CN102411214B - 影像光线偏折装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种影像光线偏折装置，用以偏折由外部射入的影像光线而产生可偏射至特定方向的出射光并投射至外部，影像光线偏折装置包括光栅膜及透光片，其中光栅膜堆叠在该透光片上，光栅膜是由透光性材料构成且具有表面微结构，且是利用全像片工艺而制成，并可包括多个突起状、突脊状、凹陷状或凹槽状，能产生扩大视角或改变出光角度的视觉效应，借以增加观看者的观看角度并提升影像信息的显示效应，或避免出射光投射到没有显示效益的其它出光方向，以降低发光源的亮度，节省电力的功耗，达到节能的目的。
Description
技术领域
本发明是有关一种影像光线偏折光学膜，尤其是将影像光线偏折至特定方位。
背景技术
目前商用的大尺寸液晶显示器，最常见的是扭转向列型(Twisted Nematic，TN)显示器、横向电场切换(In-Plane Switching，IPS)显示器、多区域垂直配向(Multi-Domain Vertical Alignment，MVA)显示器。
传统的TN显示器是利用上下电极在液晶层的上下二面施加电压以产生垂直电场，使液晶分子扭转以改变入射光的偏极态，再配合光轴相互垂直的上下偏光片以及彩色滤光片以产生所需的彩色影像，而TN显示器的最大问题在于视角太窄，尤其是在下视角，大约30度左右就会有灰阶反转现象。另外，TN的显示器最大对比约为1000∶1。
一般户外信息显示器或电视必须使各方位的使用者可以正确读到显示器上的信息，传统的TN显示器具有较窄的视角而无法满足上述需求，因此户外信息显示器或电视需要广视角技术，比如IPS显示器或MVA显示器。
习用技术中，由日商日立(Hitachi)所开发的IPS技术的主要特征是，将TN显示器的上下电极安置在液晶层的同一侧边上，以产生横向的电场，而非垂直电场，使液晶分子在水平方向扭转以改变入射光的偏极态，因IPS技术的液晶排列方式会使观看者在不同角度下观看到几乎相同的液晶分子横切面，亦即从任何角度观看相同画面，亮度几乎相同，所以能改善视角问题。一般而言，IPS显示器的视角可达170到178度，最大对比约最大对比约1000∶1。
习用技术中，由日商富士通(Fujitsu)所开发的VA技术或MVA技术的主要特征是，在液晶层的不同区域的内侧边安置屋脊状(Ridge)的突起物(Protrusion)，使得同一水平平面的液晶分子具有不同的垂直倾斜角，而在观看角度下，不同区域中液晶分子的光学效应会互相补偿，使得观看者在不同角度下可观看到相同的平均液晶分子横切面，亦即增加视角范围。MVA显示器的视角可达170度，最大对比约5000∶1。
然而，IPS技术、VA技术或MVA技术是针对液晶显示器中的阵列层(CellArray)进行改良，因此制造成本高于TN显示器，而且IPS显示器或MVA显示器的透光率只有TN的6～8成。另外，IPS与VA的反应速度，较TN为慢。
以IPS技术为例，液晶分子的对准方向需平行于包含液晶层的玻璃基版，因此使得电极只能置于两片玻璃板中的其中一边，而这些电极必须制作成像梳子状，排列在液晶层的下层表面，导致透光率减少及对比降低，而必须增加背光源的亮度，造成背光源的灯管成本上升，增加功耗，并产生额外噪音及散热的问题，更可能引发安全的疑虑。
习用技术中，另一解决TN显示器的视角问题的方案为使用光学补偿膜或广视角膜(Wide Viewing Film)，如日商富士胶卷公司(Fujifilm)所开发的广视角补偿膜(Fuji Wide View Film)，藉贴附在TN显示器上，使广视角补偿膜对入射光产生负的相位延迟(phase retardation)以补偿倾斜观看显示所看到正的相位延迟，进而补偿不同角度下所观看到的不同液晶分子横切面的光学效应，以增加视角范围。通常，广视角补偿膜不同于一般高分子膜，而是利用盘状化合物所组成，可将左右视角增加到140度以及上下视角增加到120度，但是没有解决灰阶反转的问题。
从另一应用面来看，对于大型户外广告广告牌，尤其是安置在大楼上或高处，观看者主要是位于下方，因此只需要朝下侧显示广告内容，所以大型户外广告广告牌反而需要特定视角范围的显示功能，而不需要广视角功能，尤其大型户外广告广告牌需要更高的亮度，因此背光模块中灯管的散热问题便显得更加重要。
