TWI435119B - 微結構光相位膜及柱狀透鏡 - Google Patents
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Description
本發明係提供一體成形微結構光相位膜與微結構柱狀透鏡，尤其是應用於2D/3D影像切換之微結構光相位膜。
立體顯示技術則被視為顯示技術的新世代產品標的，從消費者的觀點來看，雖然戴眼鏡式立體顯示的硬體技術已經發展的很成熟且能滿足多人共同觀看的需求，不過觀看時必須配戴特殊眼鏡仍舊是個相當大的障礙，各家廠商於是投入不需要配戴特殊眼鏡的裸視3D立體顯示技術研發。因此裸眼式立體顯示技術是未來主要發展驅勢。事實上，裸眼式立體顯示技術目前已發展到可以讓多人同時觀賞的多視域(multi-view)顯示技術。
但是裸眼式多視域立體顯示器在文字部份可能模糊不清並造成閱讀的問題，在硬體技術上需要開發一個可以自動偵測文字及影像內容及其顯示區域範圍，於影像的部份以3D立體模式顯示，文字等說明的部份則仍然以傳統2D模式顯示於螢幕，同時可以進行動態、局部顯示區域2D/3D模式切換的立體顯示器系統。
以光學控制技術來看平面電視可切換式影像立體化的技術，主要有如第1圖(a)所示之視差光柵(barrier)技術以及如第1圖(b)所示之柱狀透鏡(lenticular lens)技術兩大主流。其基本原理是將顯示的畫面分為給右眼看之像素111與給左眼看之像素112；以視差光柵技術而言是利用視差光柵120使右眼101看不到給左眼102之像素111，而左眼102看不到給右眼101之像素112，因此兩眼101、102看到不同光相位之影像，使得大腦可以組成立體影像。而以柱狀透鏡技術而言，是利用柱狀透鏡130之折射，分別將給右眼101之像素112與給左眼102之像素111送至右眼101與左眼102。以目前技術水準而言，柱狀透鏡圖的亮度表現比較好，然而製程穩定性以及技術成熟度不及視差光柵，因此視差光柵技術比較有成本優勢。然上述之兩種技術均是固定呈現3D立體影像之方法，而無法做動態的2D/3D影像之切換。
第2圖所示為可做動態2D/3D影像切換之先前技術，該技術有一切換液晶層220，可由經由施加於其上下之偏極膜210的偏極電壓改變光的偏極相位角度；有一液晶層240亦可經由電壓控制改變其折射率；另有一透鏡層250具有一固定折射率n。如第2圖(a)所示，先施加偏極電壓(Va)271於切換液晶層220上下之偏極膜210時，液晶分子改變排列方向，使0度偏極光280經過像素201入射進切換液晶層220後，成為90度偏極光281，此時液晶層240的折射率被控制為N，與透鏡層250之折射率n不同，所以光會改變前進的方向，而具有柱狀透鏡的效果，此即為3D模式。又如第2圖(b)所示，先施加偏極電壓(Vb)272於切換液晶層220上下之偏極膜210後，液晶分子再度改變排列方向，使一0度偏極光280經過像素201入射進切換液晶層220後仍是0度偏極光280，但此時液晶層240的折射率被控制為n，與透鏡層250之折射率n相同，因此不會改變前進的方向，此時即為2D模式。
但此先前技有諸多缺點，如液晶層240與透鏡層250必須製作在一玻璃基板230上，最上一層又需一玻璃基板260，且液晶層240仍需以電壓或其他方式控制以改變其折射率使之與透鏡層250配合以達2D/3D切換之功能。
相較於先前技術，本發明所揭露之技術可省去玻璃基板，也不需控制液晶透鏡以改變其折射率，且透鏡膜為一體成形，大幅降低成本。
本發明係揭露一種一體成形微結構光相位膜與微結構相位柱狀透鏡。結構上該光相位膜包含：一光相位膜基底，具有一厚度，從正上方俯視為一矩形形狀，具有兩個等長的橫向邊與兩個等長的縱向邊；一圓凸柱狀表面，位於該光相位膜基底之上；其中該圓凸柱狀表面具有複數個平行之圓凸柱，以一固定間距重覆排列，該些圓凸柱之最高點與其開始往上突起之點呈一圓柱高度，且該圓凸柱之軸向與該光相位膜之材料分子的排列相位成一夾角。
該光相位膜該光相位膜之材料為可透光之材料，包含聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)、乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、Tri-acetyl cellulose(TAC),Cellulose Acetate Propionate(CAP)。基底厚度50μm~150μm，圓凸柱之固定間距為120μm~450μm，較佳為150μm~200μm，圓凸柱之圓柱高度為10μm~180μm。改變該光相位膜之折射率的因素包含：圓凸柱軸向與光相位膜材料分子排列相位之夾角、該圓凸柱之圓柱高度、該圓凸柱之固定間距、或一入射光之偏極角度。
本發明係揭露一種微結構相位柱狀透鏡，包含配置一具有折射率n的透鏡層在如上所述之光相位膜的圓凸柱狀表面之上；當具一偏極角度的一入射光自該光相位膜基底的一平面底面射入，穿透該光相位膜與該透鏡層。當入射光之偏極角度為第一角度時，該光相位膜的折射率為N，而當該入射光之偏極角度為第二角度時，該光相位膜的折射率為n；且n不等於N。
