CN107942544A - 三维显示模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种三维显示模块，其包括载板、显示层、第一电极层、液晶层、第二电极层及驱动单元。载板具有多个第一电极及多个第二电极。显示层配置于载板上且包括多个发光元件。第一电极层配置于显示层上。液晶层配置于显示层上。第二电极层配置于液晶层上。驱动单元驱动第一电极及第一电极层供电至发光元件，以使发光元件发出光线通过液晶层而构成显示影像。驱动单元驱动第二电极及第二电极层在液晶层形成电场而改变液晶层的焦距，以控制显示影像的景深。

Description

三维显示模块
技术领域
本发明涉及一种显示模块，且特别是涉及一种三维显示模块。
背景技术
抬头显示器(head-up display，HUD)是目前普遍运用在航空器及汽车上的辅助显示器，以将车速、转速、引擎水温、车门是否关闭、行车里程或是油耗等车辆状态资讯投射在挡风玻璃上供驾驶者观看。
随着三维显示技术的进步，进一步发展出了扩增实境抬头显示器(AR-HUD)，其是在挡风玻璃外的环境中产生虚像，并由此虚像构成对应于真实道路的标示，让驾驶者直接观看眼前的真实道路就能获得抬头显示器所显示资讯，用于提高驾驶的安全性与便利性。然而，若扩增实境抬头显示器无法快速且准确地控制其显示影像的景深，则将无法配合行驶过程中不断变化的路况环境进行有效的标示。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三维显示模块，可快速且准确地控制其显示影像的景深。
为达上述目的，本发明的三维显示模块包括载板、显示层、第一电极层、液晶层、第二电极层及驱动单元。载板具有多个第一电极及多个第二电极。显示层配置于载板上且包括多个发光元件，这些发光元件分别连接这些第一电极。第一电极层配置于显示层上且连接这些发光元件。液晶层配置于显示层上且覆盖第一电极层。第二电极层配置于液晶层上。驱动单元驱动各第一电极及第一电极层供电至各发光元件，以使这些发光元件发出光线通过液晶层而构成显示影像，且驱动单元驱动各第二电极及第二电极层在液晶层形成电场而改变液晶层的焦距，以控制显示影像的景深。
本发明的三维显示模块包括载板、多个导电结构、多个发光元件、液晶层及至少一驱动单元。这些导电结构配置于载板上且分别具有不同高度。这些发光元件分别配置于这些导电结构上。液晶层配置于这些发光元件上。驱动单元驱动各发光元件，以使这些发光元件发出光线通过液晶层而构成显示影像，且驱动单元在液晶层形成电场而改变液晶层的焦距，以控制显示影像的景深。
基于上述，本发明将用以产生显示影像的多个发光元件以及用以调整所述显示画面的景深的液晶层整合于三维显示模块中。三维显示模块的驱动单元除了可驱动这些发光元件发出光线而产生所述显示画面，更可驱动液晶层改变其焦距，以快速且准确地控制所述显示影像的景深，从而配合行驶过程中不断变化的路况环境进行有效的标示。
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，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例的三维显示模块的局部剖面示意图；
图2是图1的三维显示模块的局部俯视示意图；
图3是本发明另一实施例的三维显示模块的局部剖面示意图；
图4是本发明另一实施例的三维显示模块的局部剖面示意图；
图5是本发明另一实施例的三维显示模块的局部剖面示意图；
图6是本发明另一实施例的三维显示模块的局部剖面示意图；
图7是本发明另一实施例的三维显示模块的局部剖面示意图。
符号说明
100、200、300、400、500、600：三维显示模块
100a、400a、500a：像素区
110、210、310、410、510、610：载板
112、212、312、412、512、612：第一电极
114、214、314、428、528、628：第二电极
115、215：保护层
116、216、316：导电凸块
120、220、320、420、520：显示层
122R、122G、122B、222R、322R、422R、422G、422B、522R、522G、522B、622R、622G、622B：发光元件
124、224、324、424：底部填料
130、230、330、450a、550a：第一电极层
140、240、340、440、540、640：液晶层
150、250、350、450b、550b：第二电极层
160、260、360、460a、460b、560a、560b、660：驱动单元
217：绝缘层
218：导电通孔
219：凸块下金属
270、370、470、570：透明基板
380、426、526、526R、526G、526B、626：导电结构
382：导体层
384：硅导通孔
650：电极层
具体实施方式
