CN105210001B - 用于显示盖板的膜和包括其的显示设备 - Google Patents

Abstract

批露了用于显示设备盖板的膜和包括该膜的显示设备盖板。在一种实施方式中,用于结合到显示设备的显示盖板包括周界部分，该周界部分包括第一表面和第二表面。可将聚合物材料膜连接到周界部分的第一表面或第二表面的至少一个。膜可包括第一棱柱阵列，该第一棱柱阵列从周界部分的边缘延伸到距离L。第一棱柱阵列可通过偏移间隔dz从膜表面偏移，并位于膜表面下方。

Description

用于显示盖板的膜和包括其的显示设备

本申请根据35U.S.C.§119(e)的规定，要求2012年11月7日提交的美国临时申请序列第61/723588号的优先权，通过引用将该申请全文纳入本文。

技术领域

本发明涉及用于例如电视的显示设备的显示盖板的膜和包括其的显示设备。

背景技术

如本文所使用，术语显示设备用于包括能显示视觉内容的所有设备，包括，但不限于：计算机包括便携式电脑、笔记本电脑、平板电脑和台式电脑；手机；电视(TV)。上述设备分别包括许多组件部分，包括物理壳体或厢体，其中可放置单个组件、电路板、电路元件例如集成电子组件和当然显示面板自身。目前，这些显示面板是平板显示面板，其包括液晶显示元件、有机发光二极管(OLED)显示元件或等离子体显示元件，当然还包括上面设置和/或密封许多这些元件的玻璃基片或塑料基片。通常,平板显示面板的边缘部分和显示设备自身用于电气导线和与显示面板的操作相关的其它电子组件,例如驱动面板像素以及LED光源的电路(在LCD显示面板的情况下)。这导致平板显示面板制造商把边缘部分封装在承载框(bezel)之内和/或后面,这用于隐藏上述组件，但也模糊了显示面板的边缘部分，由此降低总体图像尺寸。

出于美学原因，平板显示器制造商试图最大化图像观看区域，提供美学上令人更加愉快的外观，因此最小化环绕图像的承载框的尺寸。但是，这种最小化有实际的极限，目前的承载框尺寸在宽度为3-10毫米的量级。因此，为了实现完全没有承载框的最终目标，提出了已知光学解决方案，其给观看者图像占据了整个面板表面的印象，同时降低形成图像的显示面板和显示盖板之间的间隙。

概述

根据一种实施方式,用于结合到显示设备的显示盖板(cover)包括周界部分，该周界部分包括第一表面和第二表面。可将聚合物材料膜连接到周界部分的第一表面或第二表面的至少一个。膜可包括第一棱柱阵列，该第一棱柱阵列从周界部分的边缘延伸到距离L。第一棱柱阵列可通过偏移间隔dz从膜表面偏移并位于膜表面下方。

在另一种实施方式中,聚合物材料膜可包括通过至少一种阶梯特征从膜表面偏移并位于膜表面下方的第一棱柱阵列。第一棱柱阵列可从表面偏移偏移间隔dz。在一些实施方式中,偏移间隔dz等于(k*λ/(n-1))±2μm,其中λ是通过膜传输的光的中值波长,k是大于或等于1的整数,和n是膜的折射率。

根据另一种实施方式，聚合物材料膜可包括通过偏移间隔dz从膜表面偏移并位于膜表面下方的第一棱柱阵列。第一棱柱阵列可通过相对于表面以角度φ取向的渐变部分从膜表面偏移并位于膜表面下方，从而表面在一定距离上过渡到(transition into)棱柱阵列。在一些实施方式中,角度φ使得穿过膜的渐变部分的光偏移dx量，其小于连接膜的显示设备的像素尺寸的1/10。在一些其它实施方式中,角度φ使得穿过膜的渐变部分的光偏移dx量，其等于连接膜的显示设备的1个像素尺寸。

还根据另一种实施方式,聚合物材料膜可包括其中形成锯齿图案的至少一种边缘。锯齿图案的边缘可具有等于反正切(SDP)的齿角，其中SDP是连接聚合物材料膜的显示设备的子像素占空因数(sub-duty pixel factor)。膜可在显示盖板上对齐，从而锯齿图案各齿的边缘平行于显示设备中至少一个对应像素的对角线。在一些实施方式中,显示设备的SDP可为1/3。

