CN111308727A - 显示装置 - Google Patents

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刘裕升
陈纪暐
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Abstract

本发明提供一种显示装置，包括成像元件、平面式面光源以及偏光分离元件，平面式面光源用以提供复数照明光束，且平面式面光源的法线与成像元件的法线之间具有非垂直配置关系，而偏光分离元件设置于平面式面光源与成像元件之间并具有几何柱面，用以供来自平面式面光源的照明光束投射至其上并产生反射，使照明光束往成像元件的方向行进，还供来自成像元件的成像光束通过其中而使影像向外呈现。本发明能够使照明光束在一定的可视角内均匀地照射在成像元件的成像面上且元件制作简易、成本低。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其关于一种显示装置。
背景技术
随着多媒体信息(Multimedia)与网络(Internet)时代的来临，影像与信息的交流日益迅速，各种新型显示技术应运而生。而伴随着这些显示技术的发展，各种各样显示器技术也不断被提出，来解决与因应各种显示应用所面临不同的问题。
其中，由于反射式液晶显示器具有低消耗功率、日光下可视等优点，已成为显示器技术的发展主流之一，而用来对反射式液晶显示器提供照明光束的照明***，是攸关反射式液晶显示器的成像与显示品质的重要角色，因此，公告号为US6433935、US6976759以及US7529029的美国专利皆有针对应用于反射式液晶显示器的照明***进行探讨。
请参阅图1，其为公告号为US6433935的美国专利所提供的照明***的示意图。发光源11所提供的照明光束会入射至楔形棱镜12内并于其中发生全反射来扩大照射在反射式液晶显示器13的面积与视角，详如其说明书所揭露，在此即不再予以赘述。然而，上述照明方式会在影像出射面14出现色差并造成光轴歪斜与影像变形，不利于之后再成像的应用。
请参阅图2，其为公告号为US6976759的美国专利所提供的偏光分离组件(PBSassembly)的示意图。发光源所提供的照明光束21入射棱镜20后会先投射至棱镜面22并发生全反射而往偏光分离面23的方向行进，且投射至偏光分离面23的照明光束21再从偏光分离面23上发生反射以回到原先产生全反射的棱镜面22并穿透棱镜面22，进而照射在反射式光阀27的成像面上，最后，照射在反射式光阀27的成像面上的照明光束21会转换成成像光束26，且成像光束26再依序穿过棱镜面22、偏光分离面23以及补偿棱镜24后向外输出。其中，补偿棱镜24可将成像光束26的光轴导正而使成像光束26沿着反射式光阀27的法线方向输出，惟虽然如此，补偿棱镜24的设置会增加整体组件的厚度，使得反射式光阀27的成像面与出光面25之间的距离增大，不利于微型化及与短焦光学***相搭配。
请参阅图3，其为公告号为US7529029的美国专利所提供的影像显示***的示意图。影像显示***30的偏光分离棱镜32上设计有曲面34与曲面35，除了可用来导引照明光束36从发光源31照射至反射式光阀33的光学路径，还可用来导引成像光束36’从反射式光阀33往外输出的光学路径，因此是一种照明元件与成像元件相结合的设计。然而，照明元件与成像元件的相结合需要制作面形复杂的曲面棱镜，而曲面棱镜亦需要有较高的面精度，且组装容许的公差也要控制在一定范围以内，才能保证整体的成像品质。
根据以上的说明可知，现有的显示装置具有改善的空间。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种能够使照明光束在一定的可视角内均匀地照射在成像元件的成像面上且元件制作简易、成本低的显示装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种显示装置，包括一成像元件、一平面式面光源以及一偏光分离元件，该成像元件具有一成像面，用以提供一影像；该平面式面光源具有一发光表面，用以提供复数照明光束，且该发光表面的一法线与该成像面的一法线之间呈一非垂直配置关系；该偏光分离元件设置于该平面式面光源与该成像元件之间并具有一几何柱面，且该几何柱面是供来自该平面式面光源并属于一第一偏极性的至少部分该照明光束投射至其上并产生反射，使属于该第一偏极性的至少部分该照明光束往该成像元件的方向行进；其中，属于该第一偏极性的任一该照明光束于投射至该成像元件并进而出射该成像元件后被转换为属于一第二偏极性的一成像光束，且该几何柱面还供来自该成像元件并属于该第二偏极性的至少部分该成像光束通过其中而使该影像向外呈现。
较佳地，当该成像面的一侧边的一半长度在2.75毫米(mm)以下时，该显示装置符合以下关系式：
-0.047385Xi 2+0.771625Xi+3.4≤Yi；
Yi≤-0.047385Xi 2+0.771625Xi+5；
