CN103323983B - 立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立体显示装置。该立体显示装置包括一液晶面板以及设置在该液晶面板的上方或下方的一屏障单元。该屏障单元包括一第一基板、一第二基板以及一液晶层。该第一基板包括一第一电极。该第二基板包括一第二电极以及一第三电极，其中该第二电极以及该第三电极彼此分离。该液晶层设置在该第一基板以及该第二基板之间。当一第一电压施加在该第一电极与该第二电极且一第二电压施加在该第三电极时，该第一电极与该第三电极之间形成一黑区域。本发明实施例的立体显示装置，具有较小的过渡区域并可避免亮度不连续的现象。

Description

立体显示装置

技术领域

本发明涉及一种立体显示装置，且特别有关于一种立体显示装置的视差屏障(parallaxbarrier)单元。

背景技术

三维(threedimensional，3D)影像是根据通过人类眼睛的立体视觉原理所形成。由人眼之间大约65mm的距离所产生的双眼视差(binocularparallax)可以被认为是引起立体效果的最重要因素。

近年来，能以三维方式观看的显示内容吸引了人们的关注。有两种显示系统可用来观看：使用了偏光过滤镜片(被动偏光眼镜)或是快门眼镜的眼镜系统；以及不使用眼镜的裸眼系统，例如双凸透镜(lenticular)系统以及视差屏障(parallaxbarrier)系统。

在使用视差屏障方法的二维/三维可切换式显示系统中，通常是使用扭转向列型(TwistedNematic，TN)液晶来进行屏障切换。然而，当传统屏障单元内的TN液晶被驱动时，在黑区域(blackregion)以及白区域(whiteregion)之间存在过渡区域(transitiveregion)。此外，当TN液晶旋转时的缠结现象，容易在过渡区域两侧产生区域亮度极大值，产生亮度不连续的现象。

因此，需要一种立体显示装置，其具有较小的过渡区域并可避免亮度不连续的现象。

发明内容

本发明提供一种立体显示装置。该立体显示装置包括：一液晶面板；以及一屏障单元，设置在该液晶面板的上方或下方。该屏障单元包括：一第一基板，包括一第一电极；一第二基板，包括一第二电极以及一第三电极，其中该第二电极以及该第三电极彼此分离；以及一液晶层，设置在该第一基板以及该第二基板之间。当一第一电压施加在该第一电极与该第二电极且一第二电压施加在该第三电极时，该第一电极与该第三电极之间形成一第一黑区域。

再者，本发明提供另一种立体显示装置。该立体显示装置包括：一液晶面板；以及一屏障单元，设置在该液晶面板的上方或下方。该屏障单元包括：一第一基板，包括一第一电极；一第二基板，包括一第二电极以及多个第三电极，其中该第二电极以及该多个第三电极彼此分离，以及每一该第三电极为浮接并且被该第二电极所包围；以及一液晶层，设置在该第一基板以及该第二基板之间。当一第一电压施加在该第一电极以及一第二电压施加在该第二电极时，该第一电极与该第二电极之间形成一黑区域。

本发明实施例的立体显示装置，具有较小的过渡区域并可避免亮度不连续的现象。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1显示根据本发明一实施例所述的立体显示装置；