图1是本发明一实施例的三维显示模块的局部剖面示意图。图2是图1的三维显示模块的局部俯视示意图。请参考图1及图2，本实施例的三维显示模块100例如是扩增实境抬头显示器且包括载板110、显示层120、第一电极层130、液晶层140、第二电极层150及驱动单元160。载板110具有保护层115、多个第一电极112及多个第二电极114，保护层115覆盖第二电极114且部分地暴露各第一电极112。显示层120配置于载板110上而位于载板110与液晶层140之间，且包括多个发光元件122R、122G、122B与底部填料(under-fill)124。
需说明的是，为使附图较为清楚，图1仅绘示出单一发光元件122R所对应的局部剖面，而图2仅绘示出数个发光元件122R、122G、122B所对应的局部区域，且图1中的底层填料124、液晶层140及第二电极层150未于图2绘示出。
在本实施例中，这些发光元件122例如是微型发光二极管(light emittingdiode，LED)元件或微型激光二极管(laser diode，LD)元件，且通过图1所示的导电凸块116分别连接这些第一电极112。底部填料124填充于这些发光元件122R、122G、122B、导电凸块116与载板110之间。第一电极层130配置于显示层120上且连接这些发光元件122R、122G、122B。液晶层140配置于显示层120上且覆盖第一电极层130。第二电极层150配置于液晶层140上，而使液晶层140位于第一电极层130与第二电极层150之间。本实施例的第一电极层130例如是金属网状层而不会遮挡发光元件122R、122G、122B发出的光线，然本发明不以此为限，第一电极层130也可为铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)电极薄膜而为透明。此外，本实施例的第二电极层150例如是具有铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)电极薄膜的透明盖板或其他适当种类的透明电极层，本发明不对此加以限制。
驱动单元160例如是驱动电路且适于驱动各第一电极112及第一电极层130供电至各发光元件122R、122G、122B，以使这些发光元件122R、122G、122B发出光线通过液晶层140而构成显示影像。各发光元件122R、122G、122B例如是以第一电极层130与第一电极112分别作为正极与负极。驱动单元160也适于驱动各第二电极114及第二电极层150在液晶层140形成电场而改变液晶层140的焦距，以控制显示影像的景深。液晶层140例如是以第二电极层150与第二电极114分别作为正极与负极而产生所述电场。
在本实施例中，用以产生显示影像的显示层120及其发光元件122R、122G、122B及用以调整显示画面的景深的液晶层140皆被载板110承载，使显示层120及液晶层140整合于三维显示模块100中而成为集成化的结构。三维显示模块100的驱动单元160除了可如上述般驱动这些发光元件122R、122G、122B发出光线而产生所述显示画面，更可如上述般驱动液晶层140改变其焦距，以快速且准确地控制所述显示影像的景深，从而配合行驶过程中不断变化的路况环境进行有效的标示。
详细而言，本实施例的三维显示模块100具有多个像素区100a(标示于图2)，这些发光元件包括多个第一色光(如红光)发光元件122R、多个第二色光(如绿光)发光元件122G及多个第三色光(如蓝光)发光元件122B，各像素区100a对应于第一色光发光元件122R、第二色光发光元件122G及第三色光发光元件122B。三维显示模块100可控制各像素区100a的发光元件122R、122G、122B发光或不发光，据以通过多个像素区100a共同构成所需显示的影像。
在本实施例中，三维显示模块100例如是将所述显示影像投射至驾驶者前方的挡风玻璃，使所述显示影像的虚像位于驾驶者眼前的环境中而构成对应于此环境的标示。承上，本实施例的驱动单元160可通过所述电场而使液晶层140在部分像素区100a的焦距不同于液晶层140在另一部分像素区100a的焦距，以控制所述显示影像的虚像在部分像素区100a的景深不同于所述显示影像的虚像在另一部分像素区100a的景深。由此，可即时地在驾驶者眼前环境的不同远近的区域分别产生不同景深的虚像，以达到扩增实境的显示效果。亦即，本实施例的三维显示模块100可随着交通工具(如汽车)的行驶，配合驾驶者眼前环境的变化而在不同时间点及不同显示区域提供不同景深的显示影像。
请参考图1，本实施例的第一电极层130在第二电极层150上的正投影不重叠于这些第二电极114在第二电极层150上的正投影。由此，可避免第一电极层130对第二电极114与第二电极层150之间的电场产生干扰。此外，本实施例的各发光元件122R、122G、122B除了覆盖一个第一电极112，更覆盖多个第二电极114，使发光元件122R、122G、122B在载板110上具有较高的覆盖率。
