JP2004139055A

JP2004139055A - 光学リタデーション板の製造方法

Info

Publication number: JP2004139055A
Application number: JP2003326046A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Matsumoto; 松本　俊寛; Tetsuhiko Kojima; 小島　哲彦
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】　製造装置のコストアップを招来することなく、ダストによる欠陥の無い光学リタデーション板を製造する。
【解決手段】　透明基板上に所定の配向状態が与えられた配向膜を形成する（Ｓ１１〜Ｓ２２）。形成された配向膜上に、ＵＶ硬化型液晶溶液を塗布する（Ｓ２３）。ＵＶ硬化型液晶溶液が塗布された基板は、ＵＶ照射槽に入れられ、該ＵＶ照射槽内を真空に引くことによって真空雰囲気中に置かれた（Ｓ２４）後、ＵＶ照射によってＵＶ硬化型液晶溶液中の液晶分子が高分子化され、該ＵＶ硬化型液晶溶液が硬化して液晶層が形成される（Ｓ２５）。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、透明基板上に配向膜および液晶層を形成してなる光学リタデーション板の製造方法に関するものであり、特に液晶層においてＵＶ硬化型液晶を用いる光学リタデーション板の製造方法に関するものである。

　通常の視界において、人間の２つの目は、空間的に離れて頭部に位置していることから、２つの異なる視点から見た像を知覚しており、人間の脳は、これらの２つの像の視差によって立体感を認識する。そして、この原理を利用し、観察者の左右それぞれの目に異なる視点から見た像を視認させることで視差を与え、３Ｄ（立体三次元）表示を行う液晶表示装置が開発されている。

　３Ｄ表示を行う液晶表示装置においては、視点の異なる像を観察者の左右の目に供給するために、表示画面上における左眼用の像および右目用の像を、例えば色、偏光状態または表示時刻によってエンコードし、観察者が着用する眼鏡状のフィルタシステムによってこれらを分離して、各々の目に対応する像のみを供給するようにしたものがある。

　また、液晶表示装置の表示パネルに光の透過領域と遮断領域とがストライプ状に形成された視差バリアを組み合わせ、観察者側においてフィルタシステム等の視覚的補助具を使用しなくても３Ｄ画像が認識される（自動立体表示）ようにした液晶表示装置もある。すなわち、表示パネルにて生成される右目用画像および左目用画像に対して視差バリアによって特定の視野角が与えられ、空間上の特定の観察領域からであれば、各々の目に対応する像のみが視認され、観察者において３Ｄ画像が認識される。

　このように、液晶表示装置に視差バリアを設けることにより、自動立体表示を行う装置は、例えば特許文献１において開示されている。尚、上記特許文献１では、視差バリアとしてパターン化位相差板と偏光板とを組み合わせて用いた構成が開示されている。

　また、上記パターン化位相差板は、透明基板上に配向膜および液晶層を形成してなる光学リタデーション板により具備される。光学リタデーション板の製造方法を開示するものとして特許文献２がある。
特開平１０−２２９５６７号公報（公開日平成１０年８月２５日）特開２０００−９８１３３号公報（公開日平成１２年４月７日）

　ところが、上記特許文献２に記載の光学リタデーション板の製造方法においては、以下のような問題がある。

　すなわち、上記特許文献２における光学リタデーション板の製造方法では、先ず、透明基板上に配向膜を形成した後、該配向膜にラビング処理を施して所定の配向状態を与える。そして、上記配向膜上にＵＶ硬化型液晶溶液を塗布し、これにＵＶ（紫外線）を照射することによって液晶を硬化（高分子化）させ液晶層を形成する。

　ここで、塗布された液晶溶液にＵＶを照射し液晶層を形成する段階において、その雰囲気中に酸素が存在すると液晶の硬化が生じない。このため、ＵＶ照射前には、製造途中の光学リタデーション板が入れられたＵＶ照射槽の中に窒素をパージし、該ＵＶ照射槽内の酸素を追い出した状態でＵＶ照射が行われる。

