CN104412152B - 光取向曝光方法及光取向曝光装置 - Google Patents

光取向曝光方法及光取向曝光装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光取向曝光方法及光取向曝光装置。将取向曝光方式适用于多域法时，消除单位图像区域的分割区域的边界附近的取向混乱。一种光取向曝光方法，其将液晶显示元件的各单位图像区域(Pa)分割为多个分割区域(Da1、Da2)，并分别向不同方向对各分割区域(Da1、Da2)的取向材料膜进行光取向，所述光取向曝光方法具有：第1曝光工序，相对于整个单位图像区域(Pa)的被曝光面以倾斜的光照射角度(θ1)照射光；及第2曝光工序，相对于分割区域(Da1、Da2)中的一个区域即第2分割区域(Da2)，用以与第1曝光工序中的光照射角度(θ1)不同的角度倾斜的光照射角度(θ2)照射光。第2曝光工序经由与分割区域(Da1、Da2)中的一个区域即第2分割区域(Da2)对应的掩模图案照射光，通过聚光机构(13)对掩模图案的透射光进行聚光并照射于所曝光的第2分割区域(Da2)。

Description

光取向曝光方法及光取向曝光装置
技术领域
本发明涉及一种用于形成液晶显示元件的取向膜的光取向曝光方法及光取向曝光装置。
背景技术
作为形成液晶显示元件的取向膜的方式，已知有为了确定液晶的预倾角大小及取向方向而相对于成为取向膜的光敏性高分子膜倾斜照射光(紫外线)的光取向曝光方式。
另一方面，将液晶显示元件的一个单位图像区域(像素或子像素，或者它们的集合区域)分割为2个或2个以上，并改变所分割的每个区域的液晶的取向方向，由此改善液晶面板的视角，该方法称为像素分割法或多域法。
将前述的光取向曝光方式适用于多域法时，形成相对于取向材料膜上的被曝光面以不同角度照射的多个紫外线曝光光，经由掩模的一个开口从一方向对将单位图像区域进行分割的一个区域照射紫外线，并经由掩模的另一开口从另一方向对将单位图像区域进行分割的另一区域照射紫外线。由此，能够对将单位图像区域进行分割的多个区域的每一个实施预倾角与取向方向不同的光取向处理。
此时，下述专利文献1中记载的以往技术中，将排列成直线状的多个单位图像区域的每一个，以沿着其排列方向的分割线分割为2个区域，并沿着单位图像区域的排列方向移动被曝光面来扫描曝光多个单位图像区域，由此相对于多个单位图像区域连续实施光取向处理。该以往技术中，使用具有与被分割的一个区域对应的开口图案及对应于与其相邻的另一区域的开口图案的2个掩模图案。并且，对各个开口图案照射沿着扫描方向的曝光光且相对于被曝光面不同角度的紫外线曝光光，将掩模图案曝光(接近式曝光)于被曝光面，由此对被分割的2个区域实施沿着扫描方向的互不相同的方向的光取向处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2012-63652号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
如图1(a)所示，以往技术中使用的曝光装置具备：光源1，放射紫外线；聚光透镜2，将从光源1放射的紫外线曝光光设为平行光来照射于掩模M；及复眼透镜(将多个单位透镜排列成矩阵状的透镜阵列)3，配设于光源1与聚光透镜2之间，使照射于掩模M的光的强度分布均匀化，向相对于被曝光面Bs的扫描方向S交叉的方向排列复眼透镜3。
这种曝光装置中，如图1(b)所示，通过复眼透镜的聚光作用，产生倾斜地通过掩模M的开口Ma的光线L1，该光线L1若通过掩模M的开口Ma，则通过平行光半角θ扩散而照射于被曝光面Bs上。由此，被曝光面Bs上不仅是掩模M的开口图案的正下方的区域Me，超出该区域Me而照射有曝光光。
