CN114019693A - 显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种显示设备，包括显示面板、光偏振转换器、第一透镜层以及第二透镜层，光偏振转换器设置于显示面板上。第一透镜层设置于光偏振转换器上，且包括依序排列的多个第一透镜。第二透镜层设置于第一透镜层上，且包括依序排列的多个第二透镜。每一第一透镜以及每一第二透镜包括液晶分子，且这些第一透镜的液晶分子的配向与这些第二透镜的液晶分子的配向相垂直，且每一第一透镜的曲率半径大于每一第二透镜的曲率半径。

Description

显示设备
技术领域
本发明涉及一种显示设备。
背景技术
随着显示技术的进步，支持3D影像播放的显示器已逐渐普及。裸眼3D显示器允许使用者在未配戴3D眼镜的状况下观赏3D立体影像，其中利用透镜(lenticular lens)成像的裸眼3D显示器相较于光栅式(barrier)裸眼3D显示器有较高的穿透率。然而，在现行单一曲率半径的透镜配置下，其球面像差造成显示器的侧视角光斑(spot size)变大，而使得侧视角的影像变模糊。
发明内容
本发明提供一种显示设备，具备良好的显示品质。
根据本发明一实施例，提供一种显示设备，包括显示面板、光偏振转换器、第一透镜层以及第二透镜层，光偏振转换器设置于显示面板上。第一透镜层设置于光偏振转换器上，且包括依序排列的多个第一透镜。第二透镜层设置于第一透镜层上，且包括依序排列的多个第二透镜。每一第一透镜以及每一第二透镜包括液晶分子，且这些第一透镜的液晶分子的配向与这些第二透镜的液晶分子的配向相垂直，且每一第一透镜的曲率半径大于每一第二透镜的曲率半径。
基于上述，本发明实施例提供的显示设备配置了不同曲率半径的透镜。不同视角的光线得以通过不同的透镜成像，正视角的光线通过曲率半径较小的第二透镜来成像，侧视角的光线通过曲率半径较大的第一透镜来实现，避免侧视角光斑变大的现象，兼顾了正视角方向以及侧视角方向的成像品质。
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，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明第一实施例的显示设备的示意图；
图2为图1所示的显示设备的横截面示意图；
图3A及图3B分别为本发明第一实施例的显示设备在第一时段及第二时段的光传导示意图；
图4A及图4B分别为本发明第二实施例的显示设备在第一时段及第二时段的光传导示意图。
符号说明
1～12:像素
40:透明层
100:显示面板
101:第一透镜层
101C、102C:覆盖层
102:第二透镜层
200:光偏振转换器
300:透镜层
1000、2000:显示设备
1011:第一透镜
1021:第二透镜
1011L、1021L:液晶分子
L1:第一偏振影像光束
L2:第二偏振影像光束
X、Y、Z:方向
具体实施方式
参照图1，其绘示根据本发明一实施例的显示设备1000的示意图。在图1中，为了清楚说明的目的，将显示设备1000的各个部件分开绘示。
显示设备1000包括显示面板100、光偏振转换器200以及透镜层300，光偏振转换器200设置于显示面板100以及透镜层300之间。透镜层300包括第一透镜层101以及第二透镜层102，第一透镜层101以及第二透镜层102可以直接接触或分离开设置。第一透镜层101设置于光偏振转换器200以及第二透镜层102之间，且第一透镜层101包括依序排列的多个第一透镜1011以及第一覆盖层101C，第一覆盖层101C设置于多个第一透镜1011上。第二透镜层102包括依序排列的多个第二透镜1021以及第二覆盖层102C，第二覆盖层102C设置于多个第二透镜1021上。第一覆盖层101C以及第二覆盖层102C的材料可以包括环氧树脂(epoxyresin)、UV胶或其他适合的材料。
