CN102654596B - 微结构光相位膜及柱状透镜 - Google Patents

微结构光相位膜及柱状透镜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微结构光相位膜及微结构柱状透镜，该光相位膜为一体成形，在结构上包括一相位膜基底，一圆凹柱状表面位于相位膜基底之上。圆凹柱状表面具有至少两个圆凹柱以一固定间距重复排列，且圆凹柱具有相同的圆柱高度。以一透镜层覆盖于光相位膜而形成一微结构柱状透镜，因入射光的偏极角度不同使光相位膜具有双折射率效果，而达成2D/3D影像切换的目的。

Description

微结构光相位膜及柱状透镜
技术领域
本发明涉及一种一体成形微结构光相位膜与其制作方法，尤其涉及一种应用于2D/3D影像切换的微结构光相位膜及柱状透镜。
背景技术
立体显示技术则被视为显示技术的新世代产品标的，从消费者的观点来看，虽然戴眼镜式立体显示的硬件技术已经发展的很成熟且能满足多人共同观看的需求，不过观看时必须配戴特殊眼镜仍旧是个相当大的障碍，各家厂商于是投入不需要配戴特殊眼镜的裸视3D立体显示技术研发。因此裸眼式立体显示技术是未来主要发展驱势。事实上，裸眼式立体显示技术目前已发展到可以让多人同时观赏的多视域(multi-view)显示技术。
但是裸眼式多视域立体显示器在文字部份可能模糊不清并造成阅读的问题，在硬件技术上需要开发一个可以自动侦测文字及影像内容及其显示区域范围，于影像的部份以3D立体模式显示，文字等说明的部份则仍然以传统2D模式显示于屏幕，同时可以进行动态、局部显示区域2D/3D模式切换的立体显示器系统。
以光学控制技术来看平面电视可切换式影像立体化的技术，主要有如图1a所示的视差光栅(barrier)技术以及如图1b所示的柱状透镜(lenticularlens)技术两大主流。其基本原理是将显示的画面分为给右眼看的像素111与给左眼看的像素112；以视差光栅技术而言是利用视差光栅120使右眼101看不到给左眼102的像素111，而左眼102看不到给右眼101的像素112，因此两眼101、102看到不同光相位的影像，使得大脑可以组成立体影像。而以柱状透镜技术而言，是利用柱状透镜130的折射，分别将给右眼101的像素112与给左眼102的像素111送至右眼101与左眼102。以目前技术水准而言，柱状透镜图的亮度表现比较好，然而制程稳定性以及技术成熟度不及视差光栅，因此视差光栅技术比较有成本优势。然上述的两种技术均是固定呈现3D立体影像的方法，而无法做动态的2D/3D影像的切换。
图2a及2b所示为可做动态2D/3D影像切换的先前技术，该技术有一切换液晶层220，可由经由施加于其上下的偏极膜210的偏极电压改变光的偏极相位角度；有一液晶层240亦可经由电压控制改变其折射率；另有一透镜层250具有一固定折射率n。如图2a所示，先施加偏极电压(Va)271于切换液晶层220上下的偏极膜210时，液晶分子改变排列方向，使0度偏极光280经过像素201入射进切换液晶层220后，成为90度偏极光281，此时液晶层240的折射率被控制为N，与透镜层250的折射率n不同，所以光会改变前进的方向，而具有柱状透镜的效果，此即为3D模式。又如图2b所示，先施加偏极电压(Vb)272于切换液晶层220上下的偏极膜210后，液晶分子再度改变排列方向，使一0度偏极光280经过像素201入射进切换液晶层220后仍是0度偏极光280，但此时液晶层240的折射率被控制为n，与透镜层250的折射率n相同，因此不会改变前进的方向，此时即为2D模式。
但此先前技有诸多缺点，如液晶层240与透镜层250必须制作在一玻璃基板230上，最上一层又需一玻璃基板260，且液晶层240仍需以电压或其它方式控制以改变其折射率使之与透镜层250配合以达2D/3D切换的功能。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种微结构光相位膜与微结构相位柱状透镜。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种微结构光相位膜包括：一光相位膜基底，具有一厚度，从正上方俯视为一矩形形状，具有两个等长的横向边与两个等长的纵向边；一圆凹柱状表面，位于光相位膜基底之上；其中圆凹柱状表面具有至少两个平行的圆凹柱，以一固定间距重复排列，圆凹柱的最高点与其开始往上突起的点呈一圆柱高度，且圆凹柱的轴向与光相位膜的材料分子的排列相位成一夹角。