使用这种曝光装置来进行基于多域法的光取向曝光时，使用如图2(a)所示的光取向曝光装置。据此，配备有第1曝光装置Ex1及第2曝光装置Ex2，其在被曝光面Bs上远离配置具有用于曝光单位图像区域的被分割的一个区域的开口图案的第1掩模M1及具有用于曝光被分割的另一区域的开口图案的第2掩模M2，经由各个掩模M1、M2分别曝光基板B的被曝光面Bs。第1曝光装置Ex1照射沿着扫描方向S的曝光光且相对于基板B的被曝光面Bs为照射角度θe(例如40°)的紫外线曝光光，第2曝光装置Ex2照射沿着扫描方向S的曝光光且相对于基板B的被曝光面Bs为照射角度-θe(例如-40°)的紫外线曝光光。
据此，以图2(b)所示的曝光强度依次进行一个单位图像区域Pa内的分割区域Da1、Da2的曝光，通过图1(b)所示的基于平行光半角的超出曝光，在分割区域Da1、Da2的边界附近的范围a中进行双重曝光。
此时，由于取向材料中的光异构化反应的可逆性，产生如下问题，即在范围a的分割区域Da2侧可得到适当的光取向，但是范围a的分割区域Da1侧的区域a1中无法得到所希望的方向的光取向。区域a1中的取向混乱是由于因基于前述的平行光半角的超出曝光引起的不充分的强度的双重曝光而产生的，其宽度为10～15μm左右，但是在根据液晶显示面板的高精细化而要求更窄的单位图像区域Pa的宽度的情况下，成为为了充分确保有效图像区域而无法忽视的宽度。
本发明将解决这种问题作为课题的一例。即本发明的目的在于，将光取向曝光方式适用于多域法时，消除将单位图像区域进行分割的分割区域中的边界附近的取向混乱，相对于单位图像区域的窄幅化确保充分的有效图像区域等。
用于解决技术课题的手段
为了实现这种目的，本发明的光取向曝光装置及光取向曝光方法至少具备以下的特征。
一种光取向曝光方法及光取向曝光装置，其将液晶显示元件的各单位图像区域分割为多个分割区域，并分别向不同方向对各分割区域的取向材料膜进行光取向，其中，相对于被曝光面以倾斜的光照射角度照射光时，经由具有掩模图案的掩模相对分割区域中的一个区域照射光，并通过聚光机构对掩模图案的透射光进行聚光并照射于曝光对象的分割区域，该聚光机构按每个所述掩模图案与所述掩模一体设置。此处的聚光是指将从掩模图案扩散而朝向曝光对象外的区域的光聚集在曝光对象内。
发明效果
根据这种特征，通过聚光机构对透射掩模图案并通过平行光半角扩散的光进行聚光，能够抑制其扩散而照射于被曝光面。由此，能够在分割区域的边界附近缩小被双重曝光的区域，并能够消除分割区域中的边界附近的取向混乱。
如此，根据本发明的光取向曝光方法及光取向曝光装置，将光取向曝光方式适用于多域法时，能够消除将单位图像区域进行分割的分割区域中的边界附近的取向混乱，并能够相对于单位图像区域的窄幅化确保充分的有效图像区域。
附图说明
图1是表示以往技术中使用的曝光装置的说明图。
图2是表示以往的光取向曝光装置的说明图。
图3是表示本发明的一实施方式所涉及的光取向曝光方法及光取向曝光装置的说明图。图3(a)表示光取向曝光装置的结构例，图3(b)表示基板(被曝光面)的方式例。
图4是表示本发明的另一实施方式所涉及的光取向曝光方法及光取向曝光装置的说明图。
图5是表示本发明的实施方式所涉及的光取向曝光方法及光取向曝光装置中使用的掩模及聚光机构的方式例的说明图。
图6是表示本发明的实施方式所涉及的光取向曝光方法及光取向曝光装置中使用的聚光机构的功能的说明图。图6(a)是与扫描方向S交叉的方向的剖视图，图6(b)是沿着扫描方向S的方向的剖视图。
图7是表示本发明的实施方式所涉及的光取向曝光方法及光取向曝光装置中使用的聚光机构的另一方式例的说明图。图7(a)是俯视图，图7(b)是图7(a)中的X-X剖视图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。图3是表示本发明的一实施方式所涉及的光取向曝光方法及光取向曝光装置的说明图。图3(a)表示光取向曝光装置的结构例，图3(b)表示基板(被曝光面)的方式例。
如图3(b)所示，光取向曝光装置100为如下装置，即用于将液晶显示元件的各单位图像区域Pa分割为多个分割区域Da1、Da2，并分别向不同方向对各分割区域Da1、Da2的取向材料膜进行光取向。此处的取向材料膜为显示可逆性光异构性反应的光敏性高分子膜，对相对于取向材料膜的表面倾斜地照射的光(紫外线等)产生反应，从而得到所希望的预倾角及沿着照射方向的方向的取向。此处的单位图像区域Pa是指像素或者按多个颜色(R、G、B)分割一个像素内的子像素，或者它们的集合区域。