在一實施例中該第一角度時包含0度或180度，該第二角度包含90度或270度。在另一實施例中，該第一角度時包含90度或270度，該第二角度包含0度或180度。
本發明將以較佳實施例及觀點加以敘述，此類敘述係解釋本發明之結構及程序，僅用以說明而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之較佳實施例外，本發明亦可廣泛實行於其他實施例中。
本發明係揭露一種一體成形之微結構光相位膜及微結構柱狀透鏡，相較於先前技術，本發明所揭露之技術可省去玻璃基板，也不需控制液晶透鏡以改變其折射率，且相位膜為一體成形，大幅降低成本，利於製作可切換2D/3D影像的光相位膜。
如第3圖(a)所示為本發明所製作之一例示的一體成形之微結構光相位膜310之剖面圖，光相位膜310為一體成形，為解釋之方便，將光相位膜310概念上區分為光相位膜基底311部分與圓凸柱312部分，光相位膜基底311之底面為一平面底面301。在一實施例中基底厚度為50μm~150μm。第3圖(b)為光相位膜310之平面底面301的俯視圖，由圖可知平面底面301為一矩形，其縱向邊302與橫向邊303的長度可依所配合的面板需求而設計。光相位膜310之圓凸柱312以一間距P重覆排列，在一實施例中間距P為150μm~200μm，在另一實施例中間距P為120μm~450μm。惟實際應用上間距P會配合所應用面板之像素間距而改變。圓凸柱312之軸向可設計為平行於縱向邊302或橫向邊303。
光相位膜310之基底厚度D可依不同需求而改變，例如透光度、製作之良率、軟硬度、黏著度等。圓凸柱312之高度h係自圓凸柱312開始突出於光相位膜基底311之點至圓凸柱312之最高點，在一實施例中，高度h為10μm~180μm，但不以此為限，圓凸柱312之高度h影響圓凸柱312之曲率，可控制高度h而改變圓凸柱312之折射率，故高度h係依實際需求而設計，故無法以固定範圍限制之。
在一實施例中光相位膜310之材料為可透光之材料，包含聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)、乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、Tri-acetyl cellulose(TAC),Cellulose Acetate Propionate(CAP)。
在一實施示中，如第3圖(c)所示，覆蓋一層透鏡層320於光相位膜310之圓凸柱312表面之上，以形成一微結構相位柱狀透鏡330。微結構相位柱狀透鏡330係以光相位膜310之平面底面301黏貼於顯示器面板上。
第4圖係說明本發明之光相位膜310折射率變化之原理，如圖所示，光相位膜310中之材料分子421呈一方向均勻排列。光相位膜之圓凸柱軸向410與材料分子之相位軸420成一夾角Θ，可控制該夾角Θ以改變光相位膜310之折射率。在一實施例中，光相位膜310之折射率亦可由光相位膜310之圓凸柱312的高度h與間距調整而改變。
以下說明本發明之微結構相位柱狀透鏡330應用於顯示器面板以達2D/3D切換之功能。第5圖所示為本發明之一例示微結構相位柱狀透鏡330的應用，與第2圖之先前技術相類似，將本發明之微結構相位柱狀透鏡330應用在一具有切換液晶層220之顯示器，將光相位310膜之平面底面301黏貼於切換液晶層220之上。如第5圖(a)所示，若先施加偏極電壓(Va)271於切換液晶層220上下之偏極膜210時，液晶分子改變排列方向，使原本為0度偏極方向之入射光580經過像素201入射進切換液晶層220後，成為90度或270度偏極方向之入射光581，此時光相位膜310的折射率為N，與透鏡層320之折射率n不同，所以光會改變前進的方向583，具有柱狀透鏡的效果，而為3D模式。在一另實施例中，施加偏極電壓(Va)271於切換液晶層220上下之偏極膜210時，液晶分子改變排列方向，使原本為0度偏極方向之入射光580經過像素201入射進切換液晶層220後，成為0度或180度偏極方向之入射光(未繪示於圖中)，此時光相位膜310的折射率為N，與透鏡層320之折射率n不同，所以光會改變前進的方向，具有柱狀透鏡的效果，而為3D模式。
相對地，如第5圖(b)所示，先施加偏極電壓(Vb)272於切換液晶層220上下之偏極膜210後，液晶分子再度改變排列方向，使使原本為0度偏極方向之入射光580經過像素201入射進切換液晶層220後，成為0度或180度偏極方向之入射光582，此時光相位膜310的折射率為n，與透鏡層320之折射率n相同，因此不會改變光前進的方向584，此時即為2D模式。在一另實施例中，施加偏極電壓(Vb)272於切換液晶層220上下之偏極膜210後，液晶分子再度改變排列方向，使使原本為0度偏極方向之入射光580經過像素201入射進切換液晶層220後，成為90度或270度偏極方向之入射光(未繪示於圖中)，此時光相位膜310的折射率為n，與透鏡層320之折射率n相同，因此不會改變光前進的方向，此時即為2D模式。
