JP2006171043A - 配向膜及びその製造技術、並びに液晶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡易な装置及び操作で、高品質の配向膜を安定的に製造することを可能とする。
【解決手段】 配向膜３は、半導体レーザから得られた直線偏光Ｌを、直線偏光Ｌの照射により化学構造が変化して構成分子が配向する有機膜３Ａの表面に照射し、有機膜３Ａの少なくとも表面の構成分子を配向させて得られたものである。半導体レーザとしてはＧａＮ系半導体レーザ、有機膜３Ａとしては３７０〜４５０ｎｍの波長域の直線偏光Ｌの照射により化学構造が変化して構成分子が配向するものが好ましく用いられる。有機膜３Ａとしては、直線偏光Ｌの照射により幾何異性化又は二量化するものが好ましく用いられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶分子等の配向方向を制御する配向膜及びその製造技術、並びに配向膜を備えた液晶装置に関する。

液晶装置には、液晶層に面して形成され、電圧無印加時の液晶層内の液晶分子の配向方向及びプレティルト角を制御する配向膜が備えられている。

配向膜の製造方法としては、ポリイミド等の配向性高分子膜をラビング処理するラビング法が一般的である。しかしながら、この方法では、ラビング布が膜に直接接するため、膜に静電気が発生したり、膜表面に埃等が付着する恐れがある。発生した静電気は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子に影響を及ぼす恐れがあり、膜表面に付着した異物は、液晶層の配向欠陥等の要因になり得る。また、配向膜は、電極等の上に形成されるため、その表面には凹凸があり、特に大型のパネルでは、膜全体を均一にかつ良好にラビングすることが難しい。

かかる背景下、光照射により非接触で配向膜を製造する光配向技術が提案されている。

（１）特許文献１〜５には、ポリイミド等の配向性高分子膜に対して、直線偏光を照射して光照射部分を光分解し、配向膜を製造する技術が開示されている。従来用いられているポリイミド等の配向性高分子は、吸収光域が深紫外域であるため、同文献には、直線偏光の光源として、超高圧水銀灯（出射光の中心波長３６５ｎｍ）あるいはエキシマレーザ（出射光の中心波長２４６ｎｍ）を用いることが記載されている。

（２）非特許文献１には、波長３６５ｎｍの直線偏光を、該直線偏光の照射により幾何異性化して分子が配向する有機膜に照射し、配向膜を製造する技術が開示されている。同文献には、直線偏光の光源として、高圧水銀灯あるいはキセノン灯を用いることが記載されている。
特開平８−２６２３５４号公報 特開平１１−１４２８５０号公報 特開平１０−２９０７９号公報 特開平１０−９０６８４号公報 特開平２−１９６２１９号公報 Yuji Kawanishiら、「PHOTOCHEMICAL CONTROL OF NEMATIC LIQUID CRYSTALLINE ORIENTATION BY THE ANISOTROPIC PHOTOCHROMISM OF SURFACE AZOBENZENES」、Polym.Mater.Sci.Eng.、第66巻、1992年、第263頁

光分解又は光異性化を利用し、直線偏光の照射により配向膜を製造する上記従来技術（１）、（２）では、直線偏光の光源として、（超）高圧水銀灯、キセノン灯、あるいはエキシマレーザが用いられている。

ランプ光源である（超）高圧水銀灯あるいはキセノン灯では、出射光の光量分布の不均一性が大きく、導光系を工夫しても、配向膜全体を均一に処理することが難しく、配向不良のない良好な配向膜を形成することが難しい。

ランプ光源からは必要な波長域以外の光も多く出射されるため、エネルギー効率が良くなく、装置にかかる負荷も大きい。

ランプ光源では、必要に応じてマスクを用い、膜全体を一括処理することが一般的である。液晶装置の製造では、通常マザー基板を使用し、複数の基板形成領域に各々電極や配向膜を形成した後、マザー基板同士を貼り合わせて、個々の液晶装置に切り出すため、１枚のマザー基板上に形成された多数の配向膜に光を一括照射することになる。

一方、エキシマレーザは、出射光波長域がランプ光源に比して狭く、光の利用効率は比較的良好であり、光をスポット状やライン状に照射できるので、装置を小型化しやすい。しかしながら、エキシマレーザは、レーザの中でも発振効率が悪く、出射光の光強度が不安定になりやすく、光量分布も不均一になりやすい。そのため、導光系を工夫しても、配向膜全体を均一にかつ充分な光強度で処理することが難しく、配向不良のない良好な配向膜を形成することが難しい。

また、（超）高圧水銀灯、エキシマレーザ等を用いる場合には、深紫外光を良好に透過する材質が限られているため、導光系に用いるレンズ等の制限が大きく、導光系の工夫も難しい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、比較的簡易な装置及び操作で、高品質の配向膜を安定的に製造することが可能な配向膜の製造技術と、これにより製造される配向膜を提供することを目的とするものである。

本発明の配向膜は、半導体レーザから得られた直線偏光を、該直線偏光の照射により化学構造が変化して構成分子が配向する有機膜の表面に照射し、該有機膜の少なくとも表面の構成分子を配向させて得られたことを特徴とする。

本発明の配向膜において、前記半導体レーザがＧａＮ系半導体レーザであり、前記有機膜が３７０〜４５０ｎｍの波長域の直線偏光の照射により化学構造が変化して構成分子が配向するものであることが好ましい。

前記有機膜としては、前記直線偏光の照射により幾何異性化又は二量化するものが好ましい。好適な前記有機膜としては、化学式がＮ＝Ｎ及び／又はＣ＝Ｃで表される不飽和基と、該不飽和基に連結する連結基とを有し、該連結基の前記不飽和基に対する結合形態がcis型又はtrans型であり、前記直線偏光の照射により幾何異性化するものが挙げられる。

