CN101738760B

CN101738760B - 像素结构、光学元件、液晶显示装置及其制造方法

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Publication number: CN101738760B
Application number: CN2008101760815A
Authority: CN
Inventors: 陈志强
Original assignee: Acer Inc
Current assignee: Acer Inc
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2028-11-11
Also published as: CN101738760A

Abstract

本发明提供一种像素结构、光学元件、液晶显示装置及其制造方法。本发明的像素结构包含第一基板、与第一基板平行的第二基板、夹设于第一基板与第二基板之间的液晶层、反射结构、以及光角度控制结构。反射结构设置于第一基板，而光角度控制结构设置于第二基板。光角度控制结构用以将自第一基板进入的光线反射至反射结构，反射结构用以反射来自光角度控制结构的光线，以使光线以预定方向离开像素结构。

Description

像素结构、光学元件、液晶显示装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种液晶显示装置，特别是，涉及一种整合式的立体影像液晶显示装置及/或具有多可视区的液晶显示装置。

背景技术

一般来说，人的左右眼约间隔6.5厘米，因此两眼所接收到的外界视图将有些微差异。这两个视图传送至大脑后将融合成立体影像，而使人产生立体感。这种利用两眼视差产生立体影像的原理已经应用在许多三维(3D)影像显示装置上。

目前三维影像显示装置大致可区分二种，其中一种显示装置需要配戴立体眼镜才能产生立体影像(如图1A及1B所示)，另一种为不需配带眼镜的裸眼直视型立体影像显示器(如图2A及2B所示)。图1A为已知的投影型立体显示系统，其一般应用于3D立体影片的播放。投影机110与投影机120同时分别投射出滤光方向垂直的两种影像于荧幕130上，观众在配戴立体镜片(如快门式或偏振式镜片)后，左右眼能同时看到不同影像，再由大脑融合成立体影像。图1B为利用双液晶面板所组成的立体影像显示器，其中第一个液晶面板140用以提供具有相同偏振方向的左右眼影像，第二个液晶面板150用以控制左右眼影像的不同偏振方向。通过偏振式镜片160，可将具有不同偏振方向的影像分别过滤至左眼及右眼，而使大脑产生立体影像。

不需搭配立体眼镜的裸眼直视型立体显示技术或称自动立体显示(Autostereoscopic 3D Display)是利用观察者左右眼因些微角度差而看到差异画面，在适当的观赏角度与距离，使其一眼在某一影像的可视区域中，而另一眼在另一影像的可视区域中，透过大脑将两幅画面融合成具有立体深度的立体显示图像。常见的直视型立体显示器有视差屏障型显示器及柱状透镜型两种，如图2A及2B所示。

图2A绘示视差屏障型显示器的作用原理的示意图，其包含液晶面板210及视差屏障片220。视差屏障片220设置于液晶面板210前方，且视差屏障片220上的垂直光栅条纹可设计以准确遮蔽每一个透过像素的光线，而将影像分配给右眼或左眼。换言之，由于右眼和左眼观看的角度不同，透过视差屏障片220的屏障，可只让右眼看到液晶面板210的部分像素R，且只让左眼看到液晶面板210另一部分的像素L，使得左右眼睛各自看到独立的影像，最后再经由大脑融合而产生三度空间深度的立体影像。除了用以显示立体影像之外，通过调整液晶面板210及视差屏障片220间的距离x、以及液晶面板210中各像素的位置及/或大小，视差屏障型显示器亦可使用作为具有多可视区的显示装置。然而，视差屏障型显示器的缺点在于不透光的视差屏障亦会阻隔光输出，使得整体面板亮度略暗。

图2B绘示柱状透镜型显示器的作用原理的示意图，其包含液晶面板230及柱状透镜层240。柱状透镜层240用以将液晶面板230的左、右像素(L、R)分别折射至使用者的左、右眼，以产生立体影像。透过电脑的辅助，可模拟出所需的柱状透镜层240的阵列密度、倾斜角度、与阵列排列角度等。一般来说，柱状透镜层240的阵列密度愈高，影像的解析度愈佳，但相对的立体感效果愈差。另一方面，液晶面板230与柱状透镜层240的交界处仍会产生影像干扰及色不均(Mura)等问题。

