专利名称：光学膜、三维图像显示装置以及三维图像显示系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于三维图像显示器的光学膜、三维图像显示装置以及三维图像显示系统，其具有具高清晰度配向图案的光学各向异性层，易于制造且在显示性能上得到改良但不引起亮度降低且在耐光性上得到改良。
背景技术：
显示三维图像的三维图像显示装置需要光学部件，此光学部件将右眼图像以及左眼图像转换为(例如)在相反方向上的圆形偏光 的图像。举例来说，作为光学部件，使用在慢轴线以及延迟上相互不同的多个域在平面内规则地布置的经图案化延迟膜。关于经图案化延迟膜的使用，例如，W02010/090429A2提出配向层用于图案化且光学各向异性层含有杆状液晶的光学膜，且提出将光学膜用作用于三维显示器的经图案化延迟器。日本专利4547641提出通过以下操作来形成光学各向异性层(例如)用模具通过图案化在基底的最外表面上形成多个凹槽、接着将含有液晶单体的液晶材料涂覆于基底的经图案化表面上，以及在其上聚合单体。然而，此等文件并未揭示调整构成经图案化延迟膜的材料的Re以及构成经图案化延迟膜的所有材料的Rth。
发明内容
然而，本发明者发现，当通过使用液晶材料所制造的经图案化延迟板实际上用于三维图像显示装置中时，倾斜方向上的亮度降低，或即，视角特性变差。本发明的目标为提供有助于改良三维图像显示装置的视角特性的用于三维图像显示装置的新颖光学膜，且使用此膜提供三维图像显示装置以及三维图像显示装置系统。用于达成目标的方式如下<1> 一种用于三维图像显示装置的光学膜，其至少包括光学各向异性层，其由包括可聚合液晶作为主要成分的组合物形成，以及偏光膜，其在与任意边成45°的方向上具有吸收轴线，其中所述光学各向异性层为经图案化光学各向异性层，其包括在平面内慢轴线方向以及平面内延迟中的至少一者上相互不同的第一延迟域以及第二延迟域，且其中所述第一延迟域以及所述第二延迟域在平面内交替地布置，所述光学各向异性层安置于所述偏光膜的一面上，安置于所述偏光膜的一面上的包含所述光学各向异性层的所有部件在550纳米的波长下的总平面内延迟Re (550)为110纳米到160纳米，所述部件安置于对应于所述第一延迟域以及所述第二延迟域中的至少一者的域中，且安置于所述偏光膜的一面上的包含所述光学各向异性层的所有所述部件在550纳米的波长下的总厚度方向延迟Rth (550)为-100纳米到100纳米。<2> 一种用于三维图像显示装置的光学膜，其至少包括光学各向异性层，其由包括可聚合液晶作为主要成分的组合物形成，以及
偏光膜，其在与任意边成90°的方向上具有吸收轴线，其中所述光学各向异性层为经图案化光学各向异性层，其包括在平面内慢轴线方向以及平面内延迟中的至少一者上相互不同的第一延迟域以及第二延迟域，且其中所述第一延迟域以及所述第二延迟域在平面内交替地布置；所述光学各向异性层安置于所述偏光膜的一面上，安置于所述偏光膜的一面上的包含所述光学各向异性层的所有部件在550纳米的波长下的总平面内延迟Re (550)为110纳米到160纳米，所述部件安置于对应于所述第一延迟域以及所述第二延迟域中的至少一者的域中，且所述光学各向异性层以及安置于所述光学各向异性层中与安置有所述偏光膜的所述表面相反的表面上的所有部件在550纳米的波长下的总厚度方向延迟Rth(550)为-100纳米到100纳米。·
〈3>根据〈1>或〈2>所述的光学膜，其中所述第一延迟域以及所述第二延迟域的所述平面内慢轴线与所述偏光膜的透射轴线成±45°角。〈4>根据〈1>至〈3>中任一项所述的光学膜，其在所述光学各向异性层中与具有所述偏光膜的表面相反的表面上包括含有紫外线(UV)吸收剂的层。〈5>根据〈1>至〈4>中任一项所述的光学膜，其中所述可聚合液晶为可聚合杆状液晶。<6>根据〈5>所述的光学膜，其中所述可聚合杆状液晶固定于水平配向状态中。〈7>根据〈1>至〈6>中任一项所述的光学膜,其在所述光学各向异性层与所述偏光膜之间包括聚合物膜，所述聚合物膜在550纳米的波长下的厚度方向延迟Rth (550)为-200纳米到O纳米。