TWI491965B - 可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置 - Google Patents

Description

可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置

本發明係關於一種可切換二維與三維顯示模式顯示裝置，特別是關於一種具有省電功效的可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置。

現今顯示器產業蓬勃發展，而立體顯示器更被視為下一代顯示器產業的主流，並且隨著小尺寸可攜式顯示器或是戶外觀賞大型看板的使用需求增加，具有舒適的視覺效果及節能省電的需求也日趨重要。

現有立體顯示技術主要的原理，是藉著使觀看者的左眼及右眼分別接收到不同的影像，再經由大腦分析並重疊而建構出一幅三度空間的立體畫面，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為時間序列式(time-sequential)及空間多工式(spatial multiplex)技術。時間序列式技術立體顯示裝置是以掃描方式依序交替顯示供左眼觀看的左眼畫面與供右眼觀看的右眼畫面，然而在觀看畫面時，觀看者必須配戴一副特製的眼鏡，如快門眼鏡(shutter glass)、濾光眼鏡(color filter glass)或偏光眼鏡(polarizing glass)，由此達到立體顯示的效果，這使得時間序列式技術立體顯示裝置在使用上或攜帶上都較為不便，並且顯示品質還會因為此方法需 要捨棄部分接收資訊而降低，並且此方法也無法在二維及三維影像中做切換。

另一方面，目前空間多工式立體顯示裝置可使觀看者裸眼便可觀賞，常見方式有穿透式顯示器搭配主動透鏡(active lens)或是一柵欄(barrier)，藉著主動透鏡的折射率將入射光線偏折使得投射入左眼及右眼的畫面不同，或是藉著柵欄使觀看者的左眼及右眼因觀看角度的差異而受到柵欄的屏蔽，而產生立體感。然而，穿透式顯示器需要在顯示畫面上較為耗電，並且主動透鏡若需要具備二維及三維模式切換效果也需要另外提供電場，故也有耗電的問題。

故，有必要提供一種可切換二維與三維顯示模式顯示裝置，以解決習用技術所存在的耗電問題。

本發明之主要目的在於提供一種可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置，其係使用一膽固醇液晶顯示面板，並搭配一柱狀透鏡，且在二者中間設置一具有雙穩態的液晶分子元件，藉著利用一電場切換使該液晶分子元件達到二維與三維顯示模式轉換的目的。由於在模式轉換時，才需要切換該電場以提供一電壓差，故具有省電之效果；並且使用該膽固醇液晶顯示面板，也同樣在顯示畫面改變時，才需要電場的切換，進而有雙重省電之效果。

為達上述之目的，本發明提供一種可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置，其包含：一膽固醇液晶顯示面板、一液晶分子元件及一柱狀透鏡。該液晶分子元件設置於該膽固醇液晶顯示面板的一側。該柱狀透鏡設置於該液晶分子元件相對於該膽固醇液晶顯示面板的另一側。其中該液晶分子元件係在二維顯示模式及三維顯示模式之間進行切換，於該二維顯示模式時，該液晶分子元件具有一第一穩態，使得來自該膽固醇液晶顯示面板之一入射光通過該液晶分子元件及該柱狀透鏡後平行射出，且於該三維顯示模式時，該液晶分子元件具有一第二穩態，使得該入射光通過該液晶分子元件及該柱狀透鏡後偏折射出。

在本發明之一實施例中，該液晶分子元件係為向列型液晶分子元件。

在本發明之一實施例中，該液晶分子元件包含：一第一電極及一第二電極，用以提供一電場。

在本發明之一實施例中，該液晶分子元件內包含有液晶分子。該液晶分子係藉由該電場切換而從該第一穩態轉換為該第二穩態，或是從該第二穩態轉換為該第一穩態。

在本發明之一實施例中，該柱狀透鏡包含：一第一膜層以及一第二膜層。該第一膜層具有一第一折射率，且該第一膜層包含多個凸塊結構；以及該第二膜層具有一第二折射率不同於該第一折射率，且該第二膜層包含 多個凹槽結構，各該些凸塊結構與各該些凹槽結構對應相嵌合。

