TWI567434B - 使用指向性背光的無邊框顯示裝置 - Google Patents

Description

使用指向性背光的無邊框顯示裝置

本申請案根據專利法主張申請於2012年3月9日之美國臨時專利申請案序號第61/608,960號之優先權之權益，依據該臨時專利申請案之內容且以全文引用之方式併入本文。

本揭示案係有關於無邊框顯示器，且特別有關於併入指向性背光的無邊框液晶顯示器。

如本文所使用的用語「顯示裝置」意圖涵蓋全部能顯示視覺內容的裝置，該等裝置包含但不限於電腦(包含膝上型電腦、筆記型電腦、平板電腦及桌上型電腦)、行動電話及電視(TV)。前述裝置之各者包含許多部件部份，該等部件部份包含個別部件可位於其中的實體外殼或箱子、電路板、電路元件例如積體電子電路部件及當然有顯示面板本身。當前，這些顯示面板為平面顯示面板，該等顯示面板包含液晶顯示元件、有機發光二極體(OLED)顯示元件或電漿顯示元件及當然有玻璃或塑膠基板，這些元件中之許多元件係設置於 該等玻璃或塑膠基板及/或被該等玻璃或塑膠基板封入。通常，平面顯示面板之邊緣部份與顯示裝置本身係利用作為電性導線及與顯示面板操作有關之各種其他電子電路部件，例如驅動面板畫素之電路及驅動在液晶顯示(LCD)顯示面板例子中的LED照明器之電路。此舉造成平面顯示面板製造商將邊緣部份裝進邊框內及/或在邊框後方，該邊框用來隱藏前述部件，但該邊框亦遮蔽顯示面板之邊緣部份，藉此減小整體影像尺寸。

基於美學的理由，平面顯示器製造者正試圖最大化影像觀看面積且提供更美觀的外觀，且因此最小化環繞影像的邊框之尺寸。然而，對於此最小化過程有實際限制，且當前邊框尺寸的寬度在3 mm至10 mm的等級。因此，為了達到根本沒有邊框的最終目標，已提出了將給予觀看者影像是佔據整個面板表面的印象而同時減小影像形成顯示面板與顯示器殼蓋板之間的間隙的光學解決方案。

根據本文所述的實施例，舉例而言，藉由採用擴散件及指向性背光，提供無邊框外觀予顯示裝置。

於一實施例實例中，所揭示的顯示裝置包括指向性背光；擴散件；顯示面板，該顯示面板放置於該指向性背光與該擴散件之間，該顯示面板經配置以顯示影像；邊框，該邊框係圍繞該顯示面板設置；影像擴展器，該影像擴展器經配置以擴展該顯示面板影像且隱藏該邊框；且其中由該指向性背光所發射的光之半角發散度相對於顯示面板之平面的法 線不超過15°。以LCD顯示面板為例的顯示面板，舉例而言，包含第一基板、密封至第一基板的第二基板，且其中LCD材料放置於第一基板與第二基板之間。該等基板通常由玻璃製成。顯示面板可進一步包括各種薄膜材料，該等薄膜材料沉積於該等基板之一者或兩者上，包含但不限於，薄膜電晶體、偏光膜、彩色濾光膜、透明導電膜例如ITO(銦錫氧化物)、抗反射膜、分隔物、配向膜。

舉例而言，擴散件可包括顯示器殼蓋板，該顯示器殼蓋板設置於顯示面板與由該顯示面板所形成的影像之觀看者之間。擴散件可包含分佈於基板內的擴散粒子，例如於該基板之主體內而於該基板之表面下。在某些實例中，擴散粒子之平均粒子尺寸係介於100 nm與300 nm之間。在其他實例中，擴散粒子之平均粒子尺寸係於從約150 nm至約250 nm的範圍中。在某些實例中，顯示器殼蓋板包括玻璃。該玻璃可為化學強化玻璃，例如離子交換玻璃。顯示器殼蓋板可包括光吸收層，該光吸收層包括透明區域陣列。指向性背光可包括擴散螢幕，其中該擴散螢幕並未於該顯示面板之邊緣部份的相反側延伸。分光膜可設置於顯示面板之該等邊緣部份上方。

