TW201350973A - 光配向照射裝置 - Google Patents

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Kazuei Uchiyama
Kiyoshi Tachikawa
Junji Endo
Yasuhiro Kawagoe
Hyeong-Ryeol Yoon
Koji Hashizume
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Shinetsu Eng Co Ltd
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Abstract

本發明的光配向照射裝置係可實現良好的配向特性。本發明的光配向照射裝置1係具備有偏光手段3與掃描手段。該偏光手段3係具備有在鄰接方向呈鄰接配置的複數單位偏光元件31。該掃描手段係藉由使平台4或偏光光束照射手段2中之至少其中一者移動，而將來自偏光光束照射手段2的紫外線，對在平台4上所載置基板9朝既定掃描方向掃描。特徵在於單位偏光元件31的鄰接面及單位偏光元件31的鄰接方向係傾斜於掃描方向。

Description

光配向照射裝置
本發明係關於在液晶顯示面板製造領域中所使用，特別係在液晶顯示裝置所使用的基板上，為使液晶分子能對齊於所需角度與方向而對配向膜賦予配向性的光配向照射裝置。
隨近年液晶顯示領域的擴大利用、需求增加，強烈要求舊有液晶顯示裝置缺點的視角、對比度、動畫性能顯示等獲改善。特別係在液晶顯示基板上，就對液晶分子賦予配向性的配向膜，正朝配向方向的均勻化、賦予預傾角、單一像素內形成複數區域(多區域)等各種改善發展。
習知對在液晶顯示基板上所形成高分子層(配向膜)賦予配向特性的優點及其相關技術已屬廣泛周知。賦予此種配向特性的方法係有通稱「布摩擦定向法」的方法，該方法係在使已捲繞著布的滾輪進行旋轉情況下，使基板移動，而對表面的高分子層強力朝單向施行摩擦處理。
然而，該布摩擦定向法被指出會有靜電產生、配向膜表面發生刮傷、粉塵等各種缺點。為迴避該布摩擦定向法的問題，已知有對配向膜照射紫外區域偏光光束而賦予配向特性的光配向法。
專利文獻1所揭示的液晶顯示用基板之製造方法，係針對使用此種光研磨法的方法，利用曝光遮罩，分割形成配向方向不同 的複數配向區域。
專利文獻2所揭示的偏光裝置，係具備有：複數石英基板部、與由保持著石英基板部的偏光元件支架所構成大面積偏光板，藉由使偏光元件支架移動，便可朝大面積偏光板的下方呈均勻地施行光照射。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2007-219191號公報
專利文獻2：日本專利特開2010-91906號公報
專利文獻2所揭示的偏光裝置，藉由使用由複數石英基板構成的大面積偏光板，便可使用於大面積液晶顯示元件的偏光。然而，頗難將複數石英基板緊密地毫無間隙配置，在所生成的間隙部分處會發生偏光光束的照射不均勻。此種偏光光束的照射斑點會對偏光特性造成大幅影響，對所製造液晶顯示裝置的影像品質而言將構成問題。
緣是，本發明的光配向照射裝置，係具備有：偏光光束照射手段、平台、及掃描手段；上述偏光光束照射手段係具備有：紫外線照射手段、與偏光手段；上述偏光手段係具備有鄰接於鄰接方向而加以配置的複數個單位偏光元件； 上述單位偏光元件係使從上述紫外線照射手段所射出的紫外線產生偏光；上述平台係可載置於表面形成有配向膜的基板；上述掃描手段係藉由使上述平台或上述偏光光束照射手段中之至少其中一者產生移動，而將來自上述偏光光束照射手段的紫外線，對在上述平台上所載置之上述基板朝既定掃描方向進行掃描；上述單位偏光元件的鄰接面及上述單位偏光元件的鄰接方向係相對於掃描方向呈傾斜。
