CN115268134B - 曲面光学结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种曲面光学结构，包括光学膜片、偏光片以及液晶补偿膜。光学膜片包括相对的入光侧与出光侧。光学膜片在出光侧具有曲面。偏光片共形地贴合在曲面上。液晶补偿膜设置于光学膜片的出光侧。偏光片位于光学膜片与液晶补偿膜之间。液晶补偿膜包括液晶层以及电源。液晶层包括位于液晶层内部的复数个液晶。电源连接液晶层相对的第一侧面与第二侧面。如此，能够改善光学膜片的曲面贴合偏光片造成的双折射率特性。

Description

曲面光学结构及其制造方法
技术领域
本揭露有关于曲面光学结构以及制造曲面光学结构的方法。
背景技术
一般偏光片可以贴合于平面的光学产品上，以改善视觉效果。而随着光学产品规格的发展与突破，一种潜在解决方案是应用到曲面偏光片。然而曲面偏光片的光学特性会因偏振的反射略有变化，会与原先设计不相符合。
若想要将偏光片贴合在曲面上，会因为弯曲等形变产生双折射特性，造成相位的延迟或偏振状态的改变。双折射特性会因欲贴合表面的曲率以及产品制程的应力或偏光片拉伸，产生线性或是非线性的变化，让贴合表面的每个位置的数值都不相同，同时也影响的光学特性的变化，例如穿透率、雾度、对比、色点等等。因此，如何提供一种技术方案，改善使用偏光片于曲面结构上时，因弯折导致产品的光学偏离设计，是所属领域技术人员所欲解决的问题之一。
发明内容
本揭露的一态样有关于一种曲面光学结构。
根据本揭露的一或多个实施方式，一种曲面光学结构包括光学膜片、偏光片以及液晶补偿膜。光学膜片包括相对的入光侧与出光侧。光学膜片在出光侧具有曲面。偏光片共形地贴合在曲面上。液晶补偿膜设置于光学膜片的出光侧。偏光片位于光学膜片与液晶补偿膜之间。液晶补偿膜包括液晶层以及电源。液晶层包括位于液晶层内部的复数个液晶。电源连接液晶层相对的第一侧面与第二侧面。
在本揭露的一或多个实施方式中，光学膜片、偏光片、液晶补偿膜沿第一方向依序排列。光学膜片的曲面相对垂直第一方向的平面凹陷或凸出。
在本揭露的一或多个实施方式中，光学膜片、偏光片、液晶补偿膜沿第一方向依序排列。液晶补偿膜的液晶层沿垂直第一方向的平面延伸。光学膜片的曲面相对平面沿第一方向凹陷或凸出。
在本揭露的一或多个实施方式中，曲面包括柱状面、球面或对称非球面。
在本揭露的一或多个实施方式中，偏光片与液晶补偿膜之间具有间隙。
在本揭露的一或多个实施方式中，光学透明胶填充于偏光片与液晶补偿膜之间的间隙。
在本揭露的一或多个实施方式中，偏光片具有第一偏光区域与第二偏光区域，偏光片的第一偏光区域与第二偏光区域分别对应到光学膜片之曲面上的不同位置。液晶层具有第一补偿区域与第二补偿区域，液晶层的第一补偿区域对应偏光片的第一偏光区域在液晶层上的投影，液晶层的第二补偿区域对应偏光片的第二偏光区域在液晶层上的投影。第一偏光区域的第相位延迟加上第一补偿区域的第补偿相位延迟等于第二偏光区域的第二相位延迟加上第二补偿区域的第二补偿相位延迟。
在本揭露的一或多个实施方式中，液晶补偿膜的所述液晶层进一步包括第一配向膜与第二配向膜。液晶填充于第一配向膜与第二配向膜之间。
在本揭露的一或多个实施方式中，液晶补偿膜贴合于偏光片，且液晶补偿膜的液晶层共形于光学膜片的曲面。
在本揭露的一或多个实施方式中，液晶补偿膜贴合于偏光片，液晶补偿膜的液晶层共形于光学膜片的曲面，且液晶层进一步包括高分子材料。
在本揭露的一或多个实施方式中，液晶层包括复数个液晶子层。每液晶子层包括液晶中的一或多者。
在本揭露的一或多个实施方式中，液晶补偿膜进一步包括第一透明基板、第一透明电控结构、第二透明基板以及第二透明电控结构。第一透明电控结构设置于第一透明基板的表面上、位于液晶层的第一侧面上并连接电源。第二透明电控结构，设置于第二透明基板的表面上、位于液晶层的第二侧面上并连接电源。液晶层位于第一透明电控结构与第二电控结构之间。
在一些实施方式中，第一透明基板与第二透明基板是可挠的。
在一些实施方式中，第一透明电控结构与第二透明电控结构至少其中一者包括复数个薄膜晶体管。
在本揭露的一或多个实施方式中，光学膜片与偏光镜具有负屈光度。
本揭露的一态样有关于一种制造曲面光学结构的方法。
根据本揭露的一或多个实施方式，一种制造曲面光学结构的方法包括以下流程。贴合偏光片至光学膜片的曲面上形成样品，并光学量测样品的复数个偏光区域，以获得每一偏光区域的相位延迟。依据量测之样品的相位延迟执行液晶层的模拟，以获得液晶层的一或多个液晶参数，其中液晶层包括对应样品之偏光区域的复数个补偿区域，并且在一或多个液晶参数下，每一补偿区域具有补偿相位延迟。制造液晶层并连接电源至液晶层相对的第一侧面与第二侧面，形成液晶补偿膜。通过电源电控液晶层适用液晶参数，并光学量测液晶补偿膜以确认液晶层之补偿区域的补偿相位延迟是否符合模拟。组装液晶补偿膜至样品。
在本揭露的一或多个实施方式中，光学量测样品的偏光区域包括以下流程。通过雷射光源发射第一光束至分光镜。从分光镜分光出第二光束，并通过第一光侦测器直接接收第二光束。从分光镜分光出第三光束穿透样品之偏光区域的其中一者，并通过第二光侦测器接收穿透偏光区域之者的第三光束。通过运算器比对第二光束与第三光束之间的相位差。
在本揭露的一或多个实施方式中，光学量测液晶补偿膜包括以下流程。通过雷射光源发射光束穿透液晶层之补偿区域的其中一者。通过光侦测器接收穿过补偿区域之相应者的光束。旋转液晶补偿膜，致使光束入射补偿区域之相应者的角度改变。