本発明の配向膜の製造方法は、半導体レーザから得られた直線偏光を、該直線偏光の照射により化学構造が変化して構成分子が配向する有機膜の表面に照射し、該有機膜の少なくとも表面の構成分子を配向させることを特徴とする。

本発明の配向膜の製造装置は、半導体レーザを光源とし、特定の直線偏光を出射する直線偏光出射手段と、前記直線偏光の照射により化学構造が変化して構成分子が配向する有機膜を載置する載置ステージと、前記直線偏光出射手段からの前記直線偏光を、前記載置ステージに載置された前記有機膜の表面に導光する導光系とを備えたことを特徴とする。

本発明の液晶装置は、液晶層を挟持して対向配置された一対の基板の内面に各々、上記の本発明の配向膜を備えたことを特徴とする。

本発明は、半導体レーザから得られた直線偏光の照射により化学構造が変化して構成分子が配向する有機膜を用いることで、光源として半導体レーザを用いて、配向膜を製造することを実現したものである。

本発明は、ラビング法と異なり、非接触で配向膜を製造できるため、配向膜に静電気が発生する恐れがなく、配向膜への埃等の付着もなく、膜の表面凹凸によって配向不良が発生することもない。

本発明は、光源として半導体レーザを用いるので、従来用いられている光源に比して、出射光の光量分布の均一性が高く、導光系を複雑化することなく、有機膜に対して均一な光量分布で直線偏光を照射することができる。そのため、比較的簡易な装置及び操作で、配向不良のない（もしくは配向不良が高レベルに抑えられた）高品質の配向膜を安定的に製造することができる。

「配向膜及びその製造方法」
図１に基づいて、本発明の配向膜及びその製造方法について説明する。図１（ａ）は配向膜の厚み方向断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の配向膜の製造方法を示す図である。

図１（ａ）に示すように、本発明の配向膜３は、好ましくは、配向膜３が基板２上に成膜された基板付き配向膜１の形態で製造及び使用される。かかる基板付き配向膜１では、配向膜３の表面（基板２と反対側の面）が、配向膜３上に存在する液晶分子４ｍの配向方向及びプレティルト角を制御する配向制御面である。

図１（ｂ）に示すように、本発明の配向膜３は、半導体レーザから得られた直線偏光Ｌを、この直線偏光Ｌの照射により化学構造が変化して構成分子が配向する有機膜３Ａの表面に照射し、有機膜３Ａの少なくとも表面の構成分子を配向させて得られたものである。

換言すれば、本発明の配向膜３は、半導体レーザの出射光波長域の直線偏光Ｌの照射により化学構造が変化して構成分子が配向する有機膜３Ａをあらかじめ調製し、この表面に、直線偏光Ｌを照射して得られたものである。

図１（ａ）、（ｂ）では、直線偏光ＬとしてＳ偏光を全面照射した場合について例示してある。直線偏光Ｌは、有機膜３Ａに対して部分照射することもできる。光照射面積の大小にかかわらず、Ｓ偏光の照射を受けた部分が、少なくとも表面の構成分子が配向した配向制御部３Ｓとなる。直線偏光ＬとしてＰ偏光を用いる場合、図１（ｃ）に示す如く、Ｐ偏光の照射を受けた部分が、少なくとも表面の構成分子が配向した配向制御部３Ｐとなる。いずれの直線偏光Ｌを用いるにせよ、配向制御部３Ｓ、３Ｐは、少なくとも表面の構成分子の長軸方向が、照射した直線偏光Ｌの偏光軸に対して略直交する向きに配向したものとなる。したがって、直線偏光Ｌの種類を変える以外は同条件で配向膜３を製造するのであれば、配向制御部３Ｓと３Ｐとは、構成分子の配向方向が互いに略直交する関係となる。

図１（ａ）〜（ｃ）では、有機膜３Ａの全面に直線偏光Ｌを一括照射する場合について図示してあるが、マスクを用いてパターン照射することもできる。また、スポット状やライン状の直線偏光Ｌを、直線偏光Ｌ及び／又は有機膜３Ａを走査して、有機膜３Ａに全面照射又はパターン照射することもできる。具体的な装置構成は後記するが、スポット状やライン状の直線偏光Ｌを、直線偏光Ｌ及び／又は有機膜３Ａを走査して照射する場合には、図１（ｄ）に示す如く、有機膜３ＡをＳ偏光照射領域とＰ偏光照射領域に分け、配向制御部３Ｓと３Ｐとを任意のパターンで形成することも可能である。

有機膜３Ａに対する直線偏光Ｌの入射方向は、有機膜３Ａに対して略垂直方向でもよいし、斜め方向でもよい。

半導体レーザとしては、ＧａＮ系（３７０〜４５０ｎｍ）、ＡｌＧａＩｎＰ系（５８０〜６９０ｎｍ）、ＩｎＧａＰ系（６５０〜１０００ｎｍ）、ＡｌＧａＡｓ系（７００〜１０００ｎｍ）、ＧａＡｓＰ系（７００〜１０００ｎｍ）、ＩｎＧａＡｓ系（１０００〜３５００ｎｍ）、ＩｎＡｓＰ系（１０００〜３５００ｎｍ）等が挙げられる。（）内の数字は出射光波長域である。

