TWI416169B - 可調變式菲涅耳透鏡 - Google Patents

Description

可調變式菲涅耳透鏡

本發明是有關於一種菲涅耳透鏡(Fresnel lens)，且特別是有關於一種可調變式(switchable)的菲涅耳透鏡。

菲涅耳透鏡(Fresnel lens)，又稱螺紋透鏡，其保留了傳統透鏡的曲面和弧度，並利用微分原理製作效果相當於傳統厚玻璃透鏡的薄型透鏡，故能夠節省透鏡材料，進而使得在製作大型透鏡時能以體積輕薄取勝。

菲涅耳透鏡最早是被應用於燈塔，目前亦多被應用於顯示裝置上。一般而言，在顯示領域中，菲涅耳透鏡可以用來放大顯示螢幕的顯示畫面，特別是應用於由多個面板所拼湊而成的大型面板時，透過菲涅耳透鏡的光學修飾效果，可以使面板間之接合縫隙較不會被人眼察覺。然而，菲涅耳透鏡的使用會降低顯示畫面的品質以及限制顯示器的視角，因此，是否要使用菲涅耳透鏡來達到特定的光學效果是設計者經常面對的抉擇之一。

本發明提供一種可調變式菲涅耳透鏡，其可依據需求決定是否要被開啟。

本發明提出一種可調變式菲涅耳透鏡，其適於讓一偏振光通過。可調變式菲涅耳透鏡包括一菲涅耳透鏡部以及 一光學材料層。菲涅耳透鏡部具有一入光面以及一出光面。菲涅耳透鏡部具有雙折射性。偏振光由入光面進入菲涅耳透鏡部，並從出光面離開菲涅耳透鏡部。菲涅耳透鏡部對偏振光之折射率適於透過一電場來調變。光學材料層配置於菲涅耳透鏡部的出光面上，其中光學材料層具有單一折射率n_x 。

在本發明之一實施例中，上述之菲涅耳透鏡部之材料包括一雙折射性液晶。

在本發明之一實施例中，上述之雙折射性液晶包括一正型液晶。正型液晶具有一長軸折射率n_e 與一短軸折射率n_o ，而長軸折射率n_e 大於短軸折射率n_o 。舉例而言，上述之短軸折射率n_o <單一折射率n_x <長軸折射率n_e 。

在本發明之一實施例中，上述之單一折射率n_x 實質上等於短軸折射率n_o 或長軸折射率n_e 。

在本發明之一實施例中，上述之雙折射性液晶包括一負型液晶。負型液晶具有一長軸折射率n_e 與一短軸折射率n_o ，而長軸折射率n_e 小於短軸折射率n_o 。

在本發明之一實施例中，上述之長軸折射率n_e <單一折射率n_x <短軸折射率n_o 。舉例而言，上述之單一折射率n_x 實質上等於短軸折射率n_o 或長軸折射率n_e 。

在本發明之一實施例中，上述之可調變式菲涅耳透鏡更包括二電極層。菲涅耳透鏡部及光學材料層配置於二電極之間，而菲涅耳透鏡部對偏振光之折射率適於透過二電極層所提供的電場來調變。

在本發明之一實施例中，上述之光學材料層具有一接 合表面以及一頂表面。接合表面與菲涅耳透鏡部的出光面接合，而頂表面為一平面。

除此之外，本發明提出另一種可調變式菲涅耳透鏡，其適於讓一光線通過。可調變式菲涅耳透鏡包括一可調變式偏振單元、一菲涅耳透鏡部以及一光學材料層。可調變式偏振單元適於將光線轉換成一偏振光，其中可調變式偏振單元決定偏振光的偏振方向。菲涅耳透鏡部具有一入光面以及一出光面，其中菲涅耳透鏡部具有雙折射性。偏振光由入光面進入菲涅耳透鏡部，並從出光面離開菲涅耳透鏡部。可調變式偏振單元適於提供不同偏振方向的偏振光，以使菲涅耳透鏡部對偏振光的折射率改變。光學材料層配置於菲涅耳透鏡部的出光面上，其中光學材料層具有單一折射率n_x 。

在本發明之一實施例中，上述之可調變式偏振單元包括一液晶胞。

基於上述，由於前述之可調變式菲涅耳透鏡可以透過電場或可調變式偏振單元來改變菲涅耳透鏡部對偏振光的折射率，故能依據設計需求決定是否要將可調變式菲涅耳透鏡開啟。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

