專利名稱：液晶顯示器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液晶顯示器，且特別是涉及一種可切換平面(2D)顯示模式和立體(3D)顯示模式的液晶顯示器。
背景技術：
顯示器如液晶顯示器(Liquid Crystal Display Device, IXD)為了因應3D模式顯示而開發了各式的技術產品。目前成熟的主流3D LCD產品中，多數都是需要配備眼鏡的方式來觀看3D，欠缺便利性，因此相關業者漸漸朝向裸眼3D立體顯示技術發展。裸眼3D顯示器所使用技術，大致可分為兩類，一是視差障壁式(ParallaxBarrier)裸眼3D顯示技術,另一個為柱狀透鏡式(Lenticular Lens)裸眼3D顯示技術。以下簡單說明視差障壁式裸眼3D顯示技術。「視差障壁」(Parallax Barrier)顯示技術主要是利用光線遮蔽原理，將含有交錯排列的左右眼影像透過一整排細微的狹縫(Slits)所組成的「視差障壁」，人眼透過狹縫所觀看的影像將是分離后的左眼或右眼影像，如此將可產生立體視覺。圖1A繪示一種應用視差障壁裸眼3D顯示技術的顯示器示意圖，其中視差障壁15置放在顯示面板11的前方，位于人眼和顯示面板11之間。背光模塊13雖然發出光源，但透過視差障壁15上黑色與透明相間的光柵可限制左右眼視覺透過光柵后可見的像素，在對位設計精準的情況下，左右眼分別看到的會是奇數像素以及偶數像素，接著只要搭配在顯示面板11于奇數像素與偶數像素顯示不同畫面，就可以讓左右眼看到不同的畫面，進而產生畫面有景深的視覺，呈現立體顯示。
圖1B繪示另一種應用視差障壁裸眼3D顯示技術的顯示器示意圖，其中視差障壁15’置放在顯示面板11’的后方，位于背光模塊13’和顯示面板11’之間。視差障壁15’上黑色與透明相間的光柵可遮住自背光模塊13’發出的部分光源，光線只能穿過光柵上的透明處。透過視差障壁15’上的光柵同樣可限制左右眼視覺透過光柵后可見的像素。—般裸眼3D顯不器IXD顯不器也必須具備2D/3D顯不功能切換。為了使顯不器在2D和3D的模式之間切換，如圖1A、圖1B所示的視差障壁15、15’上的光柵圖案必須消失，常見的做法就是使用一片LCD顯示面板來達到視差障壁15、15’的光柵圖案，換句話說，這樣的3D LCD顯示器是存在2片LCD顯示面板，額外增加了空間、重量及成本。
發明內容
有鑒于上述課題，本發明提供一種液晶顯示器，可切換平面(2D)顯示模式和立體(3D)顯示模式，利用兩組背光模塊分別提供3D顯示模式和2D顯示模式時的光源。整體設計不但使顯示器兼具裸眼3D顯示模式和2D顯示模式，加設背光模塊取代傳統的視差障壁顯示面板更可達到降低成本的效益。根據本發明，提出一種液晶顯示器，包括液晶顯示模塊、第一背光模塊、偏光片、第二背光模塊和相位延遲片。第一背光模塊設置于液晶顯示模塊下方以出射光線。偏光片設置于第一背光模塊上方，光線通過偏光片后形成第一光線。第二背光模塊設置于液晶顯不模塊與第一背光模塊之間以出射第二光線。相位延遲片設置于液晶顯示模塊與第一背光模塊之間，包括多個交錯排列且偏振方向正交的第一偏振區域及第二偏振區域，其中該第二偏振區域及該第一光線的偏振方向正交。當第一背光模塊開啟時，第二背光模塊關閉，第一光線通過第二背光模塊后抵達相位延遲片，該第一光線的偏振方向與這些第一偏振區域的偏振方向平行，因而部分該第一光線得以通過這些第一偏振區域。此時液晶顯示器為立體(3D)顯示模式。當第二背光模塊開啟時，第一背光模塊關閉，第二光線通過相位延遲片的所有這些第一和第二偏振區域。此時液晶顯示器為平面(2D)顯示模式。為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖，作詳細說明如下:
圖1A繪示一種應用視差障壁裸眼3D顯示技術的顯示器示意圖，其中視差障壁置放在顯示面板的前方。圖1B繪示另一種應用視差障壁裸眼3D顯示技術的顯示器示意圖，其中視差障壁置放在顯示面板的后方。圖2繪示依照本發明實施例的液晶顯示器的示意圖。圖3繪示實施例的第二背光模塊的示意圖。圖4A繪示實施例的液晶顯示器中，第一背光模塊開啟時相位延遲片表現的示意圖。圖4B繪示實施例的液晶顯示`器中，第二背光模塊開啟時相位延遲片表現的示意圖。圖5繪示實施例的第二背光模塊的一種第二導光板的單體結構的示意圖。圖6為實施例的第二背光模塊的單體結構圖形的俯視圖。圖7為另一實施例的第二背光模塊的單體結構圖形的俯視圖。圖8繪示第二背光模塊中另一實施例的第二導光板的單體結構設計的示意圖。圖9繪示第二背光模塊中再一實施例中第二導光板的單體結構設計的示意圖。圖10為朗伯發光二極管的光源出射角度的示意圖。圖11為Η/L比值為0.1以及0.15在不同結構角度φ會導致取光角度損失的趨勢圖。圖12繪示圖5的第二背光模塊中光線在第二導光板內二次反射后仍沒有達到出射角的示意圖。附圖標記說明2:液晶顯示器IUir:顯示面板13、13’:背光模塊15、15’、30:視差障壁 302:透明區域305:黑色區域21:液晶顯示模塊23:第一背光模塊231:第一導光板
233:反射片235:增亮片24:第二背光模塊241:第二導光板241a:底表面242、245、246:第二光源26:偏光片28:相位延遲片(Pattern Retarder)282:第一偏振區域285:第二偏振區域51、53、51a-51h、51i_51m:單體結構511、551、556:底部513:開口部515、555:第一斜面516、556:第二斜面H、hl、h2:深度L:長度φ:結構角度Θ:入射角Θ r:結構反射角Θ 1:結構出射角θ0:出射角 L1:第一光線L2:第二光線
具體實施例方式以下實施例提出一種液晶顯示器，利用兩組背光模塊的設計，使其可切換平面(2D)顯示模式和裸眼立體(3D)顯示模式。相較于傳統使用兩片顯示面板來達到視差障壁顯示，實施例通過增加一組背光模塊，可達到降低成本的效益(背光模塊的成本小于顯示面板)。以下參照附圖詳細敘述本發明的實施例。需注意的是，實施例所提出的細部結構僅為舉例說明之用，并非對本發明欲保護的范圍做限制。且附圖已簡化以利清楚說明實施例的內容，附圖上的尺寸比例并非按照實際產品等比例繪制，因此并非作為限制本發明保護范圍之用。圖2繪示依照本發明實施例的液晶顯示器的示意圖。液晶顯示器2包括液晶顯不模塊21、第一背光模塊23、第二背光模塊24、偏光片26和相位延遲片(PatternRetarder) 28。第一背光模塊23設置于液晶顯示模塊21的下方，以提供液晶顯示器2在3D顯示模式下時的光源。第二背光模塊24設置在第一背光模塊23上方，位于液晶顯示模塊21與第一背光模塊23之間，以提供液晶顯不器2在2D顯不模式下時的光源。偏光片26設置在第一背光模塊23上方，當第一背光模塊23出射的光線通過該偏光片26后轉為第一光線LI，具有第一偏振方向，例如線偏振、左旋圓偏振或右旋圓偏振。其中，第一背光模塊23可利用既有背光模塊結構,可以是直下入光或側邊入光設計。第一背光模塊23例如是包括第一導光板231、側向設置的光源(未顯不)、設置于第一導光板231下方的反射片233、和設置于第一導光板231上方的多層光學片235，例如增亮片或漫射片。