CN102272658B - 立体图像显示装置用滤光片的制备方法 - Google Patents

立体图像显示装置用滤光片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种立体图像显示装置用滤光片的制备方法，该方法包括，通过单次连续光取向法在微小区域中形成具有不同取向的定向层。所述方法包括以下步骤：在一种基片上形成聚合物层的步骤；形成定向层的光取向步骤，包括在所述聚合物层上放置图案化掩膜，该图案化掩膜具有在上下和左右方向交替的透光区域和遮光区域，以选择性地透过不同的偏振光，在所述图案化掩膜之上放置偏光片，所述偏光片具有两个可区别的区域，可透过彼此不同的偏振光，从所述偏光片上部向所述聚合物层照射紫外线，从而形成在所述聚合物层的微小区域具有不同取向的定向层；和在所述定向层上形成延迟层的步骤。本发明的方法使用一张图案掩膜和通过单次连续光照射法在所述聚合物层的微小区域中提供了不同的取向，从而简化了在聚合物层的微小区域形成具有不同光取向的定向层的方法。由此，可提高制备立体图像显示装置用滤光片的产率和生产力。

Description

立体图像显示装置用滤光片的制备方法
技术领域
本发明涉及一种立体图像显示装置用滤光片的制备方法，更具体而言，涉及一种通过单次光取向法形成在微小区域具有不同取向的定向层的立体图像显示装置用滤光片的制备方法。
背景技术
三维立体图像显示技术为显示3D图像——如同物体实际存在于3D空间中一样——的技术。3D图像显示技术，作为改进平面视觉信息水平的新概念的具有真实感的图像显示技术，预计会成为主导下一代显示装置的主力军。
通过对左右眼感知的物体的相互不同的左、右侧图像在大脑中进行合成的过程而实现3D效果。即，由于人眼分开的间距约为65mm，因此它们在两个略有不同的方向看图像。此时，通过双眼视差而实现3D效果。
为利用这样的效果来显示3D图像，3D图像显示装置使用一种显示立体图像(3D图像)——分别由左右两眼看到的略有不同的图像——的方法。所述立体图像可由使用眼镜的方法和不使用眼镜的方法显示。不戴眼镜观看3D图像的方法包括视差屏障法(parallaxbarrier method)和双凸透镜法(lenticular lens method)。所述视差屏障法通过具有一种结构——其中屏障规则地贴附于显示板的前面或后面——的光屏蔽层产生双眼视差。所述双凸透镜法通过使用小而规则的称为双凸透镜的半圆柱透镜(Lenticular Lens)产生双眼视差。所述两种方法的优点在于，不需要戴眼镜；但是，它们的缺点为，获得3D效果的有效视角明显较窄，仅允许一个人观看3D图像，或者难以将2D图像转化为3D图像。
戴眼镜观看3D图像的方法可大致分为快门眼镜法(shutterglasses method)和偏光眼镜法(polarized glasses method)。快门眼镜法以使屏幕上显示的左眼图像和右眼图像通过快门眼镜交替地传送到每一只眼。通过所述快门眼镜，观察者能够分别分离辨识屏幕上交替显示的左眼图像和右眼图像，并且在脑中对这两个不同的图像进行合成处理之后，得到3D效果。但是，使用快门眼镜法的3D显示装置的缺点在于，快门眼镜的使用增加了产品的价格，并使观察者直接曝光于由快门眼镜的驱动而产生的电磁波。
作为另一种戴眼镜观看3D图像的方法的偏光眼镜法是在图像显示装置上安装图案化的偏光片。随着具有不同偏光特征的左眼图像和右眼图像通过偏振眼镜进行传送，使观察者体验到3D效果。所述偏光眼镜法的缺点为，观察者必须戴偏振眼镜，而其优点为，视角的局限性小，且其制备容易。
