TWI603135B - 三維顯示模組 - Google Patents

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Description

三維顯示模組
本發明是有關於一種顯示模組，且特別是有關於一種三維顯示模組。
抬頭顯示器(head-up display，HUD)是目前普遍運用在航空器及汽車上的輔助顯示器，以將車速、轉速、引擎水溫、車門是否關閉、行車里程或是油耗等車輛狀態資訊投射在擋風玻璃上供駕駛者觀看。
隨著三維顯示技術的進步，進一步發展出了擴增實境抬頭顯示器(AR-HUD)，其係在擋風玻璃外的環境中產生虛像，並藉此虛像構成對應於真實道路的標示，讓駕駛者直接觀看眼前的真實道路就能獲得抬頭顯示器所顯示資訊，藉以提高駕駛的安全性與便利性。然而，若擴增實境抬頭顯示器無法快速且準確地控制其顯示影像的景深，則將無法配合行駛過程中不斷變化的路況環境進行有效的標示。
本發明提供一種三維顯示模組，可快速且準確地控制其顯示影像的景深。
本發明的三維顯示模組包括一載板、一顯示層、一第一電極層、一液晶層、一第二電極層及一驅動單元。載板具有多個第一電極及多個第二電極。顯示層配置於載板上且包括多個發光元件，這些發光元件分別連接這些第一電極。第一電極層配置於顯示層上且連接這些發光元件。液晶層配置於顯示層上且覆蓋第一電極層。第二電極層配置於液晶層上。驅動單元驅動各第一電極及第一電極層供電至各發光元件，以使這些發光元件發出光線通過液晶層而構成一顯示影像，且驅動單元驅動各第二電極及第二電極層在液晶層形成一電場而改變液晶層的焦距，以控制顯示影像的景深。
本發明的三維顯示模組包括一載板、多個導電結構、多個發光元件、一液晶層及至少一驅動單元。這些導電結構配置於載板上且分別具有不同高度。這些發光元件分別配置於這些導電結構上。液晶層配置於這些發光元件上。驅動單元驅動各發光元件，以使這些發光元件發出光線通過液晶層而構成一顯示影像，且驅動單元在液晶層形成一電場而改變液晶層的焦距，以控制顯示影像的景深。
基於上述，本發明將用以產生顯示影像的多個發光元件以及用以調整所述顯示畫面之景深的液晶層整合於三維顯示模組中。三維顯示模組的驅動單元除了可驅動這些發光元件發出光線而產生所述顯示畫面，更可驅動液晶層改變其焦距，以快速且準確地控制所述顯示影像的景深，從而配合行駛過程中不斷變化的路況環境進行有效的標示。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是本發明一實施例的三維顯示模組的局部剖面示意圖。圖2是圖1的三維顯示模組的局部俯視示意圖。請參考圖1及圖2，本實施例的三維顯示模組100例如是擴增實境抬頭顯示器且包括一載板110、一顯示層120、一第一電極層130、一液晶層140、一第二電極層150及一驅動單元160。載板110具有一保護層115、多個第一電極112及多個第二電極114，保護層115覆蓋第二電極114且部分地暴露各第一電極112。顯示層120配置於載板110上而位於載板110與液晶層140之間，且包括多個發光元件122R、122G、122B與底部填料(under-fill)124。
需說明的是，為使圖式較為清楚，圖1僅繪示出單一發光元件122R所對應的局部剖面，而圖2僅繪示出數個發光元件122R、122G、122B所對應的局部區域，且圖1中的底層填料124、液晶層140及第二電極層150未於圖2繪示出。
在本實施例中，這些發光元件122例如是微型發光二極體(light emitting diode，LED)元件或微型雷射二極體(laser diode，LD)元件，且透過圖1所示的導電凸塊116分別連接這些第一電極112。底部填料124填充於這些發光元件122R、122G、122B、導電凸塊116與載板110之間。第一電極層130配置於顯示層120上且連接這些發光元件122R、122G、122B。液晶層140配置於顯示層120上且覆蓋第一電極層130。第二電極層150配置於液晶層140上，而使液晶層140位於第一電極層130與第二電極層150之間。本實施例的第一電極層130例如是金屬網狀層而不會遮擋發光元件122R、122G、122B發出的光線，然本發明不以此為限，第一電極層130亦可為銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)電極薄膜而為透明。此外，本實施例的第二電極層150例如是具有銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)電極薄膜的透明蓋板或其他適當種類的透明電極層，本發明不對此加以限制。
