JP2011203669A

JP2011203669A - 偏光露光装置

Info

Publication number: JP2011203669A
Application number: JP2010073326A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Taniwaki; 和磨谷脇
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-10-13

Abstract

【課題】ラビング工程を露光によって行う際のコスト低減とタクトタイムの短縮化とを図ることができる偏光露光装置を提供すること。
【解決手段】ロングアーク方式の１７２ｎｍエキシマＵＶランプによるＵＶランプ２を複数本収容したＵＶランプボックス１の照射窓６に、金属膜スリット７ａを複数有するワイヤグリッド偏光子７を設置して、配向膜としての被露光基板５に偏光された紫外線を照射することによって、配向規制力を発現させることを特徴とする。これによって、カラーフィルターの製造ラインでドライ洗浄用として使われているエキシマＵＶランプを低コストで偏光露光機化することが可能となり、ラビング工程を露光によって行う場合のタクトタイムも短くて済む。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイ分野に関わる配向膜、位相差層を形成するための偏光露光工程に用いる偏光露光装置に関する。

液晶ディスプレイに用いられる配向膜は、液晶を整列させる機能を持つ。電圧ＯＮ時、またはＯＦＦ時に液晶をある方向に整列させることにより、光通過時に位相差を付与し、さらに表示用偏光板を用いることによって黒白表示を実現している。

配向膜は、布等で一定方向に擦ることによって、配向膜上に注入、もしくは塗布された液晶を整列させることができる。これはラビング工程と呼ばれている（例えば、特許文献１）。

液晶は、ラビング処理された配向膜の上ではラビング方向に整列し、液晶層は異方性をもつことになる。

偏光板を通った光が、ある角度で異方性を持った液晶層に入射した場合、液晶の遅延相に対応する光成分のみ位相差を生じる。これにより、光は円偏光に変化したり、９０°回転した直線偏光になったりする。

以上のメカニズムを用いることによって、液晶に電圧を印加する状態（ＯＮ）と印加しない状態（ＯＦＦ）で通過する光の偏光状態を操作することができる。

ラビング工程は、前述の通り、配向膜を布等で擦る必要があるが、近年は光配向技術が確立しつつあり、露光工程で非接触のプロセスにてラビングと同一の効果を持たせることができる。

ラビング工程は処理中の発塵やラビング布の交換頻度が高い等の理由で生産性を落とす原因となっていた。ラビング工程を露光工程に切り替えることにより、非接触プロセスが実現するため、生産性向上が見込める。

ラビング工程の代替となる露光には、偏光露光と呼ばれる手段が用いられる。偏光板は入射光のなかの横波、もしくは縦波のみを選択的に透過する光学素子であり、一般的にはＰ波、Ｓ波と呼ばれる。

偏光露光が展開される代表的なものとして、光配向膜が挙げられる。配向膜は、その上に形成される液晶層を、ある方向に整列させる配向規制力を持つ膜である。光配向膜に偏光露光光を照射することにより、所望の方向に液晶層の配向規制力を持たせることができる。偏光光に反応するメカニズムとしては材料により多種多様であり、ここでは言及しない。

また、液晶パネルに使用される位相差板を用いて、カラーフィルター上に位相差膜を形成させる、いわゆるインセル位相差膜と呼ばれる技術も提案されており、ここでも偏光露光技術が展開される。

通常の位相差板は、ＴＡＣと呼ばれる液晶表示用偏光フィルムの保護膜に、位相差特性を付加したものが多い。延伸法などの方法でフィルムを伸ばすことによって、分子の整列に異方性を持たせることによって、所望の位相差特性を持たせるものである。

カラーフィルター上に位相差膜を形成させるインセル位相差技術の利点は、画素毎に位相差特性値を変えられることである。これによって、従来の外付けフィルムを使った位相差板よりも斜め視野におけるコントラストを向上させることができる。

位相差膜を形成させるためには、位相差膜の下層に配向膜を形成する必要がある。配向膜の役割は既に述べた通りであるが、塗布後に露光することによって配向規制力を付与する材料と、塗布、焼成後に露光することによって配向規制力を付与する材料の、大きく分けて２種類の材料がある。

