TWI605287B - 顯示裝置 - Google Patents

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TWI605287B
TWI605287B TW105143852A TW105143852A TWI605287B TW I605287 B TWI605287 B TW I605287B TW 105143852 A TW105143852 A TW 105143852A TW 105143852 A TW105143852 A TW 105143852A TW I605287 B TWI605287 B TW I605287B
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Description

顯示裝置
本發明係有關於一種顯示裝置，特別是有關於一種可切換顯示視角的顯示裝置。
習知的手持式的顯示裝置，例如行動電話或平板電腦所配置的顯示器，在戶外使用時，由於外部光線強烈，讓顯示器的亮度相對地不足，因而造成顯示器的影像對比偏低，使用者往往無法看清楚影像。現有的解決方案是使用更多光源的背光模組或者是用更高的電流來驅動背光模組的光源。如果使用更多的光源，會使製造成本上升，而且需要消耗更多的電力，如果使用更高的電流驅動光源，則會降低光源的壽命，同時也會消耗更多的電力。
本「先前技術」段落只是用來幫助瞭解本發明內容，因此在「先前技術」中所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。此外，在「先前技術」中所揭露的內容並不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，也不代表在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種顯示裝置，在外部光線強烈的場所，其背光模組提供一視角較窄、輝度較高的光型，讓使用者可以清晰地觀看到顯示裝置所顯示的影像，而在室內或外部光線較弱的場所，其背光模組提供一視角較廣、輝度較低的光型，讓使用者可以在較廣的視角範圍內清晰的觀看顯示裝置所顯示的影像。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
為達上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發明所提供的顯示裝置包括背光模組、切換式單軸擴散片以及顯示面板。背光模組適於產生出光，出光具有第一光型，第一光型是在第一方向上的第一視角範圍內具有一既定值以上的光強度。切換式單軸擴散片設置於背光模組上，並在透明態與散射態之間切換，散射態係在第一方向上的擴散角度大於在其他方向上的擴散角度。顯示面板設置於切換式單軸擴散片上。背光模組所產生的出光依序通過切換式單軸擴散片以及顯示面板而產生影像，當切換式單軸擴散片被切換成透明態時，出光通過切換式單軸擴散片後保持第一光型，當切換式單軸擴散片被切換成散射態時，出光通過切換式單軸擴散片後被擴散並產生第二光型，第二光型在第一方向上的第二視角範圍內光線具有既定值以上的光強度，且第二視角範圍大於第一視角範圍。
在本發明的一實施例中，切換式單軸擴散片包括：第一透明導電層、第二透明導電層以及高分子分散液晶層。高分子分散液晶層位於第一透明導電層與第二透明導電層之間。高分子分散液晶層具有高分子基材以及複數個液晶微粒，液晶微粒設置於高分子基材中，每個液晶微粒為橢球形並具有長軸，長軸實質上平行於第一方向。其中，當第一透明導電層與第二透明導電層產生電壓差時，液晶微粒中的液晶呈規則排列，使高分子分散液晶層成為透明態，當第一透明導電層與第二透明導電層無電壓差時，液晶微粒中的液晶呈散亂排列，使高分子分散液晶層成為散射態。
在本發明的一實施例中，本發明的顯示裝置更包括半透式視角濾光片，半透式視角濾光片設置於背光模組、切換式單軸擴散片以及顯示面板的光路上，半透式視角濾光片的光穿透率沿著半透式視角濾光片的法線方向朝向第一方向遞減。且在一第三視角範圍內的光穿透率大於一預定值，第三視角範圍大於第一視角範圍且小於第二視角範圍。
在本發明的一實施例中，上述預定值介於為40%~60%。
在本發明的一實施例中，半透式視角濾光片包括：第一偏光片、第二偏光片以及第一相位補償膜，第一相位補償膜被夾設於第一偏光片與第二偏光片之間，第一偏光片具有第一穿透軸，第二偏光片具有第二穿透軸，第一穿透軸是平行於第二穿透軸，第一相位補償膜具有第一液晶高分子層，其中第一液晶高分子層的液晶高分子具有第一光軸，且第一光軸在第一偏光片與第二偏光上的第一投影的軸向是平行或垂直於第一穿透軸與第二穿透軸，且第一投影的軸向是垂直於第一方向。
在本發明的一實施例中，半透式視角濾光片更包括第二相位補償膜以及第三偏光片，第二相位補償膜位於第一偏光片與第三偏光片之間，第三偏光片具有第三穿透軸，第二相位補償膜具有第二液晶高分子層，第二液晶高分子層的液晶分子具有第二光軸，該第二光軸垂直於第二相位補償模的表面，第三穿透軸平行於第一穿透軸與第二穿透軸。
