TWI443380B - 自動立體影像顯示裝置 - Google Patents

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TWI443380B
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Description

自動立體影像顯示裝置
本發明涉及自動立體影像顯示裝置，具體涉及利用模組化膽固醇(cholesteric)液晶面板及補償膜，透過視差格柵(parallax barrier)方式實現三維立體影像的裝置，其中在模組化膽固醇液晶面板中透過電極直接驅動液晶，從而容易實現二維平面影像顯示及三維立體影像顯示的電性轉換，並在顯示三維立體影像時提高透射率。
通常，用分開左右兩眼影像的方式在兩眼中產生視差，藉此實現三維立體影像。
為此，使用者在觀看影像顯示裝置的立體影像時，一般需要配戴左右兩眼的偏振成分不同的特殊眼鏡。在此，使用者在觀看立體影像時需感受配戴另外的特殊眼鏡的不便。
為了避免戴特殊眼鏡的不便，最近研發了一種直接從影像顯示裝置分開左右兩眼影像，從而在觀看立體影像時不必配戴特殊眼鏡的影像顯示裝置。另外正在研發一種自動立體影像顯示裝置，其內設置有根據需要可透過開關元件分開左右兩眼影像的媒體，平時可讓人們觀看二維平面影像，但有需要時也可讓人們改為觀看三維立體影像。
通常的自動立體影像顯示裝置透過視差格柵(parallax barrier)來實現三維立體影像。視差格柵在左右兩眼影像前 設置縱向或橫向狹縫。使用者可透過狹縫分開觀看被合成的立體影像，從而感到立體感。
其中，根據視差格柵是配置在用於顯示影像的影像面板的前方還是後方來分為前格柵方式和後格柵方式。
第1圖是習知立體影像顯示裝置之剖面圖。如第1圖所示，習知立體影像顯示裝置在上基板210及下基板240之間設置有濾色器220、影像液晶層230及一般的薄膜晶體管(未圖示)，構成一藉由薄膜晶體管的驅動而實現影像的影像面板200，所述影像面板200之上方及下方分別設置有偏振片100。
影像面板200下方的偏振片100下方設置有透過視差格柵310形成有狹縫的格柵面板300，所述格柵面板300的下方設置有偏振片100。
圖式符號330表示的是分別設置在視差格柵310上方及下方的透明面板。
其中所述格柵面板300之開口率直接影響到觀看三維立體影像時的透光率，為了實現比較自然的三維立體影像，通常把視差格柵310設成其在格柵面板300中占有比較大的面積，這樣有利於實現前述目的。
利用格柵面板300的液晶顯示器中視差格柵310的開口率為40%以下。例如在觀看二維平面影像時單位面積的亮度為500cd(Candela，國際新標準燭光)時，觀看三維立體影像時單位面積的最高亮度為200cd(Candela)，因此具有光效率大幅下降的問題。
為改善這種問題，韓國公開了一項申請號為10-2002-0085356的專利申請。上述專利申請中，膽固醇(cholesteric)液晶層相互隔開設置，而在所述膽固醇液晶層之間另外設置有液晶面板，所述液晶面板用來切換操作二維平面影像及三維立體影像的相互轉換。而且在所述上方的膽固醇液晶層上方設置有補償膜(Retardation Film)及偏振片。
然而，所述專利申請所公開的立體影像顯示裝置，需要另外配置用來切換二維平面影像及三維立體影像的液晶面板，在製造過程中需要粘接多個層，因此具有製造程序複雜，透光率低，亮度下降等問題。
有鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種具有模組化膽固醇液晶面板及補償膜的自動立體影像顯示裝置，其能夠簡化製造程序，減少製造費用。
