專利名稱:輻照襯底的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及利用曝光能量處理襯底材料的設(shè)備和方法，更具體地涉及用于校準(zhǔn)以作為卷筒式饋送(web-fed)的襯底提供的液晶顯示器補(bǔ)償膜的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前液晶顯示器(LCD)應(yīng)用的快速增加完全是由于顯示器性能的提高。高對比度、良好的彩色再現(xiàn)和穩(wěn)定的灰度等級強(qiáng)度是對于采用液晶技術(shù)的電子顯示器的重要特征。對于對比度，主要制約液晶顯示器的是在暗或“黑”象素狀態(tài)下光泄漏的傾向。而且，這種泄漏和由此液晶顯示器的對比度還依賴于觀察顯示器屏的角度。典型地，只在視角以對顯示器的法線入射為中心的窄的視角之內(nèi)才能獲得最佳對比度，并且隨著視角的增加該最佳對比度快速下降。在彩色顯示器中，光泄漏不僅降低對比度，而且還產(chǎn)生不需要的色彩或色調(diào)偏移，降低色彩的重現(xiàn)。除了黑狀態(tài)的光泄漏，由于液晶材料的固有的光各向異性，作為視角函數(shù)的亮度電壓響應(yīng)中的偏移加劇了對于典型的扭曲向列的液晶顯示器的視角的約束。
因此，決定LCD顯示器質(zhì)量的一個主要因素是視角特性，其說明相對于不同視角的反差比的變化。期望在寬的視角范圍內(nèi)保持對比度，這也是液晶顯示器件公知的缺點。改善視角特性的一種方法是在偏振器和液晶單元之間插入具有適合光學(xué)特性的補(bǔ)償器(也稱為補(bǔ)償膜、延緩膜或延緩器)，例如在美國專利No.5583679，5853801，5619352，5978055和6160597中所公開的。廣泛采用的是根據(jù)美國專利No.5583679和5853801的基于顯示負(fù)雙折射的盤形分子液晶的補(bǔ)償膜。這種薄膜在較寬的視角范圍提供改善的對比度；然而，根據(jù)Satoh等的(“用于NW-TN-LCDs的作為視角補(bǔ)償器的向列混合和盤形分子混合膜的比較”，SID 2000文摘，347-349頁，(2000))，與由具有正雙折射的液晶材料制造的補(bǔ)償器相比，它承受較大的灰度水平圖像色彩偏移。為了在降低色彩偏移時獲得可比擬的反差比，一種補(bǔ)償膜的解決方案采用一對具有垂直正交光軸的液晶聚合物膜(LCP)，設(shè)置在液晶單元的每一側(cè)，如Chen等的(“寬視角光校準(zhǔn)的塑料膜(WideViewing Angle Photoaligned Plastic Films)”，SID 99文摘，98-101頁(1999))中所述。此論文闡述了“因為第二LPP/LCP延緩膜直接覆蓋在第一LCP延緩膜的上部，所以最終的寬視角延緩膜疊層的總厚度僅為幾微米厚”。盡管這種方法提供了非常緊湊的光學(xué)部件，但很難制造具有其光軸垂直取向的兩個LCP層的補(bǔ)償膜。在薄膜襯底為卷筒式饋送，例如連續(xù)的、輥至輥的制造工藝中的情況下，這是一個巨大的挑戰(zhàn)。
在處理液晶補(bǔ)償膜中，認(rèn)為光校準(zhǔn)(photo-alignment)方法比早期的摩擦校準(zhǔn)方法具有優(yōu)點。采用光校準(zhǔn)，典型地為線性光聚合介質(zhì)(LPP)的薄的校準(zhǔn)介質(zhì)被涂敷于襯底，然后典型地利用UV光進(jìn)行輻照以提供定向的校準(zhǔn)偏壓?；诓煌墓夥磻?yīng)工藝，存在多種光校準(zhǔn)方法。通常，光校準(zhǔn)方法可以是三種基本類型之一(1)如美國專利No.4974941中公開的異構(gòu)化是利用激光輻照的可逆處理，其中利用順反異構(gòu)化效應(yīng)校準(zhǔn)單體或單分子；(2)如美國專利No.5602661中公開的光二聚作用使用光致取向和包含交聯(lián)的聚合物側(cè)鏈的二聚作用；以及(3)光解離采用光以便各向異性地改變校準(zhǔn)介質(zhì)例如聚酰胺酸或聚酰亞胺或由酰胺酸和亞胺組成的共聚物。
在一種有前途的光二聚作用方法中，在LPP層之上提供液晶聚合物(LCP)層中的盤形分子液晶結(jié)構(gòu)以便產(chǎn)生優(yōu)選的校準(zhǔn)方向。利用這種方法的光校準(zhǔn)的大多數(shù)解決方案是以傾斜角將準(zhǔn)直的偏振UV光射向校準(zhǔn)LPP襯底以便在所需的方向上校準(zhǔn)聚合物分子，該方向為隨后涂敷的含有液晶結(jié)構(gòu)的LCP層提供預(yù)定傾角。應(yīng)當(dāng)清楚，對于適合的性能，只有LPP校準(zhǔn)層中的分子的小部分需要被光聚合。典型的LCP介質(zhì)包括二丙烯酸酯和雙環(huán)氧化合物和類似的可交聯(lián)液晶材料。LCPs可以具有固有的正光學(xué)各向異性，例如用二丙烯酸酯，或負(fù)各向異性和不穩(wěn)定的雙軸特性，例如用盤形分子液晶材料。
已經(jīng)采用多種不同的光校準(zhǔn)介質(zhì)和技術(shù)來提供用于不同類型液晶顯示介質(zhì)所需的預(yù)定傾角。對于適合種類的LPP介質(zhì)，提供用于校準(zhǔn)的輻照的光學(xué)設(shè)備必須滿足以下標(biāo)準(zhǔn)1、額定10-15mJ/cm2的曝光量。
2、波長范圍窄。適合于校準(zhǔn)輻照的精確范圍取決于材料。對于多種類型的校準(zhǔn)襯底，UV-B(280-320nm)是優(yōu)選的范圍。為了使不希望的校準(zhǔn)影響或不需要的溫度效應(yīng)最小，優(yōu)選放棄一些波長。對于輥至輥制造設(shè)備中的效率，放棄不希望的波長非常重要，在該設(shè)備中加工以每分鐘幾百英尺行進(jìn)的襯底的卷材。如此高的速度，對于在所需波長的輻射必須的增加容易帶來從光譜的其它部分中的不需要的輻照量的增加。例如，由激發(fā)汞或離子摻雜的汞分子的一類燈有效地產(chǎn)生UV光。這種燈典型地產(chǎn)生UV-C(200-280nm)、UV-B(280-320nm)、UV-A(320-400nm)、可見光和紅外光。對于選擇UV-B作為優(yōu)選的光譜范圍的實施例，需要限制光譜的其它成分對卷材的輻照和總的曝光。
3、均勻的曝光劑量。曝光劑量表示為每單位面積的能量。應(yīng)當(dāng)清楚，即使在一些應(yīng)用中跨越被輻照表面的劑量變化達(dá)到+/-50％之多的情況下，劑量水平或可稱作曝光水平也能提供可接受的校準(zhǔn)結(jié)果。然而，劑量均勻性的合理補(bǔ)償有助于獲得均勻的校準(zhǔn)結(jié)果，使襯底中央處的水平和襯底邊緣處的水平之間的強(qiáng)度水平變化最小。
