TWI659248B - 光學元件及應用其之顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種光學元件，包括多個光偏折區域，其中此些光偏折區域各自包含兩種或兩種以上週期的繞射結構。

Description

光學元件及應用其之顯示裝置

本發明是有關於一種光學元件及顯示器，且特別是有關於一種使光偏折之光學元件及應用其之顯示裝置。

現在的顯示器中包含許多按照特定的週期排列而成的結構，若施加在顯示器上的光學膜片的微結構也是按照特定的週期排列時，兩種週期性結構就會產生干涉現象的摩爾紋(Moire pattern)，嚴重影響顯示效果。因此，需要開發可改善摩爾紋的光學膜片。

本發明係有關於一種光學元件及應用其之顯示裝置，用以消除週期排列的結構干涉所產生的摩爾紋。

根據本發明之一方面，提出一種光學元件，包括多個光偏折區域，其中此些光偏折區域各自包含兩種或兩種以上週期的繞射結構。

根據本發明之一方面，提出一種顯示裝置，其包括一顯示器以及設置於顯示器的出光側的光學元件。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下 文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

1‧‧‧顯示裝置

10‧‧‧顯示器

20‧‧‧光學元件

21a~21d‧‧‧第一圖案

22‧‧‧光偏折區域

23‧‧‧軌跡

24‧‧‧光偏折區域

25‧‧‧軌跡

A₁‧‧‧第一振幅

A₂‧‧‧第二振幅

D₁、D₂‧‧‧特徵尺寸

T₁‧‧‧第一週期

T₂‧‧‧第二週期

32‧‧‧圓形光偏折區域

33、35‧‧‧軌跡

34‧‧‧圓形光偏折區域

36‧‧‧方形光偏折區域

P₁‧‧‧第一軌距

P₂‧‧‧第二軌距

P₃‧‧‧第三軌距

P₄‧‧‧第四軌距

42a、42b‧‧‧光偏折區域

43a、43b、45a、45b‧‧‧軌跡

52‧‧‧光偏折區域

53a~53e‧‧‧繞射結構

63a、63b、63c‧‧‧繞射結構

T₅‧‧‧第一週期

T₆‧‧‧第二週期

T₇‧‧‧第三週期

w₁、w₂‧‧‧週期

h₁、h₂‧‧‧振幅

72a‧‧‧方波形繞射結構

72b‧‧‧鋸齒形繞射結構

72c‧‧‧正弦波形繞射結構

72d‧‧‧斜齒形繞射結構

w‧‧‧半高全寬

T_g‧‧‧週期

θ‧‧‧天頂角

ψ‧‧‧方位角

S₁、S₂‧‧‧局部區域

第1A圖繪示依照本發明一實施例之顯示裝置及其光學元件的示意圖。

第1B圖繪示四種實施方式之光學元件的示意圖。

第2A及2B圖繪示光偏折區域在第一方向上沿著軌跡排列的示意圖及區域S₁的放大示意圖。

第3A及3B圖繪示光偏折區域在第一及第二方向上沿著軌跡排列的示意圖及區域S₂的放大示意圖。

第4A及4B圖繪示兩組沿著軌跡排列的光偏折區域的示意圖。

第5A及5B圖繪示兩組沿著軌跡交錯排列的光偏折區域的示意圖。

第6A及6B圖繪示三組沿著軌跡排列且部分重疊的光偏折區域的示意圖。

第7A圖繪示具有單一週期的繞射結構的示意圖。

第7B至7E圖繪示包含兩種或兩種以上週期的繞射結構的示意圖。

第8A至8C圖繪示繞射結構的週期(或密度)與振幅漸變的側面示意圖。

第9A至9D圖繪示四種不同型態的繞射結構的半高全寬的示意圖。

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。

請參照第1A圖，顯示裝置1包括顯示器10以及光學元件20。光學元件20係配置在用以顯示影像之顯示器10的出光側上。顯示器10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。同時前述顯示器10也可以與其他元件(例如設置觸控元件而形成一觸控面板)做結合，光學元件20亦可搭配其他元件(例如抗反射膜、觸控面板)配置在顯示器10的出光側上。