而設置于光學片235上方的偏光片26，其選用讓光線通過后可以改變偏振型態的單一材料或其多層材料的組合，例如一般的線偏振片(linear polarizer)、1/4波長延遲片、1/2波長延遲片、反射偏光片(例如DBEF)或其組合，使得第一背光模塊23出射的第一光線LI為偏振光。此實施例中,偏光片26具有1/4波長延遲片,使第一背光模塊23出射的第一光線LI為圓偏振光。圖3繪示實施例的第二背光模塊的示意圖。實施例中，第二背光模塊24設置于液晶顯不模塊21及第一背光模塊23之間,包括第二導光板241和第二光源242,其中第二光源242設置于該第二導光板241的側邊。第二背光模塊24所出射的第二光線L2為非偏振光。第二背光模塊24的設計必須盡可能不破壞入射的第一光線LI的偏振型態，因此第二導光板241上方及下方皆不放置既有常用的反射片或光學片，以免影響光源路徑或偏振型態而降低3D顯示效果。然而，若無反射片或光學片，則2D顯示亮度會不足，因此第二背光模塊24內的第二導光板241必須設計額外結構以控制光線出射角度，其方向盡可能與第二導光板241底面正交，以保持可接受的2D顯示亮度。如圖3所示，實施例可于第二導光板241底面設置白色網點陣列，反射第二光源242的側向入光至正向出光方向，該設計對于3D顯示效果的影響較小。相位延遲片28位于液晶顯示模塊21及第一背光模塊23之間，作為3D顯示的功能元件。如圖2所示，相位延遲片28可設置在顯示模塊21與第二背光模塊24之間，并可使用膠材貼附于顯示模塊21下方。相位延遲片28包括多個第一偏振區域282和多個第二偏振區域285交錯排列而成，這些第一偏振區域282及第二偏振區域285的偏振方向實質上正交，即其偏振方向的內積值為O。其中，這些第一偏振區域282及這些第二偏振區域285分別對應于液晶顯示模塊21的多個像素區域。實施例中，第一偏振區域282及第二偏振區域285例如是45度線偏振及135度線偏振的組合，或是左旋圓偏振及右旋圓偏振的組合，且自第一背光模塊23出射的第一光線LI,其偏振方向與第一偏振區域282或第二偏振區域285的偏振方向的其中之一實質上正交，另一則為實質上平行。另一實施例中，第一偏振區域282及第二偏振區域285也可以是無偏振型態與具有偏振型態的組合，其具有偏振型態的區域與第一光線LI的偏振方向實質上正交。如圖2所示，相位延遲片28采用的是左旋圓偏振及右旋圓偏振的組合。實施例中， 兩組背光模塊不同時開啟。圖4A繪示實施例的液晶顯示器21中于3D顯示時，第一背光模塊23開啟及第一光線LI與相位延遲片28相對關系的示意圖。請同時參照圖2和圖4A，第一光線LI為右旋偏振方向，經過第二背光模塊24后不改變其偏振型態，抵達相位延遲片28，相位延遲片28的第一偏振區域282為右旋偏振方向，而第二偏振區域285為左旋偏振方向。由于第一光線LI的偏振方向與第一偏振區域282的偏振方向平行，因而部分的第一光線LI可以通過這些第一偏振區域282而形成透明區域302，照射對應的像素區域。而第一光線LI的偏振方向與第二偏振區域285的偏振方向實質上正交,因此部分第一光線LI會被第二偏振區域285的材料吸收(一般線偏振材料)，或是反射(反射偏光膜)而形成黑色區域305，無法照射對應的像素區域。此實施例中，第一光線LI通過相位延遲片28后就如同一般視差障壁面板(Parallax Barrier) 30的效果,透明區域302及黑色區域305相間的光柵可限制左右眼可見的像素，使人眼產生立體視覺。