因此，需要一种具有偏折入射光至特定方位的影像光线偏折装置，借以提供特定视角的显示功能，并可配合不同视角的显示功能而形成广视角的显示功能，以解决上述已知技术的缺点。
发明内容
本发明的一方面是在提供一种影像光线偏折装置，用以偏折由外部射入的影像光线而产生可偏射至特定方向的出射光并投射至外部，来提供特定视角的显示功能，并可配合不同视角的显示功能而形成广视角的显示功能。
根据本发明的一实施例，此影像光线偏折装置包括光栅膜及透光片，其中光栅膜堆叠在该透光片上，该光栅膜是堆叠在透光片上，且影像光线自外部射入透光片后产生一透射光，此透射光经光栅膜而产生一出射光并投射至外部。该影像光线包括偏极化影像光线及非偏极化影像光线的其中之一，其中光栅膜是由透光性材料构成，且具有一表面微结构，用以偏折该透射光使该出射光偏射至特定方向。
表面微结构是利用全像片工艺而制成，并可包括多个突起状、突脊状、凹陷状或凹槽状，能产生扩大视角或改变出光角度的视觉效应，借以增加观看者的观看角度并提升影像信息的显示效应，或避免出射光投射到没有显示效益的其它出光方向，以降低发光源的亮度，节省电力的功耗，达到节能的目的。
根据本发明另一实施例，此影像光线偏折装置包括光栅膜及显示器。该光栅膜贴附在显示器上，显示器产生一影像光线，并射入光栅膜。光栅膜是由透光性材料构成且具有一表面微结构，用以偏折显示器的影像光线以产生一出射光，使出射光偏射至特定方向并投射至外部。
本发明的影像光线偏折装置可贴附在一般的显示器上，比如利用透光性粘接剂而粘在液晶显示器的偏光片，以改变视角范围或影像出光角度的视觉效应，因此可使用透光率较高的TN液晶层，以解决习用技术中使用低透光率的VA或IPS液晶层所造成的问题，且本发明的影像光线偏折装置可解决灰阶反转的问题，改善习用光学补偿膜所不能解决的视角问题，并将反应速度较快的液晶模式应用于广视角显示器。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，上文特举一较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
图1为本发明第一实施例影像光线偏折装置的示意图；
图2为本发明第二实施例影像光线偏折装置的示意图；
图3为本发明第三实施例影像光线偏折装置的示意图。
【主要组件符号说明】
10：光栅膜 12：光栅膜
14：光栅膜 20：透光片
30：表面微结构 32：表面微结构
34：表面微结构 40：显示器
D1：方向 L1：影像光线
L2：透射光 L3：出射光
P：波前 P1：波前
P2：波前 P3：波前
R1：波前 R2：波前
R3：波前
具体实施方式
以下配合附图及组件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，以使熟悉该项技艺者在研读本说明书后能据以实施。
本发明的技术特征是利用全像片的制作方法以形成光栅膜，通过安置光栅膜于透光片或显示器上以扩大视角或偏折至特定显示角度，进而展现特殊的视觉效应，尤其是可直接应用于高透光率的TN显示器。
具有显示出立体影像或全像(Hologram)的全像片主要是利用全像技术(Holography)在不同角度记录两道同调性(Coherent)很高的光(比如激光经分光镜所产生)所形成的干涉条纹，其中一道光照射目标物后经反射而投射至感光片，而另一道光经反射镜反射后也投射到同一感光片，当作参考光，用来与目标物的反射光形成干涉。因此，当作光学全像片的感光片不仅可记录光强度，还同时具有相位信息，亦即以平面材料的感光片记录包含三度空间的影像信息。理论上，可通过任一局部的材料所记录的信息来重建原始对象的本体，所以只要有适当的重建光，便可看到与实物完全一样的立体全像。目前，光学全像片已被应用至防伪卷标、激光图片、DVD用的光学读取头、全像抬头显示器。
参阅图1，本发明第一实施例影像光线偏折装置的示意图。如图1所示，第一实施例的影像光线偏折装置包括光栅膜10及透光片20，用以偏折由外部射入的影像光线L1，其中光栅膜10堆叠在透光片20上，光栅膜10是由透光性材料构成且具有表面微结构30。
