JP2008268633A - 基板収容ボックス、露光装置並びに液晶装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な方法で光学特性に優れた位相差層を形成することのできる液晶装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の液晶装置の製造方法は、基板上に位相差層を形成する工程を含む液晶装置の製造方法であって、前記位相差層の形成工程は、紫外線を透過可能な透光部を備えた基板収容ボックス１０に前記位相差層の形成材料が塗布された基板５０を収容し、基板収容ボックス１０の内部を不活性ガスで置換する工程と、基板収容ボックス１０の透光部（蓋部１２）を介して光源３０から基板５０に紫外線を照射する工程と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶パネルの内面側に位相差層を備えた位相差層内蔵型の液晶装置の製造方法と、それに用いて好適な露光装置及び基板収容ボックスに関するものである。

半透過反射型の液晶装置として、液晶パネルの内面側に位相差層を備えた位相差層内蔵型の液晶装置が知られている。位相差層は反射表示領域に対して選択的に設けられており、適切な反射表示及び透過表示が実現されるようになっている。位相差層は、液晶モノマーを配向膜上に塗布し、乾燥固化させる際に所定方向に配向させる方法により形成される。位相差層のパターニングは露光マスクを用いて所定領域の液晶モノマーを重合させることにより行われる。この露光処理は大気中で行われるのが一般的である。

ここで、位相差層内臓型の液晶装置では、サブ画素毎に設けられた位相差層の膜厚及び光学特性を均一に制御する必要があり、位相差層のパターニング工程においては、液晶材料の重合処理及び現像処理を確実且つ安定的に行うことが重要となっている。例えば、液晶材料の重合処理においては、大気中の酸素が液晶材料の重合反応に影響を与えることが知られており、重合反応が酸素によって阻害された場合に、その後の現像処理及び焼成処理において位相差層の膜厚や光学特性（液晶材料の配向特性）の均一性が損なわれることがある。そのため、露光時間を必要以上に長くする必要があり、スループットの低下の原因となっていた。

一方、位相差層内臓型の液晶装置については未だ量産技術は確立されておらず、液晶材料の露光方法についても特許文献１に開示されているような既存の露光方法を参考にしつつ行われているのが現状である。例えば、特許文献１では、光学マスクとワークとの間隙に不活性ガスを供給し、光学マスクとワークとの対向領域の空間を不活性ガスで置換して露光を行う方法が開示されている。不活性ガスは、光学マスクとワークとの間隙に沿って移動するエアーノズルから噴出される。
特開平６−３３７５２１号公報

しかしながら、この方法では光学マスクとワークとの対向領域が未だ密閉されていないため、大気中の酸素の侵入が完全には防止できず、精密な光学設計が必要とされる位相差層のパターンにおいて十分な特性が得られないという問題があった。すなわち、特許文献１の方法はカラーフィルタ等の光学部材のパターニングを対象としており、より厳密な光学設計が必要とされる位相差層のパターニングにそのまま適用することができない。また、特許文献１の方法では移動式のエアーノズルを必要とするため、露光装置が大型化し、また既存の露光装置を流用することも困難である。さらに、基板に不活性ガスを吹き付けながら露光を行う場合、不活性ガスの流れによって光が不規則に屈折されてしまい、精密なパターニングを行うことができないという問題もある。以上のような背景から、簡便な方法で位相差層の精密なパターニングを行うことが可能な露光方法が求められていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、簡便な方法で光学特性に優れた位相差層を形成することのできる液晶装置の製造方法を提供することを目的とする。また、このような液晶装置の製造方法に好適に採用可能な露光装置及び基板収容ボックスを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の基板収容ボックスは、位相差層の形成材料が塗布された基板を収容し、露光装置内において前記基板の露光処理に供される基板収容ボックスであって、前記基板を収容可能なボックス本体部と、前記ボックス本体部に設けられた不活性ガスの流入口及び流出口と、前記ボックス本体部の前記基板と対向する面に設けられ、前記露光装置から照射される紫外線を透過可能な透光部と、を備えたことを特徴とする。この構成によれば、不活性ガス雰囲気下で確実且つ安定な基板処理が実現できる。このため、位相差層の光学設計を厳密に行うことができ、表示品質に優れた液晶装置が提供できる。この場合、露光装置全体を不活性ガスで置換する必要がないので、材料の無駄が少なく、不活性ガスに置換する時間も短縮されるので、スループットも向上する。また、不活性ガスを基板に吹き付ける場合と異なり、基板の周囲に不活性ガスの流れが存在しないので、不活性ガスの不規則な屈折による露光領域のぼやけが少なくなり、精密なパターニングが可能となる。