驅動單元160例如是驅動電路且適於驅動各第一電極112及第一電極層130供電至各發光元件122R、122G、122B，以使這些發光元件122R、122G、122B發出光線通過液晶層140而構成顯示影像。各發光元件122R、122G、122B例如是以第一電極層130與第一電極112分別作為正極與負極。驅動單元160亦適於驅動各第二電極114及第二電極層150在液晶層140形成電場而改變液晶層140的焦距，以控制顯示影像的景深。液晶層140例如是以第二電極層150與第二電極114分別作為正極與負極而產生所述電場。
在本實施例中，用以產生顯示影像的顯示層120及其發光元件122R、122G、122B及用以調整顯示畫面之景深的液晶層140皆被載板110承載，使顯示層120及液晶層140整合於三維顯示模組100中而成為積體化的結構。三維顯示模組100的驅動單元160除了可如上述般驅動這些發光元件122R、122G、122B發出光線而產生所述顯示畫面，更可如上述般驅動液晶層140改變其焦距，以快速且準確地控制所述顯示影像的景深，從而配合行駛過程中不斷變化的路況環境進行有效的標示。
詳細而言，本實施例的三維顯示模組100具有多個畫素區100a(標示於圖2)，這些發光元件包括多個第一色光(如紅光)發光元件122R、多個第二色光(如綠光)發光元件122G及多個第三色光(如藍光)發光元件122B，各畫素區100a對應於一第一色光發光元件122R、一第二色光發光元件122G及一第三色光發光元件122B。三維顯示模組100可控制各畫素區100a之發光元件122R、122G、122B發光或不發光，據以藉由多個畫素區100a共同構成所需顯示的影像。
在本實施例中，三維顯示模組100例如是將所述顯示影像投射至駕駛者前方的擋風玻璃，使所述顯示影像的虛像位於駕駛者眼前的環境中而構成對應於此環境的標示。承上，本實施例的驅動單元160可藉由所述電場而使液晶層140在部分畫素區100a的焦距不同於液晶層140在另一部分畫素區100a的焦距，以控制所述顯示影像之虛像在部分畫素區100a的景深不同於所述顯示影像之虛像在另一部分畫素區100a的景深。藉此，可即時地在駕駛者眼前環境之不同遠近的區域分別產生不同景深的虛像，以達到擴增實境的顯示效果。亦即，本實施例的三維顯示模組100可隨著交通工具(如汽車)的行駛，配合駕駛者眼前環境的變化而在不同時間點及不同顯示區域提供不同景深的顯示影像。
請參考圖1，本實施例的第一電極層130在第二電極層150上的正投影不重疊於這些第二電極114在第二電極層150上的正投影。藉此，可避免第一電極層130對第二電極114與第二電極層150之間的電場產生干擾。此外，本實施例的各發光元件122R、122G、122B除了覆蓋一個第一電極112，更覆蓋多個第二電極114，使發光元件122R、122G、122B在載板110上具有較高的覆蓋率。
圖3是本發明另一實施例的三維顯示模組的局部剖面示意圖。在圖3的三維顯示模組200中，載板210、第一電極212、第二電極214、導電凸塊216、保護層215、顯示層220、發光元件222R、底部填料224、第一電極層230、液晶層240、第二電極層250、驅動單元260的配置與作用方式類似圖1的載板110、第一電極112、第二電極114、導電凸塊116、保護層115、顯示層120、發光元件122R、底部填料124、第一電極層130、液晶層140、第二電極層150、驅動單元160的配置與作用方式，於此不再贅述。三維顯示模組200與三維顯示模組100的不同處在於，第一電極212與導電凸塊216之間更透過導電通孔218及凸塊下金屬(under bump metal，UBM)219而進行連接。此外，液晶層240與顯示層230之間配置了透明基板270，以穩固地將液晶層240固定於透明基板270與第二電極層250之間，其中透明基板270例如是玻璃基板。另外，底部填料224與保護層215之間可具有絕緣層217。