使用偏光眼镜法的3D图像显示装置在其屏幕显示单元的前面，还可包括一个光学膜(滤光片)。作为现有的偏光眼镜法的3D显示装置中使用的光学膜——其中右眼图像显示单元和左眼图像显示单元彼此平行地交替排列的光学膜，如美国专利No.5,327,285所公开的那样，通过如下方法制备：在偏光膜——其中层压有一种三乙酰纤维素(TAC，tri acetyl cellulose)膜和一种碘化的拉伸的聚乙烯醇(PVA，poly vinyl alcohol)膜——上涂以光致抗蚀剂、使预定的部分曝光，之后通过用氢氧化钾溶液处理该曝光的部分以除去预定部分的相差延迟。同时，韩国专利申请No.2000-87186公开了一种制备3D图像显示装置的方法。根据该专利申请，对一种透明基片涂以一种相延迟材料，随后通过掩膜使相延迟材料部分地曝光，从而得到一种滤光片(光学膜)，该膜具有手性特征发生改变的部分和最初的手性特征保持不变的部分，这两部分交替排列。
但是，美国专利No.5,327,285中公开的制备方法存在的问题为，其由于化学蚀刻而需要一个复杂的制备步骤，具有高的制备成本，并具有低的生产率。韩国专利申请No.2000-0087186中公开的偏振片制备方法存在的问题为，通过使用光强度来控制延迟材料的手性特征实际上有些困难，导致较低的产率和随温度的不稳定性。
因此，需要一种具有极好的处理效率和生产率的可制备3D图像显示装置用滤光片的方法。
发明内容
本发明是为了解决所述现有的技术问题而提出的，提供一种制备立体图像显示装置用滤光片的方法，该方法能够通过简化其制备工序而改进生产率和工序效率。
本发明的一个方面还提供一种制备立体图像显示装置用滤光片的方法，该方法通过单次连续光取向法形成一个在微小区域具有不同取向的定向层。
因此，本发明提供一种制备立体图像显示装置用滤光片的方法，该方法包括：在一种基片上形成聚合物层的步骤；形成定向层的光取向步骤，包括在所述聚合物层上放置图案化掩膜，该图案化掩膜具有在左右和上下方向均交替的透光区域和遮光区域，以选择性地透过不同的偏振光，在所述图案化掩膜之上放置偏光片，所述偏光片具有两个可区别的区域，可透过彼此不同的偏振光，从所述偏光片上部向所述聚合物层照射紫外线，从而形成在所述聚合物层的微小区域具有不同取向的定向层；和在所述定向层上形成延迟层的步骤。
效果
在制备3D图像显示装置用滤光片的方法中，使用图案化掩膜——其中透光区域和遮光区域在上下方向和左右方向均交替地交错，以使不同的偏振光选择性地透过，而且还使用偏光片——具有两个可区别的区域，彼此可透过不同的偏振光。因此，聚合物层的微小区域通过一次连续光照射的连续光取向法沿不同取向交替排列。因此，得到具有不同取向的微小区域交替并连续地形成的定向层。由于所述定向层是通过单次连续光取向法形成的，因此，与常规技术相比，简化了所述光取向法和滤光片制备法。由此，提高了制备3D图像显示装置用滤光片的产率和生产力。
附图说明
图1所示为本发明制备滤光片方法中的光取向步骤的图；
图2所示为本发明制备滤光片方法中的光取向步骤中可用的具有二阶段图案的图案化掩膜的一个实施方案的图；
图3所示为本发明制备滤光片方法中的光取向操作中可用的具有一阶段图案的图案化掩膜的一个实施方案的图；和
图4所示为同时使用两张具有图3的一阶段图案的图案化掩膜的图。
具体实施方式
本发明的一个实施方案提供了一种制备用在使用偏光眼镜法的立体图像显示装置中的滤光片的方法，该方法与常规技术相比，具有更简便的工序和更高的工序效率。通过单次连续光照射工序在聚合物层的微小区域赋予相互不同的取向。
