CN102789084B - 显示装置与显示影像的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示装置与显示影像的方法。该显示装置包括：具有偏光片的显示器；液晶面板，具有第一液晶区与第二液晶区，且第一液晶区与第二液晶区的液晶排列方向不同；以及柱状透镜，具有凹槽以容纳第三液晶区与第四液晶区，且第三液晶区与第四液晶区的液晶排列方向不同，其中液晶面板位于柱状透镜与显示器之间，第一液晶区对应第三液晶区，且第二液晶区对应第四液晶区。

Description

显示装置与显示影像的方法

技术领域

本发明是关于显示器，更特别关于其2D/3D影像的显示方法。具体的讲，是关于一种显示装置与显示影像的方法。

背景技术

一般而言，立体(3D)影像的显示技术是经由使用者的眼睛，并根据立体视觉的原则来实现。由于人类的双眼彼此相距约5～7公分的距离，因此会有双眼视差，即由于左右眼之间的位置差距导致两眼所看到的影像实为具有细微差异的不同影像。这种眼睛位置差距所导致的左右眼所观看到的影像间的差异是称为双眼视差。因此，传统上制作3D影像显示装置是利用双眼视差的基础来进行设计，让使用者的左眼仅观看到给左眼的影像而右眼仅观看到给右眼的影像。

利用双眼视差产生立体感的显示方式多需配戴特殊器具来达成，常见的方法包含利用偏光眼镜、红蓝(绿)眼镜、快门眼镜及头盔式显示器等方式来达成。然，上述的显示方法不论成本高低都需要使用者配戴特殊器具才得以观看到立体影像，因而对使用者而言多少都会造成不便的感觉，因此，近年来则着重于开发不需要配戴任何特殊器具即可观赏到立体影像的裸眼式3D显示装置。

不需要配戴任何特殊器具即可观赏到立体影像的裸眼式3D显示装置，若以双眼视差的基础来设计时则称为视差法裸眼式3D显示装置。此种3D显示装置为于显示器(例如液晶显示器)的光源阵列的前方设置视差屏障(Parallax)或光栅等遮蔽物，而其中光源阵列并依序传送左眼影像及右眼影像，使得通过视差屏障让使用者的左眼看到左眼影像，而使用者的右眼看到右眼影像。如此，通过左眼看到左眼影像及右眼看到右眼影像的使用者，其大脑会自动融合所看到的左眼影像及右眼影像为立体影像。然而裸眼式3D显示装置的问题在于，其解析度比配戴器具如偏光眼镜的3D显示装置差。

目前大部份的立体显示电视都能分别产生2D/3D影像。眼镜式3D拥有高画质的优点，但考虑到方便性，裸眼3D的应用将更为广泛。但以目前技术而言，所有裸眼式3D均有解析度及视角受限的问题，仍不足以应用于TV。若能同时结合两者优点，可让使用者具有独特的3D使用经验。比如当使用者想观看高画质3D时可启用3D功能并搭配眼镜观看。当使用者在观看一般2D电视时，广播系统可夹杂裸眼3D信号。当TV接收到此3D信号后便自动转换到裸眼式3D，让突如其来的3D震撼让使用者印象深刻。

综上所述，目前亟需新的显示装置以改善上述问题。

发明内容

本发明一实施例提供一种显示装置，包括：具有偏光片的显示器；液晶面板，具有第一液晶区与第二液晶区，且第一液晶区与第二液晶区的液晶排列方向不同；以及柱状透镜，具有凹槽以容纳第三液晶区与第四液晶区，且第三液晶区与第四液晶区的液晶排列方向不同，其中液晶面板位于柱状透镜与显示器之间，第一液晶区对应第三液晶区，且第二液晶区对应第四液晶区。

本发明一实施例提供一种显示影像的方法，包括：提供上述的显示装置，且显示器显示的影像在通过偏光片后具有第一偏振方向；以及驱动液晶面板调整第一液晶区与第二液晶区的液晶排列方向，使通过第一液晶区的影像具有第二偏振方向，通过第二液晶区的该影像具有第一偏振方向，且第一偏振方向不同于第二偏振方向；其中第三液晶区的液晶排列方向垂直于第二偏振方向，且第四液晶区的液晶排列方向垂直于第一偏振方向，使通过第三与第四液晶区的影像的光线穿过柱状透镜后射入使用者的左眼与右眼，让使用者观赏到二维影像。