在本發明之一實施例中，該第二膜層包含一液晶層。

在本發明之一實施例中，該液晶層可為向列型分子液晶層。

在本發明之一實施例中，該些凸塊結構與該些凹槽結構係為圓柱狀凸塊及圓柱狀凹槽。

在本發明之一實施例中，該第二折射率大於該第一折射率。

在本發明之一實施例中，該膽固醇液晶顯示面板包含：一第一面板電極及一第二面板電極。該第一面板電極及該第二面板電極用以提供一面板電場以切換該膽固醇液晶顯示面板。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」或「側面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第1圖所示，本發明一實施例之可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置1依序包含一膽固醇液晶 顯示面板2、一液晶分子元件3及一柱狀透鏡4。該液晶分子元件3設置於該膽固醇液晶顯示面板2的一側。該柱狀透鏡4設置於該液晶分子元件3相對於該膽固醇液晶顯示面板2的另一側。其中該液晶分子元件3可在二維顯示模式及三維顯示模式之間進行切換，於該二維顯示模式時，該液晶分子元件3具有一第一穩態，使得來自該膽固醇液晶顯示面板2之一入射光通過該液晶分子元件3及該柱狀透鏡4後平行射出，不具有偏折效果，使投射入觀看者左眼及右眼的畫面相同；且於該三維顯示模式時，該液晶分子元件3具有一第二穩態，使得該入射光通過該液晶分子元件3及該柱狀透鏡4後偏折射出，使投射入觀看者左眼及右眼的畫面不同。

在本實施例中，該膽固醇液晶顯示面板2係一反射式顯示器，內含數個次畫素23，並包含一第一面板電極21及一第二面板電極22於該膽固醇液晶顯示面板2的兩側。該第一面板電極21及一第二面板電極22藉著跨接一面板電場以切換該膽固醇液晶顯示面板2。

此外，該膽固醇液晶顯示面板2通常利用膽固醇液晶(cholesteric mixture)內添加如約10%~25%比例的對掌性物質(chiral dopant)可調整顯示器整體的反射波長；並且膽固醇液晶也是一種具有雙穩態特性的顯示器，故藉著外在光源以及該膽固醇液晶本身雙穩態的特性使其達成反射式顯示器的效果，其利用反射同旋性的圓偏振光當作顯示。

除此，膽固醇液晶(Cholesteric Liquid Crystal)具有記憶效應、反射式、圓視角以及雙穩定狀態、不需偏光板等優點，與傳統液晶顯示器比較，由於具有記憶效應，當不施加電場驅動時，其顯示畫面依舊能保持一段長時間，因此具有省電的效果；反射式的優點，使得該顯示器不需使用背光源，可直接反射外界環境光，而達到顯示的效果。由於本身的光學特性，此型顯示器不需要使用偏光板即可顯示亮暗態，亦不需要彩色濾波片即可顯示色彩，可減少面板製作成本與降低面板整體厚度的效果。

在本實施例中，該液晶分子元件3內含的液晶分子需具有雙穩態特性，其可以為向列型液晶分子。該液晶分子元件3包含一第一電極31及一第二電極32分別在該元件3的兩側，用以提供一電場。該第一電極31及該第二電極32可為透明電極，但不在此限。其內含的液晶分子係藉由該電場的切換而可從該第一穩態轉換為該第二穩態，或是從該第二穩態轉換為該第一穩態。當該顯示裝置1於二維顯示模式時，該液晶分子會處於該第一穩態。

因此，藉著切換該電場以產生一電壓差，該顯示裝置1便會轉換進入該三維顯示模式，此時該液晶分子會轉換到該第二穩態，若要再次轉換回二維顯示模式時，也需要對該元件3在施加一電壓差。故該顯示裝置1是利用該液晶分子元件3內液晶分子的兩個穩態的切換以達 到切換二維及三維顯示模式，並且因為該顯示裝置1僅在二維及三維切換時，僅需要提供一電壓差，故可以達到省電效果。