在本發明的一實施例中，半透式視角濾光片更包括第三相位補償膜以及第四偏光片，第三相位補償膜位於第二偏光片與第四偏光片之間，第四偏光片具有第四穿透軸，第三相位補償膜具有第三液晶高分子層，第三液晶高分子層的液晶分子具有第三光軸，第三光軸在第二偏光片與第四偏光上的第三投影的軸向是平行或垂直於第二穿透軸與第四穿透軸，第四穿透軸平行於第一穿透軸與第二穿透軸，第一相位補償膜與第三相位補償膜的相位延遲特性不同。
在本發明的一實施例中，半透式視角濾光片包括第五偏光片、第六偏光片、半波片以及第四相位補償膜，第五偏光片具有第五穿透軸，第六偏光片具有第六穿透軸，半波片與第四相位補償膜被夾設於第五偏光片與第六偏光片之間，第四相位補償膜具有第四液晶高分子層，第四液晶高分子層的液晶高分子具有第四光軸，第四光軸垂直於第四相位補償模的表面，半波片的慢軸與第五穿透軸的夾角為22.5 o±15 o或62.5 o±15 o，且第六穿透軸與第五穿透軸的夾角為45 o±15 o或125 o±15 o。
在本發明的一實施例中，半透式視角濾光片更包括第五相位補償膜，半波片設置於第四相位補償膜與第五相位補償膜之間，第五相位補償膜具有第五液晶高分子層，第五液晶高分子層的液晶高分子具有第五光軸，第五光軸垂直於第五相位補償模的表面。
在本發明的一實施例中，半透式視角濾光片包括：第七偏光片、第八偏光片、第九偏光片、第六相位補償膜以及第七相位補償膜，第七偏光片具有第七穿透軸，第八偏光片具有第八穿透軸，第九偏光片具有第九穿透軸，第六相位補償膜位於第七偏光片與第八偏光片之間，第七相位補償膜位於第八偏光片與第九偏光片之間，第六相位補償膜具有第六液晶高分子層，第六液晶高分子層的液晶分子具有第六光軸，第六光軸垂直於第六相位補償膜的表面，第七相位補償膜具有第七液晶高分子層，第七液晶高分子層的液晶分子具有第七光軸，第七光軸垂直於第七相位補償膜的表面，第七穿透軸、第八穿透軸與第九穿透軸是平行，第六相位補償膜與第七相位補償膜的相位延遲特性不同。
在本發明的一實施例中，半透式視角濾光片是設置於切換式單軸擴散片與顯示面板之間。
在本發明的一實施例中，顯示面板是設置於半透式視角濾光片與切換式單軸擴散片之間。
在本發明的一實施例中，半透式視角濾光片包括複數個間隔壁，該些間隔壁沿第一方向排列且該些隔壁中的兩相鄰間隔壁相隔一預設的間距而形成一光通道。
在本發明的一實施例中，間隔壁包括灰光阻、染料或顏料，且間隔壁的透光率介於10%至60%。
在本發明的一實施例中，第一視角範圍為±20度。
在本發明的一實施例中，第三視角範圍為±45度。
本發明的顯示裝置因採用聚光型的背光模組以及切換式單軸擴散片，利用切換式單軸擴散片可以在透明態與擴散態之間切換的特性，藉此調整背光模組的出光的散射角度，在外部光線強烈時，切換式單軸擴散片切換至透明態，使出光集中在某一視角範圍內，而得到較高的亮度，讓使用者可以觀看到對比清晰的影像，在外部光線較弱的環境中，顯示裝置不需要高亮度，切換式單軸擴散片被切換至散射態，使聚光型背光模組的出光產生擴散，除了可降低特定視角範圍內的影像亮度，以避免過亮而造成使用者的不適，並可提高特定視角範圍外的影像亮度，來擴展視角範圍，讓使用者可以在更大的視角範圍內觀看到清晰的影像。藉此，本發明的顯示裝置不需要額外增加光源也不需要增加驅動光源的電流，利用切換式單軸擴散片就可對應於外部環境的光線強弱來調整顯示裝置的亮度。
另外，本發明的顯示裝置更包括一半透式視角濾光片，其在一既定的視角範圍之外，將亮度衰減至一既定值以下，並搭配切換式單軸擴散片在透明態與擴散態之間切換的特性，在切換式單軸擴散片成為透明態時，在該既定視角範圍外，將亮度衰減至不可視的狀態，在切換式單軸擴散片成為擴散態時，整體亮度比較平均，在該既定視角範圍之外，仍具有可視的亮度，藉此可使本發明的顯示裝置具有防窺的效果，並可在防窺模式與非防窺模式之間切換。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
請參閱圖1與圖2，其表示本發明的顯示裝置的一實施例。圖1表示從Y-Z平面觀看本發明的顯示裝置，圖2表示從X-Z平面觀看本發明的顯示裝置。本發明的顯示裝置100包括背光模組10、切換式單軸擴散片20以及顯示面板30。
請同時參閱圖1、圖2與圖4，圖4為圖1所示的顯示裝置的背光模組的結構示意圖。背光模組10適於產生出光，其包括：發光組件12、導光板14以及聚光膜片16。導光板14具有入光面與出光面。於本實施例，出光為一平面光。發光組件12鄰設導光板14的入光面，適於產生光線。聚光膜片16設置於導光板14上。其中發光組件12產生的光線由導光板14的入光面進入導光板14，並經由導光板14的導引由出光面出射並通過聚光膜片16，以產生出光。出光具有第一光型，第一光型是在第一方向(於本實施例中， X方向為上述第一方向，在後述的各圖式中，第一方向與X軸方向平行)上的第一視角範圍θ1內具有一既定值以上的光強度。在本實施例中，發光組件12可以是例如燈管或發光二極體的陣列，光線由發光組件12產生後經由入光面入射導光板14並由導光板14導引至導光板14的出光面出射。其中，導光板14的底部具有複數個微結構，當光線在導光板14中傳導至這些微結構時，這些微結構會使光線反射並以既定的角度入射聚光膜片16。聚光膜片16上設有多數個逆稜鏡162(如圖4所示)，光線通過逆稜鏡162後會朝向聚光膜片16的正向出射，產生聚光的效果。本實施例中，上述既定值為出光亮度最大值的50%的值，因此上述第一光型在第一視角範圍θ1內具有背光模組10的出光亮度最大值的50%以上的值，在本實施例中，第一視角範圍θ1為±20度，也就是說在視角±20度處，光線的亮度是背光模組10的出光亮度最大值的50%。背光模組10更包括反射片18，設於導光板14的下方。
