TWI648727B - 用於自由觀看模式及限制觀看模式之螢幕 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種螢幕(1)，其能夠在至少兩個針對自由觀看模式及針對限制觀看模式的工作方式B1及B2下工作。該螢幕(1)包括一影像再顯單元(2)，一沿視向設於該影像再顯單元(2)前之板狀透明導光體(3)，以及若干側向設於該導光體(3)之窄側上的發光體(4)。

就此種螢幕而言，該影像再顯單元(2)係沿視向設於該導光體(3)後，且該導光體之根據ASTM D1003量測的霧度值小於20%。在工作方式B1下，該等發光體(4)關斷，故自影像再顯單元(2)發出的、被影像資訊加以調變之光大體不受影響地穿過導光體(3)。在工作方式B2下，該等發光體(4)接通。其中在第一替代方案中，或是因空間式及/或基於聚集分佈於導光體(3)中之散射粒子(5)，或是因設於或構建於導光體(3)之大表面中之至少一個上的輸出耦合元件，產生一光輻射特性，其中在與導光體(3)之至少一大表面之表面法線互成之角度α下，其中0°αθ，其中10°θ60°，測得的平均發光密度以至少一因數X，其中X1.2，小於導光體(3)之同一大表面F1的、以與表面法線互成之角度α>θ輻射的最大可測發光密度。在第二替代方案中，影像再顯單元(2)具有一光輻射特性，其中較與表面 法線互成α

Description

用於自由觀看模式及限制觀看模式之螢幕

近年來，在LCD之視角擴展方面已取得重大進展。但在某些情形下，螢幕之非常大的視域常為缺點。愈來愈多地，亦可在諸如筆記型電腦及平板電腦之行動裝置上提供資訊，如銀行資料或其他個人資訊，以及敏感資料。與此對應地，人需要針對允許何人看見此等敏感資料的控制權，並且需要能夠在一寬視角下選取，以便將顯示器上之資訊與他人分享，例如在觀看度假照片時或出於宣傳目的。另一方面，在期望秘密處理影像資訊的情況下，需要一小視角。

基於微型層片之附加薄膜已被應用於行動顯示器，以實現對其的光學資料保護，即所謂之「隱私模式」。但此等薄膜不可通斷(切換)，始終需要先用手鋪設薄膜，隨後再將其重新移除。在並非正好需要此薄膜的情況下，還需要獨立於顯示器運輸此薄膜。此種層片薄膜之應用的另一主要缺點係與伴隨之光損耗相關。

US 6,765,550描述過此種透過微型層片實現之觀看保護。此方案之較大缺陷在於過濾器之機械移除及機械加裝，以及保護模式中之光損耗。

US 5,993,940描述過一種薄膜之應用，此薄膜在其表 面具有均勻佈置的小型稜鏡條，用以實現隱私模式。研發及製造相當複雜。

在WO 2012/033583中，藉由控制所謂之「chromonic」層之間的液晶產生在自由視界與受限視界之間的切換。在此情形下會產生光損耗，且方案相當複雜。

公開案US 2009/0067156揭示過多個用以設計照明系統及螢幕設備的理念。該案之圖3A及圖3B中繪示之方案特別是採用兩個背照燈，即所謂之「背光」，其由楔形導光體構成，並且採用一LCD面板，其中強制性地，後背光40需要產生一較寬之照射角，且前背光38需要產生一較窄之照射角。但以下工作原理不明確：背光38需要如此產生窄照射角，使得源自背光40之具有寬照射角的光在被背光38貫穿時不會大體轉換成具有窄照射角的光。

就US 2009/0067156之圖5所示設計方案而言需要注意的是，兩個導光體46及48皆產生「窄光」，即具有窄照射角的光。透過待以稜鏡結構以複雜方式創建之子鏡50，導光體48之光方被轉換成「寬光」，即具有寬照射角的光。此轉換使得光強度極度減小，因為首先以窄照射角輻射之光(其為提供的唯一光)隨後以大照射角(通常為半空間)作扇形放射。這導致亮度(相對發光密度而言)減小至五分之一或更小，具體視參數而定。亦即，此設計方案之實用性較低。

在根據US 2009/0067156之圖7之設計方案中，強制性需要磷層，其用於將UV光轉換成可見光。此方案較為複雜，並且在期望源自背光之光足以將LCD面板照亮至可讀程度的情況下，需要極高強度之UV光。故此方案昂貴、複雜，且就所需UV 輻射之遮蔽而言便已不具實用性。

US 2012/0235891描述過一種位於螢幕中的非常複雜的背光。根據該案之圖1及圖15，不僅使用多個導光體，亦使用其他複雜的光學元件，如微透鏡元件40及稜鏡結構50，其在通向前照明之路徑上將源自後照明之光改變。此方案昂貴且複雜，並且亦與光損耗相關。根據US 2012/0235891之圖17所示的方案，兩個光源4R及18皆產生具有窄照射角的光，其中以複雜方式將源自後光源18之光轉換成具有大照射角的光。如上文所述，此複雜轉換會大幅減小亮度。

根據JP 2007-155783，使用需要以複雜方式專門計算及製造的光學表面19，其視光入射角而定使得光偏轉入不同的狹窄或寬闊區域。此等結構與夫瑞乃透鏡類似。此外存在干擾斜面，其使得光沿非期望方向偏轉。故不確定是否確實能夠實現合理的光分佈。

根據GB 2428128 A之原理，為實現受限之視界，採用與螢幕有明顯距離的、將設於螢幕上之全像照亮的附加光源，以便為側視疊加特殊波長。此方案之缺陷在於所需的光源與螢幕的距離，以及建立相應全像的花費。

US 2013/0308185描述過一種特殊的配設有階部的導光體，其將光在大表面上沿不同方向輻射，具體視自窄側出發自何方向將此導光體照亮而定。結合透射式成像器(例如LC顯示器)，便能產生一能夠在自由與限制觀看模式之間切換的螢幕。此方案之缺陷主要在於，僅能或是針對左/右，或是針對上/下產生受限制的觀看效果，而不能如特定支付操作所需要的那般，同時針對左/右/ 上/下產生此效果。此外，即便在限制觀看模式下，自經封鎖之視角亦總是能觀測到殘光。