本發明的另一個目的是提供一種透過模組化膽固醇液晶面板及補償膜，能夠提高透光率，可防止在視差格柵(parallax barrier)方式下經常出現的亮度下降問題的自動立體影像顯示裝置。
為實現上述目的，本發明採取如下技術方案。本發明的自動立體影像顯示裝置包括：第一液晶面板、設置在所述第一液晶面板下方的第二液晶面板、設置在所述第二液晶面板下方並用於發射光的背光光源，其中，所述第二液 晶面板包括根據所輸入的電場，交錯排列形成格柵區和狹縫區的膽固醇液晶面板、設置在所述膽固醇液晶面板上方的第一補償膜、設置在所述膽固醇液晶面板下方的第二補償膜。所述背光光源包括用於反射光的反射片。
較佳地，所述第一液晶面板包括用於實現影像的液晶面板、設置在所述液晶面板上方的第一偏振片、設置在所述液晶面板下方的第二偏振片。
較佳地，所述膽固醇液晶面板包括上板、設置在所述上板下方的下板、設置在所述上板底面的第一電極、設置在所述下板上面並與所述第一電極相對的第二電極、設置在所述上板和所述下板間的膽固醇液晶層。
較佳地，所述第一電極與所述第二電極中至少一個電極分為對應於格柵區的格柵電極與對應於狹縫區的狹縫電極，所述格柵電極與所述狹縫電極相互隔開設置並交錯排列。
較佳地，所述第一補償膜與所述第二補償膜的相位延遲量為λ/4。
較佳地，所述第一補償膜與所述第二補償膜中至少一個補償膜的慢軸方向為+45°或-45°。
本發明的自動立體影像顯示裝置可透過模組化膽固醇液晶面板及補償膜，容易實現二維平面影像與三維立體影像間的相互切換，可簡化製造程序，減少製造費用。
而且，本發明的自動立體影像顯示裝置可透過模組化膽固醇液晶面板及補償膜，提高透光率，防止在視差格柵 (parallax barrier)方式下經常出現的亮度下降問題。
而且，本發明的自動立體影像顯示裝置可回收使用由於膽固醇液晶特性而反射的光，因此可進一步提高亮度。
而且，本發明的自動立體影像顯示裝置中，膽固醇液晶可在電場作用下被驅動而分開形成格柵區和狹縫區，因此可容易實現視差格柵(parallax barrier)之形狀。
而且，本發明的自動立體影像顯示裝置可容易調節補償膜所進行的光的偏振。
在描述實施例前，先陳明在不同實施例中具有相同結構的結構要素使用了相同的符號，並在本實施例中代表說明該結構要素，而在其他實施例中說明與本實施例不同之結構要素。
下面參照附圖詳細說明根據本發明一實施例的自動立體影像顯示裝置。
第2圖是根據本發明一實施例的自動立體影像顯示裝置之剖面圖，第3圖是第2圖所示自動立體影像顯示裝置中膽固醇液晶面板之一實施例的剖面圖，第4圖是第2圖所示自動立體影像顯示裝置中膽固醇液晶面板之另一實施例的剖面圖。
參照第2圖到第4圖，根據本發明一實施例的自動立體影像顯示裝置包括第一液晶面板1、第二液晶面板2及背光光源4。
所述第一液晶面板1是用於實現二維平面影像或三維立體影像的面板，包括液晶面板10、第一偏振片11及第二偏振片12。
所述液晶面板10通常是由包括有濾色器的上基板、由所述上基板往下隔開設置並具有薄膜晶體管的下基板、注入到上基板與下基板間的液晶層。
所述第一偏振片11設置在液晶面板10上方，所述第二偏振片12設置在液晶面板10下方並用於偏振投射到第一液晶面板1的光線。
所述第二液晶面板2是可以電性切換的面板，用於分開左右兩眼影像，包括膽固醇液晶面板20、第一補償膜31及第二補償膜32。所述第二補償膜32設置在所述第一補償膜31的下方。
