TWI631195B - 光學薄膜以及指向顯示設備 - Google Patents

光學薄膜以及指向顯示設備 Download PDF

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Abstract

本發明揭露的是一種包括有紅外敏感材料的薄膜，以及使用該種薄膜的偏振片、液晶顯示設備和指向顯示設備。。

Description

光學薄膜以及指向顯示設備
本發明乃是關於一種包含有紅外敏感材料的薄膜，以及一種偏振片、液晶顯示設備和包含有相同之液晶顯示設備的指向顯示設備。
如滑鼠或其類似物的指向設備係於顯示設備中用以指向所欲之座標。傳統的指向設備係為電腦的輸入工具，並且通常指的是當指向器於電腦螢幕上移動時，藉由選擇指向器的位置來輸入選單，這與用於使用者介面環境下的輸入設備(滑鼠)很類似。
典型的指向設備包括有使用於桌上型電腦的滑鼠以及使用於筆記型電腦的軌跡板。滑鼠和軌跡板的基本工作原理是很類似的，這種基本工作原理均是當使用者之手部移動時，軌跡球藉由軌跡球和外部體之間的摩擦而轉動，接著，軌跡球水平和垂直的移動均會被偵測並轉換為電訊號，再把該些電訊號傳遞至電腦，藉此控制顯示於螢幕上之游標位置。
韓國專利申請公開案No.2004-0014763揭露了使用雷射光源的指向設備、用以反射雷射光的反射器以及相機系統。然而，這樣的指向設備其問題在於無法同時執行多個指向動作，並且需要較為昂貴的配備，如：用以攝像雷射光源位置的相機、用以做影像處理的程式…等。
因此，有需要發展出可以同時執行多個指向動作和便於製造的指向顯示設備，以及可運用於該指向顯示設備的薄膜。
本發明實施例提供一指向顯示設備，利用光學可變色染料的自發光特性以顯示指向位置，由於整個表面均覆蓋有紅外敏感材料，因此藉由光學可變色染料的自發光特性可以產生紅外光，方便製造且可具有多個光源可使用。
本發明實施例提供一薄膜，該薄膜包括有一紅外敏感材料。
在本發明實施例提供之薄膜中，紅外敏感材料係選自以下至少之一：雙光子吸收材料、第二諧波產生材料、藉由激發態吸收形成的上轉換材料、藉由敏化能量轉換形成的上轉換材料、藉由合作發光轉換形成的上轉換材料以及藉由光子崩潰形成的上轉換材料。
在本發明實施例提供之薄膜中，藉由敏化能量轉換形成的上轉換材料係選自以下至少之一：NaYF4、BaY2F8、Y2O3、Gd2BaZnO5、La2BaZnO5、玻璃以及玻基陶瓷，且每一種材料都摻雜有三價鑭系離子和Yb3+。
在本發明實施例提供之薄膜中，三價鑭系離子係選自以下至少之一：Er3+、Tm3+、Ho3+以及Pr3+。
在本發明實施例提供之薄膜中，該紅外敏感材料係為摻雜有Er3+、Tm3+以及Yb3+的NaYF4。
本發明實施例另提供一包含有薄膜之偏振片。
本發明實施例再提供一液晶顯示設備，液晶顯示設備之前側附著有紅外線反應單元，其中，紅外線反應單元包含有薄膜。
本發明實施例再提供一指向顯示設備，包含有：包含有薄膜之紅外線反應單元、前側附著有紅外線反應單元之液晶顯示設備，以及用以發射紅外光之紅外光源。
在本發明實施例提供之指向顯示設備中，紅外線反應單元進一步包括有基板單元，且用以製成基板單元的材料係選自以下至少之一：聚乙烯醇、聚丙烯、三醋酸纖維素、聚丙烯酸樹脂以及聚烯樹脂。
在本發明實施例提供之指向顯示設備中，紅外光源所發出的紅外光波長範圍係在700nm~1600nm之間且紅外光強度係大於或等於0.5mW/mm2。
