JP4239640B2 - 露光装置およびこの露光装置を用いた液晶素子製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、2枚のマスクを用いて、それぞれのマスクに形成されたマスクパターンをワーク上に結像させ、露光を行なう露光装置およびこの露光装置を用いて、液晶素子の配向膜に偏光光を照射し、液晶の配向を制御するための液晶素子製造方法に関し、特に、画素分割法(マルチドメイン法) を適用した液晶素子を製造するのに好適な露光装置およびこの露光装置を用いた液晶素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から液晶表示素子やオプティカルモジュレータを製造するため露光装置が用いられている。
以下では、パソコンやテレビの画面に用いられる液晶表示素子を製造するための偏光光を照射する露光装置を例にして説明するが、光通信に使われる上記オプティカルモジュレータ用の液晶素子を製造するための偏光光を照射する露光装置にも同様に適用することができる。
オプティカルモジュレータとは、光通信において光に変調をかけるための素子である。液晶素子に印加する電圧を変えると、該液晶素子を透過する光の量(即ち液晶の透過率) が変化する。これを利用して通信用の光を振幅変調する。
ここでは、上記液晶表示素子、オプティカルモジュレータ用の液晶素子を合わせて液晶素子という。
【0003】
液晶素子は、透明基板の表面に形成した配向膜に、液晶を所望の方向に配向させる処理(配向処理) を施し、該透明基板を2枚、配向膜を内側にして、所定の間隔の隙間を保つように貼り合せ、該隙間に液晶を注入したものである。
上記配向膜の配向処理に関し、配向膜に所定の波長の偏光光を照射することにより配向を行なう、光配向と呼ばれる技術がある。
光配向を行なうための偏光光照射装置やプロセスに関して、いくつかの先行技術が示されている。例えば特許文献1には、液晶のプレチルト角の大きさと配向方向とを決定するために、偏光光を、配向膜に対して所定の方向から所定の負度で照射する装置が提案されている。
また、特許文献2には、照射光を光配向膜に対して斜めに入射することなくプレチルト角の大きさを制御する技術について記載されている。
この技術は、照射光を、ライン・アンド・スペース(以下L&Sと略す) のパターン形成したマスクにより線状に絞り、該マスクまたは配向膜を移動させることにより、照射位置を順次走査するというものである。プレチルト角は走査方向と逆方向に発現し、その大きさはマスクまたは光配向膜の走査速度に依存する。
上記技術は、上記特許文献2の他に、非特許文献1にも記載されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−197409号公報
【特許文献2】
特開2002−82336号公報
【非特許文献1】
Masyuki Kimura他7 ,"Photo-Rubbing:General Method to Induce Durable Liquid-Crystal Pretilt Angle on Photo-Alignment Films",Jpn.J.APPL.Phys ,vol 41(2002) ,Part2,No.12A,1,pp.L1345-L1347, December 2002 ,The Japan Society of Applied Physics
【0005】
ところで、液晶素子の1つの画素を2つもしくはそれ以上に分割し、分割した画素ごとに液晶の配向方向を変え、液晶素子の視野角を改善することが行われている。この方法は画素分割法、あるいはマルチドメイン法と呼ばれている。
画素分割法は、上記したオプティカルモジュレータ用の液晶素子にも適用が考えられている。その理由は、モノドメインの液晶素子を使ったオプティカルモジュレータを通過した光は、方向が限られた偏光光になるので、後に接続する機器は、すべて光の偏光方向を合わせる必要があり、その分工事が難しくなる。
しかし、画素分割法(マルチドメイン法) を適用した液晶素子を使用すれば、通過後の光は偏光光ではあるが、その方向を分割した画素の数だけ増やすことができるので、方向性が緩和され、工事が容易になる。