图3是本发明另一实施例的三维显示模块的局部剖面示意图。在图3的三维显示模块200中，载板210、第一电极212、第二电极214、导电凸块216、保护层215、显示层220、发光元件222R、底部填料224、第一电极层230、液晶层240、第二电极层250、驱动单元260的配置与作用方式类似图1的载板110、第一电极112、第二电极114、导电凸块116、保护层115、显示层120、发光元件122R、底部填料124、第一电极层130、液晶层140、第二电极层150、驱动单元160的配置与作用方式，于此不再赘述。三维显示模块200与三维显示模块100的不同处在于，第一电极212与导电凸块216之间更通过导电通孔218及凸块下金属(under bumpmetal，UBM)219而进行连接。此外，液晶层240与显示层230之间配置了透明基板270，以稳固地将液晶层240固定于透明基板270与第二电极层250之间，其中透明基板270例如是玻璃基板。另外，底部填料224与保护层215之间可具有绝缘层217。
图4是本发明另一实施例的三维显示模块的局部剖面示意图。在图4的三维显示模块300中，载板310、第一电极312、第二电极314、导电凸块316、保护层315、显示层320、发光元件322R、底部填料324、第一电极层330、液晶层340、第二电极层350、驱动单元360的配置与作用方式类似图1的载板110、第一电极112、第二电极114、导电凸块116、保护层115、显示层120、发光元件122R、底部填料124、第一电极层130、液晶层140、第二电极层150、驱动单元160的配置与作用方式，于此不再赘述。三维显示模块300与三维显示模块100的不同处在于，三维显示模块300还包括多个导电结构380，这导电结构380分别连接于这些第二电极314且贯穿显示层320的底部填料324而往液晶层340延伸。由于导电结构380与第二电极层350具有更近距离，故可在其间产生更强的电场以更有效地控制液晶层340的焦距。
此外，液晶层340与显示层320之间配置了透明基板370，以稳固地将液晶层340固定于透明基板370与第二电极层350之间，其中透明基板370例如是玻璃基板。导电结构380除了贯穿显示层320的底部填料324，也可如图4所示贯穿透明基板370。进一步而言，导电结构380在显示层320的区段例如为导体层382，且导电结构380在透明基板370的区段例如为硅导通孔(Through Silicon Via，TSV)，然本发明不以此为限。另外，由于第二电极314上方配置了导电结构380，故发光元件322R并未覆盖第二电极314，发光元件314是与这些导电结构380交错排列。
图5是本发明另一实施例的三维显示模块的局部剖面示意图。请参考图5，本实施例的三维显示模块400包括载板410、显示层420、液晶层440、第一电极层450a、第二电极层450b、驱动单元460a、驱动单元460b及透明基板470。显示层420包括多个发光元件422R、422G、422B且包括底部填料424及多个导电结构426。需说明的是，为使附图较为清楚，图5仅绘示出三个发光元件422R、422G、422B所对应的局部剖面。
载板410具有多个第一电极412，这些导电结构426(例如为导电凸块)配置于载板110上且分别连接这些第一电极412，这些导电结构426在垂直载板410的方向(即各导电结构426从载板410往液晶层440延伸的方向)上分别具有不同高度。这些发光元件422R、422G、422B例如是微型发光二极管(light emitting diode，LED)元件或微型激光二极管(laserdiode，LD)元件，且分别配置于这些导电结构426上而通过导电结构426分别连接这些第一电极412。各发光元件422R、422G、422B上具有第二电极428。底部填料424填充于这些发光元件422R、422G、422B、这些导电结构426与载板410之间。
第一电极层450a配置于显示层420上。液晶层440配置于发光元件422R、422G、422B上方，具体而言，本实施例的液晶层440如图5所示配置于第一电极层450a上且分离于显示层420。第二电极层450b配置于液晶层440上，而使液晶层440位于第一电极层450a与第二电极层450b之间。本实施例的第二电极层450b例如是具有铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)电极薄膜的透明盖板或其他适当种类的透明电极层，本发明不对此加以限制。此外，液晶层440与显示层420之间配置了透明基板470，以稳固地将液晶层440固定于透明基板470与第二电极层450b之间，其中透明基板470例如是玻璃基板。
