TW201937234A - 顯示元件及顯示器裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種顯示元件，其包含一基板，以及複數個發光體單元和對應的電晶體單元及電容單元，所述發光體單元和對應的電晶體單元及電容單元係獨立設置於所述基板的一側，且所述發光體單元和對應的電晶體單元及電容單元以電性連接；以及，所述發光體單元之間的間距為至少2個第一臨界長度。本案亦關於一種包含該顯示元件及一準直元件的顯示器裝置，其中所述準直元件包含複數個準直單元，所述準直單元為圓形，具有一直徑，所述直徑為至少2個第二臨界長度，且各準直單元之間的間距為至少400nm。

Description

顯示元件及顯示器裝置
本發明係關於一種顯示元件，及包含前述顯示元件的顯示器裝置。
因應現代社會對即時資訊的需求增高，隨選資訊的傳遞備受重視。近眼顯示器（near eyes display，NED）由於具有可攜性，並結合電子裝置可隨時更新並傳遞圖像、色彩、文字及/或聲音，因此為可攜型個人資訊裝置的一個很好的選擇。早期，近眼顯示器多為軍事或政府單位所使用。近來，有廠商看到商機，將近眼顯示器引入家用。此外，娛樂相關業者也看中這塊市場的潛力，例如，家用遊樂器及遊樂器軟體相關廠商已在相關領域中投入研發。
目前，近眼顯示器包括頭戴式顯示器（head-mounted display，HMD），其可將影像直接投射至觀看者的眼睛中，這類顯示器可藉由合成虛擬大幅面顯示表面來克服其他行動顯示形式所提供的有限螢幕尺寸問題，或可用於虛擬或擴增實境應用。
近眼顯示器能再細分為兩大類別：沉浸式顯示器和透視顯示器。其中在虛擬實境（virtual reality，VR）環境中可採用沉浸式顯示器以使用合成呈現影像來完全地涵蓋使用者的視野。而在擴增實境（augmented reality，AR）的應用則能夠採用透視顯示器，其中可在實體環境的使用者的視野中重疊文字、其他合成注解、或影像。在顯示技術方面，AR應用需要半透明顯示器（例如，藉由光學或電光方法來實現），使得可以近眼顯示器來同時觀看實體世界。
但，由於人的肉眼不能調焦（聚焦）於置放在近距離（例如，當使用者正戴著眼鏡時，閱讀用放大鏡的透鏡到使用者的眼睛之間的距離）內的物件，因此，近眼顯示器必須經過調整來使觀看者能舒適的使用，否則將會導致發生失焦等影響使用的情況，然而，傳統上是使用複雜且笨重的光學元件來進行調整，但由於近眼顯示器大多是必須直接配戴於觀看者的頭上，故太過於笨重的近眼顯示器往往無法被消費者所接受。
因此，為了克服上述問題，若能夠使任兩個或兩個以上的畫素所發出的光束交疊而產生聚焦，以使輸出的影像能夠清晰呈現，那麼將不需使用笨重的光學元件，且亦能夠節省使用笨重的光學元件所產生的額外成本；這樣的解決方案實受到諸多期待。
本發明的目的在於提供一種有利於近眼顯示的顯示元件，其可用於製備透明顯示器裝置。
為達成上述目的，本案係提供一種顯示元件，其包含一基板，及複數個發光體單元和對應的電晶體單元及電容單元，所述發光體單元和對應的電晶體單元及電容單元係獨立設置於所述基板的一側，且所述發光體單元和對應的電晶體單元及電容單元以電性連接；以及，各發光體單元之間的間距為至少2個第一臨界長度。
本案所使用的「獨立設置」一詞，意指所述發光體單元只包含發光體，而不包含其他會遮蔽發光體的部份，如電晶體、電容等。
習知的顯示元件係為由像素所組成的陣列，其中像素包含發光體、電晶體、電容等，且所述電晶體、電容等可能對發光體造成遮蔽，使發光效率降低，因此，本案係使發光體單元獨立設置，在發光體面積相同的情況下，可大大提升發光效率；亦可藉此縮小發光體單元的面積，擴大應用範圍。
在某些具體實施例中，所述顯示元件中的發光體單元包含紅光、綠光和藍光的單色發光體。在某些具體實施例中，所述顯示元件中的發光體單元包含一或多個發光體子單元，且所述發光體子單元係由一紅光、一綠光和一藍光的單色發光體所組成。
