TWI249969B - Lighting device and display device incorporating the same - Google Patents

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1249969 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種照明裝置及配備此照明裝置之顯示 裝置。 【先前技術】 包含發光裝置和透明電極，如有機電激發光裝置，之 顯示裝置，其透明電極通常使用氧化銦錫（ITO)或氧化鋅 (Ζ η 0 )。 但是，因爲上述之透明電極並沒有具有足夠高的導電 ® 性，所以在接近接觸終端之電阻性和在遠離接觸終端之電 阻性會有很大的差異，而造成電流變異。因爲亮度取決於 自電極供應的電流量，所以會造成區域之間發光的亮度不 均勻。 因此，日本公開專利公報2002 - 1 5 6 6 3 3號提供一種在 透明基板上提供輔助電極之液晶顯示裝置，用以控制亮度 不均勻的方法。 但是，因爲液晶顯示裝置使用非透明材料當作輔助電 極，所以輔助電極需要排列在與液晶畫素一致之區域。此 限制會阻礙亮度不均勻性的充分消除。再者，還需要精密 的技術，以精確排列輔助電極，使與畫素一致。製程上的 困難性會造成良率下降。 【發明內容】 本發明之目的係要提供一種不使用輔助電極，就能達 成亮度均勻之照明裝置，及配備此照明裝置之顯示裝置。 1249969 爲了達成上述之目的，照明裝置包含透明基板、區域 發光裝置和至少一個用以將電源供應到區域發光裝置之接 觸終端。區域發光裝置包含第一電極，具有發光層之薄膜 層，和形成在透明基板上之第二電極，用以將發射的光穿 透透明基板。再者，透明基板提供有許多光散射構件，而 散射構件密度增加的方式比照離該接觸終端的距離。 根據較佳實施例，區域照明裝置包含透明基板，形成 在透明基板上之區域發光元件，和接觸終端。區域照明裝 置係透過透明基板發射光。 區域發光元件包含透明的第一電極，含有發光層之薄 膜層，和第二電極。透明基板提供有光散射構件，而散射 構件密度增加的方式比照離該接觸終端的距離。因爲區域 離接觸終端更近時，光散射構件的排列會更密，所以光的 實體部分以不小於臨界角之角度進入透明基板，而且在靠 近接觸終端之區域，在發光面上會發生全反射。然後光被 引導通過透明基板。 在另一方面，在遠離接觸終端之區域，光的實質部分 以不小於臨界角之角度入射在透明基板上，然後到達光散 射構件。於是光徑改變（散射），使得入射在發光面上的角 度小於臨界角，允許光通過發光面射出。 注意，以不於臨界角之角度進入透明基板，然後藉由 光散射構件也以不小於臨界角之角度反射之光的部分，在 發光面會被全反射。但是，在光藉由在該面、入射面和透 明基板的發光面上反射的方式，引導光通過透明基板之情 -6- 1249969 形，或在光再進入發光元件，而且回到透明基板’以被引 導通過透明基板之情形，因爲光會被光散射構件再偏折’ 所偏折光的光徑可以再改變。在此情形下，光可以自發光 面射出。 因此，當在靠近接觸終端之區，域的亮度很亮時’因爲 光散射構件的密度較小，所以相較於更接近接觸終端之區 域，光引出效率很低。另一方面，在遠離接觸終端之區域 的亮度很暗時，由於具有較密的光散射構件，所以相較於 靠近接觸終端之區域，光引出效率較高。 結果，不用輔助電極就可以抑制亮度不均勻。此處’ ”靠近接觸終端”表示到接觸終端最短之距離很短，而’’遠離 接觸終端”表示到接觸終端最短之距離很長。 在本發明之一實施例中，光散射構件係位在透明基板 之中。 在另一實施例中，光散射構件係位在透明基板上具有 凸面體或凹面體部分之部分。在本實施例中，光引出效率 可以根據位在發光面上之凸面體或凹面體改變，使得不用 輔助電極就可以抑制亮度不均勻。