TWI509330B - 顯示裝置 - Google Patents

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TWI509330B
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Description

顯示裝置
本發明是有關於一種廣視角顯示裝置，特別是有關於一種利用光學繞射現象來改善可視範圍之廣視角顯示裝置。
隨著薄膜電晶體製作技術快速的進步，液晶顯示裝置由於具備了輕薄、省電、無輻射線等優點，而大量的應用於電視機、個人數位助理器、筆記型電腦、數位相機、攝錄影機、行動電話等各式電子產品中。然而，由於液晶顯示裝置係一非自發光之顯示器，因此，一般需利用背光源來產生光線，並使其穿透擴散膜、增亮膜等光學膜層，來形成一均勻之平面光射入液晶顯示面板，藉以呈現影像。扭轉向列型(Twisted Nematic；TN)或超扭轉向列型(Super Twisted Nematic；STN)為常用之液晶顯示器之一。這類液晶顯示器雖然具有價格上的優勢，但其可視角卻較一般廣視角液晶顯示器(例如：多區域垂直配向(Multi-domain Vertical Alignment；MVA)液晶顯示器、平面內切換液晶顯示器(In-Plane Switching；IPS)、邊緣電場切換(Fringe field Switching；FFS)液晶顯示器等等)來得小。
所謂的可視角係指顯示器在某視角範圍以內，其影像品質仍能保持一定的水準。例如，就一般桌上型液晶顯示器而言，主要的觀賞視角為正視角，故對設計者而言，因為液晶分子的不同排列會造成不同之光學效果，所以會以正視角為主要考量來設計顯示器。於是當觀察者從液晶顯示器的側視角來觀賞影像時，便會察覺到影像的色彩及亮度與正視觀賞時不同，而且會隨著視角變大而差異更大。常用的液晶顯示器中，其中以TN型之上述情況為最甚。
請參照第1圖，其係繪示扭轉型(Twisted Nematic;TN)液晶顯示器10之液晶層12的結構示意圖。TN液晶顯示器10包含液晶層12、上配向板14以及下配向板16，其中下配向板16較靠近背光源。液晶層12包含頂層液晶分子12a和底層液晶分子12b。上配向板14和下配向板16係用以將液晶層12中的液晶分子配向，以將頂層液晶分子12a和底層液晶分子12b配置成扭轉型結構，並使其具有一預傾角，其中具有預傾角的液晶分子遠離配向板之一端可稱為頭端，另一端可稱為尾端。例如，上配向板14係將上層液晶分子12a配向並使其具有預傾角。又例如，下配向板16係將底層液晶分子12b配向並使其具有預傾角。而配向板14和16之配向方向不相互平行，如此位於其間的液晶分子會被連續地扭轉，構成扭轉型液晶結構，其中液晶的扭轉角度可定義為從底層液晶分子頭端經由中間層液晶連續地扭轉至上層液晶分子尾端的角度。
另外，值得一提的是，對一般的扭轉型(Twisted Nematic;TN)液晶顯示器而言，從底層液晶分子12b的頭端，經由中間層液晶連續地扭轉至上層液晶分子的尾端，此視角範圍之光學特性不佳故在使用上常定義為觀察者的下視角方向.當然，也可依應用需求，將上述視角不好之範圍，定義成觀察者的某視角方向。
就未加任何視角補償機制的TN液晶顯示器而言，通常，從液晶顯示器的側視角所觀察之影像會有對比度嚴重降低(下降到10以下)、灰階反轉程度以及色偏等問題。為解決TN液晶顯示器視角上的問題，可加上補償膜來改善側視角成像品質，例如，富士軟片(Fujifilm)公司所研發的廣視角補償膜(Fuji wide view film，簡稱WV film)即為現行常用之TN補償膜。但是，現今大部份的廣視角顯示補償膜技術大都用於提高對比及滅少色偏，對於TN液晶顯示器嚴重灰階反轉之改善仍不足。故TN液晶顯示器目前仍不歸類於廣視角之顯示器。
因此，需要一種新的顯示裝置，其可同時改善對比度、灰階反轉、伽瑪曲線(gamma curve)變異以及色偏等等與亮度、色度相關之影像品質問題。尤其當使用於TN液晶顯示器時，除了改良後可當廣視角液晶顯示器使用之外，相較於市售常用之液晶顯示器，更有反應速度上或是成本上的優勢。
因此，本發明之一方面是在提供一種顯示裝置，其不但具有優良的視角均勻性，更具有低成本的優勢。
根據本發明之一實施例，此顯示裝置包含顯示器和繞射光學元件(Diffractive Optical Element;DOE)。此顯示器係用以顯示影像，其中當使用者於第一視角範圍觀察此影像時，可觀察到第一觀察影像，而當使用者於第二視角範圍觀察此影像時，可觀察到第二觀察影像。繞射光學元件係設置於顯示器之出光方向上，用以將構成第一觀察影像之光線繞射至第二視角範圍，以使第一觀察影像轉變為第三觀察影像，同時使第二觀察影像轉變為第四觀察影像。
第一實施例
請參照第2圖，其係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置100的結構示意圖。顯示裝置100包含顯示器110和繞射光學元件(Diffractive Optical Element;DOE)120。顯示器110可為液晶顯示器、電漿顯示器、有機發光二極體顯示器及電子紙顯示器或其他用來顯示影像之顯示器，而繞射光學元件120可為設置有光柵(例如相位光柵)之膜片，置放於顯示器110之出光面，用以繞射顯示器110所發出之光線。
在本實施例中，光線的出射方向係以球座標系中的天頂角θ和方位角ψ來表示。例如，以繞射光學元件120之表面為X-Y平面，而正Z軸之方向則由繞射光學元件120向顯示裝置100外延伸，故顯示裝置100的視角可表示為(θ,ψ)。以右視角和左視角為例，其可分別以(α,0)和(β,180)來表示，其中0度≦α,β≦90度。類似地，上視角和下視角可分別表示為(γ,90)和(δ,270)，其中0度≦γ,δ≦90度。
另外，本實施例之光柵方向係以光柵結構上波峰(波谷)連線之方向來定義。廣義而言，當入射光正射於光柵時會產生繞射，垂直於此繞射方向之方位亦可定義為光柵方向。
