光学装置及应用该光学装置的显示器的制作方法

本发明涉及光学领域，尤其涉及光学装置及应用光学装置的显示器。

背景技术：

现今在便携式3C产品，尤其在具有显示面板的3C产品上，常贴附视角控制片(privacy filter)以保护隐私。视角控制片通过限制光线的光路，使旁人的眼睛与显示面板间超过一特定角度时就无法看到显示面板上所显示的信息。这对于商务人士在飞机或铁路上使用电脑、或是对于重视个人隐私的人都有极大的帮助。

目前是将视角控制片设置于显示面板的表面上来达到保护隐私的技术效果，然而，此种设计方式会影响显示面板的光学性质。一般常见的缺点在于贴附视角控制片后，显示面板的亮度变暗。此外，若是改变使用场合，例如，在小空间以3C产品分享信息时，需要广视角模式让更多人可以看到显示面板上的信息，此时仅能手动将视角控制片移除，在视角切换的操作上相当不方便，且视角控制片移除也常因为形变而难以再次利用。

技术实现要素：

为了解决现有技术上的问题，使视角模式可以依据使用需求方便地及快速切换，在此提供一种光学装置。光学装置包含光开关元件及光转换元件。光开关元件具有第一区以及第二区，第一区及第二区分别对应不同的视角模式。也就是，当第一区开启时，第二区相对应地关闭。光转换元件相对于光开关元件设置，光转换元件包含第一部以及第二部，其中第一部对应第一区，且第二部对应第二区。从而，光线可以通过通过第一区或第二区而呈现不同的光路，而达到视角切换的效果。

在一实施例中，光开关元件包含开关介质层、第一电极、以及第二电极。第二电极至少位于第二区中、开关介质层位于第一电极以及第二电极之间。进一步地，开关介质层为高分子分散型液晶(polymer dispersed liquid crystal，PDLC)层或高分子网络液晶(polymer network liquid crystal，PNLC)层，通过第一电极或第二电极控制高分子分散型液晶层或高分子网络液晶层的偏转，以控制视角模式的切换。

在一实施例中，第二部是由多个量子点或量子柱所构成。量子点或量子柱，吸收光线的能量后能转换成白光，并散射为全周光，而达到广视角的效果。

在一实施例中，光学装置还包含棱镜片。棱镜片包含棱镜区，且棱镜区对应于第一部，通过棱镜区中棱镜微结构的偏光，将光线偏折在特定方向，此为窄视角的私密模式。进一步地，棱镜区的宽度大于或等于第一区的宽度、第二部的宽度大于或等于第二区的宽度，因此，以避免产生漏光。

在一实施例中，光学装置还包含光源模块，也就是，将光开关元件、光转换元件、光源模块共同组合为背光模块。光源模块设置于光转换元件下方，光源模块是在一第一模式时提供白光，白光实质上穿透第一区、但不穿透第二区。也就是，白光可以通过开关介质层的偏转、或是棱镜区的设置，以限制白光的路径只能穿过第一区及第一部。此外，光源模块亦可在第二模式提供非白光，非白光实质上不穿透第一区，第二部中的量子点或量子柱受到激发，将非白光转换为白光，且以散射方式达到全周光，此为广视角的分享模式。一般而言，非白光的波长为300纳米至500纳米，具有较高的能量，以激发量子点或量子柱。在此，白光与非白光，可以通过切换光源模块中的发光元件来实现，或者，也可以通过切换光源来实现。

在此，更提供一种显示器。显示器包含光学装置及显示面板。显示面板是相对于光学装置设置，通过光学装置可切换不同的视角模式。

在一实施例中，显示面板为液晶显示面板，光学装置可以进一步包含光源模块，也就是将光开关元件、光转换元件与光源模块共同做为显示器的背光模块。

在另一实施例中，显示面板为一自发光型显示面板。自发光型显示面板是提供光线，光线实质上不穿透第二区。

在一实施例中，显示器还包含棱镜片，棱镜片包含棱镜区，且棱镜区对应第一部。棱镜片可以与显示面板组合，使得光转换元件是设置于棱镜片以及光开关元件之间。棱镜片也可以与光学装置组合，使得光开关元件是设置于棱镜片以及光转换元件之间。

