TWI696854B - 顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
本案係提供一種顯示裝置，包括成像元件、平面式面光源以及偏光分離元件，平面式面光源用以提供複數照明光束，且平面式面光源之法線與成像元件之法線之間具有非垂直配置關係，而偏光分離元件設置於平面式面光源與成像元件之間並具有幾何柱面，用以供來自平面式面光源的照明光束投射至其上並產生反射，使照明光束往成像元件的方向行進，還供來自成像元件的成像光束通過其中而使影像向外呈現。
Description
本案係涉及光學領域，尤其關於一種顯示裝置。
隨著多媒體資訊(Multimedia)與網路(Internet)時代的來臨，影像與資訊的交流益形迅速，各種新型顯示技術應運而生。而伴隨著這些顯示技術的發展，各種各樣顯示器技術也不斷被提出，來解決與因應各種顯示應用所面臨不同的問題。
其中，由於反射式液晶顯示器具有低消耗功率、日光下可視等優點，已成為顯示器技術的發展主流之一，而用來對反射式液晶顯示器提供照明光束的照明系統，是攸關反射式液晶顯示器之成像與顯示品質的重要角色，因此，公告號為US6433935、US6976759以及US7529029的美國專利皆有針對應用於反射式液晶顯示器的照明系統進行探討。
請參閱圖1，其為公告號為US6433935的美國專利所
提供之照明系統的示意圖。發光源11所提供的照明光束會入射至楔形稜鏡12內並於其中發生全反射來擴大照射在反射式液晶顯示器13的面積與視角，詳如其說明書所揭露，在此即不再予以贅述。然而，上述照明方式會在影像出射面14出現色差並造成光軸歪斜與影像變形，不利於之後再成像的應用。
請參閱圖2，其為公告號為US6976759的美國專利所提供之偏光分離組件(PBS assembly)的示意圖。發光源所提供的照明光束21入射稜鏡20後會先投射至稜鏡面22並發生全反射而往偏光分離面23的方向行進，且投射至偏光分離面23的照明光束21再從偏光分離面23上發生反射以回到原先產生全反射的稜鏡面22並穿透稜鏡面22，進而照射在反射式光閥27的成像面上，最後，照射在反射式光閥27的成像面上的照明光束21會轉換成成像光束26，且成像光束26再依序穿過稜鏡面22、偏光分離面23以及補償稜鏡24後向外輸出。其中，補償稜鏡24可將成像光束26的光軸導正而使成像光束26沿著反射式光閥27之法線方向輸出，惟雖然如此，補償稜鏡24的設置會增加整體組件的厚度，使得反射式光閥27的成像面與出光面25之間的距離增大，不利於微型化及與短焦光學系統相搭配。
請參閱圖3，其為公告號為US7529029的美國專利所提供之影像顯示系統的示意圖。影像顯示系統30的偏光分離稜鏡32上設計有曲面34與曲面35，除了可用來導引照明光束36從發光源31照射至反射式光閥33的光學路徑，還可用來導引成像光束36’
從反射式光閥33往外輸出的光學路徑，因此是一種照明元件與成像元件相結合的設計。然而，照明元件與成像元件的相結合需要製作面形複雜的曲面稜鏡，而曲面稜鏡亦需要有較高的面精度，且組裝容許的公差也要控制在一定範圍以內，才能保證整體的成像品質。
根據以上的說明可知，習知的顯示裝置具有改善的空間。
本發明之主要目的在於提供一種其偏光分離元件具有幾合柱面的顯示裝置，且偏光分離元件的幾合柱面與成像元件之上蓋玻璃具有特定的距離分佈並搭配特定之平面式面光源的傾斜角度，使得平面式面光源所提供的照明光束可在特定的可視角內均勻地照射在成像元件的成像面上。由於具有幾合柱面的偏光分離元件不需精密光學元件射出成型或研磨製做，亦不需搭配精密的光學元件，故本案顯示裝置具有元件製作簡易與低成本的優勢。
於一較佳實施例中，本發明提供一種顯示裝置，包括：一成像元件，具有一成像面，用以提供一影像；一平面式面光源，具有一發光表面，用以提供複數照明光束，
且該發光表面之一法線與該成像面之一法線之間呈一非垂直配置關係；以及一偏光分離元件，其設置於該平面式面光源與該成像元件之間並具有一幾何柱面，且該幾何柱面係供來自該平面式面光源並屬於一第一偏極性之至少部分該照明光束投射至其上並產生反射，使屬於該第一偏極性之至少部分該照明光束往該成像元件之方向行進；其中，屬於該第一偏極性之任一該照明光束係於投射至該成像元件並進而出射該成像元件後被轉換為屬於一第二偏極性之一成像光束，且該幾何柱面還供來自該成像元件並屬於該第二偏極性之至少部分該成像光束通過其中而使該影像向外呈現。
於一較佳實施例中，當該成像面之一側邊的一半長度在2.75公厘(mm)以下時，該顯示裝置係符合以下關係式：-0.047385 Xi 2+0.771625 Xi+3.4
Yi；Yi 
-0.047385 Xi 2+0.771625 Xi+5；Yi=Mi-Ni；以及69°
θt 
