CN110456554B - 显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种显示装置，包括：显示面板、液晶透镜以及偏振补偿元件。显示面板提供第一入射光。液晶透镜配置于显示面板上。液晶透镜包括：相对配置的第一基板与第二基板、第一液晶层、第一电极层以及第二电极层。第一液晶层配置于第一基板与第二基板之间。第一电极层配置于第一基板与第一液晶层之间。第二电极层配置于第二基板与第一液晶层之间。偏振补偿元件配置于显示面板与液晶透镜之间。偏振补偿元件将第一入射光的偏振方向调整为与第一液晶层中的多个液晶分子的长轴方向平行。
Description
技术领域
本发明是有关于一种显示装置，且特别是有关于一种具有液晶透镜与偏振补偿元件的显示装置。
背景技术
立体显示技术主要的原理是使观看者的左眼与右眼分别接收到不同的影像，而左眼与右眼接收到的影像会经由大脑分析并重叠而使观看者感知到显示画面的层次感及深度，进而产生立体感。因此欲在平面显示器显示立体影像，需于同一画面提供两组互相交错的影像以分别模拟两眼视觉，再通过特定的光学元件来使两眼分别接收两组影像，来达成立体影像的效果。
目前已提出一种液晶透镜立体显示装置，其可用来取代传统的屏障式(ParallaxBarrier)或柱状透镜式(Lenticular Lens)的显示器，以实现平面(2D)-立体(3D)可切换的功效。然而，液晶透镜需要复杂的电极设计以及电压驱动方式以使液晶透镜近似实体透镜。因此，液晶透镜立体显示装置的技术发展仍面临许多挑战。
发明内容
本发明的一实施例提供一种显示装置，其可藉由偏振补偿元件来调整第一入射光的偏振方向，以有效减少漏光现象并改善3D模式下的串音杂讯(cross-talk)问题。
本发明的一实施例提供一种显示装置，包括：显示面板、液晶透镜以及偏振补偿元件。显示面板提供第一入射光。液晶透镜配置于显示面板上。液晶透镜包括：相对配置的第一基板与第二基板、第一液晶层、第一电极层以及第二电极层。第一液晶层配置于第一基板与第二基板之间。第一电极层配置于第一基板与第一液晶层之间。第二电极层配置于第二基板与第一液晶层之间。偏振补偿元件配置于显示面板与液晶透镜之间。偏振补偿元件将第一入射光的偏振方向调整为与第一液晶层中的多个液晶分子的长轴方向实质上平行。
在本发明的一实施例中，上述的偏振补偿元件包括相对配置的第三基板与第四基板、第二液晶层、共用电极层、扫描电极层以及绝缘层。第二液晶层配置于第三基板与第四基板之间。共用电极层配置于第四基板与第二液晶层之间。扫描电极层配置于共用电极层与第二液晶层之间。绝缘层配置于共用电极层与扫描电极层之间。
在本发明的一实施例中，上述的第一电极层包括交替排列的多个第一宽电极以及多个第一窄电极。扫描电极层包括交替排列的多个第一扫描电极以及多个第二扫描电极。第一宽电极分别重叠于第一扫描电极，且第一窄电极分别重叠于第二扫描电极。
在本发明的一实施例中，两相邻的第一宽电极的间距与两相邻的第一扫描电极的间距相同。
在本发明的一实施例中，上述的第二电极层包括交替排列的多个第二宽电极以及多个第二窄电极。第一宽电极分别重叠于第二窄电极，且第一窄电极分别重叠于第二宽电极。
在本发明的一实施例中，两相邻的第一宽电极的间距与两相邻的第二宽电极的间距相同。
在本发明的一实施例中，在偏振补偿元件为开启状态(on-state)下，两相邻的第一扫描电极以及第二扫描电极之间具有水平方向电场，使得第二液晶层中的多个液晶分子的长轴方向沿着水平方向电场偏移。
在本发明的一实施例中，于第一区中，上述的第二液晶层中的液晶分子的长轴方向与第一入射光的偏振方向之间具有一夹角α。
在本发明的一实施例中，当第一入射光在通过偏振补偿元件之后，形成第二入射光以射入液晶透镜，第二入射光于第一区的偏振方向与第二液晶层中的液晶分子的长轴方向之间具有另一夹角β，夹角β的值约等于夹角α的值。
在本发明的一实施例中，于第一区中，上述的第二入射光的偏振方向与第一入射光的偏振方向之间具有夹角γ，夹角γ的值约等于两倍的夹角α的值。
基于上述，本发明的一实施例藉由偏振补偿元件将第一入射光的偏振方向调整为与第一液晶层中的液晶分子的长轴方向平行，其可有效减少漏光现象并改善3D模式下的串音杂讯问题。
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，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1绘示本发明一实施例的一种显示装置的剖面示意图。
图2A绘示本发明一实施例的第一区中第一入射光的偏振方向与第二液晶层中的液晶分子的长轴方向的关系示意图。
图2B绘示本发明一实施例的第二区中第一入射光的偏振方向与第二液晶层中的液晶分子的长轴方向的关系示意图。