4、均勻的偏振方向。施加的校準(zhǔn)輻射被嚴(yán)重偏振的重要性沒有被提出。然而，對于LPP類的材料，當(dāng)曝光輻射具有高度均勻的偏振方向時，就能獲得最好的結(jié)果。為了維持高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量和均勻校準(zhǔn)，優(yōu)選提供一致的偏振方向，在整個輻射表面之上不超過1度的變化。當(dāng)然，當(dāng)輻射大范圍的表面時，需要強(qiáng)調(diào)維持偏振的方向均勻性的這種容差的問題。
5、用于預(yù)傾斜的傾斜入射角。典型地，為了將必須的預(yù)傾斜角提供到LPP材料，就需要距介質(zhì)的法線入射的一些偏移。對于大多數(shù)的應(yīng)用，允許寬范圍的入射角例如超過10-70度范圍。我們將稱這種照明為具有預(yù)定傾斜的照明，應(yīng)當(dāng)理解，傾斜指多重入射角的平均角度而不是單一照明角度。
已經(jīng)開發(fā)的一些傳統(tǒng)系統(tǒng)通常滿足用于在小范圍內(nèi)輻照校準(zhǔn)介質(zhì)的上述1-5的大多數(shù)要求。然而，很明顯，當(dāng)被輻照的表面面積或曝光區(qū)增加時就很難滿足這些要求。傳統(tǒng)方法尚不能適合有效地輻照卷筒式饋送的襯底的需要，在襯底以制造的速度移動通過輻照設(shè)備且卷材寬度超過1m的情況下。
除對于大規(guī)模光校準(zhǔn)處理的要求之外，還存在一種需要，即提供具有復(fù)合LPP/LCP結(jié)構(gòu)的薄膜，其中已經(jīng)處理了兩個校準(zhǔn)表面以致它們各自的光軸接近90度，就是說，它們各自的光軸彼此相對垂直。傳統(tǒng)方法仍然不能為卷筒式饋送的介質(zhì)提供實現(xiàn)此需要的適合的解決方案。
在用于光校準(zhǔn)的提出的現(xiàn)有技術(shù)解決方法中有多種掃視的解決方法美國專利No.5889571公開了一種用于跨越襯底掃描線性偏振UV以便獲得校準(zhǔn)層均勻性的輻照設(shè)備。美國專利No.5889571強(qiáng)調(diào)傾斜輻照的重要性。這種方法最適合于薄片形式提供的襯底而不適合于由卷材連續(xù)地饋送的襯底。
美國專利No.6295110公開了一種用于跨越襯底施加偏振UV輻射的基于激光的系統(tǒng)。設(shè)計是為具有對角線大約為10英寸或稍微更大范圍的襯底進(jìn)行的，對于所采用的光學(xué)輻射類型，美國專利No.6295110的方法在超過此尺寸限制的面積之上提供二維輻照。然而，在將這種類型的方法用于具有1m寬或更大的尺寸的卷筒式饋送襯底時就存在實用上的限制。
應(yīng)當(dāng)注意，強(qiáng)輻照度條件有益于在高速輥至輥制造設(shè)備中的應(yīng)用，特別是需要提供緊湊系統(tǒng)的場合。在這種環(huán)境下卷材上的峰值輻照度可在大約50毫瓦/cm2至幾百毫瓦/cm2值的范圍。這就意味著在任何偏振器上的平均輻照度將更高。借助例如可以利用100-600W范圍功率水平的中等壓力長弧汞燈施加的范圍的輻照度，不適合采用傳統(tǒng)的樹脂基偏振器。例如，這種類型的輻照超過例如3M(St.Paul，MN)的HNP`B-線性偏振器的偏振器的實際工作范圍。片式偏振器通常不能處理較強(qiáng)的輻照強(qiáng)度并且會在延長的曝光周期快速退化?？紤]到這種限制，用于在大面積之上提供偏振的輻照的現(xiàn)有技術(shù)的方法包括以下方法美國專利No.6190016公開了一種利用在光學(xué)系統(tǒng)中的不同點處設(shè)置的橢圓形聚焦鏡、積分透鏡和偏振器的輻照設(shè)備。美國專利No.6190016強(qiáng)調(diào)入射到偏振器的準(zhǔn)直光量以便提高偏振性能。公開了利用布儒斯特(Brewster)平板偏振器用于大范圍的表面。
美國專利No.5934780公開了一種使用具有橢圓形聚焦鏡的UV光源的曝光設(shè)備，其中該設(shè)備包括積分透鏡、偏振器和準(zhǔn)直光學(xué)器件。在優(yōu)選實施例中采用布儒斯特平板偏振器。對于達(dá)到某一尺寸的襯底，這種方法可以很好地工作。然而，對于大襯底存在制約布儒斯特平板偏振器的使用的實際尺寸限制。類似地，EP 1020739A2公開了一種改進(jìn)的布儒斯特平板設(shè)置。作為布儒斯特平板偏振器的變型，EP1172684公開了一種改進(jìn)的V型布儒斯特的角度設(shè)置。然而，類似的重量和尺寸的限制同樣制約了這種方法的可行性。
美國專利No.6292296公開了一種大尺度的偏振器，該偏振器包括以布儒斯特角設(shè)置的多個石英片，用于采用UV輻照的系統(tǒng)。然而，特別是作為對于具有大輻照面積的卷筒式饋送的曝光系統(tǒng)的解決方法，這種設(shè)置將非常昂貴且體積大。
如上所述的書顯示設(shè)計用于大曝光區(qū)的輻照設(shè)備已經(jīng)使用了相當(dāng)大的偏振部件，典型為以布儒斯特角設(shè)置的石英或玻璃板。由于這些偏振器的相對尺寸和重量的阻礙，這種輻照設(shè)備必然以較低的效率將光能量傳送到曝光表面。因此，利用布儒斯特平板的傳統(tǒng)偏振器或基于布儒斯特角原理的干涉偏振器同樣顯示了高度的角度依賴。就是說，為了獲得均勻偏振的光輸出，就必須基本上準(zhǔn)直入射光。
值得注意的是，布儒斯特平板偏振器例如在美國專利No.5934780和美國專利No.6061138和6307609中所示的偏振器并非最佳用于提供均勻的偏振，除非采用高度準(zhǔn)直的光。只有當(dāng)布儒斯特平板的平面位于非常有限的角度范圍時，相對于被輻照表面，布儒斯特平板偏振器的偏振的主軸才是均勻的。否則，布儒斯特平板偏振器不具有良好限定的、均勻的偏振主軸。借助布儒斯特平板偏振器，偏振方向取決于進(jìn)光的角度方向。對于每個光束的方向，如圖16a和16b所示，在入射點處建立與含有入射和射出光束的子午面對準(zhǔn)的特定局部坐標(biāo)系統(tǒng)。因此，當(dāng)存在不同角度的幾個進(jìn)入的光束時，布儒斯特平板偏振器相應(yīng)地提供多重偏振方向，就是說，多重偏振軸。而且，布儒斯特平板偏振器只在一個方向上操作；采用布儒斯特平板偏振器用于在卷筒式饋送的襯底上獲得多重LPP校準(zhǔn)層的正交偏振將是不實用的。此外，為了提供重疊的LPP層的正交校準(zhǔn)，需要暴露單獨切割的介質(zhì)片，旋轉(zhuǎn)該介質(zhì)以便獲得正交曝光。布儒斯特平板方法不緊湊或不實用于長弧光燈，特別地不實用于必須獲得正交曝光方向的情況。
參照圖16a和16b，圖16a和16b示出對于布儒斯特平板偏振器132，偏振主軸126如何隨不同角度的入射光束124變化。如這些圖中所示，由入射光束124、反射光束120和透射光束122限定子午面130。取決于入射光束124的入射角，偏振主軸126具有相對于參考方向128的可變角ψ1或ψ2。從幾何角度看，子午面130的傾角導(dǎo)致了偏振主軸126的改變。
