JP2004233708A - 液晶表示装置の製造方法及び露光照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の液晶配向膜を形成する方法としてポリイミド薄膜をロール等によって機械的に摩擦して配向させる方法は、その摩擦工程において塵の発生及び静電気の発生による塵の基板への付着などを招き、品質管理上好ましくなかった。
また従来も紫外線直線偏光を吸収異方性分子からなる配向膜材料を塗布した基板に照射する光配向法があったが、液晶表示装置の生産に適用しようとしても、直線偏光性能が優れ、むらが少なく一様な分布を持ち、かつ十分なスループットが得られる強力なエネルギーを有する照明ができなかった。
【解決手段】点状の光源からなる紫外光源を１個又は複数用いて、出射する光を断面の縦横比が１：２以上の長細い形状をした複数のロッドレンズを束ねたインテグレータに入射させ、この出射光をコリメータレンズにより平行光にする。このビームをブリュースタ−入射角にして複数の平面ガラスを通して直線偏光光とし、基板に上記長細い形状で照射する。基板とこの直線偏光光を長細い形状の長辺に直交方向に相対移動させ、配向特性を有する光配向膜を形成するようにした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置を製造する方法に係り、特に液晶表示装置の配向膜形成工程において、配向膜材料に偏光光を露光照明し配向特性を付与して配向膜を形成する方法、及び、それに用いる露光照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置において液晶を配向させる液晶配向膜は重要な働きをしている。従来、液晶配向膜として、ポリイミド薄膜をロール等によって機械的に摩擦して配向させるものが主流であった。しかし、この方法はその摩擦工程において塵の発生及び静電気の発生による塵の基板への付着などを招き、品質管理上好ましくなかった。
【０００３】
また液晶表示装置の性能についても、ＴＦＴ間のショートによる画素欠陥、ラビング時の傷が原因となる配向不良による表示不良などが生じ最適なものではないことは特許文献１及び特許文献２などに詳しく述べられている。これらの問題を解決する方法として、特許文献１及び特許文献２に、配向膜に直線偏光を照射することによって配向特性を付与する方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許２６０８６６１号公報
【特許文献２】
特開平２−２７７０２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記の方法によれば、吸収異方性分子を含む配向膜材料に直線偏光を照射する光配向方法によって、摩擦法によらず配向膜を得ることができる。しかし、光配向方法を液晶表示装置の生産に適用しようとしても、従来の直線偏光を照射する照明手段では、直線偏光性能が優れ、むらが少なく一様な分布を持ち、かつ十分なスループットが得られる強力なエネルギーを有する照明ができなかった。
【０００６】
本発明はこのような現状に鑑みてなされたもので、吸収異方性分子を含む配向膜材料に直線偏光を照射する光配向方法を大幅に改良して、優れた性能の液晶表示装置の量産を実現することが可能な、光配向膜形成による液晶表示装置の製造方法、並びにその露光照明装置を提供することを目的にしている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
水銀ランプ等の点状の紫外光源から出射するランダム偏光の紫外線光を回転楕円面で集光する。この集光位置に断面の縦横比が１：２以上の長細い形状をした複数のロッドレンズを束ねたインテグレータの入射面を配置し、ここに入射させる。このインテグレータより出射した光をコリメータレンズにより指向性の高いビームにする。このようにすることにより得られる指向性の高いビームを入射角がブリュースタ−角になるように紫外線を通過する平面ガラスに入射させる。
【０００８】
このブリュースタ−偏光手段である複数の平面ガラスを透過した光は上記長細い形状と相似な照射領域を有する直線偏光光を得ることが出来るので、これを被露光基板に照射する。更にこの被露光基板と上記方法で得られた直線偏光光を上記長細い形状の短辺方向に相対移動させることにより、配向特性を有する光配向膜を形成する。
【０００９】
この際上記ロッドレンズ断面の長細い形状の長辺が短辺の４（１：４）倍以上にすることにより、広い範囲を走査露光することが可能になるだけでなく、上記ブリュースタ偏光手段を小型にすることが可能となり、高価な石英ガラスの使用量の削減が図れる。
【００１０】
この複数の平面ガラスからなるブリュースタ−偏光手段を透過したＰ偏光の光と、この複数の平面ガラスで反射したＳ偏光をＰ偏光に変換した光とを配向膜に照射し、配向特性を有する光配向膜を形成する。このようにすることにより、従来捨てていたＳ偏光が有効に使われ、光利用効率が高い露光照明形が実現できる。
【００１１】
光源として用いる水銀ランプの出力には限界があるため、複数の光源を用いることも可能である。複数の点状の紫外光源から出射した紫外線光がそれぞれ２次曲面鏡を用いて一箇所に集光する。この集光位置に断面の縦横比が１：２以上の長細い形状をした複数のロッドレンズを束ねたインテグレータを配置し、その入射面に入射させる。このインテグレータを出射した光をコリメータレンズにより平行光にすることにより得る指向性の高いビームにする。
【００１２】
その後、この指向性の高いビームを入射角がブリュースタ−角になるように紫外線光を透過する複数の平面ガラスに入射させる。この複数の平面ガラスを透過した直線偏光の光はＰ偏光になっているので、これを基板に照射する。さらに照射される直線偏光光を上記長細い形状の短辺方向に相対移動させる。このようにすることにより、高いエネルギーのＰ偏光照射光を基板に照射できるので、高いスループットを得ることが可能になる。
【００１３】