如图3(a)所示，光取向曝光装置100具备第1曝光装置11、掩模M及第2曝光装置12。第1曝光装置11为用于执行相对于整个单位图像区域Pa的被曝光面以倾斜的光照射角度θ1照射光的第1曝光工序的装置。掩模M及第2曝光装置12为用于执行对作为前述的分割区域之一且与前述第1分割区域Da1相邻的第2分割区域Da2进行曝光的第2曝光工序的装置。第2曝光工序中，用以与第1曝光工序中的光照射角度θ1不同的角度倾斜的光照射角度θ2照射光。第2曝光工序中的光照射角度θ2例如能够设定为θ2＝-θ1。
第1曝光装置11例如具备照射紫外线的光源及光学系统，所述光学系统以角度θ1(例如，40°)的倾斜角向形成有取向材料膜的基板B的被曝光面Bs照射从光源射出的光。第2曝光装置12与第1曝光装置11同样地，例如具备照射紫外线的光源及光学系统，所述光学系统以角度θ2(＝-θ1)的倾斜角向被曝光面Bs照射从光源射出的光。
第2曝光工序在第1曝光工序之后进行，经由与作为分割区域中的一个区域的第2分割区域Da2对应的掩模M的掩模图案照射光，并通过聚光机构13对掩模图案的透射光进行聚光并照射于第2分割区域Da2。
具备这种结构的光取向曝光装置100中，通过基于第1曝光装置11的第1曝光工序，整个单位图像区域Pa向第1方向光取向，通过在之后进行的基于第2曝光装置12的第2曝光工序，第2分割区域Da2向第2方向光取向。此时，取向材料膜显示出可逆性光异构化反应，由此从后侧曝光的第2曝光工序中，只有覆盖曝光的部分向第2方向光取向，在第2曝光工序中未曝光的部分维持第1方向的光取向。
并且，第2曝光工序中，通过聚光机构13对透射掩模M的掩模图案的光进行聚光并对第2分割区域Da2进行曝光，因此能够将通过前述的平行光半角θ而欲向第2分割区域Da2的外侧扩散的光聚光于第2分割区域Da2的内侧。因此，第2曝光工序中，不会有强度不充分的光溢出至第1分割区域Da1内，能够以适于光取向处理的强度仅曝光第2分割区域Da2。由此，抑制向其他分割区域的超出曝光，能够消除在分割区域的边界附近产生的取向混乱。
对图3所示的实施方式所涉及的光取向曝光装置100进行更详细说明。该实施方式所涉及的光取向曝光装置100具备有基板扫描机构10，在被曝光面Bs上具有单位图像区域Pa的基板B通过基板扫描机构10沿着扫描方向S移动。扫描方向S为多个单位图像区域Pa的排列方向且沿着分割线DL的方向。
并且，隔开间隔并沿着扫描方向S配置第1曝光装置11及第2曝光装置12，在扫描方向S的上游侧进行第1曝光工序，在扫描方向S的下游侧进行第2曝光工序。通过第1曝光装置11及第2曝光装置12照射的光以沿着扫描方向S的方向且相对于被曝光面Bs不同的角度(θ1、θ2)照射。
另外，前述说明中，以取向材料膜显示出可逆性光异构化反应为前提，但是在取向材料膜显示出非可逆性光异构化反应时，能够先行进行前述的第2曝光工序(基于第2曝光装置12及掩模M的相对于分割区域的一个区域的曝光)，之后进行第1曝光工序(基于第1曝光装置11的相对于整个单位图像区域的曝光)。
图4是表示本发明的另一实施方式所涉及的光取向曝光方法及光取向曝光装置的说明图。图4(a)所示的实施方式中，光取向曝光装置200具备第1曝光装置11和第1掩模M1、及第2曝光装置12和第2掩模M2，在第1掩模M1与被曝光面Bs之间配备有聚光机构21，在第2掩模M2与被曝光面Bs之间配备有聚光机构22。
根据该光取向曝光装置200，通过第1曝光装置11，执行相对于分割区域中的一个区域(第1分割区域Da1)以倾斜的光照射角度θ1照射光(例如紫外线)的第1曝光工序，通过第2曝光装置12，执行相对于分割区域中的另一区域(第2分割区域Da2)用以与第1曝光工序中的光照射角度不同的角度倾斜的光照射角度θ2(＝-θ1)照射光(例如紫外线)的第2曝光工序。第1曝光工序及第2曝光工序分别经由具有与各个分割区域对应的掩模图案的第1掩模M1、第2掩模M2照射光。并且，第1曝光工序及第2曝光工序中，通过聚光机构21、22对各掩模图案的透射光进行聚光并照射于各个分割区域(第1分割区域Da1、第2分割区域Da2)。
