TWI576641B - Light alignment exposure method and optical alignment exposure device - Google Patents

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Koichi Kajiyama
Kazushige Hashimoto
Yoshinari ARAI
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Description

光配向曝光方法及光配向曝光裝置
本發明係有關一種用於形成液晶顯示元件的配向膜之光配向曝光方法及光配向曝光裝置者。
作為形成液晶顯示元件的配向膜之方式已知有為了確定液晶的預傾角大小和配向方向，對成為配向膜之感光性高分子膜傾斜地照射光(紫外線)之光配向曝光方式。
另一方面，將液晶顯示元件的1個單位圖像區域(像素或子像素、或這些聚集區域)分割成2個或2個以上，藉由按已分割之每一個區域改變液晶的配向方向，從而進行改善液晶面板的视角，該方法被稱作像素分割法或多域法。
將前述光配向曝光方式適用於多域法時，形成以不同的角度對配向材料膜上的被曝光面進行照射之複數個紫外線曝光光，經由遮罩的1個開口向分割單位圖像區域之1個區域從單方向照射紫外線，經由遮罩的另一開口向分割單位圖像區域之另一區域從另一方向照射紫外線。藉此，能夠對分割單位圖像區域之複數個區域的每一個實施預傾角與配向方向不同的光配向處理。
此時，在下述專利文獻1中記載的現有技術中，將各個配列成直線狀之複數個單位圖像區域以沿其配列方向之分割線分割成2個區域，使被曝光面沿單位圖像區域的配列方向移動而對複數個單位圖像區域進行掃描曝光，從而對複數個單位圖像區域連續實施光配向處理。在該 現有技術中利用具有對應於被分割之1個區域之開口圖案及對應於與其鄰接之另一區域之開口圖案之2個遮罩圖案。並且，向各個開口圖案照射沿掃描方向且相對於被曝光面不同角度的紫外線曝光光，並將遮罩圖案投影曝光(接近式曝光)於被曝光面，從而對被分割之2個區域實施沿掃描方向之相互不同的方向的光配向處理。
【先行技術文獻】
【專利文獻】
專利文獻1：日本專利公開2012-63652號公報
【發明所欲解決之問題】
如第1圖(a)所示，用於現有技術之曝光裝置具備：光源1，放射紫外線；聚光透鏡2，使從光源1被放射之紫外線的曝光光成為平行光而照射於遮罩M；及複眼透鏡(將複數個單位透鏡配列成矩陣之透鏡陣列)3，配設於光源1與聚光透鏡2之間，使被照射於遮罩M之光的強度分佈均勻，並且將複眼透鏡3向相對於被曝光面Bs的掃描方向S交叉之方向配列。
如第1圖(b)所示，在該種曝光裝置中，藉由複眼透鏡的聚光作用產生傾斜通過遮罩M的開口Ma之光線L1，該光線L1通過遮罩M的開口Ma時，則因平行光半角θ擴展照射於被曝光面Bs。藉此，在被曝光面Bs上不僅是遮罩M的開口圖案的正下方區域Me，還超出該區域Me而被照射曝光光。
若利用該種曝光裝置進行藉由多域法之光配向曝光，則使用有如第2圖(a)所示之光配向曝光裝置。藉此，將第1遮罩M1和第2遮罩M2在被曝光面Bs上分開配置，並且配備經由各個遮罩M1、M2對基板B的被曝光面Bs個別地進行曝光之第1曝光裝置Ex1和第2曝光裝置Ex2，其中，前述第1遮罩M1具有用於對單位圖像區域中被分割之其中一方的區域進行曝光之開口圖案，前述第2遮罩M2具有用於對被分割 之另一方的區域進行曝光之開口圖案。第1曝光裝置Ex1係照射沿掃描方向S且相對於基板B的被曝光面Bs之照射角度為θ e(例如40°)的紫外線曝光光者，第2曝光裝置Ex2係照射沿掃描方向S且相對於基板B的被曝光面Bs之照射角度為-θ e(例如-40°)的紫外線曝光光者。