以上敘述係為本發明之較佳實施例，此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
10．．．3D立體影像之先前技術
101．．．右眼
102．．．左眼
111．．．給右眼之像素
112．．．給左眼之像素
120．．．視差光柵
130．．．柱狀透鏡
20．．．2D/3D影像切換之先前技術
201．．．像素
210．．．偏極膜
220．．．切換液晶層
230．．．玻璃基板
240．．．液晶層
250．．．透鏡層
260．．．玻璃基板
271．．．偏極電壓Va
272．．．偏極電壓Vb
280．．．0度偏極光
281．．．90度偏極光
30．．．本發明之例示一體成形微結構光相位膜
310．．．一體成形微結構光相位膜
301．．．平面底面
302．．．縱向邊
303．．．橫向邊
311．．．光相位膜基底
312．．．圓凸柱
320．．．保護層
321．．．保護表面
330．．．微結構相位柱狀透鏡
40．．．本發明之光相位膜折射率變化之原理
410．．．圓凸柱軸向
420．．．材料分子相位軸
421．．．相位膜材料分子
50．．．本發明之光相位膜之一例示應用
510．．．圓凸柱軸向
580．．．光相位軸為0度之偏極光
581．．．光相位軸與圓凸柱軸向成90度或270度之偏極光
583．．．前進方向改變的光
582．．．光相位軸與圓凸柱軸向成0度或180度之偏極光
584．．．前進方向不改變的光
P．．．間距
h．．．高度
D．．．基底厚度
Θ．．．圓凸柱軸向與光相位軸之夾角
本發明可藉由說明書中之若干較佳實施例及詳細敘述與後附圖式而得以瞭解。圖式中相同之元件符號係指本發明中之同一元件。然而，應理解者為，本發明之所有較佳實施例係僅用以說明而非用以限制申請專利範圍，其中：
第1圖係說明3D立體影像之先前技術。
第2圖係說明2D/3D影像切換之先前技術。
第3圖係說明本發明之例示一體成形微結構光相位膜。
第4圖係說明本發明之光相位膜折射率變化之原理。
第5圖係說明本發明之光相位膜之一例示應用。
40．．．本發明之光相位膜折射率變化之原理
410．．．圓凸柱軸向
420．．．分子相位軸
421．．．相位膜材料分子
Claims (11)
- 一種微結構光相位膜，該光相位膜為一體成形，在結構上包含：一切換液晶層，其包含液晶分子，及具有施加於其上下之偏極膜，其中該液晶分子的方向會因為施加於該偏極膜之一偏極電壓而改變；一光相位膜基底，具有一厚度，從正上方俯視為一矩形形狀，具有兩個等長的橫向邊與兩個等長的縱向邊；一圓凸柱狀表面，位於該光相位膜基底之上；其中該圓凸柱狀表面具有複數個平行的圓凸柱以一固定間距重覆排列，該些圓凸柱之最高點與其開始往上突起之點呈一圓柱高度，且該些圓凸柱之軸向與該光相位膜之材料分子的排列相位成一夾角。
- 如申請專利範圍第1項所述之微結構光相位膜，其中改變該光相位膜折射率的因素包含：該夾角、該圓凸柱之該圓柱高度、該圓凸柱之該固定間距、或一入射光之偏極角度。
- 如申請專利範圍第1項所述之微結構光相位膜，其中該些圓凸柱的該固定間距為120μm~450μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之微結構光相位膜，其中該些圓凸柱的該固定間距為150μm~200μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之微結構光相位膜，其中該些圓凸柱的該圓柱高度為10μm~180μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之該微結構光相位膜，其該光相位膜基底厚度為50μm~150μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之微結構光相位膜，其中該光相位膜之材料為可透光之材料，包含聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)、乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、Tri-acetyl cellulose(TAC),Cellulose Acetate Propionate(CAP)。
- 一種微結構相位柱狀透鏡，包含如申請專利範圍第1項所述之微結構光相位膜，在該微結構光相位膜之該圓凸柱狀表面上包含一折射率n的透鏡層，用以供一偏極角度的一入射光自該光相位膜基底的一平面底面射入，以穿透該光相位膜與該透鏡層。
- 如申請專利範圍第8項所述之微結構相位柱狀透鏡，其中當該入射光之該偏極角度為第一角度時，該光相位膜的折射率為N，當該入射光之該偏極角度為第二角度時，該光相位膜的折射率為n；且n不等於N。
- 如申請專利範圍第9項所述之微結構相位柱狀透鏡，其中該第一角度包含0度或180度，該第二角度包含90度或270度。
- 如申請專利範圍第9項所述之微結構相位柱狀透鏡，其中該第一角度包含90度或270度，該第二角度包含0度或180度。
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