显示装置制造方法

显示装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种显示装置。根据本发明的显示装置的一个实施方式可以显示出无需眼镜即可观赏的三维立体图像，或者显示出二维平面图像。
【专利说明】显示装置 【技术领域】
[〇〇〇1] 本申请涉及一种显示装置。 【背景技术】
[0002] 通常，显示装置显示二维图像。近来，随着在相关领域，如游戏或电影领域中对三 维图像需求的增加，已开发了显示三维图像的显示装置。向观察者的双眼中输入一对二维 图像，输入的图像在观察者的脑中结合，从而识别出三维图像。
[0003] 根据观察者是否需要佩戴特定的眼镜，立体显示装置（以下称为3D装置）可以被 分为立体型和自动立体型。在自动立体型装置中，通常使用专利文件1中描述的视差屏障 法或专利文件2描述的双凸透镜法等。
[0004] [专利文献1]韩国专利公开第10-2005-0119140号
[0005] [专利文献2]韩国专利公开第10-2003-0088244号
【发明内容】
[〇〇〇6] 发明目的
[0007] 本申请旨在提供一种显示装置。
[0008] 解决方案
[0009] 本申请的一个方面提供了一种包含显示元件和液晶面板的显示装置。该装置可以 是既能显示二维图像（2D图像）又能显示三维图像（3D图像）的装置。
[0010] 如图1或图2所示，该装置可以包括显示元件20和液晶透镜面板10。此外，该装 置可以在显示元件和液晶透镜面板之间另外包括偏光片。此外，该装置可以另外包括偏光 片和光源，其依次配置在显示元件的液晶透镜面板的相对侧。以下，在本说明书中，为了方 便描述，在光源和显不兀件之间配置的偏光片将被称为第一偏光片，且在第一偏光片的相 对侧配置的偏光片将被称为第二偏光片。
[0011] 在该装置中包含的第一和第二偏光片为光学兀件，其中形成了透光轴和与该透光 轴垂直的吸收轴。当光入射到偏光片时，在入射光中，偏光片仅透过具有平行于偏光片的透 光轴方向的偏光轴的光。在本说明书中，在术语用于定义角度时，如坚直、平行、垂直、水平 等，这些术语是指在不损害想要的效果的一定范围内基本上坚直、平行、垂直或水平，且其 包含了考虑到例如制造误差或变化等的误差。例如，术语可包括在约±15度以内的误差、 约±10度以内的误差、或约±5度以内的误差。
[0012] 在说明性实施方式中，包含在装置中的第一偏光片的吸收轴和第二偏光片的吸收 轴可以彼此垂直。在此情况下，该第一和第二偏光片的透光轴也可以彼此垂直。
[0013] 例如，可以使用通常用于液晶显示器（IXD)中的直下式（direct type)或侧光式 (edge type)背光单元（BLU)作为光源。除了上述光源，可以不受限制地使用各种类型的光 源作为光源。
[0014] 装置的显示元件可以在驱动状态下产生图像信号，例如，包括二维图像的图像信 号，或者右眼图像信号（以下称为R信号）和左眼图像信号（以下称为L信号）。在说明性 实施方式中，显示元件可包括在驱动状态下能够产生二维图像信号或R信号的右眼图像信 号产生区域（以下称为UR区域）或者能够产生二维图像信号或L信号的左眼图像信号产 生区域（以下称为UL区域）。在显示装置中，图像信号产生区域是指UR区域和UL区域。 然而，不论区域的名称如何，显示元件都可以产生二维图像信号。
[0015] 该显示元件可以是包括透射型液晶面板的区域或者通过液晶面板的液晶层形成 的区域。所述透射型液晶面板可以从光源侧依次包括，例如，第一基板、像素电极、第一取向 层、液晶层、第二取向层、公共电极、和第二基板。可以在位于光源侧上的第一基板上形成包 含薄膜晶体管（TFT)作为与透明像素电极、内连接（interconnection)等电性接触的驱动 元件的主动型驱动电路。所述像素电极可包括，例如，氧化铟锡（ΙΤ0)等，并作为每个像素 中的电极。此外，所述第一或第二取向层可包括，例如，如聚酰亚胺等的材料。该液晶层可 包括，例如，垂直取向（VA)、扭转向列（TN)、超级扭转向列（STN)或面内转换（IPS)型液晶。 该液晶层可通过由驱动电路施加的电压而用于透过或者阻挡对每个像素而言的来自光源 的光。所述公共电极可包括，例如，ΙΤ0等，并作为公共对电极。