在此，光学装置提供了对应不同视角范围的模式，可以依据使用的需求主动地切换视角的模式，无需硬件上的加装或卸载，控制上简单方便。

附图说明

图1为本发明的光学装置的第一实施例在第一模式的示意图。

图2为本发明的光学装置的第一实施例在第二模式的示意图。

图3A为本发明的光转换元件的一实施例的俯视示意图。

图3B为本发明的光转换元件的另一实施例的俯视示意图。

图4为本发明的光学装置的第二实施例在第一模式的示意图。

图5为本发明的光学装置的第二实施例在第二模式的示意图。

图6为本发明的显示器的第一实施例的示意图。

图7为本发明的显示器的第二实施例的示意图。

图8为本发明的显示器的第三实施例的示意图。

图9为本发明的显示器的第四实施例的示意图。

附图标记说明：

1 光学装置 10 光开关元件

11 第一区 13 第二区

15 第一电极 17 第二电极

19 开关介质层 20 光转换元件

21 第一部 23 第二部

25 光转换粒子 30 光源模块

31 光源 31A 第一光源

31B 第二光源 33 导光板

40 棱镜片 41 棱镜区

411 棱镜微结构 5 显示面板

51 第一基板 52 第二基板

55 发光元件

100 显示器 A1 延长轴

W₁ 宽度 W_2A 宽度

W_2B 宽度 W₃ 宽度

具体实施方式

参阅图1及图2，分别为本发明的光学装置的第一实施例在第一模式的示意图以及在第二模式的示意图。如图1及图2所示，在本实施例中，光学装置1包含光开关元件10以及光转换元件20。光开关元件1具有至少一第一区11以及至少一第二区13，其中第一区11及第二区13分别对应不同的视角模式。光开关元件10包含至少一第一电极15、至少一第二电极17以及开关介质层19。第二电极17至少位于第二区13中，开关介质层19位于第一电极17以及第二电极19之间，第一电极15及第二电极17举例是以透明导电材料所制成。开关介质层19为高分子分散型液晶(polymer dispersed liquid crystal，PDLC)层或高分子网络液晶(polymer network liquid crystal，PNLC)层。

高分子分散型液晶层或高分子网络液晶层是利用液晶分子分散于高分子膜中，使液晶形成球状或是形成三维网络状。其特性在于受电压驱动时，亮、暗态有明显的变化。当施加电压时，高分子分散型液晶或高分子网络液晶层的分子受电场驱动而偏转，使光线以特定方向通过而呈亮态；当未施加电压时，高分子分散型液晶或高分子网络液晶层的分子未偏转，此时光线被反射或散射、无法穿透而成暗态。

在此，光学装置1的操作是通过施加电压于第一电极15或第二电极17，产生电场控制光开关元件10中第一区11或第二区13的液晶的偏转。在本申请案的后续描述中，将施加电压使开关介质层19偏转能使光线穿透时，定义为开启，并将未施加电压无法使光线通过，定义为关闭。此外，在第一模式时将第一区11开启，而将第二区13相对应地关闭。相对地，在第二模式时将第二区13开启，而将第一区11相对应地关闭。

光转换元件20相对于光开关元件10设置，举例为与光开关元件10为相互贴附的双层结构，亦可以相互具有间隔。光转换元件20包含至少一第一部21以及至少一第二部23，其中第一部21对应第一区11，且第二部23对应第二区13。在此，第一部21中可以为空白区，而第二部23是光转换区，第二区23包含光转换粒子25，光转换粒子25为量子点、量子柱或上述组合。

在图1中，呈现开启第一区11、关闭第二区13的第一模式。在此实施例中，以光源模块30为直下式光源为示例，但不限于此。光源模块30在第一模式时提供白光。白光光线经过第一区11及第一部21，由于光线受到第一区11中的开关介质层19的液晶偏转方向限制，出光路径仅朝向特定方向，特定方向举例为正视视角方向。同时，第二区13的开关介质层19的液晶未偏转，若有白光光线经过第二区13时，受到开关介质层19中液晶的影响，白光光线会反射或散射而无法通过，从而呈现白光光线仅通过第一部21并朝向特定方向的状态，也就是发光视角朝向特定方向，因此，第一模式呈现窄视角的隐私模式。

