本發明涉及光學領域，尤其涉及光學裝置及應用光學裝置的顯示器。

背景技術：

現今在便攜式3C產品，尤其在具有顯示面板的3C產品上，常貼附視角控制片(privacy filter)以保護隱私。視角控制片通過限制光線的光路，使旁人的眼睛與顯示面板間超過一特定角度時就無法看到顯示面板上所顯示的信息。這對于商務人士在飛機或鐵路上使用電腦、或是對于重視個人隱私的人都有極大的幫助。

目前是將視角控制片設置于顯示面板的表面上來達到保護隱私的技術效果，然而，此種設計方式會影響顯示面板的光學性質。一般常見的缺點在于貼附視角控制片后，顯示面板的亮度變暗。此外，若是改變使用場合，例如，在小空間以3C產品分享信息時，需要廣視角模式讓更多人可以看到顯示面板上的信息，此時僅能手動將視角控制片移除，在視角切換的操作上相當不方便，且視角控制片移除也常因為形變而難以再次利用。

技術實現要素：

為了解決現有技術上的問題，使視角模式可以依據使用需求方便地及快速切換，在此提供一種光學裝置。光學裝置包含光開關元件及光轉換元件。光開關元件具有第一區以及第二區，第一區及第二區分別對應不同的視角模式。也就是，當第一區開啟時，第二區相對應地關閉。光轉換元件相對于光開關元件設置，光轉換元件包含第一部以及第二部，其中第一部對應第一區，且第二部對應第二區。從而，光線可以通過通過第一區或第二區而呈現不同的光路，而達到視角切換的效果。

在一實施例中，光開關元件包含開關介質層、第一電極、以及第二電極。第二電極至少位于第二區中、開關介質層位于第一電極以及第二電極之間。進一步地，開關介質層為高分子分散型液晶(polymer dispersed liquid crystal，PDLC)層或高分子網絡液晶(polymer network liquid crystal，PNLC)層，通過第一電極或第二電極控制高分子分散型液晶層或高分子網絡液晶層的偏轉，以控制視角模式的切換。

在一實施例中，第二部是由多個量子點或量子柱所構成。量子點或量子柱，吸收光線的能量后能轉換成白光，并散射為全周光，而達到廣視角的效果。

在一實施例中，光學裝置還包含棱鏡片。棱鏡片包含棱鏡區，且棱鏡區對應于第一部，通過棱鏡區中棱鏡微結構的偏光，將光線偏折在特定方向，此為窄視角的私密模式。進一步地，棱鏡區的寬度大于或等于第一區的寬度、第二部的寬度大于或等于第二區的寬度，因此，以避免產生漏光。

在一實施例中，光學裝置還包含光源模塊，也就是，將光開關元件、光轉換元件、光源模塊共同組合為背光模塊。光源模塊設置于光轉換元件下方，光源模塊是在一第一模式時提供白光，白光實質上穿透第一區、但不穿透第二區。也就是，白光可以通過開關介質層的偏轉、或是棱鏡區的設置，以限制白光的路徑只能穿過第一區及第一部。此外，光源模塊亦可在第二模式提供非白光，非白光實質上不穿透第一區，第二部中的量子點或量子柱受到激發，將非白光轉換為白光，且以散射方式達到全周光，此為廣視角的分享模式。一般而言，非白光的波長為300納米至500納米，具有較高的能量，以激發量子點或量子柱。在此，白光與非白光，可以通過切換光源模塊中的發光元件來實現，或者，也可以通過切換光源來實現。

在此，更提供一種顯示器。顯示器包含光學裝置及顯示面板。顯示面板是相對于光學裝置設置，通過光學裝置可切換不同的視角模式。

在一實施例中，顯示面板為液晶顯示面板，光學裝置可以進一步包含光源模塊，也就是將光開關元件、光轉換元件與光源模塊共同做為顯示器的背光模塊。

在另一實施例中，顯示面板為一自發光型顯示面板。自發光型顯示面板是提供光線，光線實質上不穿透第二區。

在一實施例中，顯示器還包含棱鏡片，棱鏡片包含棱鏡區，且棱鏡區對應第一部。棱鏡片可以與顯示面板組合，使得光轉換元件是設置于棱鏡片以及光開關元件之間。棱鏡片也可以與光學裝置組合，使得光開關元件是設置于棱鏡片以及光轉換元件之間。

