TWI723915B

TWI723915B - 顯示機構

Info

Publication number: TWI723915B
Application number: TW109123638A
Authority: TW
Inventors: 蔡宗輝; 張凱傑
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2021-04-01
Also published as: TW202202778A

Abstract

一種顯示機構，包含窗口、顯示器以及光源模組。顯示器面向窗口而顯示影像；光源模組位於顯示器上方，包含光源組件與調整件，光源組件產生光線並具有發光張角α，光線之光軸穿過窗口，調整件調整光源組件之偏轉角β；其中，發光張角α與偏轉角β滿足下列條件：-0.0035α°+0.1642α°+59.5 ≦ β ≦ -0.0044α°+0.0656α°+69.4 以及 β＞52°。

Description

顯示機構

一種顯示機構，尤其是一種具有光源模組的仿窗顯示機構。

近年來，隨著都市化的趨勢使得人口愈加聚集，城市空間有限，在空間的利用上更顯重要。為了更有效率的空間使用，會將一個大空間分隔成為多個房間或獨立空間，使得其具有獨立性而能分別提供不同使用者使用或分別做不同用途的利用。

由於空間的切割，使得部分的房間或空間不具可對外的窗戶，這會造成人的煩悶感覺或是給人壓迫之感受。因此，在不具有對外窗的房間或空間中，會設計仿窗結構，例如透過畫、顯示幕等構成仿窗結構，當使用者觀看仿窗結構時，猶如透過窗戶向外觀看景色，給人室內空間與建築物外部相通的感受。

鑑於上述問題，本發明提供一種顯示機構包含窗口、顯示器以及光源模組。顯示器面向窗口而顯示影像；光源模組位於顯示器上方，包含光源組件與調整件，光源組件產生光線並具有發光張角α，光線之光軸I穿過窗口，調整件調整光源組件之偏轉角β；其中，發光張角α與偏轉角β滿足下列條件：-0.0035α°+0.1642α°+59.5 ≦ β ≦ -0.0044α°+0.0656α°+69.4 以及 β＞52°。

當光源模組的發光張角α與偏轉角β滿足上述條件時，光源組件的光線利用率佳，且照射區的光線均勻度佳。如此，顯示器所顯示的畫面不受窗口陰影的影響。並且，當顯示機構作為仿窗結構，用於提供室內的使用者觀看窗外景色的仿窗效果，光源模組產生的光線模擬戶外自然光，進而增進仿窗效果的真實性。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並以據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

以下提出各種實施例進行詳細說明，然而，實施例僅用以作為範例說明，並不會限縮本發明欲保護之範圍。眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明內容造成不必要的限制。此外，實施例中的圖式省略部分元件，以清楚顯示本發明的技術特點。在所有圖式中相同的標號將用於表示相同或相似的元件。

於本文中，除非內文中對於冠詞所特別限定，否則「一」與「該」可泛指單一個或多個。將進一步理解的是，本文中所使用之「包含」、「具有」及相似詞彙，指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件，與/或其中之群組。

請參閱圖1與圖2所示，圖1為本發明一些實施例之顯示機構的使用狀態示意圖（一）、圖2為本發明一些實施例之顯示機構裝設於環境的使用狀態示意圖。本發明提供一種顯示機構1，主要包含窗口11、顯示器12以及光源模組13。

在此，窗口11設置於壁面，意即，牆壁具有容置空間S，於容置空間S的開口設置其窗口11，並且，窗口11主要可由窗框111與透光隔板112（例如透明玻璃、透明塑膠板等）所組成，其中，透光隔板112設置於窗框111中。使用者經由透光隔板112觀看窗口11內側的顯示器12。在此，窗框111可以依實際需求設計為正方形、矩形、圓形或是其他幾何形狀。

於一些實施例中，窗口11的寬度介於40公分至200公分。窗口11上緣11a與地面之間的距離介於180公分至220公分，而窗口11下緣11b與地面之間的距離介於110公分至130公分。

