TWI582541B - Light alignment exposure device and optical alignment exposure method - Google Patents

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Kazushige Hashimoto
Yoshinari ARAI
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Description

光配向曝光裝置及光配向曝光方法
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裝置及光配向曝光方法者。
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，經由遮罩的另一個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
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對被曝光基板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且相對於被曝光基板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分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，為了充分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分的有效圖像區域等。
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各特徵者。
一種光配向曝光裝置，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，該裝置的特徵為，具備：第1遮罩及第1曝光裝置，用 於單獨對前述分割區域中的一個亦即第1分割區域進行接近式曝光；第2遮罩及第2曝光裝置，單獨對前述分割區域中的一個亦即與前述第1分割區域鄰接之第2分割區域進行接近式曝光；及第3遮罩及第3曝光裝置，用於對前述第1分割區域和前述第2分割區域的邊界附近的前述第1分割區域側的區域進行曝光，相對於被曝光面，前述第3曝光裝置具備與前述第1曝光裝置相同的光照射角度，在第3遮罩的遮罩開口與被曝光面之間具備使遮罩透射光聚集於前述邊界附近的前述第1分割區域側的區域之聚光機構。
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，該方法的特徵為，具有：第1曝光製程，經由第1遮罩單獨對前述分割區域中的一個亦即第1分割區域進行接近式曝光；第2曝光製程，經由第2遮罩單獨對前述分割區域中的一個亦即與前述第1分割區域鄰接之第2分割區域進行接近式曝光；及第3曝光製程，經由第3遮罩對前述第1分割區域和前述第2分割區域的邊界附近的前述第1分割區域側的區域進行曝光，前述第3曝光製程以與前述第1曝光製程相同的光照射角度對被曝光面進行曝光，以在前述第3遮罩的遮罩開口與被曝光面之間配置聚光機構來使遮罩透射光聚集於在前述邊界附近的第1分割區域側的區域。
依該種結構，針對因由第1曝光裝置進行之曝光(在第1曝光製程中的曝光)和由第2曝光裝置進行之曝光(第2曝光製程中的曝光)而產生之第1分割區域和第2分割區域的邊界附近的配向紊亂，在產生配向紊亂之區域聚集由第3曝光裝置進行之曝光(由第3曝光製程進行之曝光)，從而能夠在產生配向紊亂之區域進行充分滿足光配向的強度的曝光。藉此，能夠在產生配向紊亂之區域實施與由第1曝光裝置進行 之曝光(第1曝光製程中的曝光)相同方向的光配向。
如此，依本發明的光配向曝光裝置及光配向曝光方法，在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，能夠相對於單位圖像區域的窄化確保充份的有效圖像區域。
1‧‧‧光源
2‧‧‧聚光透鏡
3‧‧‧複眼透鏡
10‧‧‧基板掃描機構
11‧‧‧第1曝光裝置
12‧‧‧第2曝光裝置
13‧‧‧第3曝光裝置
20‧‧‧聚光機構
20a‧‧‧單透鏡
B‧‧‧被曝光基板
Bs‧‧‧被曝光面
Da1‧‧‧第1分割區域
Da2‧‧‧第2分割區域
DL‧‧‧分割線
M‧‧‧遮罩
M1‧‧‧第1遮罩
M2‧‧‧第2遮罩
M3‧‧‧第3遮罩
P1‧‧‧像素
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圖中該圖(a)、(b)係表示本發明的一實施形態之光配向曝光裝置及光配向曝光方法之說明圖。
第4圖係表示用於本發明的實施形態之光配向曝光裝置之遮罩的例子之說明圖，該圖(a)表示第1遮罩的例子，該圖(b)表示第2遮罩的例子，該圖(c)表示第3遮罩的例子和聚光機構的配置例。
第5圖中該圖(a)~(c)係表示由本發明的實施形態之光配向曝光方法進行之被曝光面上的光配向狀態之說明圖。
