TWI536080B - 液晶透鏡顯示裝置及其製作方法 - Google Patents

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Description

液晶透鏡顯示裝置及其製作方法
本案發明是有關於一種顯示技術，且特別是關於使用多層光遮蔽結構和量子點去改善光學效率的液晶透鏡顯示裝置。
目前液晶顯示裝置(liquid crystal displays,LCDs)已普及地用於顯示裝置上。液晶顯示裝置可以在低耗電的情況下提供良好品質的顯示影像，因此常用於以電池供電的電子設備的顯示裝置上，比方說像是筆記型電腦，行動電話，數位相機和其他可攜式裝置。
舉個例子來說，一般的液晶顯示裝置僅包含一背光模組(backlight module)、一擴散膜(diffusion film)、二偏光片(polarizer)、一液晶層(liquid crystal layer)與一透明電極位於二偏光片之間，且透明電極用來驅動液晶層的液晶分子。如果此液晶顯示裝置是一彩色液晶顯示裝置，那此裝置也可包含一彩色濾光層(color filter layer,CF layer)。在如此的彩色液晶顯示裝置中，從背光模組射出的光在離開彩色液晶顯示裝置之前，會被導引通過 擴散膜、其中一片的偏光片、透明電極和液晶層、彩色濾光層以及另一片的偏光片。
然而，液晶顯示器的性能表現往往是受到液晶 顯示器本身光學效率的限制。目前液晶顯示器的疊層結構通常僅具有約3~5%的光學效率。明確來說，當光從背光模組中發射出來且通過擴散膜、二片偏光片、液晶層、透明電極和彩色濾光層時，光會被每一層吸收一部分。在這樣的情況下，當光離開液晶顯示器的疊層結構時，此光的光學效率將下降至約3~5%。
因此，過去未解決的需求存在於先前所提及的 這些缺點和不足中。
在本案發明之一態樣係關於液晶透鏡顯示裝置，其包含：(a)第一基板和一第二基板，相分離以定義出一間隙；(b)偏光片，配置於第一基板相對於間隙之反側；(c)液晶層，係由液晶分子所形成且位於間隙，液晶層定義出複數個顯示畫素，其中液晶層的各顯示畫素係設置可在通態和斷態之間切換；(d)量子點(quantum dot,QD)層，位於間隙中且設置於液晶層和第二基板之間；(e)背光模組，配置於偏光片相對於間隙的反側，用以向偏光片發射藍光光束進入液晶層；以及(f)光遮蔽結構，位於該間隙中且設置於液晶層和量子點層之間，其中光遮蔽結構包含：(i)第一遮蔽層與液晶層相分離，其中第一遮蔽層有複數個第一開口 和複數個第一遮蔽部；以及(ii)第二遮蔽層，位於相分離的第一遮蔽層和液晶層之間，其中第二遮蔽層具有複數個第二開口和複數個第二遮蔽部，使得液晶層的各顯示畫素對應於至少一個這些第二開口，且各第二開口對應於該些第一遮蔽部其中之一，而各第二開口比與之對應的這些第一遮蔽部份其中之一更窄。
在一些實施例中，第一遮蔽層和第二遮蔽層之 位置，使得液晶層各顯示畫素，當顯示畫素在通態且顯示畫素的液晶分子受驅動具有預定延遲光程(retardation)以形成至少一液晶透鏡時，藍光光束的一部分被至少一液晶透鏡折射而直接穿過這些第二開口其中之一和這些第一開口其中之一抵達量子點層。
在一些實施例中，第一遮蔽層和第二遮蔽層之 位置，使得液晶層的各顯示畫素，當顯示畫素在通態且顯示畫素的液晶分子受驅動具有預定延遲光程以形成至少一液晶透鏡時，藍光光束的一部分在穿過這些第一開口其中之一抵達量子點層之前，被至少一液晶透鏡折射而穿過這些第二開口其中之一，且在第一遮蔽層的這些第一遮蔽部份和第二遮蔽層的這些第二遮蔽部之間反射。
在一些實施例中，液晶透鏡顯示裝置進一步包含彩色濾光層，配置於量子點層和第二基板之間。
在一些實施例中，液晶透鏡顯示裝置進一步包含：複數個第一透明電極，配置於第一基板上；以及複數個第二透明電極，配置於相對於該第一基板之液晶層的遠側； 其中，各顯示畫素對應這些第一透明電極其中至少之一和這些第二透明電極其中至少之一，使得這些對應至各顯示畫素上的第一和第二透明電極，當提供一預定電壓差於這些對應至各顯示畫素上的第一和第二透明電極之間時，係藉由驅動顯示畫素的液晶分子具有預定延遲光程以形成至少一液晶透鏡，用以將顯示畫素切換至通態。
在一些實施例中，背光模組包含：藍光光源，用以發射藍光光束；導光結構，用以引導藍光光束射向偏光片；以及反射片，用以在導光結構中反射藍光光束。
在一些實施例中，各至少一液晶透鏡為具有焦距F的凸透鏡。在一實施例中，焦距F為約11微米(μm)。在一些實施例中，第二遮蔽層和液晶層相分離，使得至少一液晶透鏡和第二遮蔽層之第二開口之間的距離大約為焦距F。
在本案發明之另一態樣，提供一種用於液晶透鏡顯示器之液晶結構。在一些實施例中，液晶結構包含：(a)第一基板和第二基板，第一基板與第二基板相分離以定義出間隙；(b)液晶層，係由液晶分子所形成且位於間隙中，液晶層定義出複數個顯示畫素，其中液晶層的各顯示畫素係設置可在通態和斷態之間切換；(c)量子點層，位於間隙中且設置於液晶層和第二基板之間；以及(d)光遮蔽結構，位於間隙中且設置於液晶層和量子點層之間，其中光遮蔽結構包含：(i)第一遮蔽層，其與液晶層相分離，其中第一遮蔽層有複數個第一開口和複數個第一遮蔽部；以及(ii)第二遮蔽 層，位於相分離的第一遮蔽層和液晶層之間，其中第二遮蔽層具有複數個第二開口和複數個第二遮蔽部，使得在液晶層中的各顯示畫素對應至少一個這些第二開口，且其中沿著一大約垂直於液晶層的第一方向，各第二開口對應於這些第一遮蔽部其中之一，各第二開口比與之對應的這些第一遮蔽部其中之一更窄。
在一些實施例中，第一遮蔽層和第二遮蔽層之 位置，使得液晶層的各顯示畫素，當顯示畫素在通態且顯示畫素的液晶分子受驅動具有預定延遲光程以形成至少一液晶透鏡時，藍光光束的一部分被該至少一液晶透鏡折射而直接穿過這些第二開口其中之一和這些第一開口其中之一抵達量子點層。
在一些實施例中，第一遮蔽層和該第二遮蔽層 之位置，使得液晶層的各顯示畫素，當顯示畫素在通態且顯示畫素的液晶分子被設定有預定延遲光程以形成至少一液晶透鏡，藍光光束的一部分，在穿過這些第一開口之一抵達量子點層之前，被至少一液晶透鏡折射而穿過這些第二開口之其中一，且在第一遮蔽層的這些第一遮蔽部份和第二遮蔽層的這些第二遮蔽部份之間反射。
在一些實施例中，液晶結構進一步包含偏光片 配置於第一基板相對於間隙之反側；以及彩色濾光層，配置於量子點層和第二基板之間。
在一些實施例中，液晶透鏡顯示裝置進一步包 含：複數個第一透明電極，配置於第一基板上；以及複數個 第二透明電極，配置於相對第一基板之液晶層的遠側，其中各顯示畫素對應這些第一透明電極其中至少之一和這些第二透明電極其中至少之一，使得這些對應至各顯示畫素上的第一和第二透明電極，當提供預定電壓差於這些對應至各顯示畫素上的第一和第二透明電極之間時，係藉由顯示畫素的液晶分子被驅動具有預定延遲光程以形成至少一液晶透鏡，用以將顯示畫素切換至通態。
在一些實施例中，各至少一液晶透鏡為具有焦距F之凸透鏡。在一些實施例中，第二遮蔽層和液晶層相分離，使得至少一液晶透鏡和第二遮蔽層之第二開口之間的距離大約為焦距F。在一實施例中，焦距F為約11微米(μm)。
在本案發明之又一態樣，提供一種形成用於一液晶透鏡顯示裝置之液晶結構的方法，在一些實施例中，方法包括：(a)放置相分離之一第一基板和一第二基板以定義出一間隙；(b)形成一量子點層在間隙中；(c)形成一光遮蔽結構在間隙中且位於第一基板和量子點層之間，其中光遮蔽結構包含：(i)第一遮蔽層具有複數個第一開口和複數個第一遮蔽部；以及(ii)第二遮蔽層和第一遮蔽層相分離，其中第二遮蔽層具有複數個第二開口和複數個第二遮蔽部；以及填入液晶分子在該間隙中以形成一液晶層，且液晶層位於第一基板和光遮蔽結構之間，其中液晶層定義出複數個顯示畫素，各顯示畫素對應至少這些第二開口之一，其中各顯示畫素可在通態和斷態之間切換；其中液晶層與第一基板和第二基板相分離，且其中各第二開口對應這些第一遮蔽部其中之 一，且各第二開口比與之對應的這些第一遮蔽部其中之一更窄。
在一些實施例中，方法進一步包含：形成一偏光片於第一基板相對於間隙之反側；以及形成一彩色濾光層於量子點層和第二基板之間。
