CN108279536A - 一种光配向装置和光配向方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光配向装置和光配向方法，属于显示技术领域，其可解决现有的光配向技术对光源利用率低、能耗大的问题。本发明的光配向装置中偏振光产生部件接受光源发出的光束，并将接受到的光束转变成不同方向的偏振光，不同方向的偏振光分别经由不同的出光面射向多个涂覆有配向材料的基板。即该配向装置为非接触式的配向装置，其不会导致基板产生静电或颗粒的污染，此外，其利用同一光源产生多束不同的偏振光，同时分别对多个基板进行光配向，可大大提高光源的利用率。本发明的光配向装置适用于对各种显示基板进行配向。

Description

一种光配向装置和光配向方法

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种光配向装置和光配向方法。

背景技术

近年来，液晶配向技术在TFT-LCD行业得到广泛运用。具体的，由于在液晶显示面板内，液晶分子必须朝着某一特定方向排列，才能达到显示效果，而欲使液晶分子产生均一且稳定排列有赖于液晶配向技术。

在传统的TFT-LCD的配向工艺中，利用对高分子的表面施予绒布滚轮(Roller)进行接触式顺向机械式摩擦，得到配向层。然而这种利用绒布进行接触摩擦的方式在磨擦过程中易产生静电和颗粒的污染，致使液晶元件的损坏。故目前多采用非接触式的配向方式，非接触配向一般使用金属线栅偏振器(WG)作为起偏器，以线偏振紫外光去照射有含有感光剂的配向剂，对配向剂进行曝光，即获得可以沿偏振光方向配向的配向层，业界称之为紫外光配向法，简称光配向。

发明人发现现有光配向技术中至少存在如下问题：由于WG起偏原理为：平行于线栅金属线的偏振光激发金属线的自由电子而产生电流，使得该方向的偏振光反射；而垂直于线栅金属线的偏振光由于该方向上有空气间隙将金属线隔离而无法产生电流，此时电磁波会透射过去，即WG是选择性透射与反射，故理论上其偏振光透过率＜50％，实际应用中的透过率＜30％，对光源利用效率较低，造成了相当大的能源浪费。此外，由于金属线栅偏振器光源利用效率低下，为达到生产所需的足够曝光量，实际生产中常使用数十个大功率汞灯作为光源，使得设备内部温度较高，为避免金属线栅阵列在高温下氧化劣化，同时还需向设备内部通入大量的CDA和氮气来起到降温和隔绝氧气的作用，金属线栅偏振器的这些特性更加剧了能源的浪费。

发明内容

本发明针对现有的光配向技术对光源利用率低、能耗大的问题，提供一种光配向装置和光配向方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

一种光配向装置，包括光源和偏振光产生部件；所述偏振光产生部件包括：

一入光面，所述光源设于偏振光产生部件的入光面的一侧；

至少两个偏振光出光面，其中，不同的出光面可射出偏振方向不同的偏振光，不同偏振方向的偏振光用于分别射向不同的涂覆有配向材料的基板并同时进行光配向。

可选的是，所述偏振光产生部件为双折射偏光棱镜，所述双折射偏光棱镜具有光轴，所述双折射偏光棱镜包括两个全同折射晶体，分别为第一折射晶体、第二折射晶体，所述第一折射晶体具有第一切面、所述第二折射晶体具有第二切面，第一切面与第二切面相互靠近设置，所述第一折射晶体的平行于光轴的面为入光面，第一折射晶体的与第一切面相对的面为o出光面，第二折射晶体的与入光面平行的面为e出光面。

可选的是，所述折射晶体的材料为偏硼酸钡，在所述折射晶体中，所述o出光面射出o偏振光、e出光面射出e偏振光，所述o偏振光的折射率为n_o，e偏振光的折射率为n_e，入光面与第一切面的夹角为α，其中，arcsin(1/n_o)＜α＜arcsin(1/n_e)；所述o偏振光的出光方向与e偏振光出光方向垂直。