請同時參照第3a圖和第3b圖，第3a圖係繪示使用者於側視角觀察顯示器110的示意圖，第3b圖係繪示使用者於側視角觀察顯示裝置100的示意圖。在本實施例中，顯示器110為液晶顯示器。假設顯示器110的正視角為0度，斜視角最大範圍為90度，顯示器110會發生影像品質相對於正視角有改變的視角範圍為天頂角θ介於90~10度。此即表示當使用者於超過10度之側視角時來觀察顯示器110時，會發現顯示器110的影像有對比度降低、灰階反轉、伽瑪曲線變異或色偏等問題。當然，比較的基準未必是以正視角影像為基準，例如可依原設計中影像最佳化之角度為比較基準。
在以下的說明中，僅以改善30度左視角之影像品質來舉例說明。例如，使用者在正視角(0度視角)所觀察某特定範圍(例如圖中之車子)得到的觀察影像為I1 (亦稱為正視角影像I1 )，在左視角30度側視角所觀察該特定範圍得到的觀察影像為I2 (亦稱為側視角影像I2 )，由於光源經過液晶層所造成的相位延遲(phase retardation)不一樣，使得正視角影像I1 和側視角影像I2 中，位於相同位置的像素的色相(hue)、彩度(saturation)或明度(brightness)明顯不同，造成顯示器110的視角均勻性劣化。因此，本實施例利用繞射光學元件120來將構成正視角影像I1 的光線繞射至左視角30度，以利用正視角影像I1 的部份成份來補償側視角影像I2 。
值得注意的是，在本實施例中，當正視角影像I1 和側視角影像I2 中，位於相同位置的像素的亮度的差值超過原本亮度(正視角影像I1 像素的亮度)的3%時，即視為明顯不同。又，當正視角影像I1 和側視角影像I2 中，位於相同位置的像素的色座標的差值超過(正視角影像I1 像素的亮度)0.001時，亦視為明顯不同。然而，在本發明之其他實施例中，這些閥值是可以根據使用者條件而變更的。另外。當正視角影像I1 和側視角影像I2 的伽瑪曲線分別對應的伽瑪值(gamma value)之差值小於0.1時，则視為伽瑪曲線發生變異。
如第3b圖所示，當使用者於30度左視角來觀察顯示裝置100時，其所觀察到的觀察影像I4 (亦稱為側視角影像I4 )，會等於側視角影像I2 未被繞射出去的分量加上正視角影像I1 於30度左視角的分量，即I4 =JI2 +kI1 ，其中J,k為小於1之正數。同時，由於構成正視角影像I1 的光線被繞射至側視角，因此正視角影像I1 會轉變成亮度較小的正視角影像I3 。
對於側視角影像I4 而言，若正視角影像I1 於側視角的分量(即kI1 )夠強，而使得側視角未被繞射出去的影像JI2 對側視角影像I4 的貢獻相對較小時，即可減少正視角影像I3 與側視角影像I4 的影像差異，使得側視角影像I4 的影像品質提升。值得注意的是，前述之影像差異係指位在影像I3 和I4 中相同位置之兩像素的色相、彩度和明度之差異，而影像差異變小即代表顯示裝置的視角均勻性提高了。
值得一提的是，本實施例之正視角並非僅受限於0度之視角。由於在0度附近的視角範圍內，使用者都能觀察到良好的影像，因此前述之正視角亦可定義為0±10度之視角範圍，所以受到補償的視角也不僅只有30度之側視角而已。
在繞射機制中，當光柵週期固定的情況下，入射光的波長越短，其繞射角越小。故，當考慮可見光範圍(以波長為450奈米(nm)/550奈米/650奈米的藍光/綠光/紅光為代表)的影像繞射計算時，以波長等於450奈米的情況下來推估可得較具代表性之邊界情況。
在本實施例中，就波長等於450奈米之光而言，當繞射光學元件120上的光柵週期設計為1.3微米(um)以下時，右視角10度的光(假定影像品質較好的光在0±10度的範圍內，故右視角10度為一邊界)就能繞射至左視角至少10度以上，以有效進行補償。假使繞射到左視角10度以下，因尚在影像品質佳的範圍內，意義就不大了。一般而言，光柵的一階繞射效率較高，二階繞射效率偏低但仍有些貢獻，故當一階繞射角設計在較小的角度時，大視角可用二階繞射來補償，或是可設計多週期之光柵，亦是解決大視角影像品質不佳的方法。
上述提到，為了使正視角之影像品質佳的光線(例如正視角範圍內的光線)能繞射到較大的視角範圍內，在本發明之其他實施例中，亦可利用二階繞射、三階繞射等來對多個側視角範圍進行補償。例如，一般使用者從側視角觀察顯示器時，天頂角θ為80度大概是個極限了，當繞射光學元件120上的光柵週期被設計為0.15微米時，即可讓波長450奈米之正視角光線的二階繞射至少達到80度的視角範圍，此時一階繞射約略在θ=71度。再者，本發明也不受限於僅對側視角進行補償。在本發明之其他實施例中，亦可將正視角之光線繞射至上視角、下視角或斜方向之視角，以解決其影像品質問題。只是此時光柵之方向需跟著欲改善之方位角ψ來改變。並且，若是需針對多個方位角ψ之視角範圍來進行改善，則光柵方向可設計為多方向。例如，如在第五圖中將說明的繞射光學元件，其可為單層結構(單層上作多方向光柵)或是多層結構(多層單層結構疊合)。
針對使用於戶外看板等等特別重視下視角影像，而不重視正視角影像的顯示裝置，則除了改善下視角色彩之外，還可將正視角之亮度盡量移至側視角來使用。在此情況下顯示裝置本身雖非視角均勻系統，但就特殊用途而言有很大的效果。
由上述說明可知，本實施例之繞射光學元件120的光柵週期係介於0.15~1.3微米之間，如此可對應改善各側視角的影像品質問題。又，一般良好影像光範圍約0±10度，而30度以上是較明顯影像品質劣化的範圍，而觀察者大部份側視範圍，約在60度內，故希望正視光之一階繞射可落於天頂角θ為30~60度間，其他週邊視角則利用二階繞射或0±10度範圍內的光繞射來補償，此時光柵週期較佳可為0.26~0.78微米。若較不在乎大角度(>60度)的影像補償，只希望10度視角之影像光之一階繞射能落在天頂角θ為30~60度間的話，光柵週期較佳可為0.29~1.13微米。一般而言，繞射光學元件120設計成對稱性結構為最常見之情況，亦即繞射光學元件120為可進行對稱性繞射之元件，即可同時對兩個對稱的視角範圍，例如對左視角30度和右視角30度之側視角進行補償。但，繞射光學元件120也可設計成非對稱型結構，以利進行單方位角補償，利用閃耀光柵(blaze grating)即是一例。此外，不同方向之繞射效率也可依光柵之結構來設計。
