TWI448791B - 顯示裝置與顯示影像的方法 - Google Patents

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Description

顯示裝置與顯示影像的方法
本發明係關於顯示器，更特別關於其2D/3D影像之顯示方法。
一般而言，立體(3D)影像之顯示技術係經由使用者的眼睛，並根據立體視覺的原則來實現。由於人類的雙眼彼此相距約5~7公分的距離，因此會有雙眼視差，即由於左右眼之間的位置差距導致兩眼所看到的影像實為具有細微差異之不同影像。這種眼睛位置差距所導致的左右眼所觀看到之影像間的差異係稱為雙眼視差。因此，傳統上製作3D影像顯示裝置係利用雙眼視差的基礎來進行設計，讓使用者的左眼僅觀看到給左眼的影像而右眼僅觀看到給右眼的影像。
利用雙眼視差產生立體感的顯示方式多需配戴特殊器具來達成，常見的方法包含利用偏光眼鏡、紅藍(綠)眼鏡、快門眼鏡及頭盔式顯示器等方式來達成。然，上述之顯示方法不論成本高低都需要使用者配戴特殊器具才得以觀看到立體影像，因而對使用者而言多少都會造成不便之感覺，因此，近年來則著重於開發不需要配戴任何特殊器具即可觀賞到立體影像的裸眼式3D顯示裝置。
不需要配戴任何特殊器具即可觀賞到立體影像的裸眼式3D顯示裝置，若以雙眼視差的基礎來設計時則稱為視差法裸眼式3D顯示裝置。此種3D顯示裝置係為於顯示器(例如液晶顯示器)之光源陣列的前方設置視差屏障(Parallax)或光柵等遮蔽物，而其中光源陣列並依序傳送左眼影像及右眼影像，使得透過視差屏障讓使用者的左眼看到左眼影像，而使用者的右眼看到右眼影像。如此，透過左眼看到左眼影像及右眼看到右眼影像的使用者，其大腦會自動融合所看到的左眼影像及右眼影像為立體影像。然而裸眼式3D顯示裝置的問題在於，其解析度比配戴器具如偏光眼鏡的3D顯示裝置差。
目前大部份的立體顯示電視都能分別產生2D/3D影像。眼鏡式3D擁有高畫質的優點，但考慮到方便性，裸眼3D的應用將更為廣泛。但以目前技術而言，所有裸眼式3D均有解析度及視角受限的問題，仍不足以應用於TV。若能同時結合兩者優點，可讓使用者具有獨特的3D使用經驗。比如當使用者想觀看高畫質3D時可啟用3D功能並搭配眼鏡觀看。當使用者在觀看一般2D電視時，廣播系統可夾雜裸眼3D訊號。當TV接收到此3D訊號後便自動轉換到裸眼式3D，讓突如其來的3D震撼讓使用者印象深刻。
綜上所述，目前亟需新的顯示裝置以改善上述問題。
本發明一實施例提供一種顯示裝置，包括：具有偏光片之顯示器；液晶面板，具有第一液晶區與第二液晶區，且第一液晶區與第二液晶區之液晶排列方向不同；以及柱狀透鏡，具有凹槽以容納第三液晶區與第四液晶區，且第三液晶區與第四液晶區之液晶排列方向不同，其中液晶面板位於柱狀透鏡與顯示器之間，第一液晶區對應第三液晶區，且第二液晶區對應第四液晶區。
本發明一實施例提供一種顯示影像的方法，包括：提供上述之顯示裝置，且顯示器顯示之影像在通過偏光片後具有第一偏振方向；以及驅動液晶面板調整第一液晶區與第二液晶區之液晶排列方向，使通過第一液晶區之影像具有第二偏振方向，通過第二液晶區之該影像具有第一偏振方向，且第一偏振方向不同於第二偏振方向；其中第三液晶區的液晶排列方向垂直於第二偏振方向，且第四液晶區的液晶排列方向垂直於第一偏振方向，使通過第三與第四液晶區的影像之光線穿過柱狀透鏡後射入使用者之左眼與右眼，讓使用者觀賞到二維影像。