中でも、３７０〜４５０ｎｍの波長域に吸収を持つ有機膜３Ａの種類が比較的多く、有機膜３Ａの選択自由度が高いことから、ＧａＮ系半導体レーザが好ましく用いられる。

ＧａＮ系半導体レーザとしては、ＧａＮ半導体レーザ（出射光の中心波長：４０５ｎｍ）、ＩｎＧａＮ半導体レーザ（組成によって、出射光の中心波長は適宜設計できる）、ＡｌＧａＮ半導体レーザ（組成によって、出射光の中心波長は適宜設計できる）等が挙げられる。

図２に、ＧａＮ半導体レーザの発振スペクトルの一例を示しておく。

半導体レーザとしてＧａＮ系半導体レーザを用いる場合、有機膜３Ａとしては、３７０〜４５０ｎｍの波長域（半導体レーザの出射光波長域に対応）の直線偏光Ｌの照射により化学構造が変化して構成分子が配向するものが用いられる。

有機膜３Ａとしては、構成分子が直線偏光Ｌの照射により幾何異性化して配向する幾何異性化タイプ（ＡＸ）や、構成分子が直線偏光Ｌの照射により二量化して配向する二量化タイプ（ＡＹ）等が挙げられる。

幾何異性化タイプ（ＡＸ）としては、化学式がＮ＝Ｎ及び／又はＣ＝Ｃで表される不飽和基と、この不飽和基に連結する連結基とを有し、この連結基の不飽和基に対する結合形態がcis型又はtrans型であり、直線偏光Ｌの照射により幾何異性化するものが挙げられる。また、配向性が良好なことから、分子内に芳香環やピリジン環等の環構造を有する、比較的剛直な分子構造のものが好ましく用いられる。

不飽和基としてＮ＝Ｎを有する幾何異性化タイプ（ＡＸ−Ｎ）としては、光異性化反応構成単位として、アゾベンゼン、アゾピリジン、アゾナフタレン等を含むものが挙げられる。不飽和基としてＣ＝Ｃを有する幾何異性化タイプ（ＡＸ−Ｃ）としては、光異性化反応構成単位として、スチルベン、スチルバゾール、スチルバゾリウム等を含むものが挙げられる。これら幾何異性化タイプ（ＡＸ−Ｎ）、（ＡＸ−Ｃ）は、低分子でも高分子でもよく、高分子の場合、光異性化反応構成単位は、主鎖に含まれていても側鎖に含まれていてもよい。

幾何異性化タイプ（ＡＸ）の中でも、幾何異性化タイプ（ＡＸ−Ｎ）が好ましく用いられる。３７０〜４５０ｎｍの波長域の光を吸収して配向する幾何異性化タイプ（ＡＸ−Ｎ）としては、下記化合物（１）〜（４）が挙げられる（式中、ｎは１以上の整数を示す。）。化合物（１）〜（４）はいずれもアゾベンゼン基を含むものである。図３に、化合物（１）の光吸収スペクトルの一例を示しておく。

二量化タイプ（ＡＹ）としては、クマリン、カルコン、桂皮酸、シンナミリデン酢酸、フリルペンタジエン酢酸、マレイミド等が挙げられる。３７０〜４５０ｎｍの波長域の光を吸収して配向する二量化タイプ（ＡＹ）としては、下記化合物（５）〜（７）が挙げられる（式中、ｎは１以上の整数を示す。）。

有機膜３Ａの成膜方法は特に制限されず、必要に応じて溶剤を使用して、構成材料の溶液を調製し、これを公知の塗布方法により基板２上に塗布し、乾燥する方法等が挙げられる。塗布方法としては、スピンコート法、ワイヤーバーコーティング法、押出コーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法等が挙げられる。

有機膜３Ａの乾燥後厚みは特に制限されず、例えば液晶装置用では０．０１〜２μｍが好ましく、０．０１〜０．１μｍがより好ましい。

直線偏光Ｌの照射は、有機膜３Ａが、未乾燥状態、乾燥状態（半乾燥状態を含む）のいずれの状態で実施してもよい。ただし、形成した配向膜３の形状安定性を考慮すれば、膜の流動性がない（あるいは少ない）乾燥状態で実施することが好ましい。

本発明は、上記したように、半導体レーザから得られた直線偏光Ｌの照射により化学構造が変化して構成分子が配向する有機膜３Ａを用いることで、光源として半導体レーザを用いて、配向膜３を製造することを実現したものである。

本発明は、ラビング法と異なり、非接触で配向膜３を製造できるため、配向膜３に静電気が発生する恐れがなく、配向膜３への埃等の付着もなく、膜の表面凹凸によって配向不良が発生することもない。

本発明は、光源として半導体レーザを用いるので、従来用いられている光源に比して、出射光の光量分布の均一性が高く、導光系を複雑化することなく、有機膜３Ａに対して均一な光量分布で直線偏光Ｌを照射することができる。そのため、比較的簡易な装置及び操作で、配向不良のない（もしくは配向不良が高レベルに抑えられた）高品質の配向膜３を安定的に製造することができる。

半導体レーザでは、ランプ光源に比して出射光波長域が狭いので、光の利用効率も高い。また、出射光波長域は可視光域あるいは可視光域より長波長域であるので、導光系に用いるレンズ等の設計自由度が高く、装置への負荷も小さい。導光系を複雑化することなく、均一な光照射を実施できるので、装置の小型化も容易である。

特に、スポット状やライン状の直線偏光Ｌを照射する場合には、一括照射に比して、光源や導光系を小さくでき、光量分布の均一性もより高くできるので、小型化や均一照射性の点で好ましい。また、スポット状やライン状の直線偏光Ｌを照射する場合には、配向膜３の精細パターニングが可能となるので、配向膜３の設計自由度も高くなり、好適である。

