CN102402040A - 显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显示装置，其包含显示器和绕射光学组件。该显示器是用以显示影像，其中当使用者于第一视角范围观察此显像时，可观察到第一观察影像，而当使用者于第二视角范围观察此影像时，可观察到第二观察影像。绕射光学组件是设置于显示器的出光方向上，用以将构成第一观察影像的光线绕射至第二视角范围，以使第一观察影像转变为第三观察影像，同时使第二观察影像转变为第四观察影像。本发明不但具有优良的视角均匀性，更具有低成本的优势。

Description

显示装置

技术领域

本发明是有关于一种广视角显示装置，特别是有关于一种利用光学绕射现象来改善可视范围的广视角显示装置。

背景技术

随着薄膜晶体管制作技术快速的进步，液晶显示装置由于具备了轻薄、省电、无辐射线等优点，而大量的应用于电视机、个人数字助理器、笔记型计算机、数字相机、摄录像机、行动电话等各式电子产品中。然而，由于液晶显示装置是一非自发光的显示器，因此，一般需利用背光源来产生光线，并使其穿透扩散膜、增亮膜等光学膜层，来形成一均匀的平面光射入液晶显示面板，藉以呈现影像。扭转向列型(Twisted Nematic；TN)或超扭转向列型(Super Twisted Nematic；STN)为常用的液晶显示器之一。这类液晶显示器虽然具有价格上的优势，但其可视角却较一般广视角液晶显示器(例如：  多区域垂直配向(Multi-domain Vertical Alignment；MVA)液晶显示器、平面内切换液晶显示器(In-Plane Switching；IPS)、边缘电场切换(Fringe fieldSwitching；FFS)液晶显示器等等)来得小。

所谓的可视角是指显示器在某视角范围以内，其影像质量仍能保持一定的水平。例如，就一般桌上型液晶显示器而言，主要的观赏视角为正视角，故对设计者而言，因为液晶分子的不同排列会造成不同的光学效果，所以会以正视角为主要考虑来设计显示器。于是当观察者从液晶显示器的侧视角来观赏影像时，便会察觉到影像的色彩及亮度与正视观赏时不同，而且会随着视角变大而差异更大。常用的液晶显示器中，其中以TN型的上述情况为最甚。

请参照图1，其是绘示扭转型(Twisted Nematic；TN)液晶显示器10的液晶层12的结构示意图。TN液晶显示器10包含液晶层12、上配向板14以及下配向板16，其中下配向板16较靠近背光源。液晶层12包含顶层液晶分子12a和底层液晶分子12b。上配向板14和下配向板16是用以将液晶层12中的液晶分子配向，以将顶层液晶分子12a和底层液晶分子12b配置成扭转型结构，并使其具有一预倾角，其中具有预倾角的液晶分子远离配向板的一端可称为头端，另一端可称为尾端。例如，上配向板14是将上层液晶分子12a配向并使其具有预倾角。又例如，下配向板16是将底层液晶分子12b配向并使其具有预倾角。而配向板14和16的配向方向不相互平行，如此位于其间的液晶分子-会被连续地扭转，构成扭转型液晶结构，其中液晶的扭转角度可定义为从底层液晶分子头端经由中间层液晶连续地扭转至上层液晶分子尾端的角度。

另外，值得一提的是，对一般的扭转型(Twisted Nematic；TN)液晶显示器而言，从底层液晶分子12b的头端，经由中间层液晶连续地扭转至上层液晶分子的尾端，此视角范围的光学特性不佳故在使用上常定义为观察者的下视角方向.当然，也可依应用需求，将上述视角不好的范围，定义成观察者的某视角方向。

就未加任何视角补偿机制的TN液晶显示器而言，通常，从液晶显示器的侧视角所观察的影像会有对比度严重降低(下降到10以下)、灰阶反转程度以及色偏等问题。为解决TN液晶显示器视角上的问题，可加上补偿膜来改善侧视角成像质量，例如，富士胶卷(Fujifilm)公司所研发的广视角补偿膜(Fuji wide view film，简称WV film)即为现行常用的TN补偿膜。但是，现今大部份的广视角显示补偿膜技术大都用于提高对比及灭少色偏，对于TN液晶显示器严重灰阶反转的改善仍不足。故TN液晶显示器目前仍不归类于广视角的显示器。

因此，需要一种新的显示装置，其可同时改善对比度、灰阶反转、伽玛曲线(gamma curve)变异以及色偏等等与亮度、色度相关的影像质量问题。尤其当使用于TN液晶显示器时，除了改良后可当广视角液晶显示器使用之外，相较于市售常用的液晶显示器，更有反应速度上或是成本上的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种显示装置，其不但具有优良的视角均匀性，更具有低成本的优势。

为了达到上述的目的，本发明是一种显示装置，包含：

一显示器，用以显示一影像，其中当一使用者于一第一视角范围观察该影像时，可观察到一第一观察影像，而当该使用者于一第二视角范围观察该影像时，可观察到一第二观察影像；以及

一绕射光学组件(Diffractive Optical Element；DOE)，设置于该显示器的出光方向上，用以将构成该第一观察影像的光线绕射至该第二视角范围，以使该第一观察影像转变为一第三观察影像，同时使该第二观察影像转变为一第四观察影像。

本发明中，其中该第一视角范围为0±10度。

本发明中，其中该第一观察影像包含一第一观察像素，该第二观察影像包含一第二观察像素，该第一观察像素位于该第一观察影像的位置是与该第二观察像素位于该第二观察影像的位置相同，且该第一观察像素的色相(hue)、彩度(saturation)或明度(brightness)是与该第二观察像素不同。

本发明中，其中该第三影像包含复数个第一观察像素，该第四影像包含复数个第二观察像素，该些第一观察像素位于该第一观察影像的位置是与该些第二观察像素位于该第二观察影像的位置相同，且该些第一观察像素的色相、彩度或明度是与该些第二观察像素实质相同。

本发明中，其中该显示器于该第二视角范围内会发生灰阶反转现象。

本发明中，其中该第二视角范围为下视角25度以上的范围或上视角35度以上的范围。

本发明中，其中该显示器于该第二视角范围内会发生对比度实质小于10的现象。

本发明中，其中该第二视角范围为下视角75度以上的范围、上视角65度以上的范围、左视角60度以上的范围或右视角60度以上的范围。

本发明中，其中该显示器于该第二视角范围内的对比度是小于该显示器于该第一视角范围内的对比度。

本发明中，其中该显示器于该第二视角范围内的对比度为该显示器于该第一视角范围内的对比度的一半以下。

本发明中，其中该第二视角范围为左视角25度以上的范围、右视角25度以上的范围、下视角15度以上的范围、或上视角10度。

本发明中，其中该显示器具有对应该第一视角范围的一第一伽玛曲线以及对应该第二视角范围的一第二伽玛曲线，该第一伽玛曲线是与该第二伽玛曲线不同。

本发明中，其中该显示器为一液晶显示器。

本发明中，其中该液晶显示器包含一背光模块。

本发明中，其中该背光模块是用以发出准直光线。

本发明中，其中当该背光模块所提供的一第一视角光线具有多阶的绕射角度时，该背光模块不提供一干扰光线，该干扰光线为第N阶绕射角度以上的光线，其中该第一视角光线是对应至该第一视角范围，N为正整数。

本发明中，其中N为1或2。

本发明中，该背光模块不提供一干扰光线，其中该干扰光线为25度以上或58度以上的光线。

本发明中，其中该背光模块不提供一干扰光线，该干扰光线的一N阶绕射会绕射至该第一视角范围内，其中N为正整数。

本发明中，其中N为1或2。

本发明中，其中当该第一视角范围为一正视角范围，且该绕射光学组件的一光栅周期大于0.9微米时，该背光模块不提供一干扰光线，其中该干扰光线的一一阶绕射光线或一二阶绕射光线会绕射至该正视角范围内。

