CN103257471A

CN103257471A - 具有切换模式的显示装置

Info

Publication number: CN103257471A
Application number: CN2012100395469A
Authority: CN
Inventors: 郑岳世
Original assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Chi Mei Optoelectronics Corp
Current assignee: Innocom Technology Shenzhen Co Ltd; Innolux Shenzhen Co Ltd; Chi Mei Optoelectronics Corp
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2013-08-21

Abstract

本发明提供一种具有切换模式的显示装置，包括：一显示单元，包含多个左眼像素及多个右眼像素交替排列；以及一电切换调光单元设置于此显示单元上。此电切换调光单元包含一柱状透镜结构层夹设于一第一电极及一第二电极之间，柱状透镜结构层具有排列设置的多个柱状透镜结构，每一柱状透镜结构包含多个液晶单体分子填入其中，这些液晶单体分子具有依照一电场作切换的一第一模式及一第二模式，其中这些液晶单体分子的表面上带有一电荷控制剂以增加此电场对这些液晶单体分子的影响能力。

Description

具有切换模式的显示装置

技术领域

本发明是有关于立体显示装置，且特别是有关于一种可在立体模式及平面模式之间作切换的立体显示装置。

背景技术

正常人体的左右眼所观察到的影像具有稍微不同，经过大脑混合左右眼各自所看到的影像，即可判断深度，而成为平常所看到的立体(three dimensional，3D)世界。因此，尽管平面显示装置仅能显示平面(two dimensional，2D)影像，但若能让使用者的左右眼各自看到对应于左右眼的影像，即可让使用者感测到影像深度，而观察到如同真实世界的立体影像。

近年来，立体(3D)显示装置的技术可分为两大类，分别为眼镜型与裸视型立体显示技术。眼镜型立体显示技术为利用眼镜的左右眼的偏光效果，让使用者的左右眼各自看到对应的左右眼影像。裸视型立体显示技术则应用调光单元(beam control element)直接摆置于显示器前，因为不需让使用者特别配戴眼镜，其为一种相对容易达到立体显示的方法。光线控制单元一般为阻障层(barrierlayer)或柱状透镜结构(lenticular structure)，例如柱状透镜(lenticular lens)。利用这些调光单元可控制或改变光线折射的角度，将左右眼影像画面分别传送至对应的左右眼。

在许多应用中，立体显示装置需要在平面模式及立体模式中作切换，以满足使用者的需求。例如，使用者在观赏立体模式一段时间后易于感到疲累，如切换到平面模式可使使用者较为放松。或者，当需要较佳的解析度时，平面模式的解析度可较立体模式佳。因此，已发展出可于立体模式及平面模式之间作切换的显示装置，特别是可利用电场来控制切换的显示装置。

具有切换模式柱状透镜结构立体显示装置为立体显示装置中的其中一种，其包含一柱状透镜结构层夹设于两电极之间，每一柱状透镜结构包含液晶单体分子设于其中。在未施予电场时，液晶单体分子系保持在不会折射光线的方向。使用者的左右眼皆可同时观察到像素层中的每一个像素。在施予电场时，液晶单体分子对光线产生折射。此时，使用者的左眼仅能观察到左眼像素，且右眼仅能观察到右眼像素，因而观察到立体影像。

然而，上述柱状透镜结构立体显示装置虽然利用电场变化即可立体模式及平面模式之间作切换，但随着立体影像显示装置所需的尺寸越来越大及解析度越来越高，柱状透镜结构层所需的柱状透镜结构数量及厚度(cell gap)亦需随之增加。因此，在立体/平面模式作切换时，需要以更强的电场去驱动柱状透镜结构中这些液晶单体分子转向而造成装置耗电，且这些液晶单体分子的对于电场的反应速度缓慢，甚至慢到直接可被使用者的眼睛察觉。再者，在平面模式时，柱状透镜结构层中的液晶单体分子易于受到外力而分散，产生擦拭残影(pushmura)的问题，亦会使得此显示装置的稳定度不佳。

