TWI797010B - 曲面光學結構及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種曲面光學結構，包括光學膜片、偏光片以及液晶補償膜。光學膜片包括相對的入光側與出光側。光學膜片在出光側具有曲面。偏光片共形地貼合在曲面上。液晶補償膜設置於光學膜片的出光側。偏光片位於光學膜片與液晶補償膜之間。液晶補償膜包括液晶層以及電源。液晶層包括位於液晶層內部的複數個液晶。電源連接液晶層相對的第一側面與第二側面。

Description

曲面光學結構及其製造方法
本揭露有關於曲面光學結構以及製造曲面光學結構的方法。
一般偏光片可以貼合於平面的光學產品上，以改善視覺效果。而隨著光學產品規格的發展與突破，一種潛在解決方案是應用到曲面偏光片。然而曲面偏光片的光學特性會因偏振的反射略有變化，會與原先設計不相符合。
若想要將偏光片貼合在曲面上，會因為彎曲等形變產生雙折射特性，造成相位的延遲或偏振狀態的改變。雙折射特性會因欲貼合表面的曲率以及產品製程的應力或偏光片拉伸，產生線性或是非線性的變化，讓貼合表面的每個位置的數值都不相同，同時也影響的光學特性的變化，例如穿透率、霧度、對比、色點等等。因此，如何提供一種技術方案，改善使用偏光片於曲面結構上時，因彎折導致產品的光學偏離設計，是所屬領域技術人員所欲解決的問題之一。
本揭露的一態樣有關於一種曲面光學結構。
根據本揭露的一或多個實施方式，一種曲面光學結構包括光學膜片、偏光片以及液晶補償膜。光學膜片包括相對的入光側與出光側。光學膜片在出光側具有曲面。偏光片共形地貼合在曲面上。液晶補償膜設置於光學膜片的出光側。偏光片位於光學膜片與液晶補償膜之間。液晶補償膜包括液晶層以及電源。液晶層包括位於液晶層內部的複數個液晶。電源連接液晶層相對的第一側面與第二側面。
在本揭露的一或多個實施方式中，光學膜片、偏光片、液晶補償膜沿第一方向依序排列。光學膜片的曲面相對垂直第一方向的平面凹陷或凸出。
在本揭露的一或多個實施方式中，光學膜片、偏光片、液晶補償膜沿第一方向依序排列。液晶補償膜的液晶層沿垂直該第一方向的平面延伸。光學膜片的曲面相對平面沿第一方向凹陷或凸出。
在本揭露的一或多個實施方式中，曲面包括柱狀面、球面或對稱非球面。
在本揭露的一或多個實施方式中，偏光片與液晶補償膜之間具有間隙。
在本揭露的一或多個實施方式中，光學透明膠填充於偏光片與液晶補償膜之間的間隙。
在本揭露的一或多個實施方式中，偏光片具有第一偏光區域與第二偏光區域，偏光片的第一偏光區域與第二偏光區域分別對應到光學膜片之曲面上的不同位置。液晶層具有第一補償區域與第二補償區域，液晶層的第一補償區域對應偏光片的第一偏光區域在液晶層上的投影，液晶層的第二補償區域對應偏光片的第二偏光區域在液晶層上的投影。第一偏光區域的第一相位延遲加上第一補償區域的第一補償相位延遲等於第二偏光區域的第二相位延遲加上第二補償區域的第二補償相位延遲。
在本揭露的一或多個實施方式中，液晶補償膜的該液晶層進一步包括第一配向膜與第二配向膜。液晶填充於第一配向膜與第二配向膜之間。
在本揭露的一或多個實施方式中，液晶補償膜貼合於偏光片，且液晶補償膜的液晶層共形於光學膜片的曲面。
在本揭露的一或多個實施方式中，液晶補償膜貼合於偏光片，液晶補償膜的液晶層共形於光學膜片的曲面，且液晶層進一步包括高分子材料。
在本揭露的一或多個實施方式中，液晶層包括複數個液晶子層。每一液晶子層包括液晶中的一或多者。
在本揭露的一或多個實施方式中，液晶補償膜進一步包括第一透明基板、第一透明電控結構、第二透明基板以及第二透明電控結構。第一透明電控結構設置於第一透明基板的表面上、位於液晶層的第一側面上並連接電源。第二透明電控結構，設置於第二透明基板的表面上、位於液晶層的第二側面上並連接電源。液晶層位於第一透明電控結構與第二電控結構之間。
在一些實施方式中，第一透明基板與第二透明基板是可撓的。
在一些實施方式中，第一透明電控結構與第二透明電控結構至少其中一者包括複數個薄膜電晶體。
在本揭露的一或多個實施方式中，光學膜片與偏光鏡具有負屈光度。
本揭露的一態樣有關於一種製造曲面光學結構的方法。
根據本揭露的一或多個實施方式，一種製造曲面光學結構的方法包括以下流程。貼合偏光片至光學膜片的曲面上形成樣品，並光學量測樣品的複數個偏光區域，以獲得每一偏光區域的相位延遲。依據量測之樣品的相位延遲執行液晶層的模擬，以獲得液晶層的一或多個液晶參數，其中液晶層包括對應樣品之偏光區域的複數個補償區域，並且在一或多個液晶參數下，每一補償區域具有補償相位延遲。製造液晶層並連接電源至液晶層相對的第一側面與第二側面，形成液晶補償膜。通過電源電控液晶層適用液晶參數，並光學量測液晶補償膜以確認液晶層之補償區域的補償相位延遲是否符合模擬。組裝液晶補償膜至樣品。
在本揭露的一或多個實施方式中，光學量測樣品的偏光區域包括以下流程。通過雷射光源發射第一光束至一分光鏡。從分光鏡分光出第二光束，並通過第一光偵測器直接接收第二光束。從分光鏡分光出第三光束穿透樣品之偏光區域的其中一者，並通過第二光偵測器接收穿透偏光區域之者的第三光束。通過運算器比對第二光束與第三光束之間的相位差。
在本揭露的一或多個實施方式中，光學量測液晶補償膜包括以下流程。通過雷射光源發射光束穿透液晶層之補償區域的其中一者。通過光偵測器接收穿過補償區域之相應者的光束。旋轉液晶補償膜，致使光束入射補償區域之相應者的角度改變。