「配向膜の製造装置」
次に、本発明に係る配向膜の製造装置の実施形態について説明する。いずれも有機膜３Ａの表面に直線偏光Ｌを照射し、配向膜３を製造する装置である。第１〜３実施形態は、有機膜３Ａに対してスポット状の直線偏光Ｌを照射する例、第４〜６実施形態は、有機膜３Ａに対してライン状の直線偏光Ｌを照射する例であり、同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。

（第１実施形態）
図４（ａ）に基づいて、第１実施形態の構成を説明する。

本実施形態の配向膜の製造装置１００は、特定の直線偏光Ｌ（Ｓ偏光又はＰ偏光）を出射する直線偏光出射手段１０と、有機膜３Ａ（通常は基板付きの形態のもの、図１（ｂ）参照）を載置する載置ステージ４０と、直線偏光出射手段１０からの直線偏光Ｌを、載置ステージ４０に載置された有機膜３Ａの表面に導光する導光系２０とから概略構成されている。

直線偏光出射手段１０は、光源である半導体レーザ１１と、半導体レーザ１１からの出射光を平行光束とする、光入射面と光出射面がいずれも凸面であるコリメータレンズ１２と、コリメータレンズ１２を透過した光を特定の直線偏光Ｌ（Ｓ偏光又はＰ偏光）とする位相差素子（λ／２板等）等の偏光制御素子１３とから構成されている。半導体レーザ１１には、これをオンオフするオンオフ電源１４が接続されている。

導光系２０は、直線偏光出射手段１０により得られた特定の直線偏光Ｌをホモジナイズ（均一化）する、円筒レンズ（ロッドレンズ等）のホモジナイザー光学系２１と、ホモジナイザー光学系２１を透過した光を載置ステージ４０側に反射させる反射ミラー２２と、反射ミラー２２により反射された光を集光する、光入射面と光出射面がいずれも凸面である集光レンズ２３とから構成されている。

反射ミラー２２は、載置ステージ４０上の有機膜３Ａに対して、略垂直方向から直線偏光Ｌが入射するよう、光反射面の角度が設定されている。また、集光レンズ２３と載置ステージ４０とは略平行に配置される共に、これらの離間距離は、集光レンズ２３の焦点距離近傍に設定され、有機膜３Ａに対して、スポット状の直線偏光Ｌが照射されるようになっている。

載置ステージ４０は、載置ステージ４０を二軸方向（図示Ｘ方向及びＹ方向）に走査するステージ走査機構４１が備えられている。

本実施形態では、直線偏光Ｌの走査は実施せず、ステージ走査機構４１により載置ステージ４０（及びこれに載置された有機膜３Ａ）を二軸走査することで、有機膜３Ａの全面にスポット状の直線偏光Ｌを照射し、配向膜３を製造する構成としている。

本実施形態ではまた、図示するように、ステージ走査機構４１とオンオフ電源１４とを同期駆動し、載置ステージ４０の位置情報に基づいて、オンオフ電源１４による半導体レーザ１１のオンオフを制御する構成とすることができる。かかる構成とすれば、任意のパターンで有機膜３Ａに直線偏光Ｌを照射し、配向制御部３Ｓ又は３Ｐが任意のパターンで形成された配向膜３を製造することができる。

（第１実施形態の設計変形例）
第１実施形態の配向膜の製造装置１００では、図４（ｂ）に示す如く、半導体レーザ１１をオンオフするオンオフ電源１４の代わりに、導光系２０の光路（例えば、ホモジナイザー光学系２１と反射ミラー２２との間）に、後段側への光透過をオンオフする光シャッタ２４を設けると共に、光シャッタ２４を制御する光シャッタ制御部２５を設ける構成としてもよい。かかる構成としても、図４（ａ）の製造装置と同様に、配向膜３を製造することができる。

かかる構成では、ステージ走査機構４１と光シャッタ制御部２５とを同期駆動し、載置ステージ４０の位置情報に基づいて、光シャッタ２４による後段側への光透過のオンオフを制御すれば、図４（ａ）の製造装置と同様に、配向制御部３Ｓ又は３Ｐが任意のパターンで形成された配向膜３を製造することができる。

（第２実施形態）
図５（ａ）に基づいて、第２実施形態の構成を説明する。

本実施形態の配向膜の製造装置２００は、図４（ａ）に示した第１実施形態と同様、直線偏光出射手段１０と、導光系２０と、載置ステージ４０とから概略構成されているが、導光系２０の構成と載置ステージ４０の走査機構が大きく異なっている。

本実施形態では、導光系２０が、ホモジナイザー光学系２１と、その後段側に設けられたポリゴンミラー（直線偏光走査機構）２６とから概略構成されている。ポリゴンミラー２６は、ポリゴンミラー制御部２７により回動される多角形レンズである。ポリゴンミラー２６の光反射面は、その角度がポリゴンミラー２６の回動に伴って変動するので、これによって直線偏光Ｌの反射方向が変動し、直線偏光Ｌが一軸方向（図示Ｘ方向）に走査される。

図中、二点鎖線は、ポリゴンミラー２６の光反射面の角度が変動した際の、ポリゴンミラー２６の光反射面２６ａとその時の光路を示している。

導光系２０には、ポリゴンミラー２６により反射された直線偏光Ｌを、有機膜３Ａの表面にスポット状に導光する光学系３１が備えられている。この光学系３１は、例えば、ｆ_１θレンズ２８／円筒レンズ２９／透過ミラー３０の組み合わせにより、構成される。

