CN102591089A - 显示装置 - Google Patents

Abstract

一种显示装置，包括一液晶透镜以及一显示面板。液晶透镜配置于显示面板上方。液晶透镜包括一第一基板、一第二基板、位于第一基板与第二基板之间的一液晶层、多个驱动电极、以及一对向电极层。驱动电极位于第一基板与液晶层之间，且驱动电极以一间距排列。对向电极层位于第二基板与液晶层之间。显示面板具有以间距排列的多个显示单元。在一立体显示模式下，液晶透镜中相邻两个驱动电极分别在一第一时序以及一第二时序下被驱动，且液晶透镜与显示面板同步切换使各显示单元在第一时序以及第二时序分别显示不同视差影像。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，特别是涉及一种包含液晶透镜的显示装置。

背景技术

显示技术的持续发展使得显示器被要求具有更好的显示品质，诸如在影像解析度(image resolution)、色饱和度(color saturation)等方面。然而，除了考虑显示器影像品质之外，显示器是否能够显示立体(3D)影像亦逐渐成为显示器的发展趋势。

目前，存在多种类型的裸眼(naked eye)立体影像技术，诸如全像型技术(holographic type technology)、多面技术(multi-plane technology)以及视差影像技术(parallax-image technology)等，其中视差影像技术是一种使用空间多工的立体(3D)显示技术(spatial-multiplexed three-dimensional displaytechnology)。在空间多工的立体显示技术中，为了建立立体影像效果，常利用柱状透镜或者视差障壁(parallax barrier)在空间中形成不同视域(viewingzone)以让观察者右眼和左眼分别接收不同影像信息。

具体地说，根据人类的视觉特性，当具有相同内容但具有不同视差的两个影像分别被观察者的左右眼捕获(capture)或是接收时，人脑中即可以产生立体(3D)影像。因此，空间多工技术即是利用柱状透镜或者视差障壁控制显示光线的传递方向使观察者的各个眼睛捕获或是接收不同的影像信息以实现立体影像的显示。然而，空间多工技术存在有解析度下降的问题。

发明内容

本发明提供一种显示装置，其液晶透镜可以切换地形成不同透镜单元以实现全解析度(full resolution)的立体影像显示。

本发明提出一种显示装置，包括一液晶透镜以及一显示面板。液晶透镜配置于显示面板上方。液晶透镜包括一第一基板、一第二基板、一液晶层、多个驱动电极、以及一对向电极层。第一基板与第二基板上下相对。液晶层位于第一基板与第二基板之间。驱动电极位于第一基板与液晶层之间，且驱动电极以一间距排列。对向电极层位于第二基板与液晶层之间。显示面板具有以间距排列的多个显示单元。在一立体显示模式下，液晶透镜中相邻两个驱动电极分别在一第一时序以及一第二时序下被驱动，且液晶透镜与显示面板同步切换使各显示单元在第一时序以及第二时序分别显示不同视差影像。

根据本发明的一实施例，上述液晶透镜还包括多个辅助电极。辅助电极配置于驱动电极与液晶层之间，且各辅助电极与其中一个驱动电极对应地设置，而驱动电极的面积大于辅助电极的面积。各驱动电极具有一缺口，且对应的其中一个辅助电极实质上对应该缺口。

根据本发明的一实施例，在立体显示模式下，液晶透镜与显示面板的切换频率皆实质上大于或等于120Hz。

根据本发明的一实施例，上述液晶透镜的液晶层在第一时序定义出多个第一透镜单元而在第二时序定义出多个第二透镜单元，且各第一透镜单元与各第二透镜单元交错排列，其相对位移的距离实质上等于上述间距的大小。显示单元包括依序紧邻排列的一第一显示单元、一第二显示单元以及一第三显示单元，且第一时序时第一显示单元与第二显示单元对应其中一个第一透镜单元传输，第三显示单元对应另一相邻的第一透镜单元传输。或是，显示单元包括依序紧邻排列的一第一显示单元、一第二显示单元以及一第三显示单元，且第二时序时第一显示单元对应其中一个第二透镜单元传输，第二显示单元与第三显示单元对应另一相邻的第二透镜单元传输。