78°；其中，Xi為該成像面上依據一座標軸而被定義的一位置，且該座標軸平行於該成像面之該側邊，並垂直於該成像面之該法線，而Mi為該成像面上之該位置沿著該成像面之該法線向上延伸至該幾何柱面的一間隔距離，Ni為該成像面上之該位置沿著該成像面之該法線向上延伸至該成像元件之一上表面的一間隔距離，θt為該成像面之該法線與該發光表面之該法線之間的一夾角。
於一較佳實施例中，該顯示裝置還符合以下關係式(a1)~(a6)中之一者：
(a1)當Xi=0時，3.6
Yi<3.8；(a2)當Xi=0時，3.8
Yi<4.0；(a3)當Xi=0時，4.0
Yi<4.2；(a4)當Xi=0時，4.2
Yi<4.4；(a5)當Xi=0時，4.4
Yi<4.6；以及(a6)當Xi=0時，4.6
Yi<4.8。
於一較佳實施例中，當該成像面之一側邊的一半長度大於2.75公厘(mm)且在3.5公厘(mm)以下時，該顯示裝置係符合以下關係式：-0.043299 Xi 2+0.745345 Xi+4
Yi；Yi 
-0.043299 Xi 2+0.745345 Xi+6；Yi=Mi-Ni；以及68.5°
θt 
82.5°；其中，Xi為該成像面上依據一座標軸而被定義的一位置，且該座標軸平行於該成像面之該側邊，並垂直於該成像面之該法線，而Mi為該成像面上之該位置沿著該成像面之該法線向上延伸至該幾何柱面的一間隔距離，Ni為該成像面上之該位置沿著該成像面之該法線向上延伸至該成像元件之一上表面的一間隔距離，θt為該成像面之該法線與該發光表面之該法線之間的一夾角。
於一較佳實施例中，該顯示裝置還符合以下關係式(b1)~(b8)中之一者：(b1)當Xi=0時，4.2
Yi<4.4；(b2)當Xi=0時，4.4
Yi<4.6；
(b3)當Xi=0時，4.6
Yi<4.8；(b4)當Xi=0時，4.8
Yi<5.0；(b5)當Xi=0時，5.0
Yi<5.2；(b6)當Xi=0時，5.2
Yi<5.4；(b7)當Xi=0時，5.4
Yi<5.6；以及(b8)當Xi=0時，5.6
Yi<5.8。
於一較佳實施例中，該成像元件包括一上蓋玻璃、一中間層以及一電路板，且該中間層位於該上蓋玻璃以及該電路板之間；其中，該成像面位於該中間層內，且該成像元件之該上表面係為該上蓋玻璃之上表面。
於一較佳實施例中，該成像面上具有依據一座標軸而被定義的一位置，且該座標軸平行於該成像面之一側邊，並垂直於該成像面之該法線；其中，該成像面上之該位置沿著該成像面之該法線向上延伸至該幾何柱面的一間隔距離係因應該成像面上之該位置越往該座標軸之一軸向移動而越大。
於一較佳實施例中，該成像面呈一矩形，且該成像面之該側邊係為該成像面之一短邊。
於一較佳實施例中，該平面式面光源包括一基板、複數發光二極體以及一擴散片，且該複數發光二極體設置於該基板上並提供複數光束，而該複數光束係於通過該擴散片後形成一面光源。
於一較佳實施例中，該平面式面光源包括一光室、
至少一發光二極體以及一擴散片，且該至少一發光二極體以及該擴散片分別位於該光室之二端；其中，該至少一發光二極體用以提供複數光束，且該複數光束於該光室中行進而投射與漫反射至該擴散片，並於通過該擴散片後形成一面光源。
於一較佳實施例中，該平面式面光源包括至少一發光二極體以及一導光板，且該至少一發光二極體用以提供複數光束，而該導光板係供該複數光束投射於其中而導引該些光束的行進，使該複數光束係於通過該導光板後形成一面光源。
於一較佳實施例中，該平面式面光源更包括一偏振片，用以供該複數光束通過其中而向外輸出屬於該第一偏極性之該複數照明光束。
於一較佳實施例中，該成像元件係為一單晶矽反射式液晶(LCoS)元件。
於一較佳實施例中，該偏光分離元件係為一反射式偏極片(reflective polarizer)或一反射式偏光增光膜(Dual Brightness Enhancement Film,DBEF)。
於一較佳實施例中，該偏光分離元件呈一薄膜狀。
於一較佳實施例中，本發明提供一種顯示裝置，包括：一成像元件，具有一成像面，用以提供一影像；以及一平面式面光源，用以提供複數照明光束；以及一偏光分離元件，其設置於該平面式面光源與該成像元件之
間，用以供來自該平面式面光源並屬於一第一偏極性之至少部分該照明光束投射至其上並產生反射，使屬於該第一偏極性之至少部分該照明光束往該成像元件之方向行進，還供來自該成像元件且屬於一第二偏極性之至少部分成像光束通過其中而使該影像向外呈現；其中，該成像面上具有依據一座標軸而被定義的一位置，且該座標軸平行於該成像面之一側邊，並垂直於該成像面之一法線，而該成像面上之該位置沿著該成像面之一法線向上延伸至該偏光分離元件的一間隔距離係因應該成像面上之該位置越往該座標軸之一軸向移動而越大。
於一較佳實施例中，該平面式面光源具有一發光表面，且該發光表面之一法線與該成像面之一法線之間呈一非垂直配置關係。
於一較佳實施例中，當該成像面之該側邊的一半長度在2.75公厘(mm)以下時，該顯示裝置係符合以下關係式：-0.047385 Xi 2+0.771625 Xi+3.4
Yi；Yi 
-0.047385 Xi 2+0.771625 Xi+5；Yi=Mi-Ni；以及69°
