CN105739184A - 配向装置、配向***及配向方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种配向装置、配向***及配向方法，采用空间光调制器的无掩模扫描投影曝光，能够避免掩模与基板之间产生摩擦，通过空间光调制器反射出多个不同角度的光线照射至基板上，能够在基板上实现同时在非扫描方向上多个互为反相的拼接，携带空间光调制器多个反相信息的不同入射角度的光线可同时照射到基底表面，形成不同的配向角度，即只需要一次扫描曝光，就可以完成配向膜配向，可以提高产率。

Description

配向装置、配向***及配向方法

技术领域

本发明涉及液晶显示装置制造的配向领域，尤其涉及一种配向装置、配向***及配向方法。

背景技术

TFT-LCD(ThinFilmTransistor-LiquidCrystalDisplay，薄膜场效应晶体管液晶显示器)芯片成盒工艺段，为了使液晶独特的光学异向性能发挥其特性，必须使液晶具有特定的方向排列，配向工艺就是为了达到此目的。

传统的配向工艺是通过摩擦式配向(Rubbing-Alignment)来实现的，其使用毛绒布(材质为Cotton、Nylon、Rayon等)定向摩擦聚酰亚胺(Polyimide)的高分子薄膜表面后，使高分子主链因延伸而顺向排列，而产生的微沟槽可以诱导液晶分子沿着沟槽配列而达液晶分子的配向效果。此摩擦配向工艺的优点是操作时间极短，在常温下操作即可，具有量产特性，但若沿用至高世代大面积配向制程上，就会出现配向不均匀、粉尘颗粒、静电残留和摩擦印痕等种种问题，会使得制程良率大幅降低。有鉴于此，非接触的配向成为配向工艺中的最佳解决方案。

非接触式配向工艺目前主要有：光配向(Photo-Alignment)、离子束配向(Ionbeam-Alignment)、等离子配向(Plasmabeam-Alignment)等，而光配向技术是目前最多厂商研发的技术。光配向技术也有多种，如IPS(InPlaneSwitching，平面转换)，PSA(PolymerSustainedAlignment，聚合物稳定取向)，FFS(FringeFieldSwitching，广视角技术)和MVA(Multi-domainVerticalAlignment，多畴垂直对准)等。其中MVA技术的液晶屏具有最宽的视场角和最快的响应速度。因此受到各液晶配向厂商的青睐。

MVA为了实现更宽的视角，需要形成多畴(例如四畴)的液晶配向，每个畴中液晶分子的旋转方向都设计成不同，如图1(a)中通电时4畴中液晶分子的旋转方式所示。这就需要在像素的不同区域形成不同的预倾角和配向角。以夏普的四畴光配向为例进行的说明，通过两次曝光，其中，滤色镜(ColorFilter，CF)基板1和TFT基板2各两次，每次改变像素(Pixel)内的漏光位置，并在每次曝光时改变入射角的方向，从而实现两个区域的液晶光配向的不同预倾角，如图1(b)中CF基板1侧与TFT基板2侧贴近配向膜表面的液晶分子的指向及如图1(c)中CF基板1侧与TFT基板2侧配向膜配向方向所示，这样，CF基板1和TFT基板2各有两种不同的配向预倾角，2*2从而形成四畴配向，增加显示的视角范围。

夏普四畴MVA配向曝光方式如图2(a)和图2(b)所示，其中，曝光分为TFT基板2曝光和CF基板1曝光。图2(a)为TFT基板2曝光，为接近式扫描曝光。掩模3上开有漏光孔4，漏光孔4的宽度为单个颜色像素的一半。曝光时，先沿着A路径扫描，入射光入射角例如为5°。曝光单个颜色像素的一半，A路径曝光完成后，基板旋转180度，掩模3的通光孔4平移0.5个颜色像素，然后沿B路径扫描曝光，从而实现以例如-5°曝光另外半个颜色像素。从而实现如图1(c)所示的配向结果。

如图2(b)为CF基板1曝光，也为接近式曝光。CF基板1的曝光方式与TFT基板2基本相同，也是两次扫描曝光，扫描路径分别为图2(b)中的C和D。只是相对于TFT基板2，其扫描方向旋转了90°，从而实现如图1(c)所示的CF基板侧的配向结果。