10‧‧‧顯示裝置

12‧‧‧顯示面板

14‧‧‧邊框

14a‧‧‧邊框部份

14b‧‧‧邊框部份

14c‧‧‧邊框部份

14d‧‧‧邊框部份

16‧‧‧顯示器殼蓋板

16a‧‧‧擴散件

18‧‧‧稜鏡區域

18a‧‧‧稜鏡部份

18b‧‧‧稜鏡部份

18c‧‧‧稜鏡部份

18d‧‧‧稜鏡部份

20‧‧‧視覺上透明中央部份/第一直線中央部份

22‧‧‧稜鏡

24‧‧‧實線

26‧‧‧虛線

28‧‧‧彎曲部份

30‧‧‧光曲折濾片/零度觀看位置

32‧‧‧線

40‧‧‧虛線

42‧‧‧刻面

44‧‧‧背光

46‧‧‧影像擴大裝置

48‧‧‧發散菲涅耳透鏡陣列

50‧‧‧會聚菲涅耳透鏡陣列

54‧‧‧微鏡陣列/透鏡陣列

56‧‧‧準直光

58‧‧‧微鏡

60‧‧‧光吸收材料層

62‧‧‧導光板

64‧‧‧光源

66‧‧‧反射片

68‧‧‧虛線/顯示面板之平面的法線

70‧‧‧轉向膜

72‧‧‧稜鏡

74‧‧‧背光擴散片

76‧‧‧分光膜

78a‧‧‧光

78b‧‧‧光

80‧‧‧體積散射區域

82‧‧‧散射元件

84‧‧‧顯示器殼蓋板表面

D‧‧‧空氣間隙

d‧‧‧距離

O‧‧‧觀看者

W‧‧‧邊框寬度

X1‧‧‧位置

X2‧‧‧位置

β‧‧‧角

γ‧‧‧視角

θ‧‧‧稜鏡角

χ‧‧‧半角發散度

當參照附圖閱讀以下實施方式時，能更為瞭解該等態樣及其他態樣，其中：第1A圖為顯示裝置之前視圖，該顯示裝置包括顯示面板及邊框； 第1B圖為並排式顯示裝置陣列之前視圖；第2圖為顯示器殼蓋之前視圖，該顯示器殼蓋包含稜鏡區域用以隱藏邊框；第3A圖為放置於顯示器殼蓋板16之外側表面上(面向觀看者)的稜鏡區域之一部份之示意圖，圖示個別稜鏡；第3B圖為圖示稜鏡角θ作為於顯示裝置上的位置之函數的圖形；第4圖示意地繪示觀看者位於遠離顯示裝置之顯示面板之處，該顯示裝置由邊框隱藏式顯示器殼蓋所覆蓋；第5圖為空氣間隙距離D對於邊框寬度W之比值作為稜鏡角θ之函數的圖形；第6圖為顯示器殼蓋板之邊緣部份之橫截面視圖，該顯示器殼蓋板包括稜鏡陣列，相對於展示由觀看者所見的顯示面板之視線的顯示面板之觀看者而言，該稜鏡陣列放置於邊框及顯示面板之前方；第7圖為顯示面板及邊框之一部份之橫截面視圖，及第6圖之稜鏡陣列之單一稜鏡；第8圖為顯示裝置之橫截面視圖，該顯示裝置包括擴散件，該擴散件設置於顯示面板與觀看者之間；第9圖為顯示裝置之邊緣部份之一部份之特寫視圖，該顯示裝置包括擴散件，該擴散件設置於顯示面板與觀看者之間；第10圖為設置於顯示面板與觀看者之間的擴散件之一部份之橫截面視圖，其中該擴散件包括透鏡陣列及基板 包括吸收層包含孔徑，該等孔徑允許光通過透射；第11圖為指向性背光之橫截面視圖，該指向性背光包含導光板；第12圖為導光板及轉向膜之一部份之橫截面視圖；第13圖為顯示裝置之一部份之橫截面視圖，其中擴散件與背光一起使用，其中擴散螢幕之一部份係自背光移除，以產生發射光之指向性；第14圖為第13圖之顯示裝置之邊緣部份之特寫視圖，其中轉向膜部署於擴散件上；第15圖為擴散件之一部份之橫截面視圖，其中擴散元件(例如，粒子)係散佈於擴散件內的擴散層內；第16圖為正規化散射橫截面作為對於約25 μm的粒子尺寸的散射角之函數的圖形；第17圖為正規化散射橫截面作為對於約200 μm的粒子尺寸的散射角之函數的圖形；及第18圖為正規化散射橫截面作為對於約500 μm的粒子尺寸的散射角之函數的圖形。

