CN102741746B

CN102741746B - 光掩模、曝光装置以及液晶显示面板的制造方法

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Publication number: CN102741746B
Application number: CN201180007634.4A
Authority: CN
Inventors: 平子贵浩
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2031-02-15
Also published as: CN102741746A; JPWO2011111479A1; WO2011111479A1; JP5308573B2

Abstract

本发明提供能够削减运行成本或使设备缩小化的光掩模、曝光装置以及液晶显示面板的制造方法。本发明的光掩模的特征在于，用于按基板面内的每个曝光区域使取向膜曝光，上述光掩模对入射到光掩模的主面的光进行透射和反射，使透射的光向曝光区域的一方照射，使反射的光向曝光区域的另一方照射。

Description

光掩模、曝光装置以及液晶显示面板的制造方法

技术领域

本发明涉及光掩模、曝光装置以及液晶显示面板的制造方法。更详细地说，涉及用于取向膜所进行的取向分割的光掩模、曝光装置以及液晶显示面板的制造方法。

背景技术

光掩模用于曝光基板上的感光性树脂层，在各种电子部件的制造中被有效利用。特别是，在用于制造液晶显示面板的光取向法所进行的取向膜曝光中被广泛使用。取向膜曝光工艺是用于控制液晶分子的取向方向、形成限制取向膜的重要工艺，由此能制造视野角优异的液晶显示面板。例如使用如下手法：使光掩模透射而从规定的方向照射光，由此对取向膜赋予液晶分子的取向限制力，而且，在下一工序中从不同方向有选择地进行取向膜的光照射，由此进行取向膜的取向分割。

作为现有的液晶显示装置的制造方法，公开了如下液晶显示装置的制造方法(例如，参照专利文献1)：其特征在于，是制造夹持液晶的至少一方具有透明的1对基板、在各基板上设置有限制液晶分子的取向方向的取向膜的液晶显示装置的方法，上述液晶显示装置的制造方法包含：通过光掩模照射紫外线，由此对该取向膜赋予液晶分子的取向限制力，且从不同方向有选择地进行该取向膜的紫外线照射，由此进行取向膜的取向分割，上述液晶显示装置的制造方法使用在遮光图案面设置有金属-电介质多层膜的光学掩模，该多层膜以透射特定入射角的紫外线的方式最佳化。

该制造方法以如下为课题：在进行取向分割时，使重复曝光区域的范围变窄，由此将取向分割最佳化，能进行取向膜的稳定取向。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2003-161946号公报

发明内容

发明要解决的问题

在如上述那样的取向膜曝光装置中，为了抑制光掩模的运行成本而将多个小型光掩模接合在一起的扫描曝光方法正成为主流。由于光掩模是小型，因此通常分成数次照射紫外线等光。当曝光工序数量变多时，曝光工作台也随之变多。

在现有的液晶显示装置的制造方法中进行如下：使光掩模透射而对基板主面照射紫外线，上述光掩模以其主面相对于基板主面平行的方式设置。图6是现有的光掩模111的平面示意图。光掩模111设置有遮光部113和透射部115，能够利用透射透射部115的光按例如每半像素宽度进行曝光。然而，为了进行取向膜的取向分割，进一步设置曝光工艺而从不同方向对基板主面照射紫外线。

即，曝光工艺区分为各个光照射方向，另外使用多片小型掩模来曝光。例如，在利用多个小型掩模分多次对形成有曝光前的取向膜的基板整体进行曝光的工序中，在进一步从2个以上的不同方向进行光照射而进行取向分割处理的情况下，由于分多次而最少为2次、而且从至少2个不同方向对基板整体进行曝光，因此最少也需要4个曝光工作台。通常，为了确保吞吐量，在曝光工作台之间设置有用于进行曝光前准备的搬运工作台，设备整体会变得巨大。

