專利名稱：顯示系統(tǒng)和光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊以及調(diào)制顯示系統(tǒng)內(nèi)的光的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一顯示系統(tǒng)，更具本的是涉及一用以轉(zhuǎn)換顯示系統(tǒng)內(nèi)光學(xué)偏振化的光學(xué)模塊。
背景技術(shù)：
圖1是表示一種公知的液晶顯示系統(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng)100包括一液晶顯示面板110及一位于液晶顯示面板110后面的背光源120。液晶顯示面板110控制背光源120所發(fā)出的入射光125的穿透與否及其穿透量。入射光125的偏振是隨機(jī)的。液晶顯示面板110包括一夾于前基板113及一后基板114之間的液晶層112。前后基板113及114是為透明基板。前基板113可以包括多個(gè)彩色濾光片。偏振片116與前基板113連接。后基板114包括多個(gè)用以施加電場給液晶112的薄膜晶體管組件(圖中未示出)。電場控制液晶112的位向，用以調(diào)節(jié)入射于液晶顯示面板110上的光，以顯示出圖像。
偏振片118與后基板114上下迭置。就系統(tǒng)100而言，入射光125必須被線性偏振化至一特定平面。偏振片118是使入射光125其特征在于一經(jīng)特定取向平面偏振的分量得以通過，而將其它未經(jīng)特定取向平面偏振的分量吸收掉。因?yàn)槠衿?18吸收部分的光，所以系統(tǒng)100的光利用率最多只達(dá)背光源120發(fā)出的入射光的大約50％。一般情況里，光利用率會因?yàn)楣獾姆稚⒍档偷降陀?0％。
有一種增加光利用率的方法是將雙折射率增強(qiáng)薄膜130連同一反射板132放置于背光源120及液晶顯示面板110之間。雙折射率增強(qiáng)薄膜130可讓入射光125的S偏振分量通過，并將P偏振分量反射至反射板132。入射光125的S偏振分量的偏振平面是垂直于偏振片118的入射平面，而入射光125的P偏振分量的偏振平面則平行于偏振片118的入射平面。
一開始，當(dāng)入射光125入射于雙折射率增強(qiáng)平面130時(shí)，入射光125的S偏振分量傳遞到液晶顯示面板110，而入射光125的P偏振分量128則反射至反射板132。反射板132是調(diào)節(jié)P偏振分量并將包括S偏振分量及P偏振分量的光線129反射至雙折射率增強(qiáng)薄膜130。反射光129的S偏振分量127再次通過雙折射率增強(qiáng)薄膜130，而P偏振分量128反射到反射板132。利用上述連續(xù)的光分解，將入射光125的P偏振分量轉(zhuǎn)換成S偏振分量并且通過雙折射率增強(qiáng)薄膜130。
該方法提高了光利用率，然而，當(dāng)P偏振分量128入射于反射板132上時(shí)，仍會有光吸收。P偏振分量的吸收可能不利于液晶顯示面板110的亮度。有一種改善液晶顯示面板110的亮度方法是通過提高流經(jīng)背光源120的電流來調(diào)整光源120的強(qiáng)度。然而，此增加顯示系統(tǒng)100的電源耗損，造成熱及電力負(fù)荷增加，而不利于背光源120的壽命。因此，需要一種轉(zhuǎn)換隨機(jī)偏振光成線性偏振光而沒有吸收損失，能改善液晶顯示系統(tǒng)亮度的系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明是提供一種轉(zhuǎn)換隨機(jī)偏振光成線性偏振光而沒有吸收損失，以改善液晶顯示系統(tǒng)亮度的系統(tǒng)及方法。根據(jù)一具體實(shí)施例，液晶顯示系統(tǒng)包括一光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊，用以將隨機(jī)偏振光轉(zhuǎn)換成線性偏振光。光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊包括偏振光束分光器，將隨機(jī)偏振光分成一第一偏振分量及一第二偏振分量。
當(dāng)光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊讓第一偏振分量通過至光調(diào)制器時(shí)，第二偏振分量被轉(zhuǎn)成類似第一偏振分量。當(dāng)光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊讓第二偏振分量通過至光調(diào)制器時(shí)，第一偏振分量被轉(zhuǎn)成類似第二偏振分量。在一些具體實(shí)施例里，光散射層是用以分散線性偏振光至光調(diào)制器。在一具體實(shí)施例里，利用相位遲延組件(retardation element)旋轉(zhuǎn)第一及第二偏振分量的偏振化角度。在一些具體實(shí)施例里，相位遲延組件可以是一四分之一相位遲延膜。在一具體實(shí)施例里，光調(diào)制器為一液晶顯示面板。


圖1是為一種公知顯示系統(tǒng)的示意圖；圖2A是為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的顯示系統(tǒng)的方塊圖；圖2B是為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的顯示系統(tǒng)的剖面圖；圖2C是為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊的示意圖；圖2D是為圖2C是為例示性光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊的剖面圖；
圖2E是為通過本發(fā)明的例示性光學(xué)轉(zhuǎn)換器的光路徑示意圖；圖3A是為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器單元結(jié)構(gòu)；及圖3B是為根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器單元結(jié)構(gòu)。
