CN102955302B - 立体显示装置 - Google Patents

Abstract

一种立体显示装置，其包括显示面板与配置于显示面板上的可调式液晶透镜阵列。可调式液晶透镜阵列包括液晶层以及配置于液晶层相对两侧的第一、第二基板。第一基板包括第一、第二电极。第一电极具有多个第一分支部，而第二电极具有多个第二分支部。第一分支部与第二分支部交替排列。二相邻的第一分支部之间存在第一节距，而二相邻的第二分支部之间存在一第二节距。第二基板包括第三电极。当第三电极与第一电极或第二电极之间存在电位差时，液晶层的等效折射率由二相邻的第一分支部或第二分支部向二相邻的第一分支部或第二分支部的中间递增。

Description

立体显示装置

技术领域

本发明是有关于一种立体显示装置，且特别是关于一种裸眼式的立体显示装置。

背景技术

在显示技术方面的发展，除了追求轻薄短小以外，更希望能做到显示立体影像的目标。目前，立体显示技术可大致分成观察者需戴特殊设计眼镜观看的戴眼镜式(Stereoscopic)立体显示技术以及可裸眼观看的裸眼式(Auto-stereoscopic)立体显示技术。

以裸眼式立体显示技术为例，立体显示器包括提供影像的显示面板以及配置于影像传递路径上的液晶透镜阵列。利用液晶透镜阵列将显示面板所提供的影像分别投向使用者的左、右眼，以藉由两眼分别接收影像后所产生的视差效应(binocular parallax)在人脑中形成立体影像。在相同的电位差下，液晶透镜阵列的有效焦距(effective focal length,EFL)为一定值，造成立体显示器仅有单一的最佳视距。如此一来，当使用者欲改变观看距离时，其双眼的位置会偏离最佳视距，而无法观看到显示效果良好的立体影像。

发明内容

本发明提供一种立体显示装置，其具有可切换不同最佳视距的功能。

本发明提供一种立体显示装置，其包括显示面板以及可调式液晶透镜阵列。配置于显示面板上的可调式液晶透镜阵列包括第一基板以及相对于第一基板的第二基板。第一基板包括第一基底、第一电极以及第二电极。第一电极位于第一基底上且具有多个第一分支部，第一分支部呈等节距排列，且任意二相邻的第一分支部之间存在第一节距。第二电极位于第一基底上且具有多个第二分支部，第二分支部呈等节距排列，第二分支部与第一分支部沿着第一方向交替排列，任意二相邻的第二分支部之间存在一第二节距，其中第一节距大于第二节距。第二基板包括第二基底以及位于第二基底上的第三电极，且第三电极位于第一基底与第二基底之间。液晶层配置于第一基板与第二基板之间，当第一电极与第三电极之间存在电位差时，液晶层的等效折射率由相邻的任意二第一分支部向二相邻的第一分支部的中间递增，或者当第二电极与第三电极之间存在电位差时，液晶层的等效折射率由相邻的任意二第二分支部向相邻的二第二分支部的中间递增。

在本发明的一实施例中，前述的第一基板与第二基板的液晶间隙介于5微米至60微米之间。在本发明的一实施例中，前述的第三电极为一完整的导电层且全面性地覆盖第一电极以及第二电极。

在本发明的一实施例中，前述的第三电极具有多个第三分支部，第三分支部呈等节距排列，且任意二相邻的第三分支部之间存在第三节距，且第三分支部沿着第二方向排列，其中第一方向与第二方向交错。

在本发明的一实施例中，前述的第一方向与第二方向实质上垂直。

在本发明的一实施例中，前述的第二基板还包括配置于第二基底上的第四电极，第四电极具有多个第四分支部，第四分支部与第三分支部沿着第二方向交替排列。

在本发明的一实施例中，前述的第一基板还包括配置于第一基底上的第五电极，第五电极配置于第一电极与第二电极之间。

在本发明的一实施例中，前述的显示面板具有阵列排列的多个像素，每一像素包括第一子像素、第二子像素、第三子像素，第一子像素、第二子像素、第三子像素沿着第一方向排列，其中第一节距实质上等于像素在第一方向上的宽度的二倍，而第二节距实质上等于第一子像素以及第二子像素在第一方向上的宽度总合。

