专利名称：液晶转印膜、制造液晶转印膜及双折射液晶元件的方法
技术领域：
本发明涉及一种光学元件，且尤其涉及一种液晶光学元件。
背景技术：
先前已经有相关文献(例如世界专利公开第W0-03/01MM号案与世界专利公开 第W0-2005/006056号案)提到具有表面起伏结构的双折射光学元件。这种双折射光学元 件主要是在彼此对齐的等向性材料与双折射液晶材料之间形成一个表面起伏的接口，这个 表面起伏的接口可作为双折射微透镜阵列。具有第一偏光状态的光线在穿过这个接口时会 产生第一阶折射率，而具有第二偏光状态的光线在穿过这个接口时则会产生不同的第二阶 折射率。具有表面起伏结构的双折射光学元件的制造方法如世界专利公开第 W0-2008/062188号案所述，请一并将其全文并入本案说明书参考。在世界专利公开第 W0-2008/062188号案中，制造者可先将相态为向列相(nematic phase)的液晶聚合物 (Liquid Crystal Polymer ;LCP)填入软质薄膜与表面起伏结构之间，然后再固化液晶聚合 物。然而，这种作法在实务上将遭遇如下困难。(1)液晶聚合物必须长时间保持其相态为向列相，这往往会使得液晶聚合物过早 热固化。(2)制造者必须将相态为结晶相(crystalline phase)的液晶聚合物粉末带入制 程环境中，这往往会使得制程环境遭到液晶聚合物粉末的污染。(3)制造者必须装设填入液晶聚合物(向列相)所需的加热喷嘴系统。因此，相关产业的人员莫不殷切期盼一种能够解决上述问题的创新制造方法。
发明内容
本发明的一技术态样为一种液晶转印膜，其可将液晶聚合物层转印至被转印物 上。本发明的另一技术态样为一种应用上述液晶转印膜来制造双折射液晶元件的方法。本发明的再一技术态样为一种制造液晶转印膜的方法。根据本发明一实施方式，一种液晶转印膜包含软质薄膜与液晶聚合物层。软质薄 膜包含上表面。液晶聚合物层位于软质薄膜的上表面上，此液晶聚合物层的相态为结晶相 (crystalline phase)，且具有非平整的顶面。其中，当该液晶聚合物层的相态为向列相时，该液晶聚合物层能够通过电磁辐射 而固化。其中，该软质薄膜能够让该电磁辐射穿透。其中，该软质薄膜的材质为聚合物。其中，该软质薄膜的材质为聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、三醋酸纤维素或上述的任意组合。其中，该软质薄膜的该上表面具有液晶配向特性。其中，该软质薄膜的该上表面因该软质薄膜的材料性质而具有液晶配向特性。其中，该软质薄膜的该上表面有经过摩擦定向处理，具有大致均勻的液晶配向特 性。根据本发明另一实施方式，一种制造双折射液晶元件的方法包含下列步骤。形 成如上一实施方式所述的液晶转印膜。将液晶聚合物层的相态由结晶相转换至向列相 (nematic phase)。将液晶转印膜施覆于被转印物上，使得相态为向列相的液晶聚合物层夹 置于软质薄膜与被转印物之间。在将液晶转印膜施覆于被转印物上后，固化液晶聚合物层。其中，更包含当该液晶聚合物层的相态为向列相时，移除该液晶聚合物层中的气 泡。其中，更包含当该液晶聚合物层的相态为向列相时，真空抽除该液晶聚合物层中 的气泡。根据本发明的再一实施方式，一种制造液晶转印膜的方法包含下列步骤。形成软 质薄膜，此软质薄膜包含上表面。将相态为结晶相的液晶聚合物置放于软质薄膜的上表面 上。将液晶聚合物的相态由结晶相转换至向列相。将液晶聚合物的相态由向列相转换至结 晶相。其中，将该液晶聚合物的相态由结晶相转换至向列相的步骤包含加热该液晶聚 合物至高于该液晶聚合物的结晶相至向列相转化温度。其中，将该液晶聚合物的相态由向列相转换至结晶相的步骤包含冷却该液晶聚 合物至低于该液晶聚合物的结晶相至向列相转化温度。其中，更包含摩擦定向处理该软质薄膜的该上表面，使其具有大致均勻的液晶配 向特性。