图7概念性地图示出这样的现有曝光装置的曝光工艺。在该图7中示出如下：用于取向分割的取向膜曝光工序包含4个工作台和连接它们的搬运工作台。具体地说，包含4个工作台部171a、171b、171c、171d，基板130沿着基板的流向181前进。在前一半(工作台部171a、171b)从曝光用光源(照射曝光的光的光源)131a、131b照射的光(紫外线121)和在后一半(工作台部171c、171d)从曝光用光源131c、131d照射的紫外线121的倾斜方向是不同的。在光取向法中，通过照射不同照射方向的光，能赋予液晶不同的倾角。此外，光掩模111的主面相对于供曝光的基板130的主面平行，该光掩模111透射来自曝光用光源的照射光，由此进行按半像素宽度的曝光。

如此，现有的曝光装置的设置空间变大，在各工作台设置有多个光掩模、高压汞灯等高额消耗品，特别是，通常按每个机型使用不同的光掩模，因此关系到设备费用、运行成本的增大。即，各曝光工作台需要多个光源(曝光用光源和追踪用光源)、光掩模，因此装置整体的运行成本会变为庞大的数额。在现有的曝光装置和液晶显示装置的制造方法中，如上所述，在生产工序的有效化、生产空间等方面具有较大的问题。

本发明是鉴于上述现状而完成的，其目的在于，提供能够削减运行成本或使设备缩小化的光掩模、曝光装置以及液晶显示面板的制造方法。

用于解决问题的方案

本发明人对取向膜曝光工艺所使用的光掩模(曝光掩模)、使用该光掩模的曝光装置以及液晶显示面板的制造方法进行了种种研究的结果是，着眼于如下光掩模的方式：现有的光掩模包含透射部和遮光部，从光源入射到光掩模的光通过透射部而照射到基板上的取向膜，另一方面，利用遮光部对一部分的入射光进行遮光。并且，发现了在光掩模的遮光部形成光反射膜层作为反射部，由此利用来自光源的1次光照射能进行2个方向的光照射，至今为止仅能从各自的方向进行多次光照射的工序能够由1次照射完成，能够省略，从而想到每当看到上述问题便能够解决。另外，发现了如果使光掩模相对于基板的设置方向也与现有的相对于基板主面平行不同，成为相对于基板主面大致垂直(基板的法线方向)，就会从透射部透射光而直接照射到基板，另一方面，剩余的由反射部所反射的光会从与前者相反的方向照射到与透射部偏离大致半像素的位置，满足曝光工艺的目的、特别是满足取向分割中的取向膜曝光的目的，从而达成了本发明。

即，本发明是用于按基板面内的每个曝光区域使取向膜曝光的光掩模，其特征在于，上述光掩模具有透射部和反射部，对入射到光掩模的主面的光进行透射和反射，使透射的光向曝光区域的一方照射，使反射的光向曝光区域的另一方照射，上述光掩模以其主面相对于供曝光的基板面大致垂直的方式配置而使用。

在现有的光掩模中，为了取向分割而必须从各自的方向进行光照射，曝光工序数量会相应地变多，但是如果使用本发明的光掩模，在曝光工艺中能够将来自曝光用光源的光的照射方向分解为2个方向，如上所述，能够省略至今为止仅能从不同方向对基板面进行光照射的工序。其结果是，会削减曝光工作台数量，由此能大幅削减曝光工作台的运行成本，或者实现曝光工作台间的搬运工作台的削减所带来的设备费用的缩小。

本发明的光掩模的一部分是透射部，其它部分包含反射部，但是通常具有遮光部，例如，在透射部和反射部的周围、光掩模的端部具有遮光部。优选透射部在1个光掩模内分割为多个而形成，通常，狭缝形状的多个透射部成为以一定方向、一定间隔排列的方式。反射部只要包含以能对取向膜赋予取向性的方式反射光的部件即可，优选利用铝膜等光反射率高的金属膜等构成光反射层。如图1所示，这样的光掩模的优选方式能举出如下方式：狭缝形状的多个透射部以规定方向(一定方向)、规定间隔(一定间隔)排列，在该多个透射部间与透射部为大致相同形状的多个反射部以规定方向(一定方向)、规定间隔(一定间隔)排列，光掩模的两个端部成为遮光部，上述两个端部沿着狭缝形状的透射部的短轴边和反射部的短轴边并列的边。

