光源模块及显示装置技术领域
本发明涉及一种光源模块，特别涉及一种用于显示装置的光源模块以
及应用该光源模块的显示装置。
背景技术
近年来，随着立体显示技术的蓬勃发展，将此技术应用于各种商业化
的产品应运而生，例如立体电影、立体电视等等。立体显示技术是在一时
序内，将不同视角的左眼影像与右眼影像，分别传送至观赏者的左眼以及
右眼，模仿人眼因视差产生的景深，并使观察者观看到立体影像。
此外，还可依据是否需要辅以额外器材分成眼镜式、头盔式以及裸眼
立体显示技术。其中更以裸眼立体显示技术因不需通过特殊的立体眼镜或
特殊头盔就可以用直接肉眼直接观赏，而特别受到业界的关注。
现有裸眼立体投影装置的光源模块提供多个不同角度的成像形成多
个视域，以使观看者的左右眼接收到不同的影像，当观察者于不同的位置
将会收到不同的影像并观看到不同角度的影像。一般裸眼立体投影装置所
采用的做法有可粗分成三种：配置液晶光栅(slit)、配置多个投影装置或
搭配光扫描元件。然而配置液晶光栅的光路设计复杂，配置多个投影装置
则会使得整个显示装置的体积过大，因此近年多采取搭配光扫描元件，以
形成多个光源的方式以提供立体影像。
但无论采用哪种做法，皆须搭配一个角度放大屏幕(例如双层柱状透
镜)以使左右眼接收到不同的影像。光源模块可解析的光线进入的角度将
会与放大屏幕成像处(观察者位置)可解析的视域的数量有相关，进入的
角度越大，可解析的视域数量就越多。光源模块可解析的光线入射角度的
范围将会受到其本身的光展量的限制。而一般现有增加光展量的做法多采
取增加数字微镜装置成像面积的做法，但随着视域数量的增加，则须搭配
特殊规格的数字微镜装置方能达到所需的成像面积，较为不经济。
有鉴于此，如何提供一种通过增加光展量进而提高视域数量的光源模
块以及显示装置，实为此一业界亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的主要目的在于提供一种通过增加光展量以
提高可解析视域数量的光源模块以及显示装置。
为达上述目的，本发明提供一种光源模块，用于显示装置。光源模块
具有主光轴。光源模块包括光源、成像单元、分光单元、第一中继单元以
及第二中继单元。分光单元具有透射面、第一反射面以及第二反射面。第
一反射面与第二反射面对称设置。
光源提供光线。光线依序经过成像单元、分光单元，部分光线形成第
一光束、部分光线形成第二光束，第一光束被第一反射面反射进入第一中
继单元，第一中继单元再将第一光束传递至分光单元，第一光束穿过分光
单元并离开。
第二光束穿过分光单元进入第二中继单元，第二中继单元再将第二光
束传递至分光单元的第二反射面，第二光束被第二反射面反射，并离开该
分光单元。
第一光束的第一光轴与主光轴之间有第一偏移量，第二光束的第二光
轴与主光轴之间有第二偏移量，第一偏移量与第二偏移量相同，第一偏移
量与第二偏移量相对于该主光轴的偏移方向相反。
在本发明一较佳实施例中，光源模块具有口径，且第一光轴、第二光
轴的偏移量为四分之一个口径。
在本发明一较佳实施例中，成像单元为数字微镜装置或液晶显示装
置。
在本发明一较佳实施例中，光源为激光光源或激光光源阵列。
在本发明一较佳实施例中，还包含极化单元，光线离开成像单元后进
入极化单元，并形成平行极化光或垂直极化光。
在本发明一较佳实施例中，第一中继单元包含第一极化件，第一极化
件包括黑色条状遮罩、多个条状四分之一波片和反射镜。条状四分之一波
片设置于反射镜上，该黑色条状遮罩设置于该些条状四分之一波片上并与
该些条状四分之一波片排列的方向正交。
在本发明一较佳实施例中，第一中继单元包含第一极化件，第一极化
件包括黑色条状遮罩、四分之一波片和反射镜，四分之一波片设置于反射
镜上，黑色条状遮罩设置于四分之一波片上。
在本发明一较佳实施例中，还包含光扫描元件，光线通过光扫描元件
传递至成像单元，且光扫描元件依据不同时序偏转，以形成多个不同成像。