在本發明實施例提供之指向顯示設備中，紅外線反應單元進一步包括有一黏著層，以使得紅外線反應單元附著於液晶顯示設備。
本發明實施例再提供一包含有偏振片之指向顯示設備。
本發明實施例再提供一包含有液晶顯示設備之指向顯示設備。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
1‧‧‧液晶顯示設備
2‧‧‧紅外線反應單元
3‧‧‧紅外光源
圖1為根據本發明例示性實施例所繪示之指向顯示設備的視圖。
現在參照附圖更全面地描述本發明，附圖中顯示了本發明的較佳實施例。然而本發明可以藉由許多不同形式實現並且不應解釋為侷限於本申請所闡述的實施例。更確切地，提供這些實施例是為了使本公開內容詳盡且全面，並且可以將本發明的範圍全面地轉達給本領域熟知此項技藝者。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件。因此，下文論述之第一元件可稱為第二元件而不偏離本發明概念之教示。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。在下文將參看隨附圖式詳細地描述本發明之各例示性實施例。
本發明係關於包含有紅外敏感材料之膜、包含有膜之偏振片、包含有膜之液晶顯示設備以及利用該液晶顯示設備之指向顯示設備。前述包含有紅外敏感材料之膜係以紅外敏感材料所覆蓋。
根據本發明，包含有紅外敏感材料之膜係設置以使得在紅外光入射的位置的可見光被紅外光所反射，如此一來，膜便會褪色，藉此便可辨識指向。也就是說，當由紅外光源而來的紅外光照射時，膜便會吸收紅外光並發射出可見光，並因此改變顏色。然而，當紅外光源被阻擋，膜就會回復成原來的顏色，換句話說，經由紅外光可以使得有色膜成為無色膜，也可以使得無色膜恢復為有色膜。
於本發明中，紅外敏感材料是可以吸收紅外光和發射出可見光的材料，並且係設置以使得在紅外光入射的位置的可見光被紅外光所反射。更特定地說，紅外敏感材料係選自以下至少之一：雙光子吸收材料、第二諧波產生材料、藉由激發態吸收形成的上轉換材料、藉由敏化能量轉換形成的上轉換材料、藉由合作發光轉換形成的上轉換材料以及藉由光子崩潰形成的上轉換材料。
雙光子吸收材料是一種可以同時吸收兩個光子的材料，舉例來說，這類的材料包括有：中離子化合物、反-4-[對-(吡咯基)苯乙烯基]-N-甲基碘化吡啶(簡稱PSPI)以及其類似物，但本發明並不以此為限。
第二諧波產生材料是一種可以展現出非線性光學現象的材料，於非線性光璇現象中，被吸收於材料內的光子會結合成新的光子，這樣的光子所具有的能量高於被吸收之光子所具有之能量兩倍以上。這類的材料包括有：苯丙烯酰苯衍生物以及其類似物，但本發明並不以此為限。
藉由激發態吸收形成的上轉換材料可包括有：Y3Al5O12、BaTiO3、ZrO2、Y2O3以及ZBLAN，且每一種材料都摻雜有三價鑭系離子，但本發明並不以此為限。
藉由敏化能量轉換形成的上轉換材料可包括有：NaYF4、BaY2F8、Y2O3、Gd2BaZnO5、La2BaZnO5、玻璃以及玻基陶瓷，且每一種材料都摻雜有三價鑭系離子和Yb3+，但本發明並不以此為限。
藉由合作敏化形成的上轉換材料可包括有：LaF3：Pr3+，但本發明並不以此為限。
藉由合作發光轉換形成的上轉換材料可包括有：SrCl2、Cs3Tb2Br9、玻璃以及全氟丁烷磺酸塩(PFBS)，且每一種材料都摻雜有Yb3+和Tb3+，但本發明並不以此為限。
