本发明涉及一种显示系统以及半透射光学板，且特别涉及一种有助于改善鬼影(ghostimage)的显示系统以及半透射光学板。
背景技术：
随着用于交通工具的电子零件需求的逐年攀高，各种用于交通工具的显示系统已相继地被研发。抬头显示器(headupdisplay,hud)是目前普遍运用在航空器上的飞行辅助仪器，部分汽车亦配备抬头显示器，以将车速、转速、引擎水温、车门是否关闭、行车里程或是油耗等行车资讯投射在挡风玻璃上供驾驶者观看。由于抬头显示器可以减少驾驶者的视线离开前方道路的频率，故行车安全可获得进一步的保障。
抬头显示器所投射出的影像光投射在挡风玻璃后，经由挡风玻璃反射进入人眼，人眼就会在挡风玻璃外看到外部影像和行车资讯结合的影像。然而，挡风玻璃具有厚度，且挡风玻璃的内表面及外表面皆会反射影像光，在上述影像光不重合的情况下，人眼会看到多重影像，此即俗称的「鬼影」。承上述，如何改善鬼影，实为目前研发人员亟欲解决的问题之一。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本
技术实现要素：
，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中普通技术人员所知道的公知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被所属技术领域中普通技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种显示系统，其具有良好的成像品质。
本发明提供一种半透射光学板，其有助于改善鬼影。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提供一种显示系统，其包括影像源以及半透射光学板。影像源提供偏振影像光。半透射光学板配置在偏振影像光的传递路径上且包括偏振转换单元、光学膜以及透光保护层。偏振转换单元适于改变偏振影像光的偏振态且包括合光片。光学膜配置在合光片上。透光保护层配置在光学膜上，且光学膜位于合光片与透光保护层之间。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提供一种半透射光学板，其包括偏振转换单元、光学膜以及透光保护层。偏振转换单元适于改变偏振影像光的偏振态且包括合光片。光学膜配置在合光片上。透光保护层配置在光学膜上，且光学膜位于合光片与透光保护层之间。
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。本发明的实施例通过偏振转换单元改变偏振影像光的偏振态，以利用不同偏振光在介面反射的反射率的差异提高被半透射光学板的内表面反射的偏振影像光(以下简称内侧偏振影像光)与被半透射光学板的外表面反射的偏振影像光(以下简称外侧偏振影像光)的光强度差异。此外，本发明的实施例还可通过光学膜进一步提高内侧偏振影像光与外侧偏振影像光的光强度差异或降低环境光的干扰。是以，本发明的半透射光学板有助于改善鬼影，且本发明的显示系统具有良好的成像品质。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种显示系统的示意图。
图2是图1中半透射光学板的第一种示意图。
图3是显示系统设置有偏振转换单元且影像源所投射的偏振影像光为s偏振光时入射角与反射率/外侧偏振影像光与内侧偏振影像光的影像光强度比例值的关系图。
图4是显示系统设置有偏振转换单元且影像源所投射的偏振影像光为p偏振光时入射角与反射率/外侧偏振影像光与内侧偏振影像光的影像光强度比例值的关系图。
图5是显示系统没有设置偏振转换单元且影像源所投射的影像光为非偏振光时入射角与反射率/非偏振光在外表面与内表面的影像光强度比例值的关系图。
图6是图1中半透射光学板的第二种示意图，且半透射光学板的光学膜为可见光微反射膜。
图7是显示系统在有/无配置可见光微反射膜的情况下入射角与内外侧影像光强度比例值的关系图。
图8是图1中半透射光学板的第二种示意图，且半透射光学板的光学膜为可见光微吸收膜。
图9是显示系统在有/无配置可见光微吸收膜的情况下入射角与内外侧影像光强度比例值的关系图。
图10及图11分别是图1中半透射光学板的第三种及第四种示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1是依照本发明的一实施例的一种显示系统的示意图。图2是图1中半透射光学板的第一种示意图。在图1中，显示系统100以车用显示系统举例说明，但显示系统100的应用范围不限于此。举例而言，显示系统100也可以是其他交通工具的显示系统，如飞机或船等交通工具的显示系统。
