CN102681071A - 微相位差膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用用于二维/三维影像切换显示装置的微相位差膜，包括：一第一均质层；一微结构相位层，包括至少两个相位延迟部分间隔地排列于第一均质层之上；以及一第二均质层，形成于微结构相位层之上。
Description
技术领域
本发明涉及一种视差光栅，尤其涉及一种微相位差膜。
背景技术
随着平面显示器应用愈来愈普及，更高解析度、色域更广、反应速度更快的显示器已经成为不可或缺的要素。由于人类最终希望能够呈现出最自然、最真实、具有立体感受的影像，因此立体/三维(3D)影像显示技术受到相当大的重视。
如上所述，3D立体显示技术的发展的原始想法就是来自左右眼分别接受不同的影像。一般而言，空间中的物体相对位置是由多个深度线索(depth cues)组合来正确判断，深度线索包括了双眼视差、人眼的调适性、移动视差、透视、观测物体间大小关系、物体材质等。意即，立体显示器必须至少具有两眼视差及移动视差的特性，其中以双眼视差较能正确的判断出深度信息，双眼视差的原理是由于两眼在水平方向有一位移(间隔约65mm)，两眼所看到的影像会稍微不同，因此所接收的影像内容也略有差异；而移动视差则是指观赏者的眼睛位置移动时，由于观赏角度随之改变，眼睛所接收的内容也有所不同。所以若要接受到立体的影像，必须让左眼与右眼分别只接受到有些微差异的个别影像，再经大脑融合成具深度信息的三维(3D)影像(深度信息)。因此，目前大部份的3D显示器重建立体影像的原理皆为双眼视差为主要的设计，将不同视角的影像利用特殊光学设计分别投射到左右眼，再经过大脑融合此两张影像，即可以重建出立体影像。
早期的立体影像显示器大部份是戴眼镜式立体显示器。戴眼镜式的快门式眼镜3D显示器是以更新频率120Hz以上播放左、右眼视角画面。当显示器显示左眼画面时，快门眼镜将左眼打开，右眼遮蔽；当显示器显示右眼画面时，快门眼镜将右眼打开，左眼遮蔽。通过快速切换左右眼信息，使得左右眼分别看到正确的左眼与右眼画面，经过视觉暂留与大脑融合后，即可呈现出具深度感的立体影像。
然而，上述戴眼镜式立体显示器都需要佩带特殊的仪器，此常会阻碍人类自然的视觉。因此，近几年来，逐渐发展一种裸眼式立体影像显示器。裸眼式的3D显示方式可分成时间多任务与空间多任务两种。时间多任务是以一组指向性背光搭配一快速反应面板，快速显示左、右眼影像，让观赏者的左、右眼分别看到左、右眼影像；空间多任务是牺牲画面解析度来同时显示左、右眼影像，其主要分成视差光栅(Parallax barrier)和柱状透镜(Lenticular lenses)两种，视差光栅是利用光栅来控制光前进的方向，而柱状透镜是利用折射率的不同来控制光的方向。
此外，柱状透镜由许多细长直条的凸透镜沿一轴方向连续排列，并利用光学折射来产生左右眼的不同视图，其利用光的折射来达到分光的目的，所以光较无损失、亮度佳，然而若由于制作柱状透镜时的误差或透镜表面不平整等因素，则会有杂散光的产生，而造成部分模糊的立体影像，因此影响整体3D影像的显示效果。另外，视差光栅利用整列的屏障物来限制某些角度的光射出，只让某些角度的视图影像分别传送至左右眼以产生立体影像。
再者，一般的立体显示装置，仅能显示立体影像而已，无法针对平面(二维)影像与立体(三维)影像进行切换。因此，便有业者开发出可切换显示立体影像或平面影像的立体影像显示装置。目前一般的区域化2D/3D(二维/三维)切换技术主要是以视差光栅与柱状透镜为主，视差光栅与柱状透镜结构可置于显示面板前面或置于显示面板与背光模块之间。举例而言，可切换2D/3D视差光栅显示器，至少包括视差光栅102、显示面板101以及背光模块100，如图1a与图1b所示。视差光栅102配置于显示面板101之前。当某区域影像内容显示为3D影像时，就在相对应的区域102a产生视差光栅的效果，此即为3D显示模式，如图1a所示；而当要显示文字或2D影像信息时，即让对应位置(区域)102b的视差光栅的效果消失，如图1b所示，则左眼与右眼皆看到相同的画素，如一般2D显示器一样。而另一模式为可切换2D/3D柱状透镜显示器，其与可切换2D/3D视差光栅显示器的功能类似。在此例子中，可切换2D/3D柱状透镜显示器，以柱状透镜103取代视差光栅102，如图2a与图2b所示。柱状透镜103配置于显示面板101之前。当某区域影像内容显示为3D影像时，就在相对应的区域103a产生柱状透镜的效果，此即为3D显示模式，如图2a所示；而当要显示文字或2D影像信息时，即让对应位置103b的柱状透镜的效果消失，如图2b所示，则左眼与右眼皆看到相同的画素，而呈现如2D显示器的效果。