影像光线L1自外部射入该透光片后产生透射光L2，透射光L2经光栅膜10后产生出射光L3并投射至外部。影像光线L1可包括偏极化影像光线及非偏极化影像光线的其中之一，而偏极化影像光线可由液晶显示器产生，非偏极化影像光线可由等离子显示器、有机发光二极管显示器及电子纸显示器的其中之一产生。
以具有偏光装置显示装置，为例，透光片29可包括偏光片及透光保护片的至少其中之一，其中偏光片是用以在影像光线L1为偏极化影像光线时，对偏极化的影像光线L1进行偏极化以控制透射光L2的亮度，而透光保护片提供保护承载功能。
以不具有偏光装置显示装置为例，透光片29可设置于显示装置的透明保护外壳(即前述的透光保护片)上，以使其支撑或保护光栅膜。值得注意的是，若光栅膜本身即具有强固的结构，其亦可设置于透明保护外壳外，而不需接受透明保护外壳的保护。
光栅膜10的表面微结构30包括多个尖角突起状、多个圆弧突起状、多个尖角突脊长条状、多个圆弧突脊长条状、多个尖角凹陷状、多个圆弧凹陷状、多个尖角凹槽长条状及多个圆弧凹槽长条状的至少其中之一，借以产生偏折作用。要注意的是，图1是以尖角突起状为示范性实例，借以说明本发明的特征而已，并非用以限定本发明的范围。如图1中，波前P1为经透光片20所产生的近距离波前，而波前R1为经光栅膜10的表面微结构30所产生的近距离波前，波前P2为经透光片20所产生的远距离波前，而波前R2为经光栅膜10的表面微结构30所产生的远距离波前。比较波前P2与波前R2可知，表面微结构30可增加出射光L3的可视范围，亦即增加视角，因此本发明的影像光线偏折装置能达到广视角的功能。
参阅图2，本发明第二实施例影像光线偏折装置的示意图。如图2所示，第二实施例的影像光线偏折装置包括光栅膜12及透光片20，光栅膜12具有表面微结构32，用以产生偏折作用，类似于图1中光栅膜10的表面微结构30所产生的作用，其差异点在于，表面微结构32具为左右非对称的形状，亦即表面微结构32包括多个半尖角突起状、多个锯齿突起状、多个半圆弧突起状、多个半尖角突脊长条状、多个锯齿突脊长条状、多个半圆弧突脊长条状、多个半尖角凹陷状、多个锯齿凹陷状、多个半圆弧凹陷状、多个半尖角凹槽长条状、多个锯齿凹槽长条状及多个半圆弧凹槽长条状的至少其中之一。要注意的是，图2是以半尖角突起状为示范性实例，借以说明本发明的特征而已，并非用以限定本发明的范围。
由于上述的表面微结构32具有左右非对称的形状，因此会使出射光L3偏折至特定方向，如图2中的方向D1，其中波前P3为经透光片20所产生的近距离波前，而波前R3为经光栅膜12的表面微结构32所产生的近距离波前。要注意的是，图2是以半尖角突起状为示范性实例，借以说明本发明的特征而已，并非用以限定本发明的范围。
参阅图3，本发明第三实施例影像光线偏折装置的示意图。如图3所示，第三实施例的影像光线偏折装置包括光栅膜14及显示器40，光栅膜14具有表面微结构34，用以产生偏折作用，类似于第一图中光栅膜10的表面微结构30所产生的作用，其差异点在于，光栅膜14是接收显示器40所射入的影像光线L1，该显示器40可包括液晶显示器、等离子显示器、有机发光二极管显示器及电子纸显示器的其中之一。
要注意的是，图3是以尖角突起状为示范性实例，借以说明本发明的特征而已，并非用以限定本发明的范围，因此，表面微结构34可包括多个圆弧突起状、多个半尖角突起状、多个锯齿突起状、多个半圆弧突起状、多个尖角突脊长条状、多个圆弧突脊长条状、多个半尖角突脊长条状、多个锯齿突脊长条状、多个半圆弧突脊长条状、多个尖角凹陷状、多个圆弧凹陷状、多个半尖角凹陷状、多个锯齿凹陷状、多个半圆弧凹陷状、多个尖角凹槽长条状、多个圆弧凹槽长条状、多个半尖角凹槽长条状、多个锯齿凹槽长条状及多个半圆弧凹槽长条状的至少其中之一。
本发明影像光线偏折装置的特点在于，影像光线偏折装置可直接贴附至电视机、计算机显示器、笔记型计算机显示器、数字相框、可携式电子装置显示器、室内广告广告牌及户外广告广告牌等等的显示器上，以增加观看者的观看角度，进而提升影像信息的显示效应。