因此，业界所需的是一种能够解决上述问题的具有切换模式的影像显示装置。

发明内容

本发明实施例提供一种具有切换模式的显示装置，包括：一显示单元，包含多个左眼像素及多个右眼像素交替排列；以及一电切换调光单元，设置于此显示单元上，包含：一柱状透镜结构层，夹设于一第一电极及一第二电极之间，此柱状透镜结构层具有排列设置的多个柱状透镜结构，每一柱状透镜结构包含多个液晶单体分子填入其中，这些液晶单体分子具有依照一电场作切换的一第一模式及一第二模式；以及一电荷控制剂，位于此些液晶单体分子的表面，以增加此电场对这些液晶单体分子的影响能力。

在本发明的具有切换模式的显示装置中，液晶单体分子的表面可因电荷控制剂被部分极化而产生相对的正电荷及负电荷，并借由其增加液晶单体分子彼此之间的稳定度，及增加电场对液晶单体分子的影响能力，例如增加液晶单体分子对施予电场的反应速度及减少电场驱动液晶单体分子作切换时所需施予的电场强度。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1A显示依照本发明的一实施例的具有切换模式的显示装置切换至第一模式的示意图。

图1B显示依照本发明的一实施例的具有切换模式的显示装置切换至第二模式的示意图。

图2A显示依照图1A的具有切换模式的显示装置中的液晶单体分子及电荷控制剂的放大示意图，及电荷控制剂的电荷分布图。

图2B显示依照图1B的具有切换模式的显示装置中的液晶单体分子及电荷控制剂的放大示意图，及电荷控制剂的电荷分布图。

主要元件符号说明：

具有切换模式柱状透镜结构

100～具有切换模式的显示装置

104～显示单元 106～电切换调光单元

110～阵列基板 112～彩色滤光片基板

114～液晶层 118～像素层

118L～左眼像素 118R～右眼像素

122～柱状透镜结构层 124～第一电极

126～第二电极 130～液晶单体分子

130’～液晶单体分子 132～电荷控制剂

132’～电荷控制剂 170～第一配向层

172～第二配向层 180～间隔层

A、A’～柱状透镜结构层中的区域

具体实施方式

图1A是本发明一实施例中，具有切换模式的显示装置100的示意图。此具有切换模式的显示装置100可例如为柱状透镜结构型的立体影像显示装置。此具有切换模式的显示装置100可包含显示单元104及电切换调光单元106。显示单元104可例如为液晶显示装置、发光二极管显示装置或有机发光二极管显示装置。在本实施例中，系以液晶显示装置作为范例，但可知的是，本领域普通技术人员当可以常规技术将其替换为其他显示装置。显示单元104可包含阵列基板110、彩色滤光片基板112、与夹设与两者之间的液晶层114。在阵列基板110上，具有由交错排列的多个左眼像素118L及多个右眼像素118R组成的像素层118。

电切换调光单元106可设置在显示单元104的彩色滤光片基板112上。电切换调光单元106可包含第一电极124、第二电极126及柱状透镜结构层122夹设于第一电极124及第二电极126之间。第一电极124及第二电极126可为平行排列。第一电极124及第二电极126可为一透明导电层，例如可为氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡锌(ITZO)或前述的组合。柱状透镜结构层122可设置于第一电极124上，其包含多个柱状透镜结构排列设置。每一柱状透镜结构系为一封闭空间，并具有液晶单体分子130填入其中，以使柱状透镜结构层122具有柱状透镜的功能。在一实施例中，每一柱状透镜结构的上部表面可例如为一弧形。每一柱状透镜结构可各自对应于显示单元104中的一个左眼像素118L及一个右眼像素118R。

第一配向层170可设置于柱状透镜结构层122及第一电极124之间。第二配向层172可顺应性地覆盖于柱状透镜结构层122的上部的弧状表面上。在第一电极124及第二电极126之间不具有电场时，柱状透镜结构层122中的液晶单体分子130可借由第一配向层170及第二配向层172排列整齐，并保持在其原本的位置。例如，第一配向层170及第二配向层172可保持液晶单体分子130的长轴朝向水平方向排列。间隔层180可为任意的透明填充物，填入柱状透镜结构层122及第二电极126之间的空隙中。