根据本发明的一实施例，上述各显示单元包括至少一显示像素。

根据本发明的一实施例，在第一时序下，驱动电极中的第2n-1个驱动电极被驱动而第2n个驱动电极不被驱动，而在第二时序下，驱动电极中的第2n-1个驱动电极不被驱动而第2n个驱动电极被驱动，且n为正整数。

基于上述，本发明的液晶透镜中，紧邻的两驱动电极在不同时序被驱动以在不同时序形成不同的透镜单元。如此一来，显示装置进行立体显示时可以达到全解析度的显示效果。

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1A与图1B示出了本发明一实施例的显示装置在第一时序与第二时序下的示意图。

图2示出了本发明一实施例的液晶透镜的示意图。

图3示出了本发明另一实施例的液晶透镜。

附图符号说明

10：显示装置

100、300、400：液晶透镜

102：第一透镜单元

104：第二透镜单元

110、310：第一基板

120、320：第二基板

130、330：液晶层

140、340、440：驱动电极

150、350：对向电极层

200：显示面板

202：显示面

210、212、214、216：显示单元

360：辅助电极

370：绝缘层

442：缺口

I1、I2：影像信息

L1、L2、L3：光线

P1、P2、P3、P4：间距

R1、R2：曲线

w1：第一宽度

w2：第二宽度

具体实施方式

图1A与图1B示出了本发明一实施例的显示装置在第一时序与第二时序下的示意图。请同时参照图1A与图1B，显示装置10包括液晶透镜100与显示面板200。显示面板200的显示面202朝向液晶透镜100，亦即液晶透镜100配置于显示面板200上方。如此一来，显示面板200可以受到液晶透镜100的作用而产生立体显示效果。

液晶透镜100包括一第一基板110、一第二基板120、一液晶层130、多个驱动电极140、以及一对向电极层150。第一基板110与第二基板120上下相对。液晶层130位于第一基板110与第二基板120之间。驱动电极140位于第一基板110与液晶层130之间，且对向电极层150位于第二基板120与液晶层130之间。

显示面板200包括多个显示单元210。显示面板200是任何可以显示影像的构件，例如液晶显示面板、有机电激发光显示面板、等离子体显示面板、电泳显示面板、场发射显示面板等，或其它型式显示面板，其中显示面板200采用非自行发光的材料(例如液晶材料)作为显示介质时，显示装置10可以选择性地还包括有光源模块以提供显示所需的光源。

在本实施例的液晶透镜100中，驱动电极140与对向电极层150不被驱动时，液晶层130整体呈现为均质状态。此时，显示面板200中不同显示单元210所提供的影像信息经过液晶透镜100后实质上以原本的传递方向射出显示装置10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100可以不被驱动。

另外，在本实施例的液晶透镜100中，驱动电极140与对向电极层150被驱动时可以提供电场以改变液晶层130的状态而所呈现特定的折射率分布。此时，液晶层130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200中不同显示单元210所提供的影像信息经由液晶透镜100的作用便可朝不同方向射出(也就是形成不同视域)，以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，即立体显示模式以及平面显示模式。

在立体显示模式下，液晶透镜100的驱动方式包括使相邻两个驱动电极140分别在一第一时序以及一第二时序下被驱动，其中第一时序与第二时序可以是接续的两个时序，且第一时序与第二时序例如落在显示同一画面的图框期间(frame period)内。详细而言，图1A与图1B分别表示在第一时序与第二时序下，液晶透镜100的状态。

在第一时序下，如图1A所示，多个驱动电极140中仅第2n-1个驱动电极140(图1A中绘示有斜线的驱动电极140)被驱动，其中n为正整数。此时，液晶层130的折射率分布例如呈现曲线R1的趋势，因而液晶层130可以定义出多个第一透镜单元102，其中液晶层130在每一个第一透镜单元102中的折射率分布是由中央区域向外逐渐变化。