相反，傳統(tǒng)的片式偏振器具有為處于入射角范圍內(nèi)的光提供均勻偏振主軸的特性。片式偏振器還能夠被旋轉(zhuǎn)以便校準(zhǔn)允許例如在連續(xù)的基于卷材的制造工藝中所需要的正交校準(zhǔn)曝光。然而，在強(qiáng)UV光輻照度的條件下片式偏振器并不堅固并且會快速退化。因此，可以看出，在相對強(qiáng)輻照水平下并且對于相對寬的入射角下的入射光，利用傳統(tǒng)的偏振部件和技術(shù)就很難獲得UV-B光(280-320nm)的有效偏振。
通常，在紅外和更長波長的應(yīng)用中已經(jīng)使用了柵網(wǎng)偏振器。特別是最近，已經(jīng)開發(fā)了利用可見光的柵網(wǎng)偏振器(wire gridpolarizer)，如在美國專利No.6234634和6243199中所公開的。盡管在1983年就實驗性的說明了用于UV應(yīng)用的柵網(wǎng)偏振器概念(參見Sonek等的《應(yīng)用光學(xué)》第22期，第1270-1271頁；其中在石英襯底上蒸發(fā)115nm厚度的鋁以覆蓋大約200-800nm的波長范圍)，但只有到最近才有商業(yè)應(yīng)用的利用UV光范圍的柵網(wǎng)偏振器件。柵網(wǎng)偏振器在高熱和強(qiáng)輻照度應(yīng)用中具有固有的優(yōu)點，而傳統(tǒng)的片式偏振器則不適用。柵網(wǎng)偏振器還比其它類型的偏振器，特別是比布儒斯特平板和干涉型偏振器具有更小的角度依賴。有利地，柵網(wǎng)偏振器具有小空間輪廓(dimensional profile)，使它們能夠被用于在沿光軸的空間可為最小的情況下代替片式偏振器。此外，柵網(wǎng)偏振器相對于偏振主軸顯示出優(yōu)良的響應(yīng)，類似于用如上所述的片式偏振器得到的。例如，如圖所示，在圖16c和16d中，當(dāng)入射光束124具有入射角的范圍時，柵網(wǎng)偏振器134相對于參考方向128提供完全均勻的偏振主軸126。這種能力表示，例如，柵網(wǎng)偏振器134可以相對于入射光束124傾斜而不存在對應(yīng)于偏振主軸126的變化。在此方式中，柵網(wǎng)偏振器134的偏振主軸126在寬角度范圍上不依賴于入射光束124入射的角度。然而，柵網(wǎng)偏振器件在尺寸上不適合在大的曝光區(qū)域之上施加偏振光的需要。
或者，斯特棱光學(xué)公司(Sterling Optic)(Williamstown，KY)的商業(yè)可得到的貝爾畢(Beilby)層偏振器具有有效偏振UV光譜中的光的所需特性。這種類型的偏振器采用提供并固定到熔凝硅石的單向拋光板的偶氮染料。對于貝爾畢層的并發(fā)角的接受角(subsequentangular acceptance angle)超出了任何一種商業(yè)可得到的干涉濾波器、布儒斯特平板或UV柵網(wǎng)偏振器的接受角，對高熱或強(qiáng)輻射的表面回彈性超過樹脂基片式偏振器的表面回彈性。貝爾畢層偏振器還顯示出小空間輪廓和相對于偏振主軸的良好響應(yīng)。
已經(jīng)公開了用于光校準(zhǔn)的多個不同種類光源，例如WO00/46634公開了一種用于襯底校準(zhǔn)的方法，其利用在傾斜方向施加的未被偏振或圓偏振的光源。
美國專利No.4974941公開了優(yōu)選利用激光光源的校準(zhǔn)和重校準(zhǔn)。
美國專利No.5389698公開了利用線性偏振UV用于光聚合物輻照。類似地，美國專利No.5936691公開了利用線性偏振UV用于光聚合物輻照，該UV光源位于鄰近襯底表面。
如上所述，準(zhǔn)直或基本上準(zhǔn)直的光的使用在很大程度上由偏振器的特性決定。在相關(guān)的曝光工藝應(yīng)用中，認(rèn)為準(zhǔn)直光具有優(yōu)點，例如如下的這些實例美國專利No.5604615和EP 0684500 A2公開了通過使準(zhǔn)直的UV穿過光掩模中的縫隙來形成校準(zhǔn)層。
在相關(guān)的固化應(yīng)用中，美國專利No.6210644公開了使UV穿過條形校準(zhǔn)器用于固化樹脂。
美國專利No.6061138和6307609公開了一種利用曝光輻射用于校準(zhǔn)的方法和設(shè)備，即“部分偏振”和“部分準(zhǔn)直”。通過“部分偏振”，此說明書確定一個從1∶100到100∶1的S∶P值的寬范圍，優(yōu)選從0.5∶1到30∶1的范圍。通過“部分準(zhǔn)直”，這些說明書確定了在一個方向上的大于約5度并小于約30度的發(fā)散的寬范圍。利用這種寬范圍簡單地說明了對于偏振和準(zhǔn)直兩者可接受的一些重要的變化程度。當(dāng)然，實際上大多數(shù)偏振器工作在美國專利No.6061138所述的寬范圍內(nèi)，特別在相當(dāng)大的曝光區(qū)上。如眾所周知并示出在美國專利No.6190016的說明書中的，僅對于偏振的一致控制需要一定程度的準(zhǔn)直。當(dāng)光僅穿過孔隙并不被另外的方式阻擋、聚焦、投射或漫射時，就會在美國專利No.6061138所述的寬范圍之上產(chǎn)生部分準(zhǔn)直。阻擋雜散光的擋板或孔隙需要在美國專利No.6061138中公開的范圍之內(nèi)進(jìn)行“準(zhǔn)直”。在美國專利No.5934780中公開的早期的工作類似地展示出具有相對弱偏振的部分準(zhǔn)直光的使用以及用于曝光能量的相對大入射角的使用，覆蓋了美國專利No.6061138中規(guī)定的范圍。另一個早期專利EP 0684500 A2闡述了輻照偏振光束的準(zhǔn)直是優(yōu)選的，但不要求準(zhǔn)直。
因此，現(xiàn)有技術(shù)似乎指出自身認(rèn)為的準(zhǔn)直不如曝光輻射的其它特性重要。確實，例如，通過利用例如使用反射護(hù)罩的裝置利用在所有方向上發(fā)射的光，為了有效地聚集并將光射到襯底上，一定程度的準(zhǔn)直是完全必須的。如上所述，由于一般不裝配偏振裝置來處理入射光發(fā)散的寬的變化，所以需要一定程度的準(zhǔn)直用于對光進(jìn)行偏振。但是，注意到自身特性，準(zhǔn)直可具有相對于曝光的其它特性的次要的重要性。
相反，為了獲得好的結(jié)果，維持一致的偏振方向或方位角就顯得非常重要。聚合方向或LC校準(zhǔn)材料的選擇嚴(yán)格對應(yīng)于偏振方向。事實上，已經(jīng)證明，如美國專利No.6061138中建議并如Schadt等(日本應(yīng)用物理雜志，1992年第31卷第2155-2164頁的“借助線性聚合的光聚合物的液晶的表面感應(yīng)的平行校準(zhǔn)(Surface-Induced ParallelAlignment of Liquid Crystals by Linearly PoymerizedPhotopolymers)”)公開的早期工作所展示的部分偏振顯然可以接受，只要該部分偏振維持一致的偏振方向。美國專利No.5934780的說明書強(qiáng)調(diào)了這種偏振方向的重要性。已經(jīng)說明，當(dāng)曝光能量稍微均勻分布并且當(dāng)偏振方向嚴(yán)格控制在大約1度的范圍之內(nèi)時在曝光區(qū)就能獲得最佳結(jié)果。