再者，本發明的光配向照射裝置，係具備有：藉由使上述平台或上述偏光光束照射手段產生轉動，而可以調整形成於配向膜之配向方向的配向方向調整手段。
再者，本發明的光配向照射裝置，其中，上述單位偏光元件係為矩形形狀。
再者，本發明的光配向照射裝置，其中，上述單位偏光元件的鄰接面係相對於上述單位偏光元件的鄰接方向呈傾斜。
再者，本發明的光配向照射裝置，其中，上述單位偏光元件係為平行四邊形形狀。
再者，本發明的光配向照射裝置，其中，上述偏光光束照射手段係具備有將從上述偏光手段所射出的紫外線其中一部分予以遮光的遮光遮罩。
再者，本發明的光配向照射裝置，其中，上述掃描手段係使用線性馬達使上述平台產生移動。
再者，本發明的光配向照射裝置，係具備有： 藉由使上述偏光手段轉動成為可將消光比加以調整的消光比調整手段。
再者，本發明的光配向照射裝置，其中，上述單位偏光元件係為線柵偏光元件。
根據本發明的光配向照射裝置，當使用含有複數個單位偏光元件構成的偏光手段時，藉由使單位偏光元件的鄰接面與單位偏光元件的鄰接方向相對於掃描方向呈傾斜，便可使從單位偏光元件的鄰接面所照射之偏光紫外線，橫跨基板上的既定區域分散，便可達抑制照射不均勻。
再者，藉由設置使平台或偏光光束照射手段轉動的配向方向調整手段，便可將基板的配向膜中所形成配向方向調整於所需方向。
再者，單位偏光元件係矩形形狀，藉由單位偏光元件的鄰接面係傾斜於單位偏光元件，便可在使用製造及處置均較為容易的矩形形狀單位偏光元件之情況下，於偏光手段內部使鄰接面呈傾斜。又，藉由該鄰接面的傾斜，便可緩和由平台與偏光光束照射手段所形成的角度。
再者，藉由將單位偏光元件設為平行四邊形形狀，便可使用平行四邊形形狀的斜邊，緩和由平台與偏光光束照射手段所形成的角度。
再者，藉由設置將從偏光手段所射出紫外線其中一部分予以遮光的遮光遮罩，便可達偏光紫外線的照射區域適當化及全照射區域的光量均勻化。
再者，藉由掃描手段係使用線性馬達，便可迅速且經抑 制機械性振動的狀態使平台移動。
再者，藉由設置使偏光手段轉動而進行的消光比調整手段，便可將所照射的偏光紫外線調整為任意的消光比。
1‧‧‧光配向照射裝置
2‧‧‧偏光光束照射手段
3‧‧‧偏光手段
4‧‧‧平台
6a、52‧‧‧滾珠螺桿
9‧‧‧基板
9a‧‧‧基板設置區域
21‧‧‧紫外線照射手段
21a‧‧‧反射鏡
21b‧‧‧紫外線照射光源
31、31a~31f、31z‧‧‧單位偏光元件
32‧‧‧固定部
33‧‧‧單位偏光元件之鄰接方向(鄰接方向)
34‧‧‧單位偏光元件之鄰接面
35‧‧‧掃描正交方向
51‧‧‧LM導件
51a、51b‧‧‧LM滑軌
51c、51d‧‧‧LM塊
54‧‧‧旋轉部
55‧‧‧可動平台
81‧‧‧控制部
82‧‧‧滾珠螺桿驅動部
83‧‧‧顯示部
84‧‧‧輸入部
A‧‧‧無偏光紫外線
B、Ba~Bf‧‧‧偏光紫外線
圖1係本發明實施形態的光配向照射裝置之立體圖。
圖2係本發明實施形態的光配向照射裝置之側剖視圖。
圖3係本發明實施形態的光配向照射裝置之俯視圖。
圖4係本發明實施形態的光配向裝置之紫外線照射樣子示意圖。
圖5係本發明實施形態的光配向照射裝置中，偏光手段與掃描方向的關係說明圖。
圖6係本發明實施形態的光配向照射裝置之控制構造方塊圖。
圖7係本發明另一實施形態的光配向照射裝置中，偏光手段與掃描方向的關係說明圖。