光學元件20可為設置有光偏折結構之膜片，用以偏折顯示器10所發出之光線。在此套用球座標系統的概念，在平行於顯示器10之顯示面的平面上，選定二條互相垂直的線為座標軸，一般以指向右方之水平線稱為X軸，指向上方的垂直線稱為Y軸，並將垂直於顯示器10之顯示面的軸線定義為Z軸，藉此可將觀看顯示器10的觀測角以球座標系統中的天頂角θ與方位角ψ來表示。其中，ψ為方位角，此方位角ψ為圖中在X軸及Y軸平面上與X軸所夾的角度，方位角ψ可由0度至360度。而天頂角θ為與Z軸所夾得角度，天頂角θ可由+90度至-90度。任意兩方向所夾角度的表示方式以逆時針方向夾角為正、順時針方向夾角為負。在一實施例中，可定義平行於水平線之軸線為X軸，平行於鉛垂線之軸線為Y軸，而垂直於X軸及Y軸之所在平面的第三維座標定義為Z軸。

請參照第1A及1B圖，在一實施例中，光學元件20包括至少一光偏折區域以及光偏折區域以外的一般區域(非光偏折區域)。光偏折區域能對特定方向穿透的光線造成零階偏折(出射方向不變直接出射)光強度和非零階偏折(出射方向改變)光強度的比值低於100的高偏折效果，而「一般區域(或非光偏折區域)」則係對穿透的光線造成零階偏折(直接出射)光強度和非零階偏折(出射方向改變)光強度的比值高於100的低偏折效果，以增強光的透過量。或者，「一般區域(或非光偏折區域)」幾乎不讓光線穿過，亦即為非透光的區域，也可以有相同的效果。

請參照第1B圖，光學元件20包括由光偏折區域排列而成的第一圖案，其可透過例如刻印、壓印、轉印或印刷所等工法形成。第一圖案是指光偏折區域分布範圍所構成的圖形，可有多種實施方式，以下僅列舉4種作為概念性示例。第一種實施方式(1)中，光偏折區域均勻分布在整個光學元件20上，也就是說，第一圖案21a等同光學元件20之規格尺寸；第二種實施方式(2)中，光偏折區域分布在光學元件20內部，並在光學元件20上形成無光偏折區域的外圈。在此實施方式中，第一圖案21b小於光學元件20之規格尺寸；第三種實施方式(3)中，第一圖案21c在一方向(例如圖中平行Y軸之方向)上小於光學元件20之尺寸，並在此方向上形成二組或二組以上之間隔性排列，且其排列可具週期性；第四種實施方式(4)中，第一圖案21d在二方向(例如圖中平行X軸及Y軸之方向)上均小於光學元件20之尺寸，並可沿 其中之一方向形成二組或二組以上之間隔性排列，且其排列可具週期性。綜合上述實施例，光偏折區域可佔光學元件面積之30~100%。在一實施例中，光偏折區域佔光學元件面積大於90%，例如：光偏折區域佔光學元件面積95~100%。應注意的是，第一圖案之邊線可為直線或波形曲線，在上述(2)-(4)實施方式中係以波形軌跡作為示例。

本說明書之一實施例中，在第一圖案之光偏折區域可在第一方向上沿著週期函數排列，也就是說，這些光偏折區域排列在至少一週期性軌跡上。或者，在另一實施例中，第一圖案之光偏折區域可在第一方向上沿著第一週期函數排列，並在不同於第一方向之第二方向上沿著第二週期函數排列，也就是說，這些光偏折區域排列在二個週期性軌跡之交會點上。上述週期函數可例如為波形函數。舉例而言，光偏折區域可在平行X軸之方向上沿著第一波形軌跡排列，其中第一波形軌跡具有固定週期T₁以及垂直於X軸方向的固定振幅A₁；或者，光偏折區域可在平行X軸之方向上沿著第一波形軌跡排列，並在平行Y軸之方向上沿著第二波形軌跡排列，且第二波形軌跡具有固定週期T₂以及垂直於Y軸方向的固定振幅A₂。但第一及第二波形軌跡亦可具有變化週期或具有變化振幅，本發明對此不加以限制。

