TWI509331B - 相位差膜的製造方法 - Google Patents

相位差膜的製造方法 Download PDF

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Description

相位差膜的製造方法
本發明係關於一種薄膜的製造方法，且特別是有關於一種3D相位差膜的製造方法。
近年來由於顯示技術的蓬勃發展，對於立體(3D)影像顯示技術的需求成為目前相當熱門的課題之一，所謂立體影像顯示技術，係根據人眼的視覺特性，當左眼與右眼分別觀看相同的影像內容但具有不同相位差的二影像時，人眼會觀察到立體影像。從而3D相位差膜的製造即成為當今顯示工業技術開發的重點之一。
在製作3D相位差膜的方法上，目前習知技術已揭示像是「多次磨擦配向法」、「液晶ISO相製作法」以及「機械加工法」等不同方式。所謂「多次磨擦配向法」係利用在配向膜上所形成的掩膜，以微影蝕刻方式將掩膜圖案化後，將未覆蓋掩膜的部分區域配向膜磨擦配向，之後去除掩膜，再次以另一掩膜搭配微影蝕刻方式，將前一掩膜所覆蓋，尚未配向的另一部分區域配向膜磨擦配向，藉以形成兩種不同的配向角的配向膜區域，而兩種不同的配向角可使穿透光具有波程差，即完成3D相位差膜的製作。然而「多次磨擦配 向法」之製程繁複，在量產上仍有疑慮；美國專利US5926241提出「液晶ISO相製作法」，則係先於基板塗佈液晶層，將液晶層加熱至無相位差之ISO相，利用紫外光搭配光罩使部分區域之液晶層固化，再降溫使先前未固化之另一部分液晶層排列，再次以紫外光搭配光罩使該區域之液晶層固化，形成兩種不同相位差之液晶相，即可使穿透光具有波程差，完成3D相位差膜的製作。然而「液晶ISO相製作法」因為液晶層的兩區域係分別在兩種溫度下固化，在兩者交界處容易產生液晶分子排列紊亂而漏光，所以具有顯示品質下降的問題；日本專利JP2001-100150提出的「機械加工法」則提出將現有的液晶相位差膜貼附於硬質基板上，利用刀具切割刮除部分區域，使未刮除與已刮除兩區域之間具有相位差值，以達到3D相位差膜的效果，然此方式卻有刀具在反覆操作下容易變形，從而造成良率下降的問題，亦不利於量產。綜上所述，一種簡便、利於量產且具有良好顯示品質之3D相位差膜的製造方法，仍係當今顯示工業技術亟需開發的重點方向。
本發明提供一種3D相位差膜的製造方法，其步驟簡便而有利於量產，同時亦能避免前述漏光疑慮，具有良好的顯示品質。
本發明之一態樣係提出一種相位差膜的製造方法，包含提供微結構基材，微結構基材具有複數條凸出部分以及複數條凹入部分彼此交錯排列；形成光配向層於微結構基材上；以及以偏極紫外光由微結構基材上方照射光配向層，其 中，偏極紫外光與微結構基材之正向夾有擴散角度實質上介於20°~60°，以均勻照射光配向層並使光配向層均勻地形成配向角。
在本發明之一實施方式中，上述偏極紫外光係以紫外線面光源搭配凹透鏡或擴散板散射形成。
在本發明之一實施方式中，上述形成光配向層的方式係將光配向樹脂以旋轉塗佈、線棒塗佈、浸沾式塗佈、狹縫式塗佈或捲對捲塗佈方式，塗佈於規則性微結構上。
在本發明之一實施方式中，上述光配向樹脂包含光致交聯型(photo-induced cross-linking)、光致異構型(Photo-Isomerization)、光致裂解型(Photo-Decomposition)或該等之混合樹脂材料。
在本發明之一實施方式中，上述光致交聯型樹脂包含肉桂酸酯基(cinnamate)、香豆素酯基(coumarin)、苯基苯乙烯酮基(chalcone)、馬來醯亞胺基(maleimide)、喹啉酮基(quinoline)、雙苯亞甲基(bis(benzylidene))或該等不飽和雙鍵基團之組合。
在本發明之一實施方式中，上述以偏極紫外光由微結構基材上方照射光配向層的步驟中，照射劑量係5~180mJ/cm2 。
在本發明之一實施方式中，上述凸出部分與凹入部分之高度差係1~3微米。
在本發明之一實施方式中，上述凸出部分之寬度與上述高度差之比值係60~600。
在本發明之一實施方式中，進一步包含形成液晶層於光配向層上。
100‧‧‧相位差膜
102‧‧‧微結構基材
102a‧‧‧凸出部分
