TWI449962B - 用於三維顯示之液晶透鏡 - Google Patents

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Description

用於三維顯示之液晶透鏡
本發明係有關於一種液晶透鏡及其製作方法，特別有關於一種用於二維(2D)/三維(3D)切換式之液晶顯示器中的液晶透鏡及其製作方法。
顯示技術近年來得到飛速的發展，而裸視立體顯示則是一個重要的發展方向。裸視立體顯示器通常由液晶顯示面板，再加上微光學組件(比如說視差屏障或是透鏡陣列)所構成。液晶顯示面板會將對應到某個視域的影像顯示在相對應之像素上，或是在不同時間顯示對應到某個視域的影像。而微光學組件的作用，就是將對應到某個視域的影像，投射到空間中相對應的視域。當觀衆的左右眼，分別位於適當的視域中，就會看到不同之影像，進而在大腦中合成並感知到立體視覺。
請參照第1圖，第1圖為習知的可切換2D/3D的裸視液晶顯示器。該可切換2D/3D的裸視液晶顯示器10包含液晶顯示面板12及2D/3D切換層14。該液晶顯示面板12包含此領域技術人員熟悉之陣列(array)基板、液晶及彩色濾光(color filter)基板(圖未式)，在此不加以贅述。該2D/3D切換層14包含下基板142、液晶分子144、上基板146、下電極1422及上電極1462。該上電極1462具有多條狀間距或稱狹縫(slit)。其原理為加電壓時，上下基板間之電場產生不均勻，而使液晶分子144如圖1所示隨著電場方向排列。此時對於該區域的影像來說，該2D/3D切換層14等效為一柱狀透鏡(lenticular lens)，藉此達到立體顯示效果。此外，若不加電壓時，液晶分子144皆為垂直排列，使得該區域的影像完全透過，形成原本液晶顯示面板12之二維顯示效果。
然而，上述2D/3D切換層14的上下基板間需要有足夠的空間，以達到水平的電場分佈，進而形成如第1圖之液晶分子144的排列。因此，習知的2D/3D切換層14的上下板間距(Cell gap)(20um左右)無法有效的縮減，造成現有可切換2D/3D裸視立體顯示器之厚度太厚，不符合目前對於顯示器追求的輕薄短小趨勢。
有鑑於此，本發明之目的在於提供一種用於三維顯示之液晶透鏡，以改善上述裸視立體顯示器厚度太厚的問題。
本發明之另一目的在於提供一種用於三維顯示之液晶透鏡之製作方法，以改善上述裸視立體顯示器厚度太厚的問題。
為達上述之目的，本發明一較佳實施例提出的一種三維顯示之液晶透鏡包括一第一基板、一第二基板、一液晶層、一第一電極層、以及一第一配向層。其中該第二基板對應該第一基板設置。該液晶層設置於該第一基板及該第二基板之間。該第一電極層，設置於該第一基板上之面對該第二基板之一側。該第一配向層設置於該第一電極層上，該第一配向層具有複數個第一區域，其中該些第一區域之配向方向從一側到相對的另一側係逐漸改變且對稱的。
於一較佳實施例中，該些第一區域係複數個長條型，且該些長條型依次相鄰排列。此外，該些第一區域之配向方向係以一直線為中心而對稱，該直線平行於該些長條型之一長邊並將該第一配向層劃分為對稱的兩半。
於一較佳實施例中，該第一配向層為光配向層。
於一較佳實施例中，該第一基板及該第二基板皆為可撓式基板。
於一較佳實施例中，該用於三維顯示之液晶透鏡更包括一第二電極層及一第二配向層。該第二電極層設置於該第二基板上之面對該第一基板之一側。該第二配向層設置於該第二電極層上，該第二配向層具有對應該些第一區域之複數個第二區域，其中該些第二區域之配向方向與該些第一區域分別相對應。
為達成另一目的，本發明提供一種上述用於三維顯示之液晶透鏡之製作方法，其包括下列步驟：形成一電極層於一基板上；塗佈一光配向層於該電極層上；將該光配向層劃分成多個區域；採用紫外光配合一光罩分別對該些區域進行照射；以及組裝該基板及填入液晶。
於一較佳實施例中，該紫外光配合該光罩對該光配向層之不同區域分別進行照射，且對於各相鄰兩個區域照射之方向均相差一預定角度。更進一步的說，該紫外光之偏極化狀態係固定的。
於另一較佳實施例中，該紫外光配合該光罩對該光配向層之不同區域分別進行照射，且對於各區域照射之方向均相同。更進一步的說，該紫外光之各相鄰兩次照射之偏極化狀態均相差一定值。