在本发明一较佳实施例中，光扫描元件为音圈马达、多面镜或微机电
镜片。
在本发明一较佳实施例中，分光单元还包括第一子棱镜、第二子棱镜
以及第三子棱镜。第一子棱镜形成透射面，第二子棱镜与第三子棱镜设置
于第一子棱镜的透射面，第一反射面设置于第二子棱镜相对第三子棱镜的
一侧，第二反射面设置于第三子棱镜相对第二子棱镜的一侧。
本发明还可提供一显示装置，其包括显示屏幕以及光源模块。光源模
块具有主光轴。光源模块包括光源、成像单元、分光单元、第一中继单元
以及第二中继单元。分光单元具有透射面、第一反射面以及第二反射面。
第一反射面与第二反射面对称设置。
光源提供光线。光线依序经过成像单元、分光单元，部分该光线形成
第一光束、部分光线形成第二光束，第一光束被第一反射面反射进入第一
中继单元，第一中继单元再将第一光束传递至分光单元。
第二光束穿过分光单元进入第二中继单元，第二中继单元再将第二光
束传递至分光单元的第二反射面，第二光束被第二反射面反射，并传递至
分光单元。第一光束的第一光轴与主光轴之间有第一偏移量，第二光束的
第二光轴与主光轴之间有第二偏移量，第一偏移量与第二偏移量相同，第
一光束、第二光束被分光单元传递至显示屏幕。
在本发明一较佳实施例中，光源模块具有口径，且第一光轴、第二光
轴的偏移量为四分之一个口径。
在本发明一较佳实施例中，成像单元为数字微镜装置或液晶显示装
置。
在本发明一较佳实施例中，光源为激光光源或激光光源阵列。
在本发明一较佳实施例中，光源模块还包含极化单元，光线离开成像
单元后进入极化单元，并形成平行极化光或垂直极化光。
在本发明一较佳实施例中，第一中继单元包含第一极化件，第一极化
件包括黑色条状遮罩、多个条状四分之一波片和反射镜。条状四分之一波
片设置于反射镜上，该黑色条状遮罩设置于该些条状四分之一波片上并与
该些条状四分之一波片排列的方向正交。
在本发明一较佳实施例中，第一中继单元包含第一极化件，第一极化
件包括黑色条状遮罩、四分之一波片和反射镜，四分之一波片设置于反射
镜上，黑色条状遮罩设置于四分之一波片上。
在本发明一较佳实施例中，光源模块还包含光扫描元件，光线通过光
扫描元件传递至成像单元，且光扫描元件依据不同时偏转，以形成多个不
同成像。
在本发明一较佳实施例中，光扫描元件为音圈马达、多面镜或微机电
镜片。
在本发明一较佳实施例中，分光单元还包括第一子棱镜、第二子棱镜
以及第三子棱镜。第一子棱镜形成透射面，第二子棱镜与第三子棱镜设置
于第一子棱镜的透射面，第一反射面设置于第二子棱镜相对第三子棱镜的
一侧，第二反射面设置于第三子棱镜相对第二子棱镜的一侧。
在本发明一较佳实施例中，显示屏幕包含双层柱状透镜，双层柱状透
镜具有二柱状透镜层及夹于等柱状透镜层之间的全向扩散板。
在本发明一较佳实施例中，显示屏幕包含极化单元，设置于显示屏幕
的入光侧，光线进入极化单元形成平行极化光或垂直极化光。
在本发明一较佳实施例中，还包括一角度调变件，其中角度调变件包
含由双折射材质所构成的多个折射面。
在本发明一较佳实施例中，还包括一角度调变件，其中角度调变件包
括偏光板、多个条状半波片和锯齿状棱镜，锯齿状棱镜包含多个折射面，
且各该折射面对应各该条状半波片设置。
承上所述，本实施例所提供的光源模块，可通过于分光单元的透射面
设置第一反射面的方式，将光线分割成第一光束与第二光束，且第一光束
与第二光束将会分别进入第一中继单元与第二中继单元。进入第一中继单
元、第二中继单元的第一光束与第二光束的光轴将会相对主光轴有一偏移
量。因此，可使得离开光源模块的光线的角度增加(光展量增加)，并达
到在不变动成像单元、不需增加成像单元的情况下，增加可解析的视域的
目的。
附图说明
图1为本发明的光源模块的示意图。
图2为图1的光源模块的局部图。
图3为图1的光源模块的分光单元的爆炸示意图。
图4A为第一中继单元的第一极化件的示意图。
图4B为图4A沿AA割线的剖面示意图。