以下參照附圖現將更充分描述實例，附圖其中圖示有實施例。盡可能在圖式各處使用相同的元件符號來指稱相同或相似部件。然而，態樣可能以許多不同形式實現且不應被視為受限於本文所述實施例。

顯示裝置例如電視顯示面板、電腦顯示器及膝上型顯示面板之美學受存在圍繞該等顯示裝置之周圍的邊框之尺 寸與外觀的影響。舉例而言，可使用顯示裝置之邊框以容納用於驅動顯示面板之畫素的電子電路，以及在某些情況下，提供用於顯示裝置之背光照明。舉例而言，LCD電視顯示面板可包含保持於顯示裝置之邊框區域內的複數個背光照明發光二極體(LED)。

最近幾年的趨勢已朝向越來越小的邊框。當前邊框寬度在3 mm至10 mm的等級。然而，具有非常大顯示面板的電視模型已達到在至少兩個邊界上如2 mm般小的寬度及在另兩個邊界上4 mm的寬度的邊框區域。然而，邊框之存在儘管小，卻仍然分散注意力，特別是當以並排式配置組裝顯示裝置以形成非常大的顯示影像時。該等並排式顯示裝置之邊框產生不想要的「格柵」影像之外觀，而非無接縫之結合的大影像。眼睛對於分離並排式顯示裝置之黑線之存在是非常敏感的，此舉造成如此難看的影像。

本揭示案之實施例包含邊框隱藏式顯示器殼蓋板，該等邊框隱藏式顯示器殼蓋板隱藏邊框，使得邊框之存在為不可見的，或至少在可預期的視角內對於觀看者而言邊框是不顯著的。舉例而言，該等顯示器殼蓋板可由玻璃所形成。在某些實施例中，玻璃可為化學強化玻璃。

現參看第1A圖，繪示之顯示裝置10係經配置作為平面顯示面板電視。雖然以下描述主要是在電視方面，應注意本文所述實施例可適用於其他顯示裝置且因此所述實施例並不限於電視。顯示裝置10包括顯示面板12，顯示面板12具有邊框14，邊框14係放置圍繞顯示面板12之周圍。邊框 14包括邊框部份14a至14d。邊框部份14a至14d可封入顯示驅動電子電路以及背光照明顯示面板部份12之背光照明硬體，例如邊緣發光二極體(LED)。邊框部份14a至14d可具有特定寬度，舉例而言，例如介於3 mm與10 mm之間。邊框部份14a至14d可能讓觀看者分心，特別是若為了觀看整個影像而以矩陣來配置數個顯示裝置，如第1B圖中所繪示。

達到該邊框隱藏式特徵的一個方式由如第2圖中所示於自顯示面板的預定距離處擺放放大光學元件(例如菲涅耳透鏡)而組成。菲涅耳透鏡包括光學結構，例如微稜鏡。舉例而言，該光學結構可於附著至顯示器殼蓋板16的塑膠膜中。為了使顯示面板與透鏡(例如，顯示器殼蓋板)之間的空氣間隙最小化，稜鏡需要引入非常高的光束偏向。然而，於稜鏡上非常陡的光束入射角之下，於稜鏡面處可能發生全內反射。為了避免於稜鏡面處可能發生全內反射，由稜鏡所引入的偏向角應受限。此舉導致需要非常大的空氣間隙(通常為邊框之寬度的4至5倍)。然而，藉由使用指向性的背光及顯示器殼蓋上的擴散表面，空氣間隙之大小可減小至低於約邊框寬度的4倍。

