JP6150941B2 - 偏光パルスｕｖを用いた光配向方法及びパターンドリターダ製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光配向方法及びパターンドリターダ製造方法に関し、特に配向膜に偏光パルスＵＶを照射して光配向層を形成する方法、及びそれを用いたパターンドリターダ製造方法に関する。
液晶パネル製造技術の進歩により、液晶表示素子は光情報処理分野において広く用いられている。
従来から、中小型ディスプレイに応用される液晶表示素子としてＴＮ（Twisted Nematic）表示方法が最も多く応用されているが、これは２つの基板にそれぞれ電極を設置して液晶方向子が９０度ツイストするように配列し、次いで電極に電圧を加えて液晶方向子を駆動する技術である。
ＴＮ方式の液晶表示素子は優れたコントラスト（contrast）と色再現性を提供するが、とりわけ電界が印加されていない状態で液晶分子の長軸を上下表示板に対して垂直となるように配列した垂直配向（VA; Vertical alignment）モード液晶表示素子は、コントラスト比が大きいため脚光を浴びている。しかし、ＴＮ方式の液晶表示素子は視野角が狭いという問題を抱えている。
このようなＴＮ方式の視野角問題を解決するために、垂直配向モードの液晶表示装置に切欠部を適用したＰＶＡモード（Patterned Verticlally Aligned Mode）と、１つの基板上に２つの電極を形成し、２つの電極間に発生する横電界により液晶の方向子を調節するＩＰＳモード（In-Plane Switching Mode）が導入された。
それ以降は、前記ＩＰＳモードの低い開口率及び透過率を向上させるために、相対電極と画素電極を透明導電体で形成することにより相対電極と画素電極の間隔を狭くし、前記相対電極と画素電極間に形成されるフリンジフィールドにより液晶分子を動作させるＦＦＳモード（Fringe Field Switching Mode）が急成長している。
一方、ＦＦＳモードの光効率がＴＮモードに追いつかないという問題を解決するためにＦＩＳモードが開発されたが、従来のＦＦＳモードにおける画素電極間の低い透過率を向上させることができるだけでなく、２つの薄膜トランジスタによる電圧印加方式で低電圧駆動が可能な液晶表示素子を得ることができる。
また、これら各モードは固有の液晶配列と光学異方性とを有する。よって、これら液晶モードの光学異方性による位相差を補償するためには、各モードに対応する光学異方性の光位相差フィルムが必要である。光位相差フィルムは、ＬＣＤの色補償フィルムとして開発されたものであるが、近年は高波長分散化、広視野角化、温度補償、高位相差フィルムなど様々な機能が求められている。
近年、立体性を有することによりさらに実感的な映像を表現することができる、すなわち３Ｄ映像を実現できる表示装置に対する消費者の要求が増大するにつれて、３Ｄ映像を表現できる表示装置が開発されるようになった。
一般に３Ｄを表現する立体画像は、２つの目によるステレオ視覚の原理で行われ、２つの目の視差、すなわち２つの目が約６５ｍｍ離れて存在することにより現れる両眼視差（binocular disparity）を用いて立体感ある映像を実現できる３Ｄ映像実現表示装置が提案されている。
一般的な３Ｄ映像実現表示装置は、画像を表示する液晶表示装置と、液晶表示装置の外側面に貼り付けられるパターンドリターダ（patterned retarder）と、液晶表示装置からパターンドリターダを通過して表示される画像を選択的に透過させる眼鏡とから主に構成されている。
ここで、パターンドリターダは、液晶表示装置から表示される２Ｄ画像のうち左眼用画像と右眼用画像が異なる位相値を有するように、例えば左眼用画像が左円偏光されるようにし、右眼用画像が右円偏光されるようにする役割を果たすが、そのためには異なる角度に光配向されたマルチドメイン（multi-domain）の形成を必要とする。このようなパターンドリターダ及びその製造方法に関して特許文献１などの多数の出願が開示されている。
液晶表示装置においては、予め制御された液晶分子の配向を電界印加により他の配向状態に変化させると共に、透過する光の偏光方向や偏光状態を変化させ、これらの変化を偏光板などで明暗のコントラストに変化させて表示するのが一般的である。
液晶を配向させる通常の方法として、ガラスなどの基板にポリイミドなどの高分子膜を塗布し、その表面をナイロンやポリエステルなどの繊維で一定の方向にラビングする接触式ラビング方法が用いられている。このような接触式ラビング方法による液晶配向は、簡単で安定した液晶の配向性能が得られるという利点があるが、繊維質と高分子膜が摩擦する際に微細な埃や静電気（electrostatic discharge; ESD）が発生するので基板を損傷することがあり、工程時間の増加及びガラスの大型化に伴ってロール（roll）が大型化することにより、ラビング強度（rubbing strength）のバラツキなどの工程の不具合が液晶パネル製造時に深刻な問題となることがある。
このような接触式ラビング方法の問題を解決するために、新しい方法の非接触式配向膜の製造に関する研究が盛んに行われている。非接触式配向膜の製造方法としては、光配向法、エネルギービーム配向法、蒸気蒸着配向法、リソグラフィを用いたエッチング法などがある。
特に、光配向法とは、線偏光されたＵＶによって光反応性高分子に結合された光反応物質が光反応（光異性化，光二量化，光分解）を起こして一定の配列となることにより、結果として液晶が配向されるメカニズムをいう。
