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CN114384714B - 显示装置 - Google Patents

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CN114384714B
CN114384714B CN202011457055.7A CN202011457055A CN114384714B CN 114384714 B CN114384714 B CN 114384714B CN 202011457055 A CN202011457055 A CN 202011457055A CN 114384714 B CN114384714 B CN 114384714B
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CN
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display device
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light polarization
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angle limiter
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陈冰彦
王文俊
方崇仰
余仁维
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Coretronic Corp
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Abstract

本发明提供一种显示装置包括至少一视角限制器、显示面板以及设置在至少一视角限制器与显示面板之间的光偏振转换器。光偏振转换器具有交替排列的多个第一区与多个第二区。通过这些第一区及这些第二区的光束分别具有第一光偏振方向及第二光偏振方向。光偏振转换器重叠于至少一视角限制器与显示面板。视角限制器包括多个吸光分子。这些吸光分子在视角限制器的厚度方向上具有第一吸收系数，且在垂直于厚度方向上具有第二吸收系数。第一吸收系数与第二吸收系数的比值大于1。本发明提供的显示装置可在不同方向上的防窥模式及全视角的分享模式之间进行切换。

Description

显示装置
技术领域
本发明关于一种显示装置，且特别是关于一种具有防窥功能的显示装置。
背景技术
一般而言，显示装置为了能让多个观看者一起观看，通常具有广视角的显示效果。然而，在某些情况或场合，例如在公开场合浏览私人网页、机密信息或输入密码时，广视角的显示效果却容易使屏幕画面被旁人所窥视而造成机密信息外泄。为了达到防窥效果，一般的作法是在显示面板前方放置光控制膜(Light Control Film,LCF)，以滤除大角度的光线。相反地，在没有防窥需求时，再以手动的方式将光控制膜自显示面板前方移除。换言之，此类光控制膜虽具有防窥效果，但其操作上的便利性仍有改善的空间。因此，如何开发出一种视角切换极为便利且防窥效果俱佳的显示装置已成为相关厂商的重要课题。
发明内容
本发明提供一种显示装置，其可在不同方向上的防窥模式及全视角的分享模式之间进行切换。
本发明的显示装置，包括光偏振转换器、至少一视角限制器以及显示面板。光偏振转换器具有交替排列的多个第一区与多个第二区，且通过这些第一区及这些第二区的光束分别具有第一光偏振方向及第二光偏振方向。至少一视角限制器重叠设置于光偏振转换器。视角限制器包括多个吸光分子。这些吸光分子在视角限制器的厚度方向上具有第一吸收系数，且在垂直于厚度方向上具有第二吸收系数。第一吸收系数与第二吸收系数的比值大于1。显示面板重叠设置于至少一视角限制器。光偏振转换器设置在至少一视角限制器与显示面板之间。
基于上述，在本发明的一实施例的显示装置中，视角限制器在其厚度方向上的吸收系数大于在垂直于厚度方向上的吸收系数，据以增加视角限制器对非正向入射的偏振光束的滤光效果。来自显示面板的多道光束在通过光偏振转换器的第一区与第二区后分别具有不同的偏振方向，且具有特定偏振方向的光束在斜向入射视角限制器后被吸收。透过光偏振转换器的这两区的调光特性不同，可实现在不同方向上的防窥效果。另一方面，辅以显示面板的显示信号控制，可使显示装置在不同的防窥模式与全视角的分享模式之间进行切换，有助于提升显示装置的应用性及操作便利性。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的显示装置的示意图。
图2A至图2D是图1的显示装置操作在不同防窥模式与分享模式下时于不同平面的剖视示意图。
图3是图1的光偏振转换器的示意图。
图4是图1的显示装置操作在第一防窥模式下的穿透率分布图。
图5是本发明的另一实施例的光偏振转换器的示意图。
图6是本发明的第二实施例的显示装置的示意图。
图7A及图7B分别是图6的显示装置在不同的面内相位延迟量的补偿膜下的穿透率分布图。
图8是本发明的第三实施例的显示装置的示意图。
图9A至图9C分别是图8的显示装置在不同的面内相位延迟量的补偿膜组合下的穿透率分布图。
图10是本发明的第四实施例的显示装置的示意图。
图11是图10的显示装置的部分膜层的示意图。
图12A及图12B分别是图10的显示装置于一维度方向上操作在防窥模式与分享模式下的穿透率分布图。
图13是本发明的第五实施例的显示装置的示意图。
图14A及图14B分别是图13的显示装置于一维度方向上操作在防窥模式与分享模式下的穿透率分布图。
图15是本发明的第六实施例的显示装置的示意图。
图16A及图16B分别是图15的显示装置于一维度方向上操作在防窥模式与分享模式下的穿透率分布图。
图17是本发明的第七实施例的显示装置的示意图。
图18是图17的显示装置的部分膜层的示意图。
图19A及图19B分别是图17的显示装置于一维度方向上操作在防窥模式与分享模式下的穿透率分布图。
图20是本发明的第八实施例的显示装置的示意图。
图21A及图21B分别是图20的显示装置于一维度方向上操作在防窥模式与分享模式下的穿透率分布图。