顯示器12位於窗口11的內側，即顯示器12位於前述的容置空間S內，面向窗口11而使顯示器12的影像可經由窗口11顯示。光源模組13位於顯示器12的上方，產生的光線穿過窗口11的透光隔板112，藉由光線照射，顯示器12所顯示的畫面不受窗口11所產生之陰影的影響。因此，當顯示機構1作為仿窗結構，用於提供室內的使用者觀看窗外景色的仿窗效果，光源模組13產生的光線模擬戶外自然光，進而增進仿窗效果的真實性。

請再參閱圖1所示，於一些實施例中，顯示器12與窗口11之距離為介於15公分至45公分，且顯示器12之上緣12a高於窗框111的上緣11a，顯示器12之下緣12b低於窗框111的下緣11b，換言之，顯示器12的尺寸會大於窗口11的尺寸。進一步，顯示器12的上緣12a與窗框111的上緣11a之間距離介於10公分至30公分，顯示器12的下緣12b與窗框111的下緣11b之間距離介於20公分至40公分。

請再參閱圖1、圖3A及圖3B所示，圖3A至圖3B為本發明一些實施例之顯示機構的使用狀態示意圖（二）至（三）。光源模組13主要包含光源組件131與調整件132，進一步，光源組件131具有光源1311，光源1311產生光線並且光線之光軸I穿過窗口11的透光隔板112，照射於地面而形成照射區R，並且，於照射區R進行量測的位置即為測量位置。其中，光線具有發光張角α，在此，光源1311在鉛錘方向的光束半高全寬（FWHM）為發光張角α。在此，光源1311例如可為發光二極體（LED）、螢光燈、或是燈泡等，非以此為限。

調整件132可調整光源1311的偏轉角β，並且，調整件132可具有轉軸或樞接軸而具備旋轉的功能即可。在此，偏轉角β為光軸I與垂直窗口之法線N之間的夾角，換句話說，偏轉角β為光線射入窗口11的入射角。於一實施態樣中，調整件132例如可為旋轉機構，透過旋轉光源1311改變偏轉角β。舉例來說，於圖3A中，偏轉角β較大，此時照射區R與窗口11垂直投影至地面的位置（即牆角）之間的距離較近；而於圖3B中，光源1311向上旋轉使偏轉角β變小，此時照射區R的測量位置與牆角之間的距離較遠。

於本發明中，發光張角α與偏轉角β滿足下列條件式時，光源組件131的光線利用率佳，且照射區R的光線均勻度佳，條件式為： -0.0035α°+0.1642α°+59.5 ≦ β ≦ -0.0044α°+0.0656α°+69.4 以及 β＞52°。

關於上述條件式進一步包含條件一與條件二，將於下文進一步說明。

條件一

參照圖4A所示，圖4A為於不同偏轉角β時光線穿透透光隔板的穿透率T%之關係圖。在此，X軸座標為偏轉角β的數值，Y軸座標為光線穿過透光隔板112的穿透率T%。由圖4A可見，當偏轉角β的數值大於70度，穿透率T%會隨著角度逐漸變大而驟降，並且當偏轉角β的數值接近90度時，穿透率T%趨近於零。

請再參閱圖4B所示，圖4B為穿透率T%與測量位置關係之關係圖。在此，X軸座標為測量位置與窗口垂直投影至地面的位置（即牆角）之間的距離L（單位：公分），Y軸座標為光線穿過透光隔板112的穿透率T%。由圖4B可見，當穿透率T%越高，對應的偏轉角β越小，光線照射於地面的距離L越遠。

請參閱圖5所示，圖5為不同穿透率T%時照射區R的測量位置與牆角距離L之關係的關係圖。在此，X軸座標為測量位置與窗口垂直投影至地面的位置（即牆角）之間的距離L（單位：公分），Y軸座標為cosβ / L ²之值，其中，cosβ / L ²表示為單位面積接收到的光線量與光源1311垂直投影於地面處與測量位置的距離平方成反比，也就是可以表示測量位置（與牆角之間的距離L）之單位面積接收到的光線量的多寡。由圖5可見，於本發明的顯示機構1，在不考慮光線穿透率T%的情況下，測量位置與牆角距離L越遠，單位面積接收到的光線量越少。

