TWI418918B - 照明模組及投影裝置 - Google Patents

Description

照明模組及投影裝置

本發明是有關於一種照明模組與投影裝置，且特別是有關於一種投影裝置的照明模組與投影裝置。

微型投影技術實現了重量較低、體積較小的可攜式投影裝置，其主要分為微型投影裝置技術與口袋型投影裝置技術，其中口袋投影裝置與傳統投影裝置相似，但較為輕薄短小，可方便使用者攜帶，而微型投影裝置則更為輕薄，可以整合於手機、數位相機等行動裝置之中。

微型投影裝置目前所使用的微型投影技術主要有液晶顯示(Liquid Crystal Display,簡稱LCD)技術、數位光源處理(Digital Light Processing,DLP)技術、矽基液晶顯示(Liquid crystal on silicon,LCOS)技術和微機電(Micro Electro Mechanical Systems,簡稱MEMs)微型掃瞄器(MicroScanner)等。

微型投影裝置的光源主要有RGB發光二極體(Light Emitting Diode,簡稱LED)、白光發光二極體(white LED)或是雷射光源(laser)。在微型投影技術中，光源所發出的光線經過偏極化分光元件(Polarized Beam Splitter,PBS)的分光作用才被投射出去以在屏幕上呈現影像。不過，受限於偏極化分光元件的使用，這些光源所發出的光線中僅有特定偏振特性的光線可被利用而使光源的光利用率無法提升。

本發明提供一種照明模組，應用於投影裝置中，以提高光利用率。

本發明提供一種投影裝置，可具有較理想的光利用率。

本發明提出一種照明模組，用於一投影裝置中。照明模組包括一光源組以及一偏極化分光元件。光源組包括一導光板、一光源、一反射片以及一反射式偏光片(Dual Brightness Enhancement Film, DBEF)。導光板具有一出光面、一底面以及一入光面。出光面與底面相對，而入光面連接於出光面與底面之間。光源配置於導光板旁，面向入光面。反射片面向導光板的底面。反射式偏光片面向導光板的出光面。偏極化分光元件配置於反射式偏光片遠離導光板的一側。

本發明另提出一種投影裝置，其包括上述的照明模組、一顯示面板以及一投影透鏡組。顯示面板面向偏極化分光元件，且顯示面板與光源組分別位於偏極化分光元件的相鄰兩側。投影透鏡組則配置於偏極化分光元件遠離顯示面板的一側。

基於上述，本發明的照明模組中使用了反射式偏光片與反射片的組合。如此一來，光源所發出的光線可以先經由反射式偏光片與反射片的作用轉換成特定偏振特性的光線以提高投影裝置中的光利用率。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示為本發明之一實施例的投影裝置的示意圖。請參照圖1，投影裝置10包括一照明模組100、一顯示面板200以及一投影透鏡組300。顯示面板200與投影透鏡組300分別位於照明模組100的相對兩側。在本實施例中，顯示面板200例如是一反射式顯示面板(例如矽基液晶顯示面板，Liquid Crystal on Silicon(LCOS) display panel)，而投影透鏡組300可以包括多個透鏡。本領域之人應可瞭解投影透鏡組300係用以將顯示面板200射出的顯示光線投射於外部以在一屏幕上顯示出影像。本實施例並不特別地限定投影透鏡組300的設計。

具體而言，照明模組100包括一光源組110以及一偏極化分光元件120。光源組110包括一導光板112、一光源114、一反射片116以及一反射式偏光片(DBEF)118。導光板112具有一出光面112A、一底面112B以及一入光面112C。出光面112A與底面112B相對，而入光面112C連接於出光面112A與底面112B之間。光源114配置於導光板112旁，面向入光面112C。反射片116面向導光板112的底面112B。反射式偏光片118面向導光板112的出光面112A。也就是說，導光板112為側面入光形式的設計。另外，偏極化分光元件120配置於反射式偏光片118遠離導光板112的一側。並且，在投影裝置10中，顯示面板200與光源組110分別位於偏極化分光元件120的相鄰兩側。

在本實施例中，偏極化分光元件120例如具有一多層膜122，且多層膜122會根據光線的偏振特性使光線穿透或反射。舉例而言，多層膜122的特性是使S型偏振態的光Ls反射，而使P型偏振態的光Lp穿透。顯示面板200一般而言是反射式顯示面板，且多層膜122與顯示面板200的配置關係是使得被多層膜122反射的光線入射於顯示面板200。也就是說，入射於顯示面板200的光線為S型偏振態的光Ls。S型偏振態的光Ls經顯示面板200的作用後會轉變為P型偏振態的光Lp並朝向偏極化分光元件120射出。P型偏振態的光Lp，即為顯示光線，可以直接穿過偏極化分光元件120的多層膜122並進入投影透鏡組300以投射出去。