光偏振转换器200配置于显示面板100以及透镜层300之间。在本实施例中，光偏振转换器200为扭转向列型液晶盒(TN-LC cell)。换言之，光偏振转换器200包括两个基板(未绘示)以及配置于基板之间的液晶层(未绘示)。基板上可配置有电极层(未绘示)，以产生改变液晶分子排列方向的电场，而使得光偏振转换器200能够调变入射光的偏振方向。然而，本发明不限于此。在其他实施例中，光偏振转换器200也可以是边界电场切换液晶盒(FFS-LC cell)、光学补偿双折射液晶盒(OBC-LC cell)或聚合物稳定配向液晶盒(PSA-LCcell)。
多个第一透镜1011与多个第二透镜1021以一对一的方式对应设置，其中每一个第一透镜1011的中央区域与对应的第二透镜1021的中央区域在显示面板100的垂直投影相重叠，且每一个第一透镜1011的边缘区域与对应的第二透镜1021的边缘区域在显示面板100的垂直投影相重叠。具体而言，以图2为例，第一透镜1011的中央区域与第二透镜1021的中央区域在显示面板100的垂直投影都是落在显示面板100的像素3、像素4、像素5以及像素6上，第一透镜1011的中央区域与第二透镜1021的中央区域在显示面板100的垂直投影相重叠。第一透镜1011的边缘区域与第二透镜1021的边缘区域在显示面板100的垂直投影都是落在显示面板100的像素1、像素2、像素7以及像素8上，第一透镜1011的边缘区域与第二透镜1021的边缘区域在显示面板100的垂直投影相重叠。
在本实施例中，多个第一透镜1011以及多个第二透镜1021为弧面柱，但是本发明不以此为限。在本发明的其他实施例中，每一个第一透镜1011以及每一个第二透镜1021在显示面板100的垂直投影可以是矩形、正多边形或圆形中的一种。
同时参照图1及图2，图2是图1所示的显示设备1000的横截面示意图。在图2中，为了清楚说明的目的，仅绘示一个第一透镜1011以及对应的一个第二透镜1021。
每一个第一透镜1011包括液晶分子1011L，每一个第二透镜1021包括液晶分子1021L，可以通过挖空第一覆盖层101C并注入液晶分子1011L，以及通过挖空第二覆盖层102C并注入液晶分子1021L来形成。液晶分子1011L的寻常光折射率与第一覆盖层101C的折射率相同。液晶分子1021L的寻常光折射率与第二覆盖层102C的折射率相同。
液晶分子1011L的配向与液晶分子1021L的配向相垂直。如图2所示，液晶分子1011L的长轴在X方向上，液晶分子1021L的长轴在Y方向上，X方向垂直于Y方向。
在本实施例中，液晶分子1011L的光学特性可以与液晶分子1021L的光学特性相同。换言之，液晶分子1011L以及液晶分子1021L可以具有相同的寻常光(ordinary ray)折射率与非寻常光(extraordinary ray)折射率，但是本发明不以此为限。在本发明的一些实施例中，液晶分子1011L以及液晶分子1021L可以具有不同的寻常光折射率与不同的非寻常光折射率。
如图1及图2所示，每一个第一透镜1011的曲率半径大于每一个第二透镜1021的曲率半径。并且，每一个第一透镜1011的曲率半径相同，每一个第二透镜1021的曲率半径相同，但是本发明不以此为限。在本发明的一些实施例中，不同的第一透镜1011的曲率半径可以不同。在本发明的一些实施例中，不同的第二透镜1021的曲率半径可以不同。
参照图3A及图3B，图3A及图3B分别绘示了根据本发明第一实施例的显示设备1000在第一时段及第二时段的光传导示意图。