本发明中，其中当该第一视角范围为一正视角范围，且该绕射光学组件的一光栅周期大于0.45微米时，该背光模块不提供一干扰光线，其中该干扰光线的一阶绕射会绕射至该正视角内。

本发明中，其中该干扰光线是对应至一出光视角范围，背光模块包含一光线转移装置，用以将该干扰光线从该出光视角转移至其它视角范围内。

本发明中，其中该背光模块是用以发出一光线，该光线包含对应至该第一视角范围的一主视角光线以及对应至该第二视角范围的一次视角光线，该次视角光线是对应至一出光视角范围，该次视角光线的亮度小于该主视角光线的亮度的0.3倍，该显示装置更包含一光线转移装置或一光线阻挡装置，该光线转移装置是用以将该次视角光线从该出光视角范围转移至其它视角范围，该光线阻挡装置是用以防止或降低该次视角光线射出至该背光模块外。

本发明中，其中该背光模块是用以发出一光线，该光线包含对应至该第一视角范围的一主视角光线以及对应至该第二视角范围的一次视角光线，该次视角光线是对应至一出光视角范围，该主视角光线的亮度小于该次视角光线的亮度的1.1倍，该显示装置更包含一光线转移装置或一光线阻挡装置，该光线转移装置是用以将该次视角光线从该出光视角范围转移至其它视角范围，该光线阻挡装置是用以防止或降低该次视角光线射出至该背光模块外。

本发明中，其中该背光模块是用以发出一光线，该光线包含对应至该第一视角范围的一主视角光线以及对应至该第二视角范围的一次视角光线，该次视角光线是对应至一出光视角范围，该显示器具有对应至该第一视角范围的一主视角液晶穿透率以及对应至该第二视角范围的一次视角液晶穿透率，且该次视角液晶穿透率小于该主视角液晶穿透率的0.7倍，该显示装置更包含一光线转移装置或一光线阻挡装置，该光线转移装置是用以将该次视角光线从该出光视角范围转移至其它视角范围，该光线阻挡装置是用以防止或降低该次视角光线射出至该背光模块外。

本发明中，其中该背光模块是用以发出一光线，该光线包含对应至该第一视角范围的一主视角光线以及对应至该第二视角范围的一次视角光线，该次视角光线是对应至一出光视角范围，该显示器具有对应至该第一视角范围的一主视角液晶穿透率以及对应至该第二视角范围的一次视角液晶穿透率，且该次视角液晶穿透率大于该主视角液晶穿透率的1.1倍，该显示装置更包含一光线转移装置或一光线阻挡装置，该光线转移装置是用以将该次视角光线从该出光视角范围转移至其它视角范围，该光线阻挡装置是用以防止或降低该次视角光线射出至该背光模块外。

本发明中，其中该显示装置的亮度关系是满足下列方程式：

$L_1=W_1*(1-D_{1-\mathrm{total}}\%)+\underset{n=\mathrm{1,2,3}......}{\mathrm{\Σ}}{W}_n*D_{n-1}\%=\left[A\right]+\left[B\right]$

$L_2=W_2*(1-D_{2-\mathrm{total}}\%)+\underset{n=\mathrm{1,2,3}......}{\mathrm{\Σ}}{W}_n*D_{n-2}\%=\left[C\right]+\left[D\right]$

其中W₁＝B₁*T₁％，[A]＝W₁*(1-D_1-total％)，

W₂＝B₂*T₂％，[C]＝W₂*(1-D_2-total％)，

B₁为该背光模块提供至该第一视角范围的光强度；T₁％为该显示装置于该第一视角范围的液晶穿透率；W₁为该显示器于该第一视角范围的亮度；L₁为该显示装置于该第一视角范围的亮度；D_1-total％为该第一视角范围的光线绕射到各视角的总绕射效率；D_n-1％为第n视角范围绕射到该第一视角的绕射效率；B₂为该背光模块于该第二视角范围的光强度；T₂％为该显示装置于该第二视角范围的液晶穿透率；W₂为该显示器于该第二视角范围的亮度；L₂为该显示装置于该第二视角范围的亮度；D_2-total％为该第二视角范围的光线绕射到各视角的总绕射效率；D_n-2％为第n视角范围绕射到该第二视角的绕射效率；W_n为显示器第n视角的亮度。

本发明中，其中该背光模块所发出的光线包含对应至该第一视角范围的一主视角光线以及对应至该第二视角范围的一次视角光线，该次视角光线是对应至一出光视角范围，且0.3*[A]＜[B]，该显示装置更包含一光线转移装置或一光线阻挡装置，该光线转移装置是用以将该次视角光线从该出光视角范围转移至其它视角范围，该光线阻挡装置是用以防止或降低该次视角光线射出至该背光模块外。

本发明中，其中该背光模块所发出的光线包含对应至该第一视角范围的一主视角光线以及对应至该第二视角范围的一次视角光线，该次视角光线是对应至一出光视角范围，且[C]＞2*[D]，该显示装置更包含一光线转移装置或一光线阻挡装置，该光线转移装置是用以将该次视角光线从该出光视角范围转移至其它视角范围，该光线阻挡装置是用以防止或降低该次视角光线射出至该背光模块外。

本发明中，其中该显示器为一扭转向列型(Twisted Nematic；TN)液晶显示器或一超扭转向列型(Super Twisted Nematic；STN)液晶显示器。

本发明中，其中该显示器包含一上偏光板和一下偏光板，该上偏光板和该下偏光板分别具有45度和135度的偏光方向。

本发明中，其中该显示器包含一上偏光板和一下偏光板，该上偏光板和该下偏光板分别具有0度和90度的偏光方向。

本发明中，其中该显示器包含一液晶层，该液晶层包含复数个液晶分子，该些液晶分子的至少一者具有一预倾角，绕射光学组件包含至少一光栅，该至少一光栅的方向是垂直于将该液晶头的扭转角度两等分的一两等分线，并具有45度的容忍范围。

