CN101952776B - 显示系统 - Google Patents

Abstract

一种显示系统1包括重影消除装置100和影像装置10。重影消除装置100包括影像反射元件110和偏光元件120。影像反射元件110包括基板112及相位调变元件114，相位调变元件邻接基板112并具有反射表面114a。影像装置10产生偏振影像光P1，该偏振影像光被反射表面114a接收。随后，反射表面114a反射部分偏振影像光P1以便产生第一反射偏振影像光P2。偏振影像光P1的其他部分被射入相位调变元件114并由基板112反射，以产生第二反射偏振影像光S2，该反射偏振影像光的偏振方向不同于第一反射偏振影像光P2的偏振方向。

Description

显示系统

技术领域

本发明涉及一种显示系统，且特别是涉及平视显示器(head-up display，HUD)。

背景技术

在需要兼顾看到显示影像及背景环境的显示装置应用方面，例如平视显示器(head-up display，HUD)或商店广告，经常利用透明或半透明的反射荧幕(玻璃窗或挡风玻璃)来反射影像，影像来源由投影装置或显示器提供。但是观赏者可能会同时接收到同一影像经由反射荧幕的不同表面反射后的反射影像，产生影像重叠的重影影像，严重影响影像品质。

请参照图1，其绘示传统平视显示器的示意图。如图1所示，投影装置4产生一影像光M1往透明荧幕2方向投射，透明荧幕2例如为橱窗玻璃或挡风玻璃。但是部分的影像光M1直接由反射表面2a反射而产生反射影像光M2；部分的影像光M1则进入透明荧幕2并由反射表面2b反射后，通过反射表面2a射出而产生反射影像光M3。当观赏者同时接收到反射影像光M2、M3时，会形成重叠的重影影像，造成观赏者辨识上的困扰。

因此，如何消除多次反射导致的重影影像，便成为提升此类显示装置应用的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种显示系统，用以改变不同表面的反射影像光及多次反射影像光的偏振方向，以达到提升影像品质的效果。

为达上述目的，本发明提出一种显示系统，包括一影像装置、一影像反射元件及一偏光元件。影像装置用以产生一偏振影像光。影像反射元件包括一基板及一相位调变元件。相位调变元件邻接基板，相位调变元件具有一反射表面，用以接收偏振影像光。其中当偏振影像光射向反射表面后，反射表面反射部分的偏振影像光以产生第一反射偏振影像光，部分的偏振影像光射入相位调变元件，并由基板反射后由反射表面射出，以产生第二反射偏振影像光。第一反射偏振影像光与第二反射偏振影像光的相位差大体等于nπ，其中n为正奇数。偏光元件用以接收并使第一反射偏振影像光通过，且遮挡第二反射偏振影像光。

根据本发明，提出一种显示系统，包括一影像装置、一透明基板及一相位调变元件。影像装置用以产生一偏振影像光。相位调变元件邻接透明基板，相位调变元件具有一反射表面，用以接收偏振影像光。其中当偏振影像光射向反射表面后，反射表面反射部分的偏振影像光以产生一反射偏振影像光，部分的偏振影像光射入相位调变元件后成为一入射偏振影像光。入射偏振影像光具有一所欲的偏振方向使得大部分的入射偏振影像光穿透透明基板。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为传统平视显示器的示意图；

图2为本发明实施例一的显示系统示意图；

图3为本发明实施例二的显示系统示意图；以及

图4示出了本发明实施例二的重影消除装置于不同入射角下对于TE电磁波及TM电磁波的反射率图。

具体实施方式

实施例一

请参照图2，其绘示本发明实施例一的一种显示系统的示意图。如图2所示，重影消除装置100包括影像反射元件110及偏光元件120。影像反射元件110包括基板112及相位调变元件114，相位调变元件114邻接基板112。相位调变元件114具有一反射表面114a。

如图2所示，重影消除装置100与影像装置10组成显示系统1，亦即为平视显示器。影像装置10产生一偏振影像光P1。例如，影像装置10可以是一液晶显示面板，偏振影像光P1可以由液晶显示面板所产生；影像装置10也可以是由一影像偏光元件搭配一影像产生装置组成，偏振影像光P1可以是由影像产生装置产生的影像光通过影像偏光元件后产生。反射表面114a用以接收偏振影像光P1，当偏振影像光P1射向反射表面114a，反射表面114a反射部分的偏振影像光P1以产生第一反射偏振影像光P2。部分的偏振影像光P1射入相位调变元件114并由基板112反射后，由反射表面114a射出以产生第二反射偏振影像光S2。

较佳地，偏振影像光P1为一线性偏振影像光，例如为一P型线性偏振影像光，也就是光的偏振方向与入射光及反射光的行进方向所构成的平面平行；也可以是一S型线性偏振影像光，也就是光的偏振方向与入射光及反射光的行进方向所构成的平面垂直。本实施例中，偏振影像光P1以P型线性偏振影像光为例作说明。但本实施例不限于此，偏振影像光可以是不属于P型或S型线性偏振影像光，也可以是圆偏振影像光或椭圆偏振影像光。