在一些實施例中，方法進一步包含：形成複數個第一透明電極於第一基板上；形成複數個第二透明電極於離該第一基板較遠的該液晶層之一側上；其中，各顯示畫素對應這些第一透明電極其中至少之一和這些第二透明電極其中至少之一，使得這些對應至各顯示畫素上的第一和第二透明電極，當提供預定電壓差於這些對應至各顯示畫素上的第一和第二透明電極之間時，係藉由顯示畫素的液晶分子被驅動使其具有預定的延遲光程以形成至少一液晶透鏡，用以將顯示畫素切換至該通態。
在一些實施例中，各至少一液晶透鏡為具有焦距F之凸透鏡，其中第二遮蔽層與液晶層相分離，使得至少一液晶透鏡和第二遮蔽層之第二開口之間的距離大約為焦距F。
本案發明的這些和其他態樣將在優選的實施例的以下描述中並搭配以下圖示清楚說明，在不偏離發明的創新概念的精神和領域下，其中的變化和修改可據以實施。
100‧‧‧液晶顯示裝置
110‧‧‧背光模組
112‧‧‧光源
114‧‧‧導光板
116‧‧‧反射片
118‧‧‧光
120‧‧‧擴散膜
130‧‧‧偏光片
140‧‧‧液晶元件
142‧‧‧薄膜電晶體層
144‧‧‧液晶(分子)層
146‧‧‧彩色濾光層
150‧‧‧偏光片
200‧‧‧量子點
210‧‧‧核奈米晶體
220‧‧‧殼奈米晶體
300‧‧‧液晶顯示裝置
310‧‧‧背光模組
312‧‧‧藍光光源
314‧‧‧導光板
316‧‧‧藍光
330‧‧‧量子點片
340‧‧‧液晶元件
350‧‧‧彩色濾光層
400‧‧‧液晶透鏡顯示裝置
410‧‧‧背光模組
412‧‧‧藍光光源
414‧‧‧導光結構(或導光板)
416‧‧‧反射片
418‧‧‧藍光光束
420‧‧‧偏光片
430‧‧‧第一基板
440‧‧‧液晶層
442‧‧‧第一透明電極
444‧‧‧第二透明電極
446‧‧‧液晶分子
448‧‧‧液晶透鏡
450‧‧‧光遮蔽結構
452‧‧‧第二遮蔽層
454‧‧‧第一遮蔽層
460‧‧‧量子點層
470‧‧‧彩色濾光層
480‧‧‧第二基板
600‧‧‧液晶透鏡顯示裝置
610‧‧‧背光模組
612‧‧‧藍光光源
614‧‧‧導光結構(或導光板)
616‧‧‧反射片
618‧‧‧藍光光束
620‧‧‧偏光片
630‧‧‧第一基板
640‧‧‧液晶層
642‧‧‧第一透明電極
644‧‧‧第二透明電極
650‧‧‧光遮蔽結構
652‧‧‧第二遮蔽層
654‧‧‧第一遮蔽層
660‧‧‧量子點層
670‧‧‧彩色濾光層
680‧‧‧第二基板
700‧‧‧液晶透鏡顯示裝置
710‧‧‧背光模組
712‧‧‧藍光光源
714‧‧‧導光結構(或導光板)
716‧‧‧反射片
718‧‧‧藍光光束
720‧‧‧偏光片
730‧‧‧第一基板
740‧‧‧液晶層
742‧‧‧第一透明電極
744‧‧‧第二透明電極
746‧‧‧液晶分子
748‧‧‧液晶透鏡
750‧‧‧光遮蔽結構
752‧‧‧第二遮蔽層
754‧‧‧第一遮蔽層
760‧‧‧量子點層
770‧‧‧彩色濾光層
780‧‧‧第二基板
900‧‧‧液晶透鏡顯示裝置
910‧‧‧背光模組
912‧‧‧藍光光源
914‧‧‧導光結構
916‧‧‧反射片
918‧‧‧藍光光束
920‧‧‧偏光片
930‧‧‧第一基板
940‧‧‧液晶層
942‧‧‧第一透明電極
944‧‧‧第二透明電極
950‧‧‧光遮蔽結構
952‧‧‧第二遮蔽層
954‧‧‧第一遮蔽層
960‧‧‧量子點層
970‧‧‧彩色濾光層
1040‧‧‧液晶層
1042‧‧‧畫素電極
1044‧‧‧第二透明電極
1050‧‧‧光遮蔽結構
1052‧‧‧第二遮蔽層
1054‧‧‧第一遮蔽層
1056‧‧‧第一介電層
1058‧‧‧第二介電層
1070‧‧‧量子點層
1080‧‧‧黑色矩陣層
1510~1540‧‧‧步驟
附圖和文字描述說明本案發明的一或多個實施 例，以解釋發明之原理，無論在任何可能的情況下，在圖示中，用同樣的參考數字表示提及實施例的一樣或相似的元件，其中：第1圖係根據發明之一實施例，繪示液晶透鏡顯示裝置之剖面圖。
第2A圖係根據發明之一實施例，繪示量子點結構。
第2B圖係根據發明之一實施例，繪示被激發之量子點之尺寸相關之光放射(發光顏色)特性。
第3A圖係根據發明之一實施例，繪示使用量子點層之液晶透鏡顯示裝置之剖面圖。
第3B圖係根據發明之一實施例，繪示使用量子點層之液晶透鏡顯示裝置之光學效率之剖面圖。
第4A圖係根據發明之一實施例，繪示使用光遮蔽結構和量子點層之液晶透鏡顯示裝置之剖面圖。
第4B圖係繪示第4A圖之液晶透鏡顯示裝置，其中顯示畫素為斷態。
第4C圖係繪示第4A圖之液晶透鏡顯示裝置，其中顯示畫素為通態。
第5圖係根據發明之一實施例，繪示當顯示畫素在通態時，液晶透鏡顯示裝置之液晶層之液晶分子之延遲光程。
第6A圖係根據發明之另一實施例，繪示使用光遮蔽結構和量子點層之液晶透鏡顯示裝置之剖面圖。
第6B圖係繪示第6A圖之液晶透鏡顯示裝置，其中顯示畫素為斷態。
第6C圖係繪示第6A圖之液晶透鏡顯示裝置，其中顯示畫素為通態。
第7A圖係根據發明之又一實施例，繪示使用光遮蔽結構和量子點層之液晶透鏡顯示裝置之剖面圖。
第7B圖係繪示第7A圖之液晶透鏡顯示裝置，其中顯示畫素為斷態。
第7C圖係繪示第7A圖之液晶透鏡顯示裝置，其中顯示畫素為通態。
第8圖係根據發明之一實施例，繪示當顯示畫素為通態時，液晶透鏡顯示裝置之液晶層之液晶分子之延遲光程。
第9A圖係根據發明之又一實施例，繪示當顯示畫素為通態時，使用光遮蔽結構和量子點層之液晶透鏡顯示裝置之剖面圖。
第9B圖係根據發明之一實施例，繪示液晶透鏡顯示裝置之彩色濾光層和透明電極。
第9C圖係繪示沿著如第9B圖所示的線A-A，繪示液晶透鏡顯示裝置之剖面圖。
第10A和10B圖係根據發明之一實施例，繪示形成液晶結構之第一步驟，其中第10A圖表示一平面圖，第10B圖表示一透視圖。
第11圖係根據發明之一實施例，繪示形成液晶結構之第二步驟。
第12圖係根據發明之一實施例，繪示形成液晶結構之第三步驟。
第13圖係根據發明之一實施例，繪示形成液晶結構之第四步驟。
第14圖係根據發明之一實施例，繪示形成液晶結構之第五步驟。
第15A圖係根據發明之一實施例，繪示形成液晶結構之第六步驟。
第15B圖係根據發明之一實施例，繪示形成液晶結構之步驟之流程圖。
第16圖係根據發明之一實施例，繪示由第10A~15圖之步驟所形成之液晶結構之剖面圖。
第17A圖係根據發明之一實施例，繪示如第16圖所示之液晶結構之剖面圖，其中液晶層為斷態。
第17B圖係根據發明之一實施例，繪示如第16圖所示之液晶結構之剖面圖，其中液晶層為通態。
第18A和18B圖係根據發明之一些實施例，繪示液晶層之折射係數，其中第18A圖表示液晶層為斷態，第18B圖表示液晶層為通態。
第18C圖係根據發明之一實施例，為了液晶透鏡之焦距F之ne計算，表示模擬的液晶分子排列方向。
第18D圖係根據發明之一實施例，表示ne計算之x-ne關係。
第19圖係根據發明之一實施例，繪示光遮蔽結構，其中被折射的光在第一遮蔽層之第一遮蔽部和第二遮蔽層之第二遮蔽部之間反射。
第20圖係根據發明之一實施例，繪示光遮蔽結構，其中被折射的光直接穿過第二開口和第一開口抵達量子點層。
接下來，以發明的示範實施例和參考附圖，本案發明將被徹底地描述，然而，此發明可能在許多不同的形式下被實施且不以此為限，這些實施例被提供以便因此這發明將被徹底和完整表述，且對於具有通常知識者，亦徹底地表達發明範圍，類似的附圖標記指稱相同的元件。
於本文中通篇所使用之詞彙一般代表其通常的意涵，至於一些特殊詞彙會在下文中具體定義，以提供實踐者額外的指引。為了方便起見，某些詞彙可能被特別標示，例如使用斜體與/或引號。不論它是否被特別標示，其詞彙之範圍和含義不受任何影響，與平常詞彙的範圍和含義是相同的。相同的事情可以被一種以上的方式所描述是可以被理解的。因此，用於一個或多個的術語的替代語言與同義詞可能會在本文中所使用，而其不是要闡述一個詞彙在本文所論述的內容有其任何特殊的意義。某些詞彙的同義詞將被使用，重複的使用一個或多個同義詞，並不會排除使用其他同義詞。本說明書內所討論的任何例證只用來作解說的用途，並不會以任何方式限制的本案發明或其例證之範圍和意義。同樣地，本案發明不受限於本說明書中所提出的各種實施例。