在某些具體實施例中，所述顯示元件中發光體單元係包含1個到6個發光體子單元。在某些具體實施例中，所述顯示元件中發光體單元係包含2個到4個發光體子單元。
在某些具體實施例中，所述顯示元件中各發光體單元的面積較習知像素的面積（目前最小可達6.3 　 6.3 　m2）為小，差距在至少兩倍以上，可達數十倍。在某些具體實施例中，所述顯示元件中各發光體子單元的面積小於1 　 1 　m2。
在某些具體實施例中，所述顯示元件中各發光體單元之間的間距為2個到1000個第一臨界長度；在某些具體實施例中，所述各發光體單元之間的間距為2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、20個、25個、50個、100個、150個、200個、250個、300個、400個、500個、600個、700個、800個、900個、或1000個第一臨界長度。
在某些具體實施例中，所述顯示元件中的發光體單元為矩形，所述矩形具有第一邊長和第二邊長，且第一邊長小於或等於第二邊長，則所述第一臨界長度為所述第一邊長。
在某些具體實施例中，所述顯示元件中的發光體單元為圓形，所述圓形具有一直徑，則所述第一臨界長度為所述直徑的長度。
在某些具體實施例中，所述顯示元件中的發光體單元為多邊形，所述多邊形具有一對稱軸，則所述第一臨界長度為所述對稱軸的長度。在某些具體實施例中，所述多邊形為正多邊形。在某些具體實施例中，所述正多邊形為正六邊形。
在某些具體實施例中，所述顯示元件中發光體單元為矩形、圓形及/或多邊形，所述矩形具有一第一邊長和一第二邊長，且所述第一邊長小於或等於所述第二邊長，所述圓形具有一直徑，所述多邊形具有一對稱軸，則所述第一臨界長度為所述第一邊長、所述直徑、及所述對稱軸中長度最短者。
在某些具體實施例中，所述基板為透明基板。在某些具體實施例中，所述透明基板為玻璃基板。
在某些具體實施例中，所述顯示元件中的電晶體單元為薄膜電晶體。
在某些具體實施例中，所述電性連接為金屬連接。在某些具體實施例中，所述金屬連接為導體連接。
在某些具體實施例中，所述顯示元件為自發光顯示元件；在某些具體實施例中，所述自發光顯示元件為有機發光二極體（organic light- emitting diode，OLED）、微發光二極體（micro light-emitting diode，micro LED）、量子點（quantum dot）或雷射的主動發光源。
在某些具體實施例中，所述顯示元件中的電晶體單元係位於對應之發光體單元和所述基板之間。在某些具體實施例中，所述顯示元件中的電晶體單元與其所對應之發光體單元位於同一平面。
在某些具體實施例中，所述顯示元件中進一步包含一或多種感測器。
本案亦提供一種顯示器裝置，其包含一如前文所述的顯示元件，以及一準直元件；其中所述準直元件包含至少一個準直單元，所述準直單元為圓形，具有一直徑，所述直徑為至少2個第二臨界長度，且各準直單元之間的間距為至少400nm。
在某些具體實施例中，所述準直元件中各準直單元的直徑為2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、20個、50個、100個、150個或200個第二臨界長度。
在某些具體實施例中，所述顯示器裝置中的發光體單元為矩形，所述矩形具有第一邊長和第二邊長，且第一邊長小於或等於第二邊長，則所述第二臨界長度為所述第一邊長。
在某些具體實施例中，所述顯示器裝置中的發光體單元為一圓形，所述圓形具有一直徑，則所述第二臨界長度為所述直徑的長度。
在某些具體實施例中，所述顯示器裝置中的發光體單元為多邊形，所述多邊形具有一對稱軸，則所述第二臨界長度為所述對稱軸的長度。在某些具體實施例中，所述多邊形為正多邊形。在某些具體實施例中，所述正多邊形為正六邊形。
在某些具體實施例中，所述顯示器裝置中，顯示元件的電晶體單元為薄膜電晶體。
在某些具體實施例中，所述顯示器裝置中的顯示元件為自發光顯示元件；在某些具體實施例中，所述自發光顯示元件為一有機發光二極體、一微發光二極體、一量子點或一雷射的一主動發光源。
