CN101526688A - 显示装置与多重显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显示装置与多重显示装置，本发明的显示装置包含一显示面板、一光学膜片以及一凸透镜。显示面板包含一中心轴、一显示区及一非显示区，其中非显示区位于显示区外侧。光学膜片设置于显示面板的一侧，而凸透镜设置于显示面板的另一侧。光学膜片包含一微结构，该微结构用于发散显示面板的入射光，使至少部份靠近非显示区的入射光移向非显示区。凸透镜包含一斐涅尔结构，凸透镜用于收敛显示面板的出射光，使出射光的方向大致平行于显示面板的中心轴。

Description

显示装置与多重显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置及多重显示装置，尤其涉及一种可呈现无边界显示效果的显示装置，以及可呈现大视角且连续影像的多重显示装置。

背景技术

随着人们对信息内容丰富性的要求，液晶显示装置或电子装置的液晶显示屏幕需具备呈现大量信息的能力。然而，由于电子装置例如可携式行动装置轻、薄、短、小的发展潮流，使其在体积上的限制日益严苛，这种小型化趋势严重限制了电子装置的显示屏幕的尺寸，因此，为了使阅读的清晰度不受影响或造成人眼疲累，可折迭或者滑动的多重显示装置应运而生。然而，液晶显示屏幕的四周具有密封用之的框胶，此框胶形成的非显示区域缩小了液晶屏幕上可显示的部份且造成多重显示装置画面的分割。为应付此一困局，利用多重显示装置使信息内容可无边框或者无缝地被显现等技术纷纷被开发出来。

图1例示一现有技术的多重显示装置1的示意图。多重显示装置1是由多数个显示单元2所组成，各显示单元2具有一非显示区3。非显示区3的存在使显示屏幕1呈现不连续显示画面。为了消除非显示区3造成的分割效果，使用放大组件4将显示画面放大相接，以产生无缝(seamless)显示效果。

可是，此一传统的放大方法会让各显示单元2，产生光强度分布偏向的问题。例如，来自各显示单元2的发光，经过放大组件4的折射后，视角正30度方向上的发光12与负30度方向上的发光10的光强度明显地不同，如图2所示，其中，——表示垂直角度的图示；------表示水平角度的图示，而且光强度的偏差随着视角的增加而变大。此一现象，会限制显示屏幕1的可视角的范围，而导致显示质量不佳。

因此，有鉴于前述显示质量不佳的问题，有必要提出改进的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种显示装置与多重显示装置，显示装置利用设置于显示面板一侧且使显示面板入射光发散的一光学膜片，以及设置于显示面板另一侧且使显示面板出射光收敛的凸透镜，让显示装置呈现无边界且大视角的显示画面。多重显示装置利用相同的结构产生大尺寸、大视角且连续的显示画面。

为实现上述目的，本发明一实施例的显示装置包含一显示面板、一光学膜片以及一凸透镜。显示面板包含一中心轴、一显示区及一非显示区，其中非显示区位于显示区外侧。光学膜片设置于显示面板的一侧，而凸透镜设置于显示面板的另一侧。光学膜片例如为斐涅尔凹透镜，其包含一微结构，该微结构用于发散显示面板的入射光，使至少部份靠近非显示区的入射光移向非显示区。凸透镜例如为斐涅尔凸透镜，其包含一斐涅尔结构，凸透镜用于收敛显示面板的出射光，使出射光的方向大致平行于显示面板的中心轴。

而且，为实现上述目的，本发明提出一种多重显示装置，包含：多数显示单元，于一平面上邻接设置，各该显示单元包含：一显示面板，具有一中心轴，且该显示面板包括一显示区以及位于该显示区外侧的一非显示区；一光学膜片，设置于该显示面板的一侧，该光学膜片包含一微结构，该微结构用于发散该显示面板的入射光，以将至少部分靠近该非显示区的该入射光移向该非显示区；以及一凸透镜，设置于该显示面板的另一侧，该凸透镜包含一斐涅尔结构，该凸透镜用于收敛该显示面板的出射光，使该出射光的方向大致平行于该显示面板的该中心轴。