102b‧‧‧凹入部分
104‧‧‧光配向層
106‧‧‧偏極紫外光
108‧‧‧液晶層
110‧‧‧顯示影像光線
112‧‧‧顯示影像光線
本發明之上述和其他態樣、特徵及其他優點參照說明書內容並配合附加圖式得到更清楚的了解，其中：第1圖繪示根據本發明一實施方式之相位差膜於第一步驟中的局部上視圖。
第2圖繪示第1圖中線段2之剖面圖。
第3圖繪示本發明一實施方式之相位差膜於第二步驟中的局部剖面圖。
第4圖繪示本發明一實施方式之相位差膜於第三步驟中的局部剖面圖。
第5圖繪示本發明一實施方式之相位差膜進行第三步驟後的局部上視圖。
第6圖繪示本發明一實施方式之相位差膜之局部剖面圖。
第7圖顯示本發明比較例1-2與實驗例1-4的相位差膜顯示照片。
為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施方式提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施方式的唯一形式。以下所揭露的各實施方式，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實施方式中附加其他的實施方式，而毋須進一步的記載或說明。在以下描述中，將詳細敘述許多特定細節以使讀者能夠充分理解以下的實施方式。然而，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施方式。
請先參照第1圖以及第2圖，第1圖繪示本發明一實施方式之相位差膜100於第一步驟中的局部上視圖，第2圖繪示第1圖中線段2之剖面圖。在本發明相位差膜的製造方法中，首先提供微結構基材102，微結構基材102具有複數條凸出部分102a以及複數條凹入部分102b彼此交錯排列。如第1圖以及第2圖所示，複數條凸出部分102a與複數條凹入部分102b交錯排列構成具有週期性高低圖案之微結構基材102。微結構基材102作為本發明3D相位差膜的一部分，故具備光可穿透性即可。微結構基材102例如可以是完全透明、半透明、無色或有色，可視不同需求作適當的選擇。微結構基材102的材質例如可以是玻璃、三乙酸酯纖維素(TAC)、聚對苯二甲酸乙二醇(PET)、二乙醯基纖維素、乙酸酯丁酸酯纖維素、聚醚碸、丙烯酸系樹脂、聚尿烷系樹脂、聚酯、聚碳酸酯、聚碸、聚醚、三甲基戊烯、聚醚酮、(甲基)丙烯腈等，但不以此為限。微結構基材102所具有之週期性高低圖案，即彼此交錯排列之複數條凸出部分102a與複數條凹入部分102b，目的在於製造其穿透光之波程差，以分別提供左右眼具備不同波程，而具有相位差的相同影像，從而形成3D立體影像的視覺效果。舉例言之，複數條凸出部分102a穿透的光係提供右眼之影像，而由複數條凹入部分102b穿透的光則係提供左眼之影像，反之亦可。至於由複數條凸出部分102a穿透的光與由複數條凹入部分102b穿透的光，兩者之間具有波程差的原因於後述將詳細說明之。在本發明之一實施方式中，凸出部分102a與凹入部分102b之高度差實質上係1~3微米。在本發明之另一實施方式中，凸出部分102a之寬度與上述高度差的比值係 60~600。換言之，凸出部分102a之寬度例如可以是60~1800微米，而凹入部分102b之寬度例如可以與凸出部分102a之寬度相同，但不以此為限，即微結構基材102之結構可視需求作適度的調整變化，只要微結構基材102具備週期性的凸出部分102a與凹入部分102b，可製造其穿透光之波程差以分別提供左右眼不同相位之相同影像，可呈現3D立體影像的視覺效果即可。
第3圖繪示本發明一實施方式之相位差膜100於第二步驟中的局部剖面圖。請參照第3圖，在提供微結構基材102後，接著形成光配向層104於微結構基材102上。所謂「光配向層」，係指被偏極化的紫外光以特定方向照射後，即可具有表面異向性，進而使其上方的液晶分子順向排列產生特定配向的薄膜。形成光配向層104的方式可將光配向樹脂以旋轉塗佈、線棒塗佈、浸沾式塗佈、狹縫式塗佈或捲對捲塗佈方式等薄膜製程方法，塗佈於微結構基材102上。