邊框隱藏的顯示器蓋和顯示設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了邊框隱藏的顯示器蓋和顯示設(shè)備。在一實例中，一種邊框隱藏顯示器蓋(16)包括邊框(14)，且顯示面板(12)包括周界部分，該周界部分具有第一表面和第二表面，使得周界部分構(gòu)造成從顯示設(shè)備的邊框偏移了間隙GA。邊框隱藏顯示器蓋還包括從周界部分的邊緣延伸到距離L的周界部分的第一表面或第二表面中至少一個上的第一棱鏡陣列(22)。第一棱鏡陣列中每個棱鏡具有棱鏡角θ，且第一棱鏡陣列被構(gòu)造成使顯示面板所產(chǎn)生的靠近邊框的圖像的一部分移位，使得圖像的移位部分對于觀察者來說出現(xiàn)在邊框上。
【專利說明】邊框隱藏的顯示器蓋和顯示設(shè)備
相關(guān)申請的交叉引用
[0001]本申請根據(jù)35U.S.C.§ 119要求2012年3月9日提交的美國臨時申請61/608995以及2011年10月12日提交的美國臨時申請61/546296的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，且基于其內(nèi)容并通過引用將其內(nèi)容整體結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及用于諸如電視機(jī)這樣的顯示設(shè)備的邊框隱藏的顯示器蓋以及無邊框顯示設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]本文使用的術(shù)語顯示設(shè)備用于涵蓋能夠顯示視覺內(nèi)容的所有設(shè)備，包括但不限于計算機(jī)、移動電話以及電視機(jī)(TV)，計算機(jī)包括膝上型電腦、筆記本電腦、平板電腦和臺式電腦。每個前述設(shè)備包括多個組件部分，包括各個組件可位于其中的物理外殼或機(jī)殼、電路板、諸如集成電子組件的電路元件，以及當(dāng)然顯示面板本身。目前，這些顯示面板是平板顯示面板，包括液晶顯示元件、發(fā)光二極管(OLED)顯示元件或等離子顯示元件以及當(dāng)然這些元件可設(shè)置在其上和/或 由器封裝的玻璃或塑料基板。通常，這些平板顯示面板和顯示設(shè)備本身的邊緣部分用于電引線和與顯示面板的操作相關(guān)的各種其它電子組件，諸如在LCD顯示面板的情況下驅(qū)動面板像素以及LED照明器的電路。這就造成了平板顯示面板制造商將邊緣部分封裝在邊框內(nèi)和/邊框后面，用于隱藏上述組件，但也掩蓋顯示面板的邊緣部分，由此縮小全體圖像尺寸。
[0004]出于美觀原因，平板面板顯示器制造商努力使圖像觀看區(qū)域最大，并提供更賞心悅目的外觀，且因而使圍繞圖像的邊框的尺寸最小。但是，關(guān)于該最小化有實踐上的限制，且目前的邊框尺寸寬度為3mm至IOmm量級。因此，為了實現(xiàn)完全沒有邊框的終極目標(biāo)，提出了光學(xué)方案，該方案給觀察者的印象是圖像占據(jù)整個面板表面，而同時減小圖像形成顯示面板與顯示器蓋之間的間隙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一般而言，本文描述的各實施例涉及邊框隱藏的顯示器蓋，其為顯示設(shè)備提供大致無邊框的外觀。邊框隱藏顯示設(shè)備使靠近顯示設(shè)備邊框的圖像的多個部分移位，使得這些部分對于觀察者來說出現(xiàn)在邊框上，由此使邊框的外觀最小。
[0006]一方面，一種邊框隱藏顯示器蓋，用于耦合到具有邊框和顯示面板的顯示設(shè)備，所述邊框隱藏顯示器蓋具有周界部分，所述彎曲周界部分具有第一表面和第二表面，使得周界部分構(gòu)造成從顯示設(shè)備的邊框偏移了間隙ga。邊框隱藏顯示器蓋還包括從周界部分的邊緣延伸到距離L的周界部分的第一表面或第二表面中至少一個上的第一棱鏡陣列。第一棱鏡陣列中每個棱鏡具有棱鏡角Θ，且第一棱鏡陣列被構(gòu)造成使顯示面板所產(chǎn)生的靠近邊框的圖像的一部分移位，使得圖像的移位部分對于觀察者來說出現(xiàn)在邊框上。在某些實例中，間隙Ga可以是在邊框?qū)挾萕的約2至5倍的范圍內(nèi)。LCD顯示面板情況下的顯示面板還可包括而非限制:薄膜晶體管、偏振膜、彩色濾光膜、如ITO(氧化銦錫)的透明導(dǎo)電膜、防反射膜、隔離元件、以及取向膜。周界部分可由例如玻璃制成。第一棱鏡陣列可整合到玻璃內(nèi)，或由角度濾光器提供。第一棱鏡陣列可定位在周界部分的第一表面上，使得第一表面面向觀察者。在其它實例中，第一棱鏡陣列可定位在周界部分的第二表面上，使得周界部分的第二表面面向顯示設(shè)備。
[0007]例如，L可等于W+GAtan(Y)，其中Y是邊框不可見的最大角。在某些實例中，棱鏡陣列中每個棱鏡具有定義為來自現(xiàn)實面板的主要光纖進(jìn)入和/或射出的入射小平面與輸出小平面之間角度的棱鏡角Θ，不包括由于多次內(nèi)部反射發(fā)生的光的外部光線(諸如環(huán)境光)。棱鏡陣列的棱鏡角沿從顯示器蓋的周界邊緣朝向顯示器蓋的中心區(qū)域的方向減小。棱鏡陣列的棱鏡角可線性減小?；蛘?，棱鏡陣列的棱鏡角可非線性減小。在某些實例中，棱鏡陣列中各個棱鏡的棱鏡角在距離L上從約45°至約60°之間的角Q1減小到零。
