CN101930129A - 具有相机快门功能的薄膜电晶体液晶面板 - Google Patents

Abstract

本发明主要使用薄膜电晶体液晶面板取代相机的传统机械快门。利用扫描控制电路使薄膜电晶体液晶面板上呈阵列排列的液晶受到电场扭曲而调整光线通过液晶的偏光量，于是使位于薄膜电晶体液晶面板后方的相机感光元件上不同区域接受到不同的曝光量。因此利用薄膜电晶体液晶面板可以取代相机传统机械快门的透光、遮光功能，更进一步能够使相机感光元件在不同区域感应到不同的曝光需求，而这种不同区域接受不同曝光需求的控制功能是传统机械快门无法达成的。

Description

具有相机快门功能的薄膜电晶体液晶面板

技术领域

本发明有关于相机快门的设计，尤其是指使用薄膜电晶体液晶面板取代传统机械式相机快门的设计。

背景技术

不论是使用胶卷底片的传统相机，还是使用光电子技术的数码相机，都是利用快门机构达到控制曝光的目的。相机快门开启时，光线透过相机镜头成像在相机的感光元件上。当曝光量到达预定的强度时，相机快门会关闭而完成一次曝光的动作。相机利用设定快门开启与关闭两项动作之间的时间差来设定适当的曝光量。现有的机械式快门机构对于曝光时间的控制已经相当精准，因此能够使感光元件作准确的曝光。

另有部分消费型数码相机并不配置快门机构，由于这类数码相机使用光电子CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)或CMOS技术作为感光元件，因此可以在设定的曝光时间内完成感光元件的刷新、曝光、取样等工作。

不论有没有配置快门机构，现行的曝光作业都是在设定的曝光时间内，让感光元件完全地接受透过镜头的光线并完全呈现在感光元件上。

但是对于摄影对象出现极大的亮度反差时，曝光作业就会出现问题。例如在人物逆光摄影时，若以背景的高亮度天空作为曝光基准，此时相机的曝光设定时间短就会造成前景人物曝光不足。但是如果以前景的低亮度人物作为曝光基准，此时曝光设定时间长就会造成天空背景曝光过度。上述曝光问题的症结点出现在机械快门机构只能提供开启与关闭两项功能，所以对于单一次摄影只能设定一个固定的曝光时间。

如果能够针对摄影当时的条件，机动地调整感光元件上不同区域的曝光时间，就能让高亮度区域以短时间曝光而让低亮度区域以长时间曝光，因而解决上述的问题。

在某些特定的场合，希望增加曝光的时间但是又不希望增加曝光量时就会使用减光镜片。减光镜片的透光率会依据使用者的需求，将进入相机镜头的光线强度减低为二分之一、四分之一或八分之一等。但是减光镜片的透光率是固定的，当需要变更不同的透光率时，就必须要更换不同的减光镜片。

为了进一步解决不同区域的曝光要求，而有所谓的分层减光镜片，分层减光镜片是属于减光镜片的一种，但是在镜片的不同位置有不同的透光率。例如在镜片的上半部为全透光，下半部为二分之一透光。与减光镜片相同，当需要变更不同的透光率时，就必须要更换不同的分层减光镜片。

发明内容

本发明的目的在于，使用薄膜电晶体液晶面板取代机械式相机快门，使每个薄膜电晶体都可以受到一扫描控制电路的运作来控制面板中的液晶扭转角度，进而影响通过光线的偏光量，于是形成完美的明暗图案。

本发明具有相机快门功能的薄膜电晶体液晶面板，包含两片平行的玻璃基板，其间夹着一层液晶，在其中一玻璃基板上以半导体工艺蚀刻着众多薄膜电晶体，在该两片平行的玻璃基板外侧分别贴上一偏光薄膜；以一框架结构将该两片平行的玻璃基板密封固定，并与一相机内部的扫描控制电路连接，用以控制液晶的扭转角度。

其中在该两片平行的玻璃基板外侧分别贴上的偏光薄膜，是互相垂直偏光或是互相平行偏光的偏光薄膜。

通过上述技术方案，本发明使得相机感光元件上不同区域接受到不同的曝光量，而这种不同区域接受不同曝光需求的控制功能是传统机械快门无法达成的。

附图说明

图1薄膜电晶体液晶面板分解示意图；

图2相机主要结构示意图；

图3自然黑色TN型液晶分子排列示意图；

图4自然黑色TN型液晶分子受电场作用扭转示意图；

图5自然黑色TN型液晶面板透光率与施加电压关系示意图；

图6薄膜电晶体液晶面板的扫描控制电路功能方框图；

图7薄膜电晶体液晶面板对于拍摄主体的周围环状区域设定为减光开启状态的示意图。

主要元件符号说明：10薄膜电晶体液晶面板，11偏光薄膜，12玻璃基板，13液晶，14玻璃基板，15偏光薄膜，16框架，21镜头，22相机，23快门，24感光元件，31入射光线，32出射光线，61行扫描控制单元，62列扫描控制单元，63相机曝光控制单元，64相机曝光图案处理单元，65时脉控制单元，66薄膜电晶体阵列，71拍摄主体，72环状区域(处于减光开启状态)。

