专利名称：液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示器，且特别是涉及一种可切换平面(2D)显示模式和立体(3D)显示模式的液晶显示器。
背景技术：
显示器如液晶显示器(Liquid Crystal Display Device, IXD)为了因应3D模式显示而开发了各式的技术产品。目前成熟的主流3D LCD产品中，多数都是需要配备眼镜的方式来观看3D，欠缺便利性，因此相关业者渐渐朝向裸眼3D立体显示技术发展。裸眼3D显示器所使用技术，大致可分为两类，一是视差障壁式(ParallaxBarrier)裸眼3D显示技术,另一个为柱状透镜式(Lenticular Lens)裸眼3D显示技术。以下简单说明视差障壁式裸眼3D显示技术。「视差障壁」(Parallax Barrier)显示技术主要是利用光线遮蔽原理，将含有交错排列的左右眼影像透过一整排细微的狭缝(Slits)所组成的「视差障壁」，人眼透过狭缝所观看的影像将是分离后的左眼或右眼影像，如此将可产生立体视觉。图1A绘示一种应用视差障壁裸眼3D显示技术的显示器示意图，其中视差障壁15置放在显示面板11的前方，位于人眼和显示面板11之间。背光模块13虽然发出光源，但透过视差障壁15上黑色与透明相间的光栅可限制左右眼视觉透过光栅后可见的像素，在对位设计精准的情况下，左右眼分别看到的会是奇数像素以及偶数像素，接着只要搭配在显示面板11于奇数像素与偶数像素显示不同画面，就可以让左右眼看到不同的画面，进而产生画面有景深的视觉，呈现立体显示。
图1B绘示另一种应用视差障壁裸眼3D显示技术的显示器示意图，其中视差障壁15’置放在显示面板11’的后方，位于背光模块13’和显示面板11’之间。视差障壁15’上黑色与透明相间的光栅可遮住自背光模块13’发出的部分光源，光线只能穿过光栅上的透明处。透过视差障壁15’上的光栅同样可限制左右眼视觉透过光栅后可见的像素。—般裸眼3D显不器IXD显不器也必须具备2D/3D显不功能切换。为了使显不器在2D和3D的模式之间切换，如图1A、图1B所示的视差障壁15、15’上的光栅图案必须消失，常见的做法就是使用一片LCD显示面板来达到视差障壁15、15’的光栅图案，换句话说，这样的3D LCD显示器是存在2片LCD显示面板，额外增加了空间、重量及成本。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明提供一种液晶显示器，可切换平面(2D)显示模式和立体(3D)显示模式，利用两组背光模块分别提供3D显示模式和2D显示模式时的光源。整体设计不但使显示器兼具裸眼3D显示模式和2D显示模式，加设背光模块取代传统的视差障壁显示面板更可达到降低成本的效益。根据本发明，提出一种液晶显示器，包括液晶显示模块、第一背光模块、偏光片、第二背光模块和相位延迟片。第一背光模块设置于液晶显示模块下方以出射光线。偏光片设置于第一背光模块上方，光线通过偏光片后形成第一光线。第二背光模块设置于液晶显不模块与第一背光模块之间以出射第二光线。相位延迟片设置于液晶显示模块与第一背光模块之间，包括多个交错排列且偏振方向正交的第一偏振区域及第二偏振区域，其中该第二偏振区域及该第一光线的偏振方向正交。当第一背光模块开启时，第二背光模块关闭，第一光线通过第二背光模块后抵达相位延迟片，该第一光线的偏振方向与这些第一偏振区域的偏振方向平行，因而部分该第一光线得以通过这些第一偏振区域。此时液晶显示器为立体(3D)显示模式。当第二背光模块开启时，第一背光模块关闭，第二光线通过相位延迟片的所有这些第一和第二偏振区域。此时液晶显示器为平面(2D)显示模式。为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下:
图1A绘示一种应用视差障壁裸眼3D显示技术的显示器示意图，其中视差障壁置放在显示面板的前方。图1B绘示另一种应用视差障壁裸眼3D显示技术的显示器示意图，其中视差障壁置放在显示面板的后方。图2绘示依照本发明实施例的液晶显示器的示意图。图3绘示实施例的第二背光模块的示意图。图4A绘示实施例的液晶显示器中，第一背光模块开启时相位延迟片表现的示意图。图4B绘示实施例的液晶显示`器中，第二背光模块开启时相位延迟片表现的示意图。图5绘示实施例的第二背光模块的一种第二导光板的单体结构的示意图。图6为实施例的第二背光模块的单体结构图形的俯视图。图7为另一实施例的第二背光模块的单体结构图形的俯视图。图8绘示第二背光模块中另一实施例的第二导光板的单体结构设计的示意图。图9绘示第二背光模块中再一实施例中第二导光板的单体结构设计的示意图。图10为朗伯发光二极管的光源出射角度的示意图。图11为Η/L比值为0.1以及0.15在不同结构角度φ会导致取光角度损失的趋势图。图12绘示图5的第二背光模块中光线在第二导光板内二次反射后仍没有达到出射角的示意图。附图标记说明2:液晶显示器IUir:显示面板13、13’:背光模块15、15’、30:视差障壁 302:透明区域305:黑色区域21:液晶显示模块23:第一背光模块231:第一导光板
233:反射片235:增亮片24:第二背光模块241:第二导光板241a:底表面242、245、246:第二光源26:偏光片28:相位延迟片(Pattern Retarder)282:第一偏振区域285:第二偏振区域51、53、51a-51h、51i_51m:单体结构511、551、556:底部513:开口部515、555:第一斜面516、556:第二斜面H、hl、h2:深度L:长度φ:结构角度Θ:入射角Θ r:结构反射角Θ 1:结构出射角θ0:出射角 L1:第一光线L2:第二光线
具体实施例方式以下实施例提出一种液晶显示器，利用两组背光模块的设计，使其可切换平面(2D)显示模式和裸眼立体(3D)显示模式。相较于传统使用两片显示面板来达到视差障壁显示，实施例通过增加一组背光模块，可达到降低成本的效益(背光模块的成本小于显示面板)。以下参照附图详细叙述本发明的实施例。需注意的是，实施例所提出的细部结构仅为举例说明之用，并非对本发明欲保护的范围做限制。且附图已简化以利清楚说明实施例的内容，附图上的尺寸比例并非按照实际产品等比例绘制，因此并非作为限制本发明保护范围之用。图2绘示依照本发明实施例的液晶显示器的示意图。液晶显示器2包括液晶显不模块21、第一背光模块23、第二背光模块24、偏光片26和相位延迟片(PatternRetarder) 28。第一背光模块23设置于液晶显示模块21的下方，以提供液晶显示器2在3D显示模式下时的光源。第二背光模块24设置在第一背光模块23上方，位于液晶显示模块21与第一背光模块23之间，以提供液晶显不器2在2D显不模式下时的光源。偏光片26设置在第一背光模块23上方，当第一背光模块23出射的光线通过该偏光片26后转为第一光线LI，具有第一偏振方向，例如线偏振、左旋圆偏振或右旋圆偏振。其中，第一背光模块23可利用既有背光模块结构,可以是直下入光或侧边入光设计。第一背光模块23例如是包括第一导光板231、侧向设置的光源(未显不)、设置于第一导光板231下方的反射片233、和设置于第一导光板231上方的多层光学片235，例如增亮片或漫射片。而设置于光学片235上方的偏光片26，其选用让光线通过后可以改变偏振型态的单一材料或其多层材料的组合，例如一般的线偏振片(linear polarizer)、1/4波长延迟片、1/2波长延迟片、反射偏光片(例如DBEF)或其组合，使得第一背光模块23出射的第一光线LI为偏振光。此实施例中,偏光片26具有1/4波长延迟片,使第一背光模块23出射的第一光线LI为圆偏振光。图3绘示实施例的第二背光模块的示意图。实施例中，第二背光模块24设置于液晶显不模块21及第一背光模块23之间,包括第二导光板241和第二光源242,其中第二光源242设置于该第二导光板241的侧边。第二背光模块24所出射的第二光线L2为非偏振光。第二背光模块24的设计必须尽可能不破坏入射的第一光线LI的偏振型态，因此第二导光板241上方及下方皆不放置既有常用的反射片或光学片，以免影响光源路径或偏振型态而降低3D显示效果。然而，若无反射片或光学片，则2D显示亮度会不足，因此第二背光模块24内的第二导光板241必须设计额外结构以控制光线出射角度，其方向尽可能与第二导光板241底面正交，以保持可接受的2D显示亮度。如图3所示，实施例可于第二导光板241底面设置白色网点阵列，反射第二光源242的侧向入光至正向出光方向，该设计对于3D显示效果的影响较小。相位延迟片28位于液晶显示模块21及第一背光模块23之间，作为3D显示的功能元件。如图2所示，相位延迟片28可设置在显示模块21与第二背光模块24之间，并可使用胶材贴附于显示模块21下方。