本發明一實施例提供一種顯示影像的方法，包括：提供偏光眼鏡給使用者，偏光眼鏡之第一鏡片只允許具有第一偏振方向的影像穿過，且偏光眼鏡之第二鏡片只允許具有第二偏振方向的影像穿過；提供上述之顯示裝置，且顯示器顯示之影像在通過該偏光片後具有第一偏振方向；以及驅動液晶面板調整第一液晶區與第二液晶區之液晶排列方向，使通過第一液晶區之影像具有第二偏振方向，通過第二液晶區之該影像具有第一偏振方向，且第一偏振方向不同於第二偏振方向；其中第三液晶區的液晶排列方向垂直於第二偏振方向，且第四液晶區的液晶排列方向垂直於第一偏振方向，其中通過第三液晶區的影像之光線具有第二偏振方向，在穿過柱狀透鏡後穿過第二鏡片，且通過第四液晶區的影像之光線具有第一偏振方向，在穿過該柱狀透鏡後穿過該第一鏡片，讓使用者觀賞到三維影像。
本發明一實施例提供一種顯示影像的方法，包括：提供上述之顯示裝置，且顯示器顯示之影像在通過偏光片後具有第一偏振方向；以及驅動液晶面板調整第一液晶區與第二液晶區之液晶排列方向，使通過第一液晶區之影像具有第一偏振方向，通過第二液晶區之該影像具有一第二偏振方向，且第一偏振方向不同於第二偏振方向；其中第三液晶區的液晶排列方向平行於第二偏振方向，且第四液晶區的液晶排列方向平行於第一偏振方向，使影像之光線穿過第三與第四液晶區及柱狀透鏡之間的介面時產生折射現象，讓使用者觀賞到三維影像。
習知技藝中，切換3D影像與2D影像需穿脫偏光眼鏡。另一方面，裸眼式3D顯示裝置無法提供高品質影像。為解決上述問題，本發明提供新穎的顯示裝置。如第1圖所示，顯示裝置含有具有偏光片11之顯示器10、具有液晶區15A與15B之液晶面板14、以及凹槽填有液晶區15C與15D之柱狀透鏡17。上述顯示器10可為電子紙、電子閱讀器、電致發光顯示器、有機電致發光顯示器、真空螢光顯示器、發光二極體、陰極射線管、液晶顯示器、電漿顯示面板、數位光學處理器、矽基板上液晶顯示器、有機發光二極體、表面傳導電子發射顯示器、場發射顯示器、量子點雷射電視、液晶雷射電視、鐵電液晶顯示器、干涉 測量調節顯示器、厚膜介電電致發光器、量子點發光二極體、屈伸畫素顯示器、有機發光電晶體、光致變色顯示器、或雷射螢光體顯示器。在本發明一實施例中，顯示器10為液晶顯示器。
液晶面板14係位於顯示器10與柱狀透鏡17之間。藉由液晶面板14之驅動電路(未圖示)，可讓液晶區15A與液晶區15B之液晶排列方向不同。柱狀透鏡17之凹槽內側已先以微影製程形成不同配向之配向層，再填入可聚合的液晶組成物，使液晶組成物的液晶依配向層之配向排列。接著以熱固化或光固化的方式固化液晶組成物，就形成液晶區15C與15D，且兩者之液晶排列方式不同，如第4圖之上視圖所示。在另一實施例中，先形成主動控制電路(如薄膜電晶體陣列)或被動控制電路於柱狀透鏡17之凹槽內側，再以微影製程形成不同配向之配向層於柱狀透鏡17之凹槽內側上。將液晶組成物填入柱狀透鏡之凹槽內後，可採用電路控制液晶組成物，以形成排列方向不同的液晶區15C與15D。在液晶區15C與15D中，液晶具雙折射率特性，其長軸與短軸折射率分別為ne 與no ，且柱狀透鏡17之折射率與液晶短軸折射率(no )相同。在本發明一實施例中，液晶組成物的長軸折射率(ne )介於1.0至2.5之間，液晶短軸與柱狀透鏡17之折射率(no )介於1.0至2.5之間，且ne 與no 的差距介於0.01至1.5之間。若ne 與no 的差距過大，則使透鏡焦距過近，在受限的厚度下無法聚焦到顯示器表面上而產生失焦。若ne 與no 的差距過小，將使焦距過大，導致透鏡需距顯示器表面很大的距離才有可能聚焦形 成3D。