在本揭露的一或多個實施方式中，依據量測之樣品的相位延遲執行液晶層的模擬包括以下流程。計算液晶層的液晶在複數個預傾角下的複數個模擬相位延遲。
在本揭露的一或多個實施方式中，液晶補償膜的液晶層進一步包括配向膜，當通過電源電控液晶層，液晶層內部的複數個液晶跟隨配向膜排列。
在本揭露的一或多個實施方式中，在光學量測液晶補償膜之前組裝液晶補償膜至樣品。
綜上所述，本揭露的曲面光學結構以及製造方法，通過液晶補償膜對彎折偏光片不同偏光區域的不同相位延遲進行補償，能夠改善光學膜片的曲面貼合偏光片造成的雙折射率特性。
以上所述僅係用以闡述本揭露所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本揭露之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。
下文係舉實施例配合所附圖式進行詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。另外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為便於理解，下述說明中相同元件或相似元件將以相同之符號標示來說明。
另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞，將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。
在本文中，「第一」、「第二」等等用語僅是用於區隔具有相同技術術語的元件或操作方法，而非旨在表示順序或限制本揭露。
此外，「包含」、「包括」、「提供」等相似的用語，在本文中都是開放式的限制，意指包含但不限於。
進一步地，在本文中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則「一」與「該』可泛指單一個或多個。將進一步理解的是，本文中所使用之「包含」、「包括」、「具有」及相似詞彙，指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件，與/或其中之群組。
為改善將偏光片應用到曲面上時，由於偏光片彎折，導致偏光片的光學特性偏離原本設計，本揭露通過設置液晶補償膜，通過液晶的雙折射特性，以及液晶便於局部性控制的性質，補償彎折偏光片。
第1圖根據本揭露的一實施方式繪示一曲面光學結構100的一頂視視圖。
如第1圖所示，根據本揭露的一實施方式，曲面光學結構100包括光學膜片110、偏光片120以及液晶補償膜130。
在一些實施方式中，光學膜片110例如是光學透鏡。在一些實施方式中，光學膜片110例如是透明蓋板，設置於發光裝置或顯示模組上。透明蓋板例如是玻璃蓋板。
舉例而言，在本實施方式中，如第1圖所示，光學膜片110包括相對的入光側111以及出光側112。在第1圖中，光束L可以沿z方向從光學膜片110的入光側111入射，並穿過光學膜片110，而從光學膜片110的出光側出光。光束L可以是來自於發光裝置或是顯示模組，並且發出光束L的發光模組或是顯示模組是設置於光學膜片的入光側111。
如第1圖所示，在本實施方式中，在光學膜片110的出光側112，光學膜片110具有曲面113。曲面113沿負z方向朝向光學膜片110的中心凹陷。換言之，光學膜片110的曲面113是相對垂直z方向的一x-y平面朝向負z方向凹陷。
應留意到，第1圖繪示本揭露曲面113的一實施例，但並曲面113的態樣並不在此限。舉例而言，在一些實施方式中，曲面113可以是沿正z方向凸出的凸曲面，使得曲面113相對是相對垂直z方向的一x-y平面朝向正z方向凸出。在一些實施方式中，光學膜片110也可以具有不同於曲面113的另一曲面。
進一步地，如第1圖的頂視視圖所示，光學膜片110的曲面113可以是一個柱狀面。換言之，在曲面113上沿y方向延伸的任意線段彼此之間是平行的，而這使得曲面113的形狀類似於一個柱體的表面。
應留意到，第1圖繪示本揭露曲面113的一實施例，但本揭露光學膜片110的曲面113的態樣並不在此限。舉例而言，曲面113可以包括球面，或是曲面113可以包括對稱非球面。
偏光片120是配置以改變光的偏振方向，將非偏振光轉換為偏振光。在第1圖中，偏光片120共形地貼合在光學膜片110的曲面113上。
偏光片120為可撓的。一般而言，偏光片120可以設置在平面的結構上，在偏光片120的不同局部區域上，可以具有相同的光學性質。然而，在本揭露的一或多個實施方式中，由於偏光片120是貼合至曲面113上，這使得在偏光片120的不同區域上的光學特性將改變。
舉例而言，如第1圖所示，在本實施方式中，偏光片120是貼合至曲面113，曲面113是沿負z方向凹陷的凹曲面。在一般為平片的偏光片120貼合至曲面113後，偏光片120接觸曲面113的一側面將可能承受外擴的應力，而被拉伸；相對地，偏光片120遠離曲面113的另一側面將可能承受內縮的應力，而被壓縮。隨著偏光片120相對的兩側面承受不同的應力，偏光片120產生形變，例如，偏光片120被彎折。這導致偏光片120不同局部區域的光學特性產生變化。