[0016] 所述显示元件可包括由一个或多个像素形成的UR和UL区域。例如，在液晶面板 中，包含在第一和第二取向层之间密封的液晶的单元像素，或者至少两个单元像素可以结 合以形成UR或UL区域。
[0017] 所述UR和UL区域可以配置在行和/或列方向。图3是图示说明了 UR和UL区域 的排列的图。如图3中所示，UR和UL区域可以具有在共同的方向中延伸的条形，并可以彼 此交替相邻配置。图4图示说明了不同的说明性排列，且UR和UL区域以格子图案彼此相 邻的交替配置。UR和UL区域的排列并不限于图3和图4的排列，可以应用本领域中已知的 各种设计。
[0018] 根据在驱动状态中的信号，显示元件可以通过在每个区域中驱动像素而产生二维 图像信号或者包含R和L信号的图像信号。
[0019] 在说明性实施方式中，将描述其中在装置中的显示元件产生包含R和L信号的图 像信号的步骤。例如，当由光源发出的光入射到第一偏光片时，仅在平行于第一偏光片的透 光轴的方向偏振的光穿过第一偏光片。透过的光入射到显示装置，然后穿过UR区域的光可 以转化为R信号且穿过UL区域的光可以转化为L信号。当R和L信号入射到第二偏光片 时，仅平行于第二偏光片的透光轴的方向偏振的信号可以穿过第二偏光片以入射到液晶透 镜面板。在本申请的说明性实施方式中，穿过第二偏光片以入射到液晶透镜面板的偏光信 号可以是线性偏光信号。此外，线性偏光信号可以以垂直于下文将要描述的液晶透镜面板 的胆留型取向区域的螺旋轴的方向偏振，且随后入射到液晶透镜面板。
[0020] 在另一个说明性实施方式中，将描述其中在装置中的显示元件产生二维图像信号 的步骤。例如，当由光源发出的光入射到第一偏光片时，仅在平行于第一偏光片的透光轴的 方向偏振的光穿过第一偏光片。当穿过的光入射到显示元件以产生二维图像信号时，穿过 UR区域的光和穿过UL区域的光可以以相同的方式转化为二维图像信号。当如此产生的二 维图像信号入射到第二偏光片时，仅平行于第二偏光片的透光轴的方向偏振的信号可以穿 过第二偏光片以入射到液晶透镜面板。
[0021] 所述液晶透镜面板可以包括透镜层。此外，该透镜层可包括由液晶分子形成的液 晶区域。
[0022] 在液晶区域中的液晶分子可以显示出介电各向异性（Λ ε尹0)。在本说明书中的 术语"介电各向异性"可以指在主轴方向上和在垂直于主轴方向上的介电常数彼此不同。
[0023] 当液晶分子具有介电各向异性时，液晶分子的排列可以根据施加在透镜层上的电 压和其强度而改变。液晶分子的介电各向异性可以具有正值或负值。液晶分子的介电各向 异性具有正值的情形意味着液晶分子的主轴方向的介电常数大于其在次轴方向中的介电 常数。此外，液晶分子的介电各向异性具有负值的情形意味着液晶分子的主轴方向的介电 常数小于其在次轴方向中的介电常数。在说明性实施方式中，当液晶分子具有正的介电各 向异性时，如果对透镜层施加电压，液晶分子将重新排列到在其上施加电压的方向上。
[0024] 在一个说明性实施方式中，液晶区域可以是能够在胆留型取向区域和非胆留型取 向区域之间转换的区域。
[0025] 如图5中所示，所述胆留型取向区域300可包括胆留型取向的液晶分子。所述 胆甾型取向的液晶分子具有螺旋形结构，其中，液晶分子形成了层，且液晶分子的导向轴 (director)是在沿着螺旋轴（Η)扭转的同时取向的。在该螺旋形结构中，直到液晶分子的 导向轴完成360度旋转时的距离被称为节距（P)。
[0026] 在任何时间点，在液晶分子通过在包含胆留型取向区域的透镜层上施加适当的电 压或者去除所施加的电压而在一个方向取向的同时，可以释放（released)胆留型取向状 态。此外，胆留型取向状态可以被完全释放，且随后在液晶区域中的液晶分子可以全部在相 同的方向取向。包含这样的状态的液晶分子的区域可以是指非胆留型取向区域。也就是说， 非胆留型取向区域300可以是这样的区域：其中，全部液晶分子是垂直取向的、水平取向的 或者在两者之间的一个角度取向的。