液晶单体分子130包含可各种已知的扭转向列型液晶(twisted nematicliquid crystal)材料。这些液晶单体分子130本身不带有电性或不具有易于受电性影响的官能基。值得注意的是，每一液晶单体分子130的表面上可带有电荷控制剂132，以加强电场对每一液晶单体分子130的影响能力。例如，借由此电荷控制剂，可减少电场驱动液晶单体分子130作转向时的电场强度，或是增加液晶单体分子130对该电场的反应速度。在一实施例中，电荷控制剂系为择自下列族群组成的正电电荷控制剂：择自下列族群组成的正电电荷控制剂：四级铵盐(quaternary ammonium salts)、吡啶盐(pyridium salts)、鎓盐(onium salts)、金属盐类(metal salts)、苯胺黑染料(nigrosine dye)、聚胺树脂(polyamine resin)、三苯基甲基化合物(triphenylmethane compound)、咪唑衍生物(imidazolederivatives)、胺类衍生物(amine derivatives)及鏻盐(phosphonium salt)。在另一实施例中，电荷控制剂包含择自下列族群组成的负电电荷控制剂：柳酸的金属错合物(metal complexes of salicylic acid)、烷基柳酸(alkyl-salicylic acid)、偶氮染料(azo dye)、杯芳烃化合物(calixarene compound)、苯基酸硼错合物(benzyl acidboron complex)、磺酸盐(sulfonate salt)及氟碳衍生物(fluorocarbon derivatives)。或者，电荷控制剂可为离子型表面活性剂，例如气溶凝胶联甲苯胺(areosal OT)、十二烷苯磺酸钠(sodium dodecylbenzenesulfonate)、金属皂、聚丁烯丁二酰亚胺(polybutene succinimide)、顺丁烯二酸酐共聚物(maleic anhydride copolymers)、乙烯基吡啶共聚物(vinylpyridine copolymers)、乙烯吡咯烷酮共聚物(maleicanhydride copolymers)、丙烯酸共聚物(acrylic acid copolymers)、N，N-二甲基胺基丙烯酸乙酯共聚物(N，N-dimethylaminoethyl acrylate copolymers)或前述的组合。值得注意的是，在一实施例中，可同时吸附至少两种电荷控制剂132于液晶单体分子130的表面上。例如，可同时吸附正电电荷控制剂或负电电荷控制剂于液晶单体分子130的表面上。

这些电荷控制剂132可经由物理吸附的方式吸附于液晶单体分子130的表面上，例如，在一实施例中，可先将液晶单体分子130置于含有上述电荷控制剂132的溶液中，以使电荷控制剂132吸附于液晶单体分子130上。随后，再以适当的溶剂持续清洗液晶单体分子130一段时间，冲洗掉多余的电荷控制剂132，仅留下不易自液晶单体分子132表面上脱落的电荷控制剂132。

此具有切换模式的显示装置可具有一第一模式及一第二模式。图1A可显示为此具有切换模式的显示装置100于第一模式时的示意图。在第一模式时，电切换调光单元106中的第一电极124及第二电极126可具有相同的电位(例如皆为0)，而无电场施予至液晶单体分子130。此时，这些液晶单体分子130系为切换至第一模式。在第一模式时，借由第一配向层170及第二配向层172控制，这些液晶单体分子130系大致以水平态排列(长轴朝向水平方向)，以避免对显示单元104的像素层118所发出的光线产生折射。此时，液晶单体分子130系作为不会产生折射的材料，不会影响柱状透镜结构的光学性质，因此使用者的左眼及右眼皆可直接观赏到显示单元106中每一像素(包含左眼像素及右眼像素)，而看到平面(2D)影像。亦即，在第一电极及第二电极之间不具有电场时，此具有切换模式的显示装置(或液晶单体分子)系为切换至显示平面影像(2D)的模式。