所述光相位膜的材料为可透光的材料，包括聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)、乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、三醋酸纤维素(Tri-acetylcellulose，TAC)、醋酸丙酸纤维素(CelluloseAcetatePropionate，CAP)。基底厚度50μm～150μm，圆凹柱的固定间距为120μm～450μm，较佳为150μm～200μm，圆凹柱的圆柱高度为10μm～180μm。改变光相位膜的折射率的因素包括:圆凹柱轴向与光相位膜材料分子排列相位的夹角、圆凹柱的圆柱高度、圆凹柱的固定间距、或一入射光的偏极角度。
一种微结构相位柱状透镜，包括配置一具有折射率n的透镜层在如上所述的光相位膜的圆凹柱状表面之上；当具一偏极角度的一入射光自光相位膜基底的一平面底面射入，穿透光相位膜与透镜层。当入射光的偏极角度为第一角度时，该光相位膜的折射率为N，而当入射光的偏极角度为第二角度时，该光相位膜的折射率为n；且n不等于N。
在一实施例中该第一角度时包括0度或180度，该第二角度包括90度或270度。在另一实施例中，该第一角度时包括90度或270度，该第二角度包括0度或180度。
附图说明
本发明可藉由说明书中的若干较佳实施例及详细叙述与后附图式而得以了解。图式中相同的组件符号系指本发明中的同一组件。然而，应理解者为，本发明的所有较佳实施例系仅用以说明而非用以限制权利要求，其中：
图1a为现有视差光栅技术的影像立体化原理示意图。
图1b为柱状透镜技术的影像立体化原理示意图。
图2a为现有3D模式成像过程示意图。
图2b为现有2D模式成像过程示意图。
图3a为本发明微结构光相位膜的剖面图。
图3b为光相位膜的平面底面的俯视图。
图3c为本发明微结构相位柱状透镜结构示意图。
图4为说明本发明的光相位膜折射率变化的原理图。
图5a为本发明3D模式成像过程示意图。
图5b为本发明2D模式成像过程示意图。
主要组件符号说明：
具体实施方式
本发明将以较佳实施例及观点加以叙述，此类叙述系解释本发明之结构及程序，仅用以说明而非用以限制本发明之权利要求。因此，除说明书中之较佳实施例外，本发明亦可广泛实行于其它实施例中。
本发明微结构光相位膜及微结构柱状透镜，相较于先前技术，可省去玻璃基板，也不需控制液晶透镜以改变其折射率，且相位膜为一体成形，大幅降低成本，利于制作可切换2D/3D影像的光相位膜。
如图3a所示为本发明微结构光相位膜310的剖面图，光相位膜310为一体成形，为解释的方便，将光相位膜310概念上区分为光相位膜基底311部分与圆凹柱312部分，光相位膜基底311的底面为一平面底面301。在一实施例中基底厚度为50μm～150μm。图3b为光相位膜310的平面底面301的俯视图，由图可知平面底面301为一矩形，其纵向边302与横向边303的长度可依所配合的面板需求而设计。光相位膜310的圆凹柱312以一间距P重复排列，在一实施例中间距P为150μm～200μm，在另一实施例中间距P为120μm～450μm，惟实际应用上间距P会配合所应用面板的像素间距而改变。圆凹柱312的轴向可设计为平行于纵向边302或横向边303。
光相位膜310的基底厚度D可依不同需求而改变，例如透光度、制作的良率、软硬度、黏着度等。圆凹柱312的高度h自圆凹柱312开始突起于光相位膜基底311的点至圆凹柱312的最高点，在一实施例中，高度h为10μm～180μm，但不以此为限，圆凹柱312的高度h影响圆凹柱312的曲率，可控制高度h而改变圆凹柱312的折射率，故高度h依实际需求而设计，故无法以固定范围限制之。
在一实施例中光相位膜310的材料为可透光的材料，包括聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)、乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、三醋酸纤维素(Tri-acetylcellulose，TAC)、醋酸丙酸纤维素(CelluloseAcetatePropionate，CAP)。
在一实施示中，如图3c所示，覆盖一层透镜层320于光相位膜310的圆凹柱312表面之上，以形成一微结构相位柱状透镜330。微结构相位柱状透镜330以光相位膜310的平面底面301黏贴于显示器面板上。
