《液晶透镜组件以及立体影像显示器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液晶透镜组件以及立体影像显示器.pdf（11页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102944962 A(43)申请公布日 2013.02.27CN102944962A*CN102944962A*(21)申请号 201210460290.9(22)申请日 2012.11.15G02F 1/29(2006.01)G02F 1/13363(2006.01)G02B 27/22(2006.01)H04N 13/04(2006.01)(71)申请人深圳市华星光电技术有限公司地址 518132 广东省深圳市光明新区塘明大道9-2号(72)发明人陈峙彣 萧嘉强(74)专利代理机构深圳翼盛智成知识产权事务所(普通合伙) 44300代理人欧阳启明(54) 发明名称。
2、液晶透镜组件以及立体影像显示器(57) 摘要本发明公开一种液晶透镜组件以及立体影像显示器，立体影像显示器包含背光模块及液晶透镜组件。该液晶透镜组件包含偏光片、透明基板、液晶层及延迟单元。该偏光片用来将该背光模块射出的光线使其偏振方向朝第一方向。该透明基板之上设置有多条电极，每一电极朝一第二方向沿伸，该第二方向不同于该第一方向。该液晶层的液晶分子依据该多条电极的电压调整其排列方向。该延迟单元位于该透明基板以及该偏光片之间，用来将该偏光片射出的光线的偏振方向调整成一第三方向，该第三方向不同于该第一方向和该第二方向。该延迟单元可以让射出光线的偏振方向垂直于该电极层的排列方向。如此一来，在未施加电压时。
3、，液晶层的液晶分子的光轴匹配于该延迟单元射出光线的偏振方向。因此本发明不仅具有最佳聚焦效果，也可以降低液晶层的厚度，有效降低成本。(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书5页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页1/2页21.一种立体影像显示器，其包含：一背光模块，用来产生光线；一偏光片，位于所述背光模块之上，用来将所述背光模块射出的光线使其偏振方向朝一第一方向；一透明基板，设置于所述偏光片之上，所述透明基板之上设置有多条电极，每一电极朝一第二方向沿伸，所述第二方向不同于所述第一方向；以及一液晶层，位于所述透明基板。
4、之上，所述液晶层的液晶分子依据所述多条电极的电压调整其排列方向；其特征在于：所述立体影像显示器另包含一延迟单元，位于所述透明基板以及所述偏光片之间，用来将所述偏光片射出的光线的偏振方向调整成一第三方向，所述第三方向不同于所述第一方向和所述第二方向。2.根据权利要求1所述的立体影像显示器，其特征在于：所述第三方向垂直于所述第二方向。3.根据权利要求2所述的立体影像显示器，其特征在于：所述延迟单元是一二分之一波长延迟膜。4.根据权利要求1所述的立体影像显示器，其特征在于：所述电极层包含一第一电极、一第二电极以及一第三电极，所述第二电极位于所述第一电极以及第三电极之间，当靠近所述第一电极和第三电极的。
5、液晶分子排列方向变为光轴平行于所述偏光片射出光线的传播方向，同时靠近所述第二电极的液晶分子排列方向变为光轴平行于所述偏光片射出光线的偏振方向时，所述立体影像显示器用来显示三维影像。5.根据权利要求4所述的立体影像显示器，其特征在于：当靠近所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极的液晶分子排列方向皆变为光轴平行于所述偏光片射出光线的偏振方向时，所述立体影像显示器用来显示二维影像。6.一种液晶透镜组件，其包括:一偏光片，用来使射出的光线的偏振方向朝一第一方向；一透明基板，设置于所述偏光片之上，所述透明基板之上设置有多条电极，每一电极朝一第二方向沿伸，所述第二方向不同于所述第一方向；以及一液晶层，位。
