TW202235979A - 具有背反射抑制的顯示面板 - Google Patents

Abstract

本發明描述可藉由確保由透鏡反射之影像光不由一顯示面板朝向該透鏡反射返回來抑制由於該影像光由該顯示面板反射至接目鏡而導致的雙重影像形成。為此，該顯示面板可包括該顯示面板之頂部偏振器與該顯示面板內部之一層之間的一四分之一波雙折射層，該影像光自諸如一黑柵格層或一主動矩陣層之該層反射。

Description

具有背反射抑制的顯示面板

本發明係關於可視顯示器，且特定言之係關於諸如液晶顯示面板之雙折射顯示面板及基於其之可視顯示器。 相關申請之參考

本申請案主張來自2021年1月28日申請之標題為「具有背光抑制之顯示面板（Display Panel with Backreflection Suppression）」之美國臨時申請案第63/142,765號，及2021年4月23日申請之美國非臨時申請案第17/239,245號的優先權，且所述申請案以全文引用之方式併入本文中。

可視顯示器用以將資訊提供至包括靜止影像、視訊、資料等的觀察者。可視顯示器在多樣化領域（包括娛樂、教育、工程、科學、專業訓練、廣告，僅舉幾個實例）中具有應用。一些諸如電視機之可視顯示器向若干使用者顯示影像，且一些可視顯示器系統意欲用於個別使用者。直接或藉助於可包括光學擋板之特定眼鏡以及特定變焦透鏡觀察可視顯示器

人工實境系統大體包括經配置以向使用者呈現內容之近眼顯示器（例如，耳機或一對眼鏡）。近眼顯示器可顯示虛擬物件或組合真實物件之影像與虛擬物件之影像，如在虛擬實境（virtual reality；VR）、擴增實境（augmented reality；AR）或混合實境（mixed reality；MR）應用中。舉例而言，在AR系統中，使用者可觀察疊加至周圍環境上之虛擬物件（例如，電腦產生之影像（computer-generated image；CGI））之影像。在一些近眼顯示器中，使用者之每一眼睛觀察顯示於微型顯示面板上且經由接目鏡(ocular lens)觀測之線性域中之影像。

緊湊及高效顯示系統對於頭戴式顯示器為所需的。由於HMD或NED之顯示器通常穿戴於使用者之頭部上，因此較大、大型、不平衡及/或較重顯示裝置將為繁瑣的且使用者穿戴可為不舒適的。高度整合之緊湊近眼顯示器有時出現可視對比度降低及/或雙重影像問題。

在一個具體實施例中，本發明提供一種顯示面板，其包含：第一雙折射層，其用於接收由背光所發射之光，其中偏振由該第一雙折射層所接收之該光；有限反射性層，其用於接收通過該第一雙折射層傳播之該光；第二雙折射層，其用於接收通過該有限反射性層傳播之該光；及第一偏振器，其用於接收通過該第二雙折射層傳播之該光；其中該第二雙折射層經配置以將影像光部分之偏振狀態轉換為由該第一偏振器阻斷之正交偏振狀態，該影像光部分按順序通過該第一偏振器、該第二雙折射層傳播，自該有限反射性層反射，且通過該第二雙折射層朝向該第一偏振器傳播返回。

在另一個具體實施例中，本發明提供一種顯示面板，其包含：柵格層，其具有一有限反射性，用於接收由一背光發射之偏振光；液晶（LC）層，其中該柵格層界定該LC層中之LC像素陣列，其中該LC像素陣列之像素之光學延遲為個別可控制的；及經圖案化雙折射層，其包含其中與該LC像素陣列協調之一開口陣列，使得在操作中，通過該LC像素傳播之該光傳播通過該開口陣列之開口；及偏振器，其用於接收通過該LC像素陣列及該開口陣列傳播之該光，由此形成影像光；其中該經圖案化雙折射層經配置以將該影像光之一部分之偏振狀態轉換為由該偏振器阻斷之正交偏振狀態，該影像光之一部分朝向該偏振器反射，且按順序通過該偏振器及所述開口之間的該經圖案化雙折射層傳播，由該柵格層反射，且通過所述開口之間的該雙折射層朝向該偏振器傳播返回。

在另一個具體實施例中，本發明提供一種顯示裝置，其包含：第一偏振器及第二偏振器；背光，其耦接至該第二偏振器；第一雙折射層，其用於接收由該背光發射且由該第二偏振器偏振之光；柵格層，其用於接收且空間調變通過該第一雙折射層傳播之該光之偏振或顏色中之至少一者；第二雙折射層，其用於接收通過該柵格層傳播之該光，其中安置該第一偏振器以用於接收通過該第二雙折射層傳播之該光；及透鏡，其光學地耦接至該第一偏振器以用於自在形成於該第一偏振器處之線性域中之一影像形成角域中之一影像；其中該第二雙折射層經配置以將該光之一部分之該偏振狀態轉換為由該第一偏振器阻斷之正交偏振狀態，該光之一部分由該透鏡朝向該第一偏振器反射，且按順序通過該第一偏振器、所述開口之間的該第二雙折射層傳播，自該柵格層反射，且通過所述開口之間的該第二雙折射層且朝向該第一偏振器傳播返回。

雖然結合各種具體實例及實例描述了本發明教示，但並不意欲本發明教示限於此類具體實例。相反，如所屬技術領域具有通常知識者將瞭解，本發明教示涵蓋各種替代方案及等效物。本文中敍述本揭示之原理、態樣及具體實例以及其特定實例之所有陳述意欲涵蓋其結構等效物及功能等效物兩者。另外，希望此等等效物包括當前已知等效物以及未來開發之等效物兩者，亦即，無論結構如何，所開發之執行相同功能之任何元件。

如本文所使用，術語「第一」、「第二」諸如此類並不意欲暗示依序排序，除非明確規定否則意欲區分一個元件與另一元件。類似地，方法步驟之依序排序並不暗示其執行之依序次序，除非明確規定。

近眼顯示器可包括背光透射式顯示面板及面板前方的接目鏡。接目鏡將由顯示面板顯示之線性域中之影像轉化為角域中之影像以供置放於接目鏡之前方的眼睛直接觀測。影像光自接目鏡反射返回顯示面板可使得呈現雙重影像。當由接目鏡之反射影像光再次由顯示面板朝向觀察者之眼睛反射時，形成雙重影像。自顯示面板反射之影像光遵循正常光路徑通過接目鏡，以形成雙重影像。提供藉由偏振摺疊之光束路徑之餅狀透鏡尤其對雙重影像形成敏感，此係由於餅狀透鏡包括可朝向顯示面板反射影像光之部分反射器。