　しかしながら、上記方法では、窒素をパージすることによって上記ＵＶ照射槽内においてダストが舞いやすく、このダストの影響によって製造される光学リタデーション板に欠陥が生じやすくなるといった問題がある。また、このダストの問題を解決するために上記ＵＶ照射槽内の清浄度を上げることは、製造装置にかかるコストアップを招来する。また、上記ＵＶ照射槽の置かれた作業室内の酸素濃度が窒素パージによって著しく低下し、作業環境が悪化するといった問題もある。

　本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、製造装置のコストアップを招来することなく、ダストによる欠陥の無い光学リタデーション板を製造することができる光学リタデーション板の製造方法を提供することにある。

　本発明の光学リタデーション板の製造方法は、上記の課題を解決するために、基板素材上に所定の配向状態が与えられた配向膜を形成する配向膜形成工程と、上記配向膜形成工程によって形成された配向膜上に、低分子液晶溶液を塗布する液晶溶液塗布工程と、上記液晶溶液塗布工程によって塗布された低分子液晶溶液を、真空雰囲気中で高分子化させることで硬化させ、高分子液晶層を形成する液晶層形成工程とを含むことを特徴としている。

　また、上記光学リタデーション板の製造方法において、上記液晶層形成工程は、上記低分子液晶溶液に真空雰囲気中で紫外線を照射する工程であることが好ましい。

　本発明の光学リタデーション板の製造方法は、以上のように、基板素材上に所定の配向状態が与えられた配向膜を形成する配向膜形成工程と、上記配向膜形成工程によって形成された配向膜上に、低分子液晶溶液を塗布する液晶溶液塗布工程と、上記液晶溶液塗布工程によって塗布された低分子液晶溶液を、真空雰囲気中で高分子化させることで硬化させ、高分子液晶層を形成する液晶層形成工程とを含む構成である。

　それゆえ、配向膜形成工程にて形成された配向膜上に、液晶溶液塗布工程にて低分子液晶溶液を塗布し、液晶層形成工程にて該低分子液晶溶液を硬化（高分子化）させることによって上記配向膜上に光学リタデーション膜として作用する液晶層を形成できる。

　そして、上記液晶層形成工程において、硬化槽内の酸素除去のために真空引きの処理を行うことで、空気と共に硬化槽内のダストも吸引され、該硬化槽内でダストが舞うといった問題が発生しにくく、ダストによる液晶層の形成における欠陥が抑制されるといった効果を奏する。また、上記硬化槽内を真空引きするための機構（真空ポンプ等）は比較的安価であり、製造装置のコストアップを招来しない。

　それゆえ、真空雰囲気とされた上記硬化槽内において、低分子液晶溶液を容易に硬化（高分子化）させることができるといった効果を奏する。

　本発明の実施の一形態について図１ないし図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、本実施の形態においては、２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルにおいて使用されるパターン化位相差板の製造方法として本発明を例示する。

　但し、このようなパターン化位相差板が使用可能な液晶表示パネルは、２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルに限定されるものではなく、３Ｄ表示の代わりに視差バリア手段によって分離される２つの画像のそれぞれに異なる映像ソースを表示する画面表示を行うような液晶表示パネルに適用することも可能である。

　このような液晶表示パネルの使用法の一例として、自動車の運転席のドライバーにカーナビゲーションシステムの映像を表示し、かつ助手席の同乗者にテレビ放送の映像を表示するような表示装置への利用が考えられる。複数の観察者に異なる映像を表示する場合には、それぞれの画素を透過した光が、所定の距離をおいた複数の観察者のそれぞれが観察すべき映像として分離できるように、視差バリアの遮光部と透過部の配置パターンを適宜設定すればよい。

　先ず、本実施の形態に係る２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルの概略構成を図２を参照して説明する。

　上記２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルは、図２に示すように、表示用液晶パネル１０、パターン化位相差板２０、スイッチング液晶パネル３０を貼り合わせた構成となっている。

　表示用液晶パネル１０は、ＴＦＴ液晶表示パネルとして具備されており、第１の偏光板１１、対向基板１２、液晶層１３、アクティブマトリクス基板１４、および第２の偏光板１５が積層されてなり、アクティブマトリクス基板１４には、表示を行うべき画像に対応した画像データがＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）等の配線５１を介して入力される。

