CN107315300A - 显示面板及应用的显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种显示面板及应用的显示装置，所述显示面板，包括：一第一基板；一第二基板；液晶层，设置于第一基板与第二基板之间；影像感测模块，配置于第二基板；以及驱动模块，配置于第二基板，用以驱动均匀分布于液晶层中的液晶；其中影像感测模块与第一基板间的区域的液晶透过第一基板与第二基板之间垂直电场的改变形成液晶透镜，影像感测模块用以接收液晶透镜聚焦后的影像光线。本发明将位于液晶面板内部影像感测模块面向第一基板的一侧的液晶变更为液晶透镜，让液晶透镜与影像感测模块加以结合来达成可调变焦距的效果。

Description

显示面板及应用的显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示面板及应用的显示装置，特别是涉及一种不受景深影响、具有可调变焦距的显示面板及应用的显示装置。

背景技术

景深(Depth of field)是指影像感测装置对焦点前后相对清晰的成像范围。在光学中，尤其是录像或是摄影，是一个描述在空间中，可以清楚成像的距离范围。一般透镜只能够将光聚到某一固定的距离，远离此点则会逐渐模糊，但是在某一段特定的距离内，影像模糊的程度是肉眼无法察觉的，这段距离称为景深。若要移除景深的限制，影像感测组件就需要具备可调变焦距的功能。

现有的液晶显示面板工艺领域，有人将影像感测模块(image sensor)与显示面板结合组成多功能显示器，达到可兼具影像扫瞄与显示的目的，影像扫瞄功能如电脑相机、电脑眼等，作为一种视频输入设备被广泛的运用于视频会议、远程医疗及实时监控等方面。近年来，随着互联网技术的发展，网络速度的不断提高，再加上感光成像器件技术的成熟并大量用于视频输入设备的制造上，通信双方彼此可以通过视频输入设备在网络进行有影像、有声音的交谈和沟通，另外，人们还可以将其用于当前各种流行的数码影像、影音处理，在人们的生活和工作中发挥越来越重要的作用。然而所使用的影像感测模块有一固定的焦距范围，所以其成像效果会受到景深的影响而表现不佳。

此外传统的玻璃或是塑料透镜也只有单一焦距，并无调变焦距的功能。若要改为变焦镜群组，顾名思义需要两片以上传统透镜组合，并且搭配音圈马达或是压电致动器，使镜群组中的透镜相对距离改变，以调变镜群组等效的焦距，然而音圈马达本身的体积使得传统自动对焦模块会有体积过大的困扰，造成应用上的困难。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种显示面板及应用的显示装置，特别是涉及一种不受景深影响、具有可调变焦距的显示面板及应用的显示装置，使其符合目前多数装置轻薄短小的特征，大幅提升其使用性。

本发明解决其技术问题是利用液晶材料的双折射的特性及液晶分子随电场方向排列的特性，等效为渐变折射率(GRIN)的特殊光学透镜，再加以调变不同驱动电压大小，进而改变液晶透镜的等效折射率。此折射率可产生焦距随着驱动电压大小不同而有所变化，达到变焦的效果，非常适合制成新型可调变焦距的透镜模块。

因此应用新型技术的液晶透镜在自动对焦的技术上，可轻松解决对焦模块体积的问题，而且薄膜晶体管液晶面板内部原本就包含有液晶，加上液晶透镜的制程简易，主要体积完全来自玻璃的厚度，毋须预留透镜的移动行程即可达成自动对焦的效果，因此结合液晶透镜来调变影像感测器的焦距亦可解决现有技术的问题。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

本发明提供了一种显示面板，包括：一第一基板；一第二基板；液晶层，设置于所述第一基板与所述第二基板之间，所述液晶层包含有均匀分布的液晶；影像感测模块，配置于所述第二基板面向所述第一基板的一侧；以及驱动模块(如主动开关阵列模块)，配置于所述第二基板面向所述第一基板的一侧，用以驱动均匀分布于液晶层中的液晶；其中，所述影像感测模块与所述第一基板间的区域有所述液晶，所述第一基板与所述第二基板之间形成有垂直电场，所述垂直电场驱动所述液晶形成液晶透镜，所述影像感测模块用以接收所述液晶透镜聚焦后的影像光线，所述液晶透镜用以调变所述影像感测模块的焦距。