藉此，1個單位圖像區域Pa內的分割區域Da1、Da2的曝光以第2圖(b)所示之曝光強度依次進行，藉由因第1圖(b)所示之平行光半角之超出曝光，在分割區域Da1、Da2的邊界附近的範圍a內被進行雙重曝光。
此時，範圍a的分割區域Da2側藉由配向材料中的光異構化反映的可逆性可得到適當的光配向，但是在區域a的分割區域Da1側的區域a1發生無法得到所希望方向的光配向之問題。區域a1中的配向紊亂係因由前述平行光半角進行之超出曝光導致的不充份強度的雙重光線而產生者，其寬度達到10~15μm左右，但是隨著液晶顯示板的高精細化要求更窄的單位圖像區域Pa的寬度的情況下，為了充份確保有效圖像區域而成為不容忽略的寬度。
本發明係將應對該種問題的對策作為課題的一例者。亦即，其目的在於將光配向曝光方式適用於多域法時，消除分割單位圖像區域之分割區域中的邊界附近的配向紊亂，且相對於單位圖像區域的窄化確保充份的有效圖像區域等。
為了實現該種目的，依本發明之光配向曝光裝置及光配向曝光方法係至少具備如下特徵者。
一種光配向曝光方法及光配向曝光裝置，其將液晶顯示元件的各單位圖像區域分割成複數個分割區域，並將各分割區域的配向材料膜個別地向不同的方向進行光配向，其特徵為在以傾斜之光照射角度對 被曝光面照射光時，經由遮罩圖案對分割區域中的1個區域照射光，並藉由聚光機構聚集遮罩圖案的透射光而照射於曝光對象的分割區域。 其中聚集係指將從遮罩圖案擴展而朝向曝光對象外的區域之光聚集到曝光對象內，藉由遮罩圖案與曝光對象的區域大小關係包括等倍投影、縮小投影、放大投影者。
依該種特徵，藉由聚光機構聚集透射遮罩圖案藉由平行光半角擴展之光，從而能夠抑制其擴展而照射於被曝光面。藉此，能夠縮小在分割區域的邊界附近被雙重曝光之區域，能夠消除分割區域的邊界附近的配向紊亂。
如上，依本發明的光配向曝光方法及光配向曝光裝置，將光配向曝光方式適用於多域法時，能夠消除分割單位圖像區域之分割區域中的邊界附近的配向紊亂，能夠對單位圖像區域的窄化確保充份的有效圖像區域。
11‧‧‧第1曝光裝置
12‧‧‧第2曝光裝置
13、21、22‧‧‧聚光機構
21a‧‧‧單透鏡
100、200、300‧‧‧光配向曝光裝置
B‧‧‧基板
Bs‧‧‧被曝光面
Da1、Da2‧‧‧分割區域
DL‧‧‧分割線
M、M0、M1、M2‧‧‧遮罩
Ma1‧‧‧開口
Pa‧‧‧單位圖像區域
S‧‧‧掃描方向
第1圖中該圖(a)、(b)係表示用於現有技術之曝光裝置之說明圖。
第2圖中該圖(a)、(b)係表示習知之光配向曝光裝置之說明圖。
第3圖係表示本發明的一實施形態之光配向曝光方法及光配向曝光裝置之說明圖。第3圖(a)表示光配向曝光裝置的結構例，第3圖(b)表示基板(被曝光面)的形態例。
第4圖中該圖(a)、(b)係表示本發明的另一實施形態之光配向曝光方法及光配向曝光裝置之說明圖。
第5圖中該圖(a)、(b)、(c)係表示用於本發明的實施形態之光配向曝光方法及光配向曝光裝置之遮罩及聚光機構的形態例之說明圖。
第6圖係表示用於本發明的實施形態之光配向曝光方法及光配向曝光裝置之聚光機構的功能之說明圖。第6圖(a)係與掃描方向S交叉之方向的剖面圖，第6圖(b)係沿掃描方向S之方向的剖面圖。
第7圖係表示用於本發明的實施形態之光配向曝光方法及光配向曝光裝置之聚光機構的另一形態例之說明圖。第7圖(a)係平面圖，第7圖(b)係第7圖(a)中的X-X剖面圖。