圖8係本發明另一實施形態的光配向照射裝置中，偏光手段與掃描方向的關係說明圖。
圖9係本發明另一實施形態的光配向照射裝置中，偏光手段與掃描方向的關係說明圖。
圖10係本發明另一實施形態的光配向照射裝置中，消光比的可變形態構造圖。
圖1所示係本發明實施形態的光配向照射裝置之構造圖。本實施形態的光配向照射裝置1係具有以偏光光束照射手段2、掃描手段為主要的構成要件。偏光光束照射手段2係藉由對在基板9表 面上所形成的配向膜照射紫外線光束，而對配向膜賦予配向特性的手段，本實施形態係具備有：反射鏡21a、具紫外線照射光源21b之紫外線照射手段21、及偏光手段3而構成。另外，本實施形態中，照射光係使用紫外線，但亦可使用其他波長帶的照射光。此情況，可使用配合所使用波長帶的照射光源。
圖2所示係本發明實施形態的光配向照射裝置之側剖視圖，圖3所示係本發明實施形態的光配向照射裝置之俯視圖。掃描手段係藉由使平台4朝既定移動方向(圖中為Y軸方向)移動，而使從偏光光束照射手段2所照射的光束在基板9上進行掃描的手段。本實施形態的掃描手段係具有：平台4、可動平台55、滾珠螺桿52、LM導件51、旋轉部54而構成。可動平台55係經由旋轉部54而與平台4呈機械性結合。又，可動平台55係利用LM導件51而可朝掃描方向上移動。該LM導件51係使LM塊51c、51d能在LM滑軌51a、51b上滑動。在LM塊51c、51d上固定著可動平台55。本實施形態中，如圖3所示，利用2支LM導件51a、51b便能移動可動平台55。
在可動平台55中攻有對應於滾珠螺桿52的螺孔。在該螺孔中插入滾珠螺桿52，藉由使滾珠螺桿52旋轉，便將滾珠螺桿52的旋轉，轉換為可動平台55對掃描方向的移動。又，在可動平台55上，於上面設有旋轉部54。該旋轉部54係可執行圖中所示XY平面內的旋轉，能使用利用偏光光束照射手段2所照射偏光光束的偏光方向調整等。
掃描手段係除如本實施形態般使用LM導件51、滾珠螺桿52之外，亦可使用線性馬達使平台4移動。藉由使用線性馬達，便可迅速且依經抑制機械性振動的狀態使平台移動。又，除使平台4進 行移動之外，尚可藉由使偏光光束照射手段2移動、或使平台4與偏光光束照射手段2二者均移動，而將從偏光光束照射手段2所照射的偏光紫外線B對基板9進行掃描。
本實施形態中，將來自偏光手段3的偏光紫外線B直接照射於基板9上，但亦可在偏光手段3與基板9之間設置將照射區域限制成狹縫狀的遮蔽遮罩。藉由設置遮罩而限制照射區域，便可僅使有效的照射光曝光於基板9上，俾可達配向性能提升。
在平台4上設置曝光對象的基板9。本實施形態中，依基板9的掃描方向成為當作液晶顯示裝置使用時的縱向或橫向狀態設置。在曝光對象的基板9表面上，由聚醯亞胺等光反應性高分子構成的高分子形成膜狀。對該配向膜上照射偏光紫外線而使高分子膜變性，若依未圖示的後續步驟在高分子膜上塗佈液晶分子，液晶分子便接受來自高分子膜的作用，而對齊(配向)於特定方向。原本將具有該配向特性的高分子膜稱為「配向膜」，但一般賦予配向特性前的高分子膜亦稱為「配向膜」，本說明書中亦涵蓋賦予配向特性以前的高分子膜在內均稱為「配向膜」。
偏光光束照射手段2係含有：紫外線照射光源21b、含反射鏡21a的紫外線照射光源21、及偏光手段3而構成。紫外線照射光源21係使用在圖2、圖3中的X軸方向具有長軸的線光源。紫外線照射光源21不僅可使用此種線光源，亦可使用點光源等各種光源。從紫外線燈等紫外線照射光源21b所照射的紫外線，利用拋物面鏡等反射鏡21a等整合呈平行光或部分平行光狀態，無偏光紫外線A係照射於偏光手段3側。偏光手段3係從無偏光紫外線A中取出既定方向直線偏光成分的手段。本實施形態中，利用該偏光手段3從無偏光紫外 線A中取出朝既定方向偏光的偏光紫外線B，並成為朝基板9的入射光。