以下參照附圖說明光偏折區域可能的排列方式。請參照第2A及3A圖，其繪示光學元件20上一部分光偏折區域22的排列示例，其中空白的部分表示被省略光偏折區域22或不具 有光偏折效果的非光偏折區域。詳細而言，光學元件20具有多個光偏折區域22、24，而光偏折區域22、24排列所構成的圖形即為第一圖案。光偏折區域可為圓形、橢圓形或多邊形，多邊形例如是三角形、正方形、四邊形、五邊形或六邊形等等。光偏折區域具有特徵尺寸D₁，若光偏折區域為圓形，其特徵尺寸D₁定義為直徑；若光偏折區域為多邊形，特徵尺寸D₁定義為多邊形之外接圓直徑；若光偏折區域為橢圓形，特徵尺寸D₁定義為長短軸之算術平均值；在其他實施例中，可依光偏折區域的形狀採用相似圖形的特徵尺寸定義。在一實施例中，特徵尺寸D₁可為4~80微米，例如30~60微米或20~70微米左右。光偏折區域可占光學元件面積之30%~100%。

在一實施例中，請參照第2A及2B圖，光偏折區域22在第一方向(例如：方位角ψ=0或平行X軸之方向)上沿著軌跡23排列，軌跡23為具有第一週期T₁以及第一振幅A₁之波形軌跡，其中第一週期方向係平行於第一方向(平行X軸之方向)，第一振幅方向係垂直於第一方向(垂直X軸之方向)。此處的第一週期T₁為波峰到波峰(或波谷到波谷)的距離，而第一振幅A₁指平衡點位置到波峰或波谷的距離，為波峰到波谷的一半距離。軌跡23可以函數表示為。在一實施例中，第一振幅A₁及第一週期T₁可大於等於兩倍的光偏折區域22的特徵尺寸D₁，也就是說A₁≧2D₁及T₁≧2D₁。此外，第一振幅A₁與第一週 期T₁的比值可大於零且小於等於10，也就是說0<≦10。在另一實施例中，A₁≧5D₁及T₁≧10D₁。舉例來說，第2A及2B圖之圓形光偏折區域22的直徑D₁為30微米時，第一振幅A₁例如為1釐米(mm)，第一週期T₁例如為1釐米(mm)。在此實施例中，光偏折區域22在第二方向(例如：方位角ψ=90或平行Y軸之方向)上沿著直線排列。

在另一實施例中，請參照第3A及3B圖，光偏折區域22及24除了在第一方向(例如：方位角ψ=0或平行X軸之方向)上沿著軌跡23排列之外，還在第二方向(例如：方位角ψ=90或平行Y軸之方向)上沿著軌跡25排列，亦即，光偏折區域22及24係排列在軌跡23與軌跡25之交會處。軌跡25為具有第二週期T₂以及第二振幅A₂之波形軌跡，其中第二週期方向係平行第二方向(平行Y軸之方向)，第二振幅方向係垂直於第二方向(垂直Y軸之方向)。此處的第二週期T₂為波峰到波峰(或波谷到波谷)的距離，而第二振幅A₂指平衡點位置到波峰或波谷的距離，為波峰到波谷的一半距離。軌跡25可以函數表示為Y₂=A₂sin。在一實施例中，第二振幅A₂及第二週期T₂可大於等於兩倍的光偏折區域22及24的特徵尺寸D₁，也就是說A₂≧2D₁及T₂≧2D₁。此外，第二振幅A₂與第二週期T₂的比值可大於零，小於等於1，也就是說0<≦1。舉例來說，第3A及3B圖之圓 形光偏折區域22的直徑D₁為30微米時，第一振幅A₁例如為1釐米(mm)，第一週期T₁例如為1釐米(mm)，第二振幅A₂例如為0.1釐米(mm)，第二週期T₂例如為3釐米(mm)。在一實施例中，第一振幅A₁與第一週期T₁的比值大於第二振幅A₂與第二週期T₂的比值，也就是說，>。的數值越大，表示週期為T₁、振幅為A₁的軌跡23越陡峭，而的數值越小，表示週期為T₂、振幅為A₂的軌跡25越平緩。