[0008]第一棱鏡陣列中的各棱鏡可定位在顯示器蓋的周界部分的第一表面上。在某些實例中，第二棱鏡陣列可定位在顯示器蓋的周界部分的第二表面上。在某些實例中，邊框隱藏顯示器蓋還包括由周界部分界定的基本上透明的中心區(qū)域。
[0009]在某些實例中，第一棱鏡陣列中每個單獨的棱鏡具有通過小平面和非通過小平面。該通過小平面透射由顯示設(shè)備產(chǎn)生的光，而該非通過小平面是不透明的。在某些實例中，棱鏡陣列形成菲涅爾透鏡。例如，在某些實例中，菲涅爾透鏡可以是非球面的。
[0010]在另一方面，顯示設(shè)備包括顯示器蓋、背光、顯示面板以及圍繞顯示面板的周界邊緣設(shè)置的具有寬度W的邊框。在某些實例中，顯示器蓋包括周界部分和由周界部分界定的中心部分、第一表面和第二表面、以及設(shè)置在第一表面或第二表面中至少一個上的第一棱鏡陣列。第一棱鏡陣列從顯示器蓋的邊緣朝向顯示器蓋的中心區(qū)域延伸到距離L。顯示面板定位在背光與顯示器蓋之間，使得在顯示面板與顯示器蓋的第二表面之間存在間隙Ga，其中顯示面板被構(gòu)造成顯示圖像。
[0011]在又一方面，顯示設(shè)備包括顯示器蓋、背光、顯示面板以及圍繞顯示面板的周界邊緣設(shè)置的具有寬度W的邊框。在某些實例中，顯示器蓋包括周界部分和由周界部分界定的中心部分、第一表面和第二表面、以及設(shè)置在第一表面或第二表面中至少一個上的棱鏡陣列。棱鏡陣列從顯示器蓋的邊緣朝向顯示器蓋的中心區(qū)域延伸到距離L。在某些實例中，棱鏡陣列中各個棱鏡的棱鏡角在距離L上從約45°至約60°之間的角Q1減小到零。顯示面板定位在背光與顯示器蓋之間，使得在顯示面板與顯示器蓋的第二表面之間存在間隙Ga，其中顯示面板被構(gòu)造成顯示圖像。距離L是邊框的寬度W的至少兩倍，且間隙Ga是在邊框的寬度W的約2至約5.5倍之間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]在參照附圖閱讀了本發(fā)明的以下詳細(xì)描述之后，就可更好地理解這些和其它方面，在附圖中:
[0013]圖1A是包括顯示面板和邊框的顯示設(shè)備的正視圖；
[0014]圖1B是顯示設(shè)備的平鋪陣列的正視圖；
[0015]圖2是顯示器蓋的正視圖，包括用于隱藏邊框的棱鏡區(qū)域；[0016]圖3A是示出各個棱鏡的棱鏡區(qū)域的一部分的示意圖；
[0017]圖3B是示出作為顯示器設(shè)備上位置的函數(shù)的棱鏡角Θ的圖表；
[0018]圖4是示意性地示出遠(yuǎn)離用邊框隱藏顯示器蓋覆蓋的顯示設(shè)備的顯示面板的觀察者；
[0019]圖5是顯示設(shè)備上位置相對于邊框隱藏顯示器蓋上位置的曲線；
[0020]圖6是間隙寬度D與邊框?qū)挾萕的比值作為棱鏡角Θ的函數(shù)的圖表；
[0021]圖7是通過包括各棱鏡的顯示器蓋的的一部分觀察的圖像的視圖，并示出棱鏡位置處的局部圖像放大(條紋)；
[0022]圖8是紅、綠、藍(lán)(RGB)像素陣列的示意圖，其中各像素垂直于棱鏡陣列的各棱鏡的長軸布置以減少條紋；
[0023]圖9是布置成減少條紋的RGB像素陣列的示意圖；
[0024]圖10是通過包括各棱鏡的顯示器蓋觀察的圖像的一部分的視圖，示出沒有棱鏡的部分、具有棱鏡而沒有局部模糊的部分、以及具有棱鏡且局部模糊的部分；
[0025]圖11是包括彎曲前部小平面的棱鏡的示意圖；
[0026]圖12是針對法向入射和10°視角的情況顯示設(shè)備上的位置相對于邊框隱藏顯示器蓋上位置的圖；
[0027]圖13是顯示面板和邊框，顯示器蓋包括從顯示器蓋的邊緣在長度L上分布的棱鏡陣列；
[0028]圖14是顯示面板和邊框以及圖13的棱鏡陣列中單個棱鏡的示意圖，示出正負(fù)視角和間隙Ga ；
[0029]圖15是作為棱鏡角Θ的函數(shù)的間隙/邊框?qū)挾缺鹊膱D表；
[0030]圖16是設(shè)置在顯示器蓋的觀察者側(cè)上棱鏡陣列的示意圖，示出產(chǎn)生邊框的視圖的棱鏡內(nèi)的內(nèi)部反射；
[0031]圖17是設(shè)置在顯示器蓋的觀察者側(cè)上棱鏡陣列的示意圖，示出棱鏡角度設(shè)置成使得觀察者通過入射小平面觀察到圖像，由此允許邊框有圖像；
[0032]圖18是作為棱鏡角Θ的函數(shù)的沿錯誤方向(朝向邊框)的百分比觀察者視圖的圖；
[0033]圖19是全內(nèi)反射根據(jù)棱鏡角發(fā)生的視角的圖；
[0034]圖20是產(chǎn)生寄生圖像的邊框隱藏顯示器蓋的棱鏡的示意圖；
[0035]圖21是當(dāng)顯示器蓋上棱鏡陣列的各棱鏡具有相同角度時觀察者怎樣兩次觀察到圖像點的不意圖；
[0036]圖22A是設(shè)置在顯示器蓋的觀察者側(cè)上棱鏡陣列的示意圖，其中棱鏡陣列的各棱鏡角從顯示器蓋的邊緣在棱鏡陣列的長度上慢速減??；
[0037]圖22B是設(shè)置在顯示器蓋的觀察者側(cè)上棱鏡陣列的示意圖，其中棱鏡陣列的各棱鏡角從顯示器蓋的邊緣在棱鏡陣列的長度上快速減??；
[0038]圖23是放大因子作為棱鏡陣列從顯示器蓋的邊緣延伸的距離的函數(shù)的圖表；
