TWI512343B - 光學膜以及使用此光學膜之裸視立體顯示裝置 - Google Patents

Description

光學膜以及使用此光學膜之裸視立體顯示裝置

本發明係關於一種光學膜以及使用此光學膜之裸視立體顯示裝置，特別是有關於應用可區域化2D/3D切換柱狀透鏡技術的光學膜以及使用此光學膜之裸視立體顯示裝置。

近年來，隨著顯示技術的不斷進步，觀賞者對於顯示器之顯示品質(如影像解析度、色彩飽和度等)的要求也越來越高。然而，除了高影像解析度以及高色彩飽和度之外，對於觀賞者而言，顯示器是否能夠顯示立體影像亦成為購買上的考量因素之一。

顯示器顯示立體影像的技術眾多，其中，可區域化2D/3D切換柱狀透鏡技術因為可達成裸視立體的效果，亦即使用者無須配戴眼鏡即可觀看立體影像，所以受到重視。此技術主要是將凹透鏡層經由摩擦配向平行偏光膜的出光軸，再於凹透鏡層內部灌入液晶，配向後UV固化而成雙折射層。並有液晶切換模組，藉由施加電壓來控制光軸方向。當液晶切換模組不加電壓時，光軸通過液晶切換模組後，光軸方向會和顯示面板偏光膜之出光軸偏轉90度；當施加電壓於液晶切換模組時，液晶會改變排列方式，光軸方向會維持和顯示面板偏光膜之出光軸平行。利用液晶切換模組來改變光軸方向，進而改變雙折射層的折射率，因此可選擇與凹透鏡層的預設折射率產生一個折射率差，即可切換顯示2D/3D模式。

然而，當凹透鏡層的預設折射率與雙折射層的短軸折射率不匹配時，易造成折射與聚焦偏移，產生重疊的柵欄狀條紋干涉影像，亦即摩爾紋(Moire pattern)。其存在將嚴重影響顯示器的顯示品質。

本發明之主要目的在於提供一種供產生裸視立體影像之光學膜以及使用該光學膜之裸視立體顯示裝置，以解決先前技術所遭遇到之上述問題。

本發明的光學膜包含凹透鏡層以及雙折射層。凹透鏡層具有複數凹面腔，凹透鏡層具有預設折射率。雙折射層疊合於凹透鏡層，且包含複數液晶單元填充並固化於凹面腔內。其中雙折射層具有短軸和長軸折射率，預設折射率介於短軸折射率之100.1%至102.8%之間。

凹透鏡層為樹脂固化而成，其混合組成物包含單體組合、光起始劑、添加(消泡)劑以及聚酯壓克力。樹脂單體組合佔30%至80%之總重量百分比。光起始劑佔0.5%至20%之總重量百分比。添加(消泡)劑佔1%至25%之總重量百分比。聚酯壓克力佔5%至50%之總重量百分比，且其液態折射率介於雙折射層之短軸折射率之80%至120%。

樹脂單體組合包含第一樹脂單體，其液態折射率介於短軸折射率之100%至140%。樹脂單體組合包含第二樹脂單體，其液態折射率介於短軸折射率之60%至100%。雙折射層具有長軸折射率，預設折射率小於長軸折射率。凹面腔之寬度介於120μm至600μm間。凹面腔之深度介於20μm至150μm間。

本發明之裸視立體顯示裝置包含前述光學膜、液晶切換模組以及面板顯示模組。液晶切換模組設置於光學膜之一側，並可以電壓控制其內之液晶轉向，以控制通過光線之偏極方向。面板顯示模組設置於液晶切換模組相反於光學膜之一側，具有顯示側面對液晶切換模組；其中，面板顯示模組產生之影像光線可經液晶切換模組調變偏極方向後通過光學膜。

在不同實施例中，本發明之裸視立體顯示裝置包含前述光學膜以及面板顯示模組。其中，可藉由直接對該雙折射層施加電壓控制光學膜內之液晶轉向，以控制通過光線之偏極方向。面板顯示模組設置於光學膜之一側，具有顯示側面對光學膜；其中，面板顯示模組產生之影像光線 可經光學膜中的雙折射層調變偏極方向。

應瞭解的是，上述一般描述及以下具體實施方式僅為例示性及闡釋性的，其並不能限制本發明所欲主張的範圍。

100‧‧‧凹透鏡層

110‧‧‧凹面腔

199‧‧‧液晶層材料

200‧‧‧液晶切換模組

300‧‧‧雙折射層

310‧‧‧複數液晶單元

400‧‧‧面板顯示模組

401‧‧‧顯示側

500‧‧‧膜片

600‧‧‧光學清晰黏著層

700‧‧‧片材

777‧‧‧偏光膜

800‧‧‧光學膜

900‧‧‧裸視立體顯示裝置

圖1為本發明裸視立體顯示裝置之實施例示意圖；圖2A及2B為本發明裸視立體顯示裝置中光學膜具有由液晶層形成之固定式雙折射柱狀透鏡之實施例示意圖；圖3A及3B為本發明裸視立體顯示裝置中光學膜之液晶層形成主動式2D/3D切換透鏡之實施例示意圖；圖3C為本發明裸視立體顯示裝置之不同實施例示意圖；圖4為本發明光學膜實施例示意圖；圖5A到5C為製造本發明光學膜之實施例示意圖；以及