在一實施例中，光偏折區域係在方位角ψ=0±20度之方向上沿軌跡23排列，並在方位角ψ=90±20度之方向上沿軌跡25排列，亦即，軌跡23及軌跡25兩者的方向不同，且軌跡23及軌跡25兩者的夾角可介於50~130度之間。在另一實施例中，光偏折區域係在方位角ψ=45±30度之方向上沿軌跡23排列，並在方位角ψ=135±30度之方向上沿軌跡25排列，亦即軌跡23及軌跡25兩者的夾角可介於30~150度之間。因此，本發明之顯示裝置1可視實際需求調整光學元件20上的第一圖案的軌跡23、25的方位角，以產生不同的偏折效果。

在一實施例中，軌跡23例如為正弦函數或近似正弦函數，但亦可包含多種的週期性函數，不限定只有一種週期性函數，亦可為多種週期性函數的總和。當軌跡23的函數是由多個相同週期的週期性函數相加而得，那麼軌跡23的週期仍相同，若軌跡23的函數是由多個不同週期的週期性函數相加而得，則 軌跡23的週期為這些週期的最小公倍數，例如週期2π的函數與週期3π的函數相加，可得到週期6π的函數。同樣，軌跡25也是如此，在此不再贅述。因此，上述的軌跡23、25皆可由相同或不同週期的週期性函數相加而得，若以正弦及/或餘弦函數組成的傅立葉級數f(t)表示，t[-π,π]，a_n、b_n為振幅，可得到下列式子：

為了簡化圖式，下圖中僅以部分光偏折區域排列的圖案做說明。在一實施例中，請參照第4A圖，以8個圓形光偏折區域32為例，圓形光偏折區域32在第一方向(方位角ψ=0)上以相鄰二組且每組四個排列在軌跡33上，在第二方向(方位角ψ=90)上以相鄰四組且每組二個排列在直線M上。其中，相鄰二組之軌跡33沿第二方向以第一軌距P₁間隔排列；相鄰四組之直線M沿第一方向以第二軌距P₂間隔排列。

在另一實施例中，請參照第4B圖，以8個方形光偏折區域36為例，方形光偏折區域36在第一方向(方位角ψ=0)上以相鄰二組且每組四個排列在軌跡33上，在第二方向(方位角ψ=70)上以相鄰四組且每組二個排列在直線M上。其中，相鄰二組之軌跡33沿第二方向以第一軌距P₁間隔排列；相鄰四組之直線M沿第一方向以第二軌距P₂間隔排列。

由上述實施例可知，光偏折區域沿第一方向排列在 第一軌跡上，並沿第二方向排列在第二軌跡上。其中，第一軌跡以第一軌距P₁間隔排列，亦即，第一軌距P₁係指最靠近兩組第一軌跡的距離，且第一軌距P₁與光偏折區域的特徵尺寸D₁之關係可表示為0.1D₁≦P₁≦25D₁；此外，第二軌跡以第二軌距P₂間隔排列，亦即，第二軌距P₂係指最靠近兩組第二軌跡的距離，且第二軌距P₂與光偏折區域的特徵尺寸D₁之關係可表示為0.1D₁≦P₂≦25D₁。在其他實施例中，第一軌距P₁與第二軌距P₂的比值可以大於等於0.1，小於等於10，也就是說，0.1≦≦10。在前述實施例中，第一軌距P₁與光偏折區域的特徵尺寸D₁之關係為0.5D₁≦P₁≦10D₁；第二軌距P₂與光偏折區域的特徵尺寸D₁之關係為0.5D₁≦P₂≦10D₁。當有兩組以上的光偏折區域時，第一軌距P₁與第二軌距P₂可為固定值或具有變化值，可視實際需求調整，以下軌距概念與此相似，不再重複贅述。

