TW201314374A - 配向膜之光配向裝置及配向膜製造方法及液晶顯示裝置製造方法 - Google Patents

配向膜之光配向裝置及配向膜製造方法及液晶顯示裝置製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種配向膜之光配向裝置，包括：一曝光機、至少一光罩及一光配向區。曝光機包括：一光源、一偏極化分光鏡及一多層膜分光鏡。光源發出一未極化光。偏極化分光鏡接收該未極化光，並極化該未極化光成為一偏極化光。多層膜分光鏡接收該偏極化光，並分離該偏極化光成為一第一光束及一第二光束。光罩包括至少二個允許光線穿過之穿透部，其中第一光束及第二光束分別穿過二個穿透部，使光配向區曝光於第一光束及第二光束。

Description

配向膜之光配向裝置及配向膜製造方法及液晶顯示裝置製造方法
本發明係關於一種液晶顯示面板之配向膜之光配向裝置及配向膜之製造方法，特別係一種利用單一光源完成二個相異光配向於配向膜之裝置及利用單一光源完成二個相異光配向於配向膜之方法。
液晶顯示面板包括一具有像素電極之下部基板、一具有共同電極的上部基板，以及一插入於該下部基板與該上部基板之間的液晶層。當一電場介於該像素電極與該共同電極之間的時候，該液晶層的液晶分子之排列方式被控制。如此一來，即可藉由調整液晶分子之排列方式改變液晶分子之光學透射度，進而完成顯示影像之目的。
因此，影響液晶顯示面板成像品質的關鍵因素之一即在於液晶分子的控制。為了可有效地控制液晶分子的初始排列方式，下部基板或上部基板之內側表面通常配置有一配向膜。
如第8圖所示，傳統的配向膜之光配向裝置中，軌道10運載一塗佈有加工材料之基板11朝一製程方向前進，使其通過光罩15及光源17之下方區域，進行光配向之製程。然，光源17皆以相同入射角度曝光基板11，導致基板11通過光罩15及光源17僅於基板表面形成單一配向。為了使配向膜擁有二個以上相異之配向，基板11必需在軌道10之中央轉盤13進行180度的旋轉，並再次經過另一組光罩15及光源17，以完成配向膜的製造。
上述配向膜之光配向裝置不但需要較大的廠房面積以容納其設備，更需要較長的製程時間以完成二個具有相異配向之配向膜之生產，不利經濟考量。
有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一可同時在基板上完成二個不同光配向之配向膜的光配向裝置。本發明另一主要目的在於提供一種可減少廠房使用面積並減少製程時間之配向膜的光配向裝置。
為達上述目的，本發明提供一種配向膜之光配向裝置，包括：一曝光機、至少一光罩及一光配向區。曝光機包括：一光源、一偏極化分光鏡及一多層膜分光鏡。光源發出一未極化光。偏極化分光鏡接收該未極化光，並極化該未極化光成為一偏極化光。多層膜分光鏡接收該偏極化光，並分離該偏極化光成為一第一光束及一第二光束。每一光罩包括至少二個允許光線穿過之穿透部，其中第一光束及第二光束分別穿過相異穿透部。光配向區相對於二個光形定義區，其中穿過相異穿透部之第一光束及第二光束投射至光配向區。
在上述較佳實施例中，曝光機包括一反射鏡及二個光路轉換器。反射鏡反射光源所發出之未極化光反射至偏極化分光鏡，且偏極化分光鏡極化未極化光成為一P偏極化光及一S偏極化光，其中P偏極化光投射至多層膜分光鏡。二個光路轉換器分別用以接收來自多層膜分光鏡之第一光束及第二光束，並調整第一光束及第二光束之行進方向至光配向區。此處僅以P偏極化光為例。於另一實施例中，亦可選擇使用S偏極化光。
在上述實施例中，第一光束自多層膜分光鏡離開後，經由一第一路徑依序通過光路轉換器之一、光罩之穿透部，並到達光配向區。第二光束自多層膜分光鏡離開後，經由一第二路徑依序通過另一光路轉換器、光罩之穿透部，並到達光配向區，其中第一路徑之長度可相等於第二路徑之長度，但亦可不相等，只要光線進入光罩時之強度大致相等。但亦可配合光罩形狀來調整光線進入方向及強度，均可視需要而配合調整。