[0039]圖24是對于給定放大因子棱鏡角作為陣列從顯示器蓋的邊緣延伸的距離的函數(shù)的圖表；
[0040]圖25是包括棱鏡和顯示面板的顯示器蓋的示意圖，其中反射器定位在顯示器蓋與顯示面板之間；
[0041]圖26是在光導(dǎo)板的一表面處包括棱鏡陣列的光導(dǎo)板的側(cè)剖視圖；
[0042]圖27是設(shè)置在顯示器蓋上棱鏡陣列中單個棱鏡的示意圖，其中各棱鏡定位在顯示器蓋的顯示面板側(cè)上；
[0043]圖28是全內(nèi)反射作為定位在顯示器蓋的觀察者側(cè)上的棱鏡和定位在顯示器蓋的顯示面板側(cè)上棱鏡的棱鏡角函數(shù)的視角的角度的圖；以及
[0044]圖29是示出全內(nèi)反射的位于顯示器蓋的顯示面板側(cè)上棱鏡陣列的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0045]此后將參照示出本發(fā)明各示例實施例的附圖更完整地描述各實例。只要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同或類似的部分。然而，各方面可實施成許多不同形式，而不應(yīng)理解成對這里所述的實施例進(jìn)行限制。
[0046]諸如電視顯示面板、計算機(jī)顯示器和膝上電腦顯示面板的顯示設(shè)備的美觀性受到圍繞這些顯示設(shè)備的邊界存在的邊框的尺寸和外觀的影響?？墒褂蔑@示設(shè)備的邊框以例如容納用于驅(qū)動顯示面板的像素的電子器件以及在某些情況下提供用于顯示設(shè)備的背光。例如，IXD電視顯示面板可包括保持在顯示設(shè)備的邊框區(qū)域內(nèi)的多個背光發(fā)光二極管(LED)。
[0047]過去幾年的趨勢是邊框越來越小。目前的邊框?qū)挾葹?.0mm至IOmm量級。但是，具有非常大顯示面板的電視型號已經(jīng)達(dá)到至少兩個邊界上小至2mm的寬度和另兩個邊界上4_的寬度的邊框區(qū)域。但是，即使小的邊框的存在仍然分散注意力，尤其是顯示設(shè)備以平鋪布置組裝以形成非常大的顯示圖像時。這些平鋪顯示設(shè)備的邊框給出了圖像“網(wǎng)格”的不希望的外觀而不是無縫的緊密結(jié)合大圖像。肉眼對于將平鋪顯示設(shè)備分開的黑線的存在非常敏感，這使得圖像非常難看。
[0048]本公開的各實施例包括隱藏邊框的邊框隱藏顯示器蓋，使得邊框的存在不可見或者或者對觀察者來說至少不明顯。這種顯示器蓋可由例如玻璃形成。在某些實施例中，玻璃可以是化學(xué)強(qiáng)化玻璃。
[0049]現(xiàn)參見圖1A，示出構(gòu)造成平板顯示面板電視的顯示設(shè)備10。盡管以下描述主要是關(guān)于電視機(jī)，但應(yīng)指出，本文描述的各實施例可適用于其它顯示設(shè)備且因此所描述的各實施例并不限于電視機(jī)。顯示設(shè)備10包括具有圍繞其周界定位的邊框14的顯示面板12。邊框14包括邊框部分14a-14d。邊框部分14a_14d可封圍顯示驅(qū)動電子器件以及為顯示面板部分12提供背光的背光硬件，諸如邊緣發(fā)光二極管(LED)。邊框部分14a-14d可具有特定寬度，例如3mm至IOmm之間。邊框部分14a_14d可分散觀察者注意力，尤其是如果幾個顯示設(shè)備布置成矩陣來觀看整個圖像，如圖1B所示。
[0050]圖2示意性地示出根據(jù)一實施例的邊框隱藏顯示器蓋16。所示實施例的邊框隱藏顯示器蓋16構(gòu)造成機(jī)械耦合到顯示設(shè)備(例如圖1A所示的顯示設(shè)備10)。邊框隱藏顯示器蓋16應(yīng)安裝在顯示設(shè)備10上，使得在邊框隱藏顯示器蓋16與顯示設(shè)備10的表面之間有間隙(例如低折射率間隙或空氣間隙)。在一實施例中，邊框隱藏顯示器蓋16通過邊框隱藏顯示器蓋16的角部處的透明支柱(未示出)耦合到顯示設(shè)備10。
[0051]邊框隱藏顯示器蓋16可例如包括周界部分17，周界部分17包括與顯示器蓋的周界相鄰的四個棱鏡部分18a-18d。如下文更詳細(xì)描述的，棱鏡部分18a-18d包括布置成陣列的多個棱鏡，用作顯示面板12的相對于觀察者定位在邊框部分14a-14d后面的區(qū)域的光彎曲(折射)濾光器。顯示器蓋和由棱鏡部分18a-18d提供的光彎曲濾光器使得能夠隱藏邊框，使得在可預(yù)測視角內(nèi)對觀察者來說其存在是不可見的或者至少不明顯。
[0052]在某些實施例中，邊框隱藏顯示器蓋16還可包括由棱鏡部分18a_18d界定的視覺上透明的中心部分20，該中心部分20不包含任何棱鏡且因此是大致平坦的。在其它實施例中，邊框隱藏顯示器蓋16不包括中心區(qū)域，從而僅提供由周界部分17限定的框架。
[0053]邊框隱藏顯示器蓋16可由玻璃制成。例如，玻璃可以是諸如離子交換玻璃、酸洗玻璃或兩者的化學(xué)強(qiáng)化玻璃。棱鏡部分18a_18d可例如由可粘結(jié)至顯示器蓋的市售光彎曲濾光材料制成，諸如由3M公司制造的Vikuiti圖像定向膜(IDF II)。應(yīng)理解，Vikuiti僅是多個可能的光彎曲濾光器方案中的一個，且本文僅作為非限制性實例提供。在另一實例中，光彎曲濾光器可直接包含在顯示器蓋16中。例如，棱鏡可直接形成在顯示器蓋材料內(nèi)。如下文更詳細(xì)描述的，為了隱藏邊框不讓觀察者看到，可優(yōu)化和開發(fā)專用光彎曲濾光器。應(yīng)指出，當(dāng)使用Vikuiti光彎曲濾光器時，可能需要所需的側(cè)向圖像移位的約2.7倍的間隙。