图22是本发明的第九实施例的显示装置的示意图。
图23A及图23B分别是图22的显示装置于一维度方向上操作在防窥模式与分享模式下的穿透率分布图。
图24是本发明的第十实施例的显示装置的示意图。
图25A至图25C分别是图24的显示装置在不同的面内相位延迟量的补偿膜下的穿透率分布图。
图26是本发明的第十一实施例的显示装置的示意图。
图27是本发明的第十二实施例的显示装置的示意图。
图28是本发明的第十三实施例的显示装置的示意图。
附图标记列表
10、10A、10B、20、20A、20B、20C、20D、20E、30、40、50、50A:显示装置
100、100A:显示面板
100A1:第一显示子区
100A2:第二显示子区
110、120、330:线偏光片
200、200’:视角限制器
201、202:保护层
300、300A、300B、300C:光偏振转换器
300A1:第一区
300A2:第二区
301:第一基板
302:第二基板
310:基材
320:偏光层
320P1:第一偏光图案
320P2:第二偏光图案
335:光学补偿图案
340:线偏光片
350、350C:电控视角切换器
410、410-A、420:补偿膜
410A1、410A2、420A1、420A2:分区
410n、410-An、411n、420n、420-An、421n、n:光轴
440:四分之一波片
AD1、AD1-A、AD2、AD2-A:配向方向
AL1、AL1-A、AL2、AL2-A:配向膜
AX、AX1、AX2、AX3、340AX:吸收轴
BLU:背光模块
CE:第二导电层
DM:染料分子
E1:第一电极
E2:第二电极
LB1、LB11、LB12、LB2、LB21、LB22:光束
LC:液晶分子
LCL、LCL-A:液晶层
PS:高分子基材
PSa、PSb:基材表面
P1:第一光偏振方向
P2:第二光偏振方向
X、Y、Z:方向。
具体实施方式
有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1是本发明的第一实施例的显示装置的示意图。图2A至图2D是图1的显示装置操作在不同防窥模式与分享模式下时于不同平面的剖视示意图。特别说明的是，为清楚呈现起见，图2A至图2D省略了基材的绘示。
请参照图1及图2D，显示装置10包括相互重叠的显示面板100、视角限制器200与光偏振转换器300，其中光偏振转换器300设置于视角限制器200与显示面板100之间。在本实施例中，显示面板100为自发光显示面板，例如是有机发光二极管(organic lightemitting diode，OLED)面板、微型发光二极管(micro light emitting diode，micro-LED)面板或次毫米发光二极管(mini light emitting diode，mini-LED)面板，但本发明不局限于此。
视角限制器200包括多个吸光分子。这些吸光分子在视角限制器200的厚度方向(例如方向Z)上具有第一吸收系数，且在垂直于此厚度方向(例如方向X或方向Y)上具有第二吸收系数，且第一吸收系数不同于第二吸收系数，例如第一吸收系数与第二吸收系数的比值大于1。进一步来说，视角限制器200可还包括高分子基材PS，这些吸光分子分散地设置于高分子基材PS内。在本实施例中，这些吸光分子例如为染料分子DM、碘分子或碘离子等吸光材料，但本发明不限于此。高分子基材PS具有基材表面PSa，且这些染料分子DM的吸收轴AX的轴向可垂直于高分子基材PS的基材表面PSa(例如吸收轴AX的轴向平行于视角限制器200的厚度方向)。特别说明的是，这些染料分子DM在高分子基材PS的厚度方向(即基材表面PSa的法线方向，例如方向Z)上具有第一吸收系数，且在垂直于此厚度方向(例如方向X或方向Y)上具有第二吸收系数，且第一吸收系数不同于第二吸收系数。
在本实施例中，这些染料分子DM的第一吸收系数明显大于第二吸收系数，且第一吸收系数与第二吸收系数的比值介于2至10000之间。据此，可有效增加视角限制器200在侧视角的滤光效果以及在可视角范围内的透光度，进而提升显示装置10的防窥性能以及其他视角的光线在出射显示装置10后的整体亮度。在一较佳的实施例中，多个染料分子DM的第一吸收系数与第二吸收系数的比值可介于100至1000之间。在另一较佳的实施例中，多个染料分子DM的第一吸收系数与第二吸收系数的比值也可介于500至1000之间。
举例来说，当来自光偏振转换器300的光束(如图2A的光束LB11与图2B的光束LB22)以斜向入射视角限制器200时，若其电场偏振方向不垂直于染料分子DM的吸收轴AX的轴向，则光束至少部分的光能会被染料分子DM吸收。并且由于不同入射角的光束于视角限制器200内的光路径长度不同，其光能被吸收的程度也不同，例如：入射角度越大的光束，其光能被染料分子DM吸收的越多。相反地，当来自偏振转换器300的光束(如图2C的光束LB21与图2D的光束LB12)以斜向入射视角限制器200时，若其电场偏振方向垂直于染料分子DM的吸收轴AX的轴向，则光束不会被染料分子DM吸收。换句话说，视角限制器200对于具有特定偏振方向的光束来说能产生大视角的滤光效果，且其滤光效果可借由染料分子DM的添加浓度、吸收系数或高分子基材PS的膜厚改变来调整。
举例来说，染料分子DM的材质包括偶氮(Azo)型化合物或蒽醌(Anthraquinone)型化合物，高分子基材PS的材质包括液晶聚合物(liquid crystal polymer)，而此处的液晶聚合物可经由对液晶混合材料层进行紫外光照光程序来形成，其中液晶混合材料层包含多个液晶分子LC、具有特定掺杂浓度的反应性单体(Reactive Mesogen)以及光起始剂(photoinitiator)。然而，本发明不限于此，根据其他实施例，上述的液晶聚合物也可以是具有类似二色性染料结构的化学官能基的材料。亦即，在该实施例中，视角限制器可不具有上述的染料分子DM。
在本实施例中，视角限制器200还可选择性地包括保护层201与保护层202，分别设置在高分子基材PS相对两侧的基材表面PSa与基材表面PSb上。此保护层201与保护层202可以是硬化膜(hard coat)、低反射(low-reflection)膜、抗反射(anti-reflection)膜、抗污(anti-smudge)膜、抗指纹(anti-fingerprint)膜、抗眩(anti-glare)膜、防刮(anti-scratch)膜、或上述的复合膜层，但不局限于此。