图2C绘示本发明一实施例的第一区及对应的第三区中第一入射光的偏振方向、第二液晶层中的液晶分子的长轴方向、第二入射光的偏振方向及第一液晶层中的液晶分子的长轴方向的关系示意图。
图2D绘示本发明一实施例的第二区及对应的第四区中第一入射光的偏振方向、第二液晶层中的液晶分子的长轴方向、第二入射光的偏振方向及第一液晶层中的液晶分子的长轴方向的关系示意图。
其中，附图标记：
10：显示装置
100：显示面板
150：第一入射光
150P：第一入射光的偏振方向
200：偏振补偿元件
210：第三基板
218：第三配向层
220：第四基板
221：共用电极层
222：扫描电极层
223：绝缘层
224：第一扫描电极
226：第二扫描电极
228：第四配向层
230：第二液晶层
232：液晶分子
232LA1、232LB1、332LA2、332LB2：液晶分子的长轴方向
235：水平方向电场
250：第二入射光
250PA、250PB：第二入射光的偏振方向
300：液晶透镜
302：透镜单元
310：第一基板
312：第一电极层
314：第一宽电极
316：第一窄电极
318：第一配向层
320：第二基板
322：第二电极层
324：第二宽电极
326：第二窄电极
328：第二配向层
330：第一液晶层
330R：曲线
332：液晶分子
350：出光
α、β、γ：夹角
A1：第一区
B1：第二区
A2：第三区
B2：第四区
P1、P2、P3：间距
具体实施方式
参照本实施例的图式以更全面地阐述本发明。然而，本发明亦可以各种不同的形式来体现，而不应限于本文中所述的实施例。图式中的层与区域的厚度会为了清楚起见而放大。相同或相似的标号表示相同或相似的元件，以下段落将不再一一赘述。
图1绘示本发明一实施例的一种显示装置的剖面示意图。图2A绘示本发明一实施例的第一区中第一入射光的偏振方向与第二液晶层中的液晶分子的长轴方向的关系示意图。图2B绘示本发明一实施例的第二区中第一入射光的偏振方向与第二液晶层中的液晶分子的长轴方向的关系示意图。
请参照图1，本发明一实施例提供一种显示装置10包括：显示面板100、偏振补偿元件200以及液晶透镜300。显示面板100可提供具有偏振方向150P的第一入射光150。在一些实施例中，显示面板100可以是任何可显示影像的构件，例如液晶显示面板、有机电激发光显示面板、电浆显示面板、电泳显示面板、场发射显示面板等，或其它型式显示面板。另外，当显示面板100采用非自行发光的材料(例如液晶材料)作为显示介质时，其可选择性地包括光源模组位于显示面板100的下方，以提供显示面板100所需的光源。
液晶透镜300配置于显示面板100上。具体来说，液晶透镜300包括：第一基板310、第二基板320、第一液晶层330、第一电极层312、第一配向层318、第二电极层322以及第二配向层328。如图1所示，第一基板310与第二基板320彼此相对配置。在一些实施例中，第一基板310与第二基板320可例如是玻璃基板或石英基板。在其他的实施例中，第一基板310与第二基板320也可以采用其他材质的透明基板，例如是聚合物材料。第一液晶层330配置于第一基板310与第二基板320之间。第一液晶层330包括多个液晶分子332，其中液晶分子332在电场中具有光学异向性且在无电场条件下为光学等向性。
第一电极层312配置于第一基板310与第一液晶层330之间。详细地说，第一电极层312包括多个第一宽电极314与多个第一窄电极316。如图1所示，从Y方向上观察，第一宽电极314的宽度大于第一窄电极316的宽度，且第一宽电极314与第一窄电极316沿着X方向交替排列。两相邻的第一宽电极314(或是两相邻的第一窄电极316)之间具有间距P1，其中间距P1可依实际设计需求来调整。在一些实施例中，第一宽电极314与第一窄电极316可以是沿着Y方向延伸的条状电极。第一配向层318配置在第一电极层312与第一液晶层330之间。第一配向层318可使第一液晶层330中的液晶分子332配向。
第二电极层322配置于第二基板320与第一液晶层330之间。详细地说，第二电极层322包括多个第二宽电极324与多个第二窄电极326。如图1所示，从Y方向上观察，第二宽电极324的宽度大于第二窄电极326的宽度，换句话说，第二宽电极324沿X方向上延伸的宽度大于第二窄电极326沿X方向上延伸的宽度，且第二宽电极324与第二窄电极326沿着X方向交替排列。两相邻的第二宽电极324(或是两相邻的第二窄电极326)之间具有间距P2，其中间距P2可依实际设计需求来调整。在一些实施例中，第二宽电极324与第二窄电极326可以是沿着Y方向延伸的条状电极。