如圖1所示之實施例，本發明之裸視立體顯示裝置900包含光學膜800、液晶切換模組200以及面板顯示模組400。液晶切換模組200設置於光學膜800之一側，並可以電壓控制其內之液晶轉向，以控制通過光線之偏極方向。面板顯示模組400設置於液晶切換模組200相反於光學膜800之一側，具有顯示側401面對液晶切換模組200；其中，面板顯示模組400產生之影像光線可經液晶切換模組200調變偏極方向後通過光學膜800。在此實施例中，光學膜800及液晶切換模組200間進一步設置有光學清晰黏著層(optical clear adhesive)600供將兩者黏著。面板顯示模組400及液晶切換模組200間可設置偏光膜777。

更具體而言，在圖1中所示之實施例中，光學膜800較佳具有由雙折射層形成之固定式雙折射柱狀透鏡。其中，光學膜800之結構將於後續段落中進一步說明。本發明之裸視立體顯示裝置900係利用光學膜800以及液晶切換模組200來控制光線900前進的方向，藉以達到切換2D/3D效果的功用。如圖2A所示，在此實施例中，當液晶切換模組200不施加電 壓時，且在磨擦配向垂直偏光膜出光軸方向的前提下，以扭曲向列型液晶(twisted nematic liquid crystal)分子為例，假設0度偏極方向的入射光經液晶切換模組200後，偏極方向變成90度，此時因為光通過光學膜800中的雙折射層折射率與透鏡折射率不同，所以會產生光程差而改變光的前進方向，產生柱狀透鏡的3D效果。又如圖2B所示，當液晶切換模組200施加電壓時，扭曲向列型液晶分子會改變排列的方向，使得光線經過切換液晶層後的偏極方向仍為0度，如此，光通過光學膜800中的雙折射層折射率與透鏡折射率相同，光的前進方向不變，此即為2D效果。

在不同實施例中，光學膜800之雙折射層可形成主動式2D/3D切換透鏡，可藉由直接對施加電壓以改變其折射率，藉以達到切換2D/3D效果的功用。如圖3A所示，當不施加電壓時，光學膜800中的雙折射層折射率與透鏡折射率不同，會產生光程差而改變光的前進方向，產生柱狀透鏡的3D效果。如圖3B所示，當施加電壓時，扭曲向列型液晶分子會改變排列的方向，使得光線經過後的偏極方向仍為0度，如此，光學膜800中的雙折射層折射率與透鏡折射率相同，光的前進方向不變，此即為2D效果。

本發明之光學膜係供產生裸視立體影像。如圖4所示之實施例，本發明的光學膜800包含凹透鏡層100以及雙折射層300。凹透鏡層100具有複數凹面腔110，且具有預設折射率。複數液晶單元310填充於凹面腔110內，經曝光、聚合形成雙折射層300，並與凹透鏡層100疊合。凹面腔110較佳為長條狀，故填充於凹面腔110內之液晶單元310可固化形成長條柱狀。其中雙折射層300具有短軸和長軸折射率，預設折射率介於短軸折射率之100.1%至102.8%之間。如下表1所示，當預設折射率介於短軸折射率之100.1%至102.8%之間，2D摩爾紋(Moire pattern)經目測觀察極為不明顯，顯示器的顯示品質較不受影響。其中，雙折射層具有相對於短軸及長軸之短軸折射率及長軸折射率。

在圖4所示的實施例中，凹面腔110為半圓長條凹面，其截面如圖4所示為半圓凹面。凹面腔之寬度較佳介於120μm至600μm間。凹面腔之深度較佳介於20μm至150μm間。然而在不同實施例中，凹面腔110可以視製造或使用需求為圓弧凹面或其他形狀凹面。凹透鏡層為樹脂固化而成，其組成物包含單體組合、光起始劑以及聚酯壓克力，並可進一步包含添加(消泡)劑。以較佳實施例而言，樹脂單體組合佔30%至80%之總重量百分比，光起始劑佔0.5%至20%之總重量百分比，聚酯壓克力佔5%至50%之總重量百分比，且其液態時折射率介於雙折射層之短軸折射率之80%至120%。其中，樹脂單體組合更包含液態時折射率介於雙折射層之短軸折射率之100%至140%的第一樹脂單體，以及液態時折射率介於雙折射層之短軸折射率之60%至100%的第二樹脂單體。雙折射層具有長軸折射率，預設折射率小於長軸折射率。具體配比包含但不限於下表2所示。

