用于将光学滤光结构涂覆到承载基材上的方法

专利名称：用于将光学滤光结构涂覆到承载基材上的方法
技术领域：
本发明涉及一种用来将光学滤光结构涂覆到一种至少在可见波长范围内透光的承载基材上的方法。技术现状垂直于光轴且具有复杂结构的滤光片在许多光学领域均起到很大作用。以所谓的阻挡滤光片(Barrierefilter)为例，只要已相应地处理了将要在屏幕上显示的图像内容， 就能使用阻挡滤光片在没有辅助工具的情况下使得屏幕的观看者具有立体视觉。例如可以由一垂直于光轴一按照规定的复杂图案排列的可见波长范围内也就是大致在400nm SOOnm波长范围内的透明和不透明表面构成此类滤光结构。可想而知，仅仅对于某些波长或波长范围来说透光的表面同样也可以是栅格结构，但是栅格结构不太适合用来实现立体显示。
通常将这些滤光结构涂覆到一种透光的承载基材上。例如可以将玻璃或者一种相应的塑料作为承载基材。首先将一层冷覆膜贴到承载基材上。为此在用来与玻璃基材结合的冷覆膜底面上涂覆了一层胶粘层。在冷覆膜的顶面上也有这样一层胶粘层。在下一道步骤中将感光胶片贴到该胶粘层上。也可不使用承载膜，代之以仅仅使用一层胶粘层进行操作。这种感光胶片通常包括一层例如用纤维素或聚酯制成的胶片承载膜和一层薄薄的一开始光敏的层，也就是所谓的感光乳胶，这实际上是一种悬浮液，也就是由一种液体和分布于其中的固体物质构成的混合物，是分布于明胶中的细微晶体的悬浮液。所述晶体通常是卤化银，即氯化银、溴化银或者碘化银。然后将一种相应于复杂光学滤光结构的图案投影到胶片上，对感光乳胶进行曝光。例如可以利用预先制作的掩膜执行该操作。然后一与早已为人所知的在先技术一样一对感光滤光片进行显影和定影，以便使得已铭刻到感光乳胶中的光学滤光结构具有持久的光稳定性。然后在下一道步骤中将胶片上有感光乳胶的一面贴到冷覆膜的胶层上。这样就得到一种由玻璃-粘合剂-冷覆膜-粘合剂-感光乳胶-胶片承载膜这些层构成的系统。在两次覆膜过程中基本上存在将灰尘颗粒、绒毛或者诸如气泡之类的其它干扰物夹带到感光乳胶之中，从而可能会显著影响滤光结构的光学效果。在最为糟糕的情况下可能会无法使用滤光片。尤其当感光胶片的面积很大时，在覆膜过程中通常需要通过辊子或辊筒施加50 70kl^之间的压力，尤其会在滚压方向引起胶片轻微扭曲或伸长。如果是用于立体显示屏幕且具有周期性的滤光结构，这将会引起周期性地干扰精度，从而使得这种滤光片甚至无法使用。因此必须根据屏幕一通常是IXD液晶显示屏一的像素距离精确调整光学滤光结构。即使同时将多个这种光学滤光结构涂覆到承载基材上，上述制造方法也会引起问题。例如可以将比较小的结构用于移动电话、导航设备或者便携式游戏机的屏幕。如果将多个滤光结构例如涂覆到玻璃基材上，之后就必须在滤光结构之间分割共同的玻璃基材。为此必须分割玻璃本身，但也必须分割从胶片承载膜经由冷覆膜直至下方的胶层的所有其它层。可以利用相应的硬金属玻璃刀进行分割。但是始终会出现无法预见的不规则崩边和爆口，这些均会导致已制成的整个光学滤光片损失。整体层状系统有时恰恰会妨碍整齐分割， 此外还会导致边缘锐利的爆口，从而无法继续使用，并且也有很大的伤害危险。因此尽管戴上手套，也始终会发生割伤情况。将光学滤光结构印刷在玻璃表面上的这种替代制造方法无法获得成效，因为滤光结构不能充分附着在光滑的光学玻璃表面上。丝网印刷法也无法达到光学结构的所需精细尺寸和精度。边缘和角部在固化或烘烤之前会因为粘稠玻璃油墨的表面张力而流变。