图4C为第一中继单元的第一极化件的又一实施例的示意图。
图4D为图4C沿BB割线的剖面示意图。
图5、图6为第一和第二中继单元的等效成像示意图。
图7为本发明的投影装置的示意图。
图8为图7投影装置的角度调变件的放大示意图。
图9为图7投影装置的角度调变件又一实施例的放大示意图。
附图标记说明：
1、21：光源模块
10：光源
11：成像单元
13：分光单元
131：第一子棱镜
131a：透射面
132a：第一反射面
132：第二子棱镜
133a：第二反射面
133：第三子棱镜
14：第一中继单元
141：透镜
142、242：第一极化件
142a、242a：四分之一波片
142b、242b：第一反射镜
142c：第一黑色条状遮罩
15：第二中继单元
151：透镜
152：第二极化件
16：极化单元
17：光扫描元件
171：致动装置
172：反射面
242c：第二反射镜矩阵
242d：黑色条状遮罩
d1：第一偏移量
d2：第二偏移量
R：口径
Z1、Z2：子口径
2：投影装置
22：显示屏幕
221：双层柱状透镜
221a、221b：柱状透镜层
221c：全向扩散板
222：准直单元
224、324：角度调变件
224a：折射面
324a：锯齿状棱镜
324b：条状半波片
324c：偏光板
具体实施方式
以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的一种光源模块与投
影装置，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。
同时，以下实施例及附图中，与本发明非直接相关的元件均已省略而
未绘示；且附图中各元件间的尺寸关系仅为求容易了解，非用以限制实际
比例。
请先参考图1至图3，图1为本发明的光源模块的示意图。图2为图
1的光源模块的局部图。图3为图1的光源模块的分光单元的爆炸示意图。
本发明提供一种光源模块1，用于显示装置。本文所例示的显示装置
可以是数字光学处理装置(DigitalLightProcessing；DLP)、投影显示器或
是液晶投影装置(LiquidCrystalDisplay；LCD)，或单晶硅液晶显示器
(LiquidCrystalOnSiliconSystem，LCOSSystem)等具有投影显示功能
的设备，但不以这些为限制。
光源模块1包括光源10、成像单元11、分光单元13、第一中继单元
14以及第二中继单元15。光源10例如可为激光光源或激光光源阵列(laser
array)，本实施例的光源10以一激光光源为例示，但光源10的数量跟种
类不以本实施例为限制。成像单元11例如可为数字微镜装置(Digital
MicromirrorDevice，DMD)或液晶显示装置。
请一并参考图2、图3，本实施例的分光单元13具有透射面131a、第
一反射面132a以及第二反射面133a。第一反射面132a与第二反射面133a
对称设置，且第一反射面132a与第二反射面133a分别垂直设置于透射面
131a，其中，第一反射面132a与第二反射面133a遮蔽部分透射面131a，
使得光线通过透射面131a时部份会被第一反射面132a或第二反射面133a
反射。
详细而言，本实施例的分光单元13还包括第一子棱镜131、第二子
棱镜132以及第三子棱镜133。第一子棱镜131形成透射面131a，本实施
例的透射面131a为第一子棱镜131的出光面。第二子棱镜132与第三子
棱镜133设置于第一子棱镜131的透射面131a(出光面)，第一反射面132a
设置于第二子棱镜132相对第三子棱镜133的一侧，第二反射面133a设
置于第三子棱镜133相对第二子棱镜132的一侧。亦即，第一反射面132a
与第二反射面133a相对。且第二子棱镜132可将传递至分光单元13的光
线切分成两个光束。
