光取向工艺设备、制造液晶显示基板的方法和制造光取向工艺设备的方法与流程

本发明涉及显示技术，更具体地，涉及用于光取向工艺的设备、制造液晶显示基板的方法以及制造用于光取向工艺的设备的方法。

背景技术：

液晶显示装置通过向阵列基板和对置基板(例如，彩膜基板)之间的液晶层施加电场来产生图像。电场改变液晶层中液晶分子的取向方向(alignment direction)。当液晶分子的取向方向改变时，液晶层的透光率被调整。液晶显示装置中的液晶分子在取向方向上预取向。通常，向阵列基板和对置基板之一或两者应用取向膜。随后，对取向膜进行取向以实现取向方向。例如，可以通过在固定方向上摩擦取向膜的表面来形成用于诱导液晶分子在特定方向上取向的微槽(microgroove)。在另一示例中，取向膜包括光取向材料。可以通过偏振紫外光的照射来对光取向材料进行取向。在光取向工艺中，光取向材料吸收偏振紫外光，经过分解或异构，从而实现光学各向异性。光学各向异性可以诱导液晶分子沿取向方向取向。

技术实现要素：

在一方面，本发明提供了一种用于光取向工艺的设备，包括光学地耦接在一起的反射片、上转换层和偏振片；其中，反射片构造为反射红外光并将反射的红外光提供至上转换层；上转换层构造为将反射的红外光转换为紫外光，并且将紫外光提供至偏振片；并且偏振片构造为将紫外光转换为偏振紫外光，以用于光取向工艺。

可选地，所述设备还包括支撑件，用于容纳其上具有光取向材料层的基板；其中，上转换层位于反射片和偏振片之间；偏振片位于上转换层和支撑件之间；并且来自于偏振片的偏振紫外光构造为照射基板上的光取向材料层，从而对光取向材料层取向。

可选地，支撑件实质上透明。

可选地，所述设备还包括红外光源，其构造为将红外光照射在光取向材料层上，从而固化光取向材料层；光取向材料层位于支撑件的远离红外光源的一侧。

可选地，来自于红外光源的红外光构造为顺序地穿过偏振片和上转换层到达反射片，并且随后由反射片反射以产生反射的红外光。

可选地，红外光的沿着从红外光源穿过光取向材料层到达反射片的方向的光路与偏振片实质上不相交并且与上转换层实质上不相交。

可选地，所述设备还包括红外光止滤器(cut fi lter)，其位于上转换层和光取向材料层之间，用于从紫外光或偏振紫外光滤除残余的红外光。

可选地，红外光止滤器是定向红外止滤器，其构造为允许红外光沿着从红外光源朝向反射片的方向穿过，并且阻止沿着从上转换层朝向光取向材料层的方向的反射的红外光。

可选地，所述设备还包括红外光检测器，其位于支撑件和偏振片之间并构造为检测穿过光取向材料层的红外光的强度。

可选地，上转换层包括掺杂的氟化钇钠。

可选地，所述设备不包括任何自发射紫外光源。

可选地，所述设备还包括实质上透明的窗口，其位于偏振片的远离上转换层的一侧。

在另一方面，本发明提供了一种制造液晶显示基板的方法，包括：将红外光照射在光取向材料层上以固化光取向材料层；将红外光反射以产生反射的红外光；将反射的红外光转换为紫外光；将紫外光转换为偏振紫外光；以及将偏振紫外光照射在基板上的光取向材料层上，从而对光取向材料层取向；其中，将红外光照射和将偏振紫外光照射实质上同时进行。

可选地，所述方法还包括在支撑件上提供其上具有光取向材料层的基板；其中，将红外光反射是在红外光穿过光取向材料层之后进行的。

可选地，所述方法还包括提供红外光源，其构造为将红外光照射在光取向材料层上，从而固化光取向材料层，所述光取向材料层位于支撑件的远离红外光源的一侧。

可选地，在红外光穿过光取向材料层之后，所述方法还包括在将红外光反射之前使红外光穿过偏振片和上转换层。

可选地，执行将红外光照射和将偏振紫外光照射，使得红外光和偏振紫外光照射在光取向材料层的两个相对侧上。

可选地，所述方法还包括从紫外光或偏振紫外光滤除残余的红外光。

可选地，所述方法还包括检测穿过光取向材料层的红外光的强度。

在另一方面，本发明提供了一种制造用于光取向工艺的设备的方法，包括：形成构造为反射红外光的反射片；形成构造为将红外光转换为紫外光的上转换层；形成构造为将紫外光转换为偏振紫外光的偏振片；以及将反射片、上转换层和偏振片光学地耦接在一起，使得：反射片被构造为反射红外光并将反射的红外光提供至上转换层；上转换层被构造为将反射的红外光转换为紫外光，并且将紫外光提供至偏振片；并且偏振片被构造为将紫外光转换为偏振紫外光，以用于光取向工艺。