对本发明的说明因此本发明的任务在于，开发一种能够以简单可靠的方式将光学滤光结构涂覆到承载基材上、还能使承载基材不容易不易受到干扰并且更容易使用的方法。采用一种将光学滤光结构涂覆到一种至少在可见波长范围内透光的承载基材上的方法，即可解决这一任务，其中执行以下操作步骤首先将粘合剂涂覆到承载基材上。接着使得感光胶片与粘合剂接触。感光胶片包括一层胶片承载膜和一层涂覆在该胶片承载膜上的感光乳胶，通过曝光、显影和接下来的定影已经将光学滤光结构铭刻到感光乳胶之中。 然后使得胶片上有感光乳胶的一侧与粘合剂接触。可以将所述粘合剂以比较大的量仅仅涂覆在承载基材的某一部位上，可适当选择涂覆量，从而能够使得感光胶片与承载基材连续接触。另一种方法在于已经将粘合剂面状地分布在与承载基材结合的胶片的面积大致相等的表面上。在下一道步骤中使得粘合剂分布在胶片和承载基材之间。可通过辊筒以设定的压合压力和设定的辊筒进给速度朝向承载基材滚压胶片。以这种方式使得粘合剂一例如具有稀薄蜂蜜粘度的一种粘稠液体一缓慢分布。这时，摊开的粘合剂不仅会湿润承载基材(例如可以用玻璃作为承载基材)的表面，而且也会湿润胶片上的感光乳胶。这时的关键在于选择较低的进给速度，以使得可能存在于粘合剂中的小气泡形式的夹杂空气能够朝向表面扩散并且消失。当然在涂覆粘合剂之前必须注意无论承载基材的表面还是感光乳胶的表面均不要有污物，如灰尘、碎屑或划痕或者诸如气泡或夹杂空气之类的其它干扰物，否则可能会破坏滤光结构的光学效果。辊筒在玻璃板上滚压时施加到胶片上的压合压力不可太大，否则尤其在胶片尺寸较大时，尤其在滚压方向可能会造成弹性胶片承载膜的伸长和拉伸，从而使得光学滤光结构中有规律的间距发生相应变化，这将会明显妨碍所需的三维效果。另一方面压合压力也不能太弱，否则粘合剂将会无法充分分布，并且承载基材和感光乳胶之间的粘合剂层的层厚度也可能会变得太厚。粘合剂层的理想层厚度在10 μ m 30 μ m之间。此外还要根据影响粘合剂粘度的温度和所选粘合剂的特性来设定压合压力和进给速度。在大约20°C的室温范围内，压合压力最好在1 20kl^之间一这大大低于现有技术条件下的压合压力，辊筒的进给速度在0. 5 20mm/s之间，尤其适宜小于10mm/S，例如 3mm/s,同时还要使得压合压力与进给速度相互协调。利用这些值或者在此范围之内可以参照上述要求实现极好的结果。如果这些值偏离室温，则可能需要进行调整，使得这些值在所述的范围之外。也可以使用辊子或者能够用来基本上实现相同效果的另一压合工具来替代辊筒。 一方面要在进给的同时进行压合，另一方面要基本上沿着垂直于进给方向的一条直线或者围绕该直线的平面范围内施加压合压力，必要时也可在直线两侧以下落的压合压力施加压合压力。例如也可以使用具有直尺形状的滑板。也可以使用具有三角形横断面的滑板一进给方向平行于该表面，滑板的一个平坦面可以平放，但也可以是三角形的一条边平放，优选是与三角形的两条边形成钝角的一条边可以平放。辊或者辊筒也可以具有与钢丝一样很小的直径，只要能够施加足够大的接触压合即可。已表明大约3mm/s的进给速度特别适合。进给速度一方面要大到足以在适当的时间内将粘合剂全面分布在承载基材和感光乳胶之间，也就是将胶片全面涂覆在承载基材上。另一方面速度要小到足以尽可能全面排除所存在的夹杂空气。在下一步骤中通过粘合剂的固化在承载基材和感光乳胶之间形成持久连接。所述 “持久”指的是在正常使用的前提条件下，而并非在极端的温度、湿度等条件下，这种粘接的通常的使用寿命。