CN103988118A - 边框隐藏的显示器盖和显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了边框隐藏的显示器盖和显示设备。在一实例中，一种边框隐藏显示器盖(16)包括边框(14)，且显示面板(12)包括周界部分，该周界部分具有第一表面和第二表面，使得周界部分构造成从显示设备的边框偏移了间隙GA。边框隐藏显示器盖还包括从周界部分的边缘延伸到距离L的周界部分的第一表面或第二表面中至少一个上的第一棱镜阵列(22)。第一棱镜阵列中每个棱镜具有棱镜角θ，且第一棱镜阵列被构造成使显示面板所产生的靠近边框的图像的一部分移位，使得图像的移位部分对于观察者来说出现在边框上。

Description

边框隐藏的显示器盖和显示设备
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求2012年3月9日提交的美国临时申请61/608995以及2011年10月12日提交的美国临时申请61/546296的优先权权益，且基于其内容并通过引用将其内容整体结合于此。
技术领域
本发明涉及用于诸如电视机这样的显示设备的边框隐藏的显示器盖以及无边框显示设备。
背景技术
本文使用的术语显示设备用于涵盖能够显示视觉内容的所有设备，包括但不限于计算机、移动电话以及电视机(TV)，计算机包括膝上型电脑、笔记本电脑、平板电脑和台式电脑。每个前述设备包括多个组件部分，包括各个组件可位于其中的物理外壳或机壳、电路板、诸如集成电子组件的电路元件，以及当然显示面板本身。目前，这些显示面板是平板显示面板，包括液晶显示元件、发光二极管(OLED)显示元件或等离子显示元件以及当然这些元件可设置在其上和/或由器封装的玻璃或塑料基板。通常，这些平板显示面板和显示设备本身的边缘部分用于电引线和与显示面板的操作相关的各种其它电子组件，诸如在LCD显示面板的情况下驱动面板像素以及LED照明器的电路。这就造成了平板显示面板制造商将边缘部分封装在边框内和/边框后面，用于隐藏上述组件，但也掩盖显示面板的边缘部分，由此缩小全体图像尺寸。
出于美观原因，平板面板显示器制造商努力使图像观看区域最大，并提供更赏心悦目的外观，且因而使围绕图像的边框的尺寸最小。但是，关于该最小化有实践上的限制，且目前的边框尺寸宽度为3mm至10mm量级。因此，为了实现完全没有边框的终极目标，提出了光学方案，该方案给观察者的印象是图像占据整个面板表面，而同时减小图像形成显示面板与显示器盖之间的间隙。
发明内容
一般而言，本文描述的各实施例涉及边框隐藏的显示器盖，其为显示设备提供大致无边框的外观。边框隐藏显示设备使靠近显示设备边框的图像的多个部分移位，使得这些部分对于观察者来说出现在边框上，由此使边框的外观最小。
一方面，一种边框隐藏显示器盖，用于耦合到具有边框和显示面板的显示设备，所述边框隐藏显示器盖具有周界部分，所述弯曲周界部分具有第一表面和第二表面，使得周界部分构造成从显示设备的边框偏移了间隙GA。边框隐藏显示器盖还包括从周界部分的边缘延伸到距离L的周界部分的第一表面或第二表面中至少一个上的第一棱镜阵列。第一棱镜阵列中每个棱镜具有棱镜角θ，且第一棱镜阵列被构造成使显示面板所产生的靠近边框的图像的一部分移位，使得图像的移位部分对于观察者来说出现在边框上。在某些实例中，间隙GA可以是在边框宽度W的约2至5倍的范围内。LCD显示面板情况下的显示面板还可包括而非限制：薄膜晶体管、偏振膜、彩色滤光膜、如ITO(氧化铟锡)的透明导电膜、防反射膜、隔离元件、以及取向膜。周界部分可由例如玻璃制成。第一棱镜阵列可整合到玻璃内，或由角度滤光器提供。第一棱镜阵列可定位在周界部分的第一表面上，使得第一表面面向观察者。在其它实例中，第一棱镜阵列可定位在周界部分的第二表面上，使得周界部分的第二表面面向显示设备。
例如，L可等于W+GAtan(γ)，其中γ是边框不可见的最大角。在某些实例中，棱镜阵列中每个棱镜具有定义为来自现实面板的主要光纤进入和/或射出的入射小平面与输出小平面之间角度的棱镜角θ，不包括由于多次内部反射发生的光的外部光线(诸如环境光)。棱镜阵列的棱镜角沿从显示器盖的周界边缘朝向显示器盖的中心区域的方向减小。棱镜阵列的棱镜角可线性减小。或者，棱镜阵列的棱镜角可非线性减小。在某些实例中，棱镜阵列中各个棱镜的棱镜角在距离L上从约45°至约60°之间的角θ1减小到零。