[0054]在另一實施例中，棱鏡也可以是圍繞顯示器的框架的一部分并由諸如塑料或玻璃的透明材料制成。該框架可例如通過注塑模制形成，且模具本身可包括產(chǎn)生所需光學(xué)效果所必需的微棱鏡結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，中心區(qū)域20可以是自由空間。
[0055]現(xiàn)參照圖3A，示出定位在邊框隱藏顯示器蓋16上的棱鏡區(qū)域18的一部分。棱鏡部分18包括呈三角形的多個棱鏡22。圖中，各棱鏡22定位在顯示器蓋16的外表面(面向觀察者)上。棱鏡22包括使邊框附近的圖像移位的棱鏡角Θ，其中棱鏡角是由光主要地穿過棱鏡的棱鏡的表面(小平面)所界定的角。圖3B是示出作為顯示設(shè)備10上位置的函數(shù)的棱鏡角Θ的圖表。通常，各棱鏡22的角度Θ應(yīng)在邊框隱藏顯示器蓋16的邊緣處最大且遠(yuǎn)離顯示器蓋的邊緣減為零(即完全沒有棱鏡)。因而，僅使由顯示面板12產(chǎn)生的一小部分的圖像發(fā)生移位。棱鏡陣列的頻率，即棱鏡的周期性應(yīng)當(dāng)大于顯示面板的像素的頻率以防止所產(chǎn)生圖像的混疊。通常，棱鏡應(yīng)當(dāng)具有小于顯示面板的像素的尺寸。例如，各個棱鏡可小至顯示面板的單個像素的1/10尺寸。
[0056]實線24示出各棱鏡的角Θ從邊框隱藏顯示器蓋16的邊緣線性減小且在距離L上的中心區(qū)域處減為零的實例。虛線26示出各棱鏡的角Θ在距離L上非線性變化的實例。為了避免干擾圖像連續(xù)性，可考慮虛線26的更復(fù)雜輪廓。
[0057]圖4示意性地示出遠(yuǎn)離顯示裝置10的顯示面板12定位的觀察者0，其中邊框隱藏顯示器蓋16定位在顯示面板與觀察者O之間。在邊框隱藏顯示器蓋16與顯示面板12之間存在間隙Ga。從顯示面板12發(fā)射到觀察者O的模擬追蹤光線指示了對于顯示面板12上的給定位置Xl而言光線入射到邊框隱藏顯示器蓋16的位置X2。在一模擬中，各棱鏡面向觀察者0，且各棱鏡的棱鏡角從邊框隱藏顯示器蓋16的每個邊緣處(即邊框14的一部分的上方)的30。線性變化到遠(yuǎn)離顯示器蓋16的外邊緣約IOmm的O。。在該模擬中邊框隱藏顯示器蓋16的折射率為1.5，而間隙Ga為約15mm。
[0058]圖5是模擬結(jié)果的圖，顯示在邊框隱藏顯示器蓋16的每個邊緣處(X2 = O)，由觀察者O看到的顯示設(shè)備10的顯示面板12上的位置Xl遠(yuǎn)離顯示器屏13的邊緣約4.8mm。因而，邊框14如果尺寸(寬度)小于4.8_，則對觀察者不可見。
[0059]可由棱鏡產(chǎn)生的光束偏差量是棱鏡角Θ的函數(shù)。圖6示出的圖表顯示，假設(shè)折射率為1.5，且還假設(shè)邊框?qū)τ?0。視角保持基本上不可見，間隙Ga與邊框?qū)挾萕的比值為棱鏡角Θ的函數(shù)。例如而非限制，通過使用45度棱鏡角Θ，間隙必需是邊框?qū)挾鹊闹辽?倍(GA/ff比值為4)。
[0060]本文所述的邊框隱藏顯示器蓋的引入可在由顯示設(shè)備顯示的圖像中引入對觀察者可能可見的偽像和/或扭曲。以下描述集中可能引入的偽像以及可優(yōu)化以使這種偽像和/或扭曲的出現(xiàn)最少的設(shè)計參數(shù)。
[0061]由邊框隱藏顯示器蓋16的前述各實例在諸如顯示設(shè)備10的顯示設(shè)備的邊框附近提供的局部光彎曲濾光器可產(chǎn)生局部圖像放大。該局部放大的第一個影響是引入圖像變形，該圖像變形可通過使用圖像扭曲矯正算法來部分補(bǔ)償。圖像扭曲矯正算法可處理由顯示面板12顯示的圖像以使放大的出現(xiàn)最小。但是，由于圖像中的扭曲是視角Y的函數(shù)(例如圖12所示)，僅可對于給定視角補(bǔ)償該圖像(例如，當(dāng)顯示器在正常入射角或某些其它靜態(tài)視角Y處觀察時)。
[0062]關(guān)于局部放大的另一圖像偽像是個別像素的圖像可能被高度放大，在圖像中引入彩色或黑白條紋。圖7示出通過使用放置在像素屏前面的變角棱鏡結(jié)構(gòu)來局部放大的圖像。由于放大，由于像素之間的空間被高度放大，寬黑部28在區(qū)域30內(nèi)成條帶，由此導(dǎo)致在圖像中可視的顯著的黑線。該效果稱為“條紋”。
[0063]作為示例，可通過最小化相同顏色像素之間的空間來降低或消除條紋。圖8示出一示例，其中，顯示面板12中的紅色、綠色和藍(lán)色像素(分別為32、34和36)與棱鏡的長軸線36方向正交地對齊。圖9顯示另一方法。該方法包括以相對于彼此成大角度(例如約45度)對齊像素(例如，分別是紅色、綠色和藍(lán)色像素32、34和36)并每隔一行切換顏色。該情形中，有顏色的或黑色的條紋每隔一行切換，且由此變得較不可見。