本发明中，其中该显示器包含：

一下偏光板；

一液晶层，设置于该下偏光板上；

一上偏光板，设置于该液晶层上且具有一偏光层；以及

一背光模块，设置于该下偏光板下，用以朝该下偏光板发射一光线；

其中，该绕射光学组件是设置于该上偏光板的该偏光层上。

本发明中，其中该偏光层是以聚乙烯醇(Poly Vinyl Alcohol；PVA)制成。

本发明中，其中该绕射光学组件为一光栅。

本发明中，其中该光栅的光栅周期介于0.15微米至1.3微米之间。

本发明中，其中该光栅的光栅周期介于0.26微米至0.78微米之间。

本发明中，其中该光栅的光栅周期介于0.29微米至1.13微米之间。

本发明中，其中该光栅为具有多方向或多周期的光栅。

本发明中，其中该光栅具有两相互垂直的方向。

本发明中，其中该光栅具有对称性绕射效果。

本发明中，其中该光栅为相位光栅。

本发明具有的有益效果：本发明所述的显示装置是将背光模块光线，透过光线转移装置由利用率较低的角度移至利用用率较高的角度，如此可达到能源节省的目的。

附图说明

图1是绘示扭转型(Twisted Nematic；TN)液晶显示器的液晶层的结构示意图。

图2是绘示根据本发明一实施例的显示装置的结构示意图。

图3a是绘示使用者于侧视角观察显示器的示意图。

图3b是绘示使用者于侧视角观察显示装置的示意图。

图4a是绘示现有技术加上视角补偿膜的TN显示器的左(右)视角与对比度的曲线关系图。

图4b是绘示显示装置(加上视角补偿膜的TN显示器)的视角与对比度的曲线关系图。

图5a是绘示根据本发明一实施例的显示装置的结构示意图。

图5b是绘示使用者于下视角来观察显示装置的示意图。

图5c是绘示现有技术加上视角补偿膜的TN显示器的上下视角与对比度的曲线关系图。

图5d是绘示显示装置(加上视角补偿膜的TN显示器)的视角与对比度的曲线关系图。

图6a是绘示现有技术加上视角补偿膜的TN显示器于下视角的各天顶角θ的伽玛曲线。

图6b是绘示加上视角补偿膜的TN显示装置下视角的各天顶角θ的伽玛曲线。

图6c是绘示现有技术显示装置在斜下视角315度的伽玛曲线。

图6d是绘示现有技术显示装置在斜下视角315度的色坐标x值与灰阶值的关系曲线。

图6e是绘示现有技术显示装置在斜下视角315度的色坐标y值与灰阶值的曲线关系。

图6f是绘示显示装置在斜下视角315度的伽玛曲线

图6g是绘示显示装置在斜下视角315度的色坐标x值与灰阶值的曲线关系。

图6h是绘示显示装置200在斜下视角315度的色坐标y值与灰阶值的曲线关系。

图7a是绘示根据本发明一实施例的显示装置的结构示意图。

图7b是绘示绕射光学组件的光栅方向与液晶扭转角度的关系示意图。

图8是绘示根据本发明一实施例的显示装置的结构示意图。

图9是绘示根据本发明一实施例的显示装置的结构示意图。

图10a是绘示根据本发明一实施例的显示装置的结构示意图。

图10b-10c是绘示目前一般背光模块的光线分布情形。

图11a是绘示背光模块在各视角上的光线强度。

图11b是绘示显示装置的左(右)视角与对比度的曲线关系图。

图12a是绘示根据本发明一实施例的显示装置的结构示意图。

图12b是绘示显示装置的下视角伽玛曲线。

图12c是绘示显示装置的上下视角对比度曲线。

图12d是绘示各种显示装置的对比度。

图12e是绘示现有技术加上视角补偿膜的TN显示器于上视角的伽玛曲线。

图12f是绘示显示装置的上视角的伽玛曲线。

图12g是绘示各种显示装置的上视角60度影像的白色亮态色偏情况。

图13是绘示根据本发明一实施例的显示装置的结构示意图。

【图号对照说明】

10：液晶显示器        12a：顶层液晶分子

14：上配向板          100：显示装置

120：绕射光学组件     200：显示装置

220：绕射光学组件     300：显示装置

320：绕射光学组件     400：显示装置

412：彩色滤光片       414：薄膜晶体管数组

416：背光模块         500：显示装置

512：液晶面板         520：绕射光学组件

600：显示装置         612：液晶面板

620：绕射光学组件     700：显示装置

712：液晶面板         720：绕射光学组件

800：显示装置         812：液晶面板

820：绕射光学组件     A：液晶扭转角度

D_gra：光栅方向        I₂：观察影像

I₄：观察影像          12：液晶层

12b：底层液晶分子     16：下配向板

110：显示器           210：显示器

310：显示器           322：光栅

411：上偏光板         413：液晶层

415：下偏光板         420：光学绕射组件

510：显示器           514：背光模块

610：显示器           614：背光模块

710：显示器           714：背光模块

810：显示器           814：背光模块

B：容忍范围           I₁：观察影像

I₃：观察影像          L：等分线

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

第一实施例

请参照图2，其是绘示根据本发明一实施例的显示装置100的结构示意图。显示装置100包含显示器110和绕射光学组件(DiffractiveOptical Element；DOE)120。显示器110可为液晶显示器、电浆显示器、有机发光二极管显示器及电子纸显示器或其它用来显示影像的显示器，而绕射光学组件120可为设置有光栅(例如相位光栅)的膜片，置放于显示器110的出光面，用以绕射显示器110所发出的光线。

在本实施例中，光线的出射方向是以球坐标系中的天顶角θ和方位角ψ来表示。例如，以绕射光学组件120的表面为X-Y平面，而正Z轴的方向则由绕射光学组件120向显示装置100外延伸，故显示装置100的视角可表示为(θ，ψ)。以右视角和左视角为例，其可分别以(α，0)和(β，180)来表示，其中0度≤α，β≤90度。类似地，上视角和下视角可分别表示为(γ，90)和(δ，270)，其中0度≤γ，δ≤90度。

另外，本实施例的光栅方向是以光栅结构上波峰(波谷)联机的方向来定义。广义而言，当入射光正射于光栅时会产生绕射，垂直于此绕射方向的方位亦可定义为光栅方向。

请同时参照图3a和图3b，图3a是绘示使用者于侧视角观察显示器110的示意图，图3b是绘示使用者于侧视角观察显示装置100的示意图。在本实施例中，显示器110为液晶显示器。假设显示器110的正视角为0度，斜视角最大范围为90度，显示器110会发生影像质量相对于正视角有改变的视角范围为天顶角θ介于90～10度。此即表示当使用者于超过10度的侧视角时来观察显示器110时，会发现显示器110的影像有对比度降低、灰阶反转、伽玛曲线变异或色偏等问题。当然，比较的基准未必是以正视角影像为基准，例如可依原设计中影像最佳化的角度为比较基准。

在以下的说明中，仅以改善30度左视角的影像质量来举例说明。例如，使用者在正视角(0度视角)所观察某特定范围(例如图中的车子)得到的观察影像为I₁(亦称为正视角影像I₁)，在左视角30度侧视角所观察该特定范围得到的观察影像为I₂(亦称为侧视角影像I₂)，由于光源经过液晶层所造成的相位延迟(phase retardation)不一样，使得正视角影像I₁和侧视角影像I₂中，位于相同位置的像素的色相(hue)、彩度(saturation)或明度(brightness)明显不同，造成显示器110的视角均匀性劣化。因此，本实施例利用绕射光学组件120来将构成正视角影像I₁的光线绕射至左视角30度，以利用正视角影像I₁的部份成份来补偿侧视角影像I₂。

值得注意的是，在本实施例中，当正视角影像I₁和侧视角影像I₂中，位于相同位置的像素的亮度的差值超过原本亮度(正视角影像I₁像素的亮度)的3％时，即视为明显不同。又，当正视角影像I₁和侧视角影像I₂中，位于相同位置的像素的色坐标的差值超过(正视角影像I₁像素的亮度)0.001时，亦视为明显不同。然而，在本发明的其它实施例中，这些阀值是可以根据使用者条件而变更的。另外。当正视角影像I₁和侧视角影像I₂的伽玛曲线分别对应的伽玛值(gamma value)的差值小于0.1时，则视为伽玛曲线发生变异。

如图3b所示，当使用者于30度左视角来观察显示装置100时，其所观察到的观察影像I₄(亦称为侧视角影像I₄)，会等于侧视角影像I₂未被绕射出去的分量加上正视角影像I₁于30度左视角的分量，即I₄＝JI₂+kI₁，其中J，k为小于1的正数。同时，由于构成正视角影像I₁的光线被绕射至侧视角，因此正视角影像I₁会转变成亮度较小的正视角影像I₃。

对于侧视角影像I₄而言，若正视角影像I₁于侧视角的分量(即kI₁)够强，而使得侧视角未被绕射出去的影像JI₂对侧视角影像I₄的贡献相对较小时，即可减少正视角影像I₃与侧视角影像I₄的影像差异，使得侧视角影像I₄的影像质量提升。值得注意的是，前述的影像差异是指位在影像I₃和I₄中相同位置的两像素的色相、彩度和明度的差异，而影像差异变小即代表显示装置的视角均匀性提高了。

值得一提的是，本实施例的正视角并非仅受限于0度的视角。由于在0度附近的视角范围内，使用者都能观察到良好的影像，因此前述的正视角亦可定义为0±10度的视角范围，所以受到补偿的视角也不仅只有30度的侧视角而已。