第一棱镜阵列中的各棱镜可定位在显示器盖的周界部分的第一表面上。在某些实例中，第二棱镜阵列可定位在显示器盖的周界部分的第二表面上。在某些实例中，边框隐藏显示器盖还包括由周界部分界定的基本上透明的中心区域。
在某些实例中，第一棱镜阵列中每个单独的棱镜具有通过小平面和非通过小平面。该通过小平面透射由显示设备产生的光，而该非通过小平面是不透明的。在某些实例中，棱镜阵列形成菲涅尔透镜。例如，在某些实例中，菲涅尔透镜可以是非球面的。
在另一方面，显示设备包括显示器盖、背光、显示面板以及围绕显示面板的周界边缘设置的具有宽度W的边框。在某些实例中，显示器盖包括周界部分和由周界部分界定的中心部分、第一表面和第二表面、以及设置在第一表面或第二表面中至少一个上的第一棱镜阵列。第一棱镜阵列从显示器盖的边缘朝向显示器盖的中心区域延伸到距离L。显示面板定位在背光与显示器盖之间，使得在显示面板与显示器盖的第二表面之间存在间隙GA，其中显示面板被构造成显示图像。
在又一方面，显示设备包括显示器盖、背光、显示面板以及围绕显示面板的周界边缘设置的具有宽度W的边框。在某些实例中，显示器盖包括周界部分和由周界部分界定的中心部分、第一表面和第二表面、以及设置在第一表面或第二表面中至少一个上的棱镜阵列。棱镜阵列从显示器盖的边缘朝向显示器盖的中心区域延伸到距离L。在某些实例中，棱镜阵列中各个棱镜的棱镜角在距离L上从约45°至约60°之间的角θ1减小到零。显示面板定位在背光与显示器盖之间，使得在显示面板与显示器盖的第二表面之间存在间隙GA，其中显示面板被构造成显示图像。距离L是边框的宽度W的至少两倍，且间隙GA是在边框的宽度W的约2至约5.5倍之间。
附图说明
在参照附图阅读了本发明的以下详细描述之后，就可更好地理解这些和其它方面，在附图中：
图1A是包括显示面板和边框的显示设备的正视图；
图1B是显示设备的平铺阵列的正视图；
图2是显示器盖的正视图，包括用于隐藏边框的棱镜区域；
图3A是示出各个棱镜的棱镜区域的一部分的示意图；
图3B是示出作为显示器设备上位置的函数的棱镜角θ的图表；
图4是示意性地示出远离用边框隐藏显示器盖覆盖的显示设备的显示面板的观察者；
图5是显示设备上位置相对于边框隐藏显示器盖上位置的曲线；
图6是间隙宽度D与边框宽度W的比值作为棱镜角θ的函数的图表；
图7是通过包括各棱镜的显示器盖的的一部分观察的图像的视图，并示出棱镜位置处的局部图像放大(条纹)；
图8是红、绿、蓝(RGB)像素阵列的示意图，其中各像素垂直于棱镜阵列的各棱镜的长轴布置以减少条纹；
图9是布置成减少条纹的RGB像素阵列的示意图；
图10是通过包括各棱镜的显示器盖观察的图像的一部分的视图，示出没有棱镜的部分、具有棱镜而没有局部模糊的部分、以及具有棱镜且局部模糊的部分；
图11是包括弯曲前部小平面的棱镜的示意图；
图12是针对法向入射和10°视角的情况显示设备上的位置相对于边框隐藏显示器盖上位置的图；
图13是显示面板和边框，显示器盖包括从显示器盖的边缘在长度L上分布的棱镜阵列；
图14是显示面板和边框以及图13的棱镜阵列中单个棱镜的示意图，示出正负视角和间隙GA；
图15是作为棱镜角θ的函数的间隙/边框宽度比的图表；
图16是设置在显示器盖的观察者侧上棱镜阵列的示意图，示出产生边框的视图的棱镜内的内部反射；
图17是设置在显示器盖的观察者侧上棱镜阵列的示意图，示出棱镜角度设置成使得观察者通过入射小平面观察到图像，由此允许边框有图像；
图18是作为棱镜角θ的函数的沿错误方向(朝向边框)的百分比观察者视图的图；
图19是全内反射根据棱镜角发生的视角的图；
图20是产生寄生图像的边框隐藏显示器盖的棱镜的示意图；
图21是当显示器盖上棱镜阵列的各棱镜具有相同角度时观察者怎样两次观察到图像点的示意图；
图22A是设置在显示器盖的观察者侧上棱镜阵列的示意图，其中棱镜阵列的各棱镜角从显示器盖的边缘在棱镜阵列的长度上慢速减小；
图22B是设置在显示器盖的观察者侧上棱镜阵列的示意图，其中棱镜阵列的各棱镜角从显示器盖的边缘在棱镜阵列的长度上快速减小；
图23是放大因子作为棱镜阵列从显示器盖的边缘延伸的距离的函数的图表；
图24是对于给定放大因子棱镜角作为阵列从显示器盖的边缘延伸的距离的函数的图表；
图25是包括棱镜和显示面板的显示器盖的示意图，其中反射器定位在显示器盖与显示面板之间；