若入射的極化光其偏振方向垂直於液晶區15C(或15D)之液晶排列方向，極化光將不受液晶區15C(或15D)影響。此時極化光在液晶區15C(或15D)與柱狀透鏡17之間的介面將不產生任何折射現象。換句話說，入射液晶區15C(或15D)之線性極化光將不會改變其原本路徑並直接穿出柱狀透鏡17。另一方面，若入射的極化光其偏振方向不完全垂直甚至平行於液晶區15C(或15D)之液晶排列方向，極化光將受到液晶區15C(或15D)影響。此時極化光在液晶區15C(或15D)與柱狀透鏡17之間的介面將產生折射現象。換句話說，入射液晶區15C(或15D)之線性極化光將改變其原本路徑並可能斜向穿出柱狀透鏡17。
上述液晶區15A對應液晶區15C，而液晶區15B對應液晶區15D。所謂的「對應」，即入射某一液晶區15A之極化光只會穿過對應之液晶區15C，而不會穿過其他的液晶區15D或其他的液晶區15C。同樣地，入射某一液晶區15B之極化光只會穿過對應之液晶區15D，而不會穿過其他的液晶區15C或其他的液晶區15D。如前所述，液晶區15A與15B之液晶排列方向不同。此外，液晶區15C與液晶區15D之液晶排列方向不同。液晶面板14之液晶區15A與15B之液晶排列方向可藉由液晶面板14之驅動電路改變。在本發明一實施例中，液晶區15C與15D的液晶排列方向在組裝至顯示裝置前即已固定而無法改變。在本發明另一實施例中，可藉由柱狀透鏡17之凹槽內側之控制電路，控制液晶區15C與15D的液晶排列方向。上述的驅動 電路與控制電路可為行列式的被動電路或格狀的主動電路，端視需要而定。
在本發明一實施例中，以第1圖之顯示裝置顯示2D影像。當背光源發出的光經顯示器10及偏光片11後，即具有偏振方向13A。在這必須說明的是，偏振方向13A(90°與270°)與下述說明中箭頭所指的偏振方向僅用以方便說明，並非侷限影像實際上的偏振方向。舉例來說，偏振方向13A亦可為其他方向如0°與180°、45°與225°、135°與315°、或其他常見的偏振方向，端視偏光片11之種類而定。
上述具有偏振方向13A之影像在穿過液晶面板14之液晶區15A與15B後，會因為液晶區15A與15B中液晶分子的排列方向而改變其偏振方向。如第1圖所示，通過液晶區15A之影像的偏振方向將由原本的偏振方向13A轉為偏振方向13B(0°與180°)，而通過液晶區15B之影像的偏振方向仍維持偏振方向13A。為了達到上述效果，需採用液晶面板14之驅動電路(未圖示)，使液晶區15A的液晶排列方向轉為45°與225°，同時使液晶區15B的液晶排列方向轉為平行影像的入射方向，如第2A圖所示之液晶面板14的上視圖。可以理解的是，液晶區15A的液晶排列方向亦可為135°與315°，且液晶區15B的液晶排列方向可垂直於影像的入射方向並平行或垂直影像的偏振方向13A，比如第2B-2C圖所示之液晶面板14的上視圖。必須注意的是，液晶區15A與15B之液晶排列方向需視影像之偏振方向與液晶區15C與15D之液晶排列方向而定，並不限於上述圖示之液晶排列方向。
由於液晶區15C的液晶排列方向垂直於對應的影像之偏振方向13B，因此入射液晶區15C的影像將不受其影響，可直接穿過液晶區15C與柱狀透鏡17之介面而不會折射。同樣地，由於液晶區15D的液晶排列方向平行於對應的影像之偏振方向13A，因此入射液晶區15D的影像將不受其影響，可直接穿過液晶區15D與柱狀透鏡17之介面而不會折射。此時裸眼的使用者將可觀賞2D影像。
在本發明一實施例中，以第1圖之顯示裝置顯示3D影像如第3圖所示。第3圖與第1圖之差異僅在於液晶面板14以驅動電路(未圖示)將液晶區15A之排列方向轉為平行影像的入射方向，並將液晶區15B之排列方向轉為45°與225°，如第2D圖所示之液晶面板14的上視圖。同樣地，液晶區15A的液晶排列方向可垂直於影像的入射方向並平行或垂直影像的偏振方向13A，且液晶區15B的液晶排列方向亦可為135°與315°。如此一來，通過液晶區15A之影像的偏振方向仍維持偏振方向13A，而通過液晶區15B之影像的偏振方向將由原本的偏振方向13A轉為偏振方向13B(0°與180°)。必須注意的是，液晶區15A與15B之液晶排列方向需視影像之偏振方向與液晶區15C與15D之液晶排列方向而定，並不限於上述圖示之液晶排列方向。