本发明影像光线偏折装置的另一特点在于，可利用具有左右非对称的形状的表面微结构，改变出射光的偏折角度至特定方向，比如偏折至左方、右方、上方及下方的其中之一。例如，本发明的影像光线偏折装置适合应用于安置于高处的室内广告广告牌及户外广告广告牌，让出射光向下偏折而集中朝向位于斜下方的观看者，进而避免出射光投射到没有显示效益的其它出光方向，所以可降低显示器中发光源的亮度，节省电力的功耗，达到节能的目的。
此外，本发明的影像光线偏折装置还可应用于路边的广告广告牌或交通指示，尤其是针对车辆驾驶，因为车辆行进的关系，驾驶顾及行车安全而须专注于前方路况，因此一般无法转头观看左右正侧边附近范围的广告牌内容或交通指示，反而是在相距某一距离时，以斜角度观看左前侧边及右前侧边的广告牌内容或交通指示。因此，本发明的影像光线偏折装置可达到加强显示影像信息给车辆驾驶的目的，并提高行车安全。
上述影像光线偏折装置中光栅膜的表面微结构可利用全像片的制作方式而制成，比如，可将同调性高的光线利用光学镜组分成第一光线及第二光线，并投射至透光性材料的受光面上，受光面包含光敏性材料及光阻性材料的其中之一，通过第一光线及第二光线的干涉作用，使受光面所接收的光照强度具有分布图案，再利用光敏性材料及光阻性材料的其中之一的光反应，配合适当的蚀刻液，进行定影及显影工艺，进而使受光面形成所需的表面微结构。
另外，值得一提的是，在本发明的其它实施例中，透光片和光栅膜可利用一体成型的方式来制成，而不需个别制作。
以上所述者仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，是以，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。
Claims (9)
1.一种影像光线偏折装置，其特征在于，用以偏折由外部射入的一影像光线，该影像光线偏折装置包括一光栅膜及一透光片，该光栅膜堆叠在该透光片上，且该影像光线自外部射入该透光片后产生一透射光，该透射光经该光栅膜而产生一出射光并投射至外部，该影像光线包括一偏极化影像光线及一非偏极化影像光线的其中之一，其中该光栅膜是由透光性材料构成，该光栅膜具有一左右非对称的形状的表面微结构，用以偏折该透射光使该出射光向下偏折，该表面微结构包括多个半尖角突起状、多个半尖角突脊长条状的至少其中之一。
2.根据权利要求1所述的影像光线偏折装置，其特征在于，该透光片包括一偏光片及一透光保护片的至少其中之一，该偏光片是用以在该影像光线为偏极化影像光线时，对该偏极化影像光线进行偏极化以控制该透射光的亮度，该透光保护片提供保护承载功能。
3.根据权利要求1所述的影像光线偏折装置，其特征在于，该表面微结构是利用全像片的制作方式而制成，该制作方式是将同调性高的光线利用光学镜组分成一第一光线及一第二光线，并投射至一透光性材料的一受光面上，该受光面包含光敏性材料及光阻性材料的其中之一，通过该第一光线及该第二光线的干涉作用，使该受光面所接收的光照强度具有一分布图案，再利用该光敏性材料及该光阻性材料的其中之一的光反应，配合适当的蚀刻液，进行定影及显影工艺，进而使该受光面形成该表面微结构。
4.根据权利要求2所述的影像光线偏折装置，其特征在于，该透光保护片包括一玻璃保护片及一透光塑料保护片的至少其中之一。
5.根据权利要求1所述的影像光线偏折装置，其特征在于，该影像光线包括偏极化影像光线及非偏极化影像光线的其中之一，而该偏极化影像光线由液晶显示器产生，该非偏极化影像光线由等离子显示器、有机发光二极管显示器及电子纸显示器的其中之一产生。
6.根据权利要求1所述的影像光线偏折装置，其特征在于，该光栅膜及该透光片为一体成型。
7.一种影像光线偏折装置，其特征在于，包括一光栅膜及一显示器，该光栅膜是贴附在该显示器上，该显示器产生一影像光线，并射入该光栅膜，该光栅膜是由透光性材料构成且该光栅膜具有一左右非对称的形状的表面微结构，用以偏折该显示器的影像光线以产生一出射光，使该出射光向下偏折，该表面微结构包括多个半尖角突起状、多个半尖角突脊长条状的至少其中之一。
8.根据权利要求7所述的影像光线偏折装置，其特征在于，该表面微结构是利用全像片的制作方式而制成，该制作方式是将同调性高的光线利用光学镜组分成一第一光线及一第二光线，并投射至一透光性材料的一受光面上，该受光面包含光敏性材料及光阻性材料的其中之一，通过该第一光线及该第二光线的干涉作用，使该受光面所接收的光照强度具有一分布图案，再利用该光敏性材料及该光阻性材料的其中之一的光反应，配合适当的蚀刻液，进行定影及显影工艺，进而使该受光面形成该表面微结构。