在本揭露的一或多个实施方式中，依据量测之样品的相位延迟执行液晶层的仿真包括以下流程。计算液晶层的液晶在复数个预倾角下的复数个模拟相位延迟。
在本揭露的一或多个实施方式中，液晶补偿膜的液晶层进一步包括配向膜，当通过电源电控液晶层，液晶层内部的复数个液晶跟随配向膜排列。
在本揭露的一或多个实施方式中，在光学量测液晶补偿膜之前组装液晶补偿膜至样品。
综上所述，本揭露的曲面光学结构以及制造方法，通过液晶补偿膜对弯折偏光片不同偏光区域的不同相位延迟进行补偿，能够改善光学膜片的曲面贴合偏光片造成的双折射率特性。
以上所述仅系用以阐述本揭露所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效等等，本揭露之具体细节将在下文的实施方式及相关图式中详细介绍。。
附图说明
本揭露的优点与图式，应由接下来列举的实施方式，并参考附图，以获得更好的理解。这些图式的说明仅仅是列举的实施方式，因此不该认为是限制了个别实施方式，或是限制了发明申请专利范围的范围。
图1根据本揭露的一实施方式绘示曲面光学结构的一顶视视图；
图2根据本揭露的一实施方式绘示曲面光学结构的一顶视视图；
图3根据本揭露的一实施方式绘示液晶补偿膜的一顶视视图；
图4根据本揭露的一实施方式绘示曲面光学装置的一顶视视图；
图5根据本揭露的一实施方式绘示曲面光学结构的一顶视视图；
图6根据本揭露的一实施方式绘示曲面光学结构的一顶视视图；
图7根据本揭露的一实施方式绘示制造曲面光学结构的方法的一流程图；
图8根据本揭露的一实施方式绘示量测样品的一光学量测***的架构图；
图9根据本揭露的一实施方式示意地绘示样品的一正面视图；
图10根据本揭露的一实施方式绘示量测液晶补偿膜的一光学量测***的架构图；
图11A根据本揭露的一实施方式示意地绘示液晶补偿膜的液晶层的一侧视图；
图11B绘示模拟图11A中液晶设置的一示意图；
图12绘示模拟液晶补偿膜的模拟结果；
图13根据本揭露的一实施方式示意地绘示液晶补偿膜的一正面视图；以及
图14绘示量测液晶补偿膜的一量测结果。
100，100’--曲面光学结构；110--光学膜片；111--入光侧；112--出光侧；113--曲面；120--偏光片；130--液晶补偿膜；133--液晶层；136--电源；139--第一透明基板；140--第一电控结构；142--第二透明基板；143--第二电控结构；150--光学绝缘胶；200--曲面光学结构；210--光学膜片；211--入光侧；212--出光侧；213--曲面；220--偏光片；230--液晶补偿膜；233--液晶层；236--电源；300--曲面光学结构；310--光学膜片；311--入光侧；312--出光侧；313--曲面；320--偏光片；330--液晶补偿膜；333--液晶层；336--电源；400--曲面显示设备；410--发光模块；500--光学量测***；600--光学量测***；1201～1209--偏光区域；1301～1309--补偿区域；1331--液晶子层；133m,133n--液晶子层；1341--第一配向膜；1342--第二配向膜；AX1--轴；AX2--轴；BS--分光镜；C1,C2--计数器；CS--控制***；k--模拟光束；M--镜子；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--旋转轴；P1，P2--输入埠；P3--输出埠；PC1--电子计算器；PC2--电子计算器；PD1，PD2--光侦测器；PD3--光侦测器；PL--高分子材料；RS--旋转平台；x，y，z--方向；θ，θk，--角度
具体实施方式
下文系举实施例配合所附图式进行详细说明，但所提供之实施例并非用以限制本揭露所涵盖的范围，而结构运作之描述非用以限制其执行之顺序，任何由组件重新组合之结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本揭露所涵盖的范围。另外，图式仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。为便于理解，下述说明中相同组件或相似组件将以相同之符号标示来说明。
另外，在全篇说明书与申请专利范围所使用之用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露之内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露之用词，将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本揭露之描述上额外的引导。
在本文中，「第一」、「第二」等等用语仅是用于区隔具有相同技术术语的组件或操作方法，而非旨在表示顺序或限制本揭露。
此外，「包含」、「包括」、「提供」等相似的用语，在本文中都是开放式的限制，意指包含但不限于。
进一步地，在本文中，除非内文中对于冠词有所特别限定，否则「一」与「该』可泛指单一个或多个。将进一步理解的是，本文中所使用之「包含」、「包括」、「具有」及相似词汇，指明其所记载的特征、区域、整数、步骤、操作、组件与/或组件，但不排除其所述或额外的其一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、组件、组件，与/或其中之群组。