Yi＝Mi-Ni；以及
69°≤θt≤78°；
其中，Xi为该成像面上依据一坐标轴而被定义的一位置，且该坐标轴平行于该成像面的该侧边，并垂直于该成像面的该法线，而Mi为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该几何柱面的一间隔距离，Ni为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该成像元件的一上表面的一间隔距离，θt为该成像面的该法线与该发光表面的该法线之间的一夹角。
较佳地，该显示装置还符合以下关系式(a1)～(a6)中的一者：
(a1)当Xi＝0时，3.6≤Yi<3.8；
(a2)当Xi＝0时，3.8≤Yi<4.0；
(a3)当Xi＝0时，4.0≤Yi<4.2；
(a4)当Xi＝0时，4.2≤Yi<4.4；
(a5)当Xi＝0时，4.4≤Yi<4.6；以及
(a6)当Xi＝0时，4.6≤Yi<4.8。
较佳地，当该成像面的一侧边的一半长度大于2.75毫米(mm)且在3.5毫米(mm)以下时，该显示装置符合以下关系式：
-0.043299Xi 2+0.745345Xi+4≤Yi；
Yi≤-0.043299Xi2+0.745345Xi+6；
Yi＝Mi-Ni；以及
68.5°≤θt≤82.5°；
其中，Xi为该成像面上依据一坐标轴而被定义的一位置，且该坐标轴平行于该成像面的该侧边，并垂直于该成像面的该法线，而Mi为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该几何柱面的一间隔距离，Ni为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该成像元件的一上表面的一间隔距离，θt为该成像面的该法线与该发光表面的该法线之间的一夹角。
较佳地，该显示装置还符合以下关系式(b1)～(b8)中的一者：
(b1)当Xi＝0时，4.2≤Yi<4.4；
(b2)当Xi＝0时，4.4≤Yi<4.6；
(b3)当Xi＝0时，4.6≤Yi<4.8；
(b4)当Xi＝0时，4.8≤Yi<5.0；
(b5)当Xi＝0时，5.0≤Yi<5.2；
(b6)当Xi＝0时，5.2≤Yi<5.4；
(b7)当Xi＝0时，5.4≤Yi<5.6；以及
(b8)当Xi＝0时，5.6≤Yi<5.8。
较佳地，该成像元件包括一上盖玻璃、一中间层以及一电路板，且该中间层位于该上盖玻璃与该电路板之间；其中，该成像面位于该中间层内，且该成像元件的该上表面为该上盖玻璃的上表面。
较佳地，该成像面上具有依据一坐标轴而被定义的一位置，且该坐标轴平行于该成像面的一侧边，并垂直于该成像面的该法线；其中，该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该几何柱面的一间隔距离是应该成像面上的该位置越往该坐标轴的一轴向移动而越大。
较佳地，该成像面呈矩形，且该成像面的该侧边为该成像面的一短边。
较佳地，该平面式面光源包括一基板、复数发光二极体以及一扩散片，且该复数发光二极体设置于该基板上并提供复数光束，而该复数光束于通过该扩散片后形成一面光源。
较佳地，该平面式面光源包括一光室、至少一发光二极体以及一扩散片，且该至少一发光二极体以及该扩散片分别位于该光室的两端；其中，该至少一发光二极体用以提供复数光束，且该复数光束于该光室中行进而投射与漫反射至该扩散片，并于通过该扩散片后形成一面光源。
较佳地，该平面式面光源包括至少一发光二极体以及一导光板，且该至少一发光二极体用以提供复数光束，而该导光板供该复数光束投射于其中而导引该些光束的行进，使该复数光束于通过该导光板后形成一面光源。
较佳地，该平面式面光源还包括一偏振片，用以供该复数光束通过其中而向外输出属于该第一偏极性的该复数照明光束。
较佳地，该成像元件为单晶硅反射式液晶(LCoS)元件。
较佳地，该偏光分离元件为反射式偏极片(reflective polarizer)或反射式偏光增光膜(Dual Brightness Enhancement Film，DBEF)。
较佳地，该偏光分离元件呈薄膜状。
本发明还提供一种显示装置，包括一成像元件、一平面式面光源以及一偏光分离元件，该成像元件具有一成像面，用以提供一影像；该平面式面光源用以提供复数照明光束；该偏光分离元件设置于该平面式面光源与该成像元件之间，用以供来自该平面式面光源并属于一第一偏极性的至少部分该照明光束投射至其上并产生反射，使属于该第一偏极性的至少部分该照明光束往该成像元件的方向行进，还供来自该成像元件且属于一第二偏极性的至少部分成像光束通过其中而使该影像向外呈现；其中，该成像面上具有依据一坐标轴而被定义的一位置，且该坐标轴平行于该成像面的一侧边，并垂直于该成像面的一法线，而该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该偏光分离元件的一间隔距离是应该成像面上的该位置越往该坐标轴的一轴向移动而越大。
