CN104730763A - 液晶透镜显示装置及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种液晶透镜显示装置，包含背光模块和液晶结构。液晶结构包含液晶层、量子点层、和光遮蔽结构。液晶层可定义多个显示像素，而每个显示像素都可在通态和断态之间切换；光遮蔽结构包含两个遮蔽层，各遮蔽层都有多个开口和多个遮蔽部交替地设置。当像素电极是在通态时，液晶层分子会形成至少一液晶透镜以折射蓝光光束，而被折射的光束会穿过光遮蔽结构上的开口到达量子点层；当显示像素是在断态时，光束不会被折射而被光遮蔽结构所阻挡。

Description

液晶透镜显示装置及其制作方法
技术领域
本发明是有关于一种显示技术，且特别是关于使用多层光遮蔽结构和量子点去改善光学效率的液晶透镜显示装置。
背景技术
目前液晶显示装置(liquid crystal displays,LCDs)已普及地用于显示装置上。液晶显示装置可以在低耗电的情况下提供良好质量的显示影像，因此常用于以电池供电的电子设备的显示装置上，比方说像是笔记型计算机，行动电话，数字相机和其它可携式装置。
举个例子来说，一般的液晶显示装置仅包含一背光模块(backlightmodule)、一扩散膜(diffusion film)、二偏光片(polarizer)、一液晶层(liquid crystallayer)与一透明电极位于二偏光片之间，且透明电极用来驱动液晶层的液晶分子。如果此液晶显示装置是一彩色液晶显示装置，那此装置也可包含一彩色滤光层(color filter layer,CF layer)。在如此的彩色液晶显示装置中，从背光模块射出的光在离开彩色液晶显示装置之前，会被导引通过扩散膜、其中一片的偏光片、透明电极和液晶层、彩色滤光层以及另一片的偏光片。
然而，液晶显示器的性能表现往往是受到液晶显示器本身光学效率的限制。目前液晶显示器的叠层结构通常仅具有约3～5％的光学效率。明确来说，当光从背光模块中发射出来且通过扩散膜、二片偏光片、液晶层、透明电极和彩色滤光层时，光会被每一层吸收一部分。在这样的情况下，当光离开液晶显示器的叠层结构时，此光的光学效率将下降至约3～5％。
因此，过去未解决的需求存在于先前所提及的这些缺点和不足中。
发明内容
在本发明的一实施例是关于液晶透镜显示装置，其包含：(a)第一基板和一第二基板，相分离以定义出一间隙；(b)偏光片，配置于第一基板相对于间隙的反侧；(c)液晶层，由液晶分子所形成且位于间隙，液晶层定义出多个显示像素，其中液晶层的各显示像素设置可在通态和断态之间切换；(d)量子点(quantum dot,QD)层，位于间隙中且设置于液晶层和第二基板之间；(e)背光模块，配置于偏光片相对于间隙的反侧，用以向偏光片发射蓝光光束进入液晶层；以及(f)光遮蔽结构，位于该间隙中且设置于液晶层和量子点层之间，其中光遮蔽结构包含：(i)第一遮蔽层与液晶层相分离，其中第一遮蔽层有多个第一开口和多个第一遮蔽部；以及(ii)第二遮蔽层，位于相分离的第一遮蔽层和液晶层之间，其中第二遮蔽层具有多个第二开口和多个第二遮蔽部，使得液晶层的各显示像素对应于至少一个这些第二开口，且各第二开口对应于该些第一遮蔽部其中之一，而各第二开口比与之对应的这些第一遮蔽部份其中之一更窄。
在一些实施例中，第一遮蔽层和第二遮蔽层的位置，使得液晶层各显示像素，当显示像素在通态且显示像素的液晶分子受驱动具有预定延迟光程(retardation)以形成至少一液晶透镜时，蓝光光束的一部分被至少一液晶透镜折射而直接穿过这些第二开口其中之一和这些第一开口其中之一抵达量子点层。
在一些实施例中，第一遮蔽层和第二遮蔽层的位置，使得液晶层的各显示像素，当显示像素在通态且显示像素的液晶分子受驱动具有预定延迟光程以形成至少一液晶透镜时，蓝光光束的一部分在穿过这些第一开口其中之一抵达量子点层之前，被至少一液晶透镜折射而穿过这些第二开口其中之一，且在第一遮蔽层的这些第一遮蔽部份和第二遮蔽层的这些第二遮蔽部之间反射。
在一些实施例中，液晶透镜显示装置进一步包含彩色滤光层，配置于量子点层和第二基板之间。
在一些实施例中，液晶透镜显示装置进一步包含：多个第一透明电极，配置于第一基板上；以及多个第二透明电极，配置于相对于该第一基板的液晶层的远侧；其中，各显示像素对应这些第一透明电极其中至少之一和这些第二透明电极其中至少之一，使得这些对应至各像素电极上的第一和第二透明电极，当提供一预定电压差于这些对应至各像素电极上的第一和第二透明电极之间时，藉由驱动显示像素的液晶分子具有预定延迟光程以形成至少一液晶透镜，用以将显示像素切换至通态。
在一些实施例中，背光模块包含：蓝光光源，用以发射蓝光光束；导光结构，用以引导蓝光光束射向偏光片；以及反射片，用以在导光结构中反射蓝光光束。
在一些实施例中，各至少一液晶透镜为具有焦距F的凸透镜。在一实施例中，焦距F为约11微米(μm)。在一些实施例中，第二遮蔽层和液晶层相分离，使得至少一液晶透镜和第二遮蔽层的第二开口之间的距离大约为焦距F。
在本案发明的另一实施例，提供一种用于液晶透镜显示器的液晶结构。在一些实施例中，液晶结构包含：(a)第一基板和第二基板，第一基板与第二基板相分离以定义出间隙；(b)液晶层，由液晶分子所形成且位于间隙中，液晶层定义出多个显示像素，其中液晶层的各显示像素设置可在通态和断态之间切换；(c)量子点层，位于间隙中且设置于液晶层和第二基板之间；以及(d)光遮蔽结构，位于间隙中且设置于液晶层和量子点层之间，其中光遮蔽结构包含：(i)第一遮蔽层，其与液晶层相分离，其中第一遮蔽层有多个第一开口和多个第一遮蔽部；以及(ii)第二遮蔽层，位于相分离的第一遮蔽层和液晶层之间，其中第二遮蔽层具有多个第二开口和多个第二遮蔽部，使得在液晶层中的各显示像素对应至少一个这些第二开口，且其中沿着一大约垂直于液晶层的第一方向，各第二开口对应于这些第一遮蔽部其中之一，各第二开口比与之对应的这些第一遮蔽部其中之一更窄。
在一些实施例中，第一遮蔽层和第二遮蔽层的位置，使得液晶层的各显示像素，当显示像素在通态且显示像素的液晶分子受驱动具有预定延迟光程以形成至少一液晶透镜时，蓝光光束的一部分被该至少一液晶透镜折射而直接穿过这些第二开口其中之一和这些第一开口其中之一抵达量子点层。
在一些实施例中，第一遮蔽层和该第二遮蔽层的位置，使得液晶层的各显示像素，当显示像素在通态且显示像素的液晶分子被设定有预定延迟光程以形成至少一液晶透镜，蓝光光束的一部分，在穿过这些第一开口之一抵达量子点层之前，被至少一液晶透镜折射而穿过这些第二开口之其中一，且在第一遮蔽层的这些第一遮蔽部份和第二遮蔽层的这些第二遮蔽部份之间反射。
在一些实施例中，液晶结构进一步包含偏光片配置于第一基板相对于间隙的反侧；以及彩色滤光层，配置于量子点层和第二基板之间。
在一些实施例中，液晶透镜显示装置进一步包含：多个第一透明电极，配置于第一基板上；以及多个第二透明电极，配置于相对第一基板的液晶层的远侧，其中各显示像素对应这些第一透明电极其中至少之一和这些第二透明电极其中至少之一，使得这些对应至各像素电极上的第一和第二透明电极，当提供预定电压差于这些对应至各像素电极上的第一和第二透明电极之间时，藉由显示像素的液晶分子被驱动具有预定延迟光程以形成至少一液晶透镜，用以将显示像素切换至通态。
在一些实施例中，各至少一液晶透镜为具有焦距F的凸透镜。在一些实施例中，第二遮蔽层和液晶层相分离，使得至少一液晶透镜和第二遮蔽层的第二开口之间的距离大约为焦距F。在一实施例中，焦距F为约11微米(μm)。
在本案发明的又一实施例，提供一种形成用于一液晶透镜显示装置的液晶结构的方法，在一些实施例中，方法包括：(a)放置相分离的一第一基板和一第二基板以定义出一间隙；(b)形成一量子点层在间隙中；(c)形成一光遮蔽结构在间隙中且位于第一基板和量子点层之间，其中光遮蔽结构包含：(i)第一遮蔽层具有多个第一开口和多个第一遮蔽部；以及(ii)第二遮蔽层和第一遮蔽层相分离，其中第二遮蔽层具有多个第二开口和多个第二遮蔽部；以及填入液晶分子在该间隙中以形成一液晶层，且液晶层位于第一基板和光遮蔽结构之间，其中液晶层定义出多个显示像素，各显示像素对应至少这些第二开口之一，其中各显示像素可在通态和断态之间切换；其中液晶层与第一基板和第二基板相分离，且其中各第二开口对应这些第一遮蔽部其中之一，且各第二开口比与之对应的这些第一遮蔽部其中之一更窄。
