TWI594048B - 具有閃光降低表面之多色彩像素化顯示器 - Google Patents

Description

具有閃光降低表面之多色彩像素化顯示器 【相關申請案之交叉引用】

本申請案與2011年5月27日申請之美國臨時申請案第61/490,706號(檔案號：SP11-106)相關，但本申請案不主張該案之優先權。本申請案根據專利法主張2011年11月17日申請之美國臨時申請案第61/561,011號之優先權利，本申請案依賴於該案之內容且該案之內容全文以引用之方式併入本文中。

本揭示案係關於像素化顯示器，且更詳言之，本揭示案係關於用於像素化顯示器中之閃光降低技術。

像素化顯示器(諸如，液晶顯示器(LCDs)及有機發光二極體(OLEDs))廣泛用於各種資訊裝置、通信裝置及娛樂裝置中。顯示器「閃光」為大體上不良之副作用，該顯示器「閃光」可在顯示器表面受損、弄髒或另外被標記時發生且該顯示器「閃光」通常自身顯示為亮顆粒、暗顆粒及/或彩色顆粒或亮點、暗點及/或彩色點，在近似像素級大小尺度下，該顯示器「閃光」之模式通常似乎隨著變化之視角而轉換。

根據本揭示案之標的物，提供多色彩像素化顯示器，其中包含微米級繞射元件之閃光降低表面定位於圖像顯示器元件與顯示器表面之間。

更具體地，根據本揭示案之一個實施例，提供一種多色彩像素化顯示器，該多色彩像素化顯示器包含圖像顯示器元件及透明顯示器罩。圖像顯示器元件包含顯示像素之陣列，該等顯示像素分成複數個顯示子像素，該複數個顯示子像素與各別專用顯示器色彩組件相關聯。透明顯示器罩包含對標記敏感之顯示器表面及閃光降低表面。閃光降低表面沿著像素化顯示器之光學路徑定位於圖像顯示器元件與顯示器表面之間，且該閃光降低表面自圖像顯示器元件間隔光學距離 D 。閃光降低表面包含微米級繞射元件。

根據本揭示案之另一實施例，圖像顯示器元件包含顯示像素陣列，該等顯示像素以像素間距x佈置且分成複數個顯示子像素，該複數個顯示子像素與各別專用顯示器色彩組件相關聯。個別顯示像素之顯示子像素與專用顯示器色彩組件相關聯，該等顯示子像素中之一者處於介於近似490 nm與近似570 nm之間的波長 λ _G 處。閃光降低表面包含微米級繞射元件，該微米級繞射元件之特徵係在於繞射週期 T ，該繞射週期T近似關係式： 其中

根據本揭示案之一個實施例之多色彩像素化顯示器10圖示於第1圖中，且該多色彩像素化顯示器10包含圖像顯示器元件20及自圖像顯示器元件20間隔之透明顯示器罩30。

圖像顯示器元件20包含顯示像素之陣列，該等顯示像素中之每一者分成複數個顯示子像素，該複數個顯示子像素與各別專用顯示器色彩組件相關聯。舉例而言，第3圖圖示實施例，其中顯示像素之陣列中之每一顯示像素沿X方向分為三個子像素，該等子像素中之每一者為顯示器之紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)組件。在諸如LCD顯示器或類似者之像素化顯示器中，大體上藉由使用相鄰之紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)子像素產生彩色圖像。該等子像素近似地為X方向上之像素之大小(或間距)的三分之一且該等子像素等於Y方向上之像素之大小。由於此類型之幾何形狀，單色圖像將構成具有約2/3的像素大小之間隙的子像素。此像素間間隙負責在藉由複數個像素生成之圖像中產生一些閃光度。若不存在像素間間隙或觀看者沒有感知到該像素間間隙，則將不易觀察到閃光。

熟習此項技術之人士將瞭解，本揭示案包含不同於第3圖中所示之幾何形狀的像素幾何形狀及子像素幾何形狀。其它像素幾何形狀包括(但不限於)：不等尺寸之子像素(例如，藍色子像素，該藍色子像素為紅色子像素及綠色子像素之兩倍大以補償藍色光源之低亮度)；非矩形子像素；具有多於三個子像素之像素，包括非標準色(例如RGB加白色)之子像素；每一子像素內存在進一步細分之子像素；及按配置佈置之子像素，該等子像素具有比第3圖中所示之幾何形狀更複雜之幾何形狀。