在绕射机制中，当光栅周期固定的情况下，入射光的波长越短，其绕射角越小。故，当考虑可见光范围(以波长为450奈米(nm)/550奈米/650奈米的蓝光/绿光/红光为代表)的影像绕射计算时，以波长等于450奈米的情况下来推估可得较具代表性的边界情况。

在本实施例中，就波长等于450奈米的光而言，当绕射光学组件120上的光栅周期设计为1.3微米(um)以下时，右视角10度的光(假定影像质量较好的光在0±10度的范围内，故右视角10度为一边界)就能绕射至左视角至少10度以上，以有效进行补偿。假使绕射到左视角10度以下，因尚在影像质量佳的范围内，意义就不大了。一般而言，光栅的一阶绕射效率较高，二阶绕射效率偏低但仍有些贡献，故当一阶绕射角设计在较小的角度时，大视角可用二阶绕射来补偿，或是可设计多周期的光栅，亦是解决大视角影像质量不佳的方法。

上述提到，为了使正视角的影像质量佳的光线(例如正视角范围内的光线)能绕射到较大的视角范围内，在本发明的其它实施例中，亦可利用二阶绕射、三阶绕射等来对多个侧视角范围进行补偿。例如，一般使用者从侧视角观察显示器时，天顶角θ为80度大概是个极限了，当绕射光学组件120上的光栅周期被设计为0.15微米时，即可让波长450奈米的正视角光线的二阶绕射至少达到80度的视角范围，此时一阶绕射约略在θ＝71度。再者，本发明也不受限于仅对侧视角进行补偿。在本发明的其它实施例中，亦可将正视角的光线绕射至上视角、下视角或斜方向的视角，以解决其影像质量问题。只是此时光栅的方向需跟着欲改善的方位角ψ来改变。并且，若是需针对多个方位角ψ的视角范围来进行改善，则光栅方向可设计为多方向。例如，如在第五图中将说明的绕射光学组件，其可为单层结构(单层上作多方向光栅)或是多层结构(多层单层结构迭合)。

针对使用于户外广告牌等等特别重视下视角影像，而不重视正视角影像的显示装置，则除了改善下视角色彩之外，还可将正视角的亮度尽量移至侧视角来使用。在此情况下显示装置本身虽非视角均匀系统，但就特殊用途而言有很大的效果。

由上述说明可知，本实施例的绕射光学组件120的光栅周期是介于0.15～1.3微米之间，如此可对应改善各侧视角的影像质量问题。又，一般良好影像光范围约0±10度，而30度以上是较明显影像质量劣化的范围，而观察者大部份侧视范围，约在60度内，故希望正视光的一阶绕射可落于天顶角θ为30～60度间，其它外围视角则利用二阶绕射或0±10度范围内的光绕射来补偿，此时光栅周期较佳可为0.26～0.78微米。若较不在乎大角度(＞60度)的影像补偿，只希望10度视角的影像光的一阶绕射能落在天顶角θ为30～60度间的话，光栅周期较佳可为0.29～1.13微米。一般而言，绕射光学组件120设计成对称性结构为最常见的情况，亦即绕射光学组件120为可进行对称性绕射的组件，即可同时对两个对称的视角范围，例如对左视角30度和右视角30度的侧视角进行补偿。但，绕射光学组件120也可设计成非对称型结构，以利进行单方位角补偿，利用闪耀光栅(blaze grating)即是一例。此外，不同方向的绕射效率也可依光栅的结构来设计。

请同时参照图4a和图4b，图4a是绘示现有技术加上视角补偿膜的TN显示器的左(右)视角与对比度的曲线关系图，图4b是绘示显示装置100(加上视角补偿膜的TN显示器)的视角与对比度的曲线关系图，其中显示装置100的光学绕射组件的光栅的“主要”方向在方位角ψ为90-270度的方向(以X-Y平面来看)。由图4a可看出，现有技术显示器的对比度在左视角25度的时候，下降到正视角对比度的一半，也就是说现有技术显示器的对比度半高宽为25度。反观本实施例的显示装置100，由图4b可看出对比度在左视角35度的时候，是正视角对比度的一半，即显示装置100的对比度半高宽为35度。由于显示装置100的对比度半高宽大于现有技术显示装置的半高宽，显示装置100在侧视角的对比度具有很大程度的改善。又，现有技术显示器的对比度在左、右视角60度以上时，会发生对比度实质小于10的现象，故也可对左、右视角25度来进行补偿。

第二实施例

请参照图5a，其是绘示根据本发明一实施例的显示装置200的结构示意图。显示装置200是类似于显示装置100，不同之处在于，显示装置200的绕射光学组件220上，设置有光栅，其与绕射光学组件120的光栅是不同方向的。在本实施例中，绕射光学组件220的主要光栅方向是0-180度，以补偿显示器210的下视角和/或上视角影像。一般而言，使用者大多不会从下视角来观察显示装置。然而，对于特殊用途的显示装置而言，例如大型户外广告牌、卖场展示架上的展示机、平版计算机(Tablet personal computer)，使用者则多以下视角来观察显示装置。以TN型液晶显示器为例，下视角却有严重的灰阶反转现象。

请参照图5b，其是绘示使用者于下视角来观察显示装置200的示意图，其中以正视角为0度，上视角和下视角的(θ，ψ)分别为(γ，90)和(δ，270)，其中0度≤γ，δ≤90度(在此因为搭配图式说明的关系，重新定义天顶角0°≤θ≤180，当θ≥0°时为上视角，当θ≤0°时为下视角)。以加上广视角补偿膜的TN显示器为例，其下视角开始发生灰阶反转的角度为-25度(下视角25度)，而对比度降到10以下的视角为-75度(下视角75度)以上的视角(即更负的角度)。因此，本实施例的绕射光学组件220可被设计来对视角-25度或-75度的影像进行补偿，或是同时利用一阶绕射和高阶绕射、或是多周期光栅来对下视角25度或75度的影像进行补偿。

另外，在本发明其它实施例中，亦可针对下视角15度以上的视角来进行补偿。此是因下视角的对比度半高宽为15度，请参考图5c。又，上视角的对比度半高宽为10度，故亦可对上视角10度以上进行补偿。

请同时参照图5c和图5d，图5c是绘示现有技术加上视角补偿膜的TN显示器的上下视角与对比度的曲线关系图，图5d是绘示显示装置200(加上视角补偿膜的TN显示器)的视角与对比度的曲线关系图。由图5c和图5d可看出，显示装置200的对比度半高宽比现有技术显示器的对比度半高宽还要宽。

另外，值得一提的是，TN显示器在上视角35度时也会开始有灰阶反转现象，上视角65度以上的对比也会降到10以下，因此绕射光学组件220可包含有针对垂直视角-25度、-75度和+35、+65度进行补偿的光栅。这些针对各视角进行绕射的光栅设计可个别形成于多张膜片上，亦可同时形成于一张膜片上。

请同时参照图6a和图6b，图6a是绘示现有技术加上视角补偿膜的TN显示器于下视角的各天顶角θ的液晶穿透亮度与灰阶的曲线关系图(即各天顶角θ的伽玛曲线)，图6b是绘示加上视角补偿膜的TN显示装置200下视角的各天顶角θ的伽玛曲线。由图6a可看出，现有技术显示器的灰阶反转程度严重，且伽玛曲线变异很大(其中，有一部份变异来自于大视角的中灰阶穿透率偏低)，尤其在越大天顶角θ时。反观本实施例的显示装置200，由图6b可看出显示装置200已无灰阶反转的现象，且伽玛曲线变异亦改善许多。

另外，由上面的实施例可看出，其实TN的左右视角与上下视角因解决的问题及角度不一样，故在多方向多周期的光栅设计时，考虑可分开来设计。再者，除了可用多方向光栅来改善多方位角的侧视角影像质量外，因为背光模块光源并非完全准直性光源，故斜视光源对非垂直于光栅方向，也会有贡献。