注意，在透明基板上形 成光散射構件的時機可以是在透明基板上形成有機EL裝 置之前或之後。因此，若在形成發光元件之後提供光散射 構件，則可以設計光散射構件的形狀，或調整光散射構件 的形成位置，使與發光元件或照明裝置的發光或光引出特 性一致。 在本發明之一實施例中，區域發光元件係有有機電激 1249969 發光裝置。 在本發明之一實施例中，區域照明裝置可以用於穿透 或半穿透影像顯示面板的背面照明。在本實施例中，相較 於使用傳統照明裝置之顯示裝置，可以抑制亮度不均勻。 影像顯示面板可以爲液晶顯示面板。 【實施方式】 下面將參照第1圖到第4圖詳細說明本發明的第一實 施例，其中本發明之區域照明裝置係用於被動穿透型液晶 顯示裝置。 參照第1圖，穿透型液晶顯示裝置1包含用於穿透型 影像顯示面板之液晶面板2，和用以當作照明裝置之有機 電激發光照明裝置3。 可以爲任何傳統習知型式之被動矩陣液晶面板2，包 含第一透明基板5、第二透明基板6，及保持在第一透明基 板5和第二透明基板6之間的液晶層9。 極化板1 1係位在第一和第二透明基板5和6的外表面 上。 許多彩色濾光片1 0位在第一透明基板5的表面上之平 行帶線中，其中平行帶線接觸液晶層9。ITO電極7以類似 方式形成，且平行彩色濾光片1 0。 許多條狀的相對電極8平行形成在第二透明基板6的 表面上，接觸液晶層9，正交條狀的彩色濾光片1 〇和相對 電極7。 然後，將液晶層9放置在ITO電極7和相對電極8之 1249969 間。在透明基板之間的距離保持均勻的情形下，透過未圖 示之密封物，密封第一透明基板5和第二透明基板6。因 此，藉由插入9、IT 0電極7和相對電極8在電極重疊的交 叉位置形成畫素。畫素係排列成矩陣。 如第3圖所示，有機電激發光照明裝置3包含透明基 板1 2 ’用以當作區域發光元件之有機電激發光裝置4，及 接觸終端部分1 0 0。 透明基板1 2可以由任何材料形成，只要基板可以至少 穿透部分的可見光，且可以建構光散射構件1 3。例如，玻 璃基板、透明樹脂基板，或由樹脂製成之透明可撓基板， 都可以使用。在第一實施例中，使用玻璃透明基板。 如第2圖所示，透明基板1 2包含發光面1 7和相對於 發光面17之入射面18。 如第3(c)圖和第3(d)圖所示，用以散射光以光散射構 件1 3，係以非密集方式排列在靠近陰極的接觸終端1 〇 4和 陽極的接觸終端106之區域（第3(c)圖和第3(d)圖的左手邊） 。光散射構件1 3係以密集方式排列遠離陰離的接觸終端 1 〇 4和陽極的接觸終端1 〇 6之區域（第3 (C)圖和第3 (d)圖的 右手邊）。換言之，當區域離接觸終端1 00之距離增加時， 光散射構件1 3的排列愈密集。 注意，名辭”散射’’在本發明中包含反射和折射。 光散射構件1 3可以爲任何形狀，只要它們可以改善到 達光散射構件1 3之光的光徑。在第一實施例中，在玻璃基 板1 2中，提供折射率不同於玻璃之球形樹脂球珠。 1249969 有機電激發光裝置4係藉由將第一電極1 4，用以當作 薄膜層之有機薄膜層1 5，和第二電極1 6，依此順序成層在 基板1 2上而形成。 具有大功函數（不小於4eV)之金屬、合金、導電化合物 及這些的混合物，都適合用於第一電極1 4。電極材料的範 例有金屬、金（An)，和具有導電性之透明或半導體材料， 如碘化銅（Cul)、ITO、氧化錫（Sn02)和氧化鋅（ZnO)。電極 可以藉由透過如這些電極材料的你相沉積和濺鍍等形成薄 膜的方法製.造。 有機薄膜層1 5可以爲：單層發光層；或包含至少電洞 注入層、電洞傳輸層、電洞注入傳輸層、電洞阻擋層、電 子注入層、電子傳輸層和電子阻擋層其中之一，及發光層 之多重層結構。 