舉例而言，邊框隱藏式顯示器殼蓋板16可包括稜鏡區域，該稜鏡區域包含鄰近該顯示器殼蓋板之周圍的四個稜鏡部份18a至18d。如以下更詳細的描述，稜鏡部份18a至18d包括以陣列配置的許多稜鏡，該等稜鏡對於顯示面板12之相對於觀看者而言放置於邊框部份14a至14d後方的區域作為光曲折(折射)濾片。顯示器殼蓋板及由稜鏡部份18a至 18d所提供的光曲折濾片使得能夠隱藏邊框，使得邊框之存在為不可見的，或至少於可預期的視角內對於觀看者而言並非相當明顯的。邊框隱藏式顯示器殼蓋板16可進一步包括以稜鏡部份18a至18d為界的視覺上透明中央部份20，視覺上透明中央部份20並不含有任何稜鏡且因此為實質上平坦的。邊框隱藏式顯示器殼蓋板16可由玻璃製成。舉例而言，玻璃可為化學強化玻璃，例如離子交換玻璃、酸洗玻璃或兩者。舉例而言，稜鏡部份18a至18d由市售光曲折濾片材料製成，該光曲折濾片材料可附著至顯示器殼蓋板，例如由3M公司製造的Vikuiti成像導向膜(image directing film；IDF II)。應瞭解到，Vikuiti為但僅為許多可能的光曲折濾片解決方案中之一者，且本文提出Vikuiti僅作為非限制的實例。在另一實例中，光曲折濾片可直接結合至顯示器殼蓋板16中。舉例而言，稜鏡可直接形成於顯示器殼蓋板材料中。如以下更詳細的描述，為了自觀看者隱藏邊框之目的，可最佳化且發展專用的光曲折濾片。本文注意到，當使用Vikuiti光曲折濾片時，需要空氣間隙大約為2.7倍的所需側向影像偏移。

現參照第3A圖，繪示放置於邊框隱藏式顯示器殼蓋板16上的稜鏡區域18之一部份。稜鏡部份包括許多稜鏡22，該等稜鏡22以三角形成形。於該圖中，稜鏡22係放置於顯示器殼蓋板16之外側表面上(面向觀看者)。稜鏡22包含稜鏡角θ，導致靠近邊框的影像被偏移，其中稜鏡角為由光主要穿透通過的稜鏡之面(刻面)為界的角度。第3B圖為圖示稜鏡角θ作為在顯示裝置10上的位置之函數的圖形。大致 上，稜鏡22之角度θ應在邊框隱藏式顯示器殼蓋板16之邊緣處為最大值且遠離該顯示器殼蓋板之邊緣而下降至零(亦即，根本沒有稜鏡)。因此，僅有由顯示面板12所產生的影像之一小部份將會被偏移。稜鏡陣列之頻率，亦即稜鏡之週期性，應大於顯示面板之畫素之頻率，以避免在所產生的影像中有所混淆。大致上，稜鏡之尺寸應小於畫素。舉例而言，個別稜鏡可如單一畫素之尺寸的十分之一小。

實線24描繪一實例，其中稜鏡之角度θ跨越距離d自邊框隱藏式顯示器殼蓋板16之邊緣處線性地減小且於中央區域處下降至零。虛線26描繪一實例，其中稜鏡之角度θ跨越距離d而非線性地改變。可考慮更複雜的虛線26之輪廓，目的為避免干擾影像不連續性。

第4圖示意地繪示觀看者O位於遠離顯示裝置10之顯示面板12之處，其中邊框隱藏式顯示器殼蓋板16係放置於該顯示面板與觀看者O之間。於邊框隱藏式顯示器殼蓋板16與顯示面板12之間存在有空氣間隙D。模擬追跡自顯示面板12發射至觀看者O的光束且指出，對於顯示面板12上的給定位置X1，光束抵達邊框隱藏式顯示器殼蓋板16處的位置X2。在一模擬中，稜鏡面向觀看者O，且稜鏡之稜鏡角自邊框隱藏式顯示器殼蓋板16之極邊緣處(亦即，邊框14之一部份的上方)為32°而線性地變化至離顯示器殼蓋板16之外側邊緣約10 mm處為0°。邊框隱藏式顯示器殼蓋板16之折射率在該模擬中為1.5，且空氣間隙D為約15 mm。

可由稜鏡所產生的光束偏向程度為稜鏡之角度θ之 函數。第5圖中所描繪的圖形圖示空氣間隙D對於邊框寬度W之比值作為稜鏡角θ之函數，假設折射率為1.5且進一步假設對於約20度的視角邊框保持為實質上不可見的。作為一實例，藉由使用約45度的稜鏡角θ，間隙需為邊框之寬度的至少4倍(比值為4)。