附图简要说明

当参考附图阅读下面的详细描述时将更好地理解这些和其它方面，其中：

图1A是包括显示面板和承载框的显示设备的前视图；

图1B是平铺的显示设备阵列的前视图；

图2是包括用于隐藏承载框的棱柱区域的显示盖板的前视图；

图3A部分棱柱区域的示意图，显示了根据本文所述的一种实施方式的单个棱柱；

图3B是图片，显示棱柱角度θ随在显示设备上位置的变化；

图4示意性地显示远离用隐藏承载框的显示盖板覆盖的显示设备的显示面板的观察者；

图5是在显示设备上的位置相对于在隐藏承载框的显示盖板上的位置的图表；

图6是间隙距离D和承载框宽度W的比例随棱柱角度θ变化的图表；

图7是穿过包括棱柱的部分显示盖板看见的图像示意图,显示棱柱位置处的局部图像放大(条带(banding))；

图8是红、绿和蓝(RGB)像素阵列示意图，其中像素设置成垂直于棱柱阵列的棱柱的长轴以减少条带；

图9是设置成减少条带的RGB像素阵列示意图；

图10是穿过包括棱柱的部分显示盖板看见的图像示意图,显示不含棱柱的部分、含棱柱但不含局部模糊的部分、以及含棱柱和局部模糊的部分；

图11是包括弯曲的前表面的棱柱的示意图；

图12是用于法向入射和观看角度为10°的观看角度的在显示设备上的位置和在隐藏承载框的显示盖板上的位置的图表；

图13是显示面板和承载框和显示盖板的示意图，该显示盖板包括沿着长度L从显示盖板的边缘分布的棱柱阵列；

图14是显示面板和承载框和图13所示的棱柱阵列的单一棱柱的示意图，显示了正和负观看角度和间隙G_A；

图15是间隙/承载框宽度比例随棱柱角度θ变化的图片；

图16是设置在显示盖板的观察者侧的棱柱阵列的示意图，说明棱柱之内的内部反射，其导致看见承载框；

图17是设置在显示盖板的观察者侧的棱柱阵列的示意图，显示棱柱组的角度，从而观察者通过两个进入面观看图像，由此允许看见承载框；

图18是观察者在错误的方向观看(朝向承载框)的百分比随棱柱角度θ变化的图片；

图19是用于发生全内反射的观看角度随棱柱角度的变化；

图20示意性地显示隐藏承载框的显示盖板的棱柱产生寄生图像；

图21是当显示盖板的棱柱阵列的棱柱具有相等角度时，图像点如何被观察者观看两次的示意图；

图22A是设置在显示盖板的观察者侧的棱柱阵列的示意图，其中棱柱阵列的棱柱角度沿着棱柱阵列的长度从显示盖板的边缘慢速下降；

图22B是设置在显示盖板的观察者侧的棱柱阵列的示意图，其中棱柱阵列的棱柱角度沿着棱柱阵列的长度从显示盖板的边缘快速下降；

图23是放大因数随棱柱阵列从显示盖板边缘延伸的距离的变化；

图24是给定放大因数下，棱柱角度随棱柱阵列从显示盖板边缘延伸的距离的变化；

图25是包括棱柱和显示面板的显示盖板的示意图,其中反射器位于显示盖板和显示面板之间；

图26是导光板的横截面侧视图，其包括在导光板一个表面上的棱柱阵列；

图27是设置在显示盖板上的棱柱阵列的单一棱柱的示意图,其中棱柱位于显示盖板的显示面板侧；

图28是图片，显示棱柱位于显示盖板的观察者侧和棱柱位于显示盖板的显示面板侧时，用于发生全内反射的观看角度的角度随棱柱角度的变化；

图29是棱柱阵列位于显示盖板的显示面板侧时的示意图，显示全内反射；

图30是在透明的聚合物材料膜表面中形成无偏移的棱柱阵列的示意图,根据本文所示和所述的一种或更多种实施方式；

图31是在透明的聚合物材料膜表面中形成有偏移的棱柱阵列的示意图,根据本文所示和所述的一种或更多种实施方式；

图32是图31的棱柱阵列的像素强度随像素位置变化的柱状图；

图33图形化显示用于图像伪影(artifact)的对比度(y-轴)随光学路径差异不匹配(x-轴)的变化；

图34图形化显示用于图像伪影的对比度(y-轴)随波长的变化；

图35示意性地显示在透明的聚合物材料膜表面中形成且有偏移的棱柱阵列的替代实施方式；

图36示意性地显示在透明的聚合物材料膜表面中形成且有偏移的棱柱阵列的另一替代实施方式；

图37图形化显示对比度(y-轴)随波长(x-轴)的变化，以显示对比度随波长变化的进行的漂移。

图38示意性地显示在透明的聚合物材料膜表面中形成且有偏移的棱柱阵列的另一替代实施方式；

图39示意性地显示覆盖在像素阵列上的膜边缘上的部分锯齿图案；和

图40示意性地显示在膜边缘具有锯齿图案的膜。

具体描述

在此将参照附图更完整地描述示例，附图中给出了各种示例实施方式。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。但是，本发明可以以许多不同的方式实施，不应被解读成局限于在此提出的实施方式。

显示设备例如电视显示面板、计算机显示器和便携式显示面板的美观受到绕着这种显示设备的周界存在的承载框的尺寸和外观影响。例如，可使用显示设备的承载框来容纳用于驱动显示面板的像素的电子器件，以及在一些情况下，用于提供显示设备的背光。例如,LCD电视显示面板可包括保持在显示设备的承载框区域之内的多个背光发光二极管(LED)。

最近几年的趋势朝着越来越小的承载框。现有承载框宽度在3.0mm-10mm的量级。但是,具有非常大显示面板的电视模型已实现了至少在两个边界具有小到2mm的宽度和在其它两个边界小到4mm的承载框区域。但是,承载框的存在甚至尽管较小时，仍然分散注意力，特别是当显示设备以平铺的排布组成以形成非常大的图像时。这种平铺的显示设备的承载框产生不利的图像“栅格,”外观而不是无缝的连续大图像。眼睛对分离平铺的显示设备的黑线的存在非常敏感，使得这种图像不能观看。

本发明的实施方式包括隐藏承载框的显示盖板，其隐藏承载框，从而承载框的存在是不可见的或者至少对在可预计的观看角度之内的观察者而言是不显著的。例如，这种显示盖板可由玻璃形成。在一些实施方式中玻璃可为化学强化玻璃。

现参考图1A,显示了构造为平板显示面板电视的显示设备10。虽然下面的描述主要通过电视，应理解本文所述的实施方式可适用于其它显示设备，因此所述实施方式不限于电视。显示设备10包括显示面板12，其包括绕着其周界设置的承载框14。承载框14包括承载框部分14a–14d。承载框部分14a–14d可封装显示驱动电子器件,以及用于为显示面板部分12提供背光的背光硬件，例如边缘发光二极管(LED)。例如，承载框部分14a–14d可具有特定宽度例如3mm-10mm。承载框部分14a–14d可分散观察者的注意力，特别是如果将多个显示设备设置成矩阵以观看整个图像,见图1B。

图2示意性地显示根据一种实施方式的隐藏承载框的显示盖板16。所示实施方式的隐藏承载框的显示盖板16构造成机械地结合到显示设备(例如,如图1A所示的显示设备10)。隐藏承载框的显示盖板16应安装在显示设备10上，从而隐藏承载框的显示盖板16和表面显示设备10之间存在间隙(例如,低的索引间隙或空气间隙)。在一种实施方式中,通过在隐藏承载框的显示盖板16的角落处的透明的支柱(未显示)，把隐藏承载框的显示盖板16结合到显示设备10。

例如，隐藏承载框的显示盖板16可包括周界部分17，其包括邻近显示盖板周界的4个棱柱部分18a–18d。如下文所更加详细描述，棱柱部分18a–18d包括以阵列设置的许多棱柱，其用作相对于观察者位于承载框部分14a–14d后面的显示面板12的区域的光弯曲(折射)滤光器。通过棱柱部分18a–18d提供的显示盖板和光弯曲滤光器使得能隐藏承载框，从而它的存在是不可见的，或者至少对于在可预计的观看角度之内的观察者而言不是显而易见的。