そのためには、線偏光された紫外線を照射する際に、光反応性物質が偏光方向に応じて一定の方向と角度で配列される特性がなければならず、反応性液晶との相互作用により液晶配向が良好に行われるように反応性液晶とのマッチングが良好に行われなければならない。特に、光配向膜を形成する光配向物質は、印刷性、配向安定性、熱安定性などの物性がよくなければならない。
紫外線照射による光反応としては、シンナメート、クマリン、カルコン、スチルベン、ジアゾなどの光重合（光二量化）反応、シス−トランス異性質化の光異性化反応、分解の分子鎖切断などが既に知られている。このような紫外線による分子光反応を、適切な配向膜分子の設計と紫外線照射条件の最適化により、紫外線照射による液晶配向に応用した事例がある。
例えば、特許文献２においては、ラビング処理を行わずに直線偏光された紫外線照射により液晶配向能を付与することを特徴とする液晶配向膜の製造方法及びその液晶配向膜を有する液晶表示素子を開示している。このような光配向法に関する特許は、特にＬＣＤ産業に関連のある日本、韓国、欧州、米国などで多数出願されている現状である。しかし、初期アイディアが出されてから、一部では量産中であるが、産業界全般に広く適用されているわけではない。
これは、前記光反応に単純な液晶配向を誘導することはできるが、外部の熱、光、物理的な衝撃、化学的な衝撃などの面で安定した配向特性を維持又は提供することができないからである。すなわち、光配向法は、ラビング方法に比べて生産性や信頼性が低い。上記問題の主原因としては、ラビング方法に比べて配向規制力（anchoring energy）が低く、液晶の配向安定性が低いことなどが挙げられる。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、偏光パルスＵＶを用いて光配向工程時間を短縮することにより、光配向の効率性最大化による生産性向上の効果がある、偏光パルスＵＶを用いた光配向方法及びパターンドリターダ製造方法を提供することを目的とする。
本発明の好ましい一実施形態によれば、（ａ）基板を準備するステップと、（ｂ）前記基板上に光反応剤を塗布して光反応層を形成するステップと、（ｃ）前記光反応層に偏光パルスＵＶを照射して光配向層を形成するステップとを含む、偏光パルスＵＶを用いた光配向方法が提供される。
一方、本発明の他の実施形態によれば、（ａ）基板を準備するステップと、（ｂ）前記基板上に光反応剤を塗布して光反応層を形成するステップと、（ｃ）前記光反応層を露光してストライプタイプの第１ドメインと第２ドメインが交互に連続する光配向層を形成するステップとを含み、前記第１ドメインは、偏光パルスＵＶにより第１方向に光配向され、前記第２ドメインは、偏光パルスＵＶにより第２方向に光配向されることを特徴とする、偏光パルスＵＶを用いたパターンドリターダ製造方法が提供される。
ここで、前記（ｃ）ステップは、（ｃ−１）第１方向に偏光された偏光パルスＵＶを前記光反応層に照射することにより全面露光するステップと、（ｃ−２）第２方向に偏光された偏光パルスＵＶを前記光反応層に照射すると共に、フォトマスクを用いて前記第１ドメインに対応する領域を遮断することにより、前記第２ドメインに対応する領域のみ部分露光するステップとを含む。
ここで、前記（ｃ−２）ステップにおける露光時間及び露光エネルギーが、前記（ｃ−１）ステップにおける露光時間及び露光エネルギーより大きいことが好ましい。
また、（ｄ）２次露光した前記光配向層上に反応性液晶を塗布し、乾燥させた後に硬化するステップをさらに含んでもよい。
ここで、前記偏光パルスＵＶは、０．１ｍＪ／ｐｕｌｓｅ〜５００Ｊ／ｐｕｌｓｅのエネルギーを有することが好ましい。
また、前記偏光パルスＵＶは、１Ｈｚ〜６０Ｈｚで照射されることが好ましい。
さらに、前記偏光パルスＵＶのフラッシュ電圧が１ｋＶ〜４ｋＶであることが好ましい。
さらに、前記偏光パルスＵＶによる露光時間が０．１秒〜１０．０秒であることが好ましい。
さらに、前記偏光パルスＵＶによる露光距離が０．５ｃｍ〜１０．０ｃｍであることが好ましい。
以下、添付図面を参照して、本発明の偏光パルスＵＶを用いた光配向方法及びパターンドリターダ製造方法の好ましい実施形態について説明する。その過程において、図面に示す線の太さや構成要素の大きさなどは、説明の明瞭性と便宜のために誇張して示すこともある。
また、後述する用語は本発明における機能を考慮して定義された用語であり、これらは使用者、運用者の意図や慣例によって異なる用語に置き換えられてもよい。よって、このような用語に対する定義は、本明細書全体の内容に基づいて下される。
また、後述する実施形態は本発明の権利範囲を限定するものではなく、本発明の請求の範囲に示す構成要素の例示的な事項にすぎず、本発明の明細書全体の技術思想に含まれ、請求の範囲の構成要素において均等物に置き換えることのできる構成要素を含む実施形態は、本発明の権利範囲に含まれる。
図１は本発明の一実施形態による偏光パルスＵＶを用いた光配向方法のフローチャートである。以下、図１を参照して、本発明の一実施形態による偏光パルスＵＶを用いた光配向方法について説明する。
基板を準備するステップ（Ｓ１０）
表面に光配向層を形成するための基板を準備する。基板は、必要に応じて様々な規格が選択され、ガラス（glass）基板、フィルム、フレキシブル基板など透明な絶縁基板からなる。ここで、フィルムは、ＴＡＣ（tri-acetate cellulose）、ＣＯＰ（cyclo olefin polymer）、ＣＯＣ（cyclic olefin copolymer）、ＰＶＡ（poly vinyl alcohol）、ＰＣ（poly carbonate）、ＰＭＭＡ（poly methyl methacrylate）、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＥＮ（polyethylene naphthalate）、ＰＥＳ（polyethersulfone）、ＰＳ（polystyrene）、ＰＩ（poly imide）、ポリアリレート（polyarylate）、ＰＥＥＫ（polyetheretherketon）のいずれかからなる。