應注意到，由靠近顯示裝置(例如顯示裝置10)之邊框的邊框隱藏式顯示器殼蓋16之前述實例所提供的局部光曲折濾片可能產生影像扭曲。舉例而言，藉由修改於顯示裝置中的畫素位置以補償由稜鏡所引入的光學扭曲，可減輕該影像扭曲。當稜鏡角變異為線性函數時，可證明影像扭曲導致影像之局部放大，然後可藉由於顯示裝置之邊緣處較小的畫素間距來補償該影像之局部放大。

當觀看者並非於法線入射觀看顯示裝置10時，邊框14可能為部份地或完全地可見。特別是，當觀看者O位於非常靠近顯示裝置10之處時，觀看者將於高入射角度下觀看顯示器殼蓋板之全部的邊緣，此舉可能使全部的邊框部份皆為可見的且舉例而言給予的印象則為，盒子內的電視。

藉由於邊框隱藏式顯示器殼蓋板16之稜鏡部份18a至18d上增加擴散質地，可達成於增加的視角下減小邊框之可見度。在靠近邊框部份14a至14d的此區域中影像可能部份模糊，因為影像之該部份係產生於邊框隱藏式顯示器殼蓋16本身上。然而，對於大型電視，具有10 mm的模糊區域可能並非為顯著的視覺分心，因為觀看者通常將他們的注意力固定於靠近影像之中心處，且周圍資訊並非如此顯著的。在 某些實例中，稜鏡部份18a至18d可具有稜鏡於邊框隱藏式顯示器殼蓋板16之各側上，以增大視角。

現參照第6圖，繪示極靠近顯示裝置10之邊緣處且於邊框14上方具有彎曲部份28之邊框隱藏式顯示器殼蓋板16之邊緣部份。彎曲部份28包括稜鏡22。邊框隱藏式顯示器殼蓋板16之彎曲部份28之形狀經最佳化以於廣視覺角度下隱藏邊框14。稜鏡22可直接形成於顯示器殼蓋板16上，或形成於附著至顯示器殼蓋板16的膜上，或可採用其他過程以於顯示器殼蓋板16上達成小的稜鏡結構。此舉可產生於非常大視角下的視覺上無邊框影像，舉例而言，作為一非限制實例，視角為45°。

於第6圖中描繪的實施例中，邊框隱藏式顯示器殼蓋板16之一部份圖示為包含光曲折濾片30，光曲折濾片30包括面向顯示面板12的複數個稜鏡22。顯示器殼蓋板16具有第一直線中央部份20，第一直線中央部份20自顯示面板12間隔一距離，該距離提供顯示裝置10之顯示器殼蓋板16與顯示面板12之間的空氣間隙D。顯示器殼蓋板16進一步包括彎曲部份28，彎曲部份28與中央部份20連接。線32描繪觀看者O觀看由顯示面板12所形成的影像，且圖示影像如何於邊框14上伸長(例如，被偏移)。

現參照第7圖，第7圖表示第6圖之光曲折濾片之單一稜鏡，其中稜鏡22面向顯示面板12，當相對於由元件符號30標示的零度觀看位置以相當大的負角γ沿著虛線40觀看影像時，相對於個別稜鏡之刻面42之稜鏡-大氣介面的角β 變得非常小。隨著β持續減小，角β將達到全內反射角，意謂觀看者再也不會觀看到來自顯示面板12的影像。舉例而言，藉由固定無缺陷影像視角γ至-60度，最大稜鏡角θ為約6.5度，以避免全內反射制度。於此情況下，空氣間隙D需比邊框寬度大約18倍，以消除於法線入射下觀看到邊框。

對於全內反射負責且用以增加視角範圍的一個方式為使稜鏡之角變異輪廓最佳化。使用彎曲玻璃可使空氣間隙D最小化，但建模已顯示典型的空氣間隙最小值仍約為邊框寬度的5倍，以獲得大視角而維持無令人分心的視覺假影。

前述方式之一個基本限制為需要大的偏向但亦需要稜鏡對於非常廣的視角仍作用。接著考慮如第8圖中所示的顯示面板，其中由背光44發射光，且其中光穿越顯示面板12至觀看者O，光通過影像擴大裝置46，例如舉例而言，分別為發散菲涅耳透鏡陣列48與會聚菲涅耳透鏡陣列50。於此情況下，當稜鏡22被插入光學路徑中，該等稜鏡對於某特定視角為有效的。因此，系統於該角度下經最佳化，且達成大的偏向，而無稜鏡產生入射於空氣間隙-稜鏡介面處的光之全內反射的情況。然而，由於自顯示面板12發射的光僅於一偏好方向中透射，僅可由觀看者O於某視角下清楚可見該影像。因此，擴散件16a可設置於影像擴大裝置46與觀看者O之間，以擴展視角。舉例而言，擴散件16a可為顯示器殼蓋板16，顯示器殼蓋板16經配置以擴散光。