複数の光源から得られる上記縦横比が２：１以上の照明領域からなるＰ偏光照射光を得る際、上記複数平面ガラスのうち最初の複数枚の平面ガラスの間隔を空けておき、平面ガラスで反射するＳ偏光成分を取り出し、この光をＰ偏光に変換して、上記Ｐ偏光照射光に重ねるか、あるいは上記相対移動させる方向に相前後させて照射する。このようにすれば、従来捨てていたＳ偏光を有効に利用することが可能になり、従来得られなかった非常にスループットの高い光配向による液晶表示装置の製造が可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に実施形態により本発明を詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態を表す。１は平行照明光を得るコリメート照明系であり、１１は水銀ランプ、１２は楕円面鏡、１３は赤外線等露光に不要な光を透過して紫外線を反射するミラーである。水銀ランプ１１の発光部は、数ｍｍの大きさを有する輝点であり、この輝点から出射した紫外線はビーム径調整光学系１４を透過し、インテグレータ１５の入射面に集光する。
【００１６】
インテグレータ１５は、その入射面側から見た図である図３に示すように、矩形の柱状のロッドレンズ１５１を束ねた縦Ｗ_ｙ横Ｗ_ｘ（Ｗ_ｙ＝Ｗ_ｘ）の寸法を持つ構造を有する。１つのロッドレンズ１５１は、入射面及び出射面が球面であり（図示せず）、入射面に入射する平行光を出射側の球面に集光するように作られている。また、このロッドレンズ１５１の矩形（長方形）の縦ｗ_ｙと横ｗ_ｘの比は、１：２以上になっている。インテグレータ１５には、上記の光源から出射した紫外線光が、図３でハッチングした部分１５０に示すように集光されて入射してくる。ロッドレンズ１５１の縦横配列の数をｎ_ｙ、ｎ_ｘとすると、図３に示すように、おおよそ、ｎ_ｘｗ_ｘ＝Ｗ_ｘ、ｎ_ｙｗ_ｙ＝Ｗ_ｙとなっている。
【００１７】
個々のロッドレンズ１５１に入射した紫外線光の平行光成分は、上述したように一旦出射面に集光した後、ロッドレンズ１５１の縦横比に応じた発散角θ_ｙ、θ_ｘで出射する。但し、この発散光の主光線は、どれも光軸に平行になっている。上記の数ｍｍの大きさを有する光源と楕円鏡の倍率、ビーム調整光学系によって上記平行光成分の指向性（光軸となす角）は異なるが、この指向性の範囲以下の傾き成分を持ってロッドレンズ１５１に平行光成分が入射する。どの傾き成分の平行光もロッドレンズ１５１の出射面に集光し（傾き角によってロッドレンズ１５１の集光位置が異なる）、出射後はロッドレンズの縦横比に応じた同一の発散角で出射する。またどの傾き成分を持った平行光もインテグレータ出射後その主光線は光軸に平行になる。
【００１８】
図１を側面図とすると、図２はその平面図になるが、インテグレータ１５を出射した紫外線光は、焦点距離ｆのコリメ−タレンズ１６により、ほぼ平行なビームとなる。これは、インテグレータ１５の出射面とコリメータレンズ１６の間隔はほぼｆになっており、ｆはＷ_ｘ（Ｗ_ｙ＝Ｗ_ｘ）に比べ十分大きいためである。即ち、平行光からのズレは最大Ｗ_ｘ／２ｆまたはＷ_ｙ／２ｆであり、この値は数度以下である。
【００１９】
このようにして得られた平行光は、後に詳細な説明を行う偏光手段２により平行なＰ直線偏光になり、基板３に照射する。基板３とコリメータレンズ１６の距離はｆであるので、インテグレータ１５を構成する総てのロッドレンズ１５１を通過した紫外線光は、図１のミラー１７が平面鏡の場合には基板３上にロッドレンズの開口の縦横比Ｗ_ｙ：Ｗ_ｘに相似な形状で一様に照明することになる。
【００２０】
コリメータレンズ１６を透過した平行光は平行平面の石英ガラス２１を複数並べた偏光手段を通過する。この石英ガラス２１は図に示すように入射平行光に対し、入射角がブリュースタ角になるように配置されている。石英ガラス２１の屈折率をｎとすると、ブリュースタ角θ_ｂはｔａｎθ_ｂ＝ｎで与えられる。このようにブリュースタ−角θ_ｂで入射したランダム偏光の光のＰ偏光（入射光軸とガラス面に立てた法線が含む面内の偏光）は１００％透過し、Ｓ偏光は石英ガラス２１の表面で一部反射する。この反射率Ｒ（エネルギー反射率）は次式（数１）で与えられる。
【００２１】
Ｒ＝（ｎ^２−１）^２／（ｎ^２＋１）^２ ・・・（数１）
石英ガラス２１の屈折率ｎはｎ＝１．４７であるので、表面での反射率は１３．５％となる。
【００２２】
石英ガラス２１の表面を透過した紫外線光は裏面で再び一部反射し、一部透過する。裏面で反射した紫外線は表面に戻り、この表面で透過するものは始めに表面で反射したものにプラスされる。このように石英ガラス２１の表面と裏面の間での総ての反射を考慮すると、一枚の石英ガラス２１に入射した紫外線光のエネルギーを１とすると、次式（数２）で与えられるエネルギーＲｓがＳ偏光として反射する。
【００２３】
Ｒｓ＝２Ｒ／（１＋Ｒ） ・・・（数２）
上記のＲ＝０．１３５を代入すると、Ｒｓ＝０．２３８となる。即ち図１の石英ガラス２１に入射したＳ偏光成分の紫外線は２１で示される石英ガラス２１で反射し、入射Ｓ偏光成分のエネルギーの２３．８％が斜め右上に反射される。
【００２４】
この値はかなり大きい。第１枚目の石英ガラス２１を透過するＳ偏光成分の紫外線は７６．２％となり、第２枚目の石英ガラス２１に入射する。従って第２枚目の石英ガラス２１で反射し、斜め右上に向かうＳ偏光は（１−Ｒｓ）Ｒｓとなり、始めに第１枚目に入射したＳ偏光の１８．２％となる。このように後段の石英ガラス２１の反射エネルギーは順次小さくなるが、ｋ枚目までの反射Ｓ偏光の総和Ｒｔｋは次式（数３）で与えられる。
【００２５】
Ｒｔｋ＝１−（１−Ｒｓ）^ｋ ・・・（数３）
この値はｋ＝５では７４．３％となり、ｋ＝６では８０．４％になる。
【００２６】
図１に示すように、最初の５枚の石英ガラス２１から得られるＳ偏光は７４．３％にも達する。これら各石英ガラス２１からの反射光を、図１に示すように、シリンドリカルレンズ２２，２３によりビーム径を小さくした後、１／４波長板と反射鏡が一体になった偏光変換手段２４で反射させる。反射した平行紫外線光は偏光方向が直交しＰ偏光になり石英ガラス２１に戻り、この石英ガラス２１にブリュースタ角で入射するため、反射することなく、１００％透過する。透過した平行光はミラー２６で反射し、右に進み、紙面に平行な断面では放物線、紙面に垂直な方向には直線の放物シリンドリカル面鏡１８で反射し、基板３をＰ偏光状態で照射する。
