CN201716500U - 可切换二维与三维显示模式的显示装置及其液晶透镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置包括一显示面板与一液晶透镜，其中液晶透镜包括复数个透镜单元，且各透镜单元包括一第一基板、一第二基板与第一基板相对设置、一液晶层设置于第一基板与第二基板之间、一第一电极层设置于第一基板上并面对第二基板、一绝缘层设置于第一电极层与液晶层之间、一第二电极层设置于绝缘层与液晶层之间以及一第三电极层设置于液晶层与第二基板之间。本实用新型结构简单，设计合理，具有较好的市场价值。

Description

可切换二维与三维显示模式的显示装置及其液晶透镜

技术领域

本实用新型是关于一种可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置及其液晶透镜，尤指一种藉由三层电极驱动液晶透镜内的液晶分子的可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置。 

背景技术

立体显示技术主要的原理是使观看者的左眼与右眼分别接收到不同的影像，而左眼与右眼接收到的影像会经由大脑分析并重迭而使观看者感知到显示画面的层次感及深度，进而产生立体感。 

目前市面上的立体显像技术主要可区分时间序列式(time-sequential)与空间多任务式两种。时间序列式立体显示装置会以扫描方式依序交替显示供左眼观看的左眼画面与供右眼观看的右眼画面。于观看画面时，观看者必须配戴快门眼镜(shutter glass)，而快门眼镜可依据目前显示的画面依序容许观看者的左眼仅观看到左眼画面而无法观看到右眼画面，以及容许观看者的右眼仅观看到右眼画面而无法观看到左眼画面，藉此达到立体显示的效果。空间多任务式立体显示装置利用设置液晶透镜于立体显示装置内，使左眼所需的画面折射至左眼的方向以及右眼所需的画面折射至右眼的方向，进而达到三维的收视效果。此外，使用液晶透镜的立体显示装置亦能使收视者自由切换二维显示模式与三维显示模式，因此在使用上也更为方便与人性化。 

习知的液晶透镜是利用分布于液晶层内的电场驱动液晶层内的液晶分子，使液晶分子的长轴随着电场强弱而改变方向，进而达到类似于透镜般的排列结构。然而，习知的液晶透镜所使用的双层电极驱动方式由于用以驱动的电场分布过于简单，往往无法使液晶层内的液晶份子达到接近于理想化透镜的排列方式，使穿透液晶透镜的显示画面亦无法完全有效的折射至理想的方向(例如收视者的左眼与右眼)，因此习知的液晶透镜在其电场分布与设计上仍有待更进一步的改善。 

发明内容

本实用新型的主要目的之一在于提供一种可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置及其液晶透镜，以解决上述习知技术所面临的难题。 

为达上述目的，本实用新型提供一种液晶透镜，包括复数个透镜单元、一第一基板、一第二基板与第一基板相对设置、一液晶层设置于第一基板与第二基板之间、一第一电极层设置于第一基板上并面对第二基板、一绝缘层设置于第一电极层与液晶层之间、一第二电极层设置于绝缘层与液晶层之间以及一第三电极层设置于液晶层与第二基板之间，其中第一电极层包括一对第一外侧电极大体上设置于透镜单元两侧的边缘，第二电极层包括一对第二外侧电极与一对第二内侧电极。 

为达上述目的，本实用新型另提供一种可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置，包括一显示面板，以及一上述液晶透镜设置于显示面板之上。其中显示面板所投射出的影像画面是穿过液晶透镜，并藉由控制液晶透镜内的电场，切换二维显示模式与三维显示模式。 

本实用新型的可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置及其液晶透镜，于二维显示模式下，液晶透镜内的第一电极层与第二电极层以及第三电极层之间皆不具有任何的电压差，使液晶透镜内的液晶分子皆未受到电场的影响而平行排列，因此液晶透镜不会对显示面板所投射的影像画面产生影响。当显示装置于三维显示模式下，液晶透镜内的第一电极层以及第二电极层分别与第三电极层之间具有电压差，使液晶透镜内的液晶分子受到电压差所产生的电场影响而呈现具有一梯度变化的排列方式。因此，当显示面板所投射出的影像画面穿过液晶透镜时，液晶透镜内的液晶分子能将提供给左眼的画面折射至收视者左眼的位置以及将提供给右眼的画面折射至收视者右眼的位置，进而达到三维显示的收视效果。 