6、于所述透明基板之上，所述液晶层的液晶分子依据所述多条电极的电压调整其排列方向；其特征在于：所述液晶透镜组件另包含一延迟单元，位于所述透明基板以及所述偏光片之间，用来将入射光线的偏振方向调整成一第三方向，所述第三方向不同于所述第一方向和所述第二方向。7.根据权利要求6所述的液晶透镜组件，其特征在于：所述第三方向垂直于所述第二方向。8.根据权利要求7所述的液晶透镜组件，其特征在于：所述延迟单元是一二分之一波长延迟膜。9.根据权利要求6所述的液晶透镜组件，其特征在于：所述电极层包含一第一电极、一第二电极以及一第三电极，所述第二电极位于所述第一电极以及第三电极之间，当所述液晶透镜组件处于三维模式时，靠。
7、近所述第一电极和第三电极的液晶分子排列方向变为光轴权 利 要 求 书CN 102944962 A2/2页3平行于所述偏光片射出光线的传播方向，同时靠近所述第二电极的液晶分子排列方向变为光轴平行于所述偏光片射出光线的偏振方向。10.根据权利要求9所述的液晶透镜组件，其特征在于：当所述液晶透镜组件处于二维模式时，靠近所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极的液晶分子排列方向皆变为光轴平行于所述偏光片射出光线的偏振方向时。权 利 要 求 书CN 102944962 A1/5页4液晶透镜组件以及立体影像显示器技术领域0001 本发明涉及一种液晶透镜组件以及立体影像显示器，尤指一种具高透镜光学能力(hi。
8、gh lens power)的液晶透镜组件以及立体影像显示器。背景技术0002 人类是透过双眼所看到的展望而感知到真实世界的影像。而人类的大脑会进一步根据双眼所看到两个不同角度的展望之间的空间距离差异而形成所谓的三维(3-dimension,3D)影像，这种空间距离差异被称为视差(parallax)。所谓的3D显示器就是模拟人类双眼不同角度的视野，让左、右眼分别接收到有视差的两个二维(2-dimension,2D)影像，使人脑获取左、右眼看到的不同2D影像后，能感知为3D影像。0003 目前的3D显示器主要分为两类，分别是自动立体影像显示器(Auto-stereoscopic display)。
9、以及非自动立体影像显示器(Stereoscopic display)。自动立体影像显示器的用户不用戴上特殊结构的眼镜就可以看出3D立体影像。而另一种非自动立体影像显示器则需要观察者戴上特制的眼镜，才能看到3D立体影像。常见的自动立体影像显示器有两种：主要分成视差光栅(Parallax barrier)和柱状透镜(Lenticular Lenses)两种。视差光栅是利用光栅来控制光前进的方向，让观察者的左右眼看到具有视差的影像，而此视差就会在大脑中形成立体感。至于柱状透镜则是利用折射率的不同来控制光的方向，可以有多种作法，其中一种作法是以液晶层来取代实体透镜，藉由上下玻璃基板的氧化铟锡(ITO)。
10、特殊图案设计，来造成液晶层空间中电位线分布不均，使液晶分子的排列改变。由于液晶分子的排列会影响到折射率的不同，经过适当的设计后，整体的折射率变化就像柱状透镜一样，控制入射光的折射方向。0004 请参阅图1a与图1b，图1a与图1b是现有技术的GRIN透镜被施加电压前后的示意图。GRIN透镜10就是折射率随着梯度分布的透镜(Gradient in theIndex of Refraction Lens)。GRIN透镜10是一种液晶透镜。当未被施加任何电压时，液晶分子的排列如图1a所示。由于前述氧化铟锡电极图案(未显示)的特殊设计，于施加电压产生电场时，液晶分子的排列方向将如图1b所示，造成中心的。
11、液晶分子折射率最大(ne)，愈往两边的液晶分子折射率愈小，直到最小液晶分子折射率(no)为止。而当光线行进时，两边的光线因为遇到的液晶分子折射率最小，行进速度最快，而中间的光线因为遇到的液晶分子折射率最大，所以行进速度最慢。以入射平面波而言，波前将会被弯曲，造成具有类似凸透镜的性质，将光线聚焦于F点，并可推导出焦距的公式如下:0005 0006 其中，fGRIN为GRIN透镜10的焦距，d为液晶盒的厚度，r是透镜的半径，nmax等于液晶透镜的液晶分子的非寻常光折射率ne，而n(r)则代表折射率是r的函数。当以4mm的适当焦距作为设计目标时，若液晶分子的n为0.21，则必需将液晶盒的厚度d保持在。