最後，DE 10 2014 003 298 A1描述過用於選擇性限制影像之可識別性的方法及裝置。為此需要一專用的光學元件，對於自螢幕發出之光而言此光學元件之透過率為至少70%，且對於自發光體側向入射之光而言，此光學元件如此偏轉入一受限的角度範圍，使得在與螢幕之表面法線互成大於γ之角度α(其中γ>20°)的方向上，自螢幕發出之光與藉由光學元件偏轉之光疊加，從而僅自與螢幕之表面法線互成β<γ之角度才能大體不受限地觀看螢幕上所顯示之影像。

前述方法及裝置之共同缺陷通常在於，其使得基本螢幕之亮度顯著減小，以及/或者，需要主動型的、至少是專用於模式切換的光學元件，以及/或者，需要複雜及昂貴的製造，以及/或者，自由觀看模式中之解析度降低。

有鑒於此，本發明之目的在於提出一種螢幕以及一種方法，藉此透過選擇性限制之視角實現資訊之安全顯示，其中在第二工作方式下需要實現視角儘可能不受限制的自由視界。本發明應能藉由簡單的構件儘可能低成本地實現。在兩個工作方式下皆應能夠看見儘可能高之解析度，尤佳為所採用之螢幕的原生解析度。此外，該解決方案所引起之光損耗應儘可能小，甚或不引起光損耗。該解決方案還應較佳可佈置在螢幕正面，從而可應用於儘可能多種類型之螢幕，如LCD及OLED。

本發明用以達成上述目的之解決方案為一種螢幕，其 能夠在至少兩個針對自由觀看模式及針對限制觀看模式的工作方式B1及B2下工作。此種螢幕包括一影像再顯單元、一或多個沿視向設於該影像再顯單元前之板狀透明導光體，以及若干通常側向設於該導光體之至少一窄側上的發光體。該影像再顯單元係沿視向設於該導光體後。該導光體具有根據ASTM D1003量測的小於20%的平均霧度值，較佳小於10%，尤佳小於5%或4%。

在工作方式B1下，該等發光體關斷，故自影像再顯單元發出的、被影像資訊加以調變之光大體不受影響地穿過導光體。在工作方式B2下，該等發光體接通。其中在第一替代方案中，或是因空間式及/或基於聚集分佈於導光體中之散射粒子，或是因設於或構建於導光體之大表面中之至少一個上的輸出耦合元件，產生一光輻射特性，其中在與導光體之至少一大表面之表面法線互成之角度α(其中0°αθ，其中10°θ60°)下測得的平均發光密度以至少一因數X(其中X1.2)小於導光體之同一大表面F1的、以與表面法線互成之角度α>θ輻射的最大可測發光密度。在其他設計方案中，因數X可2.5，以及/或者，角度θ可為10°、30°、30°、45°或另一合理值。

在亦可與第一替代方案組合之第二替代方案中，該影像再顯單元具有一光輻射特性，其中較與表面法線互成αθ之角度的情形，沿影像再顯單元之表面法線方向的發光密度更高。相應的影像再顯單元例如如下生成：在LCD中為實現LCD面板與背光之間的光聚集而以交叉的OLF(Optical Lighting Film，光學發光膜)及/或交叉的BEF(Brightness Enhancement Film，增亮膜)工作。

就結果而言，在工作方式B2下，該影像再顯單元所 發出的、被影像資訊加以調變之光被該導光體透過一較大角度範圍平面式輻射的光疊加，從而將顯示於影像再顯單元上之影像資訊的自視角α>θ的可見性減小，甚或調整為不可見。

在此設計方案及本發明之以下設計方案中，因數X亦可另行選擇，如X4、5、6、10、20、50、100或更大。此因數表示與沿表面法線輻射之光相比，該導光體朝「側向」視角輻射光的增大程度。特定言之，角度θ亦可根據光量預設定，亦即，角度θ可被射入之光量影響：光量愈大，沿表面法線輻射之光便愈多。

根據本發明之螢幕的一有利設計方案，該等位於導光體之窄側中的至少一個上的、在工作方式B2下接通之發光體在導光體之大表面F1中的至少一個上產生一光輻射特性，其在0°α30°的角度範圍內的平均發光密度以因數X(其中X2.5，抑或大於4、5等)小於在與表面法線互成30°α90°的角度範圍內的最大可測(單個)發光密度。

在此種理想情形下，在導光體之大表面F1中的至少一個上，一光輻射特性起主導作用，其中在與表面法線互成0°α30°的角度範圍內，近乎不將光輸出耦合，而在與表面法線互成30°α90°的角度範圍內則以一發光密度進行輻射，其儘可能接近甚或高於螢幕在此方向上的發光密度。但此理想情形在實踐中近乎無法實現。

在此可沿水平線、垂直線及/或螢幕之另一方向，但總是相對表面法線量測角度α。例如在為水平及垂直角度量測預設定之條件生效的情況下，在工作方式B2下無法自斜角自左、右、上及下觀看螢幕。但在僅為水平角度量測預設定之條件生效的情況 下，在工作方式B2下僅無法自左側及右側自斜角觀看螢幕。通常仍可自上方及下方觀看。

根據本發明之一有利設計方案(在根據第一替代方案設有散射粒子的情況下)，此等散射粒子以微型層片的形式添加在該導光體中，其中該等微型層片又嵌入在一透明的非散射材料中。其中，該等微型層片之厚度通常可介於30μm與150μm之間，且高度可介於30μm與300μm之間。自微型層片至微型層片的平均中心距通常可介於40μm與150μm之間。可採用其他值。重要之處在於，自高度至中心距之脈波任務因數足夠大，以便在斜視微型層片的情況下將光充分地輸出耦合。

此外，該等微型層片可平行及/或以一定角度交叉。在平行佈置的情況下，自此等微型層片之光輸出耦合導致：與所示影像資訊的光重疊僅在一維度中減小可見性，例如左-右或上-下。而若微型層片交叉，例如呈矩形交叉，則自此等微型層片之光輸出耦合導致：與所示影像資訊的光重疊在兩個維度中減小可見性，即同時左-右及上-下。

根據一可行實施方案，該等微型層片由摻入有散射粒子之矽橡膠構成。在此情形下，該等散射粒子例如可以二氧化鈦、硫酸鋇、倍半氧矽烷粒子及/或經交聯之聚苯乙烯粒子實施，其中該等微型層片自身又嵌入在透明的矽橡膠中。

