CN106054429B - 弯曲的边框隐藏的显示设备盖以及无边框显示设备 - Google Patents

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Abstract

公开了弯曲的边框隐藏的显示设备盖和无边框显示设备。在一实施例中，一种边框隐藏的显示器盖(16)，用于耦合到具有边框(14)和显示面板(12)的显示设备，所述边框隐藏的显示器盖(16)包括弯曲周界部分，所述弯曲周界部分具有第一表面和第二表面，其中弯曲周界部分构造成从显示设备的边框偏移了一个变化的间隙GA。边框隐藏的显示器盖还包括棱镜(22)的阵列，该棱镜阵列在弯曲周界部分的第一表面或第二表面中的至少一个上。棱镜阵列从弯曲周界部分的边缘延伸到距离L。棱镜阵列和弯曲周界部分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(O)来说出现在边框上。

Description

弯曲的边框隐藏的显示设备盖以及无边框显示设备
本申请是国际申请日为2012年10月11日、中国国家阶段申请号为201280049971.4、题为“弯曲的边框隐藏的显示设备盖以及无边框显示设备”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求2011年10月12日提交的美国临时申请61/546296以及2012年3月9日提交的美国临时申请61/608995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具有弯曲的轮廓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，诸如在液晶显示器(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熵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弯曲的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弯曲周界部分，所述弯曲周界部分具有第一表面和第二表面，其中弯曲周界部分构造成从显示设备的边框偏移了一个变化的间隙GA。边框隐藏显示器盖还包括第一棱镜阵列，该第一棱镜阵列在弯曲周界部分的第一表面或第二表面中的至少一个上。第一棱镜阵列从弯曲周界部分的边缘延伸到距离L。第一棱镜阵列中的每个棱镜具有棱镜角θ。第一棱镜阵列和弯曲周界部分构造成使显示面板所形成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，弯曲边界部分包括相对于显示设备的凹弯曲，使得间隙GA沿从弯曲周界部分的边缘朝向边框隐藏显示器盖的中心到距离L的方向减小。某些实例包括由弯曲边界部分界定的中心区域，其中当边框隐藏显示器盖耦合到显示设备时，中心区域与显示面板之间的间隙GA约为零。在某些实例中，弯曲周界部分的边缘处弯曲周界部分的切线相对于显示面板的平面的角度等于或小于20゜。在某些实例中，第一棱镜阵列定位在弯曲周界部分的第一表面上，且弯曲周界部分的第一表面面向观察者。边框隐藏显示器盖还可包括第二棱镜阵列，该第二棱镜阵列在弯曲周界部分上，其中第一和第二棱镜阵列分别定位在弯曲周界部分的第一和第二表面上。第一棱镜阵列中各个棱镜的空间频率可不同于第二棱镜阵列中各个棱镜的空间频率。
在某些实例中，弯曲边界部分包括相对于显示设备的凸弯曲，使得间隙GA沿从弯曲周界部分的边缘朝向边框隐藏显示器盖的中心到长度L的方向增加。第一棱镜阵列的棱镜角θ可从显示设备的边缘处的最大棱镜角θ1减小。在某些实例中，弯曲周界部分还包括从边框的表面延伸的第一直部分、从第一直部分的端部延伸的凸弯曲部分，其中第一棱镜阵列位于凸弯曲部分处，且第二直部分从凸弯曲部分的端部延伸并平行于显示面板。在某些实施例中，第一直部分可相对于垂直于边框的平面成角度。第一棱镜阵列可定位在弯曲周界部分的第二表面上，且弯曲周界部分的第二表面面向显示面板。在某些情况下，各棱镜可位于盖的第二表面上，其中棱镜的第一小平面在相对于棱镜内传播的光垂直的+/-20度内，且棱镜的第二小平面在平行于棱镜内传播的光的+/-20度内。
在某些实例中，弯曲周界部分包括凸弯曲部分和凹弯曲部分，使得凹弯曲部分靠近边框从显示设备的边缘延伸，使得最大间隙GA出现在凹弯曲部分内，且凸弯曲部分从凹弯曲部分延伸，其中在凸弯曲部分终止处没有间隙。