附图说明

以下附图仅为根据所公开的各种实施例的用于示意性目的的示例，而不旨在限制本发明的范围。

图1是示出根据本公开的一些实施例中的用于光取向工艺的设备的结构的示意图。

图2是示出根据本公开的一些实施例中的用于光取向工艺的设备的结构的示意图。

图3是示出根据本公开的一些实施例中的用于光取向工艺的设备的结构的示意图。

图4是示出根据本公开的一些实施例中的用于光取向工艺的设备的结构的示意图。

图5是示出根据本公开的一些实施例中的用于光取向工艺的设备的结构的示意图。

图6是示出根据本公开的一些实施例中的用于光取向工艺的设备的结构的示意图。

具体实施方式

现在将参照以下实施例更具体地描述本公开。需注意，以下对一些实施例的描述仅针对示意和描述的目的而呈现于此。其不旨在是穷尽性的或者受限为所公开的确切形式。

在常规光取向工艺中，在显示基板上覆盖光取向膜，随后在烘烤设备中固化光取向材料层。在固化了光取向材料层之后，光取向材料层与显示基板一起传送至另一腔室，以进行光取向。这里，使用紫外光源来对光取向材料层取向。与常规光取向工艺相关的问题包括效率较低以及在传送过程中的污染(例如，颗粒)。

因此，本公开特别提供了用于光取向工艺的设备、制造液晶显示基板的方法以及制造用于光取向工艺的设备的方法，其实质上消除了由于现有技术的限制和缺陷而导致的问题中的一个或多个。在一方面，本公开提供了一种用于光取向工艺的设备。在一些实施例中，该用于光取向工艺的设备包括光学地耦接在一起的反射片、上转换层和偏振片。反射片构造为反射红外光并将反射的红外光提供至上转换层。上转换层构造为将反射的红外光转换为紫外光，并且将紫外光提供至偏振片。偏振片构造为将紫外光转换为偏振紫外光，以用于光取向工艺。可选地，上转换层位于反射片和偏振片之间。

图1是示出根据本公开的一些实施例中的用于光取向工艺的设备的结构的示意图。参照图1，在一些实施例中，该用于光取向工艺的设备包括：反射片10，其构造为反射红外光IR；上转换层20，其构造为将红外光IR转换为紫外光UV；以及偏振片30，其构造为将紫外光UV转换为偏振紫外光PL。上转换层20位于反射片10和偏振片30之间。在该用于光取向工艺的设备中，反射片10、上转换层20和偏振片30光学地耦接在一起。在一个示例中，上转换层20位于反射片10和偏振片30之间。具体地，反射片10构造为反射红外光并且将反射的红外光提供至上转换层20，上转换层20构造为将反射的红外光转换成紫外光，并且将紫外光提供至偏振片30，并且偏振片30构造为将紫外光转换为偏振紫外光，以用于对光取向材料层取向。

在一些实施例中，该用于光取向工艺的设备还包括支撑件50，其用于容纳其上具有光取向材料层的基板。图1示出了基板60，其具有在基板60的一侧上形成的光取向材料层70。具有光取向材料层70的基板60被置于支撑件50上。可选地，上转换层20位于反射片10和偏振片30之间，并且偏振片30位于上转换层20和支撑件50之间。在取向工艺中，具有光取向材料层70的基板60被置于支撑件50和偏振片30之间，其中光取向材料层70位于基板60的远离支撑件50的一侧。在取向工艺中，来自于偏振片30的偏振紫外光照射在基板60上的光取向材料层70上，从而对光取向材料层70取向。

可使用各种适当材料来制作支撑件50。可选地，支撑件50实质上透明，使得红外光IR穿过支撑件50和基板60并照射在光取向材料层70上。如本文使用的，术语“实质上透明”意即从其透过至少50％(例如，至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、以及至少95％)的在可见波长范围中的光。用于制作支撑件50的适当材料的示例包括：玻璃、石英、实质上透明的聚合物材料等。

