TWI407147B - 可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置及其主動散射透鏡 - Google Patents

Description

可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置及其主動散射透鏡

本發明係關於一種可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，尤指一種具有主動散射透鏡之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置。

立體顯示技術主要的原理係使觀看者之左眼與右眼分別接收到不同的影像，而左眼與右眼接收到的影像會經由大腦分析並重疊而使觀看者感知到顯示畫面的層次感及深度，進而產生立體感。

目前立體顯示裝置主要可區分時間序列式(time-sequential)與空間多工式兩種。時間序列式立體顯示裝置會以掃描方式依序交替顯示供左眼觀看之左眼畫面與供右眼觀看之右眼畫面。於觀看畫面時，觀看者必須配戴快門眼鏡(shutter glass)，而快門眼鏡可依據目前顯示的畫面依序容許觀看者的左眼僅觀看到左眼畫面而無法觀看到右眼畫面，以及容許觀看者的右眼僅觀看到右眼畫面而無法觀看到左眼畫面，藉此達到立體顯示的效果。空間多工式立體顯示裝置則係利用設置於顯示面板前方的柵欄(barrier)，使得觀看者的左眼與右眼因觀看角度的差異受到柵欄的遮蔽，而僅能分別觀看到左眼畫面與右眼畫面。

然而，習知立體顯示裝置在使用上或效果上仍具有許多缺點。首先，時間序列式立體顯示裝置需配載快門眼鏡，因此造成使用上的不便，此外在左眼畫面與右眼畫面的轉換過程中有部分時間的顯示畫面同時包含了左眼資訊與右眼資訊而必需加以捨棄，否則無論是左眼或是右眼接收到此畫面均會造成觀看者的知覺混淆。因此造成了時間序列式立體顯示裝置的亮度與圖框比(frame rate)降低，而影響了顯示品質。另外，柵欄型空間多工式立體顯示裝置的柵欄會遮蔽掉部分光線，因此具有亮度偏低的缺點。

本發明之目的之一在於提供一種可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置及其主動散射透鏡，以解決習知技術所面臨之問題。

本發明之實施例提供一種可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其包括一顯示面板與一主動散射透鏡設置於顯示面板上。主動散射透鏡包括一第一膜層與一第二膜層。第一膜層具有一第一折射率，且第一膜層包括複數個凸塊結構。第二膜層具有一第二折射率，且第二膜層包括複數個凹槽結構與該等凸塊結構對應並相嵌合。第一膜層與第二膜層之其中一者具有一可切換散射特性，藉此於進行二維顯示模式時，第一膜層與第二膜層之其中一者對於一入射光具有散射效果，且於進行三維顯示模式時，第一膜層與第二膜層對於入射光不具有散射效果。或者是說，進行三維顯示模式時，第一膜層與第二膜層之其中一者對於入射光的散射效果低於進行二維顯示模式時，第一膜層與第二膜層之其中一者對於入射光之散射效果。

本發明之實施例另提供一主動散射透鏡，其包括一第一膜層與一第二膜層。第一膜層具有一第一折射率，且第一膜層包括複數個凸塊結構。第二膜層具有一第二折射率，且第二膜層包括複數個凹槽結構與該等凸塊結構對應並相嵌合。第一膜層與第二膜層之其中一者具有一可切換散射特性，藉此於一第一光學模式時，第一膜層與第二膜層之其中一者對於一入射光不具有散射效果，且於一第二光學模式時，第一膜層與第二膜層對於入射光具有散射效果。