在上述實施例中，配向膜之光配向裝置包括一可承載一基板之軌道，其中軌道沿一製程方向移動，使基板通過光配向區。光罩之穿透部在製程方向上具有一既定寬度，其中既定寬度係由光配向區所接收之積光量所定義。因此，二個光形定義區之穿透部可分別具有二個不同之既定寬度。
本發明更提供了一種配向膜製造方法，其中包括：提供一塗佈有一感光材料之基板；提供一光源，發出一未極化光；提供一偏極化分光鏡，極化未極化光為一極化光；提供一多層膜分光器，分離極化光成為一第一光束及一第二光束；提供至少一光罩，設置基板上方，以定義第一光束及第二光束曝光於感光材料之光形；以及，使第一光束及第二光束通過光罩以曝光感光材料。
為了使基板朝一製程方向移動並經過第一光束及第二光束所照射之區域，上述方法更包括提供一軌道，帶動基板沿一製程方向移動，其中光罩之穿透部在製程方向上具有一既定寬度，藉由改變既定寬度調整第一光束及第二光束曝光於基板之曝光量。
在上述較佳實施例中，更包括提供二光路轉換裝置，分別用以接收第一光束及第二光束，並調整第一光束及第二光束之行進方向至基板。
本發明更提供了一種液晶顯示裝置的製造方法，其中包括：提供二個已曝光於第一、二光束之基板，其中感光材料已完成光配向；設置一液晶層於二個基板之間，並結合二個基板以形成一液晶面板；以及提供一背光模組，相鄰設置於液晶面板。如此，液晶材料即受配向膜的影響而具有預傾角(Pretilt Angle)。
本發明之配向膜之光配向裝置利用一多層膜分光器以分離一單一光源所產生之光線成為二個能量實質上相等之第一光束及第二光束，由於第一光束及第二光束係以不同入射角度照射於一塗佈有感光材料之基板，因此可同時於感光材料上完成二個不同方向之配向，大幅節省生產時間。
茲配合圖式說明較佳實施例。
請參照第1、2圖，其中第2圖顯示本發明之較佳實施例之配向膜之光配向裝置50自第1圖之A-A線段朝X方向所視之側視圖，為簡化圖式，第2圖中僅繪製E1區之曝光機100及光罩200，在此先予指明。在一具體實施例中，配向膜之光配向裝置50包括一軌道60、複數個曝光機100及複數個光罩200。
軌道60包括一運輸帶62、一架體64及一光配向區E，運輸帶62可同時運輸複數個寬度達2500公釐之大型基板70朝一製程方向(X方向)移動。架體64相對於部分運輸帶62設置於其上方，以供架設曝光機100及光罩200。光配向區E定義於曝光機100及光罩200之下方位於運輸帶62表面之區域。當基板70沿製程方向(X方向)移動時，將先經過第一光配向區E1再經過第二光配向區E2。
在一具體實施例中，配向膜之光配向裝置50包括11台曝光機100，其中6台曝光機100設置於架體64相對於第一光配向區E1之內部，另外5台曝光機100設置於架體64相對於第二光配向區E2之內部。詳而言之，位於第一光配向區E1之曝光機100係沿一既定方向(Y方向)設置於架體64內，且彼此之間相鄰一間隔S；位於第二光配向區E2之曝光機100則係相對於間隔S沿一既定方向(Y方向)設置於架體64內。於其他實施例中，曝光機100之數目可視需求(例如：欲同時曝光之基板數目或配向膜之光配向裝置50之規格)作相對應之調整。
請參照第3圖，每一曝光機100分別包括一光源110、一反射鏡120、一偏極化分光鏡130、一多層膜分光鏡140及二個光路轉換器150、155。光源110包括一燈管113及一反射罩115。燈管113可發出一未極化光UV(在此實施例中為紫外光線)。反射罩115用於將燈管113所發出之未極化光UV反射或匯聚至反射鏡120。在一具體實施例中，曝光機100之光源110為一單一光源。須注意的是，在此所述之「單一」並非狹義地限定燈管113或燈管113內部之發光元件之數目，而是廣義地定義為由光源110所發出之光線之行進方向。如第3圖中箭號所示般，未極化光UV整體上係自光源110朝一單一方向投射至反射鏡120。