表面に光配向層を形成するための基板を準備する。基板は、必要に応じて様々な規格が選択され、ガラス（glass）基板、フィルム、フレキシブル基板など透明な絶縁基板からなる。ここで、フィルムは、ＴＡＣ（tri-acetate cellulose）、ＣＯＰ（cyclo olefin polymer）、ＣＯＣ（cyclic olefin copolymer）、ＰＶＡ（poly vinyl alcohol）、ＰＣ（poly carbonate）、ＰＭＭＡ（poly methyl methacrylate）、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＥＮ（polyethylene naphthalate）、ＰＥＳ（polyethersulfone）、ＰＳ（polystyrene）、ＰＩ（poly imide）、ポリアリレート（polyarylate）、ＰＥＥＫ（polyetheretherketon）のいずれかからなる。
基板上に光反応層を形成するステップ（Ｓ２０）
準備した基板の表面に光反応剤を塗布して配向膜の光反応層を形成する。ここで、光反応剤は、例えばシンナメート（cinnamate）、カルコン、クマリン、スチルベン、ジアゾなどの光反応を含むポリイミド（polyimide）、ポリビニル（polyvinyl）、ポリシロキサン（polysiloxane）、ポリアクリル（polyacryl）系物質からなる。
準備した基板の表面に光反応剤を塗布して配向膜の光反応層を形成する。ここで、光反応剤は、例えばシンナメート（cinnamate）、カルコン、クマリン、スチルベン、ジアゾなどの光反応を含むポリイミド（polyimide）、ポリビニル（polyvinyl）、ポリシロキサン（polysiloxane）、ポリアクリル（polyacryl）系物質からなる。
光反応層に偏光パルスＵＶを照射して光配向層を形成するステップ（Ｓ３０）
基板上に形成された光反応層に偏光パルスＵＶを照射し（Ｓ３１）、プレチルト角（pretilt angle）を有する光配向層を形成する（Ｓ３２）。
基板上に形成された光反応層に偏光パルスＵＶを照射し（Ｓ３１）、プレチルト角（pretilt angle）を有する光配向層を形成する（Ｓ３２）。
従来の光配向法においては、一定のエネルギーを有するＵＶ（Ultra Violet；紫外線）が所定時間継続して照射される方法が採用されていたが、本発明においては、高エネルギーを有するＵＶがパルス（pulse）状に照射される。このようなパルスＵＶは、非常に短時間の照射が行われ、相対的に長時間の冷却が行われる。すなわち、デューティサイクル（duty cycle；パルスがオンの時間／パルスが繰り返される総時間×１００(％)）が１％未満と非常に小さな値となるので、全体的にＵＶ照射時間が短く、冷却時間が長いため、パルスＵＶ照射工程中に熱が発生しなくなるという利点がある。
図２は一般ＵＶとパルスＵＶが１２００Ｗａｔｔ−ｓｅｃｏｎｄｓの同じエネルギーで照射される場合のピークパワー及び照射時間を比較したグラフである。
１０Ｗａｔｔｓのピークパワー（peak power）を有する一般ＵＶは１２０秒間照射されるのに対して、パルス幅（pulse width）が１ミリ秒（milisecond）で、１００，０００Ｗａｔｔｓのピークパワーを有するパルスＵＶは、１２秒間に１２のパルス（マルチプルパルス）で照射され、パルス幅が３ミリ秒で、４００，０００Ｗａｔｔｓのピークパワーを有するパルスＵＶは、１つ（シングルパルス）のパルスで照射される。すなわち、一般ＵＶに比べて、パルスＵＶは極めて短時間に同じエネルギーを照射することができる。
本発明の一実施形態によれば、偏光パルスＵＶは、パルス幅２０マイクロ秒以下、１秒当たり１〜６０Ｈｚの波形、０．１ｍＪ／ｐｕｌｓｅ〜５００Ｊ／ｐｕｌｓｅで照射することができるので、光配向時の光照射時間の短縮により工程時間が短縮され、それにより生産性が向上するという効果がある。ここで、偏光パルスＵＶのフラッシュ電圧は１ｋＶ〜４ｋＶであり、露光時間は０．１秒〜１０．０秒であることが好ましい。
一方、発光ランプは、対象体の表面との距離が長くなるほど、ランプの中心部に対応する地点の光度とその周辺部の光度の差が大きくなる。よって、光配向時にＵＶランプから発せられるＵＶ光の光度と均一度は基板に近いほど優れるが、従来は基板が直接受ける熱変形のため、少なくとも所定の露光距離を維持しなければならなかった。一般には約１０〜１５ｃｍの露光距離を確保するが、その場合、基板に照射されるＵＶ光の中心部と周辺部の均一度には約３０％の差が生じる。
しかし、本発明の一実施形態に従ってパルスＵＶを照射すると、熱発生がわずかであるので、基板表面に熱的な影響を与えなくなり、基板の表面に可能な限り近接させてパルスＵＶを照射することにより、ＵＶ光の均一度はほぼ１００％の水準を維持することができる。本発明の一実施形態によれば、偏光パルスＵＶの露光距離は０．５ｃｍ〜１０．０ｃｍであることが好ましい。
また、偏光パルスＵＶは、超短時間で瞬間的なパルス波を照射するので、光配向時に強い浸透力を発揮する。その結果、偏光パルスＵＶは、光反応層が厚い厚膜（tick layer）に対しても光配向を均一に行うことができる。
