用於立體3d顯示器的拉伸膜的製作方法

2023-05-05 13:28:06

專利名稱：用於立體3d顯示器的拉伸膜的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種背光液晶顯示設備，具體地講，涉及使用拉伸膜顯示立體3D圖像。
背景技術：
立體3D顯示器通常從各個右眼和左眼視點為觀察者呈現具有視差的圖像。有兩種方法來以時間順序方式為觀察者的雙眼提供視差圖像。在一種方法中，觀察者使用一對 光閘(shutter)或3D眼鏡，所述光閘或3D眼鏡與左/右圖像顯示的交替同步地透射光或 阻擋光傳播到觀看者的眼睛。相似地，在另一種方法中，右眼和左眼視點被交替地顯示並呈 現給觀察者的各隻眼睛，而不需使用3D眼鏡。這第二種方法被稱為自動立體，儘管可允許 的頭部運動有限，但是由於不需要單獨的眼鏡，所以對於立體3D觀看而言，這第二種方法 有時仍是理想的。液晶顯示器(IXD)是一種採樣保持型顯示裝置，這種顯示器的任一點或像素處的 圖像均是穩定的，直至該像素在下一圖像刷新時間(通常為1/60秒或更快)被更新為止。 在這樣的採樣保持型系統中，不同圖像的顯示，特別是用於自動立體顯示的左右圖像的交 替顯示需要光源的仔細定時排序，從而例如在用於右眼的數據的顯示期間，左眼圖像光源 不打開，反之亦然。

發明內容
本發明涉及一種背光液晶顯示設備，具體地講，涉及利用具有拉伸3D膜的液晶顯 示裝置來顯示立體3D圖像。


結合附圖對本發明的各個實施例所做的以下詳細描述可有助於更全面地理解本 發明，其中圖1是示例性顯示設備的示意性側視圖；圖2A和圖2B是操作中的展示例的顯示設備的示意性側視圖；圖3(a)是具有皺的3D膜的顯示器的示意圖；圖3(b)是具有幾乎平的3D膜的顯示器的示意圖；圖4(a)是附接到鋁框架的被拉伸的3D膜的示意圖；圖4(b)是附接到聚合物(Delrin)框架的未被拉伸的3D膜的示意圖；圖5(a)是在熱衝擊室中進行測試之後的附接到鋁框架的拉伸的3D膜的示意圖； 禾口圖5(b)是在熱衝擊室中進行測試之後的未被拉伸的3D膜標準樣品的示意圖。上述附圖未必按比例繪製。圖中所用類似標記表示類似元件。然而應當理解，用 來表示給定圖中某個元件的編號並非意圖限定另一幅圖中標以相同編號的元件。
具體實施例方式在下面的說明中，參考了附圖，附圖形成說明的一部分並且在附圖中通過舉例說 明的方式示出了若干特定實施例。應該理解的是，其它實施例也在預料之中，並且可以在不 脫離本發明的範圍或精神的情況下獲得這些實施例。因此，下面的詳細說明將不被視為具 有限制意義。除非另外指明，否則本文所使用的所有科技術語具有本領域所公用的含義。本文 所提供的定義是為了有助於理解本文頻繁使用的某些術語，並不是要限制本發明的範圍。除非另外指明，否則應當將說明書和權利要求中用來表述特徵尺寸、數量和物理 特性的所有數字理解為在所有實例中由術語「約」來修飾。因此，除非有相反的指明，否則 上述說明書和所附權利要求中列出的數值參數均為近似值，且根據本領域技術人員力圖利 用本文所公開的教導內容獲得的所需特性而有所不同。用端點來表述的數值範圍包括該範圍內包含的所有數字(例如，1至5包括1、 1. 5、2、2. 75,3,3. 80,4和5)及該範圍內的任意範圍。本說明書和所附權利要求中使用的單數形式涵蓋了具有多個指代物的實施例，除 非內容明顯指示並非如此。本說明書和所附權利要求中使用的術語「或」的含義通常包括 「和/或」，除非內容明顯指示並非如此。術語「自動立體」指顯示三維圖像，在用戶或觀看者這一方，能夠不使用特殊的頭 飾或眼鏡而看到所述三維圖像。這些方法為觀看者產生深度感，即使圖像是由平板裝置 (flat device)生成。術語立體3D包含自動立體裝置領域，但還包括需要特殊頭飾(通常 為光間眼鏡)來從平的裝置看到立體3D的那種立體3D顯示器殼體。圖1是展示性顯示設備10的示意性側視圖。該顯示設備包括液晶顯示面板20和 背光源30，背光源30設置用於提供光給液晶顯示面板20。