反射鏡120用於反射光源110所發出之未極化光UV至偏極化分光鏡130。偏極化分光鏡130極化未極化光UV為極化光，其中包括S偏極化光UVS及P偏極化光UVP。詳而言之，由於偏極化分光鏡130係由多層具有不同折射率之介質層所堆疊而成，當來自反射鏡120之光線係以特定角度(例如，布魯斯特角)進入偏極化分光鏡130時，其中極化光中的S偏極化光UVS遭偏極化分光鏡130全反射，然極化光中的P偏極化光UVP則穿透偏極化分光鏡130。
在一具體實施例中，來自偏極化分光鏡130之P偏極化光UVP進入多層膜分光鏡140後，平均的被分為一第一光束LB1及一第二光束LB2，其中第一光束LB1反射於多層膜分光鏡140，且第二光束LB2穿透多層膜分光鏡140。
光路轉換器150、155分別設置於多層膜分光鏡140之相對兩側，用以反射第一光束LB1及第二光束LB2。光路轉換器150、155可依照需求調整角度，以調整第一光束LB1及第二光束LB2之行進方向，令第一光束LB1及第二光束LB2以適當的角度投射至位於軌道60上之光配向區E。光路轉換器150、155亦可依照光罩200形狀、角度及路徑之變化需要而配合調整其角度及位置。
請參閱第2、4圖，每一光罩200分別包括一第一光形定義區210、一第二光形定義區220及一夾持件230。相對於每一曝光機100所設置之位置，夾持件230連結於架體64上，使得第一、二光形定義區210、220設置於每一曝光機100與軌道60之間。
請參閱第4圖，第4圖顯示本發明之較佳實施例之光罩200之部分結構放大圖。第一光形定義區210延伸於一既定方向(Y方向)上，包括複數個曝光單元211連續地排列於既定方向(Y方向)上。每一曝光單元211分別具有一允許光線穿透之穿透部213及一阻擋光線之遮蔽部215，其中遮蔽部215及穿透部213依序排列於既定方向(Y方向)上。易言之，穿透部213與遮蔽部215交錯地排列於第一光形定義區210上。
每一曝光單元211沿著既定方向(Y方向)上具有一長度d1。穿透部213與遮蔽部215沿著既定方向(Y方向)上具有相同之長度d2，且沿著製程方向(X方向)上具有一既定寬度H1。在一具體實施例中，長度d1為一畫素，故長度d2為二分之一畫素。而既定寬度H1之大小則依照光配向區所接受之積光量而決定，其細節待後續說明。
需注意的是，每一曝光單元211內之穿透部213與遮蔽部215之數量不應受限於上述實施例所限。曝光單元211亦可包括二個以上之穿透部213及二個以上之遮蔽部215，其中穿透部213與遮蔽部215之數量未必相等。舉例而言，在另一未圖式之實施例中，每一曝光單元211包括二個穿透部213及二個遮蔽部215，穿透部213與遮蔽部215彼此交錯排列於第一光形定義區210上，其中每一穿透部213與遮蔽部215之長度d2為四分之一畫素，依此類推。
第二光形定義區220同樣包括複數個曝光單元221且每一曝光單元221分別包括一穿透部223及一遮蔽部225。由於第二光形定義區220之曝光單元221與第一光形定義區210之曝光單元211具有相似之型態，為簡化說明書內容，在此不再贅述。然需注意的是，於一具體實施例中，沿著製程方向(X方向)上，曝光單元221之穿透部223與曝光單元211之遮蔽部215會有部分重疊。此外，沿著製程方向(X方向)上，曝光單元221之穿透部223及遮蔽部225皆具有一既定寬度H2。
配向膜製造方法說明如下，請參照第1、3、6圖，其中第6圖顯示配向膜製造方法之流程圖。首先，提供一塗佈有一感光材料80之基板70(第1圖，S10)，其中感光材料80係塗佈於基板70預備注入液晶之表面。提供一光源110，使其發出一未極化光UV(第3圖，S20)。提供一偏極化分光鏡130，以分離未極化光UV成為S偏極光UVS及P偏極光UVP(第3圖，S30)。提供一多層膜分光器140，以分離P偏極光UVP成為一第一光束LB1及一第二光束LB2(第3圖，S40)。最後，曝光感光材料80於第一光束LB1及第二光束LB2(第3圖，S50)。
