CN104375229A - 相位差膜的制造方法 - Google Patents

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洪维泽
邱大任
吴昱寯
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Abstract

本发明提供一种相位差膜的制造方法，包含：提供微结构基材，具有多条凸出部分以及多条凹入部分彼此交错排列；形成光配向层于该微结构基材上；以及以偏极紫外光由该微结构基材上照射该光配向层，其中，该偏极紫外光与该微结构基材的正向夹有扩散角度实质上介于20°～60°，以均匀照射该光配向层并使该光配向层形成均一的配向角。

Description

相位差膜的制造方法
技术领域
本发明是关于一种薄膜的制造方法，且特别是有关于一种3D相位差膜的制造方法。
背景技术
近年来由于显示技术的蓬勃发展，对于立体(3D)影像显示技术的需求成为目前相当热门的课题之一，所谓立体影像显示技术，是根据人眼的视觉特性，当左眼与右眼分别观看相同的影像内容但具有不同相位差的二影像时，人眼会观察到立体影像。从而3D相位差膜的制造即成为当今显示工业技术开发的重点之一。
在制作3D相位差膜的方法上，目前已知技术已揭示像是“多次磨擦配向法”、“液晶ISO相制作法”以及“机械加工法”等不同方式。所谓“多次磨擦配向法”是利用在配向膜上所形成的掩膜，以光刻蚀刻方式将掩膜图案化后，将未覆盖掩膜的部分区域配向膜磨擦配向，之后去除掩膜，再次以另一掩膜搭配光刻蚀刻方式，将前一掩膜所覆盖，尚未配向的另一部分区域配向膜磨擦配向，藉以形成两种不同的配向角的配向膜区域，而两种不同的配向角可使穿透光具有波程差，即完成3D相位差膜的制作。然而“多次磨擦配向法”的制程繁复，在量产上仍有疑虑；美国专利US5926241提出“液晶ISO相制作法”，则是先于基板涂布液晶层，将液晶层加热至无相位差的ISO相，利用紫外光搭配光掩模使部分区域的液晶层固化，再降温使先前未固化的另一部分液晶层排列，再次以紫外光搭配光掩模使该区域的液晶层固化，形成两种不同相位差的液晶相，即可使穿透光具有波程差，完成3D相位差膜的制作。然而“液晶ISO相制作法”因为液晶层的两区域是分别在两种温度下固化，在两者交界处容易产生液晶分子排列紊乱而漏光，所以具有显示品质下降的问题；日本专利JP2001-100150提出的“机械加工法”则提出将现有的液晶相位差膜贴附于硬质基板上，利用刀具切割刮除部分区域，使未刮除与已刮除两区域之间具有相位差值，以达到3D相位差膜的效果，然此方式却有刀具在反复操作下容易变形，从而造成良率下降的问题，亦不利于量产。综上所述，一种简便、利于量产且具有良好显示品质的3D相位差膜的制造方法，仍是当今显示工业技术亟需开发的重点方向。
发明内容
本发明提供一种3D相位差膜的制造方法，其步骤简便而有利于量产，同时亦能避免前述漏光疑虑，具有良好的显示品质。
本发明的一个方面是提出一种相位差膜的制造方法，包含提供微结构基材，微结构基材具有多条凸出部分以及多条凹入部分彼此交错排列；形成光配向层于微结构基材上；以及以偏极紫外光由微结构基材上方照射光配向层，其中，偏极紫外光与微结构基材的正向夹有扩散角度实质上介于20°～60°，以均匀照射光配向层并使光配向层均匀地形成配向角。
在本发明的一实施方式中，上述偏极紫外光是以紫外线面光源搭配凹透镜或扩散板散射形成。
在本发明的一实施方式中，上述形成光配向层的方式是将光配向树脂以旋转涂布、线棒涂布、浸沾式涂布、狭缝式涂布或卷对卷涂布方式，涂布于规则性微结构上。
在本发明的一实施方式中，上述光配向树脂为光致交联型(photo-inducedcross-linking)树脂、光致异构型(Photo-Isomerization)树脂、光致裂解型(Photo-Decomposition)树脂、或上述树脂的混合树脂。
在本发明的一实施方式中，上述光致交联型树脂包含肉桂酸酯基(cinnamate)、香豆素酯基(coumarin)、苯基苯乙烯酮基(chalcone)、马来酰亚胺基(maleimide)、喹啉酮基(quinoline)、双苯亚甲基(bis(benzylidene))、或上述这些不饱和双键基团的组合。
