TWI442147B - 立體光學元件及其製作方法 - Google Patents

Description

立體光學元件及其製作方法

本發明係關於一種立體光學元件及其製作方法，尤指一種具有在不同區域對於液晶分子具有相同的快軸與慢軸配向方向，但具有不同預傾效果之配向膜之立體光學元件，以及一種不需利用圖案化遮罩使配向膜在不同區域對於液晶分子產生不同預傾效果之製作立體光學元件之方法。

立體顯示技術主要的原理係使觀看者之左眼與右眼分別接收到不同的影像，而左眼與右眼接收到的影像會經由大腦分析並重疊而使觀看者感知到影像畫面的層次感及深度，進而產生立體感。

請參考第1圖。第1圖繪示了習知立體光學元件之示意圖。如第1圖所示，習知立體光學元件10包括基板12、配向膜14設置於基板12上、四分之一波長相位延遲膜16設置於配向膜14上，以及圖案化相位延遲膜18設置於相位延遲膜16上。四分之一波長相位延遲膜16與圖案化相位延遲膜18均分別為一液晶層，且圖案化相位延遲膜18包括複數個交替排列的第一區域181與第二區域182，其中第一區域181具有二分之一波長延遲效果，而第二區域182則不具有相位延遲效果。

立體光學元件10係設置於顯示面板，例如液晶顯示面板20之顯示面上，藉此由液晶顯示面板20之上偏光板22射出之線偏振光在通過立體光學元件10之後，穿過圖案化相位延遲膜18之第一區域181與第二區域182的光線會成為不同的圓偏振光，例如分別為左圓偏振光與右圓偏振光，而藉此配戴偏光眼鏡的使用者之左眼與右眼可觀看到不同的畫面，而產生立體感。

然而，由於習知立體光學元件10必須使用四分之一波長相位延遲膜16與圖案化相位延遲膜18兩層相位延遲膜，因此不僅造成立體光學元件10的厚度增加，且具有較高的成本與較差的光學特性，此外，圖案化相位延遲膜18必須利用遮罩定義其圖案，因此更增加了製程的複雜性及成本。

本發明之目的之一在於提供一種立體光學元件及其製作方法，以增加立體光學元件之光學特性，並減少立體光學元件之成本及製程複雜性。

本發明之一較佳實施例提供一種立體光學元件，其包括基板、配向膜以及液晶層。配向膜係設置於基板上，且配向膜包括至少一第一區域與至少一第二區域，其中配向膜之第一區域具有第一預傾效果，且配向膜之第二區域具有不同於第一預傾效果之第二預傾效果。液晶層係設置於配向膜上，且液晶層包括複數個第一液晶分子與複數個第二液晶分子。第一液晶分子係對應於配向膜之第一區域並具有第一預傾角，第二液晶分子係對應於配向膜之第二區域並具有不同於第一預傾角之第二預傾角。此外，第一液晶分子之快軸與第二液晶分子之快軸係朝向相同之方向，且第一液晶分子之慢軸與第二液晶分子之慢軸係朝向相同之方向。

本發明之另一較佳實施例提供一種製作立體光學元件之方法，包括下列步驟。提供一基板。於基板上形成配向膜，並使配向膜之第一區域具有第一預傾效果，以及使配向膜之第二區域具有不同於第一預傾效果之第二預傾效果。於配向膜上形成一液晶層，且液晶層包括複數個第一液晶分子與複數個第二液晶分子。第一液晶分子係對應於配向膜之第一區域並具有第一預傾角，第二液晶分子係對應於配向膜之第二區域並具有不同於第一預傾角之第二預傾角。此外，第一液晶分子之快軸與第二液晶分子之快軸係朝向相同之方向，且第一液晶分子之慢軸與第二液晶分子之慢軸係朝向相同之方向。