請再繼續參閱圖4A與圖4B，當偏轉角β越小，光線的穿透率T%越高，此時測量位置與牆角距離L越遠。然而，由圖5所示可知測量位置與牆角距離L越遠，單位面積接收到的光線量越少。為取得光線利用率最佳的範圍，需要調整偏轉角β，並同時考慮穿透率T%與距離L，以取得光線利用率較佳的範圍。

請參照圖6所示，圖6為不同T%×cosβ / L ²的值所對應偏轉角β之關係圖。在此，X軸座標為測量位置與窗口垂直投影至地面的位置（即牆角）之間的距離L（單位：公分），Y軸座標為T%×cosβ / L ²的值。為同時考慮穿透率T%與距離L，經由單位面積接收到的光線強度（cosβ / L ²）與穿透率T%相乘而取得光線利用率較佳的範圍。

承上所述，於圖6的A處，T%×cosβ / L ²的值較高，光線利用率較佳，此時偏轉角β介於52°至80°之間，並且T%×cosβ / L ²的值介於0.7至1之間。因此，可以推知光源1311之偏轉角β介於52°至80°之間時，能有較佳的光利用率。此外，於一些實施態樣中，透光隔板112之穿透率T%滿足下列條件為佳：0.7≦ T%×cosβ / L ²≦1。

條件二

請參閱圖7所示，圖7為不同距離L之照度分佈的關係圖表。在此，X軸座標為測量位置與窗口11垂直投影至地面的位置（即牆角）之間的距離L（單位：公分），Y軸座標為照度（單位：lux=lumen/每平方公尺），其計算公式為E=I×cosβ / L ²，其中，I為點光源的亮度（單位lumen），而L如前所述。由圖7可知，在地面距離L的區域Q範圍內可以量測到地面照度大於0；在地面距離L的區域T，區域T介於區域Q的10%位置至50%位置之間，而且區域T的地面照度大於0.47。

承上所述，於本實施例中，於照度較高之區域T（距離L介於區域Q的10%至50%位置之間），光源1311之不同的發光張角α，對應有較佳之偏轉角β，以提升照射區R所接收的光線量的均勻度。經由測試得到：

（一）於發光張角α為45度時，偏轉角β較佳為介於44°至63°之間。

（二）於發光張角α為34度時，偏轉角β較佳為介於50°至67°之間。

（三）於發光張角α為24度時，偏轉角β較佳為介於54°至68°之間。

（四）於發光張角α為15度時，偏轉角β較佳為介於56°至69°之間。

（五）於發光張角α為12度時，偏轉角β較佳為介於57°至70°之間。

因此，發光張角α較佳地可為12°至65°，偏轉角β可介於34°至70之間°，換言之，偏轉角β較佳為小於等於70°。

請參閱圖8所示，圖8為不同發光張角α於不同偏轉角β時對應的距離L之關係圖。在此，X軸座標為光源1311偏轉角β，Y軸座標為測量位置與窗口11垂直投影至地面的位置（即牆角）之間的距離L（單位：公分）。其中，圖8所示的線J1、線J2、線J3、線J4、線J5以及線J6分別代表，發光張角α為65度、45度、34度、24度、15度以及12度時於不同偏轉角β時照射區R的測量位置距離牆角的距離L（單位：公分）。