在此，光學裝置提供了對應不同視角范圍的模式，可以依據使用的需求主動地切換視角的模式，無需硬件上的加裝或卸載，控制上簡單方便。

附圖說明

圖1為本發明的光學裝置的第一實施例在第一模式的示意圖。

圖2為本發明的光學裝置的第一實施例在第二模式的示意圖。

圖3A為本發明的光轉換元件的一實施例的俯視示意圖。

圖3B為本發明的光轉換元件的另一實施例的俯視示意圖。

圖4為本發明的光學裝置的第二實施例在第一模式的示意圖。

圖5為本發明的光學裝置的第二實施例在第二模式的示意圖。

圖6為本發明的顯示器的第一實施例的示意圖。

圖7為本發明的顯示器的第二實施例的示意圖。

圖8為本發明的顯示器的第三實施例的示意圖。

圖9為本發明的顯示器的第四實施例的示意圖。

附圖標記說明：

1 光學裝置 10 光開關元件

11 第一區 13 第二區

15 第一電極 17 第二電極

19 開關介質層 20 光轉換元件

21 第一部 23 第二部

25 光轉換粒子 30 光源模塊

31 光源 31A 第一光源

31B 第二光源 33 導光板

40 棱鏡片 41 棱鏡區

411 棱鏡微結構 5 顯示面板

51 第一基板 52 第二基板

55 發光元件

100 顯示器 A1 延長軸

W₁ 寬度 W_2A 寬度

W_2B 寬度 W₃ 寬度

具體實施方式

參閱圖1及圖2，分別為本發明的光學裝置的第一實施例在第一模式的示意圖以及在第二模式的示意圖。如圖1及圖2所示，在本實施例中，光學裝置1包含光開關元件10以及光轉換元件20。光開關元件1具有至少一第一區11以及至少一第二區13，其中第一區11及第二區13分別對應不同的視角模式。光開關元件10包含至少一第一電極15、至少一第二電極17以及開關介質層19。第二電極17至少位于第二區13中，開關介質層19位于第一電極17以及第二電極19之間，第一電極15及第二電極17舉例是以透明導電材料所制成。開關介質層19為高分子分散型液晶(polymer dispersed liquid crystal，PDLC)層或高分子網絡液晶(polymer network liquid crystal，PNLC)層。

高分子分散型液晶層或高分子網絡液晶層是利用液晶分子分散于高分子膜中，使液晶形成球狀或是形成三維網絡狀。其特性在于受電壓驅動時，亮、暗態有明顯的變化。當施加電壓時，高分子分散型液晶或高分子網絡液晶層的分子受電場驅動而偏轉，使光線以特定方向通過而呈亮態；當未施加電壓時，高分子分散型液晶或高分子網絡液晶層的分子未偏轉，此時光線被反射或散射、無法穿透而成暗態。

在此，光學裝置1的操作是通過施加電壓于第一電極15或第二電極17，產生電場控制光開關元件10中第一區11或第二區13的液晶的偏轉。在本申請案的后續描述中，將施加電壓使開關介質層19偏轉能使光線穿透時，定義為開啟，并將未施加電壓無法使光線通過，定義為關閉。此外，在第一模式時將第一區11開啟，而將第二區13相對應地關閉。相對地，在第二模式時將第二區13開啟，而將第一區11相對應地關閉。

光轉換元件20相對于光開關元件10設置，舉例為與光開關元件10為相互貼附的雙層結構，亦可以相互具有間隔。光轉換元件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對應第一區11，且第二部23對應第二區13。在此，第一部21中可以為空白區，而第二部23是光轉換區，第二區23包含光轉換粒子25，光轉換粒子25為量子點、量子柱或上述組合。

在圖1中，呈現開啟第一區11、關閉第二區13的第一模式。在此實施例中，以光源模塊30為直下式光源為示例，但不限于此。光源模塊30在第一模式時提供白光。白光光線經過第一區11及第一部21，由于光線受到第一區11中的開關介質層19的液晶偏轉方向限制，出光路徑僅朝向特定方向，特定方向舉例為正視視角方向。同時，第二區13的開關介質層19的液晶未偏轉，若有白光光線經過第二區13時，受到開關介質層19中液晶的影響，白光光線會反射或散射而無法通過，從而呈現白光光線僅通過第一部21并朝向特定方向的狀態，也就是發光視角朝向特定方向，因此，第一模式呈現窄視角的隱私模式。