图2A显示根据本发明一实施例所述的屏障单元；

图2B显示沿图2A中A-A’剖面线的屏障单元的电路示意图；

图3显示图2B的屏障单元中电路R1的等电位线与液晶分布示意图；

图4A显示根据本发明另一实施例所述的屏障单元；

图4B显示沿图4A中B-B’剖面线的屏障单元的电路示意图；

图5显示图4B中电极310、320与330的简单电路图；

图6A显示根据本发明另一实施例所述的屏障单元；

图6B显示沿图6A中C-C’剖面线的屏障单元的电路示意图；

图6C显示沿图6A中D-D’剖面线的屏障单元的电路示意图；

图7A显示图6A的屏障单元的亮度示意图；

图7B显示图6A的屏障单元的另一亮度示意图；以及

图8显示根据本发明一实施例所述的立体显示装置中单一像素的彩色滤光片以及屏障单元的排列示意图。附图标号：

100～立体显示装置；

110、140、160～偏光片；

120、200、300、400、520～屏障单元；

122～上基板；

124～液晶层；

126～下基板；

130～液晶面板；

150～液晶阵列；

170～背光；

210、220、230、310、320、330、410、420、430、440～电极；

512R、512G、512B、514R、514G、514B、516R、516G、516B～次像素；

500～像素；

510～彩色滤光片；

C1、C2、C3、C4、C5～电容；

S1、S2、S3、S4～缝隙；

V_com～共同电压；

V_D～驱动电压；

V_float～电压；

Z_B～黑区域；

Z_T～过渡区域；以及

Z_W～白区域。

具体实施方式

为让本发明的该和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

实施例：

图1显示根据本发明一实施例所述的二维/三维可切换式立体显示装置100。立体显示装置100包括偏光片110、屏障(barrier)单元120、液晶面板130以及背光170。屏障单元120包括上基板122、液晶层124以及下基板126，其中液晶层124包括多个扭转向列型(TN)液晶。液晶面板130包括偏光片140、液晶阵列150以及偏光片160。液晶阵列包括薄膜晶体管基板(未显示)、彩色滤光片基板(未显示)及夹置于两基板之中的液晶层(未显示)，其中基板可例如是玻璃基板或高分子基板，此处的液晶层可以是扭转向列型(TN)液晶、垂直配向型(VA)液晶或平面切换型(InPlaceSwitch，IPS)液晶。在此实施例中，上基板122与下基板126为玻璃基板。上基板122与下基板126亦可为高分子基板。此外，偏光片110为上偏光片、偏光片140为中偏光片而偏光片150为下偏光片。在立体显示装置100三维模式中，通过施加电压来控制屏障单元120的切换，可选择性地阻挡来自背光170的光线并限制其出射方向，使左眼及右眼分别接收左眼影像以及右眼影像，产生立体视觉。在立体显示装置100的二维模式中，屏障单元120不施加电压，保持扭转向列型(TN)液晶正常白(normallywhite)的状态，使液晶面板130的影像完全通过，显示二维画面。此外，若另外设置广视角膜(wide-viewfilm)在偏光片110、偏光片140或偏光片160之中，则可以使得ISOCR范围扩张，达到对比平衡的效果。

图2A显示根据本发明一实施例所述的屏障单元200。屏障单元200包括三个电极210、220与230，其中电极210、220与230由透明电极所形成，例如氧化铟锡(Indiumtinoxide，ITO)。在此实施例中，电极210设置在屏障单元200的上基板(例如图1的上基板122)，而电极220与230设置在屏障单元200的下基板(例如图1的下基板126)。值得注意的是，电极220与电极230设置在共平面上且彼此分离。此外，电极220与电极230的指状部分为互相交错，并相隔了缝隙S1。再者，电极210会全面覆盖住电极220、电极230以及缝隙S1。在此实施例中的三维模式，当共同电压V_com施加在电极210与220而驱动电压V_D施加在电极230时，屏障单元200会被开启，其中驱动电压V_D与共同电压V_com之差大于阀值电压(thresholdvoltage)且大于百分之九十灰阶位准。于是，在电极210与电极230之间的TN液晶会形成黑区域Z_B，而在电极210与电极220之间的TN液晶会形成白区域Z_W。共同电压V_com可以是直流的接地电压(例如0V)、直/交流的低电压(例如DC5V、AC2.5V)。此外，当驱动电压V_D同时施加在电极220与电极230时，屏障单元200保持扭转向列型(TN)液晶正常白(normallywhite)的状态，为二维模式。在一实施例中，电极210设置在屏障单元200的下基板，而电极220与230设置在屏障单元200的上基板。

图2B显示沿图2A中A-A’剖面线的屏障单元200的电路示意图。在2B图中，共同电压V_com施加在电极210与电极220，而驱动电压V_D系施加在电极230，使得屏障单元200可以被开启为三维模式。电极210与电极220之间液晶层的等效电容为C1，以及电极210与电极230之间液晶层的等效电容为C2，其中等效电容C1的两侧的电压差为0，因此等效电容C1值为0。相较于传统屏障单元，屏障单元200内设置等效电容C1能将位于黑区域以及白区域之间的过渡区域变小，并改善影像串扰(X-talk)。在此实施例中，过渡区域Z_T定义灰阶位准从百分之十至百分之九十的范围。图3显示图2B的屏障单元200中电路R1的等电位线与液晶分布示意图。同时参考图2B与图3，在电场分布图中，等效电容C1会使得等电位线集中于白区域Z_W及过渡区域Z_T，换句话说，位于等效电容C1区域的液晶保持未受电压的原状态，如此能窄化位在黑区域Z_B以及白区域Z_W之间的过渡区域Z_T。相较之下，无等效电容C1设计的屏障单元，其等电位线及过渡区域Z_T将向白区域Z_W延伸，宽度将大于本实施例。