第一實施例之有機薄膜層1 5係多重層結構，其中包含 電洞注入層、電洞傳輸層、發光層、電子傳輸層和電子注 入層。爲了在有機薄膜層15的發光層發白光，需要形成紅 光發光層、綠光發光層和藍光發光層。 至於第二電極1 6之電極材料，可以使用具有小功函數 (小於4eV)之金屬、合金、導電化合物及這些的混合物。該 電極材料的範例包含鈉、鈉-鉀合金、鎂、鋰、鎂/銅混合 物、Al/(Al2〇3)、銦和稀土族金屬。第二電極16可以藉由 透過如這些電極材料的氣相沉積和濺鍍等形成薄膜的方法 製造。 注意，雖然在圖式中沒有圖示，但是有機電激發光照 -10- 1249969 明裝置4係由氮化矽（SiNx)形成之保護膜覆蓋。 第4(a)圖爲示意地顯示形成在透明基板12上之第一電 極14、接觸終端1〇4和接觸終端106a的配置圖。第一電 極14與接觸終端1〇4和106a，係藉由移除部分形成在透 明基板12上之第一電極製成ffl案°如第4(a)圖所示’接觸 終端1 〇 4係與第一電極1 4連$買形成’而接觸終端1 0 6 a係 與接觸終端1 0 4個別形成。 第4 ( b )圖爲不意顯不第一電極1 6和接觸終端1 〇 6 b的 配置圖。爲了防止第一電極1 4和第二電極1 6之間發生短 路，第二電極1 6形成之面積小於有機薄膜層1 5。 第二電極1 6形成使得由和第一電極1 4相同的材料形 成之接觸終端l〇6a，與接觸終端106b聯結。因此，接觸 終端1 0 6 a和1 0 6 b重疊的部分形成第二電極的接觸終端1 〇 6 〇 下面將參照第2圖說明上述穿透型液晶顯示裝置1的 操作。當電壓應用在有機電激發光裝置4的電極之間時， 會自有機薄膜層15中的發光.層發出白光。光的主要部分係 射向透明基板1 2。 根據第一實施例之有機電激發光裝置4的發光層係形 成平面形。換言之’區域發光裝置可以處理成等效由一群 許多位在平面上之小發光區形成的光源。因此，因爲發射 自每一個小發光區的光線係自每一個小發光區發射狀地行 進’所以光會以各種不同的方向進入入射面1 8。 若使用有機電激發光裝置4之有機電激發光照明裝置 -11- 1249969 3的透明基板1 2，沒有提供光散射構件1 3 ’則會發生下面 之情形。光以不小於由玻璃和空热的折射率決疋之臨界角 的角度進入透明基板12的內部’而且因爲光受到發光面 1 7的全反射，所以當到達發光面1 7時’光不會射出透明 基板12。雖然光在透明基板12的面上反射’或會再進入 有機電激發光裝置4，但是在發光面17上的入射角不會改 變。因此，因爲在發光面1 7和入射面1 8上重覆反射之後 ，光將不會被引出到外部，所以光會在透明基板1 2之中， 或在有機電激發光裝置4之中衰減。 下面將說明在透明基板1 2中排列上述光散射構件1 3 之情形下光的光徑。 如第2圖所示，發射自發光層的光進入透明基板12。 在進入透明基板12內部的光之中’當到達發光面而沒有進 入光散射構件時，以不小於臨界角的角度進入基板1 2的光 ，會在透明基板1 2和環境（發光面1 7)之間的介面被全反射 。實質部分的光被引導通過透明基板1 2。 在被引導通過透明基板1 2的光之中，入射在光散射構 件13a上的光（在第2圖中以箭頭A表示的光）被散射而改 變光徑，其在發光面1 7上的入射角小於臨界角。然後光會 自發光面1 7朝向液晶面板2發射。 在以不小於臨界角之角度進入透明基板1 2的光之中 ，光有進入光散射構件13d(在第2圖中以箭頭C表示的光） ，而且被散射改變路徑，其在發光面1 7上的入射角小於臨 界角。然後光會自發光面1 7朝向液晶面板2發射。 -12> 1249969 在此，如第3圖所示’根據第一貫施例之有機電激發 光照明裝置3，包含離接觸終端1 〇 〇的距離愈大排列愈密 集之光散射構件1 3。換言之，以不小於臨界角的角度進入 接觸終端1 〇 〇附近的透明基板1 2之光的主要部分，會在發 光面1 7上被全反射，然後被引導通過透明基板1 2。