【００２７】
他方、複数（図では２４枚）の石英ガラス２１を透過したＰ偏光は同じく放物シリンドリカル面鏡１７で反射し、同じくＰ偏光状態で基板を照射する。放物シリンドリカル鏡を用いているため、図１の紙面の左右方向にビームが絞り込まれるが、紙面と直角方向のビーム強度のむらはほとんど無い。これは放物シリンドリカル面が平面の時にはロッドレンズ１５１の断面形状と相似な照射領域となり、この照射領域内で強度が一様であるためである。また石英ガラス２１で反射するＳ偏光をＰ偏光に変換し利用するため、水銀ランプ１１を出射した光の約８０％以上の紫外線を有効に光配向に利用することが可能になる。
【００２８】
図１では、鏡１７と鏡１８とを放物シリンドリカル面にしているが、平面鏡でも良い。この場合には、基板面に照射される紫外線の形状は、図３のインテグレータ１５を構成するロッドレンズ１５１の光軸に直交する面の断面形状に相似になる。図３のロッドレンズ１５１に示すように、断面形状の長方形の縦と横の辺の比を１：４．８にすると、鏡１７及び１８が平面鏡の場合、基板上で紫外線が照射される領域の形状は、辺の長さ比が１：４．８の長方形になる。
【００２９】
従って、この長方形の長辺、即ち図の紙面に垂直な方向と直交方向である図の矢印の方向に、図示していないステージを用いて基板を走査することにより、大きな基板全体にＰ偏光の紫外線を効率良く照射することができる。紫外線照射領域を、走査方向（ｘ方向）に対して直角の方向（ｙ方向）を長くするほど、一回の走査で露光できる面積が大きくなる。更に、石英ガラス２１のｙ方向と直角方向の幅を狭くする事ができ、光軸方向に間隔をおいて図１に示すように反射Ｓ偏光を隣接する石英ガラスに入射しないように複数配列する際、偏光手段２即ち石英ガラスの部分を短く構成する事が可能になる。この縦横比は１：２以上で効果があるが、更に１：４以上にすると石英ガラス２１の使用量は大幅に少なくなり、光軸方向の寸法も大幅に小さく出来る。
【００３０】
図１では、石英ガラス２１を透過した光と反射した光を基板上の同一箇所に照射しているが、走査方向にずらして照射しても良い。この時には、ずらす幅分走査範囲を広くする必要が生じるが、ずらさない場合と同様に光配向を行うことが可能になる。
【００３１】
図４、図５及び図６は本発明の１実施形態図である。図４は光源１１からインテグレータ１５までの光路の概略を示す図、図５はインテグレータ１５以降の光路の概略を示す図であり、図６は全体の図である。図４及び図６に示すように、水銀ランプ１１は複数配列されており、各水銀ランプ１１から出射した紫外線はそれぞれ楕円面鏡１２により有効に反射され、ミラー１３で反射後、インテグレータ１５に入射する。インテグレータ１５は、図３に示すように、縦横比が１：４以上になっている。この結果、横方向に並ぶ光源からの光をロスすることなく有効にロッドレンズ内を通すことが可能である。
【００３２】
ロッドレンズ１５１を通過した光は前述したようにロッドレンズ１５１の縦横比に比例した広がりの発散角でロッドレンズ１５１から出射するためコリメータレンズ１６により平行光にすると、この平行光の縦横比は４以上になる。各水銀ランプ１１からインテグレータ１５に入射する紫外線光の形状はほぼ回転対象の強度分布を持っているので、４つの水銀ランプ１１から来る光をインテグレータ１５の入射端で重なるように入射させると、配列方向の入射角はそれと直交方向の入射角に比べ４倍以上の入射角になる。
【００３３】
従って、インテグレータ１５を構成するロッドレンズ１５１の断面の縦横比は、この入射角の比かそれ以上にすることが望ましい。
【００３４】
インテグレータ１５を透過した紫外線光は、コリメータレンズ１６上で、４１に示すようなロッドレンズ１５１とほぼ相似（厳密にはボケがある）な形状になっている。この紫外線光は、コリメータレンズ１６で並行光になり、複数の石英ガラスが僅かな間隙を置いて配列された偏光手段２´を通り、純度の高いＰ偏光の平行光を得る。これをミラー１７，１８で折り返し、基板３上の領域４２に照射する。この照射領域はロッドレンズ１５１の縦横比と相似で、１：４以上の比の長方形であるので、短辺方向に基板を走査することにより、基板全体を効率良く一様にＰ偏光紫外線光を照射することが可能になり、高いスループットで配向膜に配向特性を付与することが可能になる。
【００３５】
図４〜６の実施形態では、複数の石英ガラス２１を僅かに離して積層している。この場合、石英ガラス２１で反射するＳ偏光は捨てている。しかし、このＳ偏光はガラス間で反射を繰り返し、取り出したいＰ偏光に重畳することになるため、間隔を空けて配列する場合に比べ、余分に石英ガラスを用いる必要が生じる。以下、この課題の定量的な評価とこの課題の解決法について、実施形態を用いながら説明する。
【００３６】
図７は、図６に用いられている偏光手段２’を構成する積層石英ガラス２５の透過光のＳ偏光について説明する図である。光配向に必要な直線偏光に対し、ノイズとなるＳ偏光成分の強度比は小さいことが望まれる。図７に示すように、ｍ枚積層された石英ガラス２５_ｍに１という強度で入射したＳ偏光の光に対し、石英ガラス２５_ｍ全体から反射するＳ偏光をＲ_ｍ、石英ガラス２５ｍ全体を透過するＳ偏光をＴ_ｍとする。Ｒ_ｍ、Ｔ_ｍはｍ枚の石英ガラス間で反射、透過を繰り返した結果として得られるトータルのＳ偏光の入射光強度に対する反射光強度及び透過光強度の比（Ｓ偏光反射率及びＳ偏光透過率）を表している。このｍ枚の石英ガラス２５ｍの後に１枚の石英ガラス２１が加わることにより、ｍ＋１枚の石英ガラス全体２５_ｍ＋１のＳ偏光反射率及びＳ偏光透過率をＲ_ｍ＋１およびＴ_ｍ＋１とすると、この値は以下のようにして求まる。
【００３７】
１枚の石英ガラス２１にブリュースタ角で入射するＳ偏光の表面の（エネルギー）反射率Ｒはガラスの屈折率をｎとすると、次式（数４）で与えられる。
【００３８】
