CN105074628A - 光学薄膜以及指向显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了包括有红外敏感材料的薄膜，以及使用该种薄膜的偏振片、液晶显示设备和指向显示设备。

Description

光学薄膜以及指向显示设备
技术领域
本发明涉及包含有红外敏感材料的薄膜，以及偏振片、液晶显示设备和包含有相同的液晶显示设备的指向显示设备。
背景技术
如鼠标或其类似物的指向设备是在显示设备中用以指向的坐标。传统的指向设备为计算机的输入工具，并且通常指的是当指向器在计算机屏幕上移动时，通过选择指向器的位置来输入选单，这与用于用户接口环境下的输入设备(鼠标)很类似。
典型的指向设备包括有用于桌面计算机的鼠标以及用于笔记本电脑的轨迹板。鼠标和轨迹板的基本工作原理是很类似的，这种基本工作原理均是当用户的手部移动时，轨迹球通过轨迹球和外部体之间的摩擦而转动，接着，轨迹球水平和垂直的移动均会被侦测并转换为电讯号，再把该些电讯号传递至计算机，由此控制显示于屏幕上的光标位置。
韩国专利申请公开第2004-0014763号公开了使用镭射光源的指向设备、用以反射镭射光的反射器以及相机系统。然而，这样的指向设备的问题在于无法同时执行多个指向动作，并且需要较为昂贵的配备，如：用以摄像镭射光源位置的相机、用以做图像处理的程序…等。
因此，有需要发展出可以同时执行多个指向动作和便于制造的指向显示设备，以及可运用于该指向显示设备的薄膜。
发明内容
本发明的目的提供一指向显示设备，利用光学可变色染料的自发光特性以显示指向位置，由于整个表面均覆盖有红外敏感材料，因此通过光学可变色染料的自发光特性可以产生红外光，方便制造且可具有多个光源可使用。
本发明提供一种薄膜，该薄膜包括有一红外敏感材料。
在本发明实施方式提供的薄膜中，红外敏感材料选自以下至少之一：双光子吸收材料、第二谐波产生材料、通过激发态吸收形成的上转换材料、通过敏化能量转换形成的上转换材料、通过合作发光转换形成的上转换材料以及通过光子崩溃形成的上转换材料。
在本发明的另一实施方式提供的薄膜中，通过敏化能量转换形成的上转换材料选自以下至少之一：NaYF4、BaY2F8、Y2O3、Gd2BaZnO5、La2BaZnO5、玻璃以及玻基陶瓷，且每一种材料都掺杂有三价镧系离子和Yb3+。
在本发明的又一实施方式提供的薄膜中，三价镧系离子选自以下至少之一：Er3+、Tm3+、Ho3+以及Pr3+。
在本发明的又一实施方式提供的薄膜中，该红外敏感材料掺杂有Er3+、Tm3+以及Yb3+的NaYF4。
本发明提供一种包含有薄膜的偏振片。
本发明提供一种液晶显示设备，液晶显示设备的前侧附着有红外线反应单元，其中，红外线反应单元包含有薄膜。
本发明提供一种指向显示设备，包含有：包含有薄膜的红外线反应单元、前侧附着有红外线反应单元的液晶显示设备，以及用以发射红外光的红外光源。
在本发明实施方式提供的指向显示设备中，红外线反应单元进一步包括有基板单元，且用以制成基板单元的材料选自以下至少之一：聚乙烯醇、聚丙烯、三醋酸纤维素、聚丙烯酸树脂以及聚烯烃树脂。
在本发明实施方式提供的指向显示设备中，红外光源所发出的红外光波长范围在700nm～1600nm之间且红外光强度大于或等于0.5mW/mm2。
在本发明实施例提供的指向显示设备中，红外线反应单元进一步包括有一黏着层，以使得红外线反应单元附着于液晶显示设备。
本发明提供一种包含有偏振片的指向显示设备。
本发明提供一种包含有液晶显示设备的指向显示设备。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容,请参阅以下有关本发明的详细说明与附图,但是这些说明与附图仅用来说明本发明,而非对本发明的权利范围作任何的限制。
附图说明
图1为根据本发明例示性实施方式所绘示的指向显示设备的视图。
附图标记说明
1液晶显示设备
2红外线反应单元
3红外光源
具体实施方式
现在参照附图更全面地描述本发明。
本发明涉及包含有红外敏感材料的膜、包含有膜的偏振片、包含有膜的液晶显示设备以及利用该液晶显示设备的指向显示设备。前述包含有红外敏感材料的膜被红外敏感材料所覆盖。