背光源30包括右眼圖像固態光 源32 (或多個第一光源32)和左眼圖像固態光源34 (或多個第二光源34)，背光源30能夠 在多個實施例中按照至少90Hz的頻率在右眼固態光源32和左眼圖像固態光源34之間調 制。雙面稜鏡膜40設置在液晶顯示面板20和背光源30之間。液晶顯示面板20和/或背光源30可具有任何可用的形狀或構造。在多個實施例 中，液晶顯示面板20和背光源30具有正方形或矩形。然而，在一些實施例中，液晶顯示面 板20和/或背光源30具有四面以上的形狀，或者是彎曲形狀。雖然本發明涉及任何立體 3D背光源，包括需要光間眼鏡或單個以上的光導裝置和相關液晶顯示面板的那些立體3D 背光源，但是本發明特別適用於自動立體顯示器。同步驅動元件50電連接到背光源30 (多個第一光源32和第二光源34)和液晶顯 示面板20。隨著圖像幀在多個實施例中按照每秒90幀或更大的頻率被提供給液晶顯示面 板20，同步驅動元件50使右眼圖像固態光源32和左眼圖像固態光源34的啟用和關閉(即， 調製)同步，以產生無閃爍的靜止圖像序列、視頻流或渲染的計算機圖形。圖像(例如，視 頻或計算機渲染圖形)源60連接到同步驅動元件50，並將圖像幀(例如，右眼圖像和左眼 圖像)提供給液晶顯示面板20。液晶顯示面板20可以是任何可用的透射型液晶顯示面板。在多個實施例中，液晶 顯示面板20具有小於16毫秒、或小於10毫秒、或小於5毫秒的幀響應時間。市售的幀響應時間小於10毫秒、或小於5毫秒、或小於3毫秒的透射型液晶顯示面板是例如東芝松下顯示器(TMD)的光學補償彎曲(OCB)型面板LTA090A220F(日本東芝松下顯示器技術株式 會 土 (ToshibaMatsushita Display Technology Co. , Ltd.)) 背光源30可以是能夠在多個實施例中按照至少90Hz、或IOOHz、或1 IOHz、或 120Hz、或120Hz以上的頻率在右眼圖像固態光源32和左眼圖像固態光源34之間調製的任 何可用背光源。如圖所示的背光源30包括第一側面31 (或第一輸入表面31)，與所述多個第一 光源32 (或右眼圖像固態光源32)相鄰；相對的第二側面33 (或第二光輸入表面33)，與所 述多個第二光源34(或左眼圖像固態光源34)相鄰。第一表面36在第一側面31和第二側 面33之間延伸，與第一表面36相對的第二表面35在第一側面31和第二側面33之間延伸。 第一表面36基本上對光進行重新導向(例如，反射、提取、等等)光，第二表面35基本上透 射光。在多個實施例中，高反射表面在第一表面36上或與第一表面36相鄰，以幫助對光重 新導向使其透過第二表面35出射。在多個實施例中，第一表面36包括多個提取元件，例如所示線性稜鏡(linear prism)或透鏡狀(lenticular)特徵。在多個實施例中，所述線性稜鏡或透鏡狀特徵可沿平 行於第一側面31和第二側面33的方向或沿平行於雙面稜鏡膜40的線性稜鏡和透鏡狀特 徵的方向延伸。固態光源可以是能夠按照例如至少90Hz的頻率調製的任何可用固態光源。在多 個實施例中，固態光源是多個發光二極體，例如，日亞NSSW020B(日本日亞化工株式會社 (Nichia Chemical Industries，Ltd.))。在其它實施例中，固態光源是多個雷射二極體或 有機發光二極體(即，0LED)。固態光源可發出任何數量的可見光波長(例如紅光、藍光和/ 或綠光)或波長範圍或波長的組合，以產生例如白光。背光源可以是兩端有光源的單層光 學透明材料，或者每層有光源的兩層(或更多層)光學透明材料，每層優先地在所需方向上 提取光。雙面稜鏡膜40可以是在第一側面上具有線性透鏡狀結構並在相對側面上具有線 性稜鏡結構的任何可用稜鏡膜。線性透鏡狀結構和線性稜鏡結構平行。雙面稜鏡膜40以 適當的角度將來自掃描背光源的光透射到液晶顯示面板20，使得觀看者在顯示的圖像中感 覺到深度。在多個實施例中，雙面稜鏡膜40與液晶顯示面板20間隔開，並/或與背光源30 間隔開。在美國專利公布No. 2005/0052750和No. 2005/0276071中描述了可用雙面稜鏡膜， 以不與本發明衝突的程度將所述專利公布併入本文中。