藉此便可實現該導光體之一輻射特性，其中與互成較大角度(例如大於30或45度)之情形相比，在與導光體之表面法線互成較小角度的情況下，輸出耦合之光顯著減少，此為期望之情形。

對本發明而言重要之處在於，在需要針對視界加以封 鎖之角度下，與源自影像再顯單元之光相比，源自導光體之光的(相對)亮度總體上更高，而在未封鎖之角度下，此關係應正好反轉，亦即，自此等視向視之，影像再顯單元之光的強度應高於源自導光體之疊加光。

針對本發明之螢幕之此方案尤其適用的是：該導光體可由一透明的熱塑性或熱彈性塑膠以及大體均勻分佈於塑膠中之散射粒子構成，其中該等散射粒子例如由二氧化鈦、硫酸鋇、倍半氧矽烷粒子或經交聯之聚苯乙烯粒子構成。亦可採用其他類型之散射粒子。

較佳將平均粒度為150-500nm、相對導光體之重量的濃度為0.01-300重量ppm的二氧化鈦粒子用作該透明導光體中之散射粒子。尤佳地，為該(等)導光體採用0.1-50重量ppm，較佳0.1-10重量ppm的二氧化鈦散射粒子濃度。其中二氧化鈦粒子之平均粒度為160至450nm，但尤佳為170至400nm。此類導光體之根據ASTM D1003量測的霧度值落在0.2至2%的範圍。

但亦可將適宜濃度的粒度約3μm的硫酸鋇、粒度約4μm的經交聯的聚苯乙烯粒子或粒度約2μm的倍半氧矽烷粒子用作散射粒子。此外，導光體3可含有至少40wt%，較佳至少60wt%的聚甲基丙烯酸甲酯(相對其重量而言)。

藉此便可實現該導光體之一輻射特性，其中與互成較大角度(例如大於30或45度)之情形相比，在與導光體之表面法線互成較小角度的情況下，輸出耦合之光顯著減少，並且在本發明之範圍內需要實現此點。

但該透明導光體亦可包含一基質塑膠A以及分佈於 其中之由聚合物B構成的散射粒子，其中相對基質塑膠A而言，該等由聚合物B構成的散射粒子的比例為0.00001至5wt%，且聚合物B之折射率nD(B)比基質塑膠A之折射率nD(A)高至少0.002個單位。

在不使用散射粒子之層片形式的情況下，該等散射粒子係均勻分佈在導光體中，故導光體不具有不均勻的光學結構。

此外，板狀導光體具有至少兩個彼此相對之大表面，其相互平行或傾斜。亦可採用楔形結構，儘管平行之大表面較為有利。該導光體之合理厚度通常介於0.5mm(包含在內)與4mm(包含在內)之間。視具體情形，亦可採用其他合理厚度。

對於所有設計方案皆適用的是，該影像再顯單元例如可為LCD、OLED、電漿顯示器、FED螢幕、SED螢幕、VFC螢幕或另一類型之螢幕。但該影像再顯單元(亦稱作成像器)亦可為靜態性，例如一自背側照亮之薄膜甚或一印刷影像。亦可採用其他方案。

根據另一較佳方案，在該影像再顯單元之頂側上及/或在該導光體之大表面中的至少一個上設有用於減小反射的構件，如防眩光及/或抗反射塗層。特定言之，在與本發明相結合的情況下，防眩光塗層不僅用於減小外部光點之直接反射，亦有助於位於影像再顯單元前之導光體朝影像再顯單元輻射之光的經散射的背反射。

在本發明之所有設計方案中，述及之發光體皆為LED或LED行列，或者為雷射二極體。亦可採用其他方案，其皆落入本發明之範圍。

根據第二替代方案之一特殊設計方案，該導光體由兩 個層構成，該等層自身又為透過擠出過程製造的導光體。其中該等層藉由其大表面儘可能緊密地相互抵靠，使得其擠出方向交叉。背景在於，擠出方向對導光體之光輻射特性有重要影響。若此等擠出方向交叉，則可在成像器前既朝向左-右，亦朝向上-下實現光輸出耦合，從而實現源自該成像器之光的疊加。

根據第一替代方案之一較佳設計方案，該螢幕包括額外的導光體。尤佳地，在該導光體前沿視向設有另一導光體。在導光體(3)及額外導光體之各一大表面上設有或構建有輸出耦合元件，其中發光體(4)係設於該導光體(3)之一窄側以及該額外導光體之與此窄側相對的窄側上，且其中，透過該等輸出耦合元件預設定一不對稱的光輻射特性，使得光射入沿入射方向的四分之一空間。

通常而言，例如可將全像結構或其他亦可在導光體之表面蝕刻出的微結構用作輸出耦合元件。該不對稱的光輻射特性例如呈現如下：就自左窄側射入導光體之光而言，輻射至由導光體之相應大表面之表面法線與入射方向(即背離發光體)構成之四分之一空間，但不向後輻射。該輻射區域例如可落在與表面法線互成20°至50°的範圍內。

根據另一較佳設計方案，該等發光體適於輻射彩色光。彩色光特別是指非白色的可見光，即例如紅色、綠色、藍色、淺青綠色、黃色、青藍色或洋紅色的光。此外，可選擇性地以不同的亮度級將此光輻射。

此外，自發光體發出之光的色度亦可根據時間調變，例如就顏色及/或亮度進行調變。此外，該等發光體亦可以不同的單個發光體或發光元件來實施，如LED行列中之RGB-LED，其同時 或者以時間錯開及/或空間錯開的方式輻射顏色及/或亮度不同的光。

在工作方式B2下，視發光體之具體設計方案而定，可自經角度限制封鎖之傾斜視向感知的影像為一具有相應顏色之面，但通常不為黑色或白色之面，因為導光體所發出之彩色光自身照射一自傾斜視向可見之明亮的影像內容。在不採用彩色發光體的情況下，視發光體及導光體之具體設計方案而定，該可感知之影像為一灰色或白色之面，但通常不為黑色之面，因為導光體所發出之光自身以可見方式照射一黑色影像內容。

該等發光體可輻射顏色未出現在透射式成像器所顯示之影像中的光。作為替代方案，該等發光體可輻射具有一顏色之光，該顏色出現於透射式影像再顯單元所顯示之影像中，或處於接近此種顏色之色譜中。此外，該等發光體可輻射具有一顏色之光，該顏色大體與出現於影像再顯單元所顯示之影像中之顏色的補色相當。