进一步来说，请继续参考图1，本实施例的光偏振转换器300具有交替排列的多个第一区300A1与多个第二区300A2。举例来说，在本实施例中，这些第一区300A1与这些第二区300A2分别在方向X与方向Y上交替排列，以呈现出棋盘格状的分布，但不局限于此。在其他实施例中，多个第一区与多个第二区也可仅在一个维度上交替排列而在另一维度上延伸，以形成条状分布。
来自显示面板100的多道光束在通过这些第一区300A1与这些第二区300A2后分别具有第一光偏振方向P1与第二光偏振方向P2，且第一光偏振方向P1相交于第二光偏振方向P2，但本发明不限于此，在其他实施例中，第一偏振方向P1与第二偏振方向P2不限于相交。举例来说，显示面板100具有对应这些第一区300A1的第一显示子区100A1以及对应这些第二区300A2的第二显示子区100A2，来自第一显示子区100A1的光束LB1在通过光偏振转换器300的第一区300A1后具有第一光偏振方向P1，而来自第二显示子区100A2的光束LB2在通过光偏振转换器300的第二区300A2后具有第二光偏振方向P2，其中第一光偏振方向P1例如是垂直于第二光偏振方向P2。
图3是图1的光偏振转换器的示意图。请参考图3，本实施例的光偏振转换器300包括基材310以及设置于基材310上的偏光层320。基材310的材质例如包括玻璃、环氧树脂、酚树脂、聚酰亚胺树脂、聚酯树脂、或其他具有高透光度的高分子材料。偏光层320具有多个第一偏光图案320P1与多个第二偏光图案320P2。这些第一偏光图案320P1定义出光偏振转换器300的多个第一区300A1，且具有第一吸收轴AX1。这些第二偏光图案320P2定义出光偏振传换器300的多个第二区300A2，且具有第二吸收轴AX2，其中第一吸收轴AX1垂直于第二偏光图案320P2的第二吸收轴AX2。
因此，来自显示面板100的一部分光束(例如光束LB1)在通过第一偏光图案320P1后具有垂直于第一吸收轴AX1的轴向的第一光偏振方向P1，而来自显示面板100的另一部分光束(例如光束LB2)在通过第二偏光图案320P2后具有垂直于第二吸收轴AX2的轴向的第二光偏振方向P2。然而，本发明不限于此，根据其他实施例，例如图5所示实施例，图5是本发明的另一实施例的光偏振转换器的示意图。光偏振转换器300A的偏光层也可以是线偏光片330与多个光学补偿图案335的组合，且这些光学补偿图案335位于线偏光片330与视角限制器200之间，意即线偏光片330设置于基材310及这些光学补偿图案335之间，且这些光学补偿图案335设置于线偏光片330的出光面的一侧。线偏光片330完全重叠于光偏振转换器300A的多个第一区300A1与多个第二区300A2，这些光学补偿图案335重叠设置于这些第一区300A1(如图5所示)，且其光轴n的轴向与线偏光片330的吸收轴AX3的轴向之间的夹角为45度，其中光学补偿图案335的面内相位延迟量例如是二分之一波长。因此，通过第一区300A1后的光束的光偏振方向可垂直于通过第二区300A2后的光束的光偏振方向。
特别一提的是，透过光偏振转换器300(或光偏振转换器300A)的这两区的调光特性不同，可使显示装置10具有在不同方向上的防窥效果。此外，若辅以显示面板100的信号控制，还可使显示装置10在不同方向上的防窥模式与全视角的分享模式之间进行切换。以下将针对显示装置10操作在不同方向上的防窥模式以及全视角的分享模式进行示例性的说明。
请同时参照图1及图2A，当显示装置10操作在第一防窥模式时，其在方向X上具有大视角的防窥效果。举例来说，来自光偏振转换器300的第一区300A1且平行于XZ平面传递的光束LB11，其电场偏振方向(即第一光偏振方向P1)不垂直于染料分子DM的吸收轴AX的轴向的光分量会被染料分子DM吸收。当光束LB11的入射角度(即光束LB11的光路与基材表面PSa的法线方向之间的夹角)超过一特定角度时，其光能量会被染料分子DM全部吸收而无法通过视角限制器200。
为了使显示装置10在方向X上具有防窥效果(即显示装置10操作在第一防窥模式时)，显示面板100中仅重叠于第一显示子区100A1的画素(未绘示)被致能(如图2A所示)。换句话说，此时的显示面板100仅提供来自第一显示子区100A1的光束LB11，且第二显示子区100A2并未提供光束。如此使用者仅能在方向X上的一特定视角范围内观赏到显示面板100上位于多个第一显示子区100A1的多个画素所产生的影像画面。举例来说，图4是图1的显示装置操作在第一防窥模式下的穿透率分布图。如图4所示，使用者在水平方向上±40度的范围内可观赏到较清楚的影像画面。
接着请参照图1及图2B，当显示装置10操作在第二防窥模式时，其在方向Y上具有大视角的防窥效果。举例来说，来自光偏振转换器300的第二区300A2且平行于YZ平面传递的光束LB22，其电场偏振方向(即第二光偏振方向P2)不垂直于染料分子DM的吸收轴AX的轴向的光分量会被染料分子DM吸收。当光束LB22的入射角度(即光束LB22的光路与基材表面PSa的法线方向之间的夹角)超过一特定角度时，其光能量会被染料分子DM全部吸收而无法通过视角限制器200。
为了使显示装置10在方向Y上具有防窥效果(即显示装置10操作在第二防窥模式时)，显示面板100中仅重叠于第二显示子区100A2的画素(未绘示)被致能(如图2B所示)。换句话说，此时的显示面板100仅提供来自第二显示子区100A2的光束LB22，且第一显示子区100A1并未提供光束。如此使用者仅能在方向Y上的一特定视角范围内观赏到显示面板100上位于多个第二显示子区100A2的多个画素所产生的影像画面。