本發明藉由光配向層可透過不同方向的紫外光可設計多個不同配向方向之區域，使得該些區域上之液晶分子隨配向層之不同的配向方向之傾斜，而達成液晶透鏡的效果。因此，本發明之液晶透鏡不需額外加電壓，也具有立體顯示效果，且一併解決了習知裸視立體顯示器太厚的問題，進而達成本發明之目的。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請參照第2圖，第2圖繪示本發明較佳實施例之用於三維顯示之液晶透鏡之剖面示意圖。圖中之液晶透鏡20係為2D/3D切換層(圖未示)中之一局部剖面示意圖。該液晶透鏡20包括一第一基板220、一第二基板240、一液晶層260、一第一電極層225、一第一配向層(alignment layer)230、一第二電極層245以及一第二配向層250。
如第2圖所示，該第二基板240對應該第一基板220設置，且該液晶層260設置於該第一基板220及該第二基板240之間。該第一基板220及第二基板240為玻璃基板或可撓式基板。該第一電極層225設置於該第一基板220上之面對該第二基板240之一側。該第一電極層225較佳為透明電極，其材料較佳為氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)或氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide,IZO)。
該第一配向層230設置於該第一電極層225上。該第一配向層230係用於導引液晶分子262使其朝配向層之配向方向傾斜。具體而言，該第一配向層230具有複數個第一區域I，其中該些第一區域I之配向方向從一側到相對的另一側係逐漸改變且對稱的，使得液晶分子262的排列如第2圖所示。具體而言，該液晶透鏡20中最兩旁之第一區域I之配向方向為垂直的，使得液晶層260兩旁的液晶分子262之傾斜方向為垂直方向。接著，該些第一區域I之配向方向隨著往該液晶透鏡20中央逐漸水平，使得液晶分子262逐漸往水平方向傾斜，藉此達到液晶透鏡的效果。
需注意的是，本發明並不限制該些第一區域I的寬度，惟該些第一區域I較佳可使該液晶透鏡分為5等分以上，以得較佳的透鏡效果。該些第一區域I係複數個長條型(其長邊垂直紙面)，且該些長條型依次相鄰排列如圖所示。此外，該些第一區域I之配向方向係以一直線(位於該液晶透鏡20中央)為中心而對稱，且該直線平行於該些長條型之一長邊並將該第一配向層230劃分為對稱的兩半。
在此較佳實施例中，該第一配向層230為光配向層(photo-alignment layer)，其為光致裂解機制混合聚亞醯胺(polyimide,PI)所形成的光配向材料。該光配向膜可利用偏極化的紫外光(UV)以特定方向照射配向膜引發光學異方性，而達到配向的效果。
相似地，該第二電極層245設置於該第二基板240上之面對該第一基板220之一側。該第二配向層250設置於該第二電極層245上。該第二電極層245較佳為透明電極，其材料較佳為氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)或氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide,IZO)。該第二配向層250具有對應該些第一區域I之複數個第二區域II，其中該些第二區域II之配向方向與該些第一區域I分別相對應，使得液晶分子260的排列如第2圖所示。具體而言，該液晶透鏡20中最兩旁之第二區域II之配向方向為垂直的，使得液晶層260兩旁的液晶分子262之傾斜方向為垂直方向。接著，該些第二區域II之配向方向隨著往該液晶透鏡20中央逐漸水平，使得液晶分子262逐漸往水平方向傾斜，藉此達到液晶透鏡的效果。
相同地，本發明並不限制該些第二區域II的寬度，惟該些第二區域II較佳可使該液晶透鏡分為5等分以上，以得較佳的透鏡效果。該些第二區域II係複數個長條型(其長邊垂直紙面)，且該些長條型依次相鄰排列如圖所示。此外，該些第二區域II之配向方向係以一直線(位於該液晶透鏡20中央)為中心而對稱，且該直線平行於該些長條型之一長邊並將該第二配向層250劃分為對稱的兩半。此外，該第二配向層250亦為光配向層(photo-alignment layer)。