附圖符號說明液晶顯示系統(tǒng)100液晶顯示面板110液晶層112前基板113后基板114偏振片116偏振片118背光來源120輸出光125S偏振光分量127P偏振光分量128反射光129雙光度增強(qiáng)薄膜130反射板132顯示系統(tǒng)200顯示器405光偏振化轉(zhuǎn)換器412光調(diào)制器410發(fā)光源414光調(diào)制器510液晶層512前基板513后基板514偏振片516，518發(fā)光源520冷陰極熒光燈522導(dǎo)光板524
隨機(jī)偏振光525光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊610轉(zhuǎn)換器單元612透鏡620光散射層622偏振光束分光器614第一出光面614a第二出光面614b反射面616相位遲延組件618S偏振分量′S′P偏振分量′P′具體實(shí)施方式
圖2A是為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例，一種顯示系統(tǒng)200的方塊圖。顯示系統(tǒng)200包括一發(fā)光源414。在本實(shí)施例里，發(fā)光源用以產(chǎn)生隨機(jī)偏振光。然而，發(fā)光源414可以用以產(chǎn)生未經(jīng)偏振化的光。當(dāng)發(fā)光源414用以產(chǎn)生未經(jīng)偏振化的光時(shí)，一或多個(gè)偏振片可以用以將未經(jīng)偏振化的光轉(zhuǎn)換成隨機(jī)偏振光。光偏振化轉(zhuǎn)換器412連接于發(fā)光源414。光偏振化轉(zhuǎn)換器412用以將發(fā)光源414的隨機(jī)偏振光轉(zhuǎn)換成線性。光調(diào)制器410連接于光偏振化轉(zhuǎn)換器412。光調(diào)制器410用以調(diào)節(jié)線性偏振光，以在顯示器405上顯示出圖像。本實(shí)施例里，顯示器405是為一液晶顯示面板。然而，顯示器405可以是任何用以調(diào)整線性偏振光以供圖像顯示的用的顯示器。
圖2B是為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例，一種顯示系統(tǒng)200的剖面圖。顯示系統(tǒng)200包括一光調(diào)制器510。為了說明起見，光調(diào)制器510是為液晶顯示面板。然而，任何一種光調(diào)制器可以用于顯示系統(tǒng)200。顯示系統(tǒng)200還包括一位于光調(diào)制器510后面的發(fā)光源520及一位于發(fā)光源520及光調(diào)制器510之間的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊610。本實(shí)施例里，發(fā)光源520是為一側(cè)邊(側(cè)光)型背光來源，背光來源包括連接于一導(dǎo)光板524的冷陰極熒光燈522。然而，其它類型的發(fā)光源也可以使用。或者是，其它類型發(fā)光源可以取代冷陰極熒光燈522，例如發(fā)光二極管等。
在本實(shí)施例里，光調(diào)制器510包括一夾層于一前基板513及一后基板514之間的液晶層512。前后基板513及514可以由玻璃，石英，或其它適用的透明材料做成。偏振片516連接于前基板513，而其它偏振片518連接于后基板514。偏振片518使垂直入射面方向偏振的入射光分量通過，但是基本擋住所有其它入射光分量。顯示系統(tǒng)200還包括一光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊610。光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊610位于光調(diào)制器510與發(fā)光源520之間。光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊610用以轉(zhuǎn)換從發(fā)光源520輸出的隨機(jī)偏振入射光成為線性偏振光，而基本上沒有吸收損失。
圖2C是為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例，一種光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊610的立體圖。光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊610包括一位于透鏡620多組及光散射層622之間的轉(zhuǎn)換器單元612多組。根據(jù)一實(shí)施例，轉(zhuǎn)換器單元612線性平行于多組中。然而，轉(zhuǎn)換器單元612可以排成各種組合，只要使光調(diào)制器510(未示出)發(fā)光均勻。在本實(shí)施例里，透鏡620排列成多組，對應(yīng)轉(zhuǎn)換器單元612的多組。該透鏡620及轉(zhuǎn)換器單元612的多組使光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊610的厚度更薄，并且使光調(diào)制器510(圖中未示出)發(fā)光均勻。
每個(gè)轉(zhuǎn)換器單元612包括一偏振光束分光器614，一反射面616及一相位遲延組件618。反射面616可以利用任一種涂布于轉(zhuǎn)換器單元612上的反射涂層所形成。本實(shí)施例里，相位遲延組件618是為一種用以使入射光分量旋轉(zhuǎn)90度的四分之一相位遲延薄膜。偏振光束分光器614使隨機(jī)偏振光分成二個(gè)成垂直的偏振光光束。透鏡620具有一曲面，用以基本會集轉(zhuǎn)換器單元612上的隨機(jī)偏振光。透鏡620可以是平行放置成多組形式的單面彎曲透鏡，所述這些透鏡620是與偏振光束分光器614對準(zhǔn)。
圖2D是為透過前基板513所得的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊的上剖面圖，顯示相位遲延薄膜618及反射面616的平行排列情況。
