CN105093379A - 微位相差膜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微位相差膜。所述微位相差膜包括：在基材上配置一层微结构层，其具有多个梯形微突起，所述梯形微突起的底部夹角为12-85度；再于微结构层之上依序配置一层共形的光配向层与一层液晶位相差层。本发明的微位相差膜得以解决在两种不同相位的交界处会有漏光以致于产生亮线的问题，从而提升3D显示的品质。
Description
技术领域
本发明是有关于一种光学膜，且特别是有关于一种微位相差膜。
背景技术
微位相差膜(PatternedRetarder,MicroRetarder)是在膜面上具有偶数列区域和奇数列区域的微结构光学膜。前述微位相差膜中奇偶列区域之间的相位差值(phasedifference)通常为λ/2，例如奇偶列区域的位相(phase)可分别为0与λ/2或是λ/4与-λ/4等等。因此，当微位相差膜贴附于显示器外层时，可以转换显示器奇偶列像素的光偏振态，而用以呈现3D影像。
最早的微位相差膜制法为机械加工法，先形成一层位相差层，然后再用刀模将奇数列或偶数列区域的位相差层去除，让奇数列与偶数列之间的相位差值为λ/2。
液晶ISO相制作法则是先将液晶涂布于整个基材上，再将奇数列或偶数列区域曝光，让奇数列或偶数列的位相值为λ/2。然后，再加热让未固化的液晶成为ISO相后再进行热固化，使其不具位相差(即其位相值为0)。
双区域配向法(使用摩擦或光配向的技术)则是让奇数列或偶数列区域具有不同的配向方向，让奇数列与偶数列区域之间的位相差值为λ/2。
上述各种方法在两种不同相位的交界处，多会有液晶排列紊乱的问题，导致漏光而形成亮线，造成3D影像的显示品质下降。
发明内容
因此，本发明的一方面在于提供一种微位相差膜，以解决上述的在两种不同相位的交界处会有漏光以致于产生亮线的问题，提升3D显示的品质。
本发明的上述微位相差膜由下至上包括：基材、微结构层、光配向层与液晶位相差层。上述的微结构层配置于该基材上，该微结构层具有多个梯形微突起，所述梯形微突起的底部夹角为12-85度。上述的光配向层共形地配置在该微结构层上，该液晶位相差层配置于该光配向层上。
依据本发明一实施例，所述梯形微突起的底部夹角为12-65度。
依据本发明另一实施例，所述梯形微突起的高度为0.5–2.0μm。
依据本发明又一实施例，所述梯形微突起的底面与顶面的宽度为100–1000μm。
依据本发明再一实施例，该微结构层的材料为紫外线固化树脂或热固化树脂，例如可为丙烯酸树脂、硅氧树脂或聚胺甲酸酯。
依据本发明再一实施例，该基材的材料例如可为聚对苯二甲酸二乙酯、聚碳酸酯、三醋酸纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯或环烯烃聚合物。
依据本发明再一实施例，该光配向层的材料可为光致交联型树脂(photo-inducedcross-linkingresin)、光致异构化型树脂(photo-inducedisomerizationresin)或光致裂解型树脂(photo-induceddecompositionresin)，其具有可进行光聚合反应官能基，例如可为肉桂酸酯基、香豆素酯基、苯基苯乙烯酮基、马来酰亚胺基、喹啉酮基或双苯亚甲基。
依据本发明再一实施例，该光配向层的厚度为50–100nm。
本发明的优点在于：本发明的微位相差膜，可以解决现有技术的微位相差膜在两种不同相位的交界处会有漏光以致于产生亮线的问题。
上述发明内容旨在提供本揭示内容的简化摘要，以使阅读者对本揭示内容具备基本的理解。此发明内容并非本揭示内容的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键元件或界定本发明的范围。在参阅下文实施方式后，本发明所属技术领域中具有通常知识者当可轻易了解本发明的基本精神及其他发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施方面。
附图说明
为让本发明的下述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1A是绘示依据本发明一实施例的一种微位相差膜的俯视示意图；
图1B是绘示图1A剖线B-B’的剖面结构示意图；