切換式單軸擴散片20設置於背光模組10上，並可在透明態與散射態之間切換，其中散射態係在第一方向上的擴散角度大於在其他方向上的擴散角度。顯示面板30設置於切換式單軸擴散片20上。背光模組10所產生的出光依序通過切換式單軸擴散片20以及顯示面板30而產生影像。圖2為從X-Z平面觀看圖1所示的顯示裝置於切換式單軸擴散片呈透明態的光路徑示意圖。當切換式單軸擴散片20被切換成透明態時，背光模組10的出光通過切換式單軸擴散片20後保持第一光型並在第一視角範圍θ1內具有上述既定值以上的光強度。
請參閱圖3A與圖3B，圖3A為從Y-Z平面觀看圖1所示的顯示裝置於切換式單軸擴散片20呈散射態時的光路徑示意圖。圖3B為從X-Z平面觀看圖1所示的顯示裝置於切換式單軸擴散片20呈散射態時的光路徑示意圖。當切換式單軸擴散片20被切換成散射態時，背光模組10的出光通過切換式單軸擴散片20後被擴散並產生第二光型，第二光型在第一方向上的第二視角範圍θ2內光線具有既定值以上的強度，且第二視角範圍θ2大於第一視角範圍θ1，即背光模組10的出光經由切換式單軸擴散片20切換至散射態後擴散的第二光型，其可視範圍較背光模組10的出光經由切換式單軸擴散片20切換至透明態後的第一光型的可視範圍大。本實施例中，既定值為出光亮度最大值的50%的值，因此上述第二光型在第二視角範圍內具有背光模組10的出光亮度最大值的50%以上的值。
從圖3A與圖3B的比較可知，切換式單軸擴散片20呈散射態時，將原本第一光型的視角範圍在各方向上擴散其角度，其中在第一方向上的擴散角度大於在其他方向上的擴散角度。當應用至實際的顯示裝置時，在第一方向的視角範圍大於其他方向的視角範圍，例如在顯示裝置的左右方向的視角範圍大於上下方向的視角範圍，對於使用者在使用顯示裝置時，左右方向的視角範圍對於使用者的影響是比較重要的，而上下方向的視角對使用者的影響較小。在本實施例中，由於背光模組10的出光通過呈散射態的切換式單軸擴散片20後被擴散，因此第二視角範圍θ2會大於第一視角範圍θ1，也就是說當切換式單軸擴散片20被切換成散射態時，可視範圍會增加，但是由於出光分布在較大的視角範圍中，所以亮度會降低。因此在室內或外部光線較弱的場所，透過切換式單軸擴散片20呈散射態，可以降低特定視角範圍內的影像亮度，以避免過亮而造成使用者的不適，並提高特定視角範圍外的影像亮度來擴展視角範圍。相較於其他擴散片將各方向視角大致均勻擴散而言，本案透過切換式單軸擴散片使第一方向上的擴散角度大於在其他方向上的擴散角度，可使其他方向的光強度仍大致集中在正視角方向，因此相較於其他擴散片，本案切換式單軸擴散片在正視角方向可提供較高的光強度。此外，由於大部分光線散射至第一方向，在第一方向上具有較高的光強度。
請參閱圖5，圖5為圖1所示的顯示裝置中的切換式單軸擴散片的結構示意圖。切換式單軸擴散片20包括：第一透明導電層22、第二透明導電層24、高分子分散液晶層26，高分子分散液晶層26位於第一透明導電層22與第二透明導電層24之間。切換式單軸擴散片20更包括第一透明基板21以及第二透明基板23，第一透明基板21設置於第一透明導電層22，第二透明基板23設置於第二透明導電層24，其中，高分子分散液晶層26具有高分子基材262以及複數個液晶微粒264，液晶微粒264設置於高分子基材262中，每個液晶微粒264為橢球形並具有長軸，長軸對應於第一方向。
請參閱圖6A與圖6B，圖6A表示從X-Z平面觀看本發明的顯示裝置100，在切換式單軸擴散片呈散射態時的光路徑示意圖，圖6B表示從Y-Z平面觀看本發明的顯示裝置100，在切換式單軸擴散片呈散射態時的光路徑示意圖。當第一透明導電層22與第二透明導電層24無電壓差時，液晶微粒264中的液晶呈散亂排列，使高分子分散液晶層26成為散射態，背光模組10的出光通過高分子分散液晶層26後會被擴散而產生上述第二光型。在本實施例中，由於液晶微粒264呈橢球形，因此光線通過液晶微粒264時，在其長軸方向的散射角度會大於其他方向的散射角度，而由於液晶微粒264的長軸平行於第一方向(平行於圖6A中的X軸)，因此光線在第一方向上的擴散角度大於在其他方向上的擴散角度。
請參閱圖7A與圖7B，圖7A表示從X-Z平面觀看本發明的顯示裝置100，當切換式單軸擴散片呈透明態時的光路徑示意圖，圖7B表示從Y-Z平面觀看本發明的顯示裝置100，切換式單軸擴散片呈透明態時的光路徑示意圖。當第一透明導電層22與第二透明導電層24產生電壓差時，液晶微粒264中的液晶呈規則排列，使高分子分散液晶層26成為透明態，背光模組10的出光通過高分子分散液晶層26後，不會產生擴散而得以保持出光的第一光型。
本發明的顯示裝置100藉由設置切換式單軸擴散片20可以實現在外部光線強烈的環境下，將背光模組10的出光集中在較窄的範圍內，而增加此範圍內的亮度值，讓使用者可以看見顯示裝置100所顯示的影像。而在外部光線較弱的環境中，背光模組10的出光可在特定方向上較平均地分布在較大的視角範圍內，讓使用者可以在較大的視角範圍內觀看影像。由於大部分光線只散射向特定方向，在此特定方向上可具有較高的亮度值。其中，切換式單軸擴散片使第一方向上的擴散角度大於在其他方向上的擴散角度，可使其他方向的光強度仍大致集中在正視角方向，因此相較於其他擴散片，本案切換式單軸擴散片可在正視角方向提供較高的光強度。
