TWI413814B - 具視差障壁層之偏光板及其製造方法、以及其應用之三次元顯示裝置 - Google Patents

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Description

具視差障壁層之偏光板及其製造方法、以及其應用之三次元顯示裝置
本發明係有關於一種偏光板，特別是有關於一種具有視差障壁層之偏光板。
現有的視差障壁層式立體(3D)顯示器，是將視差障壁層貼附在液晶(LCD)面板外表面或是整合在彩色濾光板(CF)玻璃上(中華民國專利I224207)如圖一。在專利I224207中主要提供將視差障壁層整合在CF玻璃面板的方法與製程且形成3D顯示裝置。
圖一為中華民國專利I224207之立體顯示裝置：第一基板1，靠近觀察者面，由透明材料所形成者；第二基板6，配置成與第一基板1相對；液晶層5，設置於第一基板1與第二基板6之間；視差障壁層2，直接形成於第一基板近觀察者側之表面者。偏光板3形成於形成有視差障壁層2之觀察者側基板1之表面。
現有技術中主要有二種方式，一為中華民國專利I224207，將視差障壁層2與CF 4同時製作在同一基板1的上下兩側(如圖二所示)，因此在製程上有較易污染且製作良率等問題；另一種技術是將視差障壁層貼附於LCD面板外，是需額外在偏光片上貼附視差障壁層和保護層。
職是之故，申請人鑑於習知技術中所產生之缺失，經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨之精神，終構思出本案「具視差障壁層之偏光板及其製造方法、以及其應用之三次元顯示裝置」，能夠克服上述缺點，以下為本案之簡要說明。
在此本發明在改良上述兩種方式之缺陷。本發明將視差障壁層與偏光板整合，可以節省偏光片材料成本又可簡化立體顯示面板之製作流程，只需將整合好的偏光片貼附在有立體顯示設計的面板便可以形成立體顯示面板。本發明中不把視差障壁整合在CF玻璃，因此不會影響CF玻璃製程。
一般視差障壁式立體顯示方法如圖三所示：其中左右兩眼60經由視差障壁層11(透光與不透光)結構影響，所看到的畫素12為不同影像，左眼可看到1、3、5…之畫素影像，右眼可看到2、4、6…之畫素影像。因此兩眼60看到不同影像在大腦中可以組合成具有深度資訊之3D影像。
3D立體顯示面板立體成像架構圖如圖四所示：其中PP為畫素寬度、BP為視差障壁寬度、OD為兩眼間距離、x為視差障壁與畫素間的距離、DIST為畫素與兩眼的距離。其中彼此的距離可由相似三角形等比公式推導出關係，如以下公式：
視差障壁(Barrier)11在面板之前：
視差障壁11在面板之後：
由此公式(1)及公式(2)可了解立體成像位置與畫素和視差障壁開口寬度之比例關係，所以藉由此公式(1)及公式(2)可設計出所需之立體顯示面板。
本發明提出一種附視差障壁層的偏光板，其主要結構，包含：一偏光層；一第一保護層，設置於該偏光層上之一側；一第二保護層，設置於該偏光層上相對於該側之另一側；以及一視差障壁層，設置於該第一保護層之一側。此外偏光板結構，更包含一表面保護層，設置於該視差障壁層之一側；一感壓性黏著層，設置於該第二保護層之一側；一分離膜，設置於該感壓性黏著層之一側，用以保護該感壓性黏著層。上述之視差障壁層分成透光與不透光兩種組成，且其透光與不透光之寬度比例可隨面板之應用來調整，其中不透光部份使用不透光材質製作。視差障壁層的製作可以使用噴墨列印(ink-jet printing)製作，噴墨列印使用顏料形式(pigment type)，可避免暈散開，使用顏料附著在保護層或偏光層上並貼附整合在偏光片上。其中此製程原先是可使用在CF製作次畫素(Sub-pixel)大小，因此在對於製作主畫素(Main-pixel)寬度的精準度而言是可行的，而且所使用的材料為顏料並非染料，故不會有擴散問題。