所述膽固醇液晶面板20是用於使二維平面影像和三維立體影像相互轉換的切換面板，透過視差格柵(parallax barrier)方式來驅動。在實現三維立體影像時，膽固醇液晶面板20可透過所輸入的電場，交錯排列形成格柵區(D，參見第5圖)與狹縫區(B，參見第5圖)。
本實施例中，為防止在視差格柵(parallax barrier)方式下實現三維立體影像時出現的亮度下降問題，使用了膽固醇液晶。
通常，膽固醇液晶具有選擇性反射特性，即只反射圓偏振方向與螺旋形液晶結構之旋向相同，並具有與液晶的螺距相同之波長的圓偏振光(下稱Bragg反射)。根據扭曲 方向(螺旋的旋向)，膽固醇液晶可分為右手型(right handed)結構及左手型結構(left handed)。本實施例中使用了右手型(right handed)結構的膽固醇液晶，從而通過右旋圓偏振光(Right Circularly Polarized Light)，而反射左旋圓偏振光。
所述膽固醇液晶面板20包括上板21、第一電極22、膽固醇液晶層23、第二電極24與下板25。
所述上板21是透明板，配置在膽固醇液晶層23的上方；所述下板25是透明板，配置在所述上板21及膽固醇液晶層23的下方。
所述膽固醇液晶層23由前述膽固醇液晶製成。
所述第一電極22形成在上板21的底面，用於形成驅動膽固醇液晶層23的電場，其由透明電極板製成。
所述第二電極24形成在下板25的上面並與所述第一電極22相對，用於形成驅動膽固醇液晶層23的電場，其包括格柵電極27與狹縫電極28。
所述格柵電極27與所述狹縫電極28相互隔開設置並交錯排列，如果在格柵電極27與狹縫電極28上分別施加電源，就可形成根據所施加電源的有無情況來交錯排列格柵區(D，參見第5圖)與狹縫區(B，參見第5圖)的視差格柵(parallax barrier)。
另一方面，第一電極22可以是由格柵電極27與狹縫電極28分開的結構，第二電極24可以是透明電極板。而且如第4圖所示，第一電極22與第二電極24均可分為交錯排列的格柵電極27與狹縫電極28，並且相互對應。如第 4圖所示，第一電極22與第二電極24均被分成交錯排列的格柵電極27與狹縫電極28的結構，可藉由所輸入的電場而明確分開形成格柵區(D，參見第5圖)與狹縫區(B，參見第5圖)，因此可易於驅動膽固醇液晶層23。
綜上，第一電極22與第二電極24中至少一個電極被分成格柵電極27與狹縫電極28，而所述格柵電極27與狹縫電極28相互隔開設置並交錯排列。
所述第一補償膜31設置在膽固醇液晶面板20的上方，介於第二偏振片12與膽固醇液晶面板20之間。所述第一補償膜31起到將所射入的圓偏振光轉換成線性偏振光的作用。
所述第二補償膜32設置在膽固醇液晶面板20的下方，介於膽固醇液晶面板20與背光光源4之間。所述第二補償膜32起到把在膽固醇液晶面板20反射的圓偏振光轉換成線性偏振光，或者把在背光光源4反射的線性偏振光轉換成圓偏振光的作用。
其中，第一補償膜31與第二補償膜32的相位延遲量為λ/4，因此易於實現線性偏振光與圓偏振光間的相互轉換。
本實施例中第一補償膜31的慢軸(slow axis)方向為-45°，第二補償膜32的慢軸方向為+45°。
然而本發明並不局限於此，根據前述膽固醇液晶面板20的驅動及第二偏振片12的透光軸，可以把第一補償膜31和第二補償膜32中至少一個補償膜的慢軸方向設計為或。
所述背光光源4用於發射光並向第一液晶面板1與第二液晶面板2提供均勻光線，包括光源41、導光板42及反射片43。所述背光光源4設置在第二液晶面板2的下方。
本實施例中，所述光源41是側光型，但本發明並不局限於此，可以使用直下型光源。所述導光板42用於把由光源41發射的光均勻傳送到第一液晶面板1及第二液晶面板2。所述反射片43反射由光源41發射的光或者由膽固醇液晶面板20反射的光。
