JP2848362B2

JP2848362B2 - 液晶配向膜の製造方法

Info

Publication number: JP2848362B2
Application number: JP27928696A
Authority: JP
Inventors: 展奥村; 成嘉鈴木
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 1999-01-20
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: JPH10123523A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶ディスプレイの
製造等に利用されるものであって、液晶分子を一定方向
に配向させるための配向膜の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示素子としての液晶セル
は、一対のガラス基板の対向面に配向膜を設け、これら
一対のガラス基板をシール材により所定間隔をおいて接
合し、このシール材および一対のガラス基板によって囲
まれた領域内に液晶を封入し、この液晶の分子を配向膜
によって配向させた構造になっている。上述の配向膜を
形成する方法には、斜方蒸着法、ラングミュア・ブロジ
ェット法、ラビング法などがあり、量産には、塗布した
配向膜を植毛した布で擦る方法であり、簡便で高スルー
プットのラビング法が主に用いられてきた。

【０００３】しかしながら、ラビング法では静電気が発
生しやすいという問題があり、静電気が配向膜に発生す
ると、配向膜の表面が汚染され、表示ムラが発生した
り、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を搭載したアクティブ
マトリックス方式の液晶セルでは、静電気はＴＦＴ破壊
をもたらす。そこで、静電気を発生させない配向膜形成
法として、光により一部が崩壊する配向膜化合物、また
は感光性基を含む配向膜化合物、またはホトクロミック
化合物を含む配向膜形成化合物に、偏光を照射すること
によって配向膜を形成する光配向法が提案されている。

【０００４】光により一部が崩壊する配向膜化合物と
は、例えば１９９４年アイ・ディー・アール・シー（Ｉ
ＤＲＣ）予稿集の２１３−２１６頁に開示されているよ
うな、通常のポリイミド化合物である。また、感光性基
を含む配向膜化合物とは、例えばジェー・ジェー・エー
・ピー（ＪＪＡＰ）３４巻（１９９５年）Ｌ７６４−Ｌ
７６７頁に開示されているような、ケイ皮酸基を有する
ポリビニルシンナメート、ポリビニルメトキシシンナメ
ートのように光によって反応する部位を有する化合物で
ある。また、ホトクロミック化合物とは、例えば特開平
４−７５２０号公報に開示されているように、光の作用
で構造変化を生じ、その光に対して挙動、例えば、色調
が変化する化合物であって、これまで炭素−炭素間、炭
素−窒素間、窒素−窒素間の不飽和二重結合の光幾何異
性化反応、原子価光異性化反応、へテロリティックな光
開閉環反応、光閉環反応、光互変異性化反応などを利用
した多種多様の化合物が知られている。

【０００５】このような化合物の内、光幾何異性化に基
づくホトクロミック化合物の例としては、アゾベンゼ
ン、インジゴ、アシルインジゴ、チオインジゴ、セレノ
インジゴ、ベリナフトインジゴ、ヘミインジゴ、ヘミチ
オインジゴ、アゾメチンなどを、へテロリティックな光
開閉環反応に基づくホトクロミック化合物の例として
は、インドリノスピロベンゾピラン、インドリノスピロ
ナフトオキサジン、ベンゾチアゾリノスピロベンゾピラ
ン、インドリノスピロベンゾチオピラン、スピロインド
リジンなどを、光閉環反応に基づくホトクロミック化合
物の例としては、スチルベン、フルギドなどを、また光
互変異性化反応に基づくホトクロミック化合物の例とし
ては、サリチリデンアニル、ｏ−ヒドロキシアゾベンゼ
ン、ｏ−ニトロベンジルなどを、それぞれ基本骨格とす
る化合物を挙げることができる。