在某些具體實施例中，所述顯示器裝置中的準直元件亦具有調整一準直光方向的功能。
在某些具體實施例中，所述顯示器裝置中的準直單元為一透鏡或一液晶光空間調變器（Liquid Crystal Spatial Light Modulator, LCSLM）。在某些具體實施例中，所述透鏡為一微透鏡（microlens）或一平面超穎透鏡（flat meta-lens）。在某些具體實施例中，所述透鏡為凹透鏡或凸透鏡。
在某些具體實施例中，該微透鏡用以讓顯示元件上的至少一個發光體單元所入射的光束的光線方向能夠達到準直效果，且可使至少兩個經準直後的光束能夠交疊而產生聚焦。
在某些具體實施例中，該平面超穎透鏡係指奈米凸粒形成的超穎平面（metasurface），具有屈光與改變準直光方向的功能，故能夠達到屈光鏡的效果，使光線方向能夠達到準直效果；且該平面超穎透鏡包含有多個具有凸粒的區域，用以使至少兩個經準直後的光束能夠交疊而產生聚焦。在某些具體實施例中，該平面超穎透鏡是透過另外兩個不同具有凸粒的區域，來使至少兩個經準直後的光束於不同位置產生交疊，以達到不同位置交疊而產生聚焦的多重景深顯像。在某些具體實施例中，該平面超穎透鏡是透過其中一個相同、另外一個不同具有凸粒的區域，來使至少兩個經準直後的光束於不同位置產生交疊，以達到不同位置交疊而產生聚焦的多重景深顯像。
在某些具體實施例中，該液晶光空間調變器具有複數個液晶，能夠藉由改變電壓調整液晶排列，以使每一個發光體單元的入射光的光線方向能夠達到準直效果，並改變經準直後的光束方向，來使至少兩個所達到準直效果的光束能夠交疊而產生聚焦。在某些具體實施例中，該液晶光空間調變器能夠改變至少兩個液晶上的驅動電壓，以使兩個所經準直後的光束於不同位置產生交疊，來達到不同位置交疊而產生聚焦的多重景深顯像。在某些具體實施例中，該液晶光空間調變器能夠改變至少一個不同的液晶上的驅動電壓，以使兩個所經準直後的光束於不同位置產生交疊，來達到不同位置交疊而產生聚焦的多重景深顯像。
在某些具體實施例中，所述顯示器裝置中的準直單元具有一弧面。在某些具體實施例中，所述顯示器裝置中的所述弧面為球面或非球面。
在某些具體實施例中，所述顯示器裝置中準直單元的弧面為一球面的一部分，前述球面係直徑為2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、15個、16個、17個、18個、19個或20個所述發光體單元的邊長之球面；在某些具體實施例中，前述球面係直徑為10個所述發光體單元的邊長之球面。
在某些具體實施例中，所述顯示器裝置係為透明顯示器或非透明顯示器。
在某些具體實施例中，所述顯示器裝置係為近眼顯示器。在某些具體實施例中，所述顯示器裝置係為具有多重景深顯像的近眼顯示器。所述近眼顯示器裝置能夠透過一自發光顯示元件上的發光體單元對一準直元件發出光源照射，以使穿過該準直元件的入射光能夠達到準直效果形成準直光；並改變至少兩個發光體單元所發出的準直光方向，以能夠於不同位置交疊而產生聚焦並改變景深。
通過上述內容，本案所揭示的內容能實現如下技術效果：
1.本案具體實施例中，顯示元件係將發光體單元與電晶體單元獨立設置，達到最大發光效率，並可將發光體子單元的面積縮小到習知像素面積的一半以下，甚至達到數十分之一。這有利於透明及近眼顯示。
2.本案具體實施例中，顯示器裝置中的準直元件係配合顯示元件來設置，亦有利於透明及近眼顯示。
有關於本案所揭示的其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
圖1A為習知顯示元件像素1中發光體11、電晶體12、電容13的配置示意圖，其中發光體11與電晶體12及電容13結合在一起，發光體11會受到電晶體12及電容13遮蔽。