下面說明根據以上實施例的自動立體影像顯示裝置之工作原理。
第5圖及第6圖是第2圖所示自動立體影像顯示裝置之工作狀態剖面圖，第5圖表示實現三維立體影像時的工作狀態，第6圖表示實現二維平面影像時的工作狀態。
本實施例中，第二偏振片12的透光軸與自動立體顯示裝置的寬度方向(X)相平行，是水平透光軸。第一補償膜31的·慢軸方向為-45°，具有λ/4的相位延遲量，第二補償膜32的慢軸方向為+45°，具有λ/4的相位延遲量。
而且，膽固醇液晶面板20使用的是如第3圖所示的膽固醇液晶面板20，使用了右手型(right handed)膽固醇液晶。
如第5圖所示，如果對膽固醇液晶面板20中的第一電極22與第二電極24之狹縫電極28施加電源，格柵電極27上方的膽固醇液晶層23沒有被驅動而保持螺旋形，而狹縫電極28上方的膽固醇液晶層23則被驅動而在高度方向(Z) 上形成一定的排列結構。
此時，由背光光源4發射的光線通過格柵電極27上方的膽固醇液晶層23時，其中右旋圓偏振光被通過，而左旋圓偏振光則被反射到背光光源4的反射片43處。通過格柵電極27上方的膽固醇液晶層23的右旋圓偏振光在通過第一補償膜31時被偏振為與自動立體顯示裝置的深度方向(Y)相平行的垂直線性偏振光，而所述垂直線性偏振光不能通過第二偏振片12。因此，格柵電極27的上方區域將成為不讓背光光源4之光線通過的格柵區(D)。
另一方面，被反射到反射片43處的左旋圓偏振光在通過第二補償膜32時被偏振為與自動立體顯示裝置的寬度方向(X)相平行的水平線性偏振光，並被反射片43反射。被反射的水平線性偏振光重新通過第二補償膜32並被偏振為左旋圓偏振光，被偏振的左旋圓偏振光照此通過狹縫電極28上方的膽固醇液晶層23。
通過膽固醇液晶層23的左旋圓偏振光在通過第一補償膜31時被偏振為水平線性偏振光，而被水平線性偏振的光最終通過第二偏振片12後通過第一液晶面板1，並向外射出。因此，狹縫電極28的上方區域就成為使背光光源4之光線通過的狹縫區(B)。
如此形成的格柵區(D)與狹縫區(B)就像格柵電極27和狹縫電極28那樣交錯排列，形成如視差格柵(parallax barrier)那樣的形狀。另外雖然未圖示，即使把電源僅僅施加到格柵電極27，而沒有把電源施加到狹縫電極28，也可以形成 如前所述的交錯排列有格柵區(D)與狹縫區(B)的視差格柵(parallax barrier)那樣的形狀。
綜上所述，本發明的自動立體影像顯示裝置可透過改變第二偏振片12的透光軸，或者透過把電源施加到格柵電極27和狹縫電極28中其中一個，或者透過改變第一補償膜31和第二補償膜32中至少一個補償膜的慢軸來形成如視差格柵(parallax barrier)那樣的結構，從而實現三維立體影像。
如第6圖所示，為實現二維平面影像而對所述膽固醇液晶面板20中的第一電極22與第二電極24均施加電源時，膽固醇液晶層23會被全部驅動。
此時，由背光光源4發射的光線在通過第二補償膜32、膽固醇液晶層23與第一補償膜31後最終通過第二偏振片12時偏振為水平線性偏振光，並藉此而通過第一液晶面板1後向外射出。此時就可以在通常驅動方式下的第一液晶面板1上實現二維平面影像。
本發明中，膽固醇液晶面板是由電極直接驅動液晶的模組化結構，形成格柵區與狹縫區。
而且由各個補償膜使圓偏振與線性偏振相互切換，從而易於實現二維平面影像與三維立體影像間的相互轉換，在利用視差格柵(parallax barrier)方式實現三維立體影像時可提高透光率。