本実施形態においても、第１実施形態と同様、有機膜３Ａに対して、略垂直方向からスポット状の直線偏光Ｌが照射されるようになっている。

本実施形態では、直線偏光Ｌがポリゴンミラー２６により図示Ｘ方向に一軸走査されるので、ステージ走査機構４１は、載置ステージ４０を一軸方向（図示Ｙ方向）に走査するよう構成されている。かかる構成としても、第１実施形態と同様、有機膜３Ａの全面にスポット状の直線偏光Ｌを照射し、配向膜３を製造することができる。

本実施形態では、図示するように、ステージ走査機構４１とポリゴンミラー制御部２７とオンオフ電源１４とを同期駆動し、載置ステージ４０の位置情報とポリゴンミラー２６の光反射面の角度情報に基づいて、オンオフ電源１４による半導体レーザ１１のオンオフを制御する構成とすることができる。かかる構成とすれば、任意のパターンで有機膜３Ａに直線偏光Ｌを照射し、配向制御部３Ｓ又は３Ｐが任意のパターンで形成された配向膜３を製造することができる。

（第２実施形態の設計変形例）
第２実施形態についても、第１実施形態と同様の設計変形例を挙げることができる。

第２実施形態の配向膜の製造装置２００では、図５（ｂ）に示す如く、半導体レーザ１１をオンオフするオンオフ電源１４の代わりに、導光系２０の光路（例えば、ホモジナイザー光学系２１とポリゴンミラー２６との間）に、後段側への光透過をオンオフする光シャッタ２４を設けると共に、光シャッタ２４を制御する光シャッタ制御部２５を設ける構成としてもよい。かかる構成としても、図５（ａ）の製造装置と同様に、配向膜３を製造することができる。

かかる構成では、ステージ走査機構４１とポリゴンミラー制御部２７と光シャッタ制御部２５とを同期駆動し、載置ステージ４０の位置情報とポリゴンミラー２６の光反射面の角度情報に基づいて、光シャッタ２４による後段側への光透過のオンオフを制御すれば、図５（ａ）の製造装置と同様に、配向制御部３Ｓ又は３Ｐが任意のパターンで形成された配向膜３を製造することができる。

（第３実施形態）
図６（ａ）に基づいて、第３実施形態の構成を説明する。

本実施形態の配向膜の製造装置３００は、図４（ａ）に示した第１実施形態と同様、直線偏光出射手段１０と、導光系２０と、載置ステージ４０とから概略構成されているが、導光系２０の構成が大きく異なっており、またステージ走査機構４１が設けられていない。

本実施形態では、導光系２０が、ホモジナイザー光学系２１と、その後段側に設けられた２個のガルバノミラー３３、３５（直線偏光走査機構）とから概略構成されている。２個のガルバノミラー３３、３５は、ガルバノミラー制御部３４、３６により、直線偏光Ｌの光反射面の角度が変動するよう制御されるもので、これら２個のガルバノミラー３３、３５によって、直線偏光Ｌは二軸方向（図示Ｙ方向及びＺ方向）に走査される。

導光系２０には、ホモジナイザー光学系２１と第１のガルバノミラー３３との間に、ホモジナイザー光学系２１を透過した光を集光し、第１のガルバノミラー３３に良好に入射させる、光入射面と光出射面がいずれも凸面である集光レンズ３２が備えられている。

本実施形態においても、第１実施形態と同様、有機膜３Ａに対して、略垂直方向からスポット状の直線偏光Ｌが照射されるようになっている。

本実施形態では、直線偏光Ｌがガルバノミラー３３、３５により二軸走査され、ステージ走査機構４１が設けられていない。かかる構成としても、第１実施形態と同様、有機膜３Ａの全面にスポット状の直線偏光Ｌを照射し、配向膜３を製造することができる。

本実施形態では、図示するように、ガルバノミラー制御部３４、３６とオンオフ電源１４とを同期駆動し、ガルバノミラー３３、３５の光反射面の角度情報に基づいて、オンオフ電源１４による半導体レーザ１１のオンオフを制御する構成とすることができる。かかる構成とすれば、任意のパターンで有機膜３Ａに直線偏光Ｌを照射し、配向制御部３Ｓ又は３Ｐが任意のパターンで形成された配向膜３を製造することができる。

（第３実施形態の設計変形例）
第３実施形態についても、第１実施形態と同様の設計変形例を挙げることができる。

第３実施形態の配向膜の製造装置３００では、図６（ｂ）に示す如く、半導体レーザ１１をオンオフするオンオフ電源１４の代わりに、導光系２０の光路（例えば、ホモジナイザー光学系２１と集光レンズ３２との間）に、後段側への光透過をオンオフする光シャッタ２４を設けると共に、光シャッタ２４を制御する光シャッタ制御部２５を設ける構成としてもよい。かかる構成としても、図６（ａ）の製造装置と同様に、配向膜３を製造することができる。

かかる構成では、ガルバノミラー制御部３４、３６と光シャッタ制御部２５とを同期駆動し、ガルバノミラー３３、３５の光反射面の角度情報に基づいて、光シャッタ２４による後段側への光透過のオンオフを制御すれば、図６（ａ）の製造装置と同様に、配向制御部３Ｓ又は３Ｐが任意のパターンで形成された配向膜３を製造することができる。

（第４実施形態）
図７（ａ）、（ｂ）に基づいて、第４実施形態の構成を説明する。図７（ａ）はライン状の光束を光束の上方から見た図であり、構成部材を同一平面状に図示してある。図７（ｂ）はライン状の光束を側方から見た図である。