在本发明的一实施方式中，上述以偏极紫外光由微结构基材上方照射光配向层的步骤中，照射剂量是5～180mJ/cm2。
在本发明的一实施方式中，上述凸出部分与凹入部分的高度差是1～3微米。
在本发明的一实施方式中，上述凸出部分的宽度与上述高度差的比值是60～600。
在本发明的一实施方式中，进一步包含形成液晶层于光配向层上。
本发明的相位差膜的制造方法是利用具有交错排列的多条凸出部分以及多条凹入部分的微结构，致使凸出部分上方液晶层与凹入部分上方液晶层的厚度不同，因此通过凸出部分上方液晶层的显示影像光线与通过凹入部分上方液晶层的显示影像光线，两者经过液晶层受到影响的程度即不同，从而顺利制造出提供左右眼具有相位差的相同影像。因此，与现有技术相比较，本发明相位差膜的制造方法仅须单步骤配向制程即可，不仅避免了已知技术中制程繁复不适合量产，且更因其简便的制程而能具有更高的良率。
附图说明
本发明的上述和其他方面、特征及其他优点参照说明书内容并配合附图得到更清楚的了解，其中：
图1绘示根据本发明一实施方式的相位差膜于第一步骤中的局部上视图；
图2绘示图1中沿线段2的剖面图；
图3绘示本发明一实施方式的相位差膜于第二步骤中的局部剖面图；
图4绘示本发明一实施方式的相位差膜于第三步骤中的局部剖面图；
图5绘示本发明一实施方式的相位差膜进行第三步骤后的局部上视图；
图6绘示本发明一实施方式的相位差膜的局部剖面图；
图7显示本发明比较例1-2与实施例1-4的相位差膜显示照片；
其中，符号说明：
100：相位差膜      106：偏极紫外光
102：微结构基材    108：液晶层
102a：凸出部分     110：显示影像光线
102b：凹入部分     112：显示影像光线
104：光配向层。
具体实施方式
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施态样与具体实施方式提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施方式的唯一形式。以下所揭露的各实施方式，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施方式中附加其他的实施方式，而毋须进一步的记载或说明。在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施方式。然而，可在无所述特定细节的情况下实践本发明的实施方式。
请先参照图1以及图2，图1绘示本发明一实施方式的相位差膜100于第一步骤中的局部上视图，图2绘示图1中沿线段2的剖面图。在本发明相位差膜的制造方法中，首先提供微结构基材102，微结构基材102具有多条凸出部分102a以及多条凹入部分102b彼此交错排列。如图1以及图2所示，多条凸出部分102a与多条凹入部分102b交错排列构成具有周期性高低图案的微结构基材102。微结构基材102作为本发明3D相位差膜的一部分，故具备光可穿透性即可。微结构基材102例如可以是完全透明、半透明、无色或有色，可视不同需求作适当的选择。微结构基材102的材质例如可以是玻璃、三乙酸酯纤维素(TAC)、聚对苯二甲酸乙二醇(PET)、二乙酰基纤维素、乙酸酯丁酸酯纤维素、聚醚砜、丙烯酸系树脂、聚尿烷系树脂、聚酯、聚碳酸酯、聚砜、聚醚、三甲基戊烯、聚醚酮、(甲基)丙烯腈等，但不以此为限。微结构基材102所具有的周期性高低图案，即彼此交错排列的多条凸出部分102a与多条凹入部分102b，目的在于制造其穿透光的波程差，以分别提供左右眼具备不同波程，而具有相位差的相同影像，从而形成3D立体影像的视觉效果。举例言之，多条凸出部分102a穿透的光是提供右眼的影像，而由多条凹入部分102b穿透的光则是提供左眼的影像，反之亦可。至于由多条凸出部分102a穿透的光与由多条凹入部分102b穿透的光，两者之间具有波程差的原因于后述将详细说明之。在本发明的一实施方式中，凸出部分102a与凹入部分102b的高度差实质上是1～3微米。在本发明的另一实施方式中，凸出部分102a的宽度与上述高度差的比值是60～600。换言之，凸出部分102a的宽度例如可以是60～1800微米，而凹入部分102b的宽度例如可以与凸出部分102a的宽度相同，但不以此为限，即微结构基材102的结构可视需求作适度的调整变化，只要微结构基材102具备周期性的凸出部分102a与凹入部分102b，可制造其穿透光的波程差以分别提供左右眼不同相位的相同影像，可呈现3D立体影像的视觉效果即可。