圖4是本發明另一實施例的三維顯示模組的局部剖面示意圖。在圖4的三維顯示模組300中，載板310、第一電極312、第二電極314、導電凸塊316、保護層315、顯示層320、發光元件322R、底部填料324、第一電極層330、液晶層340、第二電極層350、驅動單元360的配置與作用方式類似圖1的載板110、第一電極112、第二電極114、導電凸塊116、保護層115、顯示層120、發光元件122R、底部填料124、第一電極層130、液晶層140、第二電極層150、驅動單元160的配置與作用方式，於此不再贅述。三維顯示模組300與三維顯示模組100的不同處在於，三維顯示模組300更包括多個導電結構380，這導電結構380分別連接於這些第二電極314且貫穿顯示層320的底部填料324而往液晶層340延伸。由於導電結構380與第二電極層350具有更近距離，故可在其間產生更強的電場以更有效地控制液晶層340的焦距。
此外，液晶層340與顯示層320之間配置了透明基板370，以穩固地將液晶層340固定於透明基板370與第二電極層350之間，其中透明基板370例如是玻璃基板。導電結構380除了貫穿顯示層320的底部填料324，亦可如圖4所示貫穿透明基板370。進一步而言，導電結構380在顯示層320的區段例如為導體層382，且導電結構380在透明基板370的區段例如為矽導通孔(Through Silicon Via，TSV)，然本發明不以此為限。另外，由於第二電極314上方配置了導電結構380，故發光元件322R並未覆蓋第二電極314，發光元件314係與這些導電結構380交錯排列。
圖5是本發明另一實施例的三維顯示模組的局部剖面示意圖。請參考圖5，本實施例的三維顯示模組400包括一載板410、一顯示層420、一液晶層440、一第一電極層450a、一第二電極層450b、一驅動單元460a、一驅動單元460b及一透明基板470。顯示層420包括多個發光元件422R、422G、422B且包括一底部填料424及多個導電結構426。需說明的是，為使圖式較為清楚，圖5僅繪示出三個發光元件422R、422G、422B所對應的局部剖面。
載板410具有多個第一電極412，這些導電結構426(例如為導電凸塊)配置於載板110上且分別連接這些第一電極412，這些導電結構426在垂直載板410的方向(即各導電結構426從載板410往液晶層440延伸的方向)上分別具有不同高度。這些發光元件422R、422G、422B例如是微型發光二極體(light emitting diode，LED)元件或微型雷射二極體(laser diode，LD)元件，且分別配置於這些導電結構426上而透過導電結構426分別連接這些第一電極412。各發光元件422R、422G、422B上具有一第二電極428。底部填料424填充於這些發光元件422R、422G、422B、這些導電結構426與載板410之間。
第一電極層450a配置於顯示層420上。液晶層440配置於發光元件422R、422G、422B上方，具體而言，本實施例的液晶層440如圖5所示配置於第一電極層450a上且分離於顯示層420。第二電極層450b配置於液晶層440上，而使液晶層440位於第一電極層450a與第二電極層450b之間。本實施例的第二電極層450b例如是具有銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)電極薄膜的透明蓋板或其他適當種類的透明電極層，本發明不對此加以限制。此外，液晶層440與顯示層420之間配置了透明基板470，以穩固地將液晶層440固定於透明基板470與第二電極層450b之間，其中透明基板470例如是玻璃基板。
驅動單元460a例如是驅動電路且適於驅動各第一電極412及各第二電極428供電至各發光元件422R、422G、422B，以使這些發光元件422R、422G、422B發出光線通過液晶層440而構成一顯示影像。各發光元件422R、422G、422B例如是以各第一電極412及各第二電極428分別作為正極與負極。另一驅動單元460b適於驅動第一電極層450a及第二電極層450b在液晶層440形成電場而改變液晶層440的焦距，以控制顯示影像的景深。液晶層440例如是以第一電極層450a及第二電極層450b分別作為正極與負極而產生所述電場。