當一個元件被稱為『在…上』時，它可泛指該 元件直接在其他元件上，也可以是有其他元件存在於兩者之中。相反地，當一個元件被稱為『直接在』另一元件，它是不能有其他元件存在於兩者之中間。如本文所用，詞彙『與/或』包含了列出的關聯項目中的一個或多個的任何組合。
在本文中，使用第一、第二與第三等等之詞彙， 是用於描述各種元件、組件、區域、層與/或區塊是可以被理解的。但是這些元件、組件、區域、層與/或區塊不應該被這些術語所限制。這些詞彙只限於用來辨別單一元件、組件、區域、層與/或區塊。因此，在下文中的一第一元件、組件、區域、層與/或區塊也可被稱為第二元件、組件、區域、層與/或區塊，而不脫離本案發明的本意。
於本文中，除非內文中對於冠詞有所特別限 定，否則『一』與『該』可泛指單一個或多個。將進一步理解的是，本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』及相似詞彙，指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件，與/或其中之群組。
此外，相對詞彙，如『下』或『底部』與『上』 或『頂部』，用來描述文中在附圖中所示的一元件與另一元件之關係。相對詞彙是用來描述裝置在附圖中所描述之外的不同方位是可以被理解的。例如，如果一附圖中的裝置被翻轉，元件將會被描述原為位於其它元件之『下』側將被定向為位於其他元件之『上』側。例示性的詞彙『下』，根據附 圖的特定方位可以包含『下』和『上』兩種方位。同樣地，如果一附圖中的裝置被翻轉，元件將會被描述原為位於其它元件之『下方』或『之下』將被定向為位於其他元件上之『上方』。例示性的詞彙『下方』或『之下』，可以包含『上方』和『上方』兩種方位。
除非另有定義，本文所使用的所有詞彙(包括 技術和科學術語)具有其通常的意涵，其意涵係能夠被熟悉此領域者所理解。更進一步的說，上述之詞彙在普遍常用之字典中之定義，在本說明書的內容中應被解讀為與本案發明相關領域一致的意涵。除非有特別明確定義，這些詞彙將不被解釋為理想化的或過於正式的意涵。
關於本文中所使用之『約』、『大約』或『大 致約』通常係指數值之誤差或範圍約百分之二十以內，較好地是約百分之十以內，而更佳地則是約百分五之以內。文中若無明確說明，其所提及的數值皆視作為近似值，即如『約』、『大約』或『大致約』所表示的誤差或範圍。
敘述搭配本案發明之實施例與附圖第1~20 圖，根據發明目的，當被實施和非限制性的描述如下，發明在其中一個態樣係有關於具有特定的光阻和量子點排列之液晶透鏡顯示設備以提高其光學效率。
根據發明之一實施例，第1圖繪示液晶透鏡顯示 裝置之剖面圖，如第1圖所示，液晶顯示裝置100可包括背光模組110、擴散膜120、兩片偏光片130和150和在兩片偏光片130和150之間的液晶元件(lquid crystal element)140。明確來說，背光模組110包含光源112、導光板114、反射片116，反射片116設置在導光板114的底部表面(也就是外側的表面)。在一些實施例中，液晶元件140可能包含多層，例如是薄膜電晶體層142位於第一基材上(未繪出)，液晶(分子)層(也就是含有液晶分子的液晶層)144，和彩色濾光層146在第二基材上(未繪出)。在一些實施例中，彩色濾光層146採用RGB色彩模式，為了顯示三個主要的顏色紅(R)、綠(G)、藍(B)而包含複數個彩色濾光片，使得彩色濾光片可排列成藉由混合三種主要的顏色以提供各式的一系列顏色。在一些實施例中，為了驅使液晶(分子)層144中的液晶分子，在液晶元件140中提供複數個透明電極(未繪出)。應該注意的是，為了說明，單獨提供液晶顯示器100之膜層，且膜層的相對尺寸和位置可能變化。此外，雖然說明有些膜層之間有間隙，但液晶顯示裝置100的實際結構之位置可設置成在膜層間有間隙或是沒有間隙。
如第1圖所示，在背光模組110中，當光(由箭 頭118所示)由光源112發射，光將會被反射片116反射，且由導光板114引導向擴散膜120，當光通過擴散膜120，擴散膜120將光學效率稍微減少至約90%。然後，漫射的光將通過其中之一的偏光片130、液晶元件140和另一偏光片150。在此過程中，漫射的光被兩片偏光片130和150部份吸收，大幅減少光的光學效率至約36%。此外，液晶元件140會進一步減少光的光學效率。舉例來說，液晶(分子)層 144、透明電極(未標示)和薄膜電晶體層142進一步減少光之光學效率至約18%。此外，彩色濾光層146也會吸收光，使當光離開液晶顯示裝置的上述疊層結構後，即離開偏光片150後，光學效率僅為約3~5%。
具此，考慮以不同的技術和結構改善彩色液晶 顯示裝置的顯示品質。例如：量子點技術可用於彩色液晶顯示裝置以改善色飽和度(color gamut)。量子點是以半導體材料作成的奈米晶體核/殼結構，小得足夠展現量子力學性質。舉例來說，量子點的直徑可能大約為1-10奈米(nm)。 根據本案發明之一實施例，第2A圖繪示量子點結構。如第2A圖所示，量子點200具有複數個核奈米晶體210和複數個殼奈米晶體220。明確來說，量子點的激子(excitons)被限制在整個三度空間維度中。量子點材料的電子特性是介於這些半導體塊材(bulk semiconductors)和不連續分子(discrete molecule)間的中間物。在某些實施例中，量子點可以由更大或更厚的殼合成，可能和粒子的光譜特性直接相關，像是生命週期、放射強度和長期穩定性。
量子點的一個光學特性是關於尺寸相關之光放 射特性。明確而言，當量子點受具有特定波長的光激發時，量子點的晶體尺寸決定會被激發之量子點的放光。更確切言之，當量子點的尺寸變得更大的時候，放射的螢光光譜會移向紅光(波長更長)。根據發明之一實施例，第2B圖繪示被激發之量子點之尺寸相關之光放射(發光顏色)特性，如第2B圖所示，五個量子點(A、B、C、D、E，從左到右)具有 不同的奈米晶體尺寸，同時被具有波長365奈米(nm)(紫光範圍)的入射光激發。這五個量子點的光發射皆具有不同的波長，範圍從約450奈米到約650奈米，大致上涵蓋了可見光光譜的範圍。換句話說，量子點的放射可能包含三種主要的顏色，紅光(波長620-750奈米)、綠光(495-570奈米)和藍光(450-495奈米)。在一些實施例中，量子點的半高寬(full width at halfmaximum，FWHM)可約為30-40奈米。一般來說，量子點具有很高的量子產率(quantum yield)，約為90%。
根據發明之一實施例，第3A圖繪示使用量子點 層之液晶透鏡顯示裝置之剖面圖。如第3A圖所示，液晶顯示裝置300可能包含背光模組310、量子點片330、液晶元件340和彩色濾光層350，彩色濾光層350配置於液晶元件340之上。值得注意的是，液晶顯示裝置300使用量子點片330取代偏光片。在一些實施例中，液晶顯示裝置300可能也包含背光模組310和量子點片330之間的擴散膜(未繪出)。明確來說，背光模組310包含藍光光源312和導光板314。在一些實施例中，背光模組310可能也包含配置在導光板314底部之上(也就是外側的表面)之反射片(未繪出)，值得被注意的是，為了說明，液晶顯示器300之膜層皆被單獨提供，且相對的尺寸和位置可能變化。另外，雖然在說明時，有些膜層之間有間隙，但液晶顯示裝置300的實際結構之位置可設置成在膜層之間有間隙或是沒有間隙。
如第3A圖所示，藍光光源312，用以發射具有 波長範圍約為450-495奈米(nm)之藍光316。在一替代實施 例中，光源312可為紫外光光源或其他適合之光源。如前述討論，具有不同奈米晶體尺寸的量子點可能被用以產生紅綠藍(RGB)三種主要的顏色。因此藉由排列量子點片330中的量子點以具有不同的奈米晶體尺寸，量子點片330可以藍光316作為入射光來產生RGB三種主要的色光。當藍光316通過量子點片330，可產生三種主要的色光。
然而，僅利用液晶顯示裝置中的量子點片330 並不能改善液晶顯示裝置300的光學效率。根據發明之一實施例，第3B圖繪示使用量子點層之液晶透鏡顯示裝置之光學效率之剖面圖。第3B圖所示之圖是根據美國國家電視系統委員會(National Television System Committee,NTSC)之標準所得，其色飽和度可能從為約72%改善為約109%，其中歸一化強度的單位：無。但是，當藍光量子點(B-QD)維持期望的光學表現時，綠光量子點(G-QD)和紅光量子點(R-QD)的光學效率也會被改善。