另一 方面，以不小於臨界角的角度進入透明基板1 2遠離接觸終 端1 〇 〇部分之光的主要部分，會到達光散射構件1 3，然後 方向改變，使得在發光面1 7上的入射角小於臨界角（被散 射），因此可以自透明基板1 2的發光面1 7發射。 注意，在以不大於臨界角的角度進入透明基板1 2的光 之中，一部分以不小於臨界角的角度進入光散射構件1 3 b 的光會被偏折，而且在發光面會被全反射。但是，因爲光 會再被光散射構件偏折，所以在藉由在側面，入射面和透 明基板的發光面反射的方式，引導通過透明基板之情形， 或在光再進入有機EL元件，然後回到透明基板，引導通過 透明基板之情形，偏折光的光徑會再次改變，其角度小於 臨界角。 因此，當根據第一實施例之有機電激發光照明裝置3 在靠近接觸終端1 〇〇的部分具有很高的亮度時，因爲排列 較少的光散射構件1 3，所以光引出效率劣於遠離接觸終端 1 0 0的部分。另一方面’當在is離接觸終端部分的亮度很 低時，因爲排列較多的光散射構件1 3，所以光引出效率優 於靠近接觸終端1 〇 0的部分。 因此可以抑制亮度的不均勻性。 -13 - 1249969 發射自透明基板12之發光面17的光進入液晶面板2 的背面（使用者的相對側），然後就整個而言，根據每一個 畫素要觀察的字元或影像，讓光穿透或阻擋光通過。 在第一實施例中，光散射構件在透明基板遠離接觸終 端的部分排列要較密集。因此，靠近接觸終端的部分具有 較高的亮度和較差的光引出效率，而遠離接觸終端的部分 則具有較低的亮度和較優的光引出效率。因此可以抑制亮 度的不均勻性。 在第一實施例中，光散射構件係排列在透明基板之中 · 。因爲在全反射的光當中，光散射構件可以改變入射角小 於臨界角之光的方向，所以當沒有提供光散射構件時，光 可以自透明基板引出。因此，與沒有提供光散射構件之傳 統裝置相較，當使用相同的電源時，可以增加亮度，而且 較低的電功率消耗就可達到相同的亮度。 根據第二實施例之被動矩陣穿透型液晶顯示裝置 50 的有機電激發光照明裝置5 3，包含提供在透明基板5 2的 發光面上之凸面體或凹面體的光散射構件54，如第5圖所 ® 示。其他的結構和第一實施例相似。 第二實施例提供上述之優點。此外，在第二實施例中 ，在透明基板上排列光散射構件的時機，可以在有機電激 發光元件形成在透明基板上之前或之後。因此，若光散射 構件係在有機電激發光元件形成之後排列，則光散射構件 的形狀和光散射構件排列的位置都可以設計，使照明裝置 或有機電激發光元件的亮度和光引出特性一致。 -14- 1249969 那些熟悉本發明此項技術之人士，明顯可以不用脫離 本發明之精神或範圍的許多其他特殊形式實施。尤其，應 該明瞭本發明可以下列形式實施。 設置在透明基板1 2中之光散射構件1 3的形狀並不限 定球形。任何形狀都可以使用，只要可以改變光進入光散 射構件1 3的方向。 設置在透明基板1 2中之光散射構件1 3並不限定珠狀 。任何形式都可以使用，只要它們可以改變光進入光散射 構件1 3的方向。 例如，可以提供惰性氣體，如氮氣，的氣泡，或可以 形成刮痕，以提供不同於其他部分之折射率。例如，在透 明基板1 2中之刮痕可以藉由將雷射光照射在透明基板][2 的本體上形成。 位在透明基板側上方之第一電極1 4可以用以當作陰 極’而第二電極1 6可以用以當作陽極。在此情形下，也可 以改善有機薄膜層1 5的結構，使與電極的改變一致。例如 ’有機薄膜層1 5可以爲電子注入層、發光層、和電洞注入 層之三層結構，或電子注入層、電子傳輸層、發光層、電 洞傳輸層、和電洞注入層之五層結構。 使用有機電激發光照明裝置不限於背面照明，也可以 用以當作其他的照明裝置或顯示裝置。 