由此可知，在偏極化分光元件120的作用下，入射於偏極化分光元件120的光為S型偏振態的光Ls時可被投射出去以進行顯示。不過，光源114例如是一發光二極體光源，光源114所發出的光Lo不具有特定的偏振特性，其包括有S型偏振態的光Ls與P型偏振態的光Lp。所以，光源114所發出的光Lo無法完全被利用。因此，為了提高光利用率，本實施例的光源組110中設置有反射片116與反射式偏光片118。

詳言之，反射式偏光片118容許特定偏振態的光穿過而將其餘的光反射。舉例而言，在本實施例中，S型偏振態的光Ls可穿透反射式偏光片118，而P型偏振態的光Lp可被反射式偏光片118反射。所以，光源114所發出的光Lo中有一部分(S型偏振態的光Ls)會直接穿出反射式偏光片118而一部分(P型偏振態的光Lp)被反射回導光板112。直接穿出反射式偏光片118的部份可被偏極化分光元件120反射而進入顯示面板200並被顯示面板200反射同時轉換為P型偏振態的光Lp而投射出去。因而，此一部分可有效被利用。

另一方面，反射式偏光片118所反射的P型偏振態的光Lp照射於反射片116後會再次被反射片116反射而後朝向反射式偏光片118前進。在反覆地穿過導光板112以及被反射片116反射後，光線的偏振特性會受到改變而至少部分地轉變為S型偏振態的光Ls。此時，S型偏振態的光Ls便可穿透反射式偏光片118而入射於偏極化分光元件120以被利用。也就是說，光源114所發出的光Lo中，P型偏振態的光Lp可經由反射式偏光片118與反射片116的作用而轉變成可被利用的S型偏振態的光Ls。如此一來，照明模組100的光利用率將可大幅提升。

在本實施例中，反射式偏光片118與反射片116的搭配可提供偏振狀態的轉換作用。因此，光源114所發出的光Lo即使不具所需的偏振特性也可以經由轉換作用而以所需偏振特性射出於反射式偏光片118。藉以達到高光線利用率的優點。不過，本發明不限於上述實施方式。在其他的實施例中，照明模組100可以更包括有其他的光學元件以有助於提高投影裝置10的光利用效率。

圖2繪示為本發明之另一實施例的投影裝置的示意圖。請參照圖2，除了包括投影裝置10的所有構件外，投影裝置20的照明模組102中還包括有一準直元件(collimating element)130，其配置於偏極化分光元件120與光源組110的反射式偏光片118之間。換言之，圖2與圖1中標示相同的元件符號者表示為相同的構件。在本實施例中，準直元件130的設置可以讓光源組110所發出的光準直地入射於偏極化分光元件120。舉例而言，準直元件130包括至少一透鏡，其可以是凸透鏡、凹透鏡、凹凸透鏡等各種透鏡所組成的組合。如此一來，準直地入射於偏極化分光元件120的光可以依照所需角度入射於顯示面板200以提高投影裝置20的光利用率。

值得一提的是，傳統的投影裝置使發光二極體光源所發出的光直接入射於偏極化分光元件，其中有部分光線會直接穿透偏極化分光元件而不被反射至顯示面板中。因此，投影裝置20與傳統的投影裝置比較時，投影裝置20的光利用率至少可提升35%。舉例而言，以發光強度同樣為100流明(lm)的發光二極體光源作為光源時，傳統的投影裝置投影出來的最大光強度約達40流明，而投影裝置20投影出來的最大光強度約可達54流明。

當然，本發明不須限定採用準直元件130來實現光的準直作用。在其他實施例中，光源組110可具有合適的光學元件以使光源組110所提供的光線準直地照射於偏極化分光元件120。此外，光源組110也可以藉由其他光學元件的配置來提供更理想的光利用效率及出光效果。

舉例而言，圖3繪示為本發明之一實施例的投影裝置中的一種光源組示意圖。請參照圖3，光源組110A包括前述的導光板112、光源114、反射片116以及反射式偏光片118。並且，光源組110A還包括有擴散片O1，其配置於導光板112遠離反射片116的一側，位於出光面112A與反射式偏光片118之間。擴散片O1的配置有助於提高光源組110A的出光均勻性。所以，光源組110A應用於投影裝置10或投影裝置20時有助於提高整體元件的顯示品質。

此外，圖4繪示為本發明之一實施例的投影裝置中的另一種光源組示意圖。請參照圖4，光源組110B包括前述的導光板112、光源114、反射片116以及反射式偏光片118。並且，光源組110B還包括有增光片O2，其配置於導光板112遠離反射片116的一側，位於出光面112A與反射式偏光片118之間。增光片O2例如是一稜鏡片，其配置有助於提高光源組110B的出光亮度。在其他實施例中，出光面112A與反射式偏光片118之間可以設置有兩片增光片O2，其稜鏡方向彼此正交以提供理想的出光效果。

當然，圖3的擴散片O1與圖4的增光片O2可以同時應用於光源組中，即如圖5所示。圖5繪示為本發明之一實施例的投影裝置中的又一種光源組示意圖。請參照圖5，光源組110C包括前述的導光板112、光源114、反射片116以及反射式偏光片118。並且，光源組110C還包括有擴散片O1以及增光片O2。擴散片O1以及增光片O2配置於導光板112的出光面112A與反射式偏光片118之間。