较佳地，该平面式面光源具有一发光表面，且该发光表面的一法线与该成像面的该法线之间呈一非垂直配置关系。
较佳地，当该成像面的该侧边的一半长度在2.75毫米(mm)以下时，该显示装置符合以下关系式：
-0.047385Xi2+0.771625Xi+3.4≤Yi；
Yi≤-0.047385Xi2+0.771625Xi+5；
Yi＝Mi-Ni；以及
69°≤θt≤78°；
其中，Xi为该成像面上依据该坐标轴而被定义的该位置，而Mi为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该偏光分离元件的该间隔距离，Ni为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该成像元件的一上表面的一间隔距离，θt为该成像面的该法线与该发光表面的该法线之间的一夹角。
较佳地，该显示装置还符合以下关系式(a1)～(a6)中的一者：
(a1)当Xi＝0时，3.6≤Yi<3.8；
(a2)当Xi＝0时，3.8≤Yi<4.0；
(a3)当Xi＝0时，4.0≤Yi<4.2；
(a4)当Xi＝0时，4.2≤Yi<4.4；
(a5)当Xi＝0时，4.4≤Yi<4.6；以及
(a6)当Xi＝0时，4.6≤Yi<4.8。
较佳地，当该成像面的该侧边的一半长度大于2.75毫米(mm)且在3.5毫米(mm)以下时，该显示装置符合以下关系式：
-0.043299Xi2+0.745345Xi+4≤Yi；
Yi≤-0.043299Xi2+0.745345Xi+6；
Yi＝Mi-Ni；以及
68.5°≤θt≤82.5°；
其中，Xi为该成像面上依据该坐标轴而被定义的该位置，而Mi为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该偏光分离元件的该间隔距离，Ni为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该成像元件的一上表面的一间隔距离，θt为该成像面的该法线与该发光表面的该法线之间的一夹角。
较佳地，该显示装置还符合以下关系式(b1)～(b8)中的一者：
(b1)当Xi＝0时，4.2≤Yi<4.4；
(b2)当Xi＝0时，4.4≤Yi<4.6；
(b3)当Xi＝0时，4.6≤Yi<4.8；
(b4)当Xi＝0时，4.8≤Yi<5.0；
(b5)当Xi＝0时，5.0≤Yi<5.2；
(b6)当Xi＝0时，5.2≤Yi<5.4；
(b7)当Xi＝0时，5.4≤Yi<5.6；以及
(b8)当Xi＝0时，5.6≤Yi<5.8。
较佳地，该成像元件包括一上盖玻璃、一中间层以及一电路板，且该中间层位于该上盖玻璃与该电路板之间；其中，该成像面位于该中间层内，且该成像元件的该上表面为该上盖玻璃的上表面。
较佳地，该平面式面光源包括一基板、复数发光二极体以及一扩散片，且该复数发光二极体设置于该基板上并提供复数光束，而该复数光束于通过该扩散片后形成一面光源。
较佳地，该平面式面光源包括一光室、至少一发光二极体以及一扩散片，且该至少一发光二极体以及该扩散片分别位于该光室的两端；其中，该至少一发光二极体用以提供复数光束，且该复数光束于该光室中行进而投射与漫反射至该扩散片，并于通过该扩散片后形成一面光源。
较佳地，该平面式面光源包括至少一发光二极体以及一导光板，且该至少一发光二极体用以提供复数光束，而该复数光束于通过该导光板后形成一面光源。
较佳地，该平面式面光源还包括一偏振片，用以供该复数光束通过其中而向外输出属于该第一偏极性的该复数照明光束。
较佳地，该成像面呈矩形，且该成像面的该侧边为该成像面的一短边。
较佳地，该成像元件为单晶硅反射式液晶(LCoS)元件。
较佳地，该偏光分离元件为反射式偏极片(reflective polarizer)或反射式偏光增光膜(Dual Brightness Enhancement Film，DBEF)。
较佳地，该偏光分离元件呈薄膜状。
本发明显示装置的偏光分离元件具有几何柱面，且偏光分离元件的几何柱面与成像元件的上盖玻璃具有特定的距离分布并搭配特定的平面式面光源的倾斜角度，使得平面式面光源所提供的照明光束可在特定的可视角内均匀地照射在成像元件的成像面上，亦能够缩短成像元件的成像面与偏光分离元件的距离进而降低显示装置的整体厚度与体积。此外，由于本发明显示装置的偏光分离元件不需精密光学元件射出成型或研磨制做，亦不需搭配精密的光学元件，故本发明显示装置具有元件制作简易与低成本的优势。
附图说明
图1：为公告号为US6433935的美国专利所提供的照明***的示意图。
图2：为公告号为US6976759的美国专利所提供的偏光分离组件(PBS assembly)的示意图。
图3：为公告号为US7529029的美国专利所提供的影像显示***的示意图。
图4：为本发明显示装置于一较佳实施例的结构概念示意图。
图5：为图4所示显示装置的成像元件及其成像面上数个像素的可视角的概念示意图。