本發明的切換式單軸擴散片20除了可以對應於外部光線強弱來切換出光的視角範圍，也可以使顯示裝置具有防窺的功能。
請參閱圖8與圖9，其表示本發明的顯示裝置的另一實施例。本發明的顯示裝置100’的結構與顯示裝置100大致相同，因此相同的元件給予相同的符號並省略其說明，本實施例的顯示裝置100’除了背光模組10、切換式單軸擴散片20以及顯示面板30之外，本實施例的顯示裝置100’更包括半透式視角濾光片40，半透式視角濾光片40設置於背光模組10、切換式單軸擴散片20以及顯示面板30的光路上，例如半透式視角濾光片40可以設置在切換式單軸擴散片20與顯示面板30之間或者是半透式視角濾光片40設在顯示面板30上。半透式視角濾光片40的光穿透率沿著半透式視角濾光片40的法線方向朝向第一方向遞減，且在一第三視角範圍θ3內的光穿透率大於一預定值，其中預定值介於40%~60%。第三視角範圍θ3大於第一視角範圍θ1且小於第二視角範圍θ2(請同時參閱圖2)。如圖8所示，當切換式單軸擴散片20被切換至透明態時，通過切換式單軸擴散片20的光線於通過半透式視角濾光片40時，因為半透式視角濾光片40在各角度上不同的光穿透率，而被衰減其在不同角度出射的光強度，其中在第三視角範圍θ3外的光線的光強度會低於一臨界值，因此可界定為不可視。如圖9所示，當切換式單軸擴散片20被切換至擴散態時，通過切換式單軸擴散片20的光線於通過半透式視角濾光片40時，因為半透式視角濾光片40在各角度上不同的光穿透率，而被衰減其在不同角度出射的光強度，其中在第二視角範圍θ2內的光線的光強度會高於一臨界值，因此可界定為可視。
一般顯示器的防窺角度的定義係指在環境照度為300~750勒克斯(Lux) (例如:一般辦公室或會議室的照度)時，當防窺角度的亮度(nits)/正視角的亮度(nits)小於或等於1.5%時，此時在防窺角度觀看者無法看清楚顯示器的影像內容，此定義為不可視。若此時觀看者在防窺角度的亮度(nits)/正視角的亮度(nits)大於1.5%時可以看清楚顯示器的影像內容，此定義為可視。然而在其他更嚴格的不可視的定義下，防窺角度的定義是亮度(nits)/正視角的亮度(nits) 小於或等於1%或0.8%的角度。因此防窺角度的定義可依需求而設定，大多設定45度為防窺角度，另有少部分設定30度為防窺角度。其中正視角的定義為0度或接近0度且亮度最高的角度。前述的量測可透過儀器Conoscope量測或改以儀器BM7、PR650等搭配旋轉臂來量測。
如圖10所示，其表示本實施例的半透式視角濾光片40在±45度角的範圍之外，光的穿透率可降低至50%以下，在本實施例中，第三視角範圍θ3為±45度，光的穿透率為50%。背光模組10的出光為第一光型，如前所述，第一光型在第一視角範圍θ1(±20度角)內具有大於出光亮度最大值的50%以上的亮度值，也就是在第一視角範圍θ1(±20度角)之外的亮度值在出光亮度最大值的50%以下，因此當切換式單軸擴散片20被切換至透明態時，背光模組10的出光通過切換式單軸擴散片20後保持第一光型，第一光型的光線通過半透式視角濾光片40後，由於在第三視角範圍θ3(±45度角)之外的光線的穿透率降低至50%以下，第三視角範圍θ3大於第一視角範圍θ1。因此第一光型的光線通過半透式視角濾光片40後，在第三視角範圍θ3之外的光的亮度值可降低成為不可視的狀態，因而達到防窺的作用。當切換式單軸擴散片20被切換至擴散態時，通過切換式單軸擴散片20的光線的亮度值由於擴散的作用而變得第二視角範圍θ2內的亮度較為平均，第二視角範圍θ2大於第三視角範圍θ3，當擴散後的光線通過半透式視角濾光片40後，即使在第三視角範圍θ3之外的光線的穿透率降低至50%以下，通過半透式視角濾光片40後的光線仍具有足夠的亮度，使影像成為可視，因此只要使切換式單軸擴散片20在透明態與擴散態之間切換，就可以使顯示裝置100’分別在防窺模式與非防窺模式之間做切換。以下說明半透式視角濾光片40的構造。
請參閱圖11及圖12，其表示本發明的顯示裝置的半透式視角濾光片的一實施例。圖11表示半透式視角濾光片40是設置於切換式單軸擴散片20與顯示面板30之間，圖12表示半透式視角濾光片40設置在顯示面板30上，即顯示面板30是設置於半透式視角濾光片40與切換式單軸擴散片20之間。本發明的半透式視角濾光片40包括：第一偏光片42、第二偏光片46以及第一相位補償膜44，第一相位補償膜44位於第一偏光片42與第二偏光片46之間，第一偏光片42具有第一穿透軸L42，第二偏光片46具有第二穿透軸L46，第一穿透軸L42是平行於第二穿透軸L46，第一相位補償膜44具有第一液晶高分子層。第一液晶高分子層的液晶高分子具有第一光軸，且第一光軸相對於第一偏光片42與第二偏光片46是呈傾斜排列，但是第一光軸在第一偏光片42與第二偏光46上的第一投影是平行或垂直於第一穿透軸L42與第二穿透軸L46，且上述第一投影是垂直於上述第一方向，因而使通過第一偏光片42及第一相位補償膜44的光線在第一方向上產生相位延遲，且入射角度越大相位延遲量越大，被第二偏光片46吸收的光線越多，使得在第一方向上的±45度角的範圍之外的光線的穿透率會降低至50%以下。