根據以上描述，本案發明之一態樣係有關液晶 透鏡顯示裝置，利用量子點層和光遮蔽結構改善液晶顯示裝置的光學效率。
根據發明之一實施例，第4A圖繪示使用光遮蔽 結構和量子點層之液晶透鏡顯示裝置之剖面圖。如第4A圖所示，液晶透鏡顯示裝置400包括背光模組410和液晶結構。明確而言，液晶結構包含偏光片420、第一基板430、液晶層440、光遮蔽結構450、量子點層460，彩色濾光層470和第二基板480。在一些實施例中，液晶透鏡顯示裝置 400可進一步包含複數個第一透明電極442，配置於第一基板430的內側表面之上，以及複數個第二透明電極444，配置於離第一基板430較遠的液晶層440之一側上，換句話說，複數個第二透明電極444設置於第二基板480內側表面之上，且光遮蔽結構450夾設於第二基板480與這些第二透明電極444之間。換句話說，液晶層440夾設於第一基板430和第二透明電極444之間，如此第一基板430和第二透明電極444分別配置於液晶層440的兩個相反表面上(上表面和下表面)。值得注意的是，為了說明，液晶顯示器400之膜層皆被單獨提供，且相對的尺寸和位置可能變化，另外，雖然在描述時，有些膜層之間有間隙，但液晶顯示裝置400的實際結構之位置可設置成在膜層間有間隙或是沒有間隙。
在一些實施例中，第一基板430和第二基板480 相分離以定義一間隙。在一些實施例中，第一基板430和第二基板480可由所需之透明基板材料所形成。舉例來說，第一基板430和第二基板480可為透明基板，例如：玻璃、聚合物基材或其它適合的基板。
背光模組410配置於偏光片420相對於間隙的 反側。換句話說，背光模組410配置於偏光片420之外側表面之下且偏光片420配置在第一基板430之外側表面之下。 如第4A圖所示，背光模組410包含藍光光源412、反射片416和導光結構(或稱為光導板或導光板)414，藍光光源412用以發射一群藍光光束418作為液晶結構之入射光。在一替代實施例中，藍光光源412可為紫外光光源或其它適合的光 源。在一些實施例中，藍光光源412可為藍光發光二極體(light emitting diode,LED)，導光結構414用以引導藍光光束410射向偏光片420，反射片416配置於導光結構416的底部表面之下，用以在導光結構416中反射藍光光束418。在一些實施例中，反射片416和導光結構414可能與第1圖中之反射片114和導光板116相似。
偏光片420配置於第一基板430相對於間隙之 反側，即偏光片420配置於第一基板430外側表面之上，使得從背光模組410中射出之藍光光束418被導向偏光片420，沿著預定的方向進入液晶結構，例如沿著如第4A圖所示之垂直方向。換句話說，例如：藍光光束418被導向偏光片420，沿著預定之大約垂直於液晶層440的方向進入液晶結構。值得注意的是，本案發明之實施例相較於第1圖所示之液晶顯示裝置100，在液晶透鏡顯示裝置400之第二基板480之外側表面上沒有偏光片存在。如果在液晶透鏡顯示裝置400之第二基板480之外側上表面有偏光片存在，可能會使得通過液晶透鏡顯示裝置400之光被第二基板480之外側表面上的偏光片影響，而偏離原先預期入射眼睛的方向，因此降低影像品質，更甚而無法顯示影像。
液晶層440由液晶分子形成且位於間隙中，並 且定義出複數個顯示畫素。明確來說，第4A圖僅表示出一個顯示畫素。在一些實施例中，液晶層的各顯示畫素可在通態(或稱為開啟或致能，turned on)和斷態(或稱為關閉或不致能，turned off)之間切換，將稍後說明。
光遮蔽結構450位於間隙中且介於(或稱為夾 設於)液晶層440和量子點層460之間，換句話說，光遮蔽結構450位於第二透明電極444和量子點層460之間。明確來說，光遮蔽結構450包括兩層遮蔽層：(i)第一遮蔽層454與液晶層440相分離以及(ii)第二遮蔽層452介於(夾設於)兩相分離的第一遮蔽層454和液晶層440之間。換句話說，第一遮蔽層454位置遠離液晶層440，且第二遮蔽層452放置於(夾設於)液晶層440和第一遮蔽層454之間。詳細來看，量子點層460配置於第二基板480的內側表面上，且第一遮蔽層454配置於量子點層460之上，第一介電層(未繪出)覆蓋且配置於第一遮蔽層454上，第二遮蔽層452配置於第一介電層上(未繪出)。換言之，第一介電層(未繪出)介於(或稱為夾設於)第一遮蔽層454和第二遮蔽層452之間，例如第一遮蔽層454和第二遮蔽層452皆分別配置在第一介電層(未繪出)的兩個相反的表面上(上表面和下表面)，第二介電層(未繪出)介於(或稱為夾設於)第二遮蔽層452和第二透明電極444之間，例如第二遮蔽層452和第二透明電極444皆分別配置在第二介電層(未繪出)的兩個相反的表面上(上表面和下表面)。由上可知，液晶層440位於(或稱為夾設)第一透明電極442與第二透明電極444之間，即第一透明電極442，配置於第一基板430之內側表面上，第二透明電極444配置於第二遮蔽層452之上且夾設於第二遮蔽層452與液晶層440之間。在一些實施例中，第一和第二介電層其中至少一者可具有單層或多層結構，而且介電層之材料包含無機材 質(例如氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、或其它合適材質)、有機材質(例如苯環丁烯(benezocy-clobuteneo)、聚醯亞胺(polyamide)、聚酯或其他合適聚合物)或其它適合的材質或上述之組合，各第一遮蔽層454和各第二遮蔽層452皆具有數個交替排列的數個開口和數個遮蔽部。舉例而言，交替排列是指一個開口與一個遮蔽部排列，再依續重覆一個開口與一個遮蔽部的排列，且二相鄰接的開口之間會存在一個遮蔽部，而二相鄰接的遮蔽部之間會存在一個開口。明確來說，第一遮蔽層454具有複數個第一開口和複數個第一遮蔽部(以黑色表示)，第二遮蔽層452具有複數個第二開口和複數個第二遮蔽部(以黑色表示)，液晶層的各顯示畫素可對應至少一個第二開口，使得光可穿過第二開口。此外，沿著大約垂直於液晶層440的第一方向(例如，第4A圖所示的垂直方向)，第二遮蔽層452的各第二開口可對應第一遮蔽層454的第一遮蔽部其中之一，第一遮蔽層454的各第一開口可能對應第二遮蔽層452的第二遮蔽部其中之一，第二遮蔽層452的各第二開口比與之對應的這些第一遮蔽層454的第一遮蔽部其中之一更窄，即第二開口的寬度小於第二開口所對應的第一遮蔽部的寬度，第一遮蔽層454的各第一開口比與之對應的這些第二遮蔽層452的第二遮蔽部之一更窄，即第一開口的寬度小於第一開口所對應的第二遮蔽部的寬度。換句話說，第一遮蔽層454的各第一開口不會與第二遮蔽層452的各第二開口重疊，使得第一遮蔽層454的第一開口與第二遮蔽層452的第二開口呈現錯位排列，且第一遮蔽層 454的第一遮蔽部與第二遮蔽層452的第二遮蔽部也呈現錯位排列。因此，如果當藍光光束沿著此垂直方向穿過液晶層440，藍光會被第一遮蔽層454的第一遮蔽部其中之一或是第二遮蔽層452的第二遮蔽部其中之一所阻擋。
在一些實施例中，液晶透鏡顯示裝置400進一 步包括彩色濾光層470，且量子點層460配置在間隙中且位於(或稱為夾設於)光遮蔽結構450和彩色濾光層470之間，而彩色濾光層470配置於第二基板480的內側表面上。換句話說，彩色濾光層470和第一遮蔽層454分別配置在量子點層460的兩個相反的表面上(上表面和下表面)。在一些實施例中，量子點層460可能為量子點片，與第3A圖之量子點片330相似。在一些實施例中，彩色濾光層470可配置在第二基板480的外側表面。在一些實施例中，藉由排列量子點層460中的量子點以具有不同奈米晶體尺寸，利用藍光418做為入射光，量子點層460可產生三種主要的RGB色光。
本實施例以彩色濾光層470配置在量子點層 460和第二基板480之間為範例，但不限於此。在一些實施例中，彩色濾光層470採用RGB顏色模型，包含複數個彩色濾光片用以顯示三種主要的顏色，紅、綠和藍，或是其他顏色(像是黃、白等等)，藉由混合三種主要的顏色，使得彩色濾光片被排列成能提供各式的一系列顏色。
