’是一个光透射调制面板，这意味着来自光调制面板2’一侧的光以调制光的形式从另一侧出射。同时，也可能先提供一个与隔离层4具有相同折射率的遮盖板来代替光调制面板2’。
光源也可发射非偏振光。
有可能用DMD作为光调制面板。这种情况下，需要在DMD和照明装置间装一个1/4波片。

Claims (6)

1.一种图象显示装置，其包括一个光调制面板，一个面向光调制面板的照明装置和一个耦合到照明装置上的光源，所述的照明装置包括一个隔离层，这个隔离层具有一个平行于光调制面板延伸的平表面和一个位于远离平表面一侧的锯齿表面，所述的锯齿表面具有多个锯齿形、相邻的突起，这些突起每一个以第一和第二隔离表面为界，其特征在于第一隔离表面与平表面成锐内角，而第二隔离表面与平表面成钝内角，其中隔离层具有第一和第二折射率，第一折射率在该隔离层中作用于发自光源的光束，且第二折射率作用于经光调制面板调制的光束，所述第一折射率大于第二折射率，并且其中一个中间层位于该隔离层的锯齿表面和光调制面板之间。
2.按照权利要求1的图象显示装置，其特征在于一个光导层被提供在平表面和光源之间。
3.按照权利要求1的图象显示装置，其特征在于该中间层具有等于第二折射率的折射率。
4.按照权利要求3的图象显示装置，其特征在于光源耦合到中间层。
5.按照权利要求1的图象显示装置，其特征在于第一隔离表面的锐内角等于发自光源的光束进入到隔离层时的角度。
6.按照权利要求1-5之一的图象显示装置，其特征在于发自光源和入射到第二隔离表面上的光束完全偏折向光调制面板。
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