光配向を上記画素分割法に適用する場合には、マスクを用いて画素の分割した一つの部分に紫外光を照射し、次にマスクを交換して、または、マスクをワークに対して水平に回転させて、分割した他の部分を、ワークから見て最初の照射方向とは異なった方向から照射する。場合によっては照射する角度を変える。
これを分割数だけ繰り返すことにより、分割画素毎の液晶の配向方向を変えることができる。この場合はマスクを介して所望の部分だけに正確に紫外光を照射する必要がある。そのためには、マスクパターンとワークの所望の紫外線照射領域とを位置合わせして、平行光を照射する必要がある。
【0006】
図5に液晶素子の模式図を示す。
同図に示すように、液晶素子はR(赤) G(緑)B(青) に対応する3つの画素P1,P2,P3を一組として、基板上に多数設けられる。画素P1,P2,P3の大きさは、縦約150μm、横約50〜100μmである。それぞれの画素の間にはブラックマトリックスと呼ばれる光を通さない領域(幅が例えば10〜20μm)が設けられ、TFT(薄膜トランジスタ) 駆動型の液晶パネルの場合は、各画素P1〜P3の一部には駆動用TFT素子が設けられる。
画素分割法においては、図5のように1つの画素をさらに分割し、分割した領域ごとに液晶の配向方向(図中、画素P2に示した矢印参照) を変える。分割した各領域の境界線上では、配向方向の擾乱により光が透過し画像に乱れが生じるので、10〜20μmの幅のブラックマトリックスを設けてこれを防止する。該ブラックマトリックスは、幅が広くなると画素の開口率が小さくなり暗くなるので、狭ければ狭いほど良く、現在は5μmが望まれている。
なお、図5では画素P2についてのみ分割した図を示すが、実際にはP1,P3全ての画素をP2と同様に分割する。
【0007】
通常、光配向のための光照射処理は以下のようにして行なわれる。ここでは画素を第1〜第4の領域に4分割して光配向処理する場合を示す。ここでは、前記図5の画素P2において、例えば、右上の領域を第1の領域、右下の領域を第2の領域、左下の領域を第3の領域、左上の領域を第4の領域とする。
図6は、光配向のために使用されるマスクの一例を示す図である。
同図に示すように、マスクMには分割した画素(図の点線で囲まれた領域が1画素に相当する)の第1の領域に対応する位置に開口部OPが設けられ、位置合わせのためのアライメントマークMAMが記されている。
同図に示すマスクMを用い、以下のようにして光配向処理が行われる。
(1) マスクMを介してワークの第1の領域にマスクMに対し、所定の入射角を持って、またマスクパターンのX方向に対して所定の照射角を持って光照射する。
(2) 次に、例えばワークを180°回転し、第1の領域と画素中心を中心として点対称の位置にある第3の領域を、所定の入射角と照射角をもって光照射する。
(3) ついで、第1の領域とは異なる第2の領域に対応する開口部を持つマスクに交換して、第3の領域を所定の入射角と照射角をもって光照射する。
(4) ワークを180°回転し、第2の領域と画素中心を中心として点対称の位置にある第4の領域を、所定の入射角と照射角をもって光照射する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献2に記載された配向処理方法は、照射光を配向膜に対して斜めに入射する必要がない。したがって、この方法を適用すれば、光配向用偏光光照射装置には、光照射部もしくは光配向膜を載置するワークステージを傾ける機構が不要である。その分、装置は構造が簡素になりコストも低下する。
なお、マスクステージまたはワークステージを所定の方向に移動する機構が必要になるが、これは従来の平面移動を行なうステージを適用することができるので、技術的またはコスト的にほとんど問題ない。
ところが、この配向処理方法に画素分割法を適用しようとすると、照射光を線状に絞るマスクと、画素を分割するマスクとが必要であり、両方のマスクを介して配向膜に光照射を行なわなければならない。
また、照射光を線状に絞るマスクはプレチルト角を発現させる方向に対応して走査しなければならないので、上記2種のマスクを1枚で兼用することはできない。しかも、いずれのマスクに形成されたパターンも、配向膜上に結像させなければならない。
しかし、2種類のマスクを介して光を照射し、両マスクのパターンを被照射物の表面に結像させるような光照射装置は今まで実現されていなかった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の第1の目的は、2種類のマスクを介して光を照射し、両マスクのパターンを被照射物の表面に結像させることができる露光装置を提供することである。