在本揭露的一些實施方式中，光學膜片110與偏光片120具有負屈光度。換言之，在偏光片120組裝至光學膜片110上後，光學膜片110與偏光片120組裝形成的一樣品具有負屈光度。
在一些實施方式中，曲面113亦可以是凸曲面，而當偏光片120貼合凸曲面上時，在偏光片120的不同局部區域亦將承受不同的應力，產生形變，進而影響到偏光片120的不同局部區域的光學特性。
請回到第1圖。在一些實施方式中，由於偏光片120被彎折，將使得在偏光片120的不同局部區域上，將具有不同的雙折射特性，使得光束經過偏光片120不同局部區域時，所獲得的相位延遲將有所不同。這同時也影響到偏光片120不同局部區域的光學特性的變化，例如穿透率、霧度、對比、色點等等。
對於曲面貼合後的偏光片120，偏光片120上不同局部區域，甚至是每一點，皆有不同的雙折射特性，但隨著曲面113的形狀而有對稱性，如此一來可以通過添加一個電控制的液晶裝置或是非勻相的高分子材料，進行反相補償，彌補偏光片120因曲面貼合產生形變所導致的非預期光學特性。
詳細而言，為了補償在偏光片120因貼合於曲面113上，由於形變而在不同局部區域下具有不同的相位延遲，曲面光學結構100進一步包括液晶補償膜130。由於液晶材料具有雙折射的特性，並且可以通過電控來局部地調整液晶的光學性值，因此能夠通過設置液晶補償膜130，來補償來自偏光片120不同局部的相位延遲。
如第1圖所示，在本實施方式中，液晶補償膜130包括液晶層133與電源136。液晶層133包括在液晶層133內部的複數個液晶LC。多個液晶LC在液晶層133內部排列。電源136分別連接至液晶層133相對的第一側面與第二側面。通過電源136，能夠在液晶層133相對的兩個側面分別施加偏壓，以在液晶層133內部產生電場，來控制液晶層133內部各個液晶LC的排列方向。
應留意到，第1圖所繪示的液晶補償膜130僅為一示例，而不應以此限制本揭露。舉例而言，液晶補償膜130可以進一步包括一或多個其他的光學基板、透明電路或透明電極。在本揭露的一或多個實施方式中，液晶補償膜130可以進一步包括複數個薄膜電晶體，以局部地控制液晶補償膜130的多個不同局部區域中液晶LC的排列。
在本實施方式，如第1圖所示，液晶補償膜130的液晶層133是延伸於垂直z方向的x-y平面上，其中曲面113以及共形地貼合於曲面113的偏光片120是相對x-y平面朝負z方向凹陷。
在一些實施方式中，液晶層133進一步包括配向膜。配向膜配置以調整液晶LC的排列方式。通過依據偏光片120不同局部區域的相位延遲來設計液晶層133的配向膜，可以使液晶層133內部的液晶LC排列成能夠補償形變的偏光片120不同局部區域所產生的相位延遲。
進一步地，第1圖繪示的電源136是示意地連接液晶層133相對的兩個側面，以施加偏壓來控制液晶LC的排列，但並不以此限制本揭露電源136的態樣。舉例而言，電源136可以通過導線分別連接至液晶層的相對兩側面上。在一些實施方式中，電源136是分別連接至位於液晶層133相對兩側面的透明電極，以於液晶層133提供電場來調整液晶LC。
如此一來，雖然貼合於光學膜片110之曲面113上的偏光片120的各個局部區域可能會產生非預期的相位延遲，仍能夠通過液晶補償膜130對相位進行補償。
在本揭露的一或多個實施例中，當光束L從光學膜片110的入光側111進入曲面光學結構100，光束L從曲面113出光，穿透偏光片120轉變為偏振光並帶有相位延遲。隨後，光束L穿過液晶補償膜130，經由通過電源136電控的液晶層133獲得相位補償，使得來自偏光片120的相位延遲能夠被抵消。
如第1圖所示，在本實施方式中，偏光片120與液晶補償膜130之間存在間隙。在一或多個實施方式中，偏光片120與液晶補償膜130之間可以存在一或多種其他元件或層。
舉例而言，請參照第2圖。第2圖根據本揭露的一實施方式繪示一曲面光學結構100’的一頂視視圖。相似的元件使用的相同於第1圖標號。曲面光學結構100’與曲面光學結構100之間的一差異，在於曲面光學結構100’進一步包括光學絕緣膠150，光學絕緣膠150能夠填充於偏光片120與液晶補償膜130之間。光學絕緣膠150可以是透明的。在本揭露的一些實施方式中，透明可以代表材料的光學穿透率是100%或是接近100%，而不會影響光線或光束行進。
在一些實施方式中，光學透明膠140可以沿著偏光片120與液晶補償膜130的邊緣設置，以框貼方式貼合偏光片120與液晶補償膜130。
請參照第3圖。第3圖根據本揭露的一實施方式繪示一液晶補償膜130的一頂視視圖。第3圖繪示液晶補償膜130的一實施例，但並不應以此過度限制液晶補償膜130的態樣。
如第3圖所示，在本實施方式中，液晶補償膜130包括液晶層133、電源136、第一透明基板139、第二透明基板142、第一電控結構140以及第二電控結構143。
液晶層133的內部包括液晶LC以及相對的第一配向膜1341與第二配向膜1342，其中液晶LC填充於第一配向膜1341與第二配向膜1342之間，使得液晶LC能夠依據設計的條件沿第一配向膜1341與第二配向膜1342排列。
液晶層133位於第一透明基板139與第二透明基板142之間。在一些實施方式中，第一透明基板139與第二透明基板142的材料包括玻璃基板或樹脂基板，但並不以限制。在一些實施方式中，第一透明基板139與第二透明基板142是可撓的，而能夠曲面貼合於偏光片120之上，例如請見後續的第5圖與第6圖。