而光配向樹脂的材料例如可選用具有「光致異構化(photo-isomerization)」、「光致交聯(photo-crosslinking)」、或「光致裂解(photo-decomposition)」反應性質之化學材料，換言之，光配向樹脂包含光致交聯型、光致異構型、光致裂解型或該等之混合樹脂材料。所謂「光致異構化」係指具有感光性高分子聚合物材料受到光激發而產生異構化反應，其感光部位通常是不飽和雙鍵，而異構物組態通常分為Cis(或E)構型及Trans(或Z)構型，偏極化紫外光會使Cis構型轉換為Trans構型，從而具有表面異向性(即具配向性)，光致異構型材料例如可以是偶氮(Azo Dyes)系化合物，但不以此為限；而「光致交聯」係指側鏈型高分子材料經偏極化紫外光 照射，發生光誘導交聯而產生配向性的情形，光致交聯型材料例如可以是肉桂酸酯基(cinnamate)、香豆素酯基(coumarin)、苯基苯乙烯酮基(chalcone)、馬來醯亞胺基(maleimide)、喹啉酮基(quinoline)、雙苯亞甲基(bis(benzylidene))或該等不飽和雙鍵基團之組合，但亦不以此為限；「光致裂解」係指高分子本身不具有感光基團，而是利用較高能量的偏極化紫外光照射，使高分子鍵結產生非均向的斷裂而具有配向性的情形，光致裂解材料例如可以是聚亞醯胺(Polyimide)、聚醯胺(Polyamide)、聚酯(Polyester)、聚氨酯(Polyurethane)或該等之組合，但不以此為限。如第3圖所示，光配向層104形成於微結構基材102上，覆蓋微結構基材102所有凸出部分102a與凹入部分102b，意即光配向層104形成於所有凸出部分102a的表面、側壁以及凹入部分102b之表面上。光配向層104例如可以是順形薄膜(conformal film)，即其於微結構基材102之凸出部分102a的表面、側壁以及凹入部分102b之表面上的厚度均等，但不以此為限。此外，光配向層104的厚度例如可以是5~100奈米之間，可依材料特性在不影響其光穿透性，並具有液晶分子配向的功效下作適度調整。
第4圖繪示本發明一實施方式之相位差膜100於第三步驟中的局部剖面圖，第5圖繪示本發明一實施方式之相位差膜100進行第三步驟後的局部上視圖。請先參照第4圖，在微結構基材102上形成光配向層104後，接著以偏極紫外光106由微結構基材102上照射光配向層104，使光配向層104被偏極紫外光106照射，形成具有表面異向性的薄膜。值得注意的是，為使微結構基材102各處上方之光配向 層104均能順利反應形成統一的配向角α，偏極紫外光106與微結構基材102之正向夾有擴散角度θ，以均勻照射光配向層104並使光配向層104均勻地形成配向角α(如第5圖所示)，擴散角度θ實質上係20°~60°。明確言之，於上一步驟中形成光配向層104於微結構基材102的凸出部分102a之頂面和側壁、以及凹入部分102b之表面上之後，在本步驟之偏極紫外光106照射反應時，以散射之偏極紫外光106照射前述各位置，使光配向層104各處(包含凸出部分102a之頂面、凹入部分102b之表面以及凸出部分102a之側壁)均能充分受光並進行化學反應，形成如第5圖所示之統一的配向角α。使偏極紫外光106具有擴散角度θ的方式，例如可以是以偏極紫外線面光源，搭配凹透鏡或擴散板形成擴散效果、或是採用非平行之偏極紫外線光源等，但不以該等方式為限。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體顯示之需求而訂。在本發明之一實施方式中，配向角α係45°。此外，為使光配向層104各處均能充分反應，偏極紫外光106的照射劑量亦應依照光配向層104所選用的材料特性作適度調整。在本發明之一實施方式，偏極紫外光106由微結構基材102上方照射光配向層104的步驟中，偏極紫外光106的照射劑量係5~180mJ/cm2 。值得注意的是，本發明之相位差膜的製造方法中，微結構基材102上的光配向層104，以具有擴散角度θ大於20°的偏極紫外光106照射，即可使光配向層104各處(包含凸出部分102a之頂面、凹入部分102b之表面以及凸出部分102a之側壁)充分反應並形成統一之配向角α。