9.根据权利要求7所述的影像光线偏折装置，其特征在于，该显示器包括液晶显示器、等离子显示器、有机发光二极管显示器及电子纸显示器的其中之一。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: QIMEI INDUSTRY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: CHINA TAIWAN OUNI TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20120227 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20120227 Address after: Taiwan city Tainan District three China Rende village 59-1 Applicant after: Qimei Industry Co., Ltd. Address before: Five road Chinese Taiwan Tainan County Yongkang City Yongda No. 35 5 floor Applicant before: Taiwan Ouni Chinese Technology Co. Ltd. |
|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHIMEI MATERIALS TECHNOLOGY CORP. Free format text: FORMER OWNER: QIMEI INDUSTRY CO., LTD. Effective date: 20141014 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20141014 Address after: Chinese Taiwan Tainan City Shanhua District South Gate No. 13 West Port in Taipei Applicant after: Chimei Materials Technology Corp. Address before: Taiwan city Tainan District three China Rende village 59-1 Applicant before: Qimei Industry Co., Ltd. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Chinese Taiwan Tainan City Shanhua District South Gate No. 13 West Port in Taipei Patentee after: Cheng Mei material Polytron Technologies Inc Address before: Chinese Taiwan Tainan City Shanhua District South Gate No. 13 West Port in Taipei Patentee before: Chimei Materials Technology Corp. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200929 Address after: No. 13, West Road, Taiwan, Tainan, China Patentee after: CM VISUAL TECHNOLOGY Corp. Address before: Chinese Taiwan Tainan City Shanhua District South Gate No. 13 West Port in Taipei Patentee before: CHENG MEI MATERIALS TECHNOLOGY Corp. |