可选的是，所述偏振光产生部件包括格兰型双折射偏光棱镜、格兰泰勒棱镜、格兰激光棱镜、格兰汤普森棱镜、布儒斯特偏振棱镜、偏振分光棱镜(PBS)中的任意一种。

可选的是，所述光配向装置还包括扩束器，用于扩大出光面偏振光的照射面积。

可选的是，所述扩束器包括：偏振光入光侧，偏振光出光侧，以及设于所述偏振光入光侧与所述偏振光出光侧之间的扩束部件；

所述偏振光入光侧用于接收出光面发出的偏振光，所述扩束部件用于扩大入光侧的偏振光的照射面积；所述偏振光出光侧用于将扩束偏振光射向涂覆有配向材料的基板。

可选的是，所述光配向装置还包括至少一个反光镜，所述反光镜设于对应出光面的位置处，用于改变出光面的偏振光的传播方向。

可选的是，所述偏振光产生部件的入光面与所述光源之间设有滤光器，用于滤掉所述光源发出的光束中预定波长的光。

可选的是，所述入光面和所述出光面上均设有增透膜，用于提高光束的透射率。

本发明还提供一种采用上述装置进行光配向的方法，所述方法包括以下步骤：

偏振光产生部件的入光面接受光源发出的光束，至少两个偏振光出光面沿不同方向射出偏振光；

不同方向的偏振光分别射向不同的涂覆有配向材料的基板并同时进行光配向。

本发明的光配向装置中偏振光产生部件接受光源发出的光束，并将接受到的光束转变成不同方向的偏振光，不同方向的偏振光分别经由不同的出光面射向多个涂覆有配向材料的基板。即该配向装置为非接触式的配向装置，其不会导致基板产生静电或颗粒的污染，此外，其利用同一光源产生多束不同的偏振光，同时分别对多个基板进行光配向，可大大提高光源的利用率。本发明的光配向装置适用于对各种显示基板进行配向。

附图说明

图1为本发明的实施例1的光配向装置的结构示意图；

图2为本发明的实施例2的光配向装置的结构示意图；

图3为本发明的实施例2的双折射偏光棱镜的结构示意图；

图4为本发明的实施例2的另一光配向装置的结构示意图；

其中，附图标记为：1、光源；2、偏振光产生部件；21、入光面；22、出光面；23、第一折射晶体；24、第二折射晶体；25、光轴；3、反光镜；4、扩束器；5、滤光器；10、基板。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种光配向装置，如图1所示，包括光源1和偏振光产生部件2；所述偏振光产生部件2包括一入光面21和至少两个偏振光出光面22；所述光源1设于靠近偏振光产生部件2的入光面21的一侧，其中，不同的出光面22可射出偏振方向不同的偏振光，不同偏振方向的偏振光用于分别射向不同的涂覆有配向材料的基板10并同时进行光配向。

本实施例的光配向装置中偏振光产生部件2接受光源1发出的光束，并将接受到的光束转变成不同方向的偏振光，不同方向的偏振光分别经由不同的出光面22分别射向多个涂覆有配向材料的基板10。即该非接触式的配向装置利用同一光源1产生多束不同的偏振光，可同时分别对多个基板10进行光配向，提高了光源1的利用率。

实施例2：

本实施例提供一种光配向装置，如图2所示，包括光源1和偏振光产生部件2；所述偏振光产生部件2为双折射偏光棱镜；所述双折射偏光棱镜包括一入光面21，两个出光面22，光源1设于靠近双折射偏光棱镜的入光面21的一侧，其中，两个出光面22可射出不同偏振方向的偏振光，不同偏振方向的偏振光用于分别射向两个涂覆有配向材料的基板10并同时进行光配向。