在可切换2D/3D视差光栅显示器中，由于液晶本身具有使光线穿透与否的能力，使用液晶面板来产生区域化视差光栅是最容易实现的方式之一。举例而言，一种可切换2D/3D液晶视差光栅显示器，于背光模块之前配置二组液晶面板，其中前液晶面板当作视差光栅使用，当显示面板要显示3D内容时，则前液晶面板对应区域显示黑白相间的条纹；而当显示面板的影像画面为2D内容，则前液晶面板于该区域显示白画面(使光线完全穿透)。因此，可以通过控制前液晶面板的显示内容来达到区域化2D/3D的切换功能。
在可切换2D/3D柱状透镜显示器中，包括可区域化2D/3D切换柱状透镜，其分成二种类型，分别为(1)主动式柱状透镜及(2)被动式柱状透镜与切换液晶面板。举例而言，主动式可切换2D/3D柱状透镜显示器技术是由飞利浦(Phil ips)所开发，其将柱状透镜(例如凹透镜)114内部灌入液晶，并且由上、下玻璃基板115及112包覆，下玻璃基板112之下配置一偏极(光)膜111，偏极膜111之下有显示画素110；由于液晶是一个双折射材料(折射率为N和n)，可通过施加电压(V)来改变折射率。选用适当的折射率的液晶材料搭配透镜114的折射率(例如为n)。当不施加电压于柱状透镜114时，液晶层的折射率为N，与透镜折射率n不同，因此产生一个折射率差，光线经过此主动式切换柱状透镜114时，由于有折射率差，就会改变光的前进方向，如此即为3D模式显示，如图3a所示；而当施加电压于主动式2D/3D切换柱状透镜114时，液晶会改变排列方式，此时液晶层113的折射率为n，与透镜折射率n一样，经由显示画素110而来的光线即沿着原入射光的方向前进，如此即为2D模式显示，如图3所示。因此，在此架构的下，透过加电压与不加电压于柱状透镜114的选择，以产生2D/3D的切换效果，因此属于主动的操作方式。
而在被动式柱状透镜与切换液晶面板的架构中，此切换架构是由一固定式双折射(折射率为N和n)柱状透镜114与一切换液晶层116来控制光前进的方向，此技术是由切换液晶层116决定柱状透镜114是否作用，因此属于被动的操作方式。当不施加电压于切换液晶层时，以TN为例，假设经过偏极膜111的0度偏极方向的入射光经切换液晶层116之后，偏极方向变成90度，此时柱状透镜114中的液晶层113折射率为N，与透镜折射率n不同，因而产生光程差，所以会改变光的前进方向，而具有柱状透镜的效果，即为3D模式显示，如图4a所示；而当切换液晶层116加电压时，TN液晶分子会改变排列的方向，使经过切换液晶层116之后的偏极方向仍为0度，此时，柱状透镜114中的液晶层113折射率为n，与透镜折射率n相同，因此不改变光的前进方向，此即为2D模式显示，如图4b所示。此技术通过局部的控制切换液晶层的电压，以达到区域化2D/3D的切换效果。
综合上述，在传统的2D/3D切换架构中，必须使用柱状透镜搭配至少一个液晶层，并且必须施加电压于柱状透镜上，才能达到区域化2D/3D的切换效果，因此，其制造成本较为昂贵，并且架构复杂较容易产生显示或切换不良的情况。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明之主要目的在于提供一种微相位差膜，其中微相位差膜可以作为视差光栅之用，或者用于偏光眼镜式3D显示相位差膜，其具有低成本、制程简单的优点。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种微相位差膜，包括：一第一均质材料层；一微结构相位层，包括至少两个相位延迟部分间隔地排列于第一均质材料层之上；以及一第二均质材料层，形成于微结构相位层之上。