【第一實施例】

圖1A與圖1B繪示為本發明第一實施例之可調變式菲 涅耳透鏡(switchable Fresnel lens)與顯示面板的剖面示意圖。圖1A與圖1B分別為可調變式菲涅耳透鏡在被施加電場之前與之後的剖面示意圖。請參照圖1A，本實施例的可調變式菲涅耳透鏡100適於讓一偏振光(例如為偏振光L1)，且菲涅耳透鏡100通過包括菲涅耳透鏡部(Fresnel lens part)110以及光學材料層120。在本實施例中，偏振光L1例如為通過顯示面板200的偏振光，且顯示面板200例如是液晶顯示面板。

如圖1A所示，菲涅耳透鏡部110具有一入光面S1以及一出光面S2。除此之外，菲涅耳透鏡部110具有雙折射性(birefringence)，且偏振光L1由入光面S1進入菲涅耳透鏡部110，並從出光面S2離開菲涅耳透鏡部110。在本實施例中，菲涅耳透鏡部110的材料為雙折射性液晶112。

圖1C繪示為雙折射液晶的放大示意圖。如圖1C所示，雙折射液晶112分別具有一長軸d1與一短軸d2，當光線通過雙折射液晶112且其偏振方向與長軸d1平行時，雙折射液晶112對光線的折射率定義為一長軸折射率n_e ，而當光線通過雙折射液晶112且其偏振方向與短軸d2平行時，雙折射液晶112對光線的折射率定義為一短軸折射率n_o 。在本實施例中，雙折射性液晶112例如為一正型液晶，也就是說，在圖1A中，雙折射性液晶112的長軸折射率n_e 大於短軸折射率n_o 。因此，當施加電場於雙折射性液晶112(正型液晶)時，雙折射性液晶112的長軸d1會平行於電場的方向，如圖1B所示。

請繼續參照圖1A，光學材料層120配置於菲涅耳透鏡部110的出光面S2上，且光學材料層120具有單一折射率n_x 。另外，在本實施例中，折射率n_x 實質上等於雙折射性液晶112的短軸折射率n_o 。除此之外，如圖1A所示，光學材料層120具有一接合表面S3以及一頂表面S4。接合表面S3與菲涅耳透鏡部110的出光面S2接合，而頂表面S4例如為一平面。在本實施例中，光學材料層120例如是利用壓模(stamper)以翻模(replica)的方式製作而成，而菲涅耳透鏡部110則例如是藉由將雙折射性液晶112注入由接合表面S3所形成的不規則空腔內而形成。

除此之外，本實施例的可調變式菲涅耳透鏡100更包括二電極層130。在本實施例中，二電極層130的材料例如為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)、銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide,IZO)或其他透光導電材料。如圖1A所示，菲涅耳透鏡部110及光學材料層120皆配置於二電極130之間，而菲涅耳透鏡部110對偏振光L1之折射率適於透過二電極層130所提供的電場來調變。

舉例來說，請參照圖1A，當二電極層130之間未被施加偏壓而使得二電極層130之間的電場等於0(即E=0)時，菲涅耳透鏡部110中的雙折射性液晶112(例如為正型液晶)之長軸方向d1(繪示於圖1C)為垂直紙面的方向且與偏振光L1的偏振方向平行。換句話說，雙折射性液晶112短軸方向d2與偏振光L1的偏振方向垂直，因此當偏振光L1通過雙折射性液晶112時，雙折射性液晶112的等效折射率為長軸折射率n_e 。當偏振光L1從菲涅耳透 鏡部110的出光面S2離開並進入光學材料層120時，由於本實施例之光學材料層120的折射率為n_o ，其不同於菲涅耳透鏡部110的等效折射率n_e (對於偏振光L1而言),故偏振光L1會在菲涅耳透鏡部110與光學材料層120的介面發生折射現象。換句話說，在本實施例中，當二電極層130之間的電場等於0時，可調變式菲涅耳透鏡100處於開啟狀態，而此時的可調變式菲涅耳透鏡100具有類似傳統透鏡(凸透鏡、凹透鏡)的功能。在本實施例中，處於開啟狀態的可調變式菲涅耳透鏡100可放大顯示面板200的影像畫面。如此一來，當需要將多個小尺寸顯示面板200組合成單一大型面板時，便可藉由將可調變式菲涅耳透鏡100開啟以放大顯示面板200的顯示影像，進而使面板間的接合縫隙較不會被人眼察覺。