顯示面板30的上下各設置偏光片34與偏光片32，偏光片32具有穿透軸L32，偏光片34具有穿透軸L34，穿透軸L32是與穿透軸L34垂直。在圖11所示的構造中，偏光片32的穿透軸L32是與第二偏光片46的穿透軸L46平行。在圖12所示的構造中，偏光片34的穿透軸L34是與第一偏光片42的穿透軸L42平行，即半透式視角濾光片40與顯示面板30相鄰的偏光片的穿透軸必須是平行設置，而兩片重疊設置的偏光片的穿透軸的方向若相同，其效果等於一片具有該方向的穿透軸的偏光片，因此在圖11所示的構造中，第二偏光片46也可以省略不用，在圖12所示的構造中，第一偏光片42也可以省略不用。
請參閱圖13與圖14，其表示本發明的顯示裝置的半透式視角濾光片的另一實施例。圖13表示半透式視角濾光片40’是設置於切換式單軸擴散片20與顯示面板30之間，圖14表示半透式視角濾光片40’設置在顯示面板30上，即顯示面板30是設置於半透式視角濾光片40’與切換式單軸擴散片20之間。本實施例的半透式視角濾光片40’的構造與圖11及圖12所示的半透式視角濾光片40的構造大致上相同，因此，相同的元件給予相同的符號並省略其說明，本實施例的半透式視角濾光片40’的構造與圖12及圖13所示的半透式視角濾光片40的構造的差異在於本實施例的半透式視角濾光片40’除了第一偏光片42、第二偏光片46以及第一相位補償膜44之外，還包括第二相位補償膜43、第三偏光片41以及偏光片45，第二相位補償膜43位於第一偏光片42與第三偏光片41之間，第三偏光片41具有第三穿透軸L41，第二相位補償膜43具有第二液晶高分子層，第二液晶高分子層的液晶分子具有第二光軸，且第二光軸垂直於第二相位補償模43的表面，第三穿透軸L41平行於第一穿透軸L42與第二穿透軸L46。在本實施例中，第二相位補償膜43設置於第三偏光片41以及偏光片45之間，第三偏光片41的第三穿透軸L41與偏光片45的穿透軸L45是平行的，且第三穿透軸L41平行於第一穿透軸L42與第二穿透軸L46，第二相位補償膜43會在與第一方向成45度、135度、225度以及315度的方向上使光線在±45度角的範圍之外的穿透率在50%以下，如此光線通過第一相位補償膜44與第二相位補償膜43後，會分別在的一方向、與第一方向成45度、135度、225度以及315度的方向上產生相位延遲，使得在第一方向、與第一方向成45度、135度、225度以及315度的方向上的±45度角的範圍之外的光線的穿透率會降低至50%以下。另外，在圖13與圖14所示的構造中，由於第一偏光片42的第一穿透軸L42與偏光片45的穿透軸L45是平行，因此可以省略第一偏光片42或偏光片45。
在另一實施例中，半透式視角濾光片更包括第三相位補償膜以及第四偏光片，即圖13與圖14中的第二相位補償膜43及第三偏光片41是以第三相位補償膜以及第四偏光片來取代，由於結構相同，在此省略其圖示。第三相位補償膜位於第一偏光片與第四偏光片之間，第四偏光片具有第四穿透軸，第三相位補償膜具有第三液晶高分子層，第三液晶高分子層的液晶分子具有第三光軸，且第三光軸在第二偏光片與第四偏光上的投影是平行或垂直於第二穿透軸與第四穿透軸，第四穿透軸平行於第一穿透軸與第二穿透軸，第一相位補償膜44與第三相位補償膜的相位延遲特性不同。本實施例與圖13及圖14的實施例不同之處在於第三相位補償膜的結構與第一相位補償膜44的結構相似，液晶分子的光軸都是呈傾斜狀，但是其液晶高分子層的液晶聚合物的特性不同，相位延遲量是由液晶聚合物折射率的折射率差值以及厚度的乘積來決定，折射率差值以及厚度的乘積不同，相位延遲量就會不同。另外在本實施例中，由於液晶分子的光軸都是呈傾斜狀，液晶分子的光軸方向也會影響相位延遲量，所以第一相位補償膜44與第三相位補償膜可以藉由設置不同特性的液晶聚合物來達成不同的相位延遲量，使得在第一方向上的±45度角的範圍之外的光線的穿透率會降低至50%以下。
請參閱圖15及圖16，其表示本發明的顯示裝置的半透式視角濾光片的另一實施例。圖15表示半透式視角濾光片50是設置於切換式單軸擴散片20與顯示面板30之間，圖16表示半透式視角濾光片50設置在顯示面板30上，即顯示面板30是設置於半透式視角濾光片50與切換式單軸擴散片20之間。本實施例的半透式視角濾光片50包括第五偏光片52、第六偏光片56、半波片51以及第四相位補償膜55。第五偏光片52具有第五穿透軸L52，第六偏光片56具有第六穿透軸L56，半波片51與第四相位補償膜55位於第五偏光片52與第六偏光片56之間，第四相位補償膜55具有第四液晶高分子層，第四液晶高分子層的液晶高分子具有第四光軸，且第四光軸垂直於第四相位補償模55的表面，半波片51的慢軸L51與第五穿透軸L52的夾角為22.5 o±15 o或62.5 o±15 o，且第六穿透軸L56與第五穿透軸L52的夾角為45 o±15 o或125 o±15 o。第四相位補償膜55會在與第一方向成45度、135度、225度以及315度的方向上使光線在±45度角的範圍之外的穿透率在50%以下，因此搭配半波片51產生相位延遲，使光線的穿透率在50%以下的方向回到第一方向。在第四相位補償膜55與半波片51之間可設置偏光片54，偏光片54的穿透軸L54與第六偏光片56的第六穿透軸L56平行，在圖15的構造中，第六偏光片56的第六穿透軸L56與偏光片32的穿透軸L32平行，因此第六偏光片56或偏光片32其中之一可以省略不用。在圖16的構造中，由於第五偏光片52（未繪示）的第五穿透軸L52（未繪示）與顯示面板30的偏光片34的穿透軸L34平行，因此第五偏光片52可以省略不用。