由於擴散件16a係於自顯示面板12之畫素的某預定距離處被引入，影像可能遭受模糊。該模糊之振幅可藉由以 下方程式決定至第一近似，B=2D tan(ψ) (1)其中B為模糊振幅，D為從顯示面板至擴散件的空氣間隙距離，且ψ為相對於顯示面板12之平面的法線由背光44所發射的光之半角發散度。為了使模糊之振幅最小化，需要具有高度指向性的背光，亦即，小的半角發散度。此外，應藉由使靠近顯示面板之邊緣具有大的光束偏向，而使空氣間隙D最小化。如本文所使用的，指向性背光為一種背光，其中由該背光所發射的光相對於與該該背光一起使用的顯示面板之平面的法線，具有等於或小於約15°的半角發散度。在某些實例中，半角發散度可等於或小於10°。在其他實例中，半角發散度可小於5°。

在某些實施例中，介於顯示面板12與擴散件16a之間的空氣間隙D僅發生於顯示裝置10之邊緣處，於該處放置曲折光學元件以放大影像。在此情況下，擴散件16a係於大部份的顯示面板表面上相當接近顯示面板12，且影像模糊僅出現於影像之極邊緣處。

在另一個實施例中，背光44僅於靠近顯示面板12之邊緣處需為指向性的。因此，可提供擴散件16a以僅影響透射影像之邊緣部份，如第9圖所繪示。第9圖繪示靠近顯示裝置之邊緣的顯示裝置之區域，且其中擴散件投射遠離靠近顯示面板之邊緣處的顯示面板12。在此情況下，影像透射過程之剩餘部份並不要求指向性背光或是擴散件兩者任一。

當習知擴散件係放置於顯示面板12與觀看者O之 間時，影像對比可能受到由於霧度之影響。因此，相對於部署於擴散件之表面處的散射材料，可採用體散射元件52(亦即，包含於擴散件之主體內的粒子)(見第16圖)，以減少影像模糊。

在另一個實例中，如第10圖中所繪示的顯示裝置10提供有擴散件16a、基板(例如，顯示器殼蓋板16)及光吸收材料層60，擴散件16a係以微鏡58之陣列54的形式，微鏡58較佳地為隨機且大致上歪像的。舉例而言，光吸收材料層60可形成於擴散件之背側上而面向顯示面板12。可使用以下的過程來形成擴散件。於第一步驟中，微鏡陣列、基板及光吸收材料層可整合於單一薄片中(若需要的話，微鏡陣列及基板可構成單一元件)。於第二步驟中，基板曝露於孔徑成形照明，例如，紫外光，通過微鏡陣列本身，以於光吸收材料中產生孔徑。不需要使用外部的對準遮罩及初始自我對準，假設光有效地透射通過孔徑。可設計微鏡陣列使得由孔徑成形照明所產生的孔徑並不阻擋來自背光44的有用照光能量之任何部份。同時，微鏡陣列54可經設計以使在產生孔徑後光吸收材料剩餘部份之密度最大化。孔徑意指實體孔徑(洞)或者於光吸收材料中的透射區域。特定情況取決於光吸收材料與孔徑成形照明之間的交互作用，例如，該交互作用可構成燒蝕或光化學反應。由於來自指向性背光的光幾乎為準直的(亦即，準直光56)，由透鏡陣列54之各微鏡58所收集的光束係聚焦於擴散件16a上。光吸收材料可相對於微鏡陣列設置，使得各孔徑之尺寸經最小化，而同時允許螢幕產生可接受的 影像。由於於前述實例中的顯示器殼蓋板16之大多數表面上包括吸收層，可顯著減小視覺炫光。

