JP4622409B2 - 光配向方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子の配向膜や、液晶パネルに取り付ける視野角補償フィルムに偏光光を照射して、光配向を行なう光配向方法に関し、特に、配向膜に照射される偏光光に偏光軸のばらつきがあるまま光配向を行っても、配向膜を所望の方向に配向させることができる光配向方法に関するものである。

液晶表示素子は、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重ね、間に液晶をはさみこんで貼り合せたものである。
上記液晶表示素子の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し露光処理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。光配向用の偏光光照射装置としては、例えば特許文献１や特許文献２に記載のものがある。
最近は、上記液晶表示素子の製作以外に、視野角補償フィルムの製作にも、上記偏光光照射装置が使用されるようになってきた。視野角補償フィルムは、ベースフィルム上に、紫外線硬化液晶を塗布し、一定方向に液晶分子を配列（配向）させた後、紫外線を照射して液晶を硬化させ、液晶分子の方向を固定させたものである。視野角補償フィルムを液晶パネルに貼ることで、画質の低下を補償する。
以下、ここでは視野角補償フィルムも含めて、光配向を生じさせる膜を光配向膜と呼ぶことにする。

上記特許文献１や特許文献２の従来例に記載される液晶表示素子の配向膜の光配向を行う偏光光照射装置は、特許文献１の図７や特許文献２の図５にも示されるように、光照射装置から出射する紫外線を含む光を、例えば複数のガラス板をブリュースタ角だけ傾けた偏光素子に入射させて偏光分離させ、出射した偏光光をインテグレータレンズ、平面鏡、コリメータレンズ、コリメータミラーなどを介して、光配向膜が塗布された基板や視野角補償フィルム等であるワークＷに照射するものである。
特許第２９２８２２６号公報 特許第２９６０３９２号公報

光配向膜を光配向させるためには、所定の波長（例えば２８０〜３２０ｎｍ紫外線）であって、所定の値以上の消光比（例えばＰ偏光光に対しＳ偏光光の含まれる割合が１／１０〜１／１００）を有する偏光光が必要である。これは上記光配向膜の物性により決まる。消光比とは偏光光に含まれるＰ偏光成分とＳ偏光成分の割合である。
最近、光配向を行なうためのパラメータとして、上記の波長と消光比に加えて、照射面内における偏光光の方向（以下偏光軸と呼ぶ）のばらつきが問題にされるようになってきた。
上記従来例の偏光光照射装置を用いると、照射面における偏光軸の面内ばらつきは、例えば図５に示すように±０．５°程度になる。配向膜に照射される偏光光に偏光軸のばらつきが生じると、配向膜の配向の方向がばらつくことになり、製品不良の原因となることがある。
すなわち、偏光軸の面内ばらつきが大きい光で光配向を行なうと、製品である液晶表示素子のコントラストが、場所によって異なり画像の質が低下する。

偏光軸のばらつきをなくすために、われわれは特願２００３−１４１６６５号（出願日平成１５年５月２０日）や特願２００３−３６４０６２号（出願日平成１５年１０月２４日）を提案している。しかし、これらは、光照射機に偏光軸のばらつきをなくするための特別な構成が必要となり、コストが高くなるという不利な点がある。
また、偏光光を照射する光源ランプとして、上記従来例に示される点光源のランプに替えて、大面積への対応が容易な棒状のランプを使用することも考えられており、棒状のランプを使用すると、偏光軸のばらつきをなくすことが難しくなる。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、配向膜に偏光軸のばらつきがあるまま偏光光を照射しても、配向膜の配向の方向がばらつくことなく所望の方向に配向させることができる光配向方法を提供することを目的とする。

本発明においては、上記課題を次のように解決する。
光照射装置からの光照射領域において、照射される偏光光の偏光軸のばらつきをあらかじめ測定しておき、配向膜を、偏光軸のばらつきが相殺される上記線対称の軸と略直交する方向に移動させる。移動させるのは、配向膜でも偏光光でもよい。
配向膜または偏光光を上記のように移動させることで、偏光軸のばらつきが相殺され、配向膜は、偏光軸のばらつきの中間方向に配向する。

本発明においては、配向膜または偏光光を、偏光軸のばらつきが相殺される方向に移動させるようにしたので、偏光軸のばらつきがあるまま偏光光を照射しても、配向膜を所望の方向に配向させることができる。