在此，驱动电极140例如以一间距P1排列，而显示单元210以一间距P2排列，且间距P1实质上等于间距P2。所以，在第一时序下，多个驱动电极140中仅第2n-1个驱动电极140被驱动可使得每一个第一透镜单元102的宽度实质上为驱动电极140的间距P1的两倍。也就是说，每一个第一透镜单元102实质上对应于两个显示单元210。以相邻接的三个显示单元212、214、216来看，显示单元212的显示光线L1与显示单元214的显示光线L2会受到同一个第一透镜单元102的作用，显示单元216则受到另一个第一透镜单元102的作用。

由图1A的图面来看，显示单元212与显示单元214例如分别对应于同一个第一透镜单元102的左半部以及右半部。假设第一透镜单元102的折射率分布使得第一透镜单元102的左半部以及右半部分别将来自显示面板200的光线朝向左前方折射以及朝向右前方折射。显示光线L1、L3经过第一透镜单元102作用会朝向左前方射出，而显示光线L2经第一透镜单元102作用会朝向右前方射出显示装置10。此时，若在第一时序下使显示单元212与显示单元214所提供的影像信息具有不同视差，则观察者可以感受到立体影像。

详言之，在第一时序下，对应同一个第一透镜单元102的显示单元212、214例如分别提供影像信息I1以及影像信息I2。在此，显示光线L1受到液晶透镜100作用可以朝向左前方射出以被观察者的右眼接收，显示光线L2受到液晶透镜100作用可以朝向右前方射出以被观察者的左眼接收。所以，影像信息I1以及影像信息I2可以分别为右眼影像信息以及左眼影像信息以让使用者感受到立体影像。

在本实施例中，每一个第一透镜单元102的作用可以让相邻显示单元210的显示光线朝不同方向射出。所以，在第一时序下，显示装置10是以空间多工的方式进行立体影像的显示。此时，观察者任一个眼睛所捕获或是接收到的影像信息仅为显示单元210的整体数量的一半，也就是第一时序下显示装置10呈现的影像解析度仅为显示面板200所提供的解析度的1/2。

因此，在接续的第二时序下，如图1B所示，液晶透镜100的多个驱动电极140中，第2n个驱动电极140(图1B中绘示有斜线的驱动电极140)被驱动。此时，液晶层130的折射率分布例如呈现曲线R2的趋势，因而可以定义出多个第二透镜单元104。由图1A与图1B可知，第一透镜单元102与第二透镜单元104在空间上的分布实质上是交错排列的，且两者相对位移的距离实质上等于上述间距P1以及P2的大小，也就是半个透镜单元的宽度。

如此一来，以相邻接的三个显示单元212、214、216来看，显示单元214的显示光线L2与显示单元216的显示光线L3会受到同一个第二透镜单元104的作用，而显示单元212的显示光线L1则受到另一个第二透镜单元104的作用。换言之，显示单元212在第一时序(如图1A)原本对应于透镜单元(第一透镜单元102)的左半部，但在第二时序(如图1B)会对应于透镜单元(第二透镜单元104)的右半部。因此，在第二时序下，显示单元212的显示光线L1会朝向右前方射出显示装置10。根据类似的规则，在第二时序下，显示光线L2会朝向左前方射出显示装置10，而显示光线L3会朝向右前方射出显示装置10。

在第二时序下，显示光线L1受到液晶透镜100作用可以朝向右前方射出以被观察者的左眼接收，显示光线L2受到液晶透镜100作用可以朝向左前方射出以被观察者的右眼接收。因此，显示单元212、214在第二时序下例如分别提供(左眼)影像信息I2以及(右眼)影像信息I1。如此一来，就单一个显示单元212而言，其所提供的显示光线L1在第一时序下被观察者的右眼接收而在第二时序下被观察者的左眼接收。所以观察者所看到的影像解析度可以等于显示单元210的整体数量。换言之，本实施例的显示装置10在立体显示模式下可以采用时间多工的方式切换液晶透镜100的驱动方式并同步地让各个显示单元210提供的影像信息进行切换以具有全解析度的显示效果。