请参照图6c-6e，图6c是绘示现有技术显示装置在斜下视角315度红色的伽玛曲线，图6d是绘示现有技术显示装置在斜下视角315度的红色色坐标x值与灰阶值的关系曲线，图6e是绘示现有技术显示装置在斜下视角315度的红色色坐标y值与灰阶值的曲线关系。由第6c-6e图，可看出在斜下视角315度的影像质量与正视角的影像质量相差甚远。

请再参照图6f-6h，第6f图是绘示显示装置200在斜下视角315度红色的伽玛曲线，图6g是绘示显示装置200在斜下视角315度的红色色坐标x值与灰阶值的曲线关系，图6h是绘示显示装置200在斜下视角315度的红色色坐标y值与灰阶值的曲线关系。由第6f-6h图，可看出显示装置200在斜下视角315度的影像质量与正视角的影像质量较第6c-6e图改善许多，此是因背光模块光源并非完全准直性光源，故斜视光源对非垂直于光栅方向，也会有贡献的缘故。

另外，若显示装置200的绕射光学组件220具有多方向的光栅，例如具有互相垂直的光栅(例如0度与90度)，则绕射光学组件220在右上视角(方位角ψ介于0度到90度)45度和左上视角(方位角ψ介于90度到180度)135度以及左下视角(方位角ψ介于180度到270度)和右下视角(方位角ψ介于270度到360度)，即非垂直于光栅方向的范围，都会有优良的补偿效果。

第三实施例

请同时参照图7a和图7b，图7a是绘示根据本发明一实施例的显示装置300的结构示意图，图7b是绘示绕射光学组件320的光栅方向与液晶扭转角度的关系示意图。显示装置300包含显示器310和绕射光学组件320，其中显示装置300是类似于显示装置100，但显示器310为TN或STN液晶显示器，且其液晶的扭转角度不限于90度或可为STN液晶显示器。绕射光学组件320包含有光栅322，其方向是垂直于将液晶扭转角度(从底层液晶分子的头端，经由中间层液晶连续地扭转至上层液晶分子的尾端)两等分的等分线。例如，在本实施例中，显示器310靠近背光的配向板上的配向方向(在此配向方法以刷磨式(rubbing)配向为代表)为315度，而另一侧配向板的rubbing方向为45度，所以液晶头是从底层液晶分子的头端315度，经由中间层液晶连续地扭转至上层液晶分子的尾端225度，因此液晶扭转角度A的两等分线L是对准270度的方向，而光栅方向D_gra则为方位角ψ等于0度或180度的方向，或称ψ为0度-180度的方向。

又例如，在本发明的其它实施例中，当显示器310的靠近背光的配向板上的配向方向于270度，而另一侧配向板的配向方向于0度时，液晶扭转角度的两等分线是对准225度，因此光栅322的方向为ψ等于135度-315度的方向。

另外，光栅方向D_gra可以有±45度的容忍范围B，例如光栅方向D_gra为0度或180度时，实际上可设计为315度～45度或135度～225度之间。

由于液晶分子的预倾角会使得液晶显示器的使用者观察到质量不佳的影像，因此本实施例的绕射光学组件220的光栅方向是根据液晶扭转角度来决定，如此可针对影像质量不佳的视角方向来进行改善。

值得一提的是，对于TN或STN液晶显示器而言，若偏光板的偏光方向分别为0度和90度时，使用者会在左视角或右视角发现严重的灰阶反转现象(端看A角是介于180度到270度或是270度到360度)，使得左右视角明显不对称，造成TN液晶显示器无法采用具有0度和90度偏光方向的偏光板。然而，在本实施例中，由于绕射光学组件320的光栅方向是随着液晶扭转角度来调整，因此即便液晶显示器310采用具有0度和90度偏光方向的偏光板时，使用者在左视角和右视角所看到的视角不对称现象可以大幅地改善，使得左右视角的对称性为人眼所接受，进而使得TN或STN液晶显示器可以采用0度和90度偏光方向的偏光板，以达到节省偏光板或补偿膜成本的功效。

第四实施例

请参照图8，其是绘示根据本发明一实施例的显示装置400的结构示意图。显示装置400是类似于显示装置100，但显示装置400的绕射光学组件420是设置于液晶显示器410的上偏光板411上。如图8所示，液晶显示器410包含上偏光板411、彩色滤光片412、液晶层413、薄膜晶体管数组414、下偏光板415以及背光模块416。偏光板411上设置有光学绕射组件420。在本实施例中，光学绕射组件420为设置有多道光栅(多方向和/或多周期)的膜片，并利用黏胶贴附的方式来设置于偏光板411上。在本发明的其它实施例中，亦可使用机构卡合或其它方式来将光学绕射组件420设置于偏光板411上。

值得注意的是，一般的偏光板大多具有一层偏光层，其是以聚乙烯醇(Poly Vinyl Alcohol；PVA)为最常使用的材料，而绕射光学组件420只需设置在此偏光层外即可。

第五实施例

请参照图9，其是绘示根据本发明一实施例的显示装置500的结构示意图。显示装置500包含显示器510和绕射光学组件520。显示器510为TN液晶显示器，且包含有液晶面板512和背光模块514。显示装置500是类似于显示装置100，但不同之处在于显示器510的背光模块514可提供准直性光源。

在显示装置500中，正视角的光线被绕射到侧视角，以补偿侧视角的光线，但侧视角的光线也可能因此而干扰正视角的光线，造成正视角影像质量的劣化。因此本实施例的显示装置500采用可提供准直性光源的背光模块514，此背光模块514不会对显示装置500的侧视角有任何光线的贡献，而使得显示器510几乎没有侧视角光线，如此正视角影像便不会受到干扰，同时侧视角影像的质量也可因侧视角光线的弱化而变得更好。

另外，值得一提的是，若绕射光学组件520具有非互相平行的光栅(例如0度与90度)，则绕射光学组件520在在右上视角(方位角ψ介于0度到90度)45度和左上视角(方位角ψ介于90度到180度)135度以及左下视角(方位角ψ介于180度到270度)和斜右下视角(方位角ψ介于270度到360度)，即非垂直于光栅方向的范围，都会有优良的补偿效果。

第六实施例

请参照图10a，其是绘示根据本发明一实施例的显示装置600的结构示意图。显示装置600包含显示器610和绕射光学组件620。显示器610为TN液晶显示器，且包含有液晶面板612和背光模块614。显示装置600是类似于显示装置500，但显示器610的背光模块614所提供的光线较不准直。

在显示装置500中，显示器510的背光模块514为准直性光源，因此显示器510几乎没有侧视角光线。然而，若要将光线做得非常准直，就必须花费不少的成本。因此本实施例采用了背光模块614，其所提供的光线较背光模块514不准直，但显示装置600的视角均匀性也能较使用一般光源的情况下改善很多。

目前一般的背光模块的光线分布情形是如第10b图和第10c图所示，其中第10b图是对应至一现有技术背光模块，其仅包含一张用以集中上下视角光线的棱镜片，而第10c图是对应至另一现有技术背光模块，其包含用以集中上下视角及左右视角光线的两张棱镜片。由第10b图和第10c图可看出，两张棱镜片的背光模块的光线准直性较一张棱镜片的背光模块来得好，但两者在大角度上仍有一定程度的光线存在。