在本发明的一实施例中，所述影像感测模块与所述驱动模块(如主动开关阵列模块)平行设置。

在本发明的一实施例中，所述影像感测模块包含光传感器。

在本发明的一实施例中，所述光传感器为光二极管或光敏晶体管。

在本发明的一实施例中，所述光传感器材质为能隙小于1.12eV窄禁带的有机或无机材料，例如非晶硅、微晶硅、多晶硅或是碲镉汞的半导体材料。

在本发明的一实施例中，所述第一基板与所述液晶透镜之间还设置有一不透光区，所述不透光区所使用的材质有效阻挡可见光的穿透，仅容许红外光波段穿越。

在本发明的一实施例中，所述第一基板面向所述第二基板的一侧对应于所述液晶透镜系的位置还设置有用来驱动液晶转动的驱动电极，所述驱动电极用以驱动所述第一基板与所述第二基板之间垂直电场改变。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

本发明的另一目的一种影像感测显示装置，包括：直下式或侧光式的背光模块；控制部件；还包括所述的显示面板。

经过本发明的改进之后，在TFT液晶显示面板将位于所述薄膜晶体管液晶面板内部影像感测模块面向第一基板的一侧的液晶变更为液晶透镜，让液晶透镜与影像感测模块加以结合来达成可调变焦聚的效果，让物体成像不受景深所限制，有效克服了前述的装置应用问题，进一步而言，此一装置可用来实现影像辨识与静脉感测的功能。

附图说明

图1A是本发明一实施例可调变焦距的显示面板的示意图。

图1B是本发明一实施例影像感测转换为电讯号的路径示意图。

图1C是本发明另一实施例影像感测转换为电讯号的路径示意图。

图2A是本发明另一实施例可调变焦距的显示面板的示意图。

图2B是本发明另一实施例影像感测转换为电讯号的路径示意图。

图2C是本发明又一实施例影像感测转换为电讯号的路径示意图。

图3A是本发明又一实施例可调变焦距的显示面板的示意图。

图3B是本发明又一实施例影像感测转换为电讯号的路径示意图。

图3C是本发明又一实施例影像感测转换为电讯号的路径示意图。

具体实施方式

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的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」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明及理解本发明，而非用以限制本发明。

附图和说明被认为在本质上是示出性的，而不是限制性的。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。另外，为了理解和便于描述，附图中示出的每个组件的尺寸和厚度是任意示出的，但是本发明不限于此。

在附图中，为了清晰起见，夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。在附图中，为了理解和便于描述，夸大了一些层和区域的厚度。将理解的是，当例如层、膜、区域或基底的组件被称作“在”另一组件“上”时，所述组件可以直接在所述另一组件上，或者也可以存在中间组件。

另外，在说明书中，除非明确地描述为相反的，否则词语“包括”将被理解为意指包括所述组件，但是不排除任何其它组件。此外，在说明书中，“在......上”意指位于目标组件上方或者下方，而不意指必须位于基于重力方向的顶部上。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种显示面板及应用的显示装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)为施加一电场于两片玻璃基板之间的液晶，以显示数字或影像。其中液晶由介于液体与固体之间的物质所组成。画面则通过控制液晶显示面板的光线传送来形成。其中液晶均匀地设置于液晶显示面板中。

图1A为本发明一实施例可调变焦距的显示面板的示意图。请参照图1A，在本发明的一实施例中，所述显示面板，包括：一第一基板1；一第二基板2；液晶层3，设置于第一基板1与第二基板2之间，所述液晶层3包含有均匀分布的液晶31；影像感测模块22，配置于所述第二基板2面向第一基板1的一侧；以及主动开关阵列模块21，配置于所述第二基板2面向第一基板1的一侧，用以驱动均匀分布于液晶层3中的液晶31；其中所述影像感测模块22与第一基板1间的区域的液晶31透过所述第一基板与第二基板之间垂直电场的改变形成液晶透镜，所述影像感测模块22用以接收该液晶透镜聚焦后的影像光线。

于上述的实施例中，所述影像感测模块22与主动开关阵列模块21平行设置，且均匀分布于液晶层3中的液晶31对应于所述影像感测模块22的位置依其型态形成液晶31透镜，在本发明的一实施例中，所述第一基板1面向第二基板2的一侧对应于所述液晶31透镜的位置还设置有用来驱动液晶31转动的驱动电极，所述驱动电极用以驱动所述第一基板1与第二基板2之间垂直电场改变。透过液晶透镜经驱动电极电场改变所形成的不同角度的透镜折射效果，可将调变焦距的影像光线聚焦到所述影像感测模块22。

并且，在第一基板1面向第二基板2的一侧中央具有用来显示影像的透光区12，在其两侧则是一不透光区11，不透光区11所使用的材质仅容许特定波段的光线(如红外光波段)穿越。例如，在一实施例中，所述第一基板1与所述液晶31透镜之间还设置有一不透光区11，其所使用的材质有效阻挡可见光的穿透，仅容许红外光波段穿越。