藉由光子崩潰形成的上轉換材料可包括有：LaCl3、LiYF4以及YAlO3，且每一種材料都摻雜有三價鑭系離子和Yb3+，但本發明並不以此為限。
於本發明中，三價鑭系離子可為Er3+、Tm3+、Ho3+或Pr3+，但本發明並不以此為限。
於本發明中，較佳的紅外敏感材料係為摻雜有Er3+和Tm3+的NaYF4。
於本發明中，膜係以一種塗布溶液所覆蓋，此種塗布溶液係含有紅外敏感材料和塗布劑，其中，若以塗布溶液的總重量而論，此種塗布溶液具有重量百分比(wt%)為0.5~10的紅外敏感材料，以及重量百分比(wt%)為90~99.9的塗布劑。
以塗布溶液的總重量而論，若紅外敏感材料所佔的重量百分比(wt%)低於0.5，紅外光源使膜所具有的指向辨識效果便會不足。為了改善不足的指向辨識效果，必須要塗覆厚厚的塗布溶液，但於此情況下，在塗布與乾燥期間會產生捲曲現象，使得整個處理過程變得複雜。
以塗布溶液的總重量而論，若紅外敏感材料所佔的重量百分比(wt%)高於10，膜所具有的透光性便會下降，膜所具有的光散射 特性便會提高，因此導致了在附著有該膜之顯示設備的使用上，可見度變差。
除此之外，對於本發明中的膜而言，較佳地，塗布溶液所塗布出的厚度係小於15μm，更佳地，係介於3~7μm。若塗布溶液所塗布出的厚度大於等於15μm，於進行乾燥期間便會出現捲曲現象。
於本發明中所使用的塗布劑之材料以一特定的比率結合了紅外敏感材料，並接著塗布於基板單元。此種塗布劑的製造方法可為該發明所屬技術領域中習知的方法，亦可為以下之製造方法。也就是說，製造塗布劑的步驟可為以下：以攪拌器混合30~50重量份之氨基甲酸乙酯丙烯酸酯、15~20重量份之季戊四醇丙烯酸酯、30~50重量份之甲基異丁基酮、0.5~10重量份之光起始劑以及0.1~10重量份之平整劑；以及利用聚丙烯系的過濾材料過濾前述混合物。
本發明所使用之膜係可由熱塑性樹脂所製成，此種熱塑性樹脂可為：聚酯樹脂(如：聚乙二醇對苯二甲酸酯、聚間苯二甲酸酯、聚2,6萘二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯…等)、纖維素樹脂(如：雙乙醯纖維素、三醋酸纖維素…等)、聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂(如：聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸乙酯…等)、苯乙烯樹脂(如：聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物…等)、聚烯樹脂(如：聚乙烯、聚丙烯、環聚烯烴或具有降冰片烯結構的聚烯烴、乙烯-丙烯共聚物…等)、氯化乙烯樹脂、醯胺樹脂(如：尼龍、芳族聚醯胺…等)、聚醚風樹脂、磺酸鹽樹脂、聚二醚酮樹脂、聚苯硫系樹脂、乙烯醇樹脂、二氯亞乙烯系樹脂、乙烯丁醛樹脂、丙烯樹脂、聚縮醛樹脂、以及環氧樹脂。此外，膜也可以熱塑性樹脂的混合物製成。再者，膜也可以選自以下熱固性樹脂材料所製成，如：甲基丙烯酸樹脂，乙酯樹脂、丙烯基乙酯樹脂、環氧樹脂以及矽氧樹脂，或由紫外硬化樹脂所製成。較佳地，膜係由三醋酸纖維素所製成。
本發明提供一包含有膜的偏振片，並提供前側附著含有膜之紅外線反應單元的液晶顯示設備。