采用本发明，显示装置利用设置于显示面板一侧且使显示面板入射光发散的一光学膜片，以及设置于显示面板另一侧且使显示面板出射光收敛的凸透镜，让显示装置呈现无边界且大视角的显示画面。多重显示装置利用相同的结构产生大尺寸、大视角且连续的显示画面。

附图说明

图1为一现有技术的多重显示装置的示意图；

图2为图1的多重显示装置的光强度对角度的分布图；

图3为本发明一实施例的显示装置的结构示意图；

图4为图3的区域S1的局部放大图；

图5为本发明一实施例的显示装置的显示面板上，其显示区上靠近非显示区的一处所呈现的光强度图；

图6为本发明一实施例的显示装置中，位于非显示区上的凸透镜所呈现的光强度图；

图7为本发明另一实施例的显示装置的结构示意图；

图8为本发明又一实施例的显示装置的结构示意图；

图9为图8的区域S2的局部放大图；

图10为图8实施例的显示装置的显示面板上，其显示区上靠近非显示区的一处所呈现的光强度图；

图11为图8实施例的显示装置中，位于非显示区上的凸透镜所呈现的光强度图；

图12为例示本发明一实施例的多重显示装置的结构示意图；及

图13为例示本发明另一实施例的多重显示装置的结构示意图。

其中，附图标记

1：显示屏幕                2：显示单元

3：非显示区                4：放大元件

30：显示装置               32：背光模块

34：光学膜片               36：显示面板

38：凸透镜                 40：显示装置

42：背光模块               44：背光源

46：扩散片                 50：显示装置

52：光学膜片               62a、62b、72a、72b：显示单元

60、70：多重显示装置       74：凸透镜

342：微结构                344：第一倾斜面

362：显示区                364：非显示区

382：斐涅尔结构            384：第二倾斜面

522：微结构                524：第一倾斜面

742：斐涅尔结构

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例进行说明，其中，图5、图6、图11及图12中，——表示垂直角度的图示；------表示水平角度的图示。

图3例示本发明一实施例的显示装置30的结构示意图。本发明一实施例揭露的显示装置30包含一背光模块32、一光学膜片34、一显示面板36、以及一凸透镜38。背光模块32提供显示用的光源。显示面板36具有一中心轴C，且包含一显示区362及位于显示区362外侧的非显示区364。光学膜片34设置于显示面板36的一侧，即，光学膜片34设置于显示面板36的入光侧，且位于显示面板36与背光模块32之间，光学膜片34例如可与显示面板36相结合，或者设置于背光模块32内。光学膜片34例如为斐涅尔凹透镜，且其上具有微结构342，用于发散显示面板36的入射光，以将至少部分靠近非显示区364的入射光移向非显示区364。

凸透镜38设置于显示面板36的另一侧，亦即，凸透镜38设置于显示面板36的出光侧，也就是位于显示面板36远离背光模块32的一侧。凸透镜38例如为斐涅尔凸透镜，亦即，凸透镜38上具有斐涅尔结构382对应于显示面板36的中心轴C呈对称分布，用于收敛显示面板36的出射光，使该出射光经过凸透镜38后，大致以平行于显示面板36的中心轴C的方向行进，详细光行进路线如图3所示。

本实施例中，光学膜片34的微结构342如图3所示，设置于光学膜片34背向显示面板36的一表面上，而光学膜片34的另一表面，即面向显示面板36的表面，则为平面；凸透镜38的斐涅尔结构382设置于凸透镜38背向显示面板36的一表面，而凸透镜38的另一表面为平面。

本实施例中，上述凸透镜38的斐涅尔结构382具有以显示面板36的中心轴C同心对称设置的多数第二倾斜面384，第二倾斜面384背向该中心轴C设置，且该些第二倾斜面384的倾角自该中心轴C向外为由小渐大者，第二倾斜面384的倾角实质介于0～60°，较佳介于0～40°间。另外，虽图3中，第二倾斜面384靠近中心轴C的倾角非为0°，但第二倾斜面384靠近中心轴C的倾角也可为0°，亦即，第二倾斜面384于靠近中心轴C处可为平面。