第一均质层的材料与微结构相位层的材料相同，其系通过一改质处理步骤所形成；第二均质材料层填入于相邻两个相位延迟部分的间隔之中。
本发明的微相位差膜不但克服先前技术的缺点，且可有效切换二维/三维影像，并可大幅降低成本。
附图说明
上述组件，以及本发明其它特征与优点，通过阅读实施方式的内容及其图式后，将更为明显：
图1a为可切换2D/3D视差光栅显示器显示3D影像信息的示意图。
图1b为可切换2D/3D视差光栅显示器显示2D影像信息的示意图。
图2a为可切换2D/3D柱状透镜显示器显示3D影像信息的示意图。
图2b为可切换2D/3D柱状透镜显示器显示2D影像信息的示意图。
图3a为主动式可切换2D/3D柱状透镜显示器显示3D影像信息的示意图。
图3b为主动式可切换2D/3D柱状透镜显示器显示2D影像信息的示意图。
图4a为被动式柱状透镜与切换液晶面板显示3D影像信息的示意图。
图4b为被动式柱状透镜与切换液晶面板显示2D影像信息的示意图。
图5a为本发明的透过拉伸压膜步骤以形成的微结构相位薄膜图案的剖面图。
图5b为本发明的第一均质材料层形成于微结构相位薄膜图案的上的剖面图。
图5c为本发明在微结构相位薄膜图案的背面进行照光的示意图。
图5d为本发明的微相位差膜结构的剖面图。
主要组件符号说明
具体实施方式
本发明将配合其较佳实施例与随附之图示详述于下。应可理解者为本发明中所有之较佳实施例仅为例示之用，并非用以限制。因此除文中之较佳实施例外，本发明亦可广泛地应用在其它实施例中。且本发明并不受限于任何实施例，应以随附之权利要求及其同等领域而定。
以下，将搭配参照相应之图式，详细说明依照本发明之较佳实施例。关于本发明新颖概念之更多观点以及优点，将在以下的说明提出，并且使熟知或具有此领域通常知识者可了解其内容并且据以实施。
传统的2D/3D切换架构中，必须使用柱状透镜搭配至少一个液晶层并且施加电压于柱状透镜上，才能达到区域化2D/3D的切换效果，因此，其制造成本较为昂贵并且架构复杂较容易产生显示或切换不良的情况。因此，鉴于传统架构具有上述缺点，本发明提供一种优于习知技术，且成本低廉、制程简单的微相位差膜(Micro-retarder)，用于作为二维/三维影像切换显示装置的视差光栅，包括三层结构：第一层为第一透明层59；第二层为微结构相位层58，具有至少两个相位延迟部分间隔地排列于第一透明层之上；第三层为第二透明层56，形成于微结构相位层58之上并填入于相邻两个相位延迟部分的间隔之中。
上述微相位差膜的制造方法及步骤如下所述。首先，预备一非均质材料层，其为一微结构相位层。微结构相位薄膜层遇到光照之后会改变为一均质材料。光通过均质材料后，光的相位会发生改变。微结构相位薄膜层的材料包括：聚醋酸乙烯酯(polyvinyl acetate，PVA)、三醋酸纤维素(Triacetate cellulose，TAC)、聚碳酸酯(Poly Carbonate，PC)或醋酸丙酸纤维素(Cellulose AcetatePropionate，CAP)。然后，微结构相位薄膜层透过一拉伸压膜步骤以形成一微结构相位薄膜图案50，如图5a所示。利用拉伸滚压方法将微结构相位薄膜层的高分子材料制成一体成形的微结构相位薄膜，其具有深浅厚度的凹凸图案。微结构相位薄膜图案50包括至少两个凹槽(开口)部分52，至少两个相位延迟部分51隔着凹槽部分52而间隔地排列。相位延迟部分51的间距55范围约为150至350微米(μm)，厚度53范围约为25至200微米(μm)。
在一具体实施例中，凹槽部分52的宽度范围约为75至150微米(μm)，凹槽部分52的底下的薄膜层的厚度54约为10至50微米(μm)。
之后，形成一第一均质材料层56于微结构相位薄膜图案50之上，并填入于相邻两个相位延迟部分51的间隔之中的凹槽部分52，如图5b所示。第一均质材料层56的材料包括紫外线(UV)固化高分子或双液型固化高分子。该形成方法包括涂布方式。