值得一提的是，本实施例中所述的全解析度是指观察者所观看到的显示画面的解析度等于显示单元210的数量，其中当显示面板200具有多个显示像素时，显示单元210可以随不同设计需求而包含一个或是多个显示像素。因此，此处所谓的全解析度不一定等于显示像素的数量。

举例来说，当显示单元210仅包含一个显示像素时，每一个第一透镜单元102与每一个第二透镜单元104都可以对应两个显示像素，则显示装置10显示立体影像时可以形成两个视域(例如左眼视域与右眼视域)，且显示影像的解析度等于显示像素的数量。在其他设计中，当各个显示单元210包含N个显示像素时，每一个第一透镜单元102与每一个第二透镜单元104都可以对应2N个显示像素，则显示装置10显示立体影像时可以形成N个视域。如此一来，显示装置10可以在不同视角方向上提供立体影像，不过显示影像的解析度则为显示单元的数量(也就是显示像素整体数量的1/N)。

另外，本实施例的显示装置10以时间多工的驱动方式来驱动液晶透镜100并同步切换显示面板200所提供的影像信息以实现全解析度的立体显示效果。所以，在立体显示模式下，液晶透镜100与显示面板200的切换频率可以皆大于或等于120Hz，亦即第一时序与第二时序的切换频率例如至少等于120Hz。不过，本发明不以此为限。

图2示出了本发明一实施例的液晶透镜的示意图。请参照图2，液晶透镜300可以应用于图1A与图1B的显示装置10中以取代液晶透镜100。在此，液晶透镜300包括一第一基板310、一第二基板320、一液晶层330、多个驱动电极340、一对向电极层350以及多个辅助电极360。第一基板310与第二基板320上下相对。液晶层330位于第一基板310与第二基板320之间。驱动电极340位于第一基板310与液晶层330之间，且对向电极层350位于第二基板320与液晶层330之间。辅助电极360配置于驱动电极340与液晶层330之间，且驱动电极340与辅助电极360大致上会藉由一绝缘层370分隔开来。

在本实施例中，驱动电极340的宽度大于对应的辅助电极360的宽度。若以垂直于第一基板310的方向(也就是第一基板310的法线方向)来看，每个辅助电极360对应地位于其中一个驱动电极340的轮廓之内。也就是说，驱动电极340的面积大于所对应的辅助电极360的面积。于进行立体显示时，驱动电极340具有第一电压、辅助电极360具有第二电压，且对向电极层350具有共通电压，藉此液晶层330可受到电场的驱动而产生透镜效果。也就是说，于进行立体显示时，驱动电极340与辅助电极360可以被施加不同的电压以实现所需要的电场来控制液晶层330的折射率分布。

图3示出了本发明另一实施例的液晶透镜。请参照图3，液晶透镜400实质上类似于液晶透镜300，故也可应用于图1A与图1B所绘示的显示装置10中。同时，液晶透镜400与液晶透镜300中相同的构件将以相同的元件符号标示。具体而言，液晶透镜400不同于液晶透镜300之处主要在于，液晶透镜400的各个驱动电极440具有一缺口442，且对应的辅助电极360实质上对齐于缺口442。

驱动电极440的缺口442的第一宽度w1与辅助电极360的第二宽度w2的比值可介于1％与500％之间，或是介于100％与200％之间，但本发明不以此为限。也就是说，第一宽度w1可以等于、大于或小于第二宽度w2。在本实施例中，缺口442的设计有助于降低驱动电极440与辅助电极360之间的电容耦合效应而使驱动电极440的负载减小。因此，液晶透镜400所需的驱动电压可以减小以降低驱动所需能量。