较佳地，光学膜片34具有焦距F’，其虚焦点约落在点FP附近；凸透镜38具有焦距F，其焦点约在点FP附近。这样的结构安排，使得光学膜片34的虚焦点与凸透镜38的焦点实质重合。换言之，当光穿越过光学膜片34的微结构342后，光被折射成似乎从点FP所发射出一般，而光穿越凸透镜38的斐涅尔结构382后被折射成为平行光，如此使显示面板36的影像获得放大效果。

图4为图3的区域S1的局部放大图。参照图3及图4，光学膜片34的微结构342具有以显示面板36的中心轴C同心对称设置的多数第一倾斜面344，第一倾斜面344面向中心轴C，且该些第一倾斜面344的倾角自该中心轴C向外为由小渐大者，第一倾斜面344的倾角实质介于0～60°，较佳介于0～40°间。为使入射光聚焦于光学膜片34的虚焦点，各光线自该光学膜片34的平面射出的角度θ_R需符合下列公式(1)：

$\tan {\mathrm{\θ}}_R=\frac{L}{F-A}---\left(1\right)$

其中，L为各光线自该光学膜片34射出的位置至该中心轴C的距离，F为该凸透镜38的焦距，A为该光学膜片34与该凸透镜38间的间距。

利用公式(1)及下列公式(2)、(3)及(4)则可计算出各第一倾斜面344相对于H轴向的倾角θ_f。

n_air×sinθ_R＝n×sinθ₁            (2)

n_air×sinθ_i＝n×sinθ₂            (3)

θ_f＝θ₁+θ₂                       (4)

其中，n_air为空气折射率，n为光学膜片34的折射率，θ_i为各光线进入各该第一倾斜面344的第一入射角，θ₂为各该光线经过各该第一倾斜面344后的第一折射角，θ₁为各该光线进入光学膜片34的平面的第二入射角。

利用公式(1)和公式(2)可以推导出：

${\mathrm{\θ}}_1={\sin }^{-1}\left(\frac{n_{\mathrm{air}}}{n}\frac{L}{\sqrt{L^2+{(F-A)}^2}}\right)---\left(5\right)$

参照图4，假设入射光与V轴向的夹角为θ_p，则根据图4可推得公式(6)。

θ_i+θ_p＝θ₁+θ₂                   (6)

假设产生入射光的光源为理想光源，即入射光均为平行光，使得θ_p＝0，而在此假设条件下，利用公式(3)、公式(4)和公式(6)可推导出计算θ_f的公式。

${\mathrm{\θ}}_f={\sin }^{-1}\left(\frac{n_{\mathrm{air}}}{n}\frac{L}{\sqrt{L^2+{(F-A)}^2}}\right)+{\tan }^{-1}\left(\frac{n_{\mathrm{air}}\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}{n-n_{\mathrm{air}}\cos {\mathrm{\θ}}_1}\right)---\left(7\right)$

其中，θ₁可利用公式(5)计算。

参照图3、图5和图6，光学膜片34的微结构342发散显示面板36至少部分的入射光，使靠近非显示区364的部分入射光移向非显示区364。由于入射光受折射的缘故，使从显示面板36的出射光的光强度分布呈现不对称，尤其是靠近非显示区364的L₁处，其不对称的情况尤为明显，如图5所示。出射光经过凸透镜38再折射后，由于光学膜片34与凸透镜38之间近似于凹透镜与凸透镜间的互补关系，故在凸透镜38上，例如位于显示面板36的非显示区364上L₂处，可量测呈现对称结果的光强度分布，如图6所示。是故，利用本发明揭示的光学膜片34的微结构342与凸透镜38的斐涅尔结构382相配合，可使显示画面放大而让显示装置30呈现无边界的显示结果；利用光学膜片34与凸透镜38之间近似于凹透镜与凸透镜的互补关系，使凸透镜38上的光强度呈现对称分布，并且，由于光学膜片34与凸透镜38分别为斐涅尔凹透镜与斐涅尔凸透镜，两者厚度均很小，且光学膜片34与凸透镜38分别设置于显示面板36的两侧，光可利用光学膜片34与凸透镜38间的间距A行进一小段距离而达放大效果，再通过凸透镜38收敛，故对于显示装置30的整体厚度影响极小。