本發明的保護範圍並不限於上述實施例，在後述的申請專利範圍內可實現不同的實施例。在不脫離申請專利範 圍所請內容的前提下，本領域技術人員所能變形及修飾的內容均屬於本發明的保護範圍。
100‧‧‧偏振片
200‧‧‧影像面板
210‧‧‧上基板
220‧‧‧濾色器
230‧‧‧影像液晶層
240‧‧‧下基板
300‧‧‧格柵面板
310‧‧‧視差格柵
330‧‧‧透明面板
1‧‧‧第一液晶面板
2‧‧‧第二液晶面板
4‧‧‧背光光源
10‧‧‧液晶面板
11‧‧‧第一偏振片
12‧‧‧第二偏振片
20‧‧‧膽固醇液晶面板
21‧‧‧上板
22‧‧‧第一電極
23‧‧‧膽固醇液晶層
24‧‧‧第二電極
25‧‧‧下板
27‧‧‧格柵電極
28‧‧‧狹縫電極
31‧‧‧第一補償膜
32‧‧‧第二補償膜
41‧‧‧光源
42‧‧‧導光板
43‧‧‧反射片
第1圖是習知立體影像顯示裝置之剖面圖。
第2圖是根據本發明一實施例的自動立體影像顯示裝置之剖面圖。
第3圖是第2圖所示自動立體影像顯示裝置中膽固醇液晶面板一實施例的剖面圖。
第4圖是第2圖所示自動立體影像顯示裝置中膽固醇液晶面板另一實施例的剖面圖。
第5圖及第6圖是第2圖所示自動立體影像顯示裝置之操作狀態剖面圖。
1‧‧‧第一液晶面板
2‧‧‧第二液晶面板
4‧‧‧背光光源
10‧‧‧液晶面板
11‧‧‧第一偏振片
12‧‧‧第二偏振片
20‧‧‧膽固醇液晶面板
31‧‧‧第一補償膜
32‧‧‧第二補償膜
41‧‧‧光源
42‧‧‧導光板
43‧‧‧反射片

Claims (6)

  1. 一種自動立體影像顯示裝置，包括一第一液晶面板、設置在所述第一液晶面板下方的一第二液晶面板、設置在所述第二液晶面板下方並用於發射光的一背光光源，其中，所述第二液晶面板包括：藉由所輸入的電場，交錯排列形成一格柵區和一狹縫區的一膽固醇液晶面板、設置在所述膽固醇液晶面板上方的一第一補償膜、設置在所述膽固醇液晶面板下方的一第二補償膜；所述背光光源包括用於反射光的一反射片。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之自動立體影像顯示裝置，其中，所述第一液晶面板包括：用於顯示影像的一液晶面板、設置在所述液晶面板上方的一第一偏振片、設置在所述液晶面板下方的一第二偏振片。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之自動立體影像顯示裝置，其中，所述膽固醇液晶面板包括：一上板、設置在所述上板下方的一下板、設置在所述上板底面的一第一電極、設置在所述下板上面並與所述第一電極相對的一第二電極、設置在所述上板和所述下板間的一膽固醇液晶層。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之自動立體影像顯示裝置，其中，所述第一電極和所述第二電極中至少一個電極包括對應於所述格柵區的格柵電極和對應於所述狹縫區的狹縫電極，所述格柵電極與所述狹縫電極相互隔開設置並交錯排列。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任何一項所述之自動立體影像顯示裝置，其中，所述第一補償膜及所述第二補償膜的相位延遲量為λ/4。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之自動立體影像顯示裝置，其中，所述第一補償膜及所述第二補償膜中至少一個補償膜的慢軸方向為+45°或-45°。
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