請同時參照第4a圖和第4b圖，第4a圖係繪示習知加上視角補償膜之TN顯示器之左(右)視角與對比度的曲線關係圖，第4b圖係繪示顯示裝置100(加上視角補償膜之TN顯示器)之視角與對比度的曲線關係圖，其中顯示裝置100之光學繞射元件的光柵的“主要”方向在方位角ψ為90-270度的方向(以X-Y平面來看)。由第4a圖可看出，習知顯示器之對比度在左視角25度的時候，下降到正視角對比度的一半，也就是說習知顯示器的對比度半高寬為25度。反觀本實施例之顯示裝置100，由第4b圖可看出對比度在左視角35度的時候，是正視角對比度的一半，即顯示裝置100的對比度半高寬為35度。由於顯示裝置100的對比度半高寬大於習知顯示裝置的半高寬，顯示裝置100在側視角的對比度具有很大程度的改善。又，習知顯示器之對比度在左、右視角60度以上時，會發生對比度實質小於10之現象，故也可對左、右視角25度來進行補償。
第二實施例
請參照第5a圖，其係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置200的結構示意圖。顯示裝置200係類似於顯示裝置100，不同之處在於，顯示裝置200的繞射光學元件220上，設置有光柵，其與繞射光學元件120之光柵是不同方向的。在本實施例中，繞射光學元件220的主要光柵方向是0-180度，以補償顯示器210的下視角和/或上視角影像。一般而言，使用者大多不會從下視角來觀察顯示裝置。然而，對於特殊用途的顯示裝置而言，例如大型戶外看板、賣場展示架上的展示機、平版電腦(Tablet personal computer)，使用者則多以下視角來觀察顯示裝置。以TN型液晶顯示器為例，下視角卻有嚴重之灰階反轉現象。
請參照第5b圖，其係繪示使用者於下視角來觀察顯示裝置200的示意圖，其中以正視角為0度，上視角和下視角之(θ,ψ)分別為(γ,90)和(δ,270)，其中0度≦γ,δ≦90度(在此因為搭配圖式說明之關係，重新定義天頂角0°≦θ≦180，當θ≧0°時為上視角，當θ≦0°時為下視角)。以加上廣視角補償膜之TN顯示器為例，其下視角開始發生灰階反轉的角度為-25度(下視角25度)，而對比度降到10以下的視角為-75度(下視角75度)以上的視角(即更負之角度)。因此，本實施例之繞射光學元件220可被設計來對視角-25度或-75度之影像進行補償，或是同時利用一階繞射和高階繞射、或是多週期光柵來對下視角25度或75度之影像進行補償。
另外，在本發明其他實施例中，亦可針對下視角15度以上之視角來進行補償。此係因下視角的對比度半高寬為15度，請參考第5c圖。又，上視角的對比度半高寬為10度，故亦可對上視角10度以上進行補償。
請同時參照第5c圖和第5d圖，第5c圖係繪示習知加上視角補償膜之TN顯示器之上下視角與對比度的曲線關係圖，第5d圖係繪示顯示裝置200(加上視角補償膜之TN顯示器)之視角與對比度的曲線關係圖。由第5c圖和第5d圖可看出，顯示裝置200的對比度半高寬比習知顯示器的對比度半高寬還要寬。
另外，值得一提的是，TN顯示器在上視角35度時也會開始有灰階反轉現象，上視角65度以上之對比也會降到 10以下，因此繞射光學元件220可包含有針對垂直視角-25度、-75度和+35、+65度進行補償之光柵。這些針對各視角進行繞射之光柵設計可個別形成於多張膜片上，亦可同時形成於一張膜片上。
請同時參照第6a圖和第6b圖，第6a圖係繪示習知加上視角補償膜之TN顯示器於下視角之各天頂角θ的液晶穿透亮度與灰階的曲線關係圖(即各天頂角θ之伽瑪曲線)，第6b圖係繪示加上視角補償膜之TN顯示裝置200下視角之各天頂角θ的伽瑪曲線。由第6a圖可看出，習知顯示器的灰階反轉程度嚴重，且伽瑪曲線變異很大(其中，有一部份變異來自於大視角之中灰階穿透率偏低)，尤其在越大天頂角θ時。反觀本實施例之顯示裝置200，由第6b圖可看出顯示裝置200已無灰階反轉之現象，且伽瑪曲線變異亦改善許多。
另外，由上面的實施例可看出，其實TN之左右視角與上下視角因解決的問題及角度不一樣，故在多方向多週期之光柵設計時，考量可分開來設計。再者，除了可用多方向光柵來改善多方位角之側視角影像品質外，因為背光模組光源並非完全準直性光源，故斜視光源對非垂直於光柵方向，也會有貢獻。
請參照第6c-6e圖，第6c圖係繪示習知顯示裝置在斜下視角315度紅色的伽瑪曲線，第6d圖係繪示習知顯示裝置在斜下視角315度的紅色色座標x值與灰階值的關係曲線，第6e圖係繪示習知顯示裝置在斜下視角315度的紅色色座標y值與灰階值的曲線關係。由第6c-6e圖，可看出在斜下視角315度的影像品質與正視角的影像品質相差甚 遠。
請再參照第6f-6h圖，第6f圖係繪示顯示裝置200在斜下視角315度紅色的伽瑪曲線，第6g圖係繪示顯示裝置200在斜下視角315度的紅色色座標x值與灰階值的曲線關係，第6h圖係繪示顯示裝置200在斜下視角315度的紅色色座標y值與灰階值的曲線關係。由第6f-6h圖，可看出顯示裝置200在斜下視角315度的影像品質與正視角的影像品質較第6c-6e圖改善許多，此係因背光模組光源並非完全準直性光源，故斜視光源對非垂直於光柵方向，也會有貢獻之緣故。
另外，若顯示裝置200的繞射光學元件220具有多方向之光柵，例如具有互相垂直之光柵(例如0度與90度)，則繞射光學元件220在右上視角(方位角ψ介於0度到90度)45度和左上視角(方位角ψ介於90度到180度)135度以及左下視角(方位角ψ介於180度到270度)和右下視角(方位角ψ介於270度到360度)，即非垂直於光柵方向之範圍，都會有優良的補償效果。
第三實施例
請同時參照第7a圖和第7b圖，第7a圖係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置300的結構示意圖，第7b圖係繪示繞射光學元件320之光柵方向與液晶扭轉角度的關係示意圖。顯示裝置300包含顯示器310和繞射光學元件320，其中顯示裝置300係類似於顯示裝置100，但顯示器310為TN或STN液晶顯示器，且其液晶的扭轉角度不限於90度或可為STN液晶顯示器。繞射光學元件320包含有光柵 322，其方向係垂直於將液晶扭轉角度(從底層液晶分子的頭端，經由中間層液晶連續地扭轉至上層液晶分子的尾端)兩等分之等分線。例如，在本實施例中，顯示器310靠近背光之配向板上的配向方向(在此配向方法以刷磨式(rubbing)配向為代表)為315度，而另一側配向板之rubbing方向為45度，所以液晶頭係從底層液晶分子的頭端315度，經由中間層液晶連續地扭轉至上層液晶分子的尾端225度，因此液晶扭轉角度A的兩等分線L係對準270度之方向，而光柵方向Dgra 則為方位角ψ等於0度或180度之方向，或稱ψ為0度-180度之方向。