　すなわち、上記表示用液晶パネル１０は、上記２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルに対し、画像データに応じた表示画面を生成する機能を与えるために備えられている。尚、表示画面を生成する機能を有するものであれば、表示用液晶パネル１０における表示方式（ＴＮ方式やＳＴＮ方式）や駆動方式（アクティブマトリクス駆動やパッシブマトリクス駆動）は特に限定されるものではない。

　パターン化位相差板２０は、視差バリアの一部として機能するものであり、図３（ａ）に示すように、透明基板２１上に配向膜２２を形成し、さらにその上に液晶層２３を積層してなる構成である。また、パターン化位相差板２０のアクティブエリアにおいては、図３（ｂ）に示すように、それぞれ、偏光状態の異なる第１の領域２０Ａ（図中、斜線部にて示す）と第２の領域２０Ｂ（図中、射影部にて示す）とが交互にストライプ状に形成されている。

　スイッチング液晶パネル３０は、駆動側基板３１、液晶層３２、対向基板３３、および第３の偏光板３４が積層されてなり、駆動側基板３１には液晶層３２のＯＮ時に駆動電圧を印加するための配線５２が接続されている。

　スイッチング液晶パネル３０は、液晶層３２のＯＮ／ＯＦＦに応じて該スイッチング液晶パネル３０を透過する光の偏光状態を切り替えるために配置されている。尚、スイッチング液晶パネル３０は表示用液晶パネル１０のようにマトリクス駆動される必要は無く、駆動側基板３１および対向基板３３に備えられる駆動電極は該スイッチング液晶パネル３０のアクティブエリア全面に形成されればよい。

　次に、上記構成の２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルの表示動作について説明する。

　先ず、図２に示す２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルにおいて、各構成部材の光学軸の方向を図４にて例示する。尚、図４において示される光学軸は、液晶パネルおよび位相差板では配向膜における遅相軸の方向（すなわち、配向膜に対するラビング方向）、偏光板では透過軸の方向である。

　図４の構成では、光源から出射された入射光は、最初に、スイッチング液晶パネル３０の第３の偏光板３４によって偏光される。また、スイッチング液晶パネル３０は、３Ｄ表示時はＯＦＦの状態で１／２波長板として作用する。

　また、スイッチング液晶パネル３０を通過した光は、次にパターン化位相差板２０に入射される。パターン化位相差板２０の第１の領域２０Ａと第２の領域２０Ｂとでは、そのラビング方向、すなわち遅相軸の方向が異なるため、第１の領域２０Ａを通過した光と第２の領域２０Ｂを通過した光とでは、その偏光状態が異なる。図４の例では、第１の領域２０Ａを通過した光と第２の領域２０Ｂを通過した光との偏光軸が９０°異なっている。また、パターン化位相差板２０は、液晶層２３の複屈折率異方性と膜厚により１／２波長板として作用するように設定されている。

　パターン化位相差板２０を通過した光は、表示用液晶パネル１０の第２の偏光板１５に入射される。３Ｄ表示時には、パターン化位相差板２０の第１の領域２０Ａを通過した光の偏光軸は第２の偏光板１５の透過軸と平行であり、第１の領域２０Ａを通過した光は偏光板１５を透過する。一方で、第２の領域２０Ｂを通過した光の偏光軸は第２の偏光板１５の透過軸と９０°の角度をなし、第２の領域２０Ｂを通過した光は偏光板１５を透過しない。

　すなわち、図４の構成では、パターン化位相差板２０との第２の偏光板１５との関連した光学作用によって視差バリアの機能が達成され、パターン化位相差板２０における第１の領域２０Ａが透過領域、第２の領域２０Ｂが遮断領域となる。

　第２の偏光板１５を通過した光は、表示用液晶パネル１０の液晶層１３において黒表示を行う画素と白表示を行う画素とで異なる光学変調を受け、白表示を行う画素によって光学変調を受けた光のみが第１の偏光板１１を透過することで画像表示が行われる。

　この時、上記視差バリアの透過領域を通過することや特定の視野角が与えられた光が、表示用液晶パネル１０において右目用画像および左目用画像のそれぞれに対応する画素を通過することで右目用画像と左目用画像とが異なる視野角に分離され、３Ｄ表示が行われる。