又，本實施形態中，偏光光束照射手段2係依相對於由掃描手段進行的掃描方向呈傾斜狀態設置。圖3所示係偏光光束照射手段2其中一部分的偏光手段3之傾斜樣子。偏光手段3係距正交於掃描方向的掃描正交方向33僅傾斜箭頭所示份量。紫外線照射光源21亦比配合偏光手段3之角度執行對掃描正交方向33之傾斜。另外，亦可設置能依手動或利用馬達等進行驅動，而可自由變更偏光光束照射手段2之傾斜角度的配向方向調整手段。藉由對應所製造的製品變更傾斜角度，而變更對基板9的偏光方向，便可實現配合製品的偏光特性。
圖4所示係利用該偏光手段3進行紫外線照射的狀況示意圖。從紫外線照射光源21射出的平行或部分平行的無偏光紫外線A，藉由穿透過各單位偏光元件31a~31f，而朝依各單位偏光元件31a~31f每個設定的偏光方向偏光，並轉換為偏光紫外線Ba~Bf。各偏光紫外線Ba~Bf入射於基板9上而使配向膜配向。圖4的照射區域係依箭頭示意圖示各偏光紫外線Ba~Bf的偏光方向。本實施形態中，藉由變更偏光光束照射手段2的傾斜方向，便可調整該照射區域中所示的偏光方向。
圖5所示係本發明實施形態的偏光手段構造。圖5所示係從上方(即圖1~圖3所示Z軸的負方向)觀看偏光手段3的圖。本實施形態的偏光手段3係具有沿鄰接方向33相鄰接配置的複數個單位偏光元件31a~31f構成。單位偏光元件31a~31f係利用使用介電多層膜的布魯斯特偏光元件、或線柵偏光元件構成。此種單位偏光元件31a~31f係以石英等為成分構成的光學元件(偏光元件)，本實施形態係使用矩形 狀者。如圖1所示，在基板9上形成照射區域時，為能對基板9施行均勻的偏光紫外線照射，必需從基板9之一邊橫跨至對向另一邊之長度的偏光手段3。目前，50吋以上的大型液晶顯示裝置所使用基板9要求具有足夠長度的偏光手段3。大型偏光元件的製造困難，且當前的價格仍處於高價位狀態。本實施形態中，藉由如圖5所示使小型單位偏光元件31a~31f在鄰接方向33上相鄰接使用，便可抑制光配向照射裝置的成本。
該等單位偏光元件31a~31f係利用固定部32而被固定於射出既定偏光成分的方向上。依此藉由使用使複數個單位偏光元件31a~31f相鄰接的偏光手段3，即便使用50吋以上的大型基板9時，仍可實現足夠長度的偏光手段3。
但是，本實施形態中，因為使偏光手段3鄰接於單位偏光元件31a~31f形成，因而在相鄰單位偏光元件31a~31f間所發生的接縫，可認為會導致對基板9所照射的偏光紫外線形成非連續狀態。為解決此種問題，本實施形態係如前述，使含有偏光手段3的偏光光束照射手段2傾斜於掃描方向。所以，如圖5所示，單位偏光元件31a~31f的鄰接方向33便形成傾斜於掃描正交方向35。
本實施形態中，因為使用矩形單位偏光元件31a~31f，因而隨該偏光手段3的傾斜，單位偏光元件31a~31f的鄰接面34便傾斜於掃描方向。此種相對於掃描方向呈鄰接面34的傾斜，係利用相鄰接單位偏光元件31二者形成偏光紫外線所照射的重複區域，可將從接縫對基板9所照射的偏光紫外線橫跨該重複區域緩和(平均化)。
圖6所示係本發明實施形態的光配向照射裝置之控制構造方塊圖。本實施形態的光配向照射裝置，其控制手段係具備有：控 制部81、滾珠螺桿驅動部82構成。控制部81係連接著供使用者執行各種資訊處置用的顯示部83、輸入部84。又，控制部81係連接於旋轉部54、紫外線照射光源21b，可對該等各種構造進行控制。