在圖2中，呈現開啟第二區13且關閉第一區11的第二模式。光源模塊30在第二模式時提供非白光。第一區11的開關介質層19的液晶未偏轉，非白光經過第一區11時受阻擋而無法通過。非白光光線經過第二區13后進入第二部23，激發第二部23中的光轉換粒子25。當光轉換粒子25受到激發，會將非白光轉換為白光，并且散射以形成全周光。在此，最后呈現的光路是白光，并以全周光的形式朝各方向發出，第二模式呈現廣視角的分享模式。由于白光與非白光的波長相異，激發光轉換粒子25需要較高的能量，非白光是以波長300納米至500納米的藍光波段來實現，在此僅為示例，但不限于此，紫光、紫外光等短波長光源亦可達到此效果。

在本實施例中，第一區11、第二區13的開啟關閉須配合切換光源模塊30產生白光、非白光來實現切換窄視角、廣視角的功能。光源模塊30包含第一光源31A及第二光源31B，第一光源31A是對應于第一區11、而第二光源31B對應于第二區13，第一光源31A產生白光，而第二光源31B產生非白光。

進一步地，第一光源31A及第二光源31B可以為發光二極管(light-emitting diode，LED)或有機發光二極管(organic light-emitting diode，OLED)光源，第一光源31A包含紅光LED或OLED、綠光LED或OLED、藍光LED或OLED，全部開啟以產生白光，而第二光源31B僅包含藍光LED或OLED，產生波長300納米至500納米的藍光波段的非白光。在第一模式時開啟第一光源31A、關閉第二光源31B，而在第二模式時開啟31B、關閉第一光源31A來達到此效果。在此僅為示例，但不限于此，在變化例中，光源模塊30的第一光源31A及第二光源31B均采用包含紅光LED或OLED、綠光LED或OLED、藍光LED或OLED的配置方式，在第一模式時將第一光源31A及第二光源31B全部開啟，以產生白光，在第二模式時僅開啟藍光LED或OLED，并進一步增強藍光LED或OLED的功率來實現。

此外，第二部23的寬度W_2B舉例為大于或等于第二區13的寬度W_2A，這限制了進入第二部23的非白光光線的來源，由于在此所稱的非白光具有較大的能量，藉此結構設計可以避免在第二模式時，非白光漏光而傷害使用者的眼睛，以此設計達到保護使用者眼睛的技術效果，同時也避免因為非白光漏光而造成色差或其他光學的變異。

更進一步地，參閱圖3A及圖3B，分別為本發明的光轉換元件的不同實施例的俯視示意圖。如圖3A所示，由俯視觀之，光轉換元件20的第一部21及第二部23為直條狀交錯分布。而如圖3B所示，光轉換元件20的第二部23呈交錯的線條或網狀，使得第一部21呈多個分離的格狀排列。在此僅為示例，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為斜條狀交錯等。

又進一步地，光源模塊30設置于光開關元件10下方。例如光開關元件10、光轉換元件20與光源模塊30組合為背光模塊。也就是，光學裝置1與光源模塊30可以獨立設置，也可以組合設置，在光學裝置1與光源模塊30共同組合為背光模塊時，通過控制光源模塊30產生的不同光線、并控制光開關元件10對應地開啟或關閉，控制背光模塊的出光光路在第一模式時呈特定方向，而在第二模式時呈全周光，控制背光模塊的光路決定發光視角模式。

參閱圖4及圖5，分別為本發明的光學裝置的第二實施例在第一模式的示意圖及在第二模式的示意圖。如圖4及圖5所示，第二實施例與第一實施例的差異主要在于光學裝置1還包含棱鏡片40。棱鏡片40包含棱鏡區41，且棱鏡區上有多個棱鏡微結構411，且棱鏡區41對應于第一區11。如圖4所示，棱鏡區41中的棱鏡微結構411能將光源模塊30的產生的光線偏折朝向特定方向，尤其重要的是，在第一模式時，將白光光線偏折朝向第一區11而呈現窄視角模式。

圖4及圖5采用的光源模塊30舉例是側光式光源，在此，光源模塊30包含光源第一光源31A、第二光源31B及導光板33，在此實施例中，第一光源31A位于導光板33的一側，用以產生白光，而第二光源31B位于導光板33相對于第一光源31B的另一側，用以產生非白光。在此僅為示例，而非用以限制，在變化例中，將第一光源31A及第二光源31B均采用包含紅光LED或OLED、綠光LED或OLED、藍光LED或OLED的配置方式，在第一模式時將第一光源31A及第二光源31B全部開啟，以產生白光，在第二模式時關閉紅光LED及綠光LED，并增加藍光LED的發光強度來達到同樣的技術效果。