圖1B為可調變式菲涅耳透鏡於被施加電場後的剖面示意圖。如圖1B所示，當施加電壓於二電極層130而使二電極層130間產生電場E時，菲涅耳透鏡部110的雙折射性液晶112(例如為正型液晶)之長軸方向d1會平行於電場E方向並與偏振光L1的偏振方向垂直。換句話說，雙折射性液晶112短軸方向d2與偏振光L1的偏振行進方向平行，因此當偏振光L1通過雙折射性液晶112時，雙折射性液晶112的等效折射率為短軸折射率n_o 。當偏振光L1從菲涅耳透鏡部110的出光面S2離開並進入光學材料層120時，由於本實施例之光學材料層120的折射率為n_o ，其相同於偏振光L1於菲涅耳透鏡部110內所看到的折射 率n_o ，故偏振光L1不會在菲涅耳透鏡部110與光學材料層120的介面發生折射現象，而是直接穿透菲涅耳透鏡部110與光學材料層120。換句話說，在本實施例中，當二電極層130提供電場給可調變式菲涅耳透鏡100時，可調變式菲涅耳透鏡100處於關閉的狀態，故不會影響影像畫面。

值得一提的是，在本實施例中，雙折射性液晶112雖為正型液晶且光學材料層120的單一折射率n_x 實質上相同於雙折射性液晶112的短軸折射率n_o 。然而，在其他實施例中，單一折射率n_x 也可以介於短軸折射率n_o 與長軸折射率n_e 之間，亦即，短軸折射率n_o <單一折射率n_x <長軸折射率n_e 。在此情況下，設計者同樣也可依據單一折射率n_x 來調整電場大小，進而調變菲涅耳透鏡部110對偏振光L1之折射率。如此一來，同樣能夠利用電場的變化來開啟或關閉菲涅耳透鏡100，由於所應用原理與前述例子相同，故在此不加贅述。

另一方面，在其他實施例中，雙折射性液晶112也可以是一負型液晶，其中負型液晶的長軸折射率n_e 小於短軸折射率n_o 。換句話說，當施加電場於負型液晶的兩端時，負型液晶的短軸d2(繪示於圖1C)會沿著電場的方向排列而形成如圖1A的狀態。亦即，負型液晶的長軸d1方向在有施加電場的情況與偏振光L1的偏振方向平行，故負型液晶的等效折射率為長軸折射率n_e 。由此可知，當菲涅耳透鏡部110中的雙折射性液晶112為負型液晶，且二電極層130又提供電場給菲涅耳透鏡部110時，可調變式菲涅耳透鏡100處於開啟的狀態。

相對地，當沒有施加電場於負型液晶的兩端時，負型液晶的短軸d2會垂直於紙面的方向，如圖1B所示。亦即，負型液晶的短軸d2方向在沒有施加電場的情況下與偏振光L1的偏振方向相同，故負型液晶的等效折射率為短軸折射率n_o 。由此可知，當菲涅耳透鏡部110中的雙折射性液晶112為負型液晶，且二電極層130無提供電場給菲涅耳透鏡部110時，可調變式菲涅耳透鏡100處於關閉的狀態。

在其他實施例中，雙折射性液晶112也可以為負型液晶，且光學材料層120的單一折射率n_x 是介於長軸折射率n_e 與短軸折射率n_o 之間，亦即，長軸折射率n_e <單一折射率n_x <短軸折射率n_o 。在此情況下，設計者同樣也可依據單一折射率n_x 來調整電場大小，進而調變菲涅耳透鏡部110對偏振光L1之折射率。如此一來，同樣能夠利用電場的變化來開啟或關閉菲涅耳透鏡100，由於所應用原理與前述例子相同，故在此不加贅述。

【第二實施例】

圖2A與圖2B繪示為本發明第二實施例之可調變式菲涅耳透鏡與顯示面板的剖面示意圖，其中圖2A與圖2B分別為可調變式菲涅耳透鏡在被施加電場之前與之後的剖面示意圖。請參照圖2A，本實施例的可調變式菲涅耳透鏡300與圖1A的可調變式菲涅耳透鏡100類似，惟二者主要差異之處在於：可調變式菲涅耳透鏡300的光學材料層320所具有的單一折射率n_x 實質上等於雙折射性液晶312的長 軸折射率n_e 。