本発明の第2の目的は、前記特許文献2に記載される線状に絞った光を走査する配向処理方法を用いて、前記画素分割法(マルチドメイン法) により液晶素子を製造することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、例えば照射光を線状に絞るL&Sパターンが形成されたマスクを第1のマスクとし、画素を分割して光照射を行なうためのパターンが形成されたマスクを第2のマスクとして、投影露光方式、あるいは、投影露光方式とプロキシミティ露光方式を組み合わせた方式を用い、この2種類のマスクを介して、被照射物の表面にマスクパターンを結像させて露光を行い、液晶素子の光配向等を行う。
すなわち、以下のようにして前記課題を解決する。
(1)光照射部と、ワークが載置されたワークステージの間に、投影レンズと、線状のパターンが形成された第1のマスクと、第1のマスクを保持する第1のマスクステージと、画素の分割に対応する部分に開口が設けられた第2のマスクと、第2のマスクを保持する第2のマスクステージと、偏光素子と、第1のマスクを少なくとも一方向に移動させるための移動機構と、を設け、上記光照射部から出射する露光光は、上記第1のマスクと第2のマスクと偏光素子とを介し、ワークに照射する。
(2)上記(1)において、第2のマスクに形成されている第2のパターンが投影レンズから出射する光により、ワーク上に解像度良く投影されるように、第2のマスクをワークに近接して設ける。
また、第1のマスクに形成されている第1のパターンが、投影レンズと第2のマスクとを介してワーク上に結像するように、第1のマスクを光照射部と投影レンズの間に設ける。
(3)上記(1)において、第1のマスクに形成されている第1のパターンが、投影レンズから出射する光により、ワーク上に解像度良く投影されるように、第1のマスクをワークに近接して設ける。
また、第2のマスクに形成されている第2のパターンが、投影レンズと第1のマスクとを介してワーク上に結像するように、第2のマスクを光照射部と投影レンズの間に設ける。
(4)上記(1)において、第1および第2のマスクに形成されている第1および第2のパターンが、ともに投影レンズを介してワーク上に結像するように、第1および第2のマスクを光照射部と投影レンズの間であって、上記第1および第2のマスクのパターン形成面が投影レンズの焦点深度内になるように設ける。
(5)偏光光を出射する光照射部と、液晶素子の配向膜の間に、投影レンズと、第1のマスクと、第2のマスクと、偏光素子と、を設け、上記光照射部から出射する露光光を、上記投影レンズと第1のマスクと第2のマスクと偏光素子とを介し、液晶素子の配向膜に照射するに際し、第1のマスクを移動させながら、線状のパターンが形成された第1のマスクと、画素の分割に対応する部分に開口が設けられた第2のマスクとを通過した光を照射する。
本発明においては、上記(1)〜(4)の構成としたので、2種類のマスクを介して光を照射し、両マスクのパターンを被照射物の表面に結像させることができ、前記特許文献2に記載される線状に絞った光を走査する配向処理方法を用いて、画素分割法(マルチドメイン法) を適用した液晶素子を製造することが可能となる。
また、上記(5)のようにして液晶素子を製造すれば、前記特許文献2に記載される線状に絞った光を走査する配向処理方法を用いて、前記画素分割法(マルチドメイン法) により液晶素子を製造することが可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下では、照射光を線状に絞るL&Sパターンが形成されたマスクを第1のマスクとし、画素を分割して光照射を行なうためのパターン(以下画素分割パターンという)が形成されたマスクを第2のマスクとする。
(1)第1の実施例
図1は本発明の第1の実施例を示す図であり、本実施例は投影露光方式とプロキシミティ露光方式の組み合わせて、2種類のマスクパターンを被照射面に結像させるようにした実施例を示している。
図1において、光照射部1と投影レンズ3との間に第1のマスクステージ2が設けられ、第1のマスクステージ2には、L&Sパターンが形成された第1のマスクM1が取り付けられる。第1のマスクステージ2はマスクステージ移動機構2aにより、同図矢印の方向に走査される。光照射部1にはランプ1aと集光鏡1bが設けられ、ランプ1aが放出する露光光が集光鏡2aで集光され、上記第1のマスクM1上に照射される。