在前述的待解决问题曾提及单一光学组件仅有单一焦距，因此其物体成像的效果会受到景深的影响。为了克服此一缺陷，本发明在不透光区11的下方利用电场控制液晶31变换角度，并利用液晶31的型态与特性形成可折射光线的液晶透镜，与位于其面向第二基板2的一侧的影像感测模块22结合成一种可调变焦聚的影像感测单元，如此便可改善成像质量而不受景深的限制。

本实施例的液晶31透镜可随原有显示面板的制程一起制作，不需要额外增加复杂的制程步骤或是额外增加体积，毋须预留透镜的移动行程即可达成自动对焦的效果，因此结合液晶31透镜来调变影像感测器的焦距亦可有效解决本发明所要克服的景深问题。

亦即，本发明可调变焦距的显示面板内部包含有第一基板1、第二基板2、主动开关阵列模块21与影像感测模块22。为了便于解释，在图1A中仅示出了单一薄膜晶体管模块21与单一影像感测模块22，但此并非限定主动开关阵列模块21与一个影像感测模块22仅能个别拥有单一组件。

进一步请继续参阅图1B，图1B为本发明一实施例影像感测转换为电讯号的路径示意图。图1B的影像感测显示面板结构包括有第二基板2以及在其上的主动开关阵列模块21与影像感测模块22，于本案的实施例中，所述第一基板1面向第二基板2的一侧对应于所述液晶31透镜的位置设置用来驱动液晶31转动的驱动电极为画素电极215。所述影像感测模块22设置于第二基板2面向第一基板1的一侧，影像感测模块22具有可接收液晶31透镜聚焦后的影像光线而转换成电流的光传感器221，然后电流流至旁边的光电开关222形成电讯号，再将电讯号传送给主动开关阵列模块21以控制液晶层3中的液晶31产生影像。所述主动开关阵列模块21具有闸极开关211可接收由所述光电开关221传送的电讯号，进而控制液晶驱动电压的电流由源极电极213流至漏极电极214，再传送至画素电极215与图1A中的第一基板1形成电场来控制液晶层3中的液晶31转动。其中，闸极开关211面向第一基板1的一侧设置有一层电隔离的绝缘保护层212，并且在所述薄膜晶体管模块21与影像感测模块22面向第一基板的一侧亦配置有一绝缘保护层216与液晶隔离。

在此一实施例中，所述影像感测模块22包含光传感器221，所述光传感器221可为光二极管或光敏晶体管，其材质可选自能隙小于1.12eV的窄禁带有机或无机材料，例如非晶硅、微晶硅、多晶硅或是碲镉汞(HgCdTe)之类的半导体材料所构成的光极管。

续请参阅图1C，图1C是本发明又一实施例影像感测转换为电讯号的路径示意图。于图1C的实施例中，所述影像感测面板的第一基板1如图1A所示设置有透光区12与仅容许特定波段的光线穿越的不透光区11。

图1C的影像感测显示面板结构包括有设置有透光区12(如图1A所示)与仅容许特定波段的光线(如红外光)穿越的不透光区11的第一基板1，以及第二基板2和在其面向第一基板1的一侧的主动开关阵列模块21与影像感测模块22(如图1B所示)。所述影像感测模块22设置于第二基板2面向第一基板1的一侧并对应于不透光区11的位置，影像感测模块22具有可接收外界穿越不透光区11并经液晶31透镜折射的红外光而转换成电流的光传感器221，然后电流流至旁边的光电开关222形成电讯号，再将电讯号传送给主动开关阵列模块21(如图1B所示)以控制液晶层3产生影像。具体的，可以采用TFT-IXD(薄膜晶体管液晶显示器)工艺在第一基板1(彩膜基板)和第二基板2(主动开关阵列基板)之间填充液晶31，即可形成“平面型”液晶透镜，其可以利用液晶31分子双折射特性以及随电场分布变化排列特性而让光束聚焦或者发散，从而实现现有透镜(塑料或者玻璃的透镜镜头)的功能。

在上述的实施例中，所述光传感器221可为光二极管或光敏晶体管，其材质可选自能隙小于1.12eV的窄禁带有机或无机材料，例如非晶硅、微晶硅、多晶硅或是碲镉汞(HgCdTe)之类的半导体材料所构成的光极管。由于本实施例的光传感器221主要是吸收红外光来感应电流，因此于此一实施例中设置了如图1A所示的仅容许红外光波段穿越的不透光区11，基于所述不透光区11的设置，可使影像感测模块22接收通过不透光区11后经液晶31透镜聚焦的影像光线，不会受到外界环境光线或背光源的干扰而影响其感测的灵敏度。

