TWI444665B - 具切換模式之顯示裝置 - Google Patents

Description

具切換模式之顯示裝置

本發明係有關於立體顯示裝置，且特別是有關於一種可在立體模式及平面模式之間作切換之立體顯示裝置。

正常人體之左右眼所觀察到的影像具有稍微不同，經過大腦混合左右眼各自所看到的影像，即可判斷深度，而成為平常所看到的立體(three dimensional，3D)世界。因此，儘管平面顯示裝置僅能顯示平面(two dimensional，2D)影像，但若能讓使用者的左右眼各自看到對應於左右眼的影像，即可讓使用者感測到影像深度，而觀察到如同真實世界的立體影像。

近年來，立體(3D)顯示裝置之技術係可分為兩大類，分別為眼鏡型與裸視型立體顯示技術。眼鏡型立體顯示技術係為利用眼鏡的左右眼的偏光效果，讓使用者的左右眼各自看到對應的左右眼影像。裸視型立體顯示技術則應用調光單元(beam control element)直接擺置於顯示器前，因為不需讓使用者特別配戴眼鏡，其為一種相對容易達到立體顯示的方法。光線控制單元一般為阻障層(barrier layer)或柱狀透鏡結構(lenticular structure)，例如柱狀透鏡(lenticular lens)。利用這些調光單元可控制或改變光線折射的角度，將左右眼影像畫面分別傳送至對應的左右眼。

在許多應用中，立體顯示裝置需要在平面模式及立體模式中作切換，以滿足使用者的需求。例如，使用者在觀賞立體模式一段時間後易於感到疲累，如切換到平面模式可使使用者較為放鬆。或者，當需要較佳的解析度時，平面模式的解析度可較立體模式佳。因此，已發展出可於立體模式及平面模式之間作切換之顯示裝置，特別是可利用電場來控制切換之顯示裝置。

具切換模式柱狀透鏡結構立體顯示裝置為立體顯示裝置中的其中一種，其包含一柱狀透鏡結構層夾設於兩電極之間，每一柱狀透鏡結構包含液晶單體分子設於其中。在未施予電場時，液晶單體分子係保持在不會折射光線的方向。使用者之左右眼皆可同時觀察到畫素層中的每一個畫素。在施予電場時，液晶單體分子對光線產生折射。此時，使用者的左眼僅能觀察到左眼畫素，且右眼僅能觀察到右眼畫素，因而觀察到立體影像。

然而，上述柱狀透鏡結構立體顯示裝置雖然利用電場變化即可立體模式及平面模式之間作切換，但隨著立體影像顯示裝置所需的尺寸越來越大及解析度越來越高，柱狀透鏡結構層所需的柱狀透鏡結構數量及厚度(cell gap)亦需隨之增加。因此，在立體/平面模式作切換時，需要以更強的電場去驅動柱狀透鏡結構中這些液晶單體分子轉向而造成裝置耗電，且這些液晶單體分子的對於電場的反應速度緩慢，甚至慢到直接可被使用者的眼睛察覺。再者，在平面模式時，柱狀透鏡結構層中的液晶單體分子易於受到外力而分散，產生擦拭殘影(push mura)的問題，亦會使得此顯示裝置的穩定度不佳。

因此，業界所需的是一種能夠解決上述問題的具切換模式之影像顯示裝置。

本發明實施例係提供一種具切換模式之顯示裝置，包括：一顯示單元，包含多個左眼畫素及多個右眼畫素交替排列；以及一電切換調光單元，設置於此顯示單元上，包含：一柱狀透鏡結構層，夾設於一第一電極及一第二電極之間，此柱狀透鏡結構層具有排列設置的多個柱狀透鏡結構，每一柱狀透鏡結構包含複數個液晶單體分子填入其中，這些液晶單體分子具有依照一電場作切換之一第一模式及一第二模式；以及一電荷控制劑，位於此些液晶單體分子之表面，以增加此電場對這些液晶單體分子之影響能力。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1A圖係本發明一實施例中，具切換模式之顯示裝置100之示意圖。此具切換模式之顯示裝置100可例如為柱狀透鏡結構型的立體影像顯示裝置。此具切換模式之顯示裝置100可包含顯示單元104及電切換調光單元106。顯示單元104可例如為液晶顯示裝置、發光二極體顯示裝置或有機發光二極體顯示裝置。在本實施例中，係以液晶顯示裝置作為範例，但可知的是，本領域具有通常知識者當可以通常技藝將其替換為其他顯示裝置。顯示單元104可包含陣列基板110、彩色濾光片基板112、與夾設與兩者之間的液晶層114。在陣列基板110上，具有由交錯排列的多個左眼畫素118L及多個右眼畫素118R組成的畫素層118。