最后，微结构相位层薄膜图案50的背面进行一改质处理步骤，如图5c所示。举一实施例而言，改质处理方法例如为利用能量以作热处理，热处理方法包括但不限定为退火(annealing)、电子束淬火、高周波淬火、高压放电、电浆表面处理、雷射曝(照)光…等。举一实施例而言，改质处理利用光线57以一特定能量背面照射微结构相位层薄膜图案50的背面，其使用能量作为处理改质，使结构打散成为均质。雷射曝光的照光强度、照光时间以及光波长短视实际的应用或材料而选择。电浆表面处理可以处理微结构相位层薄膜图案50的深度至其背表面下大于厚度54。经改质处理步骤之后的材质部分将转变为均质材料。利用控制凹槽的深度，可以使得底部完全被改质且达到至少凹槽底部。直到凹槽部分52之下的微结构相位层薄膜完全变为具有均质特性为止，结果形成一第二均质材料层59，如此即完成本发明的微相位差膜结构，如图5d所示，其与第一均质材料层56均属于均质材料，不造成光相位改变，而微结构相位层58将造成入射光相位改变。第二均质材料层59的厚度约略等于薄膜层的厚度54。
本发明的微相位差膜结构，如图5d所示，可以提供作为二维/三维影像切换显示装置的视差光栅。举一实施例而言，本发明的微相位差膜可以贴合于一般液晶显示器之前，利用光的偏振方向来将左眼(L)与右眼(R)的影像分离。本发明的微相位差膜包括相位延迟部分58以及非相位延迟部分60。相位延迟部分58由于包括未照光的微结构相位薄膜，因此光经过其中会产生一相位差；而非相位延迟部分60则全部为均质材料，因此光经过其中不会产生相位差。举一实施例而言，在2D/3D影像切换显示装置中系使用两层液晶面板，而在两面板间夹着一层本发明的微相位差膜。举一实施例而言，微相位差膜是由本发明的相位延迟部分(λ/2相位差，λ为入射光波长)58以及非相位(0相位差)延迟部分60依特定光学图案排列而成的薄膜。切换面板的功能是让经过切换面板后的光能在0度偏极与45度偏极之间转换，当0度偏极光经过微相位差膜的0相位延迟区域60时，仍保持0度偏极态；当经过微相位差膜的λ/2相位延迟区域58时，0度偏极态的入射光会被转成90度偏极态。此时，若经过0度偏极方向的偏光膜，就会呈现出透明和黑色两种图案，此图案与微相位差膜上的图案排列一样，即产生视差光栅的效果。而当切换面板出来的光为45度偏极光，经过微相位差膜的0相位延迟区域60仍保持45度偏极态；若经过微相位差膜的λ/2的区域，因45度偏极光与λ/2相位延迟区域58的光轴平行，所以偏极光经微相位差膜后，仍然保持45度的偏极方向。此时，经过0度偏极的偏光膜，就不会产生透明和黑色两种图案，即无视差光栅形成。藉由本发明的微相位差膜与切换面板适当的配合，就可以形成2D/3D切换的效果。
本发明的微相位差膜并不限定应用于上述2D/3D影像切换显示装置(使用两层液晶面板)的架构，其它可能的2D/3D影像切换显示装置亦可以应用。
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)
1.一种微相位差膜，其特征在于包括：
一第一均质层；
一微结构相位层，包括至少两个相位延迟部分间隔地排列于第一均质层之上；以及
一第二均质层，形成于微结构相位层之上。
2.如权利要求1所述的微相位差膜，其特征在于，所述第一均质层的材料与微结构相位层的材料相同，其系透过一改质处理步骤所形成。
3.如权利要求2所述的微相位差膜，其特征在于，所述第一均质层的厚度为10至50微米。
4.如权利要求2所述的微相位差膜，其特征在于，所述改质处理步骤包括热处理。
5.如权利要求4所述的微相位差膜，其特征在于，所述热处理包括退火、电子束淬火、高周波淬火、高压放电、电浆表面处理或雷射照光。
6.如权利要求1所述的微相位差膜，其特征在于，所述第二均质层的材料包括紫外线固化高分子或双液型固化高分子。
7.如权利要求1所述的微相位差膜，其特征在于，所述微结构相位层的材料包括聚醋酸乙烯酯、三醋酸纤维素、聚碳酸酯或醋酸丙酸纤维素。
8.如权利要求1所述的微相位差膜，其特征在于，所述微结构相位层的厚度为25至200微米。
9.如权利要求1所述的微相位差膜，其特征在于，相邻两个相位延迟部分的间距为150至350微米。
10.如权利要求1所述的微相位差膜，其特征在于该相位延迟部分的宽度为75至150微米。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120919 |