请参照图11a，其是绘示背光模块614在各视角上的光线强度，其中正视角为0度，左视角和右视角分别为+90度和-90度。在前面的实施例中，可知光栅周期落在0.15～1.3微米间。取一边界条件，假设绕射光学组件620上的光栅周期为1.3微米时，正视角的一阶绕射可补偿25度的侧视角，利用二阶绕射则可补偿58度的侧视角。然而，对应至25度或58度以上的某侧视角的光线也可能绕射至正视角而影响到正视角的影像质量，故仅提供25度以下(0～25度)的背光给液晶面板612时，可提高正视角的影像质量；若提供58度以下(0～58度)的背光给液晶面板612时，正视角的影像质量虽不若前述好，但仍会有改善，此是因为利用二阶绕射来绕射至主视角范围的光线不见了。在本实施例中，背光模块614仅提供25度以下(0～25度)的光线给液晶面板612(在本实施例中，仅提供垂直方向准直性光源，水平方向不特别提供)，如此25度以上之侧视角便几乎没有光线绕射至正视角。值得注意的是，虽然图11a所绘示的背光模块光形在25度以上仍有些微光线，但相较于原本的光形，足可大幅改善影像质量，也就是说在这些不欲有背光的方向上，只要背光亮度较原来为低，就能对正视角的影像质量有所改善。

值得一提的是，本实施例中，是在现有技术背光模块上设置光线阻挡装置，例如视差屏栅式(Barrier)光学膜，来遮住斜方向视角的光线，以使背光模块的出光角度达到前述实施例所需的出光角度条件，但在本发明其它实施例中，亦可使用其它方式来制造所需的背光模块。例如，将光线反射板此类的光线转移装置设置于背光模块上，以将光线转移至需要出光的角度范围内。

请参照图11b，其是绘示显示装置600的左(右)视角与对比度的曲线关系图。由图11b可看出，显示装置600的正视角对比约1150，而对比度半高宽约40～45度。因此，即便本案的背光模块614并非完全准直的光线，显示装置600的对比度及视角仍比显示装置100上升不少，可与图4b比较得知上述结果。

值得注意的是，上述说明只是大略的提供关于较不准直的光源如何改善影像质量的条件，因为以正视角而言，当固定光栅周期的情况下，若其一阶与二阶绕射角分别为κ及ξ，则实际上斜视角为κ的影像的一阶绕射并不会绕射到正视角，斜视角为ξ的影像的二阶绕射并不会绕射到正视角，而是某大于κ角度及某大于ξ角度的斜视角影像的一/二阶绕射才会绕射到正视角，但诚如上述说明，只要提供κ(ξ)角度以下的准直性光，即可改善正视角的影像质量。

由以上说明可知，实际上，当某一侧视角的绕射会影响到正视角的影像质量时，背光模块则提供此角度值以下的光线至面板，即可减低正视光学的恶化。换言之，以主视角范围的光线来说，如果背光模块所提供一光线是对应至主视角范围(0±10度)且具有多阶的绕射角度(例如一阶绕射角度、二阶绕射角度、三阶绕射角度等)时，此背光模块不会提供第N阶绕射角度以上的光线，其中N为正整数。然而，以其它视角范围的光线来说，背光模块不会提供其N阶绕射会绕射至主视角范围内的光线。

一般而言，一阶绕射与二阶绕射的绕射效率远大于其它高阶绕射效率。当绕射光学组件的光栅周期大于0.9微米时，存在某一侧视角度的光线，其二阶绕射会影响到正视角的影像质量；若绕射光学组件的光栅周期大于0.45微米时，存在某一侧视角度的光线其一阶绕射会影响到正视角的影像质量。故当某一侧视角的一阶或二阶绕射会影响到正视角的影像质量时，若背光模块只提供小于(不包含)此一阶绕射角度的光线至面板，即可大幅增进正视角范围的光学质量；或是背光模块减少提供此一阶绕射角度以上(包含此角度)的光线至面板，即可增进正视角范围的光学质量；或是背光模块减少或移除提供此一阶绕射角度范围(或二阶绕射角度范围)以内光线至面板，即可增进正视角范围的光学质量，其中所减少或移除的角度范围是根据主视角的范围来决定，例如，在本实施例中，主视角范围为0±10度，则背光模块所减少或移除的一阶绕射角度范围约略等于一阶绕射角度值±10度，当然也可详细计算那些角度的背光会绕射到主视角，就把这些方向的背光减少或移除。又，以一阶绕射的影响来改善背光的设计时，对正视角的光学质量改善最甚。

值得一提的是，上述情况是以正视角(天顶角θ等于0度)为改善目标来考虑背光模块光型的设计，若以其它视角(比如说某些显示器并非对正视角最佳化，而是对其他视角最佳化)，来考虑时，也可依上述情况类推背光模块的设计，以增进主要视角的影像质量。又，当改善目标非单一视角，而是一主视角范围时(例如天顶角为0±10度的正视角范围时)，凡某些视角的绕射光，尤其是其一阶或二阶绕射会落在此主视角范围时，背光源在此些视角的亮度应移除或者降低，如此即可增进主视角范围的影像质量。

另外，值得一提的是，由于现行的背光模块大多提供多方向的均匀光线，因此为了使现行背光模块能仅提供某个角度以下的光线，可利用视差屏栅式光学膜来限制光的出射方向，或是利用背光模块的结构设计将其它角度(不需要背光模块光线的角度)的光线反射至所需的角度，以提高背光的利用率。

第七实施例

请参照图12a，其是绘示根据本发明一实施例的显示装置700的结构示意图。显示装置700包含显示器710和绕射光学组件720。显示器710为TN液晶显示器，且包含有液晶面板712和背光模块714。显示装置700是类似于显示装置600，不同之处在于，显示装置700的绕射光学组件720上，设置有光栅，其与绕射光学组件620的光栅是不同方向的。在本实施例中，绕射光学组件720的主要光栅方向是0～180度，以补偿显示器710的下视角影像。

由第六实施例的说明可知，限制背光模块的出光方向或降低背光模块在某视角(其绕射光会影响主视角光学质量)上的亮度，可以增加主视角的对比度。类似地，上下视角的对比度也可用此方法来改善。除此之外，采用此方法的另一目的是，从图6a可看出，下视角的大视角亮度在中间灰阶明显偏低，也就是光利用率事实上是不高的，因此可把此部份的光拿至其它视角(例如正视角)来利用的话，可得节能之效，且增加整体的光学质量。

请同时参照图12b、第12c和图12d，图12b是绘示显示装置700的下视角伽玛曲线；第12c是绘示显示装置700的上下视角对比度曲线；图12d是绘示各种显示装置的对比度。由图12b、第12c和图12d可看出不仅显示装置700的灰阶反转现象消失了，而且斜视角与正视角的伽玛曲线也越加接近。与显示装置200相较之下，显示装置700的影像质量更为优良，而中心对比值亦提高许多，且半高宽扩增至正负40度。

接着，考虑显示装置700的上视角影像质量。请同时参照第12e和图12f，图12e是绘示现有技术加上视角补偿膜的TN显示器于上视角的伽玛曲线，图12f是绘示显示装置700的上视角的伽玛曲线。由图12e可看出，除了上述对比、灰阶反转的问题外，伽玛曲线的变异来自于大视角之中灰阶时穿透亮度偏高，也就是说当显示器搭配绕射光学组件时，人眼在这些方向上事实上不需要如此高的亮度，于是降低或移除此方向上的背光模块的光强度，不只对光学质量能有所改善，另外若把此部份的光线挪至其它影像质量较好的视角(ex：正视角)，更可达到节能或增加亮度的功效。如图12f所示，显示装置700的伽玛曲线都非常接近。

请参照图12g，其是绘示各种显示装置的上视角60度影像的白色亮态色偏情况。由图5 e可看出，当显示装置的背光模块的光线准直性越高，其色偏情况越来越不明显，也就是侧视与正视的色度点越相近。