<8>根据〈1>至〈7>中任一项所述的光学膜，其在所述光学各向异性层中与具有所述偏光膜的所述表面相反的所述表面上包括抗反射层，且在所述光学各向异性层与所述抗反射层之间包括聚合物膜，所述聚合物膜在550纳米的波长下的厚度方向延迟Rth (550)为-200纳米到O纳米。<9> 一种三维图像显示装置，其至少包括显示面板，其将以图像信号为基础而驱动，以及根据〈1>至〈8>中任一项所述的光学膜，其安置于所述显示面板的观看面上。<10>根据〈9>所述的三维图像显示装置，其中所述显示面板包括液晶盒(cell)。〈11>根据〈10>所述的三维图像显示装置，其中所述光学膜为根据〈1>以及〈3>至〈8>中任一项所述的光学膜，且所述液晶盒为TN模式盒。<12>根据〈10>所述的三维图像显示装置，其中所述光学膜为根据〈2>至〈8>中任一项所述的光学膜，且所述液晶盒为VA模式或IPS模式盒。<13> 一种三维图像显示系统，其至少包括根据〈9>至〈12>中任一项所述的三维图像显示装置，以及偏光板，其安置于所述三维图像显示装置的观看面上，所述三维图像显示装置通过所述偏光板视觉化三维图像。根据本发明，有可能提供有助于改良三维图像显示装置的视角特性的用于三维图像显示装置的新颖光学膜，且使用此膜提供三维图像显示装置以及三维图像显示装置系统。
图I为本发明的用于三维图像显示装置的光学膜的一个实例的示意性横截面图。图2为偏光膜与光学各向异性层之间的关系的一个实例的不意图。图3为偏光膜与光学各向异性层之间的关系的一个实例的不意图。
图4为本发明中的经图案化光学各向异性层的一个实例的示意性俯视图。图5(a) 图5(d)展示本发明的光学膜的其他实例的示意性横截面图。图6(a) 图6(d)展示本发明的三维图像显示装置的一些构成实例的示意性横截面图。图7为展示用于图案化的柔性板的横截面的一个实例的示意图。图8为展示柔性板印刷方法的一个实例的示意图。图9为展示在实例中所制造的延迟板的光学特性评估结果的视图。图10(a) 图10(b)展示曝光掩膜的实例的示意图。参考标号与符号的描述10延迟板12经图案化光学各向异性层12a第一延迟域12b第二延迟域14透明支撑件16偏光膜31柔性板32平行配向层(或垂直配向层)33用于图案化的垂直配向层液体(或用于图案化的平行配向层液体)40柔性板印刷设备41压印滚筒42 印刷压辊43 网纹辊44 刮刀a平面内慢轴线b平面内慢轴线P偏光板的吸收轴线
具体实施例方式下文详细描述本发明。在此描述中，由措词“一数量到另一数量”所表达的数量范围意谓落在指示范围的下限的前一数量与指示其上限的后一数量之间的范围。首先描述用于此描述中的术语。在此描述中，Re(A)以及Rth(A)分别为在波长λ下的平面内延迟(nm纳米)以及厚度方向延迟(纳米)。通过使用KOBRA 21ADH或WR(由王子计测机器株式会社(OjiScientific Instruments)生产)在膜的法向方向上将具有波长\纳米的光施加到膜来测量Re ( X )。可根据波长选择性滤光片的手动交换或根据由程序所进行的测量值的交换来进行测量波长的选择。当将分析的膜由单轴线或双轴线折射率椭球表达时，膜的Rth(X)计算如下。此测量方法可用于测量在光学各向异性层中于配向层界面处以及杆状液晶分子的相反界面处的平均倾斜角。Rth(A)是由KOBRA 21ADH或WR以六个Re(A)值、假定平均折射率的值、以及键入为膜的厚度值的值为基础来计算，其中此六个ReU)值是针对在六个方向上的具有波长入纳米的入射光来测量，此六个方向是由相对于样本膜的法向方向从0°到50°的10°步进旋转的平面内慢轴线来决定，此平面内慢轴线由KOBRA 21ADH决定，并且平面内慢轴线作为倾斜轴线(旋转轴线；若膜不具有平面内慢轴线，则限定于任意平面内方向上)。在上文中，当将分析的膜具有围绕作为旋转轴线的相对于法向方向的平面内慢轴线、延迟值在某倾斜角下为零的方向时，则在大于给出零延迟的倾斜角的倾斜角下的延迟值改变为负数据，且接着膜的RthU)由KOBRA 21ADH或WR计算。围绕作为膜的倾斜角(旋转角)的 慢轴线(当膜不具有慢轴线时，则其旋转轴线可在膜的任何平面内方向上)，在任何所要倾斜的两个方向上测量延迟值，且基于数据，平均折射率的估计值以及所输入膜厚度值，可根据公式(A)以及⑶计算Rth
