TWI468750B - 光罩及用於製造包含該光罩之光學濾光片之裝置 - Google Patents

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Hyuk Yoon
Won Cheul Ju
Yong Il Cho
Moon Soo Park
Dong Ho Ko
Su Young Ryu
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Description

光罩及用於製造包含該光罩之光學濾光片之裝置
本案主張2010年7月26日與2010年9月15日申請之韓國專利申請號10-2010-0072018與10-2010-0090604之優先權，並且其內容完全併入本發明中，以供參酌。
本發明係關於一種光學濾光片製造裝置，尤指一種用於光學對位該液晶顯示器(LCD)之定向膜或光學基膜之定向膜之光罩，使硬化液晶用於在捲繞方法之偏光元件和具有光罩之光學濾光片製造裝置。
近年來，一種對位定向膜之光學對位技術，其藉由照射具有特定波長之偏振光，並廣泛地使用為供給定向性能給液晶顯示器(LCD)之定向膜或視角補償基膜層之技術。按照慣例，在用於光學定向膜之偏振光照射裝置中，一種結合具有線性光源之棒狀燈(rod-shaped lamp)之技術，同時使用一線網格偏振元件。該揭露如韓國專利公開號2006-0053117和2009-0112546。
在此光學對位技術中，當液晶(LC)面板之尺寸增加時，其利用偏振光照射光學定向膜之光照射裝置之光照射範圍增加。因此，較高亮度是需要的。
為了照射這樣較高亮度之大範圍，光照射裝置之光源尺寸需要增加至相同程度。然而，由於偏振光之方向影響取決於入射光之入射角度之對位，當光源尺寸增大時，入射角度之光照面積變得不規則，因而偏振軸變得不規則。因此，照射範圍之對位方向無法均勻，使對位在並非需求方向內進行。
在捲繞方式中，光照範圍大部分為一曲面表面。在此情況下，當照射範圍增加時，由曲面表引起在光照射範圍內偏振軸之不規則性將會增加。
為了得到大規模均勻偏振分佈，偏振元件需要利用具有高精確度之偏振光照射。然而，用於生產平行光線之大規模設備，其具有高精確度以應付大規模範圍。在大型設備之情況中，當設備內之光學路徑長度增加時，光線強度將降低，且處理時間會增加，因而降低產率。也就是說，在不是大型設備下，生產具有光學特性之平行光線是困難的。總之，進行繞捲方式是困難的，且產率會明顯降低。
本發明係提供一種光罩和一種具有該光罩之光學濾光片製造裝置，其能夠在大範圍上進行均勻曝光，並照射具有高精確度之平行光線，以提供一致的對位性能，並有效地進行大範圍光學對位。
本發明還提供一種光罩和一種具有該光罩之光學濾光片製造裝置，其能夠增加圖案之一致性，並通過在高速捲繞方法中之簡單的配置，以增加直線光線。
本發明並不侷限於上述實施例，而其它實施例並不詳細描述，即可由以下描述，被該領域之普通技藝者所清楚瞭解。
本發明一方面提供一種用於捲繞方法之光罩，使圖案形成在基膜上，其包括複數個導引狹縫，具有一預定厚度和一預定寬度之開孔。
導引狹縫可符合於下述方程式而設計：
t 5a
其中，t代表導引狹縫之厚度，且0＜a≦50毫米。
導引狹縫係符合於下述方程式而設計：
其中，t代表導引狹縫之厚度，而a代表在光罩和基膜間之間隙。
導引狹縫之內壁可具有向下縮減之寬度。
導引狹縫之內壁可塗佈一全反射材料，以增加直線光線。
導引狹縫可以預定間隙設置於複數個橫列。
導引狹縫可位在不同橫列而交替設置。
本發明另一方面提供一種光學濾光片製造裝置，包括：一用於捲繞方法之滾輪；一捲繞於滾輪之基膜；一產生曝光光線之光源；一偏光板，其設置於光源之射出側，且從光源產生偏振光；以及一光罩，引起一圖案形成在基膜上，且包括複數個導引狹縫，其具有一預定厚度和一預定寬度之開孔。