图26是在光导板的一表面处包括棱镜阵列的光导板的侧剖视图；
图27是设置在显示器盖上棱镜阵列中单个棱镜的示意图，其中各棱镜定位在显示器盖的显示面板侧上；
图28是全内反射作为定位在显示器盖的观察者侧上的棱镜和定位在显示器盖的显示面板侧上棱镜的棱镜角函数的视角的角度的图；以及
图29是示出全内反射的位于显示器盖的显示面板侧上棱镜阵列的示意图。
具体实施方式
此后将参照示出本发明各示例实施例的附图更完整地描述各实例。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。然而，各方面可实施成许多不同形式，而不应理解成对这里所述的实施例进行限制。
诸如电视显示面板、计算机显示器和膝上电脑显示面板的显示设备的美观性受到围绕这些显示设备的边界存在的边框的尺寸和外观的影响。可使用显示设备的边框以例如容纳用于驱动显示面板的像素的电子器件以及在某些情况下提供用于显示设备的背光。例如，LCD电视显示面板可包括保持在显示设备的边框区域内的多个背光发光二极管(LED)。
过去几年的趋势是边框越来越小。目前的边框宽度为3.0mm至10mm量级。但是，具有非常大显示面板的电视型号已经达到至少两个边界上小至2mm的宽度和另两个边界上4mm的宽度的边框区域。但是，即使小的边框的存在仍然分散注意力，尤其是显示设备以平铺布置组装以形成非常大的显示图像时。这些平铺显示设备的边框给出了图像“网格”的不希望的外观而不是无缝的紧密结合大图像。肉眼对于将平铺显示设备分开的黑线的存在非常敏感，这使得图像非常难看。
本公开的各实施例包括隐藏边框的边框隐藏显示器盖，使得边框的存在不可见或者或者对观察者来说至少不明显。这种显示器盖可由例如玻璃形成。在某些实施例中，玻璃可以是化学强化玻璃。
现参见图1A，示出构造成平板显示面板电视的显示设备10。尽管以下描述主要是关于电视机，但应指出，本文描述的各实施例可适用于其它显示设备且因此所描述的各实施例并不限于电视机。显示设备10包括具有围绕其周界定位的边框14的显示面板12。边框14包括边框部分14a-14d。边框部分14a-14d可封围显示驱动电子器件以及为显示面板部分12提供背光的背光硬件，诸如边缘发光二极管(LED)。边框部分14a-14d可具有特定宽度，例如3mm至10mm之间。边框部分14a-14d可分散观察者注意力，尤其是如果几个显示设备布置成矩阵来观看整个图像，如图1B所示。
图2示意性地示出根据一实施例的边框隐藏显示器盖16。所示实施例的边框隐藏显示器盖16构造成机械耦合到显示设备(例如图1A所示的显示设备10)。边框隐藏显示器盖16应安装在显示设备10上，使得在边框隐藏显示器盖16与显示设备10的表面之间有间隙(例如低折射率间隙或空气间隙)。在一实施例中，边框隐藏显示器盖16通过边框隐藏显示器盖16的角部处的透明支柱(未示出)耦合到显示设备10。
边框隐藏显示器盖16可例如包括周界部分17，周界部分17包括与显示器盖的周界相邻的四个棱镜部分18a-18d。如下文更详细描述的，棱镜部分18a-18d包括布置成阵列的多个棱镜，用作显示面板12的相对于观察者定位在边框部分14a-14d后面的区域的光弯曲(折射)滤光器。显示器盖和由棱镜部分18a-18d提供的光弯曲滤光器使得能够隐藏边框，使得在可预测视角内对观察者来说其存在是不可见的或者至少不明显。
在某些实施例中，边框隐藏显示器盖16还可包括由棱镜部分18a-18d界定的视觉上透明的中心部分20，该中心部分20不包含任何棱镜且因此是大致平坦的。在其它实施例中，边框隐藏显示器盖16不包括中心区域，从而仅提供由周界部分17限定的框架。
边框隐藏显示器盖16可由玻璃制成。例如，玻璃可以是诸如离子交换玻璃、酸洗玻璃或两者的化学强化玻璃。棱镜部分18a-18d可例如由可粘结至显示器盖的市售光弯曲滤光材料制成，诸如由3M公司制造的Vikuiti图像定向膜(IDF II)。应理解，Vikuiti仅是多个可能的光弯曲滤光器方案中的一个，且本文仅作为非限制性实例提供。在另一实例中，光弯曲滤光器可直接包含在显示器盖16中。例如，棱镜可直接形成在显示器盖材料内。如下文更详细描述的，为了隐藏边框不让观察者看到，可优化和开发专用光弯曲滤光器。应指出，当使用Vikuiti光弯曲滤光器时，可能需要所需的侧向图像移位的约2.7倍的间隙。