相位延迟片28包括多个第一偏振区域282和多个第二偏振区域285交错排列而成，这些第一偏振区域282及第二偏振区域285的偏振方向实质上正交，即其偏振方向的内积值为O。其中，这些第一偏振区域282及这些第二偏振区域285分别对应于液晶显示模块21的多个像素区域。实施例中，第一偏振区域282及第二偏振区域285例如是45度线偏振及135度线偏振的组合，或是左旋圆偏振及右旋圆偏振的组合，且自第一背光模块23出射的第一光线LI,其偏振方向与第一偏振区域282或第二偏振区域285的偏振方向的其中之一实质上正交，另一则为实质上平行。另一实施例中，第一偏振区域282及第二偏振区域285也可以是无偏振型态与具有偏振型态的组合，其具有偏振型态的区域与第一光线LI的偏振方向实质上正交。如图2所示，相位延迟片28采用的是左旋圆偏振及右旋圆偏振的组合。实施例中， 两组背光模块不同时开启。图4A绘示实施例的液晶显示器21中于3D显示时，第一背光模块23开启及第一光线LI与相位延迟片28相对关系的示意图。请同时参照图2和图4A，第一光线LI为右旋偏振方向，经过第二背光模块24后不改变其偏振型态，抵达相位延迟片28，相位延迟片28的第一偏振区域282为右旋偏振方向，而第二偏振区域285为左旋偏振方向。由于第一光线LI的偏振方向与第一偏振区域282的偏振方向平行，因而部分的第一光线LI可以通过这些第一偏振区域282而形成透明区域302，照射对应的像素区域。而第一光线LI的偏振方向与第二偏振区域285的偏振方向实质上正交,因此部分第一光线LI会被第二偏振区域285的材料吸收(一般线偏振材料)，或是反射(反射偏光膜)而形成黑色区域305，无法照射对应的像素区域。此实施例中，第一光线LI通过相位延迟片28后就如同一般视差障壁面板(Parallax Barrier) 30的效果,透明区域302及黑色区域305相间的光栅可限制左右眼可见的像素，使人眼产生立体视觉。图4B绘示实施例的液晶显示器2D显示时，第二背光模块24开启及第二光线与相位延迟片28的相对关系示意图。请同时参照图2和图4B。当第二背光模块24开启时，第一背光模块31关闭。第二背光模块24所出射的第二光线L2为非偏振光，可通过相位延迟片28的所有第一偏振区域282及第二偏振区域285，此时相位延迟片28如同一透明片32而不会产生视差障壁效果。<第二背光模块的设计>如前所述,在兼顾3D模式下为避免破坏由第一背光模块23方向出射的第一光线LI的偏振型态，同时于2D模式下开启第二背光模块24时,须将光导向正面出射并且维持效率，以下提出第二导光板241的相关设计。请参照图5，绘示实施例的第二背光模块的一种第二导光板的单体结构的示意图。图面方向为YZ轴。第二导光板241包括有多个单体结构51,分布于第二导光板241的底表面241a，如图5所示，单体结构51例如是倒梯形。其中，单体结构51具有底部511、开口部513、及分别连接底部511与开口部513的第一斜面515和第二斜面516，第二斜面516较第一斜面515远离第二光源242,开口部513与第二导光板241的底表面241a相接。其中，主要参数包括H、L、Cp，底部511至开口部513的垂直距离定义为该单体结构51的深度H，开口部在第二光线行进方向上具有长度L，第二斜面516的外角定义为结构角度φ。参考参数为第二光源242入射角Θ、结构反射角ΘΓ、结构出射角Θ i以及第二导光板241出射角θ0。主要是利用倒梯形的底部511以及斜边结构(第二斜面516)让入射光线可进行二次反射。例如，当光线进入单体结构51后于底部511和第二斜面516分别产生反射，光线经过如此的二次反射后往显示模块21的方向出光。利用主要设计参数的最佳化，让出射角θο尽可能接近垂直的角度。实施例中，第二导光板241上的所有单体结构的结构角度φ可以相同或不完全相同。若光线没有透过斜边结构进行二次反射，多数的情况则会以平行入射角在第二导光板241内行进，直到碰撞一次设计结构进行二次反射达到近于垂直的出射角度。为了提升光线行进路径中透过单体结构的斜面反射出光的机率，单体结构设计可透过可变的宽度W、分布密度以及分布方式来达到整体出光效率的最佳化。图6为实施例的第二背光模块的单体结构图形的俯视图。图面方向为XY轴。单体结构51a-51h例如是于第二导光板241的底表面241a上根据与第二光源242的相应距离呈现由疏到密的分布。