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裝置及光配向曝光方法之說明圖。第3圖(a)表示光配向曝光裝置的結構例，第3圖(b)表示被曝光基板(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紫外線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遮罩M1及第1曝光裝置11、第2遮罩M2及第2曝光裝置12、第3遮罩M3及第3曝光裝置13。第1遮罩M1及第1曝光裝置11係用於單獨對前述分割區域中的一個亦即第1分割區域Da1進行接近式曝光者。第2遮罩M2及第2曝光製程12係用於單獨對前述分割區域中的一個亦即與前述第1分割區域Da1鄰接之第2分割區域Da2進行接近式曝光者。第3遮罩M3及第3曝光裝置13係用於對前述第1分割區域Da1和前述第2分割區域Da2的邊界附近(分割線DL附近)的第1分割區域Da1側的區域進行覆蓋曝光者。
第1曝光裝置11具備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被曝光基板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3曝光裝置13與第1曝光裝置11及第2曝光裝置12相同地具備照射紫外線之光源和將從光源射出之光以角度θ 1的傾斜角照射於被曝光面Bs之光學系統。相對於被曝光面Bs，第3曝光裝置13的角度(光照射角度)具備與第1曝光裝置11相同的光照射角度(角度θ 1)。第1曝光裝置11、第2曝光裝置12、及第3曝光裝置13的各光學系統係例如與現有技術中所示之曝光裝置相同地包括複眼透鏡和準直透鏡者。
並且，在第3遮罩M3的遮罩開口與被曝光面Bs之間具備使遮罩透射光聚集於第1分割區域Da1和第2分割區域Da2的邊界附近(分割線DL的附近)的第1分割區域Da1側的區域之聚光機構(聚光透鏡)20。
具備該種結構之光配向曝光裝置100針對由第1曝光裝置11進行 之曝光和由第2曝光裝置12進行之曝光產生之第1分割區域Da1和第2分割區域Da2的邊界附近的配向紊亂，在產生配向紊亂之區域聚集由第3曝光裝置13進行之曝光，從而能夠在產生配向紊亂之區域進行充份滿足光配向的強度的曝光。藉此，能夠在產生配向紊亂之區域實施與由第1曝光裝置11進行之曝光相同方向的光配向。
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，具有被曝光面Bs之被曝光基板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，將第1遮罩M1及第1曝光裝置11、第2遮罩M2及第2曝光裝置12、及第3遮罩M3及第3曝光裝置13沿掃描方向S隔開間隔而配置。第1曝光裝置11及第2曝光裝置12係照射沿掃描方向S且相對於被曝光面Bs不同角度(θ 1、θ 2)的照射紫外線曝光光者。第3曝光裝置13係照射沿掃描方向S且相對於被曝光面Bs之角度為θ 1的紫外線曝光光者。
依該種結構的光配向曝光裝置100，相對於沿掃描方向S移動之被曝光面Bs，首先在第1製程(第1曝光製程)中藉由第1曝光裝置11經由第1遮罩M1單獨對第1分割區域Da1進行接近式遮罩，在之後的第2製程(第2曝光製程)中，藉由第2曝光裝置12經由第2遮罩M2單獨對第2分割區域Da2進行接近式曝光。之後，在第3製程(第3曝光製程)中，藉由第3曝光裝置13經由第3遮罩M3對第1分割區域Da1和第2分割區域Da2的邊界附近(分割線DL附近)的第1分割區域Da1側的區域進行覆蓋曝光。第3製程(第3曝光製程)以與第1曝光製程相同之光照射角度(角度θ 1)對被曝光面Bs進行曝光，藉由在第3遮罩M3的遮罩開口和被曝光面Bs之間配置之聚光機構20使遮罩透射光聚集於第1分割區域Da1和第2分割區域Da2的邊界附近的第1分割區域Da1側的區域。
第4圖係表示用於本發明的實施形態之光配向曝光裝置之遮罩的例子之說明圖，第4圖(a)表示第1遮罩的例子，第4圖(b)表示第2遮罩的例子，第4圖(c)表示第3遮罩的例子和聚光機構的配置例。
如第3圖(b)所示，單位圖像區域Pa配置成點陣形狀時，與其對應之第1遮罩M1如第4圖(a)所示形成有複數個切縫狀的開口圖案。在該例子中，每個開口Ma1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大致相等的開口寬度W1。並且，切縫狀的開口圖案中複數個開口Ma1相互平行，且向與掃描方向S交叉之方向並列。
對此，第2遮罩M2如第4圖(b)所示在相對於第1遮罩M1僅滑動開口寬度W1量之位置形成有複數個切縫狀的開口圖案。每個開口Ma2配置在被曝光面Bs上的第2分割區域Da2上，開口Ma2具有與第2分割區域Da2大致相等的開口寬度W2。並且，切縫狀的開口圖案中複數個開口Ma2相互平行，且向與掃描方向S交叉之方向並列。
第3遮罩M3如第4圖(c)所示在成為第1分割區域Da1和第2分割區域Da2的邊界之分割線DL的第1分割區域Da1側被形成有複數個切縫狀的開口圖案。開口Ma3的寬度W3根據聚光機構20的聚光功能及遮罩M3與被曝光面Bs的距離而適當設定。