[0064]此外，可以控制各個像素的大小來最小化放大效果。在大型顯示器中，諸如55英寸對角顯示器，典型的單個像素大小取決于分辨率，意味著在5倍放大因子時，像素是容易見到的。這可通過將顯示面板的像素做得更小或具有不同幾何形狀來避免。對于5倍的放大因子，利用小5倍的子像素將消除感知到的條紋。從電子角度看，每組子像素仍可由相同的晶體管驅(qū)動，由此避免更復(fù)雜的電路。
[0065]也可改變邊框隱藏的顯示器蓋，以減少或消除條紋。例如，可通過使得單個像素的圖像略微模糊來減小或消除條紋，這通過使得棱鏡的小平面具有粗糙度，或者通過使得這些表面稍微彎曲而不是平坦(例如對棱鏡增加透鏡元件)來實現(xiàn)。合適的粗糙度可例如通過金剛石切割技術(shù)而形成原版和原版的微復(fù)制來獲得。圖10示出一圖像，其中，棱鏡的部分40具有曲率(部分模糊區(qū))，而另一部分42中，棱鏡僅具有平坦小平面(無模糊區(qū))。如可看到的，像素之間的寬的黑線在部分42中消失。可以看出部分44無棱鏡。圖11是包括彎曲正小平面46的棱鏡22的示意圖。
[0066]當(dāng)觀察者不以垂直入射觀察顯示設(shè)備10時，邊框14對于觀察者是局部或完全可視的。具體地，當(dāng)觀察者O位于非?？拷@示設(shè)備10的位置時，觀察者將以高入射角觀察顯示器蓋的所有邊緣，這使得所有的邊框部分可視并給予電視是在盒子內(nèi)的印象。
[0067]圖12是示出關(guān)于在圖4所示以法向入射觀察顯示設(shè)備10的相同條件下(曲線A)以及在圖6所示以10°入射角的類似條件下(曲線B，α = 10)顯示設(shè)備10上看到的位置的模擬結(jié)果的圖表。如該圖表所示，曲線A和B類似，除了他們相對于彼此偏移。在第一次逼近時，曲線B偏移量為AG*sin(a)，其中AG是空氣間隙，且a是視角。因此，在相對小的視角(例如10° )，邊框開始變得不可見。應(yīng)注意，各棱鏡角可非線性變化以提供更大的視角(見圖3B的虛線曲線26)。
[0068]一些實施例中，以增加視角來降低邊框的可見度可通過在邊框隱藏顯示器蓋16的棱鏡部分18a-18d上增加散射紋理來實現(xiàn)。在靠近邊框部分14a-14d的該區(qū)域，圖像可能部分模糊，因為，該圖像部分在邊框隱藏顯示器蓋16上產(chǎn)生。但是，對于大型電視，10_的模糊區(qū)域可能不會有顯著的視覺分散注意力，因為觀察者通過將注意力放在圖像的中心附近，而周圍信息不那么顯著。一些示例中，棱鏡部分18a-18d可具有在邊框隱藏顯示器蓋16的每邊上的棱鏡，以放大視角。
[0069]現(xiàn)參考圖13，假設(shè)觀察者O以相對于顯示面板12的法線以觀察角Y觀看顯示設(shè)備10(例如電視)。為了確保邊框14在觀察角Y看不到，通過定位在顯示器蓋16上的棱鏡22引入的偏離角δ需要符合:
δ = Y +arctan (ff/GA) (I)
或者
Ga = ff/tan ( δ - y )
其中，δ是棱鏡偏尚角，Y是視角，W是邊框?qū)挾?而是Ga顯不面板12與顯不蓋16之間的間隙的距離。圖13還示 出棱鏡需要定位在該范圍上的從顯示器蓋的邊緣到顯示器蓋的內(nèi)部延伸的最小距離L是:
L = ff+GAtan ( Y ) (2)
[0070]公式I示出間隙Ga將隨著棱鏡偏離角δ的增加或者視角Y的降低而降低，意味著在更小視角下，對于觀察者，邊框14變得可見。而且，公式2示出為了隱藏邊框，對于小間隙Ga，棱鏡22離顯示器蓋的邊緣所需要的分布長度L將減小，意味著圖像偽像將維持局限于圖像的靠近顯示設(shè)備的邊緣的小部分內(nèi)?，F(xiàn)參照圖14，示出觀察者O觀察顯示設(shè)備10，該顯示設(shè)備10具有由寬度W的邊框14圍繞的顯示面板12。示出棱鏡陣列中的單個棱鏡
22。棱鏡22具有前部小平面56、非通過小平面48、以及后部小平面50。后部小平面56和前部小平面50限定棱鏡角Θ。假設(shè)各棱鏡22面向觀察者0(在玻璃蓋的觀察者側(cè)上)，在將視角固定為不同值的同時可計算相對于棱鏡角和確定的間隙與邊框?qū)挾缺戎?4/胃計算偏差角δ。
[0071]圖15是示出最小間隙-邊框?qū)挾缺戎礕a/W的圖表，假設(shè)理想的是在高達(dá)+30度的正視角+Y保持邊框不可見。假設(shè)棱鏡的折射率為1.56。如圖15可見，棱鏡角Θ應(yīng)當(dāng)至少為55。以保持邊框?qū)τ^察者來說不可見并保持合理的間隙Ga。用于邊框隱藏顯示器蓋116構(gòu)造的最佳設(shè)計可以根據(jù)下文更詳細(xì)描述的其它偽像。
[0072]圖16示出當(dāng)使用具有小棱鏡角Θ且相反非通過小平面48(光線不穿過的小平面)相對于相鄰的通過前部小平面50(即由β角形成的直角西安角形)設(shè)為90。時的結(jié)果。當(dāng)沿射線52觀察顯示平板圖像時，射線52通過全內(nèi)反射由相對小平面48反射并沿著使得邊框14可見的方向傳播。例如，用55。的棱鏡角Θ，進(jìn)入棱鏡的約40%的射線沿錯誤方向傳播。
