微結構光相位膜及微結構相位柱狀透鏡的製作方法
2023-06-29 18:35:26
專利名稱：微結構光相位膜及微結構相位柱狀透鏡的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微結構光相位膜與微結構柱狀透鏡，尤其涉及ー種應用於2D/3D影像切換的微結構光相位膜與微結構柱狀透鏡。
背景技術：
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)顯示技木。 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ー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模式顯示於屏幕，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，主要有如圖Ia所示的視差光柵(barrier)技術以及如圖Ib所示的柱狀透鏡(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的像素111與給左眼看的像素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的像素111，而左眼102看不到給右眼101的像素112，因此兩眼101、102看到不同光相位的影像，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的折射，分別將給右眼101的像素112與給左眼102的像素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。然上述的兩種技術均是固定呈現3D立體影像的方法，而無法做動態的2D/3D影像的切換。圖2所示為可做動態2D/3D影像切換的先前技木，該技術有一切換液晶層220，可由經由施加於其上下的偏極膜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。如圖2a所示，先施加偏極電壓(Va) 271於切換液晶層220上下的偏極膜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的折射率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。又如圖2b所示，先施加偏極電壓(Vb)272於切換液晶層220上下的偏極膜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的折射率n相同，因此不會改變前進的方向，此時即為2D模式。但此先前技術有諸多缺點，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仍需以電壓或其它方式控制以改變其折射率使之與透鏡層250配合以達2D/3D切換的功能。
發明內容
針對現有技術存在的缺陷和不足，本發明提供一種微結構光相位膜與微結構相位柱狀透鏡。為達到上述目的，本發明採用以下技術方案—種微結構光相位膜包括一光相位膜基底，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；ー圓凸柱狀表面，位於光相位膜基底之上；其中圓凸柱狀表面具有至少兩個平行的圓凸柱，以ー固定間距重複排列，圓凸柱的最高點與其開始往上突起的點呈ー圓柱高度，且該圓凸柱的軸向與光相位膜的材料分子的排列相位成ー夾角。
光相位膜的材料為可透光的材料，包括聚氯こ烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚こ烯醇(PVA)、こ烯對苯ニ甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、三醋酸纖維素(TAC，Triacetylcellulose),醋酸丙酸纖維素(CAP, Cellulose Acetate Propionate)。基底厚度 50 U m 150 V- m,圓凸柱的固定間距為120 ii m 450 u m,較佳為150 y m 200 u m,圓凸柱的圓柱高度為10 ii m 180 u m。改變光相位膜的折射率的因素包括圓凸柱軸向與光相位膜材料分子排列相位的夾角、圓凸柱的圓柱高度、圓凸柱的固定間距、或一入射光的偏極角度。一種微結構相位柱狀透鏡，包括配置一具有折射率n的透鏡層在如上所述的光相位膜的圓凸柱狀表面之上；當具ー偏極角度的一入射光自光相位膜基底的一平面底面射入，穿透光相位膜與透鏡層。當入射光的偏極角度為第一角度時，光相位膜的折射率為N，而當入射光的偏極角度為第二角度時，光相位膜的折射率為n ;且n不等於N。在一實施例中所述第一角度包括0度或180度，所述第二角度包括90度或270度。在另ー實施例中，所述第一角度時包括90度或270度，所述第二角度包括0度或180度。