附图说明

图1绘示了本实用新型第一较佳实施例的液晶透镜的透镜单元的剖面结构示意图。 

图2绘示了本实用新型第二较佳实施例的液晶透镜的透镜单元的剖面结构示意图。 

图3绘示了本实用新型第三较佳实施例的液晶透镜的透镜单元的剖面结构示意图。 

图4绘示了本实用新型第四较佳实施例的液晶透镜的透镜单元的剖面结构示意图。 

图5绘示了本实用新型第一较佳实施例的液晶透镜的剖面结构示意图。 

图6与图7绘示了本实用新型的可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置。 

图8绘示了本实用新型的可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置于二维显示模式的示意图。 

图9绘示了本实用新型的可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置于三维显示模式的示意图。 

  【主要组件符号说明】 

10        液晶透镜                      20       第一基板

30        第一电极层                    32       第一外侧电极

34        第一内侧电极                  40       绝缘层

50        第二电极层                    52       第二外侧电极

54        第二内侧电极                  60       液晶层

70        第三电极层                    80       第二基板

90        显示面板                      100      显示装置

LU        透镜单元                      P        画素单元

RP        红色次画素                    GP       绿色次画素

BP        蓝色次画素 。                        

具体实施方式

在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异作为区别组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区别的基准。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的「包含」是为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。 

请参考图1，图1绘示了本实用新型第一较佳实施例的液晶透镜10的透镜单元LU的剖面结构示意图。为了简化说明及图式，图1中仅绘示出了单一透镜单元LU的剖面结构。如图1所示，本实用新型第一较佳实施例的液晶透镜10包括复数个透镜单元LU、一第一基板20、一第二基板80与第一基板20相对设置、一液晶层60设置于第一基板20与第二基板80之间、一第一电极层30设置于第一基板20上并面对第二基板80、一绝缘层40设置于第一电极层30与液晶层60之间、一第二电极层50设置于绝缘层40与液晶层60之间以及一第三电极层70设置于液晶层60与第二基板80之间。在本实施例中，绝缘层40是为一氮化硅材料，但并不以此为限，绝缘层40的材料亦可为其它的透明绝缘材料。第一电极层30包括一对第一外侧电极32，第二电极层50包括一对第二外侧电极52与一对第二内侧电极54，其中该对第二内侧电极54是设置于该对第二外侧电极52之间，且各第二外侧电极52的一端是与对应的各第一外侧电极32的一端于一垂直投影方向对齐设置，且大体上设置接近液晶单元LU两侧的边缘，各第二内侧电极54的一端是与对应的各第一外侧电极32的另一端于一垂直投影方向对齐设置。此外，第二外侧电极52于一垂直投影方向是完全重迭于第一外侧电极32之上，但并不以此为限。举例来说，各第二外侧电极52的一端亦可不与对应的各第一外侧电极32的一端于一垂直投影方向对齐设置，换言之，在此状况下，第二外侧电极52亦可于一垂直投影方向部分重迭于第一外侧电极32之上。此外，第二内侧电极54于一垂直投影方向是完全重迭于第一外侧电极32之上，但并不以此为限。再举例来说，各第二内侧电极54的一端亦可不与对应的各第一外侧电极32的一端于一垂直投影方向对齐设置，换言之，在此状况下，第二内侧电极54于一垂直投影方向亦可部分重迭于第一外侧电极32之上。 

本实用新型的液晶透镜10的各第一外侧电极32具有一第一外侧电极宽度，各第二外侧电极52具有一第二外侧电极宽度，各第二内侧电极54具有一第二内侧电极宽度，其中第一外侧电极宽度大体上是介于2微米至30微米之间，且较佳为10微米，第二外侧电极宽度与第二内侧电极宽度大体上是介于2微米至30微米之间，且较佳为5微米。此外，各第二外侧电极52与其相邻的第二内侧电极54之间具有一节距(pitch)，此节距是介于2微米至10微米之间，且较佳为5微米，但不以此为限。本实施例的第一外侧电极宽度是大于第二外侧电极宽度与第二内侧电极宽度的总和，但并不以此为限。 