图6：为图4所示显示装置的光路示意图。
图7：为第一实施态样的平面式面光源应用于图4所示显示装置的概念示意图。
图8：为图7所示平面式面光源的部分结构的立体概念示意图。
图9：为第二实施态样的平面式面光源应用于图4所示显示装置的概念示意图。
图10：为第三实施态样的平面式面光源应用于图4所示显示装置的概念示意图。
图11：为图4所示显示装置以一坐标***标示的几何概念示意图。
图12：为图4所示成像面上用来计算照度均匀度的多个位置的分布概念示意图。
具体实施方式
请参阅图4～图6，图4为本发明显示装置于一较佳实施例的结构概念示意图，图5为图4所示显示装置的成像元件及其成像面上数个像素的可视角的概念示意图，图6为图4所示显示装置的光路示意图。显示装置4包括成像元件41、平面式面光源42以及偏光分离元件43，且成像元件41具有用来提供影像的成像面414，而平面式面光源42具有用来提供复数照明光束L1的发光表面421，其中，平面式面光源42的发光表面421的法线与成像元件41的成像面414的法线之间呈非垂直配置关系。
再者，偏光分离元件43设置于平面式面光源42与成像元件41之间并具有几何柱面431，且几何柱面431供来自平面式面光源42并属于第一偏极性的照明光束L1投射至其上并产生反射，使属于第一偏极性的照明光束L1往成像元件41的方向行进，而属于第一偏极性的照明光束L1于投射至成像元件41的成像面414后反射而形成成像光束，成像光束出射成像元件41后会转换为属于第二偏极性的成像光束L2，且属于第二偏极性的成像光束L2再往偏光分离元件43的方向行进，并于通过偏光分离元件43的几何柱面431后向外输出而使影像向外呈现。其中，属于第一偏极性的照明光束L1于投射至成像元件41的成像面414的任一像素时具有入射角θi，且属于第一偏极性的照明光束L1于成像元件41的成像面414反射并出射成像元件41后会形成属于第二偏极性的成像光束L2并具有与入射角θi相等的反射角θr，因此，该任一像素的可视角θV可由照明光束L1入射至其上的入射角θi而定，其如图5所示。
于本较佳实施例中，成像元件41为一单晶硅液晶(LCoS)元件，并包括上盖玻璃411、电路板413以及位于上盖玻璃411与电路板413之间的中间层412，且中间层412内含电极层、液晶层、配向层、反射层与硅晶层等，其为本技术领域普通技术人员所知悉，在此不再予以赘述，而成像面414即位于中间层412内并呈一矩形。又，于本较佳实施例中，偏光分离元件43呈薄膜状，可采用反射式偏极片(reflective polarizer)或反射式偏光增光膜(Dual Brightness Enhancement Film，DBEF)，且其几何柱面431为仅单轴具有曲率的曲面。
以下举出平面式面光源42的三种实施态样。请参阅图7与图8，图7为第一实施态样的平面式面光源应用于图4所示显示装置的概念示意图，图8为图7所示平面式面光源的部分结构的立体概念示意图。第一实施态样的平面式面光源42A包括基板422、复数发光二极体423A、扩散片424A以及偏振片425A，该些发光二极体423A以二维阵列的形式设置于基板422上，且该些发光二极体423A所提供的复数光束L投射至扩散片424A时会产生散射，使得该些光束L于通过扩散片424A后可形成均匀的面光源，最后，该些光束L再于通过偏振片425A后形成第一偏极性的复数照明光束L1；其中，偏振片425A的设置可避免通过扩散片424A的部分光束L直接穿透偏光分离元件43，进而减少杂散光与提升显示装置4的对比度与显示效果，惟偏振片425A并非是平面式面光源42A的必要实施元件。
请参阅图9，其为第二实施态样的平面式面光源应用于图4所示显示装置的概念示意图。第二实施态样的平面式面光源42B包括光室426、至少一发光二极体423B、扩散片424B以及偏振片425B，且发光二极体423B位于光室426的一端，而扩散片424B与偏振片425B位于光室426的另一端，其中，至少一发光二极体423B所提供的复数光束L会在光室426中行进，并多次地在光室426的内表层4261产生反射与漫反射以投射至扩散片424B，而该些光束L亦在扩散片424B中产生散射，使得该些光束于通过扩散片后可形成均匀的面光源，最后，该些光束L再于通过偏振片425B后形成第一偏极性的复数照明光束L1；其中，偏振片425B的设置可避免通过扩散片424B的部分光束L直接穿透偏光分离元件43，进而减少杂散光与提升显示装置4的对比度与显示效果，惟偏振片425B并非是平面式面光源42B的必要实施元件。
请参阅图10，其为第三实施态样的平面式面光源应用于图4所示显示装置的概念示意图。第三实施态样的平面式面光源42C包括至少一发光二极体423C、导光板427以及偏振片425C，且发光二极体423C所提供的复数光束L投射至导光板427内时会被导光板427导引而进行多次的全反射与散射，使得该些光束L于通过导光板427后可形成均匀的面光源，最后，该些光束L再于通过偏振片425C后形成第一偏极性的复数照明光束L1；其中，偏振片425C的设置可避免由导光板427出射的部分光束L直接穿透偏光分离元件43，进而提升显示装置4的对比度与显示效果，惟偏振片425C并非是平面式面光源42C的必要实施元件。