在本實施例中，雙折射性液晶312例如為一正型液晶，也就是說，在圖2A中，雙折射性液晶312的長軸折射率n_e 大於短軸折射率n_o 。因此，當施加電場於雙折射性液晶312時，正型液晶312的長軸d1與電場的方向平行，如圖2B所示。

詳細來說，請參照圖2A，當二電極層130之間未被施加偏壓而使得二電極層130之間的電場等於0(即E=0)時，菲涅耳透鏡部310中雙折射性液晶312(例如為正型液晶)的長軸方向d1與偏振光L1的偏振方向平行，因此當偏振光L1通過雙折射性液晶312時，雙折射性液晶312的等效折射率為長軸折射率n_e 。由於雙折射性液晶312的等效折射率n_e 和光學材料層320的折射率n_e 相同，故偏振光L1不會在菲涅耳透鏡部310與光學材料層320的介面發生折射現象。亦即，在本實施例中，當二電極層130之間的電場等於0時，可調變式菲涅耳透鏡300處於關閉的狀態，故不會影響影像畫面。

圖2B為可調變式菲涅耳透鏡於被施加電場之後的剖面示意圖。如圖2B所示，當施加電壓於二電極層130而使二電極層130間產生電場E時，菲涅耳透鏡部310的雙折射性液晶312(例如為正型液晶)之長軸方向d1會平行於電場E方向並與偏振光L1的偏振方向垂直。換句話說，雙折射性液晶312的短軸方向d2與偏振光L1的偏振方向平行，因此當偏振光L1通過雙折射性液晶312時，雙折 射性液晶312的等效折射率為短軸折射率n_o 。由於光學材料層320的折射率n_e 與雙折射性液晶312的等效折射率為短軸折射率n_o 不同，故偏振光L1會在菲涅耳透鏡部310與光學材料層320的介面發生折射現象。亦即，在本實施例中，當二電極層130提供電場給可調變式菲涅耳透鏡300時，可調變式菲涅耳透鏡300處於開啟狀態。

值得一提的是，在本實施例中，雙折射性液晶312雖為正型液晶且光學材料層320的單一折射率n_x 實質上相同於雙折射性液晶312的長軸折射率n_e 。然而，在其他實施例中，單一折射率n_x 也可以介於短軸折射率n_o 與長軸折射率n_e 之間，亦即，短軸折射率n_o <單一折射率n_x <長軸折射率n_e 。在此情況下，設計者同樣也可依據單一折射率n_x 來調整電場大小，進而調變菲涅耳透鏡部310對偏振光L1之折射率。如此一來，同樣能夠利用電場來開關菲涅耳透鏡300，由於所應用原理與前述例子相同，故在此不加贅述。

除此之外，在本實施例中，雙折射性液晶312雖為正型液晶，然而在其他實施例中，雙折射性液晶312也可以是一負型液晶，其中負型液晶的長軸折射率n_e 小於短軸折射率n_o 。換句話說，當施加電場於負型液晶的兩端時，負型液晶的短軸d2平行於電場的方向，如圖2A所示。亦即，負型液晶的長軸d1在有施加電場的情況下與偏振光L1的偏振方向平行，故負型液晶的等效折射率為長軸折射率n_e 。由此可知，當菲涅耳透鏡部110中的雙折射性液晶312為負型液晶，且二電極層130又提供電場給菲涅耳透鏡部 310時，可調變式菲涅耳透鏡300處於關閉狀態。

相對地，當沒有施加電場於負型液晶的兩端時，負型液晶的短軸d2會垂直紙面的方向，如圖2B所示。亦即，負型液晶的短軸d2方向在沒有施加電場的情況下與偏振光L1的偏振方向平行。因此，當偏振光L1通過負型液晶時，負型液晶的等效折射率為短軸折射率n_o 。由此可知，當菲涅耳透鏡部110中的雙折射性液晶312為負型液晶，且二電極層130無提供電場給菲涅耳透鏡部310時，可調變式菲涅耳透鏡300處於開啟的狀態。

另一方面，在其他實施例中，雙折射性液晶312也可以為負型液晶且光學材料層320的單一折射率n_x 例如是介於長軸折射率n_e 與短軸折射率n_o 之間。亦即，長軸折射率n_e <單一折射率n_x <短軸折射率n_o 。在此情況下，設計者同樣也可依據單一折射率n_x 來調整電場大小，進而調變菲涅耳透鏡部310對偏振光L1之折射率。如此一來，同樣能夠利用電場的變化來開啟或關閉菲涅耳透鏡300，由於所應用原理與前述例子相同，故在此不加贅述。