在本实施例中，当液晶透镜10于作用时，各第一外侧电极32与第三电极层70之间具有一第一外侧电压差，各第二外侧电极52与第三电极层70之间具有一第二外侧电压差，以及各第二内侧电极54与第三电极层70之间具有一第二内侧电压差，其中第一外侧电压差、第二外侧电压差以及第二内侧电压差是介于1伏特至100伏特之间，且较佳为5伏特至10伏特之间。第一外侧电压差、第二外侧电压差以及第二内侧电压差分别具有一可影响液晶层60内的液晶分子长轴方向的电场，且第二外侧电压差是大于第二内侧电压差，但并不以此为限，第二外侧电压差亦可等于第二内侧电压差。因此，当第二外侧电极52与第一外侧电极32于一垂直投影方向相互重迭时，位于液晶层60内的液晶分子是受到第二外侧电压差所产生的电场与第一外侧电压差所产生的电场的共同作用所影响，且当第二内侧电极54与第一外侧电极32于一垂直投影方向相互重迭时，位于液晶层60内的液晶分子亦会受到第二内侧电压差所产生的电场与第一外侧电压差所产生的电场的共同作用所影响，其中第二内侧电压差与第一外侧电压差所共同产生的电场是不同于第二外侧电压差与第一外侧电压差所共同产生的电场，但并不以此为限。本实用新型的液晶透镜10的透镜单元LU是藉由多重的电场变化与分布，使液晶层60内的液晶分子改变其长轴所指的方向并呈现如透镜般的排列，进而使液晶层60具有接近于透镜的折射效果。 

请参考图2，图2绘示了本实用新型第二较佳实施例的液晶透镜10的透镜单元LU的剖面结构示意图。为了简化说明并比较各实施例的相异处，本实施例与前述实施例使用相同符号标注相同组件，并仅针对相异处进行说明。如图2所示，不同于上述的第一较佳实施例，本实施例的液晶透镜10的各第二外侧电极52与各第二内侧电极54于一垂直投影方向是设置于靠近各第一外侧电极32的中心部位，且各第二外侧电极52以及各第二内侧电极54的任一端皆不与各第一外侧电极32的任一端对齐设置。相较于前述的第一较佳实施例，本实施例具有更多重的电场分布。由于本实施例的各第二外侧电极52与各第二内侧电极54皆未分别对齐设置于各第一外侧电极32的两端，因此不同于前述的第一较佳实施例，位于各第一外侧电极32的两端与第三电极层70之间的液晶分子是主要受到第一外侧电压所驱动，而非由第一外侧电压与第二外侧电压以及第二内侧电压的其中一者的共同作用所驱动。因此，相较于第一较佳实施例，本实施例的液晶透镜10的透镜单元LU内的液晶分子是由更多重分布于第一电极层30与第三电极层70以及第二电极层50与第三电极层70之间的电场所驱动，且当液晶分子受到多重电场所驱动时，液晶分子的长轴方向的改变亦能呈现更多层次的转折，以达到更接近于透镜的排列。 

请参考图3，图3绘示了本实用新型第三较佳实施例的液晶透镜10的透镜单元LU的剖面结构示意图。如图3所示，本实用新型第三较佳实施例的液晶透镜10的透镜单元LU的第一电极层30另包括一对第一内侧电极34设置于对第一外侧电极32之间，其中第一内侧电极34具有一第一内侧电极宽度，第一内侧电极宽度大体上是介于2微米至30微米之间，且较佳为10微米。此外，各第一内侧电极34与其相邻的第一外侧电极32之间具有一节距，此节距是介于2微米至10微米之间，且较佳为5微米。本实施例的第一外侧电极宽度是大于第二外侧电极宽度，第一内侧电极宽度是大于第二内侧电极宽度，但并不以此为限。此外，本实施例的各第一内侧电极32与第三电极层70之间具有一第一内侧电压差，且第一内侧电压差是小于第一外侧电压差，但并不以此为限，第一内侧电压差亦可等于第一外侧电压差。本实施例的第一内侧电压差是介于1伏特至100伏特之间，且较佳为5伏特至10伏特之间。不同于前述的实施例，本实施例的第二内侧电极54于一垂直投影方向是对应设置于第一内侧电极34的中心部位，第二外侧电极52于一垂直投影方向是对应设置于第一外侧电极32的中心部位，且第二外侧电极52于一垂直投影方向是完全重迭于第一外侧电极32，以及第二内侧电极54于一垂直投影方向是完全重迭于第一内侧电极34。此外，介于第一内侧电极34与第二内侧电极54所重迭的部分与第三电极层70之间的液晶分子是主要受到第一内侧电压与第二内侧电压所共同产生的电场所驱动。相较于前述的实施例，本实施例是藉由增加一对第一内侧电极34于液晶单于LU之中，且提供第一内侧电极34不同于第一外侧电压的第一内侧电压，以提供更多重的电场分布与电极组合，进而使液晶层60内的液晶分子的长轴具有更多层次的转折，使本实施例的液晶透镜10的透镜单元LU于作用时达到更接近于透镜的结构。 