Ｒ＝│（ｎ^２−１）／（ｎ^２＋１）│^２ ・・・（数４）
１枚の石英ガラス２１の表面と裏面の反射、透過の結果得られるトータルのエネルギー反射率Ｒ_ｓ及びエネルギー透過率Ｔ_ｓは、次式（数５）及び（数６）で与えられる。
【００３９】
Ｒ_ｓ＝２Ｒ／（１＋Ｒ） ・・・（数５）
Ｔ_ｓ＝（１−Ｒ）／（１＋Ｒ） ・・・（数６）
従って、図７に示すｍ枚からなる石英ガラス２１のトータルの透過率及び反射率をＲ_ｍ、Ｔ_ｍとすると、ｍ＋１枚のトータルの反射率および透過率Ｒ_ｍ＋１、Ｔ_ｍ＋１は、次式（数７）及び（数８）で与えられる。
【００４０】
Ｒ_ｍ＋１＝Ｒ_ｍ＋Ｔ_ｍ ^２Ｒ_ｓ／（１―Ｒ_ｍＲ_ｓ） ・・・（数７）
Ｔ_ｍ＋１＝Ｔ_ｍ（１―Ｒ_ｓ）／（１―Ｒ_ｍＲ_ｓ） ・・・（数８）
この式から、数学的帰納法により以下の式（数９）及び（数１０）が成り立つことが分かる。
【００４１】
Ｒ_ｍ＝ｍＲ_ｓ／｛１＋（ｍ−１）Ｒ_ｓ｝ ・・・（数９）
Ｔ_ｍ＝（１―Ｒ_ｓ）／｛１＋（ｍ−１）Ｒ_ｓ｝ ・・・（数１０）
（数１０）を用いて、石英ガラス２１を２４枚積層した場合について計算すると、Ｓ偏光が抜けてくる割合Ｔ_ｍは、１１．８％になる。更に石英ガラス２１の積層数を多くして３５枚にしても、８．４％のＳ偏光が抜けてくることになる。このようにブリュースタ−角を用いてＰ偏光を取り出そうとしても、もともとランダム偏光であった光源の光のうちの本来除去したいＳ偏光成分が、積層した石英ガラス２１間で反射、透過することにより、完全に除去することができず、ノイズとして乗ってしまう。
【００４２】
本発明では、図１から３に示した断面の縦横比が１：２以上、更に効果を上げるため１：４以上にしたロッドレンズ１５１を用いることにより、インテグレータ１５を出射後の光の断面形状をこの縦横比とすることができるため、石英ガラス２１の縦方向を狭くして用いることができる。この結果、図１あるいは図９に示した構成において、石英ガラス２１で反射した光が隣の石英ガラス２１を照射しないように、隣接するガラスの間隔を図８の２Ａに示したように空けても、光軸方向のサイズを比較的小さい構造で構成することが可能になる。
【００４３】
図８のように、ｋ枚の石英ガラス２１についてＳ反射光が隣の石英ガラス２１に入射しないように設定すると、ｋ枚の石英ガラスを透過した後のＳ偏光は、（数６）を用いて求めると、入射Ｓ偏光強度のＴ_ｓ ^ｋ倍になる。石英ガラスの屈折率ｎ＝１．４７を用いると、この値はｋ＝１５の時には０．０１７なる。即ちｋ枚透過した後のＳ偏光成分はＰ偏光成分の１．７％となり、図６の２’又は図７の２５_ｍのように示した密接して積層した場合に比べて、１桁近くＳ偏光成分を少なくすることが可能になる。
【００４４】
図１の実施形態の説明では特に触れなかったが、この場合にも直進するＰ偏光に乗るＳ偏光成分は上記理由により密着した積層に比べはるかに小さくなることは明らかである。具体的な数値で示すと、始めの５枚で透過してくるＳ偏光は入射光のＴ_ｓ ^５倍となり、約０．２５７。その後の１９枚については（数１０）が成り立つので、（数１０）でｍ＝１９、Ｒｓ＝０．２３７７を代入すると、

従って、入射Ｓ偏光に対し、Ｔ_ｓ ^５Ｔ_ｍ＝０．０３７、即ち３．７％がＳ偏光として漏れるにとどまる。
【００４５】
図９は本発明の実施形態を表す図である。図１と同一番号は同一部品を表す。図９ではＳ偏光をＰ偏光に変換する素子として公知のフレネル斜方体２４１を用いている。即ち、図１０および図１１に示すように、斜方体２４１の入射面（Ａ面）と反射面（Ｓ面）のなす角である頂角θ_Ｆが４６°２１′又は５８°２８′になるような石英ガラス（屈折率ｎ＝１．４７）のプリズムを用いる。このプリズムであるフレネル斜方体２４１に、図１１（ｂ）に示すように垂直にビームを入射させる。この時、斜方体２４１の入射面（Ａ面）に４５°の直線Ｓ偏光が入射するように斜方体プリズム２４２を傾けて（入射面垂線を軸に回転して）おく。このようにすると、図１０に示すように、斜方体２４１を透過して出射面（Ｂ面）から出射した紫外線は円偏光になる。この円偏光は、ミラー２４２で反射し、再びこの斜方体２４１のＢ面に入射しＡ面から出射して戻ってきた光は、入射時と直交するＰ偏光となっている。
【００４６】
このような斜方体２４１に入射するビームの大きさがあまり大きいと、斜方体２４１の材料として、大きな石英ガラスが必要になる。そこで図１と同様に、インテグレータとコリメータレンズで形成された横長のビームＢ１を、焦点距離ｆ１とｆ２の比がこのビームの横と縦の比に等しいシリンドリカルレンズ２２と２３を用いる。このようにすると、シリンドリカルレンズ２３を透過したビームＢ２の縦と横の比が１：１になり。フレネル斜方体２４１の形状を比較的小型にしても、Ｓ偏光をＰ偏光に変換することが出来る。
【００４７】
図９の実施形態に示すように、図１の構成とは異なり、石英ガラス２１，２５を透過して得られたＰ偏光の紫外線光は、平面ミラー１７´で反射させ、ほぼ垂直に配向膜基板に照射する。
【００４８】
また、始めの５枚の石英ガラス２１で反射したＳ偏光は、上記のフレネル斜方体プリズム２４１とミラーによりＰ偏光に変換され、平面ミラー２６および１８´、１９´により反射され、配光膜基板３の異なる場所に照射される。制御装置５は、配向膜基板３を搭載するステージ３１を一定速度で駆動制御する。
【００４９】
走査方向と直交する基板の寸法がこの方向の照射領域より大きい時には、複数回の走査により基板全体を照射する必要が生じる。この時問題になるのが複数回の走査で生じる各走査の境界領域のトータル照度が不均一になる点である。これを解決するには、図１２の照射光領域３０１１および３０１２に示すように、１回の走査時の長細い照射領域の両端を斜めにしておけばよい。基板３の露光を必要とする領域３０１に対し、図に示すように両端の隣接領域を斜めにしておき、この部分を隣り合う２回の走査における露光量積算値が一定になるようにする。即ち、ステージ３１を右方向に走査して３０１１の照明領域が相対的に左に走査されるようにし、３０１の領域の端まで行ったら、ステージ３１を縦方向に斜方形の長辺相当ステップ移動した後、ステージを逆方向に走査すれば良い。この斜方形の照射領域を形成するのは、例えば、図１３に示すように、薄い板３０１３で形成される斜光板にこの斜方形の照射領域の形状で穴３０１２´をあけたものを基板に接近させて配置しておけば、Ｐ偏光照明光領域４２´のうち穴部分が影絵として基板に照射される。