其中，该软质薄膜的材质为聚合物。其中，该软质薄膜的材质为聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、三醋酸纤 维素或上述的任意组合。其中，该软质薄膜的该上表面因该软质薄膜的材料性质而具有液晶配向特性。其中，当该液晶聚合物的相态为向列相时，该液晶聚合物能够通过电磁辐射而固 化。其中，该软质薄膜能够让该电磁辐射穿透。其中，更包含当该液晶聚合物的相态为向列相时，移除该液晶聚合物中的气泡。其中，更包含当该液晶聚合物的相态为向列相时，真空抽除该液晶聚合物中的气 泡。本发明上述实施方式与已知现有技术相较，至少具有以下优点(1)液晶聚合物处于向列相的时间极少，可大幅减少液晶聚合物过早热固化的情 形发生。(2)不需要将液晶聚合物粉末带入工艺环境中，因此工艺环境将不会遭到液晶聚 合物粉末的污染。(3)液晶转印膜可与双折射液晶元件在不同的地方制作，因此可增加制造环境设计上的弹性，并进而降低整体成本。(4)原本填入液晶聚合物(向列相)所需的加热喷嘴系统将不再需要。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1绘示依照本发明一实施方式的液晶转印膜的侧视图。 图2 6绘示制造图1的液晶转印膜的方法步骤。 图7 11绘示应用图1的液晶转印膜来制造双折射液晶元件的方法步骤。 其中，附图标记100:液晶转印膜110:软质薄膜112:上表面120:液晶聚合物层123 液晶聚合物125 气泡200 滚轮300 被转印物310 基板320 表面起伏结构层330 :配向层400 转印棒A:箭头 B:箭头 500 加热垫 600 紫外光源
具体实施例方式以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节 将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就 是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一 些现有惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示之。图1绘示依照本发明一实施方式的液晶转印膜100的侧视图。图1的液晶转印膜 100包含软质薄膜110与液晶聚合物层120。软质薄膜110包含上表面112。液晶聚合物层 120位于软质薄膜110的上表面112上，此液晶聚合物层120的相态为结晶相(crystalline phase)，且具有非平整的顶面。图2 6绘示制造图1的液晶转印膜100的方法步骤。如图所示，制造图1的液 晶转印膜100的方法包含下列步骤(1)形成软质薄膜110，此软质薄膜110包含上表面112(如图2所绘示)；(2)将相态为结晶相的液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer ；LCP) 123置放于软 质薄膜110的上表面112上(如图3所绘示)；(3)将液晶聚合物123的相态由结晶相转换至向列相(如图4所绘示)；(4)当液晶聚合物123的相态为向列相时，移除液晶聚合物123中的气泡125(非 必要步骤)(如图5所绘示)；以及(5)将液晶聚合物123的相态由向列相转换至结晶相(如图6所绘示)。图2绘示形成包含上表面112的软质薄膜110。此软质薄膜110的材质 可为聚合物，例如聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneter印hthalate ；PET)、聚 乙烯醇(polyvinylalcohol ；PVA)、聚碳酸酯(Polycarbonate ；PC)、三醋酸纤维素(triacetyl-cellulose ；TAC)或上述的任意组合。