如以上討論，第一透明電極442和第二透明電 極444可使液晶層440的各顯示畫素可在通態和斷態之間切換，明確來說，提供各第一透明電極442和第二透明電極444 所需的電壓，可使得第一透明電極442和第二透明電極444之間獲得預定的電壓差，電場可驅動液晶層440之液晶分子使其具有預定的延遲光程(retardation)以形成複數個液晶透鏡，因此可以把顯示畫素從斷態切換成通態。
第4B圖繪示第4A圖之液晶透鏡顯示裝置，其 中顯示畫素為斷態。如第4B圖所示，當顯示畫素處於斷態(或稱為關閉或不致能，turn off)，液晶層440之液晶分子允許藍光光束通過顯示畫素，在沒有被折射下，沿著垂直方向穿過液晶分子(換言之，第一方向大約垂直於液晶層440)。在這種情況下，穿過液晶層440之各藍光光束會被第一遮蔽層454之第一遮蔽部其中之一阻擋與被第二遮蔽層452之第二遮蔽部其中之一阻擋而無法抵達量子點層460。 換句話說，當顯示畫素處於斷態，沒有入射光會抵達量子點層460。
第4C圖繪示第4A圖之液晶透鏡顯示裝置，其 中顯示畫素為通態。如第4C圖所示，當顯示畫素處於通態(或稱為開啟或致能，turn on)時，第一透明電極442和第二透明電極444驅動液晶層440之液晶分子具有(或稱為呈現出)預定的延遲光程以形成液晶透鏡(如圖中的虛線曲線)，在這種情況下，穿過液晶層440的藍光光束被由液晶分子所形成的液晶透鏡折射而具有預定的延遲光程，使得一部分被折射的藍光光束通過第二遮蔽層452之這些第二開口其中之一和第一遮蔽層454之這些第一開口其中之一抵達量子點層460。換句話說，當顯示畫素處於通態，一部分 的藍光光束會被折射通過光遮蔽結構450，抵達量子點層460。
根據發明之一實施例，第5圖繪示當顯示畫素為 通態時，液晶透鏡顯示裝置之液晶層之液晶分子之延遲光程。如第5圖所示，當第一透明電極442和第二透明電極444之間獲得預定的電壓差，液晶層440之液晶分子446會因預定的電壓差所產生之電場而旋轉，因此形成液晶透鏡448(如圖中的曲線)。
根據發明之另一實施例，第6A圖繪示使用光遮 蔽結構和量子點層之液晶透鏡顯示裝置之剖面圖。如第6A圖所示，液晶透鏡顯示裝置600包括背光模組610和液晶結構。明確來說，液晶結構包括偏光片620、第一基板630、液晶層640、光遮蔽結構650、量子點層660和第二基板680。在一些實施例中，液晶透鏡顯示裝置600可進一步包含複數個第一透明電極642，配置於第一基板630上以及複數個第二透明電極644，配置於離第一基板630較遠的液晶層640之一側上。值得被注意的是，為了說明，液晶顯示器600之膜層皆被單獨提供，且相對的尺寸和位置可能變化，另外，雖然在描述時，有些膜層間有間隙，但液晶透鏡顯示裝置600的實際結構之位置可設置成在膜層間有間隙或是沒有間隙。值得注意的是，如第6A圖所示的液晶透鏡顯示裝置600包括和第4A圖所示的液晶透鏡顯示裝置400幾乎相同的結構，除了第6A圖所示的液晶透鏡顯示裝置600中沒有彩色濾光層存在，且也沒有第二基板680之外側表面的偏 光片存在，因此以下省略液晶透鏡顯示裝置600的細節。
第6B圖繪示第6A圖之液晶透鏡顯示裝置，其 中顯示畫素為斷態。如第6B圖所示，當顯示畫素為斷態(或稱為關閉或不致能，turn off)，液晶層640之液晶分子允許藍光光束通過顯示畫素，在沒有被折射下，沿著垂直方向穿過液晶分子(換言之，第一方向大約垂直於液晶層640)，在這種情況下，穿過液晶層640之各藍光光束會被第一遮蔽層654之第一遮蔽部其中之一阻擋與被第二遮蔽層652之第二遮蔽部其中之一阻擋而無法抵達量子點層660。換句話說，當顯示畫素為斷態，沒有入射光會抵達量子點層660。
第6C圖繪示第6A圖之液晶透鏡顯示裝置，其 中顯示畫素為通態。如第6C圖所示，當顯示畫素處於通態(或稱為開啟或致能，turn on)，第一透明電極642和第二透明電極644驅動液晶層640之液晶分子具有(或稱為呈現出)預定的延遲光程以形成液晶透鏡(如圖中的虛線曲線)，在這種情況下，穿過液晶層640的藍光光束被由液晶分子所形成的液晶透鏡折射而具有預定的延遲光程，使得一部分被折射的藍光光束通過第二遮蔽層652之這些第二開口其中之一和第一遮蔽層654之這些第一開口其中之一抵達量子點層660。換句話說，當顯示畫素為通態，一部分的藍光光束會被折射通過光遮蔽結構650，抵達量子點層660。
根據發明之又一實施例，第7A圖繪示使用光遮 蔽結構和量子點層之液晶透鏡顯示裝置之剖面圖。如第7圖所示，液晶透鏡顯示裝置700包括背光模組710和液晶結 構。明確來說，液晶結構包括偏光片720、第一基板730、液晶層740、光遮蔽結構750、量子點層760，彩色濾光層770和第二基板780。在一些實施例中，液晶透鏡顯示裝置700可進一步包含複數個第一透明電極742，配置於第一基板730內側表面上，以及透明共用電極(也就是第二透明電極)744，配置於相對於第一基板730之液晶層740之遠側上，其中透明共用電極744為平面電極(或稱為一整面電極，不存在圖案/狹縫)，其中，在垂直方向上，第二遮蔽層752之第二遮蔽部與第一遮蔽層754之第一開口會一起對應於一個第一透明電極742，即第二遮蔽層752之第二遮蔽部與第一遮蔽層754之第一開口會一起與一個第一透明電極742重疊。值得被注意的是，為了說明，液晶透鏡顯示器700之膜層皆被單獨提供，且相對的尺寸和位置可能變化，另外，雖然在描述時，有些膜層間有間隙，但液晶透鏡顯示裝置700的實際結構之位置可被設置成在膜層間有間隙或是沒有間隙。值得被注意的是，如第7A圖所示的液晶透鏡顯示裝置700包括和第4A圖所示的液晶透鏡顯示裝置400幾乎相同的結構，除了第一透明電極和第二透明電極是不同的。明確來說，第7A圖所示的液晶透鏡顯示裝置700以透明共同電極744取代第4A圖所示之第二透明電極444，且第一透明電極742的尺寸和位置與第4A圖所示之這些第一透明電極442不同，因此以下省略液晶透鏡顯示裝置700的細節。
第7B圖繪示第7A圖之液晶透鏡顯示裝置，其 中顯示畫素為斷態。如第7B圖所示，當顯示畫素為斷態(或稱為關閉或不致能，turn off)，液晶層740之液晶分子允許藍光光束通過顯示畫素，在沒有被折射下，沿著垂直方向穿過液晶分子(換言之，第一方向大約垂直於液晶層740)。在這種情況下，穿過液晶層740之各藍光光束會被第一遮蔽層754之第一遮蔽部其中之一阻擋與被第二遮蔽層752之第二遮蔽部其中之一阻擋而無法抵達量子點層760。換句話說，當顯示畫素處於斷態，沒有入射光會抵達量子點層760。
第7C圖繪示第7A圖之液晶透鏡顯示裝置，其 中顯示畫素為通態。如第7C圖所示，當顯示畫素處於通態(或稱為開啟或致能，turn on)，第一透明電極742和透明共同電極744驅動液晶層740之液晶分子具有(或稱為呈現出)預定的延遲光程以形成液晶透鏡(如圖中的虛線曲線)，在這種情況下，穿過液晶層740的藍光光束被由液晶分子所形成的液晶透鏡折射而具有預定的延遲光程，使得一部分被折射的藍光光束通過第二遮蔽層752之這些第二開口其中之一和第一遮蔽層754之這些第一開口其中之一抵達量子點層760。換句話說，當顯示畫素為通態，一部分的藍光光束會被折射通過光遮蔽結構750，抵達量子點層760。
根據發明之一實施例，第8圖繪示當顯示畫素為 通態時，液晶透鏡顯示裝置之液晶層之液晶分子之延遲光程。如第8圖所示，當第一透明電極742和第二透明電極744之間獲得預定的電壓差，液晶層740之液晶分子746會因預定的電壓差所產生之電場而旋轉，因此形成液晶透鏡 748(如圖中的曲線)。