コスト面では、偏光パルスＵＶランプを採用した場合、従来のアーク放電ＵＶランプを用いる場合より電力使用量を８０％以上低減させることができる。これは、偏光パルスＵＶが瞬間的なＵＶエネルギーを用いるので、電力使用量が減少するからである。
また、偏光パルスＵＶは、瞬間的なＯＮ／ＯＦＦ機能を有し、工程フローでＵＶ照射が不要な場合はＵＶランプをＯＦＦにすることができるので、エネルギー削減効果があり、シャッターなどの開閉装置を必要としない。さらに、従来の一般ＵＶを用いた光配向の際に用いられるコールドミラー、ホットミラーなどの消耗品交換コストがかからなくなるので、経済面においても利点がある。
一般偏光ＵＶと偏光パルスＵＶを用いた場合の各露光時間における配向性の比較
一般ＵＶを照射して光配向層を形成する場合とパルスＵＶを照射して光配向層を形成する場合において、各露光時間における配向性を比較するために、下記の通り液晶セルを作製して用いた。
一般ＵＶを照射して光配向層を形成する場合とパルスＵＶを照射して光配向層を形成する場合において、各露光時間における配向性を比較するために、下記の通り液晶セルを作製して用いた。
まず、基板としてガラス（glass）基板又はトリアセテート（ＴＡＣ）基板を用い、光配向物質を１％ＭＥＫ／トルエン（toluene）有機溶剤に溶解した光反応剤を基板上に塗布して光反応層を形成した。
その後、一般偏光ＵＶと偏光パルスＵＶをそれぞれ０．１秒〜０．４秒間、露光距離７ｃｍで光反応層に照射して基板上に光配向層を形成し、反応性液晶を１２％トルエン有機溶剤に溶解し、塗布して乾燥させた。
ここで、一般偏光ＵＶは１０．５ｍＷ／ｃｍ２のパワー密度（power density）で照射し、偏光パルスＵＶはフラッシュ電圧３ｋＶ、周波数５０Ｈｚで照射した。
図３は一般ＵＶとパルスＵＶの各露光時間における偏光光学顕微鏡（POM; Polarized Optical Microscopes）写真であり、図４は一般ＵＶとパルスＵＶの各露光時間における光配向層の未配向分布を比較したグラフであり、図５は一般ＵＶとパルスＵＶの各露光時間における光配向層の位相差変化を比較したグラフである。
図３に示すように、一般偏光ＵＶを照射した場合と偏光パルスＵＶを照射した場合のどちらも、露光時間が増加するにつれて未配向分布が減少し、ブラックイメージ（black image）とホワイトイメージ（white image）が鮮明に現れた。
しかし、図４に示すように、一般偏光ＵＶを照射した場合は露光時間が０．４秒になると未配向分布が１％以下に低下したのに対して、偏光パルスＵＶを照射した場合は０．２秒の露光時間でも未配向分布が１％以下に低下した。ここで、図３に示すように、ブラックイメージとホワイトイメージが鮮明に現れた。
すなわち、本発明の一実施形態に従って偏光パルスＵＶを照射して光配向層を形成すると、光配向速度の向上により光配向工程時間を約５０％短縮する効果があることが分かる。
また、一般偏光ＵＶによれば、未配向分布が１％以下になるのに０．４秒間５．０ｍＪ／ｃｍ２の露光エネルギーを必要とするのに対して、本発明の一実施形態に従って偏光パルスＵＶを照射して光配向層を形成すると、０．２秒間３．２ｍＪ／ｃｍ２の露光エネルギーを必要とするので、本発明の一実施形態によれば、従来に比べて約３６％の露光エネルギー削減効果が得られる。
また、図５は、一般偏光ＵＶを用いる場合に比べて、偏光パルスＵＶを用いると、より短時間で位相差が所定範囲（例えば、１２５ｎｍ±１０ｎｍ）に収斂することを示すが、これはより短時間で配向が行われることを示すものである。
偏光パルスＵＶを用いた場合の各露光距離における配向性の比較
偏光パルスＵＶを照射して光配向層を形成する場合において、各露光距離における配向性を比較するために、下記の通り液晶セルを作製して用いた。
偏光パルスＵＶを照射して光配向層を形成する場合において、各露光距離における配向性を比較するために、下記の通り液晶セルを作製して用いた。
まず、基板としてガラス（glass）基板又はトリアセテート（ＴＡＣ）基板を用い、光配向物質を１％ＭＥＫ／トルエン（toluene）有機溶剤に溶解した光反応剤を基板上に塗布して光反応層を形成した。
その後、露光距離を１．５ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、７ｃｍに変え、露光時間０．１秒の苛酷条件で偏光パルスＵＶを光反応層に照射して光配向層を形成し、反応性液晶を１２％トルエン有機溶剤に溶解し、塗布して乾燥させた。
ここで、偏光パルスＵＶはフラッシュ電圧３ｋＶ、周波数５０Ｈｚで照射した。
図６は偏光パルスＵＶの各露光距離における偏光光学顕微鏡写真であり、図７は偏光パルスＵＶの各露光距離における光配向層の未配向分布を示すグラフである。
図６及び図７に示すように、偏光パルスＵＶを照射するＵＶランプと露光面（光反応層）間の露光距離が短いほど未配向分布が小さく、ブラックイメージとホワイトイメージが鮮明に現れた。それに対して、露光距離が長いほど未配向分布が増加し、ブラックイメージとホワイトイメージの鮮明度が減少するが、露光距離が７ｃｍを超えると露光距離の増加による未配向分布の変化はわずかであった。
図８は偏光パルスＵＶの各露光距離における光配向層の位相差変化を示すグラフであり、露光距離の増加によって位相差が所定の傾きで減少することが分かる。
偏光パルスＵＶを用いた場合の各フラッシュ電圧、各周波数における配向性の比較
偏光パルスＵＶを照射して光配向層を形成する場合において、偏光パルスＵＶ光の各フラッシュ電圧、各周波数における配向性を比較するために、下記の通り液晶セルを作製して用いた。
偏光パルスＵＶを照射して光配向層を形成する場合において、偏光パルスＵＶ光の各フラッシュ電圧、各周波数における配向性を比較するために、下記の通り液晶セルを作製して用いた。