本發明之顯示裝置利用具有可切換散射特性的主動散射透鏡提供之第一光學模式與第二光學模式分別實現二維顯示模式與三維顯示模式。此外，本發明之主動散射透鏡所提供的散射作用除了可發揮二維顯示的效果之外，另具有消除顯示裝置常見的干涉現象(Moire)的功用，因此可提升顯示品質。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之數個較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第1圖與第2圖。第1圖與第2圖為本發明一較佳實施例之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置的示意圖，其中第1圖為顯示裝置於三維顯示模式下的示意圖，而第2圖為顯示裝置於二維顯示模式下的示意圖。如第1圖與第2圖所示，本實施例之顯示裝置10包括一顯示面板20，以及一主動散射透鏡30設置於顯示面板20上。在本實施例中，顯示面板20係為一液晶顯示面板，但不以此為限。例如顯示面板20亦可為有機電激發光顯示面板、電漿顯示面板、電泳顯示面板或場發射顯示面板等，或其它各種形式顯示面板。顯示面板20包括複數個次畫素22。主動散射透鏡30係設置於顯示面板20之顯示面的一側，其包括一第一膜層32與一第二膜層34，其中第一膜層32係設置於靠近顯示面板20之一側，第二膜層34係設置於遠離顯示面板20之一側。此外，第一膜層32具有一第一折射率，第二膜層34具有一第二折射率，且第一折射率大於第二折射率。舉例而言，第一折射率與第二折射率之差較佳為0.1至0.15，但不以此為限。另外，第一膜層32包括複數個凸塊結構321，第二膜層34包括複數個凹槽結構341，且第一膜層32之凸塊結構321與第二膜層34之凹槽結構341對應並相嵌合。在本實施例中，凸塊結構321與凹槽結構341為圓柱狀，但不以此限，且各凸塊結構321與各凹槽結構341之尺寸大體上可涵蓋兩個次畫素的範圍，其中一個次畫素22係用以提供左眼畫面L，而另一次畫素22係用以提供右眼畫面R，但不以此為限。

本發明之主動散射透鏡30的第一膜層32與第二膜層32之其中一者具有一可切換散射特性，因此可選擇性地發揮第一光學模式與第二光學模式。於進行二維顯示模式時，主動散射透鏡30係處於第二光學模式下，此時第一膜層32與第二膜層34之其中一者對於入射光(亦即顯示面板20所產生之畫面)具有一第二散射效果，且於進行三維顯示模式時，主動散射透鏡30係處於第一光學模式下，此時第一膜層32與第二膜層34兩者對於該入射光均具有一低於第二散射效果之一第一散射效果，譬如是不具有散射效果或接近無散射效果。第一膜層32或第二膜層34的可切換散射特性係藉由一電場之驅動而實現，因此主動散射透鏡30另包括一第一電極36與一第二電極38，分別設置於第一膜層32相對於第二膜層34之另一側，以及第二膜層34相對於第一膜層32之另一側，藉此提供切換散射特性所需的電場。第一電極36與第二電極38為透明電極，但不以此為限。在本發明中，第一膜層32或第二膜層34的可切換散射特性並不限於利用控制電場的方式加以實現，而亦可利用其它方式加以實現。

在本實施例中，第一膜層32包括一具有可切換散射特性液晶層，例如一高分子分散液晶(polymer dispersed liquid crystal,PDLC)層、一高分子穩定液晶(polymer stabilized liquid crystal,PSLC)層、一高分子網路液晶(polymer network liquid crystal,PNLC)層、一高分子穩定膽固醇型液晶(polymer stabilized cholesteric liquid crystal,PSCLC)層或上述組合，但不以上述液晶材料為限，而亦可為其它可以電場或以其它方式控制而切換散射特性的材料。

如第1圖所示，於三維顯示模式下，第一電極36與第二電極38之間存在一電場，且在電場存在的狀況下，主動散射透鏡30係處於第一光學模式下，此時第一膜層32與第二膜層34對於入射光均不具有散射效果。在此狀況下，由於第一膜層32之第一折射率與第二膜層34之第二折射率不同，故會產生透鏡效應。因此當顯示面板20所提供之供左眼觀看的左眼畫面L與供右眼觀看之右眼畫面R進入主動散射透鏡30之第一膜層32與第二膜層34的界面時會產生折射，而使得左眼畫面L與右眼畫面R分別朝向觀看者的左眼與右眼方向顯示。如此一來，觀看者的左眼與右眼即可分別觀看到左眼畫面L與右眼畫面R而產生立體感。