此外，请继续参考图1，本实施例的光源模块1还包含光扫描元件17，
光线通过光扫描元件17传递至成像单元11，且光扫描元件17将会依据不
同时序偏转，以形成多个不同成像。进一步而言，光扫描元件17的反射
面将会依据不同的时序偏转，并将光线于不同的角度成像。
本实施例的光扫描元件17可为音圈马达(voicecoilmotor)、多面镜
(Polygonmirror)或微机电(MEMS)镜片或是这些的组合等所构成。
以光扫描元件17可为音圈马达为例，光扫描元件17可具有致动装置171
以及反射面172，且致动装置171得以偏转反射面172，致动装置171可
通过调控电流大小，以调整反射面172偏转的角度。
此外，本实施例的反射面172可偏转的角度为20度～-20度，若欲将
光源10所提供的条状光线，在不同的时序透射成16个不同角度的条状光
源，则反射面每次可偏转2.5度，以形成16个视域。但此处的角度分配
将以视域数量需求有所调整，不以此处叙述的16个为限制。
承前，请特别参考图1，光扫描元件17可使得光源10提供的光线自
X-Z坐标平面，在不同时序形成多个Y-Z坐标平面的条状光源，且这些
Y-Z坐标平面的条状光源将会被传递至成像单元11。
本实施例的光源模块1还包含极化单元16，光线离开成像单元11后
进入极化单元16，并形成平行极化光(P极化光)或垂直极化光(S极化
光)。本实施例极化单元16为一个平行极化板为例，故离该极化单元16
的光线为平行极化光(P极化光)。
接着，一并参考图4A、4B，其分别为第一中继单元的第一极化件的
立体图以及侧面示意图。图4B为图4A沿AA割线的剖面示意图。其中，
图4B、图4A仅为简单示意，其元件尺寸、数量、形状以简化，不以本实
施例为限制。
本实施例的第一中继单元14包括多个透镜141、一第一极化件142，
多个透镜141是可为凸透镜，用以将光线传递至第一极化件142。第一极
化件142至少包括多个条状四分之一波片142a、一第一反射镜142b以及
第一黑色条状遮罩142c。该些条状四分之一波片142a设置于该反射镜
142b上，第一黑色条状遮罩142c设置于多个条状四分之一波片142a之上
并与条状四分之一波片142a排列的方向正交。第一黑色条状遮罩142c为
一遮光元件，由多个条状的黑色遮光板所组成，并设置于像素之间以遮蔽、
吸收非必要的光线，并提高整体的影像的对比率。实际制作时，可将多个
条状四分之一波片142a贴覆于基板的一侧，并于另一侧直接转印第一黑
色条状遮罩142c。第一反射镜142b设置于条状四分之一波片142a的另一
侧。
第二中继单元15的配置与第一中继单元14相似，但第二中继单元
15的黑色条状遮罩配置的位置与第一中继单元14的黑色条状遮罩配置的
位置不同，例如若第一中继单元14的黑色条状遮罩配置于奇数列，则第
二中继单元15的黑色条状遮罩则会配置于偶数列，反之亦然。除了黑色
条状遮罩配置的位置不同以外，其余的元件以及元件间的配置相似，故不
在此赘述。
图4C、4D为第一中继单元的第一极化件的又一实施例的立体图以及
剖面示意图。图4D为图4C沿BB割线的剖面示意图。
第一极化件242包含四分之一波片242a、第一反射镜242b、第二反
射镜矩阵242c、黑色条状遮罩242d所组成，本实施例的四分之一波片242a
为矩形板状，与前述实施例条状的四分之一波片142a不同。且第二反射
镜矩阵242c设置于四分之一波片242a之上，第一反射镜242b设置于四
分之一波片242a的另一侧。黑色条状遮罩242d设置于四分之一波片242a，
且与第二反射镜矩阵242c作像素的对齐(交错设置)。与前述实施例相异
处在于，本实施例采用一个第二反射镜矩阵242c搭配片状的四分之一波
片242a取代前述实施例的条状四分之一波片142a。前述实施例的条状四
分之一波片142a和本实施例的第二反射镜矩阵242c皆对应于成像单元11