本發明之立體光學元件僅需利用單一液晶層即可實現出圖案化相位延遲膜，因此可減少成本與製程複雜度，並可提升立體光學元件的光學特性。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第2圖與第3圖。第2圖繪示了本發明之一較佳實施例之立體光學元件之剖面示意圖，而第3圖繪示了本發明之一較佳實施例之立體光學元件之上視示意圖。如第2圖與第3圖所示，本實施例之立體光學元件30包括基板32(第3圖未示)、配向膜34設置於基板32上，以及一液晶層36設置於配向膜34上。基板32可為軟性基板例如塑膠基板，或硬性基板例如玻璃基板，但不以此為限。配向膜34包括至少一第一區域341與至少一第二區域342，其中配向膜34之第一區域341具有第一預傾效果，且配向膜34之第二區域342具有不同於第一預傾效果之第二預傾效果。液晶層36包括複數個第一液晶分子361與複數個第二液晶分子362，其中第一液晶分子361係對應於配向膜34之第一區域341，而第二液晶分子362係對應於配向膜34之第二區域342。本實施例之配向膜34對第一液晶分子361與第二液晶分子362大體上具有相同的快軸/慢軸，可使第一液晶分子361與第二液晶分子362之快軸/慢軸朝向同一方向配向。也就是說，由於液晶分子的快軸與慢軸相互垂直，因此第一液晶分子361的快軸F1與第二液晶分子362之快軸F2大體上朝向同一方向，以及第一液晶分子361的慢軸S1與第二液晶分子362之慢軸S2大體上朝向同一方向(如第3圖所示)。僅管配向膜34對第一液晶分子361與第二液晶分子362具有相同方向快軸/慢軸的配向效果，但對於第一液晶分子361與第二液晶分子362卻具有不同的預傾效果。配向膜34之第一區域341與第二區域342可由相同材質所構成，亦或由不同材質所構成。由於配向膜34之第一區域341具有第一預傾效果，因此會使對應於第一區域341的第一液晶分子361具有第一預傾角，且由於配向膜34之第二區域342具有第二預傾效果，因此會使對應於第二區域342的第二液晶分子362具有一不同於第一預傾角之第二預傾角，如第2圖所示。在相同的液晶快軸/慢軸配向方向下，液晶分子的預傾角與其相位延遲效果具有特定的關係，也就是說，具有第一預傾角的第一液晶分子361會產生第一波長延遲效果，具有第二預傾角的第二液晶分子362會產生第二波長延遲效果，且由於第一預傾角不等於第二預傾角，因此第一波長延遲效果不等於第二波長延遲效果。

請參考第4圖。第4圖繪示了液晶分子之預傾角與相位延遲效果的關係圖。如第4圖所示，在相同的液晶的間隙與折射率異方性的條件下，液晶分子之預傾角與相位延遲效果大體上具有反向關係。舉例而言，當液晶分子的預傾角約為0度時，其具有約四分之三波長的相位延遲效果；當液晶分子的預傾角約為33度時，其具有約二分之一波長的相位延遲效果；當液晶分子的預傾角約為52度時，其具有約四分之一波長的相位延遲效果；當液晶分子的預傾角約為90度時，其不具相位延遲效果。