此外，不论是视差屏障型显示器或是柱状透镜型显示器都必须在显示面板外部设置额外的视差屏障片或柱状透镜层，因此整体的重量及厚度都将提高。

因此，有必要提供一种轻薄、可靠性佳的整合式立体显示装置及/或具有多可视区的显示装置。

发明内容

鉴于先前技术所存在的问题，本发明提供了一种液晶显示装置及其制造方法，此液晶显示装置可显示立体影像或多可视区影像，且具有轻薄及高可靠度等优点。

根据本发明的一方面，提供了一种像素结构。此像素结构包含第一基板、与第一基板平行的第二基板、夹设于第一基板与第二基板之间的液晶层、反射结构、以及光角度控制结构。反射结构设置于第一基板，而光角度控制结构设置于第二基板。光角度控制结构用以将自第一基板进入的光线反射至反射结构，反射结构用以反射来自光角度控制结构的光线，以使光线以预定方向离开像素结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种由晶体管阵列基板、彩色滤光片基板、及液晶层组成的像素结构。此像素结构包含光角度控制结构以及反射结构。光角度控制结构用以将光线反射至反射结构，而反射结构用以反射来自光角度控制结构的光线，以使光线以预定方向离开像素结构。

根据本发明的又一方面，提供了一种形成于含有晶体管阵列基板、彩色滤光片基板、及液晶层的像素结构中的光学元件。此光学元件包含光角度控制结构以及反射结构。光角度控制结构用以将光线反射至反射结构，而反射结构用以反射来自光角度控制结构的光线，以使光线以预定方向离开像素结构。

根据本发明的再一方面，提供了一种像素结构。此像素结构包含第一子像素单元、第一光学元件、第二子像素单、以及第二光学元件。第一子像素单元具有第一晶体管及第一储存电容。第一光学元件设置于第一子像素单元，且用以将第一光线导向第一预定方向。第二子像素单元具有第二晶体管及第二储存电容。第二光学元件设置于第二子像素单元，且用以将第二光线导向与第一预定方向不同的第二预定方向。

根据本发明的再一方面，提供了一种液晶显示装置。此液晶显示装置包含液晶面板、显示控制器、栅极驱动电路、以及数据驱动电路。液晶面板包含多个如前述的像素结构、多条栅极线、及多条数据线。显示控制器用以接收并处理影像信号。栅极驱动电路耦合至显示控制器，且用以根据所处理过的影像信号而选择性地驱动多条栅极线。数据驱动电路耦合至显示控制器，且用以根据处理过的影像信号而选择性地驱动多条数据线。

根据本发明的再一方面，提供了一种制造彩色滤光片基板的方法。此方法包含以下步骤：提供透明基板；形成黑色矩阵于透明基板之上；形成凸状结构于透明基板之上；形成反射金属层于凸状结构的表面；以及形成彩色滤光层于透明基板之上，并覆盖黑色矩阵及凸状结构。

本发明的其他方面，部分将在后续说明中陈述，而部分可由说明中轻易得知，或可由本发明的实施例而得知。本发明的各方面将可利用所附的权利要求中所特别指出的元件及组合而理解并达成。需了解，前述的发明内容及下列详细说明均仅作举例之用，并非用以限制本发明。

附图说明

附图是与本说明书结合并构成其一部分，用以说明本发明的实施例，且连同说明书用以解释本发明的原理。在此所述的实施例为本发明的优选实施例，然而，必须了解本发明并不限于所示的配置及元件，其中：