根據本揭示，可藉由確保由透鏡朝向顯示面板反射之影像光不由顯示面板朝向透鏡反射返回來抑制由於影像光由顯示面板反射而導致的雙重影像形成。為此，顯示面板可包括顯示面板之頂部偏振器與顯示面板內部之影像光自其反射之層之間的四分之一波雙折射層。此類層可包括例如彩色濾光片陣列上之黑柵格、彩色濾光片陣列自身、薄膜電晶體（TFT）矩陣，或顯示面板內之任何部分反射性介電介面。在傳播通過四分之一波層且自顯示面板中之部分反射層反射後，光再次傳播通過四分之一波層且將其偏振改變至由頂部偏振器阻斷之正交偏振，從而抑制反射及相關雙重影像。顯示器可藉由以空間選擇性方式調諧或切換另一四分之一波層之雙折射率來操作，從而以空間選擇性方式調變光透射通過顯示面板。在一些具體實例中，空間可調諧或可切換四分之一波層置放於反射層之上游，且不可切換四分之一波層置放於反射層之下游。基於偏振之反射光抑制導致由經反射光攜載之雙重影像之抑制。

根據本揭示，提供一種顯示面板，其包含：第一雙折射層，其用於接收由背光發射之偏振光；有限反射性層，其用於接收通過第一雙折射層傳播之光；第二雙折射層，其用於接收通過有限反射性層傳播之光；及第一偏振器，其用於接收通過第二雙折射層傳播之光。第二雙折射層經配置以將影像光部分之偏振狀態轉換為由第一偏振器阻斷之正交偏振狀態，該影像光部分按順序通過第一偏振器、第二雙折射層傳播，自有限反射性層反射，且通過第二雙折射層朝向第一偏振器傳播返回。

顯示面板可包括用於使由背光發射之光偏振之第二偏振器。第一雙折射層或第二雙折射層中之至少一者可具有實質上奇數個四分之一波長之光學延遲。

在一些具體實例中，有限反射性層包含界定顯示面板之像素陣列之柵格層。第二雙折射層包含與像素陣列協調之開口陣列，使得在操作中，通過像素陣列之像素傳播之光傳播通過開口陣列之對應開口。第二雙折射層經配置以將影像光部分之偏振狀態轉換為正交偏振狀態，該影像光部分按順序通過第一偏振器、開口之間的第二雙折射層傳播，自柵格層反射，且通過開口之間的第二雙折射層朝向第一偏振器傳播返回。第二雙折射層可針對通過第二雙折射層中之開口傳播之光具有實質上零光學延遲，且針對在第二雙折射層中之開口之間傳播之光具有奇數個四分之一波長之實質上光學延遲。第二雙折射層可包括柵格層上之四分之一波塗層。

在一些具體實例中，第一雙折射層包含具有實質上奇數個半波長之光學延遲之液晶層。有限反射性層包含經配置以用空間選擇性方式調諧液晶層之光學延遲的矩陣層。舉例而言，矩陣層可包括薄膜電晶體（TFT）矩陣層。有限反射性層可包括以下中之至少一者：黑柵格、彩色濾光片矩陣或TFT矩陣，用於以空間選擇性方式調諧第一雙折射層或第二雙折射層中之至少一者之光學延遲。第一雙折射層或第二雙折射層中之至少一者可包括液晶（LC）層。

在其中有限反射性層包含矩陣層之具體實例中，顯示面板可進一步包括鄰近矩陣層之垂直對準LC層。矩陣層可經配置以在具有實質上零光學延遲之狀態與具有非零光學延遲之狀態之間調諧LC層。可選擇第一雙折射層及第二雙折射層之光學延遲以便彼此抵消。第一雙折射層及第二雙折射層可各自具有實質上奇數個四分之一波長之光學延遲。由於整體延遲低於用於LC顯示器之典型半延遲LC層，因此LC層之液晶可具有較低光學雙折射率，例如，小於0.2或小於0.1或甚至更低。

根據本揭示，提供一種顯示面板，其包含具有有限反射性之柵格層，以用於接收由背光發射之偏振光及LC層。柵格層界定LC層中之LC像素陣列。LC像素陣列之像素之光學延遲為個別可控制的。經圖案化雙折射層包括與LC像素陣列協調之開口陣列，使得在操作中，通過LC像素傳播之光傳播通過開口陣列之開口。偏振器經配置以用於接收通過LC像素陣列及開口陣列傳播之光，由此形成影像光。經圖案化雙折射層經配置以將影像光之部分之偏振狀態轉換為由偏振器阻斷之正交偏振狀態，該影像光之部分朝向偏振器反射且按順序通過偏振器及開口之間的經圖案化雙折射層傳播，由柵格層反射，且通過開口之間的雙折射層朝向偏振器傳播返回。經圖案化雙折射層可具有實質上奇數個四分之一波長之光學延遲。

根據本揭示，進一步提供一種顯示裝置，其包含：第一偏振器及第二偏振器；背光，其耦接至第二偏振器；第一雙折射層，其用於接收由背光發射且由第二偏振器偏振之光；柵格層，其用於接收且空間調變通過第一雙折射層傳播之光之偏振或顏色中之至少一者；及第二雙折射層，其用於接收通過柵格層傳播之光。第一偏振器安置以用於接收通過第二雙折射層及透鏡傳播之光，光學地耦接至第一偏振器以用於自形成於第一偏振器處之線性域中之影像形成角域中之影像。第二雙折射層經配置以將光之部分之偏振狀態轉換為由第一偏振器阻斷之正交偏振狀態，該光之部分由透鏡反射朝向第一偏振器且按順序通過該第一偏振器、開口之間的第二雙折射層傳播，自柵格層反射，且通過開口之間的第二雙折射層且朝向第一偏振器傳播返回。