第一電控結構140位於第一透明基板139的表面上，並直接相鄰於液晶層133的一側面。第二電控結構143位於第二透明基板142的表面上，並直接相鄰於液晶層133的另一側面。電源136分別連接至第一電控結構140與第二電控結構143。換言之，第一電控結構140位於第一透明基板139的表面與液晶層133之間，第二電控結構143位於第二透明基板142的表面與液晶層133之間。電源136通過第一電控結構140與第二電控結構143分別電性連接至液晶層133的相對兩側面上，以向液晶層133內部提供電場，控制液晶LC的排列。
在一些實施方式中，第一電控結構140與第二電控結構143可以包括透明的導線與/或電極。舉例但不以此為限，第一電控結構140與第二電控結構143可以包括氧化銦錫膜，或是薄的金屬導線。如此，連接電源136的第一電控結構140與第二電控結構143，通過由電源136施加偏壓，第一電控結構140與第二電控結構143能夠向液晶層133內部提供電場，調控複數個液晶LC的排列。
在一些實施方式中，第一電控結構140與第二電控結構143中的其中一者進一步包括有複數個薄膜電晶體。舉例而言，複數個薄膜電晶體能夠排列為矩陣，分別對應到液晶層133的不同局部區域。通過電源136向薄膜電晶體提供工作偏壓，即能夠局部地調控液晶層133之不同局部區域內的液晶LC排列，從而在液晶層133的不同局部區域提供不同的補償相位延遲。
在本揭露的一或多個實施方式中，曲面光學結構100可以整合於不同種類的光學裝置上，例如使用在VR Pancake透鏡或曲面顯示器上。請參照第4圖。第4圖根據本揭露的一實施方式繪示一曲面顯示裝置400的一頂視視圖，示例地說明本揭露的曲面光學結構100整合在曲面顯示裝置400內的一態樣。
如第4圖所示，在本實施方式中，第3圖繪示的一曲面光學結構100係設置位於一發光模組410的一表面上。曲面光學結構100的光學膜片110可以視作發光模組410的一透明蓋板。在一些實施方式中，發光模組410可以是一光學顯示裝置。舉例而言，光學顯示裝置可以是液晶顯示裝置，在發光模組410與光學膜片110之間的界面上，可以設置一或多個光轉換層作為像素，並且發光模組410內部可以具有另一液晶層(未繪示)來調整像素顯示圖像。
請參照第5圖。第5圖根據本揭露的一實施方式繪示一曲面光學結構200的一頂視視圖。
在第5圖中，曲面光學結構200包括光學膜片210、偏光片220以及液晶補償膜230。光學膜片210包括入光側211與出光側212，光束L可以從光學膜片210的入光側211入射。光學膜片210在出光側212具有曲面213。液晶補償膜230包括液晶層233以及電源236。而在本實施方式中，液晶補償膜230是進一步直接貼合在形變的偏光片220上，液晶補償膜230的液晶層233共形於光學膜片210的曲面213。在第5圖繪示的曲面光學結構200中，可以透過液晶層233中液晶LC原有的雙折射特性，直接在曲面貼合的偏光片220上做反補償，而無需額外設計配向模於液晶層233。
請參照第6圖。第6圖根據本揭露的一實施方式繪示一曲面光學結構300的一頂視視圖。
在第5圖中，曲面光學結構300包括光學膜片310、偏光片320以及液晶補償膜330。光學膜片310包括入光側311與出光側312，光束L可以從光學膜片310的入光側311入射。光學膜片310在出光側312具有曲面313。液晶補償膜330包括液晶層333以及電源336。而在本實施方式中，液晶補償膜330是直接貼合在形變的偏光片320上，液晶補償膜330的液晶層133共形於光學膜片310的曲面313，並進一步具有複數個高分子材料PL的分子位於液晶層333的內部。在一些實施方式中，高分子材料PL是非勻向的。高分子材料PL的分子會因其高分子鏈被拉伸、旋轉與變形的程度不同，也會造成雙折射的特性，同樣能夠補償來自於形變之偏光片320的相位延遲。舉例而言，液晶層333內的高分子材料PL可以提供一個整體的相位延遲的補償值。而針對偏光片320的不同局部區域，再電控液晶層333局部區域內部液晶LC排列來進行補償。
在一些實施方式中，高分子材料PL包括聚乙烯醇縮丁醛或聚苯乙烯，但不以此限制本揭露。
為了進一步說明本揭露的曲面光學結構的製作流程，請參照第7圖。第7圖根據本揭露的一實施方式繪示製造曲面光學結構的方法700的一流程圖。製造曲面光學結構的方法700包括流程701至流程705。
請同時參照第7圖與第8圖。第8圖根據本揭露的一實施方式繪示量測一樣品的一光學量測系統600的架構圖。在流程701，貼合偏光片120至光學膜片110的曲面113(請見第1圖)上形成樣品，並光學量測樣品的複數個偏光區域，以獲得每一偏光區域的相位延遲。
第8圖繪示光學測量光學膜片110與偏光片120形成之樣品之相位延遲的一實施例。如第8圖所示，偏光片120共形地貼合至光學膜片110的曲面113上，光學膜片110與偏光片120是作為量測的樣品設置於光學量測系統500中。
在本實施方式中，光學量測系統500包括雷射光源LS1、分光鏡BS、偏光片LP1、偏光片LP2、光偵測器PD1、光偵測器PD2、計數器C1、計數器C2、運算器OP、鏡子M以及電子計算機PC1。在本實施方式中，雷射光源LS1為塞曼雷射，用以發射單一波長的雷射光束L1。舉例但不以此為限，在本實施方式中，雷射光源LS1所使用之波長為633 nm。