请参照图1及图2，显示系统100包括影像源110以及半透射光学板120。影像源110提供偏振影像光p1。影像源110可以是显示模组或投影模组。以投影模组为例，影像源110可包括光源模组(未示出)以及成像元件(未示出)。光源模组可包括发光二极管或其他种类的光源。成像元件可包括微机电(microelectro-mechanicalsystems,mems)扫描镜、液晶显示器(liquidcrystaldevice,lcd)、硅基液晶(liquidcrystalonsilicon,lcos)元件或数位微镜装置(digitalmicromirrordevice,dmd)。依据不同的需求，影像源110也可进一步包括至少一个光学元件，如透镜或反射元件等。
半透射光学板120配置在偏振影像光p1的传递路径上且具有内表面si以及与内表面si相对的外表面so。内表面si为半透射光学板120面向驾驶者的表面，而外表面so为半透射光学板120远离驾驶者的表面。
半透射光学板120包括偏振转换单元122、光学膜124以及透光保护层126。偏振转换单元122适于改变偏振影像光p1的偏振态。偏振转换单元122包括合光片1221。光学膜124配置在合光片1221上。透光保护层126配置在光学膜124上，且光学膜124位于合光片1221与透光保护层126之间。
在本实施例中，合光片1221作为挡风玻璃用，其例如由各向同性材料或低复折射率材料制作而成。所述低复折射率材料是指材料的折射率差值与厚度的乘积在1000nm以下，且较佳在100nm以下。举例而言，合光片1221的材料可包括玻璃、碳酸丙烯酯、环烯烃共聚物、环烯烃聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、三乙酰纤维素、氧化硅或氧化钛等，但不限于此。在另一实施例中，合光片1221与挡风玻璃可为独立的构件，且合光片1221可配置于车内并邻近挡风玻璃，以减少驾驶者的视线离开前方道路的频率。此外，合光片1221可以是不具曲率的透光板(如图2所示)，也可以是具有曲率的透光板。
偏振转换单元122可进一步包括半波片1222，以改变偏振影像光p1的偏振态。半波片1222配置在合光片1221上且位于合光片1221与透光保护层126之间。图2虽示出半波片1222位于合光片1221与光学膜124之间，但本发明不限于此。在另一实施例中，半波片1222也可位于光学膜124与透光保护层126之间(如图6及图8所示)。
以下通过图2至图5说明显示系统100如何改善鬼影。图3是显示系统设置有偏振转换单元且影像源所投射的偏振影像光为s偏振光时入射角与反射率/外侧偏振影像光与内侧偏振影像光的影像光强度比例值的关系图。图4是显示系统设置有偏振转换单元且影像源所投射的偏振影像光为p偏振光时入射角与反射率/外侧偏振影像光与内侧偏振影像光的影像光强度比例值的关系图。图5是显示系统没有设置偏振转换单元且影像源所投射的影像光为非偏振光时入射角与反射率/非偏振光在外表面与内表面的影像光强度比例值的关系图。在图3及图4中，曲线l1表示内侧偏振影像光的反射率，曲线l2表示外侧偏振影像光的反射率，且曲线l3表示外侧偏振影像光与内侧偏振影像光的影像光强度比例值。在图5中，曲线l1表示非偏振光在没有设置偏振转换单元的半透射光学板的内表面的反射率，曲线l2表示非偏振光在没有设置偏振转换单元的半透射光学板的外表面的反射率，且曲线l3表示非偏振光在外表面与内表面的影像光强度比例值。
请参照图2，影像源110所投射出的具有偏振态(如p偏振光或s偏振光)的偏振影像光p1传递至半透射光学板120的内表面si(半透射光学板120面对驾驶者的一侧面)后，部分的偏振影像光p1(如偏振影像光p11)会被内表面si反射至驾驶者的眼中，而部分的偏振影像光p1(如偏振影像光p12)会通过内表面si进入半透射光学板120并朝外表面so传递。在偏振影像光p12传递至外表面so的过程中，偏振影像光p12的偏振态会因通过半波片1222而改变。例如由p偏振光改变成s偏振光，或由s偏振光改变成p偏振光。其中部分传递至外表面so的偏振影像光p12会发生介面反射而转向，并朝内表面si传递，部分的偏振影像光p12则穿透外表面so离开半透射光学板120。在偏振影像光p12传递至内表面si的过程中，偏振影像光p12的偏振态因再次通过半波片1222而再次改变。由上述，被外表面so反射且通过内表面si而传递至人眼的偏振影像光p12(即外侧偏振影像光)的偏振态会相同于影像源110所投射出的偏振影像光p1的偏振态以及被内表面si反射的偏振影像光p11(即内侧偏振影像光)的偏振态，而被内表面si反射的偏振影像光p11(即内侧偏振影像光)的偏振态会不同于在半透射光学板120中被外表面so反射的偏振影像光p12的偏振态。