本実施形態の配向膜の製造装置４００は、図４（ａ）に示した第１実施形態と同様、直線偏光出射手段１０と、導光系２０と、載置ステージ４０とから概略構成されているが、直線偏光出射手段１０と導光系２０の構成が大きく異なっている。

本実施形態では、ライン状の直線偏光Ｌを生成するため、直線偏光出射手段１０を、ライン状に配置された複数の半導体レーザ１１と、複数の半導体レーザ１１から出射された光を合わせてライン状の平行光束とする、光入射面が平坦面で光出射面が凸面である１個のコリメータレンズ１２と、コリメータレンズ１２を透過した光を特定の直線偏光Ｌとする偏光制御素子１３とから構成している。第１実施形態と同様、各半導体レーザ１１には、これをオンオフするオンオフ電源が接続されている（図示略）。

本実施形態では、導光系２０を構成するホモジナイザー光学系３７を、半導体レーザ１１の個数に合わせて、光入射面と光出射面がいずれも凸面である複数のレンズがライン状に配置された第１のレンズ群３７Ａと、第１のレンズ群３７Ａに離間配置され、第１のレンズ群３７Ａと同様の構成の第２のレンズ群３７Ｂと、第２のレンズ群３７Ｂを透過した光をさらにホモジナイズする円筒レンズ（ロッドレンズ等）３７Ｃとから構成している。第１のレンズ群３７Ａと第２のレンズ群３７Ｂとの離間距離は、レンズの焦点距離の略２倍に設定されている。

導光系２０には、上記ホモジナイザー光学系３７の後段側に、第１実施形態と同様、反射ミラー２２と、反射ミラー２２により反射された光を集光する、光入射面が凸面で光出射面が平坦面である集光レンズ２３とが備えられている。

以上のように、本実施形態では、直線偏光出射手段１０と導光系２０を工夫することで、有機膜３Ａに対して、略垂直方向からライン状（ライン軸：図示Ｙ方向）の直線偏光Ｌを照射する構成としている。本実施形態では、ライン状の直線偏光Ｌを照射するので、ステージ走査機構４１は、載置ステージ４０を一軸方向（図示Ｘ方向）に走査するよう構成される。かかる構成としても、有機膜３Ａの全面にライン状の直線偏光Ｌを照射し、配向膜３を製造することができる。

なお、ライン状の直線偏光Ｌの幅が有機膜３Ａの図示Ｙ方向の長さより短い場合には、載置ステージ４０を二軸走査することで、有機膜３Ａの全面にライン状の直線偏光Ｌを照射し、配向膜３を製造することができる。

（第５実施形態）
図８（ａ）、（ｂ）に基づいて、第５実施形態の構成を説明する。図８（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態の図７（ａ）、（ｂ）に対応する図である。ただし、図８（ａ）では、後記反射ミラー２２Ａ、２２Ｂの図示を省略してある。

本実施形態の配向膜の製造装置５００は、図７（ａ）に示した第４実施形態と基本的な構成は同じであるが、導光系２０の構成が大きく異なっている。

本実施形態では、ホモジナイザー光学系３７の後段側に空間光変調器３８が設けられている。また、第４実施形態では、ホモジナイザー光学系３７と載置ステージ４０との間には、１個の反射ミラー２２と１個の集光レンズ２３を設ける構成としていたのに対し、本実施形態では、ホモジナイザー光学系３７と載置ステージ４０との間に、２個の反射ミラー２２Ａ、２２Ｂと、２個のコリメータレンズ２３Ａ、２３Ｂが設けられている。２個のコリメータレンズ２３Ａ、２３Ｂのうち、前段側の第１のコリメータレンズ２３Ａは光入射面が平坦面で光出射面が凸面となるよう、後段側の第２のコリメータレンズ２３Ｂは光入射面が凸面で光出射面が平坦面となるよう、各々配置されている。また、２個のコリメータレンズ２３Ａ、２３Ｂ及び反射ミラー２２Ｂは、反射ミラー２２Ｂの光反射面がコリメータレンズの凸面の焦点近傍となるよう、配置されている。

第１の反射ミラー２２Ａにより反射されたライン状の直線偏光Ｌは、空間光変調器３８に入射する。空間光変調器３８は、画素ごとに光を変調することが可能な液晶装置等からなり、本実施形態では、空間光変調器３８の特定の画素に入射した直線偏光Ｌの偏光状態が変換されるよう構成されている。例えば、直線偏光出射手段１０により得られた直線偏光ＬがＳ偏光の場合、特定の画素に入射した直線偏光ＬはＰ偏光に変換される。逆も同様である。なお、図では、空間光変調器３８が反射型の場合について図示してあるが、透過型のものを用いることもできる。

空間光変調器３８から出射された光は、第１のコリメータレンズ２３Ａにより集光されて、第２の反射ミラー２２Ｂにより反射された後、第２のコリメータレンズ２３Ｂにより平行光束に戻され、ライン状の直線偏光Ｌが有機膜３Ａに照射される。

本実施形態でも、第４実施形態と同様、有機膜３Ａに対して、略垂直方向からライン状（ライン軸：図示Ｙ方向）の直線偏光Ｌが照射されるので、ステージ走査機構４１は、載置ステージ４０を一軸方向（図示Ｘ方向）に走査するよう構成される。

さらに、本実施形態では、空間光変調器３８を制御する空間光変調器制御部３９が設けられている。この空間光変調器制御部３９は、ステージ走査機構４１からの載置ステージ４０の位置情報に基づいて、空間光変調器３８が光を変調するよう、制御するものである。かかる構成とすることで、有機膜３Ｓの全面に渡って、空間光変調器３８の画素単位で、照射する直線偏光Ｌの種類を変更することができる。したがって、本実施形態では、配向制御部３Ｓと３Ｐが空間光変調器３８の画素単位で任意のパターンで形成された配向膜３を製造することができる（図１（ｄ）参照）。