　また、２Ｄ表示が行われる場合には、スイッチング液晶パネル３０がＯＮされ、該スイッチング液晶パネル３０を通過する光に対して光学変調が与えられない。スイッチング液晶パネル３０を通過した光は、次にパターン化位相差板２０を通過することで、第１の領域２０Ａを通過した光と第２の領域２０Ｂを通過した光とで異なる偏光状態が与えられる。

　しかしながら、２Ｄ表示の場合では、３Ｄ表示の場合とは異なり、スイッチング液晶パネル３０での光学変調作用が無いため、パターン化位相差板２０を通過した光の偏光軸は、第２の偏光板１５の透過軸に対して、左右対称の角度のずれが生じることとなる。このため、パターン化位相差板２０の第１の領域２０Ａを通過した光、第２の領域２０Ｂを通過した光ともに、第２の偏光板１５を同じ透過率で透過し、パターン化位相差板２０と第２の偏光板１５との関連した光学作用による視差バリアの機能が達成されず（特定の視野角が与えられない）、２Ｄ表示となる。

　続いて、上記２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルの組立工程を、図５を参照して説明する。

　本実施の形態に係る２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルは、それぞれ別々に製造された表示用液晶パネル１０、パターン化位相差板２０、およびスイッチング液晶パネル３０を貼り合わせることによって完成する。

　上記２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルの組立工程では、図５に示すように、表示用液晶パネル１０にパターン化位相差板２０が接着剤にて貼り合わされる（Ｓ１）。

　さらに、パターン化位相差板２０付の表示用液晶パネル１０に、接着剤によってスイッチング液晶パネル３０を貼り合わせることにより、２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルが完成する（Ｓ２〜Ｓ３）。

　本発明は、特にパターン化位相差板２０の製造工程においての液晶層２３の硬化方法に特徴がある。ここで、パターン化位相差板２０の製造工程を、図１および図６を参照して説明する。

　パターン化位相差板２０の製造工程においては、図１に示すように、先ず、基板（基板素材）２１となる素ガラスに対して洗浄を行い、洗浄された基板の片面にポリイミドを塗布し焼成することで配向膜２２を形成する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。次に、配向膜２２に対して１回目のラビング処理（第１ラビング）を行う（Ｓ１４）。第１ラビングにおけるラビング方向は、第２の領域２０Ｂのラビング方向とする。上記Ｓ１１〜Ｓ１４の処理が終了した状態を図６（ａ）に示す。

　第１ラビング後、洗浄された基板の配向膜２２上にレジストを塗布して仮焼きすることで、レジスト層５１が形成される（Ｓ１５〜Ｓ１６）。上記Ｓ１５〜Ｓ１６の処理が終了した状態を図６（ｂ）に示す。

　レジスト層５１の形成後、露光、現像、乾燥の工程によって該レジスト層５１がパターニングされる（Ｓ１７〜Ｓ１８）。パターニングされたレジスト層５１は、パターン化位相差板２０の第２の領域２０Ｂとなる箇所をマスクする。上記Ｓ１７〜Ｓ１８の処理が終了した状態を図６（ｃ）に示す。

　こうしてレジスト層５１がパターニングされた後の基板に対し、該レジスト層５１側から２回目のラビング処理（第２ラビング）が行われる（Ｓ１９）。この第２ラビングにおけるラビング方向は、第１の領域２０Ａのラビング方向とする。この時、配向膜２２がレジスト層５１で覆われた第２の領域２０Ｂでは、第１ラビングによって形成された遅相軸の向きが維持されるが、レジスト層５１で覆われずに露出した第１の領域２０Ａでは、第２ラビングのラビング方向に沿った遅相軸の向きとなる。上記Ｓ１９の処理が終了した状態を図６（ｄ）に示す。

　第２ラビング後、洗浄された基板の配向膜２２上に残っているレジスト層５１に対して再度、露光、現像により、該レジスト層５１が除去され、その後、乾燥される（Ｓ２０〜Ｓ２２）。上記Ｓ２０〜Ｓ２２の処理が終了した状態を図６（ｅ）に示す。