θt 
78°；其中，Xi為該成像面上依據該座標軸而被定義的該位置，而Mi為該成像面上之該位置沿著該成像面之該法線向上延伸至該偏光分離元件的一間隔距離，Ni為該成像面上之該位置沿著該成像面之該法線向上延伸至該成像元件之一上表面的一間隔距離，θt為該
成像面之該法線與該發光表面之該法線之間的一夾角。
於一較佳實施例中，該顯示裝置還符合以下關係式(a1)~(a6)中之一者：(a1)當Xi=0時，3.6
Yi<3.8；(a2)當Xi=0時，3.8
Yi<4.0；(a3)當Xi=0時，4.0
Yi<4.2；(a4)當Xi=0時，4.2
Yi<4.4；(a5)當Xi=0時，4.4
Yi<4.6；以及(a6)當Xi=0時，4.6
Yi<4.8。
於一較佳實施例中，當該成像面之一側邊的一半長度大於2.75公厘(mm)且在3.5公厘(mm)以下時，該顯示裝置係符合以下關係式：-0.043299 Xi 2+0.745345 Xi+4
Yi；Yi 
-0.043299 Xi 2+0.745345 Xi+6；Yi=Mi-Ni；以及68.5°
θt 
82.5°；其中，Xi為該成像面上依據該座標軸而被定義的該位置，而Mi為該成像面上之該位置沿著該成像面之該法線向上延伸至該偏光分離元件的一間隔距離，Ni為該成像面上之該位置沿著該成像面之該法線向上延伸至該成像元件之一上表面的一間隔距離，θt為該成像面之該法線與該發光表面之該法線之間的一夾角。
於一較佳實施例中，該顯示裝置還符合以下關係式(b1)~(b8)中之一者：
(b1)當Xi=0時，4.2
Yi<4.4；(b2)當Xi=0時，4.4
Yi<4.6；(b3)當Xi=0時，4.6
Yi<4.8；(b4)當Xi=0時，4.8
Yi<5.0；(b5)當Xi=0時，5.0
Yi<5.2；(b6)當Xi=0時，5.2
Yi<5.4；(b7)當Xi=0時，5.4
Yi<5.6；以及(b8)當Xi=0時，5.6
Yi<5.8。
於一較佳實施例中，該成像元件包括一上蓋玻璃、一中間層以及一電路板，且該中間層位於該上蓋玻璃以及該電路板之間；其中，該成像面位於該中間層內，且該成像元件之該上表面係為該上蓋玻璃之上表面。
於一較佳實施例中，該平面式面光源包括一基板、複數發光二極體以及一擴散片，且該複數發光二極體設置於該基板上並提供複數光束，而該複數光束係於通過該擴散片後形成一面光源。
於一較佳實施例中，該平面式面光源包括一光室、至少一發光二極體以及一擴散片，且該至少一發光二極體以及該擴散片分別位於該光室之二端；其中，該至少一發光二極體用以提供複數光束，且該複數光束於該光室中行進而投射與漫反射至該擴散片，並於通過該擴散片後形成一面光源。
於一較佳實施例中，該平面式面光源包括至少一發
光二極體以及一導光板，且該至少一發光二極體用以提供複數光束，而該複數光束係於通過該導光板後形成一面光源。
於一較佳實施例中，該平面式面光源更包括一偏振片，用以供該複數光束通過其中而向外輸出屬於該第一偏極性之該複數照明光束。
於一較佳實施例中，該成像面呈一矩形，且該成像面之該側邊係為該成像面之一短邊。
於一較佳實施例中，該成像元件係為一單晶矽反射式液晶(LCoS)元件。
於一較佳實施例中，該偏光分離元件係為一反射式偏極片(reflective polarizer)或一反射式偏光增光膜(Dual Brightness Enhancement Film,DBEF)。
於一較佳實施例中，該偏光分離元件呈一薄膜狀。
4‧‧‧顯示裝置
11‧‧‧發光源
12‧‧‧楔形稜鏡
13‧‧‧反射式液晶顯示器
14‧‧‧影像出射面
20‧‧‧稜鏡
21‧‧‧照明光束
22‧‧‧稜鏡面
23‧‧‧偏光分離面
24‧‧‧補償稜鏡
25‧‧‧出光面
26‧‧‧成像光束
27‧‧‧反射式光閥
30‧‧‧影像顯示系統
31‧‧‧發光源
32‧‧‧偏光分離稜鏡
33‧‧‧反射式光閥
34‧‧‧曲面
35‧‧‧曲面
36‧‧‧照明光束
36’‧‧‧成像光束
41‧‧‧成像元件
42‧‧‧平面式面光源
42A‧‧‧平面式面光源
42B‧‧‧平面式面光源
42C‧‧‧平面式面光源
43‧‧‧偏光分離元件
411‧‧‧上蓋玻璃
412‧‧‧中間層
413‧‧‧電路板
414‧‧‧成像面
421‧‧‧發光表面
422‧‧‧基板
423A‧‧‧發光二極體
423B‧‧‧發光二極體
423C‧‧‧發光二極體
424A‧‧‧擴散片
424B‧‧‧擴散片
425A‧‧‧偏振片
425B‧‧‧偏振片
425C‧‧‧偏振片
426‧‧‧光室
427‧‧‧導光板
431‧‧‧幾何柱面
4111‧‧‧上蓋玻璃的上表面
4141‧‧‧成像面的短邊
4261‧‧‧內表層
dX‧‧‧長度
Gi‧‧‧位置
L‧‧‧光束
L1‧‧‧照明光束
L2‧‧‧成像光束
Mi‧‧‧間隔距離
Ni‧‧‧間隔距離
P1‧‧‧位置
P2‧‧‧位置
P3‧‧‧位置
P4‧‧‧位置
P5‧‧‧位置
P6‧‧‧位置
P7‧‧‧位置