【第三實施例】

圖3A與圖3B繪示為本發明第三實施例之可調變式菲涅耳透鏡與顯示面板的剖面示意圖，其中圖3A與圖3B分別為可調變式菲涅耳透鏡有無施加電場的剖面示意圖。請參照圖3A，本實施例的可調變式菲涅耳透鏡400適於讓一光線L2通過，且可調變式菲涅耳透鏡400通過包括可調變式偏振單元410、菲涅耳透鏡部420以及光學材料層 430。在本實施例中，光線L2例如為通過顯示面板500的光線，且顯示面板500例如是液晶顯示面板。

如圖3A所示，可調變式偏振單元410適於將光線L2轉換成一偏振光L3。可調變式偏振單元410決定偏振光L3的偏振方向，其中偏振光L3的偏振方向例如為垂直紙面的方向或平行紙面的方向。另外，菲涅耳透鏡部420具有一入光面S1以及一出光面S2。除此之外，菲涅耳透鏡部420具有雙折射性，且偏振光L3由入光面S1進入菲涅耳透鏡部420，並從出光面S2離開菲涅耳透鏡部420。

在本實施例中，菲涅耳透鏡部420的材料包括一雙折射性液晶422，其中雙折射性液晶422例如為一正型液晶或負型液晶。也就是說，在圖3A中，雙折射性液晶412的長軸折射率n_e 大於或小於短軸折射率n_o 。除此之外，如圖3A與3B所示，本實施例之雙折射性液晶412之長軸d1的方向是固定在與偏振光L3之偏振方向垂直的方向，且雙折射性液晶412的排列是固定的。

請繼續參照圖3A，光學材料層430配置於菲涅耳透鏡部420的出光面S2上，且光學材料層420具有單一折射率n_x 。另外，在本實施例中，單一折射率n_x 實質上等於雙折射性液晶422的短軸折射率n_o 。除此之外，如圖3A所示，光學材料層430具有一接合表面S3以及一頂表面S4。接合表面S3與菲涅耳透鏡部420的出光面S2接合，而頂表面S4例如為一平面。在本實施例中，光學材料層430例如是利用壓模(stamper)以翻模(replica)的方式製作而成，而菲涅耳透鏡部420則例如是藉由將雙折射性 液晶422注入由接合表面S3所形成的不規則空腔內而形成。

除此之外，本實施例的可調變式偏振單元410包括液晶胞(liquid crystal cell)412。另外，二電極層230還分別配置於液晶胞412的相對兩表面。其中電極層230的材料例如為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)或銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide,IZO)等透光導電材料。如圖3A所示，可調變式偏振單元410適於提供不同偏振方向的偏振光L3，以使菲涅耳透鏡部420對偏振光L3的折射率改變。

舉例來說，請參照圖3A，當有電壓施加於二電極層230而使得二電極層230提供的電場給可調變式偏振單元410時，液晶胞412內的雙折射性液晶412a(例如為正型液晶)之長軸d1會沿電場方向(也就是平行紙面的方向)排列，故偏振光L3的偏振方向與光線L2的偏振方向相同，並不會發生改變。舉例來說，當光線L2的偏振方向是垂直紙面的方向時，通過可調變式偏振單元410之偏振光L3的偏振方向也是垂直紙面的方向。如此一來，當偏振光L3進入菲涅耳透鏡部420時，雙折射性液晶422的等效折射率為短軸折射率n_o 。由於光學材料層430的折射率n_o 和雙折射性液晶422的等效折射率n_o 相同，故偏振光L3不會在菲涅耳透鏡部420與光學材料層430的介面發生折射現象，而是直接穿透菲涅耳透鏡部420與光學材料層430。換句話說，在本實施例中，當二電極層230提 供的電場給可調變式偏振單元410時，可調變式菲涅耳透鏡400是處於關閉狀態，故不會影響影像畫面。

