TWI434247B - Image light deflection device - Google Patents

Description

影像光線偏折裝置

本發明係有關一種影像光線偏折光學膜，尤其是將影像光線偏折至特定方位。

目前商用的大尺寸液晶顯示器，最常見的是扭轉向列型(Twisted Nematic，TN)顯示器、橫向電場切換(In-Plane Switching，IPS)顯示器、多區域垂直配向(Multi-Domain Vertical Alignment，MVA)顯示器。

傳統的TN顯示器是利用上下電極在液晶層的上下二面施加電壓以產生垂直電場，使液晶分子扭轉以改變入射光的偏極態，再配合光軸相互垂直的上下偏光片以及彩色濾光片以產生所需的彩色影像，而TN顯示器的最大問題在於視角太窄，尤其是在下視角，大約30度左右就會有灰階反轉現象。另外，TN的顯示器最大對比約為1000：1。

一般戶外資訊顯示器或電視必須使各方位的使用者可以正確讀到顯示器上的資訊，傳統的TN顯示器具有較窄的視角而無法滿足上述需求，因此戶外資訊顯示器或電視需要廣視角技術，比如IPS顯示器或MVA顯示器。

習用技術中，由日商日立(Hitachi)所開發的IPS技術的主要特徵是，將TN顯示器的上下電極安置在液晶層的同一側邊上，以產生橫向的電場，而非垂直電場，使液晶分子在水平方向扭轉以改變入射光的偏極態，因IPS技術的液晶排列方式會使觀看者在不同角度下觀看到幾乎相同的液晶分子橫切面，亦即從任何角度觀看相同畫面，亮度幾乎相同，所以能改善視角問題。一般而言，IPS顯示器的視角可達170到178度，最大對比約最大對比約1000：1。

習用技術中，由日商富士通(Fujitsu)所開發的VA技術或MVA技術的主要特徵是，在液晶層的不同區域之內側邊安置屋脊狀(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傾斜角，而在觀看角度下，不同區域中液晶分子的光學效應會互相補償，使得觀看者在不同角度下可觀看到相同的平均液晶分子橫切面，亦即增加視角範圍。MVA顯示器的視角可達170度，最大對比約5000：1。

然而，IPS技術、VA技術或MVA技術是針對液晶顯示器中的陣列層(Cell Array)進行改良，因此製造成本高於TN顯示器，而且IPS顯示器或MVA顯示器的透光率只有TN的6~8成。另外，IPS與VA之反應速度，較TN為慢。

以IPS技術為例，液晶分子的對準方向需平行於包含液晶層的玻璃基版，因此得電極只能置於兩片玻璃板中的其中一邊，而這些電極必須製作成像梳子狀，排列在液晶層的下層表面，導致透光率減少及對比降低，而必須增加背光源的亮度，造成背光源的燈管成本上升，增加功耗，並產生額外噪音及散熱的問題，更可能引發安全的疑慮。

習用技術中，另一解決TN顯示器之視角問題的方案為使用光學補償膜或廣視角膜(Wide Viewing Film)，如日商富士軟片公司(Fujifilm)所開發的廣視角補償膜(Fuji Wide View Film)，藉貼附在TN顯示器上，使廣視角補償膜對入射光產生負的相位延遲(phase retardation)以補償傾斜觀看顯示所看到正的相位延遲，進而補償不同角度下所觀看到的不同液晶分子橫切面之光學效應，以增加視角範圍。通常，廣視角補償膜不同於一般高分子膜，而是利用盤狀化合物所組成，可將左右視角增加到140度以及上下視角增加到120度，但是沒有解決灰階反轉的問題。

從另一應用面來看，對於大型戶外廣告看板，尤其是安置在大樓上或高處，觀看者主要是位於下方，因此只需要朝下側顯示廣告內容，所以大型戶外廣告看板反而需要特定視角範圍的顯示功能，而不需要廣視角功能，尤其大型戶外廣告看板需要更高的亮度，因此背光模組中燈管的散熱問題便顯得更加重要。

因此，需要一種具有偏折入射光至特定方位的影像光線偏折裝置，藉以提供特定視角的顯示功能，並可配合不同視角之顯示功能而形成廣視角的顯示功能，以解決上述習知技術的缺點。

本發明之一方面是在提供一種影像光線偏折裝置，用以偏折由外部射入之影像光線而產生可偏射至特定方向的出射光並投射至外部，來提供特定視角的顯示功能，並可配合不同視角之顯示功能而形成廣視角的顯示功能。