請參照第5圖，第5圖顯示配向膜之光配向過程之示意圖。在基板70表面上定義有一第一次像素區域SP1，及一相鄰於第一次像素區域SP1之第二次像素區域SP2。當基板70沿一製程方向(X方向)移動時，第一光束LB1穿過第一光形定義區210之穿透部213並照射於基板70之第一次像素區域SP1，以形成第一光配向a1於第一次像素區域SP1之表面。另一方面，第二光束LB2穿過第二光形定義區220之穿透部223並照射於基板70之第二次像素區域SP2，以形成第二光配向a2於第二次像素區域SP2之表面。由於相對於製程方向(X方向)，第一光束LB1係以一第一入射角Θ1投射至感光材料80之表面，而第二光束LB2則係以一第二入射角Θ2投射至感光材料80之表面。由於第一入射角Θ1係小於90度，而第二入射角Θ2係大於90度，曝光於第一光束LB1及第二光束LB2後的感光材料(配向膜)80即包括二個相異的光配向a1、a2。
請參照第3圖，由於本實施例中用於曝光感光材料80之第一光束LB1及第二光束LB2係由一單一P偏極化光UVP所分離而成，可能導致第一光束LB1及第二光束LB2之能量不完全相等。為了避免此情形，第一光束LB1及第二光束LB2在曝光於基板70之前，其所行進之路徑長度可選擇性地設定為相等。詳而言之，第一光束LB1自多層膜分光鏡140離開後，係經由第一路徑，並依序通過光路轉換器150、第一光形定義區210之穿透部213後，曝光於感光材料80。第二光束LB2自多層膜分光鏡140離開後，經由第二路徑，並依序通過光路轉換器155、第二光形定義區220之穿透部223後，曝光於感光材料80，其中第一路徑之長度可相等於該第二路徑之長度。
或者，在另一實施例中，第一路徑與第二路徑亦可不相等，只要光罩200形狀、位置及角度等可相配合調整達成所需之光配向即可。舉例而言，請參閱第4、5圖，依照第一光束LB1及第二光束LB2之能量強弱，設計者可對應地調整穿透部213之既定寬度H1及穿透部223之既定寬度H2之相對大小。舉例而言，若第一光束LB1之能量強度小於第二光束LB2之能量強度，則既定寬度H1應大於既定寬度H2。如此一來，當基板70以等速度經過光配向區E時，各個次像素單元SP1、SP2可獲得大致相同的積光量。
此外，亦可藉由調整多層膜分光器140(第3圖)的組成材料、調整光路轉換器150、155(第3圖)之設置角度或是調整基板70於軌道60(第1圖)上之行進速度，以改變第一光束LB1及第二光束LB2曝光於感光材料80之積光量。
請參照第7圖，第7圖顯示本發明之較佳實施例之液晶顯示裝置500之元件分解圖。液晶顯示裝置500包括一一液晶面板510、至少一光學膜片520、一背光模組530及一框架540。光學膜片520設置於背光模組530上方。液晶面板510設置於光學膜片520上方，且包括二個基板70及一液晶層75，其中二個基板70上分別設置有已完成光配向之配向膜80。框架540圍繞液晶面板510、光學膜片520及一背光模組530，並固定液晶面板510、光學膜片520及一背光模組530於其中。在一製造液晶顯示裝置500的方法中，首先設置一液晶層75於基板70具有配向膜80之一側；再以另一基板70具有配向膜80之一側覆蓋於液晶層75之上，使液晶層75設置於二個基板70之間；結合二個基板70以形成一液晶面板510；提供至少一光學膜片520及一背光模組530相鄰設置於液晶面板510之入光側；提供一框架540將液晶面板510、光學元件520及背光模組530設置於其中。
本發明之配向膜之光配向裝置利用單一光源即可在基板上同時形成二個不同方向的配向，以達到節省生產時間，減少廠房地板面積之目的，有效減少生產配向膜所需之成本。
雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10．．．軌道