在另一方面，显示设备包括边框隐藏显示器盖、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。边框隐藏显示器盖包括：弯曲周界部分和由弯曲周界部分界定的中心区域，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，其中第一棱镜阵列从边框隐藏显示器盖的边缘朝向边框隐藏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边框隐藏显示器盖之间，使得在显示面板与边框隐藏显示器盖的第二表面之间存在间隙GA。显示面板构造成显示图像。弯曲周界部分朝向显示面板向内弯曲，且间隙GA在距离L之后基本为零。
在某些实例中，显示设备还包括设置在弯曲周界部分与显示面板之间的聚合物材料，其中聚合物材料包括分散在其中的漫射颗粒材料。在某些实例中，边框隐藏显示器盖包括第二棱镜阵列，该第二棱镜阵列在弯曲周界部分上，其中第一和第二棱镜阵列分别定位在弯曲周界部分的第一和第二表面上。
在又一方面，显示设备包括边框隐藏显示器盖、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。边框隐藏显示器盖包括：弯曲周界部分和由弯曲周界部分界定的中心区域，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，其中棱镜阵列从边框隐藏显示器盖的边缘朝向边框隐藏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边框隐藏显示器盖之间，使得在显示面板与边框隐藏显示器盖的第二表面之间存在间隙GA。显示面板构造成显示图像。弯曲周界部分远离显示面板向外弯曲，且最大间隙GA出现在距离L之后。
在某些实例中，棱镜阵列中各个棱镜的棱镜角θ从显示设备的边缘处的最大棱镜角θ1减小。在某些实例中，第一棱镜阵列可定位在弯曲周界部分的第二表面上，且弯曲周界部分的第二表面面向显示面板。
在某些实施例中，显示器盖仅在显示器的左侧区域和右侧区域弯曲，其中左侧和右侧是指相对于将显示器盖二等分的假想垂直线的位置。
棱镜阵列可在弯曲左侧和右侧区域内位于盖的第二表面上，而其它棱镜可位于显示器盖的直(非弯曲)顶部和底部区域内显示器盖的第一表面上。
应当理解，本发明包括包括沿水平或垂直方向并排(“平铺”)定位的显示设备阵列的实施例。
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是边框隐藏显示器盖的正视图，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函数的曲线；
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是显示面板和边框以及平板边框隐藏显示器盖的示意图，平板边框隐藏显示器盖包括从边框隐藏显示器盖的边缘在长度L上分布的棱镜阵列；
图13是显示面板和边框以及图12的棱镜这列中单个棱镜的示意图，示出正负视角和间隙GA；
图14是作为棱镜角θ的函数的间隙/边框宽度比的图表；
图15是设置在边框隐藏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16是设置在边框隐藏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前部小平面观察到图像，由此允许边框有图像；
图17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表；
图18是全内部反射根据棱镜角发生的视角的图表；
图19是显示面板和边框以及包括弯曲周界部分的显示器盖的一部分的测剖视图；
图20是设置在图19的显示器盖上的棱镜阵列中单个棱镜的示意图，示出棱镜转动使得没有小平面(表面)平行于显示面板；
图21是显示面板和边框以及显示器盖的一部分的示意图，其中显示器盖包括显示器盖两侧上的棱镜；
图22是显示面板和边框以及显示器盖的一部分的示意图，显示器盖包括弯曲部分，其中显示器盖与显示面板之间间隙的一部分填充有聚合物材料(例如环氧树脂)；
图23是对于填充的间隙和未填充的间隙的作为棱镜角的函数的间隙/边框宽度比的图表；
图24是显示面板和边框以及显示器盖的一部分的示意图，显示器盖包括弯曲部分，其中显示器盖与显示面板之间间隙的一部分填充有聚合物材料(例如环氧树脂)，其中聚合物材料包括颗粒状漫射颗粒；
图25是显示面板和边框以及显示器盖的一部分的示意图，其中显示器盖包括远离显示面板弯曲的弯曲部分；