光學濾光片製造裝置，可進一歨包括一收集光線之集光板，以引起基膜之整體範圍可被光線均勻地照射。
光源，可包括短弧式放電燈(short arc type discharge lamp)。
光源可包括一紫外線(UV)燈，以及一個冷卻裝置，該冷卻裝置可安裝在紫外線燈和基膜之間。
複數個光源，可設置於複數個橫列，使設置在不同橫列之光源部份地相互重疊。
設置在不同橫列之光源有2/3相互重疊。
在此下文，本發明之具體實施例將詳細描述。然而，本發明不侷限於下述實施例所揭露，而可用各種形式實施。下述之實施例所描述，係為了使此領域之普通技藝者能具體化和實行本發明。
雖然術語第一、第二等，可用於描述各種元件，這些元件並不受這些術語的限制。這些術語僅用於從另一元件區分一元件。例如，第一元件可被稱為第二元件，同樣地，在不違背具體實施例之範疇下，第二元件可被稱為第一元件。術語“和/或”包括一個或多個相關列舉術語之任何及全部組合。
可被理解的是，當一個元件被稱為“連接”或“耦合”到另一元件，它可以直接連接或耦合到其他元件或可以存在中間元件。相較之下，當一個元件被稱為“直接連接”或“直接耦合”到另一元件，則沒有存在中間元件。
在此所使用之術語，其目的僅在描述特定之實施例，並不是指實施例之限制。單一的形式“一個(a)”、“一個(an)”和“這個(the)”意指其包括了複數形式，除文意另有清楚地表明。其更進一歨瞭解的是，術語“包含(comprise)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”，在此處使用時，具體指明為狀態特徵、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其群組之存在，但並不排除一個或更多其它特徵、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其群組之存在。
參考附加圖式，本發明之具體實施例將詳細描述於下面。為了幫助理解本發明，如數字是指元件，普遍由圖式描述，而相同元件之描述將不重覆說明。
在下文中，根據本發明之具體實施例之一種光罩和一種具有該光罩之光學濾光片製造裝置，將參考隨附圖式而詳細描述。
參考圖1，根據本發明之光學濾光片製造裝置1，包括：一光源10，發出曝光光線之光線；一集光板20，其收集光線，並使光線可均勻地照射於基膜50之全部區域；一偏光板30，其設置於光源10之射出側；以及一光罩40，形成一圖案在基膜50上，作為一光照射裝置。光線由光源10射出，照射於捲繞於捲繞方法中滾輪60之基膜50。這些構件將參考隨附圖式，在以下詳細描述。
光源10提供一對位特性和射出直線。將於之後描述，在利用光線經由光罩40照射基膜50之方法中，當在光罩40和滾輪60間之間隙增加時，將難以形成精確地和均勻地圖案。此外，當在光罩40和滾輪60間之間隙增加時，圖案寬度將變的不一致，且在基膜50上容易產生瑕疵。因此，在本實施例中，光源10係使用射出直線光線。
當然，如之後所述，如果設計使在光罩40和滾輪60間之間隙維持固定，不一定要以射出直線光線之光源作為光源10。例如，一分散發射光線之光源，如一桿狀燈(rod-shaped lamp)或高壓汞聚合燈(high-pressure mercury polymerization lamp)，可用來作為光源10。然而，如果在光罩40和滾輪60間之間隙並未非在預定距離內之最小值，該圖案可能形成不一致。因此，較佳為使用直線光線。