【０００６】これらの化合物を使用した光配向法として
は、図３に示すように、透明電極２が成膜されている基
板１上に光により一部が崩壊する配向膜化合物、または
感光性基を含む配向膜化合物、またはホトクロミック化
合物とポリイミドを混合した配向膜形成化合物３を塗布
し、この配向膜形成化合物３に偏光源４から発せられた
偏光を、スリット５やレンズ６などの光学系を通して、
破線で表した順路に従って照射すると、配向膜形成化合
物３の感光性の部位が構造変化を起こすと同時に、偏光
面に対して固有の角度で配向することにより、配向膜７
を形成する方法が知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光配向法では、スリットを介した一軸の偏光を用いてい
るため、偏光照射範囲はスポット状で狭く、基板全面を
照射するには時間が掛かり、偏光照射工程のスループッ
トは低い。スループットを向上させるために、照射面積
を基板サイズ程度にレンズを用いて拡大すると、拡大光
の中心部と周辺部の光強度差が大きくなり、均一性が低
下する。そのため、膜の配向性の均一性が低下するとい
う問題が起きる。

【０００８】また、光を均一性良く拡大するためには、
多数の小さなレンズを整列させたフライアレイレンズか
らなるビームホモジナイザーが一般的には用いらていれ
るが、光学系のコストが上昇し、また寸法的にも大きく
なり、好ましいものではない。

【０００９】さらに、一つの画素内に複数の異なる配向
方向を有する領域を形成する、分割配向方式により液晶
ディスプレイの広視野角化を図る場合には、マスクを用
いた選択的な偏光照射を繰り返し行う必要があり、この
とき偏光照射工程のスループットは更に低下する。

【００１０】以上説明したように、従来の光配向法で
は、光学系コストの上昇あるいは偏光照射工程のスルー
プットが低いという問題があった。

【００１１】本発明は上記の事情に基づき、目的とする
ところは、光学系コストの上昇を抑え、高スループット
偏光照射工程を有する配向膜の製造方法を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、基板上に形成される、配向膜形成
用化合物からなる層に、直線偏光を照射して配向膜を製
造する工程において、位相マスクあるいはホログラム素
子を通して偏光を照射することを特徴とする配向膜の製
造方法、が提供される。

【００１３】また、複数の直線偏光を、それぞれ異なる
入射角でもって、配向膜形成用化合物からなる層に、位
相マスクあるいはホログラム素子を通して照射すること
を特徴とする、広視野角化をもたらす配向膜の製造方法
が提供される。

【００１４】本発明においては、前記配向膜形成化合物
は、好ましくは感光性基を含む配向膜形成用化合物であ
り、さらに、好ましくは、前記感光性基を含む配向膜形
成用化合物がホトクロミック化合物を含む配向膜形成用
化合物である。

【００１５】また、前記偏光は、好ましくは、紫外光、
さらに好ましくは、紫外パルスレーザ光である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明は上記した構成によって、
偏光を位相マスクあるいはホログラム素子を通して照射
することにより、偏光の照射領域を拡大することができ
る。位相マスクは光を複数に分割し、分割光の空間周波
数をそれぞれ変化させることにより、分割光を任意の角
度で光路を変換させて照射することが可能である。照射
面における分割光の間隔が０となるように位相マスクを
調整したときは、光の拡大照射効果を有するが、一般の
レンズに見られるような光の中心部と周辺部の強度差は
抑制され、ビームホモジナイサーを用いることなく、光
を成形して均一性良く拡大することができる。また、任
意の間隔で照射可能であるため、分割配向用の画素間隔
に合わせた選択的な照射も簡便に行える。同様に、ホロ
グラム素子も光を分割して任意の位置に照射することが
可能である。このように位相マスクあるいはホログラム
素子を用いることにより、偏光照射工程のスループット
は向上する。特に、分割配向方式による広視野角化液晶
ディスプレイの配向膜を作製するとき、偏光照射工程の
スループットは著しく向上する。

【００１７】次に、本発明の実施形態について図面を参
照して説明する。図１は本発明の一実施形態になる概念
構造図である。基板１上には透明電極２および配向膜形
成化合物３が塗布されており。この配向膜形成化合物３
に偏光源４から発せられた偏光を照射して配向膜７を形
成するが、このときスリット５及びレンズ６を含む光学
系にはさらに位相マスク８が備えられている。位相マス
ク８により偏光は均一性良く拡大され、大面積一括照射
が可能となる。