本發明之螢幕尤佳用於在自動取款機、支付終端或行動設備上輸入或顯示機密資料，例如PIN密碼、電子郵件、簡訊服務或密碼。

對於所有設計方案皆適用的是，設有的每個導光體具有至少一進光面及至少一出光面，其中出光面與進光面之比例至少為4。

原則上，在前述參數在一定界限內變化的情況下，本發明之效率保持。

此外，可分別針對水平及垂直方向，以相互獨立的方 式為受限視界定義及實施期望的、用於模式B2的受限角度範圍。舉例而言，與水平方向相比，在垂直方向上可採用更大之視角甚或不加以限制，例如就自動取款機而言，需要供身高不同的人查看，而同時應對側視作大幅限制。而就POS支付終端而言，由於安全規定，在工作方式B2下通常既需要在水平方向上，亦需要在垂直方向上進行安全限制。

尤佳地，在處於視界限制工作方式B2下時，即在發光體接通的情況下，當顯示於螢幕上之影像變暗至一定程度時，本發明起作用。藉此，藉由導光體所輻射之光將源自影像之光(因為僅具有較小之光強度)的疊加效果增強，從而改善視界限制效果。為進一步改善視界限制，在此情形下，例如亦可將在螢幕上作為影像顯示之文本以黑-灰，而非以黑-白方式再顯。

本發明用以達成上述目的之另一解決方案為一種螢幕，其能夠在至少兩個針對自由觀看模式及針對限制觀看模式的工作方式B1及B2下工作，包括一影像再顯單元、至少一沿視向設於該影像再顯單元前之板狀透明導光體，以及若干側向設於該導光體之窄側上的發光體，其中該導光體由塑膠構成，且在該導光體中分佈有形式為平行或交叉之長形層片的散射粒子，但其中在導光體中無位於該等層片外的散射粒子，以及/或者，在該導光體之大表面中的至少一個上構建有或設有輸出耦合元件，其可如上文所述那般構建。

藉此，在發光體關斷的工作方式B1下，源自影像再顯單元之光大體不受影響地穿過導光體，以及在發光體接通的工作方式B2下，源自影像再顯單元之光被導光體近乎僅自以層片形式 佈置之散射粒子輻射的光疊加，從而在斜視影像再顯單元的情況下對顯示於該影像再顯單元上之影像的可見性加以限制。

在工作方式B2下，視發光體及散射粒子之具體設計方案而定，可自傾斜視向感知之影像為一灰色或白色之面，但通常不為黑色之面，因為導光體自以層片形式佈置之散射粒子發出之光自身以可見方式照射一黑色影像內容。但亦可採用彩色發光體，其適於輻射具有一或多個預設定之顏色的光。

例如可將塑膠玻璃或矽橡膠用作塑膠。

述及之層片形式的高度例如可為50μm至400μm，且寬度例如為10μm至40μm。此類層片之間距例如可為40μm至200μm。透過此等參數亦定義以層片形式佈置之散射粒子的效果，以及特別是定義尚能順利識別顯示於影像再顯單元上之影像內容的視角，或定義在沿x向及/或y向之斜視的何種極限角度下，藉由源自導光體中之散射粒子的光照亮至一定程度，使得顯示於影像再顯單元上之影像的可見性顯著降低。

該導光體通常具有小於10%，較佳小於4%的霧度值(根據ASTM D1003量測)。此外特別是可將二氧化鈦粒子用作散射粒子。但亦可採用其他設計方案，例如包含硫酸鋇粒子、包含倍半氧矽烷粒子、包含經交聯之聚苯乙烯粒子或其他類型之粒子。該等散射粒子通常大體均勻地分佈在該等層片形式內。

較佳將平均粒度為150-500nm、相對導光體之重量的濃度為0.01-300重量ppm的二氧化鈦粒子用作該等透明導光體中之散射粒子。尤佳地，為該(等)導光體採用0.1-50重量ppm，較佳0.1-10重量ppm的二氧化鈦散射粒子濃度。其中二氧化鈦粒 子之平均粒度為160至450nm，但尤佳為170至400nm。導光體之根據ASTM D1003量測的霧度值落在0.2至2%的範圍。

此外，導光體可含有至少40wt%，較佳至少60wt%的聚甲基丙烯酸甲酯(相對其重量而言)。

但該等透明導光體亦可分別包含一基質塑膠A以及如上文所述以層片形式分佈於該基質塑膠中之由聚合物B構成的散射粒子，其中相對基質塑膠A而言，該等由聚合物B構成的散射粒子的比例為0.01至3wt%，且聚合物B之折射率nD(B)比基質塑膠A之折射率nD(A)高至少0.002個單位。

該導光體之合理厚度通常介於0.15mm(包含在內)與4mm(包含在內)之間。視具體情形，亦可採用其他合理厚度。

此外，導光體包含至少兩個彼此相對之大表面，其相互平行或傾斜。亦可採用楔形結構，儘管平行之大表面較為有利。對於所有設計方案皆適用的是，設有的每個導光體具有至少一進光面及至少一出光面，其中出光面與進光面之比例至少為4。原則上，在前述參數在一定界限內變化的情況下，本發明之效率保持。

根據另一較佳方案，在該影像再顯單元之頂側上及/或在該導光體之大表面中的至少一個上，在該影像再顯單元前設有用於減小反射的構件，如防眩光及/或抗反射塗層。特定言之，在與本發明之螢幕相結合的情況下，防眩光塗層不僅用於減小外部光點之直接反射，亦有助於位於影像再顯單元前之導光體朝影像再顯單元輻射之光的經散射的背反射。

在前述所有設計方案中，述及之發光體皆為LED或LED行列，或者為雷射二極體。亦可採用其他方案，其皆落入本發 明之範圍。

根據此替代性解決方案之一特殊設計方案，將在用UV光照明時輻射可見光的螢光粒子用作導光體中之層片形式的散射粒子，以及，將輻射UV光的LED用作發光體。藉此為工作方式B2實現以下方案：粒子因透過UV光激勵之螢光效應而相應地發射可見光。