图4A显示根据本发明另一实施例所述的屏障单元300。屏障单元300包括电极310、电极320以及多个电极330，其中电极310、320与330由透明电极所形成。电极310设置在屏障单元300的上基板(例如图1的上基板122)，而电极320与电极330设置在下基板(例如图1的下基板126)。值得注意的是，电极320与电极330设置在共平面上且彼此分离。此外，每一电极330为长条状，并被电极320所包围，其中电极320与每一电极330之间的距离为缝隙S2。再者，电极310会全面覆盖住电极320、电极330以及缝隙S2。值得注意的是，每一电极330为浮接(floating)，即无实质电连接其他导体电极。在此实施例中的三维模式，当共同电压V_com施加在电极310而驱动电压V_D施加在电极320时，屏障单元300会被开启，于是在电极310与电极320之间的TN液晶会形成黑区域Z_B，而在电极310与电极330之间的TN液晶会形成白区域Z_W。在一实施例中，电极310设置在屏障单元300的下基板，而电极320与电极330设置在上基板。

图4B显示沿图4A中B-B’剖面线的屏障单元300的电路示意图。在图4B中，共同电压V_com施加在电极310而驱动电压V_D施加在电极320，使得屏障单元300可以被开启。电极310与电极320之间液晶层的等效电容为C3，以及电极310与电极330之间液晶层的等效电容为C4。此外，电极320与电极330之间液晶层的等效电容为C5，其中电极330的电压V_float可由电容C4与电容C5所决定。为了简化说明，使用图5来显示图4B中电极310、320与330的简单电路图。一般而言，电容的大小与金属板的面积A及介质的介电系数ε成正比，而与两金属板之间的距离d成反比，即因此，当电极310与电极330之间的距离减少时，电容C4会增加。此外，若电极330的面积增加，则电容C4亦会增加。再者，当电极320与电极330之间的缝隙S2增加时，电容C5会减少。于是，电容C4会远大于电容C5(即C4＞＞C5)。因此，根据下列的算式，可得到电容C5大约等于总电容C_total：

$\frac{1}{C_{\mathrm{total}}}=\frac{1}{C4}+\frac{1}{C5}$

$\⇒\frac{C5}{C_{\mathrm{total}}}\≅1$

$\⇒C5\≅\mathrm{Ctotal}$

此外，更根据下列的算式，可得到电极330的电压V_float大约为0V：

$C_{\mathrm{total}}=\frac{Q}{V_D}\≅C5\frac{Q}{V_D-v_{\mathrm{float}}}$

$\⇒V_{\mathrm{float}}\≅0$

其中Q为总电容C_total所储存的电荷。如先前所描述，当电极330的电压V_float为0V时，屏障单元300内的等效电容C4能将位于黑区域Z_B以及白区域Z_W之间的过渡区域Z_T变小，并改善影像串扰。

图6A显示根据本发明另一实施例所述的屏障单元400。具有屏障单元400的立体显示装备可适用于可携式电子产品，例如智能型手机或平板电脑，其中当可携式电子产品操作在横摆模式(landscapemode)或是直摆模式(portraitmode)时，立体显示装备皆可提供三维影像。屏障单元400包括电极410、420、430与440，其中电极410、420、430与440由透明电极所形成。电极410与电极420设置在屏障单元400的上基板(例如图1的上基板122)，而电极430与电极440设置在下基板(例如图1的基板126)。值得注意的是，电极410与电极420设置在共平面上且彼此分离，而电极410与电极420的指状部分为互相交错，并相隔了缝隙S3。此外，电极430与电极440设置在共平面上且彼此分离，而电极430与电极440的指状部分为互相交错，并相隔了缝隙S4。随着可携式电子产品的操作模式，可施加对应的电压至电极410-440，以便控制屏障单元400的切换。举例来说，若可携式电子产品操作在三维显示横摆模式，则当共同电压V_com施加在电极410、420与430以及驱动电压V_D施加在电极440时，屏障单元400会被开启，于是在电极440与电极410之间的TN液晶以及在电极440与电极420之间的TN液晶会形成黑区域Z_B，而在电极430与电极410之间的TN液晶以及在电极430与电极420之间的TN液晶会形成白区域Z_W。反之，若可携式电子产品操作在三维显示直摆模式，则当共同电压V_com施加在电极420、430与440以及驱动电压V_D施加在电极410时，屏障单元400会被开启，于是在电极410与电极430之间的TN液晶以及在电极410与电极440之间的TN液晶会形成黑区域Z_B，而在电极420与电极430之间的TN液晶以及在电极420与电极440之间的TN液晶会形成白区域Z_W。此外，在此实施例中，缝隙S3与缝隙S4具有相同的距离。在一实施例中，电极410与电极420设置在屏障单元400的下基板，而电极430与电极440设置在上基板。

图6B显示沿图6A中C-C’剖面线的屏障单元400的电路示意图。在图6B中，共同电压V_com施加在电极420与430而驱动电压V_D施加在电极440上，使得屏障单元400可以被开启。同样地，电极430与电极420之间的电容能将位于黑区域Z_B以及白区域Z_W之间的过渡区域Z_T变小，并改善影像串扰。图6C显示沿图6A中D-D’剖面线的屏障单元400的电路示意图。在图6C中，共同电压V_com施加在电极420与440而驱动电压V_D施加在电极410，使得屏障单元400可以被开启。同样地，电极440与电极420之间的电容能将位于黑区域Z_B以及白区域Z_W之间的过渡区域Z_T变小，并改善影像串扰。