本发明一实施例提供一种显示影像的方法，包括：提供偏光眼镜给使用者，偏光眼镜的第一镜片只允许具有第一偏振方向的影像穿过，且偏光眼镜的第二镜片只允许具有第二偏振方向的影像穿过；提供上述的显示装置，且显示器显示的影像在通过该偏光片后具有第一偏振方向；以及驱动液晶面板调整第一液晶区与第二液晶区的液晶排列方向，使通过第一液晶区的影像具有第二偏振方向，通过第二液晶区的该影像具有第一偏振方向，且第一偏振方向不同于第二偏振方向；其中第三液晶区的液晶排列方向垂直于第二偏振方向，且第四液晶区的液晶排列方向垂直于第一偏振方向，其中通过第三液晶区的影像的光线具有第二偏振方向，在穿过柱状透镜后穿过第二镜片，且通过第四液晶区的影像的光线具有第一偏振方向，在穿过该柱状透镜后穿过该第一镜片，让使用者观赏到三维影像。

本发明一实施例提供一种显示影像的方法，包括：提供上述的显示装置，且显示器显示的影像在通过偏光片后具有第一偏振方向；以及驱动液晶面板调整第一液晶区与第二液晶区的液晶排列方向，使通过第一液晶区的影像具有第一偏振方向，通过第二液晶区的该影像具有一第二偏振方向，且第一偏振方向不同于第二偏振方向；其中第三液晶区的液晶排列方向平行于第二偏振方向，且第四液晶区的液晶排列方向平行于第一偏振方向，使影像的光线穿过第三与第四液晶区及柱状透镜之间的接口时产生折射现象，让使用者观赏到三维影像。

利用本发明提供的技术方案，使用者可依节目性质(2D/3D影像夹杂或长时间的高画质3D影像)，选择是否配戴偏光眼镜与对应的显示模式。

附图说明

图1是本发明一实施例中，裸眼的2D影像的显示模式示意图；

图2A-图2D是本发明实施例中，液晶面板中不同液晶区的液晶分子排列的俯视图；

图3是本发明一实施例中，裸眼的3D影像的显示模式示意图；

图4是本发明实施例中，液晶区中液晶分子排列的俯视图；以及

图5是本发明一实施例中，配戴偏光眼镜的3D影像的显示模式示意图。

附图标号：

10～显示器；

11～偏光片；

13A、13B～极化光的偏振方向；

14～液晶面板；

15A、15B、15C、15D～液晶区；

17～柱状透镜。

具体实施方式

现有技术中，切换3D影像与2D影像需穿脱偏光眼镜。另一方面，裸眼式3D显示装置无法提供高品质影像。为解决上述问题，本发明提供新颖的显示装置。如图1所示，显示装置含有具有偏光片11的显示器10、具有液晶区15A与15B的液晶面板14、以及凹槽填有液晶区15C与15D的柱状透镜17。上述显示器10可为电子纸、电子阅读器、电致发光显示器、有机电致发光显示器、真空荧光显示器、发光二极管、阴极射线管、液晶显示器、等离子显示面板、数字光学处理器、硅基板上液晶显示器、有机发光二极管、表面传导电子发射显示器、场发射显示器、量子点激光电视、液晶激光电视、铁电液晶显示器、干涉测量调节显示器、厚膜介电电致发光器、量子点发光二极管、屈伸像素显示器、有机发光晶体管、光致变色显示器、或激光荧光体显示器。在本发明一实施例中，显示器10为液晶显示器。