正如上面引證的現(xiàn)有技術(shù)解決方案中所述，用高強(qiáng)度的UV-B輻照以嚴(yán)格控制的偏振方向在寬的曝光區(qū)上獲得偏振是非常困難的。難于獲得以合理的成本提供偏振UV-B光的UV-B光源。而且，高熱和強(qiáng)輻照度要求在相當(dāng)程度上需要濾波器和偏振部件。傳統(tǒng)的樹脂基片式偏振器不能承受高的輻照和高熱條件。布儒斯特平板和干涉濾波器能夠承受這些條件，但是存在尺寸和重量的缺點以及接受角的限制。
更復(fù)雜的原因是，已經(jīng)證實當(dāng)卷材材料曝光時難于獲得并維持輻射能量強(qiáng)度的控制。從線性光源獲得均勻的劑量分布需要用于重定向所施加的能量的一些設(shè)備，以致被照表面邊緣處的強(qiáng)度與表面中心處的強(qiáng)度不會明顯不同。雖然容許限度不嚴(yán)格，但是還是期望達(dá)到某種合理程度的一致。
LC材料的節(jié)省成本的批量制造需要高產(chǎn)量。這就必須使用一致地提供到快速曝光并固化的材料上的足夠的強(qiáng)度水平。盡管傳統(tǒng)方法提供高容量卷筒式饋送制造的一些能力，很明顯，存在一種對現(xiàn)有技術(shù)方法的加工速度、成本和質(zhì)量進(jìn)行改善的空間。
應(yīng)當(dāng)清楚，存在有利的用于制造具有正交布置的光學(xué)特性的補(bǔ)償膜的制造設(shè)備和方法。這種薄膜將提高液晶顯示器的視角性能，用于包括扭曲向列型(TN)、超扭曲向列型(STN)、光學(xué)補(bǔ)償彎曲(OCB)、板內(nèi)切換(IPS)和垂直校準(zhǔn)(VA)液晶顯示器的顯示技術(shù)。在美國專利No.5619352、5410422和4701028中描述了這些不同的液晶顯示器技術(shù)。傳統(tǒng)方法不能提供用于批量制造這種補(bǔ)償膜的適合方法。
因此，應(yīng)當(dāng)看出，存在對于改進(jìn)的設(shè)備和方法的需要，該設(shè)備和方法用于制造作為卷筒式饋送襯底提供的液晶顯示器補(bǔ)償膜，且該膜包括兩個正交取向的校準(zhǔn)層(alignment layer)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種設(shè)備和方法，該設(shè)備和方法用于用偏振輻射輻照液晶襯底，該偏振輻射具有基本上均勻的曝光和高度均勻的偏振方向?？紤]到此目的，本發(fā)明還提供一種光學(xué)曝光設(shè)備，該曝光設(shè)備用于在卷筒式饋送的襯底上形成校準(zhǔn)層，該設(shè)備包括(a)輻照設(shè)備，在跨越襯底的整個寬度的曝光區(qū)上，用于將入射紫外光以預(yù)定的平均傾斜角射向襯底，該輻照設(shè)備包括(a1)光源，用于提供所述入射紫外光；(a2)光定向裝置，用于相對于襯底表面以所述預(yù)定的平均傾斜角定向所述入射紫外光；以及(b)偏振器，設(shè)置在所述光定向裝置和襯底之間并可旋轉(zhuǎn)取向以便保持偏振主軸具有相對于卷材運動方向的預(yù)定取向，所述偏振主軸不依賴于所述傾斜角。
本發(fā)明的另一個方面提供一種方法，該方法用于制造多層卷筒式饋送襯底，該卷筒式饋送襯底具有沿第一光軸校準(zhǔn)的第一液晶薄膜層和沿第二光軸校準(zhǔn)的第二液晶薄膜層，所述第二光軸正交于所述第一光軸，該方法包括(a)將第一校準(zhǔn)層涂敷到襯底以形成多層膜；(b)用入射紫外光輻照所述第一校準(zhǔn)層以便提供在第一方向上的校準(zhǔn)，該入射紫外光以相對于多層膜的表面的第一角度通過具有第一偏振主軸的第一偏振器；(c)將第二校準(zhǔn)層涂敷到所述多層膜；以及(d)用入射紫外光輻照所述第二校準(zhǔn)層以便提供在第二方向上的校準(zhǔn)，該入射紫外光以相對于多層膜的表面的第二角度通過具有第二偏振主軸的第二偏振器，所述第二角度正交于所述第一角度。
本發(fā)明的一個特征是具有非常均勻偏振方向的偏振光在大的輻照區(qū)上直射。本發(fā)明能夠?qū)⑾鄬τ谄穹较蛟?度之內(nèi)均勻的線性偏振光射向?qū)挾瘸^1米的整個曝光區(qū)域上。
本發(fā)明的優(yōu)點是提供一種輻照設(shè)備，該輻照設(shè)備適合于在多個偏振方向中的一個方向上曝光。利用這種特性，第一輻照設(shè)備用具有第一偏振方向的偏振光輻照襯底，第二輻照設(shè)備用具有正交于第一方向的第二偏振方向的偏振光輻照襯底，第二輻照設(shè)備與第一輻照設(shè)備結(jié)構(gòu)和部件相似、但以不同角度設(shè)置并具有不同數(shù)量和結(jié)構(gòu)的支撐棱鏡或柵格(louver)。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是提供具有高度一致的偏振方向的UV光，同時在寬的曝光區(qū)上維持相對均勻的輻照。不需要準(zhǔn)直光就能提供在此曝光區(qū)上的一致、均勻的偏振方向。
本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點是提供一種能夠連續(xù)地列式(in-line)處理卷筒式饋送襯底的系統(tǒng)，該襯底具有彼此相互正交校準(zhǔn)的多個校準(zhǔn)層(alignment layer)。
本發(fā)明的再一個優(yōu)點是通過靠近襯底表面設(shè)置照明光源來提供一種比現(xiàn)有技術(shù)的光校準(zhǔn)系統(tǒng)改進(jìn)的能量效率。
本發(fā)明的再一個優(yōu)點是提供一種用于在較大的曝光區(qū)之上進(jìn)行輻照的相對緊湊的設(shè)備。
本發(fā)明的再一個優(yōu)點是為了提高處理速度允許順次組合多個輻照設(shè)備。
本發(fā)明的再一個優(yōu)點是提供一種用于在液晶襯底之中形成校準(zhǔn)層的改進(jìn)的無接觸且無塵的方法。



本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀以下結(jié)合附圖的詳細(xì)的說明，本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)點將變得明顯，在附圖中顯示并描述了本發(fā)明的說明性的實施例。
雖然說明書以特別提出并清楚地要求本發(fā)明的主題的權(quán)利要求