可使用各种适当材料来制作上转换层20。可选地，上转换层20包括红外光至紫外光的上转换材料。可选地，红外光至紫外光的上转换材料包括载体材料和掺杂物。掺杂物可以是镧系离子、半导体材料、以及过渡金属中的一种或其组合。掺杂物的示例包括：镧系元素(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)、钇(Y)、或其任何组合。载体材料可包括氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物和卤化物中的一种或其组合。适当的载体材料的示例包括：氟化钇钠(NaYF4)、氟化钇(YF3)、氟化钙(CaF2)、或其任何组合。上转换材料的非限制性示例包括：掺杂有Yb和Tm的NaYF4,、掺杂有Er和Yb的NaYF4、掺杂有Yb3+和Tm3+的YF3、掺杂有Er3+的CaF2、和掺杂有Gd3+的Y1.838-XGdxYb0.16Ho0.002O3(例如，X＝0.16、0.4、1.0或1.4；可选地，X为1.0)。可选地，上转换层20包括掺杂有Er和Yb的NaYF4。

所述设备无需紫外光源(例如，自发射紫外光源)来对光取向材料层70取向。在一些实施例中，所述设备包括红外光源40，其构造为：当光取向材料层70布置在支撑件50的远离红外光源40的一侧并且在基板60的远离红外光源40的一侧时，将红外光IR照射在光取向材料层70上，从而固化光取向材料层70。

在一些实施例中，所述设备还包括红外光源40，其构造为将红外光IR照射在位于支撑件50和基板60的远离红外光源40的一侧的光取向材料层70上，从而固化光取向材料层70。

参照图1，从红外光源40发射的红外光IR构造为穿过支撑件50和基板60，并且照射在光取向材料层70的一侧上。当在基板60上覆盖光取向材料层70时，需要将光取向材料层70固化。通过在支撑件50的远离光取向材料层70的一侧设置红外光源40，从红外光源40发射的红外光IR可以固化光取向材料层70。在图1中，红外光IR(在穿过光取向材料层70之后)继续以顺序方式穿过偏振片30和上转换层20，到达反射片10。随后，红外光IR被反射片10反射。

在一些实施例中，当红外光IR穿过上转换层20朝向反射片10时，红外光IR的一部分被转换为紫外光，其与反射的红外光一起被反射片10反射(在图1中标记为IR-r/UV-r)。反射的红外光IR-r和紫外光UV-r穿过上转换层20，并且被转换为紫外光UV。紫外光UV穿过偏振片30，并且被转换为偏振紫外光PL。偏振紫外光PL随后照射在光取向材料层70上，从而对光取向材料层70上的光取向材料取向。因此，利用所述设备可以实质上同时执行光取向材料层70的固化处理和取向处理。

图2是示出根据本公开的一些实施例中的用于光取向工艺的设备的结构的示意图。参照图2，该用于光取向工艺的设备与图1的设备类似，不同之处在于，上转换层20和偏振片30布置在这样的位置：使得从红外光源40发射的红外光IR不直接照射在上转换层20和偏振片30上，而只有被反射片10反射的反射的红外光IR-r照射在上转换层20和偏振片30上。因此，在一些实施例中，红外光IR的沿着从红外光源40穿过光取向材料层70到达反射片10的方向的光路与偏振片30实质上不相交并且与上转换层20实质上不相交。

具体地，如图2所示，红外光源40发射红外光IR，其穿过支撑件50、基板60，并且照射在光取向材料层70上以固化光取向材料层70。红外光IR穿过光取向材料层70，并继续其光路，直到其被反射片10反射。红外光源40以相对光取向材料层70的一定角度发射红外光IR，使得红外光IR在其被反射片10反射之前的光路不与偏振片30和上转换层20交叉。反射片10构造为朝向上转换层20反射红外光IR。反射的红外光IR-r沿着朝向上转换层20的光路传播，并且被上转换层20转换为紫外光UV。紫外光UV继续穿过偏振片30，并且被转换为偏振紫外光PL。随后，偏振紫外光PL照射在光取向材料层70上。光取向材料层70被实质上同时地固化和取向。

图3是示出根据本公开的一些实施例中的用于光取向工艺的设备的结构的示意图。参照图3，在一些实施例中，所述设备还包括屏障件80，其用于防止红外光IR直接照射在偏振片30和上转换层20上，使得反射的红外光IR-r而不是红外光IR照射在偏振片30和上转换层20上。可选地，屏障件80将红外光IR的光路与偏振片30和上转换层20分离。