图2是绘示依据本发明一实施例的一种微位相差膜的制造流程图；
图3A是显示在微结构层脱膜后，在微结构层的底面与斜面交界处留有残胶；
图3B-图9是显示各实验例与比较例以偏光显微镜观察所得的照片；
其中，符号说明：
100：微位相差膜100a：第一位相区
100b：第二位相区100c：交界区
110：基材120：微结构层
122：梯形微突起124：顶面
126：底面128：斜面
130：光配向层134：顶面
136：底面138：斜面
140：液晶位相差层300：残胶
h：梯形微突起的高度
θ：梯形微突起的斜面与底面延伸线的夹角。
具体实施方式
依据上述，提供一种微位相差膜，可以解决上述的微位相差膜在两种不同相位的交界处会有漏光以致于产生亮线的问题。在下面的叙述中，将会介绍上述的微位相差膜的例示结构与其例示的制造方法。为了容易了解所述实施例之故，下面将会提供不少技术细节。当然，并不是所有的实施例皆需要这些技术细节。同时，一些广为人知的结构或元件，仅会以示意的方式在附图中绘出，以适当地简化附图内容。
微位相差膜的结构
请同时参考图1A-图1B，图1A是绘示依据本发明一实施例的一种微位相差膜的俯视示意图，图1B是绘示图1A剖线B-B’的剖面结构示意图。
在图1A中，微位相差膜100具有第一位相区100a、第二位相区100b与交界区100c，其中第一位相区100a与第二位相区100b的位相差值为λ/2。在图1B的剖面结构示意图中，微位相差膜100具有基材110、微结构层120、共形的(conformal)光配向层130与液晶位相差层140。
上述的基材110的材料例如可为聚对苯二甲酸二乙酯(polyethyleneterephthalate,PET)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、三醋酸纤维素(triacetylcellulose,TAC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)或环烯烃聚合物(cyclo-olefinpolymer,COP)。基材110的位相差值越小越好，以免影响最后3D画面的显示效果。例如，基材110的位相差值可小于20nm，较佳为0nm。而基材的厚度约为25–200μm。
上述的微结构层120具有多个梯形微突起122。梯形微突起122的顶面124、底面126与斜面128分别对应至微位相差膜100的第一位相区100a、第二位相区100b与交界区100c，如图1B所示。上述梯形微突起122的高度h主要是由液晶位相差层140的液晶材料的双折射率来决定的。液晶位相差层140的液晶材料的双折射率差值(Δn)越大，所需的高度h就越小，以让第一位相区100a与第二位相区100b的位相差值为λ/2。一般来说，梯形微突起122的高度h约为0.5–2.0μm，例如可为2μm。梯形微突起125的顶面124与底面126的宽度大约为100–1000μm，例如可为500μm。微结构层120的斜面128与底面126延伸线的夹角θ(亦即是梯形微突起122的底部夹角θ)较佳为12-85度，更佳为12-65度。
而微结构层120的材料为固化后的可固化树脂，其包括紫外线固化树脂(UVcurableresin)与热固化树脂(thermo-curableresin)。举例来说，上述的可固化树脂可为丙烯酸树脂(acrylicresin)、硅氧树脂(silicone)或热固型聚胺酯树脂(polyurethane)。上述的丙烯酸树脂例如可为甲基丙烯酸酯树脂，上述的硅氧树脂例如可为聚二甲基硅氧烷，上述的热固型聚胺酯树脂例如可为聚胺甲酸酯。
上述的光配向层130由于与微结构层120的表面共形，因此其也具有顶面134、底面136与斜面138等结构，三者分别对应至微位相差膜100的第一位相区100a、第二位相区100b与交界区100c，如图1B所示。光配向层130的厚度约为50–100nm。
光配向层130的材料为光固化后的光配向树脂。光配向树脂为一种光敏感材料，可利用线性偏极紫外光以特定方向照射光配向树脂，以引发各方异向性的光反应后，再诱导位于其上的液晶分子顺向排列。上述的光配向树脂属于光致交联型树脂(photo-inducedcross-linkingresin)，其包含各种可以进行光聚合反应的官能基，例如可为肉桂酸酯基(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(quinolinone)或双苯亚甲基[bis(benzylidene)]。具有上述官能基的光配向树脂所需曝光能量较低，最低仅需5mJ/cm2即可产生配向效果。
