JP2004062098A - 配向層形成装置および形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、配向層の配向方向を均一にするための配向層形成装置および方法を提供することにある。
【解決手段】配向層形成装置１０は、スリット１４を形成するマスク１２のエッジ３２ａの形状を、液晶の配向方向を基に決定される。形状の決定は、液晶の配向方向を積分することによって決定される。この様なエッジ３２ａの形状にすることによって、液晶の配向方向を均一にすることができる。したがって、明度むらや色むらのない液晶表示装置を製造することができる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオンビーム照射により液晶配向層を形成する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置（ＬＣＤ）は、基板上の配向層によって液晶の配向方向を制御している。ポリイミドまたは無機材料の薄膜にイオンビームを照射する。イオンビームが照射されることによって、薄膜の原子間結合が切断され配向層が形成される。従来、図１２（ａ），（ｂ）のように、基板２８を移動させながら薄膜３０にイオンビーム１６を照射する。後述するように、イオンビーム１６はある広がりを有しており、マスク１２は、配向層の形成に寄与させたいイオンビーム１６のみをスリット１４を通して薄膜３０に照射するためのものである。
【０００３】
液晶の配向方向は、図１３における角度φ、言い換えると図１２におけるＸ−Ｙ平面（基板２８やマスク１２と平行する平面）にイオンビーム１６を投影し、その投影されたイオンビーム１６とＹ軸との角度と、イオンビーム１６の密度分布で決定される。なお、図１３において、Ｙ軸は、マスク１２のエッジ３２ａと同じである。配向方向は、液晶分子を基板２８に投影したときの液晶分子の長軸とＹ軸またはＸ軸との角度である。なお、図１３において角度θはＸ−Ｙ平面に対するイオンビーム１６の入射角度である。
【０００４】
実際に、イオンソースからのイオンビーム１６は、ある広がりを持っている。すなわち、イオンソースは、通常イオンビーム１６を取り出すための多数の射出口があり、射出口から射出される複数のイオンビーム１６は、それぞれ異なる方向に進行する。薄膜３０のある点では、複数の方向よりイオンビーム１６が照射されることになる。配向方向に影響を与えるイオンビーム１６は、その点で最も強いイオンビーム１６である。薄膜３０の全ての点において、イオンビーム１６の方向を揃える必要がある。
【０００５】
上記の角度φが配向層の場所によって異なると、液晶が１方向に整列しなくなる。そのため、液晶表示装置の明度むら、色むらの原因となる。図１４に示すように、薄膜３０の各点Ａ，Ｂ，Ｃでイオンビーム１６ａ，１６ｂ，１６ｃの角度φがバラバラであると、液晶の配向方向は不均一になる。高画質の液晶表示装置を製造するためには、液晶の配向方向の均一化が求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、配向層の配向方向を均一にするための配向層形成装置および方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の配向層形成装置の要旨は、液晶表示装置の基板の配向層を形成するために、イオンビームまたは原子ビームを生成する手段と、前記基板と生成する手段との間に設けられるマスクと、複数のマスクのエッジで形成されるスリットと、を含み、そのエッジが液晶の配向方向を基に補正された形状を含むことにある。上記の生成する手段から照射されるイオンビームまたは原子ビームは、全てのイオンビームまたは原子ビームが一定方向に揃っていない。スリットを形成するマスクのエッジは、液晶の配向方向を基に補正を行った形状にする。このエッジを用いた配向層形成装置によって、液晶の配向方向が均一な配向層を形成する。具体的にマスクのエッジは、液晶の配向方向の分布を積分して求めた形状である。
【０００８】
また、他の配向層形成装置として、基板に投影されたエッジの形状を液晶の配向方向を基に補正し、エッジの形状を変形させても良い。投影されたエッジの形状が曲線である場合、マスクは基板と鉛直方向に波打っており、エッジの各位置において、そのエッジと基板との距離が異なるようになっている。
【０００９】