图26是弯曲的边框隐藏显示器盖的一部分的示意图，该弯曲的边框隐藏显示器盖具有第一和第二直部分和弯曲部分；
图27是对于各种视角显示设备上位置相对于边框隐藏显示器盖的图表，其中棱镜具有32゜角；
图28是示出图27中绘制的边框隐藏显示器盖的轮廓的图表；
图29是对于各种视角显示设备上位置相对于边框隐藏显示器盖的图表，其中棱镜具有32゜角，且边框隐藏显示器盖的直部分以20゜倾斜；
图30是示出图29中绘制的边框隐藏显示器盖的轮廓的图表；
图31是对于各种视角显示设备上位置相对于边框隐藏显示器盖的图表，其中棱镜具有变化角度，且边框隐藏显示器盖的直部分以20゜倾斜；
图32是示出图31中绘制的边框隐藏显示器盖的轮廓的图表；
图33是弯曲的边框隐藏显示器盖的弯曲棱镜部分的轮廓的示意图；
图34是显示弯曲的边框隐藏显示器盖的轮廓测量的图表；
图35是示出图34中示出的弯曲的边框隐藏显示器盖的局部曲率变化的图表；
图36是对于设定视角向外弯曲的显示器盖边缘部分，间隙-边框宽度比和L/边框宽度比作为放大因子函数的图表，边框在30゜处仍然不可见；
图37是对于-50゜视角向外弯曲的显示器盖边缘部分，间隙-边框宽度比和L/边框宽度比作为放大因子函数的图表；
图38是具有凸形弯曲部分和凹形弯曲部分的弯曲边框隐藏显示器盖的示意图；以及
图39是显示设备和与其耦合的图38所示构造的两个弯曲的边框隐藏显示器盖的示意图。
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)。
过去几年的趋势方向是边框越来越小。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予图像“网格”以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具有弯曲周界的成形边框隐藏显示器盖，具有隐藏边框的一个或多个棱镜阵列，从而在可预测视角内边框的存在不可见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上的棱镜部分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是模拟结果的图表，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远离显示器盖16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10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37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(约1.4m)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5倍小的自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是包括弯曲部分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。
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本身上产生。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12，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12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13，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14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14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15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通过全内部反射由非通过小平面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16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。图17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(即小平面48)，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13，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处以全内部反射被反射。图18的图表示出对于棱镜内全内部反射的发生，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γ处开始全内部反射。对于小于-31゜的负视角-γ，棱镜22会看上去像扩散反射器。