图1A及1B绘示已知的立体显示系统；

图2A及2B分别绘示已知的视差屏障型显示装置及柱状透镜型显示装置；

图3为根据本发明实施例所绘示的液晶显示装置中的其中整合式像素结构的电路图；

图4A及4B根据本发明不同实施例而绘示图3中整合式像素结构的结构剖面图；

图5A及5B分别为根据本发明不同实施例而绘示的整合式像素结构的电路布局；

图6根据本发明实施例绘示在整合式像素结构中的光行进路线示意图；

图7绘示光线的可视区域示意图；

图8绘示图4A及4B中的光角度控制结构的各种不同结构；

图9A到9F为用以说明本发明彩色滤光片基板及光角度控制结构的工艺步骤的剖面示意图；

图10A及10B为用以说明本发明的像素结构操作原理的示意图；

图11A-11C为根据本发明不同实施例所绘示的各种像素单元配置的示意图；

图12为根据本发明实施例所绘示的立体液晶显示装置的电路结构；以及

图13显示图12电路中各栅极线及各数据线上的信号时脉图。

附图标记说明

110、120 投影机

130 荧幕

140、150 液晶面板

160 偏振式镜片

210 液晶面板

220 视差屏障片

230 液晶面板

240 柱状透镜层

300 整合式像素结构

310 右子像素单元

320 左子像素单元

330 中间子像素单元

340 共地线

400 整合式像素结构

410 右子像素单元

420 左子像素单元

430 中间子像素单元

412、422 反射结构

414、424、434 栅极线

416、426、436 共地线

417、427、437 漏极电极

418、428、438 源极电极

419、429、439 导电电极

432 透明导电层

440 TFT阵列基板

441、461 偏光片

442 透明基板

444 栅极绝缘层

450 液晶层

460 彩色滤光片基板

462 透明基板

464 RGB彩色滤光层

466 共同电极

468 黑色矩阵

470 光角度控制结构

500 整合式像素结构

502 右子像素单元

504 左子像素单元

506 中间子像素单元

510TFT 阵列基板

512、514 反射结构

520 彩色滤光片基板

550 彩色滤光层区域

560 黑色矩阵区域

570、572、574 光角度控制结构

600 像素结构

602、604 光线

610 右子像素单元

612 反射结构

620 左子像素单元

630 中间子像素单元

700 面板

702、703 光线

810、820、830 光角度控制结构

812、822、832 底面

814、824、826、834 截面

836、837 侧表面

900 透明基板

910 黑色矩阵

920 有机光感应材料膜

925 凸状结构

926 反射金属层

930、935 彩色滤光层单元

940 共同电极

950 光掩模

1000 像素结构

1002、1004、1006 光线

1010 右子像素单元

1020 左子像素单元

1030 中间子像素单元

1041、1061 偏光片

1050 液晶层

1110、1115、1120、1125、1130、1135 像素单元配置组态

1200 电路结构

1210 液晶面板

1215 像素结构

1220 栅极驱动电路

1230 数据驱动电路

1240 显示控制器

1250 影像源

具体实施方式

本发明披露一种立体影像显示装置及多可视区显示装置，不必外加其他光学屏障或透镜，且具有2D/3D显示切换及单/多可视区显示切换等功能。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图3至图13的附图。然而以下实施例中所述的装置、元件及方法步骤，仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。

图3为根据本发明实施例所绘示的液晶显示装置中的其中整合式像素结构300的电路图。整合式像素结构300包含右子像素单元310、左子像素单元320、及中间子像素单元330，其可分别显示独立的影像。右子像素单元310包含薄膜晶体管(TFT)M_R、储存电容C_st(R)、及LC电容C_LC(R)，其中TFTM_R的漏极连接至数据线D_R、栅极连接至栅极线G、且源极与储存电容C_st(R)及LC电容C_LC(R)连接，其中储存电容C_st(R)的一端连接至共地线340。当栅极线G开启TFT M_R时，数据线D_R上的电压将透过TFT M_R传送至LC电容C_LC(R)，并通过储存电容C_st(R)而维持一个时段内的电压值。此外，左子像素单元320包含TFT M_L、储存电容C_st(L)、及LC电容C_LC(L)，而中间子像素单元330包含TFT M_M、储存电容C_st(M)、及LC电容C_LC(M)，其中左子像素单元320及中间子像素单元330内各元件的作用及其结构与右子像素单元310中各元件类似，故不赘述。

在本发明实施例中，整合式像素结构300的右子像素单元310及左子像素单元320各自具有光学元件(将描述于后)内建于其中，可将通过右子像素单元310及左子像素单元320的光线分别导向右、左两侧，由此而产生立体影像或产生多可视区影像。另一方面，通过中间子像素单元330的光线的行进路径一般来说不会发生偏折。因此，以右子像素单元310及左子像素单元320搭配中间子像素单元330的设计，可形成2D/3D可切换(switchable)架构或单/多可视区影像可切换显示架构。

图4A及4B分别绘示图3中整合式像素结构300在不同实施例中的结构剖面图。参考图4A，整合式像素结构400由TFT阵列基板440、彩色滤光片基板460、以及夹设于两基板之间的液晶层450所构成，且此整合式像素结构400包含右子像素单元410、左子像素单元420、及中间子像素单元430。在TFT阵列基板440中，首先在透明基板442上形成栅极线414、424、434以及共地线416、426、436，接着形成栅极绝缘层444以覆盖基板442、各栅极线414、424、434、及各共地线416、426、436。接着，在栅极线414、424、及434之上的两侧分别形成漏极电极417、427、及437及源极电极418、428、及438，以形成图3中的TFT M_R、M_L、及M_M。漏极电极417、427、及437分别构成图3中数据线D_R、D_L、及D_M的一部分，而源极电极418、428、及438分别延伸连接至导电电极419、429、及439，其中导电电极419、429、及439分别与共地线416、426、及436、及夹设其间的部分栅极绝缘层444构成了图3中储存电容C_st(R)、C_st(L)、C_st(M)。各电极的材料可为各种低阻值金属，例如钼(Mo)。接着，在中间子像素单元430中，形成与储存电容C_st(M)电性连接的透明导电层(例如ITO)432。在右子像素单元410及左子像素单元420中，在导电电极419及429上分别形成反射结构412及422，其材料可例如为铝、银、铝银合金、铝及氧化铟锡(ITO)合金、或其他具有高反射系数的金属或复合式材料。