又例如，在本發明之其他實施例中，當顯示器310之靠近背光之配向板上的配向方向於270度，而另一側配向板之配向方向於0度時，液晶扭轉角度的兩等分線係對準225度，因此光柵322之方向為ψ等於135度-315度之方向。
另外，光柵方向Dgra 可以有±45度的容忍範圍B，例如光柵方向Dgra 為0度或180度時，實際上可設計為315度~45度或135度~225度之間。
由於液晶分子的預傾角會使得液晶顯示器的使用者觀察到品質不佳的影像，因此本實施例之繞射光學元件220的光柵方向係根據液晶扭轉角度來決定，如此可針對影像品質不佳的視角方向來進行改善。
值得一提的是，對於TN或STN液晶顯示器而言，若偏光板的偏光方向分別為0度和90度時，使用者會在左視角或右視角發現嚴重的灰階反轉現象(端看A角是介於180度到270度或是270度到360度)，使得左右視角明顯不對 稱，造成TN液晶顯示器無法採用具有0度和90度偏光方向之偏光板。然而，在本實施例中，由於繞射光學元件320的光柵方向係隨著液晶扭轉角度來調整，因此即便液晶顯示器310採用具有0度和90度偏光方向之偏光板時，使用者在左視角和右視角所看到的視角不對稱現象可以大幅地改善，使得左右視角之對稱性為人眼所接受，進而使得TN或STN液晶顯示器可以採用0度和90度偏光方向之偏光板，以達到節省偏光板或補償膜成本之功效。
第四實施例
請參照第8圖，其係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置400的結構示意圖。顯示裝置400係類似於顯示裝置100，但顯示裝置400之繞射光學元件420係設置於液晶顯示器410之上偏光板411上。如第8圖所示，液晶顯示器410包含上偏光板411、彩色濾光片412、液晶層413、薄膜電晶體陣列414、下偏光板415以及背光模組416。偏光板411上設置有光學繞射元件420。在本實施例中，光學繞射元件420為設置有多道光柵(多方向和/或多週期)之膜片，並利用黏膠貼附之方式來設置於偏光板411上。在本發明之其他實施例中，亦可使用機構卡合或其他方式來將光學繞射元件420設置於偏光板411上。
值得注意的是，一般的偏光板大多具有一層偏光層，其係以聚乙烯醇(Poly Vinyl Alcohol；PVA)為最常使用之材料，而繞射光學元件420只需設置在此偏光層外即可。
第五實施例
請參照第9圖，其係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置500之結構示意圖。顯示裝置500包含顯示器510和繞射光學元件520。顯示器510為TN液晶顯示器，且包含有液晶面板512和背光模組514。顯示裝置500係類似於顯示裝置100，但不同之處在於顯示器510之背光模組514可提供準直性光源。
在顯示裝置500中，正視角的光線被繞射到側視角，以補償側視角的光線，但側視角的光線也可能因此而干擾正視角的光線，造成正視角影像品質的劣化。因此本實施例之顯示裝置500採用可提供準直性光源之背光模組514，此背光模組514不會對顯示裝置500之側視角有任何光線的貢獻，而使得顯示器510幾乎沒有側視角光線，如此正視角影像便不會受到干擾，同時側視角影像的品質也可因側視角光線的弱化而變得更好。
另外，值得一提的是，若繞射光學元件520具有非互相平行之光柵(例如0度與90度)，則繞射光學元件520在在右上視角(方位角ψ介於0度到90度)45度和左上視角(方位角ψ介於90度到180度)135度以及左下視角(方位角ψ介於180度到270度)和斜右下視角(方位角ψ介於270度到360度)，即非垂直於光柵方向之範圍，都會有優良的補償效果。
第六實施例
請參照第10a圖，其係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置600之結構示意圖。顯示裝置600包含顯示器610和繞射光學元件620。顯示器610為TN液晶顯示器，且包 含有液晶面板612和背光模組614。顯示裝置600係類似於顯示裝置500，但顯示器610之背光模組614所提供之光線較不準直。
在顯示裝置500中，顯示器510之背光模組514為準直性光源，因此顯示器510幾乎沒有側視角光線。然而，若要將光線做得非常準直，就必須花費不少的成本。因此本實施例採用了背光模組614，其所提供之光線較背光模組514不準直，但顯示裝置600的視角均勻性也能較使用一般光源的情況下改善很多。
目前一般的背光模組的光線分佈情形係如第10b圖和第10c圖所示，其中第10b圖係對應至一習知背光模組，其僅包含一張用以集中上下視角光線的稜鏡片，而第10c圖係對應至另一習知背光模組，其包含用以集中上下視角及左右視角光線的兩張稜鏡片。由第10b圖和第10c圖可看出，兩張稜鏡片的背光模組的光線準直性較一張稜鏡片的背光模組來得好，但兩者在大角度上仍有一定程度的光線存在。
請參照第11a圖，其係繪示背光模組614在各視角上的光線強度，其中正視角為0度，左視角和右視角分別為+90度和-90度。在前面的實施例中，可知光柵週期落在0.15~1.3微米間。取一邊界條件，假設繞射光學元件620上的光柵週期為1.3微米時，正視角的一階繞射可補償25度之側視角，利用二階繞射則可補償58度之側視角。然而，對應至25度或58度以上之某側視角的光線也可能繞射至正視角而影響到正視角的影像品質，故僅提供25度以下(0~25度)的背光給液晶面板612時，可提高正視角之影 像品質；若提供58度以下(0~58度)的背光給液晶面板612時，正視角之影像品質雖不若前述好，但仍會有改善，此係因為利用二階繞射來繞射至主視角範圍的光線不見了。在本實施例中，背光模組614僅提供25度以下(0~25度)的光線給液晶面板612(在本實施例中，僅提供垂直方向準直性光源，水平方向不特別提供)，如此25度以上之側視角便幾乎沒有光線繞射至正視角。值得注意的是，雖然第11a圖所繪示的背光模組光形在25度以上仍有些微光線，但相較於原本之光形，足可大幅改善影像品質，也就是說在這些不欲有背光之方向上，只要背光亮度較原來為低，就能對正視角之影像品質有所改善。