以下，參照圖式說明本發明的實施形態。第3圖係表示本發明的一實施形態之光配向曝光方法及光配向曝光裝置之說明圖。第3圖(a)表示光配向曝光裝置的結構例，第3圖(b)表示基板(被曝光面)的形態例。
如第3圖(b)所示，光配向曝光裝置100係用於將液晶顯示元件的各單位圖像區域Pa分割成複數個分割區域Da1、Da2，並將各分割區域Da1、Da2的配向材料膜個別地向不同的方向進行光配向之裝置。其中的配向材料膜為表示可逆性的光異構化反應之感光性高分子膜，其係與對配向材料膜的表面傾斜照射之光(紫外線等)進行反應得到所希望的預傾角和沿照射方向之方向的配向者。其中的單位圖像區域Pa係指像素或將1個像素內按複數個顏色(R、G、B)的每一個劃分之子像素、或這些的聚合區域。
如第3圖(a)所示，光配向曝光裝置100具備第1曝光裝置11、遮罩M及第2曝光裝置12。第1曝光裝置11係用於執行以傾斜之光照射角度θ 1對單位圖像區域Pa整個表面的被曝光面照射光之第1曝光製程之裝置。遮罩M及第2曝光裝置12係用於執行對前述分割區域中的1個且與前述第1分割區域Da1鄰接之第2分割區域Da2進行曝光之第2曝光製程者。在第2曝光製程中，以與第1曝光製程中的光照射角度θ 1不同的角度且傾斜之光照射角度θ 2照射光。第2曝光製程中的光照射角度θ 2 例如能夠設定成θ 2=-θ 1。
第1曝光裝置11具備例如照射紫外線之光源及將從光源射出之光以角度θ 1(例如40°)的傾斜角照射於形成配向材料膜之基板B的被曝光面Bs之光學系統。第2曝光裝置12與第1曝光裝置11相同地具備例如照射紫外線之光源及將從光源射出之光以角度θ 2(=-θ 1)的傾斜角照射於被曝光面Bs之光學系統。
第2曝光製程在第1曝光製程之後進行，經由與分割區域中的1個區域亦即第2分割區域Da2對應之遮罩M的遮罩圖案而照射光，並藉由聚光機構13聚集遮罩圖案的透射光而照射於第2分割區域Da2。
具備該種結構之光配向曝光裝置100中，由第1曝光裝置11進行之第1曝光製程中單位圖像區域Pa的整個表面向第1方向光配向，之後進行的由第2曝光裝置12進行的第2曝光製程中，第2分割區域Da2向第2方向光配向。此時，配向材料膜顯示可逆性的光異構化反應，從而在後來曝光之第2曝光製程中只有被覆蓋曝光之部份向第2方向光配向，未在第2曝光製程中被曝光之部份維持第1方向的光配向。
並且，在第2曝光製程中，利用聚光機構13聚集透射遮罩M的遮罩圖案之光而曝光第2分割區域Da2，所以能够將藉由前述平行光半角θ欲向第2分割區域Da2的外側擴展之光聚集於第2分割區域Da2的內側。藉此，在第2曝光製程中，不會使不充份的強度的光在第1分割區域Da1內超出，而能夠以適當的強度僅對第2分割區域Da2進行曝光。 藉此，向其他分割區域的超出曝光被抑制而能夠消除在分割區域的邊界附近產生之配向紊亂。
對第3圖所示之實施形態之光配向曝光裝置100進一步詳細說明。該實施形態之光配向曝光裝置100具備基板掃描機構10，在被曝光面Bs上具有單位圖像區域Pa之基板B藉由基板掃描機構10沿掃描方向S移動。掃描方向S係複數個單位圖像區域Pa的配列方向，並且係沿分 割線DL之方向。
並且，隔開間隔沿掃描方向S配置第1曝光裝置11和第2曝光裝置12，在掃描方向S的上游側進行第1曝光製程，並在掃描方向S的下游側進行第2曝光製程。藉由第1曝光裝置11及第2曝光裝置12被照射之光係沿掃描方向S之方向且以不同的角度(θ 1、θ 2)被照射於被曝光面Bs者。