圖1B則為本案顯示元件2的發光體單元21和對應的電晶體單元22及電容單元23配置示意圖，其係將發光體單元21與電晶體單元22及電容單元23分開獨立設置於基板20的一側，並以導體24相接，其中發光體單元21與電晶體單元22及電容單元23位於同一平面，虛線方框係標示出對應於圖1A中像素1的部分，作為比較。相較於習知技術的像素，本案顯示元件中發光體單元21的發光效率大為提升，且面積可大幅縮小。
圖2A為本案發光體單元21之配置示意圖，在此實施例中，發光體單元21為矩形，其具有第一邊長d1及第二邊長d2，且第一邊長d1小於或等於第二邊長d2，而各發光體單元21之間的間距L1為至少2個所述第一邊長d1（L1 　2d1）。
圖2B亦為本案發光體單元21之配置示意圖，其中發光體單元21係由4個發光體子單元25所組成，且各發光體子單元25係由一紅光（R）、一綠光（G）和一藍光（B）的單色發光體（未圖示）所組成。圖2B的排列順序僅為示意圖，發光體單元21可包含其他數目的發光體子單元25。
圖3A為本案顯示器裝置4中顯示元件2之配置示意圖，其中顯示元件2係由多個發光體單元21組成；圖3B為本案顯示器中準直元件3之配置示意圖，準直元件3係由多個準直單元31組成，每個發光體單元21都有一個對應的準直單元31。圖3C為圖3A及圖3B合併後的配置示意圖，其中各準直單元31的直徑r為至少2個發光體單元21的第一邊長d1，且各準直單元31之間的間距L2為至少400 nm。
本發明已透過上所述的實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例的情況下，當可在不脫離本發明的精神和範圍內作些許的更動與潤飾，因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧像素
11‧‧‧發光體
12‧‧‧電晶體單元
13‧‧‧電容
2‧‧‧顯示元件
20‧‧‧基板
21‧‧‧發光體單元
22‧‧‧電晶體單元
23‧‧‧電容單元
24‧‧‧導體
25‧‧‧發光體子單元
3‧‧‧準直元件
31‧‧‧準直單元
4‧‧‧顯示器裝置
d1‧‧‧發光體單元之第一邊長
d2‧‧‧發光體單元之第二邊長
L1‧‧‧各發光體單元之間的間距
L2‧‧‧各準直單元之間的間距
r‧‧‧準直單元的直徑
圖1A：習知顯示元件的發光體和對應的電晶體及電容配置示意圖。
圖1B：本案顯示元件的發光體單元和對應的電晶體單元及電容單元配置示意圖。
圖2A：本案發光體單元之配置示意圖。
圖2B：本案發光體單元（多個發光體子單元）之配置示意圖。
圖3A：本案顯示元件之配置示意圖。
圖3B：本案準直元件之配置示意圖。
圖3C：本案顯示器裝置中顯示元件及準直元件之配置示意圖。

Claims (25)

  1. 一種顯示元件，其包含一基板，及複數個發光體單元和對應的電晶體單元及電容單元，所述發光體單元和對應的電晶體單元及電容單元係獨立設置於所述基板的一側，且所述發光體單元和對應的電晶體單元及電容單元以電性連接；以及，所述發光體單元之間的間距為至少2個第一臨界長度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的顯示元件，其中所述發光體單元為一矩形，所述矩形具有一第一邊長和一第二邊長，且所述第一邊長小於或等於所述第二邊長，則所述第一臨界長度為所述第一邊長。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的顯示元件，其中所述發光體單元為一圓形，所述圓形具有一直徑，則所述第一臨界長度為所述直徑的長度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的顯示元件，其中所述發光體單元為一多邊形，所述多邊形具有一對稱軸，則所述第一臨界長度為所述對稱軸的長度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的顯示元件，其中所述發光體單元為矩形、圓形及/或多邊形；所述矩形具有一第一邊長和一第二邊長，且所述第一邊長小於或等於所述第二邊長；所述圓形具有一直徑；所述多邊形具有一對稱軸；則所述第一臨界長度為所述第一邊長、所述直徑、及所述對稱軸中長度最短者。