在另一实施例中，棱镜也可以是围绕显示器的框架的一部分并由诸如塑料或玻璃的透明材料制成。该框架可例如通过注塑模制形成，且模具本身可包括产生所需光学效果所必需的微棱镜结构。在一些实施例中，中心区域20可以是自由空间。
现参照图3A，示出定位在边框隐藏显示器盖16上的棱镜区域18的一部分。棱镜部分18包括呈三角形的多个棱镜22。图中，各棱镜22定位在显示器盖16的外表面(面向观察者)上。棱镜22包括使边框附近的图像移位的棱镜角θ，其中棱镜角是由光主要地穿过棱镜的棱镜的表面(小平面)所界定的角。图3B是示出作为显示设备10上位置的函数的棱镜角θ的图表。通常，各棱镜22的角度θ应在边框隐藏显示器盖16的边缘处最大且远离显示器盖的边缘减为零(即完全没有棱镜)。因而，仅使由显示面板12产生的一小部分的图像发生移位。棱镜阵列的频率，即棱镜的周期性应当大于显示面板的像素的频率以防止所产生图像的混叠。通常，棱镜应当具有小于显示面板的像素的尺寸。例如，各个棱镜可小至显示面板的单个像素的1/10尺寸。
实线24示出各棱镜的角θ从边框隐藏显示器盖16的边缘线性减小且在距离L上的中心区域处减为零的实例。虚线26示出各棱镜的角θ在距离L上非线性变化的实例。为了避免干扰图像连续性，可考虑虚线26的更复杂轮廓。
图4示意性地示出远离显示装置10的显示面板12定位的观察者O，其中边框隐藏显示器盖16定位在显示面板与观察者O之间。在边框隐藏显示器盖16与显示面板12之间存在间隙GA。从显示面板12发射到观察者O的模拟追踪光线指示了对于显示面板12上的给定位置X1而言光线入射到边框隐藏显示器盖16的位置X2。在一模拟中，各棱镜面向观察者O，且各棱镜的棱镜角从边框隐藏显示器盖16的每个边缘处(即边框14的一部分的上方)的30゜线性变化到远离显示器盖16的外边缘约10mm的0゜。在该模拟中边框隐藏显示器盖16的折射率为1.5，而间隙GA为约15mm。
图5是模拟结果的图，显示在边框隐藏显示器盖16的每个边缘处(X2＝0)，由观察者O看到的显示设备10的显示面板12上的位置X1远离显示器屏13的边缘约4.8mm。因而，边框14如果尺寸(宽度)小于4.8mm，则对观察者不可见。
可由棱镜产生的光束偏差量是棱镜角θ的函数。图6示出的图表显示，假设折射率为1.5，且还假设边框对于20゜视角保持基本上不可见，间隙GA与边框宽度W的比值为棱镜角θ的函数。例如而非限制，通过使用45度棱镜角θ，间隙必需是边框宽度的至少4倍(GA/W比值为4)。
本文所述的边框隐藏显示器盖的引入可在由显示设备显示的图像中引入对观察者可能可见的伪像和/或扭曲。以下描述集中可能引入的伪像以及可优化以使这种伪像和/或扭曲的出现最少的设计参数。
由边框隐藏显示器盖16的前述各实例在诸如显示设备10的显示设备的边框附近提供的局部光弯曲滤光器可产生局部图像放大。该局部放大的第一个影响是引入图像变形，该图像变形可通过使用图像扭曲矫正算法来部分补偿。图像扭曲矫正算法可处理由显示面板12显示的图像以使放大的出现最小。但是，由于图像中的扭曲是视角γ的函数(例如图12所示)，仅可对于给定视角补偿该图像(例如，当显示器在正常入射角或某些其它静态视角γ处观察时)。
关于局部放大的另一图像伪像是个别像素的图像可能被高度放大，在图像中引入彩色或黑白条纹。图7示出通过使用放置在像素屏前面的变角棱镜结构来局部放大的图像。由于放大，由于像素之间的空间被高度放大，宽黑部28在区域30内成条带，由此导致在图像中可视的显著的黑线。该效果称为“条纹”。
作为示例，可通过最小化相同颜色像素之间的空间来降低或消除条纹。图8示出一示例，其中，显示面板12中的红色、绿色和蓝色像素(分别为32、34和36)与棱镜的长轴线36方向正交地对齐。图9显示另一方法。该方法包括以相对于彼此成大角度(例如约45度)对齐像素(例如，分别是红色、绿色和蓝色像素32、34和36)并每隔一行切换颜色。该情形中，有颜色的或黑色的条纹每隔一行切换，且由此变得较不可见。
此外，可以控制各个像素的大小来最小化放大效果。在大型显示器中，诸如55英寸对角显示器，典型的单个像素大小取决于分辨率，意味着在5倍放大因子时，像素是容易见到的。这可通过将显示面板的像素做得更小或具有不同几何形状来避免。对于5倍的放大因子，利用小5倍的子像素将消除感知到的条纹。从电子角度看，每组子像素仍可由相同的晶体管驱动，由此避免更复杂的电路。