因此如图1C所示，在上述的实施例中，所述主动开关阵列模块21具有闸极开关211可接收由所述光电开关221接收红外光而转换传送的电讯号，进而控制液晶驱动电压的电流由源极电极213流至漏极电极214，再传送至画素电极215与所述第一基板1形成电场来控制液晶层3中的液晶31转动。其中，闸极开关211面向第一基板1的一侧设置有一层电隔离的绝缘保护层212，并且在所述薄膜晶体管模块21与影像感测模块22面向第一基板的一侧亦配置有一绝缘保护层216与液晶隔离。

亦即，本发明是利用液晶材料的双折射的特性及液晶31分子随电场方向排列的特性，等效为渐变折射率(GRIN)的特殊光学透镜，再加以调变不同驱动电压大小，进而改变液晶31透镜的等效折射率。此折射率可产生焦距随着驱动电压大小不同而有所变化，达到变焦的效果，非常适合制成新型可调变焦距的透镜模块。液晶透镜与现有的透镜相比，其还具有以下优势：1.现有的透镜只能通过数字技术放大照片的局部而实现“变焦”的视觉效果，无法实现真正的光学变焦，而液晶透镜可以通过改变操作电压来改变液晶分子的排列方向，进而实现调节物理焦距的效果，其轻薄特性更是一大优点，可以在小空间内达到有效的光学变焦效果；2.现有的透镜均为突出明显的透镜镜头，不利于秘密信息的监控保护，而利用液晶分子特性形成的“平面型”液晶透镜表面看起来与液晶面板毫无差异，具有较强的隐蔽性。

因此应用新型技术的液晶透镜在自动对焦的技术上，可轻松解决对焦模块体积的问题，而且薄膜晶体管液晶面板内部原本就包含有液晶，加上液晶透镜的制程简易，主要体积完全来自玻璃的厚度，毋须预留透镜的移动行程即可达成自动对焦的效果，因此结合液晶透镜来调变影像感测器的焦距亦可解决现有技术的问题。

经过本发明的改进之后，在显示面板将位于所述薄膜晶体管液晶面板内部影像感测模块22与第一基板间的液晶31变更为液晶31透镜，让液晶31透镜与影像感测模块22加以结合来达成可调变焦聚的效果，让物体成像不受景深所限制，有效克服了前述的装置应用问题，进一步而言，此一装置可用来实现影像辨识与静脉感测的功能。

此外，本发明的另一目的可应用于一种影像感测显示装置，所述影像感测显示装置的结构可将上述面板与背光模块相结合，例如包括：直下式或侧光式的背光模块，还包括所述的影像感测显示面板。

而增设透镜模块结合影像感测模块来达成可调变焦聚的效果亦可如图2A至图2C所示，将所述透镜模块4装设于所述第一基板1面向第二基板2的一侧对应影像感测模块22的位置，并经由透镜模块4将影像光线聚焦至影像感测模块22。如图2B所示，影像感测模块22接收透镜模块4聚焦后的影像光线转换成电流的光传感器221，然后电流流至旁边的光电开关222形成电讯号，再将电讯号传送给主动开关阵列模块21以控制液晶层3产生影像。所述主动开关阵列模块21具有闸极开关211可接收由所述光电开关221传送的电讯号，进而控制液晶驱动电压的电流由源极电极213流至漏极电极214，再传送至画素电极215与图2A中的第一基板1形成电场来控制液晶层3中的液晶分子转动。其中，闸极开关211面向第一基板1的一侧设置有一层电隔离的绝缘保护层212，并且在所述薄膜晶体管模块21与影像感测模块22面向第一基板的一侧亦配置有一绝缘保护层216与液晶隔离。在图2C中，则是于第一基板1与透镜模块4间设置一不透光区11，可对特定波段的光线进行筛选与隔离。