参见图2A，其显示图1A中的区域A中的液晶单体分子130及电荷控制剂132的放大示意图及电荷控制剂132在液晶单体分子130表面的电荷分布情况。在图2A中，在没有未外加电场的影响下，液晶单体分子130的表面可因电荷控制剂132的极性而被部分极化，而产生相对的正电荷及负电荷。例如，电荷控制剂132所产生的相对的正电荷及负电荷系大致上朝向平行于第一电极124及第二电极126的方向(图2A中的水平方向)排列，且这些液晶单体分子130及电荷控制剂132总体上系维持在电中性。因此，这些液晶单体分子130及液晶单体分子130之间可借由这些相对的正电荷及负电荷所产生相互吸引的静电力，维持更为稳定的状态。因此，如本发明实施例所提供的具有切换模式的显示装置，在第一模式时，柱状透镜结构层122中的液晶单体分子130(表面带有电荷控制剂)相较于传统的具有切换模式的显示装置更为稳定，不易受到外力影响而分散，因而可有效解决传统的具有切换模式的显示装置的擦拭残影(pushmura)的问题。

本发明实施例的具有切换模式的显示装置100可在第一电极124及第二电极126之间具有一电场时，切换至第二模式。参见图1B，其显示此具有切换模式的显示装置100在第二模式时的示意图。在第一模式时，电切换调光单元106中的第一电极124及第二电极126可具有不同的电位，而产生电场E施予至液晶单体分子130’。例如，受到电场E的影响，液晶单体分子130’表面上受电荷控制剂132’影响所产生的相对的正电荷及负电荷系可各自朝向第一电极124及第二电极126移动，并产生一帮助液晶单体分子130’转向的动力并降低液晶单体分子130’之间的粘度。如此，相较于传统的具有切换模式的显示装置，本发明实施例所提供的具有切换模式的显示装置100不但可加快液晶单体分子130’在切换至第二模式时的的转向速度，且仅需相对较低的电压即可驱动这些液晶单体分子130’作转向。在切换至第二模式后，液晶单体分子130’系可作为一柱状透镜，以对显示单元104中的左眼像素118L及右眼像素118R所发出的光线作折射而改变其方向。如此，显示单元104中的左眼像素118L及右眼像素118R所发出的光线可各自可折射至使用者的左眼及右眼，使得使用者可观赏到立体(3D)影像。

例如，参见图2B，其系显示图1B中的区域A’中的液晶单体分子130’及电荷控制剂132’的放大示意图及电荷控制剂132’在液晶单体分子130表面的电荷分布情况。在第二模式时，由于电场E的影响，液晶单体分子132’的长轴转向至平行于电场E的方向。此外，液晶单体分子130’表面上受电荷控制剂132’影响所产生的相对的正电荷及负电荷(如图2B所示)可各自朝向于第一电极124及第二电极126移动(平行于电场E的方向)，移动至液晶单体分子132’的上下两侧。这些驱使正电荷及负电荷朝两电极移动的动力，将加快液晶单体分子130’在切换至第二模式时的的转向速度，且仅需相对较低的电压即可驱动这些液晶单体分子130’切换至第二模式。

当消去第一电极124及第二电场126之间的电场E时，此具有切换模式的显示装置100可再次由第二模式切换至第一模式。当由第二模式切换至第一模式时，液晶单体分子130可受到第一配向层170及第二配向层172的影响，趋向以如图1A所示的方式排列。液晶单体分子130表面上的受电荷控制剂132所产生的相对的正电荷及负电荷亦会趋向于第一模式时的水平方向排列。因此，液晶单体分子130表面上的受电荷控制剂132影响所产生的相对的正电荷及负电荷亦可帮助液晶单体分子130加快回到第一模式的速度。

综上所述，在本发明实施例的具有切换模式的显示装置中，液晶单体分子的表面可因电荷控制剂被部分极化而产生相对的正电荷及负电荷，并借由其增加液晶单体分子彼此之间的稳定度，及增加电场对液晶单体分子的影响能力，例如增加液晶单体分子对施予电场的反应速度及减少电场驱动这些液晶单体分子作切换时所需施予的电场强度。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种具有切换模式的显示装置，包括：