在图2中，呈现开启第二区13且关闭第一区11的第二模式。光源模块30在第二模式时提供非白光。第一区11的开关介质层19的液晶未偏转，非白光经过第一区11时受阻挡而无法通过。非白光光线经过第二区13后进入第二部23，激发第二部23中的光转换粒子25。当光转换粒子25受到激发，会将非白光转换为白光，并且散射以形成全周光。在此，最后呈现的光路是白光，并以全周光的形式朝各方向发出，第二模式呈现广视角的分享模式。由于白光与非白光的波长相异，激发光转换粒子25需要较高的能量，非白光是以波长300纳米至500纳米的蓝光波段来实现，在此仅为示例，但不限于此，紫光、紫外光等短波长光源亦可达到此效果。

在本实施例中，第一区11、第二区13的开启关闭须配合切换光源模块30产生白光、非白光来实现切换窄视角、广视角的功能。光源模块30包含第一光源31A及第二光源31B，第一光源31A是对应于第一区11、而第二光源31B对应于第二区13，第一光源31A产生白光，而第二光源31B产生非白光。

进一步地，第一光源31A及第二光源31B可以为发光二极管(light-emitting diode，LED)或有机发光二极管(organic light-emitting diode，OLED)光源，第一光源31A包含红光LED或OLED、绿光LED或OLED、蓝光LED或OLED，全部开启以产生白光，而第二光源31B仅包含蓝光LED或OLED，产生波长300纳米至500纳米的蓝光波段的非白光。在第一模式时开启第一光源31A、关闭第二光源31B，而在第二模式时开启31B、关闭第一光源31A来达到此效果。在此仅为示例，但不限于此，在变化例中，光源模块30的第一光源31A及第二光源31B均采用包含红光LED或OLED、绿光LED或OLED、蓝光LED或OLED的配置方式，在第一模式时将第一光源31A及第二光源31B全部开启，以产生白光，在第二模式时仅开启蓝光LED或OLED，并进一步增强蓝光LED或OLED的功率来实现。

此外，第二部23的宽度W_2B举例为大于或等于第二区13的宽度W_2A，这限制了进入第二部23的非白光光线的来源，由于在此所称的非白光具有较大的能量，藉此结构设计可以避免在第二模式时，非白光漏光而伤害使用者的眼睛，以此设计达到保护使用者眼睛的技术效果，同时也避免因为非白光漏光而造成色差或其他光学的变异。

更进一步地，参阅图3A及图3B，分别为本发明的光转换元件的不同实施例的俯视示意图。如图3A所示，由俯视观之，光转换元件20的第一部21及第二部23为直条状交错分布。而如图3B所示，光转换元件20的第二部23呈交错的线条或网状，使得第一部21呈多个分离的格状排列。在此仅为示例，但不限于此，例如，第一部21及第二部23亦可做其他的分布方式，例如，第一部21及第二部23为斜条状交错等。

又进一步地，光源模块30设置于光开关元件10下方。例如光开关元件10、光转换元件20与光源模块30组合为背光模块。也就是，光学装置1与光源模块30可以独立设置，也可以组合设置，在光学装置1与光源模块30共同组合为背光模块时，通过控制光源模块30产生的不同光线、并控制光开关元件10对应地开启或关闭，控制背光模块的出光光路在第一模式时呈特定方向，而在第二模式时呈全周光，控制背光模块的光路决定发光视角模式。

参阅图4及图5，分别为本发明的光学装置的第二实施例在第一模式的示意图及在第二模式的示意图。如图4及图5所示，第二实施例与第一实施例的差异主要在于光学装置1还包含棱镜片40。棱镜片40包含棱镜区41，且棱镜区上有多个棱镜微结构411，且棱镜区41对应于第一区11。如图4所示，棱镜区41中的棱镜微结构411能将光源模块30的产生的光线偏折朝向特定方向，尤其重要的是，在第一模式时，将白光光线偏折朝向第一区11而呈现窄视角模式。

图4及图5采用的光源模块30举例是侧光式光源，在此，光源模块30包含光源第一光源31A、第二光源31B及导光板33，在此实施例中，第一光源31A位于导光板33的一侧，用以产生白光，而第二光源31B位于导光板33相对于第一光源31B的另一侧，用以产生非白光。在此仅为示例，而非用以限制，在变化例中，将第一光源31A及第二光源31B均采用包含红光LED或OLED、绿光LED或OLED、蓝光LED或OLED的配置方式，在第一模式时将第一光源31A及第二光源31B全部开启，以产生白光，在第二模式时关闭红光LED及绿光LED，并增加蓝光LED的发光强度来达到同样的技术效果。