由於圓形光偏折區域32係沿著軌跡33排列，即使將上述圓形光偏折區域32與週期性排列的畫素結構相疊，仍有部分圓形光偏折區域32與部分畫素結構產生錯位(位置不相對應)而不容易產生干涉的摩爾紋(或疊影)，因而不會影響顯示效果。同樣，請參照第4B圖，沿著軌跡33排列的方形光偏折區域36也具有同樣的防干涉效果。以下實施例之防干涉效果與此相似，不再重複贅述。

請參照第5A圖，以10個圓形光偏折區域32為例， 其與第4A圖不同之處在於：圓形光偏折區域32在第一方向(方位角ψ=0)上以相鄰二組且每組五個排列在軌跡33上，在第二方向(方位角ψ=70)上以相鄰五組且每組二個排列在軌跡35上，軌跡33及軌跡35兩者的夾角可介於30~150度之間，且第一軌距P₁與第二軌距P₂的比值可以大於等於0.1，小於等於10，也就是說，0.1≦≦10。在此實施例中，第一軌距P₁與光偏折區域的特徵尺寸D₁之關係為1.1D₁≦P₁≦20D₁；第二軌距P₂與光偏折區域的特徵尺寸D₁之關係為1.1D₁≦P₂≦20D₁，光偏折區域32互相分離不重疊。同樣，請參照第5B圖，沿著軌跡33、35排列的方形光偏折區域36也可具有上述的排列方式。

在一實施例中，當的數值小於1及/或的數值小於1時，表示至少有兩組圓形光偏折區域32部分重疊，當有兩組圓形光偏折區域32部分重疊時，因重疊部分與非重疊部分可能具有不同圖案(亦即具有不同的形狀或具有不同條件的第一圖案及第二圖案)，使得重疊部分的偏折效果與非重疊部分的偏折效果有可能不同。舉例來說，將光學元件20的二膜層相疊，其中第一圖案的一組圓形光偏折區域32與第二圖案的一組圓形光偏折區域32至少部分重疊時，當使用光源對由多膜層光學元件20構成的堆疊結構來照射時，不但會產生單一層光學元件20之偏折方向的穿透光，也會產生其他偏折方向(例如斜方向)的穿透光，進而提高偏折效果。

請參照第6A圖，以12個圓形光偏折區域42a、42b及42c為例，4個圓形光偏折區域42a、4個圓形光偏折區域42b及4個圓形光偏折區域42c分別在第一方向(方位角ψ=0)上以每行四個排列在三條軌跡43a上，並在第二方向(方位角ψ=90)上以每列三個排列在四條直線M上。其中，相鄰三條之軌跡43a以第一軌距P₁間隔排列；相鄰四條之直線M以第二軌距P₂間隔排列。應注意的是，光偏折區域42a、42b及42c可分別具有相同或不同之尺寸或形狀，在此實施例中僅以圓形作為示例；光偏折區域42a、42b及42c在第一方向及第二方向上可分別沿相同或不同的軌跡進行排列，在此實施例中僅以相同的軌跡43a及直線M作為示例。光偏折區域42a、42b及42c可彼此分離或至少部分重疊，在此實施例中，光偏折區域42a與光偏折區域42b至少部分重疊，光偏折區域42b與光偏折區域42c至少部分重疊，其中光偏折區域42b位於光偏折區域42a與光偏折區域42c之間。在此實施例中，相鄰兩組軌跡43a之間的第一軌距P₁小於特徵尺寸D₁(P₁<D₁)，使得各軌跡43a上的光偏折區域之間至少部分重疊。在另一實施例中，相鄰兩軌跡43a之間的第一軌距P₁及相鄰兩直線M之間的第二軌距P₂均小於特徵尺寸D₁(P₁<D₁且P₂<D₁)，使得各軌跡43a及各直線M上的光偏折區域之間均為至少部分重疊。此處的光偏折區域可以形成在單一光學層上；或者，此處的光偏折區域可以是多層(兩層或兩層以上)光學元件20堆疊後構成的多層光偏折區域。舉例來說，光偏折區域42a與光偏折區域42c位 於光學元件20的一膜層上而形成第一圖案，光偏折區域42b位於光學元件20的另一膜層上而形成第二圖案，第一圖案與第二圖案可以具有相同的軌跡或不同的軌跡。