本文描述的边框隐藏显示器盖具有弯曲周界，使得包括棱镜阵列的周界部分朝向显示设备向内弯曲或远离显示设备向外弯曲。显示器盖的弯曲部分可提供改变棱镜角度的灵活性以及间隙GA的尺寸。因此，具有弯曲周界的边框隐藏显示器盖可增加可见角度，边框隐藏显示器盖在盖可见角度内具有平坦周界。在平坦盖板设计中，间隙GA在边框隐藏显示器盖与显示设备之间所有位置，这可能产生泄漏问题，因为55英寸(约1.4m)薄玻璃板可能非常柔软。图19示意性地示出具有周界部分17的边框隐藏显示器盖16，周界部分17相对于显示面板12凹陷(即，显示器盖16的曲率朝向显示面板12向内弯曲)使得显示器盖16在基本上显示面板12的所有表面上与显示面板12接触(或几乎接触)。即，基本上所有意思是所有的显示器盖与显示面板12接触(或几乎接触)，除了弯曲周界部分17与显示器边缘相邻。在凹陷周界部分17与由边框14和显示面板12限定的平面之间存在可变角φ。因为显示器盖16是凹陷的，间隙GA沿长度L远离显示设备10的边缘减小。
对于定位在显示器盖观察者侧上的棱镜22，该问题的几何形状类似于上述说明性平板显示器盖的几何形状，除了棱镜由于显示器盖在边缘处的角度而转动。类似于图13，图20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。示出图12中所示定位在凹陷周界部分17的面向观察者表面上的棱镜阵列中的单个棱镜22。棱镜22具有后部小平面56、非通过小平面48、以及前部小平面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(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θ和确定的间隙与边框宽度比值GA/W计算偏差角δ。
如上文参照图13所述，当棱镜22面向观察者O时，后部小平面56(凹陷弯曲表面上显示器盖16处的小平面)相对于显示面板12的平面成角度。后部小平面56上的入射角α由于由箭头A致使的凹陷表面而变化。对于相同的偏转，前部小平面50上的射线角随着棱镜的角度移位的增加而增加。因此，将减小发生全内部反射的负视角。因而，显示器盖的弯曲部分的边缘的切线85相对于显示面板12的角度φ应保持尽可能小。
示例1
在本示例中，显示器盖边缘处显示器盖切线的角度φ为10度，且边缘处的最大间隙GA为10mm。在14mm的距离L上棱镜角θ从65゜线性减小到0゜。显示设备的边框宽度W为4mm。观察到边框不可见的视角范围在约-20゜至约+30゜之间。
如上所述，对于凹曲率，全内部反射可能更佳普遍，因为盖玻璃的斜率增加棱镜22的出射面上的入射角。在某些实施例中，可通过对显示器盖16的后部表面(即第二表面)(面向显示面板12)添加第二棱镜阵列而避免增加的入射角，使得棱镜的后部小平面56可做成平行于显示面板10的平面，如图21所示。在图21中，第一棱镜阵列的单个前部表面棱镜标以附图标记22a，且第二棱镜阵列的单个后侧棱镜标以附图标记22b。这样，可控制入射角α和出射角产生平板显示盖性能。但注意，当将两个棱镜阵列以类似空间周期叠加时，可能发生可见波纹效果。因此，对于两个棱镜阵列可选择不同的空间频率，使得在极高空间频率下发生波纹效果。此外，棱镜位置的随机化也可辅助消除周期性图像缺陷。
现参见图22，在某些实施例中，可通过在弯曲显示器盖16的后部表面上注塑模制来提供塑料材料86(例如环氧树脂)。如图22所示，输出做成平行于显示器，这对于全内部反射是好得多的情况。但当显示器盖16与显示面板12之间存在间隙时，棱镜的两个小平面都有助于光弯曲。用塑料或环氧树脂填充，仅前部表面有助于导致需要增加的间隙GA。图23示出间隙-边框宽度比GA/W为棱镜角θ函数的图表，器可能需要在高达+30゜的视角保持无边框印象。如图23的图表所示，对于55゜的棱镜角，当间隙填充有环氧树脂(曲线88)时间隙/边框宽度比约为4，当间隙填充有空气(曲线90)时间隙/边框宽度比约为2。