如果粘合剂例如可溶于水并且将复合系统放入水中时会解除结合，则也可将这种结合看成是持久的，因为放入水中并不是常见的应用。可以用不同的方式进行固化，并且固化尤其也与所使用的粘合剂有关。例如可以使用在滚压胶片之后以自然方式例如通过热量固化的组分粘合剂。但是适宜使用可在紫外光线(UV光线)照射下固化的液态的或者粘稠的粘合剂。特别适宜使用基于单体的粘合剂，这类粘合剂可在紫外光作用下发生聚合反应，即可以交联成为聚合物。如果必须节约时间和成本，就可以使用以这种方式制成的复合系统。由于不必涂覆一层冷覆膜，因此也能分离成比较小的单元，这与在先技术相比有了改进。但如果也去除胶片承载膜，尽管并非随便就能做到，那么还能实现更好的结果一即更精密的过滤效果。因此在可选的最后一道步骤中通过热作用使得胶片承载膜与感光乳胶分离，然后将其去除。这时必须适当选择温度，从而一方面可以适当加热胶片承载膜，使其能够彻底脱离构成感光乳胶主要成分的明胶层。另一方面尽可能不要加热明胶层如果明胶层过度受热，则有可能在去除胶片承载膜时将其破坏。例如可以使用以均勻分布的温度辐射热量的加热板形式的加热元件进行加热。可将该加热板用于同时加热整个胶片承载膜，可根据加热板的温度以及胶片承载膜的厚度或者根据其材料热性能，选择辐射热量的加热板与胶片承载膜之间的距离。薄膜应适当变热， 从而可以将其剥离，而附着在下方的主要由明胶层构成的感光乳胶则没有变热。感光乳胶最多允许在极薄的靠近表面的层中略微变热，使其在该区域之内变得有弹性，但是不会在剥离胶片承载膜时破坏感光乳胶层。在这种情况下可以将复合系统与加热板相互位置固定地排列，但是也可以规定在两者之间相对运动。按照本发明的一种有利于去除胶片承载膜的首选实施方式所述，以设定的距离和设定的速度移动加热元件经过胶片承载膜上方，加热元件的辐射热量的一面朝向胶片承载膜，通过热作用分离胶片承载膜和感光乳胶。加热元件例如可以是加热条或加热丝，其不必同时照射整个胶片表面。移动加热元件经过胶片承载膜上方的运动速度取决于加热元件的温度、加热元件与胶片承载膜之间的距离以及胶片承载膜的热性能。重要的仅仅是加热元件与胶片承载膜之间的相对运动，因此也可以采用等效的方式，将加热元件位置固定，而使得承载基材经过加热元件。若为半自动或全自动执行的方法，则后一种方案甚至就是优先选用的方案，因为可以将所有工作步骤整合在一个设备之中，并且可以移动承载基材经过流水线形式的相应工位。
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也可以使用一种发射红外辐射的平面状辐射源或者多个这种较小辐射源的组合体替代加热板，例如可使用红外辐射源阵列。这样就能实现可靠分离。分离或剥离厚度通常介于100 180 μ m之间的胶片承载膜同时可产生多个优点 一方面去掉了一层，可减小系统的厚度，从而改善透射率，因而提高了二维或三维图像的显示亮度；但另一方面也可通过去掉一个通常由于光跃迁引起体积散射的界面而大大改善对比度，不仅可改善对于二维显示而言很关键的图像对比度，而且也可改善对于三维显示而言起决定作用的、影响信道分离的立体或空间图像对比度。感光乳胶(实际上就是明胶层)经过其显影和定影之后，就会在其表面上有一些微孔或开口，粘合剂可以通过这些微孔渗透到感光乳胶之中。如果粘合剂过远地渗透到微孔之中，就有可能导致留在表面上的粘合剂太少，这一方面可能会使得附着力变差，但另一方面也能影响气泡。