[0027] 所述胆留型取向区域和非胆留型取向区域可以通过施加的电压在彼此之间转换。 所述区域可以转换，例如，由此，在全部区域上形成了胆留型取向区域或非胆留型取向区 域。因此，当向区域施加电压时，可以向全部区域或者这样的区域施加相同的电压：其中，该 区域的取向将被重新取向。结果是，可以省略用于实现光学各向异性和各向同性的电极层 的图案化步骤，且由此，有可能使用简单的方法制造装置。而且，可以通过制造液晶面板的 已知的方法制造透镜层。
[0028] 在说明性实施方式中，在未施加电压状态中的透镜层可包括胆留型取向区域。当 向透镜层施加了足以完全地释放胆留型取向状态的电压时，该胆留型取向区域可以转换为 非胆留型取向区域。此外，当施加到包含非胆留型取向区域的透镜层的电压被去除时，该区 域可以转换为胆留型取向区域。
[0029] 所述胆甾型取向区域可以是平面取向区域、垂直取向区域（homeotropic alignment region)或焦点维取向区域（focal conic alignment region) 〇 所述平面取向 区域可以是这样的区域：其中该区域的螺旋轴垂直于透镜层的表面取向。所述垂直取向区 域可以是这样的区域：其中该区域的螺旋轴平行于透镜层的表面取向。此外，所述焦点锥取 向区域（focal alignment region)可以是这样的区域：其中该区域的螺旋轴既不垂直于也 不平行于透镜层的表面取向。在说明性实施方式中，胆留型取向区域可以是垂直取向区域。 如图5中所示，所述垂直取向区域可以这样形成：使该区域的螺旋轴（H)平行于透镜层的表 面。
[0030] 垂直取向区域相对于垂直于该区域的螺旋轴的线性偏振光可以具有周期性的折 射率分布。该区域可以具有，例如，使用1/2节距作为周期的折射率分布。在本申请的一个 说明性实施方式中，该区域可具有如以下公式1的折射率分布。
[0031] [公式 1]
[0032] neff (X) = nen〇/(ne2cos2 Θ (x)+n〇2sin2 θ (χ))1/2
[0033] 在公式1中，x是作为胆甾型取向区域的坐标的从0至P/2的任意数，其中P是胆 甾型取向区域的节距，r^ f(X)是在X点处相对于线性偏振光，胆甾型取向区域的折射率，~ 是在胆留型取向区域中的液晶分子的非常折射率，η。是在胆留型取向区域中的液晶分子的 寻常折射率，且θ (X)是在相对于X为0处的点的液晶分子的光轴，在坐标处的液晶分子的 光轴的角度。
[0034] 如图5中所示，上述的X具有0至Ρ/2的坐标值作为在平行于胆甾型取向区域中 的透镜层的表面的方向上的坐标。如图5中所示，0是胆留型取向的液晶分子的节距开始的 点的坐标。在一个说明性实施方式中，所述节距开始的点可以是其中液晶分子的主轴形成 为平行于透镜层的表面的点。Ρ/2是其中胆留型取向的液晶分子旋转180度的点的坐标。
[0035] θ (X)是在坐标（X)处的液晶分子的光轴相对于在X为〇的点的液晶分子的光轴 的角，因此Θ (0)为0。此外，在X为Ρ/4的点处液晶分子的光轴由在X为0的点处的液晶 分子的光轴旋转了 90度，因此θ (Ρ/4)为π /2。此外，在X为Ρ/2的点处液晶分子的光轴 由在X为〇的点处的液晶分子的光轴旋转了 180度，因此θ (Ρ/2)为π。
[0036] 如果将Θ (〇) = 〇、θ (P/4) = Ji/2和θ (Ρ/2) = π代入公式1中，则可以得到 neff(〇) =neff(P/2) =η。以及nrff(P/4) =?的值。也就是说，胆甾型取向区域可以具有这 样的折射率分布：在〇节距和1/2节距（P/2)处具有寻常折射率，且在1/4节距（P/4)处具 有非常折射率。n rff(x)可以是，例如，在X点处测量的相对于具有550nm的波长并垂直于该 区域的螺旋轴的线性偏振光的折射率。
[0037] 当在胆留型取向区域的1/2节距内的折射率分布根据公式1调节时，该区域可以 用作双凸透镜。因此，L和R信号可以单独地通过胆留型取向区域输出。
[0038] 在一个说明性实施方式中，该胆甾型取向区域可以作为具有0. 1mm至100cm、 0. 1mm至70cm、0. 1mm至50cm、0. 1mm至30cm、或0. 1mm至10cm焦距的透镜，该焦距根据以 下公式2测定。
[0039] [公式 2]
[0040] F = P2/(32XdX Δ η)