なお、本実施形態においても、ライン状の直線偏光Ｌの幅が有機膜３Ａの図示Ｙ方向の長さより短い場合には、載置ステージ４０を二軸走査することで、有機膜３Ａの全面にライン状の直線偏光Ｌを照射し、配向膜３を製造することができる。

（第６実施形態）
図９（ａ）、（ｂ）に基づいて、第６実施形態の構成を説明する。図９（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態の図７（ａ）、（ｂ）に対応する図である。

本実施形態の配向膜の製造装置６００は、図７（ａ）に示した第４実施形態とほぼ同様の構成を有している。本実施形態が第４実施形態と異なるのは、導光系２０を構成する反射ミラー２２の角度を調整することで、有機膜３Ａに対して、垂直方向から角度α（＞０°）ずれた斜め方向から、直線偏光Ｌが照射される点である。

このように、有機膜３Ａに対して、斜め方向から直線偏光Ｌを照射しても、第４実施形態と同様に、配向膜３を製造することができる。この場合には、配向制御部３Ｓ又は３Ｐの構成分子の配向方向を、垂直照射の場合からずれた斜め方向とすることも可能である。

以上、図４〜図９に示した第１〜第６実施形態の配向膜の製造装置によれば、比較的簡易な装置及び操作で、上記の本発明の配向膜３を良好に製造することができる。また、任意のパターンの配向膜３を製造することができる。

本発明の配向膜の製造装置は設計自由度が高いので、本発明の製造装置は、上記で挙げたものに制限されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。本発明の配向膜の製造装置は設計自由度が高いので、装置の小型化等を図ることができる。

例えば、いずれの実施形態においても、有機膜３Ａに対して、スポット状又はライン状の直線偏光Ｌを照射し、直線偏光Ｌ及び／又は載置ステージ４０を走査する構成としたが、必要に応じてマスクを使用し、有機膜３Ａの全面を一括処理する構成としてもよい。ただし、装置の小型化や配向膜３の精細パターニング等を考慮すれば、スポット状又はライン状の直線偏光Ｌを照射し、直線偏光Ｌ及び／又は載置ステージ４０を走査する構成とすることが好ましい。

「液晶装置」
図１０に基づいて、本発明の配向膜３を備えた液晶装置の一例について説明する。図１０は図１に対応する断面図であり、図１と同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。

図示する液晶装置５は、液晶層４を挟持して対向配置された一対の基板２を有し、一対の基板２の内面に各々、電極６と配向膜３が形成されたものである。配向膜３は、液晶層４に面するよう、基板２の内面（最表面）に形成される。

基板２は、ガラス基板（硬質ガラスや石英ガラス等）や、透光性樹脂基板（アクリル系樹脂等）等が好ましく用いられる。

透過型のアクティブマトリクス型液晶装置では、図示下側の基板２の電極６は、マトリクス状に配置された多数の画素電極からなり、各画素電極はＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子（図示略）を介して、走査線及びデータ線（図示略）に接続され、図示上側の基板２の電極６は、基板２のほぼ全面に形成された共通電極からなる。配向膜３は、電圧無印加時において、液晶層４内の液晶分子の配向方向及びプレティルト角を制御する。

液晶装置５においては、図示する液晶セルに、位相差素子、偏光素子、バックライト等（いずれも図示略）が取り付けられている。

本発明の配向膜３を備えた液晶装置５は、電圧無印加時の液晶層４の配向性が良好で、高品質なものとなる。

なお、本発明の配向膜３は、上記の液晶装置に限らず、いかなるタイプの液晶装置にも利用できる。また、本発明の配向膜３は、液晶装置以外の用途、例えば、光記録媒体の記録層等にも利用できる。

次に、本発明に係る実施例について説明する。

（実施例１）
はじめに、ガラス基板上に、１個のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）電極（２０ｍｍ×２５ｍｍ）を形成し、電極付き基板を得た。

次に、「発明を実施するための最良の形態」で挙げた化合物（１）（［化１］）の１質量％ジメチルホルムアルデヒド溶液を調製した。この溶液をスピンコート法（５０００ｒｐｍ、２０秒間）により、乾燥後厚みが０．０５〜０．１５μｍ程度となるよう、上記の電極付き基板上（電極側の面上）に塗布した。これを１００℃で乾燥し、有機膜を成膜した。

得られた有機膜に対して、ＧａＮ半導体レーザ（出射光の中心波長：４０５ｎｍ）を光源とする、図４（ａ）に示した配向膜の製造装置（１００）を用い、載置ステージを二軸走査して、有機膜の全面に略垂直方向から中心波長４０５ｎｍのＳ偏光を照射し、配向膜とした。照射エネルギーは、５Ｊ／ｃｍ^２とした。

以上の操作を繰り返し実施し、一対の配向膜付き基板を調製した。この一対の配向膜付き基板をスペーサを介して対向配置させた後、周縁部同士を貼り合わせ、基板間にメルク社製商品名「棒状液晶Ｅ７」を注入して液晶層を形成し、液晶セルを作製した。セルギャップは５μｍとした。また、一対の配向膜付き基板は、上側と下側の配向膜の配向方向が１８０°ずれるよう配置した。

電圧無印加時の液晶セルを偏光顕微鏡観察したところ、液晶分子はすべて一軸配向しており（ツイストなし）、配向不良のない配向膜が形成されていることが確認された。また、液晶分子の長軸方向は、有機膜に照射した直線偏光Ｌの偏光軸（Ｓ方向）に対して略直交する方向であった。クリスタルローテーション法により、液晶層のプレティルト角を求めたところ、１７°であった。