在一些实施方式中,隐藏承载框的显示盖板16还可包括被棱柱部分18a–18d围住的可见的透明的中央区域20，其不包括任何棱柱，因此是基本上平坦的。在其他实施方式中,隐藏承载框的显示盖板16不包括中央区域从而只提供由周界部分17限定的框架。

隐藏承载框的显示盖板16可由玻璃制成。例如,玻璃可为化学强化玻璃例如离子交换的玻璃和/或酸洗玻璃。例如,棱柱部分18a–18d可由粘附到显示盖板的市售的光弯曲滤光器材料制成,例如3M公司制造的Vikuiti图像引导膜(IDF II)。应理解，Vikuiti只是许多可能的光弯曲滤光器解决方案中的一种，并在本文中列出仅作为非限制性例子。在另一实施例中,可将光弯曲滤光器直接结合进入显示盖板16。例如,可直接在显示盖板材料中形成棱柱。如下文所更加详细描述，为了向观察者隐藏承载框，可优化和开发具体光弯曲滤光器。应指出，当使用Vikuiti光弯曲滤光器时，可需要为约2.7倍所需横向图像漂移的间隙。

在另一种实施方式中,棱柱还可为环绕显示器的框架的一部分，和由透明的材料例如塑料或玻璃制成。例如可通过注塑制备框架，模具自身可包括制备所需光学效果所需的微观棱柱结构。在这种实施方式中,中央区域20可为自由空间。

现参考图3A,显示了位于隐藏承载框的显示盖板16上的部分棱柱区域18。棱柱区域18包括许多三角形棱柱22。在图中，棱柱22位于显示盖板16的外侧表面(面向观察者)。棱柱22包括导致靠近承载框的图像发生漂移的棱柱角度θ,其中棱柱角度是光通行棱柱时主要穿过的一个或多个棱柱表面围住的角度。图3B是图片，显示棱柱角度θ随在显示设备10上位置的变化。通常,棱柱22的角度θ应在隐藏承载框的显示盖板16的边缘是最大值，而在远离显示盖板的边缘时下降到零(即,完全没有棱柱)。因此,只有少部分由显示面板12产生的图像发生漂移。棱柱阵列的频率即棱柱的周期性应大于显示面板的像素的频率，以防止混淆所得图像。通常,棱柱的尺寸应小于显示面板的像素。例如,单个棱柱可小到显示面板单一像素的尺寸的1/10。

实线24描述一种实施例，其中，在距离L上，棱柱的角度θ从隐藏承载框的显示盖板16的边缘线性降低，并在中央区域处下降到零。虚线26描述一种实施例，其中棱柱的角度θ在距离L上非线性的变化。为了避免打乱图像不连续性，可考虑更加复杂的虚线26轮廓。

图4示意性地显示远离显示设备10的显示面板12的观察者O,其中隐藏承载框的显示盖板16位于显示面板和观察者O之间。隐藏承载框的显示盖板16和显示面板12之间存在间隙G_A。这模拟了从显示面板12发射到观察者O的光射线的轨迹，并表明对于显示面板12上给定位置X1,光射线在位置X2撞击隐藏承载框的显示盖板16。在一种模拟中,棱柱面向观察者O,棱柱的棱柱角度从每个隐藏承载框的显示盖板16的边缘(即,在部分承载框14上方)处的32°线性变化到远离显示盖板16的外部边缘约10mm处的0°。模拟中隐藏承载框的显示盖板的折射率16是1.5,间隙G_A是约15mm。

图5模拟结果的图片，表明在隐藏承载框的显示盖板16的最边缘处(X2＝0),观察者O在远离显示屏13边缘约4.8mm处看见在显示设备10显示面板12上的位置X1。因此,如果承载框14的尺寸(宽度)小于4.8mm，承载框14对于观察者是不可见的。

可通过棱柱产生的光束偏向的量是棱柱角度θ的函数。图6中所示的图像显示间隙G_A和承载框宽度W的比例随棱柱角度θ的变化，假设折射率是1.5和还假设承载框在观看角度为20°时仍然是基本上不可见的。作为示例但不限于，通过使用45度的棱柱角度θ，间隙需为至少4倍的承载框宽度(G_A/W比例是4)。

引入本文所述的隐藏承载框的显示盖板可在通过显示设备显示的图像中引入伪影和/或扭曲，这可能对于观察者是可见的。下面描述的是可能引入的几种图像伪影,以及可优化来最小化出现这种图像伪影和/或扭曲的设计参数。

由隐藏承载框的显示盖板16的前述实施例在靠近显示设备例如显示设备10的承载框提供局部光弯曲滤光器，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，这可通过使用图像扭曲校正算法来部分地进行补偿。图像扭曲校正算法可操作由显示面板12显示的图像，从而最小化放大的出现。但是,因为图像中的扭曲是观看角度γ(例如,见图12)的函数,图像只能在给定观看角度进行补偿(例如,当在法向入射或一些其它静态观看角度γ贯穿显示器时)。

与局部放大相关的另一图像伪影是单个像素的图像可能被高度放大，导致在图像中引入着色或黑色的带。图7显示的情况中，通过使用改变像素化屏前面的棱柱结构的角度来局部放大图像。因为放大,由像素之间的间距导致的区域30之内的宽的深色28带被高度放大，由此导致中图像可见的明显的黑线。这种效应称为“条带”。

例如，通过最小化相同颜色的像素之间的间距，可减少或消除条带。图8显示了一种示例，其中显示面板12的红、绿和蓝像素(分别是32,34和36)垂直于棱柱的长轴方向对齐。另一种方法见图9。这种方法包括使像素(例如,红,绿和蓝像素,分别为32,34和36)以大角度相互对齐(例如,约45度)和每隔一行变换颜色。在这种情况下，着色的或黑色的带每隔一行变换，由此变得更不可见。

此外，可操纵单个像素的尺寸来最小化放大的影响。取决于分辨率，大显示器例如55”对角线显示器中的单一像素尺寸为约0.7mm,意指放大因数是5,像素易于可见。可通过使显示面板的像素变小或具有不同的几何形貌来避免这个。放大因数为5时，使用小5倍的子像素将消除观察到的条带。从电子器件的角度看，各组子像素可仍然由相同的晶体管驱动，由此避免更复杂的电子电路。