当然，上述皆仅为实施例，成像元件的实施态样与其成像面的形态、偏光分离元件的实施态样与其几何柱面的形态以及平面式面光源的实施态样皆不以上述为限，本技术领域普通技术人员皆可依具实际应用需求而进行任何均等的变更设计。
特别说明的是，本发明设计偏光分离元件43的几何柱面431与成像元件41的上盖玻璃411具有特定的距离分布，并搭配特定的平面式面光源42的倾斜角度，令平面式面光源42所提供的照明光束L1可在特定的可视角θV内均匀地照射在成像元件41的成像面414上。于一实施例中，显示装置还包括一透光载体(图未示)，且该透光载体上具有与偏光分离元件43的几何柱面431相对应的光学曲面，以供偏光分离元件43设置于其上；其中，透光载体可透过研磨玻璃或塑胶成型，但不以上述为限。
以下对偏光分离元件43的几何柱面431与成像元件41的上盖玻璃411之间的距离分布及平面式面光源42的倾斜角度的相对关系进一步说明。请参阅图11，其为图4所示显示装置以一坐标***标示的几何概念示意图。于图11所示的坐标***中，第一坐标轴(X轴)平行于成像元件41的成像面414的一侧边(于本实施例中，该侧边指的是成像面414的短边4141，见图4，但不以此为限)并垂直于成像面414的法线，且第一坐标轴(X轴)的原点X0位于成像面414的短边4141的中点，而第一坐标轴(X轴)的轴向是朝向平面式面光源42的方向。又，于图11所示的坐标***中，第二坐标轴(Y轴)平行于成像元件41的成像面414的法线，且第二坐标轴(Y轴)的原点Y0位于成像元件41的上表面(即上盖玻璃411的上表面4111)，而第二坐标轴(Y轴)的轴向是朝向偏光分离元件43的方向。
再者，成像元件41的成像面414的法线与平面式面光源42的发光表面421的法线之间具有夹角θt，成像元件41的成像面414上的任一位置Gi可依据第一坐标轴(X轴)而并被定义为Xi，且该位置Gi沿着成像面414的法线向上延伸至偏光分离元件43的几何柱面431的间隔距离可被定义为Mi，而该位置Gi沿着成像面414的法线向上延伸至成像元件41的上表面(即上盖玻璃411的上表面)的间隔距离可被定义为Ni；其中，成像元件41的成像面414的短边4141的一半长度为dX，当成像面414的短边4141的一半长度dX在2.75毫米(mm)以下时，显示装置4符合以下所示关系式(1)～(4)：
(1)-0.047385Xi 2+0.771625Xi+3.4≤Yi；
(2)Yi≤-0.047385Xi 2+0.771625Xi+5；
(3)Yi＝Mi-Ni；以及
(4)69°≤θt≤78°；
而当成像面414的短边4141的一半长度dX大于2.75毫米(mm)且在3.5毫米(mm)以下时，显示装置4符合以下所示关系式(5)～(8)：
(5)-0.043299Xi 2+0.745345Xi+4≤Yi；
(6)Yi≤-0.043299Xi 2+0.745345Xi+6；
(7)Yi＝Mi-Ni；以及
(8)68.5°≤θt≤82.5°。
另一方面，当成像元件41的成像面414上的该任一位置Gi越往第一坐标轴(X轴)的轴向移动时，也就是当该任一位置Gi越靠***面式面光源42而使得Xi越大时，该任一位置Gi沿着成像面414的法线向上延伸至偏光分离元件43的几何柱面431的间隔距离Mi亦越大。
其中，当本发明显示装置4符合上述关系式时，平面式面光源42所提供的照明光束L1可均匀地照射在成像元件41的成像面414上，而本发明对于成像元件41的成像面414上的照度均匀度亦有定义。请参阅图12，其示意了成像元件41的成像面414上被用来计算照度均匀度的复数个位置P1～P13的位置分布及该些位置P1～P13分别与成像面414的周边的相对位置关系，举例来说，位置P1与成像面414的上边的间隔距离为成像面414的左侧边长度的16.6％，且位置P1与成像面414的左侧边的间隔距离为成像面414的上边长度的16.6％，其余位置P2～P13则依此类推，故不再予以赘述。此外，该些位置P1～P13于照明光束L1投射至其上后在特定像素的可视角内所获得的能量可分别以E1～E13表示，而成像元件41的成像面414上的照度均匀度U被定义为如下所示关系式：
U＝(Emin/Emax)×100％；
其中，Emin为该些能量E1～E13中的最小值，而Emax为该些能量E1～E13中的最大值。
较佳者，但不以此为限，当成像面414的短边4141的一半长度dX在2.75毫米(mm)以下时，显示装置4还符合以下关系式(a1)～(a6)中的一者：
(a1)当Xi＝0时，3.6≤Yi<3.8(可参阅稍后所示第十、十一、十二实施态样)；
(a2)当Xi＝0时，3.8≤Yi<4.0(可参阅稍后所示第七、八、九、十九实施态样)；