在某些实施例中，在边缘处图像完全模糊而不会对观察者造成显著的察觉到的注意力分散。首先，对于诸如电影的真实图像，通常在图像的边缘处几乎没有信息，且大部分动作集中在显示设备的中心区域。此外，观察者往往将注意力集中在图像中心，而边缘在其视觉周边。
因而，尽管兰伯特表面扩散器看上去给出有趣的结果，但表面扩散器由于环境光的散射而给予边缘一白色外观。此外，将间隙减小到<10mm往往降低图像的亮度。在某些实施例中，如图24所示，可通过将间隙填充有包括分散在其中的漫射颗粒的环氧树脂86而消除雾度，其中颗粒用作颗粒中心。通过将散射中心设计成使向后散射最小，可避免雾度。假设与散射相关的平均自由路径长度大于环氧树脂的厚度，使得不发生多散射事件。此外，图像逐渐从不模糊变化到模糊而没有突然的跳跃。此外，调整某些背光参数可降低亮度问题。例如，通常由背光光源(例如发光二极管)发出的某些光不是全内部反射模式，使得其在板的每个边缘处从光导板泄漏。不是挡住光，而是可将光引导到扩散器，增加边缘处的图像亮度。
如上文解释的，为了使间隙GA最小，棱镜角θ应当增加。但这可导致图像伪像，即使当以法向于显示面板的入射处观察时也是如此。例如，对于具有55゜开始的棱镜角θ的平板盖玻璃设计，与其40％的光沿错误方向偏离。
图25示出其中显示器盖16在边缘处具有凸形弯曲周界部分的实施例。即，弯曲部分远离显示面板12向外弯曲。图25示出光线以法向入射入射到凸弯曲部分。棱镜阵列22定位在显示器盖16的面向显示面板12的第二表面上。光线以大角度入射到显示器盖16的显示面板侧上的棱镜上，引入非常大的光线偏转。此外，由于在显示器盖12的观察者侧上没有棱镜，所以入射在错误棱镜小平面上的光线不是问题。因此，在该实施例中，可容许大的射线偏转而不影响图像(忽略放大和/或条纹)。
显示器盖16的显示面板侧上的棱镜角θ限定成使得当观察者也在法向入射处时射线在前部小平面上的角度接近法向入射。通过如此，可增加边框14仍然不可见的负视角并避免全内部反射。大部分光线偏转由显示器盖12本身的观察者侧引入，在该侧没有棱镜。至少在法向入射处的图像基本上没有任何伪像，但不一定包括较小间隙GA。
现参照图26，边框隐藏显示器盖16包括成形盖玻璃70和与其粘结的角度过滤膜80。盖玻璃70具有高度h处的第一直部分71，该高度h提供显示设备10的边框14和显示面板12之间的间隙。盖玻璃70还包括弯曲部分72和第二直部分73，弯曲部分72具有半径R，第二直部分73在显示设备10的中心部分上延伸。在一实施例中，盖玻璃70是化学强化玻璃。包括上述棱镜阵列的角度过滤膜80可粘结到盖玻璃70的下侧(即第二表面)，并类似地包括第一直部分81、具有棱镜的弯曲部分82、以及第二直部分83。在某些实施例中，角度过滤膜80仅设置在弯曲部分82处。在所示实施例中，冷明面向显示面板12，如图25所示，使得角度过滤膜80的平坦部分粘结到盖玻璃70。在其它实施例中，可利用折射率匹配粘合剂将角度过滤膜80的倾斜侧粘结到盖玻璃70或者粘结每侧上具有棱镜的角度过滤膜。
如上所述，棱镜的角度可靠近显示设备10的边缘为最大，且在到显示设备10边缘一定距离处为最小(例如零)。应指出，在某些视角下，弯曲部分可使棱镜以全内部反射区域运行，由此使边框隐藏显示器盖16的各部分看上去像平面镜。如上所述，解决全内部反射以及增加视角范围的一种方式是优化角度过滤膜80的弯曲部分82内(或棱镜直接形成在玻璃内的实施例中盖玻璃70的弯曲部分内)棱镜的角度变化曲线。下文描述具有弯曲周界部分17的显示器盖16的几个实例。下文各实例限于棱镜面向显示设备10的情况，所隐藏边框的尺寸为3mm，且最大视角为40゜。
示例2
图27和28示出模拟结果，其中棱镜的角度恒定为32゜，高度h为8.5mm，且半径R为7.0mm。在图27中，竖轴为X1，是以毫米为单位的显示面板12上的位置。横轴是X2，是光线入射到显示器盖12的位置。曲线C0是0゜视角γ，曲线C20是20゜视角γ，而曲线C40是40゜视角γ。图28示出边框隐藏显示器盖12的轮廓和光线60的传播。图27的图表显示，在该构造中，边框14仍然仅对低于20゜的视角不可见，因为显示设备上的位置仍大于3mm边框尺寸(由虚线指示)。
示例3
图29和30示出模拟结果，其中第一直部分71/81设为20゜角。图29的图表还包括C10，其对应于10゜视角。在该情况下，当在法向入射处观察时，边框14通过直部分71/81变得不可见。但各棱镜引入一缩小，使得边框的尺寸几乎减小3倍。该缩小，加上由边框隐藏显示器盖16的弯曲所引入的某种混淆，使得观察者很难感觉到边框14。因而，第一直部分71/81的倾斜使得边框14在高达40゜视角不可见。应指出，由于不可见性池效应，边框在X1＝0的视角处不可见。