根據本發明之一實施例，此影像光線偏折裝置包括光柵膜及透光片，其中光柵膜堆疊在該透光片上，光柵膜係由透光性材料構成且具有表面微結構，表面微結構係利用全像片製程而製成，並可包括複數個突起狀、突脊狀、凹陷狀或凹槽狀，能產生擴大視角或改變出光角度的視覺效應，藉以增加觀看者的觀看角度並提升影像訊息的顯示效應，或避免出射光投射到沒有顯示效益的其他出光方向，以降低發光源的亮度，節省電力的功耗，達到節能的目的。

本發明的影像光線偏折裝置可貼附在一般的顯示器上，比如利用透光性黏接劑而黏在液晶顯示器的偏光片，以改變視角範圍或影像出光角度的視覺效應，因此可使用透光率較高的TN液晶層，以解決習用技術中使用低透光率之VA或IPS液晶層所造成的問題，且本發明的影像光線偏折裝置可解決灰階反轉的問題，改善習用光學補償膜所不能解決的視角問題，並將反應速度較快之液晶模式應用於廣視角顯示器。

以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

本發明的技術特徵係利用全像片的製作方法以形成光柵膜，藉安置光柵膜於透光片或顯示器上以擴大視角或偏折至特定顯示角度，進而展現特殊的視覺效應，尤其是可直接應用於高透光率的TN顯示器。

具顯示出立體影像或全像(Hologram)的全像片主要是利用全像技術(Holography)在不同角度記錄兩道同調性(Coherent)很高的光(比如雷射光經分光鏡所產生)所形成的干涉條紋，其中一道光照射目標物後經反射而投射至感光片，而另一道光經反射鏡反射後也投射到同一感光片，當作參考光，用來與目標物的反射光形成干涉。因此，當作光學全像片的感光片不僅可記錄光強度，還同時具有相位資訊，亦即以平面材料的感光片記錄包含三度空間的影像資訊。理論上，可藉由任一局部的材料所記錄的資訊來重建原始物件的本體，所以只要有適當的重建光，便可看到與實物完全一樣的立體全像。目前，光學全像片已被應用至防偽標籤、雷射圖片、DVD用的光學讀取頭、全像抬頭顯示器。

參閱第一圖，本發明第一實施例影像光線偏折裝置的示意圖。如第一圖所示，第一實施例的影像光線偏折裝置包括光柵膜10及透光片20，用以偏折由外部射入之影像光線L1，其中光柵膜10堆疊在透光片20上，光柵膜10係由透光性材料構成且具有表面微結構30。

影像光線L1自外部射入該透光片後產生透射光L2，透射光L2經光柵膜10後產生出射光L3並投射至外部。影像光線L1可包括偏極化影像光線及非偏極化影像光線的其中之一，而偏極化影像光線可由液晶顯示器產生，非偏極化影像光線可由電漿顯示器、有機發光二極體顯示器及電子紙顯示器的其中之一產生。

以具有偏光裝置顯示裝置，為例，透光片29可包括偏光片及透光保護片的至少其中之一，其中偏光片係用以在影像光線L1為偏極化影像光線時，對偏極化的影像光線L1進行偏極化以控制透射光L2的亮度，而透光保護片係提供保護承載功能。

以不具有偏光裝置顯示裝置為例，透光片29可設置於顯示裝置之透明保護外殼(即前述之透光保護片)上，以使其支撐或保護光柵膜。值得注意的是，若光柵膜本身即具有強固之結構，其亦可設置於透明保護外殼外，而不需接受透明保護外殼的保護。

光柵膜10的表面微結構30包括複數個尖角突起狀、複數個圓弧突起狀、複數個尖角突脊長條狀、複數個圓弧突脊長條狀、複數個尖角凹陷狀、複數個圓弧凹陷狀、複數個尖角凹槽長條狀及複數個圓弧凹槽長條狀的至少其中之一，藉以產生偏折作用。要注意的是，第一圖係以尖角突起狀為示範性實例，藉以說明本發明的特徵而已，並非用以限定本發明的範圍。如第一圖中，波前P1為經透光片20所產生的近距離波前，而波前R1為經光柵膜10的表面微結構30所產生的近距離波前，波前P2為經透光片20所產生的遠距離波前，而波前R2為經光柵膜10的表面微結構30所產生的遠距離波前。比較波前P2與波前R2可知，表面微結構30可增加出射光L3的可視範圍，亦即增加視角，因此本發明的影像光線偏折裝置能達到廣視角的功能。