どちらも露光工程において配向規制力を付与させるが、露光には紫外線光を用い、紫外線波長は３００〜４００ｎｍの領域を使用する場合が一般的である。

露光ランプは高圧〜超高圧水銀ランプのショートアーク方式、もしくは、低圧水銀ランプ等のロングアーク方式が使われる。

特開２００９−２７１１８９号公報

前述の通り、位相差膜を形成するためには、各画素で位相差膜の特性に階調をつける必要があるため、マスク露光が必要となる。したがって、ショートアーク方式の露光装置が用いられる。

一方、配向膜の形成は基本的に階調をつける必要がないため、マスクも不要となる。そのため、ショートアークの露光装置を使ってマスク無しで露光する方法もあるが、装置コストが高く、タクトタイムが長くなるという問題点もある。

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、ラビング工程を露光によって行う際のコスト低減とタクトタイムの短縮化とを図ることができる偏光露光装置を提供することにある。
ところで、配向膜上に注入、もしくは塗布された液晶を整列させるラビング工程における配向膜の露光は、コンベア等で搬送される被露光基板の上側にロングアーク方式の光源ランプを設置、点灯させることで露光処理することで行うのが適切である。ただし、紫外線照射窓面には偏光子を具備する必要がある。

インセル位相差膜技術において、配向膜、位相差膜は、カラーフィルター製造工程にて形成される。したがって、配向膜や位相差膜の製造プロセスを、現行のカラーフィルター製造プロセスに合わせ込む必要がある。

カラーフィルター製造ラインにおいて、通常、ラビング工程における配向膜の露光に適したロングアーク方式の光源ランプを使う紫外線照射装置は、ウェット洗浄前のドライ洗浄ユニットのみである。そこで、本発明者らは、このドライ洗浄ユニットで用いる紫外線照射装置を配向膜の露光工程（ラビング工程）に利用することを考えるに至った。

また、近年のカラーフィルター製造ラインにおけるドライ洗浄ユニットは、Ｘｅガスを使用した１７２ｎｍのエキシマＵＶランプが主流となっている。そこで、本発明者らは、特にこの１７２ｎｍのエキシマＵＶランプを配向膜の露光工程に適用し、配向機能を発現させることにした。

即ち、本発明は、カラーフィルターの製造プロセスにおける洗浄工程に用いるロングアーク方式の紫外線照射器と、前記紫外線照射露光器の光源からの紫外線光を偏光させる偏光子と、前記偏光子により偏光された偏光紫外線光の照射エリアに被露光基板を通過させる基板搬送コンベアと、を備えることを特徴とする偏光露光装置である。

また、本発明は、偏光紫外線光として、１７２ｎｍの単一輝線を用いることを特徴とする請求項１記載の偏光露光装置である。

また、本発明は、前記偏光子は紫外線照射器の照射窓に設置されており、該照射窓と平行な面内で前記偏光子の偏光方向が０°〜９０°の範囲で可変であることを特徴とする請求項１または２記載の偏光露光装置である。

また、本発明は、前記偏光子は金属膜スリット間隔が２００μｍ以下のワイヤグリッド偏光子であり、１７２ｎｍの波長の紫外線光が偏光可能であり、当該紫外線の透過率が４０％以上であることを特徴とする請求項２または３記載の偏光露光装置である。

また、本発明は、前記被露光基板との間隔が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の偏光露光装置である。

本発明は以上の構成であるから、以下に示す如き効果がある。すなわち、請求項１に係わる発明によれば、カラーフィルターの製造プロセスにおける洗浄工程で用いるロングアーク方式の光源ランプをそのまま転用することができるため、ドライ洗浄装置を偏光露光装置として機能させることができ、特別な装置改造や工程追加する必要が無い。

また、請求項２に係わる発明によれば、偏光紫外線光として、１７２ｎｍの単一輝線を採用することによって、光反応性材料に偏光紫外光を照射する際に、膜表面の脱脂処理をしながら、併せて配向規制力、もしくは配向性を付与するという２つの処理を同時に行うことができる。

また、請求項３に係わる発明によれば、偏光子を紫外線照射器の照射窓に設置し、照射窓と平行な面内で偏光子を０°〜９０°の範囲で可変とすることによって、所望の角度の偏光紫外光が照射可能で、被露光基板の光反応性材料に任意の方向に配向規制力、もしくは配向性を付与することができる。

また、請求項４に係わる発明によれば、偏光子の金属膜スリット間隔が２００μｍ以下のワイヤグリッド偏光子を採用し、１７２ｎｍの紫外線が偏光可能であり、当該紫外線透過率が４０％以上であることにより、１７２ｎｍの偏光紫外光を高照度で照射することができる。また、ワイヤグリッド偏光子は傾斜させる必要が無いため、紫外線照射器の照射窓に簡易に設置することができる。