P8‧‧‧位置
P9‧‧‧位置
P10‧‧‧位置
P11‧‧‧位置
P12‧‧‧位置
P13‧‧‧位置
X‧‧‧第一座標軸
X0‧‧‧第一座標軸的原點
Xi‧‧‧位置Gi於第一座標軸上的座標
Y‧‧‧第二座標軸
Y0‧‧‧第二座標軸的原點
Yi‧‧‧間隔距離
θi‧‧‧入射角
θr‧‧‧反射角
θV‧‧‧可視角
θt‧‧‧夾角
圖1：係為公告號為US6433935的美國專利所提供之照明系統的示意圖。
圖2：係為公告號為US6976759的美國專利所提供之偏光分離組件(PBS assembly)的示意圖。
圖3：係為公告號為US7529029的美國專利所提供之影像顯示系統的示意圖。
圖4：係為本發明顯示裝置於一較佳實施例之結構概念示意圖。
圖5：係為圖4所示顯示裝置之成像元件及其成像面上數個像素之可視角的概念示意圖。
圖6：係為圖4所示顯示裝置的光路示意圖。
圖7：係為第一實施態樣的平面式面光源應用於圖4所示顯示裝置的概念示意圖。
圖8：係為圖7所示平面式面光源之部分結構的立體概念示意圖。
圖9：係為第二實施態樣的平面式面光源應用於圖4所示顯示裝置的概念示意圖。
圖10：係為第三實施態樣的平面式面光源應用於圖4所示顯示裝置的概念示意圖。
圖11：係為圖4所示顯示裝置以一座標系統標示的幾何概念示意圖。
圖12：係為圖4所示成像面上用來計算照度均勻度之多個位置的分佈概念示意圖。
請參閱圖4~圖6，圖4為本發明顯示裝置於一較佳實施例之結構概念示意圖，圖5為圖4所示顯示裝置之成像元件及其
成像面上數個像素之可視角的概念示意圖，圖6為圖4所示顯示裝置的光路示意圖。顯示裝置4包括成像元件41、平面式面光源42以及偏光分離元件43，且成像元件41具有用來提供影像的成像面414，而平面式面光源42具有用來提供複數照明光束L1的發光表面421，其中，平面式面光源42的發光表面421的法線與成像元件41的成像面414的法線之間呈非垂直配置關係。
再者，偏光分離元件43設置於平面式面光源42與成像元件41之間並具有幾何柱面431，且幾何柱面431係供來自平面式面光源42並屬於第一偏極性的照明光束L1投射至其上並產生反射，使屬於第一偏極性的照明光束L1往成像元件41的方向行進，而屬於第一偏極性的照明光束L1於投射至成像元件41的成像面414後反射而形成成像光束，成像光束出射成像元件41後會轉換為屬於第二偏極性的成像光束L2，且屬於第二偏極性的成像光束L2再往偏光分離元件43的方向行進，並於通過偏光分離元件43的幾何柱面431後向外輸出而使影像向外呈現。其中，屬於第一偏極性的照明光束L1於投射至成像元件41之成像面414的任一像素時具有入射角θi，且屬於第一偏極性的照明光束L1於成像元件41之成像面414反射並出射成像元件41後會形成屬於第二偏極性的成像光束L2並具有與入射角θi相等的反射角θr，因此，該任一像素的可視角θV可由照明光束L1入射至其上的入射角θi而定，其如圖5所示。
於本較佳實施例中，成像元件41係為一單晶矽液晶
(LCoS)元件，並包括上蓋玻璃411、電路板413以及位於上蓋玻璃411以及電路板413之間的中間層412，且中間層412內含電極層、液晶層、配向層、反射層與矽晶層等，其為熟知本技藝人士所知悉，在此不再予以贅述，而成像面414即位於中間層412內並呈一矩形。又，於本較佳實施例中，偏光分離元件43呈薄膜狀，可採用反射式偏極片(reflective polarizer)或反射式偏光增光膜(Dual Brightness Enhancement Film,DBEF)，且其幾何柱面431為僅單軸具有曲率的曲面。
以下舉出平面式面光源42的三種實施態樣。請參閱圖7與圖8，圖7為第一實施態樣的平面式面光源應用於圖4所示顯示裝置的概念示意圖，圖8為圖7所示平面式面光源之部分結構的立體概念示意圖。第一實施態樣的平面式面光源42A包括基板422、複數發光二極體423A、擴散片424A以及偏振片425A，該些發光二極體423A以二維陣列的形式設置於基板422上，且該些發光二極體423A所提供的複數光束L投射至擴散片424A時會產生散射，使得該些光束L於通過擴散片424A後可形成均勻的面光源，最後，該些光束L再於通過偏振片425A後形成第一偏極性的複數照明光束L1；其中，偏振片425A的設置可避免通過擴散片424A的部分光束L直接穿透偏光分離元件43，進而減少雜散光與提升顯示裝置4的對比度與顯示效果，惟偏振片425A並非是平面式面光源42A的必要實施元件。
請參閱圖9，其為第二實施態樣的平面式面光源應用