透明顯示器罩30包含對標記敏感之顯示器表面32及閃光降低表面34。舉例而言且不加以限制，顯示器表面可包含鹼石灰玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、鹼鋁硼矽酸鹽玻璃或以上各者之組合的經塗覆或未經塗覆玻璃基板35之表面。在其它實施例中，顯示器罩30包含聚合材料之透明片，該聚合材料之透明片諸如(但不限於)聚碳酸酯片或類似者。透明顯示器罩30可為扁平片或三維片(諸如，彎曲片)。

在一個實施例中，顯示器表面包含形成在玻璃基板35上之防眩光表面36以藉由降低環境光之鏡面反射增強顯示器之可視性。通常藉由向顯示器罩30提供一些粗糙度形成此等防眩光表面，以擴展藉由表面在某一角度上反射之光。例如，此舉可藉由塗覆具有經粗化表面或紋理之薄膜或藉由粗化基板之原生表面實現。

閃光降低表面34沿像素化顯示器之光學路徑定位於 圖像顯示器元件20與顯示器表面32之間，且該閃光降低表面34自圖像顯示器元件間隔光學距離 D ，該光學距離 D 等於物理距離d乘以物理距離d跨越之區域之光學折射率。

閃光降低表面34藉由微米級繞射元件38形成，為本揭示案之目的，該微米級繞射元件38之特徵在於大約微米、數十微米或數百微米之繞射週期。繞射元件38可與玻璃基板35一體形成或繞射元件38可包含添加至玻璃基板35之組件，且該繞射元件38為根據繞射規律調節光之光學元件。舉例而言且不加以限制，在一些實施例中，繞射元件38包含週期光柵或紋理。意欲繞射元件38可包含週期光柵、準週期光柵、非週期光柵或隨機相位模式，該隨機相位模式藉由填充像素化顯示器中之子像素之間的間隙降低閃光。亦意欲光柵可為正弦或正方形的。

藉由繞射元件38將像素化顯示器10之每一子像素R、G、B複製至對應於繞射級-1、0及+1之三個圖像中，該三個圖像較佳地在振幅上相等以保持顯示均勻性。該等複製圖像沿X軸(第1圖)移位一振幅或位移，該位移等於以下之第一近似值：△x=D tan θ，

其中θ=λ/T；dx為橫向位移；D為自像素至繞射元件38之光學距離；θ為繞射角；λ為波長，且T為繞射週期。因此，根據以像素間距x佈置之顯示像素之陣列， 繞射元件38可經配置以界定繞射週期T，該繞射週期T近似關係式之繞射週期T：

其中△x表示所要像素圖像移位且λ _G 表示目標色彩組件。通常地，λ _G 將表示可視光譜之綠色部分(亦即，近似490 nm與近似570 nm之間)，原因在於，如本發明者所瞭解，人眼對此帶中之閃光最敏感(白色圖像中之約70%亮度係藉由綠色子像素產生)。此外，本發明者已認識到，在許多情況下，所要像素圖像移位△x應近似以下關係式：

其中，a表示在波長λ _G 處之專用顯示器色彩組件之近似工作因數。

對於與第3圖中示意性地圖示之像素化顯示器類似之像素化顯示器，在沿著X方向之像素工作因數近似33%之情況下，所要像素圖像移位△x通常將近似以下關係式： 更大體言之，注意，繞射元件影響藉由透明蓋30觀看之圖像之分辨率，且應針對像素模糊平衡閃光降低，意欲繞射光柵週期T可經選擇以提供像素圖像移位△x以便平衡閃光降低及模糊，該像素圖像移位△x略大於或略小於1/3的像素大小x，亦即，在1/3的像素大小x之±10% 之內。較佳繞射元件通常特徵在於近似5微米與近似50微米之間的繞射週期T。當週期結構具有多於三個繞射級時，繞射極級必須具有比中心級高之振幅，以便達成相同均勻圖像擴展。