一般而言，侧光式光源模块30产生的光线，在经过导光板33进入第一区11或第二区13前并无特定的方向，此时，通过棱镜微结构411将光线导向特定方向。如图4所示，在第一模式时，第一光源31A产生的白光光线，经由导光板33及棱镜结构411导向第一区11，再经由第一部21后发出。如图5所示，在第二模式时，第二光源31B产生的非白光光线，经导光板33导向第二区13后，通过偏转的开关介质层19而进入第二部23中，并激发第二部23中的光转换粒子25。部分的非白光光线进入棱镜结构411时，仍被导向第一区11，但受到开关介质层19中未偏转的液晶阻挡而无法通过。在一些实施例中，棱镜片40可以包含一层或多层，可以依据光源的设计来配置，使调整光线朝特定方向，以符合第一模式窄视角的需求。

如图5所示，在第二模式时，开启光源模块30的第二光源31B以产生波长300纳米至500纳米的蓝光波段的非白光，并关闭第一光源31A。非白光通过第二区13进入第二部23，激发光转换粒子25而产生白光全周光。另外，当非白光未进入第二区13，非白光会受到棱镜区41的导向至第一区11，受到开关介质层19的阻挡而反射或散射，而不会进入第一部21中。因此，也可避免非白光进入第一部21中产生色差或其他光学性质的变异。

在图4及图5中，光开关元件10、光转换元件20、光源模块30与棱镜片40可以独立设置，也可以组合设置，例如，将光开关元件10、光转换元件20、光源模块30以及棱镜片40共同组合为背光模块。

更进一步地，棱镜区41的宽度W₃大于或等于第一区11的宽度W₁，藉此限制了光学路径，也避免白光光线进入第二部23中而造成视角改变、或是非白光进入第一部21中。更进一步地，当第二部23中的光转换粒子25为量子柱时，量子柱的长轴平行于棱镜区41中棱镜微结构411的延长轴A1，延长轴的方向为进出于图面的方向。

参阅图6，图6为本发明的显示器的第一实施例的示意图。显示器100包含光学装置1及显示面板5。显示面板5是相对光学装置1设置，光学装置1可以如前述的各种实施方式来施行。显示器100可以另独立设置光源模块30，使光学装置1可以设置于显示面板5与光源模块30之间，或者光学装置1包含光源模块30，也就是光开关元件10、光转换元件20与光源模块30共同组合为背光模块。在光开关元件10、光转换元件20与光源模块30共同组合为背光模块的情形下，控制光开关元件10的第一区11、第二区13的开启或关闭，以及对应的光源模块30的白光、非白光的切换，可以控制背光模块的出光光路为特定方向或全周光，直接使显示面板5呈现窄视角模式或广视角模式。

如图6所示，显示器100还包含棱镜片40，棱镜片40是设置于显示面板5与光学装置1之间，棱镜片40中的棱镜区41面向光学装置1且对应于第一部21，在此，棱镜片40为独立的元件，但仅为示例，而不限于此，例如，可以在模块化时，将棱镜片40贴附于显示面板5的下表面，而朝向光学装置1。此实施例中，光转换元件20是位于棱镜片40以及光开关元件10之间。

参阅图7，图7为本发明的显示器的第二实施例的示意图。图7与图6所显示的实施例不同之处在于棱镜片40是设置于光学装置1上，光开关元件10是位于棱镜片40以及光转换元件20之间，光转换元件20位于棱镜片40以及显示面板5之间，棱镜片40位于光开关元件10以及光源模块30之间。在图6及图7的实施例中，显示面板5举例为液晶显示面板，光源模块30举例是包含光源31。进一步地，可以如同前述的实施例所述，将棱镜片40与光开关元件10、光转换元件20与光源模块30共同组合为背光模块，在提供光源至显示面板5时，通过控制背光模块产生的光线为朝向特定方向，或者是全周光，进而决定产生的画面为窄视角模式或广视角模式。