分析夏普的配向曝光方式，可以看出其不足，如下：

1、不管是TFT基板还是CF基板，其配向都需要进行两次扫描曝光，如图2(a)中的A、B，图2(b)中的C、D，导致产率低下；

2、多次扫描曝光会导致流水线生产的配向设备庞大，价格昂贵；

3、其采用接近式曝光，光掩模与基板间距离贴近，加上掩模的自重变形，容易导致掩模与基板之间的摩擦划伤。

因此，需要提出一种新的非接触式配向工艺以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配向装置、配向***及配向方法，能够一次扫描曝光完成两个方向的配向，解决刮擦等问题。

为了实现上述目的，本发明提出了一种配向装置，包括：光源、空间光调制器及成像单元，所述光源发出的光线入射至所述空间光调制器，所述空间光调制器将入射光线反射成两种角度的出射光线，分别通过所述成像单元照射至基板上，所述两种角度的出射光线在基板上所成的像互为反相且在基板非扫描方向上进行拼接，使得一次扫描曝光即可完成基板两个方向的配向。

进一步的，在所述的配向装置中，所述空间光调制器为数字微镜阵列。

进一步的，在所述的配向装置中，所述空间光调制器将微镜的偏转角度设置为-α/2和+α/2，使得所述出射光线的两种角度分别为-α和+α。

进一步的，在所述的配向装置中，所述α为24°。

进一步的，在所述的配向装置中，在扫描方向上，所述空间光调制器的相邻的微镜偏转角度一致，在与所述扫描方向垂直的非扫描方向上，相邻的微镜偏转角度不同。

进一步的，在所述的配向装置中，还包括光线调整单元，所述光源发出的光线经过光线调整单元调整处理后至所述空间光调制器。

进一步的，在所述的配向装置中，所述光线调整单元包括准直扩束单元、匀光单元、光斑整形单元、偏振调节单元和反射镜，光线分别通过所述准直扩束单元、匀光单元、光斑整形单元和偏振调节单元，再经过反射镜垂直照射至所述空间光调制器上。

进一步的，在所述的配向装置中，所述成像单元数量为两个，分别用于将两种角度的出射光线依据所需相对于基板的入射角照射至基板上。

进一步的，在所述的配向装置中，每个所述成像单元均包括折光镜组和物镜，所述折光镜组和物镜均安装在一可调的工装上，从而调节所述出射光线相对于基板的入射角。

进一步的，在所述的配向装置中，所述物镜的数值孔径可调。

本发明还提出了一种配向***，包括两个以上如上文所述的配向装置，进行曝光视场的拼接。

本发明还提出了一种配向方法，采用如上文所述的任一种配向装置对基板进行配向处理，包括步骤：

提供光源，所述光源发射出光线入射至空间光调制器上；

设置所述空间光调制器，将入射光线反射成两种角度的出射光线；

两种角度的出射光线分别通过所述成像单元照射至基板上，所述两种角度的出射光线在基板上所成的像互为反相且在基板非扫描方向上进行拼接；

使所述基板沿扫描方向进行运动，一次扫描曝光即可完成基板两个方向的配向。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：采用空间光调制器(SLM，SpatialLightModulator)的无掩模扫描投影曝光，能够避免掩模与基板之间产生摩擦，通过空间光调制器反射出多个不同角度的光线照射至基板上，能够在基板上实现同时在非扫描方向上多个互为反相的拼接，携带空间光调制器多个反相信息的不同入射角度的光线可同时照射到基底表面，形成不同的配向角度，即只需要一次扫描曝光，就可以完成配向膜配向，可以提高产率。

附图说明

图1(a)至图1(c)为现有技术中MVA配向膜的配向示意图；

图2(a)和图2(b)为现有技术中MVA配向的曝光方式的结构示意图；

图3为本发明第一实施例中配向装置的结构示意图；

图4为本发明第一实施例中DMD将垂直入射的光束分为-24°和+24°两束光线的示意图；

图5为本发明第一实施例中RGB颜色像素和DMD微镜的尺寸关系；

图6(a)为本发明第一实施例中DMD微镜的角度排列示意图；

图6(b)为本发明第一实施例中DMD微镜沿-24°方向观察到的DMD图案；

图6(c)为本发明第一实施例中DMD微镜沿+24°方向观察到的DMD图案；

图7为本发明第一实施例中两个成像单元曝光图形及其配向方向示意图；

图8为本发明第一实施例中单次扫描曝光配向后的示意图；

图9为本发明第二实施例中配向装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的配向装置、配向***及配向方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关***或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

请参考图3，在本实施例中，提出了一种配向装置，包括：光源5、光线调整单元、空间光调制器10及两个成像单元，所述光源5发出的光线入射至所述空间光调制器10，所述空间光调制器10将入射光线反射成两种角度不同的出射光线，分别通过所述成像单元照射至基板15上，所述两种角度的出射光线在基板15上所成的像互为反相且在基板15非扫描方向上进行拼接，使得一次扫描曝光即可完成基板15两个方向的配向。

具体的，还包括光线调整单元，所述光源发出的光线经过光线调整单元调整处理后至所述空间光调制器。较佳地，所述光线调整单元包括准直扩束单元6、匀光单元7、光斑整形单元(图未示出)、偏振调节单元8和反射镜9，光线分别通过所述准直扩束单元6、匀光单元7、光斑整形单元、偏振调节单元8和反射镜9垂直照射至所述空间光调制器10上。

具体的，所述配向装置还包括控制器11，所述控制器11用于控制所述空间光调制器10的偏转角度及所述基板15沿扫描方向进行运动。

具体的，所述成像单元数量为两个，分别用于将两种角度的出射光线依据所需相对于基板的入射角照射至基板上。较佳地，所述成像单元包括折光镜组12a和12b和物镜13a和13b，一个所述空间光调制器10对应至少两个成像单元，在本实施例中，优选一个空间光调制器10和2个成像单元，如图3所示。在其他的实施例中，可以选择多个空间光调制器10，每个均配置2个成像单元。

光源发出的光经过光线调整单元后，入射至空间光调制器10。光线产生的照明光斑呈一个的矩形线偏振光斑，偏振方向由偏振调节单元8进行控制，光斑覆盖整个空间光调制器10面，从而实现对空间光调制器10的照明。

在本实施例中，所述光源5为汞灯或紫外激光器。所述空间光调制器为数字微镜阵列(DMD)。所述空间光调制器的个数大于等于1个。所述空间光调制器10将微镜的偏转角度设置为-α/2和+α/2，使得所述出射光线的两种角度分别为-α和+α，例如将微镜的偏转角度设置为-12°和+12°，可以通过输入数字信号0或1到控制器11中控制其偏转-12°或+12°。所述空间光调制器10由阵列型的微镜组成，在扫描方向上，相邻的微镜偏转角度一致，在与所述扫描方向垂直的非扫描方向上，相邻的微镜偏转角度不同，本实施例中即以-12°或+12°交错排列(如图6a所示)。由于空间光调制器10存在两个不同的偏转角度，因此垂直于空间光调制器10照射的光将被分为互为对称的两束光线，分别与入射光成-24°与+24°反射，其分束原理如图4所示。

反射光分别经过折光镜组12a和12b后进入物镜13a和物镜13b，并成像到涂覆有配向膜的基板15上,形成两个成像视场14a和14b。折光镜组12a和12b的作用是调节光入射到基板15面的入射角θ，入射角θ与配向膜的预倾角相关，并且随材料的不同，入射角θ有差别，入射角θ的大小由所述折光镜组12a和12b调节控制。因此，为了能够适应多种配向膜材料，可以将折光镜组12a和12b与投影的物镜13a和13b安装在一个可调的工装上，并模块化，从而使入射角θ能够比较方便的调节。折光镜组12a和12b可选用反射镜或棱镜以及其他具有折光效果的光学元件。

物镜13a和13b的倍率需要根据空间光调制器10的尺寸、TFT或CF基板上像素的尺寸决定，具体而言如图5所示，一个RGB颜色像素20需要配向两个方向，因此一个RGB颜色像素20由两个硅片面DMD像素16填充，而一个RGB颜色像素20包含R17、G18和B19共三个颜色像素，因此，一个RGB颜色像素20的边长为硅片面DMD像素16的6倍，TFT像素与CF像素大小相同，因此TFT像素与CF像素均是硅片面DMD像素16的6倍。例如一个TFT液晶像素的大小为540um，则硅片面一个DMD像素16的大小为90um，而DMD的微镜大小为10.8um，则物镜13a和13b的倍率应为90/10.8＝8.33，为放大8.33倍。此外，物镜13a和13b的NA(NumericalAperture，数值孔径)可调，具体由DMD像素16的分辨率、预倾角纯度决定。

在本实施例的另一方面，还提出了一种配向方法，采用如上文所述的配向装置对基板进行配向处理，包括步骤：

提供光源，所述光源发射出光线，经由光线调整单元调制后入射至空间光调制器上；

设置所述空间光调制器，将入射光线反射成两种角度的出射光线；

两种角度的出射光线分别通过所述成像单元照射至基板上，两种角度的出射光线在基板上所成的像互为反相且在基板非扫描方向上进行拼接，所述成像单元将所述出射光线照射至所述基板上的入射角为θ；

使所述基板沿扫描方向进行运动，一次扫描曝光即可完成基板两个方向的配向。

在本实施例中，图6a至图8介绍如何利用1次扫描曝光即可完成基板的配向。图6(a)显示了空间光调制器10上的部分区域，在非扫描方向(与扫描方向垂直)上包含4排微镜，扫描方向为6列。4排相邻的DMD微镜分别输入数字信号0、1、0、1，从而控制其进行-12°和+12°翻转，在左侧物镜13a(-24°方向)观察到的空间光调制器10的图案如图6(b)所示，在右侧物镜13b处(+24°方向)观察到的空间光调制器10的图案如图6(c)所示，可见，二者是反相的。

空间光调制器10经过左侧物镜13a成像到基板15上的图案如图7中实线所示，其配向方向与左侧物镜13a出射光的入射角相关，如图7中实线箭头所指方向。而空间光调制器10经过右侧物镜13b成像到基板15上的图案如图7中虚线所示，其配向方向与右侧物镜13b出射光的入射角相关，如图7中虚线箭头所指的方向。

随着基板15在扫描方向上与物镜13发生相对移动，经过左、右两侧物镜所成的DMD的像在基板面进行拼接。拼接只需要在非扫描方向保证一定的拼接精度，而在扫描方向，两侧物镜所成的空间像没有特殊的拼接要求，可以分隔一定的距离，如图7所示，这样，对于左右两路成像光路，在空间布局上可以更加灵活，不至于过于拥挤。

经过左、右两侧物镜13a和13b的空间光调制器10的像在基板15面进行拼接，这样就实现了两个不同入射方向的光同时曝光，并且这两种不同的入射光在非扫描方向，在像素间进行交替排列。其效果如图8所示，这样，仅仅需要一次扫描，就可以完成对基板15的两个配向方向的曝光，提高了产率。

此外，本实施例还具有以下有益效果：

1、现有配向技术方案为有掩模的接近式扫描曝光，本实施例为采用基于空间光调制器的无掩模扫描投影曝光,彻底解决了接近式扫描曝光中掩模与基板之间摩擦，从而导致掩模划伤的问题；

2、现有配向技术方案需要两次扫描曝光，才可以完成配向膜配向，而本实施例通过控制空间光调制器10中-12°偏转和+12°偏转的微镜布局，将垂直入射到空间光调制器10面的光分为-24°和+24°，并被两路光路收集成像到基板15上，基板15上的两个像互为反相并可以在非扫描方向拼接，也即携带空间光调制器10的两个反相信息的不同入射角度的偏振光可同时照射到基底15表面，形成不同的配向角度，只需要一次扫描曝光，就可以完成配向膜配向，因此提高了产率；

3、本实施例是基于空间光调制器的无掩模扫描投影曝光，其无掩模、扫描次数减少等特征，可以减小配向设备的尺寸，降低配向设备的成本；

4、相对于掩模曝光的配向方案，本实施例中的照明能量利用率更高。因为有掩模曝光中，掩模板上的铬挡光部分会造成照明能量的浪费，而本实施例中空间光调制器10的-12°部分和+12°部分同时被利用到，所以照明能量几乎全部被利用(DMD微镜的填充率大于90％)，这也从另一方面提高了产率；