如第2圖所示，於二維顯示模式下，第一電極36與第二電極38之間不具有電場，且在電場不存在的狀況下，主動散射透鏡30係處於第二光學模式下，此時第一膜層32對於入射光具有散射效果。在此狀況下，第一膜層32所產生的散射效果會抵銷透鏡效果。因此當顯示面板20所提供之供左眼觀看的左眼畫面L與供右眼觀看之右眼畫面R進入主動散射透鏡30之第一膜層32時，會因為散射效應的緣故而使得左眼畫面L與右眼畫面R混合。如此一來，觀看者的左眼與右眼會同時觀看到左眼畫面L與右眼畫面R，而感受到二維影像。

本發明之顯示裝置並不以上述實施例為限，而可具有其它不同實施樣態，下文將再列舉本發明之數個較佳實施例並配合所附圖式進行說明，且為便於比較本發明各實施例之相異處，以下實施例與前述實施例將使用相同符號標注相同元件，並不再對相同部分進行重覆贅述。

請參考第3圖與第4圖。第3圖與第4圖為本發明另一較佳實施例之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置的示意圖，其中第3圖為顯示裝置於三維顯示模式下的示意圖，而第4圖為顯示裝置於二維顯示模式下的示意圖。如第3圖所示，由於本實施例之顯示裝置50之第一膜層32所選用的材料有所不同，在三維顯示模式下，第一電極36與第二電極38之間不存在電場，且在電場不存在的狀況下，第一膜層32對於入射光具有一第一散射效果，譬如是不具有散射效果或接近無散射效果。由於第一膜層32之第一折射率與第二膜層34之第二折射率不同，故會產生透鏡效應。因此當顯示面板20所提供之供左眼觀看的左眼畫面L與供右眼觀看之右眼畫面R進入主動散射透鏡30之第一膜層32與第二膜層34的界面時會產生折射，而使得左眼畫面L與右眼畫面R分別朝向觀看者的左眼與右眼方向顯示。如第4圖所示，於二維顯示模式下，第一電極36與第二電極38之間存在電場，且在電場存在的狀況下，第一膜層32對於入射光具有一第二散射效果，且第一散射效果係低於第二散射效果。在此狀況下，第一膜層32所產生的散射效果會抵銷透鏡效果。因此當顯示面板20所提供之供左眼觀看的左眼畫面L與供右眼觀看之右眼畫面R進入主動散射透鏡30之第一膜層32時，會因為散射效應的緣故而使得左眼畫面L與右眼畫面R混合，而使得觀看者觀看到二維影像。

請參考第5圖與第6圖。第5圖與第6圖為本發明又一較佳實施例之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置的示意圖，其中第5圖為顯示裝置於三維顯示模式下的示意圖，而第6圖為顯示裝置於二維顯示模式下的示意圖。與前述兩實施例不同之處在於，本實施例之顯示裝置60之第二膜層34具有可切換散射特性液晶層，而第一膜層32則不具有可切換散射特性。第二膜層34包括一具有可切換散射特性液晶層，例如一高分子分散液晶層、一高分子穩定液晶層、一高分子網路液晶層、一高分子穩定膽固醇型液晶層或上述組合。第二膜層34之材料不以上述液晶材料為限，而亦可為其它可以電場或以其它方式控制而發揮/不發揮散射特性的材料。

如第5圖所示，在三維顯示模式下，第一電極36與第二電極38之間存在一電場，且在電場存在的狀況下，主動散射透鏡30係處於第一光學模式下，此時第一膜層32與第二膜層34對於入射光均不具有散射效果。在此狀況下，由於第一膜層32之第一折射率與第二膜層34之第二折射率不同，故會產生透鏡效應。因此當顯示面板20所提供之供左眼觀看的左眼畫面L與供右眼觀看之右眼畫面R進入主動散射透鏡30之第一膜層32與第二膜層34的界面時會產生折射，而使得左眼畫面L與右眼畫面R分別朝向觀看者的左眼與右眼方向顯示。如第6圖所示，於二維顯示模式下，第一電極36與第 二電極38之間不具有電場，且在電場不存在的狀況下，主動散射透鏡30係處於第二光學模式下，此時第一膜層32對於入射光具有散射效果。在此狀況下，第二膜層34所產生的散射效果會抵銷透鏡效果。因此當顯示面板20所提供之供左眼觀看的左眼畫面L與供右眼觀看之右眼畫面R進入主動散射透鏡30之第二膜層34時，會因為散射效應的緣故而使得左眼畫面L與右眼畫面R混合。