上述的液晶位相差层140，由于其上表面为平坦的，但其下方的光配向层130的表面为高低不平，因此让液晶位相差层140具有不同的厚度，造成入射的偏振光在通过具有不同厚度的液晶位相差层140之后，光线的电磁场的振动方向会被旋转至不同的角度。因此，通过液晶位相差层140不同厚度区域的光线将会具有不同的位相，让显示器可以显示3D影像。
液晶位相差层140所用的液晶材料为聚合性液晶材料，包括可以光固化或热固化的液晶材料。由于液晶位相差层140在第一位相区100a的厚度与在第二位相区100b的厚度差值即为梯形微突起122的高度h，而且要让第一位相区100a与第二位相区100b的位相差值为λ/2。所以液晶材料的双折射率差值Δn以及液晶位相差层140在第一位相区100a的厚度与在第二位相区100b的厚度差值需要符合λ/2＝Δn×h的关系式。
举例来说，当入射光的波长为560nm且液晶材料的双折射率差值为0.14时，液晶位相差层140在第一位相区100a的厚度为1μm，在第二位相区100b的厚度为3μm。再举一例来说，当入射光的波长为560nm且液晶材料的双折射率差值为0.56时，液晶位相差层140在第一位相区100a的厚度为0.5μm，在第二位相区100b的厚度为1.5μm。
微位相差膜的制造方法
上述微位相差膜的制造方法请参考图2，其是绘示依据本发明一实施例的一种微位相差膜的制造流程图。下面的详细说明，请同时参照图1A-图1B与图2。
首先，在步骤200中，先在基材110上涂布一层可固化树脂，涂布的方法可为任何可用的方法，例如狭缝涂布法(diecoating)或凹版印刷式涂布法(gravurecoating)。接着，利用具有立体图案的模具滚轮或模具印章压印上述的可固化树脂层，让可固化树脂层的表面形成梯形微突起122。在步骤220中，依据可固化树脂的材料来选择利用光或热，让可固化树脂固化。然后在步骤230中，让固化的树脂层脱膜，形成微结构层120。基材110与可固化树脂的材料已于上面详述过，因此不再赘述之。
在步骤240中，在微结构层120的上共形地涂布一层光配向树脂，涂布的方法可为任何可用的方法，例如旋转涂布法。然后在步骤250中，使用线性偏极光固化光配向树脂，形成光配向层130。上述线性偏极光的偏振方向与微位相差膜100的各位相区(亦即第一位相区100a、第二位相区100b与交界区100c)走向的夹角不为0或180度，亦即线性偏极光的偏振方向与微位相差膜100各位相区走向的夹角(以下简称为配向角)为非平行。此外，由于微结构层120是以斜面128连结顶面124与底面126，而非以垂直面连结顶面124与底面126，因此让位于斜面128上的光配向树脂更容易涂布上去，也更容易照射到偏极光而固化。
在步骤260中，在光配向层130之上涂布一层液晶层，涂布的方法可为任何可用的方法，例如旋转涂布法。然后在步骤270中，以光或热来固化液晶层，形成液晶位相差层140，完成微位相差膜100的制作。同样地，由于光配向层130是以斜面138连结顶面134与底面136，而非以垂直面连结顶面134与底面136，因此让位于斜面138上的液晶层更容易涂布上去，也更容易照射到光而固化。
实施例
下面各实验例与比较例的微位相差膜的制做方法如下所述，唯一的差别为图1B中梯形微突起122的底部夹角θ大小不同而已。
首先，在三醋酸纤维素(triacetylcellulose；TAC)基材上，涂布一层可用紫外光固化的丙烯酸树脂(acrylicresin)树脂。利用模具压印后，以紫外光照射树脂层，让树脂层固化定型后，进行脱膜，形成微结构层。
接着，让甲乙酮(methylethylketone)与环戊酮(cyclopentanone)以1:1的重量比例配制成混合溶剂。然后在混合溶剂中加入光配向树脂(瑞士Rolic，型号ROP103，肉桂酸酯系，固含量10％)，配制成固含量为1.25wt％的光配向树脂溶液。接下来，以旋转涂布法(3000rpm，40秒)让光配向树脂溶液共形地涂布在上述的微结构层之上，再烘干(100℃，2分钟)以去除溶剂。最后，以线性偏极紫外光(配向角为45°，照射剂量为180mJ/cm2)照射干燥后的光配向膜，让光配向膜固化。