(a3)当Xi＝0时，4.0≤Yi<4.2(可参阅稍后所示第六、十七、十八、二十、二十一实施态样)；
(a4)当Xi＝0时，4.2≤Yi<4.4(可参阅稍后所示第五、十六、二十三、二十五、二十六、二十七实施态样)；
(a5)当Xi＝0时，4.4≤Yi<4.6(可参阅稍后所示第三、四、十三、十四、二十二、二十四实施态样)；以及
(a6)当Xi＝0时，4.6≤Yi<4.8(可参阅稍后所示第一、二、十五实施态样)；而当成像面414的短边4141的一半长度dX大于2.75毫米(mm)且在3.5毫米(mm)以下时，显示装置4还符合以下所示关系式(b1)～(b8)中的一者：
(b1)当Xi＝0时，4.2≤Yi<4.4(可参阅稍后所示第三十八实施态样)；
(b2)当Xi＝0时，4.4≤Yi<4.6(可参阅稍后所示第三十七、三十九、四十、四十一、五十三、五十四实施态样)；
(b3)当Xi＝0时，4.6≤Yi<4.8(可参阅稍后所示第三十四、三十六、五十二实施态样)；
(b4)当Xi＝0时，4.8≤Yi<5.0(可参阅稍后所示第三十一、三十三、三十五、四十九、五十一、六十、六十一、六十二、六十三实施态样)；
(b5)当Xi＝0时，5.0≤Yi<5.2(可参阅稍后所示的第四十八、五十、五十七、五十八、五十九实施态样)；
(b6)当Xi＝0时，5.2≤Yi<5.4(可参阅稍后所示的第三十、三十二、四十三、四十五、四十六、四十七、五十五、五十六实施态样)；
(b7)当Xi＝0时，5.4≤Yi<5.6(可参阅稍后所示的第二十九、四十二、四十四实施态样)；以及
(b8)当Xi＝0时，5.6≤Yi<5.8(可参阅稍后所示的第二十八实施态样)。
请参阅下方所示的表1～表63，其分别示意了符合上述关系式(1)～(4)或符合上述关系式(5)～(8)的六十三种实施态样，而在该些实施态样的条件下，成像元件41的成像面414上的照度均匀度U皆可达到85％以上。
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根据以上的说明，本发明显示装置透过偏光分离元件的几何柱面与成像元件的上盖玻璃在特定的距离分布下搭配特定的平面式面光源的倾斜角度，除了可让平面式面光源所提供的照明光束可在特定的可视角内均匀地照射在成像元件的成像面上外，还可缩短成像元件的成像面与偏光分离元件的距离进而降低显示装置的整体厚度与体积。又，由于本发明显示装置的偏光分离元件不需精密光学元件射出成型或研磨制做，亦不需搭配精密的光学元件，故具有元件制作简易与成本优势，实具产业利用价值。
上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，以及阐释本发明的技术特征，而非用于限制本发明的保护范畴。任何本技术领域普通技术人员在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围。因此，本发明的权利保护范围应如其权利要求范围所列。

Claims (30)

1.一种显示装置，其特征在于，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，具有一发光表面，用以提供复数照明光束，且该发光表面的一法线与该成像面的一法线之间呈一非垂直配置关系；以及
一偏光分离元件，其设置于该平面式面光源与该成像元件之间并具有一几何柱面，且该几何柱面是供来自该平面式面光源并属于一第一偏极性的至少部分该照明光束投射至其上并产生反射，使属于该第一偏极性的至少部分该照明光束往该成像元件的方向行进；其中，属于该第一偏极性的任一该照明光束于投射至该成像元件并进而出射该成像元件后被转换为属于一第二偏极性的一成像光束，且该几何柱面还供来自该成像元件并属于该第二偏极性的至少部分该成像光束通过其中而使该影像向外呈现。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，当该成像面的一侧边的一半长度在2.75毫米以下时，该显示装置符合以下关系式：
-0.047385Xi 2+0.771625Xi+3.4≤Yi；
Yi≤-0.047385Xi 2+0.771625Xi+5；
Yi＝Mi-Ni；以及
69°≤θt≤78°；
其中，Xi为该成像面上依据一坐标轴而被定义的一位置，且该坐标轴平行于该成像面的该侧边，并垂直于该成像面的该法线，而Mi为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该几何柱面的一间隔距离，Ni为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该成像元件的一上表面的一间隔距离，θt为该成像面的该法线与该发光表面的该法线之间的一夹角。
3.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，该显示装置还符合以下关系式(a1)～(a6)中的一者：