另外，請參照第6B圖，以二種光偏折區域42a及42b為例：光偏折區域42a在第一方向(方位角ψ=0)上以相鄰二行且每行四個排列在軌跡43a上，在第二方向(方位角ψ=90)上以相鄰四列且每列二個排列在軌跡45a上；光偏折區域42b在第一方向(方位角ψ=0)上以相鄰二行且每行三個排列在軌跡43b上，在第二方向(方位角ψ=90)上以相鄰三列且每列二個排列在軌跡45b上；其中，所述軌跡43a是以第一軌距P₁間隔排列；所述軌跡45a是以第二軌距P₂間隔排列，所述軌跡43b是以第三軌距P₃間隔排列；所述軌跡45b是以第四軌距P₄間隔排列。在一實施例中，第一軌距P₁係不同於第三軌距P₃及/或第二軌距P₂係不同於第四軌距P₄。在一實施例中，光偏折區域42b的特徵尺寸D₂大於或小於光偏折區域42a的特徵尺寸D₁。在另一實施例中，光偏折區域42b的特徵尺寸D₂等於光偏折區域42a的特徵尺寸D₁。可根據軌距P₁、P₂、P₃及P₄和特徵尺寸D₁及D₂的相對關係來決定此些光偏折區域42a及42b係彼此分離或至少部分重疊。舉例而言，當第一軌距P₁及/或第三軌距P₃小於D₁+D₂時，或第二軌距P₂及/或第四軌距P₄小於D₁時，可能發生光偏折區域部分重疊的情形。此處的光偏折區域可以形成在單一光學層上；或者，此處的光偏折區域可以是多層(兩層或兩層以上)光學元件20堆疊後 構成的多層光偏折區域。舉例來說，光偏折區域42a位於光學元件20的一膜層上而形成第一圖案，光偏折區域42b位於光學元件20的另一膜層上而形成第二圖案，第一圖案與第二圖案可以具有相同的軌跡或不同的軌跡。

上述的光偏折區域可為具有偏折效果的繞射結構，舉例說明如下。光偏折區域可包含單一週期排列的繞射結構。請參照第7A圖，光偏折區域52包含單一週期排列的繞射結構53a，例如：繞射結構53a是具有單一週期的光柵結構。光偏折區域亦可包含變化週期(或稱多重週期)之繞射結構，亦即，繞射結構可包含兩種或兩種以上週期的光柵結構。請參照第7B~7E圖，繞射結構53b~53e是具有多重週期的光柵結構，且其光柵週期變化範圍例如介於0.4~10微米之間。

在一實施例中，光偏折區域之繞射結構包含至少2個光柵組，每個光柵組至少有1個光柵單元，且同一光柵組中的光柵單元具有相同光柵週期。若將繞射結構內各個光柵組中最大光柵週期定義為C，則最接近的兩組光柵組內的光柵週期之間的變化量至少為最大光柵週期C的1%或小於最大光柵週期C的90%。舉例來說，當最大光柵週期為2微米時，最接近的兩組光柵組內的光柵週期之間的變化量至少為0.02微米或小於1.8微米。在另一實施例中，若將繞射結構內最大光柵週期與最小光柵週期之間的變化量定義為△C，則最接近的兩組光柵組內的光柵週期之間的變化量係變化量△C的5%-100%。舉例來說，當最大 光柵週期與最小光柵週期之間的變化量△C為1.2微米時，最接近的兩組光柵組內的光柵週期之間的變化量係為0.06-1.2微米。