電切換調光單元106可設置在顯示單元104之彩色濾光片基板112上。電切換調光單元106可包含第一電極124、第二電極126及柱狀透鏡結構層122夾設於第一電極124及第二電極126之間。第一電極124及第二電極126可為平行排列。第一電極124及第二電極126可為一透明導電層，例如可為氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦錫鋅(ITZO)或前述之組合。柱狀透鏡結構層122可設置於第一電極124上，其包含多個柱狀透鏡結構排列設置。每一柱狀透鏡結構係為一封閉空間，並具有液晶單體分子130填入其中，以使柱狀透鏡結構層122具有柱狀透鏡的功能。在一實施例中，每一柱狀透鏡結構之上部表面係可例如為一弧形。每一柱狀透鏡結構可各自對應於顯示單元104中的一個左眼畫素118L及一個右眼畫素118R。

第一配向層170可設置於柱狀透鏡結構層122及第一電極124之間。第二配向層172可順應性地覆蓋於柱狀透鏡結構層122之上部的弧狀表面上。在第一電極124及第二電極126之間不具有電場時，柱狀透鏡結構層122中的液晶單體分子130可藉由第一配向層170及第二配向層172排列整齊，並保持在其原本的位置。例如，第一配向層170及第二配向層172可保持液晶單體分子130之長軸朝向水平方向排列。間隔層180可為任意之透明填充物，填入柱狀透鏡結構層122及第二電極126之間的空隙中。

液晶單體分子130包含可各種習知的扭轉向列型液晶(twisted nematic liquid crystal)材料。這些液晶單體分子130本身不帶有電性或不具有易於受電性影響的官能基。值得注意的是，每一液晶單體分子130之表面上可帶有電荷控制劑132，以加強電場對每一液晶單體分子130之影響能力。例如，藉由此電荷控制劑，可減少電場驅動液晶單體分子130作轉向時的電場強度，或是增加液晶單體分子130對該電場之反應速度。在一實施例中，電荷控制劑係為擇自下列族群組成之正電電荷控制劑：擇自下列族群組成之正電電荷控制劑：四級銨鹽(quaternary ammonium salts)、吡啶鹽(pyridium salts)、鎓鹽(onium salts)、金屬鹽類(metal salts)、苯胺黑染料(nigrosine dye)、聚胺樹脂(polyamine resin)、三苯基甲基化合物(triphenylmethane compound)、咪唑衍生物(imidazole derivatives)、胺類衍生物(amine derivatives)及鏻鹽(phosphonium salt)。在另一實施例中，電荷控制劑包含擇自下列族群組成之負電電荷控制劑：柳酸之金屬錯合物(metal complexes of salicylic acid)、烷基柳酸(alkyl-salicylic acid)、偶氮染料(azo dye)、杯芳烴化合物(calixarene compound)、苯基酸硼錯合物(benzyl acid boron complex)、磺酸鹽(sulfonate salt)及氟碳衍生物(fluorocarbon derivatives)。或者，電荷控制劑可為離子型表面活性劑，例如氣溶凝膠聯甲苯胺(areosal OT)、十二烷苯磺酸鈉(sodium dodecylbenzenesulfonate)、金屬皂、聚丁烯丁二醯亞胺(polybutene succinimide)、順丁烯二酸酐共聚物(maleic anhydride copolymers)、乙烯基吡啶共聚物(vinylpyridine copolymers)、乙烯吡咯烷酮共聚物(maleic anhydride copolymers)、丙烯酸共聚物(acrylic acid copolymers)、N,N-二甲基胺基丙烯酸乙酯共聚物(N,N-dimethylaminoethyl acrylate copolymers)或前述之組合。值得注意的是，在一實施例中，可同時吸附至少兩種電荷控制劑132於液晶單體分子130之表面上。例如，可同時吸附正電電荷控制劑或負電電荷控制劑於液晶單體分子130之表面上。