特别说明的是，当显示装置10操作在全视角的分享模式下时，显示面板100的所有画素都被致能而出光(如图2C及图2D所示)。此时，来自光偏振转换器300的第二区300A2且平行于XZ平面传递的光束LB21，其电场偏振方向(即第二光偏振方向P2)是垂直于染料分子DM的吸收轴AX的轴向。因此，光束LB21可在染料分子DM无法有效吸收其光能的情况下通过视角限制器200，因此使用者在方向X上可以较大的视角观赏到位于多个第二显示子区100A2的多个画素所产生的影像画面。另一方面，来自光偏振转换器300的第一区300A1且平行于YZ平面传递的光束LB12，其电场偏振方向(即第一光偏振方向P1)是垂直于染料分子DM的吸收轴AX的轴向。因此，光束LB12可在染料分子DM无法有效吸收其光能的情况下通过视角限制器200，因此使用者在方向Y上可以较大的视角观赏到位于多个第一显示子区100A1的多个画素所产生的影像画面。亦即，使用者在方向X与方向Y上在较大视角观赏到的影像画面可分别由位于不同显示子区的多个画素所形成的，因此可观赏到全视角的画面。
综上所述，在视角限制器200的配置下，辅以显示面板100的显示信号(或画素)控制，使显示装置10可在第一防窥模式、第二防窥模式以及全视角的分享模式之间进行切换，以满足不同使用情境的需求。换句话说，可有效增加显示装置10的应用性及操作便利性。
以下将列举另一些实施例以详细说明本发明，其中相同的构件将标示相同的符号，并且省略相同技术内容的说明，省略部分请参考前述实施例，以下不再赘述。
图6是本发明的第二实施例的显示装置的示意图。图7A及图7B分别是图6的显示装置在不同的面内相位延迟量的补偿膜下的穿透率分布图。请参照图6，本实施例的显示装置10A与图1的显示装置10的差异在于：显示装置10A还包括补偿膜410，设置在视角限制器200与光偏振转换器300之间。补偿膜410的面内相位延迟量可介于四分之一波长至一波长之间。
在本实施例中，补偿膜410具有对应光偏振转换器300的多个第一区300A1与多个第二区300A2的多个第一分区(例如包括分区410A1及分区410A2)。这些第一分区对应多个第一区300A1的部分(例如分区410A1)的光轴410n的轴向平行于第一光偏振方向P1，且这些第一分区对应多个第二区300A2的另一部分(例如分区410A2)的光轴411n的轴向平行于第二光偏振方向P2，但本发明不限于此。在其他的实施例中，补偿膜410可不分区，补偿膜410的光轴例如可平行于第一光偏振方向P1或平行于第二光偏振方向P2。
透过补偿膜410的设置，可进一步调整显示装置10A的防窥范围。举例来说，如图7A及图7B所示，当补偿膜410的面内相位延迟量为二分之一波长(对应于图7A的穿透率分布图)或220纳米(对应于图7B的穿透率分布图)时，可使显示装置10A的防窥范围相较于显示装置10(如图4所示)进一步地缩减。更具体地说，本实施例的显示装置10A在方位角上的防窥范围(例如图7A的方位角0度±7度的范围)较显示装置10在方位角上的防窥范围(例如图4的方位角0度±14度的范围)来得小。
图8是本发明的第三实施例的显示装置的示意图。图9A至图9C分别是图8的显示装置在不同的面内相位延迟量的补偿膜组合下的穿透率分布图。请参照图8，本实施例的显示装置10B与图6的显示装置10A的差异在于：补偿膜的数量不同。具体而言，显示装置10B还包括另一补偿膜420，设置在补偿膜410与视角限制器200之间。在本实施例中，补偿膜410与补偿膜420的面内相位延迟量可介于四分之一波长至一波长之间，且补偿膜410与补偿膜420的面内相位延迟量可相同也可不同。
特别注意的是，补偿膜420也具有对应光偏振转换器300的多个第一区300A1与多个第二区300A2的多个第二分区。亦即，补偿膜420的这些分区(即多个第二分区)分别对应补偿膜410的多个分区(即多个第一分区)。补偿膜420的这些第二分区的光轴的轴向垂直于补偿膜410中对应的多个第一分区的光轴的轴向。举例来说，在本实施例中，补偿膜420的这些分区对应多个第一区300A1的部分(例如分区420A1)的光轴420n的轴向垂直于第一光偏振方向P1，且这些分区对应多个第二区300A2的另一部分(例如分区420A2)的光轴421n的轴向垂直于第二光偏振方向P2，透过光轴轴向相互垂直的补偿膜410与补偿膜420的设置，可让本实施例的显示装置10B的防窥范围大于显示装置10的防窥范围，但本发明不限于此。在其他的实施例中，补偿膜410及补偿膜420可不分区，补偿膜410的光轴例如可平行于第一光偏振方向P1(或平行于第二光偏振方向P2)，且补偿膜410的光轴垂直于补偿膜420的光轴(即补偿膜420的光轴的轴向垂直于第一光偏振方向P1)，如此。光束LB1的防窥范围会增加，且光束LB2的防窥范围会减小。
进一步来说，当补偿膜410与补偿膜420的面内相位延迟量皆为二分之一波长时，可明显改善显示装置10B在方位角45度及315度方向上的防窥效果(如图9A所示)。当补偿膜410与补偿膜420的面内相位延迟量分别为220纳米与二分之一波长时，显示装置10B在方位角45度及315度方向上的防窥范围(如图9B所示)会相较于图9A的补偿膜组合所取得的防窥范围来得小。当补偿膜410与补偿膜420的面内相位延迟量皆为220纳米时，显示装置10B在方位角45度及315度方向上的防窥范围(如图9C所示)会相较于图9A的补偿膜组合所取得的防窥范围来得大。
特别说明的是，图8的显示装置10B例如是手机或平板等小尺寸的行动装置，显示装置10B的设置可以满足水平方向或垂直方向的防窥以及全视角分享的需求。若对于只需要水平方向防窥需求的大尺寸显示装置，例如笔电或桌上型显示器，显示装置10B的补偿膜410与补偿膜420可选择为不需分区的补偿膜，并且补偿膜410的光轴平行于光束LB1的偏振方向，且补偿膜420的光轴垂直于光束LB1的偏振方向(即补偿膜410的光轴与补偿膜420的光轴垂直)，当第一显示子区100A1提供光束且第二显示子区100A2不提供光束时，水平方向为防窥模式；当第一显示子区100A1与第二显示子区100A2同时提供光束时则为分享模式。
图10是本发明的第四实施例的显示装置的示意图。图11是图10的显示装置的部分膜层的示意图。图12A及图12B分别是图10的显示装置于一维度方向上操作在防窥模式与分享模式下的穿透率分布图。请参照图10，本实施例的显示装置20与图1的显示装置10的差异在于：光偏振转换器的组成不同。具体而言，显示装置20的光偏振转换器300B包括线偏光片340与电控视角切换器350，电控视角切换器350设置在线偏光片340与视角限制器200之间。