參閱第二圖，本發明第二實施例影像光線偏折裝置的示意圖。如第二圖所示，第二實施例的影像光線偏折裝置包括光柵膜12及透光片20，光柵膜12具有表面微結構32，用以產生偏折作用，類似於第一圖中光柵膜10的表面微結構30所產生的作用，其差異點在於，表面微結構32具為左右非對稱的形狀，亦即表面微結構32包括複數個半尖角突起狀、複數個鋸齒突起狀、複數個半圓弧突起狀、複數個半尖角突脊長條狀、複數個鋸齒突脊長條狀、複數個半圓弧突脊長條狀、複數個半尖角凹陷狀、複數個鋸齒凹陷狀、複數個半圓弧凹陷狀、複數個半尖角凹槽長條狀、複數個鋸齒凹槽長條狀及複數個半圓弧凹槽長條狀的至少其中之一。要注意的是，第二圖係以半尖角突起狀為示範性實例，藉以說明本發明的特徵而已，並非用以限定本發明的範圍。

由於上述的表面微結構32具有左右非對稱的形狀，因此會使出射光L3偏折至特定方向，如第二圖中的方向D1，其中波前P3為經透光片20所產生的近距離波前，而波前R3為經光柵膜12的表面微結構32所產生的近距離波前。要注意的是，第二圖係以半尖角突起狀為示範性實例，藉以說明本發明的特徵而已，並非用以限定本發明的範圍。

參閱第三圖，本發明第三實施例影像光線偏折裝置的示意圖。如第三圖所示，第三實施例的影像光線偏折裝置包括光柵膜14及顯示器40，光柵膜14具有表面微結構34，用以產生偏折作用，類似於第一圖中光柵膜10的表面微結構30所產生的作用，其差異點在於，光柵膜14係接收顯示器40所射入的影像光線L1，該顯示器40可包括液晶顯示器、電漿顯示器、有機發光二極體顯示器及電子紙顯示器的其中之一。

要注意的是，第三圖係以尖角突起狀為示範性實例，藉以說明本發明的特徵而已，並非用以限定本發明的範圍，因此，表面微結構34可包括複數個圓弧突起狀、複數個半尖角突起狀、複數個鋸齒突起狀、複數個半圓弧突起狀、複數個尖角突脊長條狀、複數個圓弧突脊長條狀、複數個半尖角突脊長條狀、複數個鋸齒突脊長條狀、複數個半圓弧突脊長條狀、複數個尖角凹陷狀、複數個圓弧凹陷狀、複數個半尖角凹陷狀、複數個鋸齒凹陷狀、複數個半圓弧凹陷狀、複數個尖角凹槽長條狀、複數個圓弧凹槽長條狀、複數個半尖角凹槽長條狀、複數個鋸齒凹槽長條狀及複數個半圓弧凹槽長條狀的至少其中之一。，

本發明影像光線偏折裝置的特點在於，影像光線偏折裝置可直接貼附至電視機、電腦顯示器、筆記型電腦顯示器、數位相框、可攜式電子裝置顯示器、室內廣告看板及戶外廣告看板等等的顯示器上，以增加觀看者的觀看角度，進而提升影像訊息的顯示效應。

本發明影像光線偏折裝置的另一特點在於，可利用具有左右非對稱的形狀之表面微結構，改變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，本發明的影像光線偏折裝置適合應用於安置於高處的室內廣告看板及戶外廣告看板，讓出射光向下偏折而集中朝向位於斜下方的觀看者，進而避免出射光投射到沒有顯示效益的其他出光方向，所以可降低顯示器中發光源的亮度，節省電力的功耗，達到節能的目的。

此外，本發明的影像光線偏折裝置還可應用於路邊的廣告看板或交通指示，尤其是針對車輛駕駛，因為車輛行進的關係，駕駛顧及行車安全而須專注於前方路況，因此一般無法轉頭觀看左右正側邊附近範圍的看板內容或交通指示，反而是在相距某一距離時，以斜角度觀看左前側邊及右前側邊的看板內容或交通指示。因此，本發明的影像光線偏折裝置可達到加強顯示影像訊息給車輛駕駛的目的，並提高行車安全。

上述影像光線偏折裝置中光柵膜的表面微結構可利用全像片的製作方式而製成，比如，可將同調性高的光線利用光學鏡組分成第一光線及第二光線，並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，藉由第一光線及第二光線的干涉作用，使受光面所接收的光照強度具有分佈圖案，再利用光敏性材料及光阻性材料的其中之一的光反應，配合適當的蝕刻液，進行定影及顯影製程，進而使受光面形成所需的表面微結構。

另外，值得一提的是，在本發明之其他實施例中，透光片和光柵膜可利用一體成型之方式來製成，而不需個別製作。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