为改善将偏光片应用到曲面上时，由于偏光片弯折，导致偏光片的光学特性偏离原本设计，本揭露通过设置液晶补偿膜，通过液晶的双折射特性，以及液晶便于局部性控制的性质，补偿弯折偏光片。
图1根据本揭露的一实施方式绘示曲面光学结构100的一顶视视图。
如图1所示，根据本揭露的一实施方式，曲面光学结构100包括光学膜片110、偏光片120以及液晶补偿膜130。
在一些实施方式中，光学膜片110例如是光学透镜。在一些实施方式中，光学膜片110例如是透明盖板，设置于发光装置或显示模块上。透明盖板例如是玻璃盖板。
举例而言，在本实施方式中，如图1所示，光学膜片110包括相对的入光侧111以及出光侧112。在图1中，光束L可以沿z方向从光学膜片110的入光侧111入射，并穿过光学膜片110，而从光学膜片110的出光侧出光。光束L可以是来自于发光装置或是显示模块，并且发出光束L的发光模块或是显示模块是设置于光学膜片的入光侧111。
如图1所示，在本实施方式中，在光学膜片110的出光侧112，光学膜片110具有曲面113。曲面113沿负z方向朝向光学膜片110的中心凹陷。换言之，光学膜片110的曲面113是相对垂直z方向的一x-y平面朝向负z方向凹陷。
应留意到，图1绘示本揭露曲面113的一实施例，但并曲面113的态样并不在此限。举例而言，在一些实施方式中，曲面113可以是沿正z方向凸出的凸曲面，使得曲面113相对是相对垂直z方向的一x-y平面朝向正z方向凸出。在一些实施方式中，光学膜片110也可以具有不同于曲面113的另曲面。
进一步地，如图1的顶视视图所示，光学膜片110的曲面113可以是一个柱状面。换言之，在曲面113上沿y方向延伸的任意线段彼此之间是平行的，而这使得曲面113的形状类似于一个柱体的表面。
应留意到，图1绘示本揭露曲面113的一实施例，但本揭露光学膜片110的曲面113的态样并不在此限。举例而言，曲面113可以包括球面，或是曲面113可以包括对称非球面。
偏光片120是配置以改变光的偏振方向，将非偏振光转换为偏振光。在图1中，偏光片120共形地贴合在光学膜片110的曲面113上。
偏光片120为可挠的。一般而言，偏光片120可以设置在平面的结构上，在偏光片120的不同局部区域上，可以具有相同的光学性质。然而，在本揭露的一或多个实施方式中，由于偏光片120是贴合至曲面113上，这使得在偏光片120的不同区域上的光学特性将改变。
举例而言，如图1所示，在本实施方式中，偏光片120是贴合至曲面113，曲面113是沿负z方向凹陷的凹曲面。在一般为平片的偏光片120贴合至曲面113后，偏光片120接触曲面113的一侧面将可能承受外扩的应力，而被拉伸；相对地，偏光片120远离曲面113的另一侧面将可能承受内缩的应力，而被压缩。随着偏光片120相对的两侧面承受不同的应力，偏光片120产生形变，例如，偏光片120被弯折。这导致偏光片120不同局部区域的光学特性产生变化。
在本揭露的一些实施方式中，光学膜片110与偏光片120具有负屈光度。换言之，在偏光片120组装至光学膜片110上后，光学膜片110与偏光片120组装形成的样品具有负屈光度。
在一些实施方式中，曲面113亦可以是凸曲面，而当偏光片120贴合凸曲面上时，在偏光片120的不同局部区域亦将承受不同的应力，产生形变，进而影响到偏光片120的不同局部区域的光学特性。
请回到图1。在一些实施方式中，由于偏光片120被弯折，将使得在偏光片120的不同局部区域上，将具有不同的双折射特性，使得光束经过偏光片120不同局部区域时，所获得的相位延迟将有所不同。这同时也影响到偏光片120不同局部区域的光学特性的变化，例如穿透率、雾度、对比、色点等等。
对于曲面贴合后的偏光片120，偏光片120上不同局部区域，甚至是每一点，皆有不同的双折射特性，但随着曲面113的形状而有对称性，如此一来可以通过添加一个电控制的液晶装置或是非匀相的高分子材料，进行反相补偿，弥补偏光片120因曲面贴合产生形变所导致的非预期光学特性。
详细而言，为了补偿在偏光片120因贴合于曲面113上，由于形变而在不同局部区域下具有不同的相位延迟，曲面光学结构100进一步包括液晶补偿膜130。由于液晶材料具有双折射的特性，并且可以通过电控来局部地调整液晶的光学性值，因此能够通过设置液晶补偿膜130，来补偿来自偏光片120不同局部的相位延迟。
如图1所示，在本实施方式中，液晶补偿膜130包括液晶层133与电源136。液晶层133包括在液晶层133内部的复数个液晶LC。多个液晶LC在液晶层133内部排列。电源136分别连接至液晶层133相对的第一侧面与第二侧面。通过电源136，能够在液晶层133相对的两个侧面分别施加偏压，以在液晶层133内部产生电场，来控制液晶层133内部各个液晶LC的排列方向。
应留意到，图1所绘示的液晶补偿膜130仅为一示例，而不应以此限制本揭露。举例而言，液晶补偿膜130可以进一步包括一或多个其他的光学基板、透明电路或透明电极。在本揭露的一或多个实施方式中，液晶补偿膜130可以进一步包括复数个薄膜晶体管，以局部地控制液晶补偿膜130的多个不同局部区域中液晶LC的排列。