以下說明第7B~7E圖所繪示之光偏折區域的實施方式，在此以條狀光柵作為光柵單元之實施態樣。在第7B圖中，光偏折區域52具有20個光柵組，每個光柵組具有一個光柵條，且此些光柵組沿單一方向以漸變週期排列方式構成繞射結構53b。舉例而言，光柵週期可由第一週期T₅(例如0.8微米)漸增到第二週期T₆(例如2.0微米)，以形成光柵單元密度由密漸疏的繞射結構53b。在此實施例中，因每個光柵條的光柵週期均不相同，故定義為漸變週期。在第7C圖中，光偏折區域52之繞射結構53c具有3個光柵組，每個光柵組具有3-6個光柵條，且此些光柵組之光柵週期沿單一方向以遞增方式排列。舉例而言，光柵週期可由第一週期T₅(例如0.8微米)增加到第二週期T₆(例如1.3微米)，再由第二週期T₆增加到第三週期T₇(例如2.0微米)，以形成光柵單元密度由密漸疏的繞射結構53c。在第7D圖中，光偏折區域52具有10個光柵組，每個光柵組具有1個光柵條，且此些光柵組以雙向漸變週期排列方式構成繞射結構53d。舉例而言，光柵週期可由第一週期T₅(例如2.0微米)漸減到第二週期T₆(例如0.8微米)，再由第二週期T₆漸增到第三週期T₇(例如2.0或1.3微米)，以形成光柵單元密度先疏後密，再由密漸疏的繞射結構53d(中間密，兩側疏)。在第7E圖中，光偏折區域52具有10個光柵組，每個光柵組具有1個光柵條，且此些光柵組以雙向漸變 週期排列方式構成繞射結構53e。舉例而言，光柵週期可由第一週期T₅(例如0.8微米)漸增到第二週期T₆(例如2.0微米)，再由第二週期T₆漸減到第三週期T₇(例如0.8或1.3微米)以形成光柵單元密度先密變疏，再由疏變密的繞射結構53e(中間疏，兩側密)。

相較於單一週期排列的繞射結構53a，在本實施例中，具有變化週期之繞射結構53b~53e，具有不容易產生干涉的摩爾紋(或疊影)之優點，不會影響顯示效果。

在其他實施例中，亦可透過調整光柵週期與振幅的比值改善摩爾紋。如前所述，光偏折區域之繞射結構中可包括多個光柵週期不同之光柵單元，以下僅以漸變週期之繞射結構舉例說明光柵週期與振幅之關係。請參照第8A及8B圖，其繪示繞射結構63a、63b的週期(或密度)與振幅漸變的側面示意圖。在第8A圖中，當繞射結構63a中光柵單元的週期由繞射結構63a的中央往兩側方向漸減時，光柵單元的振幅可由繞射結構63a的中央往兩側方向漸減。在第8B圖中，當繞射結構63b中光柵單元的週期由繞射結構63a的中央往兩側方向漸增時，光柵單元的振幅可由繞射結構63a的中央往兩側方向漸增。其中，w₁與h₁表示繞射結構63a、63b中央區的光柵單元的週期與振幅，而w₂與h₂表示往兩側方向靠近的光柵單元的週期與振幅。在上述二實施例中，中央區的光柵單元的週期w₁可大於或小於往兩側方向靠近的光柵單元的週期w₂，即w₁>w₂或w₁<w₂。此外，中央區的光柵單元 的振幅h₁可大於或小於往兩側方向靠近的光柵單元的振幅h₂，即h₁>h₂或h₁<h₂。在一實施例中，中央區的光柵單元的深寬比為振幅h₁與週期w₁的比值，其數值範圍可介於0.1~10，往兩側方向靠近的光柵單元的深寬比為振幅h₂與週期w₂的比值，其數值範圍可介於0.1~10。當的數值等於的數值時，表示繞射結構63a、63b中光柵單元的週期與振幅皆由中央往兩側方向等比例漸變(例如漸增或漸減)。如此，可藉由上述改變光柵單元的週期與振幅的方式，進而改變繞射結構63a、63b的偏折效果。