本発明の配向層形成方法の要旨は、イオンビームを生成するステップと、マスクのエッジで形成されるスリットを介して、前記イオンビームを基板上の薄膜に照射し、配向層を形成するステップとを含む配向層形成方法であって、前記エッジを用いて、基板上に形成される配向層の液晶の配向方向を補正するステップを含む。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の配向層形成装置および形成方法の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１１】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、配向層形成装置１０は、イオンビーム１６を生成するイオンソース１８と、基板２８とイオンソース１８との間に設けられる複数のマスク１２と、を含む。基板２８と平行な平面に２枚のマスク１２が配置され、そのマスク１２のエッジ３２ａ，３２ｂによってスリット１４が形成される。基板２８を載置して、図示の矢印の方向に移動させる台（図示せず）を含む。なお、図１（ｂ）においては、イオンソース１８を省略している。
【００１２】
イオンソース１８は、プラズマ生成室２４と、プラズマ生成室２４にガスを送り込むガス導入口２６と、プラズマ生成室２４で発生したイオンを加速させる加速電極２２と、加速されたイオンを外部に射出するためのイオン射出口を含む板状体（グリッド）２０と、を含む。板状体２０は、例えば、形状が長方形であり、複数のイオン射出口が均一に並べられている。ガスは、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスを使用する。アルゴンガスの場合には、プラズマ生成室２４では、アルゴンイオン（Ａｒ^＋）が発生する。
【００１３】
マスク１２のエッジの形状について説明する。図２において、角度Ψは、図１のＸ−Ｙ平面（基板２８やマスク１２と平行な平面）に投影されたイオンビーム１６とエッジ３２ａとの角度とする。本発明は、角度Ψによって、液晶の配向方向を制御する。なお、投影されるイオンビームがＸ軸と重なり、エッジ３２ａがＹ軸と重なると角度Ψは９０度である。
【００１４】
図３にエッジ３２ａとイオンビーム１６との角度Ψと液晶の配向方向の関係を示す。図３において、イオンソース１８から照射されるイオンビーム１６の強度は、イオンソース１８の長手方向（Ｙ方向）で均一とする。イオンビーム１６の照射方向は、基板２８の進行方向と平行とする。
【００１５】
図３においては、イオンビーム１６とエッジ３２ａとの角度Ψが９０度のとき液晶の配向方向が０度、言い換えるとイオンビーム１６の照射方向と一致する。角度Ψが９０度以外では、イオンビーム１６の照射方向からずれる。この理由について説明する。図４のように、エッジ３２ｂがＹ軸に対してある傾きを有しているとする。基板２８上の薄膜３０のある点Ａが移動するが、マスク１２のために上記照射方向のイオンビーム１６ｍが点Ａに到達しなくなる。しかし、斜め方向から照射されるイオンビーム１６ｎは点Ａに到達し、最後に照射されることになる。したがって、イオンビーム１６ｎによって配向方向が決定され、液晶の配向方向がずれる。
【００１６】
次に、図５に示すように、イオンビーム１６ｍとエッジ３２ｂとの角度Ψが９０度であっても、わずかに斜めから照射されるイオンビーム１６ｎがイオンビーム１６ｍよりもビーム強度が強い場合、イオンビーム１６ｎによって配向方向が決定され、液晶の配向方向がずれる。
【００１７】
以上より、図３および図４の性質を利用してエッジ３２ｂの形状を求めることによって、図５の欠点をカバーし、液晶の配向方向を均一にする。
【００１８】
図３のように、エッジ３２ｂに対するイオンビーム１６の角度Ψが９０度に近いときは、液晶の配向方向とその角度Ψとの間に線形の関係がある。本発明では、この関係を用いてエッジ３２ｂの形状を求め、液晶の配向方向を補正する。
【００１９】
例えば、基板２８の移動方向に対する垂直方向（Ｙ方向）における配向層の各位置で、液晶の配向方向の分布が関数Ｔ（ｘ）であったとする。エッジ３２ｂで配向方向を補正するためには、エッジ３２ｂの形状の分布を関数ｆ（ｘ）とすると、
【００２０】
【数１】

【００２１】
と表すことができる。式１において、ａは定数であり、基板のサイズ、配向層・液晶の種類、およびビームの性質によって変動する。定数ａは実験によって求めることができるが、その一例は０．５である。関数Ｔ（ｘ）は図６のように液晶の配向方向を表し、関数ｆ（ｘ）は図７のようにエッジ３２ｂの形状を表す。エッジ３２ｂの形状が基板２８の移動方向に対して垂直でかつ直線であり、そのエッジ３２ｂを用いて薄膜３０にイオンビーム１６を照射した場合に、液晶の配向方向が図６のような分布になったとする。補正して真っ直ぐな配向方向の分布にするためには、式１を用いてｆ（ｘ）を求めると、図７のようになる。図７のような形状のエッジ３２ｂにすることによって、液晶の配向方向をそろえることができる。図６に示された液晶配向方向の分布は一例であり、実際には、使用するビームソース１８の特性によっても変わりうる。重要なことは、測定された液晶配向方向の分布がどのようなものであっても、一様な液晶配向方向を与えるようにマスク１２のエッジ３２ｂの形状を形成することである。
【００２２】