【００５０】
図１４は、上記の斜方形の照明を効率良く実現する実施例である。インテグレータ１５´を構成するロッドレンズ１５１´を１方向に長い平行四辺形にすると、図１３で用いた遮光板３０１３を用いずに、直接図１２の３０１１または３０１２に示した形状の照明を基板に照射することができる。この場合、遮光板を用いないため遮光板で遮光されることなく効率の高い照明が実現し、かつ複数走査の境目におけるトータルの照度分布は、照明域の中央部とほぼ同じになる。
【００５１】
図１４のインテグレータ１５´を構成するロッドレンズ１５１´は、図１５にその３方向から見た図に示すように、入射及び出射部の球面の曲率半径をＲ、ロッドレンズの長さをＬとし、素材ガラスの屈折率をｎとすると、これらの間に下記の式（数１１）を満たすようにしている。
【００５２】
Ｒ＝Ｌ（ｎ−１）／ｎ ・・・（数１１）
このような条件を満たしていると、ロッドレンズ１５１´に入射した光（平行光成分）はロッドレンズ１５１´の出射面に集光する。ここで、ロッドレンズ１５１´の出射面をコリメータレンズ１６の前側焦点位置に設置し、コリメータレンズ１６の後側焦点位置に基板３を配置すれば、ロッドレンズ１５１´を出射してコリメータレンズ１６を透過した光による基板３上での照射領域の形状は、図１２に示した領域３０１１又は３０１２のような形状になる。
【００５３】
図１６は、図１７に示すような基板上の照明領域を効率良く実現する方法の実施例である。この場合、図１７の３０１１又は３０１２に示す所望の照明形状と相似な断面形状を持つロッドレンズを多数配列する。この場合も２回の走査の境界領域は２回の走査の積算光量が他の部分と等しくなり、境界領域に露光照度むらを発生することなく前面をＰ直線偏光で一様に照射することが可能になる。
【００５４】
図１８は、本発明による露光照明装置の実施形態を説明する図である。２個の水銀ランプ１１を備えた照明系が２式、斜め方向に位置ずらしして配置されている。２個の光源から出射した紫外線光は、それぞれ楕円面鏡１２で反射後、１個のインテグレータ１５´´に入射する。インテグレータ１５´´を構成するロッドレンズ１５１´´の断面は、図１６に示された長い６角形の形状をしている。ロッドレンズを出射した紫外線光は、コリメータレンズ１６により平行光になり、偏光素子２´を通過してミラー１７´´で反射後、基板３の所望の領域を照射する。
【００５５】
基板３上には、２式の照明系によりそれぞれ長い６角形の領域３０１１、３０１２にＰ直線偏光が照射される。基板３はステージ３１に乗り、このステージは制御回路５の信号により一定スピードで矢印の方向に走査される。２つの照射領域は図１７の３０１１，３０１２のように配列されているため、１回の走査で全面が照射される。
【００５６】
図１８の実施例では、２個の光源からの照射光の強度の和がそれぞれの領域の照度を決めるため、この強度の和が２式の照明系で等しくないと２つの露光領域の間で照度むらが発生する。このため４個総ての光源からの光を一部取りだし、光源の強度を紫外光強度検出センサ１９Ａ１，１９Ａ２、１９Ｂ１、１９Ｂ２で検出する。この検出結果を、デジタル信号に変換した後制御回路に送り、１９Ａ１と１９Ａ２の強度の和Ｉ_Ａと１９Ｂ１と１９Ｂ２の和Ｉ_Ｂを制御回路で求め、この比が１になるように可変透過率フィルタ１９Ａまたは１９Ｂを、図示されていない駆動機構によって駆動する。
【００５７】
可変透過率フィルタ１９Ａ及び１９Ｂは、１９１、１９２、１９３……に示されるように、透過率が異なる複数のフィルタが並べられており、各フィルタはその内部では一定の透過率であり、隣接フィルタ間では相対的に露光むらが許容される範囲の透過率比になっている。露光量を出来るだけ大きくするため、当然一方の光軸はフィルタ無しの状態であり、他方のみにフィルタが挿入されることになる。通常光源の出力は急激に変化することはないので、光源の光強度モニターは時間オーダまたは日オーダの間隔で行えば十分である。
【００５８】
図１８の実施例では、各光軸に有るコリメータレンズ１６を透過し、形状がほぼ図１７の照明形状３０１１及び３０１２の細長いビーム形状の平行光となっている。そのため、このビームを透過させる細長い石英ガラス２１を、入射角がブリュースタ角になるように傾けて反射Ｓ偏光が隣の石英ガラス２１に入射しないように間隔を空けても、光軸方向に比較的短い寸法で５枚の石英ガラス２１´をほぼ等間隔に配列することが出来る。この５枚の石英ガラス２１´のＳ偏光は透過Ｐ偏光に重畳しないため、上記に定量的に示したように、純度の高いＳ偏光が取り出せる。
【００５９】
なおこの反射Ｓ偏光を図１、図９に示すような偏光変換手段によりＰ偏光に変換して露光に用いることにより、更に強いＰ偏光を露光に用いることが出来る。
【００６０】
以上、図１、５，６、９および１８の実施形態に示すように、インテグレータ１５、１５´、１５´´を出射した光をコリメータレンズ１６により所望の形状の平行ビームにしてから、ブリュースタ−角を用いた積層ガラス２１からなる偏光素子２、２´に入射させている。このような構成にしている理由は、まず先にＰ偏光の直線偏光を形成し、その後所望の形状にするためコリメートレンズ系にこの直線偏光を入射させ露光に必要な大きさのビーム形状にすると、このコリメートレンズ系を通過した時に、直線偏光の方向が傾き、Ｓ偏光成分が発生するためである。
【００６１】
上記の理由を説明する。コリメートレンズ１６の中心、及びコリメートレンズ１６の中心からＰ偏光の方向と平行または直角方向のコリメートレンズ１６の位置を通過する光は、Ｓ偏光成分を発生しない。しかし、コリメートレンズ１６の中心からＰ偏光の方向±４５°の方向では、Ｓ偏光成分が発生する。しかも、これら２つの偏光は互いに干渉しあう。このため、Ｓ偏光成分の強度をＩｓとし、Ｐ偏光成分の強度をＩｐとすると、Ｐ偏光の方向から４５°方向のレンズの位置を通過する光の合成の偏光成分には、Ｐ偏光の方向から下記の式（数１２）で求まるΔθの偏光方向の傾きが発生することになる。