まず、基板としてガラス（glass）基板又はトリアセテート（ＴＡＣ）基板を用い、光配向物質を１％ＭＥＫ／トルエン（toluene）有機溶剤に溶解した光反応剤を基板上に塗布して光反応層を形成した。
その後、偏光パルスＵＶを露光時間０．２秒、露光距離１．５ｃｍで光反応層に照射して光配向層を形成し、反応性液晶を１２％トルエン有機溶剤に溶解し、塗布して乾燥させた。ここで、偏光パルスＵＶのフラッシュ電圧を２．０ｋＶ、２．５ｋＶ、３．０ｋＶにそれぞれ設定し、それぞれのフラッシュ電圧で１Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ、４０Ｈｚ、５０Ｈｚの周波数の偏光パルスＵＶを照射した。
図９は露光距離１．５ｃｍでのパルスＵＶの各フラッシュ電圧、各周波数における偏光光学顕微鏡写真であり、図１０は露光距離１．５ｃｍでのパルスＵＶの各フラッシュ電圧、各周波数における光配向層の未配向分布を示すグラフであり、図１１は露光距離１．５ｃｍでのパルスＵＶの各フラッシュ電圧、各周波数における光配向層の位相差変化を比較したグラフである。
図９及び図１０は、偏光パルスＵＶの周波数が増加するにつれて、また偏光パルスＵＶのフラッシュ電圧が増加するにつれて、未配向分布が減少し、ブラックイメージ（black image）が鮮明に現れることを示している。
また、図１１は、偏光パルスＵＶのフラッシュ電圧が増加するにつれて、より低い周波数で配向を行うことができることを示している。
特に、偏光パルスＵＶの周波数が４０Ｈｚ以上の場合は、フラッシュ電圧が２．０ｋＶでも未配向分布が１％以下になり、フラッシュ電圧が３ｋＶの場合は、周波数２０Ｈｚで未配向分布が１％以下になった。すなわち、偏光パルスＵＶのフラッシュ電圧が３ｋＶの場合は、周波数２０Ｈｚで最適なブラックイメージが実現されると共に、未配向分布が最小になり、偏光パルスＵＶのフラッシュ電圧が２．０ｋＶ、２．５ｋＶの場合は、周波数４０Ｈｚで最適なブラックイメージが実現されると共に、未配向分布が最小になった。
一方、図１２は露光距離７．０ｃｍでのパルスＵＶの各フラッシュ電圧、各周波数における偏光光学顕微鏡写真であり、図１３は露光距離７．０ｃｍでのパルスＵＶの各フラッシュ電圧、各周波数における光配向層の未配向分布を示すグラフであり、図１４は露光距離７．０ｃｍでのパルスＵＶの各フラッシュ電圧、各周波数における光配向層の位相差変化を比較したグラフである。
図１２〜図１４に示すように、露光距離を１．５ｃｍから７．０ｃｍに増加させると、偏光パルスＵＶのフラッシュ電圧が３ｋＶの場合は周波数２０Ｈｚで、またフラッシュ電圧が２．５ｋＶの場合は周波数４０Ｈｚで最適なブラックイメージが実現されることが確認される。また、露光距離を７ｃｍにすると、露光距離１．５ｃｍの前述した実験例に比べて、未配向分布が全体的に増加する結果を示すが、これは露光距離の増加による液晶セル外郭部の光漏れ現像の増加に起因する。
一般偏光ＵＶと偏光パルスＵＶを用いた場合のプレチルト角（pretilt angle）の比較
一般ＵＶを照射して光配向層を形成する場合とパルスＵＶを照射して光配向層を形成する場合において、各露光時間におけるプレチルト角を比較するために、下記の通り液晶セルを作製して用いた。
一般ＵＶを照射して光配向層を形成する場合とパルスＵＶを照射して光配向層を形成する場合において、各露光時間におけるプレチルト角を比較するために、下記の通り液晶セルを作製して用いた。
まず、基板としてガラス（glass）基板又はトリアセテート（ＴＡＣ）基板を用い、光配向物質を１％ＭＥＫ／トルエン（toluene）有機溶剤に溶解した光反応剤を基板上に塗布して光反応層を形成した。
その後、一般偏光ＵＶと偏光パルスＵＶをそれぞれ０．１秒〜０．４秒間、露光距離７ｃｍで光反応層に照射して光配向層を形成し、液晶層はツイストネマティック（TN; Twisted Nematic）液晶で形成した。
ここで、一般偏光ＵＶは１０．５ｍＷ／ｃｍ２のパワー密度（power density）で照射し、偏光パルスＵＶはフラッシュ電圧３ｋＶ、周波数５０Ｈｚで照射した。
図１５は一般偏光ＵＶとパルス偏光ＵＶの各露光時間におけるプレチルト角を比較したグラフである。図１５に示すように、一般偏光ＵＶを照射した場合と偏光パルスＵＶを照射した場合のどちらも、露光時間が増加するにつれてプレチルト角が減少する傾向を示す。
しかし、偏光パルスＵＶにより露光した場合は一般偏光ＵＶにより露光した場合よりプレチルト角が低くなり、偏光パルスＵＶによる場合は、露光時間０．２秒を超えるとプレチルト角が一定値に収斂して配向が行われることを示すのに対して、一般偏光ＵＶによる場合は、露光時間０．４秒を超えると配向が行われることを示す。すなわち、本発明の一実施形態に従って偏光パルスＵＶを用いると、より少ないエネルギーで優れた水平配向を実現できることが分かる。
図１６は本発明の一実施形態による偏光パルスＵＶを用いたパターンドリターダ製造方法のフローチャートであり、図１７ａ〜図１７ｃは本発明の一実施形態による偏光パルスＵＶを用いたパターンドリターダ製造方法における各ステップを示す図である。以下、図１６及び図１７ｃを参照して、偏光パルスＵＶを用いたパターンドリターダ製造方法について説明する。
基板準備ステップ（Ｓ１００）