还可修改隐藏承载框的显示盖板来减少或消除条带。例如,可通过在棱柱面上引入粗糙度使单一像素的图像变得稍微模糊,或通过使那些表面稍微弯曲而不是平坦的(即,向棱柱添加透镜组件)，来减少或消除条带。例如，可通过金刚石车削(turning)技术形成原模(master)和微观复制原模，来获得合适的粗糙度。图10显示图像，其中棱柱的部分40具有曲率(部分模糊的区),和另一部分42其中棱柱只具有平坦的面(无模糊化区)。可知消除了部分42中像素之间的宽的深色线。看见部分44没有棱柱。图11示意性地显示包括弯曲的前表面的棱柱。

当观察者不在法向入射观看显示设备10时,承载框14对于观察者可为部分或全部可见的。具体来说，当观察者O非常靠近显示设备10时,观察者将在高的入射角处观看到所有的显示盖板边缘，这使得所有承载框部分是可见的，并可得到例如在箱子里面的电视的印象。

图12是图片，显示在与图4所示相同情况下于法向入射(曲线A),和在与图6类似的情况下具有10°的入射角度(曲线B,α＝10)观看显示设备10时关于看见的显示设备10上的位置的模拟结果。如图所示，曲线A和B是类似的但它们相对于彼此漂移。在第一种近似中,曲线B漂移了AG*sin(α),其中AG是空气间隙，α是观看角度。因此，在较小的观看角度(例如,10°),承载框开始变得可见。应注意，棱柱角度可进行非线性的变化来提供更大的观看角度(见图3B的虚线26)。

在一些实施方式中,降低承载框在增加观看角度的可见性，可通过在隐藏承载框的显示盖板16的棱柱部分18a–18d上添加漫射纹理来实现。这个区域的靠近承载框部分14a–14d的图像可被部分模糊，因为那部分图像在隐藏承载框的显示盖板16上产生。但是,对于大电视来说具有10mm模糊的区域可能不是显著的视觉分散，因为观察者的注意力主要靠近图像中央，周边的信息不那么重要。在一些实施例中,棱柱部分18a–18d可在隐藏承载框的显示盖板16的隔侧包括棱柱来扩大观看角度。

现参考图13,考虑观察者O在相对于显示面板12法向的观看角度γ处观看显示设备10(例如,电视)。为了确保承载框14在观看角度γ处不可见,由位于显示盖板16上的棱柱22引入的偏向角度δ需为:

δ＝γ+反正切(W/G_A) (1)

或

G_A＝W/tan(δ-γ)

其中δ是棱柱偏向角度,γ是观看角度,W是承载框宽度,和G_A是显示面板12和显示盖板16之间的间隙距离。图13还显示棱柱应从显示盖板的边缘朝向显示盖板内部延伸的最小距离L是:

L＝W+G_Atan(γ) (2)

公式1表明间隙G_A随着棱柱偏向角度δ增加或观看角度γ降低而降低，意指承载框14在较小观看角度变得观察者可见。此外，公式2表明所需的棱柱22从显示盖板边缘到隐藏承载框的分布长度L对于小间隙G_A降低,意指图像伪影仍然位于靠近显示设备的边缘的小部分图像中。现参考图14,观察者O描述成观看显示设备10，其包括被宽度为W的承载框14环绕的显示面板12。显示了棱柱阵列的单一棱柱22。棱柱22具有前表面56、非通行表面48和后表面50。后表面56和前表面50限定棱柱角度θ。假设棱柱22面向观察者O(在玻璃改变的观察者侧上),可相对于棱柱角度以及把观看角度固定到不同值所测定的间隙和承载框宽度比例G_A/W计算偏向角度δ。

图15是图片，显示通过假设理想地在最高达+30度的正观看角度+γ时保持承载框不可见时的最小间隙–承载框宽度比例G_A/W。棱柱折射率假设为1.56。从图15可知,棱柱角度θ应为至少55°以保持承载框对观察者不可见和保持合理的间隙G_A。隐藏承载框的显示盖板16的构造的最佳设计可为如下文所更加详细描述的其它图像伪影的函数。

图16显示当使用具有小棱柱角度θ和相对的、非通行表面48(光射线不通行的表面)的棱柱22的结果，该非通行表面48设定为与邻近的、通过前表面50成90°(即,通过角度β形成的直角三角形)。当沿着射线52观看显示面板图像时,射线52通过全内反射被相对的表面48反射，并沿着方向传播从而承载框14是可见的。例如，当棱柱角度θ为55°时,约40％进入棱柱的射线沿着错误方向传播。

或者,棱柱22的角度β使得棱柱22的非通行表面平行于棱柱内侧的通行射线54(见图17)。但是,那部分光现在直接通过棱柱22中的一个表面传输，对于55°的棱柱角度θ,约40％的通行棱柱的光将仍然在错误的方向传播。图18中的图像显示在错误方向折射的光的量随棱柱角度θ的变化,，表明对于约55°的棱柱角度θ,约40％射线到达错误的表面，意指观察者O看见的图像在边缘处变暗(dimmer)。虽然40％对于大多数观察者而言可能是可接受的，但假设错误偏向的光的量大于40％时是视觉上不可接受的。结果,延伸的图像将在其边缘变暗,55°的棱柱角度θ是保持亮度降低小于40％的最大棱柱角度。

再次参考图14,当棱柱22面向观察者O和位于平坦的玻璃基片上时,后表面56(显示盖板16处的表面)平行于显示面板12的平面。在大负观看角度(-γ)下,后表面56处的光射线入射角度变得非常大和射线在后表面56处通过全内反射进行反射。图19的图片描述棱柱角度θ随棱柱之内开始全内反射的观看角度γ的变化,表明对于约55°的棱柱角度θ,全内反射开始于约-31°的观看角度γ。对于比约-31°更负的负观看角度-γ,棱柱22看起来像漫射反射器。

在一些情况下,当观察者在特定观看角度范围中观看隐藏承载框的显示盖板16时,他/她可看到两个偏移图像。图20显示观察者O看见的部分隐藏承载框的显示盖板16。观察者O看见两个图像：由通过棱柱22的通行前表面50传播的光射线21构建的一个漂移图像,和由通过表面48传播的光射线61形成的一个寄生图像,该光射线61应该是非通行的。在一种实施方式中,通过使各棱柱的非通行表面不透明从而防止光通过其间传输，来减轻双重图像。例如,非通行表面可用不透明涂层涂覆(例如，通过静电喷涂工艺)。因此,光可只穿过棱柱22的通行前表面50。