光學量測系統500包括兩組光路。光學量測系統500的其中一組光路，是從雷射光源LS1發射光束L1，光束L1經分光鏡BS分光出光束L2，光束L2經過偏光片LP1後被轉換為偏振光並為光偵測器PD1所接收。光偵測器PD1連接計數器C1。計數器C1連接至運算器OP的其中一個輸入埠P2。
光學量測系統500的另一組光路，是從雷射光源LS1發射光束L1，光束L1經分光鏡BS分光出光束L3，光束L3經過包括光學膜片110與偏光片120後，偏光片120產生的相位延遲反應的光束L4。隨後，光束L4通過鏡子M反射為光束L5，光束L5經過偏光片LP2後轉換為偏振光為光偵測器PD2所接收。光偵測器PD2連接計數器C2。計數器C2連接至運算器OP的其中一個輸入埠P1。
運算器OP接收來自計數器C1與計數器C2的訊號之後，通過輸出埠P3輸出比對的結果至電子計算機PC1，如此，即可以通過電子計算機PC1分析出包括光學膜片110與偏光片120之樣品所產生的相位延遲。通過移動包括光學膜片110與偏光片120之樣品在光學量測系統500中的位置，即能夠獲得對應偏光片120不同局部區域所產生的相位延遲。
如此一來，能夠通過光學量測系統500的兩組不同光路，比對包括光學膜片110與偏光片120之樣品的不同局部區域所產生的相位。
請參照第9圖。第9圖根據本揭露的一實施方式示意地繪示包括光學膜片110與偏光片120之一樣品的一正面視圖。在本實施方式中，光學膜片110的曲面113為柱狀面，偏光片120貼合於曲面113後亦形變為柱狀面。
在第9圖繪示的光學膜片110與偏光片120中，偏光片120可以劃分為九個不同的偏光區域，包括偏光區域1201、偏光區域1202、偏光區域1203、偏光區域1204、偏光區域1205、偏光區域1206、偏光區域1207、偏光區域1208以及偏光區域1209。在本實施方式中，於光學量測系統500內，可以通過移動包括光學膜片110與偏光片120之樣品的位置，使光束L3分別經過偏光區域1201至偏光區域1209其中之一中的一或多點，即能夠獲得相應偏光區域所產生的相位延遲。舉例而言，針對其中一個偏光區域1201，可以使光束L3經過偏光區域1201內的一或多點，量測出一或多個相位延遲值，將量側出的一或多個相位延遲值平均，便可以定義出反映偏光片120之偏光區域1201的相位延遲值。
應留意到，第8圖劃分偏光片120為偏光區域1201至偏光區域1209僅是作為示例，而不應以此限制偏光片120之偏光區域的劃分方式。舉例而言，可以將偏光片120劃分為更多數量的偏光區域，或是將依據偏光片120不同位置的曲率劃分偏光區域作相位延遲的量測。
在本揭露的一或多個實施方式中，電子計算機PC1包括個人電腦、伺服器裝置、移動設備或其他適用的量測工具，但並不以此為限。
請回到第7圖。在流程701，能夠獲得偏光片120不同局部偏光區域1201至偏光區域1209所產生的相位延遲。進入流程702，依據量測之樣品的相位延遲執行液晶層的模擬，以獲得液晶層的一或多個液晶參數。
為進一步說明液晶層的模擬，請參照第10圖。第10圖根據本揭露的一實施方式繪示量測一液晶補償膜130的一光學量測系統600的架構圖。
在本實施方式中，光學量測系統600包括雷射光源LS2、旋轉平台RS、控制系統CS、光偵測器PD3以及電子計算機PC2。控制系統CS連接旋轉平台RS，以控制旋轉平台RS沿著旋轉軸O以順時針方向(例如方向D1)或逆時針方向旋轉。液晶補償膜130設置於旋轉平台RS上，其中液晶補償膜130包括液晶層133與電源136(請見第1圖)，為了簡單說明的目的而未繪示於第10圖。
在一些實施方式中，雷射光源LS2包括塞曼雷射。在一些實施方式中，雷射光源LS2使用波長為633 nm的雷射光。
如第10圖所示，光學量測系統600的測量光路中，包括從雷射光源LS2發出光束L6，光束L6沿z方向朝放置於旋轉平台RS的液晶補償膜130行進。光束L6經過液晶補償膜130後補償相位延遲，以光束L7的形式為光偵測器PD3所接收。光束L7反映液晶補償膜130所補償的反相相位延遲。光偵測器PD3連接電子計算機PC2，通過電子計算機PC2即可獲得液晶補償膜130所能夠提供的補償相位延遲。
旋轉平台RS能夠沿著旋轉軸O旋轉。在本揭露的一些實施方式中，液晶補償膜130一開始可以沿通過旋轉軸O的一第一軸AX1設置，軸AX1平行於y方向。經旋轉平台RS朝方向D1旋轉後，液晶補償膜130沿通過旋轉軸O的一第二軸AX2設置，軸AX2偏離y方向，並且軸AX1與軸AX2之間夾旋轉角度θ k，而旋轉角度θ k對應到光束L6入射至液晶補償膜130的入射角度θ k。
在第10圖繪示的光學量測系統600的基礎下，請參照第11A圖與第11B圖。第11A圖根據本揭露的一實施方式示意地繪示一液晶補償膜130的一液晶層133的一側視圖。第11B圖繪示模擬第11A圖中一液晶LC設置的一示意圖。
如第11A圖所示，在一些實施方式中，液晶補償膜130的液晶層133可以是扭曲向列型液晶，並且液晶層133包括液晶子層1331至液晶子層133n，總共可以有n層。針對液晶層133中的其中一個液晶子層133m，液晶子層133m包括液晶LC。針對液晶層133其中一個液晶子層133m中的液晶LC，能夠通過第11B圖繪示的關係圖進行模擬。