此外，在本发明中，只要对入射到光掩模的主面的光进行透射和反射，除了如上所述具有透射部和反射部、在光掩模内的各个区域进行透射和反射的方式以外，也能够举出如下方式：由透射光的同时进行反射的部件构成光掩模，在光掩模内的相同区域进行透射和反射。另外，在本发明的光掩模中，从一个方向入射的光通常利用透射和反射而分解为2个方向，在2个方向照射，优选这样的方式，但是也可以例如部分地改变反射部的形状，由此进一步在多个方向照射。对于光的入射，也优选从一个方向入射，但是也可以从多个方向入射。

作为本发明的光掩模的一个优选方式，能举出以其主面相对于供曝光的基板面大致垂直的方式配置而使用的方式。利用这样的使用方式，光的照射方向能够以相对于基板主面的法线大致对称的方式分解为2个方向。由此，在利用曝光装置在基板上扫描的情况下，能通过1次扫描动作进行2个方向的光照射，在取向分割工序中，能按每半像素使光的照射角度反转。能够一次实施改变照射方向这样的工序的部分是要点，该工序成为取向分割的曝光设备巨大化的原因，能够得到以现有的光掩模不能实现的显著效果。

此外，如上所述，如果以光掩模的主面相对于供曝光的基板面大致垂直的方式配置，分解为2个方向而照射的光相对于基板面的角度变为相等，仅改变取向方向而均匀地进行取向分割，在该方面优选，但是在本发明的光掩模中，并不妨碍设为使光掩模的主面相对于基板面为倾斜方向等方式。

另外，本发明也是曝光装置，其具备：本发明的光掩模；以及光源，其照射使取向膜曝光的光。

上述曝光装置的优选方式是进行将多片小型光掩模接合在一起的扫描曝光方法的方式，通常，为了使基板整体曝光，分多次向形成有曝光前的取向膜的基板上从规定方向照射紫外线等光。本发明的曝光装置能通过1次曝光操作实质上进行2次曝光，特别是，在将1个像素内的取向膜在多个取向方向进行分割的取向分割曝光工艺中，能够实现生产工序的有效化和生产空间的缩小。

而且，本发明还是液晶显示面板的制造方法，其用于制造液晶显示面板，上述液晶显示面板具备：一对基板；液晶层，其设置于基板间；以及取向膜，其设置于基板中的至少一方的液晶层侧的表面，上述制造方法包含曝光工序，上述曝光工序使用本发明的曝光装置使取向膜曝光。

并且，本发明也是液晶显示面板的制造方法，其用于制造液晶显示面板，上述液晶显示面板具备：一对基板；液晶层，其设置于基板间；以及取向膜，其设置于基板中的至少一方的液晶层侧的表面，上述制造方法包含曝光工序，该曝光工序将基板面内分割为2个以上的曝光区域，利用透射光掩模的光使曝光区域的一方的取向膜曝光，利用在光掩模反射的光使曝光区域的另一方的取向膜曝光，上述光掩模以其主面相对于供曝光的基板面大致垂直的方式配置而使用，具有透射部和反射部。根据这些本发明的液晶显示面板的制造方法，如上所述，能够实现能削减运行成本、使设备缩小化的制造方法。所谓上述曝光区域是指：例如，在1个像素按每半像素被划分、一方的半像素成为一定取向方向、另一方的半像素成为与上述取向方向不同的一定取向方向的情况下，以一方的半像素为1个曝光区域，以另一方的半像素为另1个曝光区域。取向膜的取向按每个曝光区域不同，由此液晶显示面板的视野角被改善。上述液晶显示面板的制造方法的优选方式能举出如下方式：上述曝光工序相对于基板主面的法线从倾斜方向对光掩模主面照射光而进行透射和反射。