本發明將視差障壁層與偏光片整合，可以節省偏光片材料成本又可簡化立體顯示面板之製作流程，只需將整合好的偏光片貼附在有立體顯示設計的面板便可以形成立體顯示面板。
本發明係提供了一種具有視差障壁層之偏光板，節省了偏光片材料成本又可簡化立體顯示面板之製作流程，改善了習知技術的缺點。並且，本發明所開發的新技術在製造上有極佳的便利性，可快速地融入現有的立體顯示面板製程之中。因此，本發明不但符合產業在成本與製造上的考量，並且具有長足的進步性，而有利提升產業競爭力。
本發明一些實施例的詳細描述如下，然而，除了該詳細描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例施行。亦即，本發明的範圍不受已提出之實施例的限制，而應以本發明提出之申請專利範圍為準。
再者，為提供更清楚的描述及更易理解本發明，圖示內各部份並沒有依照其相對尺寸繪圖，某些尺寸與其他相關尺度相比已經被誇張；不相關之細節部份也未完全繪出，以求圖示之簡潔。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參閱圖五，係為本發明附視差障壁層之偏光板結構圖。本發明提出一種附視差障壁層的偏光板結構10，其主要結構包含：一偏光層12、一第一保護層13，設置於該偏光層上之一側；一第二保護層14，設置於該偏光層12上相對於該側之另一側；以及一視差障壁層11，設置於該第一保護層13之一側。此外偏光板結構10，更包含一表面保護層19，設置於該視差障壁層之一側；一感壓性黏著層18，設置於該第二保護層14之一側；一分離膜20，設置於該感壓性黏著層18之一側，用以保護該感壓性黏著層18。
上述之偏光層12可對應採用任何適當之偏光膜，例如：聚乙烯醇系膜、部分聚合化聚乙烯醇系膜、乙烯‧醋酸乙烯共聚合物系部分皂化膜等之親水性高分子膜、吸附碘或二色性染料等之二色性物質並單軸延伸者、聚乙烯醇之脫水處理物或氯化乙烯之脫鹽酸處理物等多烯系定向膜等。
聚乙烯醇系膜吸附碘或二色性染料等之二色性物質並單軸延伸之偏光子，因偏光二色比較高故特佳。較佳者為聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)，係由以含有二色性物質之聚乙烯醇系樹脂作為主要成分之高分子膜之延伸膜所構成。上述之保護層13,14係由以纖維素系樹脂作為主要成分的高分子膜所構成，例如是三醋酸纖維素(triacetyl cellulose,TAC)、環烯烴共聚物以及環烯烴聚合物等，其中較佳者為TAC。
上述之視差障壁層11分成透光與不透光兩種組成，且其透光與不透光之寬度比例可隨面板之應用來調整，其中不透光部份使用不透光材質製作。視差障壁層11的製作可以使用噴墨列印(ink-jet printing)製作，噴墨列印使用顏料型(pigment type)噴墨墨水，可避免暈散開，噴墨噴嘴30使顏料附著在保護層13,14或偏光層12上並貼附整合在偏光板結構10上(如圖六所示)。其中此製程原先是可使用在CF製作次畫素大小，因此在對於製作主畫素寬度的精準度而言是可行的，而且所使用的材料為顏料並非染料，故不會有擴散問題。上述之視差障壁層11所使用之顏料型噴墨墨水係為不透光或深色之顏料，例如黑色、暗藍色或深紅色等。
本實施例之製造方法，包含下列步驟：首先提供一偏光層12、一第一保護層13及一第二保護層14，形成一視差障壁層11於該第一保護層13之一側，再黏性壓合該偏光層12及該等保護層13,14，之後以烘烤設備(如烘箱)烘烤該保護層與該偏光層。最後，再以加熱滾筒70以高溫加溫壓合烘烤後的保護層13,14與偏光層12，如此即可得到偏光板10。