另外，在前述說明中，以配向材料膜顯示可逆性的光異構化反應設為前提，但是配向材料膜顯示不可逆性的光異構化反應時，能夠先進行前述第2曝光製程(對由第2曝光裝置12和遮罩M進行之分割區域中的1個區域之曝光)，之後進行第1曝光製程(對由第1曝光裝置11進行之單位圖像區域整個表面之曝光)。
第4圖係表示本發明的另一實施形態之光配向曝光方法及光配向曝光裝置之說明圖。第4圖(a)所示之實施形態中，光配向曝光裝置200具備第1曝光裝置11和第1遮罩M1、第2曝光裝置12和第2遮罩M2，在第1遮罩M1與被曝光面Bs之間配備有聚光機構21，在第2遮罩M2與被曝光面Bs之間被配備有聚光機構22。
依該光配向曝光裝置200，以傾斜之光照射角度θ 1對分割區域中的1個區域(第1分割區域Da1)照射光(例如紫外線)之第1曝光製程藉由第1曝光裝置11被執行，以與第1曝光製程中的光照射角度不同的角度且傾斜之光照射角度θ 2(=-θ 1)對分割區域中的另一區域(第2分割區域Da2)照射光(例如紫外線)之第2曝光製程藉由第2曝光裝置12被執行。第1曝光製程及第2曝光製程個別地經由具有與各個分割區域對應之遮罩圖案之第1遮罩M1、第2遮罩M2而照射光。並且，在第1曝光製程及第2曝光製程中，藉由聚光機構21、22聚集各遮罩圖案的透射光而照射於各個分割區域(第1分割區域Da1、第2分割區域Da2)。
第4圖(b)所示之實施形態中，光配向曝光裝置300具備第1曝光裝置11和第1遮罩M0、第2曝光裝置12和第2遮罩M2，在第2遮罩M2與被曝光面Bs之間被配備有聚光機構22。第1遮罩M0係用於單獨對分割區域中的1個亦即第1分割區域Da1進行接近式曝光者。
依該光配向曝光裝置300，以傾斜之光照射角度θ 1對分割區域中的1個區域(第1分割區域Da1)照射光(例如紫外線)之第1曝光製程藉由第1曝光裝置11被執行，以與第1曝光製程中的光照射角度不同的角度且傾斜之光照射角度θ 2(=-θ 1)對分割區域中的另一區域(第2分割區域Da2)照射光(例如紫外線)之第2曝光製程藉由第2曝光裝置12被執行。第1曝光製程及第2曝光製程個別地經由具有與各個分割區域對應之遮罩圖案之第1遮罩M0或第2遮罩M2而照射光。並且，在第2曝光製程中，藉由聚光機構22聚集遮罩圖案的透射光而照射於第2分割區域Da2。
第4圖(a)、(b)中，在被曝光面Bs具有單位圖像區域Pa之基板B沿掃描方向S移動。並且，與第3圖所示之例子相同，第1曝光裝置11和第2曝光裝置12隔開間隔沿掃描方向S配置，在掃描方向S的上游側進行第1曝光製程，在掃描方向S的下游側進行第2曝光製程。藉由第1曝光裝置11及第2曝光裝置12被照射之光係沿掃描方向S之方向且以不同的角度(θ 1、θ 2)被照射於被曝光面Bs者。
第5圖係表示用於本發明的實施形態之光配向曝光方法及光配向曝光裝置之遮罩及聚光機構的形態例之說明圖。圖中示出了第1遮罩M1和聚光機構21的例子，但是第2遮罩M2和聚光機構22同樣也能夠相同地形成。但是，第1遮罩M1具有與第1分割區域Da1對應之遮罩圖案，第2遮罩M2具有與第2分割區域Da2對應之遮罩圖案。第5圖(a)表示基板B的形態例，第5圖(b)表示第1遮罩M1和聚光機構21的一形態例，第5圖(c)表示第1遮罩M1和聚光機構21的另一形態例。
如第5圖(a)所示，單位圖像區域Pa配置成點陣形狀時，如第5圖(b)所示，與此對應之第1遮罩M1被形成有複數個狹縫狀的遮罩圖案(開口圖案)。在該例子中，每個開口Ma1被配置在被曝光面Bs上的第1分割區域Da1上，並具有與第1分割區域Da1大致相同的開口寬度W1。並且，狹縫狀的開口圖案的複數個開口Ma1相互平行，且向與掃描方向S交叉之方向並列。