図2は上記第1のマスクM1に形成されるL&Sパターンの一例を示す図である。同図に示すように、第1のマスクM1には例えば約7μmの間隔で線状に開口が設けられたL&Sパターンが形成され、同図の矢印に示す方向にマスクM1が走査される。
【0011】
図1に戻り、投影レンズ3とワークステージ5の間に、第2のマスクステージ4が設けられ、第2のマスクステージ4には、画素分割パターンが形成された第2のマスクM2が取り付けられる。
第2のマスクM2は前記図6で説明したものと同様のものであり、分割した画素の各領域に対応する位置に開口部が設けられている。
ワークステージ5には、例えば前記液晶素子基板のような配向膜を設けたワークWが載置され、偏光素子6が投影レンズ3と第2のマスクステージ4の間に設けられる。
上記第1のマスクステージ2とワークステージ5の位置関係は、第1のマスクM1を第1のマスクステージ2に載置したとき、第1のマスクM1のL&Sパターンが、ワークWの配向膜の表面で結像するように定められる。また、第2のマスクM2には、平行光が照射されるように、投影レンズ3はテレセントリックであるものを使用する。
なお、偏光素子6を光照射部1の中に設け、光照射部1から偏光された光が出射されるようにしてもよい。上記偏光素子6としては、複数のガラス板を入射角がブリュースタ角になるよう平行に配したもの、あるいは、ビームスプリッタキューブ、ワーヤーグリッドを用いたもの等を使用することができる。
【0012】
図1において、光照射部1からの光は第1のマスクM1に照射され、第1のマスクM1のL&Sパターンが、投影レンズ3によってワークW上に形成された配向膜上に結像する。
また、投影レンズ3から出射した光は、第2のマスクM2に照射され、第2のマスクの画素分割パターンが、ワークW上に形成された配向膜上に投影される。
したがって、ワークW上の配向膜には、第2のマスクに形成されたパターンに対応した領域にのみ、第1のマスクM1のL&Sパターンが投影される。
この状態で、第1のマスクステージ2に設けられたマスクステージ移動機構2aにより、第1のマスクステージ2を移動させ、第1のマスクM1を配向膜のプレチルトを発現させる方向に応じた方向に走査させる。
これにより、画素の所望の領域のみ、所望の角度のプレチルトを発現させることができる。
続いて画素の別の領域に対して偏光光を照射する。その際には、第2のマスクM2を次に照射する領域に対応するパターンのものに変え、必要であれば、偏光素子6かワークWを回転させることにより照射する光の偏光方向を変える。上記と同様に、第1のマスクM1を所定の方向に移動させ、光照射を行なう。
なお、詳細な手順は、前記従来技術において示したのと同様であり、斜めから照射するという手順が、本実施例では第1のマスクM1を走査するという手順に置き換えられる。
【0013】
(2)第2の実施例
図3は本発明の第2の実施例を示す図である。本実施例は、前記第1の実施例と同様、投影露光方式とプロキシミティ露光方式の組み合わせた前記第1の実施例の変形例であり、第1の実施例に示した第1のマスクステージ2と第2のマスクステージ4の位置を入れ換えたものである。
本実施例では、図3に示すように、第1のマスクM1が載置される第1のマスクステージ2を投影レンズ3とワークステージ5との間に配置し、第2のマスクM2が載置される第2のマスクステージ4を光照射部1と投影レンズ3の間に設ける。また、第1のマスクステージ2に移動機構2aを設け、光を照射しつつ第1のマスクM1を走査する。
露光の手順は、第1の実施例と同じであるが、本実施例では、第2のマスクM2の画素を分割するパターンが投影レンズ3により、ワークW上に形成された配向膜上に結像し、投影レンズ3からの光により、第1のマスクM1のL&Sパターンが配向膜上に投影される。
【0014】
本実施例の場合、第2のマスクM2に形成された画素分割パターンを投影レンズ3により縮小して、光配向膜上に投影することができる。したがって、液晶素子の画素が小さいものに対しても適用することができる。特に、オプティカルモジュレータ用の液晶素子は、画素の大きさが十数μm〜数十μmと、パソコンやテレビのディスプレイに使用される画素(150μm〜300μm) よりも小さく、さらに小型化される傾向にある(数年以内に数μmになるといわれている) 。