具體而言，在雙折射層的短軸折射率為給定的狀況下，在製作凹透鏡層時，可透過調整凹面腔的結構(即前述凹面腔之寬度、深度、形狀等)或者凹透鏡層之組成(即前述包含樹脂單體組合、光起始劑及聚脂壓克力的重量百分比)，使得成型後的凹透鏡層的預設折射率介於雙折射層的短軸折射率之100.1%至102.8%之間。或者，在凹透鏡層的預設折射率為給定的狀況下，可使用具有特定短軸折射率之雙折射層，以使預設折射率介於短軸折射率之100.1%至102.8%之間。

如圖5A到5C所示之實施例，本發明之光學膜在製造時，較佳係如圖5A所示先於例如聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)等材料製成的膜片500上形成具有複數凹面腔110的凹透鏡層100。其中，較佳係根據欲採用的雙折射層之短軸折射率，調整凹面腔110的結構或者凹透鏡層100之組成，使得成型後的凹透鏡層100的預設折射率介於短軸折射率之100.1%至102.8%之間。而後，如圖5B所示，將液晶層材料199與凹透鏡層100壓合、配向，並聚合固化，以如圖5C所示使雙折射層300疊合於凹透鏡層100，並形成光學膜800。其中，液晶層材料199可先設置於例如玻璃等材料製成的片材700之一側，以在製作過程中方便操作。

雖然前述的描述及圖式已揭示本發明之較佳實施例，必須瞭解到各種增添、許多修改和取代可能使用於本發明較佳實施例，而不會脫離如所附申請專利範圍所界定的本發明原理之精神及範圍。熟悉本發明所屬技術領域之一般技藝者將可體會，本發明可使用於許多形式、結構、佈置、比例、材料、元件和組件的修改。因此，本文於此所揭示的實施例應被視為用以說明本發明，而非用以限制本發明。本發明的範圍應由後附申請專利範圍所界定，並涵蓋其合法均等物，並不限於先前的描述。

100‧‧‧凹透鏡層

200‧‧‧液晶切換模組

300‧‧‧雙折射層

400‧‧‧面板顯示模組

401‧‧‧顯示側

600‧‧‧光學清晰黏著層

777‧‧‧偏光膜

800‧‧‧光學膜

900‧‧‧裸視立體顯示裝置

Claims (9)

1. 一種光學膜，供產生裸視立體影像，包含：一凹透鏡層，具有複數凹面腔；其中該凹透鏡層具有一預設折射率；以及一雙折射層，疊合於該凹透鏡層，且包含複數液晶單元填充、配向，並固化於該凹面腔內；其中雙折射層具有短軸折射率，該凹透鏡層之預設折射率介於該短軸折射率之100.1%至102.8%之間。
2. 如請求項1所述之光學膜，其中該凹透鏡層之組成包含：一樹脂單體(monomer)組合，佔30%至80%之總重量百分比；一光起始劑(photo initiator)，佔0.5%至20%之總重量百分比；以及聚酯壓克力(polyester acrylate)，佔5%至50%之總重量百分比，且其液態(solution type)折射率介於該雙折射層之短軸折射率之80%至120%。
3. 如請求項2所述之光學膜，其中該樹脂單體組合包含一第一樹脂單體，其液態(solution type)折射率介於該短軸折射率之100%至140%。
4. 如請求項3所述之光學膜，其中該樹脂單體組合包含一第二樹脂單體，其液態(solution type)折射率介於該短軸折射率之60%至100%。
5. 如請求項1所述之光學膜，其中該雙折射層具有一長軸折射率，該凹透鏡層之預設折射率小於該長軸折射率。
6. 如請求項1所述之光學膜，其中該凹面腔之寬度介於120μm至600μm間。
7. 如請求項1所述之光學膜，其中該凹面腔之深度介於20μm至150μm間。
8. 一種裸視立體顯示裝置，包含：如請求項1至7中任一所述之光學膜；一液晶切換模組，設置於該光學膜之一側，並可以電壓控制其內之液晶轉向，以控制通過光線之偏極方向；以及一面板顯示模組，設置於該液晶切換模組相反於該光學膜之一側，具有一顯示 側面對該液晶切換模組；其中，該面板顯示模組產生之影像光線可經該液晶切換模組調變偏極方向後通過該光學膜。
9. 一種裸視立體顯示裝置，包含：如請求項1至7中任一所述之光學膜，其中，可藉由直接對該雙折射層施加電壓控制其內之液晶轉向，以控制通過光線之偏極方向；以及一面板顯示模組，設置於該光學膜之一側，具有一顯示側面對該光學膜；其中，該面板顯示模組產生之影像光線可經該光學膜中的該雙折射層調變偏極方向。