示例4
另一种优化可包括提供具有变化棱镜角的棱镜阵列。图31和32示出棱镜角θ从在边框隐藏显示器盖的正边缘处的60゜(即最大棱镜角θ)线性变化到远离边缘12mm(即L＝12mm)的零。直部分的高度h可减小，产生8.5mm的空气间隙。如图所示，图31的曲线类似于图29的曲线，但空气间隙已显著减小。
图33示出成形边框隐藏显示器盖16的示例弯曲轮廓。平坦均匀中心部分覆盖大部分显示表面A-B(例如250mm至1650mm)。弯曲部分表示半径范围从B-D的0连续到C内的最大值R。曲率半径可明显不变并从F至G接近R。例如而非限制，R的典型值可为3至10mm。平坦部分D－E从弯曲部分延伸。该平坦部分的长度可变化，例如从2至10mm变化。图34示出弯曲边框隐藏显示器盖16的示例轮廓测量值，而图35示出图34所示轮廓的局部曲线变化。
盖玻璃270可由任何数量合适的三维玻璃成型技术制成。例如，全文以参见的方式纳入本文的2011年11月23日提交的美国专利申请13/303685描述了一种合适的方法。通常，首先切割玻璃板，且边缘精加工成所要获得的最终显示器盖的开发尺寸。该玻璃预制件可分成至少两个区域：中心区域和沿玻璃预制件的边缘的至少一个区域，中心区域将保持平坦，至少一个区域在成型工艺期间将永久变形以得到预期的三维设计。通常，两个相对边缘变形。该玻璃预制件定位在平坦设置件(例如具有与引入玻璃板的形状互补的形状)上。玻璃板的中心区域由设置件支承，玻璃的一个或多个边缘悬伸出设置件。设置件和玻璃板全部被加热(例如在退火炉或烘箱中)到玻璃的应变点与退火点之间且对应于约1x1010泊至1x1015泊粘度范围的预热温度。接着，玻璃板的所要变形的一个或多个边缘(弯曲成曲线形状)使用例如辐射加热器被局部加热到对应于约1x108泊至109泊粘度范围的温度.例如而非限制，对于康宁代码2319玻璃，预热温度可在600℃至约660℃之间，且局部加热温度在约750℃至约800℃之间。局部加热器构造成加热一个或多个边缘，使得沿一个或多个边缘的横截面的热(或粘度)曲线使得能够进行所需变形(曲率轮廓)。当达到边缘区域内所需粘度水平时，玻璃板以对应于所施加的热分布的曲率变形。该变形可仅通过重力(塌落)或通过采用与玻璃板的所要变形的区域接触的一个或多个致动器来实现。一个或多个致动器可将玻璃边缘的轨迹施加到最终形状。一旦实现所需的弯曲，整个系统冷却到室温。
也可采用在玻璃板的所选区域形成曲率的替代方法。例如，可在两个互补模具之间下压玻璃板或将分开成形的边缘组装到形成中心区域的平坦玻璃板上。在另一种方法中，可如全文以参见的方式纳入本文的2010年7月8日提交的WIPO公开WO12/004625中描述的局部边缘滚压件在下拉玻璃带成形设备上在拉制工艺期间可实现边缘的成形。其它方法包括玻璃板滚压方法、以及适当构造支承件上的成形和抛光。
现在描述根据一实施例可自动计算理想显示器盖形状以及棱镜角的迭代过程。为了开始迭代过程，限定以下输入参数：保持边框不可见的正视角、可接受图像放大因子M、以及图像边缘处显示器盖的角Δ0(参见图25)。
迭代过程在X2＝0处开始，其中X2是沿L从显示器盖的边缘到中心区域的垂直距离，且考虑观察者以视角γ观察图像使得边框保持不可见。选择初始角Δ0，其中Δ是显示器盖边缘的弯曲部分的凸曲率的切线相对于显示器面板的平面的角度(如图25所示)。计算显示器盖的观察者侧的偏转，确定确保边框保持不可见的图像与显示器盖之间的距离y0。
接着，计算显示器盖的显示面板侧上棱镜的棱镜角θ，使得射线在法向入射处垂直于棱镜的后部小平面。然后过程移动到下一位置X2＝X2+dx，其中dx是某一小距离。已知显示器盖角度Δ0，确定新的位置y＝y0+dx*tan(Δ0)。已知所需图像放大因子M，可计算光束入射到显示面板的理想位置。因此，计算符合所要求目标所需的偏转量。从该计算的偏转值，可计算会提供该偏转的新显示器盖角度Δ。用新的α的值，α是光线在玻璃内的角度，计算使得光束在法向入射处垂直于后部小平面的显示器盖的后部小平面上的棱镜角θ。
图36示出当边框保持不可见的视角γ固定到30゜且起始盖玻璃角(Δ0)为80゜时，间隙GA根据放大因子M的变化。曲线200表示间隙/边框宽度比，而曲线202表示L与边框宽度的比值。