值得一提的是，本實施例中，係在習知背光模組上設置光線阻擋裝置，例如視差屏柵式(Barrier)光學膜，來遮住斜方向視角的光線，以使背光模組的出光角度達到前述實施例所需的出光角度條件，但在本發明其他實施例中，亦可使用其他方式來製造所需的背光模組。例如，將光線反射板此類的光線轉移裝置設置於背光模組上，以將光線轉移至需要出光的角度範圍內。
請參照第11b圖，其係繪示顯示裝置600之左(右)視角與對比度的曲線關係圖。由第11b圖可看出，顯示裝置600的正視角對比約1150，而對比度半高寬約40~45度。因此，即便本案之背光模組614並非完全準直之光線，顯示裝置600之對比度及視角仍比顯示裝置100上升不少，可與圖4b比較得知上述結果。
值得注意的是，上述說明只是大略的提供關於較不準直之光源如何改善影像品質的條件，因為以正視角而言， 當固定光柵週期的情況下，若其一階與二階繞射角分別為κ及ξ，則實際上斜視角為κ的影像之一階繞射並不會繞射到正視角，斜視角為ξ的影像之二階繞射並不會繞射到正視角，而是某大於κ角度及某大於ξ角度之斜視角影像之一/二階繞射才會繞射到正視角，但誠如上述說明，只要提供κ(ξ)角度以下之準直性光，即可改善正視角之影像品質。
由以上說明可知，實際上，當某一側視角的繞射會影響到正視角的影像品質時，背光模組則提供此角度值以下的光線至面板，即可減低正視光學之惡化。換言之，以主視角範圍的光線來說，如果背光模組所提供一光線係對應至主視角範圍(0±10度)且具有多階之繞射角度(例如一階繞射角度、二階繞射角度、三階繞射角度等)時，此背光模組不會提供第N階繞射角度以上之光線，其中N為正整數。然而，以其他視角範圍的光線來說，背光模組不會提供其N階繞射會繞射至主視角範圍內的光線。
一般而言，一階繞射與二階繞射的繞射效率遠大於其他高階繞射效率。當繞射光學元件的光柵週期大於0.9微米時，存在某一側視角度之光線，其二階繞射會影響到正視角的影像品質；若繞射光學元件的光柵週期大於0.45微米時，存在某一側視角度之光線其一階繞射會影響到正視角的影像品質。故當某一側視角的一階或二階繞射會影響到正視角的影像品質時，若背光模組只提供小於(不包含)此一階繞射角度的光線至面板，即可大幅增進正視角範圍的光學品質；或是背光模組減少提供此一階繞射角度以上(包含此角度)的光線至面板，即可增進正視角範圍的光學 品質；或是背光模組減少或移除提供此一階繞射角度範圍(或二階繞射角度範圍)以內光線至面板，即可增進正視角範圍的光學品質，其中所減少或移除的角度範圍係根據主視角的範圍來決定，例如，在本實施例中，主視角範圍為0±10度，則背光模組所減少或移除的一階繞射角度範圍約略等於一階繞射角度值±10度，當然也可詳細計算那些角度之背光會繞射到主視角，就把這些方向之背光減少或移除。又，以一階繞射之影響來改善背光之設計時，對正視角之光學品質改善最甚。
值得一提的是，上述情況是以正視角(天頂角θ等於0度)為改善目標來考量背光模組光型之設計，若以其他視角(比如說某些顯示器並非對正視角最佳化，而是對其他視角最佳化)，來考量時，也可依上述情況類推背光模組的設計，以增進主要視角之影像品質。又，當改善目標非單一視角，而是一主視角範圍時(例如天頂角為0±10度的正視角範圍時)，凡某些視角之繞射光，尤其是其一階或二階繞射會落在此主視角範圍時，背光源在此些視角的亮度應移除或者降低，如此即可增進主視角範圍之影像品質。
另外，值得一提的是，由於現行的背光模組大多提供多方向的均勻光線，因此為了使現行背光模組能僅提供某個角度以下的光線，可利用視差屏柵式光學膜來限制光的出射方向，或是利用背光模組之結構設計將其他角度(不需要背光模組光線的角度)的光線反射至所需的角度，以提高背光的利用率。
第七實施例
請參照第12a圖，其係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置700之結構示意圖。顯示裝置700包含顯示器710和繞射光學元件720。顯示器710為TN液晶顯示器，且包含有液晶面板712和背光模組714。顯示裝置700係類似於顯示裝置600，不同之處在於，顯示裝置700的繞射光學元件720上，設置有光柵，其與繞射光學元件620之光柵是不同方向的。在本實施例中，繞射光學元件720的主要光柵方向是0~180度，以補償顯示器710的下視角影像。
由第六實施例之說明可知，限制背光模組的出光方向或降低背光模組在某視角(其繞射光會影響主視角光學品質)上的亮度，可以增加主視角的對比度。類似地，上下視角的對比度也可用此方法來改善。除此之外，採用此方法的另一目的是，從第6a圖可看出，下視角的大視角亮度在中間灰階明顯偏低，也就是光利用率事實上是不高的，因此可把此部份的光拿至其他視角(例如正視角)來利用的話，可得節能之效，且增加整体之光學品質。
請同時參照第12b圖、第12c和第12d圖，第12b圖係繪示顯示裝置700的下視角伽瑪曲線；第12c係繪示顯示裝置700的上下視角對比度曲線；第12d圖係繪示各種顯示裝置的對比度。由第12b圖、第12c和第12d圖可看出不僅顯示裝置700的灰階反轉現象消失了，而且斜視角與正視角之伽瑪曲線也越加接近。與顯示裝置200相較之下，顯示裝置700的影像品質更為優良，而中心對比值亦提高許多，且半高寬擴增至正負40度。
接著，考慮顯示裝置700的上視角影像品質。請同時參照第12e和第12f圖，第12e圖係繪示習知加上視角補 償膜之TN顯示器於上視角之伽瑪曲線，第12f圖係繪示顯示裝置700的上視角的伽瑪曲線。由第12e圖可看出，除了上述對比、灰階反轉的問題外，伽瑪曲線的變異來自於大視角之中灰階時穿透亮度偏高，也就是說當顯示器搭配繞射光學元件時，人眼在這些方向上事實上不需要如此高的亮度，於是降低或移除此方向上的背光模組的光強度，不只對光學品質能有所改善，另外若把此部份之光線挪至其他影像品質較好的視角(ex：正視角)，更可達到節能或增加亮度之功效。如第12f圖所示，顯示裝置700的伽瑪曲線都非常接近。
請參照第12g圖，其係繪示各種顯示裝置的上視角60度影像的白色亮態色偏情況。由第5e圖可看出，當顯示裝置的背光模組的光線準直性越高，其色偏情況越來越不明顯，也就是側視與正視之色度點越相近。
第八實施例
