JP5953512B2 - 光配向露光装置及び光配向露光方法 - Google Patents

光配向露光装置及び光配向露光方法 Download PDF

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Description

本発明は、液晶表示素子の配向膜を形成するための光配向露光装置及び光配向露光方法に関するものである。
液晶表示素子の配向膜を形成する方式として、液晶のプレチルト角の大きさと配向方向を決めるために、配向膜となる感光性高分子膜に対して紫外線を斜めに照射する光配向露光方式が知られている。
一方、液晶表示素子の一つの単位画像領域（画素又はサブ画素、或いはそれらの集合領域）を２つ若しくはそれ以上に分割して、分割した領域毎に液晶の配向方向を変えることにより、液晶パネルの視野角を改善することが行われており、この方法は、画素分割法或いはマルチドメイン法と呼ばれている。
前述した光配向露光方式をマルチドメイン法に適用する場合には、配向材料膜上の被露光面に対して異なる角度で照射する複数の紫外線露光光を形成し、マスクの一つの開口を介して単位画像領域を分割した一つの領域に一方向から紫外線を照射し、マスクの他の開口を介して単位画像領域を分割した他の領域に他方向から紫外線を照射する。これによって、単位画像領域を分割した複数の領域毎にプレチルト角と配向方向が異なる光配向処理を施すことができる。
この際、下記特許文献１に記載の従来技術では、直線状に配列された複数の単位画像領域のそれぞれをその配列方向に沿った分割線で２つの領域に分割し、被露光面を単位画像領域の配列方向に沿って移動させて複数の単位画像領域を走査露光することで、複数の単位画像領域に対して連続的に光配向処理を施している。この従来技術では、分割された一つの領域に対応する開口パターンとそれに隣接する他の領域に対応する開口パターンを有する２つのマスクパターンを用いている。そして、それぞれの開口パターンに走査方向に沿った露光光で且つ被露光面に対して異なる角度の紫外線露光光を照射し、マスクパターンを被露光面に投影露光（プロキシミティ露光）することで、分割された２つの領域に走査方向に沿った互いに異なる方向の光配向処理を施している。
特開２０１２−６３６５２号公報
従来技術に用いられる露光装置は、図１（ａ）に示すように、紫外線を放射する光源１と、光源１から放射された紫外線の露光光を平行光にしてマスクＭに照射するコンデンサレンズ２と、光源１とコンデンサレンズ２との間に配設され、マスクＭに照射される光の強度分布を均一化するフライアイレンズ（複数の単位レンズをマトリクス状に配列したレンズアレイ）３とを備えており、フライアイレンズ３を被露光面Ｂｓの走査方向Ｓに対して交差する方向に配列している。
このような露光装置においては、図１（ｂ）に示すように、フライアイレンズの集光作用によってマスクＭの開口Ｍａを斜めに通過する光線Ｌ１が生じ、この光線Ｌ１はマスクＭの開口Ｍａを通過するとコリメーション半角θによって広がって被露光面Ｂｓに照射する。これにより、被露光面Ｂｓには、マスクＭの開口パターンの直下の領域Ｍｅだけでなく、その領域Ｍｅをはみ出して露光光が照射されることになる。
このような露光装置を用いてマルチドメイン法による光配向露光を行うには、図２（ａ）に示すような光配向露光装置が用いられる。これによると、単位画像領域の分割された一方の領域を露光するための開口パターンを有する第１マスクＭ１と分割された他方の領域を露光するための開口パターンを有する第２マスクＭ２を被露光面Ｂｓ上に離れて配置し、それぞれのマスクＭ１，Ｍ２を介して被露光基板Ｂの被露光面Ｂｓをそれぞれ露光する第１露光装置Ｅｘ１と第２露光装置Ｅｘ２を配備している。第１露光装置Ｅｘ１は、走査方向Ｓに沿った露光光で且つ被露光基板Ｂの被露光面Ｂｓに対して照射角度θｅ（例えば４０°）の紫外線露光光を照射するものであり、第２露光装置Ｅｘ２は、走査方向Ｓに沿った露光光で且つ被露光基板Ｂの被露光面Ｂｓに対して照射角度−θｅ（例えば−４０°）の紫外線露光光を照射するものである。