來結(jié)束，但應(yīng)當(dāng)相信，從以下結(jié)合附圖的說明中將更好地理解本發(fā)明，其中圖1是顯示用于處理液晶補(bǔ)償膜的多層卷材的本發(fā)明系統(tǒng)的方框圖；圖2是顯示利用本發(fā)明的設(shè)備處理的補(bǔ)償膜的介質(zhì)層的剖面圖；圖3是顯示補(bǔ)償膜層中結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵幾何關(guān)系透視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的輻照設(shè)備的透視圖；圖5是示出輻照設(shè)備部件的一種構(gòu)形的前視分解圖；圖6a是0度構(gòu)形的輻照設(shè)備的前視圖；圖6b是0度構(gòu)形的輻照設(shè)備的側(cè)剖面圖；圖7a是90度構(gòu)形的輻照設(shè)備的前視圖；圖7b是90度構(gòu)形的輻照設(shè)備的側(cè)剖面圖；圖8a是顯示當(dāng)90度構(gòu)形時柵格陣列的前視圖；圖8b是顯示在卷材移動方向上角發(fā)散限制的90度構(gòu)形的輻照設(shè)備的側(cè)剖面圖；圖9是顯示當(dāng)處于90度構(gòu)形時轉(zhuǎn)向棱鏡陣列(divertive prismarray)的前視圖；圖10是顯示柵格陣列的光定向操作的典型前視圖；圖11是顯示轉(zhuǎn)向棱鏡陣列的光定向操作的典型前視圖；圖12a是棱鏡陣列的透視頂視圖；圖12b是顯示棱鏡陣列的操作以便減少角發(fā)散的典型前視圖；圖13是顯示棱鏡陣列和轉(zhuǎn)向棱鏡陣列的組合操作的典型前視圖；圖14a是顯示柵網(wǎng)偏振器陣列的平面圖；圖14b是顯示在優(yōu)選實施例中柵網(wǎng)偏振器陣列是如何組裝的透視圖；
圖15是顯示利用燈陣列作為光源的重疊圖案的光源的替換方案的頂視圖；圖16a和16b圖示表示布儒斯特平板偏振器對不同入射角的光的角度響應(yīng)；以及圖16c和16d圖示表示與圖16a和16b相比較的柵網(wǎng)偏振器和貝爾畢層偏振器的角度響應(yīng)。
具體實施方式
本說明書具體直接地指向形成根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一部分的元件或更直接地與根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備共同工作的元件。應(yīng)當(dāng)理解，沒有特別地示出或描述的元件可以采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的各種形式的元件。
處理系統(tǒng)參照圖1，示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的一種處理設(shè)備10，處理設(shè)備10用于處理如在圖1中表示為從左至右移動的卷材16饋送的透明襯底的原料輥(source roll)12，以便提供完成的成品輥(goodsroll)14。在優(yōu)選實施例中，完成的成品輥14是液晶顯示器補(bǔ)償膜，制造為由多層材料構(gòu)成的卷材16，具有圖2所示的部件。這些材料是線形光聚合介質(zhì)(LPP)和液晶聚合物介質(zhì)(LCP)。
現(xiàn)在參照圖1和2，在原料輥12上提供清潔的襯底層18。在優(yōu)選實施例中，清潔的襯底層18由三乙酰纖維素制成。在LPP1層涂敷臺30處添加LPP1層22。第一輻照臺20a處理LPP1層22以提供預(yù)定的分子排列，交聯(lián)聚合物以便獲得具有最佳傾角的光學(xué)校準(zhǔn)。然后，在LCP1層涂敷臺32處將LCP1層24粘貼到處理過的LPP1層22上。第一固化臺40a將LCP1層24固化到LPP1層22的上部。隨后，在LPP2層涂敷臺34處涂敷LPP2層26。類似地，在第二輻照臺20b處處理LPP2層26以提供校準(zhǔn)，該校準(zhǔn)在卷材16的平面內(nèi)正交于提供給LPP1層22的分子排列。最后，在LCP2層涂敷臺36處涂敷LCP2層28并在第二固化臺40b處固化。然后在完成的成品輥14上卷繞所制造的補(bǔ)償膜。
利用處理設(shè)備10示出的工藝，就可以進(jìn)行液晶顯示器介質(zhì)或其它材料連續(xù)地、基于卷材的制造，而不需要由連續(xù)輥切割單獨的薄片。在上述處理中，LPP層非常薄，大約為50nm。
在優(yōu)選實施例中，卷材16相當(dāng)寬、具有超過1m的寬度。對于處理LPP1層22和LPP2層26，輻照臺20a和20b提供線性偏振的UV-B輻照、標(biāo)稱280-320nm。提供接近10-15mJ/cm2水平的曝光劑量。為了防止在卷材16的寬度中心處的“熱點”需要+/-30％內(nèi)的曝光均勻度并且充分地將曝光能量擴(kuò)展到卷材16的側(cè)邊。對于適當(dāng)處理LPP1層22和LPP2層26最重要的是在卷材16上的任何一點提供具有非常一致的在1度之內(nèi)的偏振方向的偏振光。
固化臺40a和40b提供一些適合于固化LCP1層24和LCP2層28的輻射能量的形式式。優(yōu)選地，避免UV-B波長使固化操作對已經(jīng)處理的LPP1層22和LPP2層26的影響最小。在優(yōu)選實施例中，采用UV-A波長用于固化。在第一和第二輻照臺20a和20b以及第一和第二固化臺40a和40b處優(yōu)選濾波一些不希望波長例如IR和可見光。
參照圖3，圖3示出相對于XYZ坐標(biāo)系的LCD層校準(zhǔn)的三維幾何表示。在圖3的上部，示出對于LCP2層28的盤形液晶結(jié)構(gòu)190的取向。圖3的下部示出對于LCP1層24的取向。光軸100和102分別表示對于LCP1層24和LCP2層28的光軸。對于每一LCP1層24和LCP2層28，校準(zhǔn)處理排列盤形結(jié)構(gòu)190以致光軸100和102每個都具有適合的傾角θ并且和/或方位角。方位角位于襯底192的XY平面內(nèi)，從X軸起平行于在圖1的輻照臺20a或20b的曝光區(qū)之中卷材16。傾角θ位于Z方向、由原點向上的角度。光軸100和102應(yīng)當(dāng)在幾度的容差之內(nèi)彼此正交。
光軸100、102的方位角某種程度上是各向異性LCP材料中摻雜劑的因數(shù)。傾角θ很大程度上是入射光角、曝光劑量和偏振的因數(shù)，并可在θ1至θ2的范圍有些變化。然后，根據(jù)保持一個適合的入射角、適合的曝光劑量和均勻的偏振特性而獲得優(yōu)質(zhì)的補(bǔ)償膜。
在優(yōu)選實施例中，傾角取向的正交方向如下在基本上平行于卷材運動的方向設(shè)置0度取向；在正交于0度取向、基本上橫向于卷材的方向上設(shè)置90度取向?？紤]到這種區(qū)別，依次參考0度和90度的構(gòu)形進(jìn)行說明。然而，必須注意到，本發(fā)明的設(shè)備和方法可易于適合于其它正交校準(zhǔn)的排列。例如，利用本發(fā)明的設(shè)備和方法，能夠制造交叉45度的校準(zhǔn)排列，將正交校準(zhǔn)提供到多層。