出于这个原因，可按照所述方法的一种首选实施方式，将一种能够渗入存在于感光乳胶中或者其表面上的微孔或开口之中的液体涂覆到感光乳胶上。所述液体必须具有一种能将这些微孔至少部分封闭的成分。例如使用常见的浸油或者所谓的防牛顿油即为此种情况。只有将感光乳胶经过如此处理之后一可以将其浸没在液体之中，或者给其抹上液体，才使其与粘合剂接触。按照所述方法的另一种实施方式，可以在去除胶片承载膜之后给感光乳胶涂上保护层，例如保护漆，从而还防止腐蚀性液体或者锐利刀具的影响，为此可使用例如丝网印刷法。铭刻在感光乳胶中的光学滤光结构适宜是用于立体显示的所谓的阻挡滤光片。显而易见，上述和以下还将有待解释的特征并非仅仅可以按照所述组合方式使用，而且也可按照其它组合方式或者单独使用，且并不脱离本发明的范围。附图简要说明以下将参照同样公开了本发明的主要特征的附图，示例性地进一步对本发明进行详细解释。附图如下

图1示出将感光胶片涂覆到承载基材上的情况；图2示出光学滤光结构；图3示出涂覆在承载基材和胶片之间的粘合剂的固化情况；图4示出利用加热板对胶片承载膜进行加热的过程；和图5示出使用可运动的加热条对胶片承载膜进行加热的过程。附图详细说明以下所述的方法可用来将光学滤光结构一例如用于立体显示的阻挡滤光片一涂覆到一种至少在可见波长范围之内透光的承载基材上。附图1所示为在以下解释的方法步骤中起作用的主要元件。使用通常具有扁平长方体形状的玻璃基材作为承载基材1，这里在承载基材1的底面上涂有减反射层2，但是并非一定要有该涂层，其作用仅在于观看的舒适度。将粘合剂3涂覆到承载基材1的顶面上。可以使用能够在紫外光照射下发生聚合反应而固化的粘稠单体粘结剂作为粘合剂3。在附图1所示的方法步骤中，使得感光胶片上涂有感光乳胶5的一侧与粘合剂3 接触，所述感光胶片包括胶片承载膜4和涂覆到胶片承载膜上的感光乳胶5。通过曝光、显影和定影将光学滤光结构铭刻到感光乳胶5之中。对相应的掩膜进行曝光，并且将其投影到胶片上，就能实现这一点。附图所示即为此类光学滤光结构的示例。光学滤光结构由相互间以有规律的间隔排列的不透明-黑色滤光元件和透明-白色滤光元件构成。在使得感光乳胶与粘合剂接触之前，可以将一种能够渗入到感光乳胶中的微孔或开口之中并且将这些微孔至少部分封闭的液体涂覆到感光乳胶或者其表面上，这样可以防止粘合剂过深地渗入到微孔之中，从而有利于继续处理。例如可以使用一种浸油作为所述的液体。然后通过辊筒6以设定的压合压力和设定的辊筒6进给速度朝向承载基材1滚压胶片，使得粘合剂3分布于胶片和承载基材1之间。压合压力不可大到使胶片承载膜过度延伸、从而导致滤光结构中出现使得滤光片不可用的变化的程度如果附图2中所示透明滤光元件的距离发生变化，就会在没有辅助工具的情况下大大妨碍立体感效果。因此压合压力适宜在1 20kl^之间的范围内，具体视环境温度和粘合剂3的粘度而定。也要根据这些规定值选择与所选压力相匹配的进给速度，如果环境温度等于室温，则进给速度通常在0. 5 20mm/s之间。若为其它温度，则可能要采用更高或更低的速度和/或者压力。但是压力也不可太小，否则将无法将粘合剂3充分分布在承载基材1上。最终完成滚压之后，粘合剂3的层厚度应当大致在ΙΟμπι 30μπι之间。在下一步骤中通过粘合剂3的固化在承载基材1和感光乳胶5之间形成持久连接。例如当使用一种能在紫外光作用下固化的单体作为粘合剂3时，就可以在紫外光源7 的光线照射下使得附图3中所示的粘合剂3的层固化。