本發明可藉由說明書中的若干較佳實施例及詳細敘述與後附圖式而得以了解。圖式中相同的組件符號係指本發明中的同一組件。然而，應理解者為，本發明的所有較佳實施例系僅用以說明而非用以限制申請專利範圍，其中圖Ia為現有視差光柵技術的影像立體化原理示意圖。。圖Ib為柱狀透鏡技術的影像立體化原理示意圖。圖2a為現有3D模式成像過程示意圖。圖2b為現有3D模式成像過程示意圖。
圖3a為本發明微結構光相位膜的剖面圖。圖3b為光相位膜的平面底面的俯視圖。圖3c為本發明微結構相位柱狀透鏡結構示意圖。圖4為本發明的光相位膜折射率變化的原理圖。圖5為本發明的2D模式成像過程示意圖。主要組件符號說明103D立體影像的先前技術 101右眼102左眼
111給右眼的像素112給左眼的像素120視差光柵130柱狀透鏡202D/3D影像切換的先前技201像素術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Va272偏極電壓Vb2800度偏極光28190度偏極光30本發明的例不一體成形微310—體成形微結構光相位結構光相位膜膜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本發明的光相位膜折射率變化的原理410圓凸柱軸向420材料分子相位軸421相位膜材料分子50本發明的光相位膜的一例510圓凸柱軸向580光相位軸為0度的偏極光示應用581光相位軸與圓凸柱軸向583前進方向改變的光582光相位軸與圓凸柱軸向成90度或270度的偏極光成0度或180度的偏極光584前進方向不改變的光P間距h高度D基底厚度0圓凸柱軸向與光相位軸的夾角
具體實施例方式本發明微結構光相位膜及微結構柱狀透鏡，相較於先前技術，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。如圖3a所示為本發明所製作的一例示的一體成形的微結構光相位膜310的剖面圖，光相位膜310為一體成形，為解釋的方便,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的底面為ー平面底面301。在一實施例中基底厚度為50 ii m 150 ii m。圖3b為光相位膜310的平面底面301的俯視圖，由圖可知平面底面301為ー矩形，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的圓凸柱312以ー間距P重複排列，在一實施例中間距P為150iim 200iim，在另ー實施例中間距P為120 ii m 450 ii m。惟實際應用上間距P會配合所應用面板的像素間距而改變。圓凸柱312的軸向可設計為平行於縱向邊302或橫向邊303。光相位膜310的基底厚度D可依不同需求而改變，例如透光度、製作的良率、軟硬度、黏著度等。圓凸柱312的高度h自圓凸柱312開始突出於光相位膜基底311的點至圓凸柱312的最高點，在一實施例中，高度h為IOiim 180 iim，但不以此為限，圓凸柱312的高度h影響圓凸柱312的曲率，可控制高度h而改變圓凸柱312的折射率，故高度h依實際需求而設計，故無法以固定範圍限制。 在一實施例中光相位膜310的材料為可透光的材料，包括聚氯こ烯(PVC)、聚碳酸酷(PC)、聚こ烯醇(PVA)、こ烯對苯ニ甲酸酯(PET)、聚こ烯(PE)、三醋酸纖維素(TAC，Triacetyl cellulose),醋酸丙酸纖維素(CAP, Cellulose Acetate Propionate) 在一實施不中，如圖3c所不,覆蓋一層透鏡層320於光相位膜310的圓凸柱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以光相位膜310的平面底面301黏貼於顯示器面板上。圖4說明本發明的光相位膜310折射率變化的原理，如圖所示，光相位膜310中的材料分子421呈ー方向均勻排列。光相位膜的圓凸柱軸向410與材料分子的相位軸420成ー夾角e，可控制該夾角0以改變光相位膜310的折射率。在一實施例中，光相位膜310的折射率亦可由光相位膜310的圓凸柱312的高度h與間距調整而改變。以下說明本發明的微結構相位柱狀透鏡330應用於顯示器面板以達2D/3D切換的功能。圖5所示為本發明的一例示微結構相位柱狀透鏡330的應用，與圖2的先前技術相類似，將本發明的微結構相位柱狀透鏡330應用在一具有切換液晶層220的顯示器，將光相 位310膜的平面底面301黏貼於切換液晶層220之上。