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的顯示元件，其中所述發光體單元包含一或多個紅光、綠光、或藍光的單色發光體單元。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的顯示元件，其中所述發光體單元包含一或多個發光體子單元，且所述發光體子單元係由一紅光、一綠光和一藍光的單色發光體所組成。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的顯示元件，其中所述發光體單元係包含1個到6個發光體子單元。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的顯示元件，其中所述電晶體單元係位於對應之發光體單元和所述基板之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的顯示元件，其中所述電晶體單元與其所對應之發光體單元位於同一平面。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的顯示元件，其中所述電晶體單元為一薄膜電晶體。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的顯示元件，其為一有機發光二極體、一微發光二極體、一量子點或一雷射的一主動發光源。
  13. 一種顯示器裝置，其包含一如申請專利範圍第1項所述的顯示元件，以及一準直元件；其中所述準直元件包含複數個準直單元，所述準直單元為圓形，具有一直徑，所述直徑為至少2個第二臨界長度，且各準直單元之間的間距為至少400nm。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的顯示器裝置，其中所述發光體單元為一矩形，所述矩形具有一第一邊長和一第二邊長，且所述第一邊長小於或等於所述第二邊長，則所述第二臨界長度為所述第一邊長。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的顯示器裝置，其中所述發光體單元為一圓形，所述圓形具有一直徑，則所述第二臨界長度為所述直徑的長度。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的顯示器裝置，其中所述發光體單元為一多邊形，所述多邊形具有一對稱軸，則所述第二臨界長度為所述對稱軸的長度。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的顯示器裝置，其中所述顯示元件中的電晶體單元為一薄膜電晶體。
  18. 如申請專利範圍第13項所述的顯示器裝置，其中所述顯示元件為一有機發光二極體、一微發光二極體、一量子點或一雷射的主動發光源。
  19. 如申請專利範圍第13項所述的顯示器裝置，其中該準直元件亦具有調整一準直光方向的功能。
  20. 如申請專利範圍第13項所述的顯示器裝置，其中所述準直單元為一透鏡或一液晶光空間調變器。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的顯示器裝置，其中所述透鏡為一微透鏡或一平面超穎透鏡。
  22. 如申請專利範圍第13項所述的顯示器裝置，其中所述準直單元具有一弧面。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的顯示器裝置，其中所述弧面為球面或非球面。
  24. 如申請專利範圍第13項所述的顯示器裝置，其係一透明顯示器或一非透明顯示器。
  25. 如申請專利範圍第13項所述的顯示器裝置，其係為一近眼顯示器。
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