软质薄膜110的上表面112可具有液晶配向特性。制造者可选择适合的材料以赋 予上表面112液晶配向特性(亦即，软质薄膜110的上表面112可因软质薄膜110的材料 性质而具有液晶配向特性)。此外，制造者也可摩擦定向处理软质薄膜110的上表面112， 使其具有大致均勻的液晶配向特性。如图2所绘示，制造者可以被覆摩擦绒布的滚轮200 来摩擦定向处理软质薄膜110的上表面112，以赋予上表面112大致均勻的液晶配向特性。 或者，制造者也可先在软质薄膜上形成配向层，然后再以滚轮摩擦定向处理此配向层。图3绘示将相态为结晶相的液晶聚合物123置放于软质薄膜110的上表面112上。 此液晶聚合物123能够通过紫外光而固化(Ultravi0Iet(UV)cUrable)。上述的液晶聚合物 123例如可为默克股份有限公司(Merck)所出品的RM257、RMM34c，或巴斯夫股份有限公司 (BASF)所出品的 LC242、LC270、LC1057。图4 5绘示将液晶聚合物123的相态由结晶相转换至向列相。在本步骤中，制 造者可将液晶聚合物123加热至工艺温度，例如90°C。具体方式例如可以加热垫加热，或 者将整个结构放进已预热至预定温度(例如90°C )的烤箱中加热。上述的工艺温度通常 高于液晶聚合物123的结晶相至向列相转化温度(crystalline to nematic transition temperature)，但又不超过转化温度太多，以尽量避免液晶聚合物123热固化的情形发生。图5绘示移除向列相的液晶聚合物123中的气泡125。此步骤可由例如真空抽除 H包(vacuum degassing)为;图6绘示将液晶聚合物123的相态由向列相转换至结晶相。在本步骤中，制造者 可冷却液晶聚合物123至低于液晶聚合物123的结晶相至向列相转化温度(crystalline to nematic transition temperature)。如此一来，液晶聚合物123将会结晶，并成为液晶 聚合物层120以利储存。表面张力将会决定液晶聚合物层120的形状。具体而言，表面张力会促使相态为 向列相之液晶聚合物123缩小其表面积，因此结晶后的液晶聚合物层120将会具有非平整 的顶面。在本实施方式中，液晶聚合物层120的顶面可为曲面或圆顶面。图7 11绘示应用图1的液晶转印膜100来制造双折射液晶元件的方法步骤。如 图所示，制造双折射液晶元件的方法包含下列步骤(1)将液晶聚合物层120的相态由结晶相转换至向列相(如图7所绘示)；(2)当液晶聚合物层120的相态为向列相时，移除液晶聚合物层120中的气泡 125(非必要步骤)(如图8所绘示)；(3)将液晶转印膜100施覆于被转印物300上，使得相态为向列相的液晶聚合物层 120夹置于软质薄膜110与被转印物300之间(如图9所绘示)；以及(4)在将液晶转印膜100施覆于被转印物300上后，固化液晶聚合物层120(如图 10所绘示)；以及(5)自液晶聚合物层120上移除软质薄膜110 (非必要步骤)(如图11所绘示)。图7绘示将液晶聚合物层120的相态由结晶相转换至向列相。在本步骤中，制造 者可将液晶聚合物层120加热至工艺温度，例如90°C。具体方式例如可以加热垫加热、以热 空气吹拂液晶聚合物层120的表面，或者将整个结构放进已预热至预定温度(例如90°C ) 的烤箱中加热。上述的工艺温度通常高于液晶聚合物层120的结晶相至向列相转化温度(crystalline to nematic transition temperature)，{Μ又不UiUii^C多，以gfi 避免液晶聚合物层120热固化的情形发生。图8绘示移除向列相的液晶聚合物层120中的气泡125。此步骤可由例如真空抽 除气泡(vacuum degassing)的方式为之。