在本实施方式，如图1所示，液晶补偿膜130的液晶层133是延伸于垂直z方向的x-y平面上，其中曲面113以及共形地贴合于曲面113的偏光片120是相对x-y平面朝负z方向凹陷。
在一些实施方式中，液晶层133进一步包括配向膜。配向膜配置以调整液晶LC的排列方式。通过依据偏光片120不同局部区域的相位延迟来设计液晶层133的配向膜，可以使液晶层133内部的液晶LC排列成能够补偿形变的偏光片120不同局部区域所产生的相位延迟。
进一步地，图1绘示的电源136是示意地连接液晶层133相对的两个侧面，以施加偏压来控制液晶LC的排列，但并不以此限制本揭露电源136的态样。举例而言，电源136可以通过导线分别连接至液晶层的相对两侧面上。在一些实施方式中，电源136是分别连接至位于液晶层133相对两侧面的透明电极，以于液晶层133提供电场来调整液晶LC。
如此一来，虽然贴合于光学膜片110之曲面113上的偏光片120的各个局部区域可能会产生非预期的相位延迟，仍能够通过液晶补偿膜130对相位进行补偿。
在本揭露的一或多个实施例中，当光束L从光学膜片110的入光侧111进入曲面光学结构100，光束L从曲面113出光，穿透偏光片120转变为偏振光并带有相位延迟。随后，光束L穿过液晶补偿膜130，经由通过电源136电控的液晶层133获得相位补偿，使得来自偏光片120的相位延迟能够被抵消。
如图1所示，在本实施方式中，偏光片120与液晶补偿膜130之间存在间隙。在一或多个实施方式中，偏光片120与液晶补偿膜130之间可以存在一或多种其他组件或层。
举例而言，请参照图2。图2根据本揭露的一实施方式绘示曲面光学结构100’的一顶视视图。相似的组件使用的相同于图1标号。曲面光学结构100’与曲面光学结构100之间的一差异，在于曲面光学结构100’进一步包括光学绝缘胶150，光学绝缘胶150能够填充于偏光片120与液晶补偿膜130之间。光学绝缘胶150可以是透明的。在本揭露的一些实施方式中，透明可以代表材料的光学穿透率是100％或是接近100％，而不会影响光线或光束行进。
在一些实施方式中，光学透明胶140可以沿着偏光片120与液晶补偿膜130的边缘设置，以框贴方式贴合偏光片120与液晶补偿膜130。
请参照图3。图3根据本揭露的一实施方式绘示液晶补偿膜130的一顶视视图。图3绘示液晶补偿膜130的一实施例，但并不应以此过度限制液晶补偿膜130的态样。
如图3所示，在本实施方式中，液晶补偿膜130包括液晶层133、电源136、第一透明基板139、第二透明基板142、第一电控结构140以及第二电控结构143。
液晶层133的内部包括液晶LC以及相对的第一配向膜1341与第二配向膜1342，其中液晶LC填充于第一配向膜1341与第二配向膜1342之间，使得液晶LC能够依据设计的条件沿第一配向膜1341与第二配向膜1342排列。
液晶层133位于第一透明基板139与第二透明基板142之间。在一些实施方式中，第一透明基板139与第二透明基板142的材料包括玻璃基板或树脂基板，但并不以限制。在一些实施方式中，第一透明基板139与第二透明基板142是可挠的，而能够曲面贴合于偏光片120之上，例如请见后续的图5与图6。
第一电控结构140位于第一透明基板139的表面上，并直接相邻于液晶层133的一侧面。第二电控结构143位于第二透明基板142的表面上，并直接相邻于液晶层133的另一侧面。电源136分别连接至第一电控结构140与第二电控结构143。换言之，第一电控结构140位于第一透明基板139的表面与液晶层133之间，第二电控结构143位于第二透明基板142的表面与液晶层133之间。电源136通过第一电控结构140与第二电控结构143分别电性连接至液晶层133的相对两侧面上，以向液晶层133内部提供电场，控制液晶LC的排列。
在一些实施方式中，第一电控结构140与第二电控结构143可以包括透明的导线与/或电极。举例但不以此为限，第一电控结构140与第二电控结构143可以包括氧化铟锡膜，或是薄的金属导线。如此，连接电源136的第一电控结构140与第二电控结构143，通过由电源136施加偏压，第一电控结构140与第二电控结构143能够向液晶层133内部提供电场，调控复数个液晶LC的排列。
在一些实施方式中，第一电控结构140与第二电控结构143中的其中一者进一步包括有复数个薄膜晶体管。举例而言，复数个薄膜晶体管能够排列为矩阵，分别对应到液晶层133的不同局部区域。通过电源136向薄膜晶体管提供工作偏压，即能够局部地调控液晶层133之不同局部区域内的液晶LC排列，从而在液晶层133的不同局部区域提供不同的补偿相位延迟。
在本揭露的一或多个实施方式中，曲面光学结构100可以整合于不同种类的光学装置上，例如使用在VR Pancake透镜或曲面显示器上。请参照图4。图4根据本揭露的一实施方式绘示曲面显示设备400的一顶视视图，示例地说明本揭露的曲面光学结构100整合在曲面显示设备400内的一态样。
如图4所示，在本实施方式中，图3绘示的曲面光学结构100系设置位于一发光模块410的表面上。曲面光学结构100的光学膜片110可以视作发光模块410的一透明盖板。在一些实施方式中，发光模块410可以是一光学显示设备。举例而言，光学显示设备可以是液晶显示设备，在发光模块410与光学膜片110之间的界面上，可以设置一或多个光转换层作为像素，并且发光模块410内部可以具有另液晶层(未绘示)来调整像素显示图像。