針對具有三個繞射級之光柵，對應於不同類型之顯示器之一些典型光柵週期在表1中列出。已針對530 nm之波長λ計算光柵週期。

例如，在高分辨率顯示器中，像素大小為約75 μm。最優化綠色顯示器系統之參數且假定光學距離D為3 mm，繞射角為對應於63.8 μm之光柵週期之8.3 mRd(0.48度)。假定具有折射率n=1之氣隙在像素化顯示器之間且假定繞射元件包含週期正弦光柵，則粗糙度之最佳振幅為0.48 μm，該最佳振幅對應於相對較淺表面輪廓，亦即，光柵振幅為光柵週期之約百分之一。

在其它實施例中，繞射元件可包含隨機相位模式。隨機相位模式可具有截止頻率，以使得繞射角向能量分佈為矩形分佈，其中繞射錐等於像素大小除以自像素至閃光降低表面之光學距離D。

儘管本文中所述之各種實施例主要係關於藉由表面紋理化獲得之繞射元件，但意欲根據本揭示案之繞射元件亦可包含具有整體散射屬性之組件。舉例而言，繞射元 件可包含透明基板部分，在該部分中，例如，已藉由玻璃基板經由遮罩之離子交換來修改透明基板之折射率，以產生折射率之局部變化。當光傳播穿過基板時，該等局部變化誘導相調至光波中，從而產生類似於表面紋理化之繞射效應。

第3圖亦圖示根據本揭示案之定向繞射元件之較佳方式。具體地，第3圖圖示多色彩像素化顯示器，其中，顯示器子像素R、G、B佈置在顯示器之各別像素內以界定各向異性顯示器，亦即，具有沿方向X之部分色彩組件工作因數及沿方向Y之接近100%之色彩組件工作因數的顯示器。就各向異性顯示器而言，意欲閃光降低表面之繞射元件將較佳地包含繞射光柵，該繞射光柵之特徵在於沿方向X間隔之光柵週期，如第3圖中示意性地圖示。在此配置中，可在不讓步過多圖像分辨率之情況下達成最大閃光度降低。

第2圖圖示額外實施例，在該額外實施例中，像素化顯示器10'進一步包含部分折射率匹配介質40，該部分折射率匹配介質40接觸閃光降低表面34。舉例而言，部分折射率匹配介質40可包含自閃光降低表面34延伸至顯示器元件20之環氧樹脂。部分折射率匹配介質40經選擇以具有部分地匹配繞射元件38之折射率之折射率，以便消除在閃光降低表面處及顯示器元件之表面處之菲涅耳(Fresnel)反射。部分折射率匹配介質40具有折射率，該折射率不同於繞射元件38之折射率但該折 射率界定不足以衰減菲涅耳反射之折射率對比。同時，折射率對比足夠大以將閃光降低表面34之粗糙度幅度保持在合理水平處。例如，用0.05之折射率對比，菲涅耳反射之振幅為大約0.04%，且針對正弦光柵及正方形光柵，理想光柵振幅分別為4.8 μm及3.4 μm。根據大約20 μm至40 μm之相對較大週期，可達成該等振幅以用於光柵製造製程，諸如，微影、壓印、複製或類似製程。舉例而言，意欲部分折射率匹配介質40及透明顯示器罩30之閃光降低表面34可界定介於近似0.02與近似0.3之間的折射率對比及大約近似0.03%之反射係數。

參閱第1圖之擴充部分，在本揭示案之一些實施例中，可能較佳地係：設計繞射元件38以使得選定繞射元件深度b及繞射元件折射率n₁以便反射中之相調振幅Φ_R近似給定目標波長(亦即，介於近似490 nm與近似570 nm之間的波長 λ _G )之整數倍，其中Φ _R =2n ₁ b。

藉由此舉，繞射元件可經調整以限制圖像振幅，從而使散射光降級同時仍保持閃光降低表面34之有利效應。

應注意，與對預期用途之復述相反，本文中對本揭示案之組件之復述為結構復述，該組件以特定方式「配置」以體現特定屬性或以特定方式工作。更具體地，本文中對「配置」組件之方式之提及指示組件之現有物理條件，且因此，該等提及將被理解為對組件之結構特性之明確復述。

應注意，當如同「較佳地」、「常見地」及「通常地」之術語在本文中使用時，該等術語不用於限制所主張發明之範疇或暗示某些特徵對所主張發明之結構或功能係關鍵的、基本的或甚至係重要的。相反，該等術語僅意在識別本揭示案之實施例之特定態樣或強調替代特徵或額外特徵，該等替代特徵或額外特徵可能或可能不用於本揭示案之特定實施例中。