これによると、一つの単位画像領域Ｐａ内の分割領域Ｄａ１，Ｄａ２の露光が図２（ｂ）に示す露光強度で順次行われることになり、図１（ｂ）に示したコリメーション半角によるはみ出し露光によって、分割領域Ｄａ１，Ｄａ２の境界付近の範囲ａで二重露光がなされる。
この際、配向材料における光異性化反応の可逆性によって、範囲ａの分割領域Ｄａ２側は適正な光配向が得られるが、領域ａの分割領域Ｄａ１側の領域ａ１では所望の方向の光配向が得られない問題が生じる。領域ａ１における配向乱れは、前述したコリメーション半角によるはみだし露光による不十分な強度の二重露光で生じるものであり、その幅は１０〜１５μｍ程度になるが、液晶表示パネルの高精細化によってより狭い単位画像領域Ｐａの幅が求められる状況下では、有効画像領域を十分に確保するために無視できない幅になっている。
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、光配向露光方式をマルチドメイン法に適用する場合に、単位画像領域を分割した分割領域における境界付近の配向乱れを解消すること、単位画像領域の狭幅化に対して十分な有効画像領域を確保すること、などが本発明の目的である。
このような目的を達成するために、本発明による光配向露光装置及び光配向露光方法は、以下の各特徴を少なくとも具備するものである。
液晶表示素子の各単位画像領域を複数の分割領域に分割し、各分割領域の配向材料膜をそれぞれ異なる方向に光配向する光配向露光装置であって、前記分割領域の一つである第１分割領域を単独でプロキシミティ露光するための第１マスク及び第１露光装置と、前記分割領域の一つであり前記第１分割領域に隣接する第２分割領域を単独でプロキシミティ露光するための第２マスク及び第２露光装置と、前記第１分割領域と前記第２分割領域の境界付近における前記第１分割領域側の領域を露光するための第３マスク及び第３露光装置を備え、前記第３露光装置は、被露光面に対して前記第１露光装置と同じ光照射角度を備え、前記第３マスクのマスク開口と被露光面との間に前記境界付近における前記第１分割領域側の領域にマスク透過光を集光させる集光手段を備えたことを特徴とする光配向露光装置。
液晶表示素子の各単位画像領域を複数の分割領域に分割し、各分割領域の配向材料膜をそれぞれ異なる方向に光配向する光配向露光方法であって、前記分割領域の一つである第１分割領域を、第１マスクを介して単独でプロキシミティ露光する第１露光工程と、前記分割領域の一つであり前記第１分割領域に隣接する第２分割領域を、第２マスクを介して単独でプロキシミティ露光する第２露光工程と、前記第１分割領域と前記２分割領域の境界付近における前記第１分割領域側の領域を、第３マスクを介して露光する第３露光工程とを有し、前記第３露光工程は、被露光面に対して前記第１露光工程と同じ光照射角度で露光を行い、前記第３マスクのマスク開口と被露光面との間に集光手段を配置して前記境界付近における前記第１分割領域側の領域にマスク透過光を集光させることを特徴とする光配向露光方法。
このような構成によると、第１露光装置による露光（第１露光工程での露光）と第２露光装置による露光（第２露光工程での露光）で生じる、第１分割領域と第２分割領域の境界付近の配向乱れに対して、配向乱れが生じた領域に第３露光装置による露光（第３露光工程による露光）を集光することで、配向乱れが生じた領域に光配向に十分な強度の露光を行うことができる。これによって、配向乱れが生じた領域に、第１露光装置による露光（第１露光工程での露光）と同じ方向の光配向を施すことができる。
このように本発明の光配向露光装置及び光配向露光方法によると、光配向露光方式をマルチドメイン法に適用する場合に、単位画像領域を分割した分割領域における境界付近の配向乱れを解消することができ、単位画像領域の狭幅化に対して十分な有効画像領域を確保することができる。
従来技術に用いる露光装置を示した説明図である。 従来の光配向露光装置を示した説明図である。 本発明の一実施形態に係る光配向露光装置及び光配向露光方法を示した説明図である。 本発明の実施形態に係る光配向露光装置に用いられるマスクの例を示した説明図であり、同図（ａ）が第１マスクの例を示し、同図（ｂ）が第２マスクの例を示し、同図（ｃ）が第３マスクの例と集光手段の配置例を示している。 本発明の実施形態に係る光配向露光方法による被露光面上の光配向状態を示した説明図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る光配向露光装置及び光配向露光方法を示した説明図である。図３（ａ）が光配向露光装置の構成例を示しており、図３（ｂ）が被露光基板（被露光面）の形態例を示している。