请参照图5。图5根据本揭露的一实施方式绘示曲面光学结构200的一顶视视图。
在图5中，曲面光学结构200包括光学膜片210、偏光片220以及液晶补偿膜230。光学膜片210包括入光侧211与出光侧212，光束L可以从光学膜片210的入光侧211入射。光学膜片210在出光侧212具有曲面213。液晶补偿膜230包括液晶层233以及电源236。而在本实施方式中，液晶补偿膜230是进一步直接贴合在形变的偏光片220上，液晶补偿膜230的液晶层233共形于光学膜片210的曲面213。在图5绘示的曲面光学结构200中，可以透过液晶层233中液晶LC原有的双折射特性，直接在曲面贴合的偏光片220上做反补偿，而无需额外设计配向模于液晶层233。
请参照图6。图6根据本揭露的一实施方式绘示曲面光学结构300的一顶视视图。
在图5中，曲面光学结构300包括光学膜片310、偏光片320以及液晶补偿膜330。光学膜片310包括入光侧311与出光侧312，光束L可以从光学膜片310的入光侧311入射。光学膜片310在出光侧312具有曲面313。液晶补偿膜330包括液晶层333以及电源336。而在本实施方式中，液晶补偿膜330是直接贴合在形变的偏光片320上，液晶补偿膜330的液晶层133共形于光学膜片310的曲面313，并进一步具有复数个高分子材料PL的分子位于液晶层333的内部。在一些实施方式中，高分子材料PL是非匀向的。高分子材料PL的分子会因其高分子链被拉伸、旋转与变形的程度不同，也会造成双折射的特性，同样能够补偿来自于形变之偏光片320的相位延迟。举例而言，液晶层333内的高分子材料PL可以提供一个整体的相位延迟的补偿值。而针对偏光片320的不同局部区域，再电控液晶层333局部区域内部液晶LC排列来进行补偿。
在一些实施方式中，高分子材料PL包括聚乙烯醇缩丁醛或聚苯乙烯，但不以此限制本揭露。
为了进一步说明本揭露的曲面光学结构的制作流程，请参照图7。图7根据本揭露的一实施方式绘示制造曲面光学结构的方法700的一流程图。制造曲面光学结构的方法700包括流程701至流程705。
请同时参照图7与图8。图8根据本揭露的一实施方式绘示量测样品的一光学量测***600的架构图。在流程701，贴合偏光片120至光学膜片110的曲面113(请见图1)上形成样品，并光学量测样品的复数个偏光区域，以获得每一偏光区域的相位延迟。
图8绘示光学测量光学膜片110与偏光片120形成之样品之相位延迟的一实施例。如图8所示，偏光片120共形地贴合至光学膜片110的曲面113上，光学膜片110与偏光片120是作为量测的样品设置于光学量测***500中。
在本实施方式中，光学量测***500包括雷射光源LS1、分光镜BS、偏光片LP1、偏光片LP2、光侦测器PD1、光侦测器PD2、计数器C1、计数器C2、运算器OP、镜子M以及电子计算器PC1。在本实施方式中，雷射光源LS1为塞曼雷射，用以发射单一波长的激光束L1。举例但不以此为限，在本实施方式中，雷射光源LS1所使用之波长为633nm。
光学量测***500包括两组光路。光学量测***500的其中一组光路，是从雷射光源LS1发射光束L1，光束L1经分光镜BS分光出光束L2，光束L2经过偏光片LP1后被转换为偏振光并为光侦测器PD1所接收。光侦测器PD1连接计数器C1。计数器C1连接至运算器OP的其中一个输入埠P2。
光学量测***500的另一组光路，是从雷射光源LS1发射光束L1，光束L1经分光镜BS分光出光束L3，光束L3经过包括光学膜片110与偏光片120后，偏光片120产生的相位延迟反应的光束L4。随后，光束L4通过镜子M反射为光束L5，光束L5经过偏光片LP2后转换为偏振光为光侦测器PD2所接收。光侦测器PD2连接计数器C2。计数器C2连接至运算器OP的其中一个输入埠P1。
运算器OP接收来自计数器C1与计数器C2的讯号之后，通过输出端口P3输出比对的结果至电子计算器PC1，如此，即可以通过电子计算器PC1分析出包括光学膜片110与偏光片120之样品所产生的相位延迟。通过移动包括光学膜片110与偏光片120之样品在光学量测***500中的位置，即能够获得对应偏光片120不同局部区域所产生的相位延迟。
如此一来，能够通过光学量测***500的两组不同光路，比对包括光学膜片110与偏光片120之样品的不同局部区域所产生的相位。
请参照图9。图9根据本揭露的一实施方式示意地绘示包括光学膜片110与偏光片120之样品的一正面视图。在本实施方式中，光学膜片110的曲面113为柱状面，偏光片120贴合于曲面113后亦形变为柱状面。
在图9绘示的光学膜片110与偏光片120中，偏光片120可以划分为九个不同的偏光区域，包括偏光区域1201、偏光区域1202、偏光区域1203、偏光区域1204、偏光区域1205、偏光区域1206、偏光区域1207、偏光区域1208以及偏光区域1209。在本实施方式中，于光学量测***500内，可以通过移动包括光学膜片110与偏光片120之样品的位置，使光束L3分别经过偏光区域1201至偏光区域1209其中之一中的一或多点，即能够获得相应偏光区域所产生的相位延迟。举例而言，针对其中一个偏光区域1201，可以使光束L3经过偏光区域1201内的一或多点，量测出一或多个相位延迟值，将量侧出的一或多个相位延迟值平均，便可以定义出反映偏光片120之偏光区域1201的相位延迟值。