根据本发明，包含有红外敏感材料的膜设置以使得在红外光入射的位置的可见光被红外光所反射，如此一来，膜便会褪色，由此便可辨识指向。也就是说，当由红外光源而来的红外光照射时，膜便会吸收红外光并发射出可见光，并因此改变颜色。然而，当红外光源被阻挡，膜就会回复成原来的颜色，换句话说，经由红外光可以使得有色膜成为无色膜，也可以使得无色膜恢复为有色膜。
在本发明中，红外敏感材料是可以吸收红外光和发射出可见光的材料，并且设置以使得在红外光入射的位置的可见光被红外光所反射。更特定地说，红外敏感材料选自以下至少之一：双光子吸收材料、第二谐波产生材料、通过激发态吸收形成的上转换材料、通过敏化能量转换形成的上转换材料、通过合作发光转换形成的上转换材料以及通过光子崩溃形成的上转换材料。
双光子吸收材料是一种可以同时吸收两个光子的材料，举例来说，这类的材料包括有：中离子化合物、反-4-[对-(吡咯基)苯乙烯基]-N-甲基碘化吡啶(简称PSPI)以及其类似物，但本发明并不以此为限。
第二谐波产生材料是一种可以展现出非线性光学现象的材料，在非线性光璇现象中，被吸收于材料内的光子会结合成新的光子，这样的光子所具有的能量高于被吸收的光子所具有的能量两倍以上。这类的材料包括有：苯丙烯酰苯衍生物以及其类似物，但本发明并不以此为限。
通过激发态吸收形成的上转换材料可包括有：Y3Al5O12、BaTiO3、ZrO2、Y2O3以及ZBLAN，且每一种材料都掺杂有三价镧系离子，但本发明并不以此为限。
通过敏化能量转换形成的上转换材料可包括有：NaYF4、BaY2F8、Y2O3、Gd2BaZnO5、La2BaZnO5、玻璃以及玻基陶瓷，且每一种材料都掺杂有三价镧系离子和Yb3+，但本发明并不以此为限。
通过合作敏化形成的上转换材料可包括有：LaF3:Pr3+，但本发明并不以此为限。
通过合作发光转换形成的上转换材料可包括有：SrCl2、Cs3Tb2Br9、玻璃以及全氟丁烷磺酸塩(PFBS)，且每一种材料都掺杂有Yb3+和Tb3+，但本发明并不以此为限。
通过光子崩溃形成的上转换材料可包括有：LaCl3、LiYF4以及YAlO3，且每一种材料都掺杂有三价镧系离子和Yb3+，但本发明并不以此为限。
在本发明中，三价镧系离子可为Er3+、Tm3+、Ho3+或Pr3+，但本发明并不以此为限。
在本发明中，较佳的红外敏感材料掺杂有Er3+和Tm3+的NaYF4。
在本发明中，膜被一种涂布溶液所覆盖，此种涂布溶液含有红外敏感材料和涂布剂，其中，若以涂布溶液的总重量而论，此种涂布溶液具有重量百分比(wt％)为0.5～10的红外敏感材料，以及重量百分比(wt％)为90～99.9的涂布剂。
以涂布溶液的总重量而论，若红外敏感材料所占的重量百分比(wt％)低于0.5，红外光源使膜所具有的指向辨识效果便会不足。为了改善不足的指向辨识效果，必须要涂覆厚厚的涂布溶液，但在此情况下，在涂布与干燥期间会产生卷曲现象，使得整个处理过程变得复杂。
以涂布溶液的总重量而论，若红外敏感材料所占的重量百分比(wt％)高于10，膜所具有的透光性便会下降，膜所具有的光散射特性便会提高，因此导致了在附着有该膜的显示设备的使用上，可见度变差。
除此之外，对本发明中的膜而言，较佳地，涂布溶液所涂布出的厚度小于15μm，更佳地，介于3～7μm。若涂布溶液所涂布出的厚度大于等于15μm，于进行干燥期间便会出现卷曲现象。
在本发明中所使用的涂布剂的材料以一特定的比率结合了红外敏感材料，并接着涂布于基板单元。此种涂布剂的制造方法可为该发明所属技术领域中熟知的方法，亦可为以下的制造方法。也就是说，制造涂布剂的步骤可为以下：以搅拌器混合30～50重量份的氨基甲酸乙酯丙烯酸酯、15～20重量份的季戊四醇丙烯酸酯、30～50重量份的甲基异丁基酮、0.5～10重量份的光引发剂以及0.1～10重量份的平整剂；以及利用聚丙烯系的过滤材料过滤前述混合物。