11．．．基板
13．．．中央轉盤
15．．．光罩
17．．．光源
50．．．配向膜之光配向裝置
60．．．軌道
62．．．運輸帶
64．．．架體
70．．．基板
75．．．液晶層
80．．．感光材料(配向膜)
90．．．光學元件
95．．．背光模組
100．．．曝光機
110．．．光源
113．．．燈管
115．．．反射罩
120．．．反射鏡
130．．．偏極化分光鏡
140．．．多層膜分光鏡
150、155．．．光路轉換器
200．．．光罩
210．．．第一光形定義區
220．．．第二光形定義區
211、221．．．曝光單元
213、223．．．穿透部
215、225．．．遮蔽部
500．．．液晶顯示裝置
510．．．液晶面板
520．．．光學膜片
530．．．背光模組
540．．．框架
a1．．．第一光配向
a2．．．第二光配向
UV．．．未極化光
UVS．．．S偏極化光
UVP．．．P偏極化光
LB1．．．第一光束
LB2．．．第二光束
E、E1、E2．．．光配向區
d1、d2．．．長度
H1、H2．．．既定寬度
Θ1．．．第一入射角
Θ2．．．第二入射角
SP1．．．第一次像素區
SP2．．．第二次像素區
L．．．液晶材料
第1圖顯示本發明之較佳實施例之配向膜之光配向裝置運載基板時之上視圖；
第2圖顯示第1圖中沿A-A線段朝X方向所視之側視圖；
第3圖顯示本發明之較佳實施例之配向膜之光配向裝置於對一配向膜進行光配向時之示意圖；
第4圖顯示本發明之較佳實施例之光罩之部分上視結構示意圖；
第5圖顯示本發明之較佳實施例之配向膜之光配向過程之示意圖；
第6圖顯示本發明之較佳實施例之配向膜之光配向方法之流程圖；
第7圖顯示本發明之較佳實施例之液晶顯示裝置之示意圖；以及
第8圖顯示習知技術之配向膜之光配向裝置。
70．．．基板
80．．．感光材料(配向膜)
100．．．曝光機
110．．．光源
113．．．燈管
115．．．反射罩
120．．．反射鏡
130．．．偏極化分光鏡
140．．．多層膜分光鏡
150、155．．．光路轉換器
200．．．光罩
210．．．第一光形定義區
220．．．第二光形定義區
213、223．．．穿透部
UV．．．未極化光
UVS．．．S偏極化光
UVP．．．P偏極化光
LB1．．．第一光束
LB2．．．第二光束
E．．．光配向區

Claims (16)

  1. 一種配向膜之光配向裝置，包括：一曝光機，包括：一光源，發出一未極化光；一偏極化分光鏡，接收該未極化光，並極化該未極化光成為一偏極化光；以及一多層膜分光鏡，接收該偏極化光，並分離該偏極化光成為一第一光束及一第二光束；至少一光罩，每一該光罩至少包括二個允許光線穿過之穿透部，其中該第一光束及該第二光束分別穿過該等穿透部；以及一光配向區，相對於該光罩，其中穿過該等穿透部之該第一光束及該第二光束投射至該光配向區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之配向膜之光配向裝置，其中該曝光機更包括一反射鏡，用於將該光源所發出之該未極化光反射至該偏極化分光鏡。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之配向膜之光配向裝置，其中該偏極化分光鏡極化該未極化光成為一P偏極化光及一S偏極化光，其中該P偏極化光投射至該多層膜分光鏡。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之配向膜之光配向裝置，更包括二個光路轉換器，分別用以接收該第一光束及該第二光束，並調整該第一光束及該第二光束之行進方向。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之配向膜之光配向裝置，其中該第一光束自該多層膜分光鏡離開後，經由一第一路徑依序通過該等光路轉換器之一、該光罩之穿透部後，到達該光配向區。