参考回图6A，为了避免缝隙过大所造成的漏光现象(如标号450所显示)，可适当地将缝隙S3以及缝隙S4的距离变窄，例如缝隙S3与缝隙S4小于7um。如此一来，暗区域内的不连续线亦会消失。除了使用较窄的缝隙之外，亦可使用过驱动电压(overdrivingvoltage)来施加在电极上，即增加驱动电压V_D与共同电压V_com的电压位准之差以避免漏光，并且过驱动方式可减轻液晶缠结现象，改善亮度不连续的现象。图7A显示图6A的屏障单元400的亮度示意图。在图7A中，屏障单元400的液晶层选用低驱动电压的扭转向列型液晶，共同电压V_com为0，其中曲线70表示使用正常驱动电压(例如V_D为±2.5V)的亮度，而曲线72表示使用过驱动电压(例如V_D为±5V)的亮度。相较于曲线70的不连续现象(如箭头R2所显示)，曲线72的不连续现象(如箭头R3所显示)已经明显地降低。图7B显示图6A的屏障单元400的另一亮度示意图。在图7B中，屏障单元400的液晶层由常见扭转向列型液晶所形成，共同电压V_com为0，其中曲线74表示使用正常驱动电压(例如V_D为±5V)的亮度，而曲线76表示使用过驱动电压(例如V_D为±7V)的亮度。相较于曲线74的不连续现象(如箭头R4所显示)，曲线76的不连续现象(如箭头R5所显示)已经明显地降低。

图8显示根据本发明一实施例所述的立体显示装置中单一像素500的彩色滤光片510以及屏障单元520的排列示意图，可适用于横摆模式(landscapemode)或是直摆模式(portraitmode)皆可使用的立体显示装置。在图8中，像素500具有红绿蓝(RGB)三原色。彩色滤光片510包括由9个次像素512R、512G、512B、514R、514G、514B、516R、516G与516B所形成的3x3阵列。在此实施例中，9个次像素以马赛克(mosaic)方式排列于阵列中。在彩色滤光片510的阵列中，每一行以及每一列各自具有对应于RGB原色的3个次像素。举例来说，第一列具有红色的次像素512R、绿色的次像素512G以及蓝色的次像素512B，而第一行具有红色的次像素512R、蓝色的次像素514B以及绿色的次像素516G。值得注意的是，在同一行以及同一列中，并无具有相同原色的次像素。此外，相应于彩色滤光片510的次像素阵列的排列，屏障单元520亦包括9个屏障子单元，其中每一屏障子单元的结构可以是图2A中的屏障单元200、图4A中的屏障单元300或是图6A中的屏障单元400。在一实施例中，像素500可具有红绿蓝白(RGBW)四原色，而彩色滤光片510包括由16个次像素所形成的4x4阵列。同样地，在该阵列的同一行以及同一列中，并无具有相同原色的次像素。此设计可保持横摆模式及直摆模式具有类似的显色效果。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，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，因此本发明的保护范围当视权利要求范围所界定者为准。

Claims (7)

1.一种立体显示装置，其特征在于，包括：

一液晶面板；以及

一屏障单元，包括：

一第一基板，包括一第一电极；

一第二基板，包括一第二电极以及多个第三电极，其中所述第二电极以及所述多个第三电极彼此分离，以及每一所述第三电极为浮接并且被所述第二电极所包围；以及

一液晶层，设置在所述第一基板以及所述第二基板之间，

其中当一第一电压施加在所述第一电极以及一第二电压施加在所述第二电极时，所述第一电极与所述第二电极之间形成一黑区域。

2.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述第一电极覆盖于所述第二电极以及所述多个第三电极。

3.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述第一电极与所述第三电极之间形成一白区域。

4.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极与所述第三电极由透明电极所形成。

5.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，更包括：

一第一偏光片，设置在所述屏障单元的上方；

一第二偏光片，设置在所述屏障单元的下方；

一第一广视角膜，设置在所述第一偏光片之中；以及

一第二广视角膜，设置在所述第二偏光片之中。

6.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述液晶面板包括：

一彩色滤光片，具有多个像素，其中每一像素具有N种原色并且包括由多个次像素所形成的一阵列；

其中在所述阵列的每一行以及每一列中分别具有N个次像素，以及在所述阵列的同一行以及同一列中的次像素具有不同的所述原色。

7.如权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，所述第一电压为一接地电压，以及所述第二电压为一过驱动电压。