また、請求項５に係わる発明によれば、偏光子と被露光基板との間隔が５ｍｍ以下であることにより、紫外線強度の減衰を最小にすることができる。１７２ｎｍの紫外線は酸素ガスと反応して失活するため、偏光子と被露光基板との間隔が狭いほど、酸素による失活も抑制できる。

偏光露光装置の展開図であり、（ａ）は上から見た偏光露光装置、（ｂ）は横から見た偏光露光装置、（ｃ）は偏光子の直上から見た偏光露光装置である。偏光子の設置角度を示す説明図であり、（ａ）は基板搬送方向と偏光子の偏光方向が平行な場合（０°）、（ｂ）は基板搬送方向と偏光子の偏光方向が垂直な場合（９０°）をそれぞれ示す。発現する位相差値と露光光源との関係を示すグラフである。

以下に、本発明における偏光露光装置、およびその方法に基づいて、光配向膜を１７２ｎｍ単一波長のエキシマＵＶランプで露光する実施の形態について説明する。

図１はロングアーク方式の紫外線照射装置に偏光子を搭載した形態の偏光露光装置の展開図であり、（ａ）は上から見た偏光露光装置、（ｂ）は横から見た偏光露光装置、（ｃ）は偏光子の直上から見た偏光露光装置である。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の偏光露光装置は、ロングアークの紫外線光を発光するＵＶランプ２を複数本収容したＵＶランプボックス１と、ＵＶランプボックス１の下方に配置された基板搬送コンベア３とを有している。ＵＶランプボックス１は、カラーフィルターの製造プロセスにおける洗浄工程でロングアーク方式の光源ランプとして用いるものを活用している。なお、本実施形態では、１７２ｎｍの単一輝線の紫外光を出力するＵＶランプ２を用いている。
ＵＶランプボックス１は、基板搬送コンベア３に対向する面に、ＵＶランプ２からの紫外線光を出射させる照射窓６を有している。この照射窓６の外側には、金属膜スリット７ａを複数有し、１７２ｎｍの紫外光を偏光可能とするワイヤグリッド偏光子（以下、偏光子と略記することがある）７が設置してあるが、照射窓６の内側、つまりＵＶランプボックス１内に設置してもかまわない。つまり、ＵＶランプ２から被露光基板５までの紫外線光の光路上に位置していればよい。また、偏光子７を照射窓６と別体にせず、照射窓６を構成する石英ガラス自体に直接偏光機能を具備させて、偏光子７を照射窓６と一体に構成してもよい。
基板搬送コンベア３は、複数の搬送コロ４の回転により配向膜である被露光基板５を搬送し、ＵＶランプボックス１の照射窓６から出射されたＵＶランプ２からの紫外線光の照射エリアを通過させるものである。したがって、基板搬送コンベア３により搬送される被露光基板５は、偏光子７により偏光された偏光紫外線光により露光される。この露光により被露光基板５には、偏光紫外光の偏光方向８（図２）に平行、または垂直の方向に配向規制力が付与される。

図１ではＵＶランプ２を５本搭載しているが、本数は限定するものではない。必要とする露光量に合わせて本数を選定する。また、請求項に示す通り、被露光基板５と偏光子７の間隔は５ｍｍ以下にすることによって、偏光紫外線光の減衰を抑制することが好ましい。被露光基板５と偏光子７の間隔が５ｍｍを上回ると、両者間に存在する酸素による失活で被露光基板５に照射される偏光紫外線光が大きく減衰され、被露光基板５にラビング効果を発現させることができなくなる。但し、被露光基板５と偏光子７の間隔を５ｍｍよりも大きくする代わりに、両者の間に窒素（Ｎ_２）ガスを流入させて、紫外線光の減衰を抑止する方法を採用してもかまわない。