一般而言，側光式光源模塊30產生的光線，在經過導光板33進入第一區11或第二區13前并無特定的方向，此時，通過棱鏡微結構411將光線導向特定方向。如圖4所示，在第一模式時，第一光源31A產生的白光光線，經由導光板33及棱鏡結構411導向第一區11，再經由第一部21后發出。如圖5所示，在第二模式時，第二光源31B產生的非白光光線，經導光板33導向第二區13后，通過偏轉的開關介質層19而進入第二部23中，并激發第二部23中的光轉換粒子25。部分的非白光光線進入棱鏡結構411時，仍被導向第一區11，但受到開關介質層19中未偏轉的液晶阻擋而無法通過。在一些實施例中，棱鏡片40可以包含一層或多層，可以依據光源的設計來配置，使調整光線朝特定方向，以符合第一模式窄視角的需求。

如圖5所示，在第二模式時，開啟光源模塊30的第二光源31B以產生波長300納米至500納米的藍光波段的非白光，并關閉第一光源31A。非白光通過第二區13進入第二部23，激發光轉換粒子25而產生白光全周光。另外，當非白光未進入第二區13，非白光會受到棱鏡區41的導向至第一區11，受到開關介質層19的阻擋而反射或散射，而不會進入第一部21中。因此，也可避免非白光進入第一部21中產生色差或其他光學性質的變異。

在圖4及圖5中，光開關元件10、光轉換元件20、光源模塊30與棱鏡片40可以獨立設置，也可以組合設置，例如，將光開關元件10、光轉換元件20、光源模塊30以及棱鏡片40共同組合為背光模塊。

更進一步地，棱鏡區41的寬度W₃大于或等于第一區11的寬度W₁，藉此限制了光學路徑，也避免白光光線進入第二部23中而造成視角改變、或是非白光進入第一部21中。更進一步地，當第二部23中的光轉換粒子25為量子柱時，量子柱的長軸平行于棱鏡區41中棱鏡微結構411的延長軸A1，延長軸的方向為進出于圖面的方向。

參閱圖6，圖6為本發明的顯示器的第一實施例的示意圖。顯示器100包含光學裝置1及顯示面板5。顯示面板5是相對光學裝置1設置，光學裝置1可以如前述的各種實施方式來施行。顯示器100可以另獨立設置光源模塊30，使光學裝置1可以設置于顯示面板5與光源模塊30之間，或者光學裝置1包含光源模塊30，也就是光開關元件10、光轉換元件20與光源模塊30共同組合為背光模塊。在光開關元件10、光轉換元件20與光源模塊30共同組合為背光模塊的情形下，控制光開關元件10的第一區11、第二區13的開啟或關閉，以及對應的光源模塊30的白光、非白光的切換，可以控制背光模塊的出光光路為特定方向或全周光，直接使顯示面板5呈現窄視角模式或廣視角模式。

如圖6所示，顯示器100還包含棱鏡片40，棱鏡片40是設置于顯示面板5與光學裝置1之間，棱鏡片40中的棱鏡區41面向光學裝置1且對應于第一部21，在此，棱鏡片40為獨立的元件，但僅為示例，而不限于此，例如，可以在模塊化時，將棱鏡片40貼附于顯示面板5的下表面，而朝向光學裝置1。此實施例中，光轉換元件20是位于棱鏡片40以及光開關元件10之間。

參閱圖7，圖7為本發明的顯示器的第二實施例的示意圖。圖7與圖6所顯示的實施例不同之處在于棱鏡片40是設置于光學裝置1上，光開關元件10是位于棱鏡片40以及光轉換元件20之間，光轉換元件20位于棱鏡片40以及顯示面板5之間，棱鏡片40位于光開關元件10以及光源模塊30之間。在圖6及圖7的實施例中，顯示面板5舉例為液晶顯示面板，光源模塊30舉例是包含光源31。進一步地，可以如同前述的實施例所述，將棱鏡片40與光開關元件10、光轉換元件20與光源模塊30共同組合為背光模塊，在提供光源至顯示面板5時，通過控制背光模塊產生的光線為朝向特定方向，或者是全周光，進而決定產生的畫面為窄視角模式或廣視角模式。