的像素条，两个实施例的配置皆可将进入第一极化件242的光线分割成多
个阵列排列的平行极化光(P极化光)以及垂直极化光(S极化光)。其余
的应用方式以及元件与前述实施例相似，将不再赘述。
以下将先叙述第一光束的行进方式。
进入第一中继单元14的第一光束，部分将会进入条状四分之一波片
142a并被第一极化件142转换成垂直极化光(S极化光)后被反射，没有
经过条状四分之一波片142a的部分则会被反射后离开(此部分的光线将
会维持P极化光)。进而言之，离开第一中继单元14的光线将会形成奇数
列、偶数列极化方向不同的情况。
接着，第一中继单元14会再将第一光束传递至分光单元13，第一光
束穿过分光单元13并离开。
此时可一并搭配图2以及图5，图5为第一和第二中继单元的等效成
像示意图，其中光路为等效光路而不完全等同于实际光路。从图中可清楚
看出，第一光束的第一光轴与光源模块1主光轴(principalaxis)之间有
第一偏移量d1。进一步而言，被分光单元13分割成的第一光束的光轴与
主光轴不同，经过第一中继单元14后，因此第一光束的口径位置会产生
偏移。
以下将先叙述第二光束的行进方式。
进入第二中继单元15的第二光束，也会被第二中继单元15转换成奇
数列、偶数列极化方向不同的情况。离开第二中继单元15的第二光束，
接着将会再次进入分光单元13，并被分光单元13的第二反射面133a反射，
并离开分光元件13。
从图2、图5中可清楚看出，第二光束的第二光轴与光源模块1主光
轴之间有第二偏移量d2。进一步而言，被分光单元13分割成的第二光束
的光轴与主光轴不同，经过第二中继单元15后，因此第二光束的口径位
置亦会产生偏移。进一步而言，第一偏移量d1与第二偏移量d2相对于该
主光轴的偏移方向相反。
光源模块具有口径R，且第一光轴、第二光轴的偏移量d1、d2为四
分之一个口径R。若本实施例的口径R为28mm，则第一光轴、第二光轴
将会分别相对主光轴偏移7mm。第一光轴与第二光轴的偏移量相同。
请参考图6，其为第一和第二中继单元的成像示意图。图示例示相邻
设置的两个子口径Z1、Z2。图6左侧示意的则是光线还没有经过分光元
件13、第一中继单元14、第二中继单元15的成像情况(光线还没有被偏
移的情况)，图6的右侧则是示意经过分光元件13、第一中继单元14、第
二中继单元15偏移后的口径情况。从图示可看出，通过此种配置，两个
子口径Z1、Z2可分离，使得各子口径Z1、Z2进入显示屏幕后较易分别
成像于相邻视域，因此可使得光源模块10在不需增大成像单元11的成像
面积的情况下，使得光源模块10的光展量倍增。
接着，请继续参考图7以及图8，图7为本发明的投影装置的示意图。
图8为图7投影装置的角度调变件的放大示意图。
本实施例的投影装置2，其包括显示屏幕22以及光源模块21。
本实施例的显示屏幕22还包括一双层柱状透镜221，双层柱状透镜
221具有二柱状透镜层221a、221b及夹于该些柱状透镜层221a、221b之
间的全向扩散板221c。进入双层柱状透镜221的光线，将会被柱状透镜层
221a收束并先成像于全向扩散板221c后，再通过柱状透镜层221b再次成
像到使用者的所在的视域平面。双层柱状透镜221的放大倍率为透镜层
221a、221b的曲率半径的比值。亦即，通过调整曲率半径的比值即可将进
入双层柱状透镜221的入射光的发散角θ放大成发散角Φ(可参考图7)。
例如本实施例的曲率半径的比值为30，因此，放大后的发散角Φ为发散
角θ的30倍。
特别说明的是，为了便于理解，图示的各元件之间的距离、尺寸跟细
节特征已被夸大，因此图示的尺寸应非作为限制本发明的条件。
并且，此处的柱状透镜层221a、221b为具有高折射率的透明材质所
制成，例如可为紫外线硬化树脂、热硬化树脂或塑料。且该些第一透镜、
该些第二透镜的形状为圆形、椭圆形、三角形或方形的几何形状等等。
本实施例的显示屏幕22还包括匀光单元(图未示出)，使得光线可被