同時，於本發明中，「指向顯示設備」係利用在顯示設備上指向和顯示任意座標。更特定地，本發明之指向顯示設備包括有：包含有膜之紅外線反應單元、前側附著有紅外線反應單元的液晶顯示設備以及用以發射紅外光的紅外光源。指向顯示設備係包括有偏振片。指向顯示設備係包括有液晶顯示設備。
紅外線反應單元係設置以使得在紅外光入射的位置的可見光被紅外光所反射，如此一來，膜便會褪色，藉此便可辨識指向位置。於本發明中，若膜備由紅外光源而來的紅外光照射，便會吸收紅外光且發射出可見光，因此使得膜褪色。然而，若紅外光源被阻擋，膜便會恢復原本的顏色，換句話說，藉由紅外光的使用可以使得有色膜成為無色膜、無色膜恢復成有色膜。
紅外線反應單元包含有具有紅外敏感材料的膜，關於紅外敏感材料的敘述則可見於前述。
同時，紅外線反應單元係進一步地包括有基板單元，且用以製成基板單元的材料係選自以下至少之一：聚乙烯醇、聚丙烯、三醋酸纖維素、聚丙烯酸樹脂以及聚烯樹脂。較佳地，基板單元係由聚乙烯醇和三醋酸纖維素所製成。藉由包含有紅外敏感材料之膜覆蓋於基板單元之一側或兩側便形成了紅外線反應單元。
於紅外線反應單元中，較佳地是，紅外敏感材料覆蓋於基板的整個表面，或者散佈於基板單元之內。
紅外光源係為一種能量源，用於使紅外敏感材料之自發光。較佳地是，使用具有紅外光源的指向設備以使得由紅外光源發射出來的紅外光可以傳遞至紅外線反應單元。只要是利用於常見的相關領域當中，指向設備並無使用上的限制。
於本發明中，紅外光的波長係介於700nm~1600nm，且紅外光的強度係大於或等於0.5mw/mm2。
若紅外光的波長小於700nm，便不會使得紅外敏感材料產生自發光現象，原因在於，此時的紅外光源視為一可見光的光源。再者，若紅外光的波長超過1600nm，便會產生難以辨識指向器之位置的問題，原因在於，來自光源的光並非可見光。同時，若紅外光的強度低於0.5mw/mm2，也會產生難以辨識指向器之位置的問題，原因在於，紅外敏感材料的自發光不足。
紅外線反應單元更進一步地包括了黏著層，以使得紅外線反應單元附著於液晶顯示設備。
只要是利用於常見的相關領域當中，液晶顯示設備並無使用上的限制。液晶顯示設備係可為液晶顯示器(LCDs)、發光二極體(LEDs)、有機發光二極體(OLEDs)以及電漿顯示面板(PDPs)。
只要是利用於常見的相關領域當中，黏著層並無使用上的限制。較佳地係選擇光學膠作為黏著層(OCA)。
當附著於液晶顯示設備上的紅外線反應單元被照射由單一或多個紅外光源而來的紅外光時，利用指向顯示設備，可以同時顯示所需求的指向位置。
以下，將以多個實驗例闡述本發明。然而，該些實驗例並非用以侷限本發明。於本發明所請之申請專利範圍內，該些實驗例均可適切地被修改或改變。
實驗例1：包含有紅外敏感材料之透明薄膜的製備
1)紅外敏感材料(紅外線反應材料)奈米粒子
製備摻雜有17mol%的Yb3+和3mol%的Er3+(請參照文獻J.Phys.Chem.C vol114,No1,P610~616)的NaYF4奈米粒子。
特定地，將2.06毫莫耳的CF3COONa、0.75毫莫耳的Y(CF3COO)3、0.16毫莫耳的Yb(CF3COO)3、0.03毫莫耳的Er(CF3COO)3、60毫莫耳的油酸以及60毫莫耳的1-十八烯置放入經氬氣清洗的圓形三角瓶，攪拌內容物後得到一溶液。該溶液於120℃的溫度條件下滯留30分鐘，接著再以8℃/min的速率加熱至 330℃，最後冷卻至室溫。將得到的溶液導入過量的丙酮內以沉澱出奈米粒子。該些沉澱出的奈米粒子以離心方式分離以製備出紅外敏感材料的奈米粒子。
