CN109164587B - 一种显示装置用立体显示光学膜片 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种显示装置用立体显示光学膜片，涉及裸眼3D技术领域，包括半圆柱状透镜阵列和透明覆盖层，所述覆盖层位于半圆柱状透镜阵列上方且其一侧与半圆柱状透镜阵列的曲面侧贴合。本发明的凹凸不平的半圆柱状透镜阵列表面变得平坦，不易被刮伤，而且有利于清洁，不容易残留异物在相邻透镜之间的缝隙中，从而较大的改善了现有的立体光学显示膜片容易被损伤和污染引起的成像效果不佳、使用者易观察到莫尔条纹的问题。

Description

一种显示装置用立体显示光学膜片

技术领域

本发明涉及裸眼3D技术领域，尤其涉及一种显示装置用立体显示光学膜片。

背景技术

近年来，以液晶显示器(LCDs)作为资讯即时输出的介面的产品都不断的推陈出新，从PDA、手机、卫星导航系统、数位相机到液晶电视，涵盖各种不同的类型和尺寸。其中3D显示已是未来显示器的主流发展技术之一。3D立体显示器主要分为戴眼镜式及裸眼式两种。以目前市场应用状况而言，戴眼镜式显示器具备较广视角可观看功能，在大尺寸幕较能符合消费者使用习惯与情境，如电影院投影屏幕、电视、笔记型电脑显示器。而裸眼式因视角限制，适合单人使用，加上观看距离较短，考虑便利性，反而较适合应用于小尺寸屏幕，如数位相框、相机屏幕与手机屏幕。裸眼式3D显示器技术已经发展了一段时间，至少可分为全像式、体积式、多平面式与2D多工式技术类别。其中以2D多工式与现有TFT平面显示技术最相容，可再分为时间多工式与空间多工式。

时间多工式采用120Hz快速切换液晶，解析度较高，为空间多工式的两倍。目前以3M公司与Mitsubishi集团所一起推出的指向背光(directionalbacklight)技术为主流，其利用背光模组的LED发出序列式光源，可配合面板显示影像被分别投射至左右眼，造成视差而产生3D效果。其关键便在于3M公司的3D光学膜(3Dopticalfilm)。此种膜结构所需超精密加工技术，且3M已将相关专利布局完整。因此目前虽然相关商品的市场反应热烈，例如富士FINEPIXReal3D系列的数位相机以及数位相框均采此时间多工方式显示3D影像，但鉴于制程与专利因素，国内显示器厂商发展相关3D显示技术的障碍仍高。

空间多工式分为利用柱状镜面膜片的半圆柱状透镜阵列式(lensticularlensarray)与利用黑白光栅片的平行遮罩式(parallaxbarrier)。半圆柱状透镜阵列式(lensticularlensarray)的优点在于不会牺牲屏幕亮度，不过多视角时会造成解析度严重下降的问题，但由于透镜的制作精度以及与显示面板对位准度的困难度极高，因此制作成本高于平行遮罩式。平行遮罩式(parallaxbarrier)采用印刷式光学膜设计，因此成本较柱状透镜低，应用于3D显示技术时，只要在面板系统组装过程当中，增加一道制程即可。此两种空间多工式虽可显示出立体影像，但低立体影像解析度为其缺点。

上述空间多工式之半圆柱状透镜阵列式(lensticularlensarray)虽然成本高于平行遮罩式，但因亮度较高关系，在市场仍广为使用。图4为空间多工式的半圆柱状透镜阵列式(lensticularlensarray)的原理图，其特点为将柱状镜膜片与面版像素对位贴合，即可提供左眼接收的影像及供右眼接收的影像，经视觉合并后而形成一立体影像，此技术的优点是实施方式简单。但存在下述缺点；第一:最外层为柱状结构，易因异物污染、刮伤与清洁不易影响立体影像。第二:柱状结构的曲率半径大，周期小，轮廓深度极小，加工时易因转写率不佳造成光学效果偏离设计值；第三:使用者易观察到莫尔条纹,使品位降低。

发明内容

本发明的目的在于：为解决现有技术中的显示装置用立体显示光学膜片中的半圆柱状透镜阵列式膜片存在表面易因异物污染和清洁不易从而影响最终显示装置裸眼3D成像、使用者易观察到莫尔条纹的问题，本发明提供一种显示装置用立体显示光学膜片。