也可改变边框隐藏的显示器盖，以减少或消除条纹。例如，可通过使得单个像素的图像略微模糊来减小或消除条纹，这通过使得棱镜的小平面具有粗糙度，或者通过使得这些表面稍微弯曲而不是平坦(例如对棱镜增加透镜元件)来实现。合适的粗糙度可例如通过金刚石切割技术而形成原版和原版的微复制来获得。图10示出一图像，其中，棱镜的部分40具有曲率(部分模糊区)，而另一部分42中，棱镜仅具有平坦小平面(无模糊区)。如可看到的，像素之间的宽的黑线在部分42中消失。可以看出部分44无棱镜。图11是包括弯曲正小平面46的棱镜22的示意图。
当观察者不以垂直入射观察显示设备10时，边框14对于观察者是局部或完全可视的。具体地，当观察者O位于非常靠近显示设备10的位置时，观察者将以高入射角观察显示器盖的所有边缘，这使得所有的边框部分可视并给予电视是在盒子内的印象。
图12是示出关于在图4所示以法向入射观察显示设备10的相同条件下(曲线A)以及在图6所示以10°入射角的类似条件下(曲线B，α＝10)显示设备10上看到的位置的模拟结果的图表。如该图表所示，曲线A和B类似，除了他们相对于彼此偏移。在第一次逼近时，曲线B偏移量为AG*sin(α)，其中AG是空气间隙，且α是视角。因此，在相对小的视角(例如10°)，边框开始变得不可见。应注意，各棱镜角可非线性变化以提供更大的视角(见图3B的虚线曲线26)。
一些实施例中，以增加视角来降低边框的可见度可通过在边框隐藏显示器盖16的棱镜部分18a-18d上增加散射纹理来实现。在靠近边框部分14a-14d的该区域，图像可能部分模糊，因为，该图像部分在边框隐藏显示器盖16上产生。但是，对于大型电视，10mm的模糊区域可能不会有显著的视觉分散注意力，因为观察者通过将注意力放在图像的中心附近，而周围信息不那么显著。一些示例中，棱镜部分18a-18d可具有在边框隐藏显示器盖16的每边上的棱镜，以放大视角。
现参考图13，假设观察者O以相对于显示面板12的法线以观察角γ观看显示设备10(例如电视)。为了确保边框14在观察角γ看不到，通过定位在显示器盖16上的棱镜22引入的偏离角δ需要符合：
δ＝γ+arctan(W/GA)   (1)
或者
GA＝W/tan(δ-γ)
其中，δ是棱镜偏离角，γ是视角，W是边框宽度，而是GA显示面板12与显示盖16之间的间隙的距离。图13还示出棱镜需要定位在该范围上的从显示器盖的边缘到显示器盖的内部延伸的最小距离L是：
L＝W+GAtan(γ)   (2)
公式1示出间隙GA将随着棱镜偏离角δ的增加或者视角γ的降低而降低，意味着在更小视角下，对于观察者，边框14变得可见。而且，公式2示出为了隐藏边框，对于小间隙GA，棱镜22离显示器盖的边缘所需要的分布长度L将减小，意味着图像伪像将维持局限于图像的靠近显示设备的边缘的小部分内。现参照图14，示出观察者O观察显示设备10，该显示设备10具有由宽度W的边框14围绕的显示面板12。示出棱镜阵列中的单个棱镜22。棱镜22具有前部小平面56、非通过小平面48、以及后部小平面50。后部小平面56和前部小平面50限定棱镜角θ。假设各棱镜22面向观察者O(在玻璃盖的观察者侧上)，在将视角固定为不同值的同时可计算相对于棱镜角和确定的间隙与边框宽度比值GA/W计算偏差角δ。
图15是示出最小间隙-边框宽度比值GA/W的图表，假设理想的是在高达+30度的正视角+γ保持边框不可见。假设棱镜的折射率为1.56。如图15可见，棱镜角θ应当至少为55゜以保持边框对观察者来说不可见并保持合理的间隙GA。用于边框隐藏显示器盖116构造的最佳设计可以根据下文更详细描述的其它伪像。
图16示出当使用具有小棱镜角θ且相反非通过小平面48(光线不穿过的小平面)相对于相邻的通过前部小平面50(即由β角形成的直角西安角形)设为90゜时的结果。当沿射线52观察显示平板图像时，射线52通过全内反射由相对小平面48反射并沿着使得边框14可见的方向传播。例如，用55゜的棱镜角θ，进入棱镜的约40％的射线沿错误方向传播。