又或者可如图3A至图3C所示，将所述透镜模块4装设于所述第二基板2的影像感测模块22面向第一基板1的一侧，并经由透镜模块4将影像光线聚焦至影像感测模块22。如图3B所示，影像感测模块22接收透镜模块4聚焦后的影像光线转换成电流的光传感器221，然后电流流至旁边的光电开关222形成电讯号，再将电讯号传送给主动开关阵列模块21以控制液晶层3产生影像。所述主动开关阵列模块21具有闸极开关211可接收由所述光电开关221传送的电讯号，进而控制液晶驱动电压的电流由源极电极213流至漏极电极214，再传送至画素电极215与图2A中的第一基板1形成电场来控制液晶层3中的液晶分子转动。其中，闸极开关211面向第一基板1的一侧设置有一层电隔离的绝缘保护层212，并且在所述薄膜晶体管模块21与影像感测模块22的上方亦配置有一绝缘保护层216与液晶隔离。在图3C中，则是于第一基板1与透镜模块4间设置一不透光区11，可对特定波段的光线进行筛选与隔离。另外，具体实施时，也可以在阵列基板上分别形成实现影像感测模块22甚或CPU、RAM、Flash、DSP、压缩编码处理器以及图像传感器功能的电路。需要说明的是，当在第二基板上直接形成实现上述功能的电路时，可以通过掩膜版的曝光、显影等光刻工艺与液晶面板的阵列基板制作同步完成。其中，上述第二基板可以但不限于为单晶硅基板、低温多晶硅基板、高温多晶硅基板或者其它能够满足周边集成电路具有较高迁移率的基板。

请同时参考图1A至图3C，在一实施例中，一种显示装置，包括：直下式或侧光式的背光模块；控制部件；还包括各实施例中所述的显示面板。其中，该显示装置可以为用TN(扭曲向列，Twisted Nematic)、STN(超扭曲向列，Super Twisted Nematic)、OCB(光学补偿弯曲排列，Optically Compensated Birefringence)、VA(垂直配向，Vertical Alignment)型、曲面型液晶显示器件，但并不限于此。本发明实施例中，将相关的透镜形成、粘贴于显示面板的基板上(如透镜模块)或分布于内部液晶层(如液晶透镜)，无需占用显示面板外边框面积，同吋，“平面型”透镜可进行物理变焦，具有更强的图像捕捉能力。

“在一些实施例中”及“在各种实施例中”等用语被重复地使用。该用语通常不是指相同的实施例；但它亦可以是指相同的实施例。“包含”、“具有”及“包括”等用词是同义词，除非其前后文意显示出其它意思。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种显示面板，其特征在于，包括：

一第一基板；

一第二基板；

液晶层，设置于所述第一基板与所述第二基板之间；

影像感测模块，配置于所述第二基板面向所述第一基板的一侧；以及

一驱动模块，配置于所述第二基板面向所述第一基板的一侧，用以驱动均匀分布于液晶层中的液晶；

其中，所述影像感测模块与所述第一基板间的区域有所述液晶，所述第一基板与所述第二基板之间形成有垂直电场，所述垂直电场驱动所述液晶形成液晶透镜，所述影像感测模块用以接收所述液晶透镜聚焦后的影像光线，所述液晶透镜用以调变所述影像感测模块的焦距。

2.如权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述影像感测模块与所述驱动模块平行设置。

3.如权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述影像感测模块包含光传感器。

4.如权利要求3所述的显示面板，其特征在于，所述光传感器为光二极管或光敏晶体管。

5.如权利要求3所述的显示面板，其特征在于，所述光传感器材质为能隙小于1.12eV窄禁带的有机或无机材料。

6.如权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第一基板与所述液晶透镜之间还设置有一不透光区。

7.如权利要求6所述的显示面板，其特征在于，所述不透光区用于使红外光波段穿越。

8.如权利要求1所述的显示面板，其特征在于，在所述第一基板面向所述第二基板的一侧对应于所述液晶透镜上方的位置还设置有用来驱动液晶转动的驱动电极，所述驱动电极用以驱动所述第一基板与所述第二基板之间垂直电场改变。

9.一种显示面板，其特征在于，包括：

一第一基板；

一第二基板；

液晶层，设置于第一基板与所述第二基板之间，所述液晶层包含有均匀分布的液晶；

影像感测模块，配置于所述第二基板面向所述第一基板的一侧，所述影像感测模块包含有光传感器；以及

一驱动模块，配置于所述第二基板面向所述第一基板的一侧，并与所述影像感测模块平行设置，用以驱动均匀分布于液晶层中的液晶；

其中，所述第一基板面向所述第二基板的一侧设置有一仅可使红外光波段穿越的不透光区，所述影像感测模块与所述第一基板间的区域有所述液晶，所述第一基板与所述第二基板之间形成有垂直电场，所述垂直电场驱动所述液晶形成液晶透镜，所述影像感测模块用以接收所述液晶透镜聚焦后的影像光线，所述液晶透镜用以调变所述影像感测模块的焦距。

10.一种显示装置，其特征在于，包括：

背光模块；

控制部件；以及

如权利要求1至9中任一所述的显示面板。