在本實施例中，用以產生顯示影像的顯示層420及其發光元件422R、422G、422B、導電結構426及用以調整顯示畫面之景深的液晶層440皆被載板410承載，使顯示層420及液晶層440整合於三維顯示模組400中而成為積體化的結構。三維顯示模組400除了可如上述般藉其驅動單元460a驅動這些發光元件422R、422G、422B發出光線而產生所述顯示畫面，更可如上述般驅動液晶層440改變其焦距，以快速且準確地控制所述顯示影像的景深，從而配合行駛過程中不斷變化的路況環境進行有效的標示。此外，由於這些導電結構426分別具有不同高度，因此在依序配置這些導電結構426於載板410上的過程中，可避免碰撞到已配置的導電結構426，從而提高製程良率。
詳細而言，本實施例的三維顯示模組400具有多個畫素區400a(圖5標示出一個畫素區400a)，這些發光元件包括多個第一色光(如紅光)發光元件422R、多個第二色光(如綠光)發光元件422G及多個第三色光(如藍光)發光元件422B，各畫素區400a對應於一第一色光發光元件422R、一第二色光發光元件422G及一第三色光發光元件422B。三維顯示模組400可控制各畫素區400a之發光元件422R、422G、422B發光或不發光，據以藉由多個畫素區400a共同構成所需顯示的影像。
在本實施例中，三維顯示模組400例如是將所述顯示影像投射至駕駛者前方的擋風玻璃，使所述顯示影像的虛像位於駕駛者眼前的環境中而構成對應於此環境的標示。承上，本實施例的驅動單元460b可藉由所述電場而使液晶層440在部分畫素區400a的焦距不同於液晶層440在另一部分畫素區400a的焦距，以控制所述顯示影像之虛像在部分畫素區400a的景深不同於所述顯示影像之虛像在另一部分畫素區400a的景深。藉此，可即時地在駕駛者眼前環境之不同遠近的區域分別產生不同景深的虛像，以達到擴增實境的顯示效果。亦即，本實施例的三維顯示模組400可隨著交通工具(如汽車)的行駛，配合駕駛者眼前環境的變化而在不同時間點及不同顯示區域提供不同景深的顯示影像。
圖6是本發明另一實施例的三維顯示模組的局部剖面示意圖。在圖6的三維顯示模組500中，載板510、第一電極512、第二電極528、導電結構526、顯示層520、發光元件522R、522G、522B、第一電極層550a、第二電極層550b、液晶層540、驅動單元560a、560b、透明基板570的配置與作用方式類似圖5的載板410、第一電極412、第二電極428、導電結構426、顯示層420、發光元件422R、422G、422B、第一電極層450a、第二電極層450b、液晶層440、驅動單元460a、460b、透明基板470的配置與作用方式，於此不再贅述。三維顯示模組500與三維顯示模組400的不同處在於，在各畫素區500a中，第一色光發光元件522R、第二色光發光元件522G及第三色光發光元件522B依序疊設於載板510上，導電結構526R連接於載板510與第一色光發光元件522R之間，導電結構526G貫穿第一色光發光元件522R而連接於載板510與第二色光發光元件522G之間，導電結構526B貫穿第一色光發光元件522R及第二色光發光元件522G而連接於載板510與第三色光發光元件522B之間。如上述般將第一色光發光元件522R、第二色光發光元件522G及第三色光發光元件522B以依序疊設的方式配置，可使各色光發光元件在載板510上具有較高的覆蓋率以提升顯示品質。
圖7是本發明另一實施例的三維顯示模組的局部剖面示意圖。在圖7的三維顯示模組600中，載板610、第一電極612、導電結構626、發光元件622R、622G、622B、電極層650、液晶層640的配置與作用方式類似圖5的載板410、第一電極412、導電結構426、發光元件422R、422G、422B、電極層450、液晶層440的配置與作用方式，於此不再贅述。三維顯示模組600與三維顯示模組400的不同處在於，液晶層640配置於載板610上且覆蓋這些導電結構626及這些發光元件622R、622G、622B，各發光元件622R、622G、622B上具有一第二電極628。驅動單元660除了驅動各第一電極626及各第二電極628供電至各發光元件622R、622G、622B，更驅動這些第二電極628及電極層650在液晶層640形成所述電場。