針對第10圖中光束L6以入射角度θ k入射液晶補償膜130的情況，在第11B圖中，x-y平面為液晶層133中液晶子層133m的延伸方向，其中液晶子層133m的液晶LC相對x-y平面夾角度θ，液晶LC相對z方向夾角度φ。一模擬光束k以入射角度θ k入射至液晶子層133m，其中模擬光束k對應第10圖的光束L6。
在第11B圖繪示的關係圖上，能夠通過擴展瓊斯矩陣，計算模擬光束k以入射角度θ k進入單一層液晶子層133m的光學介電張量。針對第11B圖的x方向、y方向與z方向，光學介電張量矩陣ε呈現為關係式(1)如下：
Figure 02_image001
其中光學介電張量矩陣ε的矩陣元素能夠分別以以下關係式(2)計算如下:
Figure 02_image003
在以上光學介電張量矩陣ε的矩陣元素的計算中，單一層液晶子層133m中液晶LC相對x-y平面的角度θ與角度φ的關係如第11B圖所繪示，其中n 0為單一層液晶子層133m的尋常光折射率，n e為單一層液晶子層133m的非尋常光折射率，視所使用液晶材料而定。
在本實施方式中，在模擬時，考量液晶層133中所有的液晶子層1331至液晶子層133n對模擬光束k產生補償相位延遲，已知模擬光束k為對應雷射光束L6的非偏振光，以及雷射光束L6的入射角度θ k可經由旋轉平台RS控制的基礎下，能夠通過電子計算機模擬光束L6與光束L7之間由液晶補償膜130所產生的補償相位延遲。意即，能夠通過模擬計算獲得在不同光束L6的入射角度θ k下，液晶補償膜130的液晶層133所能提供的補償相位延遲。
第12圖繪示模擬液晶補償膜130的一模擬結果。橫軸對應光束L6不同的入射角度θ k，單位為度；縱軸對應液晶補償膜130的液晶層133所能提供的補償相位延遲，單位為弧度。第12圖繪示的一或多個曲線，實質代表模擬液晶LC相對x-y平面之多組不同的角度θ與角度φ設置。
作為實施例而不以此為限，在一些實施方式中，尋常光折射率n 0設置為1.606，非尋常光折射率n e設置為1.484，液晶層133厚度為3.3 μm，且入射光束L6之波長為633 nm的情況下，調整不同入射角度θ k進行模擬。
事實上，如第11B圖所繪示，單一層液晶子層133m中液晶LC相對x-y平面的角度θ與角度φ，實質上對應液晶LC在液晶子層133m中的預傾角。換言之，液晶LC相對x-y平面之多組不同的角度θ與角度φ為液晶LC的預傾角，這些預傾角即為模擬出的一或多組液晶參數。液晶LC的預傾角可以通過設計的配向膜來配置，例如通過第3圖繪示的第一配向膜與第二配向膜。
總結流程702，通過第10圖至第11B圖以及關係式(1)與關係式(2)，能夠進行液晶補償膜130的液晶層133的模擬，並獲得液晶層133中液晶LC所需要控制的預傾角作為液晶參數。
如此一來，針對流程701於偏光片120之偏光區域1201至偏光區域1209中任一者的相位延遲，都能夠通過電控液晶層133中的液晶LC的預傾角來提供相應補償相位延遲，抵消因偏光片120形變所造成的非預期相位延遲效應。
回到第7圖，進入到流程703，依據模擬結果，製作液晶層133並連接電源136(請見第1圖)至液晶層133相對的第一側面與第二側面，形成液晶補償膜130。
請參照第13圖。第13圖根據本揭露的一實施方式示意地繪示一液晶補償膜130的一正面視圖，其中為了簡單說明的目的，僅繪示出液晶補償膜130的液晶層133。
回到第7圖，進入到流程704，通過電源136電控液晶層133適用液晶參數，並光學量測液晶補償膜130以確認液晶層133之補償區域的補償相位延遲是否符合模擬。
在第13圖中，液晶層133包括補償區域1301、補償區域1302、補償區域1303、補償區域1304、補償區域1305、補償區域1306、補償區域1307、補償區域1308以及補償區域1309。針對液晶層133的補償區域1301至補償區域1309中的任一者，都可以通過電源136來執行電控，調整補償區域1301至補償區域1309中液晶LC的角度，以提供相應的補償相位延遲。
在一些實施方式中，液晶層133之補償區域1301至補償區域1309，實質對應於偏光片120之偏光區域1201至偏光區域1209的劃分。在一些實施方式中，相應於偏光片120之偏光區域的劃分方式，液晶層133之補償區域的劃分方式不限於第13圖繪示的態樣。
請參照第14圖。第14圖繪示量測液晶補償膜130的一量測結果，此量測結果對應電控液晶層的電控補償區域1301至補償區域1309其中一者中的液晶LC適用模擬的預傾角下的補償相位延遲的量測結果。在本實施方式中，液晶補償膜130係設置於第10圖的光學量測系統600中進行光學量測。第14圖的橫軸對應光束L6不同的入射角度θ k，單位為度；縱軸對應液晶補償膜130的液晶層133所能提供的補償相位延遲，單位為弧度。在第14圖中，入射角度θ k與提供的補償相位延遲具有類似於第12圖模擬結果的趨勢，反映與模擬結果相符。
進入到流程705，組裝液晶補償膜130至包括光學膜片110與偏光片120的樣品上，形成曲面光學結構100，如第1圖所示。