本発明においては、前記流入口及び前記流出口にそれぞれ開閉バルブが設けられていることが望ましい。この構成によれば、露光装置の外部で基板収容ボックスの内部を不活性ガス置換することができる。そのため、従来の露光装置をそのまま利用することができ、プロセスコストも低減できる。

本発明においては、前記ボックス本体部は、紫外線吸収部材で構成された基板収容ケースと、少なくとも前記透光部に対応する部分が紫外線透過部材で構成された蓋部とを備えていることが望ましい。この構成によれば、基板収容ケースが紫外線吸収部材で構成されているため、基板を透過した紫外線が露光装置内で反射し、基板上の意図しない領域に再び入射されることを防止することができる。また、基板収容ケースをプラスチックや鉄板等の紫外線吸収部材で構成した場合には、機械的強度に優れた基板収容ボックスが実現できる。

本発明においては、前記紫外線透過部材は光学マスクとして機能することが望ましい。この構成によれば、光学マスクと基板との距離を短くすることができるため、例えば、プロキシミティ露光（近接露光）を行う場合に好適である。なお、蓋部は少なくとも透光部が石英等の紫外線透過部材で構成されていれば良く、蓋部全体が紫外線透光部材で構成されている必要はない。例えば、透光部以外の部分をステンレスや鉄板等の部材で構成することで、機械的強度に優れた蓋部を実現することができる。

本発明においては、前記基板収容ケースの表面に紫外線の反射を防止するための表面処理が施されていることが望ましい。この構成によれば、基板を透過した紫外線が基板収容ケースの内部で反射し、基板の意図しない領域に再び入射されることを防止することができる。なお、前記表面処理としては、つや消し処理等が好適に採用できる。

本発明においては、前記基板収容ケースと前記蓋部との間に、両者を気密に接続し前記基板を密閉可能なシール部材が設けられていることが望ましい。この構成によれば、基板収容ボックス内に酸素が浸入することを確実に防止でき、また基板収容ボックス内に導入した不活性ガスを無駄なく利用することができる。なお、前記シール部材としては、Ｏリング等が好適に採用できる。

本発明の露光装置は、位相差層の形成材料が塗布された基板に紫外線を照射し、前記位相差層の形成材料を硬化して所定のパターンの位相差層を形成する露光装置であって、前記基板を収容可能な基板収容ボックスと、前記基板収容ボックスに設けられた不活性ガスの流入口及び流出口を介して前記基板収容ボックスの内部に不活性ガスを供給するガス供給系と、前記基板収容ボックスに設けられた紫外線を透過可能な透光部を介して前記基板に対して紫外線を照射する光源と、を備え、前記基板収容ボックスが上述した本発明の基板収容ボックスの構成を備えていることを特徴とする。この構成によれば、不活性ガス雰囲気下で確実且つ安定な基板処理が実現できる。このため、位相差層の光学設計を厳密に行うことができ、表示品質に優れた液晶装置が提供できる。この場合、露光装置全体を不活性ガスで置換する必要がないので、材料の無駄が少なく、不活性ガスに置換する時間も短縮されるので、スループットも向上する。また、不活性ガスを基板に吹き付ける場合と異なり、基板の周囲に不活性ガスの流れが存在しないので、不活性ガスの不規則な屈折による露光領域のぼやけが少なくなり、精密なパターニングが可能となる。さらに、従来の露光装置との相違はガス供給系の有無のみであるため、装置構成は大型化せず、従来の露光装置からの変更（移行）も容易となる。

本発明においては、前記基板収容ボックスは前記ガス供給系に対して着脱自在に設けられていることが望ましい。この構成によれば、基板のサイズに応じて基板収容ボックスを容易に変更することができる。

本発明の液晶装置の製造方法は、基板上に位相差層を形成する工程を含む液晶装置の製造方法であって、前記位相差層の形成工程は、紫外線を透過可能な透光部を備えた基板収容ボックスに前記位相差層の形成材料が塗布された基板を収容し、前記基板収容ボックスの内部を不活性ガスで置換する工程と、前記基板収容ボックスの透光部を介して前記基板に紫外線を照射する工程と、を含むことを特徴とする。この方法によれば、不活性ガス雰囲気下で確実且つ安定な基板処理が実現できる。このため、位相差層の光学設計を厳密に行うことができ、表示品質に優れた液晶装置が提供できる。この場合、露光装置全体を不活性ガスで置換する必要がないので、材料の無駄が少なく、不活性ガスに置換する時間も短縮されるので、スループットも向上する。また、不活性ガスを基板に吹き付ける場合と異なり、基板の周囲に不活性ガスの流れが存在しないので、不活性ガスの不規則な屈折による露光領域のぼやけが少なくなり、精密なパターニングが可能となる。