以上をまとめると、エッジ３２ｂの形状は、基板２８の移動方向に垂直な直線のエッジを使用して形成した配向層における液晶の配向方向の分布を基にして決定される。その形状は、式１で示すように、液晶の配向方向の分布を示す関数Ｔ（ｘ）を上記の直線のエッジに沿って積分することによって決定される。
【００２３】
例えば、式１によって決定された図７のエッジ３２ｂを用いたスリット１４は、図８のようになる。エッジ３２ｂは基板２８の移動方向における下手側である。上手側のエッジ３２ａは直線形状である。下手側のエッジ３２ｂに液晶の配向方向を基に決定された形状含む理由は、配向方向は、最後に曝されたイオンビーム１６に影響されるからである。なお、下手側のエッジ３２ｂが曲線形状を含んでいるが、式１の結果によっては、直線形状を含んだ形状になる場合もある。
【００２４】
液晶の配向方向とエッジ３２ｂの形状との間に線形の関係がなくとも補正が可能である。あるエッジ３２ｂの形状の分布をｆ（ｘ）、補正したい配向方向の分布をＴ（ｘ）とする。エッジ３２ｂに対するイオンビーム１６の角度Ψと配向方向との関係が実験的に求められ、その角度Ψが配向方向Ｔの関数であるとわかっているとする。そのときの関数をｇ（Ｔ）とおくと、ｆ（ｘ）は、
【００２５】
【数２】

【００２６】
で表される。この関係に基づいてエッジ３２ｂの形状を求めれば、配向方向のばらつきを補正することができる。
【００２７】
以上の配向層形成装置１０を使用して配向層を形成する。台の上に基板２８を載置して、基板２８を移動させる。移動中に、スリット１４を通過したイオンビーム１６が薄膜３０に照射される。エッジ３２ｂの形状によって、液晶の配向方向を制御する。上述したように配向方向が一定になるため、明度むらや色むらのない液晶表示装置を製造することができる。
【００２８】
下手側のエッジ３２ｂを式１や２によって変形して、液晶の配向方向を制御したが、図９に示すように、上手側のエッジ３２ａを下手側のエッジ３２ｂと同様に変形させてもよい。これは、液晶が電界のない状態で自律的に一方向に整列する力、すなわち液晶の配向力は、薄膜３０が曝されたイオンビーム１６の総量の関数となる。イオンビーム１６の総量は、イオンビーム１６の強度が一定であれば、イオンビーム１６に曝された時間で求められる。配向力も均一にするためには、上手側と下手側のエッジ３２ａ，３２ｂの形状を同一にして、薄膜３０が曝されるイオンビーム１６の総量を一定にする。
【００２９】
他の方法でマスク１２のエッジ３２ｂを変形してもよい。例えば、上記の実施形態では、Ｘ−Ｙ平面、すなわちマスク１２を基板２８と平行な平面で変形させたが、その平面に対して鉛直方向（Ｚ方向）に変形させる。図１０（ａ）のように、マスク１２をたわませて、波打たせ、エッジ３２ｂも波打たせる。すなわち、Ｚ方向における基板２８とエッジ３２ｂとの距離をエッジ３２ｂの位置によって変化させる。図１０（ｂ）のように、基板２８または薄膜３０にエッジ３２ｂを投影すると、エッジ３２ｂの形状が曲線になる。言い換えると、基板２８からイオンソース１８を見たさい、スリット１４のエッジ３２ｂの形状が、曲線になっている。この曲線が式１や２によって求められる形状、言い換えると先の実施形態と同じように液晶の配向方向を基に決定された形状にする。なお、図１０においては、基板２８に投影されたエッジ３２ｂの形状は、曲線であったが、式１や２の結果によっては、直線を含む形状になる。
【００３０】
また、基板２８の移動方向の下手側のエッジ３２ｂを変形させ、上手側のエッジ３２ａを直線形状にする。または、上手側および下手側のエッジ３２ａ，３２ｂを同形状に変形させる。
【００３１】
エッジ３２ｂの変形は、マスク１２に対して外部より力を加えて変形させることによってできる。したがって、動的にエッジ３２ｂを変形させることができる。
【００３２】
以上の構成であっても、エッジ３２ｂによる液晶配向方向の制御ができ、均一な液晶配向を得ることができる。したがって、明度むらや色むらのない液晶表示装置を製造することができる。
【００３３】
２枚のマスク１２を使用する以外に、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、１枚のマスク１２でスリット１４を形成してもよい。
【００３４】
また、イオンビーム１６の照射以外に、イオンソース１８で生成されたイオンビーム１６を中性化して原子ビームを照射する構成でも良い。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。その他、本発明は、主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によると、エッジとイオンビームとの角度を制御することによって、均一な配向層を形成することができる。したがって、明度むらや色むらのない液晶表示装置を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配向層形成装置の図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は上面図である。