在有機電激發光照明裝置係被動矩陣顯示裝置的情形 下，例如，在透明基板12的表面上，將第一電極1 4形成 許多平行的帶線。在有機薄膜層1 5由未圖示之絕緣隔板分 1249969 隔之狀態下，有機薄膜層1 5形成許多在垂直第一電極1 4 的方向延伸之平行帶線。第二電極1 6係成層在有機薄膜層 15上。顯示裝置的畫素（畫素或子晝素）係在第一電極14和 第二電極1 6交越的區域之透明基板1 2上，以矩陣方式排 列。 弟一電極1 6之接觸終端1 0 6的位置，不需要和排列在 透明基板上之第一電極1 4的接觸終端1 〇 4在相同側上。接 觸終端1 〇 6可以排列在鄰近其上排列接觸終端丨〇 4之側上 ，或排列接觸終端1 04之相對側上。 當有機電激發光照明裝置被用以當作顯示裝置時，要 將彩色濾光片放置在透明基板上。 第二電極1 6對可見光可以不要有反射性。但是，因爲 從有機薄膜層1 5射向第二電極1 6的光係在第二電極1 6上 被反射，然後自透明基板1 2側發射，所以相較於沒有使用 第二電極1 6的反射光之狀況，在使用反射光之情形下，自 透明基板1 2發射的光強度可以增加。因此，即使有機薄膜 層1 5的光強度減少，也可以得到需要的光強度，使得消耗 功率可以減少。 有機薄膜層1 5可以爲黑白顯示或單色顯示。換言之， 當形成有機薄膜層15時，有機薄膜層15不需要包含螢光 色之紅、藍和綠所有的色彩。有機薄膜層1 5可以只發單色 光。在此情形下，液晶顯示裝置1係黑白顯示或單色顯示 〇 液晶面板2不限於被動矩陣，也可以使用主動矩陣驅 1249969 動。此外，顯示型式也不限於穿透型，也可以使用半穿透 型。 影像顯示面板不限於液晶面板，只要可以透過光的穿 透顯示影像就可以，例如，可以使用PLZT。 除了背面照明之外，照明裝置可以用在任何其他照明 裝置中，在這些情形中，照明裝置可以由在透明基板1 2兩 側上之有機電激發光照明裝置1 5形成。再者，在使用除了 背面照明之外的照明裝置之情形中，透明基板不限於平面 形，也可以是半球形或圓柱形，或可以具有曲線表面，如 弧形。 無機電激發光裝置可以使用於區域發光裝置，以代替 有機電激發光元件。在此情形下，當在發光時應用的電壓 高於有機電激發光元件的應用電壓時，藉由步驟從發光裝 置進入透明基板，且自透明基板側面發射的光，可以增加 自發光面發射的光強度。 第一電極1 4使用超薄金屬層形成透明電極以代替使 用具有導電性之透明材料。”超薄” 一詞係指厚度不超過 5〇nm，而較佳的範圍爲0.5nm和20nm之間。 用於保護膜的材料不限於氮化矽。其他對氣體，如濕 氣和氧氣，具有低穿透性之材料，例如，氧化矽（Si Ox)或 類鑽之碳，也可以被使用。再者，保護膜也可以由不同材 料製成之薄膜形成。 可以由防濕氣層形成保護膜以代替使用氮化物。 絕緣層可以位在第一電極1 4和第二電極1 6之間。在 -17- 1249969 此情形下，可以確實防止第一電極1 4和第二電極1 6之間 發生短路。 有機電激發光元件可以發白光。 有機電激發光層所形成之面積可以大於第二電極。 因此，本範例和實施例已斟酌說明，但並非限制於此 而且本發明也並非侷限於此處所詳述之內容，本發明之 I IH例會在所附申請專利範圍之範圍和等效項之中。 【I®式簡單說明】 藉由下面參照附圖之較佳實施例的說明，本發明的目 白勺和優點會更清楚，其中： 第1圖爲根據實施例之穿透型液晶顯示裝置的透視圖 第2圖爲根據本發明實施例，圖示穿透型液晶顯示裝 置中光徑的橫截面圖； 第3 (a)圖爲根據本發明實施例之有機電激發光照明裝 置的上視圖； 第3(b)圖爲沿第3(a)圖的線3B-3B所取之橫截面圖； 第3 (c)圖爲沿第3 (a)圖的線3 C - 3 C所取之橫截面圖； 第3(d)圖爲沿第3(a)圖的線3D-3D所取之橫截面圖； 第4(a)圖爲形成在透明基板上之第一電極、接觸終端 和第二電極的接觸終端之排列上視圖； 第4(b)圖爲第二電極和接觸終端之排列上視圖；及 第5圖爲根據另一實施例之穿透型液晶顯示裝置的橫 截面圖。 -18- 1249969 要元 件符 號 說 明 ] 1 穿 透 型 液 晶 2 液 晶 面 板 3 有 機 電 激 發 4 有 機 電 激 發 5 第 — 透 明 基 6 第 二 透 明 基 7 ITO 電 極 8 相 對 電 極 9 液 晶 層 10 彩 色 濾 光 片 11 極 化 板 12 透 明 基 板 13 光 散 射 構 件 14 第 —^ 電 極 15 有 機 薄 膜 層 16 第 二 電 極 17 發 光 面 18 入 射 面 50 被 動 矩 陣 穿 52 透 明 基 板 53 有 機 電 激 發 54 光 散 射 構 件 1 00 接 觸 終 端 部 1 04 接 觸 終 端 1 06 接 觸 終 丄山 m 顯示裝置 光照明裝置 光裝置 板 透型液晶顯示裝置 光照明裝置 分

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Claims (1)

1249969 十、申請專利範圍： 1 . 一種照明裝置，包含透明基板、區域發光裝置，和至少 一個用以將電力供應到區域發光裝置之接觸終端，該區 域發光裝置包含第一電極，具有發光層之薄膜層，和形 成在透明基板上之第二電極，用以發射穿透透明基板的 光’其特徵爲，有許多光散射構件提供'於透明基板，其 方式爲散射構件密度比照離該接觸終端的距離增加。 2 .如申請專利範圍第1項之照明裝置，其中光散射構件係 設置在透明基板之中。 3 _如申請專利範圍第2項之照明裝置，其中光散射構件係 散佈在透明基板中之球珠。 4 ·如申請專利範圍第2項之照明裝置，其中光散射構件的 形狀係球狀。 5 .如申請專利範圍第丨至4項中任一項之照明裝置，其中 區域發光裝置係有機電激發光照明裝置。 6 _如申請專利範圍第1項之照明裝置，其中光散射構件係 形成在透明基板上之凸面體或凹面體。 7 .如申請專利範圍第6項之照明裝置，其中區域發光裝置 係有機電激發光照明裝置。 8.—種顯示裝置，包含用以透過各畫素的切換穿透光以顯 示影像之影像顯示面板，用以將該光朝向影像顯示面板 發射之照明裝置，及至少一個用以將電力供應到區域發 光裝置之接觸終端，該照明裝置包含透明基板，區域發 光裝置包含第一電極，具有發光層之薄膜層，和形成在 -20- 1249969 透明基板上之第二電極，用以發射穿透透明基板的光， 其特徵爲，有許多光散射構件提供於透明基板，其方式 爲散射構件密度比照離該接觸終端的距離增加。 9 ·如申請專利範圍第8項之顯示裝置，其中光散射構件係 設置在透明基板之中。 1 〇 .如申請專利範圍第9項之顯示裝置，其中光散射構件係 散佈在透明基板中之球珠。 1 1 ·如申請專利範圍第9項之顯示裝置，其中光散射構件的 形狀係球狀。 1 2 ·如申請專利範圍第8至1 1項中任一項之顯示裝置，其中 區域發光裝置係有機電激發光照明裝置。 1 3 .如申請專利範圍第8項之顯示裝置，其中光散射構件係 形成在透明基板上之凸面體或凹面體。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之顯示裝置，其中區域發光裝置 係有機電激發光照明裝置。 1 5 .如申請專利範圍第8項之顯示裝置，其中該影像顯示面 板包含液晶顯示面板。 1 6 .如申請專利範圍第8項之顯示裝置，其中該影像顯示面 板係被動矩陣顯示面板。 1 7 .如申請專利範圍第8項之顯示裝置，其中該影像顯示面 板係主動矩陣顯示面板。 1 8 .如申請專利"1圍第8項之顯示裝置，其中光散射構件至 少是形成在透明基板上的凸面體或凹面體其中之一。 -21-