12、大说 明 书CN 102944962 A2/5页5约30m。然而，如果射入GRIN透镜10的光线的偏振方向和GRIN透镜10液晶的方向不匹配，则透镜的聚焦能力会受到影响。为了维持聚焦能力，此时必须将液晶盒的厚度d增加，无疑地也会增加成本。因此若能制作一种立体影像显示器，在不必增加液晶厚度的前提之下，就能够提升聚焦能力，将可有效地降低成本。发明内容0007 因此本发明的目的是提供一种液晶透镜组件以及立体影像显示器，该液晶透镜组件是利用一个延迟单元，来增进透镜的聚焦能力，以解决背景技术的问题。0008 本发明提供一种立体影像显示器，立体影像显示器包含背光模块、偏光片、透明基板、液晶层及延迟单元。该。
13、背光模块用来产生光线。该偏光片位于所述背光模块之上，用来将该背光模块射出的光线使其偏振方向朝第一方向。该透明基板设置于所述偏光片之上，该透明基板之上设置有多条电极，每一电极朝一第二方向沿伸，该第二方向不同于该第一方向。该液晶层位于所述透明基板之上，该液晶层的液晶分子依据该多条电极的电压调整其排列方向。该延迟单元位于该透明基板以及该偏光片之间，用来将该偏光片射出的光线的偏振方向调整成一第三方向，该第三方向不同于该第一方向和该第二方向。0009 依据本发明的实施例，所述第三方向垂直于所述第二方向。0010 依据本发明的实施例，所述延迟单元是一二分之一波长延迟膜。0011 依据本发明的实施例，所述电。
14、极层包含一第一电极、一第二电极以及一第三电极，所述第二电极位于所述第一电极以及第三电极之间，当靠近所述第一电极和第三电极的液晶分子排列方向变为光轴平行于所述偏光片射出光线的传播方向，同时靠近所述第二电极的液晶分子排列方向变为光轴平行于所述偏光片射出光线的偏振方向时，所述立体影像显示器用来显示三维影像。0012 依据本发明的实施例，当靠近所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极的液晶分子排列方向皆变为光轴平行于所述偏光片射出光线的偏振方向时，所述立体影像显示器用来显示二维影像。0013 本发明提供一种液晶透镜组件，其包括一偏光片、一透明基板、一液晶层以及一延迟单元。所述偏光片用来使射出的光线的偏。
15、振方向朝一第一方向。所述透明基板设置于所述偏光片之上，所述透明基板之上设置有多条电极，每一电极朝一第二方向沿伸，所述第二方向不同于所述第一方向。所述液晶层位于所述透明基板之上，所述液晶层的液晶分子依据所述多条电极的电压调整其排列方向。所述延迟单元，位于所述透明基板以及所述偏光片之间，用来将入射光线的偏振方向调整成一第三方向，所述第三方向不同于所述第一方向和所述第二方向。0014 依据本发明的实施例，所述第三方向垂直于所述第二方向。0015 依据本发明的实施例，所述延迟单元是一二分之一波长延迟膜。0016 依据本发明的实施例，所述电极层包含一第一电极、一第二电极以及一第三电极，所述第二电极位于所。
16、述第一电极以及第三电极之间，当所述液晶透镜组件处于三维模式时，靠近所述第一电极和第三电极的液晶分子排列方向变为光轴平行于所述偏光片射出光线的传播方向，同时靠近所述第二电极的液晶分子排列方向变为光轴平行于所述偏光片射出光线的偏振方向。说 明 书CN 102944962 A3/5页60017 依据本发明的实施例，当所述液晶透镜组件处于二维模式时，靠近所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极的液晶分子排列方向皆变为光轴平行于所述偏光片射出光线的偏振方向时。0018 相较于现有技术，本发明的液晶透镜组件和立体影像显示器包含一延迟单元。该延迟单元可以让射出光线的偏振方向垂直于该电极层的排列方向。如此一来。
17、，在未施加电压时，该液晶层的液晶分子的光轴是平行于该延迟单元射出光线的偏振方向，也就是说，液晶层的液晶分子的光轴匹配于该延迟单元射出光线的偏振方向。因此本发明不仅具有最佳聚焦效果，也可以降低液晶层的厚度，有效降低成本。0019 为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：附图说明0020 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。0021 。