於圖4所示顯示裝置的概念示意圖。第二實施態樣的平面式面光源42B包括光室426、至少一發光二極體423B、擴散片424B以及偏振片425B，且發光二極體423B位於光室426的一端，而擴散片424B與偏振片425B位於光室426的另一端，其中，至少一發光二極體423B所提供的複數光束L會在光室426中行進，並多次地在光室426的內表層4261產生反射與漫反射以投射至擴散片424B，而該些光束L亦在擴散片424B中產生散射，使得該些光束於通過擴散片後可形成均勻的面光源，最後，該些光束L再於通過偏振片425B後形成第一偏極性的複數照明光束L1；其中，偏振片425B的設置可避免通過擴散片424B的部分光束L直接穿透偏光分離元件43，進而減少雜散光與提升顯示裝置4的對比度與顯示效果，惟偏振片425B並非是平面式面光源42B的必要實施元件。
請參閱圖10，其為第三實施態樣的平面式面光源應用於圖4所示顯示裝置的概念示意圖。第三實施態樣的平面式面光源42C包括至少一發光二極體423C、導光板427以及偏振片425C，且發光二極體423C所提供的複數光束L投射至導光板427內時會被導光板427導引而進行多次的全反射與散射，使得該些光束L於通過導光板427後可形成均勻的面光源，最後，該些光束L再於通過偏振片425C後形成第一偏極性的複數照明光束L1；其中，偏振片425C的設置可避免由導光板427出射之部分光束L直接穿透偏光分離元件43，進而提升顯示裝置4的對比度與顯示效果，惟偏振片425C並非是平面式面光源42C的必要實施元件。
當然，上述皆僅為實施例，成像元件的實施態樣與其成像面的形態、偏光分離元件的實施態樣與其幾何柱面的形態以及平面式面光源的實施態樣皆不以上述為限，熟知本技藝人士皆可依具實際應用需求而進行任何均等的變更設計。
特別說明的是，本案設計偏光分離元件43的幾何柱面431與成像元件41之上蓋玻璃411具有特定的距離分佈，並搭配特定之平面式面光源42的傾斜角度，令平面式面光源42所提供的照明光束L1可在特定的可視角θV內均勻地照射在成像元件41的成像面414上。於一實施例中，顯示裝置還包括一透光載體(圖未示)，且該透光載體上具有與偏光分離元件43的幾何柱面431相對應的光學曲面，以供偏光分離元件43設置於其上；其中，透光載體可透過研磨玻璃或塑膠成型，但不以上述為限。
以下對偏光分離元件43的幾何柱面431與成像元件41之上蓋玻璃411之間的距離分佈及其平面式面光源42之傾斜角度的相對關係進一步說明。請參閱圖11，其為圖4所示顯示裝置以一座標系統標示的幾何概念示意圖。於圖11所示的座標系統中，第一座標軸(X軸)平行於成像元件41之成像面414的一側邊(於本實施例中，該側邊指的是成像面414的短邊4141，見圖4，但不以此為限)並垂直於成像面414的法線，且第一座標軸(X軸)的原點X0位於成像面414之短邊4141的中點，而第一座標軸(X軸)的軸向係朝向平面式面光源42的方向。又，於圖11所示的座標系統中，第二座標軸(Y軸)平行於成像元件41之成像面414的法線，且第二座標
軸(Y軸)的原點Y0位於成像元件41的上表面(即上蓋玻璃411的上表面4111)，而第二座標軸(Y軸)的軸向係朝向偏光分離元件43的方向。
再者，成像元件41之成像面414的法線與平面式面光源42的發光表面421的法線之間具有夾角θt，成像元件41之成像面414上的任一位置Gi可依據第一座標軸(X軸)而並被定義為Xi，且該位置Gi沿著成像面414的法線向上延伸至偏光分離元件43之幾何柱面431的間隔距離可被定義為Mi，而該位置Gi沿著成像面414的法線向上延伸至成像元件41的上表面(即上蓋玻璃411的上表面)的間隔距離可被定義為Ni；其中，成像元件41之成像面414之短邊4141的一半長度為dX，當成像面414之短邊4141的一半長度dX在2.75公厘(mm)以下時，顯示裝置4係符合以下所示關係式(1)~(4)：(1)-0.047385 Xi 2+0.771625 Xi+3.4
Yi；(2)Yi 
-0.047385 Xi 2+0.771625 Xi+5；(3)Yi=Mi-Ni；以及(4)69°
θt 
78°；而當成像面414之短邊4141的一半長度dX大於2.75公厘(mm)且在3.5公厘(mm)以下時，顯示裝置4符合以下所示關係式(5)~(8)：(5)-0.043299 Xi 2+0.745345 Xi+4
Yi；(6)Yi 
-0.043299 Xi 2+0.745345 Xi+6；(7)Yi=Mi-Ni；以及(8)68.5°
θt 
82.5°。
另一方面，當成像元件41之成像面414上的該任一位
置Gi越往第一座標軸(X軸)的軸向移動時，也就是當該任一位置Gi越靠近平面式面光源42而使得Xi越大時，該任一位置Gi沿著成像面414的法線向上延伸至偏光分離元件43之幾何柱面431的間隔距離Mi亦越大。
其中，當本案顯示裝置4符合上述關係式時，平面式面光源42所提供的照明光束L1可均勻地照射在成像元件41的成像面414上，而本案對於成像元件41之成像面414上的照度均勻度亦有定義。請參閱圖12，其示意了成像元件41之成像面414上被用來計算照度均勻度的複數個位置P1~P13的位置分佈及該些位置P1~P13分別與成像面414之周邊的相對位置關係，舉例來說，位置P1與成像面414之上邊的間隔距離為成像面414之左側邊長度的16.6%，且位置P1與成像面414之左側邊的間隔距離為成像面414之上邊長度的16.6%，其餘位置P2~P13則依此類推，故不再予以贅述。此外，該些位置P1~P13於照明光束L1投射至其上後在特定像素的可視角內所獲得的能量可分別以E1~E13表示，而成像元件41之成像面414上的照度均勻度U被定義為如下所示關係式：U=(Emin/Emax)×100%；其中，Emin為該些能量E1~E13中的最小值，而Emax為該些能量E1~E13中的最大值。