(A)
八Hf X nzd
Re 轉-如--;_-----== 乂--
f ny sm($m.............j.) )}2 + (nz cos(sm ( — - ......—) )}2cos[sm l(-)j
InxnxRe( 0 )表示在相对于法向方向倾斜角度0的方向上的延迟值；nx表示在平面内慢轴线方向上的折射率；ny表示在垂直于nx的平面内方向上的折射率；且1^表示在垂直于nx以及ny的方向上的折射率。且“d”为膜的厚度。(B) Rth = {(nx+ny) /2~nz} X d当将分析的膜并不由单轴线或双轴线折射率椭球表达时，或即，当膜不具有光轴线时，则膜的Rth(X)可计算如下在具有波长\纳米的光在倾斜方向上施加的情况下，以10度的间隔相对于从-50度到+50度的膜法向方向，在总共11个点中，围绕作为平面内倾斜轴线(旋转轴线)的慢轴线(由KOBRA 2IADH或WR判断)测量膜的Re (入)；且基于由此测量的延迟值，平均折射率的估计值以及膜的所输入膜厚度值，可由KOBRA 21ADH或WR计算RthU)。在上文所述的测量中，平均折射率的假定值可得自在聚合物手册(Polymer Handbook)(约翰威立父子出版公司(John Wiley & Sons, Inc.))中的各种光学膜的目录中所列出的值。可使用阿贝折射仪(Abbe refract meter)来测量平均折射率未知的那些光学膜。一些主要光学膜的平均折射率在下文中列出丙烯酸纤维素(I. 48)、环烯烃聚合物(I. 52)、聚碳酸酯(I. 59)、聚甲基丙烯酸甲酯(1.49)以及聚苯乙烯(1.59)。KOBRA 21ADH或WR在此等平均折射率以及膜厚度的假定值的键入后即刻计算nx、ny以及nz。以由此计算的nx、ny以及nz为基础，进一步计算 Nz = (nx-nz) / (nx-ny)。
在此描述中，“可见光”意谓从380纳米到780纳米。除非在此描述中于测量中在波长点上特定地另外界定，否则在测量中的波长为550纳米。在此描述中，角度(例如，“90° ”等)及其相关表达(例如，“垂直”、“平行”、“45° ”、“90° ”等)应解释为包含在本发明所属的技术领域中大体可接受的误差范围。举例来说，此意谓在精确角土小于10°的范围内，且相对于精确角的误差优选至多5°，较优选至多3°。I.用于三维图像显示装置的光学膜本发明涉及用于三维图像显示装置的光学膜，其至少含有经图案化光学各向异性层，其由包括可聚合液晶作为主要成分的组合物形成；以及偏光膜。本发明者对导致当在倾斜方向上观察时，含有具液晶组合物的经图案化光学各向异性层以及偏光膜的经图案化圆形偏光板的三维显示装置的亮度降低的原因进行了各种研究，且发现原因中的一者为在观看面上安置为与偏光膜相比更外侧的包含经图案化光学各向异性层的各种部件的Rth。由液晶组合物形成的经图案化光学各向异性层一般在此层堆叠于支撑件(诸如，聚合物膜或其类似者)上以对其进行支撑的情况下使用，且与保护膜或其类似者一起使用以对其进行保护。将用作支撑件的聚合物膜或其类似者具有某一延迟，且可能有必要将层压结构的Re整体调整为适用于形成圆形偏光的图像等的Re范围。难以形成具有某一 Re但不具有Rth的光学各向异性层、聚合物膜或其类似者，且因此，一般来说，其具有某一 Rth。由液晶组合物形成的光学各向异性层以及层压于其上的聚合物膜具有某一 Rth，且层压结构的Rth可能常常整体上为大的正值或负值。明确地说，用于三维显示装置中的经图案化延迟板为在所述装置中的显示面板的观看面上安置于外部的部件，且因此需要保护部件以用于保护板以免于通过曝光于外部光而恶化，而且需要抗反射部件或其类似者以用于防止外部光反射于板上，且将聚合物膜或其类似者层压于板上为不可缺少的，因而所得层压结构的Rth往往可能过大增加。整体上的层压部件的此高Rth为降低在倾斜方向上的亮度的一个原因。本发明者已进行进一步调查，且结果发现，当在观看面上安置为与偏光膜相比更外侧的包含经图案化光学各向异性层的部件的总Rth为-100纳米到100纳米时，则在倾斜方向上的亮度的降低可减轻，且甚至在倾斜方向上，在足够亮度下的三维图像显示仍为可能的。