圖4B繪示實施例的液晶顯示器2D顯示時，第二背光模塊24開啟及第二光線與相位延遲片28的相對關系示意圖。請同時參照圖2和圖4B。當第二背光模塊24開啟時，第一背光模塊31關閉。第二背光模塊24所出射的第二光線L2為非偏振光，可通過相位延遲片28的所有第一偏振區域282及第二偏振區域285，此時相位延遲片28如同一透明片32而不會產生視差障壁效果。<第二背光模塊的設計>如前所述,在兼顧3D模式下為避免破壞由第一背光模塊23方向出射的第一光線LI的偏振型態，同時于2D模式下開啟第二背光模塊24時,須將光導向正面出射并且維持效率，以下提出第二導光板241的相關設計。請參照圖5，繪示實施例的第二背光模塊的一種第二導光板的單體結構的示意圖。圖面方向為YZ軸。第二導光板241包括有多個單體結構51,分布于第二導光板241的底表面241a，如圖5所示，單體結構51例如是倒梯形。其中，單體結構51具有底部511、開口部513、及分別連接底部511與開口部513的第一斜面515和第二斜面516，第二斜面516較第一斜面515遠離第二光源242,開口部513與第二導光板241的底表面241a相接。其中，主要參數包括H、L、Cp，底部511至開口部513的垂直距離定義為該單體結構51的深度H，開口部在第二光線行進方向上具有長度L，第二斜面516的外角定義為結構角度φ。參考參數為第二光源242入射角Θ、結構反射角ΘΓ、結構出射角Θ i以及第二導光板241出射角θ0。主要是利用倒梯形的底部511以及斜邊結構(第二斜面516)讓入射光線可進行二次反射。例如，當光線進入單體結構51后于底部511和第二斜面516分別產生反射，光線經過如此的二次反射后往顯示模塊21的方向出光。利用主要設計參數的最佳化，讓出射角θο盡可能接近垂直的角度。實施例中，第二導光板241上的所有單體結構的結構角度φ可以相同或不完全相同。若光線沒有透過斜邊結構進行二次反射，多數的情況則會以平行入射角在第二導光板241內行進，直到碰撞一次設計結構進行二次反射達到近于垂直的出射角度。為了提升光線行進路徑中透過單體結構的斜面反射出光的機率，單體結構設計可透過可變的寬度W、分布密度以及分布方式來達到整體出光效率的最佳化。圖6為實施例的第二背光模塊的單體結構圖形的俯視圖。圖面方向為XY軸。單體結構51a-51h例如是于第二導光板241的底表面241a上根據與第二光源242的相應距離呈現由疏到密的分布。另外，離第二光源242越近的單體結構例如是具有越小的寬度，離第二光源242越遠的這些單體結構例如是具有越大的寬度。另外，單體結構51a-51h可于底表面241a上交錯地或是規律地排列。雖然上述是以第二背光模塊具有一個第二光源作說明，但本發明并不以此為限，光源也可以雙側邊入光。圖7為另一實施例的第二背光模塊的單體結構圖形的俯視圖。其中第二背光模塊具有兩個第二光源245、246分別設置于第二導光板241的兩側邊。單體結構511-51m于第二導光板241的底表面241a上根據與第二光源245的相應距離呈現由疏到密的分布。類似的，單體結構51r-51n于第二導光板241的底表面241a上根據與第二光源246的相應距離呈現由疏到密的分布。而離第二光源245、246越近的單體結構亦具有越小的寬度，離第二光源245、246越遠的這些單體結構具有越大的寬度。再者，第二導光板241上的所有單體結構也并非一定要完全相同的設計參數，單體結構的Η/L比值可以相同或不完全相同。如圖8所示，其繪示第二背光模塊中另一實施例的第二導光板的單體結構設計的示意圖。入光側可擷取的光線角度較大，實施例中離入光側較近的單體結構51可采用較大的Η/L比例搭配結構角度φ控制取光效率，離入光側較遠則的單體結構53采用較小的Η/L比例(L相同，Η’<Η)。或者是不同比例交叉變化來提高光源入射光角Θ較小時的光線提取率。