図２は偏光子７の設置角度を示す説明図であり、（ａ）は基板搬送コンベア３による基板搬送方向と偏光子７の偏光方向８が平行な場合（０°）、（ｂ）は基板搬送方向と偏光子７の偏光方向８が垂直な場合（９０°）を示したものである。偏光方向８は２種に限定するものではなく、０°〜９０°の任意の角度で設置することが可能なものとする。偏光子７の金属膜スリット７ａは、間隔が２００μｍ以下で紫外線の透過率が４０％以上のものを用いることが望ましい。金属膜スリット７ａの間隔が２００μｍを越えると、対象とする172nm紫外光を偏光化することができなくなる。また、金属膜スリット７ａにおける紫外線の透過率が４０％未満であると、照度が低くなり、長時間露光が必要となる点で不利である。
本発明における偏光子はワイヤグリッド偏光子７でなくてもよいが、ワイヤグリッド偏光子７は、ＵＶランプ２からの紫外線光の光軸に対して傾斜して配置する必要が無いため、照射窓６に簡易に設置することができる。

このような本実施形態の偏光露光装置によれば、カラーフィルターの製造プロセスにおける洗浄工程で用いるロングアーク方式の光源ランプをそのまま転用することができるため、ドライ洗浄装置を偏光露光装置として機能させることができ、特別な装置改造や工程追加する必要が無い。また、偏光紫外線光として、１７２ｎｍの単一輝線を採用することによって、光反応性材料に偏光紫外光を照射する際に、膜表面の脱脂処理をしながら、併せて配向規制力、もしくは配向性を付与するという２つの処理を同時に行うことができる。

以下、実施形態に沿った具体的な露光検証結果について説明する。本検証においては、１７２ｎｍの紫外線に感度を持つ光配向膜を使用し、その上に液晶性位相差層を積層塗布することによって、その配向規制力を評価した。配向規制力はその位相差値を測定することによって定量化することができる。

露光装置は図１と同一構成の１７２ｎｍエキシマＵＶ照射装置を用い、Ｘｅガス励起方式のＵＶランプを採用した。本実験はロングアーク方式の５本ランプ仕様にて実施した。

偏光子は照射窓外側に設置し、被露光基板との間隔は３ｍｍとした。これによって被照射基板面での１７２ｎｍ紫外線照度は５ｍＷ／ｃｍ^２となった。

エキシマＵＶでの配向規制力を他方式と比較するため、低圧水銀ランプ（低圧ＨｇＵＶ）、および超高圧水銀ランプ（超高圧ＨｇＵＶ）を同一配向膜に照射することによってその効果を比較した。

低圧水銀ランプはロングアーク方式のものを使用し、超高圧水銀ランプはショートアーク方式のものを使用した。それぞれの露光量は３６５ｎｍ波長の露光量を５００ｍＪ／ｃｍ^２に設定した。これに対してエキシマＵＶランプは１７２ｎｍ波長の露光量を７０ｍＪ／ｃｍ^２に設定した。

図３はエキシマＵＶランプと他ＵＶランプでの配向規制力を比較した結果である。エキシマＵＶランプでは１５ｎｍ、他ＵＶランプでは５５ｎｍの位相差が発現したことが分かる。

エキシマＵＶランプで他ＵＶランプよりも配向規制力が低いのは、材料の感度を１７２ｎｍに十分合わせ込めていないことと、露光量の不足が原因である。

以上の結果より、１７２ｎｍのエキシマＵＶランプでも露光条件を整備すれば、実用に耐え得るレベルで光配向膜に配向規制力を発現させることが可能であることが分かった。

１…ＵＶランプボックス
２…ＵＶランプ
３…基板搬送コンベア
４…搬送コロ
５…被露光基板
６…照射窓
７…ワイヤグリッド偏光子
７ａ…金属膜スリット
８…偏光子の偏光方向

Claims

カラーフィルターの製造プロセスにおける洗浄工程に用いるロングアーク方式の紫外線照射器と、
前記紫外線照射露光器の光源からの紫外線光を偏光させる偏光子と、
前記偏光子により偏光された偏光紫外線光の照射エリアに被露光基板を通過させる基板搬送コンベアと、
を備えることを特徴とする偏光露光装置。
前記偏光紫外線光として、１７２ｎｍの単一輝線を用いることを特徴とする請求項１記載の偏光露光装置。
前記偏光子は紫外線照射器の照射窓に設置されており、該照射窓と平行な面内で前記偏光子の偏光方向が０°〜９０°の範囲で可変であることを特徴とする請求項１または２記載の偏光露光装置。
前記偏光子は金属膜スリット間隔が２００μｍ以下のワイヤグリッド偏光子であり、１７２ｎｍの波長の紫外線光が偏光可能であり、当該紫外線の透過率が４０％以上であることを特徴とする請求項２または３記載の偏光露光装置。
前記偏光子と前記被露光基板との間隔が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の偏光露光装置。