彩色滤光片基板460包含了透明基板462、黑色矩阵468、RGB彩色滤光层464、共同电极466、及光角度控制结构470。在此实施例中，光角度控制结构470的位置对应右子像素单元410及左子像素单元420的交界处，以由右子像素单元410及左子像素单元420共用。在右子像素单元410及左子像素单元420中，TFT阵列基板440下方的光源(例如背光模块，图未示)所产生的光线将通过TFT阵列基板440、液晶层450，而到达光角度控制结构470。接着，光角度控制结构470将光线分别导向至反射结构412及422，光线再经由反射结构412及422反射至左右两侧，而使得观看者的左右眼(或是左右两观看者)可分别看到独立的影像，而形成立体画面(或多可视区影像)。一般来说，通过中间子像素单元430的光线将不会受到反射，直接到达观看者的左右眼。此外，整合式像素结构400可还包含偏光片(polarizer)441及461于结构两侧，一般来说，偏光片441及461的偏光角度相差90度。

在此实施例中，右子像素单元410与左子像素单元420共用同一个光角度控制结构470，然而在其他实施例中，右子像素单元410与左子像素单元420可各自具有自己的光角度控制结构。反射结构412或422在设计上只需与光角度控制结构470互相搭配以将光线导向预定方向即可，本发明并不限定反射结构412或422的形状。举例来说，在图4A所示的实施例中，反射结构412的表面平行于透明基板442，而在其他实施中，反射结构412的表面与透明基板442之间可具有预定夹角。此外，若导电电极419及429的材料具有高反射系数，导电电极419及429亦可设计作为反射光线之用，而不需反射结构412及422。需注意，依据产品所需的解析度(Resolution)与长宽比(Aspect Ratio)，可改变右子像素单元410、左子像素单元420、与中间子像素单元430的配置，例如一个右子像素单元410及一个左子像素单元420搭配一个中间子像素单元430、或是二个右子像素单元410及二个左子像素单元420搭配一个中间子像素单元430。此外，若只需3D而不需2D显示画面，亦可只包含右子像素单元410及左子像素单元420，而省略中间子像素单元430。

在另一实施例中，本发明可将黑色矩阵468、RGB彩色滤光层464设置于TFT阵列基板440上，如图4B所示。相较于图4A的结构，彩色滤光片基板460的工艺相对简单，且图4B所示的架构一般在滤光部分所产生的光耗损较低。

图5A及5B分别为根据本发明不同实施例而绘示的整合式像素结构500的电路布局，其包含TFT阵列基板510及彩色滤光片基板520。参考图5A，像素结构500包含右子像素单元502、左子像素单元504、及中间子像素单元506，其中在TFT阵列基板510中，右子像素单元502具有TFT M_R及储存电容C_st(R)、左子像素单元504具有TFT M_L及储存电容C_st(L)、而中间子像素单元506具有TFT M_M及储存电容C_st(M)。在右子像素单元502及左子像素单元504分别包含了反射结构(或反射电极)512及514，而中间子像素单元506则使用透明电极结构(图未标示)。彩色滤光片基板520包含彩色滤光层区域550、黑色矩阵区域560、及光角度控制结构570。整合式像素结构500的等效电路图可参考图3所示的电路图。在图5A所示的实施例中，右子像素单元502及左子像素单元504共用光角度控制结构570。一般来说，光角度控制结构570是对应TFT阵列基板510中未被反射结构512及514覆盖的位置而设置，以使穿透TFT阵列基板510的光线可到达光角度控制结构570而反射至反射结构512及514。另外，彩色滤光片基板520中黑色矩阵560的位置分别对应TFT M_R、TFT M_L、及TFT M_M的位置，将不打算透光的部分遮避以确保液晶显示品质。

在另一实施例中，参考图5B，右子像素单元502及左子像素单元504各自拥有独立的光角度控制结构572及574，其各自对应TFT阵列基板510中未被反射结构512及514覆盖的位置而设置。在此实施例中，光角度控制结构572及574分别搭配反射结构512及514，而将光线导向同一方向，其中光角度控制结构572及574在角度设计上将具有些微差异。图5B所示的像素结构500可例如位于面板边缘处，因此右子像素单元502及左子像素单元504需将光线导向同一方向(但有些微角度差)，以分别到达观看者的右眼及左眼。

图6根据本发明实施例绘示在具有右子像素单元610、左子像素单元620、及中间子像素单元630的整合式像素结构600中的光行进路线示意图。在右子像素单元610中，光线602以垂直基板的方向入射至光角度控制结构670，根据基础光学原理，其入射角θ₁等于光角度控制结构670基底的角度θ₂。接着，光线602反射至反射结构612，其对反射结构612的入射角θ3等于2倍的θ₂。接着光线602再由反射结构612反射离开像素结构600而到达观看者的右眼(或到达位于右方的观看者)，其离开面板的出射角度θ₄约等于θ₃(两角度将因各层材料的折射而有些微差异)。因此，光线602出面板的角度θ₄约为光角度控制结构670基底的角度θ₂的两倍，换言之，光线602的行进方向可通过改变光角度控制结构670的基底角度θ₂而调整。另一方面，在中间子像素单元630中，光线604以垂直基板的方向入射后，通过透明导电层632，再以垂直基板的方向离开像素结构600。