另外，离第二光源242越近的单体结构例如是具有越小的宽度，离第二光源242越远的这些单体结构例如是具有越大的宽度。另外，单体结构51a-51h可于底表面241a上交错地或是规律地排列。虽然上述是以第二背光模块具有一个第二光源作说明，但本发明并不以此为限，光源也可以双侧边入光。图7为另一实施例的第二背光模块的单体结构图形的俯视图。其中第二背光模块具有两个第二光源245、246分别设置于第二导光板241的两侧边。单体结构511-51m于第二导光板241的底表面241a上根据与第二光源245的相应距离呈现由疏到密的分布。类似的，单体结构51r-51n于第二导光板241的底表面241a上根据与第二光源246的相应距离呈现由疏到密的分布。而离第二光源245、246越近的单体结构亦具有越小的宽度，离第二光源245、246越远的这些单体结构具有越大的宽度。再者，第二导光板241上的所有单体结构也并非一定要完全相同的设计参数，单体结构的Η/L比值可以相同或不完全相同。如图8所示，其绘示第二背光模块中另一实施例的第二导光板的单体结构设计的示意图。入光侧可撷取的光线角度较大，实施例中离入光侧较近的单体结构51可采用较大的Η/L比例搭配结构角度φ控制取光效率，离入光侧较远则的单体结构53采用较小的Η/L比例(L相同，Η’<Η)。或者是不同比例交叉变化来提高光源入射光角Θ较小时的光线提取率。
再者，单体结构本身亦可做变化，单体结构的斜面处可包括至少一阶梯或其他阶梯状的变化，或是俯视呈圆柱体或多边柱体，可以有助于提取较低入光角度的能量、方便调整大小与疏密程度或方便制作。如图9所示，其绘示第二背光模块中再一实施例中第二导光板的单体结构设计的示意图。其中。其中单体结构55具有第一底部551、第一斜面555、第二底部556和第二斜面556。光线可以利用第一底部551和第一斜面555进行二次反射，也可以利用第二底部556和第二斜面556进行二次反射。此设计相当于一个单体结构中包括有多个单位可进行二次反射，如单体结构55中有两个单位，第一单位具有第一底部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所构成的第二单位具有第二深度h2，其中H = hl+h2。另外，单体结构51，形成方式可以是印刷、喷墨、射出、滚压、机械加工或是激光加工等等任何方法。再者，在不影响让入射光线可二次反射的前提下，图中梯形转角处可以是锐角、圆角或是导角。实施例中，单体结构51的转角处为锐角。本领域一般技术人员当知，单体结构设计可视实际应用所需和应用条件而作参数值最合适的调整与变化，而不局限于上述提出的单体结构设计。<单体结构51的设计参数>请再参照图5。其中，主要参数包括H、L、(p:深度H:底部511至开口部513的垂直距离长度L:开口部在光线行进方向上的长度Θ:光线的入射角结构角度φ:第二斜面516的外角参考参数为 第二光源242入射角Θ、结构反射角ΘΓ、结构出射角Θ i以及导光板出射角θ O。为使单体结构51的底部511以及斜边结构(第二斜面516)让入射光线可进行二次反射，以下计算令主要设计参数的最佳化，让出射角θ O尽可能接近垂直的角度。根据计算，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°也就意味着θο会越接近0°。当二)的情况下光
L-ZZxcot^
能量无法通过结构出射。
H因此当~-),第二光线L2可自第二导光板241出射。
L-Hxco^假设使用光源为Lambertian (朗伯)发光二极管，图10为Lambertian发光二极管的光源出射角度的示意图。根据折射定律，进入第二导光板241后的入射角Θ主要在0° -42°之间。若第二导光板241材料为PMMA，折射率1.49，出射临界角(全反射角)为42.2°。以下于0°彡Θ彡42°区间内计算Qi* Θ。。由以上数据可对单体结构做进一步的关系研究:1.结构长度L以及结构深度H的关系由于& tarf^ ^ “)的光能量无法通过结构出射，
Σ-Ηχοοψ
因此Η/L的数值越小损失的光能量就越小。但是Η/L数值过小的话每个单体结构51能够提出的光能量也相对越低。实施例中，Η/L比值约为0.05-0.2。另一实施例中，H/L比值约为0.1-0.15，结构长度L例如约IOOum以及结构深度H例如约10 15um。2.探讨结构角度φ接续第I点，在固定Η/L比例下，结构角度φ的改变也会影响