上述的本发明的光掩模、曝光装置以及液晶显示面板的制造方法的其它构成只要适当设定即可，只要不阻碍本发明的效果，没有特别限定。

本发明的光掩模、曝光装置以及液晶显示面板的制造方法不仅削减运行成本或使设备缩小化，而且根据情况也关系到如下：因为扫描曝光的次数减半，可抑制由掩模动作控制错误导致的不良发生的风险。另外，在现有的曝光装置中，对光掩模面积的大约一半进行遮光，因此来自光源的巨大能量成为浪费，但是在本发明中将来自光源的光实质上全部利用，由此能使能量有效地利用。此外，本发明只要发挥充分削减运行成本或使设备缩小化的任一效果即可。

上述的各方式在不脱离本发明的要旨的范围内可以适当组合。

发明效果

根据本发明的光掩模、曝光装置以及液晶显示面板的制造方法，能够充分削减运行成本或使设备缩小化。由此，使液晶显示面板的生产工序有效化，其结果是，工序数量的削减也有助于高质量化。

附图说明

图1是实施方式1的光掩模的平面示意图。

图2是示出实施方式1的光掩模的使用方式的截面示意图。

图3是示出实施方式1的曝光装置的示意图。

图4是用实施方式1的曝光装置的CCD相机观测的TFT基板的平面示意图。

图5是示出实施方式1的曝光装置的曝光工艺的示意图。

图6是现有的光掩模的平面示意图。

图7是示出现有的曝光装置的曝光工艺的示意图。

具体实施方式

在实施方式中也将配置有薄膜晶体管元件(TFT)的基板称为TFT基板。

在实施方式中也将配置有彩色滤光片(CF)的基板称为CF基板。

以下揭示实施方式，参照附图来更详细地说明本发明，但是本发明不仅限于这些实施方式。

实施方式1

图1是实施方式1的光掩模的平面示意图。

在实施方式1的光掩模11中，在透射部15和透射部15之间的部分(现有的光掩模的遮光部)设置有光反射部(反射部17)，透射部15和反射部17交替地设置。在实施方式1中，透射部15的长度和反射部17的长度(图1所示的横向长度)是大致相同的，另外透射部15的宽度和反射部17的宽度(图1所示的纵向长度)也是大致相同的。对于反射部17，能够通过粘贴例如光反射率高的膜而形成，优选粘贴例如铝膜等。在取向膜的取向分割中1个重要项目是按每半像素使光的照射角度反转。实施方式1的光掩模11对现有的遮光部赋予光反射的功能，由此将用于取向分割的曝光工艺中的来自光源光的照射方向分解为2个方向。由此，能够一次实施改变照射方向这样的工序，该工序成为取向膜的曝光设备巨大化的原因。此外，在光掩模11的边缘设置有遮光部13。

图2是示出实施方式1的光掩模的使用方式的截面示意图。

将如上所述加工的光掩模11以相对于基板30的主面大致垂直的方式配置而使用，由此对入射到光掩模11的主面的紫外线21进行透射和反射。

图3是示出实施方式1的曝光装置的示意图。

实施方式1的曝光装置包含2个曝光工作台部和其间的搬运工作台部，图3示出其一部分。在各曝光工作台部设置有多个头。头的数量根据基板尺寸而不同，在各头上分别设置有曝光用光源31(曝光头部)、光掩模11以及追踪用CCD(charge-coupled device：电荷耦合器件)相机41等。光掩模11以其主面相对于供曝光的基板面大致垂直的方式配置。另外，在实施方式1中，在基板30的背面(从基板看为曝光用光源31的相反侧)设置有图像检测用光源61(也称为追踪用光源。)，来自图像检测用光源61的光通过基板30，经由镜子而通过光掩模11，到达CCD相机41。光掩模微调用的CCD相机41当是从垂直于光掩模的方向时能够窥视光掩模的狭缝，因此从该方面出发通常例如这样配置。此外，CCD相机41能够捕捉基板30的图案边缘，只要是能够识别光掩模11的边缘，就能够适当采用该方式以外的方式。此外，由工作台部71搬运基板30。