本发明所使用的膜可由热塑性树脂所制成，此种热塑性树脂可为：聚酯树脂(如：聚乙二醇对苯二甲酸酯、聚间苯二甲酸酯、聚-2,6-萘二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯…等)、纤维素树脂(如：双乙酰纤维素、三醋酸纤维素…等)、聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂(如：聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸乙酯…等)、苯乙烯树脂(如：聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物…等)、聚烯烃树脂(如：聚乙烯、聚丙烯、环聚烯烃或具有降冰片烯结构的聚烯烃、乙烯-丙烯共聚物…等)、氯化乙烯树脂、酰胺树脂(如：尼龙、芳族聚酰胺…等)、聚醚风树脂、磺酸盐树脂、聚二醚酮树脂、聚苯硫系树脂、乙烯醇树脂、二氯亚乙烯系树脂、乙烯丁醛树脂、丙烯树脂、聚缩醛树脂、以及环氧树脂。此外，膜也可以热塑性树脂的混合物制成。再者，膜也可以选自以下热固性树脂材料所制成，如：甲基丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、丙烯基聚氨酯树脂、环氧树脂以及硅氧树脂，或由紫外硬化树脂所制成。较佳地，膜由三醋酸纤维素所制成。
本发明提供一种包含有膜的偏振片，并提供前侧附着含有膜的红外线反应单元的液晶显示设备。
同时，在本发明中，“指向显示设备”用于在显示设备上指向和显示任意坐标。更特定地，本发明的指向显示设备包括有：包含有膜的红外线反应单元、前侧附着有红外线反应单元的液晶显示设备以及用以发射红外光的红外光源。指向显示设备包括有偏振片。指向显示设备包括有液晶显示设备。
红外线反应单元被设置以使得在红外光入射的位置的可见光被红外光所反射，如此一来，膜便会褪色，由此便可辨识指向位置。在本发明中，若膜被由红外光源而来的红外光照射，便会吸收红外光且发射出可见光，因此使得膜褪色。然而，若红外光源被阻挡，膜便会恢复原本的颜色，换句话说，通过红外光的使用可以使得有色膜成为无色膜、无色膜恢复成有色膜。
红外线反应单元包含有具有红外敏感材料的膜，关于红外敏感材料的叙述则可见于前述。
同时，红外线反应单元系进一步地包括有基板单元，且用以制成基板单元的材料选自以下至少之一：聚乙烯醇、聚丙烯、三醋酸纤维素、聚丙烯酸树脂以及聚烯烃树脂。较佳地，基板单元由聚乙烯醇和三醋酸纤维素所制成。通过包含有红外敏感材料的膜覆盖于基板单元的一侧或两侧便形成了红外线反应单元。
在红外线反应单元中，较佳地是，红外敏感材料覆盖于基板的整个表面，或者散布于基板单元之内。
红外光源为一种能量源，用于使红外敏感材料自发光。较佳地是，使用具有红外光源的指向设备以使得由红外光源发射出来的红外光可以传递至红外线反应单元。只要是用于常见的相关领域当中，指向设备并无使用上的限制。
在本发明中，红外光的波长介于700nm～1600nm，且红外光的强度大于或等于0.5mw/mm2。
若红外光的波长小于700nm，便不会使得红外敏感材料产生自发光现象，原因在于，此时的红外光源视为一可见光的光源。再者，若红外光的波长超过1600nm，便会产生难以辨识指向器位置的问题，原因在于，来自光源的光并非可见光。同时，若红外光的强度低于0.5mw/mm2，也会产生难以辨识指向器位置的问题，原因在于，红外敏感材料的自发光不足。
红外线反应单元更进一步地包括了黏着层，以使得红外线反应单元附着于液晶显示设备。
只要是用于常见的相关领域当中，液晶显示设备并无使用上的限制。液晶显示设备系可为液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)以及等离子显示面板(PDP)。
只要是用于常见的相关领域当中，黏着层并无使用上的限制。较佳地选择光学胶作为黏着层(OCA)。
当附着于液晶显示设备上的红外线反应单元被照射由单一或多个红外光源而来的红外光时，利用指向显示设备，可以同时显示所需求的指向位置。
以下，将以多个实验例阐述本发明。然而，该些实验例并非用以局限本发明。在本发明的范围内，该些实验例均可适当地被修改或改变。
实验例1：包含有红外敏感材料的透明薄膜的制备