本発明では、配向膜を偏光軸のばらつきが相殺される方向に移動させることで、配向膜を所望の方向に配向させることが可能なことを以下の実験で確認した。
図１に、本発明の実験で使用した光配向用偏光光照射装置の構成を示す。
図１において、ランプ１が放射する紫外線を含む光は、集光鏡２で集光され、第１の平面鏡３で反射され、インプットレンズ５によって平行光にされ偏光素子６に入射する。偏光素子６は、例えば、複数のガラス板を光軸に対してブリュースタ角だけ傾けて設けたものである。
偏光素子６に入射した光は偏光分離され、上記の偏光素子の場合はＰ偏光光のみが出射する。出射したＰ偏光光はインテグレータレンズ４に入射する。インテグレータレンズ４は、光照射面１１での照度分布を均一にする光学素子である。

インテグレータレンズ４から出射したＰ偏光光は、シャッタ７を介して、第２の平面鏡８で反射され、ワークステージＷＳ上に載置された、光配向膜が塗布された基板や視野角補償フィルム等であるワークＷに照射される。
ワークＷに照射する光に平行光が必要であれば、第２の平面鏡６とワークステージＷＳの間に、コリメータレンズ９またはコリメータミラーを設ける。図１は、コリメータレンズ９が設けられている場合を示している。
ワークステージＷＳは、図示しないワークステージ駆動機構により、所望の速度で光照射面に平行な面内で移動可能である。

図１に示す偏光光照射装置において、被照射面にはＰ偏光光が照射され、前記図５と同様の偏光軸のばらつきが生じている。
図２に、図１に示す偏光光照射装置の光照射面における偏光軸の傾きを示す。
偏光光の照射領域は５００ｍｍ×４００ｍｍであり、この照射領域中のＡ，Ｂ，Ｃの位置におけるに偏光軸の傾きを偏光軸モニタにより測定した。
照射領域の中央部Ｂの位置での偏光軸の向きを基準にすると、照射領域の図中左側Ａの位置における偏光軸は約＋２°傾き、一方、照射領域の図中右側Ｃの位置における偏光軸は約−２°傾いている。したがって、照射領域全体では、偏光軸は約±２°ばらついているということになる。
図３に、偏光軸のばらつきの角度を測定する偏光軸モニタの一例を示す。
偏光軸モニタは、基本的には、照度計の光入射面に偏光板を取り付けたものであり、偏光板１１を取り付けた筒１２は本体１３に対して回転する。本体１３には、照度計が設けられ、照度計により測定された照度はモニタ１４に表示される。
偏光光が照射される領域に上記偏光軸モニタを置き、筒１２を回転させることにより偏光板１１を回転させる。偏光板１１と偏光光の偏光軸の方向が一致すると照度が最大になるので、そのときの角度を目盛りから読み取ることで、偏光軸の傾きを測定することができる。したがって、光照射領域の複数点を、照度計の本体の方向を変えないで偏光軸の角度を測定すれば、偏光軸のばらつきを測定することができる。

表１に、図２のＡ，Ｂ，Ｃの各位置の偏光軸のばらつきを示す。なお、位置ＡおよびＣにおける偏光軸のばらつきの大きさは、光照射領域のほぼ中央である位置Ｂにおいて測定された偏光軸の方向を基準とし、それに対する偏光軸のずれの角度を示している。また、照射する偏光光の消光比（Ｐ偏光光とＳ偏光光の比）については５：１と２０：１の２種類について実施した。

配向膜の配向方向は、偏光光の方向、即ち偏光軸の傾きに応じて生じる。したがって、偏光軸がばらつくと配向膜の配向方向もばらつく。
図２のＡ，Ｂ，Ｃの各位置に試料ステージＷＳ１〜ＷＳ３を置き、その上に１０×１０ｍｍの配向膜のサンプルＳ１〜Ｓ３を置き、その位置を移動させないで、偏光光を照射したところ、配向膜は、上記に示した偏光軸のばらつきに応じた方向、即ち位置Ｂの配向方向を基準にすると、位置Ａではそれに対して約＋２°ずれた方向、位置Ｃでは約−２°ずれた方向に配向が生じた。
なお、本実験で使用した配向膜は、視野角や色や輝度などを補償する光学補償フィルムと呼ばれる配向膜である。
ここで、光照射領域の偏光軸は、位置Ｂを軸として図面左右方向（位置Ａ方向と位置Ｂの方向）に対称にばらついているものと考えられる。そこで、図２に示すスキャン用レールＲに沿って、上記照射領域中を、図中右側の位置Ｃから位置Ｂ、位置Ａへと、即ち、偏光軸のばらつきが相殺される方向に、配向膜を移動させながら光配向処理を行なった。
このときの、照射する偏光光の消光比については、上記と同様に５：１と２０：１の２種類を使用し、配向膜の移動速度も１．５ｍ／分から３ｍ／分の間で、一定速度となるよう適宜設定した。