在本實施例中，該柱狀透鏡4包含：一第一膜層41以及一第二膜層42。該第一膜層41具有一第一折射率，且該第一膜層41包含多個凸塊結構411；以及該第二膜層42具有一第二折射率不同於該第一折射率，且該第二膜層42包含多個凹槽結構421，各該些凸塊結構411與各該些凹槽結構421對應相嵌合。該第一膜層41係聚合物樹脂層，而該第二膜層42包含一液晶層，並且該液晶層可為向列型分子液晶層、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)層或是一高分子穩定膽固醇型液晶(polymer stabilized cholesteric liquid crystal)層或上述組合，但不以上述液晶材料為限，只要可以提供一適合折射率的材料即可。

再者，該些凸塊結構411與該些凹槽結構421可為圓柱狀凸塊及圓柱狀凹槽，但不以此限，且該些凸塊結構411與該些凹槽結構421之尺寸大體上可涵蓋兩個次畫素23的範圍，其中一個次畫素23係用以提供左眼畫面，而另一個次畫素23係用以提供右眼畫面。該第二折射率大於該第一折射率。該柱狀透鏡4主要用以對反 射光通過該液晶分子元件3後的不同折射光線產生第二次折射或是直接讓光線透過，這便使到達觀看者左眼及右眼的光線產生不同的偏折效果，將利用圖2A及2B作進一步的說明及討論。

請參照第2A圖所示，此圖顯示當該顯示裝置1處於二維顯示模式時光線行進的情形。首先，該膽固醇液晶顯示面板2會使得來自於外界光源的入射光藉由該膽固醇液晶顯示面板2反射成一同旋性的圓偏振反射光I1，此時，尚未對跨接在該液晶分子元件3上的該第一及第二電極31、32上的電場施加電壓，故該液晶分子元件3處於該第一穩態。當該反射光I1穿過該液晶分子元件3時，該液晶分子元件3會將該反射光I1偏折為垂直方向(垂直於該顯示器1的方向)的線偏振光，在第2A圖上標示為第一偏折光I2，當該第一偏折光I2再進一步通過該柱狀透鏡4的兩種不同折射率的材質時，此光因為垂直偏振的緣故並不會受到影響，因此該第一偏折光I2未受到該柱狀透鏡4的偏折，就直接平行穿透，於是產生一彼此平行之第一射出光I3進入觀看者的左眼及右眼，該柱狀透鏡4就如同透明玻璃的效果。

請再參考圖2B所示，此圖顯示出該顯示裝置1處於三維顯示模式時的光線行進情形。首先，該膽固醇液晶顯示面板2同樣會使得來自於外界環境的入射光被該膽固醇液晶顯示面板2反射成一同旋性的圓偏振反射光I1，此時，對跨接在該液晶分子元件3上的該第一及第 二電極31、32上的電場作切換以施加一電壓差，故該液晶分子元件3會因著液晶分子的轉動而轉換到該第二穩態。該反射光I1穿過該液晶分子元件3時，該液晶分子元件3會將該反射光I1偏折為水平方向(水平於該顯示器1的方向)的線偏振光，在第2B圖上標示為第二偏折光I4。

接著，當該第二偏折光I4再進一步通過該柱狀透鏡4的兩種不同折射率的材質時，此光會受到這兩種不同折射率的影響，該第二偏折光I4會受到該柱狀透鏡4的偏折而在該柱狀透鏡4不同的凹凸位置產生不同角度的偏折光線，也就是產生一第二射出光I5以不同的角度進入觀看者的左眼及右眼，此時便會有三維立體的感受。如果要再切換回二維顯示模式，就必須再對該液晶分子元件3提供一電壓差，同理，便回到如第2A圖的二維顯示模式。因此，該顯示裝置僅在切換二維及三維時需要提供一電壓差，可達到省電效果。

另外，第3圖提供另一立體角度說明該柱狀透鏡4的結構。該柱狀透鏡4之第一膜層41及第二膜層42係分別使用固定材料(聚合物樹脂層、液晶層)，因此也不需要對其提供電場。