如图1所示，相邻的第二宽电极324与第二窄电极326之间定义出第三区A2而形成多个沿X方向排列的第三区A2，各个第二宽电极324及各个第二窄电极326分别定义出第四区B2而形成多个沿X方向排列的第四区B2，第三区A2及第四区B2系沿X方向交替排列。沿Z方向或是朝XY平面观察，Z方向系为垂直第一基板310或第二基板320的一法线方向，第二宽电极324分别对应于且重叠于第一窄电极316，而第二窄电极326分别对应于且重叠于第一宽电极314。也就是说，第二宽电极324与第一宽电极314交错配置，且第二窄电极326与第一窄电极316交错配置。在另一实施例中，间距P2与间距P1相同。在替代实施例中，第一电极层312与第二电极层322的材料可例如是铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锌氧化物(AZO)、镓锌氧化物(GZO)、铟镓氧化物(IGO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、其他适当的透光导电材料或其线宽不易被人眼所感觉到的导电材料。在其他实施例中，第一电极层312与第二电极层322可具有相同导电材料或不同导电材料。
第二配向层328配置在第二电极层322与第一液晶层330之间。在一些实施例中，第二配向层328的配向方向实质上平行于第一配向层318的配向方向。在一些实施例中，第一配向层318与第二配向层328的材料可例如是聚乙酰胺(polyimide，PI)、纤维素甲醚(methyl cellulose，MC)、聚甲基丙烯酸甲脂(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)、聚酰胺(polyamide)、氧化硅(silicon oxide，SiO)、氮化硅(silicon nitride)、碳化硅(silicon carbonate)或是绝缘性的氧化铝(aluminum oxide)等。在其他实施例中，第一配向层318与第二配向层328可具有相同材料或不同材料。
在本实施例中，当第一电极层312与第二电极层322不被驱动(或是关闭状态)时，第一液晶层330整体呈现为均质(homogenic)状态。在此情况下，显示面板100中所提供的影像信息经过液晶透镜300后实质上是以原本的传递方向提供出光350而进行二维影像的显示。也就是说，在平面显示模式下，液晶透镜300可以不被驱动。
另外，当第一电极层312与第二电极层322被驱动(或是开启状态)时，其可提供电场以改变第一液晶层330的状态而呈现特定的折射率分布。此时，第一液晶层330的折射率分布可以提供类似于光学透镜的效果。所以，显示面板100中所提供的影像信息经由液晶透镜300的作用便可朝不同方向射出(也就是形成不同视域)，以提供出光350而进行立体影像的显示。因此，显示装置10可以具有至少两种显示模式，即立体(3D)显示模式以及平面(2D)显示模式。
如图1所示，第一液晶层330的折射率分布可例如呈现曲线330R的趋势，以将第一液晶层330定义出多个透镜单元302。在一些实施例中，各透镜单元302中的折射率分布是从中央区域向外渐变(例如逐渐变大或逐渐变小)。
理论上，第一液晶层330中的液晶分子332的配向方向(rubbing direction)或长轴方向应与第一入射光150的偏振方向150P完全一致，从而实现完全非寻常光(extra-ordinary light，又称e光)3D图像。然而，实际上，由于液晶分子332会受到第一电极层312或第二电极层322的横向电场的影响，导致液晶分子332偏离原来的配向方向，从而形成一定量的寻常光(ordinary light，又称o光)2D图像。由于o光在液晶透镜300中并没有透镜效果，其会导致漏光现象，进而增加在3D模式下的串音杂讯。为了解决上述问题，本实施例的显示装置10将偏振补偿元件200配置在显示面板100与液晶透镜300之间，以调整第一入射光150的偏振方向150P，进而有效减少漏光现象并改善3D模式下的串音杂讯问题。
具体来说，偏振补偿元件200包括：第三基板210、第四基板220、第二液晶层230、共用电极层221、扫描电极层222、第三配向层218、第四配向层228以及绝缘层223。
如图1所示，第三基板210与第四基板220彼此相对配置。在一些实施例中，第三基板210与第四基板220可例如是玻璃基板、石英基板或聚合物基板等。第二液晶层230配置于第三基板210与第四基板220之间。第二液晶层230包括多个液晶分子232，其中液晶分子232在电场中具有光学异向性且在无电场条件下为光学等向性。第三配向层218配置于第三基板210与第二液晶层230之间。第三配向层218可使第二液晶层230中的液晶分子232配向。