請參照第13圖，其係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置800之結構示意圖。顯示裝置800包含顯示器810和繞射光學元件820。顯示器810為TN液晶顯示器，且包含有液晶面板812和背光模組814。顯示裝置800係類似於顯示裝置600，即顯示器810之背光模組814亦提供較不準直之光線，不同之處於，在本實施例之背光模組814所提供的光線係根據顯示裝置800之主視角和次視角的亮度關係來決定。若考慮第1視角、第2視角、第3視角......第n視角、其中可包含全視角上各視角之間加上光柵的相互繞射影響。假設在第1視角(主視角)上、背光模組光強 為B1 ；液晶模組的穿透率為T1 %；未加上光柵前的亮度為W1 ；加上光柵後之亮度為L1 ；因加上光柵而繞射到各視角的總繞射效率D1-total %；第n視角繞射到第1視角的繞射效率為Dn-1 %。又，假設在第2視角(次視角)上，背光模組光強為B2 ；液晶模組的穿透率為T2 %；未加上光柵前的亮度為W2 ；加上光柵後之亮度為L2 ；因加上光柵而繞射到各視角的總繞射效率D2-total %；第n視角繞射到第2視角的繞射效率為Dn-2 %。其中，第n視角不加光柵前的亮度為Wn ，則加上光柵後主視角及次視角的亮度滿足下列關係： 其中
(1)例如，對以正視角為主視角時，若某一側視角(次視角)之亮度小於正視角亮度的0.3倍時(W2 <0.3*W1 )，代表他視角對於此視角之繞射分量已有機會大於本身之亮度，則可使背光模組移除或降低對應此側視角的光線，並將其拿到正視角使用。又例如(2)以正視角為主視角時，若某一側視角(次視角)之亮度大於正視角亮度的1.1倍時(W2 >1.1*W1 )，代表正視角對於此側視角的繞射貢獻可能不足，則則可使背光模組移除或降低對應此側視角的光，並將其拿到正視角使用。(3)例如，以正視角為主視角時，若某一側視角(次視角)之液晶層穿透率小於正視角之液晶層穿透率的0.7倍時(T2 <0.7*T1 )，代表此視角的背光利用 率低，則可使背光模組移除或降低對應此側視角的光線，並將其拿到正視角使用。(4)例如，以正視角為主視角時，若某一側視角(次視角)之液晶層穿透率大於正視角之液晶層穿透率的1.1倍時(T2 >1.1*T1 )，代表正視角對於此側視角的繞射貢獻可能不足，則可使背光模組移除或降低對應此側視角的光線，並將其拿到正視角使用。(5)以上不限定主視角一定是正視角，可為一原本對顯示器最佳化之視角(6)參考第(i)式，若0.3*[A]<[B]，表示對主視角而言，其他視角對主視角的繞射貢獻過大，尤其當其他視角的影像品質不佳時，會大幅低主視角的影像品質，此時，對主視角方向而言的準直性背光設計就很重要，可使背光模組移除或降低次視角的光線，並將其拿到主視角使用。(7)參考第(ii)式，若[C]>2*[D]，表示對次視角而言，其他視角(特別是主視角或影像品質較佳的視角)對次視角的繞射貢獻過小，對於改善次視角影像品質有限，為了提高次視角影像品質，可使背光模組移除或降低對應此次視角的光線，並將其拿到主視角使用。(8)以上不限定在那一灰階，端看設計者欲改良之灰階為何(9)符合上述條件之背光模組，可以利用背光模組結構在該些視角方向上的背光亮度完全消除或參考前二公式來設計欲保留的背光強度比例。值得注意的是，光線轉移裝置不受限於將背光模組之次視角光線轉移至主視角，只要能次視角光線從原本的出光視角移走，也可改善影像品質。
由以上說明可知，本實施例之顯示裝置700係將背光模組光線，透過光線轉移裝置由利用率較低的角度移至利用用率較高的角度，如此可達到能源節省的目的。
雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧液晶顯示器
12‧‧‧液晶層
12a‧‧‧頂層液晶分子
12b‧‧‧底層液晶分子
14‧‧‧上配向板
16‧‧‧下配向板
100‧‧‧顯示裝置
110‧‧‧顯示器
120‧‧‧繞射光學元件
200‧‧‧顯示裝置
210‧‧‧顯示器
220‧‧‧繞射光學元件
300‧‧‧顯示裝置
310‧‧‧顯示器
320‧‧‧繞射光學元件
322‧‧‧光柵
400‧‧‧顯示裝置
411‧‧‧上偏光板
412‧‧‧彩色濾光片
413‧‧‧液晶層
414‧‧‧薄膜電晶體陣列
415‧‧‧下偏光板
416‧‧‧背光模組
420‧‧‧光學繞射元件
500‧‧‧顯示裝置
510‧‧‧顯示器
512‧‧‧液晶面板
514‧‧‧背光模組
520‧‧‧繞射光學元件
600‧‧‧顯示裝置
610‧‧‧顯示器
612‧‧‧液晶面板
614‧‧‧背光模組
620‧‧‧繞射光學元件
700‧‧‧顯示裝置
710‧‧‧顯示器
712‧‧‧液晶面板
714‧‧‧背光模組
720‧‧‧繞射光學元件
800‧‧‧顯示裝置
810‧‧‧顯示器
812‧‧‧液晶面板
814‧‧‧背光模組
820‧‧‧繞射光學元件
A‧‧‧液晶扭轉角度
B‧‧‧容忍範圍
Dgra ‧‧‧光柵方向
I1 ‧‧‧觀察影像
I2 ‧‧‧觀察影像
I3 ‧‧‧觀察影像
I4 ‧‧‧觀察影像
L‧‧‧等分線
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，上文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：第1圖係繪示扭轉型(Twisted Nematic；TN)液晶顯示器之液晶層的結構示意圖。
第2圖係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置的結構示意圖。
第3a圖係繪示使用者於側視角觀察顯示器的示意圖。
第3b圖係繪示使用者於側視角觀察顯示裝置的示意圖。
第4a圖係繪示習知加上視角補償膜之TN顯示器之左(右)視角與對比度的曲線關係圖。
第4b圖係繪示顯示裝置(加上視角補償膜之TN顯示器)之視角與對比度的曲線關係圖。
第5a圖係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置的結構示意圖。
第5b圖係繪示使用者於下視角來觀察顯示裝置的示意圖。
第5c圖係繪示習知加上視角補償膜之TN顯示器之上下視角與對比度的曲線關係圖。
第5d圖係繪示顯示裝置(加上視角補償膜之TN顯示器)之視角與對比度的曲線關係圖。