較佳者，但不以此為限，當成像面414之短邊4141的一半長度dX在2.75公厘(mm)以下時，顯示裝置4還符合以下關係式(a1)~(a6)中的一者：
(a1)當Xi=0時，3.6
Yi<3.8(可參閱稍後所示第十、十一、十二實施態樣)；(a2)當Xi=0時，3.8
Yi<4.0(可參閱稍後所示第七、八、九、十九實施態樣)；(a3)當Xi=0時，4.0
Yi<4.2(可參閱稍後所示第六、十七、十八、二十、二十一實施態樣)；(a4)當Xi=0時，4.2
Yi<4.4(可參閱稍後所示第五、十六、二十三、二十五、二十六、二十七實施態樣)；(a5)當Xi=0時，4.4
Yi<4.6(可參閱稍後所示第三、四、十三、十四、二十二、二十四實施態樣)；以及(a6)當Xi=0時，4.6
Yi<4.8(可參閱稍後所示第一、二、十五實施態樣)；而當成像面414之短邊4141的一半長度dX大於2.75公厘(mm)且在3.5公厘(mm)以下時，顯示裝置4還符合以下所示關係式(b1)~(b8)中的一者：(b1)當Xi=0時，4.2
Yi<4.4(可參閱稍後所示第三十八實施態樣)；(b2)當Xi=0時，4.4
Yi<4.6(可參閱稍後所示第三十七、三十九、四十、四十一、五十三、五十四實施態樣)；(b3)當Xi=0時，4.6
Yi<4.8(可參閱稍後所示第三十四、三十六、五十二實施態樣)；(b4)當Xi=0時，4.8
Yi<5.0(可參閱稍後所示第三十一、三十三、三十五、四十九、五十一、六十、六十一、六十二、六十三實施態樣)；
(b5)當Xi=0時，5.0
Yi<5.2(可參閱稍後所示之第四十八、五十、五十七、五十八、五十九實施態樣)；(b6)當Xi=0時，5.2
Yi<5.4(可參閱稍後所示之第三十、三十二、四十三、四十五、四十六、四十七、五十五、五十六實施態樣)；(b7)當Xi=0時，5.4
Yi<5.6(可參閱稍後所示之第二十九、四十二、四十四實施態樣)；以及(b8)當Xi=0時，5.6
Yi<5.8(可參閱稍後所示之第二十八實施態樣)。
請參閱下方所示的表1~表63，其分別示意了符合上述關係式(1)~(4)或符合上述關係式(5)~(8)的六十三種實施態樣，而在該些實施態樣的條件下，成像元件41之成像面414上的照度均勻度U皆可達到85%以上。
根據以上的說明，本案顯示裝置透過偏光分離元件的幾合柱面與成像元件之上蓋玻璃在特定的距離分佈下搭配特定之平面式面光源的傾斜角度，除了可讓平面式面光源所提供的照明光束可在特定的可視角內均勻地照射在成像元件的成像面上外，還可縮短成像元件的成像面與偏光分離元件的距離進而降低顯示裝置的整體厚度與體積。又，由於本案顯示裝置的偏光分離元件不需精密光學元件射出成型或研磨製做，亦不需搭配精密的光學元件，故具有元件製作簡易與成本優勢，實具產業利用價值。
上述實施例僅為例示性說明本發明之原理及其功效，以及闡釋本發明之技術特徵，而非用於限制本發明之保護範
疇。任何熟悉本技術者之人士均可在不違背本發明之技術原理及精神的情況下，可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍。因此，本發明之權利保護範圍應如後述之申請專利範圍所列。
4‧‧‧顯示裝置
41‧‧‧成像元件
42‧‧‧平面式面光源
43‧‧‧偏光分離元件
411‧‧‧上蓋玻璃
412‧‧‧中間層
413‧‧‧電路板
414‧‧‧成像面
421‧‧‧發光表面
431‧‧‧幾何柱面
4111‧‧‧上蓋玻璃的上表面
4141‧‧‧成像面的短邊
L1‧‧‧照明光束
L2‧‧‧成像光束
Claims (30)
- 一種顯示裝置，包含：一發光二極體，具有一發光表面，用以提供複數個第一照明光束；一偏光分離元件，具有一幾何柱面，用以使來自該發光二極體的該些第一照明光束中具有一第一偏極性之至少部分的該些第一照明光束在其上產生反射而形成具有該第一偏極性的複數個第二照明光束；以及一成像元件，具有提供一影像的一成像面，用以將入射至該成像面的該些第二照明光束轉換成具有一第二偏極性的複數個成像光束，其中具有該第二偏極性之至少部分的該些成像光束通過該偏光分離元件後使該影像向外呈現；其中該發光二極體的該發光表面所在之平面和該成像元件所在之平面之間的夾角為鈍角。