【００６２】
Δθ＝ｔａｎ^−１（√（Ｉｓ／Ｉｐ）） ・・・（数１２）
この偏光の傾きは配向膜の配向方向の傾きになるため照射光の場所により、即ち液晶ディスプレイの表示場所により液晶の配向方向がズレ、表示むらを発生することになる。
【００６３】
このように、本発明では、コリメートレンズ１６により露光領域にほぼ等しい大きさ形状の平行ビームにしてからＰ偏光にすることにより、純度の高い（Ｓ偏光成分が少ない状態で）Ｐ偏光を得ることができている。しかも、既に詳細に説明したように、光源の出射光を効率高く、かつ一様な照度分布で照明することができる。
次に、上記に説明した紫外光を照射して配向膜を形成する工程を含めた液晶表示装置の製造方法について、図１９を用いて説明する。
【００６４】
図１９は、薄膜トランジスタ回路基板（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下ＴＦＴと記す）を用いた液晶表示装置の製造工程の例を示す。
【００６５】
製造工程は、先ず、ＴＦＴ基板側に配向膜を形成する工程（１９０１〜１９０６）と、カラーフィルタ基板側に配向膜を形成する工程（１９１１〜１９１５）とが別々に進められ、それぞれの工程の処理が終った二つの基板を貼り合せ（１９２０）、両基板間に液晶を封入し封じ込めて（１９３０）完成する。
【００６６】
ＴＦＴ基板側に配向膜を形成する工程においては、先ずガラス基板上に薄膜トランジスタ回路を形成するＴＦＴ基板製作工程（１９０１）を経た基板に配向膜材料を塗布し（１９０２）、この塗布した配向膜材料を乾燥炉に入れて乾燥させ（１９０３）、この配向膜材料を乾燥させたガラス基板を炉に入れて焼成する（１９０４）。次に、この焼成した配向膜材料に、上記に説明したような手段を用いて所望の形状に成形した一様な照度分布を有する直線偏光した紫外光を照射して、配向膜材料膜に配向特性を付加（１９０５）した後、基板に液晶封入シール材を形成する（１９０６）。
【００６７】
一方、カラーフィルタ基板側に配向膜を形成する工程においては、先ずガラス基板上にカラーフィルタを形成し（１９１１）、この基板上に配向膜材料を塗布（１９１２）した後、上記に説明したＴＦＴ基板側に配向膜を形成する工程と同様に、配向膜材料を乾燥させ（１９１３）、炉に入れて焼成し（１９１４）、紫外線を照射して配向膜材料に配向特性を付加する（１９１５）。
【００６８】
以上の工程を経て形成されたＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板とを接着剤で貼り合せて接着剤を硬化させ（１９２０）、この貼り合せたＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶を封入し封入口を封止して（１９３０）一連の工程を終了する。
【００６９】
上記したような工程を経て液晶表示装置を製造することにより、配向特性を有する膜を、この膜に直接触れることなくクリーンな環境で形成することができるので、従来の機械的に摩擦させて配向特性を付与する方式に比べて、膜の表面に傷やゴミなどの欠陥を発生させることなくなり、高品質の配向膜を安定して形成することができる。
【００７０】
図１９で説明した液晶表示装置の製造工程においては、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との両方に配向膜材料を塗布して配向特性を付加しているが、この配向膜材料を塗布して配向特性を付加するのは、ＴＦＴ基板またはカラーフィルタ基板の何れか一方だけであっても良い。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明により、光配向を形成する膜を塗った液晶基板に、均一で光利用効率の高い直線偏光の紫外線光を照射することが可能になり、液晶ディスプレイ装置の配向膜を高スループットで、高性能の配向特性を持って製造することが可能になった。更に、従来のラビングで製作していた液晶ディスプレイに比べ、表示欠陥の少ない製品を高い歩留まりで製造することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による配向膜に配向特性を付与する手段の概略構成を示す正面図である。
【図２】図２は、本発明による配向膜に配向特性を付与する手段の偏光手段の概略構成を示す正面図である。
【図３】図３は、本発明による配向膜に配向特性を付与する手段のインテグレータの概略構成を示す正面図である。
【図４】図４は、本発明による配向膜に配向特性を付与する手段の複数の光源部からインテグレータまでの概略構成を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明による配向膜に配向特性を付与する手段のインテグレータからミラーまでの概略構成を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明による配向膜に配向特性を付与する手段の複数の光源部からミラーまでの概略構成を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明による配向膜に配向特性を付与する手段の偏光手段の概略構成を示す正面図である。
【図８】図８は、本発明による配向膜に配向特性を付与する手段の偏光手段の概略構成を示す正面図である。
【図９】図９は、本発明による配向膜に配向特性を付与する手段において、偏光素子にフレネル斜方体プリズムを用いた場合の概略構成を示す正面図である。
【図１０】図１０は、本発明による配向膜に配向特性を付与する手段において、偏光素子に用いたフレネル斜方体プリズムとシリンドリカルレンズの概略構成を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、（ａ）本発明による配向膜に配向特性を付与する手段において、偏光素子に用いたフレネル斜方体プリズムの正面図、（ｂ）フレネル斜方体プリズムの側面図である。