柵格層可包括例如，彩色濾光片矩陣、黑柵格、或TFT矩陣中之至少一者，用於以空間選擇性方式調諧第一雙折射層或第二雙折射層中之至少一者之光學延遲。在其中柵格層包含TFT矩陣之具體實例中，第一雙折射層或第二雙折射層中之至少一者可包括LC層，且TFT矩陣可經配置以用於以空間選擇性方式調諧LC層之光學延遲。在其中透鏡為餅狀透鏡之具體實例中，後者可包括光學地耦接至第一偏振器之第一透鏡元件，及光學地耦接至第一透鏡元件之第二透鏡元件。第一透鏡元件可包括彎曲部分反射器，且第二透鏡元件可包括彎曲反射偏振器。

現參考圖1，顯示裝置100包括顯示面板102及光學地耦接至顯示面板102之背光104。顯示面板102可包括第一偏振器111及第二偏振器112，例如，線性偏振器，背光光學地耦接至第一偏振器111。背光104將照明光105提供至顯示面板102。接目鏡106光學地耦接至第二偏振器112以用於準直由顯示面板102之個別像素發射之影像光束107。影像光束107在眼眶108處準直，從而在眼眶108處形成角域中之影像。在本文中且貫穿本說明書之其餘部分，術語「眼眶」意謂其中可由顯示裝置形成允收品質之影像之幾何區域。

顯示面板102包括安置於第一偏振器111與第二偏振器112之間的XY平面中之可調諧偏振旋轉器之陣列110。陣列110之可調諧偏振旋轉器選擇地旋轉或以其他方式修改由第一偏振器111偏振之照明光105之偏振。陣列110可包括例如透明電極對之間的液晶（LC）層，透明電極中之一者可經像素化以提供空間變化電場以用於重新位向，例如，可傾斜及/或旋轉LC層之LC分子。具有LC層之顯示面板稱為液晶顯示器（liquid crystal display；LCD）面板。當具有空間變型偏振之照明光105傳播通過第二偏振器112時，形成影像光107。接目鏡106之目的為在第二偏振器112處自線性域中之影像形成角域中之影像。角域中之影像形成於眼眶108處以供置放於眼眶108處之使用者之眼睛直接觀測。

參考圖2A，餅狀透鏡200為圖1之顯示裝置100之接目鏡106之一個實施方案。圖2A之餅狀透鏡200包括光學地耦接至顯示面板102之第一透鏡元件201及光學地耦接至第一透鏡元件201之第二透鏡元件202。第一透鏡元件201可包括在一側上之彎曲部分反射器204（「50/50鏡面」）及四分之一波板（quarter-wave plate；QWP）206，且第二透鏡元件可包括彎曲反射偏振器（reflective polarizer；RP）208。餅狀透鏡200之空氣介面可包括抗反射塗層。顯示面板102可在其頂部線形偏振器上包括QWP，從而形成所謂的D膜210。

參考圖2B進一步參考圖2A，振幅A之影像光250傳播通過D膜210且變成圓形偏振。影像光250傳播通過D膜210之AR塗層212、第一透鏡元件201之部分反射器204及QWP 206、QWP 206之AR塗層214及第二透鏡元件202，且由第二透鏡元件202之反射偏振器208反射。影像光250由反射偏振器208反射，此係由於在傳播通過QWP 206後，圓形偏振影像光250變成正交地線性偏振。隨後，影像光250傳播返回通過AR塗層214及QWP 206，由部分反射器204反射，再次傳播通過QWP 206且在第一遍次上在與線性偏振正交之方向下再次變成線性偏振。此使得影像光250傳播通過反射偏振器208及其AR塗層216。在其路徑上，影像光250自兩個彎曲表面（部分反射器204及反射偏振器208）反射且由第二透鏡元件202之折射表面折射，從而有效地準直由顯示面板102之每一像素發射之影像光250。餅狀透鏡200之透射輸送量至多25%歸因於影像光250反射一次且通過部分反射器204透射一次，該部分反射器204可為50/50反射器以最大化整體光學輸送量。

現轉至圖3進一步參考圖2A及2B，說明餅狀透鏡200中之主要雙重影像形成路徑。影像光250傳播（圖3）通過D膜210之AR塗層212、第一透鏡元件201（圖2A）之部分反射器204（50/50鏡面）及QWP 206、QWP 206（圖3）之AR塗層214及第二透鏡元件202，且由第二透鏡元件202之反射偏振器208反射以傳播返回。迄今為止，影像光250之路徑與圖2B中之路徑相同。影像光250傳播通過部分反射器204（圖3）、AR塗層212、D膜210，且進入顯示面板102（圖2A），其中其自具有有限反射性之層300（圖3）反射。層300之反射性為在顯示面板102中致使雙重反射之來源。藉助於非限制性實例，層300可為矩陣層，諸如彩色濾光片矩陣、界定顯示面板102之像素之黑柵格、薄膜電晶體（TFT）矩陣層或介電介面層。

隨後，反射350遵循影像光250之路徑，傳播通過各種層至反射偏振器208，由反射偏振器208反射，傳播通過AR塗層214及QWP 206，由部分反射器204反射，再次傳播通過QWP 206且變成線性偏振。反射350傳播通過反射偏振器208及其AR塗層216，從而形成雙重影像。反射350之總振幅大致為0.0625*A*R其中A為射出顯示面板102之D膜210之影像光之振幅，且R為層300之非零反射係數。反射光350之其他路徑為可能的，且下文將參考圖8A至8D進一步考慮。

現將呈現產生非所需反射之層300之非限制性實例及相關雙重影像。首先參考圖4A，LCD面板400A可用作圖1之顯示裝置100之顯示面板102。圖4A之LC顯示器面板400A包括TFT 402及彩色濾光片404透明基板（例如，玻璃或塑膠基板），該彩色濾光片404透明基板藉由可在TFT基板402上圖案化以界定彩色濾光片層408之RGB顏色像素之間的像素間區域之「智慧型間隔物」406間隔開。間隔物406提供所要「單元間隙」，亦即TFT 402與彩色濾光片404基板之間的間隙。可提供黑柵格層410以界定顯示面板400A之RGB像素且屏蔽TFT基板402上之TFT矩陣膜412 TFT 402與彩色濾光片404基板之間的空腔填充有LC液體。反射層可為以下中之任一者：圖4A、4B之層，例如彩色濾光片或彩色矩陣層408、TFT 層402上之TFT矩陣膜、黑柵格層410。圖4B展示其中彩色濾光片層408置放於TFT基板402而非頂部基板上之LC顯示器面板400B。