第八实施例

请参照图13，其是绘示根据本发明一实施例的显示装置800的结构示意图。显示装置800包含显示器810和绕射光学组件820。显示器810为TN液晶显示器，且包含有液晶面板812和背光模块814。显示装置800是类似于显示装置600，即显示器810的背光模块814亦提供较不准直的光线，不同之处于，在本实施例的背光模块814所提供的光线是根据显示装置800的主视角和次视角的亮度关系来决定。若考虑第1视角、第2视角、第3视角......第n视角、其中可包含全视角上各视角之间加上光栅的相互绕射影响。假设在第1视角(主视角)上、背光模块光强为B₁；液晶模块的穿透率为T₁％；未加上光栅前的亮度为W₁；加上光栅后的亮度为L₁；因加上光栅而绕射到各视角的总绕射效率D_1-total％；第n视角绕射到第1视角的绕射效率为D_n-1％。又，假设在第2视角(次视角)上，背光模块光强为B₂；液晶模块的穿透率为T₂％；未加上光栅前的亮度为W₂；加上光栅后的亮度为L₂；因加上光栅而绕射到各视角的总绕射效率D_2-total％；第n视角绕射到第2视角的绕射效率为D_n-2％。其中，第n视角不加光栅前的亮度为W_n，则加上光栅后主视角及次视角的亮度满足下列关系：

$L_1=W_1*(1-D_{1-\mathrm{total}}\%)+\underset{n=\mathrm{1,2,3}......}{\mathrm{\Σ}}{W}_n*D_{n-1}\%=\left[A\right]+\left[B\right]$

$L_2=W_2*(1-D_{2-\mathrm{total}}\%)+\underset{n=\mathrm{1,2,3}......}{\mathrm{\Σ}}{W}_n*D_{n-2}\%=\left[C\right]+\left[D\right]$

其中W₁＝B₁*T₁％，[A]＝W₁*(1-D_1-total％)，

W₂＝B₂*T₂％，[C]＝W₂*(1-D_2-total％)，

(1)例如，对以正视角为主视角时，若某一侧视角(次视角)的亮度小于正视角亮度的0.3倍时(W₂＜0.3*W₁)，代表他视角对于此视角的绕射分量已有机会大于本身的亮度，则可使背光模块移除或降低对应此侧视角的光线，并将其拿到正视角使用。又例如(2)以正视角为主视角时，若某一侧视角(次视角)的亮度大于正视角亮度的1.1倍时(W₂＞1.1*W₁)，代表正视角对于此侧视角的绕射贡献可能不足，则则可使背光模块移除或降低对应此侧视角的光，并将其拿到正视角使用。(3)例如，以正视角为主视角时，若某一侧视角(次视角)的液晶层穿透率小于正视角的液晶层穿透率的0.7倍时(T₂＜0.7*T₁)，代表此视角的背光利用率低，则可使背光模块移除或降低对应此侧视角的光线，并将其拿到正视角使用。(4)例如，以正视角为主视角时，若某一侧视角(次视角)的液晶层穿透率大于正视角的液晶层穿透率的1.1倍时(T₂＞1.1*T₁)，代表正视角对于此侧视角的绕射贡献可能不足，则可使背光模块移除或降低对应此侧视角的光线，并将其拿到正视角使用。(5)以上不限定主视角一定是正视角，可为一原本对显示器最佳化的视角(6)参考第(i)式，若0.3*[A]＜[B]，表示对主视角而言，其它视角对主视角的绕射贡献过大，尤其当其它视角的影像质量不佳时，会大幅低主视角的影像质量，此时，对主视角方向而言的准直性背光设计就很重要，可使背光模块移除或降低次视角的光线，并将其拿到主视角使用。(7)参考第(ii)式，若[C]＞2*[D]，表示对次视角而言，其它视角(特别是主视角或影像质量较佳的视角)对次视角的绕射贡献过小，对于改善次视角影像质量有限，为了提高次视角影像质量，可使背光模块移除或降低对应此次视角的光线，并将其拿到主视角使用。(8)以上不限定在那一灰阶，端看设计者欲改良的灰阶为何(9)符合上述条件的背光模块，可以利用背光模块结构在该些视角方向上的背光亮度完全消除或参考前二公式来设计欲保留的背光强度比例。值得注意的是，光线转移装置不受限于将背光模块的次视角光线转移至主视角，只要能次视角光线从原本的出光视角移走，也可改善影像质量。

由以上说明可知，本实施例的显示装置700是将背光模块光线，透过光线转移装置由利用率较低的角度移至利用用率较高的角度，如此可达到能源节省的目的。

综上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (44)

1.一种显示装置，其特征在于，包含：

一显示器，用以显示一影像，其中当一使用者于一第一视角范围观察该影像时，可观察到一第一观察影像，而当该使用者于一第二视角范围观察该影像时，可观察到一第二观察影像；以及

一绕射光学组件，设置于该显示器的出光方向上，用以将构成该第一观察影像的光线绕射至该第二视角范围，以使该第一观察影像转变为一第三观察影像，同时使该第二观察影像转变为一第四观察影像。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该第一视角范围为0±10度。

3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该第一观察影像包含一第一观察像素，该第二观察影像包含一第二观察像素，该第一观察像素位于该第一观察影像的位置是与该第二观察像素位于该第二观察影像的位置相同，且该第一观察像素的色相、彩度或明度是与该第二观察像素不同。

4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该第三影像包含复数个第一观察像素，该第四影像包含复数个第二观察像素，该些第一观察像素位于该第一观察影像的位置是与该些第二观察像素位于该第二观察影像的位置相同，且该些第一观察像素的色相、彩度或明度是与该些第二观察像素实质相同。

5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该显示器于该第二视角范围内会发生灰阶反转现象。

6.如权利要求5所述的显示装置，其特征在于，其中该第二视角范围为下视角25度以上的范围或上视角35度以上的范围。

7.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该显示器于该第二视角范围内会发生对比度实质小于10的现象。

8.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，其中该第二视角范围为下视角75度以上的范围、上视角65度以上的范围、左视角60度以上的范围或右视角60度以上的范围。

9.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该显示器于该第二视角范围内的对比度是小于该显示器于该第一视角范围内的对比度。

10.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该显示器于该第二视角范围内的对比度为该显示器于该第一视角范围内的对比度的一半以下。

11.如权利要求10所述的显示装置，其特征在于，其中该第二视角范围为左视角25度以上的范围、右视角25度以上的范围、下视角15度以上的范围、或上视角10度以上的范围。

12.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该显示器具有对应该第一视角范围的一第一伽玛曲线以及对应该第二视角范围的一第二伽玛曲线，该第一伽玛曲线是与该第二伽玛曲线不同。

13.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该显示器为一液晶显示器。

14.如权利要求13所述的显示装置，其特征在于，其中该液晶显示器包含一背光模块。

15.如权利要求14所述的显示装置，其特征在于，其中该背光模块是用以发出准直光线。

16.如权利要求14所述的显示装置，其特征在于，其中当该背光模块所提供的一第一视角光线具有多阶的绕射角度时，该背光模块不提供一干扰光线，该干扰光线为第N阶绕射角度以上的光线，其中该第一视角光线是对应至该第一视角范围，N为正整数。

17.如权利要求16所述的显示装置，其特征在于，其中N为1或2。

18.如权利要求14所述的显示装置，其特征在于，该背光模块不提供一干扰光线，其中该干扰光线为25度以上或58度以上的光线。

19.如权利要求14所述的显示装置，其特征在于，其中该背光模块不提供一干扰光线，该干扰光线的一N阶绕射会绕射至该第一视角范围内，其中N为正整数。

20.如权利要求19所述的显示装置，其特征在于，其中N为1或2。

21.如权利要求14所述的显示装置，其特征在于，其中当该第一视角范围为一正视角范围，且该绕射光学组件的一光栅周期大于0.9微米时，该背光模块不提供一干扰光线，其中该干扰光线的一一阶绕射光线或一二阶绕射光线会绕射至该正视角范围内。