光配向露光装置１００は、図３（ｂ）に示すように、液晶表示素子の各単位画像領域Ｐａを複数の分割領域Ｄａ１，Ｄａ２に分割し、各分割領域Ｄａ１，Ｄａ２の配向材料膜をそれぞれ異なる方向に光配向するための装置である。ここでの配向材料膜は、可逆性の光異性化反応を示す感光性高分子膜であり、配向材料膜の表面に対して斜めに照射された紫外線に反応して、所望のプレチルト角と照射方向に沿った方向の配向が得られるものである。ここでの単位画像領域Ｐａとは、画素或いは一画素内を複数色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）毎に分けたサブ画素、又はこれらの集合領域を指している。
光配向露光装置１００は、図３（ａ）に示すように、第１マスクＭ１及び第１露光装置１１、第２マスクＭ２及び第２露光装置１２、第３マスクＭ３及び第３露光装置１３を備えている。第１マスクＭ１及び第１露光装置１１は、前述した分割領域の一つである第１分割領域Ｄａ１を単独でプロキシミティ露光するためのものである。第２マスクＭ２及び第２露光装置１２は、前述した分割領域の一つであり前述した第１分割領域Ｄａ１に隣接する第２分割領域Ｄａ２を単独でプロキシミティ露光するためのものである。第３マスクＭ３及び第３露光装置１３は、第１分割領域Ｄａ１と第２分割領域Ｄａ２の境界付近（分割線ＤＬの付近）の第１分割領域Ｄａ１側の領域を上書き露光するためのものである。
第１露光装置１１は、紫外線を照射する光源と光源から出射した光を配向材料膜が形成された被露光基板Ｂの被露光面Ｂｓに角度θ１（例えば、４０°）の傾斜角で照射する光学系を備えている。第２露光装置１２は、第１露光装置１１と同様に、紫外線を照射する光源と光源から出射した光を被露光面Ｂｓに角度θ２（＝−θ１）の傾斜角で照射する光学系を備えている。
第３光学装置１３は、第１及び第２露光装置１１，１２と同様に、紫外線を照射する光源と光源から出射した光を被露光面Ｂｓに角度θ１の傾斜角で照射する光学系を備えている。第３露光装置１３の角度（光照射角度）は、被露光面Ｂｓに対して第１露光装置１１と同じ光照射角度（角度θ１）を備えている。第１，第２，第３露光装置１１，１２，１３の各光学系は、例えば、従来技術で示した露光装置と同様に、フライアイレンズとコリメートレンズを含むものである。
そして、第３マスクＭ３のマスク開口と被露光面Ｂｓとの間には、第１分割領域Ｄａ１と第２分割領域Ｄａ２の境界付近（分割線ＤＬの付近）における第１分割領域Ｄａ１側の領域にマスク透過光を集光させる集光手段（集光レンズ）２０を備えている。
このような構成を備えた光配向露光装置１００は、第１露光装置１１による露光と第２露光装置１２による露光で生じる、第１分割領域Ｄａ１と第２分割領域Ｄａ２の境界付近の配向乱れに対して、配向乱れが生じた領域に第３露光装置１３による露光を集光することで、配向乱れが生じた領域に光配向に十分な強度の露光を行うことができる。これによって、配向乱れが生じた領域に、第１露光装置１１による露光と同じ方向の光配向を施すことができる。
図３に示した実施形態に係る光配向露光装置１００を更に詳細に説明する。この実施形態に係る光配向露光装置１００は基板走査手段１０を備えており、被露光面Ｂｓを有する被露光基板Ｂは基板走査手段１０によって走査方向Ｓに沿って移動している。走査方向Ｓは、複数の単位画像領域Ｐａの配列方向であり且つ分割線ＤＬに沿った方向である。
そして、第１マスクＭ１及び第１露光装置１１、第２マスクＭ２及び第２露光装置１２、第３マスクＭ３及び第３露光装置１３を、順次間隔を空けて走査方向Ｓに沿って配置している。第１露光装置１１及び第２露光装置１２は、走査方向Ｓに沿った露光光で且つ被露光面Ｂｓに対して異なる角度（θ１，θ２）の紫外線露光光を照射するものである。第３露光装置１３は、走査方向Ｓに沿った露光光で且つ被露光面Ｂｓに対して角度θ１の紫外線露光光を照射するものである。