在本實施例形成視差障壁層11製程中，利用噴墨噴嘴30使顏料附著在第一保護層13上，形成明暗相間之暗亮帶，作為視差障壁之用。而視差障壁層11的製作可以使用噴墨列印(ink-jet printing)製作，在噴墨列印的方式中使用顏料型(pigment type)噴墨墨水，可避免暈散開。上述之視差障壁層11所使用之顏料型噴墨墨水係為不透光或深色之顏料，例如黑色、暗藍色或深紅色等。
在黏性壓合製程中先塗佈黏著層15,16於該偏光層12之二側，之後再加溫壓合該偏光層12及該等保護層13,14，其中該黏著層15,16係選自聚氨基甲酸酯膠以及聚乙烯醇膠其中之一。此外可依需要進行提高黏合力之處理，如此處理之代表例可舉例如乾處理、易附著處理等。乾處理之具體例，可舉例如電暈處理、氣體電暈處理、電漿處理、低壓UV處理等。易附著處理之具體例，可舉塗布易附著材料為例。易附著處理材料可舉例如纖維素系樹脂、胺甲酸酯系樹脂、矽烷耦合劑、矽底漆、PVA、尼龍、苯乙烯系樹脂等。
又，亦可併用乾處理及易附著處理。或者，藉由以氫氧化鈉水溶液進行皂化處理，以提高黏合力，且皂化處理亦可與易附著處理併用。作為上述第一保護層13及第二保護層14之例以外之透明保護膜，可舉纖維素系樹脂膜為例。更具體而言，可舉出如三乙醯纖維素膜、二乙醯纖維素膜等纖維素醋酸酯系樹脂膜。其中以三乙醯纖維素(TAC)為佳，且以經皂化處理之三乙醯纖維素膜更佳。
上述之偏光層12係利用，例如，包含膨脹步驟、染色步驟、交聯步驟、及延伸步驟之製造方法來製造。在膨脹步驟中，以水浸漬聚乙烯醇系膜，使該膜膨脹。藉由浸漬於水中並以水清洗，可洗淨聚乙烯醇系膜表面之髒污及沾黏防止劑。又，藉由使聚乙烯醇系膜膨脹，可具有防止染色不均等不均一之效果。染色步驟中，使聚乙烯醇系膜在於加入有碘等二色性物質或二色性染料等之浴中染色。
交聯步驟中，使聚乙烯醇系膜於加入有硼酸或硼砂等交聯劑之浴中交聯。延伸步驟中，使聚乙烯醇系膜延伸至原本長度之3~7倍。該等步驟之順序並無特殊限制，且亦可數個步驟同時進行。例如，可在以碘染色後進行延伸，亦可同時進行染色與延伸，亦可延伸後再以碘染色。亦可於硼酸或碘化鈣等之水溶液中或水浴中延伸。
接著，貼合偏光層12與保護層13,14。本發明之製造方法係將上述第一保護層13及上述第二保護層14，分別貼合於偏光層12之單面上。藉由進行乾燥處理，由於可極為良好地除去多餘的水分，故可顯著地防止變紅等脫色現象或漏光現象，或者通過率提高而使偏光率降低之現象。
乾燥處理之條件(例如乾燥溫度、乾燥時間、乾燥方法)，可對應目的作適當之設定。上述偏光層12與上述第一保護層13及上述第二保護層14之貼合，其具代表性者，係利用黏著層15,16進行貼合。上述黏著層15,16的接著劑係在保護層13,14與偏光層12可進行良好接著的前提下，可採用任意的適當接著劑。
最好使用具有光學等向性的接著劑。此種接著劑可舉例如：聚乙烯醇(PVA)系接著劑、胺甲酸乙酯系接著劑、丙烯酸系接著劑、環氧系接著劑。例如當偏光層12屬於PVA系薄膜的情況時，便最好為含PVA系樹脂的接著劑。理由係與偏光元件間之接著性特別優良。PVA系樹脂係可採用任意的適當PVA系樹脂。代表例有如：無取代PVA、具反應性較高官能基的PVA。特別以具反應性較高官能基的PVA為佳。理由係可更加明顯的提升偏光板的耐久性。具反應性較高官能基的PVA之具體例有如：經乙醯乙醯基改質過的PVA樹脂。
另外，黏著層15,16係塗布接著劑水溶液並乾燥後形成者。接著劑宜可更含有交聯劑，且交聯劑以水溶***聯劑為佳。水溶***聯劑之具體例，可舉例如硼酸、硼砂、戊二醛、三聚氰胺、草酸等。因應需要，黏合劑可更含有任意適當之添加劑(例如，抗氧化劑、紫外線吸收劑)及/或觸媒(例如，酸)。
此外該偏光板結構10之製造方法，更包含下列步驟：再提供一表面保護層19，緊接著塗佈一感壓性黏著層17於已經經過噴墨印刷而形成視差障壁層11之該第一保護層13及該表面保護層19之間，以保護該偏光層12。接下來提供一分離膜20，然後塗佈一感壓性黏著層18於該第二保護層14及該分離膜20之間，即形成具視差障壁層11的偏光板結構10。