圖2E是為根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例，通過光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊610的光路徑的示意圖。透鏡620的多組將隨機(jī)偏振光525從發(fā)光源520導(dǎo)引至偏振光束分光器614。來自發(fā)光源520的隨機(jī)偏振光525可以分解成S偏振分量′S′及P偏振分量′P′。P偏振分量′P′的偏振平面與S偏振分量′S′的偏振平面垂直。偏振束分光器614將S偏振分量′S′反射經(jīng)第二出光面614b至反射面616并且讓P偏振分量′P′通過第一出光面614a到相位遲延組件(薄膜)618。S偏振分量′S′由反射面616反射至光散射層622。P偏振分量′P′入射于相位遲延組件618。相位遲延組件618將P偏振分量的偏振平面旋轉(zhuǎn)90度，將其轉(zhuǎn)換成S偏振分量′S′。因此，入射于光散射層622上的光基本線性偏振化于S偏振分量的偏振平面。光散射層622是提供光調(diào)制器510均勻的光輸出。在一些具體實(shí)施例里，轉(zhuǎn)換器單元612之間的距離可以改變，以調(diào)整由光散射層622輸出光的均勻度。
圖3A是說明根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施例，一種光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊610里的轉(zhuǎn)換器單元612的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例里，相位遲延組件618放置于自反射面616至光調(diào)制器510的光路徑上，用以將S偏振分量轉(zhuǎn)換成P偏振分量。利用該結(jié)構(gòu)，光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊610提供一基本線性偏振化于P偏振分量的偏振平面的光。
圖3B是說明根據(jù)本發(fā)明又一具體實(shí)施例，一種光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊610里的轉(zhuǎn)換器單元612的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例里，相位遲延組件618放置于反射面616與偏振光束分光器614第二出光面614b之間。在該結(jié)構(gòu)里，在經(jīng)反射的分量入射于反射面616之前，相位遲延組件618將來自偏振光束分光器614的S偏振分量轉(zhuǎn)換成P偏振分量。同樣地，其它結(jié)構(gòu)也可以用于將隨機(jī)偏振光轉(zhuǎn)換成線性偏振光，而沒有任何吸收損失。因此，從發(fā)光源520發(fā)出的光量可以幾乎全部到達(dá)光調(diào)制器510(圖中未示出)。利用該結(jié)構(gòu)，光調(diào)制器510的亮度可以獲得改善，而不會增加發(fā)光源520的耗電量。
雖然本發(fā)明是已參照較佳實(shí)施例來加以描述，應(yīng)了解的是，本發(fā)明并未受限于其詳細(xì)描述內(nèi)容。替換方式及修改樣式是已于先前描述中所建議，并且其它替換方式及修改樣式將為本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所顯而易見。特別是，根據(jù)本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)，所有具有基本上相同于本發(fā)明的組件結(jié)合而達(dá)到與本發(fā)明基上相同結(jié)果者皆不脫離本發(fā)明的精神范疇。因此，所有此類替換方式及修改樣式都將落在本發(fā)明權(quán)利要求書范圍及其均等物所界定的范疇之中。
權(quán)利要求
1.一種顯示系統(tǒng)，包括一光調(diào)制器；一與光調(diào)制器連接的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊，其中光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊包括多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元，其中所述這些轉(zhuǎn)換器單元之一或多個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)偏振光束分光器，所述偏振光束分光器用以使入射光的第一偏振分量通過，并且反射入射光的第二偏振分量；至少一反射面，該反射面用以將由所述一或多個(gè)偏振光束分光器所提供的第二偏振分量反射至光調(diào)制器；及至少一相位延遲組件，該相位延遲組件用以將由所述這些偏振光束分光器其中一個(gè)或多個(gè)所提供的第一或第二偏振分量旋轉(zhuǎn)偏振。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，其特征在于至少一相位遲延組件是為四分之一相位遲延薄膜。
3.如權(quán)利要求1所述的顯系統(tǒng)，其特征在于所述這些轉(zhuǎn)換器單元線性平行放置，排列成多組形式。
4.如權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，其特征在于光調(diào)制器是為一液晶顯示面板。
5.如權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，其特征在于至少一相位遲延組件放置于第一偏振分量由偏振光束分光器輸出的出光面上。
6.如權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，其特征在于至少一相位遲延組件放置于第二偏振分量由偏振光束分光器輸出的出光面上。
7.如權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，其特征在于至少一相位遲延組件放置于自反射面至光調(diào)制器的光路徑上。
8.如權(quán)利要求所述1的顯示系統(tǒng)，其特征在于至少一相位遲延組件放置于該反射面及該一或多個(gè)偏振光束分光器之間。