液晶面板14位于显示器10与柱状透镜17之间。通过液晶面板14的驱动电路(未图示)，可让液晶区15A与液晶区15B的液晶排列方向不同。柱状透镜17的凹槽内侧已先以光刻工艺形成不同配向的配向层，再填入可聚合的液晶组成物，使液晶组成物的液晶依配向层的配向排列。接着以热固化或光固化的方式固化液晶组成物，就形成液晶区15C与15D，且两者的液晶排列方式不同，如图4的俯视图所示。在另一实施例中，先形成主动控制电路(如薄膜晶体管阵列)或被动控制电路于柱状透镜17的凹槽内侧，再以光刻工艺形成不同配向的配向层于柱状透镜17的凹槽内侧上。将液晶组成物填入柱状透镜的凹槽内后，可采用电路控制液晶组成物，以形成排列方向不同的液晶区15C与15D。在液晶区15C与15D中，液晶具双折射率特性，其长轴与短轴折射率分别为n_e与n₀，且柱状透镜17的折射率与液晶短轴折射率(n₀)相同。在本发明一实施例中，液晶组成物的长轴折射率(n_e)介于1.0至2.5之间，液晶短轴与柱状透镜17的折射率(n₀)介于1.0至2.5之间，且n_e与n₀的差距介于0.01至2.0之间。若n_e与n₀的差距过大，则使透镜焦距过近，在受限的厚度下无法聚距到显示器表面上而产生失焦。若n_e与n₀的差距过小，将使焦距过大，导致透镜需距显示器表面很大的距离才有可能聚焦形成3D。

若入射的极化光其偏振方向垂直于液晶区15C(或15D)的液晶排列方向，极化光将不受液晶区15C(或15D)影响。此时极化光在液晶区15C(或15D)与柱状透镜17之间的接口将不产生任何折射现象。换句话说，入射液晶区15C(或15D)的线性极化光将不会改变其原本路径并直接穿出柱状透镜17。另一方面，若入射的极化光其偏振方向不完全垂直甚至平行于液晶区15C(或15D)的液晶排列方向，极化光将受到液晶区15C(或15D)影响。此时极化光在液晶区15C(或15D)与柱状透镜17之间的接口将产生折射现象。换句话说，入射液晶区15C(或15D)的线性极化光将改变其原本路径并可能斜向穿出柱状透镜17。

上述液晶区15A对应液晶区15C，而液晶区15B对应液晶区15D。所谓的“对应”，即入射某一液晶区15A的极化光只会穿过对应的液晶区15C，而不会穿过其他的液晶区15D或其他的液晶区15C。同样地，入射某一液晶区15B的极化光只会穿过对应的液晶区15D，而不会穿过其他的液晶区15C或其他的液晶区15D。如前所述，液晶区15A与15B的液晶排列方向不同。此外，液晶区15C与液晶区15D的液晶排列方向不同。液晶面板14的液晶区15A与15B的液晶排列方向可通过液晶面板14的驱动电路改变。在本发明一实施例中，液晶区15C与15D的液晶排列方向在组装至显示装置前即已固定而无法改变。在本发明另一实施例中，可通过柱状透镜17的凹槽内侧的控制电路，控制液晶区15C与15D的液晶排列方向。上述的驱动电路与控制电路可为行列式的被动电路或格状的主动电路，端视需要而定。

在本发明一实施例中，以图1的显示装置显示2D影像。当背光源发出的光经显示器10及偏光片11后，即具有偏振方向13A。在这必需说明的是，偏振方向13A(90°与270°)与下述说明中箭头所指的偏振方向仅用以方便说明，并非局限影像实际上的偏振方向。举例来说，偏振方向13A亦可为其他方向如0°与180°、45°与225°、135°与315°、或其他常见的偏振方向，端视偏光片11的种类而定。

上述具有偏振方向13A的影像在穿过液晶面板14的液晶区15A与15B后，会因为液晶区15A与15B中液晶分子的排列方向而改变其偏振方向。如图1所示，通过液晶区15A的影像的偏振方向将由原本的偏振方向13A转为偏振方向13B(0°与180°)，而通过液晶区15B的影像的偏振方向仍维持偏振方向13A。为了达到上述效果，需采用液晶面板14的驱动电路(未图示)，使液晶区15A的液晶排列方向转为45°与225°，同时使液晶区15B的液晶排列方向转为平行影像的入射方向，如图2A所示的液晶面板14的俯视图。可以理解的是，液晶区15A的液晶排列方向亦可为135°与315°，且液晶区15B的液晶排列方向可垂直于影像的入射方向并平行或垂直影像的偏振方向13A，比如图2B-图2C所示的液晶面板14的俯视图。必需注意的是，液晶区15A与15B的液晶排列方向需视影像的偏振方向与液晶区15C与15D的液晶排列方向而定，并不限于上述图示的液晶排列方向。