相對於該第3遮罩M3，聚光機構20例如能夠構成為在開口Ma3的光透射側個別地配置單透鏡20a之微透鏡陣列。單透鏡20a的聚光功能被設定成在因由第1曝光裝置11進行之曝光(在第1曝光製程中的曝光)和由第2曝光裝置12進行之曝光(在第2曝光製程中的曝光)產生之配向紊亂的區域的寬度聚集遮罩透射光。聚光機構20不限於該例子，亦可以係在每個開口Ma3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複數個設為一體之雙凸透鏡等。
第5圖係表示由本發明的實施形態之光配向方法進行之被曝光面 Bs上的光配向狀態之說明圖。第5圖(a)係表示由第1曝光製程進行之光配向狀態，第5圖(b)係表示由第2曝光製程進行之光配向狀態，第5圖(c)係由第3曝光製程進行之光配向狀態。在圖示的例子中，將一個像素P1按每一RGB的顏色劃分之子像素作為單位圖像區域Pa，並將各子像素分割成第1分割區域Da1和第2分割區域Da2。
在使用第4圖(a)所示之第1遮罩M1之第1曝光製程中，如第5圖(a)所示，單獨對各第1分割區域Da1實施與掃描方向S相同方向的光配向。接著，在使用第4圖(b)所示之第2遮罩M2之第2曝光製程中，如第5圖(b)所示，單獨對各第2分割區域Da2實施與掃描方向S相反方向的光配向。並且，在使用之後的第4圖(c)所示之第3遮罩M3和聚光機構20之第3曝光製程中，如第5圖(c)所示，單獨對沿各第1分割區域Da1和各第2分割區域Da2的邊界附近亦即分割線DL之第1分割區域Da1側的區域實施與掃描方向S相同方向的光配向。
依利用具有該種特徵之光配向曝光裝置100之光配向曝光方法，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另一方向光配向之區域，所以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，參照圖式詳述本發明的實施形態，但是具體結構並不限定於這些實施形態，即使有未脫離本發明的宗旨範圍的設計上的變更亦屬於本發明。尤其，第3圖所示之實施形態中示出了被曝光基板B移動(掃描)之態樣，但不限於此，亦可對已固定之被曝光基板B依次實施第1曝光製程、第2曝光製程、第3曝光製程。
10‧‧‧基板掃描機構
11‧‧‧第1曝光裝置
12‧‧‧第2曝光裝置
13‧‧‧第3曝光裝置
100‧‧‧光配向曝光裝置
B‧‧‧被曝光基板
Bs‧‧‧被曝光面
Da1‧‧‧第1分割區域
Da2‧‧‧第2分割區域
DL‧‧‧分割線
M1‧‧‧第1遮罩
M2‧‧‧第2遮罩
M3‧‧‧第3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 (4)

  1. 一種光配向曝光裝置，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，該裝置的特徵為：具備：第1遮罩及第1曝光裝置，用於單獨對前述分割區域中的一個亦即第1分割區域進行接近式曝光；第2遮罩及第2曝光裝置，用於單獨對與前述分割區域中的一個亦即前述第1分割區域鄰接之第2分割區域進行接近式曝光；及第3遮罩及第3曝光裝置，對前述第1分割區域和前述第2分割區域的邊界附近的前述第1分割區域側的區域進行曝光，相對於被曝光面，前述第3曝光裝置具備與前述第1曝光裝置相同的光照射角度，在前述第3遮罩的遮罩開口與被曝光面之間具備使遮罩透射光聚集於前述邊界附近的前述第1分割區域側的區域之聚光機構。
  2. 如申請專利範圍第1項之光配向曝光裝置，其中，具備基板掃描機構，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被曝光面之基板，沿前述基板掃描機構的掃描方向隔開間隔依次配置前述第1遮罩及前述第1曝光裝置、前述第2遮罩及前述第2曝光裝置、前述第3遮罩及前述第3曝光裝置，前述第1曝光裝置及前述第2曝光裝置照射沿前述掃描方向且相對於被曝光面不同角度的紫外線曝光光。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之光配向曝光裝置，其中，前述聚光機構係將單透鏡個別地配置於前述第3遮罩的複數個遮罩開口的光透射側之微透鏡陣列。
  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，該方法的特徵為，具有：第1曝光製程，經由第1遮罩單獨對前述分割區域中的一個亦即第1分割區域進行接近式曝光；第2曝光製程，經由第2遮罩單獨對前述分割區域中的一個亦即與前述第1分割區域鄰接之第2分割區域進行接近式曝光；及第3曝光製程，經由第3遮罩對前述第1分割區域和前述第2分割區域的邊界附近的前述第1分割區域側的區域進行曝光，前述第3曝光製程對被曝光面以與前述第1曝光製程相同的光照射角度進行曝光，在前述第3遮罩的遮罩開口與被曝光面之間配置聚光機構來使遮罩透射光聚集於前述邊界附近的前述第1分割區域側的區域。
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