应留意到，图8划分偏光片120为偏光区域1201至偏光区域1209仅是作为示例，而不应以此限制偏光片120之偏光区域的划分方式。举例而言，可以将偏光片120划分为更多数量的偏光区域，或是将依据偏光片120不同位置的曲率划分偏光区域作相位延迟的量测。
在本揭露的一或多个实施方式中，电子计算器PC1包括个人计算机、服务器装置、移动设备或其他适用的量测工具，但并不以此为限。
请回到图7。在流程701，能够获得偏光片120不同局部偏光区域1201至偏光区域1209所产生的相位延迟。进入流程702，依据量测之样品的相位延迟执行液晶层的模拟，以获得液晶层的一或多个液晶参数。
为进一步说明液晶层的模拟，请参照图10。图10根据本揭露的一实施方式绘示量测液晶补偿膜130的一光学量测***600的架构图。
在本实施方式中，光学量测***600包括雷射光源LS2、旋转平台RS、控制***CS、光侦测器PD3以及电子计算器PC2。控制***CS连接旋转平台RS，以控制旋转平台RS沿着旋转轴O以顺时针方向(例如方向D1)或逆时针方向旋转。液晶补偿膜130设置于旋转平台RS上，其中液晶补偿膜130包括液晶层133与电源136(请见图1)，为了简单说明的目的而未绘示于图10。
在一些实施方式中，雷射光源LS2包括塞曼雷射。在一些实施方式中，雷射光源LS2使用波长为633nm的雷射光。
如图10所示，光学量测***600的测量光路中，包括从雷射光源LS2发出光束L6，光束L6沿z方向朝放置于旋转平台RS的液晶补偿膜130行进。光束L6经过液晶补偿膜130后补偿相位延迟，以光束L7的形式为光侦测器PD3所接收。光束L7反映液晶补偿膜130所补偿的反相相位延迟。光侦测器PD3连接电子计算器PC2，通过电子计算器PC2即可获得液晶补偿膜130所能够提供的补偿相位延迟。
旋转平台RS能够沿着旋转轴O旋转。在本揭露的一些实施方式中，液晶补偿膜130一开始可以沿通过旋转轴O的一第一轴AX1设置，轴AX1平行于y方向。经旋转平台RS朝方向D1旋转后，液晶补偿膜130沿通过旋转轴O的一第二轴AX2设置，轴AX2偏离y方向，并且轴AX1与轴AX2之间夹旋转角度θk，而旋转角度θk对应到光束L6入射至液晶补偿膜130的入射角度θk。
在图10绘示的光学量测***600的基础下，请参照图11A与图11B。图11A根据本揭露的一实施方式示意地绘示液晶补偿膜130的液晶层133的一侧视图。图11B绘示模拟图11A中液晶LC设置的一示意图。
如图11A所示，在一些实施方式中，液晶补偿膜130的液晶层133可以是扭曲向列型液晶，并且液晶层133包括液晶子层1331至液晶子层133n，总共可以有n层。针对液晶层133中的其中一个液晶子层133m，液晶子层133m包括液晶LC。针对液晶层133其中一个液晶子层133m中的液晶LC，能够通过图11B绘示的关系图进行模拟。
针对图10中光束L6以入射角度θk入射液晶补偿膜130的情况，在图11B中，x-y平面为液晶层133中液晶子层133m的延伸方向，其中液晶子层133m的液晶LC相对x-y平面夹角度θ，液晶LC相对z方向夹角度模拟光束k以入射角度θk入射至液晶子层133m，其中模拟光束k对应图10的光束L6。
在图11B绘示的关系图上，能够通过扩展琼斯矩阵，计算模拟光束k以入射角度θk进入单一层液晶子层133m的光学介电张量。针对图11B的x方向、y方向与z方向，光学介电张量矩阵ε呈现为关系式(1)如下：
其中光学介电张量矩阵ε的矩阵元素能够分别以以下关系式(2)计算如下:
在以上光学介电张量矩阵ε的矩阵元素的计算中，单一层液晶子层133m中液晶LC相对x-y平面的角度θ与角度的关系如图11B所绘示，其中n0为单一层液晶子层133m的寻常光折射率，ne为单一层液晶子层133m的非寻常光折射率，视所使用液晶材料而定。
在本实施方式中，在模拟时，考虑液晶层133中所有的液晶子层1331至液晶子层133n对模拟光束k产生补偿相位延迟，已知模拟光束k为对应激光束L6的非偏振光，以及激光束L6的入射角度θk可经由旋转平台RS控制的基础下，能够通过电子计算器仿真光束L6与光束L7之间由液晶补偿膜130所产生的补偿相位延迟。意即，能够通过模拟计算获得在不同光束L6的入射角度θk下，液晶补偿膜130的液晶层133所能提供的补偿相位延迟。
图12绘示模拟液晶补偿膜130的模拟结果。横轴对应光束L6不同的入射角度θk，单位为度；纵轴对应液晶补偿膜130的液晶层133所能提供的补偿相位延迟，单位为弧度。图12绘示的一或多个曲线，实质代表仿真液晶LC相对x-y平面之多组不同的角度θ与角度设置。
作为实施例而不以此为限，在一些实施方式中，寻常光折射率n0设置为1.606，非寻常光折射率ne设置为1.484，液晶层133厚度为3.3μm，且入射光束L6之波长为633nm的情况下，调整不同入射角度θk进行模拟。
事实上，如图11B所绘示，单一层液晶子层133m中液晶LC相对x-y平面的角度θ与角度实质上对应液晶LC在液晶子层133m中的预倾角。换言之，液晶LC相对x-y平面之多组不同的角度θ与角度/>为液晶LC的预倾角，这些预倾角即为模拟出的一或多组液晶参数。液晶LC的预倾角可以通过设计的配向膜来配置，例如通过图3绘示的第一配向膜与第二配向膜。