圖3B為可調變式菲涅耳透鏡未施加電場時的剖面示意圖。如圖3B所示，當二電極層230之間未被施加偏壓而使得二電極層230之間的電場等於0(即E=0)時，液晶胞412中的雙折射性液晶412a會改變光線L2的偏振方向。舉例來說，當光線L2的偏振方向是垂直紙面的方向時，通過可調變式偏振單元410之偏振光L3的偏振方向會平行紙面的方向。如此一來，當偏振光L3進入菲涅耳透鏡部420時，雙折射性液晶422的等效折射率為長軸折射率n_e 。由於光學材料層430的折射率n_o 和雙折射性液晶422的等效折射率n_e 不同，故偏振光L3會在菲涅耳透鏡部420與光學材料層430的介面發生折射現象。換句話說，在本實施例中，當二電極層230提供電場給可調變式偏振單元410時，可調變式菲涅耳透鏡400處於開啟狀態，而此時的可調變式菲涅耳透鏡400具有類似傳統透鏡(凸透鏡、凹透鏡)的功能。

在本實施例中，處於開啟狀態的可調變式菲涅耳透鏡400可放大顯示面板500的影像畫面。如此一來，當需要將多個小尺寸顯示面板500組合成單一大型面板時，便可藉由將可調變式菲涅耳透鏡400開啟以放大顯示影像，進而使面板間的接合縫隙較不會被人眼察覺。

值得一提的是，在本實施例中，雙折射性液晶422例如是正型液晶，且光學材料層430的單一折射率n_x 實質上 相同於雙折射性液晶422的長軸折射率n_e 。然而，在其他實施例中，單一折射率n_x 也可以介於短軸折射率n_o 與長軸折射率n_e 之間，亦即，短軸折射率n_o <單一折射率n_x <長軸折射率n_e 。

另外，在其他實施例中，雙折射性液晶422也可以是一負型液晶，其中負型液晶的長軸折射率n_e 小於短軸折射率n_o 。另外，光學材料層430的單一折射率n_x 例如介於長軸折射率n_e 與短軸折射率n_o 之間，亦即，長軸折射率n_e <單一折射率n_x <短軸折射率n_o 。在上述情況的下，設計者同樣也可依據單一折射率n_x 來設計雙折射性液晶422於菲涅耳透鏡部420的排列，並藉由可調變式偏振單元410提供不同偏振方向的偏振光，以使菲涅耳透鏡部420對偏振光L1的折射率改變。如此一來，同樣能利用電場的變化來開啟或關閉菲涅耳透鏡400，由於所應用原理與前述例子相同，故在此不加贅述。

除此之外，雖然本實施例的雙折射性液晶412a是在沒有加電場的情況下改變光線L2的偏振方向，然而在其他實施例中，雙折射性液晶422a也可以在有施加電場的情況下改變光線L2的偏振方向。

【第四實施例】

圖4A與圖4B繪示為本發明第四實施例之可調變式菲涅耳透鏡與顯示面板的剖面示意圖，其中圖4A與圖4B分別為可調變式菲涅耳透鏡有無施加電場的剖面示意圖。請參照圖4A，本實施例的可調變式菲涅耳透鏡600與圖3A 的可調變式菲涅耳透鏡400類似，惟二者主要差異之處在於：可調變式菲涅耳透鏡600的光學材料層630所具有的單一折射率n_x 實質上等於雙折射性液晶622的長軸折射率n_e 。

如圖4A所示，可調變式偏振單元610適於提供不同偏振方向的偏振光L3，以使菲涅耳透鏡部620對偏振光L3的折射率改變。舉例來說，請參照圖4A，當有電壓施加於二電極層230而使得二電極層230間產生電場E時，液晶胞612內的雙折射性液晶612a(例如為正型液晶)之長軸會沿電場方向(也就是平行紙面的方向)排列，故偏振光L3的偏振方向與光線L2的偏振方向相同，並不會發生改變。如此一來，當偏振光L3進入菲涅耳透鏡部620時，雙折射性液晶622的等效折射率為短軸折射率n_o 。由於光學材料層630的折射率n_e 和雙折射性液晶622的等效折射率n_o 不同，故偏振光L3會在菲涅耳透鏡部620與光學材料層630的介面發生折射現象。亦即，在本實施例中，當二電極層230提供電場給可調變式偏振單元610時，可調變式菲涅耳透鏡600處於開啟狀態。