在本发明的一实施例中，前述的每一像素还包括第四子像素，第四子像素在第二方向上与第一子像素、第二子像素以及第三子像素重迭，第一方向与第二方向交错，且第四子像素在第一方向上的宽度实质上等于第一子像素、第二子像素以及第三子像素在第一方向上的宽度的总合。

在本发明的一实施例中，前述的显示面板具有阵列排列的多个像素，每一像素包括第一子像素、第二子像素、第三子像素，第一子像素、第二子像素、第三子像素沿着第一方向排列，其中第一节距实质上等于像素在第一方向上的宽度的二倍，第二节距实质上等于第一子像素以及第二子像素在第一方向上的宽度总合，而第三节距实质上等于像素在第二方向上的长度的二倍。

基于上述，本发明的立体显示装置可利用驱动可调式液晶透镜阵列的具有不同节距的电极，达到立体显示装置可切换不同视距的功能。如此一来，当使用者欲改变观看距离时，也可以观看到显示效果良好的立体影像。

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为本发明一实施例的立体显示装置的剖面示意图;

图2为本发明一实施例的可调式液晶透镜阵列的剖面示意图;

图3为图2的可调式液晶透镜阵列的上视示意图;

图4为本发明另一实施例的可调式液晶透镜阵列的上视示意图;

图5A为本发明再一实施例的第二基板的上视示意图;

图5B为与图5A所示的第二基板搭配的第一基板的上视示意图;

图5C为沿图5A及图5B中的A-A’、B-B’剖线的可调式液晶透镜阵列的剖面示意图。

【主要组件符号说明】

100：立体显示装置

110：显示面板

120、120’：可调式液晶透镜阵列

122、122’：第一基板

124、124’：第二基板

126：液晶层

12：第一分支部

14：第一连接部

22：第二分支部

24：第二连接部

32：第三分支部

34：第三连接部

42：第四分支部

44：第四连接部

B1：第一基底

B2：第二基底

E1：第一电极

E2：第二电极

E3、E3’：第三电极

E4：第四电极

E5：第五电极

P1：第一节距

P2：第二节距

P3：第三节距

P、P’、PA、PB、PA’、PB’：像素

R：第一子像素

G：第二子像素

B：第三子像素

W：第四子像素

X：第一方向

Y：第二方向

D：液晶间隙

W1、W2、W_P、W_W：宽度

W_R+G：宽度总合

L_P：长度

A-A’、B-B’：剖线

S100：实线

S200：虚线

具体实施方式

图1为本发明一实施例的立体显示装置的剖面示意图。请参照图1，本实施例的立体显示装置100包括显示面板110以及可调式液晶透镜阵列120，其中可调式液晶透镜阵列120配置于显示面板110的一侧。在本实施例中，显示面板110例如是可出射具有偏振态的光线的液晶显示面板，但本实施例不以此为限。在其它实施例中，显示面板110亦可为任何可显示影像的显示面板藉由配置一偏光片于其出光面以出射具有偏振态的光线，其中可显示影像的显示面板例如是有机电致发光显示面板、电泳显示面板、等离子显示面板、电湿润显示面板、场发射显示面板或是其它形式的显示面板。

图2为本发明一实施例的可调式液晶透镜阵列的剖面示意图。图3为图2的可调式液晶透镜阵列的第一基板的上视示意图。请参照图2以及图3，可调式液晶透镜阵列120包括第一基板122、相对于第一基板122的第二基板124以及配置于第一基板122与第二基板124之间的液晶层126。