　レジスト層５１が除去された後の基板に対しては、配向膜２２上にＵＶ硬化型液晶溶液（低分子液晶溶液）がスピンコート法等によって塗布され、さらに該ＵＶ硬化型液晶溶液にＵＶ照射を行うことによって液晶分子が架橋され高分子化される（Ｓ２３〜Ｓ２５）。このＵＶ照射処理においては、ＵＶ硬化型液晶溶液が塗布された基板は、図示しないＵＶ照射槽に入れられ、該ＵＶ照射槽内を真空に引くことによって真空雰囲気中に置かれる（Ｓ２４）。こうして、ＵＶ硬化型液晶溶液中の液晶分子が高分子化することで、該ＵＶ硬化型液晶溶液が硬化し、液晶層２３が形成される。上記Ｓ２３〜Ｓ２５の処理が終了した状態を図１（ｆ）に示す。

　上記Ｓ１１〜Ｓ２５の処理は、複数のパターン化位相差板２０を１枚の大型基板上に一括して形成するように実施される。このため、複数のパターン化位相差板２０が形成された基板を個々のパターン化位相差板２０に分断し、検査することで、パターン化位相差板２０が完成する（Ｓ２６〜Ｓ２８）。

　以上のように、本実施の形態に係るパターン化位相差板２０の製造方法では、Ｓ２５におけるＵＶ照射工程前に、Ｓ２４において、ＵＶ硬化型液晶溶液が塗布された基板の入れられたＵＶ照射槽内を真空引きする工程が実施される。この真空引きの工程によっての酸素が除去され、ＵＶ硬化型液晶溶液の硬化による液晶層２３の形成が良好に行える。

　このような真空引きの処理では、空気と共にダストも吸引され、ＵＶ照射槽内に窒素をパージする従来の工程とは異なり、ＵＶ照射槽内でダストが舞うといった問題が発生しにくく、ダストによる液晶層２３の形成における欠陥が抑制される。また、ＵＶ照射槽内を真空引きするための機構（真空ポンプ等）は比較的安価であり、製造装置のコストアップを招来しない。

　尚、本実施の形態においては、本発明を適用して製造される光学リタデーション板として、２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネル等の視差バリアにて用いられるパターン化位相差板を例示している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、配向膜の上にＵＶ硬化型液晶溶液を塗布し、これにＵＶ照射し、硬化させて液晶層を形成するものであれば、他の利用に供される光学リタデーション板の製造方法においても本発明は適用可能である。

　また、上記説明では、液晶層２３の形成はＵＶ硬化型液晶溶液にＵＶを照射することで行われおり、この構成では、真空雰囲気とされたＵＶ照射槽内において、ＵＶ硬化型液晶溶液を容易に硬化（高分子化）させることができる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１のＳ２３において塗布する液晶溶液を熱硬化型液晶溶液として、Ｓ２５では加熱による硬化によって液晶層を形成するものであってもよい。

本発明の一実施形態を示すものであり、パターン化位相差板の製造工程を示すフローチャートである。上記パターン化位相差板が用いられる２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルの概略構成を示す断面図である。上記パターン化位相差板の構成を示すものであり、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は平面図である。上記２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルにおける各構成部材の光学軸の方向を示す図である。上記２Ｄ／３Ｄ切替型液晶表示パネルの組立工程を示すフローチャートである。図６（ａ）〜図６（ｆ）は、上記パターン化位相差板の製造工程を示す断面図である。

符号の説明

２０　　パターン化位相差板（光学リタデーション板）
２１　　透明基板（基板素材）
２２　　配向膜
２３　　液晶層

Claims

　基板素材上に所定の配向状態が与えられた配向膜を形成する配向膜形成工程と、
　上記配向膜形成工程によって形成された配向膜上に、低分子液晶溶液を塗布する液晶溶液塗布工程と、
　上記液晶溶液塗布工程によって塗布された低分子液晶溶液を、真空雰囲気中で高分子化させることで硬化させ、高分子液晶層を形成する液晶層形成工程とを含むことを特徴とする光学リタデーション板の製造方法。
　上記低分子液晶溶液としてＵＶ硬化型液晶溶液を用いるものであり、
　上記液晶層形成工程は、上記ＵＶ硬化型液晶溶液に真空雰囲気中で紫外線を照射する工程であることを特徴とする請求項１に記載の光学リタデーション板の製造方法。