具体实施方式

本发明使用下列技术达到本发明的目的：

一、薄膜电晶体液晶面板10：见图1，利用两片玻璃基板12、14中间夹着一层液晶13，同时在玻璃基板12或14其中一片上蚀刻有众多可以独立运作的薄膜电晶体，另外在玻璃基板12及14的外侧分别贴有互相垂直或互相水平的偏光薄膜11、15，最后将偏光薄膜11及15、玻璃基板12及14、液晶13等用框架16组合成为薄膜电晶体液晶面板10。每一个薄膜电晶体都可以受到一扫描控制电路的运作来控制面板中的液晶扭转角度，进而影响通过光线的偏光量。因此利用扫描控制电路可以控制薄膜电晶体液晶面板10上的明暗图案。

二、相机快门：见图2，相机22的快门23是安装在镜头21与感光元件24之间的装置，其作用在于控制由镜头21进入的光线曝光量。快门23开启时，光线透过镜头21成像在感光元件24上。当曝光量到达预定的强度时，快门23会关闭而完成一次曝光的动作。相机22利用设定快门23开启与关闭两项动作之间的时间差来设定适当的光线曝光量。

本发明使用薄膜电晶体液晶面板10取代机械式相机快门23。

如前所述，传统机械式相机快门23控制曝光量的方式是控制快门开启与关闭的时间，但是因为开启时所有的感光元件同时接受感光，关闭时所有的感光元件同时停止感光，使用者无法在一次的曝光过程中针对光线亮度高的亮部区域减少曝光量，也无法对光线亮度低的暗部区域增加曝光量。

薄膜电晶体液晶面板10(液晶快门)则是利用其薄膜电晶体阵列，独立地控制每个液晶13的透光程度，也就是可以将薄膜电晶体液晶面板10视为许多可以独立运作的微型快门单元阵列。

薄膜电晶体液晶面板10可以如同传统机械式相机快门23一样，将所有独立操作的液晶13在同一时间完全开启，并且在达到曝光要求时将所有液晶13在同一时间完全关闭。

薄膜电晶体液晶面板10可以具有传统机械式相机快门23加上减光镜的合并功能，将所有独立操作的液晶13在同一时间全部开启，但是依实际需求降低快门的透光率，以延长曝光时间。

薄膜电晶体液晶面板10可以在曝光过程中针对光线亮度高的亮部区域提早关闭该区域液晶13以减少曝光量，也可以对光线亮度低的暗部区域延后该区域液晶13的关闭时间以增加曝光量。让拍摄画面中的整体曝光量有较为平均的表现。

除了利用控制液晶13的开启及关闭的时间来设定不同感光区域的曝光量之外，见图7，也可以利用控制液晶13的透光程度来达成调制曝光量的目的。在曝光过程中针对光线亮度高的亮部区域降低该区域液晶13的开启程度以减少曝光量，同时对光线亮度低的暗部区域提高该区域液晶13的开启程度以增加曝光量。这种方法同样可以让拍摄画面中的整体曝光量有较为平均的表现。图7中对于拍摄主体71的周围环状区域72设定为减光开启状态。

扫描控制电路(见图6)能够控制每一个薄膜电晶体所产生的电场强度来扭转薄膜电晶体液晶面板10内的液晶13，使通过的光线其偏光角度受到控制，当不同偏光角度的光线通过薄膜电晶体液晶面板10时就会呈现不同的亮度。以下说明薄膜电晶体如何控制薄膜电晶体液晶面板10上液晶13的透光度以及如何透过一扫描控制电路使液晶面板在不同区域呈现不同的透光率，进而控制不同区域的曝光值。

以自然黑色TN型薄膜电晶体液晶面板10为例，见图3，入射光线31经过第一片水平偏光薄膜11之后，水平方向偏光被吸收而留下线性垂直偏光。此线性垂直偏光受到液晶13复折射作用，在抵达第二片偏光薄膜15时呈现水平偏光状态。由于水平偏光与第二片水平偏光薄膜15的吸收方向相同使得光线无法透过，因此该液晶13就呈现黑色。由于此时薄膜电晶体并未施加电压，所以在此状态下为不透光。