图7例示本发明另一实施例的显示装置40的结构示意图。参照图3与图7，本发明揭示的另一实施例的显示装置40，其包含一背光模块42、一显示面板36、以及一凸透镜38。显示面板36设于背光模块42上方，而凸透镜38设于显示面板36上方。背光模块42包含一背光源44、一光学膜片34及一扩散片46。光学膜片34设于扩散片46与背光源44之间，即，光学膜片34位于背光源44上，而扩散片46设于光学膜片34上，可避免云纹(moire)的产生。同样地，可利用光学膜片34的微结构342与凸透镜38的斐涅尔结构382的组合，使显示画面放大而让显示装置40呈现无边界的显示结果。

图8例示本发明又一实施例的显示装置50的结构示意图。本实施例揭示的显示装置50类似于图3实施例揭示的显示装置30，惟本实施例揭示的显示装置50所包含的光学膜片52，其微结构522设置于光学膜片52面向显示面板36的表面上，而其另一表面为一平面。同样地，光学膜片50使显示面板36的部分入射光发散，利用凸透镜38收敛显示面板36的出射光。本实施例中，凸透镜38的斐涅尔结构382设置于该凸透镜38背向该显示面板36的一表面，并且斐涅尔结构382对应于显示面板36的中心轴C呈对称分布，而其另一表面为平面。另一实施例中，凸透镜38的斐涅尔结构382可设置于该凸透镜38面向该显示面板36的一表面，而其另一表面为平面。

图9为图8的区域S2的局部放大图。参照图8及图9，光学膜片52的微结构522具有以显示面板36的中心轴C同心对称设置的多数第一倾斜面524，第一倾斜面524面向中心轴C，且该些第一倾斜面524的倾角自该中心轴C向外为由小渐大者。为使入射光聚焦于光学膜片52的虚焦点，各光线自该光学膜片52射出的角度θ_R需符合下列公式(8)：

$\tan {\mathrm{\θ}}_R=\frac{L}{F-A}---\left(8\right)$

其中，L为各光线自该光学膜片52射出的位置至该中心轴C的距离，F为该凸透镜38的焦距，A为该光学膜片52与该凸透镜38间的间距。

利用公式(8)及下列公式(9)、(10)、(11)及(12)则可计算出各第一倾斜面524的倾角θ_f。

n_air×sinθ₃＝n×sinθ_g        (9)

n_air×sinθ_i＝n×sinθ₂        (10)

θ₃＝θ_R+θ_f                   (11)

θ_g＝θ₂+θ_f                   (12)

其中，n_air为空气折射率，n为该光学膜片的折射率，θ_i为各光线进入凸透镜38的平面的第一入射角，θ₂为各该光线经过凸透镜38的平面后的第一折射角，θ_g为各该光线进入第一倾斜面524的第二入射角，θ₃为各该光线自各该第一倾斜面524出射的第二折射角，θ_R为各该光线自各该第一倾斜面524出射时与该中心轴C的夹角。

利用公式(8)、公式(9)、公式(11)和公式(12)可以推导出公式(13)：

$\tan {\mathrm{\θ}}_f=\left(\frac{\frac{n_{\mathrm{air}}}{n}\sin {\mathrm{\θ}}_R-\sin {\mathrm{\θ}}_2}{\cos {\mathrm{\θ}}_2-\frac{n_{\mathrm{air}}}{n}\cos {\mathrm{\θ}}_R}\right)---\left(13\right)$