現參考圖5A及5C，呈現具有反射抑制之顯示面板500A之組態。出於在線性域中提供影像同時抑制雙重影像形成之目的，顯示面板500A可用作圖1之顯示裝置100之顯示面板102。圖5A之顯示面板500A可包括第一偏振器511，例如具有第一透射軸521之線形偏振器（圖5C）、第一雙折射層，例如第一四分之一波層，諸如具有與第一透射軸521實質上呈45度之第一光軸541（圖5C）之四分之一波LC層531（圖5A）、有限反射性層，諸如作為非所需致使雙重反射之來源之矩陣層505及第二雙折射層，例如具有第二光軸542之四分之一波板532。

第二四分之一波層532可為例如，LC聚合物（LC polymer；LCP）層。第二四分之一波層532可為包含非等向性材料堆疊之複合波板。矩陣層505可為例如界定顯示面板500A之像素之黑柵格或矩陣、彩色濾光片矩陣、經配置以用於以空間選擇性方式調諧LC層之雙折射率之TFT矩陣、間隔物矩陣等。TFT矩陣可經配置以例如藉由以空間選擇性方式旋轉LC層之平面內第一光軸541來調諧LC層之雙折射率。亦即，LC光軸（亦稱為LC引向器）之位向可以空間選擇性方式調諧，例如，藉由由TFT矩陣產生之邊緣電場。更一般而言，矩陣層505可接收且空間調變傳播光之偏振（例如，旋轉線性偏振）或顏色（例如，進行彩色過濾）中之至少一者。

第二偏振器512可為具有與第二光軸542實質上呈45度（亦即45度之5度內）之第二透射軸522之線形偏振器。圖5C中分別說明第一線性偏振器511及第二線性偏振器512之第一透射軸521及第二透射軸522分別與第一四分之一波層531及第二四分之一波層532之第一光學軸541及第二光學軸542之相互位向。如所展示，第一透射軸521及第二透射軸522可實質上（亦即5度內）彼此垂直。第一光學軸541及第二光學軸542亦可實質上彼此垂直。

在本文中及貫穿本說明書之其餘部分，表達為「四分之一波層」或「四分之一波板」之術語「四分之一波」意謂奇數個之四分之一波長之層或光學延遲。在本文中及貫穿說明書之其餘部分，術語「實質上」在應用於光學延遲之量值時標示波長之+/- 1/10 ^th之容限。在本文中及貫穿說明書之其餘部分，術語「雙折射層」視為等效於術語「波板」。此外，術語「層」不意謂單層，且可包括複數個子層或子層堆疊。可位向相同或不同光學延遲之若干子層，使得其光學軸彼此形成非零及非正交角度w.r.t.，例如，以達成複合雙折射層或波板之寬頻波長效能。亦應注意，第一雙折射層及第二雙折射層之四分之一波光學延遲僅意謂作為實例，且通常不限於特定一或多個值。舉例而言，主動地調諧或交換層（諸如LC層）之延遲不一定必須等於四分之一波長或奇數倍四分之一波長。另一雙折射層之延遲亦不一定必須等於四分之一波長或奇數倍四分之一波長。其他延遲值可適用於減少反射550。

當LC層531之像素未驅動（亦即處於未驅動狀態）時，LC層531及四分之一波板層532之雙折射率或光學延遲彼此抵消且相應地像素處於暗態。此類組態稱作「驅動至白色」組態當驅動LC層531之像素時，LC層531及四分之一波板層532之雙折射率不抵消，且像素投射一些光。對於一些平面內切換組態，LC像素可驅動以將第一光軸541旋轉90度，在此情況下LC像素將透射僅受堆疊中之吸收限制的最大量之光。當LC層驅動以使像素變暗時，驅動至黑色組態亦為可能的。

無論LC層531之狀態，入射影像光550（例如，自圖2之餅狀透鏡200反射之影像光之部分）傳播通過第二線形偏振器512、四分之一波板532，由矩陣層505反射，且傳播返回通過四分之一波板532，在此時將光550之偏振旋轉90度至正交偏振狀態，從而致使光550由第二線形偏振器512有效地阻斷，由此抑制雙重影像形成。

圖5B之顯示面板500B類似於圖5A之顯示面板500A，調換四分之一波層531及532之差異。圖5B之顯示面板500B類似於圖5A之顯示面板500A操作。在不驅動LC層531時，例如在驅動至白色方案中之暗態下，反射抑制效能與圖5A之顯示面板500A相同。當驅動LC層531時，通過LC層531傳播兩次之反射光將並不極佳地線性偏振，而是將橢圓地偏振；光之顯著部分將仍然由第二偏振器512阻斷。除減小非所需反射之外，顯示面板500A及500B之組態提供更快LC轉換時間。若LC層531之單元間隙比半波長LC層薄兩倍，則回應時間可快四倍。在一些具體實例中，低雙折射率LC材料可用於在與通常具有半波延遲之習知LC面板相同的單元間隙處達成四分之一波光學延遲。藉助於非限制性實例，LC層之液晶可具有小於0.2；小於0.1；或甚至小於0.05之光學雙折射率。較低雙折射率可導致較低分散液、較低黏度及更快回應時間。四分之一波板層532可為單層或多層，其例如用以使四分之一波板更寬頻，亦即具有四分之一波長延遲之更寬光學光譜。

參考圖6，由餅狀透鏡（例如，圖2的餅狀透鏡200）提供之影像之對比率取決於顯示面板內部之反射量值。在圖6之曲線圖中，出於說明之目的，LCD面板視為具有無限對比率。減小反射量值使得LCD面板能夠顯著增加影像對比度。對比率定義為由黑像素光學功率位準除以之白色像素光學功率位準。

轉向圖7，說明LCD面板之有限對比率之效應。曲線701、702、703及704分別對應於來自LCD面板之內層之10%、6%、2%及0.5%之反射。可見，整體對比率在改良LCD面板對比率時及在抑制面板內反射時改良。

圖8A、8B、8C及8D，說明具有餅狀透鏡（例如圖2之餅狀透鏡200）之顯示裝置（例如圖1之顯示裝置100）中之經反射光之各種替代性路徑。術語「C」標示抗反射塗層之反射係數，且R標示顯示面板內之有限反射性層300（諸如黑色矩陣（black matrix；BM）層）之反射性。A為入射光束之振幅。上文已參考圖3考慮主要雙重影像形成路徑。其振幅為0.0625*A*R。