由於液晶區15C的液晶排列方向平行於對應的影像之偏振方向13A，因此入射液晶區15C的影像將受其折射率(ne )影響，在穿過液晶區15C與柱狀透鏡17之介面時將產生折射現象。同樣地，由於液晶區15D的液晶排列方向平行於對應的影像之偏振方向13B，因此入射液晶區15D的 影像將受其折射率(ne )影響，在穿過液晶區15D與柱狀透鏡17之介面時將產生折射現象。此時裸眼的使用者將可因上述折射現象而觀賞到解析度較低的3D影像。
當2D/3D的電視越來越普及時，必然出現2D節目與3D廣告(或3D節目與2D廣告)夾雜的情況。本發明之顯示裝置可在第1圖之2D裸眼模式與第3圖之3D裸眼模式之間快速切換，省略使用者穿脫偏光眼鏡的麻煩。
但在使用者想觀賞高畫質的3D節目時，比如長時間的3D藍光影片，將不需考慮2D/3D節目夾雜的問題。此時可採用第3種顯示模式顯示高畫質的3D影像，如第5圖所示。在第5圖中，顯示器10分為左眼影像顯示區10A與右眼影像顯示區10B，分別垂直對應液晶區15A與15B。至於偏光片11、液晶面板14之液晶區15A與15B的液晶排列方向、液晶區15C與15D的液晶排列方向、與柱狀透鏡之設置與第1圖所示之顯示模式完全相同，在此不贅述。此時使用者必須配戴偏光眼鏡，其右鏡片只讓右眼影像顯示區10B所顯示之影像(偏振方向13A)穿過，而左鏡片只讓左眼影像顯示區10A所顯示之影像(偏振方向13B)穿過。如此一來，使用者在配戴偏光眼鏡的情況下可觀賞到高畫質的3D影像。
綜上所述，本發明揭露之顯示裝置具有三種顯示模式：裸眼的2D影像、裸眼的3D影像、以及配戴偏光眼鏡的3D影像。如此一來，使用者可依節目性質(2D/3D影像夾雜或長時間的高畫質3D影像)，選擇是否配戴偏光眼鏡與對應之顯示模式。
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，任何熟習此技藝者，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。
10．．．顯示器
11．．．偏光片
13A、13B．．．極化光的偏振方向
14．．．液晶面板
15A、15B、15C、15D．．．液晶區
17．．．柱狀透鏡
第1圖係本發明一實施例中，裸眼之2D影像的顯示模式示意圖；
第2A-2D圖係本發明實施例中，液晶面板中不同液晶區之液晶分子排列的上視圖；
第3圖係本發明一實施例中，裸眼之3D影像的顯示模式示意圖；
第4圖係本發明實施例中，液晶區中液晶分子排列的上視圖；以及
第5圖係本發明一實施例中，配戴偏光眼鏡之3D影像的顯示模式示意圖。
10．．．顯示器
11．．．偏光片
13A、13B．．．極化光的偏振方向
14．．．液晶面板
15A、15B、15C、15D．．．液晶區
17．．．柱狀透鏡

Claims (10)