在一些实施例中，方法进一步包含：形成一偏光片于第一基板相对于间隙的反侧；以及形成一彩色滤光层于量子点层和第二基板之间。
在一些实施例中，方法进一步包含：形成多个第一透明电极于第一基板上；形成多个第二透明电极于离该第一基板较远的该液晶层的一侧上；其中，各显示像素对应这些第一透明电极其中至少之一和这些第二透明电极其中至少之一，使得这些对应至各像素电极上的第一和第二透明电极，当提供预定电压差于这些对应至各像素电极上的第一和第二透明电极之间时，藉由显示像素的液晶分子被驱动使其具有预定的延迟光程以形成至少一液晶透镜，用以将显示像素切换至该通态。
在一些实施例中，各至少一液晶透镜为具有焦距F的凸透镜，其中第二遮蔽层与液晶层相分离，使得至少一液晶透镜和第二遮蔽层的第二开口之间的距离大约为焦距F。
本案发明的这些和其它实施例将在优选的实施例的以下描述中并搭配以下图示清楚说明，在不偏离发明的创新概念的精神和领域下，其中的变化和修改可据以实施。
附图说明
附图和文字描述说明本案发明的一或多个实施例，以解释发明的原理，无论在任何可能的情况下，在图示中，用同样的参考数字表示提及实施例的一样或相似的元件，其中：
图1为根据发明的一实施例，绘示液晶透镜显示装置的剖面图；
图2A为根据发明的一实施例，绘示量子点结构；
图2B为根据发明的一实施例，绘示被激发的量子点的尺寸相关的光放射(发光颜色)特性；
图3A为根据发明的一实施例，绘示使用量子点层的液晶透镜显示装置的剖面图；
图3B为根据发明的一实施例，绘示使用量子点层的液晶透镜显示装置的光学效率的剖面图；
图4A为根据发明的一实施例，绘示使用光遮蔽结构和量子点层的液晶透镜显示装置的剖面图；
图4B为绘示图4A的液晶透镜显示装置，其中显示像素为断态；
图4C为绘示图4A的液晶透镜显示装置，其中显示像素为通态；
图5为根据发明的一实施例，绘示当显示像素在通态时，液晶透镜显示装置的液晶层的液晶分子的延迟光程；
图6A为根据发明的另一实施例，绘示使用光遮蔽结构和量子点层的液晶透镜显示装置的剖面图；
图6B为绘示图6A的液晶透镜显示装置，其中显示像素为断态；
图6C为绘示图6A的液晶透镜显示装置，其中显示像素为通态；
图7A为根据发明的又一实施例，绘示使用光遮蔽结构和量子点层的液晶透镜显示装置的剖面图；
图7B为绘示图7A的液晶透镜显示装置，其中显示像素为断态；
图7C为绘示图7A的液晶透镜显示装置，其中显示像素为通态；
图8为根据发明的一实施例，绘示当显示像素为通态时，液晶透镜显示装置的液晶层的液晶分子的延迟光程；
图9A为根据发明的又一实施例，绘示当显示像素为通态时，使用光遮蔽结构和量子点层的液晶透镜显示装置的剖面图；
图9B为根据发明的一实施例，绘示液晶透镜显示装置的彩色滤光层和透明电极；
图9C为绘示沿着如图9B所示的线A-A，绘示液晶透镜显示装置的剖面图；
图10A和10B为根据发明的一实施例，绘示形成液晶结构的第一步骤，其中图10A表示一平面图，图10B表示一透视图；
图11为根据发明的一实施例，绘示形成液晶结构的第二步骤；
图12为根据发明的一实施例，绘示形成液晶结构的第三步骤；
图13为根据发明的一实施例，绘示形成液晶结构的第四步骤；
图14为根据发明的一实施例，绘示形成液晶结构的第五步骤；
图15A为根据发明的一实施例，绘示形成液晶结构的第六步骤；
图15B为根据发明的一实施例，绘示形成液晶结构的步骤的流程图；
图16为根据发明的一实施例，绘示由第10A～15图的步骤所形成的液晶结构的剖面图；
图17A为根据发明的一实施例，绘示如图16所示的液晶结构的剖面图，其中液晶层为断态；
图17B为根据发明的一实施例，绘示如图16所示的液晶结构的剖面图，其中液晶层为通态；
图18A和18B为根据发明的一些实施例，绘示液晶层的折射系数，其中图18A表示液晶层为断态，图18B表示液晶层为通态；
图18C为根据发明的一实施例，为了液晶透镜的焦距F的ne计算，表示模拟的液晶分子排列方向；
图18D为根据发明的一实施例，表示ne计算的x-ne关系；
图19为根据发明的一实施例，绘示光遮蔽结构，其中被折射的光在第一遮蔽层的第一遮蔽部和第二遮蔽层的第二遮蔽部之间反射；
图20为根据发明的一实施例，绘示光遮蔽结构，其中被折射的光直接穿过第二开口和第一开口抵达量子点层。
其中，附图标记：
100：液晶显示装置
110：背光模块
112：光源
114：导光板
116：反射片
118：光
120：扩散膜
130：偏光片
140：液晶元件
142：薄膜晶体管层
144：液晶(分子)层
146：彩色滤光层
150：偏光片
200：量子点
210：核纳米晶体
220：壳纳米晶体
300：液晶显示装置
310：背光模块
312：蓝光光源
314：导光板
316：蓝光
330：量子点片
340：液晶元件
350：彩色滤光层
400：液晶透镜显示装置
410：背光模块
412：蓝光光源
414：导光结构(或导光板)
416：反射片
418：蓝光光束
420：偏光片
430：第一基板
440：液晶层
442：第一透明电极
444：第二透明电极
446：液晶分子
448：液晶透镜
450：光遮蔽结构
452：第二遮蔽层
454：第一遮蔽层
460：量子点层
470：彩色滤光层
480：第二基板
600：液晶透镜显示装置
610：背光模块
612：蓝光光源
614：导光结构(或导光板)
616：反射片
618：蓝光光束
620：偏光片
630：第一基板
640：液晶层
642：第一透明电极
644：第二透明电极
650：光遮蔽结构
652：第二遮蔽层
654：第一遮蔽层
660：量子点层
670：彩色滤光层
680：第二基板
700：液晶透镜显示装置
710：背光模块
712：蓝光光源
714：导光结构(或导光板)
716：反射片
718：蓝光光束
720：偏光片
730：第一基板
740：液晶层
742：第一透明电极
744：第二透明电极
746：液晶分子
748：液晶透镜
750：光遮蔽结构
752：第二遮蔽层
754：第一遮蔽层
760：量子点层
770：彩色滤光层
780：第二基板
900：液晶透镜显示装置
910：背光模块
912：蓝光光源
914：导光结构
916：反射片
918：蓝光光束
920：偏光片
930：第一基板
940：液晶层
942：第一透明电极
944：第二透明电极
950：光遮蔽结构
952：第二遮蔽层
954：第一遮蔽层
960：量子点层
970：彩色滤光层
1040：液晶层
1042：像素电极
1044：第二透明电极
1050：光遮蔽结构
1052：第二遮蔽层
1054：第一遮蔽层
1056：第一介电层
1058：第二介电层
1070：量子点层
1080：黑色矩阵层
1510～1540：步骤
具体实施方式
接下来，以发明的示范实施例和参考附图，本案发明将被彻底地描述，然而，此发明可能在许多不同的形式下被实施且不以此为限，这些实施例被提供以便因此这发明将被彻底和完整表述，且对于具有通常知识者，亦彻底地表达发明范围，类似的附图标记指称相同的元件。
于本文中通篇所使用的词汇一般代表其通常的意涵，至于一些特殊词汇会在下文中具体定义，以提供实践者额外的指引。为了方便起见，某些词汇可能被特别标示，例如使用斜体与/或引号。不论它是否被特别标示，其词汇的范围和含义不受任何影响，与平常词汇的范围和含义是相同的。相同的事情可以被一种以上的方式所描述是可以被理解的。因此，用于一个或多个的术语的替代语言与同义词可能会在本文中所使用，而其不是要阐述一个词汇在本文所论述的内容有其任何特殊的意义。某些词汇的同义词将被使用，重复的使用一个或多个同义词，并不会排除使用其它同义词。本说明书内所讨论的任何例证只用来作解说的用途，并不会以任何方式限制的本案发明或其例证的范围和意义。同样地，本案发明不受限于本说明书中所提出的各种实施例。
当一个元件被称为『在…上』时，它可泛指该元件直接在其它元件上，也可以是有其它元件存在于两者之中。相反地，当一个元件被称为『直接在』另一元件，它是不能有其它元件存在于两者的中间。如本文所用，词汇『与/或』包含了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。