首先參考圖8A進一步參考圖2A，影像光250傳播通過D膜210之AR塗層212、第一透鏡元件201（圖2A）之部分反射器204（50/50鏡面）及QWP 206、QWP 206（圖8A）之AR塗層214及第二透鏡元件202，且由第二透鏡元件202之反射偏振器208反射以傳播返回。影像光250傳播通過部分反射器204、AR塗層212、D膜210，且進入顯示面板102（圖2A），其中其自具有有限反射性之層300（例如LCD堆疊內部之BM層）（圖8A）反射。層300之反射性為在顯示面板102中致使雙重反射之來源。

隨後，反射850在圖8A中通過堆疊向上傳播直至其到達反射偏振器208，該反射偏振器反射光以傳播返回D膜210之AR塗層212。光之較小部分850A由AR塗層212反射以在堆疊外部傳播。部分850A之振幅大致上等於0.03125*A*R*C。

轉向圖8B，反射部分850B之光學路徑類似於圖8A之反射部分850A之光學路徑，差異在於在來自反射偏振器208之第二反射之後，經反射光850傳播通過AR塗層212及D膜210，從而自有限反射性層300產生第二反射。隨後，反射850遵循影像光250之路徑，該影像光250由反射偏振器208反射傳播通過各種層至反射偏振器208，由部分反射器204反射傳播通過AR塗層214及QWP 206，再次傳播通過QWP 206且變成線性偏振。所得反射部分850B之振幅大致為0.015625*A*R*R。

在圖8C中，影像光250傳播通過D膜210之AR塗層212、第一透鏡元件201（圖2A）之部分反射器204（50/50鏡面）及206、QWP 206（圖8A）之AR塗層214、第二透鏡元件202及反射偏振器208，且自頂部AR塗層216反射。自此，反射852自始自終通過堆疊傳播返回且由有限反射性層300，例如BM層反射。隨後，反射850遵循影像光250之路徑，該影像光250由反射偏振器208反射傳播通過各種層至反射偏振器208，由部分反射器204反射傳播通過AR塗層214及QWP 206，再次傳播通過QWP 206且變成線性偏振。所得反射部分850C之振幅大致為0.0625 A*C*R。

現參考圖8D，影像光250如同圖8C傳播，僅在頂部（214，而非216）處自不同AR塗層反射。因此，在光854自有限反射性層300反射之後所得反射部分850D之振幅大致為0.0625 A*C*R。

轉向圖9，用於顯示裝置（例如圖1之顯示裝置100）中之雙重影像減少之方法900包括在顯示面板之非所需有限反射性之層（例如矩陣層）之相對側上為顯示面板提供第一四分之一波層及第二四分之一波層（圖9；902），該顯示裝置依次地包含背光，例如背光104、顯示面板，例如顯示面板102及餅狀透鏡，例如圖2A之餅狀透鏡200。矩陣層經配置以用於以空間選擇性方式調諧第一四分之一波層或第二四分之一波層中之至少一者之雙折射率，如上文已參考圖5A及5B解釋。為顯示面板提供第一線性偏振器及第二線性偏振器（圖9；904）。線性偏振器可具有分別與第一四分之一波層及第二四分之一波層之光學軸實質上呈45度之透射軸。第一四分之一波層、矩陣層及第二四分之一波層之堆疊可安置於第一線性偏振器與第二線性偏振器之間，例如，如上文參考圖5A及5B所展示。

在操作中，由背光發射之通過顯示面板傳播且由餅狀透鏡中之層反射返回顯示面板之光傳播通過第一線形偏振器、由第一線形偏振器偏振、傳播通過第一四分之一波層、自矩陣層反射、再次傳播通過第一四分之一波層由此將偏振改變至正交偏振，且由第一線形偏振器減弱，由此減小由自有限反射性層反射引起之雙重影像四分之一波層可為LC層、LC聚合物層、延遲片、雙折射聚合物片、零階或複合波板等。可切換雙折射層可包括LC層，其可經配置以用於邊緣場切換及/或平面內切換型。波板可經配置以在處於未驅動（亦即未由主動矩陣層激活）狀態時抵消LC層之雙折射率。

以下為方法900之實例具體實例。

具體實例1。一種用於顯示裝置中之雙重影像減少之方法，該顯示裝置依次地包含背光、顯示面板及餅狀透鏡，該方法包含：

在顯示面板之有限反射性層之相對側上為顯示面板提供第一雙折射層及第二雙折射層；及

為顯示面板提供第一偏振器及第二偏振器，其中第一雙折射層、有限反射性層及第二雙折射層之堆疊安置於第一偏振器與第二偏振器之間；其中在操作中，由背光發射之通過顯示面板傳播且由餅狀透鏡中之層反射返回顯示面板之光傳播通過第一偏振器、由此變得偏振、傳播通過第一雙折射層、自有限反射性層反射、再次傳播通過第一雙折射層由此改變偏振，且由第一偏振器減弱，由此減小由自有限反射性層反射引起之雙重影像。

具體實例2。如具體實例1之方法，其中有限反射性層包含矩陣層，其經配置以用於以空間選擇性方式調諧第一雙折射層或第二雙折射層中之至少一者之雙折射率，且其中提供第一雙折射層及第二雙折射層包含提供液晶（LC）層及四分之一波板（QWP）。

具體實例3。如具體實例2之方法，其進一步包含在處於未驅動狀態時組態QWP以抵消LC層之雙折射率。

現參考圖10進一步參考圖1及5A，顯示面板1000可用作圖1之顯示裝置100之顯示面板102以用於在線性域中提供影像，同時抑制由於顯示裝置100中之反射而產生之雙重影像。圖10之顯示面板1000包括層壓至在內部側上支撐TFT層1005之底部（TFT）透明基板1003上之底部偏振器1011。頂部透明基板1004支撐雙折射層1031、界定顯示面板1000之像素陣列之黑柵格層1008及界定紅色（R）、綠色（G）及藍色（B）像素之彩色濾光片層，如所展示。頂部偏振器1012層壓至頂部透明基板1004上。基板1003及1004以及由基板支撐之對應內部層形成填充有LC流體1010之空腔。在圖10中所展示之具體實例中，非所需反射可自柵格層1008發生。換言之，上文提及之有限反射性層可包括柵格層1008。雙折射層1031包括與由柵格層1008界定之像素陣列協調之開口1039陣列。在操作中，通過像素傳播之照明光1070傳播通過開口1039陣列之對應開口1039。雙折射層1031經配置以將影像光部分1050（亦即，來自接目鏡之經反射光，圖10中未展示）之偏振狀態轉換為由頂部偏振器1012阻斷之正交偏振狀態，由此減小雙重影像形成，該影像光部分1050按順序通過頂部偏振器1012、開口1039之間的雙折射層1031傳播，自柵格層1008反射且通過開口1039之間的雙折射層1031且朝向頂部偏振器1012傳播返回。