举例来说，电控视角切换器350包括第一基板301、第二基板302、第一导电层(例如第一电极E1与第二电极E2)、第二导电层CE以及液晶层LCL。对向设置的第一导电层与第二导电层CE分别设置于第一基板301与第二基板302上。在本实施例中，第一导电层具有彼此电性绝缘的第一电极E1与第二电极E2，而第二导电层CE例如是整面性的共电极，但本发明不局限于此。在其他实施例中，第一导电层也可以是整面性电极。特别说明的是，电控视角切换器350的第一电极E1与第二电极E2可分别定义出光偏振转换器300B的第一区300A1与第二区300A2。
液晶层LCL设置于第一导电层(例如第一电极E1与第二电极E2)与第二导电层CE之间，且包含多个液晶分子LC。第一基板301与第二基板302的材质包括玻璃、石英、有机聚合物、或其他合适的透明材料。另一方面，第一电极E1、第二电极E2与第二导电层CE例如是光穿透式电极，而光穿透式电极的材质包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、或其它合适的氧化物、极薄的金属、镂空的金属层(metal mesh or wire grid)、纳米碳管、纳米银线(Ag nano-wire)、石墨烯或者是上述至少两者之堆叠层。
举例来说，当第一电极E1与第二导电层CE(或者是第二电极E2与第二导电层CE)之间被施加一电压时，此电压可在两电极之间形成电场并驱使液晶层LCL的这些液晶分子LC转动。换句话说，透过不同的电场大小与分布可改变多个液晶分子LC的光轴(或长轴)，以调整来自线偏振片340的光束的偏振态，进而将显示装置20在不同方向的防窥模式与全视角的分享模式之间进行切换。
为了让液晶层LCL的多个液晶分子LC的光轴在无外加电场的作用下(亦即，两导电层之间未被施加电压时，或两导电层之间未有电压差时)能朝特定的方向排列，电控视角切换器350还包括配向膜AL1与配向膜AL2。配向膜AL1设置于线偏光片340与液晶层LCL之间，配向膜AL2设置于视角限制器200与液晶层LCL之间，且液晶层LCL夹设于配向膜AL1与配向膜AL2之间。请同时参照图11，配向膜AL1与配向膜AL2分别具有配向方向AD1与配向方向AD2。在本实施例中，配向方向AD1平行于方向Y，配向方向AD2平行于方向X。亦即，配向膜AL1的配向方向AD1大致上垂直于配向膜AL2的配向方向AD2。更具体地说，液晶层LCL的这些液晶分子LC是以扭转形变(twist deformation，TN)的方式排列于两配向膜之间，但本发明不此为限。在其他的实施例中，电控视角切换器350的液晶亦可如双折射率控制效应(Electrically Controlled Birefingence，ECB)液晶的水平排列，并夹射于配向膜AL1与配向膜AL2之间。
应注意的是，在本实施例中，电控视角切换器350中较靠近线偏光片340的配向膜AL1，其配向方向AD1是垂直于线偏光片340的吸收轴340AX的轴向，但不局限于此。在其他实施例中，电控视角切换器中较靠近线偏光片340的配向膜AL1的配向方向AD1也可平行于线偏光片340的吸收轴340AX的轴向。
特别说明的是，透过电控视角切换器350的设置，显示装置20可在显示面板100无分区控制的情况下进行不同方向的防窥模式切换，或者是同一方向上的防窥模式与分享模式的切换。
举例来说，当显示装置20在方向X上操作在防窥模式时，电控视角切换器350的第一电极E1被致能(例如输入与第二导电层CE不同的电压)，而第二电极E2不被致能(例如输入与第二导电层CE相同的电压)。因此，第一电极E1与第二导电层CE之间所形成的电场会驱使液晶层LCL重叠于第一电极E1的多个液晶分子LC转动，使其光轴(或分子长轴)的轴向大致上平行于液晶层LCL的厚度方向(例如方向Z)，而液晶层LCL重叠于第二电极E2的多个液晶分子LC仍维持原有的扭转形变。
此时，来自线偏光片340的光束在通过光偏振转换器300B的第一区300A1后，其偏振方向并不会有实质性的改变。相反地，来自线偏光片340的光束在通过光偏振转换器300B的第二区300A2后，其偏振方向会转变为平行于线偏光片340的吸收轴340AX的轴向。因此，显示装置20是在Y方向上是处于分享模式，而在方向X上是处于防窥模式，其防窥范围如图12A所示。
另一方面，当显示装置20在方向X上操作于分享模式时，电控视角切换器350的第一电极E1不被致能，而第二电极E2被致能。因此，第二电极E2与第二导电层CE之间所形成的电场会驱使液晶层LCL重叠于第二电极E2的多个液晶分子LC转动，使其光轴(或分子长轴)的轴向大致上平行于液晶层LCL的厚度方向(例如方向Z)，而液晶层LCL重叠于第一电极E1的多个液晶分子LC仍维持原有的扭转形变。
此时，来自线偏光片340的光束在通过光偏振转换器300B的第一区300A1后，其偏振方向会转变为平行于线偏光片340的吸收轴340AX的轴向。相反地，来自线偏光片340的光束在通过光偏振转换器300B的第二区300A2后，其偏振方向并不会有实质性的改变。因此，显示装置20是在方向X上是处于分享模式，而在方向Y上具有防窥的效果，其防窥范围如图12B所示。
然而，本发明不限于此，当显示装置20在方向X上操作于防窥模式(或者是，在方向Y上操作于分享模式)时，电控视角切换器350的第一电极E1与第二电极E2也可都被致能而具有相同的电位。此时，来自线偏光片340的光束在通过光偏振转换器300B的第一区300A1与第二区300A2后，其偏振方向都不会有实质性的改变。当显示装置20在方向X上操作于分享模式(或者是，在方向Y上操作于防窥模式)时，电控视角切换器350的第一电极E1与第二电极E2也可都不被致能。此时，来自线偏光片340的光束在通过光偏振转换器300B的第一区300A1与第二区300A2后，其偏振方向会转变为平行于线偏光片340的吸收轴340AX的轴向。
应可理解的是，在其他未示出的实施例中，电控视角切换器位于液晶层LCL相对两侧的两导电层也可以都是整面性的电极。亦即，显示装置也可采用不具有分区控制的电控视角切换器来进行不同方向上的防窥模式切换。
图13是本发明的第五实施例的显示装置的示意图。图14A及图14B分别是图13的显示装置于一维度方向上操作在防窥模式与分享模式下的穿透率分布图。请参照图13，本实施例的显示装置20A与图10的显示装置20的差异在于：显示装置20A还包括补偿膜410-A，设置在光偏振转换器300B的电控视角切换器350与线偏光片340之间。应注意的是，此补偿膜410-A的光轴410-An的轴向是垂直于线偏光片340的吸收轴340AX的轴向，且不具有如图6的补偿膜410的分区特性。