例如可將LCD螢幕、OLED螢幕或其他任意形式之具有大體扁平之表面的螢幕用作影像再顯單元。

此外，可分別針對水平及垂直方向，以相互獨立的方式為受限視界定義及實施期望的、用於模式B2的受限角度範圍。舉例而言，與水平方向相比，在垂直方向上可採用更大之視角甚或不加以限制，例如就自動取款機而言，需要供身高不同的人查看，而同時應對側視作大幅限制。而就POS支付終端而言，由於安全規定，在模式B2下通常既需要在水平方向上，亦需要在垂直方向上進行安全限制。

本發明之螢幕尤佳用於在自動取款機、支付終端或行動設備上輸入或顯示機密資料，例如PIN密碼、電子郵件、簡訊或密碼。

根據本發明，可以下文描述的方式製造應用在前述之本發明之螢幕中的導光體。首先，將多個平面式透明矽橡膠層交替地與平面式的、摻雜有散射粒子的矽橡膠層相互平面式層合或黏合。隨後將該等平面式層合連接或黏合連接固化，而後自如此獲得之層合體或黏合體切割出至少一具有期望厚度的導光體，其中切割方向大體垂直於述及之矽橡膠層的表面。可選地，將該導光體之一 或兩個大表面密封，具體方式為，將一或多個覆蓋層相應地施覆至大表面。

故該等摻雜有散射粒子的矽橡膠層構成層片。為創建具有交叉之層片的導光體，可製造兩個自身分別僅具有平行之層片的導光體，隨後以使層片互成一角度(例如90度)的方式將該等導光體相應地平面式黏合。

根據本發明，還可按照另一方法製造應用在前述之本發明之螢幕中的導光體，此方法包括以下步驟：首先藉由一工具對一透明的熱塑性或熱彈性塑膠板進行加工，從而在述及之塑膠板中加工出空心的層片狀結構。此舉例如可透過將刀具壓入尚未固化之塑膠板，透過銑削、雷射加工或其他適宜的方法來實現。隨後用一適宜的含有散射粒子的乳液將該等空心的層片狀結構填充，並將述及之乳液的多餘殘餘物自塑膠板移除。可選地，可藉由能量輸入，例如透過UV光、可見光或熱量將該乳液固化。同樣可選地，隨後可將該塑膠板之一或兩個大表面密封，具體方式為，相應地施覆一覆蓋層，例如透過與一PET薄膜或聚碳酸酯基板層合，或透過施塗一覆蓋用透明保護漆來實現。

當然，在本發明範圍內，上述及下文還將描述之特徵不僅可按本申請所給出的方式進行組合，亦可按其他方式組合應用或單獨應用。

1‧‧‧螢幕

2‧‧‧影像再顯單元

3‧‧‧導光體

3a、3b‧‧‧導光體之層

4‧‧‧發光體

5‧‧‧散射粒子

6‧‧‧層片形式

7‧‧‧微型層片

B1‧‧‧針對自由觀看模式的工作方式

B2‧‧‧針對限制觀看模式的工作方式

下面例如結合附圖對本發明作詳細說明，此等附圖亦揭示本發明之特徵。其中圖1為光之輸出耦合的剖視圖，該光側向輸入耦合至一導光 體，具有既定之輻射特性，圖2為源自影像再顯單元之光之穿過導光體的剖視圖，圖3為處於針對限制觀看模式之工作方式B2下的螢幕的剖視圖，其中經成像器調變之光被源自導光體之光疊加，以實現觀看保護效果，圖4為處於針對自由觀看模式之工作方式B1下的螢幕的剖視圖，其中經成像器調變之光未被源自導光體之光疊加，圖5為導光體之一包含平行之微型層片的有利設計方案的原理圖，圖6為導光體之一包含交叉之微型層片的有利設計方案的原理圖，圖7為導光體之理想輸出耦合條件的發光密度特性曲線，圖8為導光體之實際輸出耦合條件的發光密度特性曲線，其含有充當散射粒子的硫酸鋇，圖9為螢幕之一特殊設計方案，其中導光體由兩個層構成，該等層自身為導光體，圖10為導光體之包含以層片形式佈置之散射粒子的設計方案，連同關斷之發光體，圖11為導光體之包含以層片形式佈置之散射粒子的設計方案，連同接通之發光體，圖12為本發明之處於針對限制觀看模式之工作方式B2下的螢幕的原理圖，以及圖13為本發明之處於針對自由觀看模式之工作方式B1下的螢幕的原理圖。

圖式並不採用精準的比率，僅用作原理圖，其中亦包括剖視圖。

圖1為光之輸出耦合的原理圖，該光自發光體4側向輸入耦合至一導光體3(在此僅以剖視圖中之較小截取部分示出)，具有既定之輻射特性。小點表示散射粒子5，其充當針對自發光體4側向輸入耦合之光的散射中心。由於全反射，輸入耦合之光之射束(加粗繪示之射束)在外壁上被重新投射回導光體3，直至最終到達散射粒子5，以進行期望之輸出耦合。該輸出耦合係透過針對每個散射粒子5的五個細射束之組繪示。其中，以一定角度朝向側面之長射束表示：在較大程度偏離導光體3之表面法線的角度範圍內的較高程度的光輸出耦合。如較短之射束所示，在更靠近導光體3之表面法線的角度範圍內，輸出耦合之光已減少，而沿導光體3之表面法線輸出耦合之光減小至最小程度，在此透過最短的向上箭頭示出。為便於識別，圖1中之繪示大幅簡化；在現實中，在導光體3中實施有大量射束路徑及散射粒子5。

圖2為源自(在此未繪示之)影像再顯單元2之光之穿過導光體3的原理圖。其中，導光體3中之散射粒子5的作用大體可忽略，因為源自背照燈之光透過影像再顯單元2，即不由發光體4透過窄側側向輸入耦合，故不或近乎不因導光體3中之全反射而來回偏轉。在工作方式B1下，由影像再顯單元2調變至光的影像資訊相應地近乎不受影響地穿過導光體3。

圖3為處於針對限制觀看模式之工作方式B2下的螢幕1的原理圖，其中經影像再顯單元2調變之光被源自導光體3之光疊加，以實現觀看保護效果。

圖3示出一影像再顯單元2，例如LCD或OLED顯示器，一沿視向設於影像再顯單元2前的板狀透明導光體3，其平均霧度值小於10%(根據ASTM D1003量測)，以及側向設於導光體3之窄側上之發光體4，較佳在相對之窄側上設有額外的發光體4。例如較佳可將冷白LED用作發光體，例如採用行佈局。