請參照第8C圖，繞射結構63c中光柵單元的週期與振幅亦可由繞射結構63c的一側往另一側漸變。在一實施例中，的數值例如為0.5，而的數值例如為0.5。當的數值等於的數值時，表示繞射結構63c中光柵單元的週期與振幅皆由一側往另一側等比例漸變(例如漸增或漸減)。如此，可藉由上述改變繞射結構63c中光柵單元的週期與振幅的方式，進而改變繞射結構63c的偏折效果。

請參照第9A至9D圖，其中第9A圖為方波形繞射結構72a的半高全寬的示意圖，第9B圖為鋸齒形繞射結構72b的半高全寬的示意圖，第9C圖為正弦波形繞射結構72c的半高全寬的示意圖，第9D圖為斜齒形繞射結構72d的半高全寬的示意圖。其中，T_g表示以單一週期排列的繞射結構的週期，而w表 示振幅為全高振幅的1/2處的寬度(即半高全寬)。在一實施例中，半高全寬w與週期T_g的比值可介於0.1~0.9之間。綜上所述，可藉由改變繞射結構的波形以及繞射結構的半高全寬的方式，改變繞射結構的偏折效果。

本發明上述實施例所揭露之光學元件及應用其之顯示裝置，係利用沿著波形軌跡排列的光偏折區域，來消除由於週期排列的圖案所產生的摩爾紋，因而不會影響顯示裝置的顯示效果。此外，本發明利用變化週期排列的繞射結構，也能消除由於週期排列的圖案所產生的摩爾紋，因而不會影響顯示裝置的顯示效果。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，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。

Claims (15)

1. 一種光學元件，包括：複數個光偏折區域，其中該些光偏折區域各自包含兩種或兩種以上週期的繞射結構，且該些光偏折區域能對特定方向穿透的光線造成零階偏折光強度和非零階偏折光強度的比值低於100的偏折效果。
2. 一種光學元件，包括：複數個光偏折區域，其中該些光偏折區域各自包含兩種或兩種以上振幅的繞射結構。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光學元件，其中該些光偏折區域各自包含兩種或兩種以上週期的繞射結構。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之光學元件，其中該些光偏折區域占光學元件面積之30%~100%。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之光學元件，其中該些繞射結構的深寬比為振幅與週期的比值，其數值範圍介於0.1至10之間。
6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之光學元件，其中該些繞射結構的週期變化範圍介於0.4~10微米之間。
7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之光學元件，其中該些光偏折區域在一第一方向上沿至少一組第一軌跡排列，且所述第一軌跡為具有一第一週期T₁以及一第一振幅A₁之波形軌跡。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光學元件，其中該些光偏折區域具有一特徵尺寸D，且T₁、A₁及D符合下列公式：(1)A₁≧2D；(2)T₁≧2D；及(3)0<≦10。
9. 如申請專利範圍第7項所述之光學元件，其中該些光偏折區域在一第二方向上沿至少一組第二軌跡排列，其中該第一方向與該第二方向的夾角介於30~150度之間。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光學元件，其中該第二軌跡為直線。
11. 如申請專利範圍第9項所述之光學元件，其中所述第二軌跡為具有一第二週期T₂以及一第二振幅A₂之波形軌跡。
12. 如申請專利範圍第11項所述之光學元件，其中該些光偏折區域具有一特徵尺寸D，且T₂、A₂及D符合下列公式：(1)A₂≧2D；(2)T₂≧2D；及(3)0<≦1。
13. 如申請專利範圍第9項所述之光學元件，其中該些光偏折區域具有一特徵尺寸D，而所述第一軌跡沿該第二方向以一第一軌距P₁間隔排列，且0.1D≦P₁≦25D或所述第二軌跡沿該第一方向以一第二軌距P₂間隔排列，且0.1D≦P₂≦25D。
14. 如申請專利範圍第13項所述之光學元件，其中0.1≦≦10。
15. 一種顯示裝置，包括：一顯示器；以及一如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之光學元件，設置於該顯示器的出光側。