(a1)当Xi＝0时，3.6≤Yi<3.8；
(a2)当Xi＝0时，3.8≤Yi<4.0；
(a3)当Xi＝0时，4.0≤Yi<4.2；
(a4)当Xi＝0时，4.2≤Yi<4.4；
(a5)当Xi＝0时，4.4≤Yi<4.6；以及
(a6)当Xi＝0时，4.6≤Yi<4.8。
4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，当该成像面的一侧边的一半长度大于2.75毫米且在3.5毫米以下时，该显示装置符合以下关系式：
-0.043299Xi 2+0.745345Xi+4≤Yi；
Yi≤-0.043299Xi 2+0.745345Xi+6；
Yi＝Mi-Ni；以及
68.5°≤θt≤82.5°；
其中，Xi为该成像面上依据一坐标轴而被定义的一位置，且该坐标轴平行于该成像面的该侧边，并垂直于该成像面的该法线，而Mi为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该几何柱面的一间隔距离，Ni为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该成像元件的一上表面的一间隔距离，θt为该成像面的该法线与该发光表面的该法线之间的一夹角。
5.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，该显示装置还符合以下关系式(b1)～(b8)中的一者：
(b1)当Xi＝0时，4.2≤Yi<4.4；
(b2)当Xi＝0时，4.4≤Yi<4.6；
(b3)当Xi＝0时，4.6≤Yi<4.8；
(b4)当Xi＝0时，4.8≤Yi<5.0；
(b5)当Xi＝0时，5.0≤Yi<5.2；
(b6)当Xi＝0时，5.2≤Yi<5.4；
(b7)当Xi＝0时，5.4≤Yi<5.6；以及
(b8)当Xi＝0时，5.6≤Yi<5.8。
6.如权利要求2或4所述的显示装置，其特征在于，该成像元件包括一上盖玻璃、一中间层以及一电路板，且该中间层位于该上盖玻璃与该电路板之间；其中，该成像面位于该中间层内，且该成像元件的该上表面为该上盖玻璃的上表面。
7.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该成像面上具有依据一坐标轴而被定义的一位置，且该坐标轴平行于该成像面的一侧边，并垂直于该成像面的该法线；其中，该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该几何柱面的一间隔距离是应该成像面上的该位置越往该坐标轴的一轴向移动而越大。
8.如权利要求2、4或7所述的显示装置，其特征在于，该成像面呈矩形，且该成像面的该侧边为该成像面的一短边。
9.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该平面式面光源包括一基板、复数发光二极体以及一扩散片，且该复数发光二极体设置于该基板上并提供复数光束，而该复数光束于通过该扩散片后形成一面光源。
10.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该平面式面光源包括一光室、至少一发光二极体以及一扩散片，且该至少一发光二极体以及该扩散片分别位于该光室的两端；其中，该至少一发光二极体用以提供复数光束，且该复数光束于该光室中行进而投射与漫反射至该扩散片，并于通过该扩散片后形成一面光源。
11.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该平面式面光源包括至少一发光二极体以及一导光板，且该至少一发光二极体用以提供复数光束，而该导光板供该复数光束投射于其中而导引该些光束的行进，使该复数光束于通过该导光板后形成一面光源。
12.如权利要求9、10或11所述的显示装置，其特征在于，该平面式面光源还包括一偏振片，用以供该复数光束通过其中而向外输出属于该第一偏极性的该复数照明光束。
13.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该成像元件为单晶硅反射式液晶元件。
14.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该偏光分离元件为反射式偏极片或反射式偏光增光膜。
15.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该偏光分离元件呈薄膜状。
16.一种显示装置，其特征在于，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，用以提供复数照明光束；以及
一偏光分离元件，其设置于该平面式面光源与该成像元件之间，用以供来自该平面式面光源并属于一第一偏极性的至少部分该照明光束投射至其上并产生反射，使属于该第一偏极性的至少部分该照明光束往该成像元件的方向行进，还供来自该成像元件且属于一第二偏极性的至少部分成像光束通过其中而使该影像向外呈现；