1)红外敏感材料(红外线反应材料)纳米粒子
制备掺杂有17mol％的Yb3+和3mol％的Er3+(请参照文献J.Phys.Chem.Cvol114,No1,P610～616)的NaYF4纳米粒子。
特定地，将2.06毫摩尔的CF3COONa、0.75毫摩尔的Y(CF3COO)3、0.16毫摩尔的Yb(CF3COO)3、0.03毫摩尔的Er(CF3COO)3、60毫摩尔的油酸以及60毫摩尔的1-十八烯置放入经氩气清洗的圆形三角瓶，搅拌内容物后得到一溶液。该溶液于120℃的温度条件下滞留30分钟，接着再以8℃/min的速率加热至330℃，最后冷却至室温。将得到的溶液导入过量的丙酮内以沉淀出纳米粒子。该些沉淀出的纳米粒子以离心方式分离以制备出红外敏感材料的纳米粒子。
2)涂布剂的制备
将40重量份的氨基甲酸乙酯丙烯酸(SC2153，由MiwonCommercialCo.,Ltd.所制)、18.5重量份的季戊四醇三丙烯酸酯(M340，由MiwonCommercialCo.,Ltd.所制)、1重量份的光引发剂(I-184，由CibaCorporation所制)以及0.5重量份的平整剂(BYK378，由BYKChemicalCo.,Ltd.所制)以搅拌器混合，接着利用聚丙烯系的过滤材料将其过滤以制备涂布剂。
3)透明薄膜的制备
将涂布溶液[包含有97重量份的于步骤2)中制备的涂布剂，以及3重量份的于步骤1)中制备的红外敏感材料纳米粒子的涂布剂]涂布于由三醋酸纤维素薄膜所制的基板的一侧，其中，三醋酸纤维素薄膜的厚度为80μm。接着，于30～150℃的温度条件下进行30秒至10分钟的干燥，并以0.1～2J/cm2的光强度进行紫外硬化(UV-cured)以制备包含有5μm厚的红外敏感材料层的透明薄膜。
实验例2：包含有红外敏感材料的透明薄膜的制备
在实验例1的步骤3)中所制备的透明薄膜中，包含有3μm厚的红外敏感材料层(涂布溶液)的透明薄膜通过改变剂量棒(Mayerbar)来制备。
实验例3：包含有红外敏感材料的透明薄膜的制备
在实验例1的步骤3)中所制备的透明薄膜中，包含有7μm厚的红外敏感材料层(涂布溶液)的透明薄膜通过改变剂量棒(Mayerbar)来制备。
实验例4-22：包含有红外敏感材料的透明薄膜的制备
在实验例1的步骤3)中所制备的透明薄膜中，每个包含有红外敏感材料的透明薄膜以与实验例1-3相同的方法制备，但其中，实验1中步骤2)里制备的涂布剂的量(重量份)，以及实验1中步骤1)里制备的纳米粒子的量(重量份)如以下表2所示。
[表1]
纳米粒子(重量份) 红外敏感材料层厚度(μm)
实验例1 3 5
实验例2 3 3
实验例3 3 7
实验例4 1.5 5
实验例5 1.5 3
实验例6 1.5 7
实验例7 2 5
实验例8 2 3
实验例9 2 7
实验例10 5 5
实验例11 5 3
实验例12 5 7
实验例13 7 5
实验例14 7 3
实验例15 7 7
实验例16 10 5
实验例17 10 3
实验例18 10 7
实验例19 0.5 5
实验例20 0.5 3
实验例21 0.5 7
实验例22 0.5 10
实验例23：包含有红外敏感材料的透明薄膜的制备
包含有红外敏感材料层的透明薄膜以与实验例1相同的方法所制备，但其中，实验1中步骤1)里的红外敏感材料纳米粒子的制备以以下方式进行。
掺杂有25mol％的Yb3+和0.3mol％的Tm3+(请参照文献J.Phys.Chem.Cvol114,No1,P610～616)的NaYF4纳米粒子。
特定的，将2.06毫摩尔的CF3COONa、0.747毫摩尔的Y(CF3COO)3、0.25毫摩尔的Yb(CF3COO)3、0.003毫摩尔的Tm(CF3COO)3、60毫摩尔的油酸以及60毫摩尔的1-十八烯置放入经氩气清洗的圆形三角瓶，接着以与实验例1的步骤1)相同的方式进行，以制备出纳米粒子。
比较利1-3：包含有预设重量比率的红外敏感材料和涂布剂的透明薄膜的制备
在实验例1的步骤3)的透明薄膜制备中，每个包含有红外敏感材料的透明薄膜以与实验例1-3相同的方式制备，但其中，所使用的涂布剂包含了99.9重量份的实验例1中步骤2)所制备的涂布剂以及0.1重量份的实验例1中步骤1)所制备的纳米粒子。