- 一種顯示裝置，包括：一成像元件，具有一成像面，用以提供一影像；一平面式面光源，具有一發光表面，用以提供複數照明光束，且該發光表面之一法線與該成像面之一法線之間呈一非垂直配置關係；以及一偏光分離元件，其設置於該平面式面光源與該成像元件之間並具有一幾何柱面，且該幾何柱面係供來自該平面式面光源並屬於一第一偏極性之至少部分該照明光束投射至其上並產生反射，使屬於該第一偏極性之至少部分該照明光束往該成像元件之方向行進；其中，屬於該第一偏極性之任一該照明光束係於投射至該成像元件並進而出射該成像元件後被轉換為屬於一第二偏極性之一成像光束，且該幾何柱面還供來自該成像元件並屬於該第二偏極性之至少部分該成像光束通過其中而使該影像向外呈現，其中當該成像面之一側邊的一半長度在2.75公厘(mm)以下時，該顯示裝置係符合以下關係式：-0.047385 Xi 2+0.771625 Xi+3.4Yi；Yi
-0.047385 Xi 2+0.771625 Xi+5；Yi=Mi-Ni；以及69°
θt
78°；其中，Xi為該成像面上依據一座標軸而被定義的一位置，且該座標軸平行於該成 像面之該側邊，並垂直於該成像面之一法線，而Mi為該成像面上之該位置沿著該成像面之該法線向上延伸至該幾何柱面的一間隔距離，Ni為該成像面上之該位置沿著該成像面之該法線向上延伸至該成像元件之一上表面的一間隔距離，θt為該成像面之該法線與該發光表面之該法線之間的一夾角。
- 如申請專利範圍第2項所述之顯示裝置，還符合以下關係式(a1)~(a6)中之一者：(a1)當Xi=0時，3.6Yi<3.8；(a2)當Xi=0時，3.8
Yi<4.0；(a3)當Xi=0時，4.0
Yi<4.2；(a4)當Xi=0時，4.2
Yi<4.4；(a5)當Xi=0時，4.4
Yi<4.6；以及(a6)當Xi=0時，4.6
Yi<4.8。
- 一種顯示裝置，包括：一成像元件，具有一成像面，用以提供一影像；一平面式面光源，具有一發光表面，用以提供複數照明光束，且該發光表面之一法線與該成像面之一法線之間呈一非垂直配置關係；以及一偏光分離元件，其設置於該平面式面光源與該成像元件之間並具有一幾何柱面，且該幾何柱面係供來自該平面式面光源並屬於一第一偏極性之至少部分該照明光束投射至其上並產生反射，使屬於該第一偏極性之至少部分該照明光束往該成像元件之方向行進；其中，屬於該第一偏極性之任一該照明光束係於投射至該成像元件並進而出射該成像元件後被轉換為屬於一第二偏極性之一成像光束，且該幾何柱面還供來自該成像元件並屬於該第二偏極性之至少部分該成像光束通過其中而使該影像向外呈現，其中當該成像面之一側邊的一半長度大於2.75公厘(mm)且在3.5公厘(mm)以下時，該顯示裝置係符合以下關係式：-0.043299 Xi 2+0.745345 Xi+4Yi；Yi
-0.043299 Xi 2+0.745345 Xi+6；Yi=Mi-Ni；以及68.5°
θt
82.5°；其中，Xi為該成像面上依據一座標軸而被定義的一位置，且該座標軸平行於該成像面之該側邊，並垂直於該成像面之該法線，而Mi為該成像面上之該位置沿著該成像面之該法線向上延伸至該幾何柱面的一間隔距離，Ni為該成像 面上之該位置沿著該成像面之該法線向上延伸至該成像元件之一上表面的一間隔距離，θt為該成像面之該法線與該發光表面之該法線之間的一夾角。
- 如申請專利範圍第4項所述之顯示裝置，還符合以下關係式(b1)~(b8)中之一者：(b1)當Xi=0時，4.2Yi<4.4；(b2)當Xi=0時，4.4
Yi<4.6；(b3)當Xi=0時，4.6
Yi<4.8；(b4)當Xi=0時，4.8
Yi<5.0；(b5)當Xi=0時，5.0
Yi<5.2；(b6)當Xi=0時，5.2
Yi<5.4；(b7)當Xi=0時，5.4
Yi<5.6；以及(b8)當Xi=0時，5.6
Yi<5.8。
- 如申請專利範圍第2或4項所述之顯示裝置，其中該成像元件包括一上蓋玻璃、一中間層以及一電路板，且該中間層位於該上蓋玻璃以及該電路板之間；其中，該成像面位於該中間層內，且該成像元件之該上表面係為該上蓋玻璃之上表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該成像元件包含一上蓋玻璃、一電路板以及位於該上蓋玻璃和該電路板之間的一中間層，其中該成像面位於該中間層中。
- 如申請專利範圍第7項所述之顯示裝置，其中該成像面呈一矩形。
- 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該成像元件為一單晶矽反射式液晶(LCoS)元件。
- 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該偏光分離元件為一反射式偏極片(reflective polarizer)或一反射式偏光增光膜(Dual Brightness Enhancement Film,DBEF)。
- 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該第二偏極性不同於該第一偏極性。