本发明的技术方案如下：

一种显示装置用立体显示光学膜片，包括从下至上依次设置的半圆柱状透镜阵列和透明覆盖层，所述覆盖层位于半圆柱状透镜阵列上方，覆盖层的一面与半圆柱状透镜阵列的曲面侧贴合，所述覆盖层的远离半圆柱状透镜阵列的一面为次微米粗糙结构；所述覆盖层的折射率n₁，所述半圆柱状透镜阵列的折射率为n₂，n₁≠n₂，所述半圆柱状透镜阵列中单个透镜的曲率半径为其中，F₁为所述半圆柱状透镜阵列的折光力。

具体地，所述折射率n₁的范围为1.33≤n₁≤1.7，所述折射率n₂的范围为1.33≤n₂≤1.7。

具体地，所述|n₂-n₁|的取值范围为0.03≤|n₂-n₁|≤0.37。

优选地，所述半圆柱状透镜阵列的材料为紫外光固化胶、环氧树脂中的一种。

具体地，所述次微米粗糙结构为齿状粗糙结构、凹面粗糙结构或凸面粗糙结构中一种。

采用上述方案后，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的次微米结构可以减少光线之间的干涉，降低莫尔(Moire)条纹。次微米结构的表面使得覆盖层的表面粗糙化，降低了表面反射，能够提升消费使用时的舒适感。

(2)本发明并没有在半圆柱状透镜阵列上直接设置次微米粗糙结构，而是在其覆盖层上设置次微米粗糙结构，这表面上看，增加了工序，但是，本发明半圆柱状透镜阵列中单个透镜的曲率半径为在保持折光力相同的前提下，曲率半径减小后的半圆柱状透镜阵列两个相邻透镜之间的转写率增大，大大减小了半圆柱状透镜阵列加工过程的难度，巧妙地避免了因为转写率不佳而造成膜片光学效果偏离设计值的问题。

(3)本发明的凹凸不平的半圆柱状透镜阵列表面变得平坦，不易被刮伤，而且有利于清洁，不容易残留异物在相邻透镜之间的缝隙中，从而较大的改善了现有的立体光学显示膜片容易被损伤和污染引起的成像效果不佳的问题。

(4)坦化后的表面不易由显微镜等光学方式检测折射率的分布以及微结构形貌，可防止其他厂商的仿制。

(5)一体成型的半圆柱状透镜阵列更容易加工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明的立体显示光学膜片的半圆柱状透镜阵列和覆盖层结构示意图；

图2为现有技术的立体显示光学膜片的半圆柱状透镜阵列结构示意图；

图3为本发明的立体显示光学膜片使用时的光路原理图；

图4为现有技术的立体显示光学膜片使用时的光路原理图；

图中标记：11-像素，12-玻璃片，13-上偏振片，14-光学膜片，141-半圆柱状透镜阵列，142-覆盖层，15a-右眼光线，15b-左眼光线，16a-右眼，16b-左眼，17-次微米结构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3所示，显示装置中显示图像的像素11，像素11的上方为玻璃片12，即显示装置的屏幕，玻璃片的上方为上偏振片13，上偏振片13的上方贴合由半圆柱状透镜阵列141和覆盖层142组成的光学膜片14,像素11经过半圆柱状透镜阵列141和覆盖层142后经过右眼光线15a到达使用者的右眼16a，经过左眼光线15b后到达使用者的左眼16b，从而实现了立体显示。

下面，将结合多个实施例对本发明进行更加清楚、完整的说明。

实施例1

本实施例中，半圆柱状透镜阵列141在半圆柱状透镜阵列141的曲面(与覆盖层142的底面配合的一面)贴合了透明覆盖层142，应当理解，此处的上方是指原理光学膜片在使用时靠近屏幕的一面；覆盖层142具有与半圆柱状透镜阵列141配合凹面的一面(底面)与半圆柱状透镜阵列的曲面侧贴合，覆盖层142的另一面为次微米结构。

理论上，是要求覆盖层142的底面与半圆柱状透镜阵列的曲面侧完全贴合为佳，但是由于工艺制造中存在制程误差，所以实际上覆盖层142的一侧与半圆柱状透镜阵列的曲面侧可能无法做到完全贴合。

偏振片、半圆柱状透镜阵列141和覆盖层142共同组成了本发明的立体显示光学膜片，半圆柱状透镜阵列141和覆盖层142的具体结构如图1所示。

对于现有的膜片而言，如图2所示，现有的膜片不包括覆盖层142，半圆柱状透镜阵列141是直接暴露在外部的，表面为凹凸不平的结构。

如图1所示，而本实施例中覆盖层142的设置使得原本凹凸不平的表面变得平坦，不易被刮伤，而且有利于清洁，不容易残留异物在相邻透镜之间的缝隙中，从而较大的改善了现有的立体光学显示膜片容易被损伤和污染引起的成像效果不佳的问题。