根據發明之又一實施例，第9A圖繪示當顯示畫 素為通態時，使用光遮蔽結構和量子點層之液晶透鏡顯示裝置之剖面圖。如第9A圖所示，液晶透鏡顯示裝置900包括背光模組910和液晶結構。明確來說，液晶結構包括偏光片920、第一基板930、液晶層940、光遮蔽結構950、量子點層960，彩色濾光層970和第二基板980。在一些實施例中，液晶透鏡顯示裝置900可進一步包含複數個第一透明電極942，配置於第一基板930上，以及透明共用電極(也就是第二透明電極)944，配置於離第一基板930較遠的液晶層940之一側上，其中透明共用電極944為平面電極(或稱為一整面電極，不存在圖案/狹縫)。值得注意的是，為了說明，液晶顯示器900之膜層皆被單獨提供，且相對的尺寸和位置可能變化，另外，雖然在描述時，有些膜層間有間隙，但液晶顯示裝置900的實際結構之位置可設置成在膜層間有間隙或是沒有間隙。值得注意的是，如第9A圖所示的液晶透鏡顯示裝置900包括和第7A圖所示的液晶透鏡顯示裝置700幾乎相同的結構，除了彩色濾光層970的尺寸和位置不同，光遮蔽結構950、液晶層940之延遲光程和第一透明電極942皆亦相應地不同。明確來說，第9A圖所示的液晶透鏡顯示裝置900不同於第7圖所示的液晶透鏡顯示裝置700的彩色濾光層的排列。舉例來說，兩個相鄰接的不同顏色的彩色濾光層970或量子點層960之間存在邊界，且這些邊界會一起對應到第一遮蔽層954之某些第一開口和第二遮蔽層952 之某些第二遮蔽部。此外，於各別顏色的的彩色濾光層970或量子點層960中的第一遮蔽層954之其他的第一開口會對應到第二遮蔽層952之其他的第二遮蔽部，即第一遮蔽層954之其他的第一開口會對應到第二遮蔽層952之其他的第二遮蔽部處於單一個(相同)顏色的彩色濾光層970或量子點層960中。但是，第一遮蔽層954之第一遮蔽部對應到第二遮蔽層952之第二開口。換言之，某些(例如多個)第一透明電極942會對應於第一遮蔽層954的某些第一開口，其中某些第一開口位於二個相鄰接的不同色彩的彩色濾光片(如：RG或GB或BR)的邊界，而在綠色彩色濾光片上的第一遮蔽層954的其它第一開口會對應於其它(例如一個)第一透明電極942。因此，第一透明電極942對應地被排列成可改變液晶層940的延遲光程，且第一遮蔽層954和第二遮蔽層952皆也對應地被排列成可確保被折射的藍光光束可穿過這些第二遮蔽層952之第二開口和第一遮蔽層954之第一開口，因此以下省略液晶透鏡顯示裝置900。
如以上所述，每個液晶透鏡顯示裝置的結構可 隨著設計和製造需要的液晶透鏡顯示裝置而變化，舉例來說，基於為了獲得更好的彩色顯示品質的顯示需要，可能改變彩色濾光層中的彩色濾光片排列。在一些實施例中，各顯示畫素可包括複數個子畫素且各子畫素可對應這些彩色濾光片其中之一，這些彩色濾光片代表用以顯示RGB光其中之一的放射區域。在這樣的情況下，其他的液晶透鏡顯示裝置結構，像是光阻層和透明電極可能也被排列成可對應彩色 濾光片之排列。
根據發明之一實施例，第9B圖繪示液晶透鏡顯 示裝置之彩色濾光層和透明電極。且第9C圖沿著如第9B圖所示的線A-A，繪示液晶透鏡顯示裝置之剖面圖。如第9C圖所示，彩色濾光層970形成在第二基板980內側表面之上。如第9B圖所示，彩色濾光層970包括複數個彩色濾光片，且每個彩色濾光片代表三個主要的顏色RGB之一。在這樣的情況下，如第9B圖所示，第一遮蔽層954的第一遮蔽部可多加設置位於彩色濾光層970之二個彩色濾光片之邊界之間，例如如第4A圖中位於二個彩色濾光片之邊界的第一遮蔽部，第9A圖中的原來的第一遮蔽部與增設的第一遮蔽部之間仍在著第一開口，以讓光通過，但第9B圖中所增設位於二個彩色濾光片之邊界的第一遮蔽部的寬度小於第4A圖中位於二個彩色濾光片之邊界的第一遮蔽部的寬度，以防止圖9A中光不會通過任何的彩色濾光片。明確來說，放置第一遮蔽層954之第一遮蔽部位於彩色濾光層970之二個彩色濾光片之邊界之間的理由，是為了避免顏色混合。由於反射或是光束偏離超過彩色濾光片之邊界時，反射/偏離的藍光光束進入錯誤的彩色濾光片時會發生顏色混合。例如，當反射光光束欲進入紅色彩色濾光片中，卻偏離超過紅色彩色彩色濾光片之邊界而進入相鄰的綠色彩色濾光片，便會發生顏色混合，藉由在彩色濾光層970之彩色濾光片之邊界之間放置第一遮蔽層954之第一遮蔽部，從液晶透鏡被折射的藍光光束會僅進入預先設計的彩色濾光片，因此可避 免顏色混合。
如以上所述，藉由使用量子點層和光遮蔽結 構，液晶透鏡顯示裝置可維持高光學效率，達到高亮度和高對比性，但仍維持其製作和組裝的低成本。
根據發明之一實施例，第10A-15A圖表示形成 液晶透鏡結構的數個步驟。如第10A和10B圖所示，形成複數個畫素電極1042。在一些實施例中，畫素電極1042例如和第9A圖所示之位於第一基板930內側表面上之第一透明電極942相似，其中第一透明電極942有數個狹縫，每個狹縫配置在兩個相鄰的第一透明電極942之間。如第11圖所示，黑色矩陣(black matrix,BM)層1080形成在第二基板980的內側表面上，BM層1080配置在兩個相鄰接顯示畫素的邊界上。如第12圖所示，第一遮蔽層1054形成在第二基板980和BM層1080上，其中第一遮蔽層1054具有複數個第一遮蔽部和複數個第一開口，第一遮蔽部對應於第一透明電極942的狹縫，且第一開口對應於第一透明電極942。此外，第一透明有機層(或稱為第一介電層)1056形成在第一遮蔽層1054之上。換句話說，第一介電層1056覆蓋於第一遮蔽層1054上。如第13圖所示，第二遮蔽層1052形成在第一介電層1056之上，其中第二遮蔽層1052具有複數個第二遮蔽層部分和複數個第二開口，第一介電層1056分隔第一遮蔽層1054和第二遮蔽層1052。這些第二遮蔽部對應這些第一開口，每個第二遮蔽部與兩相鄰的第一遮蔽部(位於二個不同顏色的彩色濾光片上)和BM層1080部分重疊，且這 些第二開口對應這些第一遮蔽部。在一些實施例中，第一遮蔽層1054和第二遮蔽層1052形成光遮蔽結構1050。此外，第二透明有機層(或稱為第二介電層)1058形成在第二遮蔽層1052之上。換句話說，第二介電層1058覆蓋於第二遮蔽層1054上。在一些實施例中，第一和第二介電層1056、1058可為前述之有機材料、前述之無機材料或其他適合的材料或上述之組合。如第14圖所示，透明共同電極(也就是第二透明電極)1044形成在第二介電層1058之上。 換句話說，透明共同電極1044覆蓋於第二介電層1058、第二遮蔽層1052、第一介電層1056、第一遮蔽層1054和BM層上，即透明共同電極1044設置於第二基板980內側表面上且較接近液晶層，第一遮蔽層1054設置於第二基板980內側表面上且較遠離液晶層，第二遮蔽層1052設置於第二基板980內側表面上且夾設於透明共同電極1044與第一遮蔽層1054之間(三明治結構)。在一些實施例中，透明共同電極1044和第7A和9A圖所示之透明共同電極944相似。此外，如第15A所示，在畫素電極(或稱為第一透明電極)1042和透明共同電極(或稱為第二透明電極)1044之間填入複數個液晶分子以形成液晶層1040，其中透明共同電極1044為平面電極(不包含狹縫/圖案)。
根據發明之一實施例，第15B圖繪示形成液晶 結構之步驟之流程圖。如第15B圖所示，在步驟1510，放置相分離之第一基板和第二基板以定義出間隙。在步驟1520，形成量子點層在間隙中。在步驟1530，形成光遮蔽 結構在間隙中且位於第一基板和量子點層之間。在一些實施例中，如以上實施例所述，光遮蔽結構可能包含第一遮蔽層、第一透明有機層(或稱為第一介電層)、第二遮蔽層和第二透明有機層(或稱為第二介電層)。在步驟1540，液晶分子填入於間隙中且位於第一基板和光遮蔽結構之間，以形成液晶層。結構和膜層之細節已在先前所提到的實施例中描述。
在一些實施例中，可選擇地在形成液晶層結構之步驟中，可進一步包括：在第一基板相對於間隙之反側上形成偏光片，即在第一基板的外側表面上配置偏光片；以及在量子點層和第二基板之間形成彩色濾光層。此外，第二基板的外側表面沒有任何偏光片存在。
在一些實施例中，可選擇地在形成液晶層結構之步驟中，可進一步包括：形成複數個第一透明電極於第一基板上；以及形成複數個第二透明電極於離第一基板較遠的液晶層之一側，其中各顯示畫素對應這些第一透明電極其中至少之一和這些第二透明電極其中至少之一，使得這些對應至各顯示畫素上的第一和二透明電極，當提供一預定電壓差於這些對應至各顯示畫素上的第一和第二透明電極之間時，係藉由顯示畫素的液晶分子被驅動讓其具有預定的延遲光程以形成至少一液晶透鏡，用以將顯示畫素切換至通態。
根據發明之一實施例，第16圖繪示由以上第10A~15圖之步驟所形成之液晶結構之透視圖。根據發明之一實施例，第17A圖和第18A圖繪示如第16圖所示之液晶結 構之剖面圖，其中第17A圖表示液晶層為斷態(或稱為關閉或不致能，turn off)，第18A圖表示液晶層為通態(或稱為開啟或致能，turn om)。在此實施例中，畫素電極(或稱為第一透明電極)1042之驅動電壓為約5伏特(V)。在一些實施例中，量子點層1070、具有第一遮蔽層1054和第二遮蔽層1052的光遮蔽結構1050、第一介電層1056、第二介電層1058、第二透明電極1044、液晶層1040和第一透明電極1042和先前實施例所述的內容相似，例如：第10A-15圖的內容。