聚光機構21相對於該第1遮罩M1能夠構成為例如在開口Ma1的光透射側個別地配置複數個單透鏡21a之微透鏡陣列。聚光機構21不限於該例子，亦可係在開口Ma1單獨配置柱面透鏡(半圓柱狀凸透鏡)者，或將半圓柱狀凸透鏡的複數個設為一體之雙凸透鏡等。
第5圖(c)所示之例子係將形成第1遮罩M1的遮罩圖案之開口Ma1配置成交錯狀之例子。各開口Ma1與第5圖(b)所示之例子相同地配置在第1分割區域Da1上。如上，藉由將開口Ma1配置成交錯狀而能夠使與各開口Ma1被對應配置之單透鏡21a的透鏡直徑設成比較大。並且，藉由調整配置成交錯狀之開口Ma1的長度而能夠適當調整與1個開口Ma1被對應配置之單透鏡21a的透鏡直徑。藉由調整單透鏡21a的透鏡直徑而能夠任意調整透射遮罩圖案之光的聚光程度。
第6圖係表示用於本發明的實施形態之光配向曝光方法及光配向曝光裝置之聚光機構的功能之說明圖。第6圖(a)係與掃描方向S交叉之方向的剖面圖，第6圖(b)係沿掃描方向S之方向的剖面圖。聚光機構21(22)將通過第1遮罩M1(第2遮罩M2)的遮罩圖案之光聚集於第1分割區域Da1(第2分割區域Da2)。亦即，藉由聚光機構21(22)對欲傾斜地透射第1遮罩M1(第2遮罩M2)的開口Ma1之光L1起到聚光作用，能夠將沒有聚光機構21(22)時，從第1分割區域Da1(第2分割區域Da2)向外超出之光L1'聚集於第1分割區域Da1(第2分割區域Da2)內。若作為聚光機構21(22)使用單透鏡，則通過開口Ma1之光 還沿掃描方向S被聚集，但是被曝光面Bs沿掃描方向S移動，所以不會發生由該聚光引起之曝光不均。
第7圖係表示用於本發明的實施形態之光配向曝光方法及光配向曝光裝置之聚光機構的另一實施例之說明圖。第7圖(a)係平面圖，第7圖(b)係第7圖(a)中的X-X剖面圖。藉此，聚光機構21(22)設置在第1遮罩M1(第2遮罩M2)的開口Ma1中的分割線DL側的邊緣附近。在圖示的例子中沿開口Ma1的邊緣配列複數個微小的單透鏡。 藉此，藉由聚光機構21(22)欲對傾斜透射第1遮罩M1(第2遮罩M2)的開口Ma1而越過分割線DL之光L1起到聚光作用，能夠將沒有聚光機構21(22)時，從第1分割區域Da1(第2分割區域Da2)向外超出之光L1'聚集於第1分割區域Da1(第2分割區域Da2)內。
依該種本發明的實施形態，能夠藉由聚光機構13、21、22聚集透射遮罩圖案且由平行光半角擴展之光抑制其擴展而照射於被曝光面Bs。藉此，能夠縮小在分割區域Da1、Da2的邊界附近被雙重曝光之區域，並能夠消除分割區域Da1、Da2中的邊界附近的配向紊亂。
依具有該種特徵之光配向曝光方法及光配向曝光裝置100、200、300，能夠在單位圖像區域Pa內的整個區域抑制配向紊亂，將單位圖像區域Pa內設為向單方向光配向之區域和向其他方向光配向之區域，所以在將光配向曝光方式適用於多域法時，能夠相對於單位圖像區域Pa的窄化確保充份的有效圖像區域。
以上，參照附圖對本發明的實施形態進行了詳述，但是具體結構並不限定於這些實施形態，不脫離本發明的主旨範圍內的設計上的變更等也屬於本發明。
10‧‧‧基板掃描機構
11‧‧‧第1曝光裝置
12‧‧‧第2曝光裝置
13‧‧‧聚光機構
100‧‧‧光配向曝光裝置
B‧‧‧基板
Bs‧‧‧被曝光面
Da1‧‧‧分割區域
Da2‧‧‧分割區域
DL‧‧‧分割線
M‧‧‧遮罩
Pa‧‧‧單位圖像區域