【図１２】図１２は、本発明により基板全面を走査して照射する状態を示す基板の平面図である。
【図１３】図１３は、本発明による遮光マスクの平面図である。
【図１４】図１４は、本発明による配向膜に配向特性を付与する手段において、断面形状が平行四辺形のロッドレンズで構成したインテグレータの正面図である。
【図１５】図１５は、（ａ）本発明による配向膜に配向特性を付与する手段において、断面形状が平行四辺形のロッドレンズの正面図、（ｂ）側面図、（ｃ）平面図である。
【図１６】図１６は、本発明による配向膜に配向特性を付与する手段において、断面形状が６角形のロッドレンズで構成したインテグレータの正面図である。
【図１７】図１７は、本発明による配向膜に配向特性を付与する手段において、断面形状が６角形のロッドレンズで構成したインテグレータを用いて基板全面を走査して照射する状態を示す基板の平面図である。
【図１８】図１８は、本発明による複数領域を同時に照明して走査する方式の配向膜に配向特性を付与する手段の斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明による配向膜の形成方法を適用した液晶表示装置の製造工程を示すフロー図である。
【符号の説明】
１、１´、１Ａ、１Ｂ・・・コリメート照明光学系 ２、２´・・・偏光素子
３・・・基板 ５・・・制御装置 １１・・・紫外線光源 １５、１５´、１５´´、１５Ａ、１５Ｂ ・・・インテグレータ １５１，１５１´，１５１´´・・・ロッドレンズ １６・・・コリメータレンズ ２１・・・石英ガラス ２４・・・偏光変換素子 ２４１・・・フレネル斜方体 １７´，１８´，１９´，２６，２４２・・・ミラー １７，１８・・・放物面シリンドリカルミラー ３１・・ステージ

Claims (26)

1. 薄膜トランジスタ回路を形成した第１のガラス基板とカラーフィルタを形成した第２のガラス基板とを貼り合せて該貼り合せた第１のガラス基板と第２のガラス基板との間に液晶を封入し封止して形成する液晶表示装置の製造方法であって、前記貼り合せる前の前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との少なくとも何れか一方の表面に配向膜材料を塗布して固化し、該固化した配向膜材料に、光源から出射して指向性を高めた紫外線光であってＳ偏光成分を減少させてＰ偏光成分の割合を相対的に高くした紫外線光を前記配向膜材料に照射して走査することにより前記配向膜材料に配向特性を付加することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 前記光源から出射して指向性を高めた紫外線光のＳ偏光成分を減少させてＰ偏光成分の割合を相対的に高くすることを、前記指向性を高くしたビームをＰ偏光成分のビームとＳ偏光成分のビームとに分離し、該分離したＳ偏光成分のビームをＰ偏光成分のビームに変換し、前記分離したＰ偏光成分のビームと前記Ｓ偏光成分のビームを変換して生成したＰ偏光成分のビームとを前記配向膜材料の照射に用いることにより実現することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
3. 前記指向性を高くしたビームをＰ偏光成分のビームとＳ偏光成分のビームとに分離することを、前記指向性を高めたビームを紫外線光を透過するガラス板に入射角がブリュースタ−角になるように入射させることにより行うことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 前記光源から出射したランダム偏光の紫外線光を指向性の高いビームにすることを、光源から発したランダム偏光の紫外線光を楕円面で集光した後、複数のロッドレンズを束ねて形成したインテグレータに入射させ、インテグレータから出射した光をコリメータレンズにより平行光にすることにより得ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
5. 前記配向膜材料に照射するＰ偏光成分のビームの形状を、縦横比が１：２以上の長細い形状にしたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
6. 前記配向膜材料に、長細い形状に成形したＰ偏光成分のビームを、該ビームの形状の細長い方向と直角の方向に走査して照射することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
7. 薄膜トランジスタ回路を形成した第１のガラス基板とカラーフィルタを形成した第２のガラス基板とを貼り合せて該貼り合せた第１のガラス基板と第２のガラス基板との間に液晶を封入し封止して形成する液晶表示装置の製造方法であって、前記貼り合せる前の前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との少なくとも何れか一方の表面に配向膜材料を塗布して固化し、該固化した配向膜材料に、所望の形状に成形した紫外線光を照射して走査することにより前記配向膜材料に配向特性を付加することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
8. 前記固化した配向膜材料に照射して走査する所望の形状に成形した紫外線光は、指向性を高めた直線偏光の紫外線光であることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置の製造方法。
9. 前記固化した配向膜材料に照射して走査する紫外線光の所望の形状は、縦横比が１：２以上の長細い形状であることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置の製造方法。
10. 前記固化した配向膜材料に照射して走査する所望の形状に成形した紫外線光は、
    光量の分布が均一になるように調整されていることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置の製造方法。