在本实施例中，补偿膜410-A的面内相位延迟量例如是二分之一波长，但不局限于此。在其他实施例中，补偿膜410-A的面内相位延迟量也可以是四分之一波长到一波长之间。透过此补偿膜410-A的设置，可使显示装置20A的防窥范围(如图14A所示)小于显示装置20的防窥范围(如图12A所示)，且显示装置20A的分享范围(如图14B所示)小于显示装置20的分享范围(如图12B所示)。
图15是本发明的第六实施例的显示装置的示意图。图16A及图16B分别是图15的显示装置于一维度方向上操作在防窥模式与分享模式下的穿透率分布图。请参照图15，本实施例的显示装置20B与图13的显示装置20A的差异在于：补偿膜的数量不同。在本实施例中，显示装置20B还包括另一补偿膜420-A，设置在视角限制器200与补偿膜410-A之间，例如设置在电控视角切换器350与补偿膜410-A之间。补偿膜420-A的光轴420-An的轴向平行于线偏光片340的吸收轴340AX的轴向，且不具有如图8的补偿膜420的分区特性。
在本实施例中，补偿膜410-A与补偿膜420-A的面内相位延迟量例如是二分之一波长，但不局限于此。在其他实施例中，补偿膜410-A与补偿膜420-A的至少一个的面内相位延迟量也可以是四分之一波长到一波长之间。不同于补偿膜410-A配置用以缩减显示装置20A的防窥范围与分享范围，在本实施例中，补偿膜410-A与补偿膜420-A的组合，可使显示装置20B的防窥范围及分享范围进一步地扩大。举例来说，显示装置20B的防窥范围(如图16A所示)明显大于显示装置20的防窥范围，且显示装置20B的分享范围(如图16B所示)明显大于显示装置20的分享范围。
图17是本发明的第七实施例的显示装置的示意图。图18是图17的显示装置的部分膜层的示意图。图19A及图19B分别是图17的显示装置于一维度方向上操作在防窥模式与分享模式下的穿透率分布图。请参照图17，本实施例的显示装置20C与图10的显示装置20的差异在于：电控视角切换器的液晶层的排列方式不同。具体而言，显示装置20C的电控视角切换器350C的多个液晶分子LC大致上是以垂直排列(vertical alignment，VA)的方式夹设于配向膜AL1-A与配向膜AL2-A之间。
应可理解的是，为了使液晶层LCL-A的这些液晶分子LC形成单一区域的排列，用于垂直排列的配向膜大都仍须进行配向的步骤，例如磨刷配向(rubbing alignment)或光配向(photo alignment)。也因此，此处的配向膜可具有85度的预倾角，但不局限于此。在其他的实施例中，电控视角切换器350C的液晶亦可以是水平排列，如双折射率控制效应(Electrically Controlled Birefingence，ECB)的方式，且预倾角可为5度。请同时参照图17与图18，在本实施例中，配向膜AL1-A的配向方向AD1-A反向地平行(anti-parallel)于配向膜AL2-A的配向方向AD2-A，且配向膜AL1-A的配向方向AD1-A与偏光片340的吸收轴340AX之间的夹角为45度。
举例来说，当显示装置20C在方向X上操作于防窥模式(或者是，在方向Y上操作于分享模式)时，电控视角切换器350C的第一电极E1与第二电极E2都不被致能。因此，液晶层LCL-A的多个液晶分子LC仍维持原有的垂直排列。此时，来自线偏光片340的光束在通过光偏振转换器300C的第一区300A1与第二区300A2后，其偏振方向都不会有实质性的改变。
当显示装置20C在方向X上操作于分享模式(或者是，在方向Y上操作于防窥模式)时，电控视角切换器350C的第一电极E1与第二电极E2都被致能且具有相同的电位。此时，第一导电层与第二导电层CE之间所形成的电场会驱使液晶层LCL-A的多个液晶分子LC转动，使其光轴(或分子长轴)的轴向以不同的程度偏离液晶层LCL的厚度方向(例如方向Z)。因此，来自线偏光片340的光束在通过光偏振转换器300C的第一区300A1与第二区300A2后，其偏振方向会转变为平行于线偏光片340的吸收轴340AX的轴向。
值得注意的是，本实施例的显示装置20C在方向X上操作于防窥模式时，其防窥范围(如图19A所示)大于图10的显示装置20的防窥范围(如图12A所示)。当显示装置20C在方向X上操作于分享模式时，其分享范围(如图19B所示)则小于图10的显示装置20的分享范围(如图12B所示)。
图20是本发明的第八实施例的显示装置的示意图。图21A及图21B分别是图20的显示装置于一维度方向上操作在防窥模式与分享模式下的穿透率分布图。请参照图20，本实施例的显示装置20D与图17的显示装置20C的差异在于：显示装置20D还包括补偿膜410-A，设置在光偏振转换器300C的电控视角切换器350C与线偏光片340之间。应注意的是，此补偿膜410-A的光轴410-An的轴向是垂直于线偏光片340的吸收轴340AX的轴向，且不具有如图6的补偿膜410的分区特性。
在本实施例中，补偿膜410-A的面内相位延迟量例如是二分之一波长，但不局限于此。在其他实施例中，补偿膜410-A的面内相位延迟量也可以是四分之一波长到一波长之间。透过此补偿膜410-A的设置，可使显示装置20D的防窥范围(如图21A)小于显示装置20C的防窥范围(如图19A)，且显示装置20D的分享范围(如图21B)大于显示装置20C的分享范围(如图19B)。
图22是本发明的第九实施例的显示装置的示意图。图23A及图23B分别是图22的显示装置于一维度方向上操作在防窥模式与分享模式下的穿透率分布图。请参照图22，本实施例的显示装置20E与图20的显示装置20D的差异在于：补偿膜的数量不同。在本实施例中，显示装置20E还包括另一补偿膜420-A，设置在电控视角切换器350C与补偿膜410-A之间，且补偿膜420-A的光轴420-An的轴向平行于线偏光片340的吸收轴340AX的轴向。