总结流程702，通过图10至图11B以及关系式(1)与关系式(2)，能够进行液晶补偿膜130的液晶层133的模拟，并获得液晶层133中液晶LC所需要控制的预倾角作为液晶参数。
如此一来，针对流程701于偏光片120之偏光区域1201至偏光区域1209中任一者的相位延迟，都能够通过电控液晶层133中的液晶LC的预倾角来提供相应补偿相位延迟，抵消因偏光片120形变所造成的非预期相位延迟效应。
回到图7，进入到流程703，依据仿真结果，制作液晶层133并连接电源136(请见图1)至液晶层133相对的第一侧面与第二侧面，形成液晶补偿膜130。
请参照图13。图13根据本揭露的一实施方式示意地绘示液晶补偿膜130的一正面视图，其中为了简单说明的目的，仅绘示出液晶补偿膜130的液晶层133。
回到图7，进入到流程704，通过电源136电控液晶层133适用液晶参数，并光学量测液晶补偿膜130以确认液晶层133之补偿区域的补偿相位延迟是否符合模拟。
在图13中，液晶层133包括补偿区域1301、补偿区域1302、补偿区域1303、补偿区域1304、补偿区域1305、补偿区域1306、补偿区域1307、补偿区域1308以及补偿区域1309。针对液晶层133的补偿区域1301至补偿区域1309中的任一者，都可以通过电源136来执行电控，调整补偿区域1301至补偿区域1309中液晶LC的角度，以提供相应的补偿相位延迟。
在一些实施方式中，液晶层133之补偿区域1301至补偿区域1309，实质对应于偏光片120之偏光区域1201至偏光区域1209的划分。在一些实施方式中，相应于偏光片120之偏光区域的划分方式，液晶层133之补偿区域的划分方式不限于图13绘示的态样。
请参照图14。图14绘示量测液晶补偿膜130的一量测结果，此量测结果对应电控液晶层的电控补偿区域1301至补偿区域1309其中一者中的液晶LC适用模拟的预倾角下的补偿相位延迟的量测结果。在本实施方式中，液晶补偿膜130系设置于图10的光学量测***600中进行光学量测。图14的横轴对应光束L6不同的入射角度θk，单位为度；纵轴对应液晶补偿膜130的液晶层133所能提供的补偿相位延迟，单位为弧度。在图14中，入射角度θk与提供的补偿相位延迟具有类似于图12模拟结果的趋势，反映与模拟结果相符。
进入到流程705，组装液晶补偿膜130至包括光学膜片110与偏光片120的样品上，形成曲面光学结构100，如图1所示。
在本实施方式中，组装液晶补偿膜130至包括光学膜片110与偏光片120的样品时，液晶层133的补偿区域1301、补偿区域1302、补偿区域1303、补偿区域1304、补偿区域1305、补偿区域1306、补偿区域1307、补偿区域1308与补偿区域1309，是分别对应到偏光片120的偏光区域1201、偏光区域1202、偏光区域1203、偏光区域1204、偏光区域1205、偏光区域1206、偏光区域1207、偏光区域1208与偏光区域1209在液晶层133上的投影区域。如此，针对偏光片120的偏光区域1201至偏光区域1209中的每一者，都能够通过液晶补偿膜130的补偿区域1301至补偿区域1309中的相应一者进行补偿。
举例而言，在本揭露的一或多个实施方式中，偏光片120具有偏光区域1201与偏光区域1202，偏光片120的偏光区域1201与偏光区域1202分别对应到光学膜片110之曲面上的不同位置。液晶层133具有补偿区域1301与补偿区域1302，液晶层133的补偿区域1301对应偏光片120的偏光区域1201在液晶层133上的投影，液晶层的补偿区域1302对应偏光片120的偏光区域1202在液晶层133上的投影。偏光区域1201的相位延迟加上补偿区域1301的补偿相位延迟等于偏光区域1202的相位延迟加上补偿区域1302的补偿相位延迟。在一些实施方式中，通过电控液晶层133，能够使得偏光区域1201的相位延迟加上补偿区域1301的补偿相位延迟等于0或接近0，偏光区域1202的相位延迟加上补偿区域1302的补偿相位延迟等于0或接近0，实质抵消偏光片120形变所产生的相位延迟。
在一些实施方式中，制造曲面光学结构的方法700的流程705可以在流程704之前执行，使得能够在组装液晶补偿膜130至包括光学膜片110与偏光片120的样品上之后，通过电源136电控液晶层133，确保整体的相位延迟抵消。
综上所述，本揭露的曲面光学结构以及制造方法，通过液晶补偿膜对弯折偏光片不同偏光区域的不同相位延迟进行补偿，能够改善光学膜片的曲面贴合偏光片造成的双折射率特性，进而改善光经过曲面偏光片造成的相位延迟、偏振状态以及光学特性的变异，并能够适用于各种曲面贴合之装置。
虽然本揭露已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何本领域具通常知识者，在不脱离本揭露之精神和范围内，当可作各种之更动与润饰，因此本揭露之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (20)

1.一种曲面光学结构，其特征在于，包括：
光学膜片，包括相对的入光侧与出光侧，其中所述光学膜片于所述出光侧具有曲面；
偏光片，共形地贴合于曲面上；以及
液晶补偿膜，设置于所述光学膜片的所述出光侧，其中所述偏光片位于所述光学膜片与所述液晶补偿膜之间，所述液晶补偿膜包括：
液晶层，包括位于所述液晶层内部的复数个液晶；