11. 第１のガラス基板上にＴＦＴ回路を形成する工程と、
    該ＴＦＴ回路を形成した第１のガラス基板上に配向膜材料を塗布して固化する工程と、
    該第１のガラス基板上に塗布して固化した配向膜材料に紫外線光を照射して該配向膜材料に配向特性を付与する工程と、
    第２のガラス基板上にカラーフィルタを形成する工程と、
    該カラーフィルタを形成した第２のガラス基板上に配向膜材料を塗布して固化する工程と、
    該第２のガラス基板上に塗布して固化した配向膜材料に紫外線光を照射して該配向膜材料に配向特性を付与する工程と、
    前記ＴＦＴ回路を形成した第１のガラス基板と前記カラーフィルタを形成した第２のガラス基板とを張り合わせて前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との間に液晶材料を封入する工程とを備えた液晶表示装置の製造方法であって、
    前記第１のガラス基板上に塗布した配向膜材料に紫外線光を照射して該配向膜材料に配向特性を付与する工程と前記第２のガラス基板上に塗布した配向膜材料に紫外線光を照射して該配向膜材料に配向特性を付与する工程とにおいて、光源から発射した紫外線光を所望の形状に成形し、該所望の形状に成形した紫外線光を前記第１のガラス基板又は第２のガラス基板に照射して走査することにより前記配向膜材料に配向特性を付与することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
12. 前記光源から発射した紫外線光からＳ偏光成分を減少させてＰ偏光成分の割合を相対的に高くし、該Ｐ偏光成分の割合を相対的に高くした紫外線光を前記配向膜材料に照射することを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置の製造方法。
13. 前記光源から発射した紫外線光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離し、該分離したＳ偏光成分の偏光特性を変えてＰ偏光成分にし、前記分離したＰ偏光成分と前記偏光特性を変えて形成したＰ偏光成分とを前記配向膜材料に照射することを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置の製造方法。
14. 前記所望の形状に成形した紫外線光の光量の分布を制御して前記第１のガラス基板又は第２のガラス基板に照射して走査することを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置の製造方法。
15. 前記第１のガラス基板又は第２のガラス基板に照射して走査する紫外線光の所望の形状が、縦横比が１：２以上の長細い形状であることを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置の製造方法。
16. 前記第１のガラス基板又は第２のガラス基板上を走査して照射するＰ偏光成分のビームは、該走査する方向と直角な方向に細長い形状に成形されていることを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置の製造方法。
17. 紫外光源と、該紫外光源から出射するランダム偏光の紫外線光を集光する集光手段と、該集光手段で集光した紫外線光を指向性の高いビームにするコリメート光学系と、該コリメート光学系により指向性を高められたビームのＳ偏光成分の割合を低減してＰ偏光成分の割合を相対的に高くした紫外線光を被露光基板に照射する照射光学系と、該被露光基板に照射される紫外線光を該被露光基板上で走査させ走査手段とを備えたことを特徴とする露光照明装置。
18. 前記コリメート光学系により指向性を高められたビームのＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分離する偏光分離手段と、該偏光分離手段で分離されたＳ偏光の偏光特性を変換してＰ偏光にする偏光特性変換手段とを更に備え、前記偏光分離手段で分離されたＰ偏光と前記偏光特性変換手段で偏光特性を変換して得られたＰ偏光とを前記照明光学系を介して前記被露光基板に照射することを特徴とする請求項１７記載の露光照明装置。
19. 前記偏光分離手段は、所望の間隔あけた紫外線光を透過する複数の平面ガラスで構成され、該複数の平面ガラスに入射する前記コリメート光学系により指向性を高められたビームの入射角がブリュースタ−角になるように設定されていることを特徴とする請求項１７記載の露光照明装置。
20. 前記紫外光源と前記集光手段とを複数組供えたことを特徴とする請求項１７記載の露光照明装置。
21. 前記紫外光源と前記集光手段と前記コリメート光学系と前記照射光学系とを複数組供えたことを特徴とする請求項１７記載の露光照明装置。
22. 紫外光源と、該紫外光源から出射するランダム偏光の紫外線光を反射する反射鏡手段と、該反射鏡手段で反射した光を指向性の高い所望の断面形状を有するビームに成形するコリメート光学系と、該コリメート光学系により指向性を高められ所望の断面形状に成形されたビームを被露光基板に照射する照射光学系と、該被露光基板に照射される紫外線光を該被露光基板上で走査させる走査手段とを備えたことを特徴とする露光照明装置。
23. 前記紫外光源と前記反射鏡手段とを複数組供えたことを特徴とする請求項２２記載の露光照明装置。
24. 前記紫外光源と前記反射鏡手段と前記コリメート光学系と前記照射光学系とを複数組供えたことを特徴とする請求項２２記載の露光照明装置。
25. 上記コリメート光学系は複数のロッドレンズを束ねたインテグレータと、該インテグレータより出射した光を指向性の高い平行光にするコリメータレンズとを備えていることを特徴とする請求項１７又は２０に記載の露光照明装置。
26. 上記ロッドレンズの断面形状はその長辺の長さと長辺と直交する方向の幅の比が１：２以上であることを特徴とする請求項１７又は２０に記載の露光照明装置。

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