2)塗布劑的製備
將40重量份的氨基甲酸乙酯丙烯酸(SC2153，由Miwon Commercial Co.,Ltd.所製)、18.5重量份的季戊四醇三丙烯酸酯(M340，由Miwon Commercial Co.,Ltd.所製)、1重量份的光起始劑(I-184，由Ciba Corporation所製)以及0.5重量份的平整劑(BYK378，由BYK Chemical Co.,Ltd.所製)以攪拌器混合，接著利用聚丙烯系的過濾材料將其過濾以製備塗布劑。
3)透明薄膜的製備
將塗布溶液[包含有97重量份的於步驟2)中製備的塗布劑，以及3重量份的於步驟1)中製備的紅外敏感材料奈米粒子之塗布劑]塗布於由三醋酸纖維素薄膜所製之基板的一側，其中，三醋酸纖維素薄膜的厚度為80μm。接著，於30~150℃的溫度條件下進行30秒至10分鐘的乾燥，並以0.1~2J/cm2的光強度進行紫外硬化(UV-cured)以製備包含有5μm厚之紅外敏感材料層的透明薄膜。
實驗例2：包含有紅外敏感材料之透明薄膜的製備
於實驗例1之步驟3)中所製備的透明薄膜中，包含有3μm厚之紅外敏感材料層(塗布溶液)之透明薄膜係藉由改變劑量棒(Mayer bar)來製備。
實驗例3：包含有紅外敏感材料之透明薄膜的製備
於實驗例1之步驟3)中所製備的透明薄膜中，包含有7μm厚之紅外敏感材料層(塗布溶液)之透明薄膜係藉由改變劑量棒(Mayer bar)來製備。
實驗例4-22：包含有紅外敏感材料之透明薄膜的製備
於實驗例1之步驟3)中所製備的透明薄膜中，每個包含有紅外敏感材料之透明薄膜係以與實驗例1-3相同的方法製備，但其中， 實驗1中步驟2)裡製備的塗布劑的量(重量份)，以及實驗1中步驟1)裡製備的奈米粒子的量(重量份)係以以下表2所示。
實驗例23：包含有紅外敏感材料之透明薄膜的製備
包含有紅外敏感材料層之透明薄膜係以與實驗例1相同之方法所製備，但其中，實驗1中步驟1)裡的紅外敏感材料奈米粒子的製備係以以下方式進行。
摻雜有25mol%的Yb3+和0.3mol%的Tm3+(請參照文獻J.Phys.Chem.C vol114,No1,P 610~616)的NaYF4奈米粒子。
特定的，將2.06毫莫耳的CF3COONa、0.747毫莫耳的Y(CF3COO)3、0.25毫莫耳的Yb(CF3COO)3、0.003毫莫耳的Tm(CF3COO)3、60毫莫耳的油酸以及60毫莫耳的1-十八烯置放入經氬氣清洗的圓形三角瓶，接著以與實驗例1之步驟1)相同的方式進行，以製備出奈米粒子。
比較利1-3：包含有預設之重量比率的紅外敏感材料和塗布劑之透明薄膜的製備
於實驗例1之步驟3)之透明薄膜製備中，每個包含有紅外敏感材料之透明薄膜係以與實驗例1-3相同的方式製備，但其中，所使用的塗布劑係包含了99.9重量份之實驗例1中步驟2)所製備的塗布劑以及0.1重量份之實驗例1中步驟1)所製備的奈米粒子。
比較利4-6：包含有預設之重量比率的紅外敏感材料和塗布劑之透明薄膜的製備
於實驗例1之步驟3)之透明薄膜製備中，每個包含有紅外敏感材料之透明薄膜係以與實驗例1-3相同的方式製備，但其中，所使用的塗布溶液係包含了90重量份之實驗例1中步驟2)所製備的塗布劑以及12重量份之實驗例1中步驟1)所製備的奈米粒子。
實驗例1-23以及比較例1-6之製備：包含有紅外敏感材料之偏振膜的製備