圖像源60可以是能夠提供圖像幀(例如，右眼圖像和左眼圖像)的任何可用圖像 源，例如視頻源或計算機渲染圖形源。在多個實施例中，視頻源可提供50Hz至60Hz或更高 頻率的圖像幀。在多個實施例中，計算機渲染圖形源可提供IOOHz至120Hz或更高頻率的 圖像幀。計算機渲染圖形源可提供遊戲內容、醫學成像內容、計算機輔助設計內容、等等。 計算機渲染圖形源可包括圖形處理單元，例如Nvidia(英偉達)FX5200圖形卡、Nvidia GeForce 9750GTX圖形卡或者用於移動方案(例如，膝上型計算機)的Nvidia GeForce GO 7900GS圖形卡。計算機渲染圖形源還可包含適當的立體驅動器軟體，例如OpenGL、 DirectX、Nvidia所有的3D立體驅動器。
視頻源可提供視頻內容。視頻源可包括圖形處理單元，例如NvidiaQuadro FX1400 圖形卡。視頻源還可包含適當的立體驅動軟體，例如OpenGL、DireCtX或Nvidia所有的3D 立體驅動器。同步驅動元件50可包括任何可用的驅動元件，所述驅動元件隨著圖像幀按照例如每秒90幀或更高的頻率被提供給液晶顯示面板20，使右眼圖像固態光源32和左眼圖像 固態光源34的啟用和關閉(S卩，調製)同步，以產生無閃爍的視頻或渲染的計算機圖形。同 步驅動元件50可包括連接到定製的固態光源驅動電子器件的視頻接口，例如Westar VP-7 視頻適配器(密蘇裡州聖查爾斯的Westar顯示技術公司(Westar Di splayTechnologies， Inc. , St. Charles, Missouri))。圖2A和圖2B是操作中的展示性顯示設備10的示意性側視圖。在圖2A中，左眼 圖像固態光源34(即，多個第二光源34)被點亮，右眼圖像固態光源32 (S卩，多個第一光源 32)不被點亮。在這種狀態下，從左眼圖像固態光源34發出的光透過背光源30，透過雙面 稜鏡片40和液晶面板20，從而提供被導向觀看者或觀察者的左眼Ia的左眼圖像。在圖2B 中，右眼圖像固態光源32被點亮，左眼圖像固態光源34不被點亮。在這種狀態下，從右眼 圖像固態光源32發出的光透過背光源30，透過雙面稜鏡片40和液晶面板20，從而提供被 導向觀看者或觀察者的右眼Ib的右眼圖像。應該理解，儘管右眼固態光源32設置在光導 裝置的右側，左眼圖像固態光源34設置在光導裝置的左側，但是在一些實施例中，右眼固 態光源32可設置在光導裝置的左側，左眼圖像固態光源34可設置在光導裝置的右側。光源32、34可被空氣耦合到背光源光導裝置或者指數匹配到背光源光導裝置。例 如，被封裝的光源器件(例如，LED)可被邊緣結合(沒有用折射率匹配材料)到光導裝置。 或者，封裝的或裸芯的LED可被折射率匹配和/或封裝在光導裝置的邊緣中，以用於增加效 率。這一特徵可在光導裝置的端部包括額外的光學特徵，例如注射楔形，以有效傳送輸入 光。或者，LED可被嵌入具有適當特徵的光導裝置的邊緣或側面31、33中，以有效收集LED 光並將其準直到光導裝置的TIR(即，全內反射)模式。液晶顯示面板20具有可變的刷新或圖像更新率，但是為了本實例，假定60Hz的刷 新率。這意味著每1/60秒或16. 67毫秒給觀看者呈現新的圖像。在3D系統中，這意味著 在時間t = 0(零)呈現幀一的右圖像。在時間t = 16. 67毫秒，呈現幀一的左圖像。在時 間t = 2X 16. 67毫秒，呈現幀二的右圖像。在時間t = 3X 16. 67毫秒，呈現幀二的左圖像， 如此重複這一過程。有效的幀頻(frame rate)是正常成像系統的幀頻的一半，這是因為對 於每一圖像而言，需要呈現該圖像的左眼視圖和右眼視圖。在本實例中，在時間t = 0打開第一多個光源以照亮右(或左)圖像，從而分別為 右(或左)圖像提供光。在時間t = 16. 67毫秒，第二圖像左(或右)開始被設置就位。 該圖像從IXD面板的頂部至IXD的底部替換「時間t = 0圖像」，在本實例中，這需要花費 16. 67毫秒來完成。