[0073]或者，棱鏡22的角β使得棱鏡22的非通過小平面48平行于棱鏡內(nèi)部的通過射線54，如圖17所示。但該部分光線現(xiàn)將通過棱鏡22的小平面48之一直接傳遞，且對于55。的棱鏡角θ，穿過棱鏡的約40%的光將沿錯誤方向傳播。但該部分光線現(xiàn)將通過棱鏡22的小平面之一直接傳遞，且對于55。的棱鏡角。，穿過棱鏡的約40%的光將沿錯誤方向傳播。圖18中的圖表示出沿錯誤方向折射的光的量是棱鏡角Θ的函數(shù)，并示出對于約55。的棱鏡角Θ，約40%的射線到達(dá)錯誤小平面，意味著觀察者O看到的圖像在邊緣處看起來較暗。盡管40%對于大多數(shù)觀察者來說是可接受的，但假設(shè)大于40%的錯誤偏離光的量是視覺上不可接收的。因此，拉伸的圖像在其邊緣處較暗，且55。的棱鏡角Θ是維持量度減小低于40%的最大棱鏡角。
[0074] 再參見圖14，當(dāng)棱鏡22面向觀察者O并定位在平坦玻璃基材上時，后部小平面56 (顯示器蓋16處的小平面)平行于顯示面板12的平面。在大的負(fù)視角(-Y)下，光線在后部小平面56處的入射角變得非常大，且光線在后部小平面56處以全內(nèi)反射被反射。圖19的圖表示出對于棱鏡內(nèi)全內(nèi)反射的發(fā)生，棱鏡角Θ為視角y的函數(shù)，并示出對于約55
。的棱鏡角Θ，在約-31。的視角。處開始全內(nèi)反射。對于小于-31。的負(fù)視角-Y，棱鏡22會看上去像擴(kuò)散反射器。
[0075]在某些情況下，當(dāng)觀察者在特定視角范圍內(nèi)觀察邊框隱藏顯示器蓋16時，他或她可能看到兩個偏移的圖像。圖20示出觀察者O看到的邊框隱藏顯示器蓋16的一部分。觀察者O看到兩個圖像:由通過棱鏡22的通過前部小平面50傳播的射線21形成的一個偏移的圖像，以及由穿過假設(shè)為非通過的小平面48傳播的射線61形成的一個寄生圖像。在一實施例中，通過將每個棱鏡的非通過小平面做成不透明的，從而防止光穿過其中而減輕雙圖像。例如，非通過小平面可涂有不透明涂層(例如通過靜電涂工藝)。因此，光可僅穿過各棱鏡22的通過前部小平面50。
[0076]現(xiàn)參照圖21，當(dāng)各棱鏡(例如棱鏡22)具有恒定角Θ，顯示面板邊緣附近的對象(諸如點60處的圖像部分)可被復(fù)制，這會是視覺干擾?？赏ㄟ^使通過各棱鏡22看到的圖像模糊來減輕這種扭曲。或者，棱鏡角Θ可從顯示器蓋的邊緣向內(nèi)在距離L上空間上慢慢減小，直到偏離角δ接近于零。假設(shè)棱鏡角減速為線性的，則棱鏡陣列變得等同于圓柱形菲涅爾透鏡，并具有位于空間內(nèi)某處的焦點。
[0077] 圖22Α和22Β示出棱鏡角減速的兩種不同情況。圖22Α示意性地示出棱鏡角Θ空間上快速見效的實例。焦點fp位于顯示面板的表面上。因而，可使用上述方程2確定需要棱鏡的從顯示器蓋16邊緣的距離L。但是，在該情況下，觀察者O看到的所有的光來自同一點，產(chǎn)生大放大因子。圖22示意性地示出棱鏡角Θ比圖21所示的實例空間上更慢減小的實例。對于圖22B所示棱鏡角Θ的較慢空間減小，焦點fp位于顯示面板12后面且放大因子(L/L')減小。但是，需要棱鏡的距離L增加，意味著會在圖像的較大部分上看到諸如上述全內(nèi)反射的其它缺陷。因此，例如而非限制，范圍從約50°至約60°、例如約55°的棱鏡角Θ可提供足夠的折衷，且對于4mm寬的邊框產(chǎn)生約IOmm的間隙Ga。
[0078]可通過平衡各種偽像并開發(fā)設(shè)計過程來設(shè)計用于預(yù)期視角和距離的最佳邊框隱藏顯示器蓋16來減輕上述圖像偽像。下文描述確定適當(dāng)設(shè)計的示例過程。首先，可確定邊框14變得可見的正視角+Y。例如，在測試期間，約30°的正視角產(chǎn)生可接受的間隙。其次，可確定作為起始棱鏡角Θ函數(shù)的間隙與邊框比值。根據(jù)圖15的圖表，+30°視角，對于55°的起始棱鏡角QpGVW比約為2.2。接著，可確定起始棱鏡角Q1(即對于該實例的55° )是否產(chǎn)生通過錯誤小平面的可接受量的光泄露以及各棱鏡開始產(chǎn)生入射光纖的全內(nèi)反射的角度。因為使用非常大的棱鏡角產(chǎn)生圖像偽像，起始棱鏡角Q1應(yīng)合理地小，例如等于或小于約55°。
[0079]—旦選擇了起始棱鏡角Q1，則確定角度減小率。該減小率應(yīng)盡可能快，使得圖像偽像仍定位在小區(qū)域內(nèi)，而且還足夠慢地減小，使得像素放大(條紋)不會太高。對于線性減速，圖像放大的幅度在圖像邊緣處非常高，產(chǎn)生局部像素放大。在某些情況下，放大會是負(fù)的，意味著圖像反轉(zhuǎn)。該效果主要是由于菲涅爾棱鏡產(chǎn)生的球面像差。圖23示出作為從顯示器蓋的邊緣的距離L函數(shù)的圖像放大。因而，可通過當(dāng)棱鏡角減小率增加時計算保持放大因子恒定來選擇放大因子?？梢燥@示，這等同于對菲涅爾透鏡設(shè)計增加非球面化。圖24示出通過分別將放大因子固定在5 (曲線62)和2 (曲線64)的棱鏡角變化。
實例I
[0080]對于為2的放大因子，選擇55°的起始棱鏡角，產(chǎn)生約18mm的棱鏡陣列長度L (棱鏡陣列所延伸的、從顯示器蓋邊緣的距離)。對于4mm邊框?qū)挾龋_定間隙Ga為約9mm。因而，在約30°的視角處會發(fā)生邊框可見，且在-30°的視角Y會開始全內(nèi)反射。
實例2