如上所述，相較於習用技術利用一穿透式顯示器搭配一主動式透鏡，該裝置雖也能切換二維及三維顯示模式，卻較耗能，而導致攜帶外出及戶外長時間使用時無法長時間使用或需要隨時充電的缺點，本發明藉由使用 具有雙穩態特性的該膽固醇液晶顯示面板2以及該液晶分子元件3，可輕易結合並且達到同樣切換功能，並兼具有雙重省電的效果。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，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。

1‧‧‧顯示裝置

2‧‧‧膽固醇液晶顯示面板

21‧‧‧第一面板電極

22‧‧‧第二面板電極

23‧‧‧次畫素

3‧‧‧液晶分子元件

31‧‧‧第一電極

32‧‧‧第二電極

4‧‧‧柱狀透鏡

41‧‧‧第一膜層

42‧‧‧第二膜層

411‧‧‧凸塊結構

421‧‧‧凹槽結構

I1‧‧‧反射光

I2‧‧‧第一偏折光

I3‧‧‧第一射出光

I4‧‧‧第二偏折光

I5‧‧‧第二射出光

第1圖：本發明一實施例之可切換二維與三維顯示模式顯示裝置之側剖視圖。

第2A圖：本發明一實施例之可切換二維與三維顯示模式顯示裝置之處於二維顯示模式下的側剖視圖。

第2B圖：本發明一實施例之可切換二維與三維顯示模式顯示裝置之處於三維顯示模式下的側剖視圖。

第3圖：本發明一實施例之一柱狀透鏡之立體結構圖。

1‧‧‧顯示裝置

2‧‧‧膽固醇液晶顯示面板

21‧‧‧第一面板電極

22‧‧‧第二面板電極

23‧‧‧次畫素

3‧‧‧液晶分子元件

31‧‧‧第一電極

32‧‧‧第二電極

4‧‧‧柱狀透鏡

41‧‧‧第一膜層

42‧‧‧第二膜層

411‧‧‧凸塊結構

421‧‧‧凹槽結構

Claims (10)

1. 一種可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置，其包含：一膽固醇液晶顯示面板；一液晶分子元件，設置於該膽固醇液晶顯示面板的一側；及一柱狀透鏡，設置於該液晶分子元件相對於該膽固醇液晶顯示面板的另一側；其中該液晶分子元件係在二維顯示模式及三維顯示模式之間進行切換，於該二維顯示模式時，該液晶分子元件具有一第一穩態，使得反射自該膽固醇液晶顯示面板之一入射光通過該液晶分子元件形成一第一線偏振光，該第一線偏振光接著通過該柱狀透鏡後平行射出，且於該三維顯示模式時，該液晶分子元件具有一第二穩態，使得該入射光通過該液晶分子元件形成一第二線偏振光，該第二線偏振光接著通過該柱狀透鏡後偏折射出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置，其中該液晶分子元件係為向列型液晶分子元件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置，其中該液晶分子元件包含：一第一電極及一第二電極，用以提供一電場。
4. 如申請專利範圍第3項所述之可切換二維與三維顯 示模式之顯示裝置，其中該液晶分子元件內包含有：液晶分子，其係藉由該電場切換而從該第一穩態轉換為該第二穩態，或是從該第二穩態轉換為該第一穩態。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置，其中該柱狀透鏡包含：一第一膜層，其具有一第一折射率，且該第一膜層包含多個凸塊結構；以及一第二膜層，其具有一第二折射率不同於該第一折射率，且該第二膜層包含多個凹槽結構，各該些凸塊結構與各該些凹槽結構對應相嵌合。
6. 如申請專利範圍第5項所述之可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置，其中該第二膜層包含一液晶層。
7. 如申請專利範圍第6項所述之可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置，其中該液晶層可為向列型分子液晶層。
8. 如申請專利範圍第5項所述之可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置，其中該些凸塊結構與該些凹槽結構係為圓柱狀凸塊及圓柱狀凹槽。
9. 如申請專利範圍第5項所述之可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置，其中該第二折射率大於該第一折射率。
10. 如申請專利範圍第1項所述之可切換二維與三維顯示模式之顯示裝置，其中該膽固醇液晶顯示面板包 含：一第一面板電極及一第二面板電極，用以提供一面板電場以切換該膽固醇液晶顯示面板。