应用上述过程致使相对大的间隙GA和棱镜角θ沿其减小的大的长度。例如，对于约3的放大率，两参数约为边框宽度W的约6至7倍。当模拟这些设计时，这些方案对于诸如－75゜的极限负视角保持没有全内部反射。此外，前述过程包括这样的限制：对于显示器盖的显示面板侧上的棱镜可计算棱镜角θ，使得当以垂直于显示面板的视角γ观看显示面板时射线垂直于后部小平面。或者，可选择另一视角，诸如负视角(例如－50゜)，并在高达该极限时确保盖设计仍然没有全内部反射。
通过应用前述过程，可计算出独特的显示器盖形状以及给予最佳视觉结果的棱镜角θ，最佳棱镜角θ有三个标准：(1)条纹，其中在给定视角内放大因子保持低于给定限值；(2)对于高达给定限值的正视角，边框保持不可见；以及(3)其中对于高达给定负视角极限，棱镜保持在全内部反射域外。
图37示出间隙GA与宽度W比和棱镜长度L与边框宽度W比为图像放大因子的函数。无缺陷视角从－50゜(对于全内部反射)变化到+30度(对于边框可见性)。假设为3的放大因子是可达到的最高值，且前述比值为4.4的量级。曲线204表示间隙/边框宽度比，而曲线206表示L与边框宽度的比值。
对于边框保持不可见的最大正角绘出间隙GA与边框宽度(GA/W)根据出现全内部反射的最小负角并还根据图像放大因子的变化，但该结果是有限的设计空间。一方面，使用大于3的放大因子导致不可接受程度的条纹，且当视图将视角扩展到大于－50度时，间隙GA显著增加。
图38示出仅覆盖边框14和显示设备的显示面板12的仅靠边框14的部分的边框隐藏显示器盖100a。图38是耦合到显示设备10的顶部边框14的边框隐藏显示器盖100a的轮廓图。弯曲的边框隐藏显示器盖100a包括透明材料(例如玻璃或塑料)，使微复制棱镜将由显示设备10发出的光弯曲，使得受边框隐藏显示器盖100a影响的光产生边框14上的图像(例如光线60和61)。图38所示的示例边框隐藏显示器盖100a包括凸弯曲部分102，该凸弯曲部分102首先远离显示设备10向外弯曲，并然后朝向显示设备10向内弯曲。凸弯曲部分102过渡到凹弯曲部分104，该凹弯曲部分104朝向显示设备10的显示面板12弯曲。边框隐藏显示器盖100a然后可基本上无间隙地覆盖显示面板12的整个其余部分，或终止使得显示面板12的其余部分不被边框隐藏显示器盖100a覆盖。边框隐藏显示器盖100a与显示设备10之间的最大间隙GA出现在凸弯曲部分102的顶点处。
现参见图39，示出仅具有两个边框的示例显示设备10，两个边框包括顶部边框14a和底部边框14b。显示设备的侧部15a和15b无边框。顶部边框14a和底部边框14b分别由顶部边框隐藏显示器盖100a和底部边框隐藏显示器盖100b覆盖。可如图38所示构造的顶部和底部边框隐藏显示器盖100a、100b可分别通过任何方法附连到顶部和底部边框14a、14b，任何方法包括但不限于磁配合、机械配合以及使用粘合剂。
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“构造成”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”来描述组建爱你，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 (3)

1.一种显示设备，包括：
边框隐藏显示器盖，所述边框隐藏显示器盖包括：
弯曲周界部分和由所述弯曲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，所述棱镜阵列被设置在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边框隐藏显示器盖的边缘朝向所述边框隐藏显示器盖的所述中心区域延伸到距离L；
背光；
显示面板，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，
其特征在于，
所述显示面板定位在所述背光与所述边框隐藏显示器盖之间，使得在所述显示面板与所述边框隐藏显示器盖的所述第二表面之间存在间隙GA，
所述弯曲周界部分从所述显示面板向外弯曲，且最大间隙GA在所述距离L之后出现。
2.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，
所述棱镜阵列的各个棱镜的棱镜角θ从所述显示设备的边缘处的最大棱镜角θ1减小。
3.如权利要求1或权利要求2所述的显示设备，其特征在于，
所述棱镜阵列定位在所述边框隐藏显示器盖的所述第二表面上，且所述边框隐藏显示器盖的所述第二表面面向所述显示面板。
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