[发明专利]双折射液晶单元的制造方法

说明书

技术领域

本发明是关于表面起伏双折射液晶元件的制造。

背景技术

表面起伏双折射液晶元件适用于多种领域，包括但不限于自动立体显示3D(三维)显示装置，亮度强化显示装置、用于照明显示装置特别是穿透式及半穿透半反射式显示系统，且可作为光学网络中的切换元件。

例如WO 03/015424及WO2005/006056中揭露了表面起伏双折射光学元件。由位于等向性材料及排列的双折射液晶材料之间的表面起伏介面形成双折射微透镜阵列。第一线性偏光态的光线通过装置会碰上等向性材料及双折射液晶材料间的表面起伏介面之间的第一阶折射率，而第二正交线性偏光态的光线会在该介面碰上不同的第二阶折射率。美国专利US 5,751,388揭露将此种双折射元件用于背光模块中。此种背光模块可发出美国专利申请案US 2003/0,058,383所述的偏光光线，在该篇专利中揭露了排列结构化的双折射光学元件以偏射第一偏光光线且不会偏射第二偏光光线。

可利用图1所示的液晶单元(liquid crystal cell)填充法形成双折射液晶元件。利用紫外线铸造、压印成型、热成型或其他现有习知的方法在硬式基板2例如玻璃或聚合物基板的表面上形成等向性聚合物层4。使等向性聚合物层4的外表面具有表面起伏结构，并在其上形成排列层6，如聚酰亚胺。可利用例如旋转涂布、印刷或其他现有习知的方法形成排列层6。固化并摩擦排列层6以产生定向的液晶排列特性。第二硬式基板8具有第二排列层10，可在排列层6及10间形成一单元间隙，且通常可在较高的温度下，如箭号14所示将双折射液晶材料12以毛细填充的方式填入其间。液晶材料12可以是可固化液晶材料。在此种情形中，在填充之后将材料固化，例如可利用热、光、或电子束辐射。此种材料适用于非常粗糙的表面，且可减低装置的厚度。

此种毛细填充过程有许多问题。常见的表面起伏结构之一为具有细长圆柱状透镜阵列的透镜状表面。在此种情形中，毛细填充通常会沿着透镜长边的方向进行。然而，这些透镜很容易发生堵塞，所以无法均匀填充，而产生会降低光学性能的气泡。在可固化液晶材料中，气泡可能含有氧气，而氧气会抑制某些可聚合液晶材料的固化。上述情形可能在固化的材料中产生应变区域和/或使得靠近气泡处的液晶材料的排列特性变差。

更常见的填充方式是在排列层5及9之间采用一较大的间隔间隙。然而，此一方法的缺点在于必须利用更多的材料，且因而会增加成本。此外，难以保持额外材料的厚度的一致性，因而最终装置可能不平坦，而导致不均匀的光学输出，例如在一自动立体显示系统。

在填充过程中，可利用真空装置以避免形成气泡。真空装置的缺点在于非常昂贵，且真空填充所需的真空程度过高，可能和透镜聚合物材料不相容。

上述装置还需要两个基板1及7。此种基板的厚度通常为0.4mm或更大。因此，显示器整体的厚度会非常大。为了在制造后降低厚度，本案发明人由理论出发，试图由固化的液晶材料11移除基板7。然而，这样的方式仍会产生问题。硬式基板7很难移除。若基板7是由玻璃制成，则很容易破裂。液晶材料11及排列层5间的介面的表面能量，可能很相似，所以分层时无法预料会在那一表面分离开来，因而使得分层时充满不确定性。再者，液晶材料11和排列层5间的黏着力应该越高越好，以提高装置的耐久性。将湿润剂加入液晶材料11可提高表面能量，然而，这亦可能增加其与排列层9的黏着力，且因而将第了在平面介面将其分层的可靠性。

再者，增加排列层会提高制程方法的成本。

再者，填充制程可能花上述小时，特别是对于大型显示装置或玻璃母板制程方法所需的大型单元。当液晶材料11为聚合物液晶时，其可能在利用例如紫外线固化的前受热而固化。这代表在长时间制程中，难以运用此类材料。提前固化可能造成区域的液晶排列不一致以及填充错误。

当例如图1所示的双折射元件为玻璃母板形式时，还有其他的问题，因为在玻璃母板形式的制程之后，玻璃母板不易切割，且难以分开个别元件。在切割时，必须切过两个不同的基板7及1还有固化的聚合物层3及液晶材料11，且不能让聚合物材料3或固化的液晶材料11分层。

因此，非常需要提出一种制造表面起伏双折射液晶元件的方法，以降低至少部份上述问题。