较佳地，基板112例如为一透明基板，例如透明玻璃板或透明塑胶板。相位调变元件114例如为一贴附于基板112上，由聚合物材料形成的四分之一(1/4)波长板；或者是，相位调变元件114可以是涂布于基板112上的1/4波长涂层。因此，当部分的偏振影像光P1进入相位调变元件114并由基板112反射后射出相位调变元件114，所产生的第二反射偏振影像光S2与偏振影像光P1之间产生180度(π)的相位延迟或相位差；或者是，第二反射偏振影像光S2与原始偏振影像光P1之间产生nπ的相位延迟或相位差，其中n为从1、3、5...中选取的正奇数。因此，第一反射偏振影像光P2与第二反射偏振影像光S2的偏振方向基本上相互垂直。也就是说，第二反射偏振影像光S2为S型线性偏振影像光。

如图2所示，第一反射偏振影像光P2及第二反射偏振影像光S2同时射向偏光元件120。较佳地，偏光元件120例如为P型偏光器，因此可以允许第一反射偏振影像光P2通过成为接收偏振影像光P3，同时遮挡第二反射偏振影像光S2。同样的，即使部分的偏振影像光P1通过相位调变元件114，再经由基板112另一侧的反射表面112a反射并通过相位调变元件114而产生第三反射偏振影像光S3，第三反射偏振影像光S3的偏振方向仍然和第一反射偏振影像光P2的偏振方向基本上相互垂直，因此无法通过偏光元件120。惟本实施例虽然以1/4波长板为例作说明，但本发明不限于此。只要波长板的延迟波长满足关系式(1)，即可造成相同的相位延迟：

$\frac{1}{4}\mathrm{\λ}+\frac{1}{2}n\·\mathrm{\λ}---\left(1\right)$

其中，n为0或正整数，λ表示第二反射偏振影像光的波长。

此外，即使偏振影像光可以是不属于P型或S型的线性偏振影像光，第一反射偏振影像光与通过1/4波长板两次的第二反射偏振影像光的偏振方向仍会相互垂直。因此，只要调整偏光元件120的偏光轴与第一反射偏振影像光的偏振方向一致，偏光元件120仍可让第一反射偏振影像光通过并遮挡第二反射偏振影像光。

另外，若偏振影像光为圆形或椭圆形偏振影像光，第一反射偏振影像光与通过1/4波长板两次的的第二偏振影像光的旋光方向会相反。因此，只要采用旋光方向与第一反射偏振影像光相同的圆偏光板做为偏光元件，圆偏光板仍可让第一反射偏振影像光通过并遮挡第二反射偏振影像光。

此外，本实施例虽以线性偏振影像光为例做说明，但也可适用于圆形偏振影像光及椭圆偏振影像光。只要第一反射光及第二反射光在通过偏光元件120时分别具有不同的偏振方向，使得偏光元件120能够让第一反射偏振影像光通过并滤除第二反射偏振影像光，皆落于本发明的所有这类改型例中。

因此，只要是曾经通过相位调变元件114的反射偏振影像光，都可以经由偏光元件120滤除，避免多次反射光形成重影影像。

此外，如果偏振影像光P1为彩色光，则相位调变组件114的波长可以依相位调变组件对光波长的相位调变变化的特性来选用适当的波长来进行相位调变量设计，以减少色差的产生。

实施例二

请参照图3，其绘示本发明实施例二的一种显示系统的示意图。如图3所示，重影消除装置200包括透明基板210及相位调变元件220，相位调变元件220邻接透明基板210。相位调变元件220具有反射表面220a。

如图3所示，重影消除装置200与影像装置20组成一显示系统3，亦即为一平视显示器。影像装置20产生偏振影像光TE1，反射表面220a用以接收偏振影像光TE1，反射表面220a反射部分的偏振影像光TE1以产生反射偏振影像光TE2。部分的偏振影像光TE1射入相位调变元件220后经由相位调变元件220调整成具有一所欲的偏振方向的入射偏振影像光TM2，使得大部分的此入射偏振影像光TM2射入到透明基板210并穿透透明基板210。影像装置20可以是一影像偏光元件搭配一影像产生装置，其中影像偏光元件可以是偏光片或相位调变元件，且影像产生装置例如是液晶显示器等，偏振影像光TE1是由影像产生装置产生的影像光通过影像偏光元件后产生。较佳地，偏振影像光TE1为线性偏振影像光。本实施例中偏振影像光TE1也属于TE电磁波，也就是偏振方向与入射平面(例如是偏振影像光TE1的前进方向与反射偏振影像光TE2的前进方向所构成的平面)垂直的电磁波。