在所說明具體實例中，雙折射層1031針對通過雙折射層1031中之開口1039傳播之照明光1070具有實質上零光學延遲，且針對在雙折射層1031（亦即在雙折射層1031之陰影區中）中之開口1039之間傳播之影像光部分1050具有奇數個四分之一波長之實質上光學延遲。第二雙折射層可包括柵格層1008上之四分之一波塗層，例如提供光學延遲之對應於量值之偏振選擇性次波長結構。

轉向圖11進一步參考圖5A，LC面板1100（圖11）類似於圖5A之LC面板500A。圖11之LC面板1100包括第一偏振器1111，例如線形偏振器、第一雙折射層1131，例如具有實質上呈45度之光軸之四分之一波板、矩陣層1105，作為非所需致使雙重反射之來源及第二雙折射層1132，例如具有實質上呈-45度之光軸之四分之一波板，該第二雙折射層1132抵消第一雙折射層1131之光學延遲。更一般而言，第一雙折射層1131及第二雙折射層1132可各自具有實質上奇數個四分之一波長之光學延遲。LC面板1100進一步包括鄰近矩陣層1105之垂直對準LC層1180，亦即具有在不存在電場或在電場之預定義值下實質上垂直於基板對準之LC分子之LC層。矩陣層1105經配置以在當垂直地位向LC分子時具有實質上零光學延遲之狀態與當與基板呈銳角位向LC分子時具有非零光學延遲之狀態之間調諧LC層1180。

在操作中，當垂直地對準LC層1180之像素之LC分子時，第一雙折射層1131及第二雙折射層1132之光學延遲彼此抵消，其中LC層1180之延遲接近零且第一偏振器1111及第二偏振器1112交叉，像素處於暗態。當矩陣層1105將LC層1180調諧以具有非零光學延遲時，像素處於亮態。第二雙折射層1132將以與圖5A之LC面板500A類似之方式抑制影像光部分1150之反射。

參考圖12，擴增實境（AR）近眼顯示器1200包括具有一對眼鏡之板型之框架1201。對於每一眼睛框架1201支撐：電子顯示面板1208、光學地耦接至電子顯示面板1208之接目鏡系統1210、眼追蹤攝影機1204及複數個照射器1206。電子顯示面板1208可包括本文中揭示之顯示面板中之任一者。照明器1206可由接目鏡系統1210支撐以用於照明眼眶1212。電子顯示面板1208提供線性域中之影像，該影像由接目鏡系統1210轉換成角域中之影像以供使用者之眼睛觀測。

眼睛追蹤攝影機1204之目的為判定使用者之兩個眼睛之位置及/或位向。一旦已知使用者之眼睛之位置及位向，那麼可判定凝視彙聚距離及方向。由顯示面板1208顯示之影像可經動態調整以考慮使用者之凝視，為了使用者沉浸至所顯示AR景物中之較好保真度，及/或提供與AR交互之特定功能。在操作中，照明器1206在對應於眼眶1212處照明眼睛，以使得眼睛追蹤攝影機1204能夠獲得眼睛之影像，以及提供反射亦即閃光。閃光可充當擷取眼睛影像中之參考點，從而藉由判定眼睛光瞳影像相對於閃光影像之位置來促進眼睛凝視方向判定。為了避免用照明光使使用者分散注意力，後者可製成對使用者不可見。舉例而言，紅外光可用於照明眼眶1212。

轉向圖13，HMD 1300為AR/VR穿戴顯示系統之實例，為了較大程度沉浸至AR/VR環境中該AR/VR穿戴顯示系統圍封使用者之正面。HMD 1300之功能可為產生全部虛擬3D影像。HMD 1300可包括前主體1302及帶1304。前主體1302經配置以用於以可靠且舒適方式置放於使用者之眼睛的前方，且帶1304可拉伸以將前主體1302緊固於使用者之頭部上。顯示系統1380可安置於前主體1302中以用於向使用者呈現AR/VR影像。顯示系統1380可包括本文中揭示之顯示面板中之任一者。前主體1302之側1306可為不透射的或透明的。

在一些具體實例中，前主體1302包括用於HMD 1300之追蹤加速度之定位器1308及慣性量測單元（inertial measurement unit；IMU）1310，及用於追蹤HMD 1300之位置之位置感測器1312。IMU 1310為基於自位置感測器1312中之一或多者接收到之量測信號而產生指示HMD 1300之位置之資料之電子裝置，該電子裝置回應於HMD 1300之運動而產生一或多個量測信號。位置感測器1312之實例包括：一或多個加速度計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力計、偵測運動之另一合適類型的感測器、用於IMU 1310之錯誤校正的一種類型之感測器，或其某一組合。位置感測器1312可位於IMU 1310外部、IMU 1310內部，或其某一組合。

定位器1308由虛擬實境系統之外部成像裝置追蹤，使得虛擬實境系統可追蹤整個HMD 1300之位置及位向。由IMU 1310及位置感測器1312產生之資訊可與藉由追蹤定位器1308獲得之位置及位向進行比較，以用於改良HMD 1300之位置及位向之追蹤準確度。當使用者在3D空間中移動及轉動時，準確位置及位向對於向使用者呈現適當虛擬景物為至關重要的。

HMD 1300可進一步包括深度攝影機總成（depth camera assembly；DCA）1311，其擷取描繪環繞HMD 1300之一些或所有之局部區域之深度資訊的資料。深度資訊可與來自IMU 1310之資訊進行比較，為了在3D空間中判定HMD 1300之位置及位向之較好準確度。

HMD 1300可進一步包括用於即時判定使用者之眼睛之位向及位置之眼睛追蹤系統1314。眼睛之所獲得位置及位向亦允許HMD 1300以判定使用者之凝視方向且相應地調整由顯示系統1380產生之影像。在一個具體實例中，判定聚散度，亦即使用者之眼睛凝視之彙聚角。方向及聚散度亦可用於取決於視角及眼睛位置而即時補償視覺假影。此外，經判定聚散度及凝視角度可用於與使用者交互、突出物體、將物體帶到前景、產生額外物體或指標等。音訊系統亦可提供包括例如建置於前主體1302中之較小揚聲器集。