第6圖繪示本發明一實施方式之相位差膜100之局 部剖面圖。請參照第6圖，在偏極紫外光106由微結構基材102上方照射光配向層104，使光配向層104反應配向後，接著形成液晶層108於光配向層104上。如第6圖所示，液晶層108的液晶分子會受到光配向層104配向的引導而規整排列。當顯示影像由第6圖所示之相位差膜100下方進入並穿透時，通過凸出部分102a上方液晶層108的顯示影像光線110與通過凹入部分102b上方液晶層108的顯示影像光線112，兩者經過液晶層108並受其影響的程度不同，此即造成了顯示影像光線110和顯示影像光線112兩者之間具有相位差，而兩者之間的相位差例如可以是1/2λ，但不以此為限。據此，顯示影像光線110和顯示影像光線112即可分別提供左右眼具有相位差之相同影像，呈現3D立體影像的視覺效果。
綜上所述，本發明相位差膜的製造方法與習知技術中「多次磨擦配向法」、「液晶ISO相製作法」以及「機械加工法」完全不同。最主要的差別在於：上開各種習知技術在製造提供左右眼具有相位差之相同影像的原理上，係以兩種不同的配向方式形成，而本發明相位差膜則係統一的配向方向，利用具有交錯排列之複數條凸出部分102a以及複數條凹入部分102b的微結構，致使凸出部分102a上方液晶層108與凹入部分102b上方液晶層108的厚度不同，因此通過凸出部分102a上方液晶層108的顯示影像光線110與通過凹入部分102b上方液晶層108的顯示影像光線112，兩者經過液晶層108受到影響的程度即不同，從而順利製造出提供左右眼具有相位差之相同影像。據此，本發明相位差膜的製造方法僅須單步驟配向製程即可，不僅避免了習知技術 中製程繁複不適合量產，且更因其簡便的製程而能具有更高的良率。
另一方面，本發明相位差膜的製造方法之單步配向製程雖較習知技術簡便，尚需配合具有擴散角度θ的偏極紫外光106，方能使光配向層104各處均能充分反應形成配向，在不產生漏光情形的前提下，提出顯示品質良好的立體影像。以下詳述本發明各實驗例與比較例之實驗過程以及驗證結果：首先提供如前述第1圖、第2圖所示之微結構基材102，微結構基材102係將UV膠利用模具壓印後，曝照於UV光下使其定型後脫模製成。
如前述第3圖所示，接著形成光配向層104於微結構基材102上，光配向層104的形成方式如下：將甲乙酮(methylethylketone)與環戊酮(cyclopentanone)以1：1之重量比配製成混合溶劑3.5g。再取光配向樹脂(瑞士Rolic，型號ROP103，肉桂酸酯系，固含量10%)0.5g，加入前述之混合溶劑3.5g中，故在此4g之混合溶液中，光配向樹脂的固含量已稀釋至1.25%。將前述4g之光配向樹脂混合溶液以旋轉塗佈法(轉速3,000rpm，40秒)塗佈於微結構基材102上，並將已塗佈前述4g之光配向樹脂混合溶液的微結構基材102，放入溫度設定為100℃的烘箱內烘烤2分鐘以去除溶劑，取出靜置待其回復至室溫，即形成光配向層104於微結構基材102上。
如前述第4圖和第5圖所示，以偏極紫外光106由微結構基材102上方照射光配向層104，其中所使用的偏極紫外光106之配向角度係45°，並分別以不同的擴散角度θ (θ為2°、8°、15°、22°、30°以及60°)照射微結構基材102上的光配向層104，使光配向層104中的光配向樹脂反應產生配向效果，即製得本發明之比較例1-2以及實驗例1-4的相位差膜。
最後如前述第6圖所示，製作液晶層108於比較例1-2以及實驗例1-4之相位差膜上。製作液晶層108的方式係先取液晶固體2g(雙折射率差為0.14)，加入環戊酮8g以得到固含量20%之液晶塗佈液。將液晶塗佈液分別以旋轉塗佈法(轉速1,000rpm，20秒)塗佈於上開以不同擴散角度θ(2°、8°、15°、22°、30°以及60°)所製得的比較例1-2、實驗例1-4的相位差膜上。將已塗佈液晶塗佈液之比較例1-2、實驗例1-4的相位差膜，放入溫度設定為60℃的烘箱內烘烤5分鐘以去除溶劑，取出靜置待其回復至室溫。最後將比較例1-2、實驗例1-4的相位差膜上的液晶塗佈液，以照射劑量120mJ/cm2 的紫外光曝照固化。