由于液晶区15C的液晶排列方向垂直于对应的影像的偏振方向13B，因此入射液晶区15C的影像将不受其影响，可直接穿过液晶区15C与柱状透镜17的接口而不会折射。同样地，由于液晶区15D的液晶排列方向平行于对应的影像的偏振方向13A，因此入射液晶区15D的影像将不受其影响，可直接穿过液晶区15D与柱状透镜17的接口而不会折射。此时裸眼的使用者将可观赏2D影像。

在本发明一实施例中，以图1的显示装置显示3D影像如图3所示。图3与图1的差异仅在于液晶面板14以驱动电路(未图示)将液晶区15A的排列方向转为平行影像的入射方向，并将液晶区15B的排列方向转为45°与225°，如图2D所示的液晶面板14的俯视图。同样地，液晶区15A的液晶排列方向可垂直于影像的入射方向并平行或垂直影像的偏振方向13A，且液晶区15B的液晶排列方向亦可为135°与315°。如此一来，通过液晶区15A的影像的偏振方向仍维持偏振方向13A，而通过液晶区15B的影像的偏振方向将由原本的偏振方向13A转为偏振方向13B(0°与180°)。必需注意的是，液晶区15A与15B的液晶排列方向需视影像的偏振方向与液晶区15C与15D的液晶排列方向而定，并不限于上述图示的液晶排列方向。

由于液晶区15C的液晶排列方向平行于对应的影像的偏振方向13A，因此入射液晶区15C的影像将受其折射率(n_e)影响，在穿过液晶区15C与柱状透镜17的接口时将产生折射现象。同样地，由于液晶区15D的液晶排列方向平行于对应的影像的偏振方向13B，因此入射液晶区15D的影像将受其折射率(n_e)影响，在穿过液晶区15D与柱状透镜17的接口时将产生折射现象。此时裸眼的使用者将可因上述折射现象而观赏到解析度较低的3D影像。

当2D/3D的电视越来越普及时，必然出现2D节目与3D广告(或3D节目与2D广告)夹杂的情况。本发明的显示装置可在图1的2D裸眼模式与图3的3D裸眼模式之间快速切换，省略使用者穿脱偏光眼镜的麻烦。

但在使用者想观赏高画质的3D节目时，比如长时间的3D蓝光影片，将不需考虑2D/3D节目夹杂的问题。此时可采用第3种显示模式显示高画质的3D影像，如图5所示。在图5中，显示器10分为左眼影像显示区10A与右眼影像显示区10B，分别垂直对应液晶区15A与15B。至于偏光片11、液晶面板14的液晶区15A与15B的液晶排列方向、液晶区15C与15D的液晶排列方向、与柱状透镜的设置与图1所示的显示模式完全相同，在此不赘述。此时使用者必需配戴偏光眼镜，其右镜片只让右眼影像显示区10B所显示的影像(偏振方向13A)穿过，而左镜片只让左眼影像显示区10A所显示的影像(偏振方向13B)穿过。如此一来，使用者在配戴偏光眼镜的情况下可观赏到高画质的3D影像。

综上所述，本发明揭露的显示装置具有三种显示模式：裸眼的2D影像、裸眼的3D影像、以及配戴偏光眼镜的3D影像。如此一来，使用者可依节目性质(2D/3D影像夹杂或长时间的高画质3D影像)，选择是否配戴偏光眼镜与对应的显示模式。

虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定范围为准。

Claims (3)