第一基板122包括第一基底B1、第一电极E1以及第二电极E2。第一电极E1位于第一基底B1上且具有多个第一分支部12。第一分支部12呈等节距排列，且任意二相邻的第一分支部之间存在第一节距P1。第二电极E2位于第一基底B1上且具有多个第二分支部22，第二分支部22呈等节距排列，且任意二相邻的第二分支部22之间存在一第二节距P2，其中第一节距P1大于第二节距P2。

此外，第二分支部22与第一分支部12沿着第一方向X交替排列，且第二分支部22与第一分支部12彼此平行，。在本实施例中，第一分支部12的宽度W1以及第二分支部22的宽度W2同为5微米至10微米，但本发明不以此为限。在其它实施例中，第一分支部12的宽度W1以及第二分支部22的宽度W2可视不同产品的规格而改变。

另外，第一电极E1可进一步包括连接各第一分支部12的第一连接部14，而第二电极E2可进一步包括连接各第二分支部22的第二连接部24。在本实施例中，第一连接部14例如是与各第一分支部12垂直，而第二连接部24例如是与各第二分支部22垂直，但本发明不以此为限。换句话说，在其它实施例中，在第二分支部22与第一分支部12彼此平行且交替排列下，第一连接部14与各第一分支部12的夹角可以不为90度，而第二连接部24与各第二分支部22夹亦可以不为90度。

第二基板124包括第二基底B2以及位于第二基底B2上的第三电极E3，且第三电极E3位于第一基底B1与第二基底B2之间。在本实施例中，第三电极E3例如是一完整的导电层且全面性地覆盖第一电极E1以及第二电极E2，但本发明不以此为限。

值得一提的是，可调式液晶透镜阵列120是利用液晶层126的双折射率特性以及施加电场于液晶层126，使得液晶层126中的液晶分子依电场方向产生不同的倾斜形态。藉由在第一基板122与第二基板124之间提供一液晶间隙D(即第一基板122与第二基板124之间的最短距离)，使得液晶层126的等效折射率得以呈梯度分布，并形成一种折射率渐变型透镜(Gradient-index Lens,GRIN lens)的形态。因而，可调式液晶透镜阵列120可会聚由显示面板110出射的具有偏振态的平行光。在本实施例中，第一基板122与第二基板124的液晶间隙D例如是介于5微米至60微米之间。此外，由于本实施例的可调式液晶透镜阵列120是利用会聚光线的方式来达到立体显示的效果，因此相较于以液晶屏障的方式来达到立体显示效果的显示器，本实施例的立体显示器100可以不用配置一偏振组件(例如是偏光眼镜或是偏光片)于使用者与可调式液晶透镜阵列120之间，而藉由视差屏障的方式达到立体显示的效果。换句话说，由于使用者与可调式液晶透镜阵列120之间可不用配置偏振组件，故使用本实施例的可调式液晶透镜阵列120的立体显示器100可具有较佳的透光率。

另外，折射率渐变型透镜会具有一有效焦距f，有效焦距f的公式如下：

$f=\frac{{\left(\frac{1}{2}w\right)}^2}{2d_{\mathrm{LCL}}[n_{\mathrm{LCL},\max }-n_{\mathrm{LCL}}\left(w\right)]}$

其中w为液晶透镜的直径(即指此处的第一分支部12的第一节距P1以及第二分支部22的第二节距P2)，d_LCL为液晶层厚度。由上式可知，有效焦距f与液晶透镜的直径的平方成正比，并与液晶层厚度以及液晶折射率成反比。换言之，藉由调变液晶透镜的直径(即第一节距P1与第二节距P2)以及液晶层厚度(即液晶间隙D)，可得到不同的有效焦距f。意即，透过调变液晶透镜的直径可改变观赏立体显示器的最佳视距。