【００１８】次に、本発明の第２の実施の形態について
図２を参照にして説明する。第２の実施形態において
は、透明電極２および配向膜形成化合物３が塗布された
基板１上に照射される偏光は、偏光源４から発せられた
偏光はビームスプリッタ９により分割されたものであ
り、分割された偏光はそれぞれ異なる入射角でもって、
それぞれ位相マスク８により一定の間隔となるよう更に
分割されて、互い違いに配向膜形成化合物３を照射され
ている。異なる偏光入射角に対応して、配向膜７中に異
なる配向方向を有する領域１１が形成される。このよう
にして、分割配向膜を大面積一括照射で作製できる。

【００１９】以上の実施の形態では、位相マスク８を使
用したが、位相マスクの代わりにホログラム素子８を用
いても同様の効果が得られる。

【００２０】本発明で使用する位相マスク及びホログラ
ム素子は、前述のように光を複数に分割し、分割光の空
間周波数をそれぞれ変化させることにより、分割光を任
意の角度で光路を変換させて照射することが可能となる
ものであり、例えば、位相マスクとしては、ラザリス社
（ＬＡＳＩＲＩＳ）製の合成石英ガラスにグレーティン
グ波形を加工することにより作製されたＰＭシリーズな
どが市販品として入手できる。位相マスクは一次ビーム
の自己干渉を用いているため、通常の透過や反射を用い
たハーフミラーやプリズムを貼り合わせて作製したビー
ムスプリッタと異なり、機械的安定性が高く、強度分布
の優れた、高コントラストのフリンジ型に形状に変化し
た分割光が、光学系部品点数を増やすことなしに得られ
る。従って、液晶の光配向に用いた場合には、配向膜上
の照射強度格差が小さく、プレティルト角の面内分布は
高い均一性を有し、しかも、異なる配向方向を有する領
域間の界面においては、プレティルト角の変化が急峻で
あり、視野角特性に優れた液晶表示装置が実現される。

【００２１】またホログラム素子としては、合成石英ガ
ラスに、入射光の方向と形状およびホログラムによる回
折光として実現したい方向と形状から計算されるホログ
ラム干渉縞パターンを加工することにより作製されるも
のなどが使用できる。従って、光学系部品点数を増やす
ことなく、計算により導き出された任意の形状および強
度に光を分割することができ、位相マスクと同様に視野
角特性に優れた液晶表示装置が実現される。

【００２２】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもので
はない。

【００２３】実施例１次に本発明の第一の実施例について説明する。寸法３０
０ｍｍ×３５０ｍｍのガラス基板に透明電極としてＩＴ
Ｏを成膜した。ＩＴＯ上に、ホトクロミック化合物を含
む配向膜形成化合物として、アゾベンゼンとポリイミド
からなる配向膜形成化合物をスピンコーターを用いて塗
布した。この配向膜形成化合物に出力１０Ｊ、波長３０
８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを、偏光板および位相
マスクを備えた光学系を通して、基板全面に照射した。
なお位相マスクとしては、ＰＭシリーズ（ラザリス社
製）を用いた。レーザ光のエネルギーが１０ｍＪ／ｃｍ
²の場合は、配向膜形成化合物の表面がアブレーション
してしまい、良好な配向膜が得られなかった。レーザ光
のエネルギーが５ｍＪ／ｃｍ²のとき、アブレーション
は起こらず、良好な配向膜が得られた。このようにして
形成された配向膜を用いて、ＴＮモードの液晶ディスプ
レイを作製したところ、液晶分子のプレティルト角はエ
キシマレーザのエネルギーおよびパルス数に依存して変
化していることが明らかになった。前述のエネルギー条
件でパルス数が１のときはプレティルト角は３度であ
り、パルス数が２０のときのはプレティルト角は７度で
あった。レーザ光のエネルギーが２ｍＪ／ｃｍ²のとき
も良好な配向膜が得られ、パルス数が１のときのプレテ
ィルト角は１度であり、パルス数が２０のときのプレテ
ィルト角は５度であった。このように、上記方法によれ
ば、大面積一括偏光照射が可能であり、偏光照射工程の
高スループット化が可能となった。また、上記方法によ
れば、光学系の部品点数を位相マスク以外に増加するこ
となくエキシマレーザ光のエネルギーおよびパルス数を
変化させることにより、液晶プレティルト角の制御が可
能となった。