10‧‧‧光柵膜

12‧‧‧光柵膜

14‧‧‧光柵膜

20‧‧‧透光片

30‧‧‧表面微結構

32‧‧‧表面微結構

34‧‧‧表面微結構

40‧‧‧顯示器

D1‧‧‧方向

L1‧‧‧影像光線

L2‧‧‧透射光

L3‧‧‧出射光

P1‧‧‧波前

P2‧‧‧波前

P3‧‧‧波前

R1‧‧‧波前

R2‧‧‧波前

R3‧‧‧波前

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，上文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第一圖為本發明第一實施例影像光線偏折裝置的示意圖。

第二圖為本發明第二實施例影像光線偏折裝置的示意圖。

第三圖為本發明第三實施例影像光線偏折裝置的示意圖。

10‧‧‧光柵膜

20‧‧‧透光片

30‧‧‧表面微結構

L1‧‧‧影像光線

L2‧‧‧透射光

L3‧‧‧出射光

P2‧‧‧波前

P1‧‧‧波前

R2‧‧‧波前

R1‧‧‧波前

Claims (10)

1. 一種影像光線偏折裝置，用以偏折由外部射入之一影像光線，該影像光線偏折裝置包括一光柵膜及一透光片，該光柵膜堆疊在該透光片上，且該影像光線自外部射入該透光片後產生一透射光，該透射光經該光柵膜而產生一出射光並投射至外部，該影像光線包括一偏極化影像光線及一非偏極化影像光線的其中之一，其中該光柵膜係由透光性材料構成，該光柵膜具有一左右非對稱的形狀的表面微結構，用以偏折該透射光使該出射光偏射至特定方向，該表面微結構包括複數個半尖角突起狀以及複數個半尖角突脊長條狀的至少其中之一。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之影像光線偏折裝置，其中該影像光線係從該光柵膜之一第一表面射入至該光柵膜，且從相對於該第一表面之一第二表面離開該光柵膜，其中該第一表面相對於該第二表面，該表面微結構之一尖角朝向該光柵膜外。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之影像光線偏折裝置，其中該透光片包括一偏光片及一透光保護片的至少其中之一，該偏光片係用以在該影像光線為偏極化影像光線時，對該偏極化影像光線進行偏極化以控制該透射光的亮度。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之影像光線偏折裝 置，其中該表面微結構係利用全像片的製作方式而製成，該製作方式係將同調性高的光線利用光學鏡組分成一第一光線及一第二光線，並投射至一透光性材料的一受光面上，該受光面包含光敏性材料及光阻性材料的其中之一，藉由該第一光線及該第二光線的干涉作用，使該受光面所接收的光照強度具有一分佈圖案，再利用該光敏性材料及該光阻性材料的其中之一的光反應，配合適當的蝕刻液，進行定影及顯影製程，進而使該受光面形成該表面微結構。
5. 依據申請專利範圍第3項所述之影像光線偏折裝置，其中該透光保護片包括一玻璃保護片及一透光塑膠保護片的至少其中之一。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之影像光線偏折裝置，其中該光柵膜及該透光片為一體成型。
7. 一種影像光線偏折裝置，包括一光柵膜及一顯示器，該光柵膜係貼附在該顯示器上，該顯示器產生一影像光線，並射入該光柵膜，該光柵膜係由透光性材料構成且該光柵膜具有一左右非對稱的形狀的表面微結構，係用以偏折該顯示器的影像光線以產生一出射光，使該出射光偏射至特定方向並投射至外部，該表面微結構包括複數個半尖角突起狀以及複數個半尖角突脊長條狀的至少其中之一。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之影像光線偏折裝 置，其中該影像光線係從該光柵膜之一第一表面射入至該光柵膜，且從相對於該第一表面之一第二表面離開該光柵膜，其中該第一表面相對於該第二表面，該表面微結構之一尖角朝向該光柵膜外。
9. 依據申請專利範圍第7項所述之影像光線偏折裝置，其中該表面微結構係利用全像片的製作方式而製成，該製作方式係將同調性高的光線利用光學鏡組分成一第一光線及一第二光線，並投射至一透光性材料的一受光面上，該受光面包含光敏性材料及光阻性材料的其中之一，藉由該第一光線及該第二光線的干涉作用，使該受光面所接收的光照強度具有一分佈圖案，再利用該光敏性材料及該光阻性材料的其中之一的光反應，配合適當的蝕刻液，進行定影及顯影製程，進而使該受光面形成該表面微結構。
10. 依據申請專利範圍第7項所述之影像光線偏折裝置，其中該顯示器包括液晶顯示器、電漿顯示器、有機發光二極體顯示器及電子紙顯示器的其中之一。