碘染色PVA起偏器的一側加附了實驗例1-23以及比較例1-6中的每個透明薄膜，碘染色PVA起偏器的另一側則利用水性黏著劑附著了TAC膜，因此，偏振膜的製備分別包含了製備實驗例1-23以及比較例1-6的紅外敏感材料。
實驗例24：附著有紅外線反應單元的液晶顯示設備之製造
於實驗例1中所製備的偏振膜(紅外線反應單元)附著於一液晶設備的前側，因此，液晶顯示設備之製造包括了紅外敏感材料。
測試例
(1)點可見度的提升
波長980nm的IR雷射指向器(ILP980-25-3，由Huanic Corporation製造)係應用於實驗例24中的液晶顯示設備，並且，IR光源之指向位置至特定程度的可被辨識度會被提升。肉眼的點可見度是根據以下標準所決定的。
◎：很好辨識
○：可被辨識
×：不可辨識
(2)捲曲
實驗例和比較例中所製備的每個透明薄膜會被切成10公分見方的大小，並放置於平坦表面覆蓋於塗布有紅外敏感材料的層上，接著便測量於平坦表面算起至膜之最高邊緣的厚度。
(3)穿透率與霧度
實驗例和比較例中所製備之薄膜的穿透率與霧度是利用穿透率測量儀(由Suga產的HZ-1)所測量。
測試所產生的結果係示於以下的表格2。
以上之說明並未脫離對本發明之技術思想進行例示性說明之範圍，因此若為本發明所屬技術領域中具有通常知識者，則可於不脫離本發明之本質的特性之範圍內進行多樣的修正及變形。因此，本發明所例示之實施形態並非限定本發明之技術思想者，僅係用於說明，根據該實施形態，並非限定本發明之技術思想之範圍。本發明之保護範圍必須藉由以下申請專利範圍進行解釋，與其同等之範圍內所有之技術思想係必須作為本發明之保護範圍內所包含者進行解釋。

Claims (9)

  1. 一種光學薄膜，包含一紅外敏感材料；其中該光學薄膜以一塗布溶液覆蓋，該塗布溶液含有該紅外敏感材料和塗布劑；該紅外敏感材料為摻雜有Er3+、Tm3+及Yb3+的NaYF4；以該塗布溶液的總重量為基準，該紅外敏感材料所佔的重量百分比為0.5重量%至10重量%，且該塗布劑所佔的重量百分比為90重量%至99.9重量%。
  2. 一種偏振片，包含有如請求項1所述之光學薄膜。
  3. 一種液晶顯示設備，該液晶顯示設備之前側附著一紅外線反應單元，該紅外線反應單元包含有如請求項1所述之薄膜。
  4. 一種指向顯示設備，包含：一紅外線反應單元，包括如請求項1所述之光學薄膜；一液晶顯示設備，該液晶顯示設備之前側附著該紅外線反應單元；以及一紅外光源，用以發射紅外光。
  5. 如請求項4所記載之指向顯示設備，其中該紅外線反應單元進一步包括一基板單元，且用以製成該基板單元的材料係選自以下至少之一：聚乙烯醇、聚丙烯、三醋酸纖維素、聚丙烯酸樹脂以及聚烯樹脂。
  6. 如請求項4所記載之指向顯示設備，其中該紅外光源所發出的紅外光波長範圍係在700nm至1600nm之間且紅外光強度係大於或等於0.5mW/mm2。
  7. 如請求項4所記載之指向顯示設備，其中該紅外線反應單元進一步包括有黏著層，以使得該紅外線反應單元附著於該液晶顯示設備。
  8. 一種指向顯示設備，包含如請求項2所記載之偏振片。
  9. 一種指向顯示設備，包含如請求項3所記載之液晶顯示設備。
TW103114676A 2013-04-25 2014-04-23 光學薄膜以及指向顯示設備 TWI631195B (zh)

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