同时，在半圆柱状透镜阵列141的上方增加了一层结构，平坦化后的表面不易由显微镜等光学方式检测折射率的分布于微结构形貌，可防止其他厂商的仿制。

覆盖层142的表面为次微米结构17，显示装置的像素发出的光在半圆柱状透镜阵列141后，会经过折射、聚焦，周期性排列的RGB像素和周期性排列的半圆柱状透镜阵列141会产生莫尔(Moire)条纹，次微米结构17可以减少光线之间的干涉，降低莫尔(Moire)条纹。次微米结构17的表面使得覆盖层12的表面粗糙化，降低了表面反射，能够提升消费使用时的舒适感。

由于次微米结构17的粗糙程度远远小于半圆柱状透镜阵列141表面的粗糙程度，因此还是具有耐刮特性，不易因外力刮伤。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上做的改进。如图2和图4所示，在未覆盖覆盖层142时，半圆柱状透镜阵列141的折光力F₁为：

其中，n₂代表半圆柱状透镜阵列141的折射率。

如图1和图3所示，在覆盖了覆盖层142的时候，n₁<n₂，整个光学膜片的折光力F₂为：

其中，n₁代表覆盖层142的折射率,也就是说，本实施例中半圆柱状透镜阵列141的折射率n₂大于覆盖层142的折射率n₁。

取其中，n₁<n₂。将r代入上述两个公式，得到折光力F₁＝F₂。因此，由于折射率n₁必定大于1，因此，如果F₁＝F₂，必须要保证半圆柱状透镜阵列141的曲率半径比未覆盖覆盖层的现有技术的曲率半径小，具体地，曲率半径减小前(现有技术)的半圆柱状透镜阵列141结构示意图如图2所示，曲率半径减小后(本发明)的半圆柱状透镜阵列141结构示意图如图3所示，曲率半径减小后的半圆柱状透镜阵列141的两个相邻透镜之间的转写率增大，大大减小了半圆柱状透镜阵列141加工过程的难度，避免了因为转写率不佳而造成膜片光学效果偏离设计值的问题。

实施例3

本实施例是在实施例1的基础上做的改进。如图2和图4所示，在未覆盖覆盖层142时，半圆柱状透镜阵列141的折光力F₁为：

其中，n₂代表半圆柱状透镜阵列141的折射率。

如图1和图3所示，在覆盖了覆盖层142的时候，n₁＞n₂整个光学膜片的折光力F₂为：

其中，n₁代表覆盖层142的折射率。也就是说，本实施例中半圆柱状透镜阵列141的折射率n₂小于覆盖层142的折射率n₁。

同样，取其中，n₁＞n₂。将r代入上述两个公式，得到折光力F₁＝F₂。因此，由于折射率n₁必定大于1，因此，如果F₁＝F₂，必须要保证半圆柱状透镜阵列141的曲率半径比未覆盖覆盖层的现有技术的曲率半径小，具体地，曲率半径减小前(现有技术)的半圆柱状透镜阵列141结构示意图如图2所示，曲率半径减小后(本发明)的半圆柱状透镜阵列141结构示意图如图3所示，曲率半径减小后的半圆柱状透镜阵列141的两个相邻透镜之间的转写率增大，大大减小了半圆柱状透镜阵列141加工过程的难度，避免了因为转写率不佳而造成膜片光学效果偏离设计值的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种显示装置用立体显示光学膜片，其特征在于，包括从下至上依次设置的半圆柱状透镜阵列(141)和透明覆盖层(142)，所述覆盖层(142)位于半圆柱状透镜阵列(141)上方，覆盖层(142)的一面与半圆柱状透镜阵列(141)的曲面侧贴合，所述覆盖层(142)的远离半圆柱状透镜阵列(141)的一面为次微米粗糙结构(17)；所述覆盖层(142)的折射率n1，所述半圆柱状透镜阵列(141)的折射率为n2，n1≠n2，所述半圆柱状透镜阵列(141)中单个透镜的曲率半径为其中，F1为所述半圆柱状透镜阵列(141)的折光力；

所述半圆柱状透镜阵列(141)的材料为紫外光固化胶、环氧树脂中的一种；

所述次微米粗糙结构(17)为齿状粗糙结构、凹面粗糙结构或凸面粗糙结构中一种。