本発明においては、前記基板に紫外線を照射する工程は、前記基板収容ボックスの内部を不活性ガスで置換した後、前記基板収容ボックスに設けられた不活性ガスの流入口及び流出口を開閉バルブで閉じ、前記基板収容ボックスの内部を密閉してから、前記基板収容ボックスを露光装置に導入することにより行われることが望ましい。この方法によれば、露光装置の外部で基板収容ボックスの内部を不活性ガス置換することができる。そのため、従来の露光装置をそのまま利用することができ、プロセスコストも低減できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではない。下記の実施形態において、各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の露光装置の第１実施形態の概略構成図である。露光装置１００は、位相差層の形成材料が塗布された基板に紫外線を照射し、前記位相差層の形成材料を硬化して所定のパターンの位相差を形成するものであり、後述する液晶装置の製造方法において好適に利用可能なものである。

露光装置１００は、ステージ２０と、ステージ２０上に固定された平面視矩形状の基板収容ボックス１０と、基板収容ボックス１０の上部に配置された光源３０と、基板収容ボックス１０の内部に不活性ガスを供給するガス供給系（図１ではガス供給系のうち配管４１及び４２のみが示されている）と、を備えている。

基板収容ボックス１０は、鉄板等の紫外線吸収部材で構成された基板収容ケース１１と、石英等の紫外線透過部材で構成された蓋部１２とを備えている。基板収容ケース１１は、位相差層の形成材料が塗布された基板を収容可能な平面視区形状の収容空間を備えている。収容空間の底面には、基板を支持するための４つの支持台１７が内底面の４隅にそれぞれ１つずつ設けられている。基板収容ケース１１の側壁部の上面（蓋部１２が配置される部分）には平面視矩形枠状の溝１９が設けられており、溝１９にＯリング等のシール部材１８が配設されている。そして、シール部材１８を介して基板収容ケース１１と蓋部１２との間が気密に接続されるようになっている。基板収容ケース１１と蓋部１２は、一体となってボックス本体部を構成する。

基板収容ケース１１の内面には、反射防止用の表面処理が施されることが望ましい。かかる表面処理としては、つや消し処理と呼ばれるような公知の表面処理を用いることができる。また、基板収容ケース１１の内面には、可視光を吸収する着色層を設けることが望ましい。これにより、基板を透過した可視光及び紫外線が、露光装置内で反射され、基板上に再び入射されることを防止することができる。

なお、蓋部１２は少なくとも内部に収容された基板と対向する面が紫外線透過部材で構成されていれば良く、必ずしも蓋部１２全体を紫外線透過部材で構成する必要はない。例えば、蓋部１２の基板と対向する対向面を紫外線透過部材で構成された透光部とし、それ以外の部分を紫外線吸収部材で構成された紫外線吸収部とすることもできる。また、図示は省略したが、蓋部１２と基板収容ケース１１とを固定する固定部材を蓋部１２及び基板収容ケース１１に設けても良い。この場合、固定部材の形成された部分はプラスチック、やステンレス、鉄等の紫外線吸収部材で構成することができる。

基板収容ケース１１の側面には不活性ガスの流入口１３と流出口１４とが設けられている。流入口１３及び流出口１４は、それぞれ基板収容ケース１１の収容空間の対角線上の位置に設けられている。流入口１３及び流出口１４にはそれぞれ配管４１及び配管４２が着脱自在に接続されている。そして、配管４１及び配管４２を介してガス供給系から基板収容ボックス１０の内部に窒素ガス等の不活性ガスが供給されるようになっている。また、流入口１３と流出口１４にはそれぞれ開閉バルブが設けられており、流出口１３の開閉バルブ１５と流出口１４の開閉バルブ１６とを同時に閉じることにより、基板収容ボックス１０の内部を不活性ガスで置換したまま密閉できるようになっている。なお、配管４１及び４２は、例えばゴムホースのような可撓性の配管とされ、基板収容ボックス１０のサイズが変更されても容易に接続できるようになっている。