请参考图4，图4绘示了本实用新型第四较佳实施例的液晶透镜10的透镜单元LU的剖面结构示意图。如图4所示，不同于第三较佳实施例，本实施例的各第二外侧电极52的一端是与各第一外侧电极32的一端于一垂直投影方向对齐设置，且大体上设置于接近液晶单元LU两侧的边缘。本实施例的液晶透镜10的透镜单元LU藉由在接近液晶单元LU两侧的边缘同时设置第一外侧电极32与第二外侧电极52，使位于第一外侧电极32与第二外侧电极52重迭的部分与第三电极层70之间的液晶分子能受到第一外侧电压与第二外侧电压共同产生的电场所驱动。为了达到接近于透镜的结构，位于液晶单元LU边缘的液晶分子长轴较其它区域的液晶分子长轴需要较大的倾倒幅度，故驱动液晶单元LU边缘的液晶分子长轴需要较强的电场所驱动，因此本实施例藉由设置第一外侧电极32与第二外侧电极52于液晶单元LU的边缘以达到增强边缘电场驱动的功效。此外，本实施例的液晶透镜10的透镜单元LU亦藉由设置第一内侧电极34以提供更多重的电场分布与电极组合，使液晶层60内的液晶分子的长轴能具有多层次的转折。 

请参考图5，图5绘示了本实用新型第一较佳实施例的液晶透镜10的剖面结构示意图。如图5所示，位于各透镜单元LU边缘的各第一外侧电极32是与其相邻的第一外侧电极32相互连结，且由同一制程步骤所制作，但并不以此为限，位于各透镜单元LU边缘的各第一外侧电极32亦可与其相邻的另一第一外侧电极32彼此分离。此外，位于各透镜单元LU边缘的各第二外侧电极52亦与其相邻的第二外侧电极52相互连结，但并不以此为限。为了简化说明以及图示，图5仅绘示出了由三个透镜单元LU所组成的液晶透镜10，而在实际的创作当中，透镜单元LU的数量并不以此为限。 

请参考图6与图7，图6与图7绘示了本实用新型的可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置100。本实用新型的可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置100包括一显示面板90与上述的液晶透镜10，其中图6绘示了本实用新型的显示面板90设置于液晶透镜10的第一基板20的一外侧表面上，图7绘示了本实用新型的显示面板90设置于液晶透镜10的第二基板80的一外侧表面上。如图6与图7所示，本实用新型的液晶透镜10的两面皆可设置显示面板90，且皆可达到切换二维显示模式与三维显示模式的效果。为了简化说明及图式，图6与图7仅绘示出了一种具有单一液晶单元LU的液晶透镜10，在实际的创作当中并不以此为限。 

请参考图8，图8绘示了本实用新型第四较佳实施例的可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置100于二维显示模式的示意图。当本实用新型的可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置100于二维显示模式下，第一外侧电极32、第一内侧电极34、第二外侧电极52与第二内侧电极54以及第三电极层70之间皆不具有电压差，换言之液晶透镜10内不存在有任何电场，使液晶层60的液晶分子长轴皆为平行排列，且光线所穿透的液晶分子具有同一折射率。因此，当显示面板所射出的显示画面穿过液晶透镜10时，显示画面皆会大体上折射至同一方向(例如一垂直投影方向，如图8中箭头所示)，使收视者的左眼与右眼接收到相同的显示画面，达到二维显示的效果。本实用新型的液晶透镜10的各液晶单元LU是对应显示面板90内的两个画素单元P，但并不以此为限，各液晶单元LU所对应的画素单元P的数量亦可随着液晶单元LU的不同设计而改变。此外，各画素单元P包含一个红色次画素RP、一个绿色次画素GP以及一个蓝色次画素BP，但并不以此为限，各画素单元P亦可另包括一个白色次画素(图8未示)藉以提升亮度。值得说明的是，本实用新型的液晶透镜10的宽度是小于显示面板90的宽度，且液晶透镜10与显示面板90的宽度比大体上为0.997比1.000，但并不以此为限。 