其中，發光體4在工作方式B2下接通，使得在第一替代方案中，或是因空間式及/或基於聚集分佈於導光體3中之散射粒子5(圖3未繪示)，或是因設於或構建於導光體3之大表面中之至少一個(在此為上部大表面)上的輸出耦合元件，產生一光輻射特性，其中在與導光體3之至少一大表面之表面法線互成之角度α(其中0°αθ，其中10°θ60°)下測得的平均發光密度以至少一因數X(其中X1.2)小於導光體3之同一大表面的、以與表面法線互成之角度α>θ輻射的最大可測發光密度(最大可測單值)。角度α例如可為10°、20°、30°、45°，或為另一合理值。

在第二替代方案中，影像再顯單元2具有一光輻射特性，其中較與表面法線互成αθ之角度的情形，沿影像再顯單元2之表面法線方向之發光密度更高。

藉此，在工作方式B2下自影像再顯單元2發出的、被影像資訊加以調變之光(在圖3中以淺色粗箭頭繪示)被導光體3所平面式輻射之光(在圖2中以不同長度之細箭頭示出)疊加。藉此將顯示於該影像再顯單元上之影像資訊的自視角α>θ的可見性減小，甚或調整為不可見。

在此可沿水平線、垂直線及/或螢幕1之另一方向，但總是相對表面法線量測角度α。例如在為水平及垂直角度量測預 設定之條件生效的情況下，在工作方式B2下無法自斜角自左、右、上及下觀看螢幕1。但在僅為水平角度量測預設定之條件生效的情況下，在工作方式B2下僅無法自左側及右側自斜角觀看螢幕1。通常仍可自上方及下方觀看。

與此對應地，圖4為處於針對自由觀看模式之工作方式B1下的螢幕1的原理圖，其中經影像再顯單元2調變之光(淺色粗箭頭)未被源自導光體3之光疊加，因為發光體4在此係關斷。故影像再顯單元2之光大體不受影響地穿過導光體3，進而大體不受影響地到達觀察者。

在此設計方案及其他設計方案中，上述因數X亦可另行選擇，如X2.5或X4、5、6、10、20、50、100或更大。此因數表示與沿表面法線輻射之光相比，該導光體朝「側向」視角輻射光的增大程度。

根據螢幕1之一有利設計方案，在導光體3中以微型層片7的形式加入有散射粒子5，其中微型層片7又嵌入在透明的非散射材料中。其中，該等微型層片之厚度通常可介於30μm與150μm之間，且高度可介於30μm與300μm之間。自微型層片至微型層片的平均中心距通常可介於40μm與150μm之間。可採用其他值。重要之處在於，自高度至中心距之脈波任務因數足夠大，以便在斜視微型層片的情況下將光充分地輸出耦合。

就此而言，圖5為導光體3之一包含平行之微型層片7的有利設計方案的原理圖，以及，圖6為導光體3之一包含交叉之微型層片7的有利設計方案的原理圖。

此外，微型層片7可平行(參閱圖5)及/或以一定角度 交叉(參閱圖6)，在此為清楚起見未示出所有微型層片7。在平行佈置的情況下，自此等微型層片之光輸出耦合導致：與所示影像資訊的光重疊僅在一維度中減小可見性，例如左-右或上-下。而若微型層片7交叉，例如呈矩形交叉，則自此等微型層片之光輸出耦合導致：與所示影像資訊的光重疊在兩個維度中減小可見性，即同時左-右及上-下。

根據一可行實施方案，微型層片7由摻入有散射粒子5之矽橡膠構成。在此情形下，散射粒子5例如可實施為二氧化鈦或硫酸鋇粒子，倍半氧矽烷粒子，及/或經交聯之聚苯乙烯粒子，其中微型層片7自身又嵌入在透明的矽橡膠中。

作為替代方案，亦可不採用位於微型層片結構中之散射粒子5。在此情形下，如上文所述，散射粒子大體均勻地分佈在導光體3中。

圖7針對導光體3之理想輸出耦合條件示例性示出相對發光密度隨與表面法線互成之角度變化的特性曲線，其中角度θ=30°。在此種理想情形下，在導光體3之大表面中的至少一個上，一光輻射特性起主導作用，其中在與表面法線互成0°α30°的角度範圍內，近乎不將光輸出耦合，而在與表面法線互成30°α90°的角度範圍內則以一發光密度進行輻射，其儘可能接近甚或高於螢幕1在此方向上的發光密度。但此理想情形在實踐中近乎無法實現。與此對應地，圖8示出示例性導光體3之實際輸出耦合條件的相對發光密度特性曲線，該導光體含有充當散射粒子5的硫酸鋇粒子。

藉此便可實現導光體3之一輻射特性，其中與互成較 大角度(例如大於30°或45°)之情形相比，在與導光體之表面法線互成較小角度的情況下，輸出耦合之光顯著減少，此為期望之情形。

根據一特殊設計方案，如圖9所示，導光體3由兩個層3a、3b構成，該等層自身又為透過擠出過程製造的導光體，其中層3a、3b如此藉由其大表面緊密地相互抵靠，使得其擠出方向(藉由箭頭所示)交叉。背景在於，擠出方向對導光體3之光輻射特性有重要影響。若該等擠出方向交叉，則可在影像再顯單元2前既朝向左-右，亦朝向上-下實現光輸出耦合，從而實現源自影像再顯單元2之光的疊加。在此情形下，如此進行光自發光體4至導光體3的輸入耦合，使得光輸入耦合至兩個層3a、3b。

圖4亦用於闡釋根據第二替代方案之螢幕1，其中影像再顯單元2具有對應的光輻射特性。

在工作方式B1下，發光體4關斷，故自影像再顯單元發出的、被影像資訊加以調變之光大體不受影響地穿過導光體3。

但在未單獨繪示之工作方式B2下，發光體4接通，故自影像再顯單元發出的、被影像資訊加以調變之光被導光體3所平面式輻射之光疊加，藉此將顯示於影像再顯單元2上之影像資訊的自視角α>θ的可見性減小，甚或調整為不可見。適用於第二替代方案之影像再顯單元2例如如下生成：在LCD中為實現LCD面板與背光之間的光聚集而以交叉的OLF及/或交叉的BEF工作。