值得一提的是，本實施例之液晶透鏡20無須在第一電極層225及/或第二電極層245施加電壓，即可達到如圖中的液晶透鏡效果，使得根據該液晶透鏡20實施的該2D/3D切換層呈3D的顯示狀態。由此可知，本發明之液晶透鏡無須依靠施加電壓所形成的電場引導液晶分子262，因此第一基板220及第二基板240間的間距無須太厚，克服了習知上下板間距無法有效縮減的問題。另一方面，由於本發明之液晶透鏡無須依靠施加電壓所形成的電場引導液晶分子262，因此可用於可撓式液晶顯示器上，在撓曲時不會受到電場的影響還能正常顯示3D效果。
請參照第3圖，第3圖繪示第2圖之液晶透鏡加電壓的剖面示意圖。根據該液晶透鏡20實施的該2D/3D切換層如欲切換到2D顯示狀態，僅需在第一電極層225及/或第二電極層245施加電壓，使得液晶層260內所有液晶分子262呈垂直方向，而無產生透鏡效果。因此，根據本實施例實施的2D/3D切換層之2D/3D切換速度亦快於習知2D/3D切換層之切換速度。
以下將結合第4圖至第8圖來詳細說明此實施例之液晶透鏡20之製作方法，其中第4圖為此實施例之液晶透鏡之製作方法的流程圖、第5圖為步驟S10之示意圖、第6圖為步驟S20及S30之示意圖、第7A圖為步驟S40之一較佳實施例之示意圖、第7B圖為步驟S40之另一較佳實施例之示意圖、及第8圖為步驟S50之示意圖。該製作方法開始於步驟S10。
請參照第5圖，於步驟S10中，形成一電極層於一基板上。具體而言，首先在玻璃基板或是塑膠基板(撓性基板)全面塗佈一層ITO，使其成為一透明導電層。值得一提的是，該基板可為上述之第一基板220或第二基板240，該電極層可為上述之第一電極層225及第二電極層245。
請參照第6圖，於步驟S20中，塗佈一光配向層於該電極層上。具體而言，在ITO塗佈完成時，於其上全面塗佈一光配向層300。同樣地，該光配向層300可為上述之第一配向層230或第二配向層250未經過配向製程之狀態。
請再參照第6圖，於步驟S30中，將該光配向層300劃分成多個區域，如上述之該些第一區域I或第二區域II。
請參照第7A圖，於步驟S40中，採用紫外光400(如箭頭所示)配合一光罩500分別對該些區域進行照射。在一較佳實施例中，該紫外光400配合該光罩500對該光配向層300之不同區域分別進行照射，且對於各相鄰兩個區域照射之方向均相差一預定角度。此外，該紫外光400之偏極化狀態係固定的。舉例來說，照射第一個區域係垂直該光罩500方向照射，如最左邊箭頭。需注意的是，此時光罩500之透光區域可設計為對應在該光配向層300之最左邊區域，使得該區域之配向方向為垂直方向。而照射第二個區域與照射第一個區域之角度相差該預定角度(例如20度)，此時光罩500之透光區域可設計為對應在該光配向層300之最左邊區域相鄰之區域，使得該區域之配向方向為與垂直方向夾20度。依此類推，可得多區域配向方向漸進改變的配向膜，如第2 圖所示。值得一提的是，多次照射之光罩500亦可為同一光罩，僅需每次照射時平移一固定距離即可，藉此節省光罩成本。
請參照第7B圖，在另一較佳實施例中，於步驟S40中，該紫外光400配合光罩500對該光配向層300之不同區域分別進行照射，且對於各區域照射之方向均相同。更進一步的說，該紫外光400之各相鄰兩個照射區域之偏極化狀態均相差一定值。舉例而言，照射第一個區域時，可控制該紫外光400的偏極化狀態，使得照射到的光配向膜300之配向方向為垂直的。需注意的是，此時光罩500之透光區域可設計為對應在該光配向層300之最左邊區域，使得該區域之配向方向為垂直方向。而照射第二個區域與照射第一個區域之偏極化狀態差一定值，該定值可為偏極化角度、或線偏極轉換到圓偏極的程度等。此時光罩500之透光區域可設計為對應在該光配向層300之最左邊區域相鄰之區域，使得該區域之配向方向為與垂直方向夾一角度。依此類推，可得多區域配向方向漸進改變的配向膜，如第2圖所示。同樣地，多次照射之光罩500亦可為同一光罩，僅需每次照射時平移一固定距離即可，藉此節省光罩成本。
請參照第8圖，於步驟S50中，組裝該基板及填入液晶。例如將具有電極層及該光配向層300之第一基板220及第二基板240進行組裝(Cell)製程，即本領域技術人員所熟知的灌入液晶分子等步驟，在此則不加已贅述。