所需的曝光时间一方面取决于粘合剂的层厚度，但另一方面也与温度有关，理想温度为22°C，并且不应明显低于10°C，还取决于紫外光的照度以及承载基材1的厚度及其在紫外光谱范围内的吸收能力。如果使用例如 6mm厚度的浮法玻璃作为承载基材1，则室温下的曝光时间约为30秒。如果必须节约时间和成本，现在就可以使用以这种方式制成的具有光学滤光结构的复合系统。但是胶片承载膜4构成了另一个不需要的涂层，光线必须透过该涂层，因此对亮度也有不利的影响，因此该胶片承载膜不必留在感光乳胶5上。因此可在下一道可选步骤中通过热作用将胶片承载膜4与感光乳胶5分离，然后将其去除。为此必须适当加热胶片承载膜4本身，使得感光乳胶5能够与其脱离。这时应注意不要过度加热胶片承载膜4， 否则将会使得感光乳胶5也完全受热。这将会在尝试去除胶片承载膜4的过程中导致感光乳胶5遭到破坏。例如，过度加热将会使得感光乳胶5也与粘合剂3的层脱离，之后只有残留物留在粘合剂层上。附图4和5所示为可以用来将胶片承载膜4和感光乳胶5顺利相互分离的两种方法。如附图4所示，利用加热板8全面加热胶片承载膜4。加热板8朝向胶片承载膜4 向下辐射热量，以指向下方的粗箭头表示。根据胶片承载膜4的厚度适当选择加热板的距离及其温度以及加热持续时间，从而可以充分加热胶片承载膜4本身，但是并不会加热附着于下方的感光乳胶5的层。后者最多允许在极薄的表面层中略微变热，使其一因受热而出现的一弹性状态不会在感光乳胶层本身中导致撕断。以指向感光乳胶5表面的小箭头表示这种情况。附图5所示为可以用来更好地控制加热的另一种方法。这里使用加热条9作为加热元件，其辐射热量的一面朝向胶片承载膜4，以设定的距离和设定的速度移动加热元件经过胶片承载膜4上方，通过热作用分离胶片承载膜4和感光乳胶5。也可以使用加热丝或者类似的加热元件替代加热条，也可不必使得加热元件经过承载膜，同样也可以使得复合系统经过位置固定的加热条9。重要的仅仅是在胶片承载膜4和加热条9之间执行如附图5 所示的相对运动，以从加热条9指向右侧的箭头表示。也根据以上所述的参数适当选择进给速度，使得胶片承载膜4尽管已变热，但是位于其下方的感光乳胶5的层最多仅仅在薄的表面层中变热。在其它方面都稳定不变的条件下，可以利用控制速度的简单方式调整到最佳温度状况，从而在加热条9经过胶片承载膜4上的某一部位之后，可以紧接着在加热条9 后面沿着运动方向向上剥离胶片承载膜4，如从胶片承载膜4向外垂直指向上方的箭头所
7J\ ο结果就能在玻璃上获得一种光学滤光片，例如用于立体显示的阻挡滤光片，没有否则在现有技术条件下所使用的冷覆膜，并且没有粘贴在其上面的胶片承载膜4。最终在承载基材1上只有一层厚度大约在10 μ m 30 μ m之间的薄的固化胶层，具有光学滤光结构的感光乳胶5附着在该胶层上。固化后的粘合剂3上的附着力至少等于感光乳胶5之前在胶片承载膜4上所具有的附着力。感光乳胶在任何情况下均具有抗擦和抗刮能力，只要不朝向感光乳胶5的层使用锐利或锐边的物体即可。如果在去除胶片承载膜4之后给感光乳胶5涂上一种特殊的保护层，例如用丝网印刷法涂上一层特殊的油漆，甚至就能防止滤光结构受到锐边物体或者腐蚀性液体的影响。与在先技术相比，可以明显更容易并且更加可靠地例如利用玻璃刀分割以这种方式制成的光学滤光片。由此大大减小了破裂和受伤的危险。此外由于去掉了胶片承载膜， 不仅大大改善了二维显示的对比度，而且也改善了三维显示的对比度。附图标记清单1承载基材2减反射层3粘合剂4胶片承载膜5感光乳胶6 辊筒7紫外光源8加热板9加热条