  1. 一種顯示裝置，包括：具有一偏光片之一顯示器；一液晶面板，具有一第一液晶區與一第二液晶區，且該第一液晶區與該第二液晶區之液晶排列方向不同；以及一柱狀透鏡，具有一凹槽以容納一第三液晶區與一第四液晶區，且該第三液晶區與該第四液晶區之液晶排列方向不同，其中該液晶面板位於該柱狀透鏡與該顯示器之間，該第一液晶區對應該第三液晶區，且該第二液晶區對應該第四液晶區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該第一液晶區之液晶與該第二液晶區之液晶的排列方向互相垂直，且該第三液晶區與該第四液晶區之液晶的排列方向互相垂直。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該第三液晶區及第四液晶區之液晶短軸折射率(no )與液晶長軸折射率(ne )之差異介於0.01至1.5之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該第三液晶區及第四液晶區之液晶短軸折射率(no )與該柱狀透鏡之折射率相同。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該第三液晶區與該第四液晶區包括固化的液晶組成物。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該凹 槽內側包括一控制電路。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之顯示裝置，其中該控制電路包括一主動電路或一被動電路。
  8. 一種顯示影像的方法，包括：提供申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，且該顯示器顯示之影像在通過該偏光片後具有一第一偏振方向；以及驅動該液晶面板調整該第一液晶區與該第二液晶區之液晶排列方向，使通過該第一液晶區之該影像具有一第二偏振方向，通過該第二液晶區之該影像具有該第一偏振方向，且該第一偏振方向不同於該第二偏振方向；其中該第三液晶區的液晶排列方向垂直於該第二偏振方向，且該第四液晶區的液晶排列方向垂直於該第一偏振方向，使通過該第三與第四液晶區的影像穿過該柱狀透鏡後射入一使用者之左眼與右眼，讓該使用者觀賞到一二維影像。
  9. 一種顯示影像的方法，包括：提供一偏光眼鏡給一使用者，該偏光眼鏡之第一鏡片只允許具有一第一偏振方向的影像穿過，且該偏光眼鏡之第二鏡片只允許具有一第二偏振方向的影像穿過；提供申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，且該顯示器顯示之影像在通過該偏光片後具有一第一偏振方向；以及驅動該液晶面板調整該第一液晶區與該第二液晶區之液晶排列方向，使通過該第一液晶區之該影像具有一第二 偏振方向，通過該第二液晶區之該影像具有該第一偏振方向，且該第一偏振方向不同於該第二偏振方向；其中該第三液晶區的液晶排列方向垂直於該第二偏振方向，且該第四液晶區的液晶排列方向垂直於該第一偏振方向，其中通過該第三液晶區的影像具有該第二偏振方向，在穿過該柱狀透鏡後穿過該第二鏡片，且通過該第四液晶區的影像具有該第一偏振方向，在穿過該柱狀透鏡後穿過該第一鏡片，讓該使用者觀賞到一三維影像。
  10. 一種顯示影像的方法，包括：提供申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，且該顯示器顯示之影像在通過該偏光片後具有一第一偏振方向；以及驅動該液晶面板調整該第一液晶區與該第二液晶區之液晶排列方向，使通過該第一液晶區之該影像具有該第一偏振方向，通過該第二液晶區之該影像具有一第二偏振方向，且該第一偏振方向不同於該第二偏振方向；其中該第三液晶區的液晶排列方向平行於該第二偏振方向，且該第四液晶區的液晶排列方向平行於該第一偏振方向，使該影像穿過該第三與第四液晶區及該柱狀透鏡之間的介面時產生折射現象，讓一使用者觀賞到一三維影像。
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