用于輻照的設(shè)備參照圖4，圖4示出了使用的輻照設(shè)備60，輻照設(shè)備60具有輻照臺20a和20b內(nèi)的變化以便在輻照區(qū)之上提供UV光到卷材16。輻照設(shè)備60包括機(jī)殼組件70和光調(diào)節(jié)組件74，機(jī)殼組件70產(chǎn)生并直射跨越卷材16的整個寬度的源輻射，光調(diào)節(jié)組件74用于控制光的發(fā)散、用于將光定向為所需的入射角并且用于偏振該源輻射。在機(jī)殼組件70中，光源64以優(yōu)選的波長和功率電平提供源輻射。例如通過冷卻管66或其它設(shè)備提供冷卻。例如，冷卻管66可以是空氣冷卻型或水冷型?？諝夤?2還可以提供為冷卻的目的。冷卻管66還提供一定數(shù)量的UV-C和IR的濾波。
作為光調(diào)節(jié)組件74的一部分，棱鏡陣列72設(shè)置在輻射通路上。棱鏡陣列72有助于降低沿輻照設(shè)備60的長度方向的光的發(fā)散角。例如，可以設(shè)置任選的涂層71以便例如防止UV-B反射。然后在棱鏡陣列72之下設(shè)置柵格陣列80。如后所述，柵格陣列80還可以幫助降低發(fā)散角并且在朝向卷材16表面的所需方向上直射光。最后，偏振器90提供用于曝光輻照的必須的偏振量，這將在此后描述。
光源64可以是例如Hg中等壓力的長弧光燈，例如可從NordsonCorporation，Amherst、OH得到的孤光燈。
圖4示出了輻照設(shè)備60的一種結(jié)構(gòu)。如將在隨后進(jìn)行描述，為0度和90度構(gòu)形提供支撐部件例如棱鏡陣列72和柵格陣列80的不同排列。
參照圖5，圖5示出輻照設(shè)備60的前視分解圖。從此圖可見的附加部件包括濾波器82。在優(yōu)選實施例中，濾波器82包括一個或多個熔凝硅石平板，其對于可見光和UV-A光具有高反射率。
輻照臺20a或20b可以容納超過一個的輻照設(shè)備60。通過利用串接的多個輻照設(shè)備60，第一或第二輻照臺20a或20b能提供額外的曝光劑量容量，有效地提供更寬的曝光區(qū)，能夠加速處理設(shè)備10的處理。
輻照設(shè)備60的0度和90度構(gòu)形如上面的描述，第一輻照臺20a可以具有一個或多個輻照設(shè)備60，用于在一個方向上提供校準(zhǔn)。同樣，第二輻照臺20b可以具有多于一個的輻照設(shè)備60，用于在第二、正交的方向上提供校準(zhǔn)。多個輻照設(shè)備60單元的配置增加了處理LPP介質(zhì)的可用的曝光劑量。輻照設(shè)備60的細(xì)微差別的構(gòu)形分別用于在第一和第二輻照臺20a和20b中所用的0度和90度構(gòu)形。然而，只需要較小的修正就能適應(yīng)用于0度或90度構(gòu)形的輻照設(shè)備60。
參照圖6a的前視圖和相應(yīng)的圖6b的側(cè)視圖，示出了第一輻照臺20a中采用的用于0度構(gòu)形的輻照設(shè)備60的結(jié)構(gòu)。關(guān)于圖6a的視圖，卷材16的移動方向是從紙面向外。參照相應(yīng)的圖6b的側(cè)視圖，輻照設(shè)備60以相對于卷材16的表面的角度H傾斜。通過傾斜輻照設(shè)備60或通過相對于輻照設(shè)備60以傾角傳送卷材16就可以獲得此傾角。這種排列就以用于獲得0度校準(zhǔn)的最佳入射角提供曝光。沿光源64的長度方向上放置反射器68，聚集并再次定向從光源64發(fā)射的光。
參照圖7a的前視圖和相應(yīng)的圖7b的側(cè)視圖，示出了第二輻照臺20b中采用的用于90度構(gòu)形的輻照設(shè)備60的結(jié)構(gòu)。關(guān)于圖7a的視圖，卷材16的移動方向是從紙面向外。參照相應(yīng)的圖7b的側(cè)視圖，輻照設(shè)備60沒有以相對于卷材16的表面的傾角傾斜。然而，入射光的角度必須在橫向于卷材的方向傾斜轉(zhuǎn)向，如隨后描述，或者通過利用如圖7b和9中示出的轉(zhuǎn)向棱鏡陣列104、或通過改變?nèi)鐖D8a中所示的柵格陣列80的角度取向。
降低角發(fā)散機(jī)殼組件70的一個功能是使偏振器90上的光入射的角發(fā)散為最小。參照圖8b，圖8b示出了90度構(gòu)形中的輻照設(shè)備的側(cè)視圖。在機(jī)殼組件70中的光源64和反射器68的排列有效地限制在卷材行進(jìn)方向上曝光的角發(fā)散，由角度F表示。在優(yōu)選實施例中，角度F被限制在大約45度。在卷材行進(jìn)方向上的這種角度限制可以應(yīng)用于0度和90度構(gòu)形。
根據(jù)所用的0度或90度構(gòu)形，通過采用單一或組合的多種不同結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行正交方向、橫跨卷材的角發(fā)散的控制。控制角發(fā)散的最簡單裝置是不透明的柵格陣列80，其具有如圖5所示垂直設(shè)置的柵格。借助如圖5所示設(shè)置的柵格陣列80，將角發(fā)散限制為柵格間隔的因數(shù)。
用于控制橫跨卷材16的角發(fā)散的另一種配置是采用如圖12a和12b中所示的棱鏡陣列72。棱鏡陣列72包括一系列的對稱棱鏡73。每個棱鏡73具有相同尺寸并沿卷材16的行進(jìn)方向縱向延伸。在優(yōu)選實施例中，高度h為大約0.5英寸，底部B為大約1英寸；角α1為90度，角α2和角α3每個標(biāo)稱為45度?？梢允褂闷渌叽缣卣?；或者棱鏡73可以沿棱鏡陣列72在尺寸上變化。棱鏡可以具有圖12a的線性排列或某些修改的排列，例如各個棱鏡73交錯以便使圖形效應(yīng)最小化。棱鏡陣列72在圖8a所示的90度構(gòu)形下為最有效，在此構(gòu)形下提高了光的效率。
圖12b示出了棱鏡陣列72的操作，此時它與光源64和反射器68一起操作。從光源64上的任何一點發(fā)射的射線R覆蓋很寬的角度范圍。射線R穿過棱鏡陣列72時被折射以便變窄角的范圍。如圖12b中可見，還可以結(jié)合反射器68利用棱鏡73的反射特性，以便重新定向并由此再次利用以一角度范圍入射的一些光。
在卷材16的行進(jìn)方向和跨越卷材16的方向上控制角發(fā)散的組合效果就限制了從光源64上的任何點到偏振器90的光錐的角度范圍。借助入射光角的更窄的范圍，就獲得了偏振器90改善的性能。然而，應(yīng)當(dāng)充分注意到，由于在優(yōu)選實施例中偏振器90的性能特征，它不需要來自光源64的光被準(zhǔn)直。
應(yīng)當(dāng)注意，圖5所示的柵格陣列80的排列可以存在多種適應(yīng)性。例如，在輻照臺20a或20b包括串接的多個輻照設(shè)備60的情況下，它還可以優(yōu)選相對于卷材16的行進(jìn)方向，使一個輻照設(shè)備60中的柵格與成對的輻照設(shè)備60中的柵格偏置。還可以采用非均勻的柵格間隔。