綜上所述，本發明將用以產生顯示影像的多個發光元件以及用以調整所述顯示畫面之景深的液晶層整合於三維顯示模組中。三維顯示模組的驅動單元除了可驅動這些發光元件發出光線而產生所述顯示畫面，更可驅動液晶層改變其焦距，以快速且準確地控制所述顯示影像的景深，從而配合行駛過程中不斷變化的路況環境進行有效的標示。此外，可將連接於多個發光元件與載板之間的多個導電結構設置為分別具有不同高度，由於這些導電結構分別具有不同高度，因此在依序配置這些導電結構於載板上的過程中，可避免碰撞到已配置的導電結構，從而提高製程良率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300、400、500、600‧‧‧三維顯示模組
100a、400a、500a‧‧‧畫素區
110、210、310、410、510、610‧‧‧載板
112、212、312、412、512、612‧‧‧第一電極
114、214、314、428、528、628‧‧‧第二電極
115、215‧‧‧保護層
116、216、316‧‧‧導電凸塊
120、220、320、420、520‧‧‧顯示層
122R、122G、122B、222R、322R、422R、422G、422B、522R、522G、522B、622R、622G、622B‧‧‧發光元件
124、224、324、424‧‧‧底部填料
130、230、330、450a、550a‧‧‧第一電極層
140、240、340、440、540、640‧‧‧液晶層
150、250、350、450b、550b‧‧‧第二電極層
160、260、360、460a、460b、560a、560b、660‧‧‧驅動單元
217‧‧‧絕緣層
218‧‧‧導電通孔
219‧‧‧凸塊下金屬
270、370、470、570‧‧‧透明基板
380、426、526、526R、526G、526B、626‧‧‧導電結構
382‧‧‧導體層
384‧‧‧矽導通孔
650‧‧‧電極層
圖1是本發明一實施例的三維顯示模組的局部剖面示意圖。 圖2是圖1的三維顯示模組的局部俯視示意圖。 圖3是本發明另一實施例的三維顯示模組的局部剖面示意圖。 圖4是本發明另一實施例的三維顯示模組的局部剖面示意圖。 圖5是本發明另一實施例的三維顯示模組的局部剖面示意圖。 圖6是本發明另一實施例的三維顯示模組的局部剖面示意圖。 圖7是本發明另一實施例的三維顯示模組的局部剖面示意圖。
100‧‧‧三維顯示模組
110‧‧‧載板
112‧‧‧第一電極
114‧‧‧第二電極
115‧‧‧保護層
116‧‧‧導電凸塊
120‧‧‧顯示層
122R‧‧‧發光元件
124‧‧‧底部填料
130‧‧‧第一電極層
140‧‧‧液晶層
150‧‧‧第二電極層
160‧‧‧驅動單元

Claims (19)

  1. 一種三維顯示模組，包括： 一載板，具有多個第一電極及多個第二電極； 一顯示層，配置於該載板上且包括多個發光元件，其中該些發光元件分別連接該些第一電極； 一第一電極層，配置於該顯示層上且連接該些發光元件； 一液晶層，配置於該顯示層上且覆蓋該第一電極層； 一第二電極層，配置於該液晶層上；以及 一驅動單元，該驅動單元驅動各該第一電極及該第一電極層供電至各該發光元件，以使該些發光元件發出光線通過該液晶層而構成一顯示影像，且該驅動單元驅動各該第二電極及該第二電極層在該液晶層形成一電場而改變該液晶層的焦距，以控制該顯示影像的景深。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的三維顯示模組，其中該顯示層及該液晶層皆被該載板承載。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的三維顯示模組，具有多個畫素區，其中各該畫素區對應於該些發光元件的一第一色光發光元件、一第二色光發光元件及一第三色光發光元件。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的三維顯示模組，其中該第一電極層在該第二電極層上的正投影不重疊於該些第二電極在該第二電極層上的正投影。