在本實施例中，擴散片O1配置於增光片O2以及導光板112之間。不過，在其他實施例中，擴散片O1以及增光片O2的配置位置也可彼此互換而使增光片O2配置於擴散片O1以及導光板112之間。或是，將擴散片O1以及增光片O2配置於反射式偏光片118遠離導光板112的一側。換言之，本實施例不須限定這些光學構件(增光片、擴散片、反射式偏光片等)的排列方式。凡是反射式偏光片118與反射片116分別配置於導光板112的相對兩側即可符合本發明之精神，其餘光學構件的配置位置可隨不同的需求而改變。

此外，圖6繪示為本發明之一實施例的投影裝置中的再一種光源組示意圖。請參照圖6，本實施例的光源組110D除了導光板112、光源114、反射片116以及反射式偏光片118外，更包括一1/4波片R，其配置於反射式偏光片118與反射片116之間，以將反射式偏光片118反射回來的光線(例如為P型偏振狀態的光)轉換為第一旋光方向的圓偏振光。第一旋光方向的圓偏振光經由反射片116反射後會轉變成第二旋光方向的圓偏振光，其中第一旋光方向與第二旋光方向恰為相反。此時，第二旋光方向的圓偏振光在行經1/4波片R後可全部轉換成S型偏振狀態的光以穿透反射式偏光片118而被利用。在這樣的配置下，光源114所發出的光線可以更有效率地被利用，而有助於降低能源的損耗。此外，在其他的實施方式中，圖5的擴散片O1、增光片O2以及圖6的1/4波片R都可選擇性地配置於本發明的光源組中。

綜上所述，本發明的投影裝置中採用多個光學構件，例如導光板、反射式偏光片與反射片，搭配光源作為照明模組中的光源組以使光源組可提供特定偏振特性的光。此外，這些光學構件可以將光線轉變成所需的偏振特性。因此，照明模組具有理想光利用率。如此一來，投影裝置可以具有理想的品質且因為光利用率的提升也有助於降低能源的耗費。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、20．．．投影裝置

100、102．．．照明模組

110、110A、110B、110C．．．光源組

112．．．導光板

112A．．．出光面

112B．．．底面

112C．．．入光面

114．．．光源

116．．．反射片

118．．．反射式偏光片

120．．．偏極化分光元件

122．．．多層膜

130．．．準直元件

200．．．顯示面板

300．．．投影透鏡組

Lo、Lp、Ls．．．光

O1．．．擴散片

O2．．．增光片

R．．．1/4波片

圖1繪示為本發明之一實施例的投影裝置的示意圖。

圖2繪示為本發明之另一實施例的投影裝置的示意圖。

圖3繪示為本發明之一實施例的投影裝置中的一種光源組示意圖。

圖4繪示為本發明之一實施例的投影裝置中的另一種光源組示意圖。

圖5繪示為本發明之一實施例的投影裝置中的又一種光源組示意圖。

圖6繪示為本發明之一實施例的投影裝置中的又一種光源組示意圖。

10．．．投影裝置

100．．．照明模組

110．．．光源組

112．．．導光板

112A．．．出光面

112B．．．底面

112C．．．入光面

114．．．光源

116．．．反射片

118．．．反射式偏光片

120．．．偏極化分光元件

122．．．多層膜

200．．．顯示面板

300．．．投影透鏡組

Lo、Lp、Ls．．．光

Claims (9)

1. 一種照明模組，用於一投影裝置中，該照明模組包括：一光源組，該光源組包括：一導光板，具有一出光面、一底面以及一入光面，該出光面與該底面相對，而該入光面連接於該出光面與該底面之間；一光源，配置於該導光板旁，面向該入光面；一反射片，面向該導光板的該底面；一反射式偏光片，面向該導光板的該出光面；以及一偏極化分光元件，配置於該反射式偏光片遠離該導光板的一側。
2. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，更包括一準直元件，配置於該偏極化分光元件與該光源組的該反射式偏光片之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之照明模組，其中該準直元件包括至少一透鏡。
4. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，其中該光源組更包括一擴散片，配置於該導光板遠離該反射片的一側。
5. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，其中該光源組更包括一增光片，配置於該導光板遠離該反射片的一側。
6. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，其中該光源組的該光源為一發光二極體光源。
7. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，其中該偏極化分光元件具有一多層膜，該多層膜根據一光線的一偏振特性使該光線穿透或反射。
8. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，其中該光源組更包括一1/4波片，配置於該反射式偏光片與該反射片之間。
9. 一種投影裝置，包括：如申請專利範圍第1項所述之照明模組；一顯示面板，面向該偏極化分光元件，且該顯示面板與該光源組分別位於該偏極化分光元件的相鄰兩側；以及一投影透鏡組，配置於該偏極化分光元件遠離該顯示面板的一側。