このような構成の光配向露光装置１００によると、走査方向Ｓに沿って移動する被露光面Ｂｓに対しては、先ず第１の工程（第１露光工程）で、第１露光装置１１によって第１マスクＭ１を介して第１分割領域Ｄａ１を単独でプロキシミティ露光し、その後の第２の工程（第１露光工程）では、第２露光装置１２によって第２マスクＭ２を介して第２分割領域Ｄａ２を単独でプロキシミティ露光する。その後、第３の工程（第３露光工程）では、第３露光装置１３によって第３マスクＭ３を介して第１分割領域Ｄａ１と第２分割領域Ｄａ２の境界付近（分割線ＤＬ付近）における第１分割領域Ｄａ１側の領域を上書き露光する。第３の工程（第３露光工程）は、被露光面Ｂｓに対して第１露光工程と同じ光照射角度（角度θ１）で露光を行い、第３マスクＭ３のマスク開口と被露光面Ｂｓとの間に配置した集光手段２０によって第１分割領域Ｄａ１と第２分割領域Ｄａ２の境界付近における第１分割領域Ｄａ１側の領域にマスク透過光を集光させる。
図４は、本発明の実施形態に係る光配向露光装置に用いられるマスクの例を示した説明図であり、図４（ａ）が第１マスクの例を示し、図４（ｂ）が第２マスクの例を示し、図４（ｃ）が第３マスクの例と集光手段の配置例を示している。
図３（ｂ）に示すように、単位画像領域Ｐａがドットマトリクス状に配置されている場合には、これに対応する第１マスクＭ１は、図４（ａ）に示すように、複数のスリット状の開口パターンが形成されている。この例では、個々の開口Ｍａ１は被露光面Ｂｓ上の第１分割領域Ｄａ１上に配置され、第１分割領域Ｄａ１とほぼ等しい開口幅Ｗ１を有している。そして、スリット状の開口パターンは複数の開口Ｍａ１が互いに平行で、走査方向Ｓと交差する方向に並列されている。
これに対して、第２マスクＭ２は、図４（ｂ）に示すように、第１マスクＭ１に対して開口幅Ｗ１だけスライドした位置に複数のスリット状の開口パターンが形成されている。個々の開口Ｍａ２は被露光面Ｂｓ上の第２分割領域Ｄａ２上に配置されており、開口Ｍａ２は第２分割領域Ｄａ２とほぼ等しい開口幅Ｗ２を有している。そして、スリット状の開口パターンは複数の開口Ｍａ２が互いに平行で、走査方向Ｓと交差する方向に並列されている。
第３マスクＭ３は、図４（ｃ）に示すように、第１分割領域Ｄａ１と第２分割領域Ｄａ２の境界となる分割線ＤＬの第１分割領域Ｄａ１側に複数のスリット状の開口パターンが形成されている。開口Ｍａ３の幅Ｗ３は集光手段２０の集光機能及びマスクＭ３と被露光面Ｂｓとの距離に応じて適宜に設定される。
この第３マスクＭ３に対して、集光手段２０は、例えば、開口Ｍａ３の光透過側にそれぞれ単レンズ２０ａを配置したマイクロレンズアレイとして構成することができる。単レンズ２０ａの集光機能は、第１露光装置１１による露光（第１露光工程での露光）と第２露光装置１２による露光（第２露光工程での露光）によって生じる配向乱れの生じる領域の幅にマスク透過光が集光するように設定される。集光手段２０は、この例に限らず、開口Ｍａ３毎にシリンドリカルレンズ（かまぼこ状凸レンズ）を個別に配置したものや、かまぼこ状凸レンズを複数一体にしたレンチキュラーレンズなどであってもよい。
図５は、本発明の実施形態に係る光配向露光方法による被露光面Ｂｓ上の光配向状態を示した説明図である。図５（ａ）は第１露光工程による光配向状態、図５（ｂ）は第２露光工程による光配向状態、図５（ｃ）は第３露光工程による光配向状態をそれぞれ示している。図示の例では、一つの画素Ｐ１をＲＧＢの色毎に分けたサブ画素を単位画像領域Ｐａとして、各サブ画素を第１分割領域Ｄａ１と第２分割領域Ｄａ２に分割している。
図４（ａ）に示した第１マスクＭ１を用いた第１露光工程では、図５（ａ）に示すように、各第１分割領域Ｄａ１に単独で走査方向Ｓと同方向の光配向が施される。次ぎに、図４（ｂ）に示した第２マスクＭ２を用いた第２露光工程では、図５（ｂ）に示すように、各第２分割領域Ｄａ２に単独で走査方向Ｓとは逆方向の光配向が施される。そして、その後の図４（ｃ）に示した第３マスクＭ３と集光手段２０を用いた第３露光工程では、図５（ｃ）に示すように、各第１分割領域Ｄａ１と各第２分割領域Ｄａ２の境界付近である分割線ＤＬに沿った第１分割領域Ｄａ１側の領域に単独で走査方向Ｓと同方向の光配向が施される。