举例而言，请参照图2的等效折射率的示意曲线，当第一电极E1与第三电极E3之间存在电位差，而第二电极E2与第三电极E3被提供接地电位时，液晶层126的等效折射率由相邻的任意二第一分支部12向二相邻的第一分支部12的中间递增(如实线S100所示)，并具有一对称的梯度分布。因此，可调式液晶透镜阵列120可会聚由显示面板110出射的具有偏振态的平行光。此外，由于第一分支部12相对于第一分支部22具有较长的第一节距P1，且有效焦距f与液晶透镜的直径(即节距的大小)的平方成正比，因此，当第一电极E1与第三电极E3之间存在电位差时，立体显示器100可提供较长的最佳视距。

另一方面，当第二电极E2与第三电极E3之间存在电位差，而第一电极E1与第三电极E3被提供接地电位时，液晶层126的等效折射率由相邻的任意二第二分支部22向相邻的二第二分支部22的中间递增(如虚线S200所示)。此时，由于第二节距P2较第一节距P1短，因此立体显示器于此会提供较短的最佳视距。换言之，本实施例的立体显示器可藉由第一基板122上的各电极(本实施例包括第一电极E1以及第二电极E2)的节距设计来达到可切换不同最佳视距的功能。

另外，在不同的节距设计下，显示面板的像素可进行不同的分割画面处理。图3示出图2的第一电极E1、第二电极E2与显示面板的像素P之间的相对位置。如图3所示，显示面板110可具有阵列排列的多个像素P，其中各像素P包括第一子像素R、第二子像素G、第三子像素B。在本实施例中，第一子像素R、第二子像素G、第三子像素B可沿着第一方向X排列，且沿着垂直于第一方向X的第二方向Y延伸。此外，第一节距P1实质上可等于像素P在第一方向X上的宽度W_P的二倍，。第二节距P2实质上可等于第一子像素R以及第二子像素G在第一方向X上的宽度总合W_R+G。值得一提的是，在不同的节距以及分支部的配置下，会有对应的分割画面处理，因此本实施例不用以限制子像素的排列及延伸方式以及各节距所对应的子像素或像素P的数量。

请参照图2及图3，当第一电极E1与第三电极E3之间存在电位差时，相邻的任意二第一分支部12之间的两个像素PA、PB可分割为显示左眼的影像信息以及显示右眼的影像信息。由于两个像素PA、PB对应至不同的等效折射率而产生不同的偏折角度，使用者的左眼可接收来自于像素PB的左眼影像信息，而使用者的右眼可接收来自于像素PA的右眼影像信息。如此一来，双眼位于第一方向X上的使用者便可观赏到立体影像。类似地，当第二电极E2与第三电极E3之间存在电位差时，相邻的任意二第二分支部22之间的两个子像素(例如是G与B、R与G或B与R)可分割为显示左眼的影像信息以及显示右眼的影像信息。由于两个子像素对应至不同的等效折射率而产生不同的偏折角度，使用者的左、右眼亦可接收来不同子像素的左眼影像信息及右眼影像信息，进而观赏到立体影像。

各像素P的子像素数量可视实际需求而变。图4为本发明另一实施例的可调式液晶透镜阵列的上视示意图。请参照图4，本实施例的像素P’可进一步包括第四子像素W，第四子像素W在第二方向Y上与第一子像素R、第二子像素G以及第三子像素B重迭，其中第一方向X与第二方向Y交错。在本实施例中，第一方向X例如是于垂直第二方向Y。此外，第四子像素W在第一方向X上的宽度W_W实质上等于第一子像素R、第二子像素G以及第三子像素B在第一方向X上的宽度的总合，此处第一子像素R、第二子像素G以及第三子像素B在第一方向X上的宽度的总合即上述的像素P在第一方向X上的宽度W_P。