一显示单元，包含多个左眼像素及多个右眼像素交替排列；以及

一电切换调光单元，设置于该显示单元上，包含：

一柱状透镜结构层，夹设于一第一电极及一第二电极之间，该柱状透镜结构层具有排列设置的多个柱状透镜结构，每一柱状透镜结构包含多个液晶单体分子填入其中，所述液晶单体分子具有依照一电场作切换的一第一模式及一第二模式；以及

一电荷控制剂，位于所述液晶单体分子的表面，以增加该电场对所述液晶单体分子的影响能力。

2.如权利要求1所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，该影响能力包含减少该电场驱动所述液晶单体分子作切换时所需的电场强度。

3.如权利要求1所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，该影响能力包含增加所述液晶单体分子对该电场的反应速度。

4.如权利要求1所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，在未施予该电场至所述液晶单体分子时，所述液晶单体分子切换至该第一模式。

5.如权利要求4所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，所述液晶单体分子在切换至该第一模式时，所述左眼像素及所述右眼像素发出的光线系经由所述液晶单体分子使一使用者的左眼及右眼皆同时观察到所述左眼像素及所述右眼像素。

6.如权利要求4所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，所述液晶单体分子在切换至该第一模式时，所述液晶单体分子上的该电荷控制剂的正负极性朝向平行于该第一电极及该第二电极的方向排列。

7.如权利要求1所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，在施予该电场至所述液晶单体分子时，所述液晶单体分子切换至该第二模式。

8.如权利要求7所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，所述液晶单体分子在切换至该第二模式时，系会折射所述射左眼像素及所述右眼像素发出的光线，以使所述左眼像素及所述右眼像素各自对应至一使用者的左眼及右眼。

9.如权利要求7所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，所述液晶单体分子在切换至该第二模式时，所述液晶单体分子上的该电荷控制剂的正负极性朝向平行于该电场的方向排列。

10.如权利要求7所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，所述液晶单体分子在切换至该第二模式时，其彼此之间的粘度低于表面未带有该电荷控制剂的液晶单体分子之间的粘度。

11.如权利要求1所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，该电荷控制剂包含择自下列族群组成的正电电荷控制剂：四级铵盐、吡啶盐、鎓盐、金属盐类、苯胺黑染料、聚胺树脂、三苯基甲基化合物、咪唑衍生物、胺类衍生物及鏻盐。

12.如权利要求1所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，该电荷控制剂包含择自下列族群组成的负电电荷控制剂：柳酸的金属错合物、烷基柳酸、偶氮染料、杯芳烃化合物、苯基酸硼错合物、磺酸盐及氟碳衍生物。

13.如权利要求1所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，该电荷控制剂包含择自下列族群组成的离子型界面活性剂：气溶凝胶联甲苯胺、十二烷苯磺酸钠、金属皂、聚丁烯丁二酰亚胺、顺丁烯二酸酐共聚物、乙烯基吡啶共聚物、乙烯吡咯烷酮共聚物、丙烯酸共聚物及N，N-二甲基胺基丙烯酸乙酯共聚物。

14.如权利要求1所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，该电荷控制剂以物理方式吸附于所述液晶单体分子的该表面上。

15.如权利要求1所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，每一该柱状透镜结构中的所述液晶单体分子总体上为电中性。

16.如权利要求1所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，该电切换调光单元还包含一第一配向层设于该第一电极及该柱状透镜结构层之间，及一第二配向层顺应性覆盖于该柱状透镜结构层上。

17.如权利要求16所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，该第一配向层及第二配向层使所述液晶单体分子的长轴在切换至第一模式时朝向一水平方向。

18.如权利要求1所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，该电切换调光单元还包含一间隔层填于该柱状透镜结构层及该第二电极之间的空隙中。

19.如权利要求1所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，该液晶单体分子的表面上可同时带有一正电电荷控制剂及一负电电荷控制剂。

20.如权利要求1所述的具有切换模式的显示装置，其特征在于，该显示单元包含液晶显示装置、发光二极管显示装置、有机发光二极管显示装置或前述的组合。