图4(b)所示的实施方式中，光取向曝光装置300具备第1曝光装置11和第1掩模M0、及第2曝光装置12和第2掩模M2，在第2掩模M2与被曝光面Bs之间配备有聚光机构22。第1掩模M0用于单独接近式曝光分割区域之一即第1分割区域Da1。
根据该光取向曝光装置300，通过第1曝光装置11，执行相对于分割区域中的一个区域(第1分割区域Da1)以倾斜的光照射角度θ1照射光(例如紫外线)的第1曝光工序，通过第2曝光装置12，执行相对于分割区域的另一区域(第2分割区域Da2)用以与第1曝光工序中的光照射角度不同的角度倾斜的光照射角度θ2(＝-θ1)照射光(例如紫外线)的第2曝光工序。第1曝光工序及第2曝光工序分别经由具有与各个分割区域对应的掩模图案的第1掩模M0或者第2掩模M2照射光。并且，第2曝光工序中，通过聚光机构22对掩模图案的透射光进行聚光并照射于第2分割区域Da2。
图4(a)、(b)中，在被曝光面Bs上具有单位图像区域Pa的基板B沿着扫描方向S移动。并且，与图3所示的例子同样地，隔开间隔并沿着扫描方向S配置有第1曝光装置11与第2曝光装置12，在扫描方向S的上游侧进行第1曝光工序，在扫描方向S的下游侧进行第2曝光工序。通过第1曝光装置11及第2曝光装置12照射的光以沿着扫描方向S的方向且相对于被曝光面Bs不同的角度(θ1、θ2)照射。
图5是表示本发明的实施方式所涉及的光取向曝光方法及光取向曝光装置中使用的掩模及聚光机构的方式例的说明图。图中示出了第1掩模M1及聚光机构21的例子，但是也能够同样形成第2掩模M2及聚光机构22。但是，第1掩模M1具有与第1分割区域Da1对应的掩模图案，第2掩模M2具有与第2分割区域Da2对应的掩模图案。图5(a)是基板B的方式例，图5(b)表示第1掩模M1及聚光机构21的一方式例，图5(c)表示第1掩模M1及聚光机构21的另一方式例。
如图5(a)所示，在单位图像区域Pa配置成点阵形状时，如图5(b)所示，与此对应的第1掩模M1中形成有多个狭缝状的掩模图案(开口图案)。该例中，各个开口Ma1配置于被曝光面Bs上的第1分割区域Da1上，具有与第1分割区域Da1大致相等的开口宽度W1。并且，狭缝状开口图案中，多个开口Ma1相互平行，并向与扫描方向S交叉的方向排列。
相对于该第1掩模M1，聚光机构21例如能够构成为在开口Ma1的光透射侧分别配置有多个单透镜21a的微透镜阵列。聚光机构21并不限于该例，也可以是在开口Ma1分别配置柱面透镜(半圆柱状凸透镜)的机构或将多个半圆柱状凸透镜设为一体的双凸透镜等。
图5(c)所示的例子为将形成第1掩模M1的掩模图案的开口Ma1配置成交错状的例子。各开口Ma1与图5(b)所示的例子同样地配置于第1分割区域Da1上。通过如此将开口Ma1配置成交错状，能够相对加大与各开口Ma1对应配置的单透镜21a的透镜直径。并且，通过调整配置成交错状的开口Ma1的长度，能够适当调整与一个开口Ma1对应配置的单透镜21a的透镜直径。通过调整单透镜21a的透镜直径，能够任意调整透射掩模图案的光的聚光程度。
图6是表示本发明的实施方式所涉及的光取向曝光方法及光取向曝光装置中使用的聚光机构的功能的说明图。图6(a)是与扫描方向S交叉的方向的剖视图，图6(b)是沿着扫描方向S的方向的剖视图。聚光机构21(22)将通过第1掩模M1(第2掩模M2)的掩模图案的光聚光于第1分割区域Da1(第2分割区域Da2)。即，通过聚光机构21(22)，对欲倾斜地透射第1掩模M1(第2掩模M2)的开口Ma1的光L1发挥聚光作用，能够将在没有聚光机构21(22)时从第1分割区域Da1(第2分割区域Da2)向外溢出的光L1’聚集在第1分割区域Da1(第2分割区域Da2)内。若使用单透镜作为聚光机构21(22)，则还沿着扫描方向S聚光通过开口Ma1的光，但是由于被曝光面Bs沿着扫描方向S移动，因此不会发生该聚光引起的曝光不均。