藉由此種控制構造，控制部81藉由滾珠螺桿驅動部82而旋轉驅動滾珠螺桿6a，便使平台4移動至所需的掃描方向。此時，控制部81係藉由點亮紫外線照射光源21b，偏光紫外線B便對在平台4上所設置基板9進行掃描。
又，控制部81亦可利用旋轉部54而使平台4旋轉(在圖1~圖3的XY面內進行旋轉)。藉由平台4的轉動，藉由變更在平台4上所設置基板9、與偏光光束照射手段2間的傾斜角度，亦可調整偏光紫外線B對基板9的偏光方向。可實現配合所製造製品的偏光特性。
偏光手段3係除使用此種矩形狀單位偏光元件31a~31f的形態之外，尚可採用各種形態。圖7所示係另一實施形態的偏光手段3構造。本實施形態中，各單位偏光元件31a~31f係形成具有傾斜於掃描方向之邊的平行四邊形形狀。各單位偏光元件31a~31f係如以單位偏光元件31c為例所記載般，1個角度形成銳角α。
本實施形態亦是與前述實施形態同樣，藉由使單位偏光元件31a~31f的鄰接方向33傾斜於掃描正交方向35，即偏光光束照射手段2自體的傾斜，而使單位偏光元件31a~31f間的鄰接面34傾斜於掃描方向。進而，本實施形態中，藉由平行四邊形形狀的各單位偏光元件31a~31f具有銳角，便具有單位偏光元件31a~31f的斜邊傾斜於掃描方向。依此，本實施形態中，利用該偏光光束照射手段2自體的傾斜、與具有銳角α的單位偏光元件31a~31f之斜邊等2種傾斜，便使鄰接面34傾斜於掃描方向，因而可達二者傾斜角度的緩和。
即，當僅使偏光光束照射手段2傾斜時，在橫跨基板9全寬照射偏光紫外線B時，傾斜角度越大，便越需要偏光光束照射手段2的長邊方向長度。藉由抑制此種偏光光束照射手段2的傾斜角度，便可縮短偏光光束照射手段2的長邊方向長度。
另一方面，當增加單位偏光元件31a~31f的斜邊與掃描方向所夾的角度時，銳角部分的角度會變為更小。圖7所示係由相鄰接單位偏光元件31b與31c所形成的重複區域。當相同長度的重複區域係僅由單位偏光元件31的斜邊實現時，便如當作參考所記載的單位偏光元件31z，得知會成為銳角α>銳角β。單位偏光元件31中，隨銳角部分的角度變小，其製造越趨於困難，且形成高成本。又，可認為銳角部分較容易發生缺損，導致處理趨於困難。特別係如本實施形態，當將單位偏光元件31a~31f固定於固定部32時，因來自紫外線照射光源21的熱，便越增加銳角部分出現缺損的可能性。
本實施形態中，藉由利用此種偏光光束照射手段2的傾斜角度、與單位偏光元件31的斜邊傾斜角度二者，便可達二者傾斜角度的緩和，且可形成有效的重複區域。
另外，如前所說明，就如圖7所示具有銳角部分的平行四邊形形狀單位偏光元件31a~31f係頗難精度佳地製造且屬高成本。圖8所示係與圖7同樣，偏光手段3係形成使鄰接面34呈傾斜的構造。該實施形態係與圖5同樣的均使用矩形狀單位偏光元件31a~31f。但，就對固定部32的固定方向係有所不同。即，藉由使矩形狀單位偏光元件31a~31f，依傾斜於掃描方向的方式固定於固定部32，便與圖7同樣地在偏光手段3中形成傾斜的鄰接面34。此時，為使偏光紫外線的射出區域不致呈不均衡，最好如圖8所示，在固定部32中設置矩形狀 狹縫、或設置將不需要區域予以遮蔽的遮蔽遮罩。根據此種形態，雖會減少各單位偏光元件31a~31f的使用比例，但能抑制接縫的影響，且可輕易地製造單位偏光元件31a~31f並可輕易處理。
圖9所示係本發明另一實施形態的光配向照射裝置中，偏光手段與掃描方向的關係。相對於由圖3等所說明實施形態，使偏光光束照射手段2相對於平台4進行轉動的形態，但本實施形態係利用旋轉部54使平台4旋轉，便使偏光光束照射手段2與在平台4上所載置基板9呈傾斜。本實施形態亦是藉由變更旋轉部54的旋轉角度，便可將對基板9所照射偏光紫外線B的偏光方向調整於任意方向。