S‧‧‧掃描方向
θ 1‧‧‧光照射角度
θ 2‧‧‧光照射角度

Claims (7)

  1. 一種光配向曝光方法，其為將液晶顯示元件的各單位圖像區域分割成複數個分割區域，並將各分割區域的配向材料膜個別地向不同的方向進行光配向之方法，該方法的特徵為具有：第1曝光製程，以傾斜之光照射角度對前述單位圖像區域整個表面的被曝光面照射光；及第2曝光製程，以與前述第1曝光製程中的光照射角度不同的角度且傾斜之光照射角度對前述分割區域中的1個區域照射光，前述第2曝光製程經由包含與前述分割區域中的1個區域對應之遮罩圖案的遮罩照射光，並藉由聚光機構聚集前述遮罩圖案的透射光而照射於前述區域，且前述聚光機構係依每個前述遮罩圖案而與前述遮罩一體地設置。
  2. 一種光配向曝光方法，其為將液晶顯示元件的各單位圖像區域分割成複數個分割區域，並將各分割區域的配向材料膜個別地以不同的方向進行光配向之方法，該方法的特徵為具有：第1曝光製程，以傾斜之光照射角度對前述分割區域的1個區域的被曝光面照射光；及第2曝光製程，以與前述第1曝光製程中的光照射角度不同的角度且傾斜之光照射角度對前述分割區域中的另一區域的被曝光面照射光，前述第1曝光製程及第2曝光製程經由包含與曝光之各個分割區域對應之遮罩圖案的遮罩照射光，並藉由聚光機構聚集各遮罩圖案的透射光而照射於各個分割區域，且前述聚光機構係依每個前述遮罩圖案而與前述遮罩一體地設置。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之光配向曝光方法，其中，使具有前述單位圖像區域之基板朝向複數個前述單位圖像區 域的配列方向且沿前述分割區域的分割線之掃描方向移動，在前述掃描方向的上游側進行前述第1曝光製程，在前述掃描方向的下游側進行前述第2曝光製程，在前述第1曝光製程及第2曝光製程中，向沿前述掃描方向之方向照射光。
  4. 一種光配向曝光方法，其將液晶顯示元件的各單位圖像區域分割成複數個分割區域，並將各分割區域的配向材料膜個別地向不同的方向進行光配向之方法，該方法的特徵為：具有曝光製程，其以傾斜之光照射角度對前述分割區域中的1個區域照射光，前述曝光製程經由包含與曝光之分割區域對應之遮罩圖案的遮罩照射光，並藉由聚光機構聚集前述遮罩圖案的透射光而照射於曝光之分割區域，且前述聚光機構係依每個前述遮罩圖案而與前述遮罩一體地設置。
  5. 一種光配向曝光裝置，其為將液晶顯示元件的各單位圖像區域分割成複數個分割區域，並將各分割區域的配向材料膜個別地向不同的方向進行光配向之裝置，該裝置的特徵為，具備：遮罩，其具有與前述分割區域中的1個區域對應之遮罩圖案；曝光裝置，其經由前述遮罩以傾斜之光照射角度對前述分割區域中的1個區域的被曝光面照射光；及聚光機構，其與前述遮罩一體地設置，且針對每個前述遮罩圖案聚集前述遮罩圖案的透射光，並照射於曝光之分割區域。
  6. 如申請專利範圍第5項之光配向曝光裝置，其中具備基板掃描機構，其沿複數個前述單位圖像區域的配列方向且前述分割區域的分割線掃描具有前述單位圖像區域之基板，且沿前述基板掃描機構的掃描方向隔開間隔配置複數個前述曝 光裝置，複數個前述曝光裝置以沿前述掃描方向之方向且以不同的角度對被曝光面照射光。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之光配向曝光裝置，其中，前述聚光機構係沿前述遮罩圖案之邊緣配置有複數個單透鏡。
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