重要之處在於，在需要針對視界加以封鎖之角度下，與源自影像再顯單元2之光相比，源自導光體3之光的相對亮度總體上更高，而在未封鎖之角度下，此關係正好反轉，即自此等視向視之，影像再顯單元2之光的強度應高於源自導光體3之疊加光。

對於螢幕1之根據第二替代方案的前述解決方案而言適用的是：導光體3可由一透明的熱塑性或熱彈性塑膠以及大體均勻分佈於塑膠中之散射粒子5構成，其中散射粒子5例如由二氧化鈦、硫酸鋇、倍半氧矽烷粒子或經交聯之聚苯乙烯粒子構成。

較佳將平均粒度為150-500nm、相對導光體3之重量的濃度為0.01-300重量ppm的二氧化鈦粒子用作透明導光體3中之散射粒子5。尤佳地，為導光體3採用0.1-50重量ppm，較佳0.1-10重量ppm的二氧化鈦散射粒子濃度。其中二氧化鈦粒子之平均粒度為160至450nm，但尤佳為170至400nm。導光體3之根據ASTM D1003量測的霧度值落在0.2至2%的範圍。

但亦可將適宜濃度的粒度約3μm的硫酸鋇、粒度約4μm的經交聯的聚苯乙烯粒子或粒度約2μm的倍半氧矽烷粒子用作散射粒子5。

此外，導光體3可含有至少40wt%，較佳至少60wt%的聚甲基丙烯酸甲酯(相對其重量而言)。

藉此便可實現導光體3之一輻射特性，其中與互成較大角度(例如大於30°或45°)之情形相比，在與表面法線互成較小角度的情況下，輸出耦合之光顯著減少。

此外，板狀導光體具有至少兩個彼此相對之大表面，其相互平行或傾斜。亦可採用楔形結構，儘管平行之大表面較為有利。該導光體之合理厚度通常介於0.5mm(包含在內)與4mm(包含在內)之間。視具體情形，亦可採用其他合理厚度。

對於所有設計方案皆適用的是，該影像再顯單元例如可為LCD、OLED、電漿顯示器、FED螢幕、SED螢幕、VFC螢幕 或另一類型之螢幕1。但該影像再顯單元亦可為靜態性，例如一自背側照亮之薄膜甚或一印刷影像。亦可採用其他方案。

在本發明之所有設計方案中，述及之發光體皆為LED或LED行列，或者為雷射二極體。亦可採用其他方案，其皆落入本發明之範圍。

圖10為導光體3之包含以層片形式6佈置之散射粒子5的設計方案的原理圖，連同關斷之發光體4。

與此對應地，圖11為導光體3之包含以層片形式6佈置之散射粒子5的設計方案的原理圖，其中發光體4在此情形下接通。圖中亦示出自以層片形式6佈置之散射粒子5發出的光束，該等散射粒子例如由以上述濃度及尺寸加入之二氧化鈦構成。此等散射粒子係用短小的粗箭頭繪示。該二交叉之虛線表示：在發光體4之接通狀態下，穿過導光體3之目光因散射粒子5之光輻射而受到限制。

此外，圖12為具有此種導光體3以及影像再顯單元2的螢幕1在針對限制觀看模式之工作方式B2下的原理圖。與圖11對應，發光體4在此係接通。故影像再顯單元2所發出之光束(在此以長實線表示)被散射粒子5所發出之光疊加。就結果而言，觀察者僅可自受限之視域(透過虛線示出)不受影響地自上方觀看影像再顯單元2。在斜視的情況下，與源自散射粒子5之光的疊加使得顯示於影像再顯單元2上之影像或是完全，或是至少部分疊化。藉此實現工作方式B2。

圖12亦用於闡釋包含充當導光體3中之散射粒子5的螢光粒子的設計方案：亦即，發光體4在工作方式B2下發射UV 光，其自導光體3被導引至以層片形式6佈置之散射粒子，並且激勵此等散射粒子，使其在可見光譜中發光。在斜視的情況下，與此源自散射粒子5之光的疊加使得顯示於影像再顯單元2上之影像或是完全，或是至少部分疊化。藉此實現工作方式B2。

最後，圖13為具有影像再顯單元2的螢幕1在針對自由觀看模式之工作方式B1下的原理圖。與圖10對應，發光體4在此係關斷。故影像再顯單元2所發出之光束(在此以長實線表示)未被光疊加，因為無來自散射粒子5之光。就結果而言，觀察者可自任意角度不受影響地自上方觀看影像再顯單元2，因為散射粒子5大體不對影像再顯單元2所發出之光起作用。藉此實現工作方式B1。

述及之作為螢幕部件的導光體係可佈置在螢幕正面，故此等導光體可應用於儘可能多種類型之螢幕，如LCD及OLED。毋須例如對LCD之背照燈進行干預。

前述螢幕有助於實現易於在實踐中實施之解決方案，以便透過選擇性限制之視角實現資訊之安全顯示，同時在另一工作方式下實現視角儘可能不受限制的自由視界。本發明能夠藉由簡單的構件以低成本實現。在兩個工作方式下，皆可使用所採用之成像器的原生解析度。除此之外，該解決方案僅引起較小之光損耗，甚或不引起光損耗，具體視設計方案而定。

本發明可應用於任何顯示及/或輸入機密資料的情形，如PIN輸入、自動取款機或支付終端上之資料顯示、密碼輸入或在行動設備上讀取電子郵件。

Claims (19)