非掃描方案在這一轉變期間的某個時候，關閉所有所述第一多個光源， 然後打開所有第二多個光源。每秒為觀看者提供至少45個左眼圖像和至少45個右眼圖像(在右眼圖像和左眼 圖像之間交替，並且圖像可能是先前圖像對的重複)，從而為觀看者提供無閃爍的3D圖像。 因此，利用計算機渲染圖像或者得自靜止圖像相機或視頻圖像相機的圖像，與光源32和34 的開關同步地顯示不同的右和左視點圖像對時，使得觀看者能夠視覺上將這兩個不同的圖像融合，從而從平板顯示器產生深度感。這種視覺上無閃爍的操作的局限在於如上面所討 論的，背光源不應該打開，直到顯示在液晶顯示面板上的新圖像已穩定為止；否則，將感覺 到串擾和差的立體圖像。本文所述背光源30和相關光源32、34可以非常薄(厚度或直徑)，例如小於5毫米、或為0. 25毫米至5毫米、或為0. 5毫米至4毫米、或為0. 5毫米至2毫米。3D顯示器中的拉伸膜 實施例包括3D膜，例如上面描述和識別的雙面稜鏡膜，所述3D膜拉伸並附接到框 架，以保持具有豎直取向或直線的立體邊緣的平膜。本實施例幫助保持3D膜對變化的環境 條件(例如，溫度、溼度或其他條件)的尺寸穩定性。框架必須被設計為能夠抵禦由於拉伸 的膜而引起的壓縮應力，而不會翹曲。在多個實施例中，框架是剛性的，例如是金屬框架。在 一些實施例中，剛性框架是鋁。可用粘合劑或用彈性條帶將拉伸膜附接到框架。在多個實 施例中，所述粘合劑或彈性條帶是圍繞框架開口的周邊的基本連續的粘合元件。對於自動立體顯示器而言，為了產生好的3D觀看體驗，3D膜的直線豎直取向的立 體邊緣很重要。已經表明，膜中的小皺褶將引起彎曲的立體邊緣，這會導致觀看者的3D觀 看體驗變差。可由膜與安裝框架之間或膜的不同層之間的熱膨脹失配引起皺褶。還可由膜 的蠕變引起皺褶。在多個實施例中，固定到剛性框架的3D膜基本上沒有皺褶或者沒有皺 裙，從而得到3D膜的直的、豎直取向的立體邊緣。在多個實施例中，固定到剛性框架的3D膜 被拉伸小於或者在0. 至的範圍內，這是因為過度拉伸會影響顯示器的3D特性。在一些實施例中，如圖4a和圖5a所示，可將3D膜固定到包括兩個或更多個顯示 開口的框架。3D膜可在至少一個顯示開口上被拉伸。在一些實施例中，3D膜不在至少一個 顯示開口上被拉伸。實例 1圖3 (a)和圖3(b)中的圖像示出3D膜平坦度(flatness)對立體邊緣110的影響。 在圖3(a)中可以看到具有皺的膜和明顯彎曲的立體邊緣110的顯示器100，在圖3(b)中可 以看到具有幾乎直的豎直立體邊緣110的幾乎平的3D膜。實例2首先通過將一片3D膜IOOa沿χ和y方向拉伸來製成拉伸膜樣品。然後，用市售 的明尼蘇達州聖保羅市3M公司的商品名為3M Scotch-WeldEpoxy DP100的粘合劑來將膜 樣品附接到鋁框架IOla的中心部分103a。在本實例中，左側部分102a和右側部分104a沒 有被覆蓋，然而，根據需要，可以用未被拉伸的膜來覆蓋這些外側部分102a、104a。一旦環氧 樹脂固化，就從框架修剪去多餘的膜，並將樣品在66°C和室溫之間循環。圖4(a)示出兩次 循環之後的樣品。為了比較，圖4(b)示出了附接到聚合物材料(Delrin)框架IOlb的未被 拉伸的膜100b，所述框架被加熱到50°C並冷卻到室溫。如圖所示，本發明的實例圖4(a)沒 有可檢測的皺褶，而比較實例圖4(b)展現了大量褶皺。實例3與本發明實例2類似地製成另一拉伸膜樣品IOOa並將其放置在熱衝擊室中，在該 熱衝擊室中，溫度在-35°C和85°C之間循環。如上所述，左側部分102a和右側部分104a沒 有覆蓋膜，中心部分103a覆蓋有拉伸的3D膜。用標準三麵條帶下熱衝擊測試對第二片膜 IOOb進行測試。圖5 (a)和圖5 (b)示出熱衝擊測試之後的拉伸3D膜樣品IOOa和標準三麵條帶下樣品IOOb之間的差異。如圖所示，本發明實例圖5(a)沒有可檢測的皺褶，而比較例 圖5(b)展現了大量褶皺。 因此，公開了 「用於立體3D顯示器的拉伸膜」的實施例。本領域的技術人員應該 理解的是，本發明可以用除了所公開的實施例之外的實施例來實踐。所公開的實施例是出 於舉例說明的目的而並非限制，並且本發明只受權利 要求的限制。