图3绘示本发明一实施方式的相位差膜100于第二步骤中的局部剖面图。请参照图3，在提供微结构基材102后，接着形成光配向层104于微结构基材102上。所谓“光配向层”，是指被偏极化的紫外光以特定方向照射后，即可具有表面异向性，进而使其上方的液晶分子顺向排列产生特定配向的薄膜。形成光配向层104的方式可将光配向树脂以旋转涂布、线棒涂布、浸沾式涂布、狭缝式涂布或卷对卷涂布方式等薄膜制程方法，涂布于微结构基材102上。而光配向树脂的材料例如可选用具有“光致异构化(photo-isomerization)”、“光致交联(photo-crosslinking)”、或“光致裂解(photo-decomposition)”的反应性质的化学材料，换言之，光配向树脂包含光致交联型树脂、光致异构型树脂、光致裂解型树脂、或上述树脂的混合树脂。所谓“光致异构化”是指具有感光性高分子聚合物材料受到光激发而产生异构化反应，其感光部位通常是不饱和双键，而异构物组态通常分为Cis(或E)构型及Trans(或Z)构型，偏极化紫外光会使Cis构型转换为Trans构型，从而具有表面异向性(即具配向性)，光致异构型材料例如可以是偶氮(Azo Dyes)系化合物，但不以此为限；而“光致交联”是指侧链型高分子材料经偏极化紫外光照射，发生光诱导交联而产生配向性的情形，光致交联型材料例如可以是包含肉桂酸酯基(cinnamate)、香豆素酯基(coumarin)、苯基苯乙烯酮基(chalcone)、马来酰亚胺基(maleimide)、喹啉酮基(quinoline)、双苯亚甲基(bis(benzylidene))或上述不饱和双键基团的组合的材料，但亦不以此为限；“光致裂解”是指高分子本身不具有感光基团，而是利用较高能量的偏极化紫外光照射，使高分子键结产生非均向的断裂而具有配向性的情形，光致裂解材料例如可以是聚亚酰胺(Polyimide)、聚酰胺(Polyamide)、聚酯(Polyester)、聚氨酯(Polyurethane)或上述材料的组合，但不以此为限。如图3所示，光配向层104形成于微结构基材102上，覆盖微结构基材102所有凸出部分102a与凹入部分102b，意即光配向层104形成于所有凸出部分102a的表面、侧壁以及凹入部分102b的表面上。光配向层104例如可以是共形薄膜(conformal film)，即其于微结构基材102的凸出部分102a的表面、侧壁以及凹入部分102b的表面上的厚度均等，但不以此为限。此外，光配向层104的厚度例如可以是5～100纳米之间，可依材料特性在不影响其光穿透性，并具有液晶分子配向的功效下作适度调整。
图4绘示本发明一实施方式的相位差膜100于第三步骤中的局部剖面图，图5绘示本发明一实施方式的相位差膜100进行第三步骤后的局部上视图。请先参照图4，在微结构基材102上形成光配向层104后，接着以偏极紫外光106由微结构基材102上照射光配向层104，使光配向层104被偏极紫外光106照射，形成具有表面异向性的薄膜。值得注意的是，为使微结构基材102各处上方的光配向层104均能顺利反应形成统一的配向角α，偏极紫外光106与微结构基材102的正向夹有扩散角度θ，以均匀照射光配向层104并使光配向层104均匀地形成配向角α(如图5所示)，扩散角度θ实质上是20°～60°。明确言之，于上一步骤中形成光配向层104于微结构基材102的凸出部分102a的顶面和侧壁、以及凹入部分102b的表面上之后，在本步骤的偏极紫外光106照射反应时，以散射的偏极紫外光106照射前述各位置，使光配向层104各处(包含凸出部分102a的顶面、凹入部分102b的表面以及凸出部分102a的侧壁)均能充分受光并进行化学反应，形成如图5所示的统一的配向角α。