9.如權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，其特征在于還包括一發(fā)光源，該發(fā)光源連接于光學(xué)轉(zhuǎn)換器并用以產(chǎn)生入射光。
10.如權(quán)利要求9所述的顯示系統(tǒng)，其特征在于發(fā)光源是為一背光單元。
11.如權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，其特征在于光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊還包括多個(gè)透鏡，連接于多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元并且用以會集入射光于一或多個(gè)偏振光束分光器。
12.如權(quán)利要求11所述的顯示系統(tǒng)，其特征在于所述這些透鏡彼此線性平行，排列成多組形式。
13.如權(quán)利要求1所述的顯示系統(tǒng)，其特征在于光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊還包括至少一光散射層，該光散射層連接于多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元，并且用以將來自多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元的光分散于光調(diào)制器。
14.一種用于顯示系統(tǒng)的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊，包括多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元，其中所述這些轉(zhuǎn)換器其中一個(gè)或多個(gè)包括一或多個(gè)偏振光束分光器，該偏振光束分光器用以使入射光的第一偏振分量，并反射入射光的第二偏振分量；至少一反射面，該反射面用以導(dǎo)引由該一或多個(gè)偏振光束分光器所提供的第二偏振分量；及至少一相位遲延組件，該相位遲延組件用以將由所述這些偏振光束分光器其中一個(gè)或多個(gè)所提供的第一或第二偏振分量旋轉(zhuǎn)偏振。
15.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于至少一相位遲延組件是為四分之一相位遲延薄膜。
16.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于所述這些轉(zhuǎn)換器單元線性平行放置，排列成多組形式。
17.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于至少一相位遲延組件放置于第一偏振分量由偏振光束分光器輸出的出光面。
18.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于至少一相位遲延組件放置于第二偏振分量由偏振光束分光器輸出的出光面。
19.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于至少一相位遲延組件放置于自反射面所輸出的光路徑上。
20.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于至少一相位遲延組件放置于該反射面及所述一個(gè)或多個(gè)偏振光束分光器之間。
21.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊，還包括多個(gè)透鏡，所述多個(gè)透鏡連接多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元并用以會聚入射光于一或多個(gè)偏振光束分光器。
22.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于還包括至少一光散射層，該光散射層連接于多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元并且用以分散從多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元輸出的光。
23.一種調(diào)節(jié)顯示系統(tǒng)內(nèi)的光的方法，包括接收輸入的隨機(jī)偏振光；使隨機(jī)偏振光的第一分量通過；將隨機(jī)偏振光的第二分量旋轉(zhuǎn)其偏振；及將隨機(jī)偏振光的第一及第二分量導(dǎo)至一顯示面板。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于將隨機(jī)偏振光的第二分量的偏振旋轉(zhuǎn)為與隨機(jī)偏振光的第一分量基本相同。
全文摘要
一種顯示系統(tǒng)和光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊以及調(diào)制顯示系統(tǒng)內(nèi)的光的方法。其中顯示系統(tǒng)，包括一光調(diào)制器；一與光調(diào)制器連接的光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊，其中光學(xué)轉(zhuǎn)換模塊包括多個(gè)轉(zhuǎn)換器單元，其中所述這些轉(zhuǎn)換器單元之一或多個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)偏振光束分光器，所述偏振光束分用以使入射光的第一偏振分量通過，并且反射入射光的第二偏振分量；至少一反射面，該反射面用以將由所述一或多個(gè)偏振光束分光器所提供的第二偏振分量反射至光調(diào)制器；及至少一相位延遲組件，延遲組件用以將由所述這些偏振光束分光器其中一個(gè)或多個(gè)所提供的第一或第二偏振分量旋轉(zhuǎn)偏振。該系統(tǒng)把隨機(jī)偏振光轉(zhuǎn)換成線性光而沒有吸收損失以改善液晶顯示。
文檔編號G02F1/1335GK1591120SQ20041008337
公開日2005年3月9日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者吳孟齋, 游川倍 申請人:友達(dá)光電股份有限公司