圖4B為可調變式菲涅耳透鏡於施加電場之前的剖面示意圖。如圖4B所示，當二電極層230間的電場等於0(即E=0)時，液晶胞612內的雙折射性液晶612a會改變光線L2的偏振方向。如此一來，當偏振光L3進入菲涅耳透鏡部620時，雙折射性液晶622的等效折射率為長軸折射率n_e 。由於光學材料層630的折射率n_e 和雙折射性液 晶622的等效折射率n_e 相同，故偏振光L3不會在菲涅耳透鏡部620與光學材料層630的介面發生折射現象，而是直接穿透菲涅耳透鏡部620與光學材料層630。亦即，在本實施例中，當二電極層230提供的電場給可調變式偏振單元610時，可調變式菲涅耳透鏡600的處於關閉狀態，故不會影響影像畫面。

值得一提的是，在本實施例中，雙折射性液晶622例如是正型液晶，且光學材料層630的單一折射率n_x 實質上相同於雙折射性液晶622的長軸折射率n_e 。然而，在其他實施例中，單一折射率n_x 也可以介於短軸折射率n_o 與長軸折射率n_e 之間，亦即，短軸折射率n_o <單一折射率n_x <長軸折射率n_e 。

另外，在其他實施例中，雙折射性液晶422也可以是一負型液晶，其中負型液晶的長軸折射率n_e 小於短軸折射率n_o 。另外，光學材料層630的單一折射率n_x 例如介於長軸折射率n_e 與短軸折射率n_o 之間，亦即，長軸折射率n_e <單一折射率n_x <短軸折射率n_o 。在上述情況的下，設計者同樣也可依據單一折射率n_x 來設計雙折射性液晶622於菲涅耳透鏡部620的排列，並藉由可調變式偏振單元610提供不同偏振方向的偏振光，以使菲涅耳透鏡部620對偏振光L1的折射率改變。如此一來，同樣能利用電場來開關菲涅耳透鏡600，由於所應用原理與前述例子相同，故在此不加贅述。

除此之外，雖然本實施例的雙折射性液晶622a是在無加電場的情況下改變光線L2的偏振方向，然而在其他 實施例中，雙折射性液晶622a也可以在有施加電場的情況下改變光線L2的偏振方向。

綜上所述，由於本發明之實施例的可調變式菲涅耳透鏡適於透過電場的變化或可調變式偏振單元來改變菲涅耳透鏡部對偏振光的折射率，故能依據設計需求決定要將可調變式菲涅耳透鏡開啟或關閉。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、300、400、600‧‧‧菲涅耳透鏡

110、310、420‧‧‧菲涅耳透鏡部

112、312、412a、422、612a、622‧‧‧雙折射性液晶

120、320、430、630‧‧‧光學材料層

130、230‧‧‧電極層

200、500‧‧‧顯示面板

410、610‧‧‧可調變式偏振單元

412、612‧‧‧液晶胞

d1‧‧‧長軸

d2‧‧‧短軸

L1、L3‧‧‧偏振光

L2‧‧‧光線

S1‧‧‧入光面

S2‧‧‧出光面

S3‧‧‧接合表面

S4‧‧‧頂表面

n_e ‧‧‧長軸折射率

n_o ‧‧‧短軸折射率

n_x ‧‧‧折射率

圖1A為本發明第一實施例之可調變式菲涅耳透鏡與顯示面板的剖面示意圖。

圖1B繪示為本發明第一實施例之可調變式菲涅耳透鏡與顯示面板的另一剖面示意圖。

圖1C繪示為雙折射液晶的放大示意圖。

圖2A為本發明第二實施例之可調變式菲涅耳透鏡與顯示面板的剖面示意圖。

圖2B繪示為本發明第二實施例之可調變式菲涅耳透鏡與顯示面板的另一剖面示意圖。

圖3A為本發明第三實施例之可調變式菲涅耳透鏡與顯示面板的剖面示意圖。

圖3B繪示為本發明第三實施例之可調變式菲涅耳透鏡與顯示面板的另一剖面示意圖。

圖4A為本發明第四實施例之可調變式菲涅耳透鏡與顯示面板的剖面示意圖。

圖4B繪示為本發明第四實施例之可調變式菲涅耳透鏡與顯示面板的另一剖面示意圖。

100‧‧‧菲涅耳透鏡

110‧‧‧菲涅耳透鏡部

112‧‧‧雙折射性液晶

120‧‧‧光學材料層

130‧‧‧電極層

200‧‧‧顯示面板

d2‧‧‧短軸

L1‧‧‧偏振光

S1‧‧‧入光面

S2‧‧‧出光面

S3‧‧‧接合表面

S4‧‧‧頂表面

n_o ‧‧‧短軸折射率

n_x ‧‧‧折射率

Claims (18)