圖8所示的線J1可知，光源1311之光線能照射至100公分處時，對應的偏轉角β為34°；而光源1311之光線能照射至20公分處時，對應的偏轉角β為55°。也就是說，發光張角α為65°時，其較佳的偏轉角β介於34°至55°之間。圖8的框線V所圈選的範圍代表光線之照度與均勻度較佳的範圍，即為距離L介於10%至50%位置之間所對應的偏轉角β。依據線J2、線J3、線J4、線J5可以得知：於線J2中，發光張角α為45度時，偏轉角β較佳為介於44°至63°之間；於線J3中，發光張角α為34度時，偏轉角β較佳為介於50°至67°之間；於線J4中，於發光張角α為24度時，偏轉角β較佳為介於54°至68°之間；於線J5中，於發光張角α為15度時，偏轉角β較佳為介於56°至69°之間；於線J6中，於發光張角α為12度時，偏轉角β較佳為介於57°至70°之間。

承上所述，請再參閱圖9A至圖9F與圖10A至10F，圖9A至圖9F為本發明之發光張角α，其分別對應之偏轉角β落入較佳的角度範圍之實驗數據圖；圖10A至10F為本發明之發光張角α，其分別對應之偏轉角β不落入較佳的角度範圍之實驗數據圖。於圖9A至圖9F與圖10A至10F中，X軸座標為測量位置與窗口11垂直投影至地面的位置（即牆角）之間的距離L（單位：公分），Y軸座標為照度（單位：lux=lumen/每平方公尺），其計算公式為E=I×cosβ / L ²，其中，I為點光源的亮度（單位lumen），而L如前所述。

進一步來說，圖9A為發光張角為65°且偏轉角53°之實驗數據圖、圖9B為發光張角為45°且偏轉角60°之實驗數據圖、圖9C為發光張角為35°且偏轉角63°之實驗數據圖、圖9D為發光張角為24°時且偏轉角64°之實驗數據圖、圖9E為發光張角為15°時且偏轉角66°之實驗數據圖、圖9F為發光張角為12°時且偏轉角68°之實驗數據圖。圖10A至圖10F分別對應圖9A至圖9F之發光張角α，然而，圖10A至圖10F為偏轉角β不落入較佳的角度範圍。圖10A為發光張角為65°且偏轉角67°之實驗數據圖、圖10B為發光張角為45°且偏轉角69°之實驗數據圖、圖10C為發光張角為35°且偏轉角72°之實驗數據圖、圖10D為發光張角為24°且偏轉角73°之實驗數據圖、圖10E為發光張角為15°且偏轉角75°之實驗數據圖、圖10F為發光張角為12°且偏轉角73°之實驗數據圖。

由圖9A至圖9F與圖10A至圖10F可見，隨著距離L增加，圖10A至圖10F之照度（lux）下降的程度大於對應的圖9A至圖9F之照度（lux）下降的程度，因此，當偏轉角β不落入較佳的角度範圍，與同樣的偏轉角β落入較佳的角度範圍相比，後者在照射區R的光線之均勻度較佳。

舉例來說，隨著距離L增加，圖10A之照度（lux）下降的程度大於對應的圖9A之照度（lux）下降的程度；圖10B之照度（lux）下降的程度大於對應的圖9B之照度（lux）下降的程度，圖9C至圖9F與圖10C至圖10F均以此類推，於此不再贅述。也就是說，於圖9A至圖9F所揭示的特定發光張角α，因其對應之偏轉角β落入較佳的角度範圍，照射區R所接收的光線具有較佳的均勻度。

綜合上述條件一與條件二，當發光張角α與偏轉角β滿足下列條件式時，光源組件131的光線利用率佳，且照射區R的光線均勻度佳，條件式為： -0.0035α°+0.1642α°+59.5 ≦ β ≦ -0.0044α°+0.0656α°+69.4 以及 β＞52°

請參閱圖11、圖12A及圖12B所示，圖11為本發明一些實施例之顯示機構的使用狀態示意圖（四）、圖12A及圖12B為本發明一些實施例之光源組件的示意圖（一）至（二）。由圖11可見，在此，光源組件131主要包含光源1311與稜鏡1312，其中，光源1311產生光線，經由稜鏡1312投射至窗口11，並且，光源1311射入稜鏡1312的光線，因折射而改變出光的角度，從而改變光線的發光張角α。在本實施例中，光源1311是以發光二極體（LED）為例。