图4是示出根据本公开的一些实施例中的用于光取向工艺的设备的结构的示意图。参照图4，在一些实施例中，所述设备还包括红外光止滤器90，其位于上转换层20和光取向材料层70之间，用于从紫外光UV或偏振紫外光PL滤除残余的红外光。可选地，红外光止滤器90位于上转换层20和偏振片30之间，并且构造为从紫外光UV滤除残余的红外光。可选地，红外光止滤器90位于偏振片30和光取向材料层70之间，并且构造为从偏振紫外光PL滤除残余的红外光。可选地，所述设备包括位于上转换层20和偏振片30之间的、用于从紫外光UV滤除残余的红外光的红外光止滤器90，以及位于位于偏振片30和光取向材料层70之间的、用于从偏振紫外光PL滤除残余的红外光的红外光止滤器90。

在一些实施例中，红外光止滤器90是定向红外止滤器，其构造为允许红外光IR沿着从红外光源40朝向反射片10的方向穿过，并且阻止沿着从上转换层20朝向光取向材料层70的方向的反射的红外光IR-r(例如，反射的红外光IR-r是与紫外光UV混合或与偏振紫外光PL混合的残余的红外光)。

在一些实施例中，红外光止滤器90是双向红外光止滤器，其构造为阻挡双方向上的红外光。图5是示出根据本公开的一些实施例中的用于光取向工艺的设备的结构的示意图。参照图5，所述设备还包括红外光止滤器90，其位于上转换层20和光取向材料层70之间，用于从紫外光UV或偏振紫外光PL滤除残余的红外光。由于从红外光源40发射的红外光IR的光路不与上转换层20和偏振片30交叉，因而双向红外光止滤器不会干扰从红外光源40发射的红外光IR的传输。上转换层20和光取向材料层70之间仅存的残余的红外光来自于反射的红外光IR-r。

再次参照图4，在一些实施例中，所述设备还包括实质上透明的窗口100(例如，石英窗口)，其位于偏振片30和支撑件50之间(例如，位于偏振片30和光取向材料层70之间)。

图6是示出根据本公开的一些实施例中的用于光取向工艺的设备的结构的示意图。参照图6，在一些实施例中，所述设备还包括红外光检测器110，其位于支撑件50和偏振片30之间并构造为检测穿过光取向材料层70的红外光的强度。通过设置红外光检测器110，可以实时监测光取向材料层70中的固化和光取向的程度。例如，可以凭经验建立固化和光取向的程度与穿过光取向材料层70的红外光IR的光强之间的相关性。通过建立经验相关性，可以通过监测穿过光取向材料层70的红外光IR的光强来实时地监测固化和光取向的程度。此外，还可以方便地实时检测光取向材料层70中的任何缺陷。基于对光取向材料层70中的固化和光取向的程度的确定以及对缺陷的检测，可以优化包括红外光源40的功率和偏振片30的透射轴在内的各种参数以精细调整光取向工艺和固化工艺，从而实现光学制造效率并消除显示基板中的缺陷。可选地，红外光检测器110包括红外光吸收层。

在另一方面，本公开提供了一种制造液晶显示基板的方法。在一些实施例中，所述方法包括：将红外光照射在光取向材料层上以固化光取向材料层；将红外光反射以产生反射的红外光；将反射的红外光转换为紫外光；将紫外光转换为偏振紫外光；以及将偏振紫外光照射在基板上的光取向材料层上，从而对光取向材料层取向。可选地，将红外光照射和将偏振紫外光照射实质上同时进行。

在一些实施例中，参照图1至图6，所述方法还包括在支撑件50上提供其上具有光取向材料层70的基板60。可选地，所述方法还包括提供红外光源40，其构造为将红外光IR照射在光取向材料层70上，从而固化光取向材料层70。可选地，光取向材料层70布置在支撑件50的远离红外光源40的一侧并且在基板60的远离红外光源40的一侧。在红外光IR穿过光取向材料层70之后，红外光IR被反射，从而产生反射的红外光IR-r。

参照图1、图4和图6，在一些实施例中，红外光IR穿过光取向材料层70，并继续穿过偏振片30和上转换层20，然后红外光IR被反射片10反射。参照图2、图3和图5，在一些实施例中，红外光IR的沿着从红外光源40穿过光取向材料层70到达反射片10的方向的光路与偏振片30实质上不相交并且与上转换层20实质上不相交。