一短弧式放電燈，其為是一種紫外線(UV)燈，可發出直線光線之光源10。如果使用放電燈為短弧放電燈以外之其它類型，如高壓汞燈，其光線為全方位地分散。如果光線不是由垂直方向照射基膜50，當它需要在小區域之間形成不同對位，則各自區域之對位方向將變得相互不同。在照射偏振光線的時候，使用直線光線在垂直方向照射為決定是否使用光罩40之重要因素，該光罩係緊密黏附於基膜和在小區域間之介面。因此，在使用時的短弧式放電燈時，在光罩40和基膜50間之間隙具有一邊界，且光源10比高壓汞燈具有更大之光量度，使生產線之產率改善。
根據放射波長作分類，例如，一中等/高壓汞紫外線燈、一金屬鹵化物燈、和鎵紫外燈，其可作為紫外光固化燈。在通常情況下，高壓汞紫外燈使用具有100 mW/cm2 或更高之照度(illuminance)，以硬化液晶或定向膜。此外，一冷光鏡或冷卻裝置係設置在基膜和UV燈之間，在紫外線照射時，使LC層之表面溫度可維持在LC溫度範圍內。
在通常使用之高壓汞燈中，高純度汞和惰性氣體密封於石英玻璃製成之發光管，並利用365奈米作為一主要波長，使光線根據燈管類型而全方位地分散。另外，一燈管(直線光線燈)具有一橢圓形或圓柱形光線收集鏡設置於截斷面，使光線自燈管反射光線，以用於替代棒狀燈。此外，複數個發光二極體(LEDs)可用於作為光源10。
同時，根據習知技術，複數個光源係設置於寬度方向，且複數橫列沿著基膜之移動方向而平行設置。在此情況下，由於光量之差異，使對位方向可能改變，或可能會產生一個條紋狀應變。
在此方面，根據本發明之實施例，光源10之設置，使光源10位於不同橫列，且如圖2所示之相互重疊。因此，它可防止藉由光量不規則性和光學軸不規則而造成應變之發生。較佳為，光源10位於不同橫列，且如圖2所示具有約2/3相互重疊。然而，本發明並非侷限於此，該光源10可位於不同橫列以不同比例(例如，1/2)相互重疊。
集光板20之設置，可使基膜50被均勻光量照射。即使以放電燈用於作為光源10時，可利用光線由放電燈之燈帽部分照射引起之不規則光量。也就是說，由於光量為藉由燈帽之最初反射，然後照射到基膜50，且不同於直接照射至基膜50之光量，使圖案變得不一致。為了解決這個問題，集光板20係設置於光源10之正面，藉此使光線均勻地照射至基膜50之整個區域。
偏光板30係用於偏振而設置。通常情況下，一玻璃板，一線網格偏光板，或類似於布魯斯特角度(Brewster’s angle)之設置可被用作偏光板30。
接著，參考圖3，根據本發明之光罩，其包括複數個導引狹縫42，並具有一預定厚度之孔洞。增加導引狹縫42之直線光線，因而提高圖案之一致性。
具體來說，在捲繞方法中，基膜50可藉由帶狀移動沿著其曲面表面而輸送，同時曝光光線使圖案形成。當圖案係精確地形成在捲繞方法中，基膜50和光罩40使圖案隨著在其之間之間隙而移動。由於在光罩40和基膜50之間隙，偏振光無法準確地照射至所需位置，使圖案之精確度降低。
此外，當一光學濾光片利用一光罩製造時，該光罩40係設置分離於基膜50，使定向膜形成。在此情況下，偏振光可在光罩40和基膜50之間分散地照射。因此，將均勻強度之偏振光照射於所需區域是困難的。因此，定向膜圖案之邊界將變得模糊，且一對位未形成之未對位區域出現在第一光線對位區域和第二光線對位區域間之間隙邊界。
為了解決這個問題，在本發明實施例中，導引狹縫42係形成於光罩40中。由於導引狹縫42的形成，照射光線之直線將可改善，且增加形成在基膜50上之圖案之一致性。也就是說，光線之直線可得到改善，即使在一狀態下，其光罩40係出於基膜50之預定間隙。
同時，如圖3所示之導引狹縫42，可設置如同單一橫列之複數個橫列。導引狹縫42可在不同橫列而交替設置，以形成各種圖案。例如，如圖4所示，導引狹縫42可如圖設置，使導引狹縫42之第一橫列部分可形成於同一延伸線之位置，而導引狹縫42之第二橫列部分則未形成。