使偏极紫外光106具有扩散角度θ的方式，例如可以是以偏极紫外线面光源，搭配凹透镜或扩散板形成扩散效果、或是采用非平行的偏极紫外线光源等，但不以所述方式为限。配向角α例如可以是0～180°，依照其搭配的液晶材料特性以及整体显示的需求而订。在本发明的一实施方式中，配向角α是45°。此外，为使光配向层104各处均能充分反应，偏极紫外光106的照射剂量亦应依照光配向层104所选用的材料特性作适度调整。在本发明的一实施方式，偏极紫外光106由微结构基材102上方照射光配向层104的步骤中，偏极紫外光106的照射剂量是5～180mJ/cm2。值得注意的是，本发明的相位差膜的制造方法中，微结构基材102上的光配向层104，以具有扩散角度θ大于20°的偏极紫外光106照射，即可使光配向层104各处(包含凸出部分102a的顶面、凹入部分102b的表面以及凸出部分102a的侧壁)充分反应并形成统一的配向角α。
图6绘示本发明一实施方式的相位差膜100的局部剖面图。请参照图6，在偏极紫外光106由微结构基材102上方照射光配向层104，使光配向层104反应配向后，接着形成液晶层108于光配向层104上。如图6所示，液晶层108的液晶分子会受到光配向层104配向的引导而规整排列。当显示影像由图6所示的相位差膜100下方进入并穿透时，通过凸出部分102a上方液晶层108的显示影像光线110与通过凹入部分102b上方液晶层108的显示影像光线112，两者经过液晶层108并受其影响的程度不同，此即造成了显示影像光线110和显示影像光线112两者之间具有相位差，而两者之间的相位差例如可以是1/2λ，但不以此为限。据此，显示影像光线110和显示影像光线112即可分别提供左右眼具有相位差的相同影像，呈现3D立体影像的视觉效果。
综上所述，本发明相位差膜的制造方法与已知技术中“多次磨擦配向法”、“液晶ISO相制作法”以及“机械加工法”完全不同。最主要的差别在于：上述各种已知技术在制造提供左右眼具有相位差的相同影像的原理均是以两种不同的配向方式形成，而本发明相位差膜则是统一的配向方向，利用具有交错排列的多条凸出部分102a以及多条凹入部分102b的微结构，致使凸出部分102a上方液晶层108与凹入部分102b上方液晶层108的厚度不同，因此通过凸出部分102a上方液晶层108的显示影像光线110与通过凹入部分102b上方液晶层108的显示影像光线112，两者经过液晶层108受到影响的程度即不同，从而顺利制造出提供左右眼具有相位差的相同影像。据此，本发明相位差膜的制造方法仅须单步骤配向制程即可，不仅避免了已知技术中制程繁复不适合量产，且更因其简便的制程而能具有更高的良率。
另一方面，本发明相位差膜的制造方法的单步配向制程虽较已知技术简便，尚需配合具有扩散角度θ的偏极紫外光106，方能使光配向层104各处均能充分反应形成配向，在不产生漏光情形的前提下，显示品质良好的立体影像。以下详述本发明各实施例与比较例的实验过程以及验证结果：
首先提供如前述图1、图2所示的微结构基材102，微结构基材102是将UV胶利用模具压印后，曝照于UV光下使其定型后脱模制成。
如前述图3所示，接着形成光配向层104于微结构基材102上，光配向层104的形成方式如下：将甲乙酮(methylethylketone)与环戊酮(cyclopentanone)以1：1的重量比配制成混合溶剂3.5g。再取光配向树脂(瑞士Rolic，型号ROP103，肉桂酸酯系，固含量10%)0.5g，加入前述的3.5g混合溶剂中，故在此4g的混合溶液中，光配向树脂的固含量已稀释至1.25%。将前述4g的光配向树脂混合溶液以旋转涂布法(转速3,000rpm，40秒)涂布于微结构基材102上，并将已涂布前述4g的光配向树脂混合溶液的微结构基材102，放入温度设定为100℃的烘箱内烘烤2分钟以去除溶剂，取出静置待其回复至室温，即形成光配向层104于微结构基材102上。
如前述图4和图5所示，以偏极紫外光106由微结构基材102上方照射光配向层104，其中所使用的偏极紫外光106的配向角度是45°，并分别以不同的扩散角度θ(θ为2°、8°、15°、22°、30°以及60°)照射微结构基材102上的光配向层104，使光配向层104中的光配向树脂反应产生配向效果，即制得本发明的比较例1-2以及实施例1-4的相位差膜。