第6a圖係繪示習知加上視角補償膜之TN顯示器於下視角之各天頂角θ的伽瑪曲線。
第6b圖係繪示加上視角補償膜之TN顯示裝置下視角之各天頂角θ的伽瑪曲線。
第6c圖係繪示習知顯示裝置在斜下視角315度的伽瑪曲線。
第6d圖係繪示習知顯示裝置在斜下視角315度的色座標x值與灰階值的關係曲線。
第6e圖係繪示習知顯示裝置在斜下視角315度的色座標y值與灰階值的曲線關係。
第6 f圖係繪示顯示裝置在斜下視角315度的伽瑪曲線
第6g圖係繪示顯示裝置在斜下視角315度的色座標x值與灰階值的曲線關係。
第6h圖係繪示顯示裝置200在斜下視角315度的色座標y值與灰階值的曲線關係。
第7a圖係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置的結構示意圖。
第7b圖係繪示繞射光學元件之光柵方向與液晶扭轉角度的關係示意圖。
第8圖係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置的結構示意圖。
第9圖係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置之結構 示意圖。
第10a圖係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置之結構示意圖。
第10b-10c圖係繪示目前一般背光模組的光線分佈情形。
第11a圖係繪示背光模組在各視角上的光線強度。
第11b圖係繪示顯示裝置之左(右)視角與對比度的曲線關係圖。
第12a圖係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置之結構示意圖。
第12b圖係繪示顯示裝置的下視角伽瑪曲線。
第12c係繪示顯示裝置的上下視角對比度曲線。
第12d圖係繪示各種顯示裝置的對比度。
第12e圖係繪示習知加上視角補償膜之TN顯示器於上視角之伽瑪曲線。
第12f圖係繪示顯示裝置的上視角的伽瑪曲線。
第12g圖係繪示各種顯示裝置的上視角60度影像的白色亮態色偏情況。
第13圖係繪示根據本發明一實施例之顯示裝置之結構示意圖。
100．．．顯示裝置
110．．．顯示器
120．．．繞射光學元件

Claims (29)

  1. 一種顯示裝置，包含：一顯示器，用以顯示一影像，其中當一使用者於一第一視角範圍觀察該影像時，可觀察到一第一觀察影像，而當該使用者於一第二視角範圍觀察該影像時，可觀察到一第二觀察影像；以及一繞射光學元件(Diffractive Optical Element；DOE)，設置於該顯示器之出光方向上，用以將構成該第一觀察影像之光線繞射至該第二視角範圍，以使該第一觀察影像轉變為一第三觀察影像，同時使該第二觀察影像轉變為一第四觀察影像；其中，該繞射光學元件為一光柵，該顯示器於該第二視角範圍內會發生灰階反轉現象以及發生對比度實質小於10之現象，該第二視角範圍為下視角25度以上之範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該第二視角範圍為下視角75度以上之範圍。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該顯示器為一液晶顯示器，且該液晶顯示器包含一背光模組，該背光模組係用以發出準直光線來作為該液晶顯示器顯示影像所需之背光。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中當該 背光模組所提供之一第一視角光線具有多階之繞射角度時，該背光模組不提供一干擾光線，該干擾光線為第N階繞射角度以上之光線，其中該第一視角光線係對應至該第一視角範圍，N為正整數。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之顯示裝置，其中N為1或2。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，該背光模組不提供一干擾光線，其中該干擾光線為25度以上或58度以上之光線。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該背光模組不提供一干擾光線，該干擾光線之一N階繞射會繞射至該第一視角範圍內，其中N為正整數。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之顯示裝置，其中N為1或2。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中當該第一視角範圍為一正視角範圍，且該繞射光學元件之一光柵週期大於0.9微米時，該背光模組不提供一干擾光線，其中該干擾光線之一一階繞射光線或一二階繞射光線會繞射至該正視角範圍內。
  10. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中當 該第一視角範圍為一正視角範圍，且該繞射光學元件之一光柵週期大於0.45微米時，該背光模組不提供一干擾光線，其中該干擾光線之一階繞射會繞射至該正視角內。
  11. 如申請專利範圍第4、5、6、7、8、9或10項所述之顯示裝置，其中該干擾光線係對應至一出光視角範圍，背光模組包含一光線轉移裝置，用以將該干擾光線從該出光視角轉移至其它視角範圍內。
  12. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該背光模組係用以發出一光線，該光線包含對應至該第一視角範圍之一主視角光線以及對應至該第二視角範圍之一次視角光線，該次視角光線係對應至一出光視角範圍，該次視角光線之亮度小於該主視角光線之亮度的0.3倍，該顯示裝置更包含一光線轉移裝置或一光線阻擋裝置，該光線轉移裝置係用以將該次視角光線從該出光視角範圍轉移至其它視角範圍，該光線阻擋裝置係用以防止或降低該次視角光線射出至該背光模組外。
  13. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該背光模組係用以發出一光線，該光線包含對應至該第一視角範圍之一主視角光線以及對應至該第二視角範圍之一次視角光線，該次視角光線係對應至一出光視角範圍，該主視角光線之亮度小於該次視角光線之亮度的1.1倍，該顯示裝置更包含一光線轉移裝置或一光線阻擋裝置，該光線轉移裝置係用以將該次視角光線從該出光視角範圍轉移至 其它視角範圍，該光線阻擋裝置係用以防止或降低該次視角光線射出至該背光模組外。