对显示装置来说，不同行进方向的光线将产生不同的可视区域，图7绘示以出射角θ₄离开面板700的光线702、703的可视区域示意图，其可视区域如图7中的斜线区域所示。参考图7，出射角θ₄可根据预设视距h以及两眼距离d(或左右观看者距离)而决定，一般来说，θ₄约为tan^-1(d/h)。

图8绘示图4A及4B中的光角度控制结构470的各种不同结构810、820、及830。在实施例中，光角度控制结构810的底面812为矩形，其截面814为底角为θ_A的等腰三角形。一般来说，左右子像素单元可共用光角度控制结构810，使光线分别向左右方向以2倍θ_A的出射角离开面板(如前述图6的相关说明)。在另一实施例中，光角度控制结构820的底面822为梯形，其截面824及826均为等腰三角形，但不同位置的截面具有不同的等腰三角形底角，如图中的θ_B及θ_C。相较于结构810，光角度控制结构820可使光线以从2倍θ_B至2倍θ_C的出射角离开面板，因此其所产生的可视区域(可参考图7)较大。在又一实施例中，光角度控制结构830的底面832为矩形，其截面834为底角分别为θ_D及θ_E的三角形。一般来说，光角度控制结构830仅使用其侧表面836来反射光线，另一侧表面837则不使用，因此仅单独供左子像素单元或单独供右子像素单元使用，如图5B中的光角度控制结构572及574。

图9A到9F为用以说明本发明彩色滤光片基板及光角度控制结构的工艺步骤的剖面示意图。首先，参考图9A，提供透明基板900，例如玻璃基板。接着，参考图9B，在透明基板900上的预定位置形成黑色矩阵910，其材料可例如但不限于氧化铬/铬等金属或有机材料。黑色矩阵910的形成方法可例如使用蒸镀或溅镀的方式形成氧化铬/铬层，再以已知的光刻及蚀刻工艺形成所需的图案。一般来说，透明基板900上有多个黑色矩阵910，其排列方式可依应用所需不同而有不同。接着，参考图9C，沉积有机光感应材料膜920，再以半透式(half-tone)或灰阶式(gray-tone)光掩模950曝光有机光感应材料膜920。通过光掩模950上的图案设计，可控制通过光掩模950的光线强度分布，以在有机光感应材料膜920上形成不同程度的曝光。接着，已曝光的有机光感应材料膜920经过显影与烘烤步骤后，将形成具有预定形状的凸状结构925，如图9D所示。接着，在凸状结构925的表面形成反射金属层926，其材料可为各种具有高反射系数的金属(例如银、铝、银铝合金等)，其中凸状结构925与反射金属层926即为前述光角度控制结构(如图4A的470或图6的670)。接着，参考图9E，在透明基板900之上形成多个呈预定矩阵分布的红、绿、蓝三种不同颜色的彩色滤光层单元，如绿色滤光片单元930及蓝色滤光片单元935。不同颜色的彩色滤光层单元的材料可例如为不同型号的光致抗蚀剂，其形成方法可例如为印刷法、电着法、染色法、颜料分散法等已知的标准工艺。接着，参考图9F，以透明导电材料(如铟锡氧化物)形成共同电极940，其形成方法可例如为蒸镀、溅镀、或其他已知的半导体沉积方法。

图10A及10B为用以说明本发明的像素结构操作原理的示意图。参考图10A，像素结构1000包含右子像素单元1010、左子像素单元1020、及中间子像素单元1030。像素结构1000各层的结构可参考前述有关图4A的像素结构400相关的描述。如前述，偏光片1041及1061位于像素结构1000的两侧，且其偏光角度相差90度。配合偏光片1041及1061之间偏光角度的差异，液晶层1050中液晶分子的排列由上而下会自动旋转90度。以中间子像素单元1030来说，当光线1006通过液晶层1050时，由于液晶层1050中的液晶分子总共旋转了90度，所以当光线1006从偏光片1041到达偏光片1061时，光线1006的偏振方向也将旋转90度，加上偏光片1041及1061之间90度的偏光角度差，所以光线1006可顺利通过像素结构1000。另一方面，以右子像素单元1010及左子像素单元1020来说，光线1002及1004由于经过两次反射而分别经过液晶层1050三次，所以当光线1002及1004从偏光片1041到达偏光片1061时，光线1002及1004的偏振方向将旋转270度，再加上偏光片1041及1061之间90度的偏光角度差，所以光线1002及1004也可顺利通过像素结构1000。需注意的是，光线1002及1004经过两次反射后才离开像素结构1000，因此其强度相较于光线1006将稍微降低。