這些電荷控制劑132可經由物理吸附的方式吸附於液晶單體分子130的表面上，例如，在一實施例中，可先將液晶單體分子130置於含有上述電荷控制劑132的溶液中，以使電荷控制劑132吸附於液晶單體分子130上。隨後，再以適當的溶劑持續清洗液晶單體分子130一段時間，沖洗掉多餘的電荷控制劑132，僅留下不易自液晶單體分子132表面上脫落的電荷控制劑132。

此具切換模式之顯示裝置可具有一第一模式及一第二模式。第1A圖可顯示為此具切換模式之顯示裝置100於第一模式時的示意圖。在第一模式時，電切換調光單元106中的第一電極124及第二電極126可具有相同的電位(例如皆為0)，而無電場施予至液晶單體分子130。此時，這些液晶單體分子130係為切換至第一模式。在第一模式時，藉由第一配向層170及第二配向層172控制，這些液晶單體分子130係大致以水平態排列(長軸朝向水平方向)，以避免對顯示單元104的畫素層118所發出的光線產生折射。此時，液晶單體分子130係作為不會產生折射的材料，不會影響柱狀透鏡結構的光學性質，因此使用者的左眼及右眼皆可直接觀賞到顯示單元106中每一畫素(包含左眼畫素及右眼畫素)，而看到平面(2D)影像。亦即，在第一電極及第二電極之間不具有電場時，此具切換模式之顯示裝置(或液晶單體分子)係為切換至顯示平面影像(2D)的模式。

參見第2A圖，其係顯示第1A圖中之區域A中的液晶單體分子130及電荷控制劑132之放大示意圖及電荷控制劑132在液晶單體分子130表面的電荷分佈情況。在第2A圖中，在沒有未外加電場的影響下，液晶單體分子130之表面可因電荷控制劑132的極性而被部分極化，而產生相對的正電荷及負電荷。例如，電荷控制劑132所產生的相對的正電荷及負電荷係大致上朝向平行於第一電極124及第二電極126的方向(第2A圖中的水平方向)排列，且這些液晶單體分子130及電荷控制劑132總體上係維持在電中性。因此，這些液晶單體分子130及液晶單體分子130之間可藉由這些相對的正電荷及負電荷所產生相互吸引的靜電力，維持更為穩定的狀態。因此，如本發明實施例所提供之具切換模式之顯示裝置，在第一模式時，柱狀透鏡結構層122中的液晶單體分子130(表面帶有電荷控制劑)相較於傳統的具切換模式之顯示裝置更為穩定，不易受到外力影響而分散，因而可有效解決傳統的具切換模式之顯示裝置的擦拭殘影(push mura)的問題。

本發明實施例之具切換模式之顯示裝置100可在第一電極124及第二電極126之間具有一電場時，切換至第二模式。參見第1B圖，其顯示此具切換模式之顯示裝置100在第二模式時的示意圖。在第一模式時，電切換調光單元106中的第一電極124及第二電極126可具有不同的電位，而產生電場E施予至液晶單體分子130’。例如，受到電場E的影響，液晶單體分子130’表面上受電荷控制劑132’影響所產生的相對的正電荷及負電荷係可各自朝向第一電極124及第二電極126移動，並產生一幫助液晶單體分子130’轉向的動力並降低液晶單體分子130’之間的黏度。如此，相較於傳統的具切換模式之顯示裝置，本發明實施例所提供之具切換模式之顯示裝置100不但可加快液晶單體分子130’在切換至第二模式時的的轉向速度，且僅需相對較低的電壓即可驅動這些液晶單體分子130’作轉向。在切換至第二模式後，液晶單體分子130’係可作為一柱狀透鏡，以對顯示單元104中的左眼畫素118L及右眼畫素118R所發出的光線作折射而改變其方向。如此，顯示單元104中的左眼畫素118L及右眼畫素118R所發出的光線可各自可折射至使用者的左眼及右眼，使得使用者可觀賞到立體(3D)影像。