另外，圖6及圖7的實施例是采用單一光源，但不限于此，其他實施例或變化例的光源模塊亦可應用于圖6及圖7的光源模塊30中。

參閱圖8，圖8為本發明的顯示器的第三實施例的示意圖。圖8所示的實施例中，顯示面板5不同于圖6及圖7，圖8所示的顯示面板5為自發光型顯示面板，無須光源模塊。也就是，顯示面板5具有發光元件55，發光元件55可以為LED或OLED以達到自發光的功能。自發光型顯示面板的實施方式可以在顯示面板5的像素區域設置紅光LED、綠光LED、藍光LED作為發光元件55及像素成像元件，在此僅為示例，并不限于此，以紅光、綠光、藍光、白光(RGBW)共同定義像素區域亦為可以實施的方式。在第一模式時，顯示面板5提供一光線，此時，該光線受到開關介質層19的阻擋無法穿過第二區13，其中在該第一模式時該第一區11開啟，而該第二區13關閉，如圖8所示。在第二模式時，可以控制提高顯示面板5中藍光發光元件的功率，光線受第一區11的開關介質層19的阻擋，僅由第二區13進入第二部23中，顯示面板5提供的光線中的藍光部分是激發光轉換粒子25轉換成白光，并散射而呈現廣視角模式。

進一步地，顯示器100還包含棱鏡片40。棱鏡片40設置于顯示面板5與光源裝置1之間，用以限制光線的偏折方向。在此棱鏡片40是與光學裝置1組接，且棱鏡片40的棱鏡區41面像顯示面板5。在此，光開關元件10是位于棱鏡片40以及光轉換元件20之間。在此僅為示例，但不限于此，在其他變化例中，可將棱鏡片40設置于顯示面板5的上表面，且棱鏡微結構411朝向遠離顯示面板5的方向來實現。

參閱圖9，圖9為本發明的顯示器的第四實施例的示意圖。如圖9所示，第四實施例的顯示器100不同于前述實施例。在本實施例中，光學裝置1設置于顯示器100的第一基板51及第二基板52之間。第一基板51為陣列基板、第二基板52為彩色濾光基板，但此僅為示例，而不限于此。光學裝置1包含光開關元件10、光轉換元件20、第一電極15及第二電極17。第一電極15是位于第一基板51上。光開關元件10位于第一電極15之上，并具有第一區11及第二區13。光轉換元件20位于光開關元件10上，具有第一部21及第二部23，第一部21對應于第一區11，而第二部23對應于第二區13。第二電極17位于第二基板52上，朝向光學裝置1，并鄰近于光轉換元件20，第二電極17至少對應于位于第二部23。在此，利用填充于第一區11及第二區13的開關介質層19，即高分子分散型液晶層或高分子網絡液晶層取代傳統的液晶顯示器的液晶層，利用驅動第一電極15及第二電極17的至少其中之一，達到切換光路的技術效果，從而能主動地切換顯示器100的視角模式。在次，第一電極15及第二電極17為透明導電層材料所制成，例如，銦錫氧化物(ITO)、鋁鋅氧化物(AZO)、或是厚度在100納米(nm)以下的金屬等，在此僅為示例，但不限于此。以上實施例中所提及的高分子分散型液晶層或高分子網絡液晶，因為施加電壓造成液晶分子有兩個光路折射狀態的切換，用來進行視角切換，在此液晶種類不以高分子分散型液晶層或高分子網絡液晶為限，任何具有此特性液晶或高分子材料，皆在此范圍。選擇性地，在變化例中，可利用第二部23中的光轉換粒子25取代彩色濾光層，亦即第一基板51或第二基板52上原先具有的彩色濾光層可被省略，以光轉換元件20中的光轉換粒子25取代。

進一步地，顯示器100還包含光源模塊30及棱鏡片40，光源模塊30位于第一基板51的下方，而棱鏡片40可以位于光源模塊30與第一基板51之間，在此僅為示例，但不限于此。在一變化例中，可類似于本發明的顯示器的第三實施例，使用自發光型的顯示面板，以省略光源模塊30的使用。在另一變化例中，光學裝置1是內嵌于自發光型的顯示面板中。

綜上所述，可以通過將光學裝置設置于顯示器的內部，利用控制光學裝置第一區、第二區的開關，配合光源的白光、非白光對應切換，來達到視角切換的功能。因此，可以依據使用場合、時機及各種使用者的需求，主動地切換視角的模式，無需硬件上的加裝或卸載，控制上簡單方便。

雖然較佳實施例公開如上所述，然其并非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明的范圍內，當可作些許的變動與潤飾，因此本發明的專利保護范圍須視本說明書所附的權利要求所界定者為準。