在图3A中，显示面板100的像素1、像素2、像素7以及像素8在第一时段内不发光，像素3、像素4、像素5以及像素6在第一时段内发光，其光束通过光偏振转换器200的调变后，形成第一偏振影像光束L1，且第一偏振影像光束L1的偏振方向落在图3A所示的YZ平面上。换言之，第一偏振影像光束L1的偏振不在X方向上。也就是说，第一偏振影像光束L1的偏振方向与第一透镜1011中的液晶分子1011L的短轴平行，第一偏振影像光束L1感受到的是液晶分子1011L的寻常光折射率。由于第一覆盖层101C的折射率与液晶分子1011L的寻常光折射率相同，第一偏振影像光束L1在第一透镜1011与第一覆盖层101C的交界处不会发生折射，而是维持原偏振态并且以原传播方向进入第一覆盖层101C，再接续进入第二透镜1021。由于第二透镜1021的液晶分子1021L的长轴也在YZ平面上，且第一偏振影像光束L1在进入第二透镜层102前的偏振方向垂直于液晶分子1021L的短轴，使得第一偏振影像光束L1感受到液晶分子1021L的各向异性，而非液晶分子1021L的寻常光折射率。由于第二覆盖层102C的折射率等于液晶分子1021L的寻常光折射率，第一偏振影像光束L1在第二透镜1021与第二覆盖层102C的交界处会感受到折射率的差异而发生折射。通过上述第一时段内的光传导过程，像素3、像素4、像素5以及像素6提供的光束对应形成显示设备1000的正视角光束。
在图3B中，显示面板100的像素3、像素4、像素5以及像素6在第二时段内不发光，像素1、像素2、像素7以及像素8在第二时段内发光，其光束通过光偏振转换器200的调变后，形成第二偏振影像光束L2，且第二偏振影像光束L2的偏振方向落在图3B所示的X方向上。也就是说，第二偏振影像光束L2的偏振方向与第一透镜1011中的液晶分子1011L的长轴平行，第二偏振影像光束L2感受到的是液晶分子1011L的非寻常光折射率。由于第一覆盖层101C的折射率与液晶分子1011L的寻常光折射率相同，且不同于液晶分子1011L的非寻常光折射率，第二偏振影像光束L2在第一透镜1011与第一覆盖层101C的交界处会感受到折射率的差异而发生折射，进入第一覆盖层101C，再接续进入第二透镜1021。由于第二偏振影像光束L2在进入第二透镜层102前的偏振方向在X方向上，且平行于液晶分子1021L的短轴，使得第二偏振影像光束L2感受到液晶分子1021L的寻常光折射率。由于第二覆盖层102C的折射率与液晶分子1021L的寻常光折射率相同，第二偏振影像光束L2在第二透镜1021与第二覆盖层102C的交界处不会发生折射，而是以原传播方向进入第二覆盖层102C。通过上述第二时段内的光传导过程，像素1、像素2、像素7以及像素8提供的光束对应形成显示设备1000的侧视角光束。
综合上述关于图3A以及图3B的描述，本实施例提供的显示设备1000的侧视角光束通过第一透镜1011来成像，正视角光束通过第二透镜1021来成像，其中，第一透镜1011的曲率半径大于第二透镜1021的曲率半径，使得显示面板100得以避免侧视角光斑变大的问题，在正视角及侧视角方向上都得到良好的成像品质。
在本实施例中，显示设备1000以至少120Hz的频率来切换显示面板100于第一时段内的状态(即像素1、像素2、像素7以及像素8不发光，像素3、像素4、像素5以及像素6发光)以及第二时段内的状态(即像素3、像素4、像素5以及像素6不发光，像素1、像素2、像素7以及像素8发光)，其中，每一个第一透镜1011以及每一个第二透镜1021的曲率半径都不随时间改变。
为了充分说明本发明的各种实施态样，将在下文描述本发明的其他实施例。在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
参照4A及图4B，图4A及图4B分别绘示了根据本发明第二实施例的显示设备2000在第一时段及第二时段的光传导示意图。相较于图3A及图3B所示的显示设备1000，显示设备2000不同在于，显示设备2000更包括了透明层40，透明层40设置于第一透镜层101以及第二透镜层102之间，其中第一透镜1011的液晶分子1011L的寻常光折射率、第一覆盖层101C的折射率、透明层40的折射率、第二透镜1021的液晶分子1021L的寻常光折射率以及第二覆盖层102C的折射率相同。并且，透明层40的厚度大于第一透镜层101的厚度以及第二透镜层102的厚度，透明层40可以例如是玻璃或是其他适合的透明材料。