在第2圖與第3圖所示之實施例中，在相同的液晶快軸/慢軸配向方向下，第一液晶分子361的第一預傾角可設定為0度，因此第一液晶分子361之第一波長延遲效果為四分之三波長延遲效果，而第二液晶分子362的第二預傾角可設定為52度，因此第二液晶分子362之第二波長延遲效果為四分之一波長延遲效果，也就是說，通過第一液晶分子361的光線會產生四分之三波長的延遲，而通過第二液晶分子362的光線則會產生四分之一波長的延遲，雖然對應於第一區域341之第一液晶分子361和對應於第二區域342之第二液晶分子362具有不同的相位延遲量，但是第一液晶分子361與第二液晶分子362具有相同的快軸/慢軸配向方向，也就是說，本發明是在相同的液晶快軸/慢軸配向方向下，利用不同的預傾角方向來達成對應於兩不同區域(第一區域341/第二區域342)之液晶分子(第一液晶分子361/第二液晶分子362)具有不同相位延遲的量(數值)，例如在第一區域341具有正四分之三波長的延遲量(數值)，而在第二區域342具有正四分之一波長的延遲量(數值)。對應於第一區域341之第一液晶分子361之第一波長延遲效果與對應於第二區域342之第二液晶分子362之第二波長延遲效果並不以本實施例為限而可加以變更，舉例而言，在本發明之另一較佳實施例中，第一波長延遲效果可為二分之一波長延遲效果，且第二波長延遲效果可為零波長延遲效果，但是其對應於兩不同區域(第一區域341/第二區域342)之液晶分子(第一液晶分子361/第二液晶分子362)之液晶快軸/慢軸配向方向是相同的，所以相位延遲量(數值)前之正負號會相同，也就是說，本發明顯現出的兩不同相位延遲效果是指：具有不同的相位延遲量(數值)，但相同的正負號(例如兩者同為正號或兩者同為負號)，或是兩者其中之一為零。例如：第一波長延遲效果可為正二分之一波長延遲效果，且第二波長延遲效果可為零波長延遲效果；第一波長延遲效果可為正四分之一波長延遲效果，且第二波長延遲效果可為正四分之三波長延遲效果；或第一波長延遲效果可為負四分之一波長延遲效果，且第二波長延遲效果可為負四分之三波長延遲效果。值得說明的是第一波長延遲效果與第二波長延遲效果可視需要互換或是作調整，而不以上述實施方式為限。

如第2圖所示，本實施例之立體光學元件30可設置於一顯示面板，例如液晶顯示面板40上，藉此液晶顯示面板40可提供立體顯示效果。舉例而言，在第一波長延遲效果為正四分之三波長延遲效果，且第二波長延遲效果為正四分之一波長延遲效果的狀況下，液晶顯示面板40所射出之光線在通過上偏光板42會形成線偏振光，其中部分的線偏振光在通過立體光學元件30之第一液晶分子361後，會產生四分之三波長的延遲而形成例如左圓偏振光，而另一部分的線偏振光在通過立體光學元件30之第二液晶分子362後，會產生四分之一波長的延遲而形成例如一右圓偏振光，如此一來配戴圓偏光眼鏡的使用者之左眼與右眼可觀看到不同的畫面，而產生立體感。同理，在第一波長延遲效果為正二分之一波長延遲效果，且第二波長延遲效果為零波長延遲效果的狀況下，配戴線偏光眼鏡的使用者之左眼與右眼可觀看到不同的畫面，而產生立體感。值得注意的是，造成右圓偏振光之第一液晶分子361以及造成左圓偏振光之第二液晶分子362兩者之快軸/慢軸配向方向卻是相同的。

由上述可知，本發明之立體光學元件30僅具有一層相位延遲膜(液晶層36)，即可產生圖案化相位延遲效果，以提供液晶顯示面板40所需之立體顯示效果。

請參考第5圖至第7圖。第5圖至第7圖繪示了本發明一第一較佳實施例之製作立體光學元件之方法示意圖。如第5圖所示，首先，提供一基板32，並於基板32上形成配向膜34。配向膜34可利用例如塗佈方式形成，但不以此為限。如第6圖所示，接著使配向膜34之第一區域341具有第一預傾效果，以及使配向膜34之第二區域342具有不同於第一預傾效果之第二預傾效果。在本實施例中，使配向膜34之第一區域341具有第一預傾效果以及使配向膜34之第二區域342具有不同於第一預傾效果之第二預傾效果的方法包括下列步驟。利用第一光源L1照射配向膜34之第一區域341以使配向膜34之第一區域341具有第一預傾效果，以及利用第二光源L2照射配向膜34之第二區域342以使配向膜34之第二區域342具有第二預傾效果。第一光源L1與第二光源L2較佳具有相同之極化方向，例如為具有相同之極化方向之紫外光源，但不以此為限。此外，第一光源L1係沿第一入射傾角度θ1照射配向膜34之第一區域341，且第二光源L2係沿第二入射傾角度θ2照射配向膜34之第二區域342。在本實施例中，配向膜34之第一區域341與第二區域342係由相同材質所構成，例如感光性材質，而在分別經過第一光源L1與第二光源L2的照射後，第一區域341與第二區域342可使後續形成的液晶分子具有相同的快軸/慢軸方向，因此對液晶分子具有相同的配向效果，但具有不同的預傾效果。