請參閱圖七，為本發明第一實施例之立體顯示器架構圖。本實施例在此提出整體3D立體顯示裝置之架構，將視差障壁層11整合在第一保護層13上側，並且與液晶顯示面板40(LCD CELL)結合成為立體顯示面板，其結構如圖七所示。在此實施例中，我們以此架構的視差障壁層到畫素距離帶入公式(1)推導出立體成像位置，便可以設計出立體顯示面板。以19”面板為例子其子畫素寬度PP約為0.1mm，而視差障壁層11與畫素距離X約0.6mm(偏光片約0.2mm+CF玻璃厚度0.4mm)，又因一般人雙眼寬度會因個人有所不同，所以在設計上取雙眼寬度介於60mm~70mm之間為最佳設計。藉由公式(1)可推導出視差障壁層開口寬度在兩眼寬度60mm~70mm之間的最佳設計。由此資料當我們將視差障壁層開口固定在一固定值時，其兩眼寬度OD為65mm可看到立體影像的人，而雙眼寬度不同於65mm的人只需要將觀看距離前後調整便可以看到完整的立體影像。
請參閱圖八，係為本發明第二實施例之立體顯示器架構圖。實施例二，將視差障壁層11整合在偏光層(PVA)12與第一保護層13之間，並且與LCD CELL結合成為立體顯示面板，其結構如圖八所示。在此實施例中，同樣以19”面板為例子其子畫素寬度PP約為0.1mm，而視差障壁層與畫素距離X約為0.5mm(偏光片約為0.1mm、CF玻璃厚度約為0.4mm)，取雙眼距離介於60mm~70mm之間為最佳設計，可得視差障壁層之最佳設計。
請參閱圖九，係為本發明第三實施例之立體顯示器架構圖。實施例三，將視差障壁層11整合在偏光層(PVA)12下側，並且與LCD CELL 40結合成為立體顯示面板，其結構如圖九所示。在此實施中，以19”面板為例子其子畫素寬度PP約為0.1mm，而上圖架構視差障壁層與畫素距離X約0.5mm(TAC保護層約0.1mm、CF玻璃厚度0.4mm)，取雙眼距離介於60mm~70mm之間為最佳設計，可得視差障壁層之最佳設計。
請參閱圖十，係為本發明第四實施例之立體顯示器架構圖。實施例四：將視差障壁層11整合在第二保護層(TAC)層14下方，並且與LCD CELL 40結合成為立體顯示面板，其結構如圖十所示。在此實施中，以19”面板為例子其子畫素寬度PP為0.1mm，而上圖架構視差障壁層與畫素距離X約0.4mm(CF玻璃厚度0.4mm)，取雙眼距離介於60mm~70mm之間為最佳設計，可得視差障壁層之最佳設計。
請參閱圖十一，係為本發明第五實施例之立體顯示器架構圖。實施例五：將視差障壁層11整合在第一保護層(TAC)13上方，並且與補償膜22、LCD CELL 40結合成為立體顯示面板，其結構如圖十一所示。在此實施例中，與實施例一是相差了補償膜22結構(厚度約0.005mm)，因此對立體成像距離位置與實施例一相差數公分的差距。
請參閱圖十二，係為本發明第六實施例之立體顯示器架構圖。實施例六：將視差障壁層11整合在偏光層(PVA)12和第一保護層(TAC)13之間，並且與補償膜22、LCD CELL 40結合成為立體顯示面板，其結構如圖十二所示。在此實施例中，與實施例二是相差了補償模結構(厚度約0.005mm)，因此對立體成像距離位置與實施例二相差數公分的差距。
請參閱圖十三，係為本發明第七實施例之立體顯示器架構圖。實施例七：將視差障壁層11整合在偏光層(PVA)12下方，並且與補償膜22、LCD CELL 40結合成為立體顯示面板，其結構如圖十三所示。在此實施例中，與實施例三是相差了補償膜22結構(厚度約0.005mm)，因此對立體成像距離位置與實施例三相差數公分的差距。