参见附图3，本实施例中的双折射偏光棱镜是一种把一块具有光轴25的双折射晶体磨成立方体，使光轴25垂直于立方体的两平行面，再按一定切角α将立方体切割成两部分得到两块全同折射晶体，分别为第一折射晶体23、第二折射晶体24，第一折射晶体23、第二折射晶体24可以是全等直角棱镜，磨制抛光后再将第一折射晶体23、第二折射晶体24组合到一起，两切面之间保持一定空气间隙或使用光学胶粘合。其中第一折射晶体23具有第一切面、第二折射晶体24具有第二切面，所述第一折射晶体23的平行于光轴25的面为入光面21，第一折射晶体23的与第一切面相对的面为o出光面22，第二折射晶体24的与入光面21平行的面为e出光面22。

具体的，当光源1发出的光束由入光面21射入后，形成o偏振光和e偏振光，在第一折射晶体23内，垂直于光轴25方向的光线不改变传播方向，由于在折射晶体内o偏振光与e偏振光的折射率不同，在光束到达第一折射晶体23的第一切面后，e偏振光经由第二折射晶体24的出光面22射出，e偏振光的传播方向仍然与光轴25方向垂直；而o偏振光在第一切面发生全反射，在第一折射晶体23的出光面22发生折射后出射。也就是说，向双折射偏光棱镜的入光面21输入一束无偏光的光束，可以得到o、e两束不同方向线偏振光。其利用o光、e光在双折射晶体中折射率不同，使得光束分别发生透射与反射来达到分离偏振光的目的。通常，双折射晶体透过率＞90％，消光比可达1000：1，因此双折射晶体可充分利用光源1的能量，达到节约能源的目的。分出的两束偏振光可同时对两张基板10进行曝光，因此可大幅提升生产效率。

作为本实施例中的一种可选实施方案，所述o偏振光的折射率为n_o，e偏振光的折射率为n_e，入光面21与第一切面的夹角为α，其中，arcsin(1/n_o)＜α＜arcsin(1/n_e)时可使得o偏振光在第一切面发生全反射而e偏振光不发生全反射，从而将两束线偏振光分开。

作为本实施例中的一种可选实施方案，所述折射晶体的材料为偏硼酸钡，以光源1发出的光束的波长为254nm为例，根据偏硼酸钡晶体的Sellmeier方程，254nm紫外光的折射率n_o＝1.77535，n_e＝1.62061，经计算可得出o光和e光的全内反射角临界值分别为i_o临＝34°17′、i_e临＝38°6′。据此还可以对α、β进行选择，以使o偏振光的出光方向与e偏振光出光方向垂直。例如，若选择α＝36°，通过简单几何计算可得对应β＝128°33′。可以理解的是，由于o偏振光与e偏振光的偏振方向不同，例如图2中，二者偏振方向相互垂直，故同时曝光的两基板10的配向方向(图2中虚线箭头所示方向)也相互垂直。

作为本实施例中的一种可选实施方案，所述光配向装置还包括两个用于承载基板10的配向基台(图中未示出)，两个基台分别对应o出光面22的o偏振光、e出光面22的e偏振光设置。

也就是说，根据两束不同方向的偏振光各自设置相应的承载基台，用于承载基板10以完成光配向工艺。当两基板10同时完成该工艺后，将两基板10取下，再将其它待配向基板10放置承载基台上即可。需要说明的是，当两束偏振光的出射方向垂直时，参见附图3，o偏振光可向下方照射，在一水平面内完成一块基板10的光配向；而沿水平方向射出的e偏振光需要在竖直方向上完成另一基板10的光配向，然而进行竖直方向的光配向并不符合操作习惯。

作为本实施例中的一种优选实施方案，如图2所示，在对应o出光面22的位置处设置一反光镜3，所述反光镜3将o偏振光的传播方向改变一定角度。

也就是说，反光镜3的作用是：将出光面22出射的水平的o偏振光反射至另一水平放置的基板10上，使得两块基板10同时在水平面内完成光配向。

需要说明的是，当本实施例的光配向装置用于较大尺寸的基板10的光配向工艺时，双折射偏光棱镜的出光面22出射的o偏振光或e偏振光的照射面积并不足以覆盖基板10。一方面可以改变光源1或者双折射偏光棱镜以使出射光照射面积与基板10面积适配，这样势必会增大光能消耗。另一方面还可以采用移动型承载基台，使得基板10的不同部位逐步进行光配向，然而这样不利于提高生产效率。