[0041] 在公式2中，Ρ是胆甾型取向区域的节距，d是透镜层的厚度，以及Λη是在胆甾型 取向区域中的液晶分子的非常折射率（r〇和寻常折射率（η。）的差（n e-n。）。
[0042] 所述焦距（F)可以是，例如，相对于垂直于该区域的螺旋轴的线性偏振光的焦距。 可以考虑到，例如，3D装置的观察距离而控制该焦距。而且，为了控制焦距（F)，可以调节胆 甾型取向区域的节距或双折射、透镜层的厚度等。
[0043] 可以考虑到，例如，3D装置等的显示元件的像素尺寸而适当地控制胆留型取向 区域的节距。在说明性实施方式中，所述胆留型取向区域的节距可以被控制在如〇. Ιμπι 至 10cm、0. 1 μ m 至 5cm、0. 1 μ m 至 3cm、0. 1 μ m 至 lcm、0. 1 μ m 至 5, 000 μ m、或 0· 1 μ m 至 3, 000 μ m的尺度内。当节距被控制在该范围内时，来自显示装置传输的R和L信号可以通 过液晶透镜面板单独地输出。
[0044] 此外，有可能控制在胆留型取向区域中的液晶分子的非常折射率（r〇和寻常折射 率（η。）的差（n e-n。）在0. 01至0. 6、0. 1至0. 6、或0. 01至0. 5的范围内，从而可以在适当 的距离内不用眼镜观赏到3D图像。而且，为了确保该装置的适当的观赏距离，可以控制该 透镜层的厚度为 〇· 1 U m 至 100 μ m、0. 1 μ m 至 50 μ m、0. 1 μ m 至 30 μ m、或 0· 1 μ m 至 10 μ m。
[0045] 液晶透镜面板可以另外包括基质层，其中，在其一个表面上形成电极层。此外，所 述透镜层可以配置为与所述基质层的电极层相邻。
[0046] 如图5和图6中所示，在一个说明性实施方式中，该液晶透镜面板包括配置为彼此 面对的两个基质层100和200,电极层存在于两个基质层中的至少一个基质层的一个表面 上，且透镜层300可以配置为与电极层接触，该电机层是在配置为彼此面对的基质层之间。 两个基质层之一可以是指第一基质层100,且另一个可以指第二基质层200。所述两个基质 层可以使用相同的基质或者不同的基质。
[0047] 可以不受限制地使用在制造液晶面板中通常使用的基质层作为该基质层。所述 基质层的例子包括玻璃基质层、塑料基质层等。塑料基质层的例子包括片或膜，包括：纤维 素树脂，如三乙酰纤维素（TAC)、二乙酰纤维素（DAC)等；环烯烃聚合物（C0P)，如降冰片烯 衍生物等；丙烯酸树脂，如环烯烃共聚物（C0C)、聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA)等；聚碳酸 酯（PC);聚烯经，如聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)等；聚乙烯醇（PVA);聚醚砜（PES);聚醚醚酮 (PEEK);聚醚酰亚胺（PEI);聚萘二甲酸乙二酯（PEN);聚酯，如聚对苯二甲酸乙二酯（PET) 等；聚酰亚胺（PI);聚砜（PSF);或氟树脂等。该塑料基质层可以是光学各向同性或各向异 性的。
[0048] 该基质层可以包括UV阻隔剂或UV吸收剂。当该基层包含UV阻隔剂或吸收剂时， 可以防止因 UV射线引起的透镜层的劣化。UV阻隔剂或吸收剂的例子包括有机材料，如水 杨酸酯类化合物（salicylic acid ester compounds)、二苯甲酮类化合物（benzophenone compounds)、氧基二苯甲丽类化合物（oxybenzophenone compounds)、苯并三唑类化合物 (benzotriazol compounds)、氰基丙烯酸酯类化合物（cyanoacrylate compounds)、或苯甲 酸酯类化合物（benzoate compounds)，或者无机材料，如氧化锌或镍络合物盐等。UV保护剂 或吸收剂在基质层中的含量没有特别限制，且其可以考虑到想要的效果而适当地选择。例 如，在制造塑料基质层的步骤期间，基于基质层的主要材料，可以以约〇. 1重量％的重量比 至约25重量％的重量比包含UV保护剂或吸收剂。
[〇〇49] 基质层的厚度没有特别限制，但可以根据想要的用途而适当地调整。基质层可以 具有单层结构或多层结构。