本揭示之具體實例可包括人工實境系統，或可與人工實境系統一起實施。人工實境系統在向使用者呈現之前以某一方式調整通過感測獲得之關於外部世界之感官資訊，諸如可視資訊、音訊、接觸（體感）資訊、加速度、平衡等。藉助於非限制性實例，人工實境可包括VR、AR、MR、混合實境或其某一組合及/或衍生物。人工實境內容可包括完全生成內容或與所擷取（例如，真實世界）內容組合之所生成內容。人工實境內容可包括視訊、音訊、體細胞或觸覺反饋或其某一組合。此內容中之任一者可在單一通道中或在多個通道中，諸如在產生三維效應之立體視訊中向觀察者呈現。另外，在一些具體實例中，人工實境亦可與用以例如在人工實境中產生內容及/或以其它方式用於人工實境中（例如，在人工實境中執行活動）之應用程式、產品、配件、服務或其某一組合相關聯。提供人工實境內容之人工實境系統可實施於各種平台上，所述平台包括穿戴顯示器，諸如連接至主機電腦系統之HMD、獨立HMD、具有眼鏡之板型之近眼顯示器、移動裝置或計算系統或能夠將人工實境內容提供至一或多個觀察者之任何其他硬體平台。

本揭示之範疇不受本文所描述之特定具體實例限制。實際上，其他各種具體實例及修改，除本文中所描述之彼等之外，將自前述描述及附圖對於所屬技術領域中具有通常知識者可顯而易見。因此，此類其他具體實例及修改意欲落於本揭示之範疇內。另外，儘管已經出於特定目的在特定環境下之特定實施方案之上下文中在本文中描述本揭示，但所屬技術領域中具有通常知識者將認識到其有效性不限於此且本揭示可出於任何數目之目的有益地實施於任何數目之環境下。因此，應鑒於如本文中所描述之本揭示之全部範圍及精神來解釋下文闡述之申請專利範圍。

100:顯示裝置 102:顯示面板 104:背光 105:照射光 106:接目鏡 107:影像光束 108:眼眶 110:陣列 111:第一偏振器 112:第二偏振器 200:餅狀透鏡 201:第一透鏡元件 202:第二透鏡元件 204:彎曲部分反射器 206:四分之一波板 208:彎曲反射偏振器 210:D膜 212:AR塗層 214:AR塗層 216:AR塗層 250:影像光 300:有限反射性層 350:反射 400A:LCD面板 400B:LC顯示器面板 402:TFT 404:彩色濾光片 406:間隔物 408:彩色濾光片層 410:黑柵格層 412:TFT矩陣膜 500A:顯示面板 500B:顯示面板 505:矩陣層 511:第一偏振器 512:第二偏振器 521:第一投射軸 522:第二投射軸 531:LC層 532:四分之一波板 541:第一光軸 542:第二光軸 550:入射影像光 701:曲線 702:曲線 703:曲線 704:曲線 850:反射 850A:部分 850B:反射部分 850C:反射部分 850D:反射部分 852:反射 854:光 900:方法 902:操作 904:操作 1000:顯示面板 1003:透明基板 1004:頂部透明基板 1005:TFT層 1008:黑柵格層 1010:LC流體 1011:底部偏振器 1012:頂部偏振器 1031:雙折射層 1039:開口 1050:影像光部分 1070:照射區 1100:LC面板 1105:矩陣層 1111:第一偏振器 1112:第二偏振器 1131:第一雙折射層 1132:第二雙折射層 1150:影像光部分 1180:LC層 1200:近眼顯示器 1201:框架 1204:眼追蹤攝影機 1206:照射器 1208:電子顯示面板 1210:接目鏡系統 1212:眼眶 1300:HMD 1302:前主體 1304:帶 1306:側 1308:定位器 1310:慣性量測單元 1311:深度攝影機總成 1312:位置感測器 1314:眼睛追蹤系統 1380:顯示系統 A:振幅 w.r.t:非零及非正交角度

將結合圖式描述例示性具體實例，其中： [圖1]為本揭示之顯示裝置之側橫截面視圖； [圖2A]為圖1之顯示裝置中可使用的餅狀(pancake)接目鏡之橫截面光線追蹤視圖； [圖2B]為在圖2A之餅狀透鏡中形成光路徑之影像之示意圖； [圖3]為在圖2A之餅狀透鏡中形成光路徑之雙重影像之示意圖； [圖4A]為具有RGB濾光片矩陣及安置於對置之透明基板上之薄膜電晶體（thin film transistor；TFT）矩陣之液晶(liquid crystal；LC)顯示面板具體實例的側橫截面示意圖； [圖4B]為具有安置於TFT矩陣之頂部上之RGB濾光片矩陣之LC顯示面板具體實例的側橫截面示意圖； [圖5A]為圖1之顯示裝置之顯示面板之具體實例之分解橫截面側視圖； [圖5B]為圖1之顯示裝置之顯示面板之另一具體實例之分解橫截面側視圖； [圖5C]為展示圖5A及5B之顯示面板具體實例之實例光學及傳輸軸方向之平面視圖偏振圖； [圖6]為顯示可視對比度隨顯示面板內部之反射量值而變的曲線圖； [圖7]為顯示裝置隨顯示面板在顯示面板內部之若干反射量值處之可視對比度而變之可視對比度之曲線圖； [圖8A至8D]為在圖1之顯示裝置中形成光路徑之其他可能雙重影像的示意圖； [圖9]為用於顯示裝置之雙重影像減少之方法的流程圖； [圖10]為具有經圖案化頂部雙折射層之顯示面板具體實例之側橫截面視圖； [圖11]為具有垂直對準LC層之顯示面板之具體實例的分解橫截面側視圖； [圖12]為具有一對眼鏡之板型之本揭示之近眼顯示器的俯視圖； [圖13]為本揭示之頭戴式顯示器之三維視圖。

500A:顯示面板

505:矩陣層

511:第一偏振器

512:第二偏振器

531:LC層

532:四分之一波板

550:入射影像光

Claims (20)