再者，單體結構本身亦可做變化，單體結構的斜面處可包括至少一階梯或其他階梯狀的變化，或是俯視呈圓柱體或多邊柱體，可以有助于提取較低入光角度的能量、方便調整大小與疏密程度或方便制作。如圖9所示，其繪示第二背光模塊中再一實施例中第二導光板的單體結構設計的示意圖。其中。其中單體結構55具有第一底部551、第一斜面555、第二底部556和第二斜面556。光線可以利用第一底部551和第一斜面555進行二次反射，也可以利用第二底部556和第二斜面556進行二次反射。此設計相當于一個單體結構中包括有多個單位可進行二次反射，如單體結構55中有兩個單位，第一單位具有第一底部551和第一斜面555并具有第一深度hi，而以第二底部556和第二斜面556所構成的第二單位具有第二深度h2，其中H = hl+h2。另外，單體結構51，形成方式可以是印刷、噴墨、射出、滾壓、機械加工或是激光加工等等任何方法。再者，在不影響讓入射光線可二次反射的前提下，圖中梯形轉角處可以是銳角、圓角或是導角。實施例中，單體結構51的轉角處為銳角。本領域一般技術人員當知，單體結構設計可視實際應用所需和應用條件而作參數值最合適的調整與變化，而不局限于上述提出的單體結構設計。<單體結構51的設計參數>請再參照圖5。其中，主要參數包括H、L、(p:深度H:底部511至開口部513的垂直距離長度L:開口部在光線行進方向上的長度Θ:光線的入射角結構角度φ:第二斜面516的外角參考參數為 第二光源242入射角Θ、結構反射角ΘΓ、結構出射角Θ i以及導光板出射角θ O。為使單體結構51的底部511以及斜邊結構(第二斜面516)讓入射光線可進行二次反射，以下計算令主要設計參數的最佳化，讓出射角θ O盡可能接近垂直的角度。根據計算，Φ = Θ + Θ r => Θ r = φ- θθ i = 90- Φ - θ r = > θ i = 90+ θ -2 φsin θ ^ni = sin θ 0Χη0
H0i越接近0°也就意味著θο會越接近0°。當二)的情況下光
L-ZZxcot^
能量無法通過結構出射。
H因此當~-),第二光線L2可自第二導光板241出射。
L-Hxco^假設使用光源為Lambertian (朗伯)發光二極管，圖10為Lambertian發光二極管的光源出射角度的示意圖。根據折射定律，進入第二導光板241后的入射角Θ主要在0° -42°之間。若第二導光板241材料為PMMA，折射率1.49，出射臨界角(全反射角)為42.2°。以下于0°彡Θ彡42°區間內計算Qi* Θ。。由以上數據可對單體結構做進一步的關系研究:1.結構長度L以及結構深度H的關系由于& tarf^ ^ “)的光能量無法通過結構出射，
Σ-Ηχοοψ
因此Η/L的數值越小損失的光能量就越小。但是Η/L數值過小的話每個單體結構51能夠提出的光能量也相對越低。實施例中，Η/L比值約為0.05-0.2。另一實施例中，H/L比值約為0.1-0.15，結構長度L例如約IOOum以及結構深度H例如約10 15um。2.探討結構角度φ接續第I點，在固定Η/L比例下，結構角度φ的改變也會影響
權利要求