请参考图9，图9绘示了本实用新型第四较佳实施例的可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置100于三维显示模式的示意图。当本实用新型的可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置100于三维显示模式下，第一外侧电压差、第一内侧电压差、第二外侧电压差以及第二内侧电压差的至少其中一者不等于0伏特，亦即液晶透镜10存在有至少一种以上的电场，使液晶层60内的液晶分子的长轴能改变其方向并呈现如透镜般的排列。当液晶分子受到电场的驱动呈现倾倒，液晶分子的折射率亦随这倾倒角度的不同而改变。呈现透镜般排列的液晶分子，具有能将光线折射至两个不同方向的特性，因此如图9的箭头所示，显示面板90所射出的给收视者左眼的显示画面在穿过液晶透镜10时会折射至收视者左眼的位置，而显示面板90所射出的给收视者右眼的显示画面在穿过液晶透镜10时则会折射至收视者右眼的位置，使收视者的左眼与右眼接收到不同的影像画面，进而达到三维显示的收视效果。 

本实用新型的可切换二维显示模式与三维显示模式的显示装置及其液晶透镜，于二维显示模式下，液晶透镜内的第一电极层与第二电极层以及第三电极层之间皆不具有任何的电压差，使液晶透镜内的液晶分子皆未受到电场的影响而平行排列。当显示装置于三维显示模式下，液晶透镜内的第一电极层以及第二电极层分别与第三电极层之间具有电压差，使液晶透镜内的液晶分子受到电压差所产生的电场影响而呈现具有一梯度变化的排列方式，进而达到三维显示的效果。 

    以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。 

Claims (13)

1.一种液晶透镜，其特征在于：该液晶透镜包括复数个透镜单元，且各该透镜单元包括：一第一基板；一第二基板，与该第一基板相对设置；一液晶层，设置于该第一基板与该第二基板之间；一第一电极层，设置于该第一基板上并面对该第二基板，该第一电极层包括一对第一外侧电极大体上设置于该透镜单元两侧的边缘；一绝缘层，设置于该第一电极层与该液晶层之间；一第二电极层，设置于该绝缘层与该液晶层之间，该第二电极层包括一对第二外侧电极与一对第二内侧电极；以及一第三电极层，设置于该液晶层与该第二基板之间。

2.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于：其中该第一电极层另包括一对第一内侧电极设置于该对第一外侧电极之间。

3.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于：其中该对第二外侧电极于一垂直投影方向是部分重迭于该第一电极层。

4.根据权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于：其中该对第二外侧电极于一垂直投影方向是完全重迭于该第一电极层。

5.根据权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于：其中该对第二内侧电极于一垂直投影方向是部分重迭于该第一电极层。

6.根据权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于：其中该对第二内侧电极于一垂直投影方向是完全重迭于该第一电极层。

7.根据权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于：其中各该第一外侧电极具有一第一外侧电极宽度，各该第一内侧电极具有一第一内侧电极宽度，各该第二外侧电极具有一第二外侧电极宽度，各该第二内侧电极具有一第二内侧电极宽度。

8.根据权利要求7所述的液晶透镜，其特征在于：其中该第一外侧电极宽度与该第一内侧电极宽度大体上是介于2微米至30微米之间，该第二外侧电极宽度与该第二内侧电极宽度大体上是介于2微米至30微米之间。

9.根据权利要求8所述的液晶透镜，其特征在于：其中该第一外侧电极宽度与该第一内侧电极宽度为10微米，该第二外侧电极宽度与该第二内侧电极宽度为5微米。

10.根据权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于：其中各该第一外侧电极与其相邻的该第一内侧电极之间具有一节距，且该节距是介于2微米至10微米之间。

11.一种可切换二维与三维显示模式的显示装置，其特征在于包括：一显示面板；以及一如权利要求1所述的液晶透镜。

12.根据权利要求11所述的可切换二维与三维显示模式的显示装置，其特征在于：其中该显示面板是设置于该第一基板的一外侧表面上。

13.根据权利要求11所述的可切换二维与三维显示模式的显示装置，其特征在于：其中该显示面板是设置于该第二基板的一外侧表面上。

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