根據前述實例，通過擴散件16a的光分佈包括光點陣列，光點陣列具有由以下方程式所給定的尺寸， 其中r為各光點之半徑，且為透鏡陣列54之焦距。

在僅有兩個邊框部份需要隱藏的情況下，例如側邊框部份14a與14b，可使用單一指向背光。然而，為了避免影像模糊，擴散件應為使得光僅於水平方向中擴散。舉例而言，該等擴散件可藉由全像方法來製造且以低成本複製於塑膠薄片上。此外，由於光僅沿著X軸為指向性的，包括光吸收層的擴散件(例如第10圖之擴散件16a)之透鏡陣列54，必須由柱狀透鏡之陣列所取代。然後形成擴散件16a以具有透射狹縫孔徑，而非透射環形孔徑之陣列。

LCD顯示面板之高品質背光的當前趨勢由如第11圖中繪示的使用側發光設計所組成，其中導光板62為藉由光源64從側邊照射的楔型板。舉例而言，光源64可為複數個發光二極體。或者，光源64可為冷陰極螢光燈。為了從導光板62萃取光，導光板係設置於相對於顯示面板12的預定角度處。或者，導光板可包含相對於顯示面板具有極狹窄角度的稜鏡陣列。傳遞進入導光板62的光且經過多次反射後係至少部份從導光板萃取出。雖然僅繪示了單一光束，多個光束於多個角度下進入導光板62，且因此光相對於光源64沿著導光板之長度從導光板漏出。反射片66可相對於觀看者而放置 於導光板62後方，以捕捉且反射可能從導光板62之背側漏出的光。當通過非序列光束追跡來模擬此類型的結構，吾人發現光於極高的角度χ漏光，於從約80°至90°的範圍中。在此，虛線68代表顯示面板12之平面的法線，且χ為由導光板62發射的光之半角發散度。如第11圖中所示，額外的膜，例如轉向膜70，可用以折射光而較接近法線入射。

如第12圖中所示，轉向膜由稜鏡72之陣列所組成而經配置使得各稜鏡之一面提供入射光之全內反射以使光曲折。適合的轉向膜之一實例為Vikuiti^TM轉向膜(亦即，由3M公司製造的TRAF II)。第12圖繪示大量複數個光束傳遞於導光板62內。轉向膜70使在沒有轉向膜的情況下通常於凝視入射的光方向或光束偏移至實質上法線入射而具有相當窄的發射半角χ(例如，5°)，取決於導光板62之角度。在某些實例中，可採用多個轉向膜之組合，其中該等轉向膜「指向」不同的方向。

於習知的LCD顯示器中，由背光44發射的光通常希望盡可能接近朗伯發射體(Lambertian emitter)，使得可於大視角下看見影像而強度無顯著減小。因此，典型的背光包含背光擴散片74，背光擴散片74功能為將光分佈於X方向與Z方向兩者的較廣角度內。藉由從習知背光移除背光擴散片74，可輕易形成單一指向性背光。

第13圖描繪系統之架構，其中背光44於大部份的顯示面板12上近似朗伯擴散體，除了接近顯示面板之邊緣，背光擴散體74(舉例而言，擴散膜)之至少一部份已被移除， 使得來自背光44接近顯示面板之邊緣的光於垂直於顯示面板之平面的Z方向中為高度指向性的。

於影像之邊緣處，其中藉由移除背光擴散體74之至少一部份使背光44為指向性的，插入分光膜76，分光膜76包括一系列的用於全內反射模式的微稜鏡中且具有50%的工作因子。亦即，近似50%的光(元件符號78a)直接通過膜，且50%的光(元件符號78b)藉由膜於大角度下折射(轉向)。擴散構件16係插入於光路徑中，以散射光，藉此產生可於廣視角下觀看的影像。

一旦光藉由分光膜76分光，必須「不曲折」且散射該光(見第14圖)。建模已顯示使用如前述的擴散原理，空氣間隙D可等於或小於邊框寬度，且在某些實例中，等於或小於約0.7倍的邊框寬度。根據前述實施例，擴散元件可形成於顯示器殼蓋板16上方，以形成擴散件16a，舉例而言，作為藉由全像膜過程所形成的擴散膜(亦即，層)，或擴散元件可形成於顯示器殼蓋板16之表面下方的內部。