請參閱圖17及圖18，其表示本發明的顯示裝置的半透式視角濾光片的另一實施例。圖17表示半透式視角濾光片60是設置於切換式單軸擴散片20與顯示面板30之間，圖18表示半透式視角濾光片60設置在顯示面板30上，即顯示面板30是設置於半透式視角濾光片60與切換式單軸擴散片20之間。本實施例的半透式視角濾光片60的構造與圖15及圖16所示的半透式視角濾光片40的構造大致上相同，因此，相同的元件給予相同的符號並省略其說明，在本實施例中，半透式視角濾光片60除了包括偏光片54、第六偏光片56、半波片51以及第四相位補償膜55之外，半透式視角濾光片60還包括第五相位補償膜62，半波片51設置於第四相位補償膜55與第五相位補償膜62之間，第五相位補償膜62具有第五液晶高分子層，第五液晶高分子層的液晶高分子具有第五光軸，且第五光軸垂直於第五相位補償模62的表面。半透式視角濾光片60還包括偏光片64與偏光片66，偏光片64的穿透軸L64與偏光片66的穿透軸L66平行，在圖18的構造中，由於偏光片64的穿透軸L64與顯示面板30的偏光片34的穿透軸L34平行，因此偏光片64可以省略不用。
在另一實施例中，半透式視角濾光片包括：第七偏光片、第八偏光片、第九偏光片、第六相位補償膜以及第七相位補償膜，其配置方式及構造與圖13及圖14相同，因此省略其圖式，第七偏光片具有第七穿透軸，第八偏光片具有第八穿透軸，第九偏光片具有第九穿透軸，第六相位補償膜位於第七偏光片與第八偏光片之間，第七相位補償膜位於第八偏光片與第九偏光片之間，第六相位補償膜具有第六液晶高分子層，第六液晶高分子層的液晶分子具有第六光軸，且第六光軸垂直於第六相位補償膜的表面，第七相位補償膜具有第七液晶高分子層，第七液晶高分子層的液晶分子具有第七光軸，且第七光軸垂直於第七相位補償膜的表面，第七穿透軸、第八穿透軸與第九穿透軸是平行，且與第一方向夾角為45 o±15 o或125 o±15 o，第六相位補償膜與第七相位補償膜的相位延遲特性不同。與圖13及圖14的實施例的差異在於第六相位補償膜的液晶分子的光軸以及第七相位補償膜的液晶分子的光軸都是垂直設置，如前所述，相位延遲量是由液晶聚合物折射率的折射率差值以及厚度的乘積來決定，折射率差值以及厚度的乘積不同，相位延遲量就會不同，所以第六相位補償膜與第七相位補償膜可以藉由設置不同特性的液晶聚合物來達成不同的相位延遲量，使得在第一方向上的±45度角的範圍之外的光線的穿透率會降低至50%以下。
請參考圖19，圖19為具有複數半透式隔壁的半透式視角濾光片的結構示意圖。在一實施例中，半透式視角濾光片70包括複數個間隔壁71，這些間隔壁71沿該第一方向排列且這些間隔壁71中的兩相鄰間隔壁71相隔預設的間距d而形成光通道。間隔壁71可包括灰光阻或使用染料或顏料，使間隔壁71的透光率介於10%~60%之間，較佳係界於40%~50%，優選為50%。如此，使得在第一方向上的±45度角的範圍之外的光線的穿透率會降低至50%以下。
藉由設置半透式視角濾光片40、40’、50、60及70，並搭配切換式單軸擴散片20在透明態與擴散態之間切換，可以使本發明的顯示裝置100’在防窺模式與非防窺模式之間切換。
本發明的顯式裝置100利用聚光型的背光模組10以及切換式單軸擴散片20可以在透明態與擴散態之間切換的特性，在外部光線強烈時，切換式單軸擴散片20切換至透明態，使出光集中在某一視角範圍內，而得到較高的亮度，讓使用者可以觀看到對比清晰的影像，在外部光線較弱的環境中，顯示裝置100不需要高亮度，切換式單軸擴散片20被切換至散射態，增加出光的視角範圍並降低亮度，但仍然可以觀看到清晰的影像。如此，本發明的顯示裝置100不需要額外增加光源也不需要增加驅動光源的電流，利用切換式單軸擴散片20就可對應於外部環境的光線強弱來調整顯示裝置100的亮度。
另外，本發明的顯示裝置100更包括半透式視角濾光片40，其在一既定的視角範圍之外，將亮度衰減至一既定值以下，並搭配切換式單軸擴散片20在透明態與散射態之間切換的特性，使顯示裝置100’具有防窺的功能並可在防窺模式與非防窺模式之間切換。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。
10‧‧‧背光模組
12‧‧‧發光組件
14‧‧‧導光板
16‧‧‧聚光膜片
18‧‧‧反射片
20‧‧‧切換式單軸擴散片
21‧‧‧第一透明基板
22‧‧‧第一透明導電層
23‧‧‧第二透明基板
24‧‧‧第二透明導電層
26‧‧‧高分子分散液晶層
30‧‧‧顯示面板
32‧‧‧偏光片
34‧‧‧偏光片
40、40’‧‧‧半透式視角濾光片
41‧‧‧第三偏光片
42‧‧‧第一偏光片
43‧‧‧第二相位補償膜
44‧‧‧第一相位補償膜
45‧‧‧偏光片
46‧‧‧第二偏光片
50‧‧‧半透式視角濾光片