請參閱圖十四，係為本發明第八實施例之立體顯示器架構圖。實施例八：將視差障壁層11整合在第二保護層(TAC)14下方，並且與補償膜22、LCD CELL結合成為立體顯示面板，其結構如圖十四所示。在此實施例中，與實施例四是相差了補償膜22結構(厚度約0.005mm)，因此對立體成像距離位置與實施例四相差數公分的差距。
本發明以較佳之實施例說明如上，針對本發明的影像顯示裝置進行說明。在此針對其中一例之液晶顯示裝置進行說明，但是當然本發明可適用於需要偏光板的所有顯示裝置。能適用本發明偏光板的影像顯示裝置具體例有如：電激發光(EL)顯示器、電漿顯示器(PD)、場發射顯示器(FED：Field Emission Display)之類的自發光型顯示裝置。液晶顯示裝置僅用於藉以幫助了解本發明之實施，非用以限定本發明之精神，而熟悉此領域技藝者於領悟本發明之精神後，在不脫離本發明之精神範圍內，當可作些許更動潤飾及等同之變化替換，其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。
本案得由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
1‧‧‧第一基板
2、11‧‧‧視差障壁層
3、10‧‧‧偏光板
5‧‧‧液晶層
6‧‧‧第二基板
12‧‧‧偏光層
13‧‧‧第一保護層
14‧‧‧第二保護層
15,16‧‧‧黏著層
17、18‧‧‧感壓性黏著層
19‧‧‧表面保護層
20‧‧‧分離膜
22‧‧‧補償膜
30‧‧‧噴墨噴嘴
40‧‧‧LCD CELL
50‧‧‧背光模組
60‧‧‧兩眼
70‧‧‧加熱滾筒
圖一為習知技術立體顯示裝置之剖面圖；
圖二為習知技術立體顯示裝置含彩色濾光板之剖面圖；
圖三為一般視差障壁式立體顯示方法；
圖四為立體顯示面板立體成像架構圖；
圖五係為本發明附視差障壁層之偏光板結構剖面圖；
圖六係為視差障壁層製作之示意圖；
圖七係為本發明第一實施例之立體顯示器架構圖；
圖八係為本發明第二實施例之立體顯示器架構圖；
圖九係為本發明第三實施例之立體顯示器架構圖；
圖十係為本發明第四實施例之立體顯示器架構圖；
圖十一係為本發明第五實施例之立體顯示器架構圖；
圖十二係為本發明第六實施例之立體顯示器架構圖；
圖十三係為本發明第七實施例之立體顯示器架構圖；以及
圖十四係為本發明第八實施例之立體顯示器架構圖。
10．．．偏光板
11．．．視差障壁層
12．．．偏光層
13．．．第一保護層
14．．．第二保護層
15、16．．．黏著層
17、18．．．感壓性黏著層
19．．．表面保護層
20．．．分離膜

Claims (22)

  1. 一種偏光板結構，包含：一偏光層，具有相對的一第一側與一第二側；一視差障壁層，設置於該偏光層的該第一側與該第二側之其中一側；一表面保護層，設置於該視差障壁層上方；一第一保護層，設置於該偏光層的該第一側上方；一第二保護層，設置於該偏光層的該第二側下方，其中該第一保護層和該第二保護層都在該表面保護層下方；以及一補償膜，其中該偏光層、該視差障壁層、該第一保護層、該第二保護層被配置於該表面保護層和該補償層之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之偏光板結構，更包含一感壓性黏著層，設置於該第二保護層之外側。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之偏光板結構，更包含一分離膜，設置於該感壓性黏著層之一側，用以保護該感壓性黏著層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之偏光板結構，其中，該偏光層係由以含有二色性物質之聚乙烯醇系樹脂作為主要成分之高分子膜之延伸膜所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之偏光板結構，其中，該偏光層之材質係為聚乙烯醇。