图4说明本发明的光相位膜310折射率变化的原理，如图所示，光相位膜310中的材料分子421呈一方向均匀排列。光相位膜的圆凹柱轴向410与材料分子的相位轴420成一夹角θ，可控制该夹角θ以改变光相位膜310的折射率。在一实施例中，光相位膜310的折射率亦可由光相位膜310的圆凹柱312的高度h与间距调整而改变。
以下说明本发明的微结构相位柱状透镜330应用于显示器面板以达2D/3D切换的功能。图5a及5b所示为本发明的一例示微结构相位柱状透镜330的应用，与图2a及2b的先前技术相类似，将本发明的微结构相位柱状透镜330应用在一具有切换液晶层220的显示器，将光相位310膜的平面底面301黏贴于切换液晶层220之上。如图5a所示，若先施加偏极电压(Va)271于切换液晶层220上下的偏极膜210时，液晶分子改变排列方向，使原本为0度偏极方向的入射光580经过像素201入射进切换液晶层220后，成为90度或270度偏极方向的入射光581，此时光相位膜310的折射率为N，与透镜层320的折射率n不同，所以光会改变前进的方向583，具有柱状透镜的效果，而为3D模式。在一另实施例中，施加偏极电压(Va)271于切换液晶层220上下的偏极膜210时，液晶分子改变排列方向，使原本为0度偏极方向的入射光580经过像素201入射进切换液晶层220后，成为0度或180度偏极方向的入射光(未绘示于图中)，此时光相位膜310的折射率为N，与透镜层320的折射率n不同，所以光会改变前进的方向，具有柱状透镜的效果，而为3D模式
相对地，如图5b所示，先施加偏极电压(Vb)272于切换液晶层220上下的偏极膜210后，液晶分子再度改变排列方向，使原本为0度偏极方向的入射光580经过像素201入射进切换液晶层220后，成为0度或180度偏极方向的入射光582，此时光相位膜310的折射率为n，与透镜层320的折射率n相同，因此不会改变光前进的方向584，此时即为2D模式。在一另实施例中，施加偏极电压(Vb)272于切换液晶层220上下的偏极膜210后，液晶分子再度改变排列方向，使使原本为0度偏极方向的入射光580经过像素201入射进切换液晶层220后，成为90度或270度偏极方向的入射光(未绘示于图中)，此时光相位膜310的折射率为n，与透镜层320的折射率n相同，因此不会改变光前进的方向，此时即为2D模式。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种微结构光相位膜，该光相位膜为一体成形，其特征在于，包括：
一光相位膜基底，具有一厚度，从正上方俯视为一矩形形状，具有两个等长的横向边与两个等长的纵向边；以及
一圆凹柱状表面，位于光相位膜基底之上；其中圆凹柱状表面具有至少两个平行的圆凹柱以一固定间距重复排列，圆凹柱的最高点与其开始往上突起的点呈一圆柱高度,其中该光相位膜之材料分子呈一方向均匀排列，使圆凹柱的轴向与光相位膜的材料分子的排列相位成一夹角；
改变光相位膜折射率的因素包括：夹角、圆凹柱的圆柱高度、圆凹柱的固定间距、或一入射光的偏极角度。
2.根据权利要求1所述的微结构光相位膜，其特征在于，所述固定间距为120μm～450μm。
3.根据权利要求1所述的微结构光相位膜，其特征在于，所述固定间距为150μm～200μm。
4.根据权利要求1所述的微结构光相位膜，其特征在于，所述圆柱高度为10μm～180μm。
5.根据权利要求1所述的微结构光相位膜，其特征在于，所述光相位膜基底厚度为50μm～150μm。
6.根据权利要求1所述的微结构光相位膜，其特征在于，所述光相位膜的材料为可透光的材料，包括聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯醇、乙烯对苯二甲酸酯、聚乙烯、三醋酸纤维素、醋酸丙酸纤维素。
7.一种微结构相位柱状透镜，其特征在于，包括配置一具有折射率为n的透镜层在如权利要求1所述的光相位膜的圆凹柱状表面上；具一偏极角度的一入射光自光相位膜基底的一平面底面射入，穿透光相位膜与透镜层。
8.根据权利要求7所述的微结构相位柱状透镜，其特征在于，当入射光的偏极角度为第一角度时，光相位膜的折射率为N；当入射光的偏极角度为第二角度时，光相位膜的折射率为n；且n不等于N。
9.根据权利要求8所述的微结构相位柱状透镜，其特征在于，所述第一角度包括0度或180度，第二角度包括90度或270度。
10.根据权利要求8所述的微结构相位柱状透镜，其特征在于，所述第一角度包括90度或270度，第二角度包括0度或180度。
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