与前述三个子像素类似地，当第一电极E1与第三电极E3之间存在电位差时，液晶层126中对应第一电极E1处的液晶分子会形成折射率渐变型透镜，因而有聚焦的效果。相邻的任意二第一分支部12之间的两个像素PA’、PB’分别显示左眼的影像信息以及显示右眼的影像信息，并藉由液晶层126的光学作用可让使用者的左、右眼分别接收来自于像素PA’、PB’的左眼影像信息以及右眼影像信息。如此一来，双眼位于第一方向X上的使用者便可观赏到立体影像。类似地，当第二电极E2与第三电极E3之间存在电位差时，相邻的任意二第二分支部22之间的两个子像素(例如是G与B、R与G或B与R)可分割为显示左眼的影像信息以及显示右眼的影像信息，让使用者的左、右眼可接收来自于不同子像素的左眼影像信息及右眼影像信息，进而观赏到立体影像。

另外，在其它实施例中，第二基板124的第三电极E3亦可以是图案化的导电图案，而有其它的电极结构设计。图5A为本发明再一实施例的第二基板的上视示意图。图5B为与图5A所示的第二基板搭配的第一基板的上视示意图。图5C为沿图5A及图5B中的A-A’、B-B’剖线的可调式液晶透镜阵列的剖面示意图。

请参照图5A、图5B以及图5C，本实施例的可调式液晶透镜阵列120’与图2的可调式液晶透镜阵列120具有相似及相同的构件。两者的差异处在于：第二基板124’的第三电极E3’具有多个第三分支部32，其中第三分支部32呈等节距排列，且任意二相邻的第三分支部32之间存在一第三节距P3。

此外，第二基板124’还包括配置于第二基底B2上的第四电极E4，其中第四电极E4具有多个第四分支部42，且第四分支部42与第三分支部32沿着第二方向Y交替排列。在本实施例中，第三电极E3’可进一步地包括连接各第三分支部32的第三连接部34以及连接各第四分支部42的第四连接部44，其中第三分支部32与第三连接部34垂直配置，而第四分支部42与第四连接部44垂直配置。

另外，第一基板122’还包括配置于第一基底B1上的第五电极E5，其中第五电极E5配置于第一电极E1与第二电极E2之间。详细而言，第五电极E5沿着第一电极E1与第二电极E2之间的间隙延伸，且第五电极E5与第一电极E1以及第二电极E2电性绝缘。

藉由提供在第二方向Y交替排列的第四分支部42与第三分支部32以及延伸于第一电极E1与第二电极E2之间的第五电极E5，可使可调式液晶透镜阵列120’具有更广泛的应用。举例而言，使用可调式液晶透镜阵列120’的立体显示器除了可在第二方向Y显示立体影像外，亦可显示第一方向X以像素为分割画面的立体影像。具体而言，当第三电极E3’以及第四电极E4被提供接地电位时，而当第一电极E1以及第二电极E2其中一者可与第三电极E3’以及第四电极E4之间存在电位差，而另一者可被提供接地电位时。此时，双眼位于第一方向X上的使用者可观赏到立体影像。另一方面，藉由提供第一电极E1、第二电极E2以及第四电极E4接地电位，并使第三电极E3’与第一电极E1、第二电极E2以及第四电极E4存在电位差时，双眼位于第二方向Y上的使用者可观赏到立体影像。换言之，透过延伸方向不同的第一电极E1、第二电极E2以及第三电极E3’、第四电极E4的搭配，使用者可在不同方向上观赏到立体影像。

具体而言，如图5A所示，以每一像素P包括第一子像素R、第二子像素G、第三子像素B为例，其中第一子像素R、第二子像素G、第三子像素B沿着第一方向X排列。此时，第三节距P3实质上等于像素P在第二方向Y上的长度L_P的二倍。因此，当第三电极E3’与第一电极E1、第二电极E2以及第四电极E4存在电位差时，液晶层126中对应第三电极E3’处的液晶分子会形成折射率渐变型透镜，因而有聚焦的效果。藉由第二方向Y上相邻的任意二第三分支部32之间的两个像素P分别显示左眼影像信息以及右眼影像信息，可让双眼在第二方向Y上的使用者可观看到立体影像。当然，在其它实施例中，第二基板124’亦可具有与本实施例中的第一基板122’相似的电极结构，以提供立体显示器在第一方向X上可切换不同最佳视距的功能。