由于本发明者所进行的刻苦研究，还发现，甚至在相同的部件安置为具有相同等级的Rth时，其对视角特性的影响程度仍取决于偏光膜的吸收轴线方向而变化。具体来说，发现，在图2中所示的实施例(偏光膜的吸收轴线P相对于任意边成45° (即，偏光膜的吸收轴线P沿着相对于显示面板面的水平方向0°的45°或135°方向)的实施例)中，在观看面上安置为与偏光膜相比更外侧的所有部件的Rth影响面板的视角特性；且另一方面，在图3中所示的实施例(或偏光膜的吸收轴线P相对于任意边成90° (即，偏光膜的吸收轴线P沿着相对于显不面板的水平方向0°的0°或90°方向)的实施例)中，安置于偏光膜与光学各向异性层之间的(多个)部件的Rth几乎不影响视角特性，但包含光学各向异性层以及在观看面上安置于此层的更外部处的任何部件的所有部件的Rth影响视角特性。在本发明中，在偏光膜在相对于任意边的45°方向上具有吸收轴线的实施例中，包含安置于偏光膜的一面上的光学各向异性层的所有部件在550纳米的波长下的总厚度方向延迟Rth (550)为-100纳米到100纳米，优选为-60纳米到60纳米，较优选为-60纳米到20纳米，且在偏光膜在相对于任意边的90°方向上具有吸收轴线的实施例中,光学各向异性层以及安置于光学各向异性层中与安置有偏光膜的面相反的面上的所有部件在550纳米的波长下的总厚度方向延迟Rth (550)为-100纳米到100纳米，优选为-60纳米到60纳米，较优选为-60纳米到20纳米，因而在倾斜方向上的亮度的降低得到减轻。“任意边”意谓矩形膜的长边或短边；然而，针对不同于矩形膜的任何其他膜，膜近似为矩形膜且其边被指定。针对椭圆形膜，任意边可为长边或短边；针对圆形膜，任意边可为由对圆的四条切线形成的立方体的一边。在本发明中，并不要求平面内慢轴线的方向严格地处于45°或90°，而接受上文所提到的误差范围。在用于形成经图案化光学各向异性层的液晶材料中，一些具有正双折射(例如，杆状液晶)，且其他者具有负双折射(例如，盘状液晶)。举例来说，当具有正Rth且由展示正双折射的杆状液晶材料形成的经图案化光学各向异性层与具有负Rth的聚合物膜的支撑件组合时，则其Rth可相互相抵，使得层压结构的Rth整体落在上文所提到的范围内。 本发明的用于三维图像显示装置的光学膜具有经图案化光学各向异性层，此经图案化光学各向异性层含有在平面内慢轴线方向以及平面内延迟中的至少一者上相互不同的第一延迟域以及第二延迟域，且其中第一延迟域以及第二延迟域在平面内交替地布置。本发明的用于三维图像显示装置的光学膜在显示面板的观看面上安置于外部(在显示面板在观看面上具有偏光膜的状况下，光学膜在显示面板的观看面上安置于偏光膜的更外部处)，且已通过延迟板的第一延迟域以及第二延迟域的偏光图像通过偏光眼镜视觉化为右眼或左眼图像。因此，需要第一延迟域以及第二延迟域两者具有相同形状，使得右图像以及左图像并非不等，且还需要其配置相等且对称。在本发明中，包含安置于偏光膜的一面上的光学各向异性层的所有部件在550纳米的波长下的总平面内延迟Re(550)为110纳米到160纳米，或即实质上入/4，此等部件安置于对应于第一延迟域以及第二延迟域中的至少一者的域中。在此情形下，在上文所提到的所有部件中，安置于对应于第一延迟域以及第二延迟域中的至少一者的域中的所有部件的总Re (550)可为实质上X/4。举例来说，一者可为实质上X/4，而另一者可为实质上3/4 A (具体来说，从375纳米到435纳米)。不用说，此两者可为入/4，且在此状况下，慢轴线必须相互垂直。可能的实施例概括于下表中。表中的延迟域A以及B各自分别意谓安置于对应于第一延迟域以及第二延迟域的域中的所有部件。[表 I]
权利要求