较佳地，透明基板210为一玻璃板及一透明塑胶板其中之一。相位调变元件220为设置于透明基板210上的一二分之一(1/2)波长板；或者是，相位调变元件220为涂布于透明基板210上的一1/2波长涂层。若反射偏振影像光TE2属于TE电磁波，如图3所示，部分的偏振影像光TE1射入相位调变元件220后，入射偏振影像光TM2与反射偏振影像光TE2之间产生nπ的相位延迟或相位差其中n为1、3、5...的正奇数。经过相位调变组件220调变后的入射偏振影像光TM2属于TM电磁波，也就是偏振方向与入射平面平行的电磁波。

如图3所示，入射偏振影像光TM2以入射角θ进入透明基板210。当入射角θ与相位调变元件220及透明基板间的布鲁斯特角(Brewster’s angle)的差小于15度使得反射率非常低时，入射偏振影像光TM2进入透明基板210，并通过透明基板210射出。因此，大部分进入相位调变元件220的入射偏振影像光TM2不会被透明基板210反射，也不会进入观赏者眼中。结果可以有效消除多余反射影像光所造成的重影现象。

较佳地，当入射角θ接近相位调变元件220与透明基板210间的布鲁斯特角时，入射偏振影像光TM2可在几乎不反射的情况下通过相位调变元件220与透明基板210。请参照图4，其绘示本发明实施例二的重影消除装置于不同入射角下对于TE电磁波及TM电磁波的反射率。如图4所示，区域I代表光由透明基板210进入空气时的情况，区域II代表光由空气进入相位调变元件220时的情况。本实施例中，相位调变元件220采用聚合物材料，透明基板210采用透明玻璃板。因此在区域II的情境时，如曲线401所示，TM电磁波的布鲁斯特角θB约为56度。由此可知，影像装置20可适当调整其位置，使偏振影像光TE1的入射角θ尽量接近布鲁斯特角θB，以减少偏振影像光TM2于透明基板210的反射比例。当入射端介质的折射系数为n_i，出射端介质的折射系数为n_t，布鲁斯特角θ_B可以公式(2)计算：

${\mathrm{\θ}}_B={\tan }^{-1}\frac{n_t}{n_i}---\left(2\right)$

本实施例的相位调变元件虽然以1/2波长板为例作说明，但本发明不限于此。只要波长板的延迟波长满足关系式(3)，即可造成相同的相位延迟：

$\frac{1}{2}\mathrm{\λ}+n\·\mathrm{\λ}---\left(3\right)$

其中，n为0或正整数，λ表示入射偏振影像光的波长。

另外，若偏振影像光为一圆偏振影像光或一椭圆偏振影像光，相位调变元件可以是设置于透明基板210上的一1/4波长板，或者是涂布于透明基板210上的一1/4波长涂层。因此，部分的偏振影像光射入相位调变元件后所产生的入射偏振影像光转变成线性偏振影像光，并调整其偏振方向为TM电磁波。因此，只要保持入射偏振影像光入射相位调变元件的角度接近空气与相位调变元件间的布鲁斯特角，也可达到降低反射率的功效。

此外，即使偏振影像光TE1为彩色光，则相位调变元件114或220的波长可以依相位调变组件对光波长的相位调变变化的特性来选用适当的波长来进行相位调变量设计，可以减少色位移的产生，同时维持大多数入射偏振影像光的低反射率。

本发明上述实施例所揭露的显示系统，采用相位调变元件改变进入相位调变元件的偏振影像光的相位，使经由其他平面反射的偏振影像光的相位改变，再经由偏光元件滤除，或是直接通过透明基板射出。本发明可以有效消除多余的反射影像光，消除重影现象，提升显示品质。

综上所述，虽然已结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (6)

1.一种显示系统，包括：

影像装置，产生一偏振影像光；

影像反射元件，包括：

基板；及

相位调变元件，邻接该基板，该相位调变元件具有一反射表面，其中当该偏振影像光射向该反射表面后，该反射表面反射部分的该偏振影像光以产生一第一反射偏振影像光，部分的该偏振影像光射入该相位调变元件，并由该基板反射后由该反射表面射出，以产生一第二反射偏振影像光，该第一反射偏振影像光与该第二反射偏振影像光的相位差实质上为nπ，n为正奇数；以及

偏光元件，接收并使该第一反射偏振影像光通过，且遮挡该第二反射偏振影像光。

2.如权利要求1所述的系统，其中该基板为一透明基板。

3.如权利要求1所述的系统，其中该相位调变元件为一1/4波长板或一1/4波长涂层，设置于该基板上。

4.如权利要求1所述的系统，其中该影像装置为一液晶显示面板，该偏振影像光由该液晶显示面板所产生。

5.如权利要求1所述的系统，其中该影像装置为一影像偏光元件搭配一影像产生装置，该影像产生装置产生的影像光通过该影像偏光元件后产生该偏振影像光。

6.如权利要求1所述的系统，其中该偏振影像光为一线性偏振影像光、圆偏振影像光或椭圆偏振影像光。

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