图7是表示本发明的实施方式所涉及的光取向曝光方法及光取向曝光装置中使用的聚光机构的另一方式例的说明图。图7(a)是俯视图，图7(b)是图7(a)中的X-X剖视图。据此，聚光机构21(22)设置于第1掩模M1(第2掩模M2)的开口Ma1中的分割线DL侧的边缘附近。图示的例子中，沿着开口Ma1的边缘排列有多个微小的单透镜。据此，通过聚光机构21(22)，对欲倾斜地透射第1掩模M1(第2掩模M2)的开口Ma1而越过分割线DL的光L1发挥聚光作用，能够将在没有聚光机构21(22)时从第1分割区域Da1(第2分割区域Da2)向外溢出的光L1’聚集在第1分割区域Da1(第2分割区域Da2)内。
根据这种本发明的实施方式，通过聚光机构13、21、22对透射掩模图案并通过平行光半角而扩散的光进行聚光，由此能够抑制该扩散并照射于被曝光面Bs。由此，能够在分割区域Da1、Da2的边界附近缩小被双重曝光的区域，并能够消除分割区域Da1、Da2中的边界附近的取向混乱。
根据具有这种特征的光取向曝光方法及光取向曝光装置100、200、300，能够在单位图像区域Pa内的整个区域抑制取向混乱，并将单位图像区域Pa内设为向一方向光取向的区域及向另一方向光取向的区域，因此将光取向曝光方式适用于多域法时，能够相对于单位图像区域Pa的窄幅化确保充分的有效图像区域。
以上，参考附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但是具体的结构并不限于这些实施方式，即使有不脱离本发明宗旨的范围的设计变更等，也包含于本发明。
附图标记说明
100、200、300-光取向曝光装置，11-第1曝光装置，12-第2曝光装置，13、21、22-聚光机构，21a-单透镜，M、M0、M1、M2：掩模，Ma1：开口，S-扫描方向，B-基板，Bs-被曝光面，Pa-单位图像区域，DL-分割线，Da1、Da2-分割区域。

Claims (3)

1.一种光取向曝光装置，其将液晶显示元件的各单位图像区域分割为多个分割区域，并分别向不同方向对各分割区域的取向材料膜进行光取向，其特征在于，具有：
掩模，具有与所述分割区域中的一个区域对应的掩模图案；
第1曝光装置，以不经由聚光机构的方式，相对于整个所述单位图像区域的被曝光面以倾斜的光照射角度照射光；
第2曝光装置，相对于所述分割区域中的一个区域的被曝光面，经由所述掩模，用以与所述第1曝光装置的光照射角度不同的角度倾斜的光照射角度照射光；及
聚光机构，对所述掩模图案的透射光进行聚光并照射于所曝光的分割区域，
所述聚光机构沿着所述掩模图案的边缘配置有多个单透镜。
2.一种光取向曝光装置，其将液晶显示元件的各单位图像区域分割为多个分割区域，并分别向不同方向对各分割区域的取向材料膜进行光取向，其特征在于，具有：
第1曝光装置，以不经由聚光机构的方式，相对于所述分割区域中的一个区域的被曝光面以倾斜的光照射角度照射光；
第2曝光装置，相对于所述分割区域中的另一区域的被曝光面，用以与所述第1曝光装置的光照射角度不同的角度倾斜的光照射角度照射光；
掩模，具有与所述第1曝光装置以及第2曝光装置所曝光的各个分割区域对应的掩模图案；及
聚光机构，对所述第2曝光装置通过所述掩模图案的透射光进行聚光并照射于所曝光的分割区域，
所述聚光机构沿着所述掩模图案的边缘配置有多个单透镜。
3.根据权利要求1或2所述的光取向曝光装置，其特征在于，
所述光取向曝光装置具备基板扫描机构，其沿着多个所述单位图像区域的排列方向且沿着所述分割区域的分割线扫描具有所述单位图像区域的基板，
沿着所述基板扫描机构的扫描方向，隔开间隔配置多个所述曝光装置，
多个所述曝光装置以沿着所述扫描方向的方向且相对于被曝光面不同的角度照射光。
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