综上所述，本发明可藉由可调式液晶透镜阵列的多种节距设计的电极，在驱动不同的电极下，达到立体显示装置可切换不同视距的功能。如此一来，当使用者欲改变观看距离时，也可以观看到显示效果良好的立体影像。

虽然本发明已以实施方式公开如上，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前述的申请专利范围所界定者为准。

Claims (9)

1.一种立体显示装置，其特征在于，包括：

一显示面板；以及

一可调式液晶透镜阵列，配置于该显示面板上，该可调式液晶透镜阵列包括：

一第一基板，包括：

一第一基底；

一第一电极，位于该第一基底上且具有多个第一分支部，该些第一分支部呈等节距排列，且任意二相邻的第一分支部之间存在一第一节距；以及

一第二电极，位于该第一基底上且具有多个第二分支部，该些第二分支部呈等节距排列，该些第二分支部与该些第一分支部沿着一第一方向交替排列，任意二相邻的第二分支部之间存在一第二节距，其中该第一节距大于该第二节距；

一第二基板，相对于该第一基板，该第二基板包括：

一第二基底；

一第三电极，位于该第二基底上以及该第一基底与该第二基底之间；以及

一液晶层，配置于该第一基板与该第二基板之间，当该第一电极与该第三电极之间存在一电位差时，该液晶层的等效折射率由相邻的任意二第一分支部向该二第一分支部的中间递增，或者当该第二电极与该第三电极之间存在一电位差时，该液晶层的等效折射率由相邻的任意二第二分支部向该二第二分支部的中间递增；

该显示面板具有阵列排列的多个像素，每一该像素包括一第一子像素、一第二子像素、一第三子像素，该第一子像素、该第二子像素、该第三子像素沿着该第一方向排列，其中该第一节距实质上等于该像素在该第一方向上的宽度的二倍，而该第二节距实质上等于该第一子像素以及该第二子像素在该第一方向上的宽度总合。

2.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，该第一基板与该第二基板的液晶间隙介于5微米至60微米之间。

3.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，该第三电极为一完整的导电层且全面性地覆盖该些第一电极以及该些第二电极。

4.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，该第三电极具有多个第三分支部，该些第三分支部呈等节距排列，且任意二相邻的第三分支部之间存在一第三节距，且该第三分支部沿着一第二方向排列，其中该第一方向与该第二方向交错。

5.如权利要求4所述的立体显示装置，其特征在于，该第一方向与该第二方向实质上垂直。

6.如权利要求4所述的立体显示装置，其特征在于，该第二基板还包括配置于该第二基底上的一第四电极，该第四电极具有多个第四分支部，该些第四分支部与该些第三分支部沿着该第二方向交替排列。

7.如权利要求6所述的立体显示装置，其特征在于，该第一基板还包括配置于该第一基底上的一第五电极，该第五电极配置于该第一电极与该第二电极之间。

8.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，每一该像素还包括一第四子像素，该第四子像素在一第二方向上与该第一子像素、该第二子像素以及该第三子像素重迭，该第一方向与该第二方向交错，且该第四子像素在该第一方向上的宽度实质上等于该第一子像素、该第二子像素以及该第三子像素在该第一方向上的宽度的总合。

9.如权利要求4所述的立体显示装置，其特征在于，该显示面板具有阵列排列的多个像素，每一该像素包括一第一子像素、一第二子像素、一第三子像素，该第一子像素、该第二子像素、该第三子像素沿着该第一方向排列，其中该第一节距实质上等于该像素在该第一方向上的宽度的二倍，该第二节距实质上等于该第一子像素以及该第二子像素在该第一方向上的宽度总合，而该第三节距实质上等于该像素在该第二方向上的长度的二倍。