[0081]對于為5的放大因子，選擇55°的起始棱鏡角，產(chǎn)生約11.3mm的棱鏡陣列長度L。對于4mm邊框?qū)挾?，確定間隙Ga為約9mm。因而，在約30°的視角處會發(fā)生邊框可見，且在-30°的視角Y會開始全內(nèi)反射。
實例3
[0082]對于為2的放大因子，選擇55°的起始棱鏡角，產(chǎn)生約45mm的棱鏡陣列長度L。對于IOmm邊框?qū)挾?，確定間隙Ga為約22mm。因而，在約30°的視角處會發(fā)生邊框可見，且在-30的視角Y會開始全內(nèi)反射。
[0083]如上所述，當(dāng)視角變?yōu)檎蹈髸r，邊框14變得可見?，F(xiàn)參照圖25，可通過提供反射表面66以將否則會撞擊在邊框14的光纖偏離(即沿相反方向，以避免觀察到邊框14)來減輕邊框14的可見性。反射表面66可或者拋光并用作平面鏡，或者具有某種結(jié)構(gòu)來部分地散射光并形成部分模糊的圖像的反射部分(模糊)。
[0084]如上文解釋的，圖像的邊緣可能由于通過錯誤棱鏡小平面的光泄露或通過其的反射而顯得較暗。避免這種泄露的另一種方式包括使圖像局部更亮。例如，可計算當(dāng)觀察者處于法向入射時圖像看上去太暗的量，并使顯示面板12形成的圖像相應(yīng)更亮。這可通過圖像處理(在該情況下，其僅在圖像本身在邊緣處較暗時才作用)或通過背光來實現(xiàn)。圖26不出根據(jù)一實施例的背光組件68。該不例背光組件包括光源72、反射表面74和光導(dǎo)板70。可通過增加泄露出背光光導(dǎo)板70的光的量來使圖像局部更亮?？梢员砻鳎@可例如通過將淺棱鏡陣列76附連到光導(dǎo)板上來實現(xiàn)。
[0085]或者，圖像可被模糊的量至少等于像素尺寸。這可通過對棱鏡角度引入噪聲(小偏差)或通過使各棱鏡的輸出小平面具有關(guān)于圖11先前所述的曲率來實現(xiàn)。
[0086]圖27示出本發(fā)明的一實施例，其中各棱鏡22面向顯示面板12，而不是如上述實施例中那樣背向顯示面板。在該情況下，棱鏡的入射面(小平面56)指向錯誤方向。換言之，對于給定光纖偏轉(zhuǎn)角，棱鏡小平面上的出射角(α)必然大于棱鏡面向觀察者O時(因為在該情況下，小平面56平行于顯示器)。于是，對于小得多的視角會發(fā)生全內(nèi)反射。
[0087]圖28是示出在兩種情況下各棱鏡22產(chǎn)生全內(nèi)反射的視角Y的圖:當(dāng)各棱鏡面向觀察者時(曲線78)或當(dāng)各棱鏡面向顯示面板12時(曲線80)。例如，對于40°的棱鏡角Θ，棱鏡在面向顯示面板時對于所有的負(fù)視角- Y (曲線80)是全內(nèi)反射，而在棱鏡面向觀察者時僅對于小于-40度的負(fù)視角-Y開始全內(nèi)反射。因此，當(dāng)面向顯示面板12將各棱鏡22定位在平坦蓋后側(cè)上時，棱鏡角Θ會需要非常小以避免全內(nèi)反射和大間隙。
[0088]現(xiàn)參照圖29，由于面向顯示面板12的微棱鏡趨于產(chǎn)生全內(nèi)反射，所以在某些實施例中，全內(nèi)反射模式可選擇成觀察者所觀察到的標(biāo)稱模式。圖29示出小平面之一(例如小平面50)產(chǎn)生全內(nèi)反射且另一小平面(例如小平面56)為透射的一實施例。更具體地，光線在小平面48處進(jìn)入各棱鏡，并通過全內(nèi)反射在小平面50處反射，并在小平面56處射出棱鏡。由于小平面48產(chǎn)生入射光纖65的反射,可獨立于各棱鏡的折射率產(chǎn)生非常大的偏轉(zhuǎn)角。這允許邊框隱藏顯示器蓋16與顯示設(shè)備10之間的極小間隙Ga。
[0089]為了描述和定義本發(fā)明的各實施例，注意在本文中采用術(shù)語“基本上”、“大約”以及“約”表示可能有由于任何定量比較、數(shù)值、測量或其它表示的固有不確定程度。
[0090]注意到，在這里，關(guān)于以特定的方式“構(gòu)造”或者特定屬性的具體化、或者以特定方式起作用的特定實施例的組件的表述都是結(jié)構(gòu)性的表述，而不是特定用途的表述。更特別地，本文提到組件“構(gòu)造”的方式是指所述組件的存在的物理條件，并且同樣地被作為所述組件的結(jié)構(gòu)特征的明確的表述。
[0091]還應(yīng)指出，在描述特定組件或元件時使用術(shù)語“至少一個”并不表示描述其它部件或元件時使用術(shù)語“一個”排除使用多于一個的特定組件或元件。更具體地，盡管可使用“一個”來描述組件，但不應(yīng)解釋為將該組件限值為僅一個。
[0092]盡管本文示出和描述的特定實施例，但應(yīng)理解可作出其它變化和改型而不偏離所要求保護(hù)主題的精神和范圍。更具體地，雖然所述本發(fā)明的一些方面在此被確定為優(yōu)選的或特別有益的，但應(yīng)構(gòu)思到所要求保護(hù)的主題不是必然限于本發(fā)明的這些優(yōu)選的方面。
【權(quán)利要求】