在本实施例中，补偿膜410-A与补偿膜420-A的面内相位延迟量例如是二分之一波长，但不局限于此。在其他实施例中，补偿膜410-A与补偿膜420-A的至少一个的面内相位延迟量也可以是四分之一波长到一波长之间。不同于补偿膜410-A配置用以缩减显示装置20D的防窥范围以及扩大显示装置20D的分享范围，本实施例透过补偿膜410-A与补偿膜420-A的设置，可扩大显示装置20E的防窥范围并且缩减显示装置20E的分享范围。举例来说，显示装置20E的防窥范围(如图23A所示)明显大于显示装置20D的防窥范围(如图21A所示)，且显示装置20E的分享范围(如图23B所示)明显小于显示装置20D的分享范围(如图21B所示)。
图24是本发明的第十实施例的显示装置的示意图。图25A至图25C分别是图24的显示装置在不同的面内相位延迟量的补偿膜下的穿透率分布图。请参照图24，本实施例的显示装置30与图8的显示装置10B的差异在于：显示装置的组成不同。具体而言，显示装置30还包括另一视角限制器200’，配置用以取代显示装置10B的补偿膜410。亦即，视角限制器200’是设置在补偿膜420与光偏振转换器300之间，补偿膜420设置于视角限制器200与视角限制器200’之间。由于本实施例的视角限制器200’的组成结构相似于视角限制器200，因此有关视角限制器200’的细部说明可参见前述实施例的相关段落，于此便不再重述。
值得注意的是，透过视角限制器200’的设置，可让显示装置30的防窥范围进一步地扩大。在本实施例中，补偿膜420的面内相位延迟量可介于十分之一波长至一波长之间。举例来说，当补偿膜420的面内相位延迟量为二分之一波长时，可扩大显示装置30的防窥范围，例如明显改善显示装置30在方位角45度及315度方向上的防窥效果(如图25A所示)，其中补偿膜420的多个分区(即第二分区)对应多个第一区300A1的部分(例如分区420A1)的光轴420n的轴向垂直于第一光偏振方向P1。
当补偿膜420的面内相位延迟量为220纳米时，也可明显改善显示装置30在方位角45度及315度方向上的防窥效果(如图25B所示)，其中补偿膜420的多个分区(即第二分区)对应多个第一区300A1的部分(例如分区420A1)的光轴420n的轴向平行于第一光偏振方向P1。当补偿膜420的面内相位延迟量为四分之一波长时，则可缩减显示装置30的防窥范围(如图25C所示)，其中补偿膜420的多个分区(即第二分区)对应多个第一区300A1的部分(例如分区420A1)的光轴420n的轴向垂直于第一光偏振方向P1。
图26是本发明的第十一实施例的显示装置的示意图。请参照图26，本实施例的显示装置40与图6的显示装置10A的差异在于：显示装置40还包括四分之一波片440，设置在显示面板100与光偏振转换器300之间。据此，可降低显示装置40对于外在环境光的反射率，有助于提升其显示品质(例如暗态对比)。
图27是本发明的第十二实施例的显示装置的示意图。图28是本发明的第十三实施例的显示装置的示意图。特别说明的是，为清楚呈现起见，图27及图28的光偏振转换器300B省略了图5的基材310的绘示。请参照图27，本实施例的显示装置50与图6的显示装置10A的差异在于：显示装置的组成及其配置方式不同。在本实施例中，显示面板100A为非自发光显示面板，例如是液晶显示面板，但不局限于此。也因此，本实施例的显示装置50还包括背光模块BLU，重叠设置于显示面板100A、视角限制器200A、光偏振转换器300B及补偿膜410。
举例来说，显示面板300可包括液晶盒130以及设置在液晶盒130相对两侧表面上的线偏光片110与线偏光片120。背光模块BLU可为多张增亮膜(如3M BEF，未绘示)与扩散膜(未绘示)搭配的一般的背光模块，或是使用逆棱镜片(如DNP W528，未绘示)的聚光型背光模块。在本实施例中，光偏振转换器300B的组成架构相似于图5的光偏振转换器300A，不同之处在于本实施例的光偏振转换器300B的线偏光片与显示面板100A的线偏光片110共用，亦即光偏振转换器300B包括重叠设置于这些第一区300A1(如图5所示)的多个光学补偿图案335，且可不包括线偏光片。
另一方面，在本实施例中，光偏振转换器300B与视角限制器200位于显示面板100A与背光模块BLU之间，但不局限于此。在其他实施例中，如图28所示，显示装置50A的显示面板100A与光偏振转换器300B也可设置在背光模块BLU与视角限制器200之间，光偏振转换器300B的线偏光片与显示面板100A的线偏光片120共用。由于本实施例的光偏振转换器300B、补偿膜410及视角控制器200的组成与结构相似于前述实施例的光偏振转换器300A、补偿膜410及视角控制器200，因此细部的说明请参见前述实施例的相关段落，于此便不再重述。
综上所述，在本发明的一实施例的显示装置中，视角限制器在其厚度方向上的吸收系数大于在垂直于厚度方向上的吸收系数，据以增加视角限制器对非正向入射的偏振光束的滤光效果。来自显示面板的多道光束在通过光偏振转换器的第一区与第二区后分别具有不同的偏振方向，且具有特定偏振方向的光束在斜向入射视角限制器后被吸收。透过光偏振转换器的这两区的调光特性不同，可实现在不同方向上的防窥效果。另一方面，辅以显示面板的显示信号控制，可使显示装置在不同的防窥模式与全视角的分享模式之间进行切换，有助于提升显示装置的应用性及操作便利性。
虽然本发明已以实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当以所附的权利要求书所界定的为准。
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即凡是依照本发明权利要求书及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，说明书摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的「第一」、「第二」等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

Claims (18)

1.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括光偏振转换器、至少一视角限制器以及显示面板，其中
所述光偏振转换器具有交替排列的多个第一区与多个第二区，且通过所述多个第一区及所述多个第二区的光束分别具有第一光偏振方向及第二光偏振方向；