在此，為了提高光線之直線和構成一致圖案，適當地設計導引狹縫42之厚度t和寬度w，以及在光罩40和基膜50間之間隙是重要的(以下簡稱為“間隙a”)。具體來說，當曝光進行時，其光罩40係貼附於基膜50，且減少導引狹縫42之厚度t不是問題。然而，當圖案在捲繞方式中形成時，間隙是不可避免的，且當導引狹縫42之厚度t相對較大時，其即可透過間隙形成相對較大之圖案。
也就是說，導引狹縫42之厚度t較大時，即使間隙是大於一定程度，其圖案仍可形成。然而，當導引狹縫42之厚度t過大時，透光性和光量會減少，因而難以獲得對位。因此，有必要適當地設計導引狹縫42之厚度t。
圖5係說明根據本發明之具體實施例，在光罩之導引狹縫之厚度和寬度間之關係，以及在導引狹縫和基膜間之間隙。
參考圖5，將說明導引狹縫42之厚度t和寬度w，以及在導引狹縫42和基膜50間之間隙。在此，一斜線自導引狹縫42之較高側延伸至其較低側，並定義為第一參考線L1。具體來說，第一參考線L1係自導引狹縫42之左上側延伸至其右下側。此外，一直線沿著導引狹縫42之側面延伸，並定義為第二參考線L2。
如圖5所示，在第一參考線L1和第二參考線L2對應至基膜50之位置間之距離，其定義為最大偏差距離b。該最大偏差距離b係指藉由自直線路徑之光線通過導引狹縫42而照射於基膜50之最大距離。全部的光線通過導引狹縫42，並平行於導引狹縫42之側面，然後照射至基膜50之圖案範圍S，但必要考慮到一種狀況，由於捲繞方法之特性，使光線照射至圖案範圍S之區域之外，如第一參考線L1。
基於此原因，在本發明之實施例，藉由將光線照射至一正常形成圖案之範圍以外之其它區域之最小化，使圖案一致地形成。為此，如一衍生具體說說明書之結果，其最大偏差距離b較佳為立體顯示裝置之單位像素寬度之五分之一(1/5)或更低。這是因為當最大偏差距離b比單位像素寬度之五分之一更大時，其將大量產生串擾(藉由另一通道之電子信號引起不需要之通道信號產生)。以上所述之設計條件可藉由以下方程式而表示。
首先，利用圖5之方位關係推衍之比例關係式，其可由公式1表示：
t :w =(t +a ):(w +b )　公式1。
當公式1以最大偏差距離b為中心而重排，其最大偏差距離b可由公式2表示：
自公式2所衍生在最大偏差距離b和單位像素寬度間之關係，其可由公式3表示：
如果最大偏差距離b可藉由設定導引狹縫42之厚度t和寬度w與根據公式3之間隙a而計算，且指定公式3之設定值為單位像素寬度之五分之一(1/5)或更低，將視為可能形成在基膜50之圖案並沒有特性劣化。
在此，由於單位像素寬度實質上相同於導引狹縫42之寬度w，其公式3可重排為公式4：
在此，當公式4以“t”為中心重排，“t”可藉由公式5最終表示：
在此，該間隙較佳為設計在0<a50毫米之範圍內。這是因為當間隙設計偏離這個範圍時，要形成正常圖案是困難的。間隙可設計為具有0.001毫米、0.01毫米、0.1毫米、1毫米或更高之數值，或40毫米、30毫米、20毫米或更低之數值，且可設計為具有不同上限和下限組合得到之數值。
圖6A係說明當導引狹縫未形成為一光罩時，其圖案形成之相片；以及圖6B係說明當導引狹縫形成為一光罩時，其圖案形成之相片。
由圖6A和6B中可以看出，相較於導引狹縫未形成為一光罩(圖6A)，在相同條件下(在光罩和基膜間之間隙是相同的)，當導引狹縫形成為一光罩時(圖6B)，其圖案可清楚地和一致地形成。因此，由圖6A和6B中可以理解的是，該導引狹縫形成為一光罩以用於捲繞方法中，其可大幅地提升圖案之一致性。
圖7A至7D係說明根據當導引狹縫形成時，在光罩和基膜間之間隙之圖案形成之相片。在光罩40和基膜50間之間隙由圖7A至7D依序增加。
由圖7A至7D中可以看出，在光罩40和基膜50間之間隙減少時，其圖案可以清楚地和一致地形成；在間隙增加時，其圖案將無法正常地形成。此外，可以被理解的是，當間隙過大時，其圖案幾乎消失(圖7D)。