比较利4-6：包含有预设重量比率的红外敏感材料和涂布剂的透明薄膜的制备
在实验例1的步骤3)的透明薄膜制备中，每个包含有红外敏感材料的透明薄膜以与实验例1-3相同的方式制备，但其中，所使用的涂布溶液包含了90重量份的实验例1中步骤2)所制备的涂布剂以及12重量份的实验例1中步骤1)所制备的纳米粒子。
实验例1-23以及比较例1-6的制备：包含有红外敏感材料的偏振膜的制备
碘染色PVA偏光器的一侧加附了实验例1-23以及比较例1-6中的每个透明薄膜，碘染色PVA偏光器的另一侧则利用水性黏着剂附着了TAC膜，因此，偏振膜的制备分别包含了制备实验例1-23以及比较例1-6的红外敏感材料。
实验例24：附着有红外线反应单元的液晶显示设备的制造
在实验例1中所制备的偏振膜(红外线反应单元)附着于一液晶设备的前侧，因此，液晶显示设备的制造包括了红外敏感材料。
测试例
(1)点可见度的提升
波长980nm的IR镭射指向器(ILP980-25-3，由HuanicCorporation制造)被应用于实验例24中的液晶显示设备，并且，IR光源的指向位置至特定程度的可被辨识度会被提升。肉眼的点可见度是根据以下标准所决定的。
◎：很好辨识
○：可被辨识
×：不可辨识
(2)卷曲
实验例和比较例中所制备的每个透明薄膜会被切成10公分见方的大小，并放置于平坦表面覆盖于涂布有红外敏感材料的层上，接着便测量于平坦表面算起至膜的最高边缘的厚度。
(3)透光率与雾度
实验例和比较例中所制备的薄膜的透光率与雾度是利用透光率测量仪(由Suga产的HZ-1)所测量。
测试所产生的结果示于以下的表2。
[表2]
工业应用性
本发明的包含红外敏感材料的薄膜以及使用其的指向显示设备，通过在基板上涂布以特定比例混合红外敏感材料和涂布剂的涂布液，利用吸收红外光源并发射可见光，能够显示红外线指向的位置，方便制造且可具有多个光源可使用。

Claims (13)

1.一种薄膜，包含有一红外敏感材料。
2.如权利要求1所述的薄膜，其中，该红外敏感材料选自以下至少之一：双光子吸收材料、第二谐波产生材料、通过激发态吸收形成的上转换材料、通过敏化能量转换形成的上转换材料、通过合作发光转换形成的上转换材料以及通过光子崩溃形成的上转换材料。
3.如权利要求2所述的薄膜，其中，通过敏化能量转换形成的该上转换材料选自以下至少之一：NaYF4、BaY2F8、Y2O3、Gd2BaZnO5、La2BaZnO5、玻璃以及玻基陶瓷，且该每一种材料都掺杂有三价镧系离子和Yb3+。
4.如权利要求3所述的薄膜，其中，该三价镧系离子选自以下至少之一：Er3+、Tm3+、Ho3+以及Pr3+。
5.如权利要求1所述的薄膜，其中，该红外敏感材料掺杂有Er3+、Tm3+以及Yb3+的NaYF4。
6.一种偏振片，包含有如权利要求1至5中任一项所述的薄膜。
7.一种液晶显示设备，该液晶显示设备的前侧附着一红外线反应单元，该红外线反应单元包含有如权利要求1至5中任一项所述的薄膜。
8.一种指向显示设备，包含有：一红外线反应单元，包括如权利要求1至5中任一项所述的薄膜；一液晶显示设备，该液晶显示设备的前侧附着该红外线反应单元；以及一红外光源，用以发射红外光。
9.如权利要求8所述的指向显示设备，其中，该红外线反应单元进一步包括有一基板单元，且用以制成该基板单元的材料选自以下至少之一：聚乙烯醇、聚丙烯、三醋酸纤维素、聚丙烯酸树脂以及聚烯烃树脂。
10.如权利要求8所述的指向显示设备，其中，该红外光源所发出的红外光波长范围在700nm～1600nm之间且红外光强度大于或等于0.5mW/mm2。
11.如权利要求8所述的指向显示设备，其中，该红外线反应单元进一步包括有一黏着层，以使得该红外线反应单元附着于该液晶显示设备。
12.一种指向显示设备，包含有如权利要求6所述的偏振片。
13.一种指向显示设备，包含有如权利要求7所述的液晶显示设备。
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