其中，该成像面上具有依据一坐标轴而被定义的一位置，且该坐标轴平行于该成像面的一侧边，并垂直于该成像面的一法线，而该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该偏光分离元件的一间隔距离是应该成像面上的该位置越往该坐标轴的一轴向移动而越大。
17.如权利要求16所述的显示装置，其特征在于，该平面式面光源具有一发光表面，且该发光表面的一法线与该成像面的该法线之间呈一非垂直配置关系。
18.如权利要求17所述的显示装置，其特征在于，当该成像面的该侧边的一半长度在2.75毫米以下时，该显示装置符合以下关系式：
-0.047385Xi 2+0.771625Xi+3.4≤Yi；
Yi≤-0.047385Xi 2+0.771625Xi+5；
Yi＝Mi-Ni；以及
69°≤θt≤78°；
其中，Xi为该成像面上依据该坐标轴而被定义的该位置，而Mi为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该偏光分离元件的该间隔距离，Ni为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该成像元件的一上表面的一间隔距离，θt为该成像面的该法线与该发光表面的该法线之间的一夹角。
19.如权利要求18所述的显示装置，其特征在于，该显示装置还符合以下关系式(a1)～(a6)中的一者：
(a1)当Xi＝0时，3.6≤Yi<3.8；
(a2)当Xi＝0时，3.8≤Yi<4.0；
(a3)当Xi＝0时，4.0≤Yi<4.2；
(a4)当Xi＝0时，4.2≤Yi<4.4；
(a5)当Xi＝0时，4.4≤Yi<4.6；以及
(a6)当Xi＝0时，4.6≤Yi<4.8。
20.如权利要求17所述的显示装置，其特征在于，当该成像面的该侧边的一半长度大于2.75毫米且在3.5毫米以下时，该显示装置符合以下关系式：
-0.043299Xi 2+0.745345Xi+4≤Yi；
Yi≤-0.043299Xi 2+0.745345Xi+6；
Yi＝Mi-Ni；以及
68.5°≤θt≤82.5°；
其中，Xi为该成像面上依据该坐标轴而被定义的该位置，而Mi为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该偏光分离元件的该间隔距离，Ni为该成像面上的该位置沿着该成像面的该法线向上延伸至该成像元件的一上表面的一间隔距离，θt为该成像面的该法线与该发光表面的该法线之间的一夹角。
21.如权利要求20所述的显示装置，其特征在于，该显示装置还符合以下关系式(b1)～(b8)中的一者：
(b1)当Xi＝0时，4.2≤Yi<4.4；
(b2)当Xi＝0时，4.4≤Yi<4.6；
(b3)当Xi＝0时，4.6≤Yi<4.8；
(b4)当Xi＝0时，4.8≤Yi<5.0；
(b5)当Xi＝0时，5.0≤Yi<5.2；
(b6)当Xi＝0时，5.2≤Yi<5.4；
(b7)当Xi＝0时，5.4≤Yi<5.6；以及
(b8)当Xi＝0时，5.6≤Yi<5.8。
22.如权利要求18或20所述的显示装置，其特征在于，该成像元件包括一上盖玻璃、一中间层以及一电路板，且该中间层位于该上盖玻璃与该电路板之间；其中，该成像面位于该中间层内，且该成像元件的该上表面为该上盖玻璃的上表面。
23.如权利要求16所述的显示装置，其特征在于，该平面式面光源包括一基板、复数发光二极体以及一扩散片，且该复数发光二极体设置于该基板上并提供复数光束，而该复数光束于通过该扩散片后形成一面光源。
24.如权利要求16所述的显示装置，其特征在于，该平面式面光源包括一光室、至少一发光二极体以及一扩散片，且该至少一发光二极体以及该扩散片分别位于该光室的两端；其中，该至少一发光二极体用以提供复数光束，且该复数光束于该光室中行进而投射与漫反射至该扩散片，并于通过该扩散片后形成一面光源。
25.如权利要求16所述的显示装置，其特征在于，该平面式面光源包括至少一发光二极体以及一导光板，且该至少一发光二极体用以提供复数光束，而该复数光束于通过该导光板后形成一面光源。
26.如权利要求23、24或25所述的显示装置，其特征在于，该平面式面光源还包括一偏振片，用以供该复数光束通过其中而向外输出属于该第一偏极性的该复数照明光束。
27.如权利要求16所述的显示装置，其特征在于，该成像面呈矩形，且该成像面的该侧边为该成像面的一短边。
28.如权利要求16所述的显示装置，其特征在于，该成像元件为单晶硅反射式液晶元件。
29.如权利要求16所述的显示装置，其特征在于，该偏光分离元件为反射式偏极片或反射式偏光增光膜。
30.如权利要求16所述的显示装置，其特征在于，该偏光分离元件呈薄膜状。
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