或者，棱镜22的角β使得棱镜22的非通过小平面48平行于棱镜内部的通过射线54，如图17所示。但该部分光线现将通过棱镜22的小平面48之一直接传递，且对于55゜的棱镜角θ，穿过棱镜的约40％的光将沿错误方向传播。但该部分光线现将通过棱镜22的小平面之一直接传递，且对于55゜的棱镜角°，穿过棱镜的约40％的光将沿错误方向传播。图18中的图表示出沿错误方向折射的光的量是棱镜角θ的函数，并示出对于约55゜的棱镜角θ，约40％的射线到达错误小平面，意味着观察者O看到的图像在边缘处看起来较暗。尽管40％对于大多数观察者来说是可接受的，但假设大于40％的错误偏离光的量是视觉上不可接收的。因此，拉伸的图像在其边缘处较暗，且55゜的棱镜角θ是维持量度减小低于40％的最大棱镜角。
再参见图14，当棱镜22面向观察者O并定位在平坦玻璃基材上时，后部小平面56(显示器盖16处的小平面)平行于显示面板12的平面。在大的负视角(-γ)下，光线在后部小平面56处的入射角变得非常大，且光线在后部小平面56处以全内反射被反射。图19的图表示出对于棱镜内全内反射的发生，棱镜角θ为视角γ的函数，并示出对于约55゜的棱镜角θ，在约-31゜的视角°处开始全内反射。对于小于-31゜的负视角-γ，棱镜22会看上去像扩散反射器。
在某些情况下，当观察者在特定视角范围内观察边框隐藏显示器盖16时，他或她可能看到两个偏移的图像。图20示出观察者O看到的边框隐藏显示器盖16的一部分。观察者O看到两个图像：由通过棱镜22的通过前部小平面50传播的射线21形成的一个偏移的图像，以及由穿过假设为非通过的小平面48传播的射线61形成的一个寄生图像。在一实施例中，通过将每个棱镜的非通过小平面做成不透明的，从而防止光穿过其中而减轻双图像。例如，非通过小平面可涂有不透明涂层(例如通过静电涂工艺)。因此，光可仅穿过各棱镜22的通过前部小平面50。
现参照图21，当各棱镜(例如棱镜22)具有恒定角θ，显示面板边缘附近的对象(诸如点60处的图像部分)可被复制，这会是视觉干扰。可通过使通过各棱镜22看到的图像模糊来减轻这种扭曲。或者，棱镜角θ可从显示器盖的边缘向内在距离L上空间上慢慢减小，直到偏离角δ接近于零。假设棱镜角减速为线性的，则棱镜阵列变得等同于圆柱形菲涅尔透镜，并具有位于空间内某处的焦点。
图22A和22B示出棱镜角减速的两种不同情况。图22A示意性地示出棱镜角θ空间上快速见效的实例。焦点fp位于显示面板的表面上。因而，可使用上述方程2确定需要棱镜的从显示器盖16边缘的距离L。但是，在该情况下，观察者O看到的所有的光来自同一点，产生大放大因子。图22示意性地示出棱镜角θ比图21所示的实例空间上更慢减小的实例。对于图22B所示棱镜角θ的较慢空间减小，焦点fp位于显示面板12后面且放大因子(L/L′)减小。但是，需要棱镜的距离L增加，意味着会在图像的较大部分上看到诸如上述全内反射的其它缺陷。因此，例如而非限制，范围从约50°至约60°、例如约55°的棱镜角θ可提供足够的折衷，且对于4mm宽的边框产生约10mm的间隙GA。
可通过平衡各种伪像并开发设计过程来设计用于预期视角和距离的最佳边框隐藏显示器盖16来减轻上述图像伪像。下文描述确定适当设计的示例过程。首先，可确定边框14变得可见的正视角+γ。例如，在测试期间，约30°的正视角产生可接受的间隙。其次，可确定作为起始棱镜角θ函数的间隙与边框比值。根据图15的图表，+30°视角，对于55°的起始棱镜角θ1，GA/W比约为2.2。接着，可确定起始棱镜角θ1(即对于该实例的55°)是否产生通过错误小平面的可接受量的光泄露以及各棱镜开始产生入射光纤的全内反射的角度。因为使用非常大的棱镜角产生图像伪像，起始棱镜角θ1应合理地小，例如等于或小于约55°。
一旦选择了起始棱镜角θ1，则确定角度减小率。该减小率应尽可能快，使得图像伪像仍定位在小区域内，而且还足够慢地减小，使得像素放大(条纹)不会太高。对于线性减速，图像放大的幅度在图像边缘处非常高，产生局部像素放大。在某些情况下，放大会是负的，意味着图像反转。该效果主要是由于菲涅尔棱镜产生的球面像差。图23示出作为从显示器盖的边缘的距离L函数的图像放大。因而，可通过当棱镜角减小率增加时计算保持放大因子恒定来选择放大因子。可以显示，这等同于对菲涅尔透镜设计增加非球面化。图24示出通过分别将放大因子固定在5(曲线62)和2(曲线64)的棱镜角变化。
实例1
对于为2的放大因子，选择55°的起始棱镜角，产生约18mm的棱镜阵列长度L(棱镜阵列所延伸的、从显示器盖边缘的距离)。对于4mm边框宽度，确定间隙GA为约9mm。因而，在约30°的视角处会发生边框可见，且在-30°的视角γ会开始全内反射。
实例2