根据菲涅尔方程式(fresnelequation)，p偏振光与s偏振光对相同介质具有不同反射率。以偏振光在空气与玻璃的介面反射为例，光束由空气入射至玻璃时，在入射角度大于20度的情况下，s偏振光的反射率会大于p偏振光的反射率。此外，光束由玻璃入射至空气时，在入射角度大于10度且小于40度的情况下，s偏振光的反射率亦会大于p偏振光的反射率。
利用不同偏振光(p偏振光与s偏振光)在介面反射的反射率的差异，本实施例通过偏振转换单元122改变偏振影像光的偏振态，使被内表面si反射的偏振影像光p11(即内侧偏振影像光)的偏振态不同于被外表面so反射的偏振影像光p12的偏振态，以有效提高外侧偏振影像光与内侧偏振影像光的光强度差异，从而使半透射光学板120有效改善鬼影，且使显示系统100具有良好的成像品质。
举例而言，如图3所示，当偏振影像光p1为s偏振光时，可令偏振影像光p1于入射透光保护层126的入射角θ大于40度，以使得外侧偏振影像光与内侧偏振影像光的影像光比例值低于10％。另一方面，如图4所示，当偏振影像光p1为p偏振光时，可令偏振影像光p1于入射透光保护层126的入射角θ在47度以上且在68度以下。如此，可有效改善鬼影，使显示系统100具有良好的成像品质。在图5的比较例中，影像源110所投射出的影像光为非偏振光，且半透射光学板120没有偏振转换单元122。在此架构下，影像光的入射角需大于87度，外侧影像光与内侧影像光的影像光比例值才能降至10％以下。然而，如此大的入射角度会造成影像光不易投射至人眼，而造成系统建构困难。相较于上述比较例，利用不同偏振影像光在介面反射的反射率的差异，本实施例能在可具以实施的入射角度下有效改善鬼影。
在鬼影被改善的情况下，影像源110所提供的偏振影像光p1的光强度降低时，驾驶者仍能清楚看到影像画面。因此，本实施例可进一步降低影像源110所提供的偏振影像光p1的光强度，藉以降低影像源110的功耗以及投影所产生的热量。
另外，本实施例还可通过光学膜124进一步提高外侧影像光与内侧影像光的光强度差异或降低环境光的干扰。举例而言，光学膜124可以是一红外光反射膜，用以反射太阳光等外部光线中的红外光，以减少红外光由外部经半透射光学板120进入车内，可增加隔热的效果。在此架构下，光学膜124对红外光的反射率在70％以上。或者，光学膜124可以是一可见光微反射膜，其对可见光的反射率在50％以下。可见光微反射膜较佳的反射率在15％以上且在20％以下，以维持理想的穿透率(大于70％的穿透率)。可见光微反射膜可降低偏振影像光p12通过内表面si而传递至人眼的光强度，从而进一步提高外侧影像光与内侧影像光的光强度差异。在此架构下，透光保护层126的上表面(即内表面si)至光学膜124的上表面st的距离d可小于0.5mm，以避免被内表面si反射的偏振影像光p12与被上表面st反射回人眼的偏振影像光(未示出)产生鬼影。
在光学膜124为红外光反射膜或可见光微反射膜的架构下，光学膜124可以是金属、合金或上述两者的组合所形成的薄膜，且光学膜124的厚度在
在一实施例中，光学膜124也可以是一可见光微吸收膜，以降低偏振影像光p12通过内表面si而传递至人眼的光强度，从而进一步提高外侧影像光与内侧影像光的光强度差异。在此架构下，光学膜124可以是染料加入高分子材料后固化形成后再贴附于半波片1222上。或者，光学膜124可以是染料涂布于半波片1222上并固化而成。
以下搭配图6至图9说明可见光微反射膜以及可见光微吸收膜对于内外侧影像光强度比例值(即外侧影像光与内侧影像光的影像光强度比例值)的影响。图6是图1中半透射光学板的第二种示意图，且半透射光学板的光学膜为可见光微反射膜。图7是显示系统在有/无配置可见光微反射膜的情况下，入射角与内外侧影像光强度比例值的关系图。图8是图1中半透射光学板的第二种示意图，且半透射光学板的光学膜为可见光微吸收膜。图9是显示系统在有/无配置可见光微吸收膜的情况下，入射角与内外侧影像光强度比例值的关系图。在图7中，曲线l4表示有配置可见光微反射膜下的内外侧影像光强度比例值，而曲线l5表示没有配置可见光微反射膜下的内外侧影像光强度比例值。在图9中，曲线l6表示有配置可见光微吸收膜下的内外侧影像光强度比例值，而曲线l7表示没有配置可见光微吸收膜下的内外侧影像光强度比例值。图6以及图8的半透射光学板120a相似于图2的半透射光学板120，两者的主要差异在于半波片1222与光学膜124的堆叠顺序。