图9绘示将液晶转印膜100施覆于被转印物300上。在此步骤中，制造者可先将 软质薄膜110轻覆于被转印物300的表面，然后再以转印棒400擀动软质薄膜110的外表 面，使得向列相的液晶聚合物层120夹置于软质薄膜110与被转印物300之间。在施作前， 制造者可调整转印棒400与被转印物300之间的间隙，以控制完成后液晶聚合物层120的 高度。完成后，液晶聚合物层120背对被转印物300的一面将会是平面。上述之被转印物300可为具有表面起伏结构的光学元件。此光学元件包含基板 310、表面起伏结构层320与配向层330。基板310的材质可为玻璃或聚合物。表面起伏结 构层320位于基板310的表面。表面起伏结构层320的材质包含等向性材料。在本实施方 式中，表面起伏结构层320的材质可为聚合物。表面起伏结构层320的外表面呈表面起伏 状。在本实施方式中，表面起伏结构层320的外表面包含圆柱表面透镜阵列。配向层330 位于表面起伏结构层320的外表面上，以提供所需的液晶配向特性。上述被转印物300的制造方法可如世界专利公开第W0-2008/062188号案所述，请 一并将其全文并入本案说明书参考。在本步骤中，制造者可将被转印物300加热至工艺温度，例如90°C。具体方式例如 可以加热垫500加热、以热空气吹拂被转印物300的表面，或者将整个结构放进已预热至预 定温度(例如90°C )的烤箱中加热。上述的工艺温度通常高于液晶聚合物层120的结晶 相至向列相转化温度(crystalline to nematic transition temperature),但又不超过转 化温度太多，以尽量避免液晶聚合物层120热固化的情形发生。若液晶聚合物层120的材 质具有过冷(supercooling)特性，此工艺温度可以低于液晶聚合物层120的结晶相至向列 相转化温度(crystalline to nematic transition temperature)。在适当材料配合的条 件下，上述的工艺温度甚至可以是室温。转印棒400可以有许多不同的形式。举例来说，转印棒400可为圆棒(具有圆形 剖面)，且其外表面可选择被覆一外层，例如橡胶层。或者，转印棒400也可为非圆形式，例 如橡胶刮条(rubber wiper)。转印棒400可沿箭头A的方向在软质薄膜110上滚动，及/ 或沿箭头B的方向在软质薄膜110上滑动，使得液晶聚合物层120夹置于软质薄膜110与 被转印物300之间。虽然图9将转印棒400的长度方向绘示为与表面起伏结构的几何轴向垂直，但在 表面起伏结构为长条形的情况下，转印棒400的长度方向也可与表面起伏结构的几何轴向 平行，使得液晶聚合物层120在表面起伏结构中流动得更平均，并同时避免气泡的产生。软质薄膜110相对于配向层330的方位可适当地选择，以在软质薄膜110与配向 层330之间提供适当的液晶扭转角。这样的配置能够在液晶聚合物层120固化后，调整液 晶分子的扭转角度。在本实施方式中，配向层330的配向方向可与表面起伏结构的几何轴 向平行，并与软质薄膜110的配向方向夹135°。应了解到，上述的配置方位仅为例示，非用 以限制本发明，本领域技术人员应视实际需要弹性选择各层之间的相对方位。在将液晶聚合物层120夹置于软质薄膜110与被转印物300之间后，制造者可选/或调校整个元件的折射率。图10绘示固化液晶聚合物层120。在本步骤中，制造者可以电磁辐射(例如光 化辐射)致使液晶聚合物层120固化。在本实施方式中，制造者可以紫外光源600照射液 晶聚合物层120，使得液晶聚合物层120固化。在实作时，制造者可以滤光的方式移除部份 在吸收后会对液晶聚合物层120有不良影响的波段。虽然部份种类的液晶聚合物层120在 固化时不能接触氧气，但由于软质薄膜110能够阻隔大部份的气体与液晶聚合物层120接 触，因此制造者无须特别准备惰性气体的环境，可进一步减少成本及工艺装置的复杂度。