1.一種邊框隱藏顯示器蓋，用于耦合到包括邊框和顯示面板的顯示設(shè)備，所述邊框隱藏顯示器蓋包括: 周界部分，所述周界部分包括第一表面和第二表面，其中所述周界部分被構(gòu)造成從所述顯示設(shè)備的邊框偏移了間隙Ga ； 第一棱鏡陣列，所述第一棱鏡陣列在所述周界部分的所述第一表面或所述第二表面中的至少一個之上，所述第一棱鏡陣列從所述周界部分的邊緣延伸到距離L，其中: 所述第一棱鏡陣列中的每個棱鏡具有棱鏡角Θ ； 所述第一棱鏡陣列被構(gòu)造成使所述顯示面板所產(chǎn)生的靠近所述邊框的圖像的一部分移位，使得所述圖像的移位部分對于觀察者來說出現(xiàn)在所述邊框上；以及 中心區(qū)域，所述中心區(qū)域由所述周界部分界定，其中在所述中心區(qū)域處不存在所述第一棱鏡陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的邊框隱藏顯示器蓋，其特征在于，所述中心區(qū)域是基本上透明的。
3.如權(quán)利要求1所述的邊框隱藏顯示器蓋，其特征在于，所述周界部分包括玻璃，且所述第一棱鏡陣列被整合到所述玻璃中。
4.如權(quán)利要求1 所述的邊框隱藏顯示器蓋，其特征在于，所述周界部分包括玻璃，且所述第一棱鏡陣列由定位在所述周界部分的所述第一表面或所述第二表面上的角度濾光器提供。
5.如權(quán)利要求1所述的邊框隱藏顯示器蓋，其特征在于，所述第一棱鏡陣列中各個棱鏡的棱鏡角Θ沿從所述周界部分的邊緣朝向所述邊框隱藏顯示器蓋的中心的方向減小。
6.如權(quán)利要求5所述的邊框隱藏顯示器蓋，其特征在于，所述第一棱鏡陣列中各個棱鏡的棱鏡角Θ線性地減小。
7.如權(quán)利要求5所述的邊框隱藏顯示器蓋，其特征在于，所述第一棱鏡陣列中各個棱鏡的棱鏡角Θ非線性地減小。
8.如權(quán)利要求1所述的邊框隱藏顯示器蓋，其特征在于: 所述第一棱鏡陣列中每個單獨的棱鏡包括通過小平面和非通過小平面； 所述通過小平面透射由所述顯示設(shè)備產(chǎn)生的光；以及 所述非通過小平面是不透明的。
9.如權(quán)利要求1所述的邊框隱藏顯示器蓋，其特征在于，所述第一棱鏡陣列被定位在所述周界部分的所述第一表面上，且所述周界部分的所述第一表面面向觀察者。
10.如權(quán)利要求1所述的邊框隱藏顯示器蓋，其特征在于，所述第一棱鏡陣列被定位在所述周界部分的所述第二表面上，且所述周界部分的所述第二表面被構(gòu)造成面向所述顯示設(shè)備。
11.如權(quán)利要求1所述的邊框隱藏顯示器蓋，其特征在于，所述第一棱鏡陣列形成菲涅爾透鏡。
12.如權(quán)利要求11所述的邊框隱藏顯示器蓋，其特征在于，所述菲涅爾透鏡是非球面的。
13.一種顯示設(shè)備，包括: 顯示器蓋，包括:周界部分和由所述周界部分界定的中心區(qū)域； 第一表面和第二表面；以及 第一棱鏡陣列，所述第一棱鏡陣列位于所述第一表面或所述第二表面中的至少一個上，其中所述第一棱鏡陣列從所述顯示器蓋的邊緣朝向所述顯示器蓋的所述中心區(qū)域延伸到距離L ； 背光; 顯示面板，所述顯示面板定位在所述背光與所述顯示器蓋之間，使得在所述顯示面板與所述顯示器蓋的所述第二表面之間存在間隙Ga，其中所述顯示面板被構(gòu)造成顯示圖像；以及 具有寬度W的邊框，所述邊框圍繞所述顯示面板的周界邊緣而設(shè)置。
14.如權(quán)利要求13所述的顯示設(shè)備，其特征在于，L= W+GAtan( Y)，其中、是邊框?qū)τ谟^察者來說不可見的最大角。
15.如權(quán)利要求13所述的顯示設(shè)備，其特征在于，所述第一棱鏡陣列中的每個單獨棱鏡包括棱鏡角Θ，所述第一棱鏡陣列中各個棱鏡的棱鏡角Θ沿從所述顯示器蓋的所述周界部分的邊緣朝向所述顯示器蓋的中心的方向減小。
16.如權(quán)利要求15所述的顯不設(shè)備,其特征在于,所述第一棱鏡陣列中各個棱鏡的棱鏡角0非線性地減小。
17.如權(quán)利要求13所述的顯示設(shè)備，其特征在于，所述第一棱鏡陣列定位在所述周界部分的所述第一表面上。
18.如權(quán)利要求13所述的顯示設(shè)備，其特征在于，所述第一棱鏡陣列形成非球面菲涅爾透鏡。
19.如權(quán)利要求13所述的顯示設(shè)備，其特征在于，所述間隙Ga是在所述邊框的所述寬度W的約2倍至約5倍之間。
20.—種顯不設(shè)備,包括: 顯示器蓋，包括: 周界部分和由所述周界部分界定的中心區(qū)域； 第一表面和第二表面；以及 棱鏡陣列，所述棱鏡陣列位于所述第一表面或所述第二表面中的至少一個上，其中所述棱鏡陣列從所述顯示器蓋的邊緣朝向所述顯示器蓋的所述中心區(qū)域延伸到距離L，且所述棱鏡陣列中各個棱鏡的棱鏡角在所述距離L上從約45至約60度之間的角Θ 1減小到零； 背光; 顯示面板，所述顯示面板定位在所述背光與所述顯示器蓋之間，使得在所述顯示面板與所述顯示器蓋的所述第二表面之間存在間隙Ga，其中所述顯示面板被構(gòu)造成顯示圖像；以及 具有寬度W的邊框，所述邊框圍繞所述顯示面板的周界邊緣而設(shè)置，其中所述距離L是所述邊框的寬度W的至少兩倍，且所述間隙Ga是在所述邊框的寬度W的約2倍至約5.5倍之間。
【文檔編號】G02F1/1333GK103988118SQ201280056916
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月12日
【發(fā)明者】M·艾坦內(nèi), J·高里爾, D·A·諾蘭, W·P·維克斯 申請人:康寧股份有限公司