18、图1a与图1b是现有技术的GRIN透镜被施加电压前后的示意图。0022 图2是本发明的立体影像显示器的示意图。0023 图3是本发明的液晶透镜组件应用于3D模式时的剖面及液晶分子排列方向示意图。0024 图4是图2的液晶透镜组件应用于2D模式时的剖面及液晶分子排列方向示意图。0025 图5是图2的偏光片的偏振方向、延迟单元的偏振方向和液晶透镜组件的电极层3的排列方向的示意图。具体实施方式0026 以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施之特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如上、下、前、后、左、右、顶、底、水平、垂直等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说。
19、明及理解本发明，而非用以限制本发明。0027 请参阅图2，图2是本发明的立体影像显示器100的示意图。观察者观看立体影像显示器100时，可以切换观看2D或3D影像。立体影像显示器100包含一背光模块110、一显示面板140以及一液晶透镜组件120。0028 背光模块110为显示面板140提供均匀的面光源。背光模块110可以是直下式发光二极管(Light emitting diode，LED)，直下式冷阴极射线管(CCFL)或是侧光式LED构成。0029 显示面板140包含由数个像素组成的偏光片144、像素阵列141、彩色滤光片142以及位于像素阵列141以及彩色滤光片142之间的液晶层143。。
20、在本实施例中，液晶层143内的液晶可以是扭转向列(twisted nematic，TN)液晶、垂直排列(Vertical alignment，VA)液晶或是平面内切换(In-Plane-Switching，IPS)液晶。显示面板140的像素阵列141说 明 书CN 102944962 A4/5页7包含多个子像素。彩色滤光片142则包含用来显示红、蓝、绿三原色的滤光单元142a以及位于任两个相邻滤光单元142a之间的黑色阵列(Black matrix)层142b。每一子像素是对应一个滤光单元142a。当光线通过红、蓝、绿三原色的滤光单元142a后，就会显示出对应的颜色，但是光线将不会通过黑色阵列。
21、层142b。当背光模块110产生的光线照射在显示面板140上，通过驱动像素阵列141可以调整每一子像素对应液晶层143的液晶的转动方向，以便调整光线射出的强度。之后不同强度光线通过红、蓝、绿的滤光单元142a而显示不同灰阶。0030 偏光片144具有透射轴以及与所述透射轴垂直的吸收轴。光线射向偏光片144时，偏光轴方向与透射轴大致平行的光线会透射，而偏光轴方向与吸收轴大致平行的光线会被阻隔。偏光片144的透射轴方向与水平方向A平行，由偏光片144射出的光线会是偏振方向平行水平方向A的线偏振光。0031 液晶透镜组件120包括偏光片126、延迟单元124、透明玻璃基板121a、121b、数个彼此。
22、平行并朝第二方向D(绘示图5)延伸的长条状电极层123以及夹在玻璃基板121a、121b之间的液晶层122。在本实施例中，偏光片126的透射轴方向平行第一方向B(亦即垂直于水平方向A)。由偏光片126射出的光线会是偏振方向平行第一方向B的线偏振光，也就是说偏光片126、144彼此的透射轴方向相差90。电极层123形成于第一玻璃基板121a上。以图2观察者观察的方向E来看，第二方向D与第一方向B之间的夹角介于917度之间。电极层123的上方会设置一配向膜(未图示)，该配向膜用来使液晶分子在未被施加电场时沿着特定方向排列。液晶透镜组件120可作为一个双折射凸透镜。液晶层122具有寻常光折射率no和。