51‧‧‧半波片
52‧‧‧第五偏光片
54‧‧‧偏光片
55‧‧‧第四相位補償膜
56‧‧‧第六偏光片
60‧‧‧半透式視角濾光片
62‧‧‧第五相位補償膜
64‧‧‧偏光片
66‧‧‧偏光片
70‧‧‧半透式視角濾光片
71‧‧‧間隔壁
100、100’‧‧‧顯示裝置
162‧‧‧逆稜鏡
262‧‧‧高分子基材
264‧‧‧液晶微粒
L32‧‧‧穿透軸
L34‧‧‧穿透軸
L41‧‧‧第三穿透軸
L42‧‧‧第一穿透軸
L45‧‧‧穿透軸
L46‧‧‧第二穿透軸
L51‧‧‧慢軸
L52‧‧‧第五穿透軸
L54‧‧‧穿透軸
L56‧‧‧第六穿透軸
L64‧‧‧穿透軸
L66‧‧‧穿透軸
θ1‧‧‧第一視角範圍
θ2‧‧‧第二視角範圍
θ3‧‧‧第三視角範圍
d‧‧‧間距
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸
圖1為本發明的顯示裝置的一實施例的結構示意圖。 圖2為從X-Z平面觀看圖1所示的顯示裝置於切換式單軸擴散片呈透明態的光路徑示意圖。 圖3A為從Y-Z平面觀看圖1所示的顯示裝置於切換式單軸擴散片呈散射態時的光路徑示意圖。 圖3B為從X-Z平面觀看圖1所示的顯示裝置的切換式單軸擴散片呈散射態的光路徑示意圖。 圖4為圖1所示的顯示裝置的背光模組的結構示意圖。 圖5為圖1所示的顯示裝置的切換式單軸擴散片的結構示意圖。 圖6A為從X-Z平面觀看圖1所示的顯示裝置的切換式單軸擴散片呈散射態的光路徑示意圖。 圖6B為從Y-Z平面觀看圖1所示的顯示裝置的切換式單軸擴散片呈散射態的光路徑示意圖。 圖7A與圖7B表示圖1所示的顯示裝置的切換式單軸擴散片呈透明態的結構示意圖。 圖8為本發明的顯示裝置的另一實施例的結構以及光路的示意圖，其中切換式單軸擴散片呈透明態。 圖9為圖8所示的本發明的顯示裝置的結構以及光路的示意圖，其中可切換式單軸擴散片呈散射態。 圖10為圖8所示的本發明的顯示裝置的半透式視角濾光片的穿透率與穿透光角度的關係曲線圖。 圖11為圖8所示的本發明的顯示裝置的半透式視角濾光片的一實施例的結構示意圖。 圖12為圖8所示的本發明的顯示裝置的半透式視角濾光片的另一實施例的結構示意圖。 圖13為圖8所示的本發明的顯示裝置的半透式視角濾光片的另一實施例的結構示意圖。 圖14為圖8所示的本發明的顯示裝置的半透式視角濾光片的另一實施例的結構示意圖。 圖15為圖8所示的本發明的顯示裝置的半透式視角濾光片的另一實施例的結構示意圖。 圖16為圖8所示的本發明的顯示裝置的半透式視角濾光片的另一實施例的結構示意圖。 圖17為圖8所示的本發明的顯示裝置的半透式視角濾光片的另一實施例的結構示意圖。 圖18為圖8所示的本發明的顯示裝置的半透式視角濾光片的另一實施例的結構示意圖。 圖19為具有複數半透式隔壁的半透式視角濾光片的結構示意圖。
10‧‧‧背光模組
12‧‧‧發光組件
14‧‧‧導光板
16‧‧‧聚光膜片
18‧‧‧反射片
20‧‧‧切換式單軸擴散片
30‧‧‧顯示面板
100‧‧‧顯示裝置
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸

Claims (16)

  1. 一種顯示裝置，包括： 一背光模組，適於產生一出光，該出光具有一第一光型，該第一光型是在一第一方向上的一第一視角範圍內具有一既定值以上的光強度； 一切換式單軸擴散片，設置於該背光模組上，並在一透明態與一散射態之間切換，該散射態係在該第一方向上的擴散角度大於在其他方向上的擴散角度；以及 一顯示面板，設置於該切換式單軸擴散片上， 其中該背光模組所產生的該出光依序通過該切換式單軸擴散片以及該顯示面板而產生一影像，當該切換式單軸擴散片為該透明態時，該出光通過該切換式單軸擴散片後保持該第一光型，當該切換式單軸擴散片為該散射態時，該出光通過該切換式單軸擴散片後被擴散並產生一第二光型，該第二光型在該第一方向上的一第二視角範圍內具有該既定值以上的光強度，且該第二視角範圍大於該第一視角範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該切換式單軸擴散片包括： 一第一透明導電層； 一第二透明導電層；以及 一高分子分散液晶層，位於該第一透明導電層與該第二透明導電層之間， 該高分子分散液晶層具有一高分子基材以及複數個液晶微粒，該等液晶微粒設置於該高分子基材中，每個液晶微粒為橢球形並具有一長軸，該長軸實質上平行於該第一方向， 其中，當該第一透明導電層與該第二透明導電層產生電壓差時，該等液晶微粒中的液晶呈規則排列，使該高分子分散液晶層成為該透明態，當該第一透明導電層與該第二透明導電層無電壓差時，該等液晶微粒中的液晶呈散亂排列，使該高分子分散液晶層成為該散射態。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其更包括一半透式視角濾光片，該半透式視角濾光片設置於該背光模組、該切換式單軸擴散片以及該顯示面板的光路上，該半透式視角濾光片的光穿透率沿著該半透式視角濾光片的法線方向朝向該第一方向遞減，且在一第三視角範圍內的光穿透率大於一預定值，該第三視角範圍大於該第一視角範圍且小於該第二視角範圍。