如第7圖所示，隨後於配向膜34上形成一液晶層36。液晶層36包括複數個第一液晶分子361與複數個第二液晶分子362。第一液晶分子361係對應於配向膜34之第一區域341，而第二液晶分子362係對應於配向膜34之第二區域342。由於配向膜34之第一區域34與第二區域342對第一液晶分子361與第二液晶分子362具有相同的快軸/慢軸方向，因此第一液晶分子361與第二液晶分子362會朝向同一方向配向，亦即第一液晶分子361之快軸和/或慢軸與第二液晶分子362之快軸和/或慢軸會朝向相同之方向，但由於配向膜34之第一區域34對於第一液晶分子361的第一預傾效果與第二區域342對於第二液晶分子362的第二預傾效果不同，因此第一液晶分子361會具有第一預傾角，進而對於光線產生第一相位延遲效果，且第二液晶分子362會具有不同於第一預傾角之第二預傾角，進而對於光線產生一第二相位延遲效果，也就是說第一相位延遲的量(數值)跟第二相位延遲的量(數值)不同，但相位延遲量(數值)前之正負號會相同。

請參考第8圖至第10圖。第8圖至第10圖繪示了本發明一第二較佳實施例之製作立體光學元件之方法示意圖。如第8圖所示，首先，提供基板32。接著於基板32上形成阻隔圖案33，以於基板32上定義出第一空間321與第二空間322。阻隔圖案33可為例如黑色矩陣圖案，但不以此為限。如第9圖所示，隨後，於基板32上之第一空間321內形成第一配向材料作為配向膜34之第一區域341，以及於基板32上之第二空間322內形成第二配向材料作為配向膜34之第二區域342。第一配向材料與第二配向材料可利用例如噴墨方式形成，但不以此為限。接著對配向膜34進行摩刷(rubbing)，以使配向膜34之第一區域341與第二區域342具有相同之配向方向，因此對於後續形成的液晶分子會具有相同的配向效果，但由於第一配向材料與第二配向材料係選用不同的材料，因此具有不同的預傾效果。如第10圖所示，隨後於配向膜34上形成一液晶層36。液晶層36包括複數個第一液晶分子361與複數個第二液晶分子362。第一液晶分子361係對應於配向膜34之第一區域341，而第二液晶分子362係對應於配向膜34之第二區域342。由於配向膜34之第一區域34與第二區域342對第一液晶分子361與第二液晶分子362具有相同的快軸/慢軸方向，因此第一液晶分子361與第二液晶分子362會朝向同一方向配向，亦即第一液晶分子361之快軸和/或慢軸與相對應的第二液晶分子362之快軸和/或慢軸會朝向相同之方向，但由於配向膜34之第一區域34對於第一液晶分子361的第一預傾效果與第二區域342對於第二液晶分子362的第二預傾效果不同，因此第一液晶分子361會具有一第一預傾角，進而對於光線產生一第一相位延遲效果，且第二液晶分子362會具有一不同於第一預傾角之第二預傾角，進而對於光線產生一第二相位延遲效果，也就是說第一相位延遲的量(數值)跟第二相位延遲的量(數值)不同，但是其對應於兩不同區域(第一區域341/第二區域342)之液晶分子(第一液晶分子361/第二液晶分子362)之快軸/慢軸是相同的，所以相位延遲量(數值)前之正負號會相同。