如第15圖中所繪示，可使用設置於顯示器殼蓋板表面84下方的高折射率散射元件82(例如，粒子)來形成體積散射區域80。第16圖至第18圖繪示散射元件尺寸對於散射值的影響且圖示正規化散射橫截面作為角度的函數。如第16圖所指出，直徑在約為25 nm的散射元件提供太多背向散射。第16圖之曲線圖示高向前散射強度(亦即，於角度0°下)，但亦有於角度180°下的高散射值，指示高背向散射。另一方面，第17圖圖示約為200 nm的散射元件82提供於合理的廣角分 佈(例如，0°至45°)下的主要向前散射。最後，第18圖繪示主控向前散射波峰，對於直徑約為500 nm的散射元件82具有相當狹窄的向前散射角度(例如，小於約20°)。因此，於本揭示案之實例中，散射元件之平均粒子尺寸係於約100 nm至約300 nm的範圍之間，且於其他實例中係於約150 nm至約250 nm的範圍之間。

對於本領域具有習知技藝者而言將為顯而易見的為，可於不脫離所保護發明之精神與範疇的情況下作各種修改及變異。

12‧‧‧顯示面板

62‧‧‧導光板

64‧‧‧光源

66‧‧‧反射片

68‧‧‧虛線/顯示面板之平面的法線

70‧‧‧轉向膜

χ‧‧‧半角發散度

Claims (17)

1. 一種顯示裝置，包括：一指向性背光；一擴散件；一顯示面板，該顯示面板放置於該指向性背光與該擴散件之間，該顯示面板經配置以顯示一影像；一邊框，該邊框係圍繞該顯示面板設置；一發散菲涅耳透鏡陣列，該發散菲涅耳透鏡陣列放置於該顯示面板與該擴散件之間；一會聚菲涅耳透鏡陣列，該會聚菲涅耳透鏡陣列放置於該發散菲涅耳透鏡陣列與該擴散件之間；及一背光擴散片，該背光擴散片放置於該顯示面板及該指向性背光之間，其中由該指向性背光所發射的光之一半角發散度相對於該顯示面板之一平面的一法線不超過15度，及其中該背光擴散片並未於該顯示面板之邊緣部份的相反側延伸。
2. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該擴散件包括一顯示器殼蓋板。
3. 如請求項2所述之顯示裝置，其中該顯示器殼蓋板包括玻璃。
4. 如請求項3所述之顯示裝置，其中該玻璃為一化學強化玻璃。
5. 如請求項2所述之顯示裝置，其中該顯示器殼蓋板包括一 光吸收層，該光吸收層包括一透射區域陣列。
6. 如請求項1所述之顯示裝置，其中一分光膜係設置於該顯示面板之該等邊緣部份上方。
7. 如請求項1所述之顯示裝置，其中該擴散件包括分佈於一基板內的擴散粒子。
8. 如請求項7所述之顯示裝置，其中該等擴散粒子之一平均粒子尺寸係介於100nm與300nm之間。
9. 如請求項7所述之顯示裝置，其中該等擴散粒子之一平均粒子尺寸係介於150nm與250nm之間。
10. 如請求項1所述之顯示裝置，其中：該擴散件包括一基板、複數個透鏡的一陣列、設置於該基板上之光吸收材料之一層及複數個形成於該光吸收材料中之孔徑，該複數個透鏡係放置於該基板及該顯示面板之間。
11. 如請求項10所述之顯示裝置，其中該複數個透鏡為複數個微鏡及該複數個孔徑為複數個環形孔徑。
12. 如請求項10所述之顯示裝置，其中該複數個透鏡為複數個柱狀透鏡及該複數個孔徑為複數個狹縫孔徑。
13. 如請求項10所述之顯示裝置，其中該擴散件之該光吸收材料放置於該擴散件之該基板與該顯示面板之間。
14. 如請求項10所述之顯示裝置，其中該光吸收材料放置於該基板之一大多數表面上。
15. 一種顯示裝置，包括：一指向性背光；一擴散件； 一顯示面板，該顯示面板放置於該指向性背光與該擴散件之間，該顯示面板經配置以顯示一影像；一背光擴散片，該背光擴散片放置於該指向性背光之一中央部分與該顯示面板之一中央部分之間；及一分光膜，該分光膜放置於該顯示面板之一邊緣部分與該擴散件之間。
16. 如請求項15所述之顯示裝置，進一步包含一轉向膜，該轉向膜放置於該指向性背光與該背光擴散片之間。
17. 如請求項15所述之顯示裝置，其中在該擴散件及該顯示面板之間的一距離朝向該顯示面板之該邊緣增加。