【００２４】実施例２次に本発明の第二の実施例について説明する。寸法３０
０ｍｍ×３５０ｍｍのガラス基板に透明電極としてＩＴ
Ｏを成膜した。ＩＴＯ上に、ホトクロミック化合物を含
む配向膜形成化合物として、アゾベンゼンとポリイミド
からなる配向膜形成化合物をスピンコーターを用いて塗
布した。この配向膜形成化合物に出力１０Ｊ、波長３０
８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを、図２に示すように
ビームスプリッタ９としてハーフミラーを用いてレーザ
光を分割し、分割レーザ光それぞれを偏光板およびホロ
グラム素子を備えた光学系を通して、基板全面に照射し
た。このとき直線偏光レーザ光は２つとも、ホログラム
素子によって長さ２８０ｍｍ、幅０．１５ｍｍとなるよ
うに整形され、それぞれ互い違いとなるように、異なる
入射角でもって配向膜形成化合物を照射して、分割配向
した配向膜を形成した。このように形成された、分割配
向した配向膜を用いてＴＮモードの液晶ディスプレイを
作製したところ、視野角は通常の配向膜を用いたものと
比べて、４倍以上に拡大した。

【００２５】このように、上記方法によれば、分割配向
した配向膜を作製する場合においても、大面積一括偏光
照射が可能であり、偏光照射工程の高スループット化が
可能となった。また、実施例１と同様に、エキシマレー
ザ光のエネルギーおよびパルス数を変化させることによ
り、液晶プレティルト角の制御が可能である。

【００２６】以上の実施例１、２では、ホトクロミック
化合物としてアゾベンゼンを用いたが、上述した他のホ
トクロミック化合物を用いても同様な効果が得られた。

【００２７】実施例３次に本発明の第三の実施例について説明する。寸法３０
０ｍｍ×３５０ｍｍのガラス基板に透明電極としてＩＴ
Ｏを成膜した。ＩＴＯ上に、感光性基を含む配向膜形成
化合物として、ポリビニルメトキシシンナメートとポリ
イミドからなる配向膜形成化合物をスピンコーターを用
いて塗布した。この配向膜形成化合物に出力１０Ｊ、波
長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを、ハーフミラ
ーを用いてレーザ光を分割し、分割レーザ光それぞれを
実施例１と同様に偏光板および位相マスクを備えた光学
系を通して、基板全面に照射した。このとき直線偏光レ
ーザ光は２つとも、位相マスクによって長さ２８０ｍ
ｍ、幅０．１５ｍｍとなるように整形され、それぞれ互
い違いとなるように、異なる入射角でもって配向膜形成
化合物を照射して、分割配向した配向膜を形成した。こ
のように形成された、分割配向した配向膜を用いてＴＮ
モードの液晶ディスプレイを作製したところ、視野角は
通常の配向膜を用いたものと比べて、４倍以上に拡大し
た。

【００２８】このように、上記方法によれば、分割配向
した配向膜を作製する場合においても、大面積一括偏光
照射が可能であり、偏光照射工程の高スループット化が
可能となった。また、第１の実施例と同様に、エキシマ
レーザ光のエネルギーおよびパルス数を変化させること
により、液晶プレティルト角の制御が可能である。

【００２９】以上の実施例３では、感光性基を含む化合
物としてポリビニルメトキシシンナメートを用いたが、
上述した他の感光性基を含む化合物を用いても同様な効
果が得られた。