1. 一種顯示面板，其包含： 第一雙折射層，其用於接收由背光所發射之光，其中偏振由該第一雙折射層所接收之該光； 有限反射性層，其用於接收通過該第一雙折射層傳播之該光； 第二雙折射層，其用於接收通過該有限反射性層傳播之該光；及 第一偏振器，其用於接收通過該第二雙折射層傳播之該光； 其中該第二雙折射層經配置以將影像光部分之偏振狀態轉換為由該第一偏振器阻斷之正交偏振狀態，該影像光部分按順序通過該第一偏振器、該第二雙折射層傳播，自該有限反射性層反射，且通過該第二雙折射層朝向該第一偏振器傳播返回。
2. 如請求項1之顯示面板，其進一步包含用於使由該背光發射之該光偏振之第二偏振器。
3. 如請求項1之顯示面板，其中該第一雙折射層或該第二雙折射層中之至少一者具有實質上奇數個四分之一波長的光學延遲。
4. 如請求項1之顯示面板，其中： 該有限反射性層包含界定該顯示面板的像素陣列的柵格層； 該第二雙折射層包含與該像素陣列協調之開口陣列，使得在操作中，通過該像素陣列之像素傳播之該光傳播通過該開口陣列之對應開口；且 其中該第二雙折射層經配置以將該影像光部分之該偏振狀態轉換為該正交偏振狀態，該影像光部分按順序通過該第一偏振器、所述開口之間的該第二雙折射層傳播，自該柵格層反射，且在所述開口之間且朝向該第一偏振器通過該第二雙折射層傳播返回。
5. 如請求項4之顯示面板，其中該第二雙折射層針對通過該第二雙折射層中之所述開口傳播之光具有實質上零光學延遲，且針對在該第二雙折射層中之所述開口之間傳播之光具有奇數個四分之一波長之實質上光學延遲。
6. 如請求項4之顯示面板，其中該第二雙折射層包含該柵格層上之一四分之一波塗層。
7. 如請求項1之顯示面板，其中該第一雙折射層包含具有實質上奇數個半波長之光學延遲的液晶層，其中該有限反射性層包含經配置以用於以空間選擇性方式調諧該液晶層之該光學延遲之矩陣層。
8. 如請求項7之顯示面板，其中該矩陣層包含薄膜電晶體（TFT）矩陣層。
9. 如請求項1之顯示面板，其中該有限反射性層包含以下中之至少一者：黑柵格、彩色濾光片矩陣或薄膜電晶體（TFT）矩陣，其用於以空間選擇性方式調諧該第一雙折射層或該第二雙折射層中之至少一者的該光學延遲，其中該第一雙折射層或該第二雙折射層中之該至少一者包含液晶（LC）層。
10. 如請求項9之顯示面板，其中該LC層之液晶具有小於0.2之光學雙折射率。
11. 如請求項1之顯示面板，其中該有限反射性層包含矩陣層，該顯示面板進一步包含鄰近該矩陣層之垂直對準液晶（LC）層，其中： 該矩陣層經配置以在具有實質上零光學延遲之狀態與具有非零光學延遲之狀態之間調諧該LC層；且 該第一雙折射層及該第二雙折射層之光學延遲彼此抵消。
12. 如請求項11之顯示面板，其中該第一雙折射層及該第二雙折射層各自具有實質上奇數個四分之一波長之光學延遲。
13. 一種顯示面板，其包含： 柵格層，其具有一有限反射性，用於接收由一背光發射之偏振光； 液晶（LC）層，其中該柵格層界定該LC層中之LC像素陣列，其中該LC像素陣列之像素之光學延遲為個別可控制的；及 經圖案化雙折射層，其包含其中與該LC像素陣列協調之一開口陣列，使得在操作中，通過該LC像素傳播之該光傳播通過該開口陣列之開口；及 偏振器，其用於接收通過該LC像素陣列及該開口陣列傳播之該光，由此形成影像光； 其中該經圖案化雙折射層經配置以將該影像光之一部分之偏振狀態轉換為由該偏振器阻斷之正交偏振狀態，該影像光之一部分朝向該偏振器反射，且按順序通過該偏振器及所述開口之間的該經圖案化雙折射層傳播，由該柵格層反射，且通過所述開口之間的該雙折射層朝向該偏振器傳播返回。
14. 如請求項13之顯示面板，其中該經圖案化雙折射層具有實質上奇數個四分之一波長之光學延遲。
15. 一種顯示裝置，其包含： 第一偏振器及第二偏振器； 背光，其耦接至該第二偏振器； 第一雙折射層，其用於接收由該背光發射且由該第二偏振器偏振之光； 柵格層，其用於接收且空間調變通過該第一雙折射層傳播之該光之偏振或顏色中之至少一者； 第二雙折射層，其用於接收通過該柵格層傳播之該光，其中安置該第一偏振器以用於接收通過該第二雙折射層傳播之該光；及 透鏡，其光學地耦接至該第一偏振器以用於自在形成於該第一偏振器處之線性域中之一影像形成角域中之一影像； 其中該第二雙折射層經配置以將該光之一部分之該偏振狀態轉換為由該第一偏振器阻斷之正交偏振狀態，該光之一部分由該透鏡朝向該第一偏振器反射，且按順序通過該第一偏振器、所述開口之間的該第二雙折射層傳播，自該柵格層反射，且通過所述開口之間的該第二雙折射層且朝向該第一偏振器傳播返回。
16. 如請求項15之顯示裝置，其中該柵格層包含以下中之至少一者：彩色濾光片矩陣；黑柵格；或薄膜電晶體（TFT）矩陣，其用於以空間選擇性方式調諧該第一雙折射層或該第二雙折射層中之至少一者之光學延遲。
17. 如請求項16之顯示裝置，其中該柵格層包含該TFT矩陣，其中該第一雙折射層或該第二雙折射層中之該至少一者包含一液晶（LC）層，且其中該TFT矩陣經配置以用於以該空間選擇性方式調諧該LC層之光學延遲。
18. 如請求項15之顯示裝置，其中該透鏡包含餅狀透鏡。
19. 如請求項18之顯示裝置，其中該餅狀透鏡包含光學地耦接至該第一偏振器之第一透鏡元件以及光學地耦接至該第一透鏡元件之第二透鏡元件。
20. 如請求項19之顯示裝置，其中該第一透鏡元件包含彎曲部分反射器，且其中該第二透鏡元件包含彎曲反射偏振器。

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