上記のようにして、偏光光を照射したところ、配向膜の配向方向には、ほとんどずれが生じず、配向方向は、位置Ｂにて移動せずに照射した場合と同等の、０°近辺の値になった。
このことより、偏光軸のばらつきがあるまま偏光光を照射しても、偏光軸のばらつきを相殺する方向に配向膜を移動させることで、配向膜を所望の方向に配向させられると考えられる。すなわち、配向膜への偏光光の照射量が、配向膜が光配向するに必要な照射量に達するまでの間に、偏光軸のばらつきが相殺される方向に配向膜を移動させることで、配向膜の配向方向を、照射する偏光光の偏光軸のばらつきの中間方向に配向させることができる。
ただし、本実験においては、偏光光が照射されている光照射領域の照度均一度は約±１０％であり、Ａ，Ｂ，Ｃ各位置での照度は基本的に一致しており、配向膜の移動スピードも一定である。即ち、位置ＡおよびＣにおける露光量は一致している。
なお、上記実験では偏光光に対して配向膜を移動させたが、照射する偏光光を移動させても同等の結果を得られると考えられる。

図４に、同様の効果が期待できる他の移動方法について示す。ここでは、前記図５と同様の対称な偏光軸のばらつきを有する光照射領域を仮定する。
(i) 図４の（ア）に示すように、光照射領域よりも小さい光配向膜が塗布された基板を、光照射領域内で偏光軸のばらつきが相殺される分だけ移動させてもよい。
(ii)図４の（イ）に示すように、光照射領域とほぼ同じ大きさの光配向膜が塗布された基板を、全体が光照射領域を通り過ぎるように移動してもよい。
(iii) 偏光軸のばらつきが相殺されるなら、図４の（ウ）のような方向に移動させてもよい。
なお、移動の方法も、一定速度で走査（スキャン）する方法でもよいし、間歇的に搬送する方法でもかまわない。ただし、偏光軸のばらつきが相殺されるためには、相殺する位置での露光量は一致させる必要がある。したがって、各位置での偏光光の照度が同じであれば、走査速度、または間歇的に搬送するときの停止時間は、常に一定でなければならない。
なお、上記では、点光源のランプを用いる場合について説明したが、前記したように大面積への対応が容易な棒状のランプを使用することもでき、棒状のランプを使用して偏光軸のばらつきが相殺される方向に配向膜を移動させることで、上記と同様に偏光軸のばらつきをなくすことができる。

本発明の実験に用いた光配向用偏光光照射装置の構成を示す図である。 図１に示す光配向用偏光光照射装置の光照射面における偏光軸の傾きを示す図である。 偏光軸のばらつきの角度を測定する偏光軸モニタの一例を示す図である。 配向膜を所望の方向に配向させることができる他の移動方法を説明する図である。 従来の偏光光照射装置の光照射面における偏光軸の面内ばらつきの一例を示す図である。

符号の説明

１ ランプ
２ 集光鏡
３ 第１平面鏡
４ インテグレータレンズ
５ インプットレンズ
６ 偏光素子
７ シャッタ
８ 第２平面鏡
９ コリメータレンズ
１０ 光照射装置
Ｒ スキャン用レール
Ｗ ワーク
ＷＳ ワークステージ

Claims (1)

1. 配向膜に偏光光を照射し光配向を行なう光配向方法において、
   偏光光の偏光軸が線対称なばらつきを有する光照射領域に対し、配向膜を、上記偏光軸のばらつきが相殺される上記線対称の軸と略直交する方向に、相対的に移動させる
   ことを特徴とする光配向方法。

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