  14. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該背光模組係用以發出一光線，該光線包含對應至該第一視角範圍之一主視角光線以及對應至該第二視角範圍之一次視角光線，該次視角光線係對應至一出光視角範圍，該顯示器具有對應至該第一視角範圍之一主視角液晶穿透率以及對應至該第二視角範圍之一次視角液晶穿透率，且該次視角液晶穿透率小於該主視角液晶穿透率的0.7倍，該顯示裝置更包含一光線轉移裝置或一光線阻擋裝置，該光線轉移裝置係用以將該次視角光線從該出光視角範圍轉移至其它視角範圍，該光線阻擋裝置係用以防止或降低該次視角光線射出至該背光模組外。
  15. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該背光模組係用以發出一光線，該光線包含對應至該第一視角範圍之一主視角光線以及對應至該第二視角範圍之一次視角光線，該次視角光線係對應至一出光視角範圍，該顯示器具有對應至該第一視角範圍之一主視角液晶穿透率以及對應至該第二視角範圍之一次視角液晶穿透率，且該次視角液晶穿透率大於該主視角液晶穿透率的1.1倍，該顯示裝置更包含一光線轉移裝置或一光線阻擋裝置，該光線轉移裝置係用以將該次視角光線從該出光視角範圍轉移至其它視角範圍，該光線阻擋裝置係用以防止或降低該次視角光線射出至該背光模組外。
  16. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該顯示裝置之亮度關係係滿足下列方程式： 其中 B1 為該背光模組提供至該第一視角範圍之光強度；T1 %為該顯示裝置於該第一視角範圍之液晶穿透率；W1 為該顯示器於該第一視角範圍之亮度；L1 為該顯示裝置於該第一視角範圍之亮度；D1-total %為該第一視角範圍之光線繞射到各視角的總繞射效率；Dn-1 %為第n視角範圍繞射到該第一視角的繞射效率；B2 為該背光模組於該第二視角範圍的光強度；T2 %為該顯示裝置於該第二視角範圍之液晶穿透率；W2 為該顯示器於該第二視角範圍之亮度；L2 為該顯示裝置於該第二視角範圍之亮度；D2-total %為該第二視角範圍之光線繞射到各視角的總繞射效率；Dn-2 %為第n視角範圍繞射到該第二視角的繞射效率；Wn 為顯示器第n視角的亮度。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之顯示裝置，其中該背光模組所發出之光線包含對應至該第一視角範圍之一主視角光線以及對應至該第二視角範圍之一次視角光線，該次視角光線係對應至一出光視角範圍，且0.3*[A]<[B]，該顯示裝置更包含一光線轉移裝置或一光線阻擋裝置，該光 線轉移裝置係用以將該次視角光線從該出光視角範圍轉移至其它視角範圍，該光線阻擋裝置係用以防止或降低該次視角光線射出至該背光模組外。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之顯示裝置，其中該背光模組所發出之光線包含對應至該第一視角範圍之一主視角光線以及對應至該第二視角範圍之一次視角光線，該次視角光線係對應至一出光視角範圍，且[C]>2*[D]，該顯示裝置更包含一光線轉移裝置或一光線阻擋裝置，該光線轉移裝置係用以將該次視角光線從該出光視角範圍轉移至其它視角範圍，該光線阻擋裝置係用以防止或降低該次視角光線射出至該背光模組外。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該顯示器為一扭轉向列型(Twisted Nematic；TN)液晶顯示器或一超扭轉向列型(Super Twisted Nematic；STN)液晶顯示器，該顯示器包含一上偏光板和一下偏光板，以及該繞射光學元件為一光柵，且具有波峰和波谷結構，其中該光柵之方向係由波峰的連線來定義。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之顯示裝置，其中該上偏光板和該下偏光板分別具有45度和135度之偏光方向。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之顯示裝置，其中該上偏光板和該下偏光板分別具有0度和90度之偏光方向。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之顯示裝置，其中該顯示器包含一液晶層，該液晶層包含複數個液晶分子，該液晶層之複數個頂層液晶分子為該些液晶分子中靠近該顯示器之該出光面的部份液晶分子，該液晶層之複數個底層液晶分子為該些液晶分子中遠離該顯示器之該出光面的部份液晶分子，該液晶層之該些液晶分子之一扭轉角度係由該些底層液晶分子之頭端連續地扭轉至該些頂層液晶分子之頭端的角度來定義，該光柵，該光柵之方向係垂直於將該扭轉角度兩等分之一兩等分線，並具有45度之容忍範圍。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之顯示裝置，其中該顯示器更包含：一液晶層，設置於該下偏光板上；以及一背光模組，設置於該下偏光板下，用以朝該下偏光板發射一光線；其中，該繞射光學元件係設置於該上偏光板之該偏光層上。
  24. 如申請專利範圍第19項所述之顯示裝置，其中該光柵之光柵週期介於0.15微米至1.3微米之間。
  25. 如申請專利範圍第19項所述之顯示裝置，其中該光柵之光柵週期介於0.26微米至0.78微米之間。
  26. 如申請專利範圍第19項所述之顯示裝置，其中該光柵之光柵週期介於0.29微米至1.13微米之間。
  27. 如申請專利範圍第19項所述之顯示裝置，其中該光柵為具有多方向或多週期之光柵。
  28. 如申請專利範圍第25項所述之顯示裝置，其中該光柵具有兩相互垂直之方向。
  29. 如申請專利範圍第26項所述之顯示裝置，其中該光柵具有對稱性繞射效果。
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