所述至少一视角限制器重叠设置于所述光偏振转换器，所述视角限制器包括：
多个吸光分子，所述多个吸光分子在所述至少一视角限制器的厚度方向上具有第一吸收系数，所述多个吸光分子在垂直于所述厚度方向上具有第二吸收系数，且所述第一吸收系数与所述第二吸收系数的比值大于1；以及
所述显示面板重叠设置于所述至少一视角限制器，其中所述光偏振转换器设置在所述至少一视角限制器与所述显示面板之间。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：
第一补偿膜，设置在所述至少一视角限制器与所述光偏振转换器之间，所述第一补偿膜具有多个第一分区，所述多个第一分区分别对应所述多个第一区及所述多个第二区，其中所述第一光偏振方向相交于所述第二光偏振方向，所述多个第一分区对应所述多个第一区的一部分的光轴的轴向平行于所述第一光偏振方向。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：
第二补偿膜，设置在所述至少一视角限制器与所述第一补偿膜之间，所述第二补偿膜具有多个第二分区，所述多个第二分区分别对应所述多个第一分区，其中所述第二补偿膜的所述多个第二分区的光轴的轴向垂直于对应的所述多个第一分区的光轴的轴向。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括第一补偿膜以及第二补偿膜，其中
所述第一补偿膜设置在所述至少一视角限制器与所述光偏振转换器之间；
所述第二补偿膜设置在所述至少一视角限制器与所述第一补偿膜之间，其中所述第一光偏振方向相交于所述第二光偏振方向，所述第一补偿膜的光轴的轴向平行于所述第一光偏振方向，所述第二补偿膜的光轴的轴向垂直于所述第一光偏振方向。
5.根据权利要求3或4所述的显示装置，其特征在于，所述第一补偿膜与所述第二补偿膜的面内相位延迟量介于四分之一波长至一波长之间。
6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板为液晶显示面板，所述光偏振转换器包括多个光学补偿图案，重叠设置于所述多个第一区。
7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光偏振转换器包括线偏光片以及电控视角切换器，其中
所述电控视角切换器设置在所述线偏光片与所述至少一视角限制器之间，所述电控视角切换器具有对应所述多个第一区的第一电极以及对应所述多个第二区的第二电极。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：
第一补偿膜，设置在所述电控视角切换器与所述线偏光片之间，其中所述第一补偿膜的光轴的轴向垂直于所述线偏光片的吸收轴的轴向。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：
第二补偿膜，设置在所述至少一视角限制器与所述第一补偿膜之间，其中所述第二补偿膜的光轴的轴向平行于所述线偏光片的所述吸收轴的轴向。
10.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述电控视角切换器包括液晶层、第一配向膜以及第二配向膜，
所述第一配向膜设置于所述液晶层与所述线偏光片之间，所述第一配向膜的第一配向方向平行或垂直于所述线偏光片的吸收轴的轴向；以及
所述第二配向膜设置于所述液晶层与所述至少一视角限制器之间，其中所述液晶层夹设于所述第一配向膜与所述第二配向膜之间。
11.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述电控视角切换器包括液晶层、第一配向膜以及第二配向膜，
所述第一配向膜设置于所述液晶层与所述线偏光片之间，所述第一配向膜的第一配向方向与所述线偏光片的吸收轴的轴向之间的夹角为45度；以及
所述第二配向膜设置于所述液晶层与所述至少一视角限制器之间，其中所述液晶层夹设于所述第一配向膜与所述第二配向膜之间。
12.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：
补偿膜，其中所述至少一视角限制器为第一视角限制器与第二视角限制器，且所述补偿膜位于所述第一视角限制器与所述第二视角限制器之间，所述补偿膜的面内相位延迟量介于十分之一波长至一波长之间。
13.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：
背光模块，重叠设置在所述显示面板、所述至少一视角限制器与所述光偏振转换器，且所述光偏振转换器与所述至少一视角限制器位于所述显示面板与所述背光模块之间。
14.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光偏振转换器包括：
偏光层，所述偏光层于所述多个第一区具有第一吸收轴，而于所述多个第二区具有第二吸收轴，且所述第一吸收轴的轴向相交于所述第二吸收轴的轴向。
15.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光偏振转换器包括线偏光片以及多个光学补偿图案，其中
所述线偏光片完全重叠于所述多个第一区与所述多个第二区；以及
所述多个光学补偿图案重叠设置于所述多个第一区，其中所述多个光学补偿图案的光轴的轴向与所述线偏光片的一吸收轴的轴向之间的夹角为45度，所述多个光学补偿图案位于所述线偏光片与所述至少一视角限制器之间。
16.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：
四分之一波片，设置在所述显示面板与所述光偏振转换器之间。
17.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述至少一视角限制器还包括高分子基材，所述多个吸光分子分散地设置于所述高分子基材内。
18.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一吸收系数与所述第二吸收系数的比值介于10至1000之间。
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