若是通过薄膜电晶体施加电压使液晶13如图4偏转，造成液晶13复折射效应消失，此时通过第一片水平偏光薄膜11的线性垂直偏光即能维持原有的垂直偏光到达第二片水平偏光薄膜15，由于垂直偏光方向与第二片水平偏光薄膜的吸收方向不同，使得光线不会被偏光薄膜15吸收，而能顺利通过第二片偏光薄膜15。因此在薄膜电晶体施加电压以后，这个画面就会形成透光的状态。

由于液晶13转动的角度直接与透光程度相关，因此如图5所示，薄膜电晶体施加电压的大小就会直接影响光线通过液晶的透光率。所以要让液晶呈现不同的灰阶亮度，只要在扫描控制电路设定对薄膜电晶体施加电压的大小即可。

为了在薄膜电晶体液晶面板10上形成特定的灰阶图案，薄膜电晶体液晶面板10必须要与一扫描控制电路连接。扫描控制电路(见图6)主要包括行扫描控制单元61以及列扫描控制单元62，分别用来控制薄膜电晶体液晶面板10上成矩阵型式排列的的薄膜电晶体阵列66。如图6所示，控制横向的列扫描控制单元62用来开启薄膜电晶体阵列的一个横列，使得在此横列上的每一个薄膜电晶体都处于开启状态，同时在此横列上的每一个薄膜电晶体都分别接收行扫描控制单元61的资料以设定该薄膜电晶体的充电电压。完成电压设定之后，列扫描控制单元62会关闭该横列的薄膜电晶体，然后再开启下一条横列的薄膜电晶体进行电压设定。通过时脉(clock pulse，时钟脉冲)控制单元65一列一列循序地电压设定，就完成一整个画面的图案。画面图案的设定则是由相机曝光控制单元63依据拍摄当时的曝光条件，经由相机曝光图案处理单元64计算后设定。

列扫描控制单元62设定最后一条横列，完成一个画面的图案之后，列扫描控制单元62会回到第一条横列持续进行扫描。由于画面扫描的动作不断进行，因此设定相同的画面资料就会呈现静态的画面图案，设定变动的画面资料就会呈现动态的画面图案。

由于集成电路工艺的薄膜电晶体的体积小，在薄膜电晶体液晶面板10上动辄有数十万甚至百万的薄膜电晶体阵列66。每一个薄膜电晶体受到扫描控制电路的独立控制用来设定液晶面板对应画素的透光度，因此可以想象在液晶面板上有数十万甚至上百万独立运作的快门元件，每一个快门元件有自己的开启与关闭的时间以及不同的开启程度。通过如此的运作模式，可以设定在相机不同感光区域的曝光量。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种具有相机快门功能的薄膜电晶体液晶面板，其特征在于，包含两片平行的玻璃基板，在所述两片平行的玻璃基板之间夹着一层液晶，在其中一片玻璃基板上以半导体工艺蚀刻着众多薄膜电晶体，在所述两片平行的玻璃基板外侧分别贴上一偏光薄膜；以一框架结构将所述两片平行的玻璃基板密封固定，并与一相机内部的扫描控制电路连接，用以控制液晶的扭转角度。

2.如权利要求1所述具有相机快门功能的薄膜电晶体液晶面板，其特征在于，所述两片偏光薄膜，是互相垂直偏光或是互相平行偏光的偏光薄膜。

3.如权利要求1所述具有相机快门功能的薄膜电晶体液晶面板，其特征在于，所述扫描控制电路控制液晶使其呈现完全遮光状态。

4.如权利要求1所述具有相机快门功能的薄膜电晶体液晶面板，其特征在于，所述扫描控制电路控制液晶使其呈现完全透光状态。

5.如权利要求1所述具有相机快门功能的薄膜电晶体液晶面板，其特征在于，所述扫描控制电路控制液晶使其呈现不完全透光状态。

6.如权利要求1所述具有相机快门功能的薄膜电晶体液晶面板，其特征在于，所述扫描控制电路控制液晶使其在完全遮光与完全透光的状态之间呈现连续且快速的转换。

7.如权利要求1所述具有相机快门功能的薄膜电晶体液晶面板，其特征在于，所述扫描控制电路控制液晶使其在所述具有相机快门功能的薄膜电晶体液晶面板的不同区域呈现不同的透光状态。

8.如权利要求1所述具有相机快门功能的薄膜电晶体液晶面板，其特征在于，所述扫描控制电路包括行扫描控制单元、列扫描控制单元、时脉控制单元、相机曝光控制单元和相机曝光图案处理单元。

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