表面にマルチドメインを形成するための基板１０を準備する。基板１０は、必要に応じて様々な規格が選択され、ガラス（glass）基板、フィルム、フレキシブル基板など透明な絶縁基板からなる。ここで、フィルムは、ＴＡＣ（tri-acetate cellulose）、ＣＯＰ（cyclo olefin polymer）、ＣＯＣ（cyclic olefin copolymer）、ＰＶＡ（poly vinyl alcohol）、ＰＣ（poly carbonate）、ＰＭＭＡ（poly methyl methacrylate）、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＥＮ（polyethylene naphthalate）、ＰＥＳ（polyethersulfone）、ＰＳ（polystyrene）、ＰＩ（poly imide）、ポリアリレート（polyarylate）、ＰＥＥＫ（polyetheretherketon）のいずれかからなる。
表面にマルチドメインを形成するための基板１０を準備する。基板１０は、必要に応じて様々な規格が選択され、ガラス（glass）基板、フィルム、フレキシブル基板など透明な絶縁基板からなる。ここで、フィルムは、ＴＡＣ（tri-acetate cellulose）、ＣＯＰ（cyclo olefin polymer）、ＣＯＣ（cyclic olefin copolymer）、ＰＶＡ（poly vinyl alcohol）、ＰＣ（poly carbonate）、ＰＭＭＡ（poly methyl methacrylate）、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＥＮ（polyethylene naphthalate）、ＰＥＳ（polyethersulfone）、ＰＳ（polystyrene）、ＰＩ（poly imide）、ポリアリレート（polyarylate）、ＰＥＥＫ（polyetheretherketon）のいずれかからなる。
一方、基板１０は、マルチドメイン（multi-domain）パターン形成のためのフォトマスク（photo-mask）４０を含んでもよい。
光反応層形成ステップ（Ｓ２００）
図１７ａに示すように、準備した基板１０の表面に光反応剤を塗布して配向膜の光反応層２０を形成する。ここで、光反応剤は、例えばシンナメート（cinnamate）、カルコン、クマリン、スチルベン、ジアゾなどの光反応を含むポリイミド（polyimide）、ポリビニル（polyvinyl）、ポリシロキサン（polysiloxane）、ポリアクリル（polyacryl）系物質からなる。
図１７ａに示すように、準備した基板１０の表面に光反応剤を塗布して配向膜の光反応層２０を形成する。ここで、光反応剤は、例えばシンナメート（cinnamate）、カルコン、クマリン、スチルベン、ジアゾなどの光反応を含むポリイミド（polyimide）、ポリビニル（polyvinyl）、ポリシロキサン（polysiloxane）、ポリアクリル（polyacryl）系物質からなる。
偏光パルスＵＶ照射によるマルチドメイン形成ステップ（Ｓ３００）
基板１０上の光反応層２０に偏光パルスＵＶを照射し、ストライプタイプ（stripe type）の第１ドメイン３１と第２ドメイン３２が交互に連続する光配向層３０を形成する。ここで、第１ドメイン３１は第１方向（例えば、０゜）に偏光された偏光パルスＵＶにより第１方向に配向され、第２ドメイン３２は第２方向（例えば、４５゜又は９０゜）に偏光された偏光パルスＵＶにより第２方向に配向される。
基板１０上の光反応層２０に偏光パルスＵＶを照射し、ストライプタイプ（stripe type）の第１ドメイン３１と第２ドメイン３２が交互に連続する光配向層３０を形成する。ここで、第１ドメイン３１は第１方向（例えば、０゜）に偏光された偏光パルスＵＶにより第１方向に配向され、第２ドメイン３２は第２方向（例えば、４５゜又は９０゜）に偏光された偏光パルスＵＶにより第２方向に配向される。
本発明の一実施形態によれば、まず図１７ｂに示すように、光反応層２０の全面積に第１方向に偏光された偏光パルスＵＶを照射し、光反応層２０が第１方向に光配向された状態の第１ドメイン３１を形成する。
次に、図１７ｃに示すように、基板１０上に光の透過領域（ＴＡ）と遮断領域（ＢＡ）とを有するフォトマスク（photo-mask）４０を配置し、フォトマスク４０の上部から第２方向に偏光された偏光パルスＵＶを基板１０に対して垂直に照射する。ここで、第１ドメイン３１を形成する光反応層２０においてフォトマスク４０の透過領域（ＴＡ）に対応する領域を部分的に露光し、第２方向に光配向された状態の第２ドメイン３２を形成する。
すなわち、光反応層２０は、偏光パルスＵＶによる全面露光ステップと部分露光ステップを経て、第１方向に配向された第１ドメイン３１と第２方向に配向された第２ドメイン３２が交互に連続する光配向層３０となる。
前述した実施形態においては、光反応層２０の全面露光とフォトマスク４０を用いた部分露光により、光配向層３０に異なる配向を有する第１ドメイン３１と第２ドメイン３２を形成する例について説明したが、マルチドメインを有する光配向層３０の形成方法は様々に実施することができる。
例えば、第１ドメイン３１に対応する領域を透過領域（ＴＡ）とし、第２ドメイン３２に対応する領域を遮断領域（ＢＡ）とする第１フォトマスクを用いて１次露光し、その後第１ドメイン３１に対応する領域を遮断領域（ＢＡ）とし、第２ドメイン３２に対応する領域を透過領域（ＴＡ）とする第２フォトマスクを用いて２次露光することにより、マルチドメインを形成することができる。
また、図１７ｂと図１７ｃに示す実施形態とは逆に、まず部分露光により第１ドメイン３１を形成し、その後全面露光により第２ドメイン３２を形成する方法もある。
しかし、第１フォトマスクと第２フォトマスクとを用いてマルチドメインを形成する方法は、図１７ｂと図１７ｃに示す実施形態に比べて工程性が劣り、部分露光後に全面露光してマルチドメインを形成する方法は、図１７ｂと図１７ｃに示す実施形態に比べて配向性が低い。これについては、図１８〜図２１を参照して後述する。