(取向膜曝光装置的动作)

在实施方式1的曝光装置中，曝光用光源31(紫外线21的照射方向)和光掩模11被固定，使光掩模11对前进中的基板30进行追踪，由此正确地照射紫外线。追踪的动作为如下动作：预先设定基板30的任意的图案图像，由CCD相机41监视设置于光掩模11的追踪用图案，以上述2个图案边缘的距离总是为一定的方式始终微调光掩模11。

(基板-光掩模追踪)

由设置于实施方式1的曝光装置的CCD相机41捕捉基板30的图案边缘，同时识别光掩模11的边缘，以将两者的距离保持为一定的方式微调光掩模11，由此保持曝光位置精度。在实施方式1中，微调由包含图像处理电路的控制部51进行。并且，一边进行光掩模11的微调一边利用曝光用光源31进行曝光。

图4是用实施方式1的曝光装置的CCD相机观测的TFT基板的平面示意图。虚线示出所捕捉的光掩模的追踪用图案边缘。此外，即使是CF基板也同样能够一边始终微调光掩模11一边利用曝光用光源进行曝光。在TFT基板或者CF基板中，均设定该基板的直线或者大致直线状的(接近于直线)图案作为追踪图案，一边对其边缘进行图像识别一边使光掩模侧的狭缝(实际上作为掩模图案出现于图像)追踪到那里。即，只要基板面具有任何的直线或者大致直线状的图案就能追踪曝光。

图5是示出实施方式1的曝光装置的曝光工艺的示意图。

如图5所示，使透射的紫外线(透射光23)向曝光区域的一方照射，使反射的光(反射光25)向曝光区域的另一方照射。例如，调整光掩模11的透射部、反射部的长度和宽度以及来自光源的紫外线的照射方向，由此能够适当调整曝光区域。在实施方式1中，将来自光源的紫外线分解为通常的半像素的透射光和剩余的半像素的反射光，能够同时对取向膜照射这些透射光和反射光。此外，与半像素的透射光所照射的曝光区域相邻的曝光区域被来自光掩模11的反射光照射，上述光掩模11与透射该半像素的透射光的光掩模11相邻设置，由此按每半像素利用透射光曝光的区域和利用反射光曝光的区域交替地配置。所谓半像素，是指在像素的长度方向或者宽度方向上所划分的大致一半的区域，上述像素表示例如R(红)、G(绿)或者B(蓝)等的任一单色。另外，在实施方式1中，利用一个光掩模照射透射光的区域和反射光按半像素照射的区域是大致相同的。在实施方式1中，在第1次的曝光工作台部71a中，从曝光用光源31a通过光掩模11交替地照射透射光23和反射光25而产生条状部分，但是对该部分彼此之间，在下一曝光工作台部71b从曝光用光源31b通过光掩模11照射透射光23和反射光25。另外，在第1次的曝光工作台中透射光23和反射光25所照射的条状部分、以及在下一曝光工作台中透射光23和反射光25所照射的条状部分的形状、大小是大致相同的。此外，在实施方式1中使用作为通常用于光取向的光的紫外线，但是只要发挥本发明的效果，就能使用其它波长区域的光。此外，在实施方式1中，沿着基板的流向81搬运基板30。

实施方式1为如下：使光掩模的设置方向相对于基板主面大致垂直，光掩模自身在现有的遮光部形成铝等的紫外线反射膜层，由此能通过1次扫描动作进行2个方向的紫外线照射。将光掩模相对于基板垂直设置，由此紫外线从透射部透射而直接照射到基板。另一方面，由剩余的反射部所反射的紫外线从与前者相反的方向照射到与透射部正好偏离半像素的位置，满足进行取向膜的取向分割的液晶显示装置的制造方法中的取向膜曝光的目的。此外，所谓大致垂直，只要是以可以说能发挥本实施方式的优选效果的程度实质上垂直即可。