如圖5a所示，若先施加偏極電壓(Va) 271於切換液晶層220上下的偏極膜210時，液晶分子改變排列方向，使原本為0度偏極方向的入射光580經過像素201入射進切換液晶層220後，成為90度或270度偏極方向的入射光581，此時光相位膜310的折射率為N，與透鏡層320的折射率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。在另ー實施例中，施加偏極電壓(Va) 271於切換液晶層220上下的偏極膜210時，液晶分子改變排列方向，使原本為0度偏極方向的入射光580經過像素201入射進切換液晶層220後，成為0度或180度偏極方向的入射光(未繪示於圖中)，此時光相位膜310的折射率為N，與透鏡層320的折射率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，如圖5b所示，先施加偏極電壓(Vb) 272於切換液晶層220上下的偏極膜210後，液晶分子再度改變排列方向，使原本為0度偏極方向的入射光580經過像素201入射進切換液晶層220後，成為0度或180度偏極方向的入射光582，此時光相位膜310的折射率為n，與透鏡層320的折射率n相同，因此不會改變光前進的方向584，此時即為2D模式。在另ー實施例中，施加偏極電壓(Vb) 272於切換液晶層220上下的偏極膜210後，液晶分子再度改變排列方向，使使原本為0度偏極方向的入射光580經過像素201入射進切換液晶層220後，成為90度或270度偏極方向的入射光(未繪示於圖中)，此時光相位膜310的折射率為n，與透鏡層320的折射率n相同，因此不會改變光前進的方向，此時即為2D模式。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.一種微結構光相位膜，該光相位膜為一體成形，在結構上包括 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； ー圓凸柱狀表面，位於光相位膜基底之上；其中圓凸柱狀表面具有至少兩個平行的圓凸柱以一固定間距重複排列，圓凸柱的最高點與其開始往上突起的點呈ー圓柱高度，且圓凸柱的軸向與光相位膜的材料分子的排列相位成ー夾角。
2.如權利要求I所述的微結構光相位膜，其特徵在於，改變光相位膜折射率的因素包括夾角、圓凸柱的圓柱高度、該圓凸柱的固定間距、或一入射光的偏極角度。
3.如權利要求I所述的微結構光相位膜，其特徵在於，所述固定間距為120i!m 450 u m0
4.如權利要求I所述的微結構光相位膜，其特徵在於，所述固定間距為150i!m 200 u m。
5.如權利要求I所述的微結構光相位膜，其特徵在於，所述圓柱高度為IOym 180 u m0
6.如權利要求I所述的微結構光相位膜，其特徵在幹，所述光相位膜基底厚度為50 u m 150 u m0
7.如權利要求I所述的微結構光相位膜，其中該光相位膜的材料為可透光的材料，包括聚氯こ烯、聚碳酸酷、聚こ烯醇、こ烯對苯ニ甲酸酷、聚こ烯、三醋酸纖維素，醋酸丙酸纖維素。
8.一種微結構相位柱狀透鏡，包括如權利要求I所述的微結構光相位膜，在該微結構光相位膜的圓凸柱狀表面上包括一折射率n的透鏡層，用以供ー偏極角度的一入射光自光相位膜基底的一平面底面射入，以穿透光相位膜與透鏡層。
9.如權利要求8所述的微結構相位柱狀透鏡，其特徵在幹，當入射光的偏極角度為第一角度時，光相位膜的折射率為N，當入射光的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。
10.如權利要求9所述的微結構相位柱狀透鏡，其特徵在於，所述第一角度包括0度或180度，第二角度包括90度或270度。
11.如權利要求9所述的微結構相位柱狀透鏡，其特徵在於，所述第一角度包括90度或270度，第二角度包括0度或180度。
全文摘要
本發明公開了一種微結構光相位膜及微結構柱狀透鏡，該光相位膜為一體成形，在結構上包括一相位膜基底，一圓凸柱狀表面位於相位膜基底之上。圓凸柱狀表面具有至少兩個圓凸柱以一固定間距重複排列，且圓凸柱具有相同的圓柱高度。以一透鏡層覆蓋於光相位膜而形成一微結構柱狀透鏡，因入射光的偏極角度不同使光相位膜具有雙折射率效果，而達成2D/3D影像切換的目的。
文檔編號G02B27/26GK102654598SQ20111046049
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年3月3日
發明者吳榮聰 申請人:銀海科技股份有限公司