在本實施方式中，組裝液晶補償膜130至包括光學膜片110與偏光片120的樣品時，液晶層133的補償區域1301、補償區域1302、補償區域1303、補償區域1304、補償區域1305、補償區域1306、補償區域1307、補償區域1308與補償區域1309，是分別對應到偏光片120的偏光區域1201、偏光區域1202、偏光區域1203、偏光區域1204、偏光區域1205、偏光區域1206、偏光區域1207、偏光區域1208與偏光區域1209在液晶層133上的投影區域。如此，針對偏光片120的偏光區域1201至偏光區域1209中的每一者，都能夠通過液晶補償膜130的補償區域1301至補償區域1309中的相應一者進行補償。
舉例而言，在本揭露的一或多個實施方式中，偏光片120具有偏光區域1201與偏光區域1202，偏光片120的偏光區域1201與偏光區域1202分別對應到光學膜片110之曲面上的不同位置。液晶層133具有補償區域1301與補償區域1302，液晶層133的補償區域1301對應偏光片120的偏光區域1201在液晶層133上的投影，液晶層的補償區域1302對應偏光片120的偏光區域1202在液晶層133上的投影。偏光區域1201的相位延遲加上補償區域1301的補償相位延遲等於偏光區域1202的相位延遲加上補償區域1302的補償相位延遲。在一些實施方式中，通過電控液晶層133，能夠使得偏光區域1201的相位延遲加上補償區域1301的補償相位延遲等於0或接近0，偏光區域1202的相位延遲加上補償區域1302的補償相位延遲等於0或接近0，實質抵消偏光片120形變所產生的相位延遲。
在一些實施方式中，製造曲面光學結構的方法700的流程705可以在流程704之前執行，使得能夠在組裝液晶補償膜130至包括光學膜片110與偏光片120的樣品上之後，通過電源136電控液晶層133，確保整體的相位延遲抵消。
綜上所述，本揭露的曲面光學結構以及製造方法，通過液晶補償膜對彎折偏光片不同偏光區域的不同相位延遲進行補償，能夠改善光學膜片的曲面貼合偏光片造成的雙折射率特性，進而改善光經過曲面偏光片造成的相位延遲、偏振狀態以及光學特性的變異，並能夠適用於各種曲面貼合之裝置。
雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100,100’:曲面光學結構 110:光學膜片 111:入光側 112:出光側 113:曲面 120:偏光片 130:液晶補償膜 133:液晶層 136:電源 139:第一透明基板 140:第一電控結構 142:第二透明基板 143:第二電控結構 150:光學絕緣膠 200:曲面光學結構 210:光學膜片 211:入光側 212:出光側 213:曲面 220:偏光片 230:液晶補償膜 233:液晶層 236:電源 300:曲面光學結構 310:光學膜片 311:入光側 312:出光側 313:曲面 320:偏光片 330:液晶補償膜 333:液晶層 336:電源 400:曲面顯示裝置 410:發光模組 500:光學量測系統 600:光學量測系統 1201~1209:偏光區域 1301~1309:補償區域 1331:液晶子層 133m,133n:液晶子層 1341:第一配向膜 1342:第二配向膜 AX1:軸 AX2:軸 BS:分光鏡 C1,C2:計數器 CS:控制系統 k:模擬光束 M:鏡子 L:光束 L1~L5:光束 L6,L7:光束 LC:液晶 LP1,LP2:偏光片 LS1:雷射光源 LS2:雷射光源 O:旋轉軸 P1,P2:輸入埠 P3:輸出埠 PC1:電子計算機 PC2:電子計算機 PD1,PD2:光偵測器 PD3:光偵測器 PL:高分子材料 RS:旋轉平台 x,y,z:方向 θ,θ k,φ:角度
本揭露的優點與圖式，應由接下來列舉的實施方式，並參考附圖，以獲得更好的理解。這些圖式的說明僅僅是列舉的實施方式，因此不該認為是限制了個別實施方式，或是限制了發明申請專利範圍的範圍。 第1圖根據本揭露的一實施方式繪示一曲面光學結構的一頂視視圖； 第2圖根據本揭露的一實施方式繪示一曲面光學結構的一頂視視圖； 第3圖根據本揭露的一實施方式繪示一液晶補償膜的一頂視視圖； 第4圖根據本揭露的一實施方式繪示一曲面光學裝置的一頂視視圖； 第5圖根據本揭露的一實施方式繪示一曲面光學結構的一頂視視圖； 第6圖根據本揭露的一實施方式繪示一曲面光學結構的一頂視視圖； 第7圖根據本揭露的一實施方式繪示製造曲面光學結構的方法的一流程圖； 第8圖根據本揭露的一實施方式繪示量測一樣品的一光學量測系統的架構圖； 第9圖根據本揭露的一實施方式示意地繪示一樣品的一正面視圖； 第10圖根據本揭露的一實施方式繪示量測一液晶補償膜的一光學量測系統的架構圖； 第11A圖根據本揭露的一實施方式示意地繪示一液晶補償膜的一液晶層的一側視圖； 第11B圖繪示模擬第11A圖中一液晶設置的一示意圖； 第12圖繪示模擬液晶補償膜的一模擬結果； 第13圖根據本揭露的一實施方式示意地繪示一液晶補償膜的一正面視圖；以及 第14圖繪示量測液晶補償膜的一量測結果。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:曲面光學結構
110:光學膜面
111:入光側
112:出光側
113:曲面
120:偏光片
130:液晶補償膜
133:液晶層
136:電源