同样地，假设产生入射光的光源为理想光源，即θ_i和θ₂为0度。此时，利用公式(13)可推得下列公式：

$\tan {\mathrm{\θ}}_f=\left(\frac{\frac{n_{\mathrm{air}}}{n}\sin {\mathrm{\θ}}_R}{1-\frac{n_{\mathrm{air}}}{n}\cos {\mathrm{\θ}}_R}\right)---\left(14\right)$

利用公式(14)即可计算得各第一倾斜面524的倾角θ_f。

参照图8、图10和图11，如图3实施例般，显示面板36来自背光模块32的入射光因受到光学膜片52折射，使其光强度分布呈现不对称，尤其如靠近非显示区364的L₃处，其不对称的情况尤为明显，如图10所示。相同地，显示面板36的出射光经过凸透镜38再折射后，由于光学膜片52与凸透镜38之间近似于凹透镜与凸透镜间的互补关系，故在凸透镜38上，如位于显示面板36的非显示区364上L₄处，其光强度可呈现对称分布，如图11所示。由此可见，即便光学膜片50的微结构522面向显示面板36，其效果同于图3揭示的实施例。

较佳地，前述光学膜片34和52可为斐涅尔凹透镜，即，光学膜片34和52的微结构342和522可为斐涅尔微结构。光学膜片34和52的微结构342和522的间距可为10至50微米。前述凸透镜38的斐涅尔结构382的间距为10至50微米。另外，虽图标中光学膜片34/52的微结构342/522的间距与斐涅尔结构382的间距不相同，亦即，一个微结构342/522对应多个斐涅尔结构382设置；但光学膜片34/52的微结构342/522的间距与斐涅尔结构382的间距也可为相同，亦即，每一微结构342/522分别对应一个斐涅尔382结构而设置。

图12为例示本发明一实施例的多重显示装置60的结构示意图。多重显示装置60包含多数个显示单元62a和62b，该些显示单元62a和62b于一平面上邻接设置。各显示单元62a和62b包含如图3实施例所示的一背光模块32、一光学膜片34、一显示面板36、以及一凸透镜38。光学膜片34具一微结构342，该微结构342背向显示面板36；凸透镜38具一斐涅尔结构382，该斐涅尔结构382也背向显示面板36。各显示单元62a和62b利用光学膜片34折射显示面板36的入射光，使各自的显示画面放大，以遮蔽显示单元62a和62b间的非显示区364，及使各自的显示画面于显示单元62a和62b间的接界处I相接，藉此形成连续的大尺寸显示画面。各显示单元62a和62b利用光学膜片34配合凸透镜38的设计，使显示画面的光强度分布对称，加大可视角范围，提高画面质量。

图13为例示本发明另一实施例的多重显示装置70的结构示意图。多重显示装置70与图12揭示的多重显示装置60的结构类似，惟各显示单元72a和72b中的光学膜片52具一微结构522，该微结构522面向显示面板36；凸透镜74具一斐涅尔结构742，该斐涅尔结构742也面向显示面板36。各显示单元72a和72b利用光学膜片52及凸透镜74形成高质量的连续大显示画面。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种显示装置，其特征在于，包含：