したがって、画素を分割するパターンを縮小して投影する本実施例の方式は、オプティカルモジュレータ用途の液晶素子製造用に適する。
【0015】
(3)第3の実施例
図4は本発明の第3の実施例を示す図であり、本実施例は投影露光方式により2種類のマスクパターンを被照射面に結像させるようにした実施例を示している。
図4において、第1のマスクステージ2および第2のマスクステージ4が共に、光照射部1と投影レンズ3の間に設けられ、第1のマスクM1、第2のマスクM2が上記第1、第2のマスクステージ2,4に取り付けられる。
この場合、第1のマスクステージ2と第2のマスクステージ4の上下関係は、いずれが上でも良いが、ここでは、第1のマスクステージ2が上側に配置されてる場合について説明する。
上記第1のマスクステージ2と第2のマスクステージ4の位置関係は、第1のマスクM1のパターン形成面と、第2のマスクのパターン形成面との間隔dが、投影レンズ3の焦点深度以内になるように定められる。
第1のマスクが載置される第1のマスクステージ2に移動機構2aが設けられ、前記したように、光照射部1から光を照射しながら、第1のマスクステージ2を移動させる。
その他の構成は、前記第1の実施例と同様であり、投影レンズ3とワークステージ5の間に、偏光素子6が設けられ、ワークステージ5には、例えば前記液晶素子基板のような配向膜を設けたワークWが載置される。
【0016】
図4において、第1のマスクM1のL&Sパターン、第2のマスクM2の画素分割パターンは、ともに投影レンズによりワークW上に形成された配向膜上に投影され、2枚のマスクM1,M2の間隔が投影レンズの焦点深度以内であれば、配向膜上に結像する。
この状態で、第1のマスクステージ2に設けられたマスクステージ移動機構2aにより、第1のマスクステージ2を移動させ、第1のマスクM1を配向膜のプレチルトを発現させる方向に応じた方向に走査させる。
これにより、画素の所望の領域のみ、所望の角度のプレチルトを発現させることができる。
続いて前記したように、画素の別の領域に対して偏光光を照射する。その際には、第2のマスクM2を次に照射する領域に対応するパターンのものに変え、必要であれば、偏光素子6か、ワークWを回転させることにより照射する光の偏光方向を変える。上記と同様に、第1のマスクM1を所定の方向に移動させ、光照射を行なう。
【0017】
本実施例の場合も、第2の実施例と同様、2つのマスクパターンを両方とも縮小投影することができ、小型の画素に対応できる。したがって、本実施例の方式は、オプティカルモジュレータ用途の液晶素子製造用に適する。
ただし、2枚のマスクM1,M2の間隔が投影レンズの焦点深度以下になるように設定しなければならないので、前記第1、第2の実施例に比べ装置の設計製造がやや難しくなる。
なお、投影露光を用いない方式は、要求される解像度を満足させることができないので採用できない。
例えば、第2のマスクを配向膜上に接触させて、その上に第1のマスクを配するコンタクト露光方式とプロキシミティ露光方式の組み合わせが考えられる。
しかし、マスクには厚みがあり、この場合、配向膜上に置いた第2のマスクの厚さ以下には、第1のマスクを配向膜に対して接近させることができない。
また、プロキシミティ露光の場合、今回のような数μmの解像力を得るための、マスクとワークの間隔は例えば30μmといった数十μmのオーダーであり、そこまで第2のマスクの厚さを薄くすることは、事実上無理である。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、以下の効果を得ることができる。
(1)光照射部と、ワークステージの間に、投影レンズと、第1のパターンが形成された第1のマスクと、第2のパターンが形成された第2のマスクとを設け、上記光照射部から出射する露光光を、上記第1のマスクと第2のマスクとを介し、ワーク上に設けられた配向膜に照射するようにしたので、2種類のマスクのパターンを被照射物の表面に結像させることができ、前記特許文献2に記載される線状に絞った光を走査する配向処理方法を用いて、画素分割法(マルチドメイン法) を適用した液晶素子を製造することが可能となる。