对于为5的放大因子，选择55°的起始棱镜角，产生约11.3mm的棱镜阵列长度L。对于4mm边框宽度，确定间隙GA为约9mm。因而，在约30°的视角处会发生边框可见，且在-30°的视角γ会开始全内反射。
实例3
对于为2的放大因子，选择55°的起始棱镜角，产生约45mm的棱镜阵列长度L。对于10mm边框宽度，确定间隙GA为约22mm。因而，在约30°的视角处会发生边框可见，且在-30的视角γ会开始全内反射。
如上所述，当视角变为正值更大时，边框14变得可见。现参照图25，可通过提供反射表面66以将否则会撞击在边框14的光纤偏离(即沿相反方向，以避免观察到边框14)来减轻边框14的可见性。反射表面66可或者抛光并用作平面镜，或者具有某种结构来部分地散射光并形成部分模糊的图像的反射部分(模糊)。
如上文解释的，图像的边缘可能由于通过错误棱镜小平面的光泄露或通过其的反射而显得较暗。避免这种泄露的另一种方式包括使图像局部更亮。例如，可计算当观察者处于法向入射时图像看上去太暗的量，并使显示面板12形成的图像相应更亮。这可通过图像处理(在该情况下，其仅在图像本身在边缘处较暗时才作用)或通过背光来实现。图26示出根据一实施例的背光组件68。该示例背光组件包括光源72、反射表面74和光导板70。可通过增加泄露出背光光导板70的光的量来使图像局部更亮。可以表明，这可例如通过将浅棱镜阵列76附连到光导板上来实现。
或者，图像可被模糊的量至少等于像素尺寸。这可通过对棱镜角度引入噪声(小偏差)或通过使各棱镜的输出小平面具有关于图11先前所述的曲率来实现。
图27示出本发明的一实施例，其中各棱镜22面向显示面板12，而不是如上述实施例中那样背向显示面板。在该情况下，棱镜的入射面(小平面56)指向错误方向。换言之，对于给定光纤偏转角，棱镜小平面上的出射角(α)必然大于棱镜面向观察者O时(因为在该情况下，小平面56平行于显示器)。于是，对于小得多的视角会发生全内反射。
图28是示出在两种情况下各棱镜22产生全内反射的视角γ的图：当各棱镜面向观察者时(曲线78)或当各棱镜面向显示面板12时(曲线80)。例如，对于40°的棱镜角θ，棱镜在面向显示面板时对于所有的负视角-γ(曲线80)是全内反射，而在棱镜面向观察者时仅对于小于-40度的负视角-γ开始全内反射。因此，当面向显示面板12将各棱镜22定位在平坦盖后侧上时，棱镜角θ会需要非常小以避免全内反射和大间隙。
现参照图29，由于面向显示面板12的微棱镜趋于产生全内反射，所以在某些实施例中，全内反射模式可选择成观察者所观察到的标称模式。图29示出小平面之一(例如小平面50)产生全内反射且另一小平面(例如小平面56)为透射的一实施例。更具体地，光线在小平面48处进入各棱镜，并通过全内反射在小平面50处反射，并在小平面56处射出棱镜。由于小平面48产生入射光纤65的反射，可独立于各棱镜的折射率产生非常大的偏转角。这允许边框隐藏显示器盖16与显示设备10之间的极小间隙GA。
为了描述和定义本发明的各实施例，注意在本文中采用术语“基本上”、“大约”以及“约”表示可能有由于任何定量比较、数值、测量或其它表示的固有不确定程度。
注意到，在这里，关于以特定的方式“构造”或者特定属性的具体化、或者以特定方式起作用的特定实施例的组件的表述都是结构性的表述，而不是特定用途的表述。更特别地，本文提到组件“构造”的方式是指所述组件的存在的物理条件，并且同样地被作为所述组件的结构特征的明确的表述。
还应指出，在描述特定组件或元件时使用术语“至少一个”并不表示描述其它部件或元件时使用术语“一个”排除使用多于一个的特定组件或元件。更具体地，尽管可使用“一个”来描述组件，但不应解释为将该组件限值为仅一个。
尽管本文示出和描述的特定实施例，但应理解可作出其它变化和改型而不偏离所要求保护主题的精神和范围。更具体地，虽然所述本发明的一些方面在此被确定为优选的或特别有益的，但应构思到所要求保护的主题不是必然限于本发明的这些优选的方面。

Claims (20)

1.一种边框隐藏显示器盖，用于耦合到包括边框和显示面板的显示设备，所述边框隐藏显示器盖包括：
周界部分，所述周界部分包括第一表面和第二表面，其中所述周界部分被构造成从所述显示设备的边框偏移了间隙GA；
第一棱镜阵列，所述第一棱镜阵列在所述周界部分的所述第一表面或所述第二表面中的至少一个之上，所述第一棱镜阵列从所述周界部分的边缘延伸到距离L，其中：