现参考图21,当棱柱(例如棱柱22)具有恒定的角度θ时,靠近显示面板边缘的物体(例如点60处的图像部分)可被复制，这可在视觉上形成干扰。这种扭曲可通过模糊通过棱柱22看见的图像来减轻。或者,棱柱角度θ可在距离L上从显示盖板边缘向内空间地缓慢降低，直到偏向角度δ接近零。假设棱柱角度线性减速,棱柱阵列变得等同于圆柱菲涅耳(Fresnel)透镜，并在空间的某处具有焦点。

图22A和22B显示棱柱角度减速的两种不同情况。图22A示意性地显示实施例，其中棱柱角度θ部分快速降低。焦点f_p位于显示面板的表面上。因此,所需棱柱内到显示盖板16边缘的距离L可使用如上所述的公式2来测定。但是,在这种情况下,观察者O看见的所有光来自相同的点，得到大的放大因数。图22示意性地显示实施例，其中棱柱角度θ空间地降低比图21所示的实施例更缓慢。对于图22B所示的更缓慢的空间降低的棱柱角度θ,焦点f_p位于显示面板12后面，且放大因数(L/L′)减少。但是,棱柱所需的距离L将增加，这意味着其它缺陷，例如在更大部分的图像上看见如上所述的全内反射。结果,作为示例但不作为限制,约50°-约60°的棱柱角度θ,例如约55°,可提供足够的妥协，对于4mm宽的承载框得到约10mm的间隙G_A。

如上所述的图像伪影可通过平衡各种伪影和开发用于设计用于预期观看角度和距离的最佳隐藏承载框的显示盖板16的设计过程来减轻。下文描述了一种确定合适的设计的示例性方法。首先，可确定承载框14变得可见的正观看角度+γ。例如,测试中发现约30°的正观看角度得到可接受的间隙。其次,可确定间隙和承载框比例随起始棱柱角度θ的变化。根据图15的图片,+30°观看角度,对于55°的起始棱柱角度θ₁，G_A/W比例为约2.2。接下来，可确定起始棱柱角度θ₁(即,本实施例中的55°)是否导致可接受的通过错误表面泄漏的光的量以及可接受的棱柱开始产生入射光射线的全内反射的角度。因为使用非常大的棱柱角度形成图像伪影,所以起始棱柱角度θ₁应合理地小，例如,等于或小于约55°。

一旦选定了起始棱柱角度θ₁，确定角度减速速率。减速速率应尽可能快从而图像伪影仍然位于小区域，但同时减速应足够慢从而像素放大(条带)不过高。对于线性减速,图像放大的放大倍数在图像边缘非常高,导致局部像素放大。在一些情况下，所述放大可为负性的，意味着倒置图像。这种效果主要是通过菲涅耳透镜产生的球面像差造成的。图23显示图像放大随与显示盖板的边缘的距离L的变化。因此,可通过计算地保持放大因数恒定并增加棱柱角度减速速率，来选定放大因数。可知这等同于将非球面化添加到菲涅耳透镜设计。图24显示通过分别将放大因数固定为5(曲线62)和2(曲线64)时的棱柱角度变化。

实施例1

选定起始棱柱角度为55°且放大因数为2,得到约18mm的棱柱阵列长度L(与延伸棱柱阵列的显示盖板边缘的距离)。对于4mm的承载框宽度，间隙G_A确定为约9mm。因此,承载框可见性开始发生于约30°的观看角度和全内反射的开始将起始于-30°的观看角度γ。

实施例2

选定起始棱柱角度为55°且放大因数为5,得到约11.3mm的棱柱阵列长度L。对于4mm的承载框宽度，间隙G_A确定为约9mm。因此,承载框可见性开始发生于约30°的观看角度和全内反射的开始将起始于-30°的观看角度γ。

实施例3

选定起始棱柱角度为55°且放大因数为2,得到约45mm的棱柱阵列长度L。对于10mm的承载框宽度，间隙G_A确定为约22mm。因此,承载框可见性开始发生于约30°的观看角度和全内反射的开始将起始于-30°的观看角度γ。

如上所述，随着观看角度变得越正,承载框14变得可见。现参考图25,承载框14的可见性可通过提供反射表面66来减轻，其使本来撞击承载框14的光射线偏向(即在相反方向,从而避免看见承载框14)。反射表面66进行抛光并用作镜面，或具有一些结构以部分地漫射光和使反射部分的图像部分地变模糊的(失真)。

如上所解释，因为通过错误棱柱表面的光泄漏或被其反射，图像的边缘可看起来变暗。避免这种泄漏的另一种方式包括使图像局部变得更亮。例如,可计算观察者在法向入射时图像看起来变暗的量,并使通过显示面板12产生的图像相应地变得更亮。这可通过图像加工(在这种情况下，只有图像自身在其边缘较暗时有效)或背光来进行。图26显示根据一种实施方式的背光组件68。示例性背光组件包括光源72、反射表面74和导光板70。可通过增加光泄漏出背光导光板70的量，来使图像局部变量。可知，这可通过例如在导光板上连接浅棱柱阵列76来实现。

或者,可使图像模糊至少等于像素尺寸的量。这可通过向棱柱角度引入噪音(小的偏差),或通过使棱柱的输出表面具有曲率来实现(如上针对图11所述)。

图27显示本发明的实施方式，其中棱柱22朝向显示面板12,而不是如上所述的实施方式中的远离显示面板12。在这种情况下,棱柱的进入面(表面56)指向错误方向。换句话说，当棱柱朝向观察者O时(因为在这种情况下，表面56平行于显示器)，对于给定光射线偏向角度,在棱柱表面上离开射线的角度(α)必须较大。结果,在小得多的观看角度发生全内反射。

图28是图片，显示两种情况下棱柱22产生全内反射的观看角度γ:当棱柱面向观察者时(曲线78),或当棱柱面向显示面板12时(曲线80)。例如，对于40°的棱柱角度θ,当面向显示面板(曲线80)时，对于所有负观看角度-γ棱柱22都发生全内反射；当棱柱22面向观察者时，只对于比-40度更不负的负观看角度-γ开始发生全内反射。结果,当将棱柱22设置在面向显示面板12的平坦的盖板的背面时,棱柱角度θ需要非常小来避免全内反射和需要大的间隙。