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权利要求
1.一种用于将光学滤光结构涂覆到一种至少在可见波长范围内透光的承载基材(1) 上的方法，其中-将一种粘合剂( 涂覆到承载基材(1)上，-使得感光胶片上有感光乳胶( 的一面与粘合剂C3)接触，所述感光胶片包括胶片承载膜(4)和涂覆到该胶片承载膜上的感光乳胶(5)，通过曝光、显影和定影将光学滤光结构铭刻到感光乳胶( 之中，-通过辊筒(6)以设定的压合压力和设定的辊筒(6)进给速度朝向承载基材(1)滚压胶片，使得粘合剂C3)分布于胶片和承载基材(1)之间，-通过粘合剂(3)的固化在承载基材(1)和感光乳胶( 之间形成永久性连接。
2.根据权利要求1所述的方法，在固化之后通过热作用使得胶片承载膜(4)与感光乳胶(5)分离，然后将胶片承载膜去除。
3.根据权利要求2所述的方法，以设定的距离和设定的速度移动加热元件经过胶片承载膜(4)上方，加热元件的辐射热量的一面朝向胶片承载膜G)，通过热作用分离胶片承载膜⑷和感光乳胶(5)。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，在去除胶片承载膜(4)之后给感光乳胶 (5)涂上保护层。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的方法，使得辊筒(6)以介于0.5 20mm/s之间的进给速度运动。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的方法，选用介于1 20kPa之间的压合压力。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的方法，在使得感光胶片与粘合剂C3)接触之前， 将一种能够渗入存在于感光乳胶(5)中的微孔或开口之中并且将其至少部分封闭的液体涂覆到感光乳胶( 上。
8.根据权利要求7所述的方法，使用浸油作为所述的液体。
9.根据权利要求1 8中任一项所述的方法，使用一种能够在紫外光照射下固化的粘合剂、适宜使用一种单体作为粘合剂(3)。
10.根据权利要求1 9中任一项所述的方法，将用于立体显示的阻挡滤光片作为光学滤光结构。
全文摘要
本发明涉及将光学滤光结构涂覆到至少在可见波长范围内透光的承载基材(1)上的方法。按该方法将粘合剂(3)涂覆到承载基材(1)上，使包括胶片承载膜(4)和涂覆在其上的感光乳胶(5)的感光胶片与粘合剂(3)接触。通过曝光、显影和定影将滤光结构铭刻到感光乳胶(5)中。使胶片上有感光乳胶(5)的一面与粘合剂(3)接触。然后通过辊筒(6)以设定的压合压力和设定的辊筒(6)进给速度朝向承载基材(1)滚压胶片，使粘合剂(3)分布于胶片和承载基材(1)之间。然后通过粘合剂(3)的固化在承载基材(1)和感光乳胶(5)之间形成永久性连接。可在另一步骤中通过热作用使得胶片承载膜(4)与感光乳胶(5)分离并将其去除。
文档编号G02B5/20GK102483567SQ201080019998
公开日2012年5月30日 申请日期2010年4月16日 优先权日2009年5月5日
发明者J·施瓦茨, S·奥特, U·德纳特 申请人:3D国际欧洲有限责任公司, 赛科有限责任公司