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的三維顯示模組，其中各該發光元件覆蓋一該第一電極及至少一該第二電極。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的三維顯示模組，包括多個導電結構，其中該些導電結構分別連接於該些第二電極且貫穿該顯示層而往該液晶層延伸。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的三維顯示模組，其中該些發光元件與該些導電結構交錯排列。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的三維顯示模組，其中該些發光元件為發光二極體元件或雷射二極體元件。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的三維顯示模組，其中該顯示影像的虛像位於一環境中而構成對應於該環境的標示。
  10. 一種三維顯示模組，包括： 一載板； 多個導電結構，配置於該載板上且分別具有不同高度； 多個發光元件，分別配置於該些導電結構上； 一液晶層，配置於該些發光元件上；以及 至少一驅動單元，該至少一驅動單元供電至各該發光元件，以使該些發光元件發出光線通過該液晶層而構成一顯示影像，且該至少一驅動單元在該液晶層形成一電場而改變該液晶層的焦距，以控制該顯示影像的景深。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的三維顯示模組，包括一顯示層，其中該顯示層配置於該載板上且包括該些導電結構及該些發光元件，該液晶層分離於該顯示層，該載板具有多個第一電極，該些導電結構分別連接該些第一電極，各該發光元件上具有一第二電極，該至少一驅動單元驅動各該第一電極及各該第二電極供電至各該發光元件。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的三維顯示模組，包括一顯示層、一第一電極層及一第二電極層，其中該顯示層配置於該載板上且包括該些導電結構及該些發光元件，該第一電極層配置於該顯示層上，該液晶層配置於該第一電極層上，該第二電極層配置於該液晶層上，該至少一驅動單元驅動該第一電極層及該第二電極層在該液晶層形成該電場。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的三維顯示模組，其中該液晶層配置於該載板上且覆蓋該些導電結構及該些發光元件，該載板具有多個第一電極，該些導電結構分別連接該些第一電極，各該發光元件上具有一第二電極，該至少一驅動單元驅動各該第一電極及各該第二電極供電至各該發光元件。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的三維顯示模組，包括一電極層，其中該電極層配置於該液晶層上，各該發光元件上具有一第二電極，該至少一驅動單元驅動該些第二電極及該電極層在該液晶層形成該電場。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的三維顯示模組，其中該些導電結構、該些發光元件及該液晶層皆被該載板承載。
  16. 如申請專利範圍第10項所述的三維顯示模組，具有多個畫素區，其中各該畫素區對應於該些發光元件的一第一色光發光元件、一第二色光發光元件及一第三色光發光元件。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的三維顯示模組，其中在各該畫素區中，該第一色光發光元件、該第二色光發光元件及該第三色光發光元件依序疊設於該載板上，一該導電結構連接於該載板與該第一色光發光元件之間，另一該導電結構貫穿該第一色光發光元件而連接於該載板與該第二色光發光元件之間，又一該導電結構貫穿該第一色光發光元件及該第二色光發光元件而連接於該載板與該第三色光發光元件之間。
  18. 如申請專利範圍第10項所述的三維顯示模組，其中該些發光元件為發光二極體元件或雷射二極體元件。
  19. 如申請專利範圍第10項所述的三維顯示模組，其中該顯示影像的虛像位於一環境中而構成對應於該環境的標示。
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