请参照图6，在影像源110所投射出的偏振影像光p1为s偏振光的架构下，若入射角θ为75度时，被内表面si反射的偏振影像光p11的光强度比例约为40％，而经由折射通过内表面si进入半透射光学板120的偏振影像光p12的光强度比例约为60％，其中折射角为37.7度。进入半透射光学板120的偏振影像光p12于第一次通过半波片1222时，会将原本s偏振光转换为p偏振光，然后继续传递至可见光微反射膜(光学膜124)的偏振影像光p12会部分被反射且部分穿透。以反射率20％的可见光微反射膜为例，约有12％的偏振影像光p12会被反射，且约有48％的偏振影像光p12会穿透可见光微反射膜。被可见光微反射膜反射并依次穿透半波片1222、内表面si而传递至人眼的偏振影像光p13的光强度比例约为7.2％，而转换为p偏振光的偏振影像光p12穿透可见光微反射膜并被外表面so反射的光强度比例约为5.1％。利用可见光微反射膜再次将被外表面so反射的偏振影像光p12反射，可将被外表面so反射且穿过可见光微反射膜的偏振影像光p12的光强度比例进一步降低至4.1％，然后偏振影像光p12于第二次通过半波片1222时，会将原本p偏振光转回为s偏振光，然后继续传递并穿透内表面si的偏振影像光p12的光强度进一步降低至2.5％。在此架构下，透光保护层126的上表面(即内表面si)至光学膜124的上表面st的距离d可小于0.5mm，以避免被内表面si反射的偏振影像光p12与被上表面st反射回人眼的偏振影像光p13产生鬼影，且可将由内表面si反射的偏振影像光p12与被上表面st反射回人眼的偏振影像光p13的光强度迭加，可视同被内表面si反射的偏振影像光p12的光强度为47.2％，相较于由外表面so反射至人眼中的光强度2.5％而言，内侧影像光(即偏振影像光p11)的光强度会远高于外侧影像光(即偏振影像光p12)的光强度。如图7所示，相比于未设置可见光微反射膜的情况，可见光微反射膜的设置确实可较佳地抑制鬼影。
请参照图8，在影像源110所投射出的偏振影像光p1为s偏振光的架构下，若入射角θ为75度时，被内表面si反射的偏振影像光p11的光强度比例约为40％，而通过内表面si进入半透射光学板120的偏振影像光p12的比例约为60％。进入半透射光学板120的偏振影像光p12于第一次通过半波片1222时，会将原本s偏振光转换为p偏振光，然后继续传递至可见光微吸收膜(光学膜124)的偏振影像光p12会部分被吸收且部分穿透。以吸收率20％的可见光微吸收膜为例，约剩45％的偏振影像光p12会穿透可见光微吸收膜。转换为p偏振光的偏振影像光p12穿透可见光微吸收膜并被外表面so反射的偏振影像光p12的光强度约为5％。利用可见光微吸收膜再次吸收被外表面so反射的偏振影像光p12，可将被外表面so反射且穿过可见光微吸收膜的偏振影像光p12进一步降低至4％以下，且经由外表面so反射并穿透内表面si的偏振影像光p12进一步降低光强度至约2％。被内表面si反射的偏振影像光p12的光强度为40％，相较于由外表面so反射至人眼中的光强度2％而言，内侧影像光(即偏振影像光p11)的光强度会远高于外侧影像光(即偏振影像光p12)的光强度。如图9所示，相比于未设置可见光微吸收膜的情况，可见光微吸收膜的设置确实可较佳地抑制鬼影。
请再参照图2，透光保护层126全面覆盖其下膜层，以避免所述膜层受到损伤(如刮伤或氧化等)。在本实施例中，透光保护层126全面覆盖光学膜124，但不限于此。在另一实施例中，半波片1222与光学膜124的位置可以对调，且透光保护层126可全面覆盖半波片1222(如图6及图8所示)。透光保护层126例如由各向同性材料或低复折射率材料制作而成。举例而言，透光保护层126的材料可包括玻璃、碳酸丙烯酯、环烯烃共聚物、环烯烃聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、三乙酰纤维素、氧化硅或氧化钛，但不限于此。
在影像源110所投射出的偏振影像光p1为s偏振光的架构下，内侧影像光(如偏振影像光p11)的光强度会高于外侧影像光(如通过内表面si而传递至人眼的偏振影像光p12)的光强度。通过使透光保护层126的折射率高于其下膜层(如光学膜124或半波片1222)的折射率，可进一步降低偏振影像光p12通过内表面si而传递至人眼的比例，从而进一步提高外侧影像光与内侧影像光的光强度差异。另一方面，在影像源110所投射出的偏振影像光p1为p偏振光的架构下，内侧影像光(即偏振影像光p11)的光强度会低于外侧影像光(即偏振影像光p12)的光强度，因此通过使透光保护层126的折射率低于其下膜层(如光学膜124或半波片1222)的折射率，可提高偏振影像光p12通过内表面si而传递至人眼的比例，从而进一步提高外侧影像光与内侧影像光的光强度差异。