由上述可知，本發明之製作立體光學元件之方法可利用具有不同入射傾角度的光源照射配向膜的方式形成配向膜的第一區域與第二區域，或者是利用不同材質形成配向膜的第一區域與第二區域，使得對應於第一區域的第一液晶分子之第一預傾角不同於對應於第二區域的第二液晶分子具有第二預傾角。在第一預傾角不同於第二預傾角的情況下，雖然第一液晶分子與第二液晶分子液晶之快軸/慢軸方向是相同的，也就是相位延遲量(數值)前之正負號會相同，但第一液晶分子的第一波長延遲效果與第二液晶分子的第二波長延遲量(數值)會有所不同。第一液晶分子之第一波長延遲效果可為例如正四分之三波長延遲效果，而第二液晶分子之第二波長延遲效果可為正四分之一波長延遲效果，但不以此為限而可視立體光學元件的設計不同加以變更。例如，第一波長延遲效果可為正二分之一波長延遲效果或負二分之一波長延遲效果，且第二波長延遲效果可為零波長延遲效果；或是第一波長延遲效果可為負四分之一波長延遲效果，且第二波長延遲效果可為負四分之三波長延遲效果。

綜上所述，由於本發明之立體光學元件僅需利用單一液晶層即可實現出圖案化相位延遲膜，因此可減少成本與製程複雜度，並可提升立體光學元件的光學特性。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．立體光學元件

12．．．基板

14．．．配向膜

16．．．四分之一波長相位延遲膜

18．．．圖案化相位延遲膜

181．．．第一區域

182．．．第二區域

20．．．液晶顯示面板

22．．．上偏光板

30．．．立體光學元件

32．．．基板

34．．．配向膜

341．．．第一區域

342．．．第二區域

36．．．液晶層

361．．．第一液晶分子

362．．．第二液晶分子

S1．．．慢軸

S2．．．慢軸

F1．．．快軸

F2．．．快軸

40．．．液晶顯示面板

42．．．上偏光板

L1．．．第一光源

L2．．．第二光源

θ1．．．第一入射傾角度

θ2．．．第二入射傾角度

321．．．第一空間

322．．．第二空間

33．．．阻隔圖案

第1圖繪示了習知立體光學元件之示意圖。

第2圖繪示了本發明之一較佳實施例之立體光學元件之剖面示意圖。

第3圖繪示了本發明之一較佳實施例之立體光學元件之上視示意圖。

第4圖繪示了液晶分子之預傾角與相位延遲效果的關係圖。

第5圖至第7圖繪示了本發明一第一較佳實施例之製作立體光學元件之方法示意圖。

第8圖至第10圖繪示了本發明一第二較佳實施例之製作立體光學元件之方法示意圖。

30．．．立體光學元件

32．．．基板

34．．．配向膜

341．．．第一區域

342．．．第二區域

36．．．液晶層

361．．．第一液晶分子

362．．．第二液晶分子

40．．．液晶顯示面板

42．．．上偏光板

Claims (8)