现参考图29,因为面向显示面板12的微观棱柱趋于产生全内反射,在一些实施方式中，可将全内反射模式选定为被观察者观看的标称模式。图29显示一种实施方式，其中一个表面(例如,表面50)产生全内反射和其它表面(例如,表面56)发生透射。具体来说，在表面48处进入棱柱的光射线通过全内反射在表面50被反射,并在表面56离开棱柱。因为表面48反射进来的光射线65,可产生非常大的偏向角度，且与棱柱折射率无关。这允许极小的隐藏承载框的显示盖板16和显示设备10之间的间隙G_A。

如上所述，隐藏承载框的显示盖板16可通过将光弯曲滤光器材料粘附到玻璃板(或玻璃框架)表面来形成，其进而连接到显示设备。滤光器材料可由透明的聚合物材料膜形成，其中形成棱柱阵列。在具体实施方式中，通过在滚筒或圆柱上金刚石车削原模图案，然后使用具有原模图案的滚筒将棱柱阵列传递到聚合物材料膜上来形成棱柱阵列。或者可通过绕着滚筒卷绕聚合物材料膜和当滚筒旋转时使用金刚石车床把阵列加工进入聚合物材料表面来,在聚合物材料上形成棱柱阵列。例如,图30示意性地显示透明的聚合物材料膜100的部分，其中在膜100的表面102中形成棱柱阵列118。

考虑到单个棱柱的精细维度，可能难以使用金刚石车床直接在图30所示的聚合物材料中形成棱柱阵列。具体来说，金刚石车床在膜中的绝对深度可能不能很好地控制，且可随时间而变化，特别是在浅深度时。例如,当加工棱柱阵列118时，加工过程中的热扰动可显著地改变滚筒的直径，这进而可改变图案的深度。此外，加工时材料的吸湿性可显著增加膜厚度，这进而可在棱柱阵列中形成不一致性。

现参考图31,已确定通过在聚合物材料膜100的表面102中形成棱柱阵列118可减轻这些制造异常，从而棱柱阵列118偏移间隔dz从偏移并位于表面102下方,如图31示意性地显示。但是,使棱柱阵列118从膜100的表面102偏移向膜100引入阶梯特征110(即,以90°角度与表面102相交的特征)。阶梯特征110散射光和形成在通过膜100显示的图像中可见的图像伪影(特别是亮线)。

在一种实施方式中,通过控制阶梯特征的维度特别是偏移间隔dz，减缓被阶梯特征110散射的光(并消除或减少相应的图像伪影)。具体来说，棱柱阵列118和透明的聚合物材料膜100的表面102之间的光学路径差异是膜100的折射率n和偏移间隔dz(即,OPD＝(n-1)*dz)的乘积。光学路径差异是通过空气的光学路径和通过聚合物材料膜的光学路径之间的差异。已发现形成膜100从而OPD等于整数k倍的通过膜100传输的光的中值波长(即,OPD＝k*λ)，将最小化被阶梯特征110衍射的光,使阶梯特征110变得不可见的和消除相关的图像伪影。使用这些关系，可通过设定(n-1)*dz等于k*λ来确定适当的偏移间隔dz值。

例如参考图32,图形化显示显示器的像素强度随像素位置相对于连接到显示其并具有棱柱阵列118(见图31)透明的聚合物材料膜的变化的柱状图。对于这个模拟，把显示器的像素节距设定为0.7mm和像素到膜距离(如上所述的间隙G_A)设定为25mm。出于这个模拟目的,将光学路径差异OPD设定为1/2波长，以显示在最坏情况下(即,OPD≠k*λ)出现的图像伪影。这种模拟或模型涉及使来自源(即,显示器的像素)的光通过透明的膜传播并到达观察者眼睛。使用傅立叶光学器件模型计算各部分对应的光学路径，假设所述源是单点。考虑像素的空间范围,考虑覆盖像素范围的许多发射点，最终的图像计为所有单一发射点所计算的强度之和。如图32所示,相对于阵列中其它的像素，对应于非常邻近阶梯特征110的棱柱的显示器像素具有降低的强度，因为发射自这些像素的光穿过棱柱时被阶梯特征110散射。结果,相对于阵列中的其它像素，来自这些像素的光出现多达13％的衰减。这种衰减表现为所得图像中可见的线。但是,当将光学路径差异OPD设定为整数多倍波长时(即,OPD＝k*λ),来自像素的光没有衰减，这进而减轻图像伪影的出现。

图32中图形化显示的图像伪影或“线”的可见性可通过其对比度来表征。为了图形化模拟图像伪影的对比度,可利用下述公式:

OPD＝(n-1)dz

OPD＝kλ+ΔOPD，

其中OPD是光学路径差异,n是聚合物材料膜的折射率,dz是偏移间隔,k是整数(即,1,2,3…),和λ波长(假设单发色条件),如上所述。ΔOPD是光学路径不匹配差异，其用来计算与具有等于整数倍波长的光学路径差异的偏差。基于如上所述，对对比度进行数学建模。

参考图33,对应固定的dz值，对比度(y-轴)随着ΔOPD(x-轴)扰动。具体来说，当ΔOPD为零时，对比度降低到零，这意味着在所得图像中没有可见的图像伪影。但是,当ΔOPD增加时，对比度从零增加和当ΔOPD等于0.5λ时对比度达到最大值，表明当光学路径之间的不匹配在半波长的量级时图像伪影最明显。对比度随光学路径差异不匹配变化，在整数多倍波长处最小化和在半-整数多倍波长处最大化，表明偏移间隔应确定为整数多倍波长从而最小化图像伪影。

虽然图33显示了对比度随ΔOPD的变化,但图34图形化显示用于固定的dz值的对比度(y-轴)随波长(x-轴)的变化，其中dz已根据绿光波长(即,λ＝540nm)进行优化。选择绿光用于优化是因为利用红、绿和蓝像素的标准显示设备中,通过绿像素发射的光波长在红、绿和蓝像素阵列发射的光谱中间。此外，因为人类眼睛对绿光波长最敏感,通常最好消除绿色的图像伪影。虽然上述的模拟表明通过控制偏移间隔dz可消除具体波长的图像伪影,但考虑实际的显示器发射波长谱是重要的。图34显示像素对比度随波长的变化，假设OPD已设定为1、2或3倍波长(波长固定为540nm)。