- 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該成像元件的該成像面具有一第一邊緣和相對於該第一邊緣的一第二邊緣，其中該第二邊緣和該發光二極體之間的距離小於該第一邊緣和該發光二極體之間的距離，其中該偏光分離元件的該幾何柱面和該成像元件的該成像面之間的距離延著一第一方向遞增，其中該第一方向係從該成像面的該第一邊緣指向該成像面的該第二邊緣。
- 一種顯示裝置，包含：一發光元件，包含一發光表面和在其內的一發光二極體，其中該發光二極體的一發光面朝向該發光元件的該發光表面，用以提供複數個第一照明光束；一偏光分離元件，具有一幾何柱面，用以使來自該發光二極體的該些第一照明光束中具有一第一偏極性之至少部分的該些第一照明光束在其上產生反射而形成具有該第一偏極性的複數個第二照明光束；以及一成像元件，具有提供一影像的一成像面，用以將入射至該成像面的該些第二照明光束轉換成具有一第二偏極性的複數個成像光束，其中具有該第二偏極性之至少部分的該些成像光束通過該偏光分離元件後使該影像向外呈現；其中該發光二極體的該發光面所在之平面和該成像元件所在之平面之間的夾角為鈍角。
- 如申請專利範圍第13項所述之顯示裝置，其中該成像元件包含一上蓋玻璃、一電路板以及位於該上蓋玻璃和該電路板之間的一中間層，其中該成像面位於該中間層中。
- 如申請專利範圍第14項所述之顯示裝置，其中該成像面呈一矩形。
- 如申請專利範圍第13項所述之顯示裝置，其中該成像元件為一單晶矽反射式液晶(LCoS)元件。
- 如申請專利範圍第13項所述之顯示裝置，其中該偏光分離元件為一反射式偏極片(reflective polarizer)或一反射式偏光增光膜(Dual Brightness Enhancement Film,DBEF)。
- 如申請專利範圍第13項所述之顯示裝置，其中該第二偏極性不同於該第一偏極性。
- 如申請專利範圍第13項所述之顯示裝置，其中該發光元件為一平面式面光源。
- 如申請專利範圍第13項所述之顯示裝置，其中該發光二極體的該發光面平行於該發光元件的該發光表面。
- 如申請專利範圍第13項所述之顯示裝置，其中該發光元件包含該發光表面和在其內的複數個發光二極體，其中各個該發光二極體的該發光面朝向該發光元件的該發光表面，用以提供該些第一照明光束，其中該些發光二極體的該些發光面所在之平面和該成像元件所在之平面之間的夾角為鈍角。
- 如申請專利範圍第13項所述之顯示裝置，其中該成像元件的該成像面具有一第一邊緣和相對於該第一邊緣的一第二邊緣，其中該第二邊緣和該發光元件之間的距離小於該第一邊緣和該發光元件之間的距離，其中該偏光分離元件的該幾何柱面和該成像元件的該成像面之間的距離延著一第一方向遞增，其中該第一方向係從該成像面的該第一邊緣指向該成像面的該第二邊緣。
- 一種顯示裝置，包含：一發光元件，包含一發光表面和在其內的一發光二極體，其中該發光表面和該發光二極體之間具有一光阻隔物，以使該發光二極體所產生的光線必定經過反射才至該發光元件的該發光表面，用以提供複數個第一照明光束；一偏光分離元件，具有一幾何柱面，用以使來自該發光二極體的該些第一照明光束中具有一第一偏極性之至少部分的該些第一照明光束在其上產生反射而形成具有該第一偏極性的複數個第二照明光束；以及一成 像元件，具有提供一影像的一成像面，用以將入射至該成像面的該些第二照明光束轉換成具有一第二偏極性的複數個成像光束，其中具有該第二偏極性之至少部分的該些成像光束通過該偏光分離元件後使該影像向外呈現。
- 如申請專利範圍第23項所述之顯示裝置，其中該成像元件包含一上蓋玻璃、一電路板以及位於該上蓋玻璃和該電路板之間的一中間層，其中該成像面位於該中間層中。
- 如申請專利範圍第24項所述之顯示裝置，其中該成像面呈一矩形。
- 如申請專利範圍第23項所述之顯示裝置，其中該成像元件為一單晶矽反射式液晶(LCoS)元件。
- 如申請專利範圍第23項所述之顯示裝置，其中該偏光分離元件為一反射式偏極片(reflective polarizer)或一反射式偏光增光膜(Dual Brightness Enhancement Film,DBEF)。
- 如申請專利範圍第23項所述之顯示裝置，其中該第二偏極性不同於該第一偏極性。
- 如申請專利範圍第23項所述之顯示裝置，其中該發光元件為一平面式面光源。
- 如申請專利範圍第23項所述之顯示裝置，其中該成像元件的該成像面具有一第一邊緣和相對於該第一邊緣的一第二邊緣，其中該第二邊緣和該發光元件之間的距離小於該第一邊緣和該發光元件之間的距離，其中該偏光分離元件的該幾何柱面和該成像元件的該成像面之間的距離延著一第一方向遞增，其中該第一方向係從該成像面的該第一邊緣指向該成像面的該第二邊緣。
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2019
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