通过设置透明层40，增加了第二透镜层102与显示面板100之间的距离。使得显示设备2000在图4A所示的第一时段中得以对像素3至像素10(共计8个像素)的光束进行成像，相较于图3A所示的对像素3至像素6(共计4个像素)的光束进行成像，显示设备2000可以在正视角方向提供较高的视图密度(view density)。另外，通过图4B所示的第二时段内的光传导过程，像素1、像素2、像素11及像素12提供的光束可以对应形成显示设备2000的侧视角光束。
综上所述，本发明实施例提供的显示设备配置了不同曲率半径的透镜。不同视角的光线得以通过不同的透镜成像，正视角的光线通过曲率半径较小的第二透镜来成像，侧视角的光线通过曲率半径较大的第一透镜来实现，避免侧视角光斑变大的现象，兼顾了正视角方向以及侧视角方向的成像品质。

Claims (13)

1.一种显示设备，包括：
显示面板；
光偏振转换器，设置于该显示面板上；
第一透镜层，设置于该光偏振转换器上，且包括依序排列的多个第一透镜；以及
第二透镜层，设置于该第一透镜层上，且包括依序排列的多个第二透镜，
其中每一第一透镜以及每一第二透镜包括液晶分子，且该些第一透镜的液晶分子的配向与该些第二透镜的液晶分子的配向相垂直，且每一第一透镜的曲率半径大于每一第二透镜的曲率半径。
2.如权利要求1所述的显示设备，其中每一第一透镜的中央区域与对应的该第二透镜的中央区域在该显示面板的垂直投影相重叠，且每一第一透镜的边缘区域与对应的该第二透镜的边缘区域在该显示面板的垂直投影相重叠。
3.如权利要求2所述的显示设备，其中该显示面板包括多个像素，其中对应每一第一透镜的边缘区域的该垂直投影的该些像素在第一时段关闭，且在不同于该第一时段的第二时段开启；对应每一第二透镜的中央区域的该垂直投影的该些像素在该第一时段开启，且在该第二时段关闭。
4.如权利要求3所述的显示设备，其中在该第一时段开启的该些像素所提供的光在穿透该光偏振转换器后的偏振方向与该些第二透镜的液晶分子的短轴相垂直，在该第二时段开启的该些像素所提供的光在穿透该光偏振转换器后的偏振方向与该些第一透镜的液晶分子的短轴相垂直。
5.如权利要求1所述的显示设备，还包括透明层，设置于该第一透镜层以及该第二透镜层之间。
6.如权利要求5所述的显示设备，其中该透明层的折射率、该些第一透镜的液晶分子的寻常光折射率以及该些第二透镜的液晶分子的寻常光折射率相同。
7.如权利要求5所述的显示设备，其中该透明层的厚度大于该第一透镜层的厚度以及该第二透镜层的厚度。
8.如权利要求1所述的显示设备，其中每一第一透镜的曲率半径相同，且每一第二透镜的曲率半径相同。
9.如权利要求1所述的显示设备，其中该些第一透镜的液晶分子与该些第二透镜的液晶分子具备相同的光学特性。
10.如权利要求1所述的显示设备，其中每一第一透镜以及每一第二透镜为弧面柱。
11.如权利要求1所述的显示设备，其中每一第一透镜以及每一第二透镜的曲率半径不随时间改变。
12.如权利要求1所述的显示设备，其中该第一透镜层还包括第一覆盖层，覆盖该些第一透镜，该第二透镜层还包括第二覆盖层，覆盖该些第二透镜，该些第一透镜的液晶分子的寻常光折射率与该第一覆盖层的折射率相同，且该些第二透镜的液晶分子的寻常光折射率与该第二覆盖层的折射率相同。
13.如权利要求1所述的显示设备，其中每一第一透镜以及每一第二透镜在该显示面板的垂直投影是矩形、正多边形或圆形中的一种。
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