請繼續參閱圖12A與圖12B所示，稜鏡1312可為具有截面1312a並概呈圓柱狀（如圖12A）或概呈球體狀（如圖12B），在此，稜鏡1312可包含截面1312a與截線段1312b，並且，光源1311的光線由截面1312a進入稜鏡1312。

請參閱圖13所示，圖13為本發明一些實施例之光源組件的示意圖（三）。在此，稜鏡1312的截線段1312b垂直於截面1312a且截線段1312b之長度K不小於稜鏡1312之直徑D的1/2。進一步的，截線段1312b之長度K滿足下列條件：0.6D ≦ K ＜ D，此時，發光張角α介於12°至65°之間。

須說明的是，雖上述係以稜鏡1312可為具有截面1312a並概呈圓柱狀（如圖12A）或概呈球體狀（如圖12B）舉例說明，然本發明不以此為限，稜鏡1312之截面1312a也可例如包含多個銳角，並透過調整銳角數量或是調整銳角角度的方式達到調整發光張角α的目的。

請參閱圖14與圖15所示，圖14為本發明一些實施例之顯示機構的使用狀態示意圖（五）、圖15為圖14的局部放大示意圖。

光源組件131更可進一步包含反射片1313，其中反射片1313的反射面大致面向窗口11，因此，光源1311產生的光線可經由反射面反射而穿過窗口11，並於地面形成照射區R。在此，反射片1313可以旋轉軸O為中心旋轉，其中，旋轉軸O與水平線P之間具有夾角θ，並且夾角θ為90°減偏轉角β（θ=90°-β）。

請參閱圖16A至圖16C所示，圖16A至圖16C為反射片旋轉使照射區R沿方向X移動之示意圖（一）至（三）。藉由旋轉反射片1313，改變光線經過反射面反射的反射角γ（如圖15所示），從而改變照射區R於方向X的位置。換言之，旋轉反射片1313時，照射區R隨著反射角γ（如圖15所示）的改變而於方向X產生位移。

舉例來說，如圖16A與圖16B所示，當反射片1313自第一位置（圖16A以實線表示之反射片1313），以旋轉軸O為中心順時針旋轉至第二位置（圖16B以實線表示之反射片1313），再順時針旋轉至第三位置（圖16C以實線表示之反射片1313），照射區R隨著反射角γ的改變沿方向X產生位移。換言之，經由將反射片1313以旋轉軸O順時針／逆時針旋轉，照射區R隨著反射角γ的改變於方向X往返位移。

綜上所述，透過調整光源組件131之發光張角α與偏轉角β而滿足條件式，光源組件131的光線利用率佳，且照射區R的光線均勻度佳。如此，顯示器12所顯示的畫面不受窗口11陰影的影響。並且，當顯示機構1作為仿窗結構，用於提供室內的使用者觀看窗外景色的仿窗效果，光源模組13產生的光線模擬戶外自然光，進而增進仿窗效果的真實性。除此之外，藉由調整反射片1313，可調整照射區R的位置，使應用上更加彈性。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，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。

1:顯示機構 11:窗口 111:窗框 112:透光隔板 12:顯示器 12a:上緣 12b:下緣 13:光源模組 131:光源組件 1311:光源 1312:稜鏡 1312a:截面 1312b:截線段 1313:反射片 132:調整件 R:照射區 α:發光張角 β:偏轉角 θ:夾角 γ:反射角 T%:穿透率 K:長度 D:直徑 O:旋轉軸 S:容置空間 N:法線 I:光軸 X:方向 P:水平線 Q、T:區域 V:框線 L:距離 11a:上緣 11b:下緣 J1、J2、J3、J4、J5、J6:線