根據公式2，當間隙增加時，其最大偏差距離b將增加。因此，藉由盡可能降低間隙，使最大偏差距離b降低，因而可形成一致性圖案。
另外，導引狹縫42之寬度w可設計為相當於立體影像濾光片之圖案寬度。例如，當光學濾光片具有一利用光罩40形成之圖案，作為立體影像顯示裝置之光學濾光片，其導引狹縫42之間距可以為在立體影像顯示裝置內產生左眼影像或右眼影像之單位像素之兩倍寬度。如上所述，例如，如圖8所示，產生左眼影像之單位像素(UL)和產生右眼影像之單位像素(UL)可以條紋形式交替排列於顯示面板。在此情況下，當本發明之薄膜應用於立體影像顯示裝置之光學濾光片時，其間距P較佳為相當於單位像素(UL或UR)之兩倍寬度(圖8之W1或W2)之數值。
在本發明中，“相當”係指在不損害本發明效果之範圍內“實質上相當”。例如，“相當”係指可能為一製造誤差或差異而被認定之誤差。也就是說，當間距相當於單位像素之兩倍寬度之數值時，其具有在約±60微米之誤差內，較佳為在約±40微米之誤差內，且更佳為在約±20微米之誤差內。
此外，一在導引狹縫42之間隙較佳為具有一數值，其數值相當於在立體影像顯示裝置之顯示面板內產生左眼影像或右眼影像之單位像素之兩倍寬度(例如，圖8之W1或W2)。該數值相當於單位像素之寬度係指該數值實質上相當於單位像素之寬度，並具有在約±30微米之誤差內，較佳為在約±20微米之誤差內，且更佳為在約±10微米之誤差內。根據本發明使用之光罩40，由於該間隙係以上所述方式而調整，使其可形成一光學濾光片，其具有一高精確度和非對位面積最小化所形成之對位圖案。
此外，根據本發明之光罩40可具有一曲面表面而非平面表面，該曲面表面係根據在捲繞方法中滾輪之曲率半徑。當光罩40之表面面對具有曲面表面之滾輪時，其在光罩40和滾輪間之間隙可維持固定，因而在基膜50上形成一致性圖案。此外，光罩40面對滾輪之表面較佳為具有與滾輪相同曲率半徑之曲面表面。
此外，為了增加直線光線，在本發明之光罩40中，其導引狹縫42之形狀可以改變。例如，如圖3所示之導引狹縫，其具有相互平行之內壁，但導引狹縫可形成具有向下縮減之寬度。
此外，本發明之光罩40可由塗佈一光線全反射材料之內壁所構成，以增加直線光線。
根據本發明，由於將短弧式放電燈係用作於一發射直線光之光源，其大面積可均勻地照射到光線，且具有較精確度之平行光可照射，並可提供一致性之對位特性，使大面積之光學對位可有效地進行。
此外，由於複數個導引狹縫形成於光罩內，即使在光罩分離於基膜之狀況下，其直線光線仍會增加。因此，圖案一致性是優異的，製造方法簡化，因而提高率和流程效率。
雖然本發明已隨著參考其特定具體實施例而被證實和描述，可被瞭解的是，在本領域之技藝中，在不違背如依附申請專利範圍之本發明之目的和範疇下，各種變化之形式和細節可在其中而創作。
1．．．光學濾光片製造裝置
10．．．光源
20．．．集光板
30．．．偏光板
40．．．光罩
42．．．導引狹縫
50．．．基膜
60．．．滾輪
圖1係說明根據本發明之具體實施例之一種光學濾光片製造裝置。
圖2係說明根據本發明之具體實施例之一種光源設置。
圖3係說明根據本發明之具體實施例之一種光罩。
圖4係說明根據本發明之具體實施例之一種光罩。
圖5係說明根據本發明之具體實施例，在光罩之導引狹縫之厚度和寬度間之關係，以及在導引狹縫和基膜間之間隙。
圖6a係說明當導引狹縫未形成為一光罩時，其圖案形成之相片；以及圖6b係說明當導引狹縫形成為一光罩時，其圖案形成之相片。
圖7a至7d係說明根據當導引狹縫形成時，在光罩和基膜間之間隙之圖案形成之相片。
圖8係說明根據本發明之具體實施例之一種立體影像顯示設備之顯示面板。
1．．．光學濾光片製造裝置
10．．．光源
20．．．集光板
30．．．偏光板
40．．．光罩
50．．．基膜
60．．．滾輪

Claims (17)