(2)上記において、第2のマスクをワークに近接して設け、第1のマスクを光照射部と投影レンズの間に設けることにより、第1のマスクに形成されたパターンを縮小して投影することができる。このため、上記第1のマスクを画素分割パターンとすれば、画素分割パターンを縮小してワーク上に投影することができる。このため、例えばオプティカルモジュレータ等の小型の液晶素子を製造することが可能となる。
(3)上記において、第1および第2のマスクを光照射部と投影レンズの間であって、上記第1および第2のマスクのパターン形成面が投影レンズの焦点深度内になるように設けることにより、第1、第2のパターンを縮小してワーク上に投影することができる。このため、上記(2)と同様、例えばオプティカルモジュレータ等の小型の液晶素子を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す図である。
【図2】マスクM1に形成されるL&Sパターンの一例を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示す図である。
【図5】液晶素子の模式図である。
【図6】画素分割パターンが形成されたマスクの一例を示す図である。
【符号の説明】
1 光照射部
2 第1のマスクステージ
2a マスクステージ移動機構
3 投影レンズ
5 ワークステージ
4 第2のマスクステージ
6 偏光素子
M2 第2のマスク
M1 第1のマスク
W ワーク
Claims (5)
- 露光光を出射する光照射部と、
露光光が照射されるワークを載置するワークステージと、
上記光照射部と上記ワークステージの間に、
投影レンズと、線状のパターンが形成された第1のマスクと、第1のマスクを保持する第1のマスクステージと、画素の分割に対応する部分に開口が設けられた第2のマスクと、第2のマスクを保持する第2のマスクステージと、偏光素子と、第1のマスクを少なくとも一方向に移動させるための移動機構と、を設け、
上記光照射部から出射する露光光は、上記第1のマスクと第2のマスクと偏光素子とを介し、ワークに照射される
ことを特徴とする露光装置。 - 上記第2のマスクは、該マスクに形成されている第2のパターンが、投影レンズから出射する光により、ワーク上に解像度良く投影されるように、ワークに近接して設けられ、
上記第1のマスクは、該マスクに形成されている第1のパターンが、投影レンズと第2のマスクとを介してワーク上に結像するように、光照射部と投影レンズの間に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。 - 上記第1のマスクは、該マスクに形成されている第1のパターンが、投影レンズから出射する光により、ワーク上に解像度良く投影されるように、ワークに近接して設けられ、
上記第2のマスクは、該マスクに形成されている第2のパターンが、投影レンズと第1のマスクとを介してワーク上に結像するように、光照射部と投影レンズの間に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。 - 上記第1および第2のマスクは、それぞれに形成されている第1および第2のパターンが、ともに投影レンズを介してワーク上に結像するように、光照射部と投影レンズの間であって、上記第1および第2のマスクのパターン形成面が投影レンズの焦点深度内になるように設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。 - 液晶の画素を複教に分割し、該分割した画素の領城ごとに液晶の配向方向を変える、画素分割法を適用した液晶素子の製造方法であって、
偏光光を出射する光照射部と、液晶素子の配向膜の間に、投影レンズと、第1のマスクと、第2のマスクと、偏光素子と、を設け、
上記光照射部から出射する露光光を、上記投影レンズと第1のマスクと第2のマスクと偏光素子とを介し、液晶素子の配向膜に照射するに際し、第1のマスクを移動させながら、線状のパターンが形成された第1のマスクと、画素の分割に対応する部分に開口が設けられた第2のマスクとを通過した光を照射する
ことを特微とする液晶素子の製造方法。
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JP2004287336A (ja) | 2004-10-14 |
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