[圖1] 為本發明一些實施例之顯示機構的使用狀態示意圖（一）。 [圖2] 為本發明一些實施例之顯示機構裝設於環境的使用狀態示意圖。 [圖3A] 本發明一些實施例之顯示機構的使用狀態示意圖（二）。 [圖3B] 本發明一些實施例之顯示機構的使用狀態示意圖（三）。 [圖4A] 為於不同偏轉角β時光線穿透透光隔板的穿透率T%之關係圖。 [圖4B] 為穿透率T%與測量位置關係之關係圖。 [圖5] 為不同穿透率T%時照射區R的測量位置與牆角距離L之關係的關係圖。 [圖6] 為不同T%×cosβ / L ²的值所對應偏轉角β之關係圖。 [圖7] 為不同距離L之照度分佈的關係圖表。 [圖8] 為不同發光張角α於不同偏轉角β時對應的距離L之關係圖。 [圖9A]至[圖9F] 為本發明之發光張角α，其分別對應之偏轉角β落入較佳的角度範圍之實驗數據圖。 [圖10A]至[圖10F] 為本發明之發光張角α，其分別對應之偏轉角β不落入較佳的角度範圍之實驗數據圖。 [圖11] 本發明一些實施例之顯示機構的使用狀態示意圖（四）。 [圖12A] 為本發明一些實施例之光源組件的示意圖（一）。 [圖12B] 為本發明一些實施例之光源組件的示意圖（二）。 [圖13] 為本發明一些實施例之光源組件的示意圖（三）。 [圖14] 為本發明一些實施例之顯示機構的使用狀態示意圖（五）。 [圖15] 為圖14的局部放大示意圖。 [圖16A] 為反射片旋轉使照射區R沿方向X移動之示意圖（一）。 [圖16B] 為反射片旋轉使照射區R沿方向X移動之示意圖（二）。 [圖16C] 為反射片旋轉使照射區R沿方向X移動之示意圖（三）。

1:顯示機構

11:窗口

111:窗框

112:透光隔板

12:顯示器

12a:上緣

12b:下緣

13:光源模組

131:光源組件

132:調整件

α:發光張角

β:偏轉角

S:容置空間

N:法線

I:光軸

11a:上緣

11b:下緣

Claims

一種顯示機構，包含：一窗口；一顯示器，面向該窗口而顯示一影像；及一光源模組，位於該顯示器上方，包含一光源組件與一調整件，該光源組件產生一光線並具有一發光張角α，該光線之光軸穿過該窗口，該調整件調整該光源組件之一偏轉角β；其中，該發光張角α與該偏轉角β滿足下列條件：-0.0035α°+0.1642α°+59.5≦β≦-0.0044α°+0.0656α°+69.4以及β>52°。
如請求項1所述之顯示機構，其中該光線經該窗口照射於地面而形成一照射區R，該照射區R內具有一測量位置，該窗口垂直投影至地面的位置與該測量位置之間的距離為L，該窗口具有一穿透率T%，該穿透率T%滿足下列條件：0.7≦T%×cosβ/L²≦1。
如請求項1所述之顯示機構，其中該發光張角α為12°至65°，該偏轉角β為小於等於70°。
如請求項1所述之顯示機構，其中該光源組件包含一稜鏡與一光源，該光源產生該光線，經由該稜鏡投射至該窗口。
如請求項4所述之顯示機構，其中該稜鏡為概呈球體狀或概呈圓柱狀，包含一截面與一截線段，該截線段垂直於該截面且該截線段之長度不小於該稜鏡之直徑的1/2。
如請求項5所述之顯示機構，其中該截線段之長度K滿足下列條件：0.6D≦K<D，其中D為該稜鏡之直徑。
如請求項1所述之顯示機構，其中該光源組件包含一反射片與一光源，該光源產生該光線，經由該反射片反射至該窗口。
如請求項7所述之顯示機構，其中該反射片以一旋轉軸為中心旋轉，該旋轉軸與水平線之間具有一夾角θ，該夾角θ為90°減偏轉角β。
如請求項1所述之顯示機構，其中該顯示器與該窗口之距離為15公分至45公分，且該顯示器之上緣高於該窗口之上緣，該顯示器之下緣低於該窗口之下緣。