1.一種液晶顯示器，包括: 液晶顯不|旲塊； 第一背光模塊，設置在該液晶顯示模塊的下方； 偏光片，設置在該第一背光模塊上方，該第一背光模塊透過該偏光片出射第一光線； 第二背光模塊，設置在該顯示模塊及該偏光片之間以出射第二光線，其中第一背光模塊開啟時，該第二背光模塊關閉；該第二背光模塊開啟時，該第一背光模塊關閉；以及 相位延遲片，設置于該液晶顯示模塊及該第二背光模塊之間，包括多個第一偏振區域及多個第二偏振區域，該多個第一偏振區域與該多個第二偏振區域的偏振方向正交。
2.如權利要求1所述的液晶顯示器，其中該第一光線偏振方向與該多個第二偏振區域的偏振方向正交。
3.如權利要求1所述的液晶顯示器，其中該第二光線為非偏振光。
4.如權利要求1所述的液晶顯示器，其中該偏光片包括1/4波長延遲片。
5.如權利要求4所述的液晶顯示器，其中該多個第一偏振區域的偏振方向及該多個第二偏振區域的偏振方向為正交的圓偏振。
6.如權利要求1所述的液晶顯示器，其中該多個第一偏振區域的偏振方向及該多個第二偏振區域的偏振方向為正交的線偏振。
7.如權利要求1所述的液晶顯示器，其中該相位延遲片貼附于該液晶顯示模塊，且該多個第一偏振區 域及該多個第二偏振區域分別對應于該液晶顯示模塊的多個像素區域。
8.如權利要求1所述的液晶顯示器，其中該第二背光模塊具有第二導光板和第二光源設置于該第二導光板的側邊。
9.如權利要求8所述的液晶顯示器，其中該第二背光模塊具有兩個第二光源分別設置于該第二導光板的兩側邊。
10.如權利要求8所述的液晶顯示器，其中該第二導光板包括有多個單體結構，分布于該第二導光板的底表面，該多個單體結構為倒梯形。
11.如權利要求10所述的液晶顯示器，其中每個該單體結構具有底部、開口部及分別連接該底部與該開口部的第一斜面和第二斜面，該第二斜面較該第一斜面遠離該第二光源，該開口部與該第二導光板的該底表面相接。
12.如權利要求11所述的液晶顯示器，其中該底部至該開口部的垂直距離定義為該單體結構的深度H，該開口部在該第二光線行進方向上具有長度L，該第二光線的入射光角為Θ，該第二斜面的外角定義為結構角度φ,當0 ^ tairl(ZT^^)時，該第二光線可自該第二導光板出射。
13.如權利要求12所述的液晶顯示器，其中H/L比值約為0.05-0.2。
14.如權利要求12所述的液晶顯示器，其中H/L比值約為0.1-0.15。
15.如權利要求12所述的液晶顯示器，其中該多個單體結構的H/L比值不完全相同。
16.如權利要求15所述的液晶顯示器，其中距離該第二導光板的入光側較遠的該多個單體結構具有較小的H/L比值。
17.如權利要求10所述的液晶顯示器，其中該多個單體結構于該底表面上根據與該第二光源的相應距離呈現由疏到密的分布。
18.如權利要求10所述的液晶顯示器，其中與該第二光源越近的該多個單體結構具有越小的寬度，與該第二光源越·遠的該多個單體結構具有越大的寬度。
全文摘要
本發明公開一種液晶顯示器，該液晶顯示器包括液晶顯示模塊、第一背光模塊、偏光片、第二背光模塊和相位延遲片。第一背光模塊設置于液晶顯示模塊下方以出射光線。偏光片設置于第一背光模塊上方，光線通過偏光片后形成第一光線。第二背光模塊設置于液晶顯示模塊與第一背光模塊之間以出射第二光線。相位延遲片設置于液晶顯示模塊與第一背光模塊之間，包括多個交錯排列且偏振方向正交的第一偏振區域及第二偏振區域，其中該第二偏振區域及該第一光線的偏振方向正交。
文檔編號G02B27/26GK103246108SQ20121002532
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月6日 優先權日2012年2月6日
發明者陳彥良 申請人:群康科技(深圳)有限公司, 奇美電子股份有限公司