【図２】図１における各平面とイオンビームの関係を示す図である。
【図３】エッジに対するイオンビームの角度による配向方向の関係を示す図である。
【図４】エッジが傾いた場合のイオンビームの薄膜への到達を示す図である。
【図５】薄膜のある点への多方向からのイオンビームの到達を示す図である。
【図６】配向方向の分布を示す図である。
【図７】図６に示す配向方向を補正するためのエッジの形状を示す図である。
【図８】スリットを形成するエッジの形状を示す上面図である。
【図９】両方のエッジを同形状にした場合のスリットの図である。
【図１０】エッジをたわませた配向層形成装置の図であり、（ａ）は基板に対して上下方向にたわんだエッジを示す断面図であり、（ｂ）は基板または薄膜にエッジを投影した上面図である。
【図１１】１枚のマスクでスリットを形成した図であり、（ａ）は一方を変形させた図であり、（ｂ）は両方を変形させた図である。
【図１２】従来の配向層を形成するときの図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は上面図である。
【図１３】図１２における各平面とイオンビームの関係を示す図である。
【図１４】薄膜の各点におけるイオンビームの角度Ψを示す上面図である。
【符号の説明】
１０：配向層形成装置
１２：マスク
１４：スリット
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｍ，１６ｎ：イオンビーム
１８：イオンソース
２０：グリッド
２２：加速電極
２４：プラズマ生成室
２６：ガス導入口
２８：基板
３０：薄膜
３２ａ，３２ｂ：エッジ

Claims (12)

1. 液晶表示装置の基板上の配向層を形成する装置であって、
   イオンビームまたは原子ビームを生成する手段と、
   前記基板と生成する手段との間に設けられ、配向層の各位置における液晶の配向方向を基にした形状のエッジを含むマスクと、
   複数の前記マスクのエッジで形成されるスリットと
   を含む配向層形成装置。
2. 前記エッジの形状が、基板の移動方向に垂直でかつ直線のエッジを用いて配向層を形成したときの液晶の配向方向を該直線のエッジに沿って積分して求められる形状である請求項１に記載の配向層形成装置。
3. 前記エッジにおいて、基板の移動方向の下手側のエッジが液晶の配向方向の分布を基にした形状を含み、基板の移動方向の上手側のエッジが直線形状である請求項１または２に記載の配向層形成装置。
4. 前記エッジにおいて、基板の移動方向の上手側および下手側のエッジが同形状である請求項１または２に記載の配向層形成装置。
5. 前記エッジが曲線形状を含む請求項１乃至４に記載の配向層形成装置。
6. 液晶表示装置の基板上の配向層を形成する装置であって、
   イオンビームまたは原子ビームを生成する手段と、
   前記基板と生成する手段との間に設けられる複数のマスクと、
   前記複数のマスクのエッジで形成されるスリットとを含み、
   前記基板に投影される前記マスクのエッジが、前記配向層の各位置における液晶の配向方向を基にした形状を有する配向層形成装置。
7. 前記基板に投影されたエッジの形状が、基板の移動方向に垂直でかつ直線のエッジを用いて配向層を形成したときの液晶の配向方向を該直線のエッジに沿って積分して求められる形状である請求項６に記載の配向層形成装置。
8. 前記エッジにおいて、基板の移動方向の下手側のエッジにおいて、基板に投影されたマスクのエッジの形状が、液晶の配向方向の分布を基にした形状を含み、基板の移動方向の上手側のエッジが直線形状である請求項６または７に記載の配向層形成装置。
9. 前記エッジにおいて、基板の移動方向の上手側および下手側のエッジが同形状である請求項６または７に記載の配向層形成装置。
10. 前記エッジが、該エッジのそれぞれの位置で、該エッジと基板との距離が異なり、基板に投影されたマスクのエッジの形状が曲線を含む請求項６乃至９に記載の配向層形成装置。
11. イオンビームを生成するステップと、
    マスクのエッジで形成されるスリットを介して、前記イオンビームを基板上の薄膜に照射し、配向層を形成するステップと
    を含む配向層形成方法であって、
    前記エッジを用いて、基板上に形成される配向層の液晶の配向方向を補正するステップを含む配向層形成方法。
12. 前記補正するステップが、基板の移動方向に垂直でかつ直線のエッジを用いて配向層を形成したときの液晶の配向方向を該直線のエッジに沿って積分するステップを含む請求項１１に記載の配向層形成方法。

Images