均匀化形成一条状光源后，传递至观看侧。本实施例的匀光单元例如可为
积分柱(integrationrod)或是光通道(lighttunnel)，但不以此为限制。
本实施例的显示屏幕22还包括一准直单元222，设置于双层柱状透
镜221与光源模块21之间，准直单元222可使得进入的光线被准直后平
行进入双层柱状透镜221。此外，本实施例准直单元222为线性菲涅尔透
镜为例。
角度调变件224由双折射材质所构成，且角度调变件224具有多个折
射面224a。例如，可于一塑料基板表面切割多个锯齿状的微结构后，将一
双折射材质填充于该些微结构以形成如图8的角度调变件224。且通过折
射面224a的垂直极化光(S极化光)将会被折射，而若进入的光线为平
行极化光(P极化光)会直接穿过折射面224a(不会偏折)。通过此种设
计，将会使得进离开角度调变件224的光线的出射角增加另一出射角(相
对其入射角)。
进一步而言，若光源模块21所提供的光线入射角为θ，光线经过角
度调变件224可入射角增加至θ’，此时双层柱状透镜221所接收到的入
射角将不是θ而是θ’，最后成像于观看侧的发散角Φ亦会增加。此种屏
幕设计，将可在不调整光源模块21的设计的情况下，通过于显示屏幕22
配置角度调变件224的方式将光展量增加。
然而，本实施例的光源模块21亦可采用前述的光源模块，但不以前
述的光源模块为限制。若采用前述的光源模块则可于光源模块将光展量倍
增，接着再于显示屏幕22侧通过角度调变件224再次将光展量倍增，因
此可以在不需增大成像单元的成像面积的情况下，将投影装置的光展量放
大成四倍。前述的光源模块21的细节结构以及应用方法将不再次赘述。
接着，请一并参考图9，其为图7投影装置的角度调变件又一实施例
的放大示意图。
请先参考图9，相较图8的角度调变件224，本实施例的角度调变件
324包括一锯齿状棱镜324a、条状半波片324b以及一偏光板324c。且该
偏光板324c是使该些平行极化光(P极化光)通过。
进入角度调变件324的光线包含平行极化光(P极化光)以及垂直极
化光(S极化光)。锯齿状棱镜324a包含一个具有多个折射面，且相邻的
折射面的角度不同。锯齿状棱镜324a和条状半波片324b位置对齐，进一
步而言，锯齿状棱镜324a的折射面对应各该条状半波片324b设置。通过
锯齿状棱镜324a且进入条状半波片324b的部分光，垂直极化光(S极化
光)将会被转换成平行极化光(P极化光)、平行极化光(P极化光)将会
被转换垂直极化光(S极化光)。反之，通过锯齿状棱镜324a但不进入条
状半波片324b的部分光，将保持原来的垂直极化光(S极化光)和平行
极化光(P极化光)。接着偏光板324c将会阻挡垂直极化光(S极化光)，
故离开角度调变件324的光线皆为平行极化光(P极化光)。然而，通过
锯齿状棱镜324a，将会使得离开角度调变件324的入射光线的一出射角变
成两个出射角(相对其入射角)。平行极化入射光线转到一正向角度，而
垂直极化入射光线皆转到另一反向角度
此处设置角度调变件324的技术效果及与其他元件的搭配方式与前
述实施例相似，故将不再赘述。
综上所述，本实施例所提供的光源模块，可通过于分光单元的透射面
设置第一反射面的方式，将光线分割成第一光束与第二光束，且第一光束
与第二光束将会分别进入第一中继单元与第二中继单元。进入第一中继单
元、第二中继单元的第一光束与第二光束的光轴将会相对主光轴有一偏移
量。因此，可使得离开光源模块的可解析光线角度数量增加(光展量增加)，
并达到在不变动成像单元、不需增加成像单元的情况下，增加可解析的视
域数量的目的。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与
范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求中。