23、非寻常光折射率ne。0032 延迟单元124设置在偏光片126和第二玻璃基板121b之间，用来将偏光片126射出的光线的偏振方向调整成一第三方向C，且第三方向C不同于第一方向B以及第二方向D。较佳地，延迟单元124可以是二分之一波长延迟膜，且第三方向C与第二方向D有90度的夹角。0033 请参阅图3，图3是本发明的液晶透镜组件120应用于3D模式时的剖面及液晶分子排列方向示意图。在本实施例中是以电极123a、123b、123c为例作为说明。本实施例中是以从偏光片126射出的光线，偏振方向平行于第一方向B为例进行说明，但不限于此。0034 当施加电压于电极123a、123c之上时，所产生的电场将。
24、会使液晶层122中的液晶分子旋转，造成靠近电极123a、123c的液晶分子排列方向变为光轴平行于偏振光传播方向。对于未被施加电压的电极123b来说，靠近电极123b的液晶分子排列方向变为光轴平行于入射光的偏振方向。由于液晶层122内的液晶分子具有双折射率特性，当入射液晶透镜组件120的偏振光方向垂直于液晶分子的光轴方向时，液晶分子具有寻常光折射率no，而当入射液晶透镜组件120的偏振光方向平行于液晶分子的光轴方向时，液晶分子具有非寻常光折射率ne，且非寻常光折射率ne大于寻长光折射率no。0035 因此当光线行进时，靠近电极123a、123c的光线因为遇到的液晶分子折射率最小，行进速度最快，反。
25、之，靠近电极123b的光线因为遇到的液晶分子折射率最大，所以行进速度最慢。经此适当设计，液晶分子的排列改变造成整体折射率的变化，液晶透镜组件120就如同一个凸透镜，控制入射光的折射方向。而当入射光经过液晶透镜组件120折射后，会让左右眼分别收到不同方向的光线。利用此方式，观察者的左眼可以看到左眼影像，而右眼说 明 书CN 102944962 A5/5页8看到右眼影像。如此一来，观察者的大脑可以依据左右眼看到的不同影像感知为3D影像。0036 图3中的液晶透镜组件120亦可适用于2D模式。请参阅图4，图4是图2的液晶透镜组件应用于2D模式时的剖面及液晶分子排列方向示意图。当应用于2D模式时，改变。
26、施加于电极123a、123b、123c之上的电压(例如未施加电压)，所产生的电场将会使液晶层122中的液晶分子旋转，所有电极123a、123b、123c的液晶分子排列方向变为光轴平行于入射光的偏振方向，相当于无任何透镜的存在。所以通过液晶层122的光线的偏振方向都是相同的，光线会沿直线传播，故观察者会看到2D影像。0037 在图3、图4中，液晶层122采用正性液晶分子，也就是说，当施加电压于电极123而产生电场时，液晶分子的排列方向是平行于电场方向。在另一实施例中，液晶层122亦可采用负性液晶分子，但是电极的排列以及延伸方向必需改变，以达到适当的设计。0038 请参阅图2和图5，图5是图2的偏。
27、光片126的偏振方向、延迟单元124的偏振方向和液晶透镜组件120的电极层123的排列方向的示意图。由于射入液晶透镜组件120的光线的偏振方向和液晶透镜组件120的指向不匹配，会影响液晶透镜组件120的聚焦能力。为了维持聚焦能力，本实施例的液晶透镜组件120另包含延迟单元124。因为从延迟单元124射出光线的偏振方向是朝向第三方向C，而且第三方向C与电极层123排列的第二方向D垂直，所以在未施加电压时，液晶层123的液晶分子的光轴是与第三方向C平行，也就是说，液晶层123的液晶分子的光轴匹配第三方向C。相比之下，如果液晶透镜组件120没有设置延迟单元124，则从偏光片126射入光线的偏振方向是。
28、朝第一方向B。在未施加电压时，液晶层123的液晶分子的光轴与第一方向B并非平行，所以液晶层123的液晶分子的光轴不匹配第一方向B。如此一来，即使不用增加液晶透镜组件120的厚度，设置延迟单元124的液晶透镜组件120将具有最佳聚焦效果。0039 综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但该较佳实施例并非用以限制本发明，该领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。说 明 书CN 102944962 A1/3页9图1a图1b说 明 书 附 图CN 102944962 A2/3页10图2图3说 明 书 附 图CN 102944962 A10。