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該預定值介於40%~60%。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該半透式視角濾光片包括：一第一偏光片、一第二偏光片以及一第一相位補償膜，該第一相位補償膜被夾設於該第一偏光片與該第二偏光片之間，該第一偏光片具有一第一穿透軸，該第二偏光片具有一第二穿透軸，該第一穿透軸平行於該第二穿透軸，該第一相位補償膜具有一第一液晶高分子層，其中該第一液晶高分子層的液晶高分子具有一第一光軸，該第一光軸在該第一偏光片與該第二偏光上的一第一投影的軸向是平行或垂直於該第一穿透軸與該第二穿透軸，且該第一投影的軸向是垂直於該第一方向。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之顯示裝置，其中該半透式視角濾光片更包括一第二相位補償膜以及一第三偏光片，該第二相位補償膜位於該第一偏光片與該第三偏光片之間，該第三偏光片具有一第三穿透軸，該第二相位補償膜具有一第二液晶高分子層，該第二液晶高分子層的液晶分子具有一第二光軸，該第二光軸垂直於該第二相位補償模的表面，該第三穿透軸平行於該第一穿透軸與該第二穿透軸。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之顯示裝置，其中該半透式視角濾光片更包括一第三相位補償膜以及一第四偏光片，該第三相位補償膜位於該第二偏光片與該第四偏光片之間，該第四偏光片具有一第四穿透軸，該第三相位補償膜具有一第三液晶高分子層，該第三液晶高分子層的液晶高分子具有一第三光軸，該第三光軸在該第二偏光片與該第四偏光上的一第三投影的軸向是平行或垂直於該第二穿透軸與該第四穿透軸，該第四穿透軸平行於該第一穿透軸與該第二穿透軸，該第一相位補償膜與該第三相位補償膜的相位延遲特性不同。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該半透式視角濾光片包括一第五偏光片、一第六偏光片、一半波片以及一第四相位補償膜，該第五偏光片具有一第五穿透軸，該第六偏光片具有一第六穿透軸，該半波片與該第四相位補償膜位於該第五偏光片與該第六偏光片之間，該第四相位補償膜具有一第四液晶高分子層，該第四液晶高分子層的液晶高分子具有一第四光軸，該第四光軸垂直於該第四相位補償模的表面，該半波片的一慢軸與該第五穿透軸的夾角為22.5 o±15 o或62.5 o±15 o，且該第六穿透軸與該第五穿透軸的夾角為45 o±15 o或125 o±15 o。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之顯示裝置，其中該半透式視角濾光片更包括一第五相位補償膜，該半波片設置於該第四相位補償膜與該第五相位補償膜之間，該第五相位補償膜具有一第五液晶高分子層，該第五液晶高分子層的液晶高分子具有一第五光軸，該第五光軸垂直於該第五相位補償模的表面。
  10. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該半透式視角濾光片包括：一第七偏光片、一第八偏光片、一第九偏光片、一第六相位補償膜以及一第七相位補償膜，該第七偏光片具有一第七穿透軸，該第八偏光片具有一第八穿透軸，該第九偏光片具有一第九穿透軸，該第六相位補償膜位於該第七偏光片與該第八偏光片之間，該第七相位補償膜位於該第八偏光片與該第九偏光片之間，該第六相位補償膜具有一第六液晶高分子層，該第六液晶高分子層的液晶分子具有一第六光軸，該第六光軸垂直於該第六相位補償膜的表面，該第七相位補償膜具有一第七液晶高分子層，該第七液晶高分子層的液晶分子具有一第七光軸，該第七光軸垂直於該第七相位補償膜的表面，該第七穿透軸、該第八穿透軸與該第九穿透軸是平行，該第六相位補償膜與該第七相位補償膜的相位延遲特性不同。
  11. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該半透式視角濾光片是設置於該切換式單軸擴散片與該顯示面板之間。
  12. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該顯示面板設置於該半透式視角濾光片與該切換式單軸擴散片之間。
  13. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該半透式視角濾光片包括複數個間隔壁，該等間隔壁沿該第一方向排列且該等間隔壁中的兩相鄰間隔壁相隔一預設的間距而形成一光通道。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之顯示裝置，其中該等間隔壁包括灰光阻、染料或顏料，且該等間隔壁的透光率介於10%至60%。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該第一視角範圍為±20度。
  16. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該第三視角範圍為±45度。
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