如以上所述之液晶透鏡顯示裝置的實施例所 示，每個由液晶層所形成的液晶透鏡，例如皆為凸透鏡。顯示品質的關鍵因素在於液晶透鏡的焦距F。在一些實施例中，以計算液晶的非常折射率ne(extraordinary refractive index)的方式可獲得液晶透鏡的焦距F(於可見光波段下模擬)。在一些實施例中，梯度折射率(gradient index,GRIN)及液晶透鏡的焦距F可由下列方程式而得：
其中r為液晶透鏡的曲率半徑，n為梯度折射率 (無單位)，nmax為ne的最大值(無單位)，d為間隙之距離(微米)，α為一常數，因此，n(r)為液晶在r時的折射率。在一些實施例中，液晶透鏡的曲率半徑在範圍為約2-6微米(μm)，間隙之距離在範圍為約3-5微米，nmax則在範圍約 為1.6-1.8，α在範圍為約0.15-0.25(無單位)。在一實施例中，曲率半徑r在範圍為約3.5-4.1微米，間隙之距離在範圍為約4微米，nmax為約1.6965，α為約0.2。
根據發明之一實施例，第18A和18B圖繪示液 晶層之折射係數，其中第18A圖表示液晶層為斷態，第18B圖表示液晶層為通態。如第18A圖所示，當液晶層為斷態(或稱關閉或不致能，turn off)，所有的液晶分子皆有尋常折射率no(ordinary refractive index)。如第18B圖所示，當液晶層切換為通態(或稱為開啟或致能，turn on)，一些液晶分子可轉換其方向以具有非常折射率ne，因此而形成液晶透鏡。在一些實施例中，可由第18B圖所示之折射率圖可獲得常數α。在一些實施例中，例如no為約1.4871和ne為約1.6965。
根據發明之一實施例，為了液晶透鏡之焦距F 之ne計算，第18C圖表示模擬的液晶分子排列方向。根據發明之一實施例，第18D圖表示ne計算之x-ne關係，使用2DiMmos進行ne計算，得到如第18A所示之模擬的液晶分子排列方向。如第18D圖所示，在no為約1.4871和ne為約1.6965下，得到四個特定位置(P1,P2,P3,P4)的資料，根據ne計算，可得以下結果：
根據計算，焦距為約11微米(μm)似乎是理想的。一旦液晶長度的焦距F被決定，光遮蔽結構的第一遮蔽層和第二遮蔽層的位置也將依此被決定。在一些實施例中，第二遮蔽層與液晶層相分離，使得液晶透鏡和第二遮蔽層的 第二開口之間的距離約為焦距F。換言之，這些第二開口位於液晶透鏡之焦點附近。
在一些實施例中，第一遮蔽層和第二遮蔽層之 位置，使得液晶層的各顯示畫素，當顯示畫素在通態，藍光光束的一部分，在穿過這些第一開口其中之一抵達量子點層之前，被至少一液晶透鏡折射而穿過這些第二開口其中之一，且在第一遮蔽層的這些第一遮蔽部和第二遮蔽層的這些第二遮蔽部之間反射。
根據發明之一實施例，第19圖繪示光遮蔽結 構，其中被折射的光在第一遮蔽層之第一遮蔽部和第二遮蔽層之第二遮蔽部間被反射。如第19圖所示，當被折射的藍光光束穿過第二遮蔽層1052的第二開口，且在穿過這些第一開口其中之一抵達量子點層之前，折射的藍光光束在第一遮蔽層1054的這些第一遮蔽部和第二遮蔽層1052的第二遮蔽部之間反射。在這樣的情形下，至少一部份的第一遮蔽層1054的第一遮蔽部與第二遮蔽層1052的第二遮蔽部的係包含反射材料，如此，折射的光可在第一遮蔽層1054的第一遮蔽部與第二遮蔽層1052的第二遮蔽部之間反射，而較不降低光學效率。在一些實施例中，光遮蔽結構的尺寸會依照液晶層的焦距F來決定。例如：如第19圖所示，當焦距長度F約為11微米時，第一遮蔽層1056的厚度D1為約2-4微米(μm)，第二遮蔽層1058的厚度D2為約9-13微米，液晶層1040的厚度D3為約3-5微米，第一遮蔽層1054的厚度D4為約0.1到1.0微米，第二遮蔽層1052的厚度D5為約 0.1-1.0微米，透明共同電極1044(或稱為第二透明電極)的厚度D6為約0.05-0.5微米，畫素電極1042(或稱為第一透明電極)的厚度D7約為0.05-0.5微米，其中透明共同電極1044是平面電極(不存在狹縫或圖案)，但不限於此。在一實施例中，例如：D1為約3微米，D2為約11微米，D3為約4微米，D4及D5為約0.3微米，D6及D7為約0.1微米。
在一些實施例中，第一遮蔽層及第二遮蔽層之 位置，使得液晶層的各顯示畫素，當顯示畫素在通態時，藍光光束的一部分被至少一液晶透鏡折射而直接穿過這些第二開口其中之一和這些第一開口其中之一抵達量子點層。
第20圖繪示光遮蔽結構，其中折射的光直接穿 過第二開口和第一開口抵達量子點層。如第20圖所示，折射的藍光光束直接穿過第二遮蔽層1052的第二開口以及第一遮蔽層1054的第一開口，而沒有在第一遮蔽層1054及第二遮蔽層1052中反射的情況下直接到達量子點層1060。在一些實施例中，第二遮蔽層1052的第二遮蔽部及第一遮蔽層1054的第一遮蔽部可為光遮蔽(光遮蔽材料)或是光吸收(光吸收材料)，如同上述實施例，如第4、6、7與9圖所描述的光遮蔽。在一些實施例中，光遮蔽結構的尺寸是依據液晶層的焦距F所決定的。舉例來說，如第20圖所示，當焦距F為約11μ時，第一介電層1056的厚度D1為約9-13微米(μm)，第二介電層1058的厚度D2為約9-13微米，液晶層1040的厚度為約3-5微米，第一遮蔽層1054的厚度D4為約0.1-1.0微米，第二遮蔽層1052的厚度D5為約0.1-1.0微 米，透明共同電極1044(或稱為第二透明電極)的厚度D6為約0.05-0.5微米，畫素電極1042(或稱為第一透明電極)的厚度D7為約0.05-0.5微米。在一實施例中，D1為約11微米，D2為約11微米，D3為約4微米，D4及D5為約0.3微米，D6及D7為約0.1微米。
在一些的實施例中，上述的液晶結構以及液晶 透鏡顯示裝置可以被運用在任何的顯示設備。舉例來說，液晶透鏡可以是個彩色顯示設備、黑白顯示設備或是灰階顯示設備。
總結來說，本案發明列舉了包含液晶結構的液 晶透鏡顯示裝置。此液晶結構包含了液晶層、光遮蔽結構以及量子點層。液晶層定義出複數個顯示畫素，其中液晶層的各顯示畫素皆可用以在通態(或稱為開啟或致能，turn on)和斷態(或稱為關閉或不致能，turn off)之間切換。光遮蔽結構位於液晶層與量子點層之間，其中光遮蔽結構包含：(i)第一遮蔽層與液晶層相分離，其中第一遮蔽層有複數個第一開口和複數個第一遮蔽部；以及(ii)第二遮蔽層位於第一遮蔽層和液晶層之間且與第一遮蔽層和液晶層相分離。第一遮蔽層有複數個第一開口和複數個第一遮蔽部以及第二遮蔽層具有複數個第二開口和複數個第二遮蔽部，使得在液晶層中的各顯示畫素對應這些第二開口其中至少之一，並且大致上會沿著與液晶層垂直的第一方向，各第二開口都會對應到第一遮蔽部的其中之一，且各第二開口比與之對應的這些第一遮蔽部其中之一更窄(狹小)。對液晶層的各顯示畫素來 說，當顯示畫素在通態時，顯示畫素的液晶分子會有一延遲光程以形成至少一個液晶透鏡，如此一來通過顯示畫素的藍光光線得以被至少一個液晶透鏡折射，進而通過第二開口其中之一以及第一開口其中之一，最後到達量子點層。當顯示畫素在斷態時，顯示畫素的液晶分子可以讓藍光光束沿著第一方向無折射地通過顯示畫素，如此一來每束藍光光束都會被第一遮蔽層的第一遮蔽部或是第二遮蔽層的第二遮蔽部阻擋住，因此不會到達量子點層。
先前這些本案發明之示範實施例的描述僅為說明和敘述，並非欲窮舉或用特定被揭露的形式限制本案發明，根據上述策略，可進行修改或變更。
為了解釋本案發明的原理而描述這些被選擇的實施例，如此一來，可促使熟習本領域者利用本案發明和各個實施例，為適合特定預期的需要而進行各種修改，對於熟習本領域者，在不背離本案發明的精神和範圍下，替代實施例為顯而易見的，由附加的專利範圍定義本案發明的範圍，而非先前的描述和示範實施例。
400‧‧‧液晶透鏡顯示裝置
410‧‧‧背光模組
412‧‧‧藍光光源
414‧‧‧導光結構(或導光板)
416‧‧‧反射片
418‧‧‧藍光光束
420‧‧‧偏光片