請參考第7圖與第8圖。第7圖與第8圖為本發明再一較佳實施例之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置的示意圖，其中第7圖為顯示裝置於三維顯示模式下的示意圖，而第8圖為顯示裝置於二維顯示模式下的示意圖。如第7圖所示，由於本實施例之顯示裝置70之第一膜層34所選用的材料有所不同，在三維顯示模式下，第一電極36與第二電極38之間不存在電場，且在電場不存在的狀況下，第一膜層32與第二膜層34對於入射光均具有一第一散射效果，譬如是不具有散射效果或接近無散射效果。由於第一膜層32之第一折射率與第二膜層34之第二折射率不同，故會產生透鏡效應。因此當顯示面板20所提供之供左眼觀看的左眼畫面L與供右眼觀看之右眼畫面R進入主動散射透鏡30之第一膜層32與第二膜層34的界面時會產生折射，而使得左眼畫面L與右眼畫面R分別朝向觀看者的左眼與右眼方向顯示。如第8圖所示，於二維顯示模式下，第一電極36與第二電極38之間存在電場，且在電場存在的狀況下，第二膜層34對於入射光具有第二散射效果，且第一散射效果係低於第二散射效果。在此狀況下，第二膜層34所產生的散射效果會抵銷透鏡效果。因此當顯示面板20所提供之供左眼觀看的左眼畫面L與供右眼觀看之右眼畫面R進入主動散射透鏡30之第二膜層34時，會因為散射效應的緣故而使得左眼畫面L與右眼畫面R混合。

由上述可知，本發明之顯示裝置利用具有可切換散射特性的主動散射透鏡提供之第二光學模式與第一光學模式分別實現二維顯示模式與三維顯示模式。值得說明的是主動散射透鏡並不限於應用在顯示裝置上，亦可適用於其它各式光學應用上。

本發明之主動散射透鏡的散射作用除了可發揮二維顯示的效果之外，另具有消除顯示裝置常見的干涉現象的功用，因此可提升顯示品質。另外，由於本發明之主動散射透鏡僅需利用兩層電極層所提供之電場即可控制散射功能，而不需額外設置厚度較厚的切換元件進行二維顯示模式與三維顯示模式的切換，因此本發明之顯示裝置的厚度相對較薄，在此狀況下，本發明之顯示裝置在三維顯示模式下可具有較短的觀看距離，而可增加顯示裝置的應用範圍，特別是在可攜式電子產品如手機、個人數位助理或筆記型電腦等觀看距離較短的產品的應用上。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．顯示裝置

20．．．顯示面板

22．．．次畫素

30．．．主動散射透鏡

32．．．第一膜層

321．．．凸塊結構

34．．．第二膜層

341．．．凹槽結構

36．．．第一電極

38．．．第二電極

50．．．顯示裝置

60．．．顯示裝置

70．．．顯示裝置

L．．．左眼畫面

R．．．右眼畫面

第1圖與第2圖為本發明一較佳實施例之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置的示意圖。

第3圖與第4圖為本發明另一較佳實施例之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置的示意圖。

第5圖與第6圖為本發明又一較佳實施例之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置的示意圖。

第7圖與第8圖為本發明再一較佳實施例之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置的示意圖。

10．．．顯示裝置

20．．．顯示面板

22．．．次畫素

30．．．主動散射透鏡

32．．．第一膜層

321．．．凸塊結構

34．．．第二膜層

341．．．凹槽結構

36．．．第一電極

38．．．第二電極

L．．．左眼畫面

R．．．右眼畫面

Claims (21)