例如，參見第2B圖，其係顯示第1B圖中之區域A’中的液晶單體分子130’及電荷控制劑132’之放大示意圖及電荷控制劑132’在液晶單體分子130表面的電荷分佈情況。在第二模式時，由於電場E的影響，液晶單體分子132’之長軸轉向至平行於電場E之方向。此外，液晶單體分子130’表面上受電荷控制劑132’影響所產生的相對的正電荷及負電荷(如第2B圖所示)可各自朝向於第一電極124及第二電極126移動(平行於電場E之方向)，移動至液晶單體分子132’之上下兩側。這些驅使正電荷及負電荷朝兩電極移動的動力，將加快液晶單體分子130’在切換至第二模式時的的轉向速度，且僅需相對較低的電壓即可驅動這些液晶單體分子130’切換至第二模式。

當消去第一電極124及第二電場126之間的電場E時，此具切換模式之顯示裝置100可再次由第二模式切換至第一模式。當由第二模式切換至第一模式時，液晶單體分子130可受到第一配向層170及第二配向層172的影響，趨向以如第1A圖所示之方式排列。液晶單體分子130表面上之受電荷控制劑132所產生的相對的正電荷及負電荷亦會趨向於第一模式時的水平方向排列。因此，液晶單體分子130表面上之受電荷控制劑132影響所產生的相對的正電荷及負電荷亦可幫助液晶單體分子130加快回到第一模式的速度。

綜上所述，在本發明實施例之具切換模式之顯示裝置中，液晶單體分子之表面可因電荷控制劑被部分極化而產生相對的正電荷及負電荷，並藉由其增加液晶單體分子彼此之間的穩定度，及增加電場對液晶單體分子之影響能力，例如增加液晶單體分子對施予電場之反應速度及減少電場驅動該些液晶單體分子作切換時所需施予的電場強度。

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

具切換模式柱狀透鏡結構

100．．．具切換模式之顯示裝置

104．．．顯示單元

106．．．電切換調光單元

110．．．陣列基板

112．．．彩色濾光片基板

114．．．液晶層

118．．．畫素層

118L．．．左眼畫素

118R．．．右眼畫素

122．．．柱狀透鏡結構層

124．．．第一電極

126．．．第二電極

130．．．液晶單體分子

130’．．．液晶單體分子

132．．．電荷控制劑

132’．．．電荷控制劑

170．．．第一配向層

172．．．第二配向層

180．．．間隔層

A、A’．．．柱狀透鏡結構層中之區域

第1A圖顯示依照本發明之一實施例之具切換模式之顯示裝置切換至第一模式之示意圖。

第1B圖顯示依照本發明之一實施例之具切換模式之顯示裝置切換至第二模式之示意圖。

第2A圖顯示依照第1A圖之具切換模式之顯示裝置中之液晶單體分子及電荷控制劑之放大示意圖，及電荷控制劑之電荷分佈圖。

第2B圖顯示依照第1B圖之具切換模式之顯示裝置中之液晶單體分子及電荷控制劑之放大示意圖，及電荷控制劑之電荷分佈圖。

100．．．具切換模式之顯示裝置

104．．．顯示單元

106．．．電切換調光單元

110．．．陣列基板

112．．．彩色濾光片基板

114．．．液晶層

118．．．畫素層

118L．．．左眼畫素

118R．．．右眼畫素

122．．．柱狀透鏡結構層

124．．．第一電極

126．．．第二電極

130’．．．液晶單體分子

132’．．．電荷控制劑

170．．．第一配向層

172．．．第二配向層

180．．．間隔層

A’．．．柱狀透鏡結構層中之區域

Claims (19)