本発明の一実施形態による偏光パルスＵＶを用いたパターンドリターダ製造方法は、マルチドメイン形成のための露光の際に偏光パルスＵＶを用いることを特徴とする。
偏光パルスＵＶを露光する場合のマルチドメイン形成方法による配向性の比較
偏光パルスＵＶを露光する場合のマルチドメイン形成方法による配向性を比較するために、下記の通り異なる３つの方法でマルチドメインを形成した。
偏光パルスＵＶを露光する場合のマルチドメイン形成方法による配向性を比較するために、下記の通り異なる３つの方法でマルチドメインを形成した。
ここで、基板としてガラス（glass）基板又はトリアセテート（ＴＡＣ）基板を用い、光配向物質を１％ＭＥＫ／トルエン（toluene）有機溶剤に溶解した光反応剤を基板上に塗布して光反応層を形成した。
また、マルチドメイン形成のための露光をフラッシュ電圧３ｋＶ、周波数５０Ｈｚ、露光距離７ｃｍの偏光パルスＵＶ照射により行い、その後反応性液晶を１２％トルエン有機溶剤に溶解し、塗布して乾燥させた。
Ｃａｓｅ１
第１の方法においては、第１ドメインに対応する領域を透過領域とし、第２ドメインに対応する領域を遮断領域とする第１フォトマスクを用いて光反応層を１次露光し、その後第１ドメインに対応する領域を遮断領域とし、第２ドメインに対応する領域を透過領域とする第２フォトマスクを用いて２次露光することにより、マルチドメインを形成した。ここで、第１ドメインは第１方向に偏光された偏光パルスＵＶを照射する１次露光により形成され、第２ドメインは第２方向に偏光された偏光パルスＵＶを照射する２次露光により形成される。
第１の方法においては、第１ドメインに対応する領域を透過領域とし、第２ドメインに対応する領域を遮断領域とする第１フォトマスクを用いて光反応層を１次露光し、その後第１ドメインに対応する領域を遮断領域とし、第２ドメインに対応する領域を透過領域とする第２フォトマスクを用いて２次露光することにより、マルチドメインを形成した。ここで、第１ドメインは第１方向に偏光された偏光パルスＵＶを照射する１次露光により形成され、第２ドメインは第２方向に偏光された偏光パルスＵＶを照射する２次露光により形成される。
Ｃａｓｅ２
第２の方法においては、まず光反応層の全面積に第１方向に偏光された偏光パルスＵＶを照射して１次全面露光し、その後第１ドメインに対応する領域を遮断領域とし、第２ドメインに対応する領域を透過領域とするフォトマスクを用いて２次部分露光することにより、マルチドメインを形成した。ここで、第１ドメインは第１方向に偏光された偏光パルスＵＶを照射する１次全面露光により形成され、第２ドメインは第２方向に偏光された偏光パルスＵＶを照射する２次部分露光により形成される。
第２の方法においては、まず光反応層の全面積に第１方向に偏光された偏光パルスＵＶを照射して１次全面露光し、その後第１ドメインに対応する領域を遮断領域とし、第２ドメインに対応する領域を透過領域とするフォトマスクを用いて２次部分露光することにより、マルチドメインを形成した。ここで、第１ドメインは第１方向に偏光された偏光パルスＵＶを照射する１次全面露光により形成され、第２ドメインは第２方向に偏光された偏光パルスＵＶを照射する２次部分露光により形成される。
Ｃａｓｅ３
第３の方法においては、第２の方法とは逆の順序で、まず１次部分露光により第１ドメインを形成し、その後２次全面露光により第２ドメインを形成した。すなわち、まず第１ドメインに対応する領域を透過領域とし、第２ドメインに対応する領域を遮断領域とするフォトマスクを用いて光反応層を１次部分露光し、その後部分露光により第１ドメインが形成された光反応層の全面積を２次全面露光して第２ドメインを形成した。ここで、１次部分露光の際は第１方向に偏光された偏光パルスＵＶをフォトマスクを介して光反応層に照射し、２次全面露光の際は第２方向に偏光された偏光パルスＵＶを部分的に第１ドメインが形成された光反応層の全面積に照射した。
第３の方法においては、第２の方法とは逆の順序で、まず１次部分露光により第１ドメインを形成し、その後２次全面露光により第２ドメインを形成した。すなわち、まず第１ドメインに対応する領域を透過領域とし、第２ドメインに対応する領域を遮断領域とするフォトマスクを用いて光反応層を１次部分露光し、その後部分露光により第１ドメインが形成された光反応層の全面積を２次全面露光して第２ドメインを形成した。ここで、１次部分露光の際は第１方向に偏光された偏光パルスＵＶをフォトマスクを介して光反応層に照射し、２次全面露光の際は第２方向に偏光された偏光パルスＵＶを部分的に第１ドメインが形成された光反応層の全面積に照射した。
図１８は偏光パルスＵＶ露光時の０゜／４５゜マルチドメイン形成方法における配向性を比較した偏光光学顕微鏡写真である。
前述した３つの方法で光反応層に偏光パルスＵＶを照射して第１ドメインと第２ドメインをそれぞれ０゜、４５゜に光配向し、その後偏光光学顕微鏡で観察した結果、３つの方法の全てにおいてストライプタイプのブラックイメージとホワイトイメージが交互に鮮明に現れた。これは、光配向層に第１ドメインと第２ドメインとを含むマルチドメインが形成されたことを示すものであり、露光工程で偏光パルスＵＶを用いてパターンドリターダの製造が可能であることが分かる。
図１９は偏光パルスＵＶ露光時の０゜／４５゜マルチドメイン形成方法における配向性を比較したグラフであり、各露光時間における配向角θを示す図である。ここで、図面に示す配向角θは１次露光により配向された液晶光学軸と２次露光により配向された液晶光学軸との角度を示し、全面露光における露光時間は０．２秒とし、部分露光における露光時間は０．２秒〜１．４秒とした。