在本发明实施方案的一个方法中，在一种基片上形成一个聚合物层，并通过单次连续光取向工序根据聚合物层的区域照射不同偏振的光，从而根据聚合物层的微小区域赋予不同的取向。然后，通过在根据所述区域而具有不同取向的聚合物层(定向层)上形成相延迟层(液晶层)来制备滤光片。图1示例了一种根据本发明制备滤光片的方法，具体地，一种形成根据所述聚合物层的微小区域而具有不同取向的聚合物定向层的步骤。
用于聚合物定向层的基片可包括，但不限于，本发明所属领域中常用的任何基片。例如所述基片可包括三乙酰纤维素基片、聚(对苯二甲酸乙二酯)基片、聚(甲基丙烯酸甲酯)基片、聚碳酸酯基片、聚乙烯基片、环烯烃聚合物基片例如降冰片烯衍生物、聚(乙烯醇)基片、二乙酰纤维素基片或玻璃基片。
如图1所示，在基片1上形成聚合物层2。所述聚合物层2为一种聚合物树脂，其取向通过光照射而确定。所述聚合物层2可由形成聚合物定向层中常用的任何树脂形成。所述聚合物层可由选自以下的至少一种聚合物树脂构成：聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚酰胺酸和聚肉桂酸酯。但是，本发明不限于此。
定向层通过向所述形成的聚合物层2照射偏振光赋予取向而形成。立体图像显示装置用滤光片必须以根据聚合物层的预定区域而具有不同的取向的方式赋予取向，以投影具有不同偏振特征的图像。因此，在本发明的方法中形成根据区域而具有不同取向的定向层的光取向步骤时，使用具有图案的掩膜，以使根据所述聚合物层的区域相互不同的偏振光可选择性地透过。具体地，图案化的掩膜具有在左右方向和上下方向彼此交替的透光区域和遮光区域，从而可选择性地透过不同的偏振光。根据掩膜上形成的图案，可使用一张或两张以上图案化掩膜。
图2所示为可在本发明方法中使用的图案化掩膜的例子。
图2的图案化掩膜包括：一阶段图案，该图案含有在左右方向彼此交替的透光区域和遮光区域；二阶段图案，该图案的透光区域和遮光区域与一阶段图案的透光区域和遮光区域在上下方向交替，从而使二阶段图案的遮光区域位于一阶段图案的透光区域之下，并使二阶段图案的透光区域位于一阶段图案的遮光区域之下。如图2所示的图案化掩膜，使用一张透光区域和遮光区域在左右方向和上下方向均交替形成的图案化掩膜。因此，如图1中所示，形成在聚合物层的微小区域具有不同取向的定向层。如果需要，可使用两张以上图2中所示图案化掩膜。
此外，如图3所示，同时使用两张具有透光区域和遮光区域左右交替形成的一阶段图案的图案化掩膜，以使能够形成如图2所示的掩膜图案。以该方式，可形成在聚合物层的微小区域具有不同取向的定向层。图4说明同时使用两张图3所示的图案化掩膜来进行排列的情况。即，如图4所示，图3的图案化掩膜的使用方式可为，透光区域和遮光区域在上下方向交替。如果需要，可使用3张以上图3所示的图案化掩膜。
尽管不限于此，但例如如图1所示，将两张具有图2的图案的图案化掩膜3或具有图3的图案的图案化掩膜3以图4形状那样放置在聚合物层2上，然后将具有两个区域——各自透过不同的偏振光——的UV偏光片4放置于与膜的运动方向平行的图案化掩膜3之上。然后，将聚合物层沿图1中膜的运动方向移送，自UV偏光片4的上面穿过该UV偏光片和所述图案化掩膜3向聚合物层2照射UV光。由此，使不同偏振的紫外线选择性地照射到聚合物层的第一区域和第二区域。从而，得到一个定向层，其中交替地形成具有不同取向的预定区域。更具体地，如图1所示，得到如下的定向层：第一区域和第二区域——其中聚合物沿不同取向排列——沿纵向交替地形成。