1. 一種螢幕，其能夠在至少兩個針對自由觀看模式及針對限制觀看模式的工作方式B1及B2下工作，包括一影像再顯單元(2)，一沿視向設於該影像再顯單元(2)前的板狀透明導光體(3)，以及若干側向設於該導光體(3)之窄側上的發光體(4)，其特徵在於，該影像再顯單元(2)係沿視向設於該導光體(3)後，該導光體(3)之根據ASTM D1003量測的霧度值小於20%，其中在工作方式B1下，該等發光體(4)關斷，故自該影像再顯單元(2)發出的、被影像資訊加以調變之光大體不受影響地穿過該導光體(3)，以及其中在工作方式B2下，該等發光體(4)接通，在第一替代方案中或是因空間式及/或基於聚集分佈於導光體(3)中之散射粒子(5)，或是因設於或構建於導光體(3)之大表面中之至少一個上的輸出耦合元件，產生一光輻射特性，其中在與導光體(3)之至少一大表面之表面法線互成之角度α下，其中0°αθ，其中10°θ60°，測得的平均發光密度以至少一因數X，其中X1.2，小於導光體(3)之同一大表面F1的、以與表面法線互成之角度α>θ輻射的最大可測發光密度，以及/或者在第二替代方案中，該影像再顯單元(2)具有一光輻射特性，其中較與表面法線互成αθ之角度的情形，沿影像再顯單元(2)之表面法線方向之發光密度更高，在工作方式B2下，該影像再顯單元(2)所發出的、被影像資訊加以調變之光被該導光體(3)透過一較大角度範圍平面式輻射的光疊 加，從而將顯示於影像再顯單元(2)上之影像資訊的自視角α>θ的可見性減小，甚或調整為不可見。
2. 如請求項1之螢幕，其中，該導光體(3)之霧度值小於10%，以及/或者，角度θ為10°、30°、45°，以及/或者，因數X2.5。
3. 如請求項1之螢幕，其中，角度θ係可根據射入之光量預設定。
4. 如請求項1之螢幕，其中，在設有散射粒子(5)的情況下，該導光體(3)由一透明的熱塑性或熱彈性塑膠構成，該等散射粒子(5)大體均勻分佈在該塑膠中，其中散射粒子(5)較佳由二氧化鈦、硫酸鋇、倍半氧矽烷粒子或經交聯之聚苯乙烯粒子構成。
5. 如請求項4之螢幕，其中，該透明導光體(3)包含一基質塑膠A以及分佈於其中之由聚合物B構成的散射粒子(5)，其中相對基質塑膠A而言，該等由聚合物B構成的散射粒子(5)的比例為0.00001至5wt%，且聚合物B之折射率nD(B)比基質塑膠A之折射率nD(A)高至少0.002個單位。
6. 如請求項1之螢幕，其中，該導光體(3)由兩個層(3a,3b)構成，該等層自身又為透過擠出製程製造的導光體，其中該等層(3a,3b)藉由其大表面以擠出方向交叉的方式相互抵靠。
7. 如請求項1之螢幕，其中，在該導光體(3)前沿視向設有另一導光體，以及，在該導光體(3)及該額外導光體之各一大表面上設有或構建有輸出耦合元件，其中發光體(4)係設於該導光體(3)之一窄側以及該額外導光體之與此窄側相對的窄側上，且其中，透過該等輸出耦合元件預設定一不對稱的光輻射特性，使得光射入沿入射方向的四分之一空間。
8. 如請求項1至7中任一項之螢幕，其中，該等發光體(4)輻射 具有一顏色之光，該顏色未出現在該影像再顯單元(2)所顯示之影像中。
9. 如請求項1至7中任一項之螢幕，其中，該等發光體(4)輻射具有一顏色之光，該顏色出現在該影像再顯單元(2)所顯示之影像中，或處於接近此種顏色之色譜中。
10. 如請求項1至7中任一項之螢幕，其中，該等發光體(4)輻射具有一顏色之光，該顏色大體與出現在該影像再顯單元(2)所顯示之影像中之顏色的補色相當。
11. 一種螢幕，其能夠在至少兩個針對自由觀看模式及針對限制觀看模式的工作方式B1及B2下工作，包括一影像再顯單元(2)，一沿視向設於該影像再顯單元(2)前的板狀透明導光體(3)，以及若干側向設於該導光體(3)之窄側上的發光體(4)，其特徵在於，該導光體(3)由塑膠構成，在該導光體(3)中分佈有形式為平行或交叉之長形微型層片(7)的散射粒子(5)，但其中在導光體(3)中無位於該等微型層片(7)外的散射粒子(5)，以及/或者，在該導光體(3)之大表面中的至少一個上構建有或設有輸出耦合元件，藉此在該等發光體(4)關斷的工作方式B1下，源自該影像再顯單元(2)之光大體不受影響地穿過導光體(3)，以及藉此在該等發光體(4)接通的工作方式B2下，源自該影像再顯單元(2)之光被導光體(3)近乎僅自以微型層片(7)形式佈置之散射粒子(5)輻射的光疊加，從而在斜視影像再顯單元(2)的情況下對顯示於 影像再顯單元(2)上之影像的可見性加以限制。
12. 如請求項11之螢幕，其中，該透明導光體(3)中之散射粒子(5)係具有平均粒度為150-500nm及相對該導光體(3)之重量的濃度為0.01-300重量ppm的二氧化鈦粒子。
13. 如請求項11之螢幕，其中，該透明導光體(3)包含一基質塑膠A以及分佈於其中之由聚合物B構成的散射粒子(5)，其中相對基質塑膠A而言，該等由聚合物B構成的散射粒子(5)的比例為0.01至3wt%，且聚合物B之折射率nD(B)比基質塑膠A之折射率nD(A)高至少0.002個單位。
14. 如請求項11之螢幕，其中，將在用UV光照明時輻射可見光的螢光粒子用作散射粒子(5)，以及，將輻射UV光的LED用作發光體(4)。
15. 如請求項11至14中任一項之螢幕，其中，在該影像再顯單元(2)之頂側上及/或在該導光體(3)之大表面中的至少一個上設有用於減小反射的構件，例如防眩光及/或抗反射塗層。
16. 如請求項11至14中任一項之螢幕，其中，該等發光體(4)適於輻射具有一或多個預設定之顏色的光。
17. 一種請求項11至16中任一項之螢幕之應用，用於在自動取款機、支付終端或行動設備上輸入或顯示機密資料，例如PIN密碼、電子郵件、簡訊服務或密碼。
18. 一種製造針對請求項11至16中任一項之螢幕之應用的導光體的方法，包括以下步驟：將多個平面式透明矽橡膠層交替地與平面式的、摻雜有散射粒子(5)的矽橡膠層相互平面式層合或黏合， 將述及之平面式層合連接或黏合連接固化，自如此獲得之層合體或黏合體切割出至少一具有期望厚度的導光體(3)，其中切割方向大體垂直於述及之矽橡膠層的表面。
19. 如請求項18之方法，其中，將該導光體(3)之一或兩個大表面密封，具體方式為，將一覆蓋層或多個覆蓋層施覆至相應的大表面。