以所需的入射角度定向光對于第一輻照臺20a處的0度校準(zhǔn)，傾斜的機(jī)殼組件70提供曝光輻射所需的角度，如圖6b的側(cè)視圖中所示，曝光輻射沿卷材16的長度方向向下指。然而，對于第二輻照臺20b處的90度校準(zhǔn)，所需的入射角度為跨越卷材16的寬度的基本上正交的方向。為了在此方向上轉(zhuǎn)向來自機(jī)殼組件70的曝光輻射，存在多種選擇。在優(yōu)選實施例中，如圖10所示設(shè)置柵格陣列80。這里，各個柵格81以適合的角度用于將來自光源點P的光線R射向卷材16。借助這種構(gòu)形，每個柵格81具有反射側(cè)83和非反射側(cè)84。最佳角度的射線R只穿過柵格陣列80。入射到反射側(cè)83的射線R由此在可能處被轉(zhuǎn)向為更加適合的入射角。不能被容易地被轉(zhuǎn)向的其它射線R在非反射側(cè)84處被吸收。結(jié)果，獲得的入射角的范圍對于90度取向的校準(zhǔn)是可接受的。柵格81被分隔開以便限制由光源64提供的入射光的發(fā)散角。
對于轉(zhuǎn)向來自機(jī)殼組件70的曝光輻照的可選擇的排列采用圖9的前視圖中所示的轉(zhuǎn)向棱鏡陣列104。參照圖11，表示轉(zhuǎn)向棱鏡陣列104的操作。這里，各個棱鏡105分別通過折射轉(zhuǎn)向入射光線R，以適合的角度重定向光。每個棱鏡105包括不透明表面106，用于吸收不能被令人滿意地重定向的射線R。不透明表面106典型為吸收涂層。在尺寸上，棱鏡105可以橫越轉(zhuǎn)向棱鏡陣列104的相同的尺寸或按此尺寸變化。
參照圖13，在替換的實施例中，圖13從前視圖示出轉(zhuǎn)向棱鏡陣列104如何結(jié)合棱鏡陣列72操作。這里，如參照圖12b所述，棱鏡陣列72限制來自光源點P的射線R的角發(fā)散。因此射線R以用于按優(yōu)選取向的校準(zhǔn)的適合的入射角被重定向。
偏振器90的構(gòu)形回頭參照圖16a至16d，就能理解在偏振器90處維持均勻偏振主軸126的重要性。當(dāng)偏振器90具有這種特性時，入射光能夠在一角度范圍變化而不影響所提供的偏振軸。
作為一般原則，當(dāng)采用具有減少的發(fā)散角的光并且當(dāng)位于靠近卷材16處時，偏振器90工作最佳。參照圖14a和14b，圖14a和14b分別示出了在優(yōu)選實施例中的偏振器90的平面圖和分解圖。偏振器片91是柵網(wǎng)偏振器，在優(yōu)選實施例中，如圖所示典型為3平方英寸、平鋪在一起。偏振器90使用多個偏振器片91，優(yōu)選以相對于卷材16的運動的一角度設(shè)置。角偏移補(bǔ)償了由于各個偏振器片91之間的邊界的可能的條紋效應(yīng)(streaking effect)。采用柵格框架96和覆蓋框架94以在夾在面罩92之間的位置處支撐偏振器片91。
借助圖14a和14b的排列，偏振器90是可旋轉(zhuǎn)的。就是說，完整的偏振器90組件可被旋轉(zhuǎn)以便有效地改變相對于卷材16的曝光區(qū)的偏振主軸?；蛘?，各個偏振器片91可被旋轉(zhuǎn)以致偏振器90適合于提供一定范圍的角度。
在優(yōu)選實施側(cè)中柵網(wǎng)偏振器被用作偏振器片91，由于它們能夠承受高溫的能力和適合的偏振特性。通常，可接受3∶1或更好的偏振；5∶1提供校準(zhǔn)的優(yōu)選比例。由于它們固有的熱恢復(fù)力和減少的厚度，所以柵網(wǎng)偏振器存在優(yōu)點。因為與布儒斯特平板偏振器或其它偏振器裝置相比，這些裝置通常對于角度變化更不敏感，因此柵網(wǎng)偏振器不需要準(zhǔn)直光。此外，因為這些裝置是反射型的，可以反射回一定數(shù)量的不使用的光，并且存在重復(fù)使用的可能。柵網(wǎng)偏振器可被容易地取向以便僅僅通過在偏振器90的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)偏振器片91的網(wǎng)線方向提供0度和90度的校準(zhǔn)。
可以采用其它類型的偏振器90，只要它們能夠在相對高溫的條件下工作。然而，可以采用由熔凝硅石或石英制成的布儒斯特平板用于在卷材16的運動方向上的校準(zhǔn)，尺寸和重量的限制制約了這種用于大規(guī)模輻照解決方法的可行性。當(dāng)采用布儒斯特平板裝置時，難于維持均勻的偏振主軸。而且，如在該申請的背景部分中所注意到的，特別是采用長弧光燈作為光源64的情況下，布儒斯特平板偏振器并不非常適合于橫向于卷材的輻照?；蛘呖梢允褂猛瑯硬捎貌既逅固仄桨逶淼母缮嫘推衿鳎蝗欢?，這些偏振器在尺寸上不具有優(yōu)點且同樣不適合于橫向于卷材的輻照。
偏振器片91的可選擇類型可以采用貝爾畢層偏振器，例如可由斯特棱光學(xué)(Sterling Optics)公司得到的適合的貝爾畢層偏振器。當(dāng)采用貝爾畢層裝置時，采用類似于圖14a和14b所示的矩陣排列是可行的。當(dāng)采用這些裝置時，相應(yīng)的偏振器片91可以大于柵網(wǎng)偏振器的偏振器片。
借助圖7a和7b的90度校準(zhǔn)構(gòu)形，偏振器90最好在曝光區(qū)之內(nèi)平行于卷材16的表面定位。借助圖6a和6b的0度校準(zhǔn)構(gòu)形，偏振器90可以平行于機(jī)殼組件70的底部、平行于卷材16或位于某些中間的角度。這對于使用使輻射水平最大并提供高度的均勻偏振的角度存在一些優(yōu)點，特別在0度排列的情況下。如參照圖16c和16d所述，對于一定的入射角范圍上的光，柵網(wǎng)和貝爾畢層偏振器維持均勻的偏振主軸。因為這樣，當(dāng)采用這些裝置制造偏振器90時，偏振器90可以傾斜于平行于光源64的長度方向的軸而不對偏振方向均勻度產(chǎn)生顯著影響?？梢圆捎孟鄬τ诰聿?6表面至大約30度的傾角而不影響偏振器90的性能。
光源64的替換實施例在優(yōu)選實施例中，光源64是中等壓力水銀弧光燈。這些裝置具有接近或超過燈長度的400瓦/英寸的功率輸入并具有有利的長的燈壽命。這種方法提供利用具有相當(dāng)長的使用壽命(標(biāo)稱1000小時)的單個燈泡的優(yōu)點并且可被容易地更換而對設(shè)備的中斷最小。
可選擇的光源64包括水銀短弧光燈，典型具有10-15kW的輸入。然而，水銀短弧光燈更昂貴并通常具有比中等壓力的弧光燈更短的使用壽命。參照圖15，圖15示出了利用多個光源164a、164b、164c、164d、164e和164f的排列。為了橫跨卷材16的寬度，光源164a、164b、164c、164d、164e和164f組成地交錯排列以便不留出可察覺的縫隙或邊界。
濾波器82的實施例UV光的濾波有利于削弱有害波長并去除來自系統(tǒng)的不需要的光和熱。例如，UV-C光(200-270nm)對于校準(zhǔn)所需的LPP交聯(lián)表現(xiàn)出有害。例如，用于去除UV-C波長的一種方法是采用WG280的吸收板。然而，認(rèn)為UV-A、可見光和紅外光對于加熱和其它不希望的副作用的最小化是多余的，優(yōu)選實施例采用任選的濾波器82以便去除來自系統(tǒng)的這種不需要的光。正如上面所述，特別是在使用水的情況下，通過冷卻管66還提供鄰近光源64的附加濾波。