【００３０】以上の実施例１〜３では光源として、波長
３０８ｎｍのＸｅＣｌレーザ光を用いたが、波長２４８
ｎｍのＫｒＦレーザ光、波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザ
光など、他の紫外パルスレーザ光や紫外線ランプを用い
ても同様な効果があった。

【００３１】実施例４次に本発明の第四の実施例について説明する。寸法３０
０ｍｍ×３５０ｍｍのガラス基板に透明電極としてＩＴ
Ｏを成膜した。ＩＴＯ上に、光により一部が崩壊する配
向膜化合物として、日本合成ゴム製ポリイミドＡＬ１２
５４をスピンコーターを用いて塗布し、１８０℃、１時
間の焼成を行った。このポリイミドに出力１０Ｊ、波長
２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを、ハーフミラーを
用いてレーザ光を分割し、分割レーザ光それぞれを偏光
板および位相マスクを備えた光学系を通して、基板全面
に照射した。このとき直線偏光レーザ光は２つとも、位
相マスクによって長さ２８０ｍｍ、幅０．１５ｍｍとな
るように整形され、それぞれ互い違いとなるように、異
なる入射角でもって配向膜形成化合物を照射して、分割
配向した配向膜を形成した。このように形成された、分
割配向した配向膜を用いてＴＮモードの液晶ディスプレ
イを作製したところ、視野角は通常の配向膜を用いたも
のと比べて、４倍以上に拡大した。

【００３２】このように、上記方法によれば、分割配向
した配向膜を作製する場合においても、大面積一括偏光
照射が可能であり、偏光照射工程の高スループット化が
可能となった。また、実施例１と同様に、エキシマレー
ザ光のエネルギーおよびパルス数を変化させることによ
り、液晶プレティルト角の制御が可能である。以上の実
施例４では光源として、波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザ
光を用いたが、波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザ光など、
他の波長が２８０ｎｍ以下の紫外パルスレーザ光や紫外
線ランプを用いても同様な効果があった。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による配向
膜の製造方法は、位相マスクあるいはホログラム素子を
用いて大面積一括偏光照射が可能なため、照射工程のス
ループットが大幅に向上した。さらに、紫外パルスレー
ザ光のエネルギーおよびパルス数を変化させることによ
り、光学系部品の大幅な増加を行うことなく、液晶分子
のプレティルト角を制御することができ、視野角特性に
優れた液晶表示装置が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す概念構成図である。

【図２】本発明の他の実施形態を示す概念構成図であ
る。

【図３】従来の光配向法を説明する概念構成図である。

【符号の説明】

１基板２透明電極３配向膜形成用化合物４偏光源５スリット６レンズ７配向膜８位相マスク又はホログラム素子９ビームスプリッタ１０ミラー１１異なる配向方向を有する領域

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成される、配向膜形成用化合
物からなる層に、直線偏光を照射して配向膜を製造する
工程において、位相マスクを通して偏光を照射すること
を特徴とする配向膜の製造方法。
【請求項２】基板上に形成される、配向膜形成用化合
物からなる層に、直線偏光を照射して配向膜を製造する
工程において、ホログラム素子を通して偏光を照射する
ことを特徴とする配向膜の製造方法。
【請求項３】複数の直線偏光を、それぞれ異なる入射
角でもって、配向膜形成用化合物からなる層に照射する
ことを特徴とする、請求項１または２記載の配向膜の製
造方法。
【請求項４】前記配向膜形成用化合物が感光性基を含
む配向膜形成用化合物であることを特徴とする、請求項
１〜３のいずれかに記載の配向膜の製造方法。
【請求項５】前記感光性基を含む配向膜形成用化合物
が、ホトクロミック化合物を含む配向膜形成用化合物で
あることを特徴とする、請求項４記載の配向膜の製造方
法。
【請求項６】前記偏光が紫外光であることを特徴とす
る、請求項１〜３のいずれかに記載の配向膜の製造方
法。
【請求項７】前記紫外光がパルスレーザ光であること
を特徴とする、請求項６記載の配向膜の製造方法。