如图34所述,当偏移间隔dz等于1倍波长(即,k＝1)时，最小化在整个可见光光谱的上的对比度。图34还表明对于绿光谱波长(即,约540nm的光谱)可最小化对比度，但在绿光谱以外(即,在红和蓝光谱中)对比度增加。

因此,在本文所述的一种实施方式中,在540nm波长下将棱柱阵列的偏移间隔dz设定为1个波调制(即,k＝1)。假设聚合物材料膜的折射率为约1.5,相应的偏移间隔dz是1.08μm(即,OPW＝(n-1)dz＝kλ,dz＝kλ/(n-1)＝(540nm)/(1.5-1))。

虽然约1μm的偏移间隔dz可最小化图像伪影的出现,但这种偏移间隔可能不足以在聚合物材料膜中形成棱柱阵列。因此,在一些实施方式中,可通过使用一系列阶梯特征在聚合物材料膜形成棱柱阵列或结构，且各阶梯特征具有相对于前一阶梯的1.08μm的偏移间隔dz，如图35示意性地显示。

现参考图36,在替代实施方式,所需的棱柱阵列118的总体偏移间隔dz可使用一系列较小的阶段来获得，各阶梯具有对应于等于1倍波长的OPD的阶梯高度dz’，且dz’之和等于dz，dz是图案应在材料中偏移以消除图像伪影的振幅。

在本文所述的实施方式中,偏移间隔dz的公差为±0.2μm。例如,图37图形化显示通过十分之一波长调节偏移间隔dz时对对比度的影响。具体来说，图37表明使偏移间隔dz变化十分之一波长使得对比度曲线漂移，这进而导致所得图像伪影在红或蓝部分光谱中更加可见的，这取决于漂移的正负。

基于图37所示的模拟数据,已确定棱柱阵列的偏移间隔dz应小于或等于选定值的±0.2μm从而最小化相邻部分光谱中出现图像伪影。例如,如上所述，当偏移间隔选定为1.08μm时，偏移间隔应保持在0.88μm-1.28μm，从而最小化图像伪影的发生。这假设在聚合物材料膜中形成棱柱阵列，其折射率是1.5。

虽然图31和35-36显示了其中棱柱阵列118通过一个阶梯特征或多个阶梯特征从膜100的表面102偏移的实施方式,应理解其它实施方式也是可能的。

例如,图38示意性地显示在透明的聚合物材料膜100中形成棱柱阵列118从而棱柱阵列118从膜100的表面102偏移进入膜的厚度。在本实施方式中，棱柱阵列118或结构通过在棱柱阵列118和膜表面102之间形成渐变部分103从膜的表面102偏移。渐变部分103相对于表面102以角度取向φ取向，从而表面102在一定距离过渡到棱柱阵列118。当来自法向入射的光撞击该表面时,其通过角度α1从而sin(Φ)＝nsin(α1)其中n是膜的折射率。此外，当光来自透明的膜时,最终偏向角度等于α2从而sin(α2)＝nsin(α1)。假设膜与显示器相距距离D，棱柱118的效果将使视线位移dx＝D*tan(α2)的量。

虽然这种实施方式改善了膜100中棱柱阵列118的制造能力,但因为渐变部分103的角度取向可形成一些图像伪影。具体来说，渐变表面导致来自显示器的光被衍射某些量dx(见图38)。例如,假设dx是1/3像素(即,dx等于红、绿或蓝子像素的宽度)。在棱柱阵列118中接触膜的光射线将形成RGB-RGB-RGB子像素图像。但是,膜100上渐变部分103中入射的光被三分之一的像素衍射，由此形成其中丢失一种颜色的图像。例如,所得像素顺序可为RGB-GB-RGB。丢失的颜色(在这种情况下是红色)导致图像中出现彩色线，形成可易于观察的图像伪影。

但是,可通过最小化角度φ进而减少dx的值来避免前述图像伪影。例如,假设设定渐变部分103的角度φ从而dx小于十分之一像素尺寸，将显著减少或甚至减轻图像伪影的出现。或者,可设定渐变部分103的角度φ从而dx等于一个像素的宽度。在本实施方式中,将丢失一列所得图像，这与图像中的彩色线相比是更不可见的。

在本文所述的实施方式中,可通过首先绕着滚筒卷绕膜在聚合物材料膜中形成棱柱阵列。然后，旋转滚筒，使用大半径的金刚石车床来矫正板的表面。然后，使具有较小半径的金刚石车床靠近膜表面附近，但不接触。这可通过视觉系统实现。然后，可使金刚石车床以小增量增量(即,小于0.2μm的增量)朝着膜表面推进直到膜上出现凹槽。相应的深度标记为零深度。然后，当通过计算机控制调节金刚石车床的深度时，通过是金刚石车床横贯于膜表面上，在膜中加工所需的图案。

再次参考图1,在本文所述的实施方式,具有棱柱阵列的透明的膜通常只施加到显示器16的边缘，从而避免显示器中央部分的图像变差。但是,膜的内部边缘(即,最靠近显示器16中央的边缘)提供衍射光的阶梯不连续性，由此形成图像伪影。换句话说，当微观结构只需位于显示器的有限部分时，可有利地制造只覆盖部分图像的小尺寸的膜。在这种情况下，膜的物理端部在光学路径中形成阶梯功能，如上所述的解决方案可能不适于消除由膜端部形成的图像伪影。