430‧‧‧第一基板
440‧‧‧液晶層
442‧‧‧第一透明電極
444‧‧‧第二透明電極
450‧‧‧光遮蔽結構
452‧‧‧第二遮蔽層
454‧‧‧第一遮蔽層
460‧‧‧量子點層
470‧‧‧彩色濾光層
480‧‧‧第二基板

Claims (20)

  1. 一種液晶透鏡顯示裝置，包含：一第一基板和一第二基板，該第一基板與該第二基板相分離以定義出一間隙；一偏光片，配置於該第一基板相對於該間隙之反側，且其不配置於該第二基板相對於該間隙之反側；一液晶層，係由液晶分子所形成且位於該間隙中，該液晶層定義出複數個顯示畫素，其中該液晶層的各該些顯示畫素係可在通態和斷態之間切換；一量子點層，位於該間隙中且設置於該液晶層與該第二基板之間；一背光模組，配置於該偏光片相對於該間隙的反側，用以向該偏光片發射藍光光束進入該液晶層；以及一光遮蔽結構，位於該間隙中且設置於該液晶層和該量子點層之間，其中該光遮蔽結構包含：一第一遮蔽層，其與該液晶層相分離，其中該第一遮蔽層具有複數個第一開口和複數個第一遮蔽部；以及一第二遮蔽層，位於相分離的該第一遮蔽層和該液晶層之間，其中該第二遮蔽層具有複數個第二開口和複數個第二遮蔽部，使得該液晶層的各該些顯示畫素對應於至少一個該些第二開口，且各該些第二開口對應於該些第一遮蔽部其中之一，而各該些第二開口比與之對應的該些第一遮蔽部其中之一更窄。
  2. 如請求項1之液晶透鏡顯示裝置，其中該第一遮蔽層和該第二遮蔽層之位置，使得該液晶層的各該些顯示畫素，當該顯示畫素在通態且該顯示畫素的液晶分子受驅動具有一預定延遲光程以形成至少一液晶透鏡時，該藍光光束的一部分被該至少一液晶透鏡折射而直接穿過該些第二開口其中之一和該些第一開口其中之一抵達該量子點層。
  3. 如請求項1之液晶透鏡顯示裝置，其中該第一遮蔽層和該第二遮蔽層之位置，使得該液晶層的各該些顯示畫素，當該顯示畫素在通態且該顯示畫素的液晶分子受驅動具有一預定延遲光程以形成至少一液晶透鏡時，該藍光光束的一部分，在穿過該些第一開口其中之一抵達該量子點層之前，被該至少一液晶透鏡折射而穿過該些第二開口其中之一，且在該第一遮蔽層的該些第一遮蔽部和該第二遮蔽層的該些第二遮蔽部之間反射。
  4. 如請求項1之液晶透鏡顯示裝置，進一步包含：一彩色濾光層，配置於該量子點層和該第二基板之間。
  5. 如請求項1之液晶透鏡顯示裝置，進一步包含：複數個第一透明電極，配置於該第一基板上；以及複數個第二透明電極，配置於相對該第一基板之該液晶層的遠側， 其中，各該些顯示畫素對應該些第一透明電極其中至少之一和該些第二透明電極其中至少之一，使得該些對應至各該些顯示畫素上的該第一和第二透明電極，當提供一預定電壓差於該些對應至各該些顯示畫素上的該第一和第二透明電極之間時，係藉由驅動該顯示畫素的液晶分子具有預定延遲光程以形成該至少一液晶透鏡，用以將該顯示畫素切換至該通態。
  6. 如請求項1之液晶透鏡顯示裝置，其中該背光模組包含：一藍光光源，用以發射一藍光光束；一導光結構，用以引導該藍光光束射向該偏光片；以及一反射片，用以在該導光結構中反射該藍光光束。
  7. 如請求項2之液晶透鏡顯示裝置，其中各該些至少一液晶透鏡為一具有一焦距F之凸透鏡。
  8. 如請求項7之液晶透鏡顯示裝置，其中該焦距F為約11微米。
  9. 如請求項7之液晶透鏡顯示裝置，其中該第二遮蔽層和該液晶層相分離，使得該至少一液晶透鏡和該第二遮蔽層之該第二開口之間的距離大約為該焦距F。
  10. 一種用於液晶透鏡顯示器之液晶結構，包含：一第一基板和一第二基板，該第一基板與該第二基板相分離以定義出一間隙，該第二基板相對於該間隙之反側上不配置偏光片；一液晶層，係由液晶分子所形成且位於該間隙中，該液晶層定義出複數個顯示畫素，其中該液晶層的各該些顯示畫素係可在通態和斷態之間切換；一量子點層，位於該間隙中且設置於該液晶層和該第二基板之間；以及一光遮蔽結構，位於該間隙中且設置於該液晶層和該量子點層之間，其中該光遮蔽結構包含：一第一遮蔽層，其與該液晶層相分離，其中該第一遮蔽層有複數個第一開口和複數個第一遮蔽部；以及一第二遮蔽層，位於相分離的該第一遮蔽層和該液晶層之間，其中該第二遮蔽層具有複數個第二開口和複數個第二遮蔽部，使得在該液晶層中的各該些顯示畫素對應至少一個該些第二開口，且其中沿著一大約垂直於該液晶層的第一方向，各該些第二開口對應於該些第一遮蔽部其中之一，而各該些第二開口比與之對應的該些第一遮蔽部其中之一更窄。
  11. 如請求項10之液晶結構，其中該第一遮蔽層和該 第二遮蔽層之位置，使得該液晶層的各該些顯示畫素，當該顯示畫素在通態且該顯示畫素的液晶分子受驅動具有一預定延遲光程以形成至少一液晶透鏡時，該藍光光束的一部分被該至少一液晶透鏡折射而直接穿過該些第二開口其中之一和該些第一開口其中之一抵達該量子點層。
  12. 如請求項10之液晶結構，其中該第一遮蔽層和該第二遮蔽層之位置，使得該液晶層的各該些顯示畫素，當該顯示畫素在通態且該顯示畫素的液晶分子受驅動具有一預定延遲光程以形成至少一液晶透鏡時，該藍光光束的一部分，在穿過該些第一開口其中之一抵達該量子點層之前，被該至少一液晶透鏡折射而穿過該些第二開口其中之一，且在該第一遮蔽層的該些第一遮蔽部和該第二遮蔽層的該些第二遮蔽部之間反射。
  13. 如請求項10之液晶結構，進一步包含：一偏光片，配置於該第一基板相對於該間隙之反側；以及一彩色濾光層，配置於該量子點層和該第二基板之間。
  14. 如請求項10之液晶結構，進一步包含：複數個第一透明電極，配置於該第一基板上；以及複數個第二透明電極，配置於相對該第一基板之該液晶層的遠側， 其中，各該些顯示畫素對應該些第一透明電極其中至少之一和該些第二透明電極其中至少之一，使得這些對應至各該些顯示畫素上的該第一和第二透明電極，當提供一預定電壓差於該些對應至各該些顯示畫素上的該第一和第二透明電極之間時，係藉由該顯示畫素的液晶分子被驅動具有預定延遲光程以形成該至少一液晶透鏡，用以將該顯示畫素切換至該通態。
  15. 如請求項11之液晶結構，其中各該些至少一液晶透鏡為一具有一焦距F之凸透鏡，其中該第二遮蔽層和該液晶層相分離，使得該至少一液晶透鏡和該第二遮蔽層之該第二開口之間的距離大約為該焦距F。
  16. 如請求項15之液晶結構，其中該焦距F為約11微米。
  17. 一種形成用於一液晶透鏡顯示裝置之液晶結構的方法，包含：放置相分離之一第一基板和一第二基板以定義出一間隙，該第二基板相對於該間隙之反側上不配置偏光片；形成一量子點層在該間隙中；形成一光遮蔽結構在該間隙中且位於該第一基板和該量子點層之間，其中該光遮蔽結構包含：一第一遮蔽層，具有複數個第一開口和複數個第 一遮蔽部；以及一第二遮蔽層，該第二遮蔽層和該第一遮蔽層相分離，其中該第二遮蔽層具有複數個第二開口和複數個第二遮蔽部；以及填入液晶分子在該間隙中以形成一液晶層，且該液晶層位於該第一基板和該光遮蔽結構之間，其中該液晶層定義出複數個顯示畫素，各該些顯示畫素對應至少該些第二開口其中之一，其中各該些顯示畫素可在通態和斷態之間切換，其中，該液晶層與該第一基板和該第二基板相分離，且其中各該些第二開口對應該些第一遮蔽部其中之一，且各該些第二開口比與之對應的該些第一遮蔽部其中之一更窄。
  18. 如請求項17之方法，進一步包含：形成一偏光片於該第一基板相對於該間隙之反側；以及形成一彩色濾光層於該量子點層和該第二基板之間。
  19. 如請求項17之方法，進一步包含：形成複數個第一透明電極於該第一基板上；形成複數個第二透明電極於離該第一基板較遠的該液晶層之一側上，其中，各該些顯示畫素對應該些第一透明電極其中至 少之一和該些第二透明電極其中至少之一，使得這些對應至各該些顯示畫素上的該第一和第二透明電極，當提供一預定電壓差於該些對應至各該些顯示畫素上的該第一和第二透明電極之間時，係藉由該顯示畫素的液晶分子被驅動讓其具有預定的延遲光程以形成至少一液晶透鏡，用以將該顯示畫素切換至該通態。
  20. 如請求項19之方法，其中各該些至少一液晶透鏡為一具有一焦距F之凸透鏡，其中該第二遮蔽層和該液晶層相分離，使得至少一該液晶透鏡和該第二遮蔽層之該第二開口之間的距離大約為該焦距F。
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