当液晶聚合物层120能够通过某种电磁辐射而固化时，软质薄膜110的材质可选 择能够让该种电磁辐射穿透的材质。举例来说，当液晶聚合物层120能够通过紫外光而固 化时，软质薄膜110的材质可选择能够让紫外光穿透的材质。如此一来，制造者可在软质薄 膜110上方，以紫外光源600照射液晶聚合物层120，使得液晶聚合物层120固化。图11绘示自液晶聚合物层120上移除软质薄膜110。在本实施方式中，软质薄膜 110的材质可选择柔软的材质。举例来说，软质薄膜110可较基板310更为柔软，让制造者 可轻易地从液晶聚合物层120上剥除软质薄膜110。当然，软质薄膜110的柔软度也可与 基板310相近，只要制造者能够剥除软质薄膜110即可。为了更让移除作业更容易地进行， 固化后的液晶聚合物层120与软质薄膜110之间的粘着力，可较其它层间的粘着力(例如 固化后之液晶聚合物层120与配向层330之间的粘着力，配向层330与表面起伏结构层320 之间的粘着力，表面起伏结构层320与基板310之间的粘着力)为低。上述的软质薄膜110可以在后端组装时才作移除的动作。这样软质薄膜110就可 以直接作为后端组装前搬运或操作时的保护层。如此一来，双折射液晶元件在完成后可不 必清洗其表面，也不必在清洗后再贴上额外的保护层，这样不但可以节省成本，并且可以避 免额外的程序伤害双折射液晶元件的表面。在部份实施方式中，制造者可以重复使用这些被移除的软质薄膜110。或者，制造 者也可以选择将这些软质薄膜110回收重制，或者直接丢弃。或者，软质薄膜110也可以选用具有双折射特性的材质。如此一来，制造者将无须 移除软质薄膜110，可直接应用软质薄膜110来作为双折射液晶元件中的一片波板，其效果 例如可为增益另一个独立偏振开关元件的可视角。由上述本发明实施方式可知，由于液晶聚合物层120在储存时的相态为结晶相， 因此液晶聚合物层120处于向列相的时间将可有效减少。在上述工艺中，一旦液晶聚合物 层120转换为向列相，液晶聚合物层120将立即施覆于被转印物300上并固化。因此，液晶 聚合物过早热固化的可能性将会大幅减少。此外，由于液晶聚合物是以液晶转印膜100的形式带入工艺环境中，因此工艺环 境将不会遭到液晶聚合物粉末的污染。再者，液晶转印膜100可与双折射液晶元件在不同的地方制作，因此可增加制造 环境设计上的弹性，并进而降低整体成本。另外，原本填入液晶聚合物(向列相)所需的加热喷嘴系统将不再需要，其可再进 一步地降低整体成本。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形 都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种液晶转印膜，其特征在于，包含 一软质薄膜，包含一上表面；以及一液晶聚合物层，位于该软质薄膜的该上表面上，其中该液晶聚合物层的相态为结晶 相，且具有一非平整的顶面。
2.根据权利要求1所述的液晶转印膜，其特征在于，当该液晶聚合物层的相态为向列 相时，该液晶聚合物层能够通过电磁辐射而固化。
3.根据权利要求2所述的液晶转印膜，其特征在于，该软质薄膜能够让该电磁辐射穿透。
4.根据权利要求1所述的液晶转印膜，其特征在于，该软质薄膜的材质为聚合物。
5.根据权利要求1所述的液晶转印膜，其特征在于，该软质薄膜的材质为聚对苯二甲 酸乙二酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、三醋酸纤维素或上述的任意组合。
6.根据权利要求1所述的液晶转印膜，其特征在于，该软质薄膜的该上表面具有液晶 配向特性。
7.根据权利要求1所述的液晶转印膜，其特征在于，该软质薄膜的该上表面因该软质 薄膜的材料性质而具有液晶配向特性。