[0050] 例如，可以使用透明导电电极，如氧化铟锡（ΙΤ0)等作为在基质层的一个表面上 存在的电极层。
[0051] 液晶透镜面板可以在基质层和透镜层之间另外包括取向层。有可能使用在本领域 中已知的常规取向层，例如，光取向层、由（纳米）印刷法形成的取向层、摩擦取向层等作为 该取向层。该取向层具有任意的构型，且其也可能通过直接摩擦或者拉伸基质层以给予所 述基质层取向性能而不使用取向层。
[0052] 在一个说明性实施方式中，当该胆留型取向区域为垂直取向区域时，可以使用垂 直取向层作为取向层。该垂直取向层可以是这样的取向层：其可以给予取向性能，从而彼此 相邻的液晶分子沿垂直于垂直取向层的表面的方向取向。
[0053] 为了满足上述条件，可以通过本领域中已知的方法形成液晶透镜面板。该面板可 以通过以下制造：例如，将两个基质层彼此面对，从而使电极层面对基质层；将液晶组合物 注入到两个基质层之间；并使液晶分子取向以形成透镜层。
[0054] 所述液晶组合物可以包括为了形成胆留型取向区域而使用的所有种类的组合物。
[0055] 在一个说明性实施方式中，该组合物可以包括向列相液晶分子和手性试剂。向列 相液晶分子通常是沿着长轴方向取向而不形成层，且向列相液晶分子以这样的状态取向： 其位置并不规则。可以通过向该向列相液晶分子中添加手性试剂而造成想要的螺旋节距。 此时，该螺旋节距可以根据以下的公式3而调节。
[0056] [公式 3]
[0057] P = l/(Pt · c)
[0058] 在公式3中，Pt为扭曲力，且c为手性试剂的摩尔浓度。因此，当使用具有高扭曲 力的手性试剂，或者手性试剂的含量调节到高水平时，可以使手性向列相液晶分子的节距 制备为短的。
[0059] 可以不受限制地使用在本领域中使用的那些物质作为向列相液晶分子。液晶分子 的例子包括通过以下通式1表示的化合物。
[0060] [通式 1]
[0061]
【权利要求】
1. 一种显示装置，其包含： 显示元件，其配置为发出包含右眼图像信号和左眼图像信号的图像信号；以及 液晶透镜面板，其包含含有由液晶分子形成的液晶区域的透镜层，该液晶区域被配置 为能够在垂直取向胆留型取向区域和非胆留型取向区域之间转换，并且其这样定位：以使 得由显示元件发出的图像信号能够被入射在其上。
2. 根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述液晶透镜面板这样定位：以使得由显示 元件发出的一对右眼和左眼图像信号能够被入射在对应于胆留型取向区域的半节距的区 域上。
3. 根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述胆留型取向区域相对于在垂直于该区 域的螺旋轴的方向上线性偏振的光显示出根据以下公式1的折射率的分布： [公式1] neff(x) = nen〇/(ne2cos2 Θ (x)+n〇2sin2 θ (χ))1/2 其中，x是作为胆甾型取向区域的坐标的从〇至P/2的任意数，其中P为该胆甾型取向 区域的节距，neff(X)是在X点处该胆留型取向区域相对于线性偏振光的折射率，是液晶 分子的非常折射率，η。是液晶分子的寻常折射率，且θ (X)是在相对于x为〇处的点的液晶 分子的光轴，在坐标处的液晶分子的光轴的角度。
4. 根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述胆留型取向区域具有0. 1_至100cm范 围内的焦距F，所述焦距F根据以下公式2定义： [公式2] F = P2/(32XdX Δ η) 其中，Ρ是胆留型取向区域的节距，d是透镜层的厚度，以及Λ η是液晶分子的非常折射 率（r〇和寻常折射率（r〇之间的差（ne-r〇。
5. 根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述液晶分子具有正的或负的介电各向异 性。
【文档编号】G02B3/14GK104094163SQ201380008511
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2012年2月7日
【发明者】全炳建, 柳秀英, 朴文洙 申请人:Lg化学株式会社