1. 一種具切換模式之顯示裝置，包括：一顯示單元，包含多個左眼畫素及多個右眼畫素交替排列；以及一電切換調光單元，設置於該顯示單元上，包含：一柱狀透鏡結構層，夾設於一第一電極及一第二電極之間，該柱狀透鏡結構層具有排列設置的多個柱狀透鏡結構，每一柱狀透鏡結構包含複數個液晶單體分子填入其中，該些液晶單體分子具有依照一電場作切換之一第一模式及一第二模式；一電荷控制劑，位於該些液晶單體分子之表面，以增加該電場對該些液晶單體分子之影響能力；一第二配向層，順應性覆蓋該柱狀透鏡結構層之上部的一弧狀表面；以及一間隔層，位於該柱狀透鏡結構層與該第二電極之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該影響能力包含減少該電場驅動該些液晶單體分子作切換時所需的電場強度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該影響能力包含增加該些液晶單體分子對該電場之反應速度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具切換模式之顯示裝 置，其中在未施予該電場至該些液晶單體分子時，該些液晶單體分子切換至該第一模式。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該些液晶單體分子在切換至該第一模式時，該些左眼畫素及該些右眼畫素發出的光線係經由該些液晶單體分子使一使用者之左眼及右眼皆同時觀察到該些左眼畫素及該些右眼畫素。
6. 如申請專利範圍第4項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該些液晶單體分子在切換至該第一模式時，該些液晶單體分子上之該電荷控制劑之正負極性朝向平行於該第一電極及該第二電極的方向排列。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具切換模式之顯示裝置，其中在施予該電場至該些液晶單體分子時，該些液晶單體分子切換至該第二模式。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該些液晶單體分子在切換至該第二模式時，係會折射該些射左眼畫素及該些右眼畫素發出的光線，以使該些左眼畫素及該些右眼畫素各自對應至一使用者之左眼及右眼。
9. 如申請專利範圍第7項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該些液晶單體分子在切換至該第二模式時，該些液晶單體分子上之該電荷控制劑之正負極性朝向平行於該電場之方向排列。
10. 如申請專利範圍第7項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該些液晶單體分子在切換至該第二模式時，其彼此之間的黏度低於表面未帶有該電荷控制劑之液晶單體分子之間的黏度。
11. 如申請專利範圍第1項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該電荷控制劑包含擇自下列族群組成之正電電荷控制劑：四級銨鹽、吡啶鹽、鎓鹽、金屬鹽類、苯胺黑染料、聚胺樹脂、三苯基甲基化合物、咪唑衍生物、胺類衍生物及鏻鹽。
12. 如申請專利範圍第1項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該電荷控制劑包含擇自下列族群組成之負電電荷控制劑：柳酸之金屬錯合物、烷基柳酸、偶氮染料、杯芳烴化合物、苯基酸硼錯合物、磺酸鹽及氟碳衍生物。
13. 如申請專利範圍第1項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該電荷控制劑包含擇自下列族群組成之離子型界面活性劑：氣溶凝膠聯甲苯胺、十二烷苯磺酸鈉、金屬皂、聚丁烯丁二醯亞胺、順丁烯二酸酐共聚物、乙烯基吡啶共聚物、乙烯吡咯烷酮共聚物、丙烯酸共聚物及N,N-二甲基胺基丙烯酸乙酯共聚物。
14. 如申請專利範圍第1項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該電荷控制劑以物理方式吸附於該些液晶單體分子之該表面上。
15. 如申請專利範圍第1項所述之具切換模式之顯示 裝置，其中每一該柱狀透鏡結構中之該些液晶單體分子總體上為電中性。
16. 如申請專利範圍第1項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該電切換調光單元更包含一第一配向層設於該第一電極及該柱狀透鏡結構層之間。
17. 如申請專利範圍第16項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該第一配向層及第二配向層使該些液晶單體分子之長軸在切換至第一模式時朝向一水平方向。
18. 如申請專利範圍第1項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該液晶單體分子之表面上可同時帶有一正電電荷控制劑及一負電電荷控制劑。
19. 如申請專利範圍第1項所述之具切換模式之顯示裝置，其中該顯示單元包含液晶顯示裝置、發光二極體顯示裝置、有機發光二極體顯示裝置或前述之組合。