第２の方法（Case 2）においては、２次部分露光時間が増加するにつれて配向角θが増加し、露光時間が０．８秒のときに配向角θは４５゜であった。すなわち、２次部分露光における露光時間及び露光エネルギーは、１次全面露光における露光時間及び露光エネルギーより大きいことが好ましい。その後、２次部分露光時間が０．８秒を超えると配向角θが減少するので、第２の方法（Case 2）は、１次全面露光時間が０．２秒であり、２次部分露光時間が０．８秒のときに最も配向性に優れることが分かる。
第３の方法（Case 3）においては、１次部分露光時間が増加するにつれて配向角θが増加し、その後１次部分露光時間が０．８秒を超えると配向角θが減少した。すなわち、第３の方法（Case 3）は、１次部分露光時間が０．８秒であり、２次全面露光時間が０．２秒のときに最も配向性に優れることが分かる。しかし、第３の方法（Case 3）においては、露光時間に関係なく配向角θが４５゜に達しないので、第２の方法（Case 2）に比べて配向性が劣る結果となっている。
また、第１の方法（Case 1）においては、０．２秒の１次露光と０．２秒の２次露光により４５゜の配向が行われることを示しているが、第１フォトマスクと第２フォトマスクをそれぞれ別に準備及び管理しなければならず、露光工程中に第１フォトマストと第２フォトマスクを適切に交換しなければならないので、第２の方法（Case 2）と第３の方法（Case 3）に比べて工程性が低いという問題がある。
すなわち、配向性と工程性を総合して考慮すると、第２の方法（Case 2）が第１の方法（Case 1）と第３の方法（Case 3）に比べて優れる。
図２０は偏光パルスＵＶ露光時の０゜／９０゜マルチドメイン形成方法における配向性を比較した偏光光学顕微鏡写真であり、図２１は偏光パルスＵＶ露光時の０゜／９０゜マルチドメイン形成方法における配向性を比較したグラフである。
配向角θを９０゜に変えた場合も、図１８及び図１９を参照して説明した場合と同じ結果を示す。
すなわち、配向性と工程性を考慮して第２の方法（Case 2）が最も優れた結果を示し、第２の方法（Case 2）は、１次全面露光時間０．２秒、２次部分露光時間０．８秒のときに最も配向性に優れる。
一方、前述したような偏光パルスＵＶを用いた光配向方法及びパターンドリターダ製造方法により、様々なアプリケーション（application）を製造することができる。例えば、基板上に形成された光反応層に偏光パルスＵＶを照射することにより、少なくとも１つの方向に光配向された光配向膜を得ることができ、特にフォトマスク（photo-mask）を用いることにより、異なる方向に光配向された２つのドメイン（domain）が交互に連続する光配向膜を有するフィルムタイプのパターンドリターダ（FPR; Film-type Patterned Retarder）を製造することができる。また、このような光配向膜を含む液晶表示装置を製造することができる。
また、偏光パルスＵＶ照射により形成された光配向膜を有する光学フィルム（例えば、λ／４又はλ／２位相差フィルム、偏光フィルムなど）を製造することができ、このような光学フィルムが表面に貼り付けられた３Ｄディスプレイレンズを製造することもできる。
本発明の好ましい一実施形態による偏光パルスＵＶを用いた光配向方法とパターンドリターダ製造方法によれば、偏光されたパルスＵＶを用いた露光工程による光配向層又はマルチドメイン形成時間の短縮と所要エネルギーの削減が可能であるので、生産性が向上し、大量生産が容易になるという効果がある。
また、偏光されたパルスＵＶを用いるので、光配向層又はマルチドメインが配向性及び配向安定性を有し、優れた位相差能力を有するようにすることができる。
Claims (4)
- （ａ）基板を準備するステップと、
（ｂ）前記基板上に光反応剤を塗布して光反応層を形成するステップと、
（ｃ）前記光反応層を露光してストライプタイプの第１ドメインと第２ドメインが交互に連続する光配向層を形成するステップとを有し、
前記第１ドメインは、偏光パルスＵＶにより第１方向に光配向され、前記第２ドメインは、偏光パルスＵＶにより第２方向に光配向され、
前記（ｃ）ステップは、
（ｃ−１）第１方向に偏光された偏光パルスＵＶを前記光反応層に照射することにより全面露光するステップと、
（ｃ−２）第２方向に偏光された偏光パルスＵＶを前記光反応層に照射すると共に、フォトマスクを用いて前記第１ドメインに対応する領域を遮断することにより、前記第２ドメインに対応する領域のみ部分露光するステップとを有し、
前記（ｃ−２）ステップにおける露光時間及び露光エネルギーは、前記（ｃ−１）ステップにおける露光時間及び露光エネルギーより大きく、
前記偏光パルスＵＶによる露光距離は０．５ｃｍ〜１０．０ｃｍであり、
前記偏光パルスＵＶのフラッシュ電圧は１ｋＶ〜４ｋＶであり、
前記偏光パルスＵＶの周波数は１Ｈｚ〜６０Ｈｚである
ことを特徴とする偏光パルスＵＶを用いたパターンドリターダ製造方法。 - （ｄ）２次露光した前記光配向層上に反応性液晶を塗布し、乾燥させた後に硬化するステップを有する
請求項１に記載の偏光パルスＵＶを用いたパターンドリターダ製造方法。 - 前記偏光パルスＵＶは、０．１ｍＪ／ｐｕｌｓｅ〜５００Ｊ／ｐｕｌｓｅのエネルギーを有する
請求項１に記載の偏光パルスＵＶを用いたパターンドリターダ製造方法。 - 前記偏光パルスＵＶによる露光時間が０．１秒〜１０．０秒である
請求項１に記載の偏光パルスＵＶを用いたパターンドリターダ製造方法。
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