圖10所示係另一實施形態的光配向照射裝置構造。本實施形態中，對基板9所照射照射紫外線B的消光比(亦稱「偏光比」)，係可利用偏光手段3進行調整的構造。本實施形態中，構成偏光手段3的單位偏光元件31係採用布魯斯特偏光元件。該布魯斯特偏光元件係由介電多層膜構成的偏光元件，使用布魯斯特角度可分離出p波偏光成分與s波偏光成分，亦可提高設定消光比。
當將此種布魯斯特偏光元件使用於單位偏光元件31時，藉由變更射入於單位偏光元件31中的無偏光紫外線A之入射角度，便可調整消光比。具體而言，如圖10所示，以偏光手段3的長邊方向(紙面深度方向、X方向)為軸，使偏光手段3轉動，便可任意調整偏光紫外線B的消光比。偏光手段的轉動係可手動實施、或者利用控制部81的控制而使偏光手段3轉動的消光比調整手段實施。
另外，單位偏光元件31係除此種布魯斯特偏光元件之外，亦可使用線柵偏光元件。線柵偏光元件係利用在內部所配設的金屬絲線(柵線)間隔，便可任意變更波長帶域。線柵偏光元件係利用圖案 轉印進行的簡易製程便可製造。然而，該線柵偏光元件仍無法實現例如超過2000mm長度的偏光元件，但藉由如本實施形態般的組合複數單位偏光元件31構成便屬有效。
另外，本發明並不僅侷限於該等實施形態，適當組合各個實施形態構造而構成的實施形態亦涵蓋於本發明範疇內。
4‧‧‧平台
9a‧‧‧基板設置區域
31a~31f‧‧‧單位偏光元件
32‧‧‧固定部
33‧‧‧單位偏光元件之鄰接方向(鄰接方向)
35‧‧‧掃描正交方向
51a、51b‧‧‧LM滑軌
52‧‧‧滾珠螺桿

Claims (9)

  1. 一種光配向照射裝置，係具備有：偏光光束照射手段、平台、及掃描手段；上述偏光光束照射手段係具備有：紫外線照射手段、與偏光手段；上述偏光手段係具備有鄰接於鄰接方向而加以配置的複數個單位偏光元件；上述單位偏光元件係使從上述紫外線照射手段所射出的紫外線產生偏光；上述平台係可載置於表面形成有配向膜的基板；上述掃描手段係藉由使上述平台或上述偏光光束照射手段中之至少其中一者產生移動，而將來自上述偏光光束照射手段的紫外線，對在上述平台上所載置之上述基板朝既定掃描方向進行掃描；在平行於上述平台之面上，上述單位偏光元件的鄰接面及上述單位偏光元件的鄰接方向係相對於掃描方向呈傾斜。
  2. 如申請專利範圍第1項之光配向照射裝置，其中，具備有：藉由使上述平台或上述偏光光束照射手段產生轉動，而可以調整形成於配向膜之配向方向的配向方向調整手段。
  3. 如申請專利範圍第1項之光配向照射裝置，其中，上述單位偏光元件係為矩形形狀。
  4. 如申請專利範圍第3項之光配向照射裝置，其中，上述單位偏光元件的鄰接面係相對於上述單位偏光元件的鄰接方向呈傾斜。
  5. 如申請專利範圍第1項之光配向照射裝置，其中，上述單位偏光元件係為平行四邊形形狀。
  6. 如申請專利範圍第1項之光配向照射裝置，其中，上述掃描手段係 使用線性馬達使上述平台產生移動。
  7. 如申請專利範圍第1項之光配向照射裝置，其中，上述偏光光束照射手段係具備有將從上述偏光手段所射出的紫外線其中一部分予以遮光的遮光遮罩。
  8. 如申請專利範圍第1項之光配向照射裝置，其中，具備有：藉由使上述偏光手段轉動成為可將消光比加以調整的消光比調整手段。
  9. 如申請專利範圍第1項之光配向照射裝置，其中，上述單位偏光元件係為線柵偏光元件。
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