值得一提的是，上述液晶透镜300与液晶透镜400都可以应用于图1A与图1B的显示装置10中。因此，液晶透镜300的驱动电极340的间距P3以及液晶透镜400的驱动电极440的间距P4都可以搭配显示面板200的设计而调整，使得间距P3、P4等于显示面板200的显示单元210的间距P2。并且，液晶透镜300与液晶透镜400用于进行立体影像的显示时，驱动电极340中任相邻的两者会在不同时序被驱动且驱动电极440中任相邻的两者也会在不同时序被驱动。如此一来，液晶透镜300与液晶透镜400所形成的透镜单元实质上等于两个显示单元210的宽度，且不同时序所形成的透镜单元会于空间中相对位移一个显示单元的宽度(也就是间距P2，或是半个透镜单元的宽度)。在这样的驱动方式下，可以实现全解析度的立体显示效果。当然，上述多个实施例所记载的液晶透镜仅是举例说明之用，并非用以限定本发明。凡是驱动电极的间距设计等于显示面板的显示单元间距且驱动电极的第奇数个与第偶数个是在不同时序中依序被驱动即可符合本发明的精神。

综上所述，本发明让液晶透镜中的相邻两个驱动电极在不同时序被驱动以改变液晶层的折射率分布。并且，驱动电极之间的间距等于显示面板中显示单元的间距。此时，同一个显示单元所提供的显示光线可以在不同时序朝向不同方向射出。所以，让液晶透镜中驱动电极的驱动与显示面板中各显示单元所提供的影像信息同步切换就可以让每个显示单元的显示光线在不同时序下朝向不同的方向射出而实现全解析度的立体显示效果。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作若干的更动与润饰，故本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。

Claims (10)

1.一种显示装置，包括：

一液晶透镜，包括：

一第一基板；

一第二基板，与该第一基板上下相对；

一液晶层，位于该第一基板与该第二基板之间；

多个驱动电极，位于该第一基板与该液晶层之间，这些驱动电极以一间距排列；

一对向电极层，位于该第二基板与该液晶层之间；以及

一显示面板，具有以该间距排列的多个显示单元，该液晶透镜配置于该显示面板上方，其中在一立体显示模式下，该液晶透镜中相邻两个驱动电极分别在一第一时序以及一第二时序下被驱动，且该液晶透镜与该显示面板同步切换使各该显示单元在该第一时序以及该第二时序分别显示不同视差影像。

2.如权利要求1所述的显示装置，其中该液晶透镜还包括多个辅助电极，配置于这些驱动电极与该液晶层之间，且各该辅助电极与其中一个驱动电极对应地设置。

3.如权利要求2所述的显示装置，其中各该驱动电极具有一缺口，且对应的其中一该辅助电极实质上对齐该缺口。

4.如权利要求2所述的显示装置，其中该驱动电极的面积大于该辅助电极的面积。

5.如权利要求1所述的显示装置，其中在该立体显示模式下，该液晶透镜与该显示面板的切换频率皆实质上大于或等于120Hz。

6.如权利要求1所述的显示装置，其中该液晶透镜的该液晶层在该第一时序定义出多个第一透镜单元而在该第二时序定义出多个第二透镜单元，且各该第一透镜单元与各该第二透镜单元交错排列，其相对位移的距离实质上等于该间距的大小。

7.如权利要求6所述的显示装置，其中这些显示单元包括依序紧邻排列的一第一显示单元、一第二显示单元以及一第三显示单元，且该第一时序时该第一显示单元与该第二显示单元对应其中一该第一透镜单元传输，该第三显示单元对应另一相邻的该第一透镜单元传输。

8.如权利要求7所述的显示装置，其中这些显示单元包括依序紧邻排列的一第一显示单元、一第二显示单元以及一第三显示单元，且该第二时序时该第一显示单元对应其中一该第二透镜单元，该第二显示单元与该第三显示单元对应另一相邻的该第二透镜单元。

9.如权利要求1所述的显示装置，其中各该显示单元包括至少一显示像素。

10.如权利要求1所述的显示装置，其中在该第一时序下，这些驱动电极中的第2n-1个驱动电极被驱动而第2n个驱动电极不被驱动，而在该第二时序下，这些驱动电极中的第2n-1个驱动电极不被驱动而第2n个驱动电极被驱动，且n为正整数。

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