在本文中，使用第一、第二与第三等等的词汇，是用于描述各种元件、组件、区域、层与/或区块是可以被理解的。但是这些元件、组件、区域、层与/或区块不应该被这些术语所限制。这些词汇只限于用来辨别单一元件、组件、区域、层与/或区块。因此，在下文中的一第一元件、组件、区域、层与/或区块也可被称为第二元件、组件、区域、层与/或区块，而不脱离本案发明的本意。
于本文中，除非内文中对于冠词有所特别限定，否则『一』与『该』可泛指单一个或多个。将进一步理解的是，本文中所使用的『包含』、『包括』、『具有』及相似词汇，指明其所记载的特征、区域、整数、步骤、操作、元件与/或组件，但不排除其所述或额外的其一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、元件、组件，与/或其中的群组。
此外，相对词汇，如『下』或『底部』与『上』或『顶部』，用来描述文中在附图中所示的一元件与另一元件的关系。相对词汇是用来描述装置在附图中所描述之外的不同方位是可以被理解的。例如，如果一附图中的装置被翻转，元件将会被描述原为位于其它元件的『下』侧将被定向为位于其它元件的『上』侧。例示性的词汇『下』，根据附图的特定方位可以包含『下』和『上』两种方位。同样地，如果一附图中的装置被翻转，元件将会被描述原为位于其它元件的『下方』或『之下』将被定向为位于其它元件上的『上方』。例示性的词汇『下方』或『之下』，可以包含『上方』和『上方』两种方位。
除非另有定义，本文所使用的所有词汇(包括技术和科学术语)具有其通常的意涵，其意涵能够被熟悉此领域者所理解。更进一步的说，上述的词汇在普遍常用的字典中的定义，在本说明书的内容中应被解读为与本案发明相关领域一致的意涵。除非有特别明确定义，这些词汇将不被解释为理想化的或过于正式的意涵。
关于本文中所使用的『约』、『大约』或『大致约』通常指数值的误差或范围约百分之二十以内，较好地是约百分之十以内，而更佳地则是约百分五之以内。文中若无明确说明，其所提及的数值皆视作为近似值，即如『约』、『大约』或『大致约』所表示的误差或范围。
叙述搭配本案发明的实施例与附图第1～20图，根据发明目的，当被实施和非限制性的描述如下，发明在其中一个实施例有关于具有特定的光阻和量子点排列的液晶透镜显示设备以提高其光学效率。
根据发明的一实施例，图1绘示液晶透镜显示装置的剖面图，如图1所示，液晶显示装置100可包括背光模块110、扩散膜120、两片偏光片130和150和在两片偏光片130和150之间的液晶元件(lquid crystal element)140。明确来说，背光模块110包含光源112、导光板114、反射片116，反射片116设置在导光板114的底部表面(也就是外侧的表面)。在一些实施例中，液晶元件140可能包含多层，例如是薄膜晶体管层142位于第一基材上(未绘出)，液晶(分子)层(也就是含有液晶分子的液晶层)144，和彩色滤光层146在第二基材上(未绘出)。在一些实施例中，彩色滤光层146采用RGB色彩模式，为了显示三个主要的颜色红(R)、绿(G)、蓝(B)而包含多个彩色滤光片，使得彩色滤光片可排列成藉由混合三种主要的颜色以提供各式的一系列颜色。在一些实施例中，为了驱使液晶(分子)层144中的液晶分子，在液晶元件140中提供多个透明电极(未绘出)。应该注意的是，为了说明，单独提供液晶显示器100的膜层，且膜层的相对尺寸和位置可能变化。此外，虽然说明有些膜层之间有间隙，但液晶显示装置100的实际结构的位置可设置成在膜层间有间隙或是没有间隙。
如图1所示，在背光模块110中，当光(由箭头118所示)由光源112发射，光将会被反射片116反射，且由导光板114引导向扩散膜120，当光通过扩散膜120，扩散膜120将光学效率稍微减少至约90％。然后，漫射的光将通过其中之一的偏光片130、液晶元件140和另一偏光片150。在此过程中，漫射的光被两片偏光片130和150部份吸收，大幅减少光的光学效率至约36％。此外，液晶元件140会进一步减少光的光学效率。举例来说，液晶(分子)层144、透明电极(未标示)和薄膜晶体管层142进一步减少光的光学效率至约18％。此外，彩色滤光层146也会吸收光，使当光离开液晶显示装置的上述叠层结构后，即离开偏光片150后，光学效率仅为约3～5％。
具此，考虑以不同的技术和结构改善彩色液晶显示装置的显示质量。例如：量子点技术可用于彩色液晶显示装置以改善色饱和度(color gamut)。量子点是以半导体材料作成的纳米晶体核/壳结构，小得足够展现量子力学性质。举例来说，量子点的直径可能大约为1-10纳米(nm)。根据本案发明的一实施例，图2A绘示量子点结构。如图2A所示，量子点200具有多个核纳米晶体210和多个壳纳米晶体220。明确来说，量子点的激子(excitons)被限制在整个三度空间维度中。量子点材料的电子特性是介于这些半导体块材(bulksemiconductors)和不连续分子(discrete molecule)间的中间物。在某些实施例中，量子点可以由更大或更厚的壳合成，可能和粒子的光谱特性直接相关，像是生命周期、放射强度和长期稳定性。
量子点的一个光学特性是关于尺寸相关的光放射特性。明确而言，当量子点受具有特定波长的光激发时，量子点的晶体尺寸决定会被激发的量子点的放光。更确切言之，当量子点的尺寸变得更大的时候，放射的荧光光谱会移向红光(波长更长)。根据发明的一实施例，图2B绘示被激发的量子点的尺寸相关的光放射(发光颜色)特性，如图2B所示，五个量子点(A、B、C、D、E，从左到右)具有不同的纳米晶体尺寸，同时被具有波长365纳米(nm)(紫光范围)的入射光激发。这五个量子点的光发射皆具有不同的波长，范围从约450纳米到约650纳米，大致上涵盖了可见光光谱的范围。换句话说，量子点的放射可能包含三种主要的颜色，红光(波长620-750纳米)、绿光(495-570纳米)和蓝光(450-495纳米)。在一些实施例中，量子点的半高宽(full width at half maximum，FWHM)可约为30-40纳米。一般来说，量子点具有很高的量子产率(quantumyield)，约为90％。
根据发明的一实施例，图3A绘示使用量子点层的液晶透镜显示装置的剖面图。如图3A所示，液晶显示装置300可能包含背光模块310、量子点片330、液晶元件340和彩色滤光层350，彩色滤光层350配置于液晶元件340之上。值得注意的是，液晶显示装置300使用量子点片330取代偏光片。在一些实施例中，液晶显示装置300可能也包含背光模块310和量子点片330之间的扩散膜(未绘出)。明确来说，背光模块310包含蓝光光源312和导光板314。在一些实施例中，背光模块310可能也包含配置在导光板314底部之上(也就是外侧的表面)的反射片(未绘出)，值得被注意的是，为了说明，液晶显示器300的膜层皆被单独提供，且相对的尺寸和位置可能变化。另外，虽然在说明时，有些膜层之间有间隙，但液晶显示装置300的实际结构的位置可设置成在膜层之间有间隙或是没有间隙。
如图3A所示，蓝光光源312，用以发射具有波长范围约为450-495纳米(nm)的蓝光316。在一替代实施例中，光源312可为紫外光光源或其它适合的光源。如前述讨论，具有不同纳米晶体尺寸的量子点可能被用以产生红绿蓝(RGB)三种主要的颜色。因此藉由排列量子点片330中的量子点以具有不同的纳米晶体尺寸，量子点片330可以蓝光316作为入射光来产生RGB三种主要的色光。当蓝光316通过量子点片330，可产生三种主要的色光。
然而，仅利用液晶显示装置中的量子点片330并不能改善液晶显示装置300的光学效率。根据发明的一实施例，图3B绘示使用量子点层的液晶透镜显示装置的光学效率的剖面图。图3B所示的图是根据美国国家电视系统委员会(National Television System Committee,NTSC)的标准所得，其色饱和度可能从为约72％改善为约109％，其中归一化强度的单位:无。但是，当蓝光量子点(B-QD)维持期望的光学表现时，绿光量子点(G-QD)和红光量子点(R-QD)的光学效率也会被改善。
根据以上描述，本案发明的一实施例有关液晶透镜显示装置，利用量子点层和光遮蔽结构改善液晶显示装置的光学效率。
根据发明的一实施例，图4A绘示使用光遮蔽结构和量子点层的液晶透镜显示装置的剖面图。如图4A所示，液晶透镜显示装置400包括背光模块410和液晶结构。明确而言，液晶结构包含偏光片420、第一基板430、液晶层440、光遮蔽结构450、量子点层460，彩色滤光层470和第二基板480。在一些实施例中，液晶透镜显示装置400可进一步包含多个第一透明电极442，配置于第一基板430的内侧表面之上，以及多个第二透明电极444，配置于离第一基板430较远的液晶层440的一侧上，换句话说，多个第二透明电极444设置于第二基板480内侧表面之上，且光遮蔽结构450夹设于第二基板480与这些第二透明电极444之间。换句话说，液晶层440夹设于第一基板430和第二透明电极444之间，如此第一基板430和第二透明电极444分别配置于液晶层440的两个相反表面上(上表面和下表面)。值得注意的是，为了说明，液晶显示器400的膜层皆被单独提供，且相对的尺寸和位置可能变化，另外，虽然在描述时，有些膜层之间有间隙，但液晶显示装置400的实际结构的位置可设置成在膜层间有间隙或是没有间隙。
在一些实施例中，第一基板430和第二基板480相分离以定义一间隙。在一些实施例中，第一基板430和第二基板480可由所需的透明基板材料所形成。举例来说，第一基板430和第二基板480可为透明基板，例如：玻璃、聚合物基材或其它适合的基板。
背光模块410配置于偏光片420相对于间隙的反侧。换句话说，背光模块410配置于偏光片420的外侧表面之下且偏光片420配置在第一基板430的外侧表面之下。如图4A所示，背光模块410包含蓝光光源412、反射片416和导光结构(或称为光导板或导光板)414，蓝光光源412用以发射一群蓝光光束418作为液晶结构的入射光。在一替代实施例中，蓝光光源412可为紫外光光源或其它适合的光源。在一些实施例中，蓝光光源412可为蓝光发光二极管(light emitting diode,LED)，导光结构414用以引导蓝光光束410射向偏光片420，反射片416配置于导光结构416的底部表面之下，用以在导光结构416中反射蓝光光束418。在一些实施例中，反射片416和导光结构414可能与图1中的反射片114和导光板116相似。
偏光片420配置于第一基板430相对于间隙的反侧，即偏光片420配置于第一基板430外侧表面之上，使得从背光模块410中射出的蓝光光束418被导向偏光片420，沿着预定的方向进入液晶结构，例如沿着如图4A所示的垂直方向。换句话说，例如：蓝光光束418被导向偏光片420，沿着预定的大约垂直于液晶层440的方向进入液晶结构。值得注意的是，本案发明的实施例相较于图1所示的液晶显示装置100，在液晶透镜显示装置400的第二基板480的外侧表面上没有偏光片存在。如果在液晶透镜显示装置400的第二基板480的外侧上表面有偏光片存在，可能会使得通过液晶透镜显示装置400的光被第二基板480的外侧表面上的偏光片影响，而偏离原先预期入射眼睛的方向，因此降低影像质量，更甚而无法显示影像。
液晶层440由液晶分子形成且位于间隙中，并且定义出多个显示像素。明确来说，图4A仅表示出一个显示像素。在一些实施例中，液晶层的各显示像素可在通态(或称为开启或致能，turned on)和断态(或称为关闭或不致能，turned off)之间切换，将稍后说明。
光遮蔽结构450位于间隙中且介于(或称为夹设于)液晶层440和量子点层460之间，换句话说，光遮蔽结构450位于第二透明电极444和量子点层460之间。明确来说，光遮蔽结构450包括两层遮蔽层:(i)第一遮蔽层454与液晶层440相分离以及(ii)第二遮蔽层452介于(夹设于)两相分离的第一遮蔽层454和液晶层440之间。换句话说，第一遮蔽层454位置远离液晶层440，且第二遮蔽层452放置于(夹设于)液晶层440和第一遮蔽层454之间。详细来看，量子点层460配置于第二基板480的内侧表面上，且第一遮蔽层454配置于量子点层460之上，第一介电层(未绘出)覆盖且配置于第一遮蔽层454上，第二遮蔽层452配置于第一介电层上(未绘出)。换言之，第一介电层(未绘出)介于(或称为夹设于)第一遮蔽层454和第二遮蔽层452之间，例如第一遮蔽层454和第二遮蔽层452皆分别配置在第一介电层(未绘出)的两个相反的表面上(上表面和下表面)，第二介电层(未绘出)介于(或称为夹设于)第二遮蔽层452和第二透明电极444之间，例如第二遮蔽层452和第二透明电极444皆分别配置在第二介电层(未绘出)的两个相反的表面上(上表面和下表面)。由上可知，液晶层440位于(或称为夹设)第一透明电极442与第二透明电极444之间，即第一透明电极442，配置于第一基板430的内侧表面上，第二透明电极444配置于第二遮蔽层452之上且夹设于第二遮蔽层452与液晶层440之间。在一些实施例中，第一和第二介电层其中至少一者可具有单层或多层结构，而且介电层的材料包含无机材质(例如氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、或其它合适材质)、有机材质(例如苯环丁烯(benezocy-clobuteneo)、聚酰亚胺(polyamide)、聚酯或其它合适聚合物)或其它适合的材质或上述的组合，各第一遮蔽层454和各第二遮蔽层452皆具有数个交替排列的数个开口和数个遮蔽部。举例而言，交替排列是指一个开口与一个遮蔽部排列，再依续重复一个开口与一个遮蔽部的排列，且二相邻接的开口之间会存在一个遮蔽部，而二相邻接的遮蔽部之间会存在一个开口。明确来说，第一遮蔽层454具有多个第一开口和多个第一遮蔽部(以黑色表示)，第二遮蔽层452具有多个第二开口和多个第二遮蔽部(以黑色表示)，液晶层的各显示像素可对应至少一个第二开口，使得光可穿过第二开口。此外，沿着大约垂直于液晶层440的第一方向(例如，图4A所示的垂直方向)，第二遮蔽层452的各第二开口可对应第一遮蔽层454的第一遮蔽部其中之一，第一遮蔽层454的各第一开口可能对应第二遮蔽层452的第二遮蔽部其中之一，第二遮蔽层452的各第二开口比与之对应的这些第一遮蔽层454的第一遮蔽部其中之一更窄，即第二开口的宽度小于第二开口所对应的第一遮蔽部的宽度，第一遮蔽层454的各第一开口比与之对应的这些第二遮蔽层452的第二遮蔽部之一更窄，即第一开口的宽度小于第一开口所对应的第二遮蔽部的宽度。换句话说，第一遮蔽层454的各第一开口不会与第二遮蔽层452的各第二开口重叠，使得第一遮蔽层454的第一开口与第二遮蔽层452的第二开口呈现错位排列，且第一遮蔽层454的第一遮蔽部与第二遮蔽层452的第二遮蔽部也呈现错位排列。因此，如果当蓝光光束沿着此垂直方向穿过液晶层440，蓝光会被第一遮蔽层454的第一遮蔽部其中之一或是第二遮蔽层452的第二遮蔽部其中之一所阻挡。
在一些实施例中，液晶透镜显示装置400进一步包括彩色滤光层470，且量子点层460配置在间隙中且位于(或称为夹设于)光遮蔽结构450和彩色滤光层470之间，而彩色滤光层470配置于第二基板480的内侧表面上。换句话说，彩色滤光层470和第一遮蔽层454分别配置在量子点层460的两个相反的表面上(上表面和下表面)。在一些实施例中，量子点层460可能为量子点片，与图3A的量子点片330相似。在一些实施例中，彩色滤光层470可配置在第二基板480的外侧表面。在一些实施例中，藉由排列量子点层460中的量子点以具有不同纳米晶体尺寸，利用蓝光418做为入射光，量子点层460可产生三种主要的RGB色光。
本实施例以彩色滤光层470配置在量子点层460和第二基板480之间为范例，但不限于此。在一些实施例中，彩色滤光层470采用RGB颜色模型，包含多个彩色滤光片用以显示三种主要的颜色，红、绿和蓝，或是其它颜色(像是黄、白等等)，藉由混合三种主要的颜色，使得彩色滤光片被排列成能提供各式的一系列颜色。
如以上讨论，第一透明电极442和第二透明电极444可使液晶层440的各显示像素可在通态和断态之间切换，明确来说，提供各第一透明电极442和第二透明电极444所需的电压，可使得第一透明电极442和第二透明电极444之间获得预定的电压差，电场可驱动液晶层440的液晶分子使其具有预定的延迟光程(retardation)以形成多个液晶透镜，因此可以把显示像素从断态切换成通态。
图4B绘示图4A的液晶透镜显示装置，其中显示像素为断态。如图4B所示，当显示像素处于断态(或称为关闭或不致能，turn off)，液晶层440的液晶分子允许蓝光光束通过显示像素，在没有被折射下，沿着垂直方向穿过液晶分子(换言之，第一方向大约垂直于液晶层440)。在这种情况下，穿过液晶层440的各蓝光光束会被第一遮蔽层454的第一遮蔽部其中之一阻挡与被第二遮蔽层452的第二遮蔽部其中之一阻挡而无法抵达量子点层460。换句话说，当显示像素处于断态，没有入射光会抵达量子点层460。
图4C绘示图4A的液晶透镜显示装置，其中显示像素为通态。如图4C所示，当显示像素处于通态(或称为开启或致能，turn on)时，第一透明电极442和第二透明电极444驱动液晶层440的液晶分子具有(或称为呈现出)预定的延迟光程以形成液晶透镜(如图中的虚线曲线)，在这种情况下，穿过液晶层440的蓝光光束被由液晶分子所形成的液晶透镜折射而具有预定的延迟光程，使得一部分被折射的蓝光光束通过第二遮蔽层452的这些第二开口其中之一和第一遮蔽层454的这些第一开口其中之一抵达量子点层460。换句话说，当显示像素处于通态，一部分的蓝光光束会被折射通过光遮蔽结构450，抵达量子点层460。
根据发明的一实施例，图5绘示当显示像素为通态时，液晶透镜显示装置的液晶层的液晶分子的延迟光程。如图5所示，当第一透明电极442和第二透明电极444之间获得预定的电压差，液晶层440的液晶分子446会因预定的电压差所产生的电场而旋转，因此形成液晶透镜448(如图中的曲线)。
根据发明的另一实施例，图6A绘示使用光遮蔽结构和量子点层的液晶透镜显示装置的剖面图。如图6A所示，液晶透镜显示装置600包括背光模块610和液晶结构。明确来说，液晶结构包括偏光片620、第一基板630、液晶层640、光遮蔽结构650、量子点层660和第二基板680。在一些实施例中，液晶透镜显示装置600可进一步包含多个第一透明电极642，配置于第一基板630上以及多个第二透明电极644，配置于离第一基板630较远的液晶层640的一侧上。值得被注意的是，为了说明，液晶显示器600的膜层皆被单独提供，且相对的尺寸和位置可能变化，另外，虽然在描述时，有些膜层间有间隙，但液晶透镜显示装置600的实际结构的位置可设置成在膜层间有间隙或是没有间隙。值得注意的是，如图6A所示的液晶透镜显示装置600包括和图4A所示的液晶透镜显示装置400几乎相同的结构，除了图6A所示的液晶透镜显示装置600中没有彩色滤光层存在，且也没有第二基板680的外侧表面的偏光片存在，因此以下省略液晶透镜显示装置600的细节。
图6B绘示图6A的液晶透镜显示装置，其中显示像素为断态。如图6B所示，当显示像素为断态(或称为关闭或不致能，turn off)，液晶层640的液晶分子允许蓝光光束通过显示像素，在没有被折射下，沿着垂直方向穿过液晶分子(换言之，第一方向大约垂直于液晶层640)，在这种情况下，穿过液晶层640的各蓝光光束会被第一遮蔽层654的第一遮蔽部其中之一阻挡与被第二遮蔽层652的第二遮蔽部其中之一阻挡而无法抵达量子点层660。换句话说，当显示像素为断态，没有入射光会抵达量子点层660。
图6C绘示图6A的液晶透镜显示装置，其中显示像素为通态。如图6C所示，当显示像素处于通态(或称为开启或致能，turn on)，第一透明电极642和第二透明电极644驱动液晶层640的液晶分子具有(或称为呈现出)预定的延迟光程以形成液晶透镜(如图中的虚线曲线)，在这种情况下，穿过液晶层640的蓝光光束被由液晶分子所形成的液晶透镜折射而具有预定的延迟光程，使得一部分被折射的蓝光光束通过第二遮蔽层652的这些第二开口其中之一和第一遮蔽层654的这些第一开口其中之一抵达量子点层660。换句话说，当显示像素为通态，一部分的蓝光光束会被折射通过光遮蔽结构650，抵达量子点层660。
根据发明的又一实施例，图7A绘示使用光遮蔽结构和量子点层的液晶透镜显示装置的剖面图。如第7图所示，液晶透镜显示装置700包括背光模块710和液晶结构。明确来说，液晶结构包括偏光片720、第一基板730、液晶层740、光遮蔽结构750、量子点层760，彩色滤光层770和第二基板780。在一些实施例中，液晶透镜显示装置700可进一步包含多个第一透明电极742，配置于第一基板730内侧表面上，以及透明共享电极(也就是第二透明电极)744，配置于相对于第一基板730的液晶层740的远侧上，其中透明共享电极744为平面电极(或称为一整面电极，不存在图案/狭缝)，其中，在垂直方向上，第二遮蔽层752的第二遮蔽部与第一遮蔽层754的第一开口会一起对应于一个第一透明电极742，即第二遮蔽层752的第二遮蔽部与第一遮蔽层754的第一开口会一起与一个第一透明电极742重叠。值得被注意的是，为了说明，液晶透镜显示器700的膜层皆被单独提供，且相对的尺寸和位置可能变化，另外，虽然在描述时，有些膜层间有间隙，但液晶透镜显示装置700的实际结构的位置可被设置成在膜层间有间隙或是没有间隙。值得被注意的是，如图7A所示的液晶透镜显示装置700包括和图4A所示的液晶透镜显示装置400几乎相同的结构，除了第一透明电极和第二透明电极是不同的。明确来说，图7A所示的液晶透镜显示装置700以透明共同电极744取代图4A所示的第二透明电极444，且第一透明电极742的尺寸和位置与图4A所示的这些第一透明电极442不同，因此以下省略液晶透镜显示装置700的细节。
图7B绘示图7A的液晶透镜显示装置，其中显示像素为断态。如图7B所示，当显示像素为断态(或称为关闭或不致能，turn off)，液晶层740的液晶分子允许蓝光光束通过显示像素，在没有被折射下，沿着垂直方向穿过液晶分子(换言之，第一方向大约垂直于液晶层740)。在这种情况下，穿过液晶层740的各蓝光光束会被第一遮蔽层754的第一遮蔽部其中之一阻挡与被第二遮蔽层752的第二遮蔽部其中之一阻挡而无法抵达量子点层760。换句话说，当显示像素处于断态，没有入射光会抵达量子点层760。
图7C绘示图7A的液晶透镜显示装置，其中显示像素为通态。如图7C所示，当显示像素处于通态(或称为开启或致能，turn on)，第一透明电极742和透明共同电极744驱动液晶层740的液晶分子具有(或称为呈现出)预定的延迟光程以形成液晶透镜(如图中的虚线曲线)，在这种情况下，穿过液晶层740的蓝光光束被由液晶分子所形成的液晶透镜折射而具有预定的延迟光程，使得一部分被折射的蓝光光束通过第二遮蔽层752的这些第二开口其中之一和第一遮蔽层754的这些第一开口其中之一抵达量子点层760。换句话说，当显示像素为通态，一部分的蓝光光束会被折射通过光遮蔽结构750，抵达量子点层760。
根据发明的一实施例，图8绘示当显示像素为通态时，液晶透镜显示装置的液晶层的液晶分子的延迟光程。如图8所示，当第一透明电极742和第二透明电极744之间获得预定的电压差，液晶层740的液晶分子746会因预定的电压差所产生的电场而旋转，因此形成液晶透镜748(如图中的曲线)。
根据发明的又一实施例，图9A绘示当显示像素为通态时，使用光遮蔽结构和量子点层的液晶透镜显示装置的剖面图。如图9A所示，液晶透镜显示装置900包括背光模块910和液晶结构。明确来说，液晶结构包括偏光片920、第一基板930、液晶层940、光遮蔽结构950、量子点层960，彩色滤光层970和第二基板980。在一些实施例中，液晶透镜显示装置900可进一步包含多个第一透明电极942，配置于第一基板930上，以及透明共享电极(也就是第二透明电极)944，配置于离第一基板930较远的液晶层940的一侧上，其中透明共享电极944为平面电极(或称为一整面电极，不存在图案/狭缝)。值得注意的是，为了说明，液晶显示器900的膜层皆被单独提供，且相对的尺寸和位置可能变化，另外，虽然在描述时，有些膜层间有间隙，但液晶显示装置900的实际结构的位置可设置成在膜层间有间隙或是没有间隙。值得注意的是，如图9A所示的液晶透镜显示装置900包括和图7A所示的液晶透镜显示装置700几乎相同的结构，除了彩色滤光层970的尺寸和位置不同，光遮蔽结构950、液晶层940的延迟光程和第一透明电极942皆亦相应地不同。明确来说，图9A所示的液晶透镜显示装置900不同于第7图所示的液晶透镜显示装置700的彩色滤光层的排列。举例来说，两个相邻接的不同颜色的彩色滤光层970或量子点层960之间存在边界，且这些边界会一起对应到第一遮蔽层954的某些第一开口和第二遮蔽层952的某些第二遮蔽部。此外，于各别颜色的的彩色滤光层970或量子点层960中的第一遮蔽层954的其它的第一开口会对应到第二遮蔽层952的其它的第二遮蔽部，即第一遮蔽层954的其它的第一开口会对应到第二遮蔽层952的其它的第二遮蔽部处于单一个(相同)颜色的彩色滤光层970或量子点层960中。但是，第一遮蔽层954的第一遮蔽部对应到第二遮蔽层952的第二开口。换言之，某些(例如多个)第一透明电极942会对应于第一遮蔽层954的某些第一开口，其中某些第一开口位于二个相邻接的不同色彩的彩色滤光片(如：RG或GB或BR)的边界，而在绿色彩色滤光片上的第一遮蔽层954的其它第一开口会对应于其它(例如一个)第一透明电极942。因此，第一透明电极942对应地被排列成可改变液晶层940的延迟光程，且第一遮蔽层954和第二遮蔽层952皆也对应地被排列成可确保被折射的蓝光光束可穿过这些第二遮蔽层952的第二开口和第一遮蔽层954的第一开口，因此以下省略液晶透镜显示装置900。
如以上所述，每个液晶透镜显示装置的结构可随着设计和制造需要的液晶透镜显示装置而变化，举例来说，基于为了获得更好的彩色显示质量的显示需要，可能改变彩色滤光层中的彩色滤光片排列。在一些实施例中，各显示像素可包括多个子像素且各子像素可对应这些彩色滤光片其中之一，这些彩色滤光片代表用以显示RGB光其中之一的放射区域。在这样的情况下，其它的液晶透镜显示装置结构，像是光阻层和透明电极可能也被排列成可对应彩色滤光片的排列。
根据发明的一实施例，图9B绘示液晶透镜显示装置的彩色滤光层和透明电极。且图9C沿着如图9B所示的线A-A，绘示液晶透镜显示装置的剖面图。如图9C所示，彩色滤光层970形成在第二基板980内侧表面之上。如图9B所示，彩色滤光层970包括多个彩色滤光片，且每个彩色滤光片代表三个主要的颜色RGB之一。在这样的情况下，如图9B所示，第一遮蔽层954的第一遮蔽部可多加设置位于彩色滤光层970的二个彩色滤光片的边界之间，例如如图4A中位于二个彩色滤光片的边界的第一遮蔽部，第9A图中的原来的第一遮蔽部与增设的第一遮蔽部之间仍在着第一开口，以让光通过，但图9B中所增设位于二个彩色滤光片的边界的第一遮蔽部的宽度小于图4A中位于二个彩色滤光片的边界的第一遮蔽部的宽度，以防止图9A中光不会通过任何的彩色滤光片。明确来说，放置第一遮蔽层954的第一遮蔽部位于彩色滤光层970的二个彩色滤光片的边界之间的理由，是为了避免颜色混合。由于反射或是光束偏离超过彩色滤光片的边界时，反射/偏离的蓝光光束进入错误的彩色滤光片时会发生颜色混合。例如，当反射光光束欲进入红色彩色滤光片中，却偏离超过红色彩色彩色滤光片的边界而进入相邻的绿色彩色滤光片，便会发生颜色混合，藉由在彩色滤光层970的彩色滤光片的边界之间放置第一遮蔽层954的第一遮蔽部，从液晶透镜被折射的蓝光光束会仅进入预先设计的彩色滤光片，因此可避免颜色混合。
如以上所述，藉由使用量子点层和光遮蔽结构，液晶透镜显示装置可维持高光学效率，达到高亮度和高对比性，但仍维持其制作和组装的低成本。
根据发明的一实施例，第10A-15A图表示形成液晶透镜结构的数个步骤。如第10A和10B图所示，形成多个像素电极1042。在一些实施例中，像素电极1042例如和图9A所示的位于第一基板930内侧表面上的第一透明电极942相似，其中第一透明电极942有数个狭缝，每个狭缝配置在两个相邻的第一透明电极942之间。如图11所示，黑色矩阵(black matrix,BM)层1080形成在第二基板980的内侧表面上，BM层1080配置在两个相邻接显示像素的边界上。如图12所示，第一遮蔽层1054形成在第二基板980和BM层1080上，其中第一遮蔽层1054具有多个第一遮蔽部和多个第一开口，第一遮蔽部对应于第一透明电极942的狭缝，且第一开口对应于第一透明电极942。此外，第一透明有机层(或称为第一介电层)1056形成在第一遮蔽层1054之上。换句话说，第一介电层1056覆盖于第一遮蔽层1054上。如图13所示，第二遮蔽层1052形成在第一介电层1056之上，其中第二遮蔽层1052具有多个第二遮蔽层部分和多个第二开口，第一介电层1056分隔第一遮蔽层1054和第二遮蔽层1052。这些第二遮蔽部对应这些第一开口，每个第二遮蔽部与两相邻的第一遮蔽部(位于二个不同颜色的彩色滤光片上)和BM层1080部分重叠，且这些第二开口对应这些第一遮蔽部。在一些实施例中，第一遮蔽层1054和第二遮蔽层1052形成光遮蔽结构1050。此外，第二透明有机层(或称为第二介电层)1058形成在第二遮蔽层1052之上。换句话说，第二介电层1058覆盖于第二遮蔽层1054上。在一些实施例中，第一和第二介电层1056、1058可为前述的有机材料、前述的无机材料或其它适合的材料或上述的组合。如图14所示，透明共同电极(也就是第二透明电极)1044形成在第二介电层1058之上。换句话说，透明共同电极1044覆盖于第二介电层1058、第二遮蔽层1052、第一介电层1056、第一遮蔽层1054和BM层上，即透明共同电极1044设置于第二基板980内侧表面上且较接近液晶层，第一遮蔽层1054设置于第二基板980内侧表面上且较远离液晶层，第二遮蔽层1052设置于第二基板980内侧表面上且夹设于透明共同电极1044与第一遮蔽层1054之间(三明治结构)。在一些实施例中，透明共同电极1044和第7A和9A图所示的透明共同电极944相似。此外，如第15A所示，在像素电极(或称为第一透明电极)1042和透明共同电极(或称为第二透明电极)1044之间填入多个液晶分子以形成液晶层1040，其中透明共同电极1044为平面电极(不包含狭缝/图案)。
根据发明的一实施例，图15B绘示形成液晶结构的步骤的流程图。如图15B所示，在步骤1510，放置相分离的第一基板和第二基板以定义出间隙。在步骤1520，形成量子点层在间隙中。在步骤1530，形成光遮蔽结构在间隙中且位于第一基板和量子点层之间。在一些实施例中，如以上实施例所述，光遮蔽结构可能包含第一遮蔽层、第一透明有机层(或称为第一介电层)、第二遮蔽层和第二透明有机层(或称为第二介电层)。在步骤1540，液晶分子填入于间隙中且位于第一基板和光遮蔽结构之间，以形成液晶层。结构和膜层的细节已在先前所提到的实施例中描述。
在一些实施例中，可选择地在形成液晶层结构的步骤中，可进一步包括：在第一基板相对于间隙的反侧上形成偏光片，即在第一基板的外侧表面上配置偏光片；以及在量子点层和第二基板之间形成彩色滤光层。此外，第二基板的外侧表面没有任何偏光片存在。
在一些实施例中，可选择地在形成液晶层结构的步骤中，可进一步包括：形成多个第一透明电极于第一基板上；以及形成多个第二透明电极于离第一基板较远的液晶层的一侧，其中各显示像素对应这些第一透明电极其中至少之一和这些第二透明电极其中至少之一，使得这些对应至各显示像素上的第一和二透明电极，当提供一预定电压差于这些对应至各像素电极上的第一和第二透明电极之间时，藉由显示像素的液晶分子被驱动让其具有预定的延迟光程以形成至少一液晶透镜，用以将显示像素切换至通态。
根据发明的一实施例，图16绘示由以上图10A～15的步骤所形成的液晶结构的透视图。根据发明的一实施例，图17A和图18A绘示如图16所示的液晶结构的剖面图，其中图17A表示液晶层为断态(或称为关闭或不致能，turnoff)，图18A表示液晶层为通态(或称为开启或致能，turn om)。在此实施例中，像素电极(或称为第一透明电极)1042的驱动电压为约5伏特(V)。在一些实施例中，量子点层1070、具有第一遮蔽层1054和第二遮蔽层1052的光遮蔽结构1050、第一介电层1056、第二介电层1058、第二透明电极1044、液晶层1040和第一透明电极1042和先前实施例所述的内容相似，例如：图10A-15的内容。
如以上所述的液晶透镜显示装置的实施例所示，每个由液晶层所形成的液晶透镜，例如皆为凸透镜。显示质量的关键因素在于液晶透镜的焦距F。在一些实施例中，以计算液晶的非常折射率ne(extraordinary refractive index)的方式可获得液晶透镜的焦距F(于可见光波段下模拟)。在一些实施例中，梯度折射率(gradient index,GRIN)及液晶透镜的焦距F可由下列方程式而得：
n ( r ) ≈ n max ( 1 - 1 2 α 2 r 2 ) - - - ( 1 )
F = 1 α · n max sin αd - - - ( 2 )
其中r为液晶透镜的曲率半径，n为梯度折射率(无单位)，nmax为ne的最大值(无单位)，d为间隙的距离(微米)，α为一常数，因此，n(r)为液晶在r时的折射率。在一些实施例中，液晶透镜的曲率半径在范围为约2-6微米(μm)，间隙的距离在范围为约3-5微米，nmax则在范围约为1.6-1.8，α在范围为约0.15-0.25(无单位)。在一实施例中，曲率半径r在范围为约3.5-4.1微米，间隙的距离在范围为约4微米，nmax为约1.6965，α为约0.2。
根据发明的一实施例，图18A和18B绘示液晶层的折射系数，其中图18A表示液晶层为断态，图18B表示液晶层为通态。如图18A所示，当液晶层为断态(或称关闭或不致能，turn off)，所有的液晶分子皆有寻常折射率no(ordinaryrefractive index)。如图18B所示，当液晶层切换为通态(或称为开启或致能，turnon)，一些液晶分子可转换其方向以具有非常折射率ne，因此而形成液晶透镜。在一些实施例中，可由图18B所示的折射率图可获得常数α。在一些实施例中，例如no为约1.4871和ne为约1.6965。
其中，图18A和18B中绘示的neff为当液晶分子在电场作用下发生偏转，沿电场方向排列，液晶等效折射率(或称为液晶等效折射率)，可由以下方程式而得：
n eff = n o n e n e 2 cos 2 θ ( z ) + n o 2 sin 2 θ ( z )
其中，通过控制电压的大小，可以控制液晶的有效折射率neff，有效折射率neff由寻常折射率no、非寻常折射率ne和液晶分子偏转倾角θ共同决定,液晶分子偏转倾角θ为0～90度。
根据发明的一实施例，为了液晶透镜的焦距F的ne计算，图18C表示模拟的液晶分子排列方向。根据发明的一实施例，图18D表示ne计算的x-ne关系，使用2DiMmos进行ne计算，得到如第18A所示的模拟的液晶分子排列方向。如图18D所示，在no为约1.4871和ne为约1.6965下，得到四个特定位置(P1,P2,P3,P4)的资料，根据ne计算，可得以下结果：
表一:GRIN透镜直径的测定
表二：焦距F的测定
根据计算，焦距为约11微米(μm)似乎是理想的。一旦液晶长度的焦距F被决定，光遮蔽结构的第一遮蔽层和第二遮蔽层的位置也将依此被决定。在一些实施例中，第二遮蔽层与液晶层相分离，使得液晶透镜和第二遮蔽层的第二开口之间的距离约为焦距F。换言之，这些第二开口位于液晶透镜的焦点附近。
在一些实施例中，第一遮蔽层和第二遮蔽层的位置，使得液晶层的各显示像素，当显示像素在通态，蓝光光束的一部分，在穿过这些第一开口其中之一抵达量子点层之前，被至少一液晶透镜折射而穿过这些第二开口其中之一，且在第一遮蔽层的这些第一遮蔽部和第二遮蔽层的这些第二遮蔽部之间反射。
根据发明的一实施例，图19绘示光遮蔽结构，其中被折射的光在第一遮蔽层的第一遮蔽部和第二遮蔽层的第二遮蔽部间被反射。如图19所示，当被折射的蓝光光束穿过第二遮蔽层1052的第二开口，且在穿过这些第一开口其中之一抵达量子点层之前，折射的蓝光光束在第一遮蔽层1054的这些第一遮蔽部和第二遮蔽层1052的第二遮蔽部之间反射。在这样的情形下，至少一部份的第一遮蔽层1054的第一遮蔽部与第二遮蔽层1052的第二遮蔽部的包含反射材料，如此，折射的光可在第一遮蔽层1054的第一遮蔽部与第二遮蔽层1052的第二遮蔽部之间反射，而较不降低光学效率。在一些实施例中，光遮蔽结构的尺寸会依照液晶层的焦距F来决定。例如：如图19所示，当焦距长度F约为11微米时，第一遮蔽层1056的厚度D1为约2-4微米(μm)，第二遮蔽层1058的厚度D2为约9-13微米，液晶层1040的厚度D3为约3-5微米，第一遮蔽层1054的厚度D4为约0.1到1.0微米，第二遮蔽层1052的厚度D5为约0.1-1.0微米，透明共同电极1044(或称为第二透明电极)的厚度D6为约0.05-0.5微米，像素电极1042(或称为第一透明电极)的厚度D7约为0.05-0.5微米，其中透明共同电极1044是平面电极(不存在狭缝或图案)，但不限于此。在一实施例中，例如:D1为约3微米，D2为约11微米，D3为约4微米，D4及D5为约0.3微米，D6及D7为约0.1微米。
在一些实施例中，第一遮蔽层及第二遮蔽层的位置，使得液晶层的各显示像素，当显示像素在通态时，蓝光光束的一部分被至少一液晶透镜折射而直接穿过这些第二开口其中之一和这些第一开口其中之一抵达量子点层。
图20绘示光遮蔽结构，其中折射的光直接穿过第二开口和第一开口抵达量子点层。如图20所示，折射的蓝光光束直接穿过第二遮蔽层1052的第二开口以及第一遮蔽层1054的第一开口，而没有在第一遮蔽层1054及第二遮蔽层1052中反射的情况下直接到达量子点层1060。在一些实施例中，第二遮蔽层1052的第二遮蔽部及第一遮蔽层1054的第一遮蔽部可为光遮蔽(光遮蔽材料)或是光吸收(光吸收材料)，如同上述实施例，如第4、6、7与9图所描述的光遮蔽。在一些实施例中，光遮蔽结构的尺寸是依据液晶层的焦距F所决定的。举例来说，如图20所示，当焦距F为约11μm时，第一介电层1056的厚度D1为约9-13微米(μm)，第二介电层1058的厚度D2为约9-13微米，液晶层1040的厚度为约3-5微米，第一遮蔽层1054的厚度D4为约0.1-1.0微米，第二遮蔽层1052的厚度D5为约0.1-1.0微米，透明共同电极1044(或称为第二透明电极)的厚度D6为约0.05-0.5微米，像素电极1042(或称为第一透明电极)的厚度D7为约0.05-0.5微米。在一实施例中，D1为约11微米，D2为约11微米，D3为约4微米，D4及D5为约0.3微米，D6及D7为约0.1微米。
在一些的实施例中，上述的液晶结构以及液晶透镜显示装置可以被运用在任何的显示设备。举例来说，液晶透镜可以是个彩色显示设备、黑白显示设备或是灰阶显示设备。
总结来说，本案发明列举了包含液晶结构的液晶透镜显示装置。此液晶结构包含了液晶层、光遮蔽结构以及量子点层。液晶层定义出多个显示像素，其中液晶层的各显示像素皆可用以在通态(或称为开启或致能，turn on)和断态(或称为关闭或不致能，turn off)之间切换。光遮蔽结构位于液晶层与量子点层之间，其中光遮蔽结构包含：(i)第一遮蔽层与液晶层相分离，其中第一遮蔽层有多个第一开口和多个第一遮蔽部；以及(ii)第二遮蔽层位于第一遮蔽层和液晶层之间且与第一遮蔽层和液晶层相分离。第一遮蔽层有多个第一开口和多个第一遮蔽部以及第二遮蔽层具有多个第二开口和多个第二遮蔽部，使得在液晶层中的各显示像素对应这些第二开口其中至少之一，并且大致上会沿着与液晶层垂直的第一方向，各第二开口都会对应到第一遮蔽部的其中之一，且各第二开口比与之对应的这些第一遮蔽部其中之一更窄(狭小)。对液晶层的各显示像素来说，当显示像素在通态时，显示像素的液晶分子会有一延迟光程以形成至少一个液晶透镜，如此一来通过显示像素的蓝光光线得以被至少一个液晶透镜折射，进而通过第二开口其中之一以及第一开口其中之一，最后到达量子点层。当显示像素在断态时，显示像素的液晶分子可以让蓝光光束沿着第一方向无折射地通过显示像素，如此一来每束蓝光光束都会被第一遮蔽层的第一遮蔽部或是第二遮蔽层的第二遮蔽部阻挡住，因此不会到达量子点层。
先前这些本案发明的示范实施例的描述仅为说明和叙述，并非欲穷举或用特定被揭露的形式限制本案发明，根据上述策略，可进行修改或变更。
为了解释本案发明的原理而描述这些被选择的实施例，如此一来，可促使熟悉本领域者利用本案发明和各个实施例，为适合特定预期的需要而进行各种修改，对于熟悉本领域者，在不背离本案发明的精神和范围下，替代实施例为显而易见的，由附加的权利要求保护范围定义本案发明的范围，而非先前的描述和示范实施例。

Claims (20)

1.一种液晶透镜显示装置，其特征在于，包含：
一第一基板和一第二基板，该第一基板与该第二基板相分离以定义出一间隙；
一偏光片，配置于该第一基板相对于该间隙的反侧；
一液晶层，由液晶分子所形成且位于该间隙中，该液晶层定义出多个显示像素，其中该液晶层的各该显示像素可在通态和断态之间切换；
一量子点层，位于该间隙中且设置于该液晶层与该第二基板之间；
一背光模块，配置于该偏光片相对于该间隙的反侧，用以向该偏光片发射蓝光光束进入该液晶层；以及
一光遮蔽结构，位于该间隙中且设置于该液晶层和该量子点层之间，其中该光遮蔽结构包含：
一第一遮蔽层，其与该液晶层相分离，其中该第一遮蔽层具有多个第一开口和多个第一遮蔽部；以及
一第二遮蔽层，位于相分离的该第一遮蔽层和该液晶层之间，其中该第二遮蔽层具有多个第二开口和多个第二遮蔽部，使得该液晶层的各该显示像素对应于至少一个该些第二开口，且各该第二开口对应于该些第一遮蔽部其中之一，而各该第二开口比与之对应的该些第一遮蔽部其中之一更窄。
2.如权利要求1液晶透镜显示装置，其特征在于，该第一遮蔽层和该第二遮蔽层的位置，使得该液晶层的各该显示像素，当该显示像素在通态且该显示像素的液晶分子受驱动具有一预定延迟光程以形成至少一液晶透镜时，该蓝光光束的一部分被该至少一液晶透镜折射而直接穿过该些第二开口其中之一和该些第一开口其中之一抵达该量子点层。
3.如权利要求1的液晶透镜显示装置，其特征在于，该第一遮蔽层和该第二遮蔽层的位置，使得该液晶层的各该显示像素，当该显示像素在通态且该显示像素的液晶分子受驱动具有一预定延迟光程以形成至少一液晶透镜时，该蓝光光束的一部分，在穿过该些第一开口其中之一抵达该量子点层之前，被该至少一液晶透镜折射而穿过该些第二开口其中之一，且在该第一遮蔽层的该些第一遮蔽部和该第二遮蔽层的该些第二遮蔽部之间反射。
4.如权利要求1的液晶透镜显示装置，其特征在于，进一步包含：
一彩色滤光层，配置于该量子点层和该第二基板之间。
5.如权利要求1的液晶透镜显示装置，其特征在于，进一步包含：
多个第一透明电极，配置于该第一基板上；以及
多个第二透明电极，配置于相对该第一基板的该液晶层的远侧，
其中，各该显示像素对应该些第一透明电极其中至少之一和该些第二透明电极其中至少之一，使得该些对应至各该像素电极上的该第一和第二透明电极，当提供一预定电压差于该些对应至各该像素电极上的该第一和第二透明电极之间时，藉由驱动该显示像素的液晶分子具有预定延迟光程以形成该至少一液晶透镜，用以将该显示像素切换至该通态。
6.如权利要求1的液晶透镜显示装置，其特征在于，该背光模块包含：
一蓝光光源，用以发射一蓝光光束；
一导光结构，用以引导该蓝光光束射向该偏光片；以及
一反射片，用以在该导光结构中反射该蓝光光束。
7.如权利要求2的液晶透镜显示装置，其特征在于，各该至少一液晶透镜为一具有一焦距F的凸透镜。
8.如权利要求7的液晶透镜显示装置，其特征在于，该焦距F为约11微米。
9.如权利要求7的液晶透镜显示装置，其特征在于，该第二遮蔽层和该液晶层相分离，使得该至少一液晶透镜和该第二遮蔽层的该第二开口之间的距离大约为该焦距F。
10.一种用于液晶透镜显示器的液晶结构，其特征在于，包含：
一第一基板和一第二基板，该第一基板与该第二基板相分离以定义出一间隙；
一液晶层，由液晶分子所形成且位于该间隙中，该液晶层定义出多个显示像素，其中该液晶层的各该显示像素可在通态和断态之间切换；
一量子点层，位于该间隙中且设置于该液晶层和该第二基板之间；以及
一光遮蔽结构，位于该间隙中且设置于该液晶层和该量子点层之间，其中该光遮蔽结构包含：
一第一遮蔽层，其与该液晶层相分离，其中该第一遮蔽层有多个第一开口和多个第一遮蔽部；以及
一第二遮蔽层，位于相分离的该第一遮蔽层和该液晶层之间，其中该第二遮蔽层具有多个第二开口和多个第二遮蔽部，使得在该液晶层中的各该显示像素对应至少一个该些第二开口，且其中沿着一大约垂直于该液晶层的第一方向，各该第二开口对应于该些第一遮蔽部其中之一，而各该第二开口比与之对应的该些第一遮蔽部其中之一更窄。
11.如权利要求10的液晶结构，其特征在于，该第一遮蔽层和该第二遮蔽层的位置，使得该液晶层的各该显示像素，当该显示像素在通态且该显示像素的液晶分子受驱动具有一预定延迟光程以形成至少一液晶透镜时，该蓝光光束的一部分被该至少一液晶透镜折射而直接穿过该些第二开口其中之一和该些第一开口其中之一抵达该量子点层。
12.如权利要求10的液晶结构，其特征在于，该第一遮蔽层和该第二遮蔽层的位置，使得该液晶层的各该显示像素，当该显示像素在通态且该显示像素的液晶分子受驱动具有一预定延迟光程以形成至少一液晶透镜时，该蓝光光束的一部分，在穿过该些第一开口其中之一抵达该量子点层之前，被该至少一液晶透镜折射而穿过该些第二开口其中之一，且在该第一遮蔽层的该些第一遮蔽部和该第二遮蔽层的该些第二遮蔽部之间反射。
13.如权利要求10的液晶结构，其特征在于，进一步包含：
一偏光片，配置于该第一基板相对于该间隙的反侧；以及
一彩色滤光层，配置于该量子点层和该第二基板之间。
14.如权利要求10的液晶结构，其特征在于，进一步包含：
多个第一透明电极，配置于该第一基板上；以及
多个第二透明电极，配置于相对该第一基板的该液晶层的远侧，
其中，各该显示像素对应该些第一透明电极其中至少之一和该些第二透明电极其中至少之一，使得这些对应至各该像素电极上的该第一和第二透明电极，当提供一预定电压差于该些对应至各该像素电极上的该第一和第二透明电极之间时，藉由该显示像素的液晶分子被驱动具有预定延迟光程以形成该至少一液晶透镜，用以将该显示像素切换至该通态。
15.如权利要求11的液晶结构，其特征在于，各该至少一液晶透镜为一具有一焦距F的凸透镜，其中该第二遮蔽层和该液晶层相分离，使得该至少一液晶透镜和该第二遮蔽层的该第二开口之间的距离大约为该焦距F。
16.如权利要求15的液晶结构，其特征在于，该焦距F为约11微米。
17.一种形成用于一液晶透镜显示装置的液晶结构的方法，其特征在于，包含：
放置相分离的一第一基板和一第二基板以定义出一间隙；
形成一量子点层在该间隙中；
形成一光遮蔽结构在该间隙中且位于该第一基板和该量子点层之间，其中该光遮蔽结构包含：
一第一遮蔽层，具有多个第一开口和多个第一遮蔽部；以及
一第二遮蔽层，该第二遮蔽层和该第一遮蔽层相分离，其中该第二遮蔽层具有多个第二开口和多个第二遮蔽部；以及
填入液晶分子在该间隙中以形成一液晶层，且该液晶层位于该第一基板和该光遮蔽结构之间，其中该液晶层定义出多个显示像素，各该显示像素对应至少该些第二开口其中之一，其中各该显示像素可在通态和断态之间切换，
其中，该液晶层与该第一基板和该第二基板相分离，且其中各该第二开口对应该些第一遮蔽部其中之一，且各该第二开口比与之对应的该些第一遮蔽部其中之一更窄。
18.如权利要求17的方法，其特征在于，进一步包含：
形成一偏光片于该第一基板相对于该间隙的反侧；以及
形成一彩色滤光层于该量子点层和该第二基板之间。
19.如权利要求17的方法，其特征在于，进一步包含：
形成多个第一透明电极于该第一基板上；
形成多个第二透明电极于离该第一基板较远的该液晶层的一侧上，
其中，各该显示像素对应该些第一透明电极其中至少之一和该些第二透明电极其中至少之一，使得这些对应至各该显示像素上的该第一和第二透明电极，当提供一预定电压差于该些对应至各该像素电极上的该第一和第二透明电极之间时，藉由该显示像素的液晶分子被驱动让其具有预定的延迟光程以形成至少一液晶透镜，用以将该显示像素切换至该通态。
20.如权利要求19的方法，其特征在于，各该至少一液晶透镜为一具有一焦距F的凸透镜，其中该第二遮蔽层和该液晶层相分离，使得至少一该液晶透镜和该第二遮蔽层的该第二开口之间的距离大约为该焦距F。
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