另外，图6及图7的实施例是采用单一光源，但不限于此，其他实施例或变化例的光源模块亦可应用于图6及图7的光源模块30中。

参阅图8，图8为本发明的显示器的第三实施例的示意图。图8所示的实施例中，显示面板5不同于图6及图7，图8所示的显示面板5为自发光型显示面板，无须光源模块。也就是，显示面板5具有发光元件55，发光元件55可以为LED或OLED以达到自发光的功能。自发光型显示面板的实施方式可以在显示面板5的像素区域设置红光LED、绿光LED、蓝光LED作为发光元件55及像素成像元件，在此仅为示例，并不限于此，以红光、绿光、蓝光、白光(RGBW)共同定义像素区域亦为可以实施的方式。在第一模式时，显示面板5提供一光线，此时，该光线受到开关介质层19的阻挡无法穿过第二区13，其中在该第一模式时该第一区11开启，而该第二区13关闭，如图8所示。在第二模式时，可以控制提高显示面板5中蓝光发光元件的功率，光线受第一区11的开关介质层19的阻挡，仅由第二区13进入第二部23中，显示面板5提供的光线中的蓝光部分是激发光转换粒子25转换成白光，并散射而呈现广视角模式。

进一步地，显示器100还包含棱镜片40。棱镜片40设置于显示面板5与光源装置1之间，用以限制光线的偏折方向。在此棱镜片40是与光学装置1组接，且棱镜片40的棱镜区41面像显示面板5。在此，光开关元件10是位于棱镜片40以及光转换元件20之间。在此仅为示例，但不限于此，在其他变化例中，可将棱镜片40设置于显示面板5的上表面，且棱镜微结构411朝向远离显示面板5的方向来实现。

参阅图9，图9为本发明的显示器的第四实施例的示意图。如图9所示，第四实施例的显示器100不同于前述实施例。在本实施例中，光学装置1设置于显示器100的第一基板51及第二基板52之间。第一基板51为阵列基板、第二基板52为彩色滤光基板，但此仅为示例，而不限于此。光学装置1包含光开关元件10、光转换元件20、第一电极15及第二电极17。第一电极15是位于第一基板51上。光开关元件10位于第一电极15之上，并具有第一区11及第二区13。光转换元件20位于光开关元件10上，具有第一部21及第二部23，第一部21对应于第一区11，而第二部23对应于第二区13。第二电极17位于第二基板52上，朝向光学装置1，并邻近于光转换元件20，第二电极17至少对应于位于第二部23。在此，利用填充于第一区11及第二区13的开关介质层19，即高分子分散型液晶层或高分子网络液晶层取代传统的液晶显示器的液晶层，利用驱动第一电极15及第二电极17的至少其中之一，达到切换光路的技术效果，从而能主动地切换显示器100的视角模式。在次，第一电极15及第二电极17为透明导电层材料所制成，例如，铟锡氧化物(ITO)、铝锌氧化物(AZO)、或是厚度在100纳米(nm)以下的金属等，在此仅为示例，但不限于此。以上实施例中所提及的高分子分散型液晶层或高分子网络液晶，因为施加电压造成液晶分子有两个光路折射状态的切换，用来进行视角切换，在此液晶种类不以高分子分散型液晶层或高分子网络液晶为限，任何具有此特性液晶或高分子材料，皆在此范围。选择性地，在变化例中，可利用第二部23中的光转换粒子25取代彩色滤光层，亦即第一基板51或第二基板52上原先具有的彩色滤光层可被省略，以光转换元件20中的光转换粒子25取代。

进一步地，显示器100还包含光源模块30及棱镜片40，光源模块30位于第一基板51的下方，而棱镜片40可以位于光源模块30与第一基板51之间，在此仅为示例，但不限于此。在一变化例中，可类似于本发明的显示器的第三实施例，使用自发光型的显示面板，以省略光源模块30的使用。在另一变化例中，光学装置1是内嵌于自发光型的显示面板中。

综上所述，可以通过将光学装置设置于显示器的内部，利用控制光学装置第一区、第二区的开关，配合光源的白光、非白光对应切换，来达到视角切换的功能。因此，可以依据使用场合、时机及各种使用者的需求，主动地切换视角的模式，无需硬件上的加装或卸载，控制上简单方便。

虽然较佳实施例公开如上所述，然其并非用以限定本发明，任何熟习相关技艺者，在不脱离本发明的范围内，当可作些许的变动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求所界定者为准。