1. 一種可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，包括：一顯示面板；以及一主動散射透鏡，設置於該顯示面板上，該主動散射透鏡包括：一第一膜層，其具有一第一折射率，且該第一膜層包括複數個凸塊結構；以及一第二膜層，其具有一第二折射率，且該第二膜層包括複數個凹槽結構，各該凸塊結構與各該凹槽結構對應並相嵌合；其中該第一膜層與該第二膜層之其中一者具有一可切換散射特性，於進行二維顯示模式時，該第一膜層與該第二膜層之其中一者對於一入射光具有散射效果，於進行三維顯示模式時，該第一膜層與該第二膜層對於該入射光不具有散射效果，且該第一折射率與該第二折射率在該二維顯示模式與該三維顯示模式下均不相同。
2. 如請求項1所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中該第一膜層之該第一折射率大於該第二膜層之該第二折射率。
3. 如請求項1所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中該第一膜層與該第二膜層之其中一者係藉由一電場之驅動而發揮該可切換散射特性。
4. 如請求項3所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中當該電場存在時，該第一膜層與該第二膜層之其中一者具有散射效果，且當該電場不存在時，該第一膜層與該第二膜層不具有散射效果。
5. 如請求項3所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中當該電場存在時，該第一膜層與該第二膜層不具有散射效果，且當該電場不存在時，該第一膜層與該第二膜層之其中一者具有散射效果。
6. 如請求項3所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中該主動散射透鏡另包括一第一電極與一第二電極，用以提供該電場。
7. 如請求項1所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中該第一膜層具有該可切換散射特性。
8. 如請求項1所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中該第一膜層包括一液晶層。
9. 如請求項8所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中該液晶層包括一高分子分散液晶層、一高分子穩定液晶 層、一高分子網路液晶層、一高分子穩定膽固醇型液晶層或上述組合。
10. 如請求項1所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中該第二膜層具有該可切換散射特性。
11. 如請求項10所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中該第二膜層包括一液晶層。
12. 如請求項11所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中該液晶層包括一高分子分散液晶層層、一高分子穩定液晶層、一高分子網路液晶層、一高分子穩定膽固醇型液晶層或上述組合。
13. 如請求項1所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中該等凹槽結構係為圓柱狀。
14. 如請求項1所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中該等凸塊結構係為圓柱狀。
15. 如請求項1所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中該第一膜層係位於該第二膜層以及該顯示面板之間。
16. 如請求項1所述之可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，其中該顯示面板係為一液晶顯示面板、一有機電激發光顯示面板、一電漿顯示面板或一電泳顯示面板。
17. 一主動散射透鏡，包括：一第一膜層，其具有一第一折射率，且該第一膜層包括複數個凸塊結構；以及一第二膜層，其具有一第二折射率，且該第二膜層包括複數個凹槽結構，各該凸塊結構與各該凹槽結構對應並相嵌合；其中該第一膜層與該第二膜層之其中一者具有一可切換散射特性，於一第二光學模式下，該第一膜層與該第二膜層之其中一者對於一入射光具有散射效果，於進行一第一光學模式下，該第一膜層與該第二膜層對於該入射光不具有散射效果，且該第一折射率與該第二折射率在該二維顯示模式與該三維顯示模式下均不相同。
18. 如請求項17所述之主動散射透鏡，其中該第一膜層與該第二膜層之其中一者係藉由一電場之驅動而發揮該可切換散射特性。
19. 如請求項18所述之主動散射透鏡，另包括一第一電極與一第二電極，用以提供該電場。
20. 如請求項17所述之主動散射透鏡，其中該第一膜層以及該第二 膜層其中之一包括一液晶層，該液晶層包括一高分子分散液晶層、一高分子穩定液晶層、一高分子網路液晶層、一高分子穩定膽固醇型液晶層或上述組合。
21. 一種可切換二維顯示模式與三維顯示模式之顯示裝置，包括：一顯示面板；以及一主動散射透鏡，設置於該顯示面板上，該主動散射透鏡包括：一第一膜層，其具有一第一折射率，且該第一膜層包括複數個凸塊結構；以及一第二膜層，其具有一第二折射率，且該第二膜層包括複數個凹槽結構，各該凸塊結構與各該凹槽結構對應並相嵌合；其中該第一膜層與該第二膜層之其中一者具有一可切換散射特性，於進行二維顯示模式時，該第一膜層與該第二膜層之其中一者對於一入射光具有一第二散射效果，且於進行三維顯示模式時，該第一膜層與該第二膜層之其中一者對於該入射光具有一第一散射效果，其中該第一散射效果係低於該第二散射效果，且該第一折射率與該第二折射率在該二維顯示模式與該三維顯示模式下均不相同。