驱动单元460a例如是驱动电路且适于驱动各第一电极412及各第二电极428供电至各发光元件422R、422G、422B，以使这些发光元件422R、422G、422B发出光线通过液晶层440而构成显示影像。各发光元件422R、422G、422B例如是以各第一电极412及各第二电极428分别作为正极与负极。另一驱动单元460b适于驱动第一电极层450a及第二电极层450b在液晶层440形成电场而改变液晶层440的焦距，以控制显示影像的景深。液晶层440例如是以第一电极层450a及第二电极层450b分别作为正极与负极而产生所述电场。
在本实施例中，用以产生显示影像的显示层420及其发光元件422R、422G、422B、导电结构426及用以调整显示画面的景深的液晶层440皆被载板410承载，使显示层420及液晶层440整合于三维显示模块400中而成为集成化的结构。三维显示模块400除了可如上述般藉其驱动单元460a驱动这些发光元件422R、422G、422B发出光线而产生所述显示画面，更可如上述般驱动液晶层440改变其焦距，以快速且准确地控制所述显示影像的景深，从而配合行驶过程中不断变化的路况环境进行有效的标示。此外，由于这些导电结构426分别具有不同高度，因此在依序配置这些导电结构426于载板410上的过程中，可避免碰撞到已配置的导电结构426，从而提高制作工艺良率。
详细而言，本实施例的三维显示模块400具有多个像素区400a(图5标示出一个像素区400a)，这些发光元件包括多个第一色光(如红光)发光元件422R、多个第二色光(如绿光)发光元件422G及多个第三色光(如蓝光)发光元件422B，各像素区400a对应于第一色光发光元件422R、第二色光发光元件422G及第三色光发光元件422B。三维显示模块400可控制各像素区400a的发光元件422R、422G、422B发光或不发光，据以通过多个像素区400a共同构成所需显示的影像。
在本实施例中，三维显示模块400例如是将所述显示影像投射至驾驶者前方的挡风玻璃，使所述显示影像的虚像位于驾驶者眼前的环境中而构成对应于此环境的标示。承上，本实施例的驱动单元460b可通过所述电场而使液晶层440在部分像素区400a的焦距不同于液晶层440在另一部分像素区400a的焦距，以控制所述显示影像的虚像在部分像素区400a的景深不同于所述显示影像的虚像在另一部分像素区400a的景深。由此，可即时地在驾驶者眼前环境的不同远近的区域分别产生不同景深的虚像，以达到扩增实境的显示效果。亦即，本实施例的三维显示模块400可随着交通工具(如汽车)的行驶，配合驾驶者眼前环境的变化而在不同时间点及不同显示区域提供不同景深的显示影像。
图6是本发明另一实施例的三维显示模块的局部剖面示意图。在图6的三维显示模块500中，载板510、第一电极512、第二电极528、导电结构526、显示层520、发光元件522R、522G、522B、第一电极层550a、第二电极层550b、液晶层540、驱动单元560a、560b、透明基板570的配置与作用方式类似图5的载板410、第一电极412、第二电极428、导电结构426、显示层420、发光元件422R、422G、422B、第一电极层450a、第二电极层450b、液晶层440、驱动单元460a、460b、透明基板470的配置与作用方式，于此不再赘述。三维显示模块500与三维显示模块400的不同处在于，在各像素区500a中，第一色光发光元件522R、第二色光发光元件522G及第三色光发光元件522B依序叠设于载板510上，导电结构526R连接于载板510与第一色光发光元件522R之间，导电结构526G贯穿第一色光发光元件522R而连接于载板510与第二色光发光元件522G之间，导电结构526B贯穿第一色光发光元件522R及第二色光发光元件522G而连接于载板510与第三色光发光元件522B之间。如上述般将第一色光发光元件522R、第二色光发光元件522G及第三色光发光元件522B以依序叠设的方式配置，可使各色光发光元件在载板510上具有较高的覆盖率以提升显示品质。
图7是本发明另一实施例的三维显示模块的局部剖面示意图。在图7的三维显示模块600中，载板610、第一电极612、导电结构626、发光元件622R、622G、622B、电极层650、液晶层640的配置与作用方式类似图5的载板410、第一电极412、导电结构426、发光元件422R、422G、422B、电极层450、液晶层440的配置与作用方式，于此不再赘述。三维显示模块600与三维显示模块400的不同处在于，液晶层640配置于载板610上且覆盖这些导电结构626及这些发光元件622R、622G、622B，各发光元件622R、622G、622B上具有第二电极628。驱动单元660除了驱动各第一电极626及各第二电极628供电至各发光元件622R、622G、622B，更驱动这些第二电极628及电极层650在液晶层640形成所述电场。