為描述及界定本揭示案之目的，應注意，在本文中使用術語「約」及「近似地」以表示可歸因於任何定量比較之固有不確定程度、值、量測或其它表示。亦可在本文中使用術語「約」及「近似地」以表示程度，藉由該程度定量表示可自所陳述之引用變化而不導致爭論中之標的物之基本功能之變化。

已詳細描述本揭示案之標的物且藉由參閱本揭示案之特定實施例，應注意，甚至在特定元件圖示於伴隨本描述之每一圖式中的情況下，本文中所揭示之各種細則不應理解為暗示該等細則係關於為本文所述之各種實施例之基本組件的元件。相反，本揭示案所附申請專利範圍應理解為本揭示案之寬度及本文所示之各種發明之相應範疇之唯一表示。進一步地，將顯而易見，在不背離所附申請專利範圍中界定之發明之範疇的情況下，修改及變更係可能的。更具體地，儘管本揭示案之一些態樣在本文中識別為較佳的或尤其有利的，但意欲本揭示案不必受限於該等態樣。

應注意，以下請求項中之一或多個請求項使用術語「其中」作為過渡習語。為界定本發明之目的，應注意，此術語引入在申請專利範圍中作為開放式過渡習語，該習語用於引入結構之一系列特性之復述，且該習語應以與最常使用之開放式前置術語「包含」相同之方式解譯。

10‧‧‧多色彩像素化顯示器

b‧‧‧繞射元件深度

20‧‧‧圖像顯示器元件

30‧‧‧透明顯示器罩

32‧‧‧顯示器表面

34‧‧‧閃光降低表面

35‧‧‧玻璃基板

36‧‧‧防眩光表面

38‧‧‧繞射元件

40‧‧‧部分折射率匹配介質

n₁‧‧‧繞射元件折射率

d‧‧‧光學距離

x‧‧‧像素間距

當結合以下圖式閱讀時，可最佳理解本揭示案之特定實施例之以下詳細描述，其中相同結構用相同元件符號指定且其中：第1圖圖示根據本揭示案之一個實施例之像素化顯示器；第2圖圖示根據本揭示案之另一實施例之像素化顯示器；及第3圖圖示根據本揭示案之用於像素化顯示器中之閃光降低表面之週期繞射元件的有利定向。

10‧‧‧多色彩像素化顯示器

20‧‧‧圖像顯示器元件

30‧‧‧透明顯示器罩

32‧‧‧顯示器表面

34‧‧‧閃光降低表面

35‧‧‧玻璃基板

36‧‧‧防眩光表面

38‧‧‧繞射元件

n₁‧‧‧繞射元件折射率

b‧‧‧繞射元件深度

d‧‧‧光學距離

Claims (13)