参考图10B，当在像素结构1000上下施加电压时，液晶层1050中的液晶分子受到电场影响后，其排列方向将倾向平行于电场的方向。换言之，在电场的作用下，液晶分子将不会发生旋转，因此光线经过液晶分子时便不会改变偏振方向。因此，光线1002、1004、1006经过偏光片1041而成为单方向的偏振光波后，便无法再通过偏光片1061，如图10B所示。

图11A-11C为根据本发明不同实施例所绘示的各种像素单元配置的示意图。参考图11A，在像素单元配置组态1110中，RL、RR、及RM分别代表红色(R)的左子像素单元、右子像素单元、及中间子像素单元，GL、GR、及GM分别代表绿色(G)的左子像素单元、右子像素单元、及中间子像素单元，而BL、BR、及BM分别代表蓝色(B)的左子像素单元、右子像素单元、及中间子像素单元。在组态1110中，各颜色的左子像素单元与右子像素单元并排，因此可共用光角度控制结构，以减少光角度控制结构的数量。此外，左子像素单元与右子像素单元的面积设计为大于中间子像素单元的面积，以增强左、右子像素单元的光强度，弥补光线因经过三次液晶层所产生的耗损。当切换为2D或单可视区域显示模式时，左、右、中间子像素单元将呈现相同的影像，其组态如1115所示。图11B显示另一种像素单元配置组态1120，其中红色(R)、绿色(G)、及蓝色(B)三种子像素单元交错排列，组态1125为其切换为2D或单可视区域显示模式时的组态。组态1110与1120相较，组态1110的彩色滤光层在工艺上较简单，成本相对较低，而组态1120在切换为2D模式后的像素排列较为自然。图11C显示另一种像素单元配置组态1130，其中红色(R)、绿色(G)、及蓝色(B)三种子像素单元横向且交错排列，组态1135为其切换为2D或单视区显示模式时的组态。参考图11A-11C，组态1110及1120中的一个RGB像素的宽度较长，组态1130中的一个RGB像素的长度较长，因此可根据面板应用所需的长宽比(aspect ratio)来选择像素配置的方式。此外，依据各种不同的产品规格所需，左、右、及中间子像素单元的数量及配置可做相应的调整，例如可由二个右子像素单元及二个左子像素单元搭配一个中间子像素单元，以解决左、右子像素单元的亮度较中间子像素单元低的问题。此外，若不需2D显示画面，亦可将中间子像素单元去除。

图12为根据本发明实施例所绘示的立体液晶显示装置的电路结构1200，其主要包含液晶面板1210、栅极驱动电路1220、数据驱动电路1230、及显示控制器1240。液晶面板1210包含多条栅极线G(1)-G(n)以及多条数据线DL(1)-DL(m)、DR(1)-DR(m)、及DM(1)-DM(m)。在此实施例中，每一像素结构1215由右子像素单元、左子像素单元及中间子像素单元所构成，且由一条栅极线及三条数据线所驱动。栅极驱动电路1220用以输入控制信号至栅极线G(1)-G(n)以驱动像素结构1210中的各像素单元。数据驱动电路1230用以透过各数据线DL(1)-DL(m)、DR(1)-DR(m)、及DM(1)-DM(m)传送显示数据至各像素单元。透过栅极驱动电路1220及数据驱动电路1230的驱动，可对液晶面板1210的所有像素结构中的显示数据进行更新。显示控制器1240用以接收并处理来自影像源1250的原始影像(raw image)信号，其中原始影像信号可包含左眼影像信号、右眼影像信号、及正常影像信号三种，以供3D/2D影像显示。在其他实施例中，原始影像信号可包含左侧影像信号、右侧影像信号、及中间影像信号三种，以供单/多可视区影像显示。显示控制器1240具有时序控制(time control)、画面缓冲(frame buffer)、影像混合(viewmixer)、及影像处理(image engine)等功能，其可由缓冲器、放大器、类比数字转换器、线解交错器、缩放器及滤波器等已知的电路元件所组成。显示控制器1240分别与栅极驱动电路1220及数据驱动电路1230连接，用以根据处理后的影像信号控制栅极驱动电路1220及数据驱动电路1230的输出，进而控制各像素单元所显示的影像。