然后在所述定向层上形成延迟层。相延迟层可通过涂覆可光交联的液晶——更具体地，向列液晶——并使之交联而形成。所述向列液晶是一种可聚合并具有反应性的液晶聚合物。所述向列液晶与相邻液晶单体通过光而聚合，从而形成液晶聚合物。所述向列液晶可包括本发明所属领域中通常已知为用于形成延迟层的材料的任何类型的向列液晶。可使用一种以上具有可通过光反应而聚合的丙烯酸酯基团的材料。所述具有丙烯酸酯基团的液晶材料的实例可包括在室温或高温下具有向列相的低分子量液晶，例如氰基联苯基(cyano biphenyl)丙烯酸酯、氰基苯基环己烷(cyano phenyl cyclohexane)丙烯酸酯、氰基苯基酯(cyano phenyl ester)丙烯酸酯、苯甲酸苯基酯丙烯酸酯、苯基嘧啶丙烯酸酯，及其混合物。
将所述可光交联的液晶以各向同性材料状态涂于定向层上，然后通过在干燥和固化等过程中聚合而相变为液晶。由此，所述可光交联的液晶可沿特定方向(UV偏振方向中的吸收轴方向)排列并且其取向被固定。即，在如上所述那样以微小区域具有不同取向的定向层上按区域不同地排列具有光学各向异性的向列液晶的光轴；并且已穿过微小区域的光的偏振方向被不同地控制。此外，在后续工序中，即使在延迟层上层积其他层，液晶的取向也不会变化。
在形成所述延迟层时，对可光交联的液晶的涂层厚度进行调节，使所述延迟层具有合适的相延迟值。同时，为转化为线性偏振光，可形成具有1/2波长的相差值的延迟层，或为转化为圆形偏振光，可形成具有1/4波长的延迟值的延迟层。
在使用偏光眼镜法的立体显示装置技术中，可将由根据本发明的方法制备的滤光片用于偏光眼镜法的立体显示装置。
在由根据本发明制备滤光片的方法中，除形成所述定向层——其中具有不同取向的微小区域(具体地，第一区域和第二区域)通过使用特定掩膜和具有彼此透过不同的偏振光的两个区域的偏光片交替形成——之外，所述基片、聚合物层、液晶种类，用于形成聚合物层和延迟层的材料、其形成方法，及聚合物层和延迟层的厚度等，均为本发明所属领域中常用的，并可选择性地应用以显示所需的光学特性，但本发明不限于此。
下文，将对本发明的实施方案进行描述。下述实施例为一个示例性实施例，其助于理解本发明，但本发明不限于此。
如图1所示，在厚度为80μm的三乙酰纤维素基片1上形成干厚度为的聚肉桂酸酯的聚合物层2。
所述聚肉桂酸酯的聚合物层2通过以下过程形成：通过使用辊涂法在所述厚度为80μm的三乙酰纤维素基片1上涂以用于形成聚合物层的溶液，以使涂层在干燥之后具有的厚度；并通过在烘箱中于80℃加热2分钟除去该涂层内部的溶剂。此处，对于形成所述聚合物层的溶液，使用如下所制备的溶液：将含有肉桂酸酯基团的聚降冰片烯(重均分子量(Mw)＝150,000)——由以下化学式1表示——和丙烯酸酯单体及光引发剂(Igacure 907)的混合物进行混合，并将该混合物溶于环己酮溶剂中以使聚降冰片烯的固体含量变为2重量％。此外，聚降冰片烯∶丙烯酸酯单体∶光引发剂的重量比为2∶1∶0.25。对于溶剂，也可使用环戊酮来代替环己酮。
然后，在所述聚肉桂酸酯的聚合物层2上放置图案化掩膜3(100mmx100mm)，所述图案化掩膜3具有如图2所示的图案，其中透光区域的宽度为500μm，且透光区域和遮光区域在左右方向和上下方向彼此交替。