权利要求
1.一种液晶显示器，包括: 液晶显不|旲块； 第一背光模块，设置在该液晶显示模块的下方； 偏光片，设置在该第一背光模块上方，该第一背光模块透过该偏光片出射第一光线； 第二背光模块，设置在该显示模块及该偏光片之间以出射第二光线，其中第一背光模块开启时，该第二背光模块关闭；该第二背光模块开启时，该第一背光模块关闭；以及 相位延迟片，设置于该液晶显示模块及该第二背光模块之间，包括多个第一偏振区域及多个第二偏振区域，该多个第一偏振区域与该多个第二偏振区域的偏振方向正交。
2.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该第一光线偏振方向与该多个第二偏振区域的偏振方向正交。
3.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该第二光线为非偏振光。
4.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该偏光片包括1/4波长延迟片。
5.如权利要求4所述的液晶显示器，其中该多个第一偏振区域的偏振方向及该多个第二偏振区域的偏振方向为正交的圆偏振。
6.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该多个第一偏振区域的偏振方向及该多个第二偏振区域的偏振方向为正交的线偏振。
7.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该相位延迟片贴附于该液晶显示模块，且该多个第一偏振区 域及该多个第二偏振区域分别对应于该液晶显示模块的多个像素区域。
8.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该第二背光模块具有第二导光板和第二光源设置于该第二导光板的侧边。
9.如权利要求8所述的液晶显示器，其中该第二背光模块具有两个第二光源分别设置于该第二导光板的两侧边。
10.如权利要求8所述的液晶显示器，其中该第二导光板包括有多个单体结构，分布于该第二导光板的底表面，该多个单体结构为倒梯形。
11.如权利要求10所述的液晶显示器，其中每个该单体结构具有底部、开口部及分别连接该底部与该开口部的第一斜面和第二斜面，该第二斜面较该第一斜面远离该第二光源，该开口部与该第二导光板的该底表面相接。
12.如权利要求11所述的液晶显示器，其中该底部至该开口部的垂直距离定义为该单体结构的深度H，该开口部在该第二光线行进方向上具有长度L，该第二光线的入射光角为Θ，该第二斜面的外角定义为结构角度φ,当0 ^ tairl(ZT^^)时，该第二光线可自该第二导光板出射。
13.如权利要求12所述的液晶显示器，其中H/L比值约为0.05-0.2。
14.如权利要求12所述的液晶显示器，其中H/L比值约为0.1-0.15。
15.如权利要求12所述的液晶显示器，其中该多个单体结构的H/L比值不完全相同。
16.如权利要求15所述的液晶显示器，其中距离该第二导光板的入光侧较远的该多个单体结构具有较小的H/L比值。
17.如权利要求10所述的液晶显示器，其中该多个单体结构于该底表面上根据与该第二光源的相应距离呈现由疏到密的分布。
18.如权利要求10所述的液晶显示器，其中与该第二光源越近的该多个单体结构具有越小的宽度，与该第二光源越·远的该多个单体结构具有越大的宽度。
全文摘要
本发明公开一种液晶显示器，该液晶显示器包括液晶显示模块、第一背光模块、偏光片、第二背光模块和相位延迟片。第一背光模块设置于液晶显示模块下方以出射光线。偏光片设置于第一背光模块上方，光线通过偏光片后形成第一光线。第二背光模块设置于液晶显示模块与第一背光模块之间以出射第二光线。相位延迟片设置于液晶显示模块与第一背光模块之间，包括多个交错排列且偏振方向正交的第一偏振区域及第二偏振区域，其中该第二偏振区域及该第一光线的偏振方向正交。
文档编号G02B27/26GK103246108SQ20121002532
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月6日 优先权日2012年2月6日
发明者陈彦良 申请人:群康科技(深圳)有限公司, 奇美电子股份有限公司