图13显示图12电路中各栅极线及各数据线上的信号时脉图。同时参考图12及图13，在每一个时段(time frame)过程中，栅极驱动电路1220皆依序输入n个脉冲至栅极线G(1)-G(n)，以依序将各像素结构中的晶体管开启。在此实施例中，第N及第N+1个时段为3D显示模式，而第N+2及第N+3个时段为2D显示模式。在第N及第N+1个时段过程中，数据驱动电路1230将经过显示控制器1240处理后的左眼影像数据、右眼影像信号、及正常影像信号分别传送至数据线DL(1)-DL(m)、DR(1)-DR(m)、及DM(1)-DM(m)，以更新各像素单元中的显示数据。需注意的是，在3D显示模式下，数据驱动电路1230可只驱动数据线DL(1)-DL(m)及DR(1)-DR(m)，而不驱动DM(1)-DM(m)，亦可选择同时驱动DL(1)-DL(m)、DR(1)-DR(m)、及DM(1)-DM(m)且将DM(1)-DM(m)所传送的正常影像信号作为所显示立体影像的背景信号。接着，在第N+2及第N+3个时段过程中，数据驱动电路1230可只驱动数据线DM(1)-DM(m)，将经过处理的正常影像信号传送至数据线DM(1)-DM(m)。在另一实施例中，在2D显示模式下，数据驱动电路1230亦可选择驱动所有数据线DL(1)-DL(m)、DR(1)-DR(m)、及DM(1)-DM(m)，并将经过处理的正常影像信号同时传送给数据线DL(1)-DL(m)、DR(1)-DR(m)、及DM(1)-DM(m)，使左、右、及中间子像素单元显示相同的影像。

需注意的是，以上所描述的电路结构及时脉图仅作为本发明的例示，并非用以限定本发明。举例来说，图13中的第N及第N+1个时段可为多可视区显示模式，而第N+2及第N+3个时段为单一可视区域显示模式。在第N及第N+1个时段过程中，数据驱动电路1230将左侧影像信号、右侧影像信号、及中间影像信号分别传送至数据线DL(1)-DL(m)、DR(1)-DR(m)、及DM(1)-DM(m)，使左侧、右侧、及中间的观看者可观看到不同的画面。在第N+2及第N+3个时段过程中，数据驱动电路1230可将中间影像信号只传送给DM(1)-DM(m)，也可将中间影像信号同时传送至数据线DL(1)-DL(m)、DR(1)-DR(m)、及DM(1)-DM(m)，使左侧、右侧、及中间的观看者可观看到相同的画面。此外，通过使用不同光角度控制结构及反射结构的设计，本发明亦可应用于具有4个以上的不同可视区域的显示装置。本发明的反射结构及光角度控制结构为互相搭配，用以将光线导向预定方向，两者的形状可随应用所需而改变。除此之外，薄膜晶体管阵列基板亦可以其他类型的晶体管或开关元件取代，例如以互补式金属氧化物半导体(CMOS)晶体管阵列基板取代的。

本发明通过在每一左、右子像素单元中内建光学元件(即前述光角度控制结构及反射结构)，可在不需额外设置其他光学结构的情况下，达到立体显示及/或多可视区显示的功能。因此，本发明的显示装置的整体模块厚度及重量均可低于已知的架构，且无空气间隙与色不均的问题，同时具备了轻薄与可靠性佳的优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所附的权利要求内。

Claims

1.一种像素结构，包含：

第一基板；

第二基板，实质上平行该第一基板而设置于该第一基板之上；

液晶层，夹设于该第一基板与该第二基板之间；

反射结构，设置于该第一基板；以及

光角度控制结构，设置于该第二基板；

其中该光角度控制结构用以将自该第一基板进入的光线反射至该反射结构，该反射结构用以反射来自该光角度控制结构的该光线，以使该光线以预定方向离开该像素结构，

其中该像素结构分为第一子像素单元、第二子像素单元和第三子像素单元，该光角度控制结构和该反射结构位于该第一子像素单元和该第二子像素单元，该光角度控制结构和该反射结构将自该第一基板进入且经过该第一子像素单元的光线与自该第一基板进入且经过该第二子像素单元的光线导向不同的方向，而自该第一基板进入且经过该第三子像素单元的光线则不受该光角度控制结构和该反射结构的影响。