所述第一棱镜阵列中的每个棱镜具有棱镜角θ；
所述第一棱镜阵列被构造成使所述显示面板所产生的靠近所述边框的图像的一部分移位，使得所述图像的移位部分对于观察者来说出现在所述边框上；以及
中心区域，所述中心区域由所述周界部分界定，其中在所述中心区域处不存在所述第一棱镜阵列。
2.如权利要求1所述的边框隐藏显示器盖，其特征在于，所述中心区域是基本上透明的。
3.如权利要求1所述的边框隐藏显示器盖，其特征在于，所述周界部分包括玻璃，且所述第一棱镜阵列被整合到所述玻璃中。
4.如权利要求1所述的边框隐藏显示器盖，其特征在于，所述周界部分包括玻璃，且所述第一棱镜阵列由定位在所述周界部分的所述第一表面或所述第二表面上的角度滤光器提供。
5.如权利要求1所述的边框隐藏显示器盖，其特征在于，所述第一棱镜阵列中各个棱镜的棱镜角θ沿从所述周界部分的边缘朝向所述边框隐藏显示器盖的中心的方向减小。
6.如权利要求5所述的边框隐藏显示器盖，其特征在于，所述第一棱镜阵列中各个棱镜的棱镜角θ线性地减小。
7.如权利要求5所述的边框隐藏显示器盖，其特征在于，所述第一棱镜阵列中各个棱镜的棱镜角θ非线性地减小。
8.如权利要求1所述的边框隐藏显示器盖，其特征在于：
所述第一棱镜阵列中每个单独的棱镜包括通过小平面和非通过小平面；
所述通过小平面透射由所述显示设备产生的光；以及
所述非通过小平面是不透明的。
9.如权利要求1所述的边框隐藏显示器盖，其特征在于，所述第一棱镜阵列被定位在所述周界部分的所述第一表面上，且所述周界部分的所述第一表面面向观察者。
10.如权利要求1所述的边框隐藏显示器盖，其特征在于，所述第一棱镜阵列被定位在所述周界部分的所述第二表面上，且所述周界部分的所述第二表面被构造成面向所述显示设备。
11.如权利要求1所述的边框隐藏显示器盖，其特征在于，所述第一棱镜阵列形成菲涅尔透镜。
12.如权利要求11所述的边框隐藏显示器盖，其特征在于，所述菲涅尔透镜是非球面的。
13.一种显示设备，包括：
显示器盖，包括：
周界部分和由所述周界部分界定的中心区域；
第一表面和第二表面；以及
第一棱镜阵列，所述第一棱镜阵列位于所述第一表面或所述第二表面中的至少一个上，其中所述第一棱镜阵列从所述显示器盖的边缘朝向所述显示器盖的所述中心区域延伸到距离L；
背光；
显示面板，所述显示面板定位在所述背光与所述显示器盖之间，使得在所述显示面板与所述显示器盖的所述第二表面之间存在间隙GA，其中所述显示面板被构造成显示图像；以及
具有宽度W的边框，所述边框围绕所述显示面板的周界边缘而设置。
14.如权利要求13所述的显示设备，其特征在于，L＝W+GAtan(γ),其中γ是边框对于观察者来说不可见的最大角。
15.如权利要求13所述的显示设备，其特征在于，所述第一棱镜阵列中的每个单独棱镜包括棱镜角θ，所述第一棱镜阵列中各个棱镜的棱镜角θ沿从所述显示器盖的所述周界部分的边缘朝向所述显示器盖的中心的方向减小。
16.如权利要求15所述的显示设备，其特征在于，所述第一棱镜阵列中各个棱镜的棱镜角θ非线性地减小。
17.如权利要求13所述的显示设备，其特征在于，所述第一棱镜阵列定位在所述周界部分的所述第一表面上。
18.如权利要求13所述的显示设备，其特征在于，所述第一棱镜阵列形成非球面菲涅尔透镜。
19.如权利要求13所述的显示设备，其特征在于，所述间隙GA是在所述边框的所述宽度W的约2倍至约5倍之间。
20.一种显示设备，包括：
显示器盖，包括：
周界部分和由所述周界部分界定的中心区域；
第一表面和第二表面；以及
棱镜阵列，所述棱镜阵列位于所述第一表面或所述第二表面中的至少一个上，其中所述棱镜阵列从所述显示器盖的边缘朝向所述显示器盖的所述中心区域延伸到距离L，且所述棱镜阵列中各个棱镜的棱镜角在所述距离L上从约45至约60度之间的角θ1减小到零；
背光；
显示面板，所述显示面板定位在所述背光与所述显示器盖之间，使得在所述显示面板与所述显示器盖的所述第二表面之间存在间隙GA，其中所述显示面板被构造成显示图像；以及
具有宽度W的边框，所述边框围绕所述显示面板的周界边缘而设置，其中所述距离L是所述边框的宽度W的至少两倍，且所述间隙GA是在所述边框的宽度W的约2倍至约5.5倍之间。
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