L:光束
LC:液晶
x,y,z:方向

Claims (20)

  1. 一種曲面光學結構，包括：一光學膜片，包括相對的一入光側與一出光側，其中該光學膜片於該出光側具有一曲面；一偏光片，共形地貼合於該曲面上；以及一液晶補償膜，設置於該光學膜片的該出光側，其中該偏光片位於該光學膜片與該液晶補償膜之間，該液晶補償膜包括：一液晶層，包括位於該液晶層內部的複數個液晶；以及一電源，連接該液晶層之相對的一第一側面與一第二側面；其中：該偏光片具有一第一偏光區域與一第二偏光區域，該偏光片的該第一偏光區域與該第二偏光區域分別對應到該光學膜片之該曲面上的不同位置；該液晶層具有一第一補償區域與一第二補償區域，該液晶層的該第一補償區域對應該偏光片的該第一偏光區域在該液晶層上的投影，該液晶層的該第二補償區域對應該偏光片的該第二偏光區域在該液晶層上的投影；以及該第一偏光區域的一第一相位延遲加上該第一補償區域的一第一補償相位延遲等於該第二偏光區域的一第二相位延遲加上該第二補償區域的一第二補償相位延遲。
  2. 如請求項1所述之曲面光學結構，其中該光 學膜片、該偏光片、該液晶補償膜沿一第一方向依序排列，該光學膜片的該曲面相對垂直該第一方向的一平面凹陷或凸出。
  3. 如請求項1所述之曲面光學結構，其中該光學膜片、該偏光片、該液晶補償膜沿一第一方向依序排列，該液晶補償膜的該液晶層沿垂直該第一方向的一平面延伸，該光學膜片的該曲面相對該平面沿該第一方向凹陷或凸出。
  4. 如請求項1所述之曲面光學結構，其中該曲面包括一柱狀面、一球面或一對稱非球面。
  5. 如請求項1所述之曲面光學結構，其中該偏光片與該液晶補償膜之間具有一間隙。
  6. 如請求項1所述之曲面光學結構，其中一光學透明膠填充於該偏光片與該液晶補償膜之間的一間隙。
  7. 如請求項1所述之曲面光學結構，其中該液晶補償膜的該液晶層進一步包括：一第一配向膜與一第二配向膜，其中該些液晶填充於該第一配向膜與該第二配向膜之間。
  8. 如請求項1所述之曲面光學結構，其中該液晶補償膜貼合於該偏光片，且該液晶補償膜的該液晶層共形於該光學膜片的該曲面。
  9. 如請求項1所述之曲面光學結構，其中該液晶補償膜貼合於該偏光片，該液晶補償膜的該液晶層共形於該光學膜片的該曲面，且該液晶層進一步包括高分子材料。
  10. 如請求項1所述之曲面光學結構，其中該液晶層包括複數個液晶子層，每一該液晶子層包括該些液晶中的一或多者。
  11. 如請求項1所述之曲面光學結構，其中該液晶補償膜進一步包括：一第一透明基板；一第一透明電控結構，設置於該第一透明基板的一表面上、位於該液晶層的該第一側面上並連接該電源；一第二透明基板；以及一第二透明電控結構，設置於該第二透明基板的一表面上、位於該液晶層的該第二側面上並連接該電源，其中該液晶層位於該第一透明電控結構與該第二電控結構之間。
  12. 如請求項11所述之曲面光學結構，其中該 第一透明基板與該第二透明基板是可撓的。
  13. 如請求項11所述之曲面光學結構，其中該第一透明電控結構與該第二透明電控結構至少其中一者包括複數個薄膜電晶體。
  14. 如請求項1所述之曲面光學結構，其中，該光學膜片與該偏光鏡具有負屈光度。
  15. 一種製造曲面光學結構的方法，用於製造請求項1所述之曲面光學結構，包括：貼合一偏光片至一光學膜片的一曲面上形成一樣品，並光學量測該樣品的複數個偏光區域，以獲得每一該偏光區域的一相位延遲；依據量測之該樣品的該些相位延遲執行一液晶層的一模擬，以獲得該液晶層的一或多個液晶參數，其中該液晶層包括對應該樣品之該些偏光區域的複數個補償區域，並且在該一或多個液晶參數下，每一該補償區域具有一補償相位延遲；製造該液晶層並連接一電源至該液晶層相對的一第一側面與一第二側面，形成一液晶補償膜；通過該電源電控該液晶層適用該一或多個液晶參數，並光學量測該液晶補償膜以確認該液晶層之該些補償區域的該些補償相位延遲是否符合該模擬；以及 組裝該液晶補償膜至該樣品。
  16. 如請求項15所述之方法，其中光學量測該樣品的該些偏光區域包括：通過一雷射光源發射一第一光束至一分光鏡；從該分光鏡分光出一第二光束，並通過一第一光偵測器直接接收該第二光束；從該分光鏡分光出一第三光束穿透該樣品之該些偏光區域的其中一者，並通過一第二光偵測器接收穿透該些偏光區域之該者的該第三光束；以及通過一運算器比對該第二光束與該第三光束之間的一相位差。
  17. 如請求項15所述之方法，其中光學量測該液晶補償膜包括：通過一雷射光源發射一光束穿透該液晶層之該些補償區域的其中一者；通過一光偵測器接收穿過該些補償區域之相應該者的該光束；以及旋轉該液晶補償膜，致使該光束入射該些補償區域之相應該者的一角度改變。
  18. 如請求項15所述之方法，其中依據量測之該樣品的該些相位延遲執行該液晶層的該模擬包括： 計算該液晶層的一液晶在複數個預傾角下的複數個模擬相位延遲。
  19. 如請求項15所述之方法，其中該液晶補償膜的該液晶層進一步包括一配向膜，當通過該電源電控該液晶層，該液晶層內部的複數個液晶跟隨該配向膜排列。
  20. 如請求項15所述之方法，其中在光學量測該液晶補償膜之前組裝該液晶補償膜至該樣品。
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