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之配向膜之光配向裝置，其中該第二光束自該多層膜分光鏡離開後，經由一第二路徑依序通過另一光路轉換器、該光罩之穿透部後，到達該光配向區。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之配向膜之光配向裝置，其中該光罩包括：一第一光形定義區，包括至少一穿透部；以及一第二光形定義區，相鄰該第一光形定義區，且包括至少一穿透部；其中，該第一光束穿過該第一光形定義區之穿透部，且該第二光束穿過該第二光形定義區之穿透部。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之配向膜之光配向裝置，其中該第一、二光形定義區之穿透部為複數個，且該等穿透部皆沿一既定方向排列。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之配向膜之光配向裝置，其中該第一、二光形定義區更包括複數個遮蔽部，設置於相鄰二個穿透部之間，用以遮擋該第一光束或該第二光束。
  10. 申請專利範圍第1項所述之配向膜之光配向裝置，更包括一可承載一基板之軌道，其中該軌道沿一製程方向移動，使該基板通過該光配向區，其中使該第一光束穿過之該穿透部在該製程方向上分別具有一第一既定寬度，且使該第二光束穿過之該穿透部在該製程方向上分別具有一第二既定寬度，其中該第二既定寬度不同於該第一既定寬度。
  11. 一種配向膜製造方法，包括：提供一塗佈有一感光材料之基板；提供一光源，發出一未極化光；將該未極化光極化成為一偏極化光；將該偏極化光分離成為一第一光束及一第二光束；提供至少一光罩，設置該基板上方，以定義該第一光束及該第二光束曝光於該感光材料之光形；以及使該第一光束及該第二光束通過該光罩以曝光該感光材料。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之配向膜製造方法，更包括提供一軌道，帶動該基板沿一製程方向移動，使該感光材料曝光於該第一光束及該第二光束，其中該光罩之穿透部在該製程方向上具有一既定寬度，藉由改變該既定寬度調整該第一光束及該第二光束曝光於該感光材料之曝光量。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之配向膜製造方法，更包括提供二光路轉換裝置，分別用以接收該第一光束及該第二光束，並調整該第一光束及該第二光束之行進方向。
  14. 一種液晶顯示裝置的製造方法，包括：提供二塗佈有一感光材料之基板；提供一光源，發出一未極化光；將該未極化光極化為一偏極化光；將該偏極化光分離成為一第一光束及一第二光束；提供至少一光罩，設置該二個基板上方，以定義該第一光束及該第二光束曝光於該感光材料之光形；使該第一光束及該第二光束通過該光罩以曝光該感光材料；設置一液晶層於該二個基板之間，並結合該二個基板以形成一液晶面板；以及提供一背光模組，相鄰設置於該液晶面板。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之液晶顯示裝置的製造方法，更包括提供一軌道，帶動該二個基板沿一製程方向移動，使該感光材料曝光於該第一光束及該第二光束，其中該光罩之穿透部在該製程方向上具有一既定寬度，藉由改變該既定寬度調整該第一光束及該第二光束曝光於該感光材料之曝光量。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之液晶顯示裝置的製造方法，更包括提供二光路轉換裝置，分別用以接收該第一光束及該第二光束，並調整該第一光束及該第二光束之行進方向。
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