本発明者は、有機膜に照射する直線偏光ＬをＰ偏光としても、上記と同様の結果が得られることを確認している。ただし、直線偏光ＬをＰ偏光とした場合には、液晶分子の長軸方向は、有機膜に照射した直線偏光Ｌの偏光軸（Ｐ方向）に対して直交する方向となる。

（実施例２）
「発明を実施するための最良の形態」で挙げた化合物（２）（［化２］）の１質量％シクロヘキサノン溶液を調製し、有機膜を成膜した以外は、実施例１と同様にして、配向膜付き基板及び液晶セルを作成した。

実施例１と同様に評価を行ったところ、同様の結果が得られた。すなわち、液晶分子はすべて一軸配向しており、配向不良のない配向膜が形成されていることが確認された。また、液晶分子の長軸方向は、有機膜に照射した直線偏光Ｌの偏光軸（Ｓ方向）に対して略直交する方向であった。液晶層のプレティルト角は４°であった。

（実施例３）
「発明を実施するための最良の形態」で挙げた化合物（３）（［化３］）の１質量％シクロヘキサノン溶液を調製し、有機膜を成膜した以外は、実施例１と同様にして、配向膜付き基板及び液晶セルを作成した。

実施例１と同様に評価を行ったところ、同様の結果が得られた。すなわち、液晶分子はすべて一軸配向しており、配向不良のない配向膜が形成されていることが確認された。また、液晶分子の長軸方向は、有機膜に照射した直線偏光Ｌの偏光軸（Ｓ方向）に対して略直交する方向であった。液晶層のプレティルト角は６°であった。

本発明は、液晶分子の配向方向を制御する配向膜（例えば、液晶装置内に液晶層に面して形成され、液晶層内の液晶分子の配向方向を制御する配向膜）等に、好ましく適用できる。

本発明の配向膜及びその製造方法を示す図である。 ＧａＮ半導体レーザの発振スペクトルの一例を示す図である。 化合物（１）の光吸収スペクトルを示す図である。 本発明に係る第１実施形態の配向膜の製造装置、及びその設計変更例を示す図である。 本発明に係る第２実施形態の配向膜の製造装置、及びその設計変更例を示す図である。 本発明に係る第３実施形態の配向膜の製造装置、及びその設計変更例を示す図である。 本発明に係る第４実施形態の配向膜の製造装置を示す図である。 本発明に係る第５実施形態の配向膜の製造装置を示す図である。 本発明に係る第６実施形態の配向膜の製造装置を示す図である。 本発明の配向膜を備えた液晶装置の一例を示す図である。

符号の説明

１ 配向膜付き基板
３ 配向膜
３Ａ 有機膜
４ 液晶層
４ｍ 液晶分子
５ 液晶装置
６ 電極
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 配向膜の製造装置
１０ 直線偏光出射手段
１１ 半導体レーザ
２０ 導光系
２６ ポリゴンミラー（直線偏光走査機構）
３３、３５ ガルバノミラー（直線偏光走査機構）
４０ 載置ステージ
４１ ステージ走査機構
Ｌ 直線偏光

Claims (9)

1. 半導体レーザから得られた直線偏光を、該直線偏光の照射により化学構造が変化して構成分子が配向する有機膜の表面に照射し、該有機膜の少なくとも表面の構成分子を配向させて得られたことを特徴とする配向膜。
2. 前記半導体レーザがＧａＮ系半導体レーザであり、前記有機膜が３７０〜４５０ｎｍの波長域の直線偏光の照射により化学構造が変化して構成分子が配向するものであることを特徴とする請求項１に記載の配向膜。
3. 前記有機膜が、前記直線偏光の照射により幾何異性化又は二量化するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の配向膜。
4. 前記有機膜が、化学式がＮ＝Ｎ及び／又はＣ＝Ｃで表される不飽和基と、該不飽和基に連結する連結基とを有し、該連結基の前記不飽和基に対する結合形態がcis型又はtrans型であり、前記直線偏光の照射により幾何異性化するものであることを特徴とする請求項３に記載の配向膜。
5. 半導体レーザから得られた直線偏光を、該直線偏光の照射により化学構造が変化して構成分子が配向する有機膜の表面に照射し、該有機膜の少なくとも表面の構成分子を配向させることを特徴とする配向膜の製造方法。
6. 半導体レーザを光源とし、特定の直線偏光を出射する直線偏光出射手段と、
   前記直線偏光の照射により化学構造が変化して構成分子が配向する有機膜を載置する載置ステージと、
   前記直線偏光出射手段からの前記直線偏光を、前記載置ステージに載置された前記有機膜の表面に導光する導光系とを備えたことを特徴とする配向膜の製造装置。
7. 前記半導体レーザがＧａＮ系半導体レーザであり、前記有機膜が３７０〜４５０ｎｍの波長域の直線偏光の照射により化学構造が変化して構成分子が配向するものであることを特徴とする請求項６に記載の配向膜の製造装置。
8. 前記載置ステージに載置された前記有機膜の表面に対して、前記直線偏光がスポット状又はライン状に照射されると共に、該直線偏光及び／又は前記載置ステージを走査する走査機構が設けられていることを特徴とする請求項６又は７に記載の配向膜の製造装置。
9. 液晶層を挟持して対向配置された一対の基板の内面に各々、請求項１〜４のいずれかに記載の配向膜を備えたことを特徴とする液晶装置。

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