綜上所述，本發明藉由光配向層300可透過不同方向的紫外光400可設計多個不同配向方向之區域，使得該些區域上之液晶分子262隨該光配向層300之不同的配向方向之傾斜，而達成液晶透鏡的效果。因此，本發明之液晶透鏡不需額外加電壓，也具有立體顯示效果，且一併解決了習知裸視立體顯示器太厚的問題，進而達成本發明之目的。
雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明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，當可作各種之更動與潤飾，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．．．裸視液晶顯示器
12．．．液晶顯示面板
14．．．2D/3D切換層
142．．．下基板
144．．．液晶分子
146．．．上基板
1422．．．下電極
1462．．．上電極
20．．．液晶透鏡
220．．．第一基板
240．．．第二基板
260．．．液晶層
262．．．液晶分子
225．．．第一電極層
230．．．第一配向層
245．．．第二電極層
250．．．第二配向層
300．．．光配向層
400．．．紫外光
I．．．第一區域
II．．．第二區域
S10．．．步驟
S20．．．步驟
S30．．．步驟
S40．．．步驟
S50．．．步驟
第1圖為習知的可切換2D/3D的裸視液晶顯示器。
第2圖繪示本發明較佳實施例之用於三維顯示之液晶透鏡之剖面示意圖。
第3圖繪示第2圖之液晶透鏡加電壓的剖面示意圖。
第4圖為此實施例之液晶透鏡之製作方法的流程圖。
第5圖為步驟S10之示意圖。
第6圖為步驟S20及S30之示意圖。
第7A圖為步驟S40之一較佳實施例之示意圖。
第7B圖為步驟S40之另一較佳實施例之示意圖。
第8圖為步驟S50之示意圖。
20．．．液晶透鏡
220．．．第一基板
240．．．第二基板
260．．．液晶層
262．．．液晶分子
225．．．第一電極層
230．．．第一配向層
245．．．第二電極層
250．．．第二配向層
I．．．第一區域
II．．．第二區域

Claims (6)

  1. 一種用於三維顯示之液晶透鏡，包括：一第一基板；一第二基板，該第二基板對應該第一基板設置；一液晶層，設置於該第一基板及該第二基板之間；一第一電極層，設置於該第一基板上之面對該第二基板之一側；以及一第一配向層，設置於該第一電極層上，該第一配向層具有複數個第一區域，其中該些第一區域之配向方向從一側到相對的另一側係逐漸改變且對稱的；其中該液晶透鏡在三維顯示狀態下，該第一電極層與該第二電極層不施加電壓，且該液晶層兩旁的複數個液晶分子之傾斜方向為垂直方向，該些第一區域之配向方向隨著往該液晶透鏡中央逐漸水平，使得該些液晶分子逐漸往水平方向傾斜，藉此達到液晶透鏡的效果，若該液晶透鏡欲切換到二維(two dimension，2D)顯示狀態，在該第一電極層及/或該第二電極層施加電壓，使該液晶層內該些液晶分子呈垂直方向。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中該些第一區域係複數個長條型，且該些長條型依次相鄰排列。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶透鏡，其中該些第一區域之配向方向係以一直線為中心而對稱，該直線平行於該些長條型之一長邊並將該第一配向層劃分為對稱的兩半。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中該第一配向層為光配向層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中該第一基板及該第二基板皆為可撓式基板。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，更包括：一第二電極層，設置於該第二基板上之面對該第一基板之一側；以及一第二配向層，設置於該第二電極層上，該第二配向層具有對應該些第一區域之複數個第二區域，其中該些第二區域之配向方向與該些第一區域分別相對應。
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