以下以图10及图11说明图1中半透射光学板的其他种实施型态，其中相同的元件以相同的标号表示，于下便不再赘述相同元件的材料、相对配置关系及其功效。图10及图11分别是图1中半透射光学板的第三种及第四种示意图。请先参照图10，半透射光学板120b相似于图2的半透射光学板120，两者的主要差异在于半透射光学板120b进一步包括相位补偿膜128。相位补偿膜128配置在合光片1221上且位于合光片1221与透光保护层126之间。在本实施例中，半波片1222位于合光片1221与相位补偿膜128之间，且光学膜124位于相位补偿膜128与透光保护层126之间。然而，半波片1222、光学膜124与相位补偿膜128的堆叠关系可依需求而改变。
通过相位补偿膜128补偿斜向入射偏振转换单元122的偏振影像光p12的相位延迟量，可使斜向入射偏振转换单元122的偏振影像光p12的相位延迟量为二分之一波长，从而降低斜向入射对于偏振态转换的影响。举例而言，若斜向入射造成偏振影像光p12多出九分之一波长的相位延迟量，则可通过相位补偿膜128提供负九分之一波长的相位延迟量，使入射外表面so的偏振影像光p12的相位延迟量为二分之一波长。然而，相位延迟量的补偿方法不限于上述。
相位补偿膜128可以由非等向性材料(如液晶高分子)照光配向形成。或者，相位补偿膜128可以由等向性材料与非等向性材料混合形成。再者，相位补偿膜128也可由等向性材料拉延形成。所述等向性材料可包括碳酸丙烯酯、环烯烃聚合物或聚酰亚胺(polyimide,pi)，但不限于此。
请参照图11，半透射光学板120c相似于图2的半透射光学板120，两者的主要差异在于半透射光学板122a的合光片1221a可改变偏振影像光的偏振态，故半透射光学板122a省略图2的半波片1222。具体地，合光片1221a可由非等向性材料固化形成，而适于改变偏振影像光的偏振态。所述非等向性材料例如是液晶高分子，但不限于此。或者，合光片1221a可由等向性材料与非等向性材料混合形成，而适于改变偏振影像光的偏振态。举例而言，合光片1221a可由碳酸丙烯酯与液晶高分子混合形成，但不限于此。再者，合光片1221a也可由等向性材料拉延形成，而适于改变偏振影像光的偏振态。所述等向性材料可包括碳酸丙烯酯、环烯烃聚合物或聚酰亚胺，但不限于此。
前述图10及图11虽透过相位补偿膜128加上半波片1222来补偿斜向入射偏振转换单元122的偏振影像光p12的相位延迟量，从而降低斜向入射对于偏振态转换的影响，但不限于此，以图2的半透射光学板120的结构为例，选择相位延迟量在1/2λ与1/4λ之间的偏振转换单元122，即能不需要额外设置相位补偿膜来补偿斜向入射偏振转换单元122的偏振影像光p12的相位延迟量，从而降低斜向入射对于偏振态转换的影响。
综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。本发明的实施例通过偏振转换单元改变偏振影像光的偏振态，以利用不同偏振光在介面反射的反射率的差异提高被半透射光学板的内表面反射的偏振影像光(以下简称内侧偏振影像光)与被半透射光学板的外表面反射的偏振影像光(以下简称外侧偏振影像光)的光强度差异。此外，本发明的实施例还可通过光学膜进一步提高内侧偏振影像光与外侧偏振影像光的光强度差异或降低环境光的干扰。是以，本发明的半透射光学板有助于改善鬼影，且本发明的显示系统具有良好的成像品质。在鬼影被改善的情况下，本发明的实施例还可通过降低影像源所提供的偏振影像光的光强度，以降低影像源的功耗以及投影所产生的热量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及发明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。
【符号说明】
100：显示系统
110：影像源
120、120a、120b、120c：半透射光学板
122、122a：偏振转换单元
p1、p11、p12、p13：偏振影像光
124：光学膜
126：透光保护层
128：相位补偿膜
1221、1221a：合光片
1222：半波片
d：距离
l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7：曲线
si：内表面
so：外表面
st：上表面
θ：入射角