在所述图案化掩膜3中，透光区域的宽度应与待使用所制备滤光片的显示装置中的像素间距相匹配。例如，对于监测器，透光区域的宽度可为约300μm的间距，对于TV，可为约450μm的间距，但不限于此。在掩膜图案中，对透光区域的长度无特别限制。在考虑取向所需光量和便于光取向的基础上，本领域技术人员可适当调节透光区域的长度。
然后，如图1所示，将具有两个区域——各自透过不同的偏振光——的UV偏光片4放置于与膜的运动方向平行的所述图案化掩膜3之上。其后，用具有300mW/cm2强度的紫外线从所述UV偏光片4的上面向基片连续照射30秒，同时以3m/min的速度沿图1中膜的运动方向移动基片，从而得到所述定向层，其中第一取向区域和第二取向区域——具有在聚肉桂酸酯聚合物层2的预定区域中沿不同方向排列的聚合物——沿所述聚合物层的长度方向交替形成。
将作为液晶材料的商购于BASF Company的LC242TM涂覆于所述定向层之上，使其具有约1μm的干厚度，并通过强度为300mW/cm2的UV光照射10秒，使该液晶固化，从而形成延迟层。作为液晶材料也可使用基于Reactive Mesogen(RM)的材料。由于在所述定向层——其中聚合物随微小区域沿不同取向排列——上形成了延迟层，因此光学各向异性材料的光轴随微小区域而不同地被排列。结果，得到3D图像显示装置用滤光片。
根据本发明的方法，当光穿过滤光片——其中液晶的光轴随微小区域而被不同地排列固定——时，光偏振方向随滤光片的透过区域而被不同地控制。因此，通过这样的偏振滤光片发出的具有不同偏振特征的左眼图像和右眼图像通过偏振眼镜进行投影，因此观察者通过偏光眼镜法识别出3D效果。

Claims (5)

1.一种立体图像显示装置用滤光片的制备方法，该方法包括：
在一种基片上形成聚合物层的步骤；
形成定向层的光取向步骤：在所述聚合物层之上放置图案化掩膜，在所述图案化掩膜之上放置偏光片，从所述偏光片上部向所述聚合物层照射紫外线，从而形成在所述聚合物层的微小区域具有不同取向的定向层；和
在所述定向层上形成延迟层的步骤；
其中在图案化掩膜中形成一阶段图案和二阶段图案，所述一阶段图案具有在左右方向交替的至少一个透光区域和至少一个遮光区域，所述二阶段图案具有在左右方向交替的至少一个透光区域和至少一个遮光区域；
其中所述一阶段图案的透光区域和遮光区域以及所述二阶段图案的透光区域和遮光区域在与左右方向垂直的方向相互交替，从而使二阶段图案的遮光区域位于一阶段图案的透光区域之下，并使二阶段图案的透光区域位于一阶段图案的遮光区域之下；
所述偏光片具有两个可区别的区域，其中每个均可彼此透过不同的偏振光；
其中在紫外线照射聚合物层期间放置所述图案化掩膜和所述偏光片以使得通过偏光片一个区域的偏振光仅通过一阶段图案的透光区域并随后向聚合物层照射，并且通过偏光片其它区域的偏振光仅通过二阶段图案的透光区并随后向聚合物层照射。
2.权利要求1的方法，其中同时使用两张具有在左右方向交替的透光区域和遮光区域的一阶段图案的图案化掩膜，对所述两张图案化掩膜进行定位，使得第一张图案化掩膜和第二张图案化掩膜的透光区域和遮光区域在左右方向和与左右方向垂直的方向均进行交替。
3.权利要求1的方法，其中所述聚合物层包含聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚酰胺酸和聚肉桂酸酯中的至少一种。
4.权利要求1的方法，其中所述延迟层由向列液晶形成。
5.权利要求1的方法，其中所述延迟层形成为具有1/2波长或1/4波长的相延迟值。
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