共用电极层221配置于第四基板220与第二液晶层230之间。共用电极层221举例系全面性地覆盖第四基板220的下表面。扫描电极层222配置于共用电极层221与第二液晶层230之间。在一些实施例中，扫描电极层222包括多个第一扫描电极224以及多个第二扫描电极226。如图1所示，第一扫描电极224分别对应于且重叠于第一宽电极314，而第二扫描电极226分别对应于且重叠于第一窄电极316。从Y方向上观察，第一扫描电极224与第二扫描电极226具有相同宽度，换句话说，第一扫描电极224沿X方向上延伸的宽度等于第二扫描电极226沿X方向上延伸的宽度，并以相同间距沿着X方向交替排列。两相邻的第一扫描电极224(或是两相邻的第二扫描电极226)之间具有间距P3，其中间距P3与间距P1相同。如图1所示，相邻的第一扫描电极224与第二扫描电极226之间定义出第一区A1而形成多个沿X方向排列的第一区A1，各个第一扫描电极224及各个第二扫描电极226分别定义出第二区B1而形成多个沿X方向排列的第二区B1，第一区A1及第二区B1系沿X方向交替排列。在替代实施例中，共用电极层221与扫描电极层222的材料可例如是铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铝锌氧化物(AZO)、镓锌氧化物(GZO)、铟镓氧化物(IGO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、其他适当的透光导电材料或其线宽不易被人眼所感觉到的导电材料。在其他实施例中，共用电极层221与扫描电极层222可具有相同导电材料或不同导电材料。
绝缘层223配置于共用电极层221与扫描电极层222之间，以隔离共用电极层221与扫描电极层222。在一些实施例中，绝缘层223的材料包括无机介电材料，其可例如是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其它合适的介电材料或其组合。
第四配向层228配置在扫描电极层222与第二液晶层230之间。在一些实施例中，第四配向层228的配向方向实质上平行于第三配向层218的配向方向。在一些实施例中，第三配向层218与第四配向层228的材料可例如是聚乙酰胺(polyimide，PI)、纤维素甲醚(methyl cellulose，MC)、聚甲基丙烯酸甲脂(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)、聚酰胺(polyamide)、氧化硅(silicon oxide，SiO)、氮化硅(silicon nitride)、碳化硅(silicon carbonate)或是绝缘性的氧化铝(aluminum oxide)等。在其他实施例中，第三配向层218与第四配向层228可具有相同材料或不同材料。
在本实施例中，在偏振补偿元件200为开启状态(on-state)下，两相邻的第一扫描电极224以及第二扫描电极226之间具有水平方向电场235，亦即于第一区A1中具有水平方向电场235，使得第二液晶层230中的液晶分子232的长轴方向232LA1沿着水平方向电场235偏移，在此情况下，如图1与图2A所示，巨观而言，于第一区A1中，第二液晶层230中的液晶分子232的长轴方向232LA1与第一入射光150的偏振方向150P之间具有夹角α，夹角α的值不等于180度。此外，如图1与图2B所示，于第二区B1中，第二液晶层230中的液晶分子232的长轴方向232LB1实质上平行于第一入射光150的偏振方向150P，故通过第二区B1中的第二液晶层230的光线的偏振方向实质上无变化。
值得注意的是，当第一入射光150在通过偏振补偿元件200之后，可形成第二入射光250以射入液晶透镜300。在此情况下，如图1与图2C所示，于Z方向上彼此重叠的第一区A1及第三区A2中，第二入射光250的偏振方向250PA与第二液晶层230中的液晶分子232的长轴方向232LA1之间具有夹角β，举例来说夹角β的值约等于夹角α的值，夹角α的值举例系为90度，但不以此为限。也就是说，第二入射光250的偏振方向250PA与第一入射光150的偏振方向150P之间的夹角γ的值约等于两倍的夹角α的值。此外，如图1与图2D所示，于Z方向上彼此重叠的第二区B1及第四区B2中，第二液晶层230中的液晶分子232的长轴方向232LB1、第一液晶层330中的液晶分子332的长轴方向332LB2以及第二入射光250的偏振方向250PB实质上彼此平行，故通过此区的光线的偏振方向实质上无变化。