8.根据权利要求1所述的液晶转印膜，其特征在于，该软质薄膜的该上表面有经过摩 擦定向处理，具有大致均勻的液晶配向特性。
9.一种制造双折射液晶元件的方法，其特征在于，包含 形成权利要求1 8中任意一项所述的液晶转印膜； 将该液晶聚合物层的相态由结晶相转换至向列相；将该液晶转印膜施覆于一被转印物上，使得相态为向列相的该液晶聚合物层夹置于该 软质薄膜与该被转印物之间；以及在将该液晶转印膜施覆于该被转印物上后，固化该液晶聚合物层。
10.根据权利要求9所述的制造双折射液晶元件的方法，其特征在于，更包含 当该液晶聚合物层的相态为向列相时，移除该液晶聚合物层中的气泡。
11.根据权利要求9所述的制造双折射液晶元件的方法，其特征在于，更包含 当该液晶聚合物层的相态为向列相时，真空抽除该液晶聚合物层中的气泡。
12.一种制造液晶转印膜的方法，其特征在于，包含 形成一软质薄膜，该软质薄膜包含一上表面；将相态为结晶相的一液晶聚合物置放于该软质薄膜的该上表面上； 将该液晶聚合物的相态由结晶相转换至向列相；以及 将该液晶聚合物的相态由向列相转换至结晶相。
13.根据权利要求12所述的制造液晶转印膜的方法，其特征在于，将该液晶聚合物的 相态由结晶相转换至向列相的步骤包含加热该液晶聚合物至高于该液晶聚合物的结晶相至向列相转化温度。
14.根据权利要求12所述的制造液晶转印膜的方法，其特征在于，将该液晶聚合物的 相态由向列相转换至结晶相的步骤包含冷却该液晶聚合物至低于该液晶聚合物的结晶相至向列相转化温度。
15.根据权利要求12所述的制造液晶转印膜的方法，其特征在于，更包含摩擦定向处理该软质薄膜的该上表面，使其具有大致均勻的液晶配向特性。
16.根据权利要求12所述的制造液晶转印膜的方法，其特征在于，该软质薄膜的材质 为聚合物。
17.根据权利要求12所述的制造液晶转印膜的方法，其特征在于，该软质薄膜的材质 为聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、三醋酸纤维素或上述的任意组合。
18.根据权利要求12所述的制造液晶转印膜的方法，其特征在于，该软质薄膜的该上 表面因该软质薄膜的材料性质而具有液晶配向特性。
19.根据权利要求12所述的制造液晶转印膜的方法，其特征在于，当该液晶聚合物的 相态为向列相时，该液晶聚合物能够通过电磁辐射而固化。
20.根据权利要求19所述的制造液晶转印膜的方法，其特征在于，该软质薄膜能够让 该电磁辐射穿透。
21.根据权利要求12所述的制造液晶转印膜的方法，其特征在于，更包含 当该液晶聚合物的相态为向列相时，移除该液晶聚合物中的气泡。
22.根据权利要求12所述的制造液晶转印膜的方法，其特征在于，更包含 当该液晶聚合物的相态为向列相时，真空抽除该液晶聚合物中的气泡。
全文摘要
本发明公开了一种液晶转印膜、制造液晶转印膜及双折射液晶元件的方法，该液晶转印膜包含软质薄膜与液晶聚合物层。液晶聚合物层位于软质薄膜的上表面上，此液晶聚合物层的相态为结晶相，且具有一非平整的顶面。本发明液晶聚合物处于向列相的时间极少，可大幅减少液晶聚合物过早热固化的情形发生。不需要将液晶聚合物粉末带入工艺环境中，因此工艺环境将不会遭到液晶聚合物粉末的污染。并且液晶转印膜可与双折射液晶元件在不同的地方制作，因此可增加制造环境设计上的弹性，并进而降低整体成本。同时，原本填入液晶聚合物所需的加热喷嘴系统将不再需要。
文档编号G02B5/30GK102135637SQ201010570548
公开日2011年7月27日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年9月22日
发明者强纳森·哈洛德, 葛瑞汉·约翰·伍德凯吉 申请人:友达光电股份有限公司