最后如前述图6所示，制作液晶层108于比较例1-2以及实施例1-4的相位差膜上。制作液晶层108的方式是先取液晶固体2g(双折射率差为0.14)，加入环戊酮8g以得到固含量20%的液晶涂布液。将液晶涂布液分别以旋转涂布法(转速1,000rpm，20秒)涂布于上开以不同扩散角度θ(2°、8°、15°、22°、30°以及60°)所制得的比较例1-2、实施例1-4的相位差膜上。将已涂布液晶涂布液的比较例1-2、实施例1-4的相位差膜，放入温度设定为60℃的烘箱内烘烤5分钟以去除溶剂，取出静置待其回复至室温。最后将比较例1-2、实验例1-4的相位差膜上的液晶涂布液，以照射剂量120mJ/cm2的紫外光曝照固化。
以上各比较例1-2与各实施例1-4的实验结果如图7所示，并整理如下表1：
表1、
扩散角度θ 显示品质
实施例1 15° 正常，有轻微亮线
实施例2 22° 正常，无亮线
实施例3 30° 正常，无亮线
实施例4 60° 正常，无亮线
比较例1 8° 不佳，有明显漏光
比较例2 2° 不佳，有明显漏光
由图7所示的比较例1-2与实验例1-4的相位差膜显示照片可知，在偏极紫外光106的扩散角度θ小于10°时(即比较例1-2)，凸出部分与凹入部分交界处会呈现明显的漏光现象，这是因为在偏极紫外光106的扩散角度θ过小的情况下，光配向层104的侧壁部分会因照射不足无法充分反应形成特定配向，使位于凸出部分与凹入部分的交界处的液晶分子配向紊乱而形成明显的漏光；当偏极紫外光106的扩散角度θ增大而介于10°～20°时(即实验例1)，光配向层104的侧壁因照射量增加而形成部分的配向，使明显漏光现象改善转为轻微亮线；当偏极紫外光106的扩散角度θ增大至20°以上时(即实验例2-4)，此时光配向层104各处(包含凸出部分102a的顶面、凹入部分102b的表面以及凸出部分102a的侧壁)均能充分反应形成统一的配向角，据此，凸出部分与凹入部分的交界处的液晶分子亦能充分配向，消弥了此处易产生的漏光问题。
最后要强调的是，本发明所揭示的相位差膜的制造方法与已知技术完全不同，运用具有扩散角度的偏极紫外光，在单一步骤中即产生统一的配向角完成配向，不仅省去了已知技术中分次配向的繁复制程，更能因其简便的制程而具有更高的良率。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种相位差膜的制造方法，包含：
提供微结构基材，所述微结构基材具有多条凸出部分以及多条凹入部分彼此交错排列；
形成光配向层于所述微结构基材上；以及
以偏极紫外光由所述微结构基材上方照射所述光配向层，
其中，所述偏极紫外光与所述微结构基材的正向夹有扩散角度实质上介于20°～60°，以均匀照射所述光配向层并使所述光配向层形成均一的配向角。
2.如权利要求1所述的相位差膜的制造方法，其中所述偏极紫外光是以紫外线面光源搭配凹透镜或扩散板散射形成。
3.如权利要求1所述的相位差膜的制造方法，其中，形成光配向层的方式是将光配向树脂以旋转涂布、线棒涂布、浸沾式涂布、狭缝式涂布或卷对卷涂布方式，涂布于所述微结构基材上。
4.如权利要求3所述的相位差膜的制造方法，所述光配向树脂为光致交联型树脂、光致异构型树脂、光致裂解型树脂、或上述树脂的混合树脂。
5.如权利要求4所述的相位差膜的制造方法，其中上述光致交联型树脂包含肉桂酸酯基、香豆素酯基、苯基苯乙烯酮基、马来酰亚胺基、喹啉酮基、双苯亚甲基、或上述不饱和双键基团的组合。
6.如权利要求1所述的相位差膜的制造方法，其中以偏极紫外光由所述微结构基材上方照射所述光配向层的步骤中，照射剂量是5～180mJ/cm2。
7.如权利要求1所述的相位差膜的制造方法，其中所述凸出部分与所述凹入部分的高度差是1～3微米。
8.如权利要求7所述的相位差膜的制造方法，其中所述凸出部分的宽度与所述高度差的比值是60～600。
9.如权利要求1所述的相位差膜的制造方法，进一步包含：
形成液晶层于所述光配向层上。
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