为了进一步节省光源1能量，提高生产效率，在一个实施例中，如图4所示，所述光配向装置还包括扩束器4，用于扩大出光面22偏振光的照射面积。

参见附图4，可以根据基板10的尺寸，选用适当的扩束器4将偏振光扩散至足够覆盖整个基板10。这样设置当该光配向装置用于不同的基板10时，只需调整相对应的扩束器4即可，无需改变光源1或者双折射偏光棱镜。因此，本实施例的光配向装置可用于各种尺寸的基板10的光配向工艺中。具体的，使用扩束器4后还可以先对一张面积较大的母板完成配向，然后完成其他工艺后再将母板切割成多个子基板10，大大提高生产效率。

在一个具体实施例中，所述扩束器4包括：偏振光入光侧，偏振光出光侧，以及设于所述偏振光入光侧与所述偏振光出光侧之间的扩束部件；所述偏振光入光侧用于接收出光面22发出的偏振光，所述扩束部件用于扩大入光侧的偏振光的照射面积；所述偏振光出光侧用于将扩束偏振光射向涂覆有配向材料的基板10。

本实施例中对光源1不做特殊限定，通常选用可发出平行光束的光源1，一般市售的紫外激光器或紫外LED或汞灯均可。作为本实施例中的一种可选实施方案，光源选用汞灯光源，通常，汞灯光源包含多种波长的紫外光，可根据生产实际(配向膜材料特性决定使用波长)选择不同滤光器将小于预定波段的光过滤掉，例如，可以在所述偏振光产生部件2的入光面21与所述光源1之间设有置滤光器5，用于滤掉所述光源1发出的光束中波长小于254nm的光。对于激光或LED光源，发射波长较单一，直接选择可发射需要波长的型号即可。

为了进一步提高光源1能量的利用率，在一个实施例中，所述入光面21和所述出光面22上均设有增透膜(图中未示出)，用于提高光束的透射率。

作为本实施例中的一种可选实施方案，所述偏振光产生部件2包括格兰型双折射偏光棱镜、格兰泰勒棱镜、格兰激光棱镜、格兰汤普森棱镜、布儒斯特偏振棱镜、偏振分光棱镜(PBS)中的任意一种。

也就是说，可以采用市售的格兰型双折射偏光棱镜，其它类似的棱镜代替上述双折射偏光棱镜均可达到与本方案相近似的效果。

本实施例以双折射偏光棱镜为例进行了原理性说明，可以理解的是，还可以根据实际配向所需光积量及工艺配向时间，可同时使用多组光配向装置同时对多块基板进行曝光以提升生产速度。

实施例3：

本实施例提供一种采用上述实施例的装置进行光配向的方法，所述方法包括以下步骤：

S01、开启光源，偏振光产生部件的入光面接受光源发出的光束并沿不同方向射出偏振光；其中，光源为可发出平行光束的紫外激光器或紫外LED或汞灯等，本实施例中的偏振光产生部件以实施例2中图4所示装置为例进行说明。