5、本实施例可以通过调节物镜倍率，改变配向像素分辨率，实现兼容多种像素分辨率的需求。

实施例二

请参考图9，在本实施例中提出的配向装置与实施例一中的大致相同，不同的是，配向装置的数量为多个，即采用了多个空间光调制器10和成像单元进行曝光视场的拼接，从而能够进一步提高曝光效率，其中，实现了3个(但不限于3个)曝光视场21a、21b、21c的拼接。在本实施例中，即采用了三个配向装置，构成了一种配向***，进行曝光视场的拼接，当然，本领域技术人员理应知晓，所述配向***采用的配向装置可以不限于三个。为了简化附图，图9中并未一一示意出。其他部件以及配向方法均与实施例一相同，具体的请参考实施例一，在此不作赘述。

综上，在本发明实施例提供的配向装置、配向***及配向方法中，采用空间光调制器的无掩模扫描投影曝光，能够避免掩模与基板之间产生摩擦，通过空间光调制器反射出多个不同角度的光线照射至基板上，能够在基板上实现同时在非扫描方向上多个互为反相的拼接，携带空间光调制器多个反相信息的不同入射角度的光线可同时照射到基底表面，形成不同的配向角度，即只需要一次扫描曝光，就可以完成配向膜配向，可以提高产率。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种配向装置，其特征在于，包括：光源、空间光调制器及成像单元，所述光源发出的光线入射至所述空间光调制器，所述空间光调制器将入射光线反射成两种角度的出射光线，分别通过所述成像单元照射至基板上，所述两种角度的出射光线在基板上所成的像互为反相且在基板非扫描方向上进行拼接，使得一次扫描曝光即可完成基板两个方向的配向。

2.如权利要求1所述的配向装置，其特征在于，所述空间光调制器为数字微镜阵列。

3.如权利要求2所述的配向装置，其特征在于，所述空间光调制器将微镜的偏转角度设置为-α/2和+α/2，使得所述出射光线的两种角度分别为-α和+α。

4.如权利要求3所述的配向装置，其特征在于，所述α为24°。

5.如权利要求3所述的配向装置，其特征在于，在扫描方向上，所述空间光调制器的相邻的微镜偏转角度一致，在与所述扫描方向垂直的非扫描方向上，相邻的微镜偏转角度不同。

6.如权利要求1所述的配向装置，其特征在于，还包括光线调整单元，所述光源发出的光线经过光线调整单元调整处理后至所述空间光调制器。

7.如权利要求6所述的配向装置，其特征在于，所述光线调整单元包括准直扩束单元、匀光单元、光斑整形单元、偏振调节单元和反射镜，光线分别通过所述准直扩束单元、匀光单元、光斑整形单元和偏振调节单元，再经过反射镜垂直照射至所述空间光调制器上。

8.如权利要求1所述的配向装置，其特征在于，所述成像单元数量为两个，分别用于将两种角度的出射光线依据所需相对于基板的入射角照射至基板上。

9.如权利要求8所述的配向装置，其特征在于，每个所述成像单元均包括折光镜组和物镜，所述折光镜组和物镜均安装在一可调的工装上，从而调节所述出射光线相对于基板的入射角。

10.如权利要求9所述的配向装置，其特征在于，所述物镜的数值孔径可调。

11.一种配向***，其特征在于，包括两个以上如权利要求1所述的配向装置，进行曝光视场的拼接。

12.一种配向方法，采用如权利要求1至10所述的任一种配向装置对基板进行配向处理，其特征在于，包括步骤：

提供光源，所述光源发射出光线入射至空间光调制器上；

设置所述空间光调制器，将入射光线反射成两种角度的出射光线；

两种角度的出射光线分别通过所述成像单元照射至基板上，所述两种角度的出射光线在基板上所成的像互为反相且在基板非扫描方向上进行拼接；

使所述基板沿扫描方向进行运动，一次扫描曝光即可完成基板两个方向的配向。