1. 一種可調變式菲涅耳透鏡，適於讓一偏振光通過，該可調變式菲涅耳透鏡包括：一菲涅耳透鏡部，具有一入光面以及一出光面，其中該菲涅耳透鏡部具有雙折射性，該菲涅耳透鏡部之材料包括一雙折射性液晶，該偏振光由該入光面進入該菲涅耳透鏡部，並從該出光面離開該菲涅耳透鏡部，且該菲涅耳透鏡部對該偏振光之折射率適於透過一電場來調變；以及一光學材料層，配置於該菲涅耳透鏡部的該出光面上，其中該光學材料層具有單一折射率n_x 。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中該雙折射性液晶包括一正型液晶，該正型液晶具有一長軸折射率n_e 與一短軸折射率n_o ，而該長軸折射率n_e 大於該短軸折射率n_o 。
3. 如申請專利範圍第2項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中短軸折射率n_o <單一折射率n_x <長軸折射率n_e 。
4. 如申請專利範圍第2項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中單一折射率n_x 實質上等於短軸折射率n_o 或長軸折射率n_e 。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中該雙折射性液晶包括一負型液晶，該負型液晶具有一長軸折射率n_e 與一短軸折射率n_o ，而該長軸折射率n_e 小於該短軸折射率n_o 。
6. 如申請專利範圍第5項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中長軸折射率n_e <單一折射率n_x <短軸折射率n_o 。
7. 如申請專利範圍第5項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中單一折射率n_x 實質上等於短軸折射率n_o 或長軸折射率n_e 。
8. 如申請專利範圍第1項所述之可調變式菲涅耳透鏡，更包括二電極層，其中該菲涅耳透鏡部及該光學材料層配置於該二電極之間，而該菲涅耳透鏡部對該偏振光之折射率適於透過該二電極層所提供的該電場來調變。
9. 如申請專利範圍第1項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中該光學材料層具有一接合表面以及一頂表面，該接合表面與該菲涅耳透鏡部的該出光面接合，而該頂表面為一平面。
10. 一種可調變式菲涅耳透鏡，適於讓一光線通過，該可調變式菲涅耳透鏡包括：一可調變式偏振單元，適於將該光線轉換成一偏振光，其中該可調變式偏振單元決定該偏振光的偏振方向；一菲涅耳透鏡部，具有一入光面以及一出光面，其中該菲涅耳透鏡部具有雙折射性，該菲涅耳透鏡部之材料包括一雙折射性液晶，該偏振光由該入光面進入該菲涅耳透鏡部，並從該出光面離開該菲涅耳透鏡部，且該可調變式偏振單元適於提供不同偏振方向的該偏振光，以使該菲涅耳透鏡部對該偏振光的折射率改變；以及一光學材料層，配置於該菲涅耳透鏡部的該出光面上，其中該光學材料層具有單一折射率n_x 。
11. 如申請專利範圍第10項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中該雙折射性液晶包括一正型液晶，該正型液晶 具有一長軸折射率n_e 與一短軸折射率n_o ，而該長軸折射率n_e 大於該短軸折射率n_o 。
12. 如申請專利範圍第11項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中短軸折射率n_o <單一折射率n_x <長軸折射率n_e 。
13. 如申請專利範圍第11項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中單一折射率n_x 實質上等於短軸折射率n_o 或長軸折射率n_e 。
14. 如申請專利範圍第10項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中該雙折射性液晶包括一負型液晶，該負型液晶具有一長軸折射率n_e 與一短軸折射率n_o ，而該長軸折射率n_e 小於該短軸折射率n_o 。
15. 如申請專利範圍第14項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中長軸折射率n_e <單一折射率n_x <短軸折射率n_o 。
16. 如申請專利範圍第14項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中單一折射率n_x 實質上等於短軸折射率n_o 或長軸折射率n_e 。
17. 如申請專利範圍第10項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中該光學材料層具有一接合表面以及一頂表面，該接合表面與該菲涅耳透鏡部的該出光面接合，而該頂表面為一平面。
18. 如申請專利範圍第10項所述之可調變式菲涅耳透鏡，其中該可調變式偏振單元包括一液晶胞。