一显示面板，具有一中心轴，且该显示面板包括一显示区以及位于该显示区外侧的一非显示区；

一光学膜片，设置于该显示面板的一侧，该光学膜片包含一微结构，该微结构用于发散该显示面板的入射光，以将至少部分靠近该非显示区的该入射光移向该非显示区；以及

一凸透镜，设置于该显示面板的另一侧，该凸透镜包含一斐涅尔结构，且该凸透镜用于收敛该显示面板的出射光，使该出射光的方向大致平行于该显示面板的该中心轴。

2.如权利要求1的显示装置，其特征在于，该光学膜片为斐涅尔凹透镜。

3.如权利要求2的显示装置，其特征在于，该光学膜片具有一虚焦点，该凸透镜具有一焦点，且该虚焦点与该焦点重合。

4.如权利要求1的显示装置，其特征在于，该微结构设置于该光学膜片背向该显示面板的一表面，该光学膜片的另一表面则为平面。

5.如权利要求1的显示装置，其特征在于，该微结构设置于该光学膜片面向该显示面板的一表面，该光学膜片的另一表面则为平面。

6.如权利要求1的显示装置，其特征在于，该微结构的间距为10至50微米；该斐涅尔结构的间距为10至50微米。

7.如权利要求1的显示装置，其特征在于，还包含一背光模块，该背光模块包含一扩散片以及一背光源，该光学膜片设置于该背光模块内且位于该扩散片与该背光源之间。

8.如权利要求1的显示装置，其特征在于，该微结构具有以该显示面板的该中心轴同心设置的多数第一倾斜面，该些第一倾斜面面向该中心轴，且该些第一倾斜面的倾角自该中心轴向外为由小渐大者。

9.如权利要求8的显示装置，其特征在于，该些第一倾斜面的倾角介于0～60°。

10.如权利要求1的显示装置，其特征在于，该微结构设置于该光学膜片背向该显示面板的一表面，该光学膜片的另一表面则为一平面，且该些第一倾斜面的倾角θ_f基于下述公式决定：

$\tan {\mathrm{\θ}}_R=\frac{L}{F-A}$

n_air×sinθ_R＝n×sinθ₁

n_air×sinθ_i＝n×sinθ₂

θ_f＝θ₁+θ₂

其中，n_air为空气折射率，n为该光学膜片的折射率，L为各光线自该光学膜片射出的位置至该中心轴的距离，F为该凸透镜的焦距，A为该光学膜片与该凸透镜间的间距，θ_i为各光线进入各该第一倾斜面的第一入射角，θ₂为各该光线经过各该第一倾斜面后的第一折射角，θ₁为各该光线进入该平面的第二入射角，θ_R为各该光线自该平面出射的第二折射角。

11.如权利要求1的显示装置，其特征在于，该微结构设置于该光学膜片面向该显示面板的一表面，该光学膜片的另一表面则为一平面，且该些第一倾斜面的倾角基于下述公式决定：

${\tan \mathrm{\θ}}_R=\frac{L}{F-A}$

n_air×sinθ₃＝n×sinθ_g

n_air×sinθ_i＝n×sinθ₂

θ₃＝θ_R+θ_f

θ_g＝θ₂+θ_f

其中，n_air为空气折射率，n为该光学膜片的折射率，L为各光线自该光学膜片射出的位置至该中心轴的距离，F为该凸透镜的焦距，A为该光学膜片与该凸透镜间的间距，θ_f为各该第一倾斜面的倾角，θ_i为各光线进入该平面的第一入射角，θ₂为各该光线经过该平面后的第一折射角，θ_g为各该光线进入第一倾斜面524的第二入射角，θ₃为各该光线自各该第一倾斜面出射的第二折射角，θ_R为各该光线自各该第一倾斜面出射时与该中心轴的夹角。

12.如权利要求1的显示装置，其特征在于，该斐涅尔结构对应于该显示面板的该中心轴对称同心分布。

13.如权利要求12的显示装置，其特征在于，该斐涅尔结构具有多数第二倾斜面，该些第二倾斜面背向该中心轴，且该些第二倾斜面的倾角自该中心轴向外为由小渐大者。

14.如权利要求13的显示装置，其特征在于，该些第二倾斜面的倾角介于0～60°。

15.如权利要求1的显示装置，其特征在于，该光学膜片与该显示面板相结合。

16.一种多重显示装置，其特征在于，包含：

多数显示单元，于一平面上邻接设置，各该显示单元包含：

一显示面板，具有一中心轴，且该显示面板包括一显示区以及位于该显示区外侧的一非显示区；

一光学膜片，设置于该显示面板的一侧，该光学膜片包含一微结构，该微结构用于发散该显示面板的入射光，以将至少部分靠近该非显示区的该入射光移向该非显示区；以及

一凸透镜，设置于该显示面板的另一侧，该凸透镜包含一斐涅尔结构，该凸透镜用于收敛该显示面板的出射光，使该出射光的方向大致平行于该显示面板的该中心轴。

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