22.如权利要求1 4所述的显示装置，其特征在于，其中当该第一视角范围为一正视角范围，且该绕射光学组件的一光栅周期大于0.45微米时，该背光模块不提供一干扰光线，其中该干扰光线的一阶绕射会绕射至该正视角内。

23.如权利要求16、17、18、19、20、21或22所述的显示装置，其特征在于，其中该干扰光线是对应至一出光视角范围，背光模块包含一光线转移装置，用以将该干扰光线从该出光视角转移至其它视角范围内。

24.如权利要求14所述的显示装置，其特征在于，其中该背光模块是用以发出一光线，该光线包含对应至该第一视角范围的一主视角光线以及对应至该第二视角范围的一次视角光线，该次视角光线是对应至一出光视角范围，该次视角光线的亮度小于该主视角光线的亮度的0.3倍，该显示装置更包含一光线转移装置或一光线阻挡装置，该光线转移装置是用以将该次视角光线从该出光视角范围转移至其它视角范围，该光线阻挡装置是用以防止或降低该次视角光线射出至该背光模块外。

25.如权利要求14所述的显示装置，其特征在于，其中该背光模块是用以发出一光线，该光线包含对应至该第一视角范围的一主视角光线以及对应至该第二视角范围的一次视角光线，该次视角光线是对应至一出光视角范围，该主视角光线的亮度小于该次视角光线的亮度的1.1倍，该显示装置更包含一光线转移装置或一光线阻挡装置，该光线转移装置是用以将该次视角光线从该出光视角范围转移至其它视角范围，该光线阻挡装置是用以防止或降低该次视角光线射出至该背光模块外。

26.如权利要求14所述的显示装置，其特征在于，其中该背光模块是用以发出一光线，该光线包含对应至该第一视角范围的一主视角光线以及对应至该第二视角范围的一次视角光线，该次视角光线是对应至一出光视角范围，该显示器具有对应至该第一视角范围的一主视角液晶穿透率以及对应至该第二视角范围的一次视角液晶穿透率，且该次视角液晶穿透率小于该主视角液晶穿透率的0.7倍，该显示装置更包含一光线转移装置或一光线阻挡装置，该光线转移装置是用以将该次视角光线从该出光视角范围转移至其它视角范围，该光线阻挡装置是用以防止或降低该次视角光线射出至该背光模块外。

27.如权利要求14所述的显示装置，其特征在于，其中该背光模块是用以发出一光线，该光线包含对应至该第一视角范围的一主视角光线以及对应至该第二视角范围的一次视角光线，该次视角光线是对应至一出光视角范围，该显示器具有对应至该第一视角范围的一主视角液晶穿透率以及对应至该第二视角范围的一次视角液晶穿透率，且该次视角液晶穿透率大于该主视角液晶穿透率的1.1倍，该显示装置更包含一光线转移装置或一光线阻挡装置，该光线转移装置是用以将该次视角光线从该出光视角范围转移至其它视角范围，该光线阻挡装置是用以防止或降低该次视角光线射出至该背光模块外。

28.如权利要求14所述的显示装置，其特征在于，其中该显示装置的亮度关系是满足下列方程式：

$L_1=W_1*(1-D_{1-\mathrm{total}}\%)+\underset{n=\mathrm{1,2,3}......}{\mathrm{\Σ}}{W}_n*D_{n-1}\%=\left[A\right]+\left[B\right]$

$L_2=W_2*(1-D_{2-\mathrm{total}}\%)+\underset{n=\mathrm{1,2,3}......}{\mathrm{\Σ}}{W}_n*D_{n-2}\%=\left[C\right]+\left[D\right]$

其中W₁＝B₁*T₁％，[A]＝W₁*(1-D_1-total％)，

W₂＝B₂*T₂％，[C]＝W₂*(1-D_2-total％)，

B₁为该背光模块提供至该第一视角范围的光强度；T₁％为该显示装置于该第一视角范围的液晶穿透率；W₁为该显示器于该第一视角范围的亮度；L₁为该显示装置于该第一视角范围的亮度；D_1-total％为该第一视角范围的光线绕射到各视角的总绕射效率；D_n-1％为第n视角范围绕射到该第一视角的绕射效率；B₂为该背光模块于该第二视角范围的光强度；T₂％为该显示装置于该第二视角范围的液晶穿透率；W₂为该显示器于该第二视角范围的亮度；L₂为该显示装置于该第二视角范围的亮度；D_2-total％为该第二视角范围的光线绕射到各视角的总绕射效率；D_n-2％为第n视角范围绕射到该第二视角的绕射效率；W_n为显示器第n视角的亮度。

29.如权利要求28所述的显示装置，其特征在于，其中该背光模块所发出的光线包含对应至该第一视角范围的一主视角光线以及对应至该第二视角范围的一次视角光线，该次视角光线是对应至一出光视角范围，且0.3*[A]＜[B]，该显示装置更包含一光线转移装置或一光线阻挡装置，该光线转移装置是用以将该次视角光线从该出光视角范围转移至其它视角范围，该光线阻挡装置是用以防止或降低该次视角光线射出至该背光模块外。

30.如权利要求28所述的显示装置，其特征在于，其中该背光模块所发出的光线包含对应至该第一视角范围的一主视角光线以及对应至该第二视角范围的一次视角光线，该次视角光线是对应至一出光视角范围，且[C]＞2*[D]，该显示装置更包含一光线转移装置或一光线阻挡装置，该光线转移装置是用以将该次视角光线从该出光视角范围转移至其它视角范围，该光线阻挡装置是用以防止或降低该次视角光线射出至该背光模块外。

31.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该显示器为一扭转向列型液晶显示器或一超扭转向列型液晶显示器。

32.如权利要求31所述的显示装置，其特征在于，其中该显示器包含一上偏光板和一下偏光板，该上偏光板和该下偏光板分别具有45度和135度的偏光方向。

33.如权利要求31所述的显示装置，其特征在于，其中该显示器包含一上偏光板和一下偏光板，该上偏光板和该下偏光板分别具有0度和90度的偏光方向。

34.如权利要求31所述的显示装置，其特征在于，其中该显示器包含一液晶层，该液晶层包含复数个液晶分子，该些液晶分子的至少一者具有一预倾角，绕射光学组件包含至少一光栅，该至少一光栅的方向是垂直于将该液晶头的扭转角度两等分的一两等分线，并具有45度的容忍范围。

35.如权利要求31所述的显示装置，其特征在于，其中该显示器包含：

一下偏光板；

一液晶层，设置于该下偏光板上；

一上偏光板，设置于该液晶层上且具有一偏光层；以及

一背光模块，设置于该下偏光板下，用以朝该下偏光板发射一光线；

其中，该绕射光学组件是设置于该上偏光板的该偏光层上。

36.如权利要求35所述的显示装置，其特征在于，其中该偏光层是以聚乙烯醇制成。

37.如权利要求1、15、16、19、24、25、26、27、29、30、31、32、33或34所述的显示装置，其特征在于，其中该绕射光学组件为一光栅。

38.如权利要求37所述的显示装置，其特征在于，其中该光栅的光栅周期介于0.15微米至1.3微米之间。

39.如权利要求37所述的显示装置，其特征在于，其中该光栅的光栅周期介于0.26微米至0.78微米之间。

40.如权利要求37所述的显示装置，其特征在于，其中该光栅的光栅周期介于0.29微米至1.13微米之间。

41.如权利要求37所述的显示装置，其特征在于，其中该光栅为具有多方向或多周期的光栅。

42.如权利要求41所述的显示装置，其特征在于，其中该光栅具有两相互垂直的方向。

43.如权利要求37所述的显示装置，其特征在于，其中该光栅具有对称性绕射效果。

44.如权利要求37所述的显示装置，其特征在于，其中该光栅为相位光栅。

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