光源３０は、例えば、放電容器にキセノンと塩素の混合ガスを封入した棒状の誘電体エキシマ放電ランプである。光源３０は、基板収容ボックス１０の短辺と平行に配置され、基板収容ボックス１０の長辺方向に走査されるようになっている。なお、光源３０は、棒状光源に限らず、点状光源等であっても良い。光源３０は、基板収容ボックス１０に基板を収容する際には、基板収容ボックス１０から離れた退避位置に退避され、基板の収容が完了し照射を実行する際には、基板収容ボックス１０の上部の照射実行位置に移動されるようになっている。

図２〜図４は、露光装置１００を用いた液晶装置の製造方法の説明図である。露光装置１００は、液晶装置の製造工程のうち、特に位相差層の形成工程に利用される。以下、位相差層の形成工程を中心に液晶装置の製造方法を説明する。

まず、図２に示すように、基板収容ケース１１の支持台１７上に位相差層の形成材料５１が塗布された基板５０を設置する。基板５０上には、位相差層の形成材料である液晶モノマー又は液晶オリゴマー等の液晶材料が塗布されている。具体的には、配向膜上に液晶モノマー等の光重合性液晶材料の溶液を塗布し、仮焼成して溶媒を除去した後、アイソトロピック転移温度（相転移温度）以上の温度で加熱し、その後徐々に冷却することで、光重合性液晶材料を配向膜のラビング方向に配向させている。基板５０は位相差層の形成材料５１が塗布された面を上にして基板収容ケース１１に収容され、その後蓋部１２で蓋をされることにより、収容空間の内部に密閉される。

次に、図３に示すように、基板収容ボックス１の流入口１３及び流出口１４にそれぞれ配管４１及び４２を接続する。そして、開閉バルブ１５及び１６を開き、ガス供給系から基板収容ボックス１０の内部に窒素ガスＮ_２等の不活性ガスを供給することにより、基板収容ボックス１０の内部を不活性ガスで置換する。なお、配管４１及び４２は、流入口１３及び流出口１４に対して常時接続されていても良い。

次に、図４に示すように、基板収容ボックス１０上に光学マスク６０を配置し、光源３０を退避位置から基板収容ボックス上部の照射実行位置に移動する。そして、光源３０を図示矢印の方向に走査しつつ、光学マスク６０を介して光源３０からの紫外線を基板収容ボックス１０に照射する。これにより、光源３０からの紫外線が透明な蓋部１２を介して基板収容ボックス内部の基板５０に照射され、基板５０上に塗布された光重合性液晶材料のうち光学マスクを透過した所定領域の光重合性液晶材料が重合、硬化される。

紫外線の照射工程が終了したら、光源３０及び光学マスク６０を退避位置に退避させる。そして、蓋部１２を開けて基板収容ボックス１０から基板５０を取り出す。そして、上記工程で重合、硬化されなかった部分の光重合性液晶材料をシンナー等の有機溶剤で現像し、所定のパターンの位相差層を形成する。

以上説明したように、本実施形態の液晶装置の製造方法においては、基板収容ボックス１０を用いて不活性ガス雰囲気下で確実且つ安定な基板処理が実現できる。このため、位相差層の光学設計を厳密に行うことができ、表示品質に優れた液晶装置が提供できる。この場合、露光装置全体を不活性ガスで置換する必要がないので、材料の無駄が少なく、不活性ガスに置換する時間も短縮されるので、スループットも向上する。また、不活性ガスを基板に吹き付ける場合と異なり、基板の周囲に不活性ガスの流れが存在しないので、不活性ガスの不規則な屈折による露光領域のぼやけが少なくなり、精密なパターニングが可能となる。さらに、従来の露光装置との相違はガス供給系の有無のみであるため、装置構成は大型化せず、従来の露光装置からの変更（移行）も容易となる。

なお、本実施形態では、基板収容ボックス１０を密閉構造としたが、基板収容ボックスは必ずしも完全な密閉構造でなくても良く、部分的に収容空間内に気体が流出入可能な開口部又は隙間があっても良い。収容空間内には少なくとも露光期間中に基板５０の周囲に不活性ガスが充満していれば良いので、若干外部に不活性ガスが漏れ出たとしても、その量が少ない場合には露光処理の障害になることはない。