1.一种显示影像的方法，其特征在于，所述显示影像的方法包括：

提供一种显示装置，所述显示装置包括：具有一偏光片的一显示器；一液晶面板，具有一第一液晶区与一第二液晶区，且所述第一液晶区与所述第二液晶区的液晶排列方向不同；以及一柱状透镜，具有一凹槽以容纳一第三液晶区与一第四液晶区，且所述第三液晶区与所述第四液晶区的液晶排列方向不同，其中所述液晶面板位于所述柱状透镜与所述显示器之间，所述第一液晶区对应所述第三液晶区，且所述第二液晶区对应所述第四液晶区，且所述显示器显示的影像在通过所述偏光片后具有一第一偏振方向；以及

驱动所述液晶面板调整所述第一液晶区与所述第二液晶区的液晶排列方向，使通过所述第一液晶区的所述影像具有一第二偏振方向，通过所述第二液晶区的所述影像具有所述第一偏振方向，且所述第一偏振方向不同于所述第二偏振方向；

其中所述第三液晶区的液晶排列方向垂直于所述第二偏振方向，且所述第四液晶区的液晶排列方向垂直于所述第一偏振方向，使通过所述第三与第四液晶区的影像穿过所述柱状透镜后射入一使用者的左眼与右眼，让所述使用者观赏到一二维影像。

2.一种显示影像的方法，其特征在于，所述显示影像的方法包括：

提供一偏光眼镜给一使用者，所述偏光眼镜的第一镜片只允许具有一第一偏振方向的影像穿过，且所述偏光眼镜的第二镜片只允许具有一第二偏振方向的影像穿过；

提供一种显示装置，所述显示装置包括：具有一偏光片的一显示器；一液晶面板，具有一第一液晶区与一第二液晶区，且所述第一液晶区与所述第二液晶区的液晶排列方向不同；以及一柱状透镜，具有一凹槽以容纳一第三液晶区与一第四液晶区，且所述第三液晶区与所述第四液晶区的液晶排列方向不同，其中所述液晶面板位于所述柱状透镜与所述显示器之间，所述第一液晶区对应所述第三液晶区，且所述第二液晶区对应所述第四液晶区，且所述显示器显示的影像在通过所述偏光片后具有一第一偏振方向；以及

驱动所述液晶面板调整所述第一液晶区与所述第二液晶区的液晶排列方向，使通过所述第一液晶区的所述影像具有一第二偏振方向，通过所述第二液晶区的所述影像具有所述第一偏振方向，且所述第一偏振方向不同于所述第二偏振方向；

其中所述第三液晶区的液晶排列方向垂直于所述第二偏振方向，且所述第四液晶区的液晶排列方向垂直于所述第一偏振方向，

其中通过所述第三液晶区的影像具有所述第二偏振方向，在穿过所述柱状透镜后穿过所述第二镜片，且通过所述第四液晶区的影像具有所述第一偏振方向，在穿过所述柱状透镜后穿过所述第一镜片，让所述使用者观赏到一三维影像。

3.一种显示影像的方法，其特征在于，所述显示影像的方法包括：

提供一种显示装置，所述显示装置包括：具有一偏光片的一显示器；一液晶面板，具有一第一液晶区与一第二液晶区，且所述第一液晶区与所述第二液晶区的液晶排列方向不同；以及一柱状透镜，具有一凹槽以容纳一第三液晶区与一第四液晶区，且所述第三液晶区与所述第四液晶区的液晶排列方向不同，其中所述液晶面板位于所述柱状透镜与所述显示器之间，所述第一液晶区对应所述第三液晶区，且所述第二液晶区对应所述第四液晶区，且所述显示器显示的影像在通过所述偏光片后具有一第一偏振方向；以及

驱动所述液晶面板调整所述第一液晶区与所述第二液晶区的液晶排列方向，使通过所述第一液晶区的所述影像具有所述第一偏振方向，通过所述第二液晶区的所述影像具有一第二偏振方向，且所述第一偏振方向不同于所述第二偏振方向；

其中所述第三液晶区的液晶排列方向平行于所述第二偏振方向，且所述第四液晶区的液晶排列方向平行于所述第一偏振方向，使所述影像穿过所述第三与第四液晶区及所述柱状透镜之间的接口时产生折射现象，让一使用者观赏到一三维影像。