以上各比較例1-2與各實驗例1-4之實驗結果如第7圖所示，並整理如下表： 由第7圖所示之比較例1-2與實驗例1-4的相位差膜顯示照片可知，在偏極紫外光106的擴散角度θ小於10°時(即比較例1-2)，凸出部分與凹入部分交界處會呈現明顯的漏光現象，這是因為在偏極紫外光106的擴散角度θ過小的情況下，光配向層104的側壁部分會因照射不足無法充分反應形成特定配向，使位於凸出部分與凹入部分的交界處的液晶分子配向紊亂而形成明顯的漏光；當偏極紫外光106的擴散角度θ增大而介於10°~20°時(即實驗例1)，光配向層104的側壁因照射量增加而形成部分的配向，使明顯漏光現象改善轉為輕微亮線；當偏極紫外光106的擴散角度θ增大至20°以上時(即實驗例2-4)，此時光配向層104各處(包含凸出部分102a之頂面、凹入部分102b之表面以及凸出部分102a之側壁)均能充分反應形成統一的配向角，據此，凸出部分與凹入部分的交界處的液晶分子亦能充分配向，消弭了此處易產生的漏光問題。
最後要強調的是，本發明所揭示之相位差膜的製造方法與習知技術完全不同，運用具有擴散角度之偏極紫外光，在單一步驟中即產生統一的配向角完成配向，不僅省去了習知技術中分次配向的繁複製程，更能因其簡便的製程而具有更高的良率。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧相位差膜
102‧‧‧微結構基材
102a‧‧‧凸出部分
102b‧‧‧凹入部分
104‧‧‧光配向層
106‧‧‧偏極紫外光

Claims (9)

  1. 一種相位差膜的製造方法，包含：提供一微結構基材，該微結構基材具有複數條凸出部分以及複數條凹入部分彼此交錯排列；形成一光配向層於該微結構基材上；以及以一偏極紫外光由該微結構基材上方照射該光配向層，其中，該偏極紫外光與該微結構基材之正向夾有一擴散角度實質上介於20°~60°，以均勻照射該光配向層並使該光配向層形成均一的配向角。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之相位差膜的製造方法，其中該偏極紫外光係以一紫外線面光源搭配一凹透鏡或一擴散板散射形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之相位差膜的製造方法，其中，形成該光配向層的方式係將一光配向樹脂以旋轉塗佈、線棒塗佈、浸沾式塗佈、狹縫式塗佈或捲對捲塗佈方式，塗佈於該規則性微結構上。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之相位差膜的製造方法，該光配向樹脂包含光致交聯型(photo-induced cross-linking)、光致異構型(Photo-Isomerization)、光致裂解型(Photo-Decomposition)或該等之混合樹脂材料。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之相位差膜的製造方法，其中該光致交聯型樹脂包含肉桂酸酯基(cinnamate)、香 豆素酯基(coumarin)、苯基苯乙烯酮基(chalcone)、馬來醯亞胺基(maleimide)、喹啉酮基(quinoline)、雙苯亞甲基(bis(benzylidene))或該等不飽和雙鍵基團之組合。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之相位差膜的製造方法，其中以該偏極紫外光由該微結構基材上方照射該光配向層的步驟中，照射劑量係5~180mJ/cm2 。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之相位差膜的製造方法，其中該些凸出部分與該些凹入部分之一高度差係1~3微米。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之相位差膜的製造方法，其中該些凸出部分之寬度與該高度差之比值係60~600。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之相位差膜的製造方法，進一步包含：形成一液晶層於該光配向層上。
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