權利要求
一種立體3D顯示器，所述立體3D顯示器包括液晶顯示面板；驅動電子器件，所述驅動電子器件被構造用於用交替的左眼圖像和右眼圖像來驅動所述液晶顯示面板；光導裝置和背光源，所述光導裝置和背光源被設置用於為所述液晶顯示面板提供光；框架，所述框架設置在所述液晶顯示面板和所述光導裝置之間；以及3D膜，所述3D膜在所述框架上被拉伸。
2.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述框架包括兩個或更多個顯示開口。
3.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述框架由鋁構成。
4.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述3D膜包括雙面稜鏡膜。
5.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述3D膜與所述液晶顯示面板間隔開。
6.根據權利要求2所述的顯示器，其中所述3D膜在至少一個顯示開口上被拉伸，在至 少一個顯示開口上不被拉伸。
7.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述3D膜通過基本上連續的粘合元件粘附到所 述框架。
8.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述3D膜在0.1 %至1 %的範圍內被拉伸。
9. 一種立體3D顯示器，所述立體3D顯示器包括 液晶顯示面板；驅動電子器件，所述驅動電子器件被構造用於用交替的左眼圖像和右眼圖像來驅動所 述液晶顯示面板；光導裝置和背光源，所述光導裝置和背光源被設置用於為所述液晶顯示面板提供光； 剛性框架，所述剛性框架設置在所述液晶顯示面板和所述光導裝置之間；以及 3D膜，所述3D膜被固定到所述框架，所述3D膜基本上沒有皺褶。
10.根據權利要求9所述的顯示器，其中所述框架由鋁構成。
11.根據權利要求9所述的顯示器，其中所述3D膜包括雙面稜鏡膜。
12.根據權利要求9所述的顯示器，其中所述3D膜與所述液晶顯示面板間隔開。
13.根據權利要求9所述的顯示器，其中所述3D膜通過基本上連續的粘合元件粘附到 所述框架。
14.根據權利要求9所述的顯示器，其中所述3D膜在0.至的範圍內在所述框架 上被拉伸。
15. 一種立體3D顯示器，所述立體3D顯示包括 液晶顯示面板；驅動電子器件，所述驅動電子器件被構造用於用交替的左眼圖像和右眼圖像來驅動所 述液晶顯示面板；光導裝置和背光源，所述光導裝置和背光源被設置用於為所述液晶顯示面板提供光； 剛性框架，所述剛性框架設置在所述液晶顯示面板和所述光導裝置之間；以及 3D膜，所述3D膜被固定到所述框架，所述3D膜具有基本線性的立體邊緣。
16.根據權利要求15所述的顯示器，其中所述框架由鋁構成。
17.根據權利要求15所述的顯示器，其中所述3D膜包括雙面稜鏡膜。
18.根據權利要求15所述的顯示器，其中所述3D膜與所述液晶顯示面板間隔開。
19.根據權利要求15所述的顯示器，其中所述3D膜通過基本上連續的粘合元件粘附到 所述框架。
20.根據權利要求15所述的顯示器，其中所述3D膜在0.1%至1%至的範圍內在所述框 架上被拉伸。
全文摘要
本發明涉及一種具有拉伸膜的立體3D顯示器。所述顯示器包括液晶顯示面板；驅動電子器件，該驅動電子器件被構造用於用交替的左眼和右眼圖像來驅動液晶顯示面板；以及光導裝置和背光源，該光導裝置和背光源被設置用於為液晶顯示器提供光。框架被設置在液晶顯示面板和光導裝置之間，3D膜在框架上被拉伸。
文檔編號G02B5/02GK101809482SQ200880109512
公開日2010年8月18日 申請日期2008年10月1日 優先權日2007年10月4日
發明者約翰·C·舒爾茨, 麥可·J·希科勞, 馬丁·克里斯多福森 申請人:3M創新有限公司