2.如权利要求1所述的像素结构，其中该光角度控制结构具有表面，该表面与该第二基板之间呈第一角度θ_A，其中该预定方向取决于该第一角度θ_A。

3.如权利要求2所述的像素结构，其中该预定方向与该第二基板之间呈第二角度θ_B，且该第二角度θ_B约为(90°-2θ_A)。

4.如权利要求2所述的像素结构，其中该光角度控制结构包含反射金属层于该表面，该反射金属层的材料为银、铝、或其合金。

5.如权利要求1所述的像素结构，其中该反射结构的材料为铝、银、铝银合金、或铝及氧化铟锡合金。

6.如权利要求1所述的像素结构，其中该第一基板为晶体管阵列基板，且该第二基板为彩色滤光片基板，该像素结构还包含：

多个晶体管及多个储存电容，设置于该晶体管阵列基板；

多个黑色矩阵，对应该多个晶体管而设置于该彩色滤光片基板上；以及

多个彩色滤光层，设置于该彩色滤光片基板上。

7.如权利要求1所述的像素结构，其中该第一基板为晶体管阵列基板，且该第二基板为彩色滤光片基板，该像素结构还包含：

多个晶体管及多个储存电容，设置于该晶体管阵列基板；

多个黑色矩阵，对应该多个晶体管而设置于该晶体管阵列基板上；以及

多个彩色滤光层，设置于该晶体管阵列基板上。

8.一种由晶体管阵列基板、彩色滤光片基板、及液晶层组成的像素结构，包含：

光角度控制结构；以及

反射结构；

其中该光角度控制结构用以将光线反射至该反射结构，且该反射结构用以反射来自该光角度控制结构的该光线，以使该光线以预定方向离开该像素结构，

其中该像素结构分为第一子像素单元、第二子像素单元和第三子像素单元，该光角度控制结构和该反射结构位于该第一子像素单元和该第二子像素单元，该光角度控制结构和该反射结构将经过该第一子像素单元的光线与经过该第二子像素单元的光线导向不同的方向，而经过该第三子像素单元的光线则不受该光角度控制结构和该反射结构的影响。

9.如权利要求8所述的像素结构，其中该光角度控制结构具有表面，该表面与该彩色滤光片基板之间呈第一角度θ_A，其中该预定方向取决于该第一角度θ_A。

10.如权利要求9所述的像素结构，其中该预定方向与该彩色滤光片基板之间呈第二角度θ_B，且该第二角度θ_B约为(90°-2θ_A)。

11.如权利要求9所述的像素结构，其中该光角度控制结构包含反射金属层于该表面，该反射金属层的材料为银、铝、或其合金。

12.如权利要求8所述的像素结构，其中该反射结构的材料为铝、银、铝银合金、或铝及氧化铟锡合金。

13.如权利要求8所述的像素结构，其中该晶体管阵列基板为薄膜晶体管阵列基板或互补式金属氧化物半导体晶体管阵列基板。

14.一种光学元件，该光学元件形成于含有晶体管阵列基板、彩色滤光片基板、及液晶层的像素结构中，其中该像素结构分为第一子像素单元、第二子像素单元和第三子像素单元，该光学元件包含：

光角度控制结构，位于该第一子像素单元和该第二子像素单元；以及

反射结构，位于该第一子像素单元和该第二子像素单元；

其中该光角度控制结构和该反射结构将经过该第一子像素单元的光线与经过该第二子像素单元的光线导向不同的方向，而经过该第三子像素单元的光线则不受该光角度控制结构和该反射结构的影响。

15.如权利要求14所述的光学元件，其中该光角度控制结构具有表面，该表面与该彩色滤光片基板之间呈第一角度θ_A，其中该预定方向取决于该第一角度θ_A。

16.如权利要求15所述的光学元件，其中该预定方向与该彩色滤光片基板之间呈第二角度θ_B，且该第二角度θ_B约为(90°-2θ_A)。

17.如权利要求14所述的光学元件，其中该反射结构的材料为铝、银、铝银合金、或铝及氧化铟锡合金。

18.一种像素结构，包含：

第一子像素单元，具有第一晶体管及第一储存电容；

第一光学元件，设置于该第一子像素单元，该第一光学元件用以将经过该第一子像素单元的第一光线导向第一预定方向，其中该第一光学元件包含第一光角度控制结构和第一反射结构，其中该第一光角度控制结构用以将该第一光线反射至该第一反射结构，并且该第一反射结构用以反射来自该第一光角度控制结构的该第一光线，以使该第一光线以该第一预定方向离开该像素结构；

第二子像素单元，具有第二晶体管及第二储存电容；

第二光学元件，设置于该第二子像素单元，该第二光学元件用以将经过该第二子像素单元的第二光线导向与该第一预定方向不同的第二预定方向，其中该第二光学元件包含第二光角度控制结构和第二反射结构，其中该第二光角度控制结构用以将该第二光线反射至该第二反射结构，并且该第二反射结构用以反射来自该第二光角度控制结构的该第二光线，以使该第二光线以该第二预定方向离开该像素结构；以及

第三子像素单元，具有第三晶体管和第三储存电容，其中经过该第三子像素单元的第三光线不受该第一光学元件和该第二光学元件的影响。

19.一种液晶显示装置，包含：

液晶面板，包含多个如权利要求1所述的像素结构、多条栅极线、及多条数据线；

显示控制器，用以接收并处理影像信号；

栅极驱动电路，耦合至该显示控制器，该栅极驱动电路用以根据该处理过的影像信号而选择性地驱动该多条栅极线；以及

数据驱动电路，耦合至该显示控制器，该数据驱动电路用以根据该处理过的影像信号而选择性地驱动该多条数据线。