S02、不同方向的偏振光分别射向不同的涂覆有配向材料的基板并同时进行光配向。

其中，基板表面涂覆有光敏感性高分子材料层，由格兰型双折射偏光棱镜的一个出光面射出的线偏振光对光敏感性高分子材料层进行曝光后可得到配向层。该光敏感性高分子材料含有不同的官能团，线性偏振紫外光束可以引发不同的反应，如参与反应的主要官能团为含氮的(Azo)官能团，其光化学机制为光诱导的顺反式结构互变，利用沟形的转换造成异向而诱导液晶的排列；如果参与反应的主要官能团为苯甲酮(Benzophenone)型的高分子材料，则光照使得高分子材料光致交联(Photocrosslinking)形成长链分子；如配向层的感光材料并没有感光基存在，则利用具高能量的紫外光来进行不均匀断键，以诱导液晶分子排列；如高分子侧链中含有不饱和双键的感光基，经由线性偏振紫外光束照射后，进行聚合反应，使高分子表面产生各向异性，进而诱导液晶分子朝着某一方向有规则排列。具体的，经e偏振光照射的基板，在光敏感性高分子层上获得可诱发液晶分子沿X轴方向光轴排列的各向异性光学薄膜；同样，经o偏振光照射的基板，在光敏感性高分子层上获得可诱发液晶分子沿Y轴方向光轴排列的各向异性光学薄膜。

可见，采用本实施例的方法利用同一光源产生两束不同方向的线偏振光，可同时分别对两块基板进行光配向，提高了光源的利用率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光配向装置，其特征在于，包括光源和偏振光产生部件；

所述偏振光产生部件包括：

一入光面，所述光源设于靠近偏振光产生部件的入光面的一侧；

至少两个偏振光出光面，其中，不同的出光面可射出偏振方向不同的偏振光，不同偏振方向的偏振光用于分别射向不同的涂覆有配向材料的基板并同时进行光配向。

2.根据权利要求1所述的光配向装置，其特征在于，所述偏振光产生部件为双折射偏光棱镜，所述双折射偏光棱镜具有光轴，所述双折射偏光棱镜包括两个全同折射晶体，分别为第一折射晶体、第二折射晶体，所述第一折射晶体具有第一切面、所述第二折射晶体具有第二切面，第一切面与第二切面相互靠近设置，所述第一折射晶体的平行于光轴的面为入光面，第一折射晶体的与第一切面相对的面为o出光面，第二折射晶体的与入光面平行的面为e出光面。

3.根据权利要求2所述的光配向装置，其特征在于，所述折射晶体的材料为偏硼酸钡，在所述折射晶体中，所述o出光面射出o偏振光、e出光面射出e偏振光，所述o偏振光的折射率为n_o，e偏振光的折射率为n_e，入光面与第一切面的夹角为α，其中，arcsin(1/n_o)＜α＜arcsin(1/n_e)；所述o偏振光的出光方向与e偏振光出光方向垂直。

4.根据权利要求1所述的光配向装置，其特征在于，所述偏振光产生部件包括格兰型双折射偏光棱镜、格兰泰勒棱镜、格兰激光棱镜、格兰汤普森棱镜、布儒斯特偏振棱镜、偏振分光棱镜中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的光配向装置，其特征在于，所述光配向装置还包括扩束器，用于扩大出光面偏振光的照射面积。

6.根据权利要求5所述的光配向装置，其特征在于，所述扩束器包括：偏振光入光侧，偏振光出光侧，以及设于所述偏振光入光侧与所述偏振光出光侧之间的扩束部件；

所述偏振光入光侧用于接收出光面发出的偏振光，所述扩束部件用于扩大入光侧的偏振光的照射面积；所述偏振光出光侧用于将扩束偏振光射向涂覆有配向材料的基板。

7.根据权利要求1所述的光配向装置，其特征在于，所述光配向装置还包括至少一个反光镜，所述反光镜设于对应出光面的位置处，用于改变出光面的偏振光的传播方向。

8.根据权利要求1所述的光配向装置，其特征在于，所述偏振光产生部件的入光面与所述光源之间设有滤光器，用于滤掉所述光源发出的光束中预定波长的光。

9.根据权利要求1所述的光配向装置，其特征在于，所述入光面和所述出光面上均设有增透膜，用于提高光束的透射率。

10.一种光配向方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的光配向装置进行光配向，所述方法包括以下步骤：

偏振光产生部件的入光面接受光源发出的光束，至少两个偏振光出光面沿不同方向射出偏振光；

不同方向的偏振光分别射向不同的涂覆有配向材料的基板并同时进行光配向。