1. 一種立體光學元件，包括：一基板；一配向膜，設置於該基板上，該配向膜包括至少一第一區域與至少一第二區域，其中該配向膜之該第一區域具有一第一預傾效果，且該配向膜之該第二區域具有一不同於該第一預傾效果之第二預傾效果；以及一液晶層，設置於該配向膜上，該液晶層包括複數個第一液晶分子與複數個第二液晶分子，其中該等第一液晶分子係對應於該配向膜之該第一區域並具有一第一預傾角，該等第二液晶分子係對應於該配向膜之該第二區域並具有一不同於該第一預傾角之第二預傾角，該等第一液晶分子具有一第一波長延遲效果，且該等第二液晶分子具有一第二波長延遲效果，其中該等第一液晶分子之一快軸與該等第二液晶分子之一快軸大體上係朝向一相同之方向，且該等第一液晶分子之一慢軸與該等第二液晶分子之一慢軸大體上係朝向一相同之方向，其中該第一波長延遲效果係為正四分之三波長延遲效果，且該第二波長延遲效果係為正四分之一波長延遲效果，或該第一波長延遲效果係為負四分之一波長延遲效果，且該第二波長延遲效果係為負四分之三波長延遲效果，或該第一波長延遲效果係為正二分之一波長延遲效果或負二分之 一波長延遲效果，且該第二波長延遲效果係為零波長延遲效果。
2. 如請求項1所述之立體光學元件，其中該配向膜之該第一區域與該第二區域係由相同材質所構成。
3. 如請求項1所述之立體光學元件，其中該配向膜之該第一區域與該第二區域係由不同材質所構成。
4. 一種製作立體光學元件之方法，包括：提供一基板；於該基板上形成一配向膜，並使該配向膜之一第一區域具有一第一預傾效果，以及使該配向膜之一第二區域具有一不同於該第一預傾效果之第二預傾效果；以及於該配向膜上形成一液晶層，該液晶層包括複數個第一液晶分子與複數個第二液晶分子，其中該等第一液晶分子係對應於該配向膜之該第一區域並具有一第一預傾角，該等第二液晶分子係對應於該配向膜之該第二區域並具有一不同於該第一預傾角之第二預傾角，該等第一液晶分子具有一第一波長延遲效果，且該等第二液晶分子具有一第二波長延遲效果，其中該等第一液晶分子之一快軸與該等相對應之第二液晶分子之一快軸係朝向一相同之方向，且該等第一液晶分子之一慢軸與該等第二液晶分子之一慢軸係朝向一相同之方向，其 中該第一波長延遲效果係為正四分之三波長延遲效果，且該第二波長延遲效果係為正四分之一波長延遲效果，或該第一波長延遲效果係為負四分之一波長延遲效果，且該第二波長延遲效果係為負四分之三波長延遲效果，或該第一波長延遲效果係為正二分之一波長延遲效果或負二分之一波長延遲效果，且該第二波長延遲效果係為零波長延遲效果。
5. 如請求項4所述之製作立體光學元件之方法，其中使該配向膜之該第一區域具有該第一預傾效果以及使該配向膜之該第二區域具有不同於該第一預傾效果之該第二預傾效果的步驟包括：利用一第一光源照射該配向膜之該第一區域以使該配向膜之該第一區域具有該第一預傾效果；以及利用一第二光源照射該配向膜之該第二區域以使該配向膜之該第二區域具有該第二預傾效果。
6. 如請求項5所述之製作立體光學元件之方法，其中該第一光源與該第二光源具有一相同之極化方向，該第一光源係沿一第一入射傾角度照射該配向膜之該第一區域，且該第二光源係沿一第二入射傾角度照射該配向膜之該第二區域。
7. 如請求項6所述之製作立體光學元件之方法，其中該第一光源與 該第二光源係為一具有相同之極化方向之紫外光源。
8. 如請求項4所述之製作立體光學元件之方法，其中於該基板上形成該配向膜，使該配向膜之該第一區域具有該第一預傾效果以及使該配向膜之該第二區域具有不同於該第一預傾效果之該第二預傾效果的步驟包括：於該基板上形成一阻隔圖案，以於該基板上定義出一第一空間與一第二空間；於該基板上之該第一空間內形成一第一配向材料，作為該配向膜之該第一區域；於該基板上之該第二空間內形成一第二配向材料，作為該配向膜之該第二區域；以及對該配向膜進行摩刷，以使該配向膜之該第一區域與該第二區域具有一相同之配向方向，其中該第一配向材料不同於該第二配向材料，藉此該配向膜之該第一區域具有該第一預傾效果，且該配向膜之該第二區域具有該第二預傾效果。