上面的结果是，不仅能实现设备的缩小化和运行成本削减，而且也关系到如下情况：由于扫描曝光的次数减半，因此可抑制由掩模动作控制错误所导致的不良发生的风险。另外，在现行处理中，对光掩模面积的大约一半进行遮光，因此来自光源的巨大能量成为浪费，但是在本发明中实质上利用全部紫外线，由此能进行能量的有效利用。

比较例1

使用现有的光掩模(图6所示的光掩模)代替实施例1的光掩模，如图7所示，利用4个曝光工作台171a、171b、171c、171d进行曝光工序。

实施方式1和比较例1的运行成本削减效果在下述表1中示出。在表1中，曝光用灯是指取向膜曝光用的灯，追踪用灯是指用于追踪的图像检测用灯。“1000H”和“2000H”的“H”是指灯的平均寿命的单位(小时)。“片/机型”是指每一个曝光装置所需要的光掩模的片数。在“效果”栏中示出运行成本的削减比例。

[表1]

	比较例1	实施方式1	效果
				曝光用灯	24个/1000H	12个/1000H	Δ50％
追踪用灯	48个/2000H	24个/2000H	Δ50％
				光掩模	24片/机型	12片/机型	Δ50％

实施方式1和比较例1的设备设置面积和设备费用在下述表2中示出。在下表2中，“效果”是指“设备设置面积”和“设备费用”的削减比例。

[表2]

作为实施方式1的方式的导入效果，与现有相比，对于包含光掩模的运行成本和设备设置面积能够进行大约50％的削减，设备费用能够预计大约33％的削减。

上述的实施方式中的各方式在不脱离本发明的要旨的范围内可以适当组合。

此外，本申请以2010年3月12日申请的日本专利申请2010-056578号为基础，主张基于巴黎公约以及进入国的法规的优先权。该申请的内容，其整体作为参照被编入本申请。

附图标记说明

11、111：光掩模

13、113：遮光部

15、115：透射部

17：反射部

21、121：紫外线

23：透射光

25：反射光

30、130：基板

31、31a、31b、131a、131b、131c、131d：曝光用光源

41：CCD相机

51：控制部

61：图像检测用光源

71、71a、71b、171a、171b、171c、171d：工作台部

81、181：基板的流向

Claims

1.一种光掩模，其特征在于，

用于按基板面内的每个曝光区域使取向膜曝光，

该光掩模具有透射部和反射部，对入射到光掩模的主面的光进行透射和反射，使透射的光向曝光区域的一方照射，使反射的光向曝光区域的另一方照射，

上述光掩模以其主面相对于供曝光的基板面大致垂直的方式配置而使用。

2.一种曝光装置，其特征在于，

具备：权利要求1所述的光掩模；以及光源，其照射使取向膜曝光的光。

3.一种液晶显示面板的制造方法，其特征在于，

用于制造液晶显示面板，上述液晶显示面板具备：一对基板；液晶层，其设置于基板间；以及取向膜，其设置于基板中的至少一方的液晶层侧的表面，

该制造方法包含使用权利要求2所述的曝光装置使取向膜曝光的工序。

4.一种液晶显示面板的制造方法，其特征在于，

该制造方法包含曝光工序，该曝光工序将基板面内分割为2个以上的曝光区域，利用透射光掩模的光使曝光区域的一方的取向膜曝光，利用在光掩模反射的光使曝光区域的另一方的取向膜曝光，

上述光掩模以其主面相对于供曝光的基板面大致垂直的方式配置而使用，具有透射部和反射部。

5.根据权利要求3或4所述的液晶显示面板的制造方法，其特征在于，

上述曝光工序相对于基板主面的法线从倾斜方向对光掩模主面照射光而进行透射和反射。