接着，让液晶粉末溶解在环戊酮中，配制成固含量20wt％的液晶溶液。以旋转涂布法(1000rpm，20秒)，将液晶溶液涂布在光配向层上，再烘干(60℃，5分钟)以去除溶剂。最后在氮气下，用紫外光(照射剂量为120mJ/cm2)照射液晶层，让其固化，形成液晶位相差层，完成微位相差膜。
各实验例与比较例的3D显示画面的测试结果如下面表1以及图3A-图9所示。在图3B、图4、图5B、图9的照片中，偏光显微镜的光源的偏振方向是平行或垂直于样品的配向角。因此在一般的状况下，若没有漏光的问题，则观察到的显示画面会是全黑的。若交界区有漏光的问题，则会在第一位相区与第二位相区之间的交界区产生亮线。其中，图9若使用前述的观测条件，会无法观察到缺陷。所以，为了要凸显漏光的问题，因此偏光显微镜使用较强的光源，以凸显漏光的问题。
在图5A、图6、图7、图8中，偏光显微镜的光源的偏振方向与样品配向角之间的夹角为其他角度。此外，为了凸显微位相差膜在偏光显微镜下的相位差异，于微位向差膜上还增加一层1/4波板，因此可以观察到一亮区及一暗区交替排列的影像。
表1：各实验例与比较例的梯形微突起的底部夹角对3D显示画面的影响
由表1以及图3A-图9的结果可知，当微结构层中梯形微突起的底部夹角过大时(如比较例1的87.1°)，越容易在微结构层的底面与斜面交界处产生留有残胶的问题(请见图3A的残胶300)，让位在此处之上的液晶分子排列混乱，因此让微位相差膜的交界区产生亮线(请见图3B)，而且像素还会有漏光的问题。
当微结构层中梯形微突起的底部夹角稍微减少时(如实验例1的84.3°)，则可以减少微结构层的底面与斜面交界处的残胶问题，同时也可解决像素漏光的问题(请见图4)。
而实验例2-5的梯形微突起的底部夹角为12.5°-63.4°，不仅梯形微突起在脱膜后没有留下任何残胶，让微位相差膜的交界区不会产生亮线，像素也没有漏光的问题(请见图5A-图8)。
但是当微结构层中梯形微突起的底部夹角继续减少时，虽然仍不会有残胶问题导致微位相差膜交界区的亮线问题，但是因为相位不均匀，造成像素又开始有漏光的问题(请见图9)，造成显示品质下降。
因此，由以上实施例可知，微结构层的梯形微突起的底部夹角不可过大，也不可过小，大约为12–85度时，可以获得正常的3D画面显示品质。
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 (10)
1.一种微位相差膜，其特征在于，该微位相差膜包括：
一基材；
一微结构层，配置于所述基材上，所述微结构层具有多个梯形微突起，所述梯形微突起的底部夹角为12-85度；
一光配向层，共形地配置在所述微结构层上；以及
一液晶位相差层，配置于所述光配向层上。
2.如权利要求1所述的微位相差膜，其特征在于，其中所述梯形微突起的底部夹角为12-65度。
3.如权利要求1所述的微位相差膜，其特征在于，其中所述梯形微突起的高度为0.5–2.0μm。
4.如权利要求1所述的微位相差膜，其特征在于，其中所述梯形微突起的底面与顶面的宽度为100–1000μm。
5.如权利要求1所述的微位相差膜，其特征在于，其中所述微结构层的材料为紫外线固化树脂或热固化树脂。
6.如权利要求1所述的微位相差膜，其特征在于，其中所述微结构层的材料为丙烯酸树脂、硅氧树脂或聚胺甲酸酯。
7.如权利要求1所述的微位相差膜，其特征在于，其中所述基材的材料为聚对苯二甲酸二乙酯、聚碳酸酯、三醋酸纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯或环烯烃聚合物。
8.如权利要求1所述的微位相差膜，其特征在于，其中所述光配向层的材料为光致交联型树脂。
9.如权利要求8所述的微位相差膜，其特征在于，其中所述光致交联型树脂具有可进行光聚合反应官能基，所述官能基为肉桂酸酯基、香豆素酯基、苯基苯乙烯酮基、马来酰亚胺基、喹啉酮基或双苯亚甲基。
10.如权利要求1所述的微位相差膜，其特征在于，其中所述光配向层的厚度为50–100nm。
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