在一些实施例中，可藉由施加在扫描电极层222上的电压来控制水平方向电场235，进而调整夹角α。因此，本实施例可藉由偏振补偿元件200调整进入液晶透镜300的第二入射光250的偏振方向250PA或250PB，使其与第一液晶层330中对应的液晶分子332的配向方向或长轴方向332LA2或332LB2完全一致或近乎平行，进而有效减少因o光所造成的漏光现象。在替代实施例中，由于通过偏振补偿元件200的第二入射光250仅是改变偏振方向而不会被过滤掉，因此，本实施例的显示装置10可具有较佳的显示亮度。
综上所述，本发明的一实施例藉由偏振补偿元件将第一入射光的偏振方向调整为与第一液晶层中的液晶分子的长轴方向平行，其可有效减少因o光所造成的漏光现象并改善3D模式下的串音杂讯问题，进而提升3D图像的显示品质。另外，通过偏振补偿元件的第二入射光仅是改变偏振方向而不会被过滤掉，因此，本实施例的显示装置可具有较佳的显示亮度。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (9)
1.一种显示装置，其特征在于，包括：
一显示面板提供一第一入射光；
一液晶透镜，配置于该显示面板上，其中该液晶透镜包括：
相对配置的一第一基板与一第二基板；
一第一液晶层，配置于该第一基板与该第二基板之间；
一第一电极层，配置于该第一基板与该第一液晶层之间；以及
一第二电极层，配置于该第二基板与该第一液晶层之间；以及
一偏振补偿元件，配置于该显示面板与该液晶透镜之间，其中该偏振补偿元件将该第一入射光的一偏振方向调整为与该第一液晶层中的多个液晶分子的一长轴方向实质上平行；
该偏振补偿元件包括：
相对配置的一第三基板与一第四基板；
一第二液晶层，配置于该第三基板与该第四基板之间；
一共用电极层，配置于该第四基板与该第二液晶层之间；
一扫描电极层，配置于该共用电极层与该第二液晶层之间；以及
一绝缘层，配置于该共用电极层与该扫描电极层之间；
其中，该第一电极层包括交替排列的多个第一宽电极以及多个第一窄电极，该扫描电极层包括交替排列的多个第一扫描电极以及多个第二扫描电极，该些第一宽电极分别重叠于该些第一扫描电极，该些第一窄电极分别重叠于该些第二扫描电极。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，两相邻的该些第一宽电极的间距与两相邻的该些第一扫描电极的间距相同。
3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该第二电极层包括交替排列的多个第二宽电极以及多个第二窄电极，该些第一宽电极分别重叠于该些第二窄电极，该些第一窄电极分别重叠于该些第二宽电极。
4.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，两相邻的该些第一宽电极的间距与两相邻的该些第二宽电极的间距相同。
5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，在该偏振补偿元件为开启状态下，两相邻的该些第一扫描电极以及该些第二扫描电极之间具有一水平方向电场，使得该第二液晶层中的多个液晶分子的一长轴方向沿着该水平方向电场偏移。
6.如权利要求5所述的显示装置，其特征在于，相邻的该第一扫描电极以及该第二扫描电极之间定义出一第一区，于该第一区中，该第二液晶层中的该些液晶分子中的至少一者的该长轴方向与该第一入射光的该偏振方向之间具有一夹角α，该夹角α的值不等于180度。
7.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，该第二电极层包括交替排列的多个第二宽电极以及多个第二窄电极，该些第一宽电极分别重叠于该些第二窄电极，该些第一窄电极分别重叠于该些第二宽电极，该些第一扫描电极及该些第二扫描电极分别定义出多个第二区，相邻的该第二宽电极与该第二窄电极之间定义出一第三区，该第一入射光在通过该偏振补偿元件之后，形成一第二入射光以射入该液晶透镜，于彼此重叠于一法线方向的该第一区及该第三区中，该第二入射光的该偏振方向与该第二液晶层中的该些液晶分子中的至少一者的该长轴方向具有一夹角β，该夹角β的值等于夹角α的值。
8.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，于彼此重叠于该法线方向的该第一区及该第三区中，该第一液晶层中的该些液晶分子中的至少一者的该长轴方向以及该第二入射光的该偏振方向实质上平行。
9.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，于彼此重叠于该法线方向的该第一区及该第三区中，该第二入射光的该偏振方向与该第一入射光的该偏振方向之间的夹角γ的值等于两倍的夹角α的值。
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