  1. 一種用於捲繞方式之光罩，係形成圖案在基膜上，其包括：複數個導引狹縫，具有一預定厚度和一預定寬度之開孔，其中導引狹縫係符合於下述方程式而設計： 其中，t代表導引狹縫之厚度，而a代表在光罩和基膜間之間隙，且0<a≦50毫米。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光罩，其中導引狹縫係符合於下述方程式而設計：之單位像素寬度其中，b代表最大偏差距離，其係指藉由自直線路徑之光線通過導引狹縫而照射於基膜之最大距離，以及w代表導引狹縫之寬度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光罩，其中導引狹縫之內壁具有向下縮減之寬度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光罩，其中導引狹縫之內壁塗佈一全反射材料，以增加直線光線。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光罩，其中導引狹縫係以預定間隙設置於複數個橫列。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光罩，其中導引狹縫係位在不同橫列而交替設置。
  7. 一種光學濾光片製造裝置，其包括：一用於捲繞方法之滾輪；一捲繞於滾輪之基膜；一產生曝光光線之光源；一偏光板，其設置於光源之射出側，且從光源產生偏振光；以及一光罩，引起一圖案形成在基膜上，且包括複數個導引狹縫，其具有一預定厚度和一預定寬度之開孔，其中導引狹縫係符合於下述方程式而設計： 其中，t代表導引狹縫之厚度，而a代表在光罩和基膜間之間隙，且0<a≦50毫米。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之光學濾光片製造裝置，進一步包括一集光板，其收集光線，並使基膜之全部區域具有均勻之光線照射。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之光學濾光片製造裝置，其中光源包括短弧式放電燈。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之光學濾光片製造裝置，其中光源包括紫外線(UV)燈，和一冷卻裝置設置在UV燈和基膜之間。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之光學濾光片製造裝置，其中複數個光源設置於複數個橫列，使設置在不同橫列之光源部份地相互重疊。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之光學濾光片製造裝置，其中設置在不同橫列之光源有2/3相互重疊。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之光學濾光片製造裝置，其中導引狹縫係符合於下述方程式而設計：之單位像素寬度其中，b代表最大偏差距離，其係指藉由自直線路徑之光線通過導引狹縫而照射於基膜之最大距離，以及w代表導引狹縫之寬度。
  14. 如申請專利範圍第7項所述之光學濾光片製造裝置，其中導引狹縫之內壁具有向下縮減之寬度。
  15. 如申請專利範圍第7項所述之光學濾光片製造裝置，其中導引狹縫之內壁塗佈一全反射材料，以增加直線光線。
  16. 如申請專利範圍第7項所述之光學濾光片製造裝置，其中導引狹縫係以預定間隙設置於複數個橫列。
  17. 如申請專利範圍第7項所述之光學濾光片製造裝置，其中導引狹縫係位在不同橫列而交替設置。
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