1.一种用于三维图像显示装置的光学膜，其特征在于，至少包括 光学各向异性层，其由包括可聚合液晶作为主要成分的组合物形成，以及 偏光膜，其在与任意边成45°的方向上具有吸收轴线，其中 所述光学各向异性层为经图案化光学各向异性层，其包括在平面内慢轴线方向以及平面内延迟中的至少一者上相互不同的第一延迟域以及第二延迟域，且其中所述第一延迟域以及所述第二延迟域在平面内交替地布置， 所述光学各向异性层安置于所述偏光膜的一面上， 安置于所述偏光膜的一面上的包含所述光学各向异性层的所有部件在550纳米的波长下的总平面内延迟Re (550)为110纳米到160纳米，所述部件安置于对应于所述第一延迟域以及所述第二延迟域中的至少一者的域中，且 安置于所述偏光膜的一面上的包含所述光学各向异性层的所有所述部件在550纳米的波长下的总厚度方向延迟Rth (550)为-100纳米到100纳米。
2.根据权利要求I所述的光学膜，其特征在于，所述第一延迟域以及所述第二延迟域的所述平面内慢轴线与所述偏光膜的透射轴线成±45°角。
3.根据权利要求I所述的光学膜，其特征在于，在所述光学各向异性层中与具有所述偏光膜的表面相反的表面上包括含有紫外线吸收剂的层。
4.根据权利要求I所述的光学膜，其特征在于，所述可聚合液晶为可聚合杆状液晶。
5.根据权利要求4所述的光学膜，其特征在于，所述可聚合杆状液晶固定于水平配向状态中。
6.根据权利要求I所述的光学膜，其特征在于，在所述光学各向异性层与所述偏光膜之间包括聚合物膜，所述聚合物膜在550纳米的波长下的厚度方向延迟Rth (550)为-200纳米到0纳米。
7.根据权利要求I所述的光学膜，其特征在于，在所述光学各向异性层中与具有所述偏光膜的表面相反的表面上包括抗反射层，且在所述光学各向异性层与所述抗反射层之间包括聚合物膜，所述聚合物膜在550纳米的波长下的厚度方向延迟Rth (550)为-200纳米到0纳米。
8.一种用于三维图像显示装置的光学膜，其特征在于，至少包括 光学各向异性层，其由包括可聚合液晶作为主要成分的组合物形成，以及 偏光膜，其在与任意边成90°的方向上具有吸收轴线，其中 所述光学各向异性层为经图案化光学各向异性层，其包括在平面内慢轴线方向以及平面内延迟中的至少一者上相互不同的第一延迟域以及第二延迟域，且其中所述第一延迟域以及所述第二延迟域在平面内交替地布置； 所述光学各向异性层安置于所述偏光膜的一面上， 安置于所述偏光膜的一面上的包含所述光学各向异性层的所有部件在550纳米的波长下的总平面内延迟Re (550)为110纳米到160纳米，所述部件安置于对应于所述第一延迟域以及所述第二延迟域中的至少一者的域中，且 所述光学各向异性层以及安置于所述光学各向异性层中与安置有所述偏光膜的表面相反的表面上的所有部件在550纳米的波长下的总厚度方向延迟Rth (550)为-100纳米到100纳米。
9.一种三维图像显示装置，其特征在于，至少包括 显示面板，其以图像信号为基础而驱动，以及 根据权利要求I至8中任一权利要求所述的光学膜，其安置于所述显示面板的观看面上。
10.根据权利要求9所述的三维图像显示装置，其特征在于，所述显示面板包括液晶盒。
11.根据权利要求10所述的三维图像显示装置，其特征在于，所述光学膜为根据权利要求I至7中任一权利要求所述的光学膜，且所述液晶盒为扭转向列模式盒。
12.根据权利要求10所述的三维图像显示装置，其特征在于，所述光学膜为根据权利要求8所述的光学膜，且所述液晶盒为垂直配向模式或平面内切换模式盒。
13.一种三维图像显示系统，其特征在于，至少包括 根据权利要求9至12中任一权利要求所述的三维图像显示装置，以及偏光板，其安置于所述三维图像显示装置的观看面上，所述三维图像显示装置通过所述偏光板视觉化三维图像。
全文摘要
本发明揭示一种光学膜、三维图像显示装置以及三维图像显示系统。光学膜至少包括光学各向异性层，其由包括可聚合液晶作为主要成分的组合物形成；以及偏光膜，其在与任意边成45°的方向上具有吸收轴线，其中安置于所述偏光膜的一面上的包含所述光学各向异性层的所有部件在550纳米的波长下的总厚度方向延迟Rth(550)为-100纳米到100纳米。
文档编号G02F1/13363GK102955189SQ20121029478
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月17日 优先权日2011年8月19日
发明者石黑诚, 森嶌慎一 申请人:富士胶片株式会社