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之偏光板結構，其中，該等保護層係由以纖維素系樹脂作為主要成分的高分子膜所構成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之偏光板結構，其中，該等保護層之材質係選自三醋酸纖維素、環烯烴共聚物以及環烯烴聚合物其中之一。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之偏光板結構，其中，該視差障壁層係以噴墨列印(ink-jet printing)方式形成。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之偏光板結構，其中，該噴墨列印方式係使用顏料型(pigment type)噴墨墨水。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之偏光板結構，其中，該顏料型噴墨墨水係為不透光或深色之顏料。
  11. 一種三次元顯示裝置，包含：一液晶單元；一補償膜，被配置於該液晶單元上方；以及一偏光板，被配置於該補償膜之上方，並具有一表面保護層和一視差障壁層，該視差障壁層被配置於該表面保護層的下方。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置為一電激發光(EL)顯示器、一電漿顯示器(PD)、一場發射顯示器(FED：Field Emission Display)或一自發光型顯示裝置。
  13. 一種具有一顯示單元的三次元顯示裝置之製造方法，包含：提供一偏光層，其具有相對的一第一側和一第二側；形成一視差障壁層於該偏光層的該第一側與該第二側之其中一側；提供一表面保護層，設置於該視差障壁層上方，其中該偏光層、該視差障壁層、該表面保護層被整合成為一偏光板；以及形成一補償膜以將偏光板與該顯示單元相結合該。
  14. 如申請專利範圍第13項所述三次元顯示裝置之製造方法，更包含下列步驟：形成一第一保護層，設置於該表面保護層下方與該偏光層的該第一側上方；以及 形成一第二保護層，設置於該表面保護層下方與該偏光層的該第二側下方。
  15. 如申請專利範圍第13項所述三次元顯示裝置之製造方法，更包含下列步驟：塗佈一感壓性黏著層於該第一保護層及該表面保護層之間。
  16. 如申請專利範圍第13項所述三次元顯示裝置之製造方法，更包含下列步驟：提供一分離膜；以及塗佈一感壓性黏著層於該第二保護層及該分離膜之間。
  17. 如申請專利範圍第13項所述偏三次元顯示裝置之製造方法，其中，該偏光層係由以含有二色性物質之聚乙烯醇系樹脂作為主要成分之高分子膜之延伸膜所構成。
  18. 如申請專利範圍第13項所述三次元顯示裝置之製造方法，其中，該偏光層之材質係為聚乙烯醇。
  19. 如申請專利範圍第13項所述三次元顯示裝置之製造方法，其中，該等保護層係由以纖維素系樹脂作為主要成分的高分子膜所構成。
  20. 如申請專利範圍第13項所述三次元顯示裝置之製造方法，其中，該等保護層之材質係選自三醋酸纖維素、環烯烴共聚物以及環烯烴聚合物其中之一。
  21. 如申請專利範圍第13項所述三次元顯示裝置之製造方法，其中，該視差障壁層係以噴墨列印方式形成。
  22. 一種附視差障壁層的偏光板結構之製造方法，包含：提供一偏光層及一保護層；以噴墨列印方式形成一視差障壁層於該偏光層上；塗佈一黏著層於該保護層與該偏光層之間； 壓合該保護層與該偏光層；以及烘烤該保護層與該偏光層以形成該偏光板結構。
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