电源，连接所述液晶层之相对的第一侧面与第二侧面；其中，
所述偏光片具有第一偏光区域与第二偏光区域，所述偏光片的第一偏光区域与第二偏光区域分别对应到所述光学膜片之曲面上的不同位置；
所述液晶层具有第一补偿区域与第二补偿区域，所述液晶层的第一补偿区域对应所述偏光片的第一偏光区域在所述液晶层上的投影，所述液晶层的第二补偿区域对应所述偏光片的第二偏光区域在所述液晶层上的投影；以及
第一偏光区域的第一相位延迟加上第一补偿区域的第一补偿相位延迟等于第二偏光区域的第二相位延迟加上第二补偿区域的第二补偿相位延迟。
2.如权利要求1所述的曲面光学结构，其特征在于，所述光学膜片、所述偏光片、所述液晶补偿膜沿第一方向依序排列，所述光学膜片的曲面相对垂直第一方向的平面凹陷或凸出。
3.如权利要求1所述的曲面光学结构，其特征在于，所述光学膜片、所述偏光片、所述液晶补偿膜沿第一方向依序排列，所述液晶补偿膜的所述液晶层沿垂直第一方向的平面延伸，所述光学膜片的曲面相对所述平面沿第一方向凹陷或凸出。
4.如权利要求1所述的曲面光学结构，其特征在于，曲面包括柱状面、球面或对称非球面。
5.如权利要求1所述的曲面光学结构，其特征在于，所述偏光片与所述液晶补偿膜之间具有间隙。
6.如权利要求1所述的曲面光学结构，其特征在于，光学透明胶填充于所述偏光片与所述液晶补偿膜之间的间隙。
7.如权利要求1所述的曲面光学结构，其特征在于，所述液晶补偿膜的所述液晶层进一步包括：
第一配向膜与第二配向膜，其中液晶填充于第一配向膜与第二配向膜之间。
8.如权利要求1所述的曲面光学结构，其特征在于，所述液晶补偿膜贴合于所述偏光片，且所述液晶补偿膜的所述液晶层共形于所述光学膜片的曲面。
9.如权利要求1所述的曲面光学结构，其特征在于，所述液晶补偿膜贴合于所述偏光片，所述液晶补偿膜的所述液晶层共形于所述光学膜片的曲面，且所述液晶层进一步包括高分子材料。
10.如权利要求1所述的曲面光学结构，其特征在于，所述液晶层包括复数个液晶子层，每液晶子层包括液晶中的一或多者。
11.如权利要求1所述的曲面光学结构，其特征在于，所述液晶补偿膜进一步包括：
第一透明基板；
第一透明电控结构，设置于所述第一透明基板的表面上、位于所述液晶层的第一侧面上并连接电源；
第二透明基板；以及
第二透明电控结构，设置于所述第二透明基板的表面上、位于所述液晶层的第二侧面上并连接电源，其中所述液晶层位于第一透明电控结构与第二电控结构之间。
12.如权利要求11所述的曲面光学结构，其特征在于，所述第一透明基板与所述第二透明基板是可挠的。
13.如权利要求11所述的曲面光学结构，其特征在于，第一透明电控结构与第二透明电控结构至少其中一者包括复数个薄膜晶体管。
14.如权利要求1所述的曲面光学结构，其特征在于，所述光学膜片与偏光镜具有负屈光度。
15.一种制造曲面光学结构的方法，其特征在于，包括：
贴合偏光片至光学膜片的曲面上形成样品，并光学量测所述样品的复数个偏光区域，以获得每一偏光区域的相位延迟；
依据量测之所述样品的相位延迟执行液晶层的模拟，以获得所述液晶层的一或多个液晶参数，其中所述液晶层包括对应所述样品之偏光区域的复数个补偿区域，并且在一或多个液晶参数下，每一补偿区域具有补偿相位延迟；
制造所述液晶层并连接电源至所述液晶层相对的第一侧面与第二侧面，形成液晶补偿膜；
通过电源电控所述液晶层适用一或多个液晶参数，并光学量测所述液晶补偿膜以确认所述液晶层之补偿区域的补偿相位延迟是否符合所述模拟；
组装所述液晶补偿膜至所述样品；其中，
所述偏光片具有第一偏光区域与第二偏光区域，所述偏光片的第一偏光区域与第二偏光区域分别对应到所述光学膜片之曲面上的不同位置；
所述液晶层具有第一补偿区域与第二补偿区域，所述液晶层的第一补偿区域对应所述偏光片的第一偏光区域在所述液晶层上的投影，所述液晶层的第二补偿区域对应所述偏光片的第二偏光区域在所述液晶层上的投影；以及
第一偏光区域的第一相位延迟加上第一补偿区域的第一补偿相位延迟等于第二偏光区域的第二相位延迟加上第二补偿区域的第二补偿相位延迟。
16.如权利要求15所述之方法，其特征在于，光学量测所述样品的偏光区域包括：
通过雷射光源发射第一光束至分光镜；
从分光镜分光出第二光束，并通过第一光侦测器直接接收所述第二光束；
从分光镜分光出第三光束穿透所述样品之偏光区域的其中一者，并通过第二光侦测器接收穿透偏光区域之该者的第三光束；以及
通过运算器比对所述第二光束与第三光束之间的相位差。
17.如权利要求15所述之方法，其特征在于，光学量测所述液晶补偿膜包括：
通过雷射光源发射光束穿透所述液晶层之补偿区域的其中一者；
通过光侦测器接收穿过补偿区域之相应该者的光束；以及
旋转所述液晶补偿膜，致使光束入射补偿区域之相应该者的角度改变。
18.如权利要求15所述之方法，其特征在于，依据量测之所述样品的相位延迟执行所述液晶层的所述模拟包括：
计算所述液晶层的液晶在复数个预倾角下的复数个模拟相位延迟。
19.如权利要求15所述之方法，其特征在于，所述液晶补偿膜的所述液晶层进一步包括配向膜，当通过电源电控所述液晶层，所述液晶层内部的复数个液晶跟随配向膜排列。
20.如权利要求15所述之方法，其特征在于，在光学量测所述液晶补偿膜之前组装所述液晶补偿膜至所述样品。
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