1. 一種多色彩像素化顯示器，該多色彩像素化顯示器包含一圖像顯示器元件及一透明顯示器罩，其中：該圖像顯示器元件包含顯示像素之一陣列，該等顯示像素中之每一者分成複數個顯示子像素，該複數個顯示子像素中之每一者與一各別專用顯示器色彩組件相關聯，其中多個顯示像素之間的一給定色彩組件之該等子像素形成該給定色彩組件之一子像素陣列；該透明顯示器罩包含對標記敏感之一顯示器表面及一閃光降低表面；該閃光降低表面沿著該像素化顯示器之一光學路徑定位於該圖像顯示器元件與該顯示器表面之間，且該閃光降低表面自該圖像顯示器元件間隔一光學距離 D ；該閃光降低表面包含一微米級繞射元件，該微米級繞射元件包含一紋理，該紋理在至少一個方向上擴展藉由子像素在一距離X ₁ 外發射之能量，在該顯示器表面處，該距離X ₁ 大於一子像素之大小且該距離X ₁ 小於或等於該顯示像素之陣列之間距x，其中該子像素之該大小近似地為該間距x的三分之一，使得1/3 x ≦ X ₁ ≦ x 。
2. 如請求項1所述之多色彩像素化顯示器，其中各別子像素陣列具有一線性工作因數，該線性工作因數根據沿該顯示像素陣列之直線方向變化，在該直線方向上量測或 計算該線性工作因數，且其中該線性工作因數之該變化包括沿一給定直線方向之一最小線性工作因數，且其中藉由子像素發射之該能量較佳地在該給定直線方向上擴展。
3. 如請求項1-2中任一項所述之多色彩像素化顯示器，其中：該顯示像素陣列以該像素間距 x 佈置；該等專用顯示器色彩組件之一者處於介於近似490nm與近似570nm之間的一波長 λ _G 處；該微米級繞射元件特徵係在於一繞射週期 T ，該繞射週期 T 近似關係式： 其中 △x ， D 為自該等像素至該微米級繞射元件之該光學距離，且x為該像素間距。
4. 如請求項3所述之多色彩像素化顯示器，其中該微米級繞射元件之特徵係在於一繞射週期 T ，其中。
5. 如請求項3所述之多色彩像素化顯示器，其中該微米級繞射元件特徵係在於一繞射週期 T ，其中△x ( a±10%) x，且a表示該專用顯示器色彩組件在該波長λ _G 處之一近似 工作因數。
6. 如請求項1所述之多色彩像素化顯示器，其中該微米級繞射元件特徵係在於介於近似5微米與近似50微米之間的一繞射週期 T 。
7. 如請求項1所述之多色彩像素化顯示器，其中：該等顯示子像素佈置在各別像素內以界定具有沿一方向X之部分色彩組件工作因數之一各向異性顯示器；及該閃光降低表面之該微米級繞射元件包含一繞射光柵，該繞射光柵之特徵係在於沿該方向X間隔之一光柵週期。
8. 如請求項1所述之多色彩像素化顯示器，其中：該等顯示子像素佈置在各別像素內以界定具有沿一方向X之部分色彩組件工作因數之一各向異性顯示器；及該閃光降低表面之該微米級繞射元件包含沿該方向X間隔之週期繞射元件。
9. 如請求項1所述之多色彩像素化顯示器，其中該顯示器進一步包含一部分折射率匹配介質，該部分折射率匹配介質接觸該閃光降低表面且沿該光學路徑定位於該圖像 顯示器元件與該透明顯示器罩之間。
10. 一種多色彩像素化顯示器，該多色彩像素化顯示器包含一圖像顯示器元件及一透明顯示器罩，其中：該圖像顯示器元件包含顯示像素之一陣列，該等顯示像素中之每一者分成複數個顯示子像素，該複數個顯示子像素中之每一者與一各別專用顯示器色彩組件相關聯，其中多個顯示像素之間的一給定色彩組件之該等子像素形成該給定色彩組件之一子像素陣列；該透明顯示器罩包含對標記敏感之一顯示器表面及一閃光降低表面；該閃光降低表面沿著該像素化顯示器之一光學路徑定位於該圖像顯示器元件與該顯示器表面之間，且該閃光降低表面自該圖像顯示器元件間隔一光學距離 D ；該閃光降低表面包含一微米級繞射元件，該微米級繞射元件包含深度b的週期繞射元件；及該微米級繞射元件深度b及該微米級繞射元件折射率n₁經選定以使得反射Φ_R中之一相調振幅近似介於近似490nm與近似570nm之間的一波長 λ _G 之一整數倍，其中Φ_R=2 n₁b。
11. 如請求項10所述之多色彩像素化顯示器，其中：該顯示像素陣列以一像素間距 x 佈置；該等專用顯示器色彩組件之一者處於介於近似490 nm與近似570nm之間的該波長 λ _G 處；該微米級繞射元件之特徵係在於一繞射週期 T ，該繞射週期 T 近似關係式： 其中 △x ， D 為自該等像素至該微米級繞射元件之該光學距離，且x為該像素間距。
12. 如請求項11所述之多色彩像素化顯示器，其中該微米級繞射元件之特徵係在於一繞射週期 T ，其中或其中△x ( a±10%) x，且a表示該專用顯示器色彩組件在該波長λ _G 處之一近似工作因數。
13. 如請求項10所述之多色彩像素化顯示器，其中：該顯示器進一步包含一部分折射率匹配介質，該部分折射率匹配介質接觸該閃光降低表面且沿該光學路徑定位於該圖像顯示器元件與該透明顯示器罩之間；及該部分折射率匹配介質及該透明顯示器罩之該閃光降低表面界定介於近似0.02與近似0.3之間的一折射率對比及大約近似0.03%的一反射係數。