在一些实施例中，执行将红外光IR照射的步骤和将偏振紫外光PL照射的步骤，使得红外光IR和偏振紫外光PL照射在光取向材料层70的两个相对侧上。参照图1至图6，红外光IR实质上照射在光取向材料层70的面对红外光源40的一侧上，并且偏振紫外光PL实质上照射在光取向材料层70的远离红外光源40的一侧上。

在一些实施例中，所述方法还包括从紫外光UV或偏振紫外光PL滤除残余的红外光。

在一些实施例中，所述方法还包括检测穿过光取向材料层70的红外光IR的强度。

在另一方面，本公开提供了一种液晶显示装置，其具有通过本文描述的方法制造的液晶显示基板。适当显示设备的示例包括但不限于：电子纸、移动电话、平板计算机、电视、监视器、笔记本计算机、数字相框、GPS等。

在另一方面，本公开提供了一种制造用于光取向工艺的设备的方法。在一些实施例中，所述方法包括：形成构造为反射红外光的反射片；形成构造为将红外光转换为紫外光的上转换层；形成构造为将紫外光转换为偏振紫外光的偏振片。可选地，所述方法还包括：将反射片、上转换层和偏振片光学地耦接在一起，使得：反射片被构造为反射红外光并将反射的红外光提供至上转换层；上转换层被构造为将反射的红外光转换为紫外光，并且将紫外光提供至偏振片；并且偏振片被构造为将紫外光转换为偏振紫外光，以用于光取向工艺。

在一些实施例中，所述方法还包括形成支撑件，其用于容纳其上具有光取向材料层的基板。可选地，利用实质上透明的材料形成支撑件。可选地，上转换层位于反射片和偏振片之间，并且偏振片位于上转换层和支撑件之间。可选地，来自于偏振片的偏振紫外光构造为照射基板上的光取向材料层，从而对光取向材料层取向。

在一些实施例中，所述方法还包括形成红外光源，其构造为将红外光照射在光取向材料层上以固化光取向材料层。可选地，光取向材料层布置在支撑件的远离红外光源的一侧并且在基板的远离红外光源的一侧。可选地，所述设备形成为使得来自于红外光源的红外光构造为顺序地穿过偏振片和上转换层以到达反射片，并且随后由反射片反射以产生反射的红外光。可选地，所述设备形成为使得红外光的沿着从红外光源穿过光取向材料层到达反射片的方向的光路与偏振片实质上不相交并且与上转换层实质上不相交。

在一些实施例中，所述方法还包括形成红外光止滤器，其位于上转换层和光取向材料层之间，用于从紫外光或偏振紫外光滤除残余的红外光。可选地，红外光止滤器是定向红外止滤器，其构造为允许红外光沿着从红外光源朝向反射片的方向穿过，并且阻止沿着从上转换层朝向光取向材料层的方向的反射的红外光。可选地，红外光止滤器是双向红外光止滤器，其构造为阻挡双方向上的红外光。

在一些实施例中，所述方法还包括形成红外光检测器，其位于支撑件和偏振片之间并构造为检测穿过光取向材料层的红外光的强度。

在一些实施例中，所述方法还包括形成实质上透明的窗口，其位于偏振片的远离上转换层的一侧。

出于示意和描述目的已示出对本发明实施例的上述描述。其并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的确切形式或示例性实施例。因此，上述描述应当被认为是示意性的而非限制性的。显然，许多修改和变形对于本领域技术人员而言将是显而易见的。选择和描述这些实施例是为了解释本发明的原理和其最佳方式的实际应用，从而使得本领域技术人员能够理解本发明适用于特定用途或所构思的实施方式的各种实施例及各种变型。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同形式限定，其中除非另有说明，否则所有术语以其最宽的合理意义解释。因此，术语“发明”、“本发明”等不一定将权利范围限制为具体实施例，并且对本发明示例性实施例的参考不隐含对本发明的限制，并且不应推断出这种限制。本发明仅由随附权利要求的精神和范围限定。此外，这些权利要求可涉及使用跟随有名词或元素的“第一”、“第二”等术语。这种术语应当理解为一种命名方式而非意在对由这种命名方式修饰的元素的数量进行限制，除非给出具体数量。所描述的任何优点和益处不一定适用于本发明的全部实施例。应当认识到的是，本领域技术人员在不脱离随附权利要求所限定的本发明的范围的情况下可以对所描述的实施例进行变化。此外，本公开中没有元件和组件是意在贡献给公众的，无论该元件或组件是否明确地记载在随附权利要求中。