综上所述，本发明将用以产生显示影像的多个发光元件以及用以调整所述显示画面的景深的液晶层整合于三维显示模块中。三维显示模块的驱动单元除了可驱动这些发光元件发出光线而产生所述显示画面，更可驱动液晶层改变其焦距，以快速且准确地控制所述显示影像的景深，从而配合行驶过程中不断变化的路况环境进行有效的标示。此外，可将连接于多个发光元件与载板之间的多个导电结构设置为分别具有不同高度，由于这些导电结构分别具有不同高度，因此在依序配置这些导电结构于载板上的过程中，可避免碰撞到已配置的导电结构，从而提高制作工艺良率。
虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (19)

1.一种三维显示模块，包括：
载板，具有多个第一电极及多个第二电极；
显示层，配置于该载板上且包括多个发光元件，其中该多个发光元件分别连接该多个第一电极；
第一电极层，配置于该显示层上且连接该多个发光元件；
液晶层，配置于该显示层上且覆盖该第一电极层；
第二电极层，配置于该液晶层上；以及
驱动单元，该驱动单元驱动各该第一电极及该第一电极层供电至各该发光元件，以使该多个发光元件发出光线通过该液晶层而构成显示影像，且该驱动单元驱动各该第二电极及该第二电极层在该液晶层形成电场而改变该液晶层的焦距，以控制该显示影像的景深。
2.如权利要求1所述的三维显示模块，其中该显示层及该液晶层皆被该载板承载。
3.如权利要求1所述的三维显示模块，具有多个像素区，其中各该像素区对应于该多个发光元件的第一色光发光元件、第二色光发光元件及第三色光发光元件。
4.如权利要求1所述的三维显示模块，其中该第一电极层在该第二电极层上的正投影不重叠于该多个第二电极在该第二电极层上的正投影。
5.如权利要求1所述的三维显示模块，其中各该发光元件覆盖一该第一电极及至少一该第二电极。
6.如权利要求1所述的三维显示模块，包括多个导电结构，其中该多个导电结构分别连接于该多个第二电极且贯穿该显示层而往该液晶层延伸。
7.如权利要求6所述的三维显示模块，其中该多个发光元件与该多个导电结构交错排列。
8.如权利要求1所述的三维显示模块，其中该多个发光元件为发光二极管元件或激光二极管元件。
9.如权利要求1所述的三维显示模块，其中该显示影像的虚像位于环境中而构成对应于该环境的标示。
10.一种三维显示模块，包括：
载板；
多个导电结构，配置于该载板上且分别具有不同高度；
多个发光元件，分别配置于该多个导电结构上；
液晶层，配置于该多个发光元件上；以及
至少一驱动单元，该至少一驱动单元供电至各该发光元件，以使该多个发光元件发出光线通过该液晶层而构成显示影像，且该至少一驱动单元在该液晶层形成电场而改变该液晶层的焦距，以控制该显示影像的景深。
11.如权利要求10所述的三维显示模块，包括显示层，其中该显示层配置于该载板上且包括该多个导电结构及该多个发光元件，该液晶层分离于该显示层，该载板具有多个第一电极，该多个导电结构分别连接该多个第一电极，各该发光元件上具有第二电极，该至少一驱动单元驱动各该第一电极及各该第二电极供电至各该发光元件。
12.如权利要求10所述的三维显示模块，包括显示层、第一电极层及第二电极层，其中该显示层配置于该载板上且包括该多个导电结构及该多个发光元件，该第一电极层配置于该显示层上，该液晶层配置于该第一电极层上，该第二电极层配置于该液晶层上，该至少一驱动单元驱动该第一电极层及该第二电极层在该液晶层形成该电场。
13.如权利要求10所述的三维显示模块，其中该液晶层配置于该载板上且覆盖该多个导电结构及该多个发光元件，该载板具有多个第一电极，该多个导电结构分别连接该多个第一电极，各该发光元件上具有第二电极，该至少一驱动单元驱动各该第一电极及各该第二电极供电至各该发光元件。
14.如权利要求10所述的三维显示模块，包括电极层，其中该电极层配置于该液晶层上，各该发光元件上具有第二电极，该至少一驱动单元驱动该多个第二电极及该电极层在该液晶层形成该电场。
15.如权利要求10所述的三维显示模块，其中该多个导电结构、该多个发光元件及该液晶层皆被该载板承载。
16.如权利要求10所述的三维显示模块，具有多个像素区，其中各该像素区对应于该多个发光元件的第一色光发光元件、第二色光发光元件及第三色光发光元件。
17.如权利要求16所述的三维显示模块，其中在各该像素区中，该第一色光发光元件、该第二色光发光元件及该第三色光发光元件依序叠设于该载板上，一该导电结构连接于该载板与该第一色光发光元件之间，另一该导电结构贯穿该第一色光发光元件而连接于该载板与该第二色光发光元件之间，又一该导电结构贯穿该第一色光发光元件及该第二色光发光元件而连接于该载板与该第三色光发光元件之间。
18.如权利要求10所述的三维显示模块，其中该多个发光元件为发光二极管元件或激光二极管元件。
19.如权利要求10所述的三维显示模块，其中该显示影像的虚像位于环境中而构成对应于该环境的标示。
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