また、本実施形態では、光学マスク６０を蓋部１２と別体に設けたが、光学マスクと蓋部は一体化して１つの部材として構成しても良い。図５は、光学マスク６１を蓋部と一体化した構成を示している。この基板収容ボックスにおいては、基板収容ケース１１に基板５０を収容した後、基板５０に対して光学マスク６１を位置決めし、そのまま光学マスク６１と基板収容ケース１１とを接続する。そして、基板収容ボックスの内部を不活性ガスで置換し、露光処理を行う。この構成によれば、図４の構成に比べて光学マスク６１と基板５０との距離が小さくなるため、例えばプロキシミティ露光（近接露光）を行う場合に好適である。

［第２の実施の形態］
図６は、本発明の露光装置の他の実施形態の概略構成図である。この露光装置の基本構成は第１実施形態の露光装置１００と同じである。異なるのは、基板収容ボックス７０がステージ２０上に着脱自在に設けられている点である。すなわち、本実施形態の基板収容ボックス７０では、露光装置の外部で不活性ガス置換を行い、その後露光装置に導入可能となっている。したがって、本実施形態の露光装置には、図１に示したようなガス供給系を備える必要がなく、従来の露光装置を略そのまま流用することが可能である。

第１実施形態の露光装置の概略構成図である。 同露光装置を用いた液晶装置の製造方法の説明図である。 同露光装置を用いた液晶装置の製造方法の説明図である。 同露光装置を用いた液晶装置の製造方法の説明図である。 露光装置の他の構成例を示す図である。 第２実施形態の露光装置の概略構成図である。

符号の説明

１０…基板収容ボックス、１１…基板収容ケース、１２…蓋部（透光部）、１３…不活性ガスの流入口、１４…不活性ガスの流出口、１５，１６…開閉バルブ、１８…シール部材、３０…光源、４１，４２…配管（ガス供給系）、５０…基板、５１…位相差層の形成材料（光重合性液晶材料）、６１…光学マスク（蓋部）、１００…露光装置

Claims (10)

1. 位相差層の形成材料が塗布された基板を収容し、露光装置内において前記基板の露光処理に供される基板収容ボックスであって、
   前記基板を収容可能なボックス本体部と、
   前記ボックス本体部に設けられた不活性ガスの流入口及び流出口と、
   前記ボックス本体部の前記基板と対向する面に設けられ、前記露光装置から照射される紫外線を透過可能な透光部と、を備えたことを特徴とする基板収容ボックス。
2. 前記流入口及び前記流出口にそれぞれ開閉バルブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板収容ボックス。
3. 前記ボックス本体部は、
   紫外線吸収部材で構成された基板収容ケースと、
   少なくとも前記透光部に対応する部分が紫外線透過部材で構成された蓋部と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板収容ボックス。
4. 前記紫外線透過部材は光学マスクとして機能することを特徴とする請求項３に記載の基板収容ボックス。
5. 前記基板収容ケースの表面に紫外線の反射を防止するための表面処理が施されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の基板収容ボックス。
6. 前記基板収容ケースと前記蓋部との間に、両者を気密に接続し前記基板を密閉可能なシール部材が設けられていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の基板収容ボックス。
7. 位相差層の形成材料が塗布された基板に紫外線を照射し、前記位相差層の形成材料を硬化して所定のパターンの位相差層を形成する露光装置であって、
   前記基板を収容可能な基板収容ボックスと、
   前記基板収容ボックスに設けられた不活性ガスの流入口及び流出口を介して前記基板収容ボックスの内部に不活性ガスを供給するガス供給系と、
   前記基板収容ボックスに設けられた紫外線を透過可能な透光部を介して前記基板に対して紫外線を照射する光源と、を備え、
   前記基板収容ボックスが請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板収容ボックスの構成を備えていることを特徴とする露光装置。
8. 前記基板収容ボックスは前記ガス供給系に対して着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 基板上に位相差層を形成する工程を含む液晶装置の製造方法であって、
   前記位相差層の形成工程は、
   紫外線を透過可能な透光部を備えた基板収容ボックスに前記位相差層の形成材料が塗布された基板を収容し、前記基板収容ボックスの内部を不活性ガスで置換する工程と、
   前記基板収容ボックスの透光部を介して前記基板に紫外線を照射する工程と、を含むことを特徴とする液晶装置の製造方法。
10. 前記基板に紫外線を照射する工程は、前記基板収容ボックスの内部を不活性ガスで置換した後、前記基板収容ボックスに設けられた不活性ガスの流入口及び流出口を開閉バルブで閉じ、前記基板収容ボックスの内部を密閉してから、前記基板収容ボックスを露光装置に導入することにより行われることを特徴とする請求項９に記載の液晶装置の製造方法。

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