现参考图39和40,由膜100的内部边缘形成的图像伪影可通过下述来减轻：在膜边缘中形成锯齿图案(见图40)和对齐膜100从而图案中各齿的边缘平行于子像素的对角线。如上文相对于图32所述,偏移间隔dz对应于非整数多倍的选定波长的阶梯特征将导致衰减一些来自像素阵列中的自像素栏的光,由此得到跨过整体图像的彩色线的视觉印象。将膜100的边缘形成为锯齿图案150可减轻这种图像伪影。具体来说，切割锯齿图案150从而锯齿图案150中各齿152的边缘154总体平行于显示器中各子像素的对角线。考虑子像素占空因数为1/3(即,每个像素存在3个子像素),对角线相对于各子像素长侧的角度β(并因此是锯齿图案中各“齿”的角度)是反正切(1/3)≈18度。因此,应切割膜100的边缘从而锯齿图案150的各齿152相对于各子像素长侧的角度β为约18度,见图40。如本文所述和如图39所示，当切割和取向膜100从而锯齿图案的边缘与子像素的对角线对齐时,所得膜边缘处的光衍射交替地影响不同像素的红、绿和蓝子像素，这样消除线图像伪影并用观察者更不容易察觉的高空间频率调制的颜色来取代它。

虽然本文擦可使用上述膜来促进显而易见地消除显示器承载框，应理解设想了其它应用。具体来说，设想了上述膜可用于其中将膜施加到小于显示设备的整个显示表面的任何应用中。

出于描述和限定本发明实施方式的目的，应当指出，词语“基本上”、“约为”和“约”在本文中用来表示可归属于任何定量比较、数值、测量或其他表达的固有不确定程度。

应注意的是，本文所述的特定实施方式中的部件被“构造成”成特定的方式或者具有特定的性质或者以特定的方式发挥功能，是结构性描述，而不是对预期的用途进行限制。更具体来说，本文所述的对部件进行构建的方式表示该部件现有的物理条件，因此可以将其看作该部件的结构特征的限定性描述。

还应注意的是，在用术语“至少一个”描述特定组件或元件时，并不暗示使用术语“一个”描述其他组件或元件时排除了使用超过一个特定的组件或元件。更具体来说，虽然可能用“一个”来描述组件，但是这并不解释为限制组件仅为一个。

虽然本文显示和描述了特定实施方式，应理解在不偏离所要求保护的主题的精神和范围时，可进行各种其它盖板和修改。更具体来说，尽管本发明的一些方面在本文中被认为是优选的或者特别有益的，但应考虑到本发明所要求保护的目标对象不一定限于这些方面。

Claims (20)

1.一种用于结合到显示设备的显示盖板,所述显示盖板包括：

周界部分，该周界部分包括第一表面和第二表面；和

连接到所述周界部分的第一表面或第二表面中至少一个的聚合物材料膜，所述膜包括从周界部分的边缘延伸到距离L的第一棱柱阵列，其中第一棱柱阵列通过至少一种阶梯特征从膜表面偏移并位于膜表面下方，其中，第一棱柱阵列从表面的偏移间隔是dz，其中偏移间隔dz等于(k*λ/(n-1))±2μm,其中λ＝540nm,k是大于或等于1的整数,和n是膜的折射率。

2.如权利要求1所述的显示盖板，其特征在于，所述至少一种阶梯特征是具有等于偏移间隔dz的阶梯高度的单一阶梯特征。

3.如权利要求2所述的显示盖板，其特征在于，所述单一阶梯特征相对于膜表面设置成90度的角度。

4.如权利要求1所述的显示盖板，其特征在于，第一棱柱阵列通过多个阶梯特征从膜表面偏移，该多个阶梯特征的单个阶梯特征的阶梯高度之和等于dz。

5.如权利要求1所述的显示盖板，其特征在于，k＝1,和n≈1.5。

6.如权利要求1所述的显示盖板，其特征在于，所述第一棱柱阵列通过相对于表面以角度φ取向的渐变部分从膜表面偏移并位于膜表面下方，从而所述表面在一定距离上过渡到所述第一棱柱阵列。

7.如权利要求6所述的显示盖板，其特征在于，角度φ使得穿过膜的渐变部分的光偏移dx量，该dx小于显示设备的像素尺寸的1/10。

8.如权利要求6所述的显示盖板，其特征在于，角度φ使得穿过膜的渐变部分的光偏移dx量，该dx等于显示设备的1个像素尺寸。

9.如权利要求1所述的显示盖板，其特征在于，

第一棱柱阵列的各棱柱具有棱柱角度θ；

第一棱柱阵列构造成使显示面板产生的部分图像漂移；和

所述显示盖板包括被周界部分围住的中央区域，其中第一棱柱阵列不存在中央区域中。

10.如权利要求1所述的显示盖板，其特征在于，所述聚合物材料膜具有在其中形成的锯齿图案的至少一个边缘。

11.如权利要求10所述的显示盖板，其特征在于，所述膜在显示盖板上对齐从而锯齿图案的各齿的边缘平行于显示设备中至少一个相应的子像素的对角线。

12.如权利要求10所述的显示盖板，其特征在于，所述锯齿图案的边缘具有等于反正切(SDP)的齿角度β,其中SDP是显示设备的子像素占空因数。

13.如权利要求12所述的显示盖板，其特征在于，SDP＝1/3。

14.一种聚合物材料膜，其包括通过至少一种阶梯特征从膜表面偏移并位于膜表面下方的第一棱柱阵列，其特征在于，第一棱柱阵列从表面的偏移间隔是dz，其中偏移间隔dz等于(k*λ/(n-1))±2μm,其中λ＝540nm,k是大于或等于1的整数,和n是膜的折射率。

15.如权利要求14所述的膜，其特征在于，所述至少一种阶梯特征是单一阶梯特征，所述单一阶梯特征相对于所述膜表面设置成90度的角度。

16.如权利要求14所述的膜，其特征在于，第一棱柱阵列通过多个阶梯特征从所述膜表面偏移，该多个阶梯特征的单个阶梯特征的阶梯高度之和等于dz。

17.如权利要求14所述的膜，其特征在于，k＝1,和n≈1.5。

18.一种聚合物材料膜，其包括表面，相对于该表面以锐角φ从该表面延伸的渐变部分，以及通过偏移间隔dz经由渐变部分从膜表面偏移并位于模表面下方的第一棱柱阵列，其特征在于，所述渐变部分以相对于表面的锐角φ取向，从而所述表面在一定距离上过渡到第一棱柱阵列。

19.如权利要求18所述的膜，其特征在于，锐角φ使得穿过膜的渐变部分的光偏移dx量，该dx小于连接膜的显示设备的像素尺寸的1/10。

20.如权利要求18所述的膜，其特征在于，锐角φ使得穿过膜的渐变部分的光偏移dx量，该dx等于连接膜的显示设备的1个像素尺寸。