このような特徴を有する光配向露光装置１００を用いた光配向露光方法によると、単位画像領域Ｐａ内の全領域で配向乱れを抑制し、単位画像領域Ｐａ内を一方向に光配向した領域と他方向に光配向した領域にすることができるので、光配向露光方式をマルチドメイン法に適用する場合に、単位画像領域Ｐａの狭幅化に対して十分な有効画像領域を確保することができる。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。特に、図３に示した実施形態では、被露光基板Ｂの移動（走査）する態様を示しているが、これに限らず、固定した被露光基板Ｂに対して、順次第１露光工程、第２露光工程、第３露光工程を施すものであってもよい。
１：光源，２：コンデンサレンズ，３：フライアイレンズ，
Ｍ：マスク，Ｍ１：第１マスク，Ｍ２：第２マスク，Ｍ３：第３マスク，
Ｂ：被露光基板，Ｂｓ：被露光面，
Ｐ１：画素，Ｐａ：単位画像領域，
Ｄａ１：第１分割領域，Ｄａ２：第２分割領域，ＤＬ：分割線，
１０：基板走査手段，
１１：第１露光装置，１２：第２露光装置，１３：第３露光装置，
２０：集光手段，２０ａ：単レンズ，
Ｓ：走査方向

Claims (5)

  1. 液晶表示素子の各単位画像領域を複数の分割領域に分割し、各分割領域の配向材料膜をそれぞれ異なる方向に光配向する光配向露光装置であって、
    前記分割領域の一つである第１分割領域を単独でプロキシミティ露光するための第１マスク及び第１露光装置と、前記分割領域の一つであり前記第１分割領域に隣接する第２分割領域を単独でプロキシミティ露光するための第２マスク及び第２露光装置と、前記第１分割領域と前記第２分割領域の境界付近における前記第１分割領域側の領域を露光するための第３マスク及び第３露光装置を備え、
    前記第３露光装置は、被露光面に対して前記第１露光装置と同じ光照射角度を備え、
    前記第３マスクのマスク開口と被露光面との間に前記境界付近における前記第１分割領域側の領域にマスク透過光を集光させる集光手段を備えたことを特徴とする光配向露光装置。
  2. 複数の前記単位画像領域の配列方向であり且つ前記分割領域の分割線に沿って前記被露光面を有する基板を走査する基板走査手段を備え、
    前記基板走査手段の走査方向に沿って、前記第１マスク及び前記第１露光装置、前記第２マスク及び前記第２露光装置、前記第３マスク及び前記第３露光装置を順次間隔を空けて配置し、
    前記第１露光装置及び前記第２露光装置は、前記走査方向に沿った露光光で且つ被露光面に対して異なる角度の紫外線露光光を照射することを特徴とする請求項１記載の光配向露光装置。
  3. 前記集光手段は、前記第３マスクにおける複数のマスク開口の光透過側にそれぞれ単レンズを配置したマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１又は２記載の光配向露光装置。
  4. 前記単位画像領域は、一画素内を複数色に分けたサブ画素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光配向露光装置。
  5. 液晶表示素子の各単位画像領域を複数の分割領域に分割し、各分割領域の配向材料膜をそれぞれ異なる方向に光配向する光配向露光方法であって、
    前記分割領域の一つである第１分割領域を、第１マスクを介して単独でプロキシミティ露光する第１露光工程と、前記分割領域の一つであり前記第１分割領域に隣接する第２分割領域を、第２マスクを介して単独でプロキシミティ露光する第２露光工程と、前記第１分割領域と前記第２分割領域の境界付近における前記第１分割領域側の領域を、第３マスクを介して露光する第３露光工程とを有し、
    前記第３露光工程は、被露光面に対して前記第１露光工程と同じ光照射角度で露光を行い、前記第３マスクのマスク開口と被露光面との間に集光手段を配置して前記境界付近における前記第１分割領域側の領域にマスク透過光を集光させることを特徴とする光配向露光方法。
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