在優(yōu)選實施例中，濾波器82位于光通路中的柵格陣列80和棱鏡陣列72之后。通過這種設(shè)置，濾波器82以更為受控的發(fā)散角接受入射光。然而，濾波器82可以位于光學(xué)通路中的交替點。處理設(shè)備10的替換實施例本發(fā)明已經(jīng)特別詳細(xì)地參考其某些優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在上面描述的并作為在所附權(quán)利要求
中提出的本發(fā)明的范圍之內(nèi)進(jìn)行變化和修改，而不脫離本發(fā)明的范圍。例如，雖然在優(yōu)選實施例中機(jī)殼組件70相對于卷材16的移動方向為直角，但其它設(shè)置是可能的。例如，機(jī)殼組件70可以相對于卷材16為對角設(shè)置?？梢圆捎闷渌愋偷墓庠?，只要獲得常規(guī)的均勻輻照。
輻照設(shè)備60還可以適合于滿足一些需要，用于獲得所需的偏振和預(yù)定傾角方向。在優(yōu)選實施例中，對于90度構(gòu)形所使用的輻照設(shè)備60采用棱鏡陣列72和柵格陣列80。然而，在0度構(gòu)形中，輻照設(shè)備60不采用柵格陣列80。應(yīng)當(dāng)清楚，其它設(shè)置是可能的，以致每個輻照設(shè)備60可以配備有柵格陣列80或棱鏡陣列72或配備有柵格陣列80和棱鏡陣列72二者。對于90度構(gòu)形，柵格陣列80可以如前面參照圖10所述為一角度的并進(jìn)行配置?；蛘?，可以采用使用棱鏡陣列72和轉(zhuǎn)向棱鏡陣列104二者的組合。
在優(yōu)選實施例中，在卷材16的行進(jìn)方向上并在橫向于卷材的方向上正交校準(zhǔn)LPP層。或者，可以采用正交角度的不同設(shè)置。例如，校準(zhǔn)角相對于卷材16的邊緣可以為45度。
處理設(shè)備10的可選擇的系統(tǒng)布置可以采用用于處理具有一個校準(zhǔn)層的介質(zhì)輥的單個輻照設(shè)備60，該校準(zhǔn)層校準(zhǔn)在45度取向。可以利用相同的輻照設(shè)備60單獨制造135度校準(zhǔn)的第二校準(zhǔn)層。因此，在正交設(shè)置中可以將兩個正交的層疊置在一起。
在光學(xué)通路上可以采用附加的光調(diào)節(jié)部件，例如用于附加的濾波。任選地，可以使用漫射體例如全息漫射體用于改善輻照的均勻性。
應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明的輻照設(shè)備60提供一種緊湊、能量有效的裝置，用于利用具有均勻偏振方向的光輻射使大面積襯底曝光。可適合于在正交方向上提供入射光，可以在輥至輥制造條件下有利地配置輻照設(shè)備60，用于制造具有正交取向校準(zhǔn)層的卷筒式饋送的多層液晶介質(zhì)。
因此，本發(fā)明提供的是一種處理作為卷筒式饋送襯底提供的液晶顯示器補(bǔ)償膜的設(shè)備和方法。
權(quán)利要求
1.一種用于在卷筒式饋送的襯底上形成校準(zhǔn)層的光學(xué)曝光設(shè)備，該設(shè)備包括(a)輻照設(shè)備，在跨越襯底的整個寬度的曝光區(qū)上，用于將入射紫外光以預(yù)定的平均傾斜角射向襯底，該輻照設(shè)備包括(a1)光源，用于提供所述入射紫外光；(a2)光定向裝置，用于相對于襯底表面以所述預(yù)定的平均傾斜角定向所述入射紫外光；以及(b)偏振器，設(shè)置在所述光定向裝置和襯底之間并可旋轉(zhuǎn)取向以便保持偏振主軸具有相對于卷材運動方向的預(yù)定取向，所述偏振主軸不依賴于所述傾斜角。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的光學(xué)曝光設(shè)備，其中所述輻照設(shè)備還包括反射器。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的光學(xué)曝光設(shè)備，進(jìn)一步包括用于濾波從所述光源中發(fā)射的不期望波長的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的光學(xué)曝光設(shè)備，其中所述光源包括多個燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的光學(xué)曝光設(shè)備，其中所述光源包括長弧光UV燈。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的光學(xué)曝光設(shè)備，其中所述第一偏振主軸平行于所述襯底的運動方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的光學(xué)曝光設(shè)備，其中所述偏振器包括多個柵網(wǎng)偏振器。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1的光學(xué)曝光設(shè)備，其中所述偏振器包括貝爾畢層偏振器。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1的光學(xué)曝光設(shè)備，其中相對于所述曝光區(qū)、沿橫跨移動的襯底的寬度延伸的傾斜軸、以預(yù)定的傾斜角布置所述輻照設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1的光學(xué)曝光設(shè)備，其中所述偏振器包括柵網(wǎng)偏振器矩陣，每個所述柵網(wǎng)偏振器以第一角度選擇性地取向用于提供沿所述第一偏振主軸的偏振；或者以第二角度取向用于提供沿所述第二偏振主軸的偏振。
專利摘要
一種用于處理多層液晶膜顯示材料的系統(tǒng)，具有多個輻照設(shè)備(60)用于用具有所需的角度的入射光將偏振的UV輻照的區(qū)提供到從卷材(16)饋送的襯底上。每個輻照設(shè)備(60)包括UV光源(64)和一個或多個任選的濾波器(82)。提供并且按大小排列并設(shè)置偏振器(90)以便當(dāng)卷材(16)移動時在卷材(16)之上提供偏振光。輻照設(shè)備(60)使用柵格(81)陣列和/或棱鏡陣列(72)。一個輻照設(shè)備(60)輻照在卷材移動方向上以0度校準(zhǔn)的第一LPP1層(22)，另一個輻照設(shè)備(60)輻照以正交的90度校準(zhǔn)的第二LPP2層(26)。
文檔編號G21K5/10GKCN1475819SQ03146493
公開日2004年2月18日 申請日期2003年7月11日
發(fā)明者C·F·萊迪, D·凱斯勒, J·東納, 梁榮光, 米向東, C F 萊迪, 估 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan