JPWO2011089772A1 - 露光装置、液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、スキャン露光時にスキャンが一時的に停止したとしても継ぎ部において表示ムラが視認されるのを抑制することができる露光装置、液晶表示装置及びその製造方法を提供する。本発明は、基板上に設けられた光配向膜を露光するための露光装置であって、露光装置は、光源及びフォトマスクを備え、光源又は基板を走査しながらフォトマスクを介して光配向膜を露光し、光源又は基板が走査される方向を走査方向、走査方向に対して垂直な方向を垂直方向とすると、フォトマスクは、第1領域と、第1領域に垂直方向に隣接する第2領域とを有し、第1領域は、第1遮光部内に複数の第1透光部を有し、複数の第1透光部は、垂直方向に配列され、第2領域は、第2遮光部内に複数の第2透光部を有し、複数の第2透光部は、複数の第1透光部よりも小さく、複数の第2透光部は、垂直方向に配列されるとともに、走査方向に離散的に分散されている露光装置である。

Description

本発明は、露光装置、液晶表示装置及びその製造方法に関する。より詳しくは、光配向膜の配向処理に好適に使用される露光装置と、光配向膜を備える液晶表示装置と、その液晶表示装置の製造方法とに関するものである。
液晶表示装置は、軽量化、薄型化及び低消費電力化が可能な表示装置であることから、テレビ、パーソナルコンピュータ用モニタ、携帯端末用モニタ等に広く利用されている。このような液晶表示装置は、通常、一対の基板間(液晶層)に印加される電圧に応じて変化する液晶分子の傾斜角度によって液晶層を透過する光の透過率を制御する。そのため、液晶表示装置は、透過率に角度依存性を有することになる。その結果、従来の液晶表示装置においては、視角(観察)方向によってはコントラストの低下、中間調表示時の階調反転等の表示不具合が発生することがあった。したがって、一般的に、液晶表示装置においては、視野角特性を向上するという点で改善の余地があった。
そこで、液晶分子の傾斜方向が異なる2以上の領域に各画素を分割する配向分割の技術が開発されている。この技術によれば、液晶層に電圧が印加された場合、液晶分子は、画素内で異なる方向に傾斜することから、視野角特性を改善することができる。なお、配向方向が異なる各領域は、ドメインとも呼ばれ、配向分割は、マルチドメインとも呼ばれる。
配向分割が行われる液晶モードとしては、水平配向モードでは、マルチドメイン捩れネマチック(TN;Twisted Nematic)モード、マルチドメイン複屈折制御(ECB;Electrically Controled Birefringence)モード、マルチドメイン光学補償複屈折(OCB;Optically Compensated Birefringence)モード等が挙げられる。一方、垂直配向モードでは、マルチドメイン垂直配向(MVA;Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、マルチドメインVAECB(Vertical Alignment ECB)モード等が挙げられ、各モードの液晶表示装置において、更なる広視野角化を実現するための様々な改良がなされている。
配向分割を行う方法としては、ラビング法、光配向法等が挙げられる。ラビング法としては、ラビング領域と非ラビング領域とをパターン形成されたレジストにより分離した状態で配向膜のラビング処理を行う方法が提案されている。しかしながら、ラビング法は、ローラに巻き付けられた布で配向膜表面を擦ることによって配向処理を行う。したがって、ラビング法においては、布の毛、削れ片等のごみが発生したり、静電気によるスイッチング素子の破壊、特性シフト、劣化等の不良が発生したりすることがあり、更に改善の余地があった。
一方、光配向法は、配向膜として光配向膜を用い、光配向膜に紫外線等の光を照射(露光)することによって、配向膜に配向規制力を生じさせる、及び/又は、配向膜の配向規制方向を変化させる配向方法である。したがって、光配向法は、配向膜の配向処理を非接触で行うことができるので、配向処理中における汚れ、ごみ等の発生を抑制することができる。また、露光時にフォトマスクを用いることによって、配向膜面内の所望の領域に異なった条件で光照射を行うことができる。そのため、所望のデザインを有するドメインを容易に形成することができる。
従来の光配向法による配向分割の方法としては、例えば画素を2つのドメインに分割する場合、以下の方法が挙げられる。すなわち、遮光領域に画素ピッチの半分程度の幅を有するスリット状の透光部が形成されたフォトマスクを用意し、まず画素の半分の領域に対して第1の露光を行った後、フォトマスクを半ピッチ程度ずらし、画素の残りの領域に対して第1の露光と異なる条件で第2の露光を行う方法が挙げられる。このような方法により、各画素を容易に2以上のドメインに分割することができる。また、例えば、特許文献1には、光配向法により配向処理を行ってVAECB(Vertical Alignment ECB)モードを形成する技術が開示されている。
また近年、液晶表示装置の大型化が進み、40型から60型といった従来はプラズマテレビの主戦場であったサイズ領域に液晶テレビが急速に進出してきている。しかしながら、このような60型クラスの大型液晶表示装置を上述のような従来の光配向法により配向分割することは非常に困難であった。なぜなら、60型クラスの基板を1度に露光可能であり、かつ工場内に設置可能なサイズである露光装置は、今のところ実際は存在せず、60型クラスの基板全面を1度に露光することは不可能であるためである。そこで、大型液晶表示装置を光配向法により配向分割する場合には、基板を何回かに分割して露光する必要があった。また、20型クラスの比較的小型の液晶表示装置を光配向法により配向分割する場合にも、露光装置のサイズをできる限り小さくしたいとの要請から、基板を何回かに分割して露光することが必須になることも考えられる。しかしながら、このように基板を何回かに分割して露光することによって配向分割された液晶表示装置においては、表示画面に各露光領域間の継ぎ目がはっきりと見えることがあり、不良品となってしまうことがあった。したがって、基板を分割して露光することによって液晶表示装置の配向分割を行った場合において、表示品位を向上し、歩留まりを向上させるという点で未だ工夫の余地があった。
それを改善するための技術として、本発明者らは以下の方法を開発し、既に特許出願している(特許文献2参照。)。この方法は、基板面内を2以上の露光領域に分割し、露光領域毎にフォトマスクを介して配向膜の露光を行う露光工程を含み、上記露光工程は、隣り合う露光領域の一部が重複するように露光するものであり、上記フォトマスクは、重複する露光領域に対応したハーフトーン部を有する。
特開2001−281669号公報 国際公開第2007/086474号
M. Kimura、他3名、「Photo-Rubbing Method: A Single-Exposure Method to Stable Liquid-Crystal Pretilt Angle on Photo-Alignment Film」、IDW’04: proceedings of the 11th International Display Workshops、IDW’04 Publication committee、2004年、LCT2-1、p. 35-38
特許文献2に記載の技術においてスキャン露光方式を採用した場合、基板が正常に等速で移動している限り、特に問題は発生しない。しかしながら、瞬停等により、万一、基板が停止してしまった場合、重複する露光領域(継ぎ部)において、フォトマスクに形成されたパターンのエッジが表示ムラとして見えてしまう不具合が発生することが新たに判明した。
本発明者らが行った試験について図を用いて詳しく説明する。
図32に示すように、使用したフォトマスク121は、中央部119及びハーフトーン部120を有する。中央部119及びハーフトーン部120には、ストライプ状に透光部(ストライプパターン)が形成されている。ただし、ハーフトーン部120の透光部128の長さは、中央部119から離れるにしたがって徐々に短くなっている。透光部128の長さは、三角関数的に減少している。このようにして、ハーフトーン部120の開口率は、中央部119の開口率よりも小さくなっている。なお、透光部128の長さは、中央部119から離れるにしたがって線形的に減少してもよい。
図33、34に基板上に形成された光配向膜をスキャン露光する工程を説明するための模式図を示す。図33、34に示すように、基板118は大きいために、複数のフォトマスク121を用いて光配向膜を露光する。また、基板118は、ステージ171上に固定される。そして、光源(図示せず)及びフォトマスク121を固定した状態で基板118及びステージ171がそれらの下を通過することによって、基板118上に設けられた光配向膜全体が露光される。また、基板118には、基板面法線方向に対して、例えば40°傾いた方向からUV光が照射される。中央部119の透光部127を透過したUV光の幅は、例えば40mmである。そして、配向膜の一部(継ぎ部124)は、2つのフォトマスクのハーフトーン部120を介して露光されることとなる。これにより、正常に基板118が移動している場合は、継ぎ部124、すなわち継ぎ目が視認されない。一方、スキャン露光中にトラブルにより基板118が静止すると、図35に示すように、継ぎ部124において、透光部128の先端部に対応して表示ムラ(マスク跡180)が視認された。
また、本発明者らが上記トラブルが発生した基板を用いてパネルを作製し、該パネルを点灯させて詳細を評価したところ、マスク跡の見え方は場所に依存することがわかった。具体的には、図36に示すように、継ぎ部の端124aから、継ぎ部の中心線124cに向かうにつれてマスク跡180がより濃く見え、中心線124cで最も濃く見えた。一方、この現象(マスク跡)は継ぎ部124以外、すなわち中央部119を介して露光された領域では視認されなかった。
スキャン露光方式では、フォトマスク121の透光部(開口部)の長さと基板118の移動速度で照射量が設定されている。より具体的には、スキャン露光方式において、光配向膜への照射量は次式で計算される。
(照射量)=(照度)×(透光部幅)/(スキャン速度)
この式で計算された値で照射量が設定されているため、基板118が静止するとスキャン速度がゼロとなり、実効的な照射量が瞬間的に上昇する。すなわち、基板118の移動時と静止時と間で照射量が不連続になってしまう。この照射量の不連続性は、液晶分子のチルト角に直接的に影響する。そして、基板停止時の瞬間的な照射量の上昇度合いが継ぎ部124と継ぎ部124以外とで異なり、継ぎ部124で上昇度合いがより大きくなるため、継ぎ部124でマスク跡が視認されたものと考えられる。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、スキャン露光時にスキャンが一時的に停止したとしても継ぎ部において表示ムラが視認されるのを抑制することができる露光装置、液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、スキャン露光時にスキャンが一時的に停止したとしても継ぎ部において表示ムラが視認されるのを抑制することができる露光装置について種々検討したところ、フォトマスクのパターンに着目した。そして、フォトマスクに、第1領域と、スキャン(走査)方向に対して垂直な方向(垂直方向)において第1領域に隣接する第2領域とを設け、第1領域の第1遮光部内に複数の第1透光部を形成し、複数の第1透光部を垂直方向に配列し、第2領域の第2遮光部内に複数の第2透光部を形成し、第2透光部を第1透光部よりも小さくし、複数の第2透光部を垂直方向に配列するとともに走査方向に離散的に分散して配置することにより、第2領域を介して継ぎ部を露光したとしても継ぎ目が発生するのを抑制でき、更に、露光時にスキャンが一時的に停止したとしても第2透光部の端部に対応する表示ムラをぼやけさせ、第2透光部のパターンの跡を目立たなくすることができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、基板上に設けられた光配向膜を露光するための露光装置であって、前記露光装置は、光源及びフォトマスクを備え、前記光源及び前記基板の少なくとも一方を走査しながら前記フォトマスクを介して前記光配向膜を露光し、前記光源及び前記基板の少なくとも一方が走査される方向を走査方向、前記走査方向に対して垂直な方向を垂直方向とすると、前記フォトマスクは、第1領域と、前記第1領域に垂直方向に隣接する第2領域とを有し、前記第1領域は、第1遮光部内に複数の第1透光部を有し、前記複数の第1透光部は、垂直方向に配列され、前記第2領域は、第2遮光部内に複数の第2透光部を有し、前記複数の第2透光部は、前記複数の第1透光部よりも小さく、前記複数の第2透光部は、垂直方向に配列されるとともに、走査方向に離散的に分散されている露光装置である。
本発明の露光装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。
本発明はまた、基板上に設けられた光配向膜を備える液晶表示装置の製造方法であって、前記製造方法は、光源及び前記基板の少なくとも一方を走査しながらフォトマスクを介して前記光配向膜を露光する露光工程を含み、前記光源及び前記基板の少なくとも一方が走査される方向を走査方向、前記走査方向に対して垂直な方向を垂直方向とすると、前記フォトマスクは、第1領域と、前記第1領域に垂直方向に隣接する第2領域とを有し、前記第1領域は、第1遮光部内に複数の第1透光部を有し、前記複数の第1透光部は、垂直方向に配列され、前記第2領域は、第2遮光部内に複数の第2透光部を有し、前記複数の第2透光部は、前記複数の第1透光部よりも小さく、前記複数の第2透光部は、垂直方向に配列されるとともに、走査方向に離散的に分散されている液晶表示装置の製造方法でもある。
本発明の液晶表示装置の製造方法の構成としては、このような構成要素及び工程を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素及び工程により特に限定されるものではない。
本発明の露光装置及び液晶表示装置の製造方法における好ましい形態について以下に詳しく説明する。以下に示す各種形態は、適宜組み合わされてもよい。
本発明の露光装置及び液晶表示装置の製造方法において、前記光配向膜は、光線の照射方向又は光線の照射領域の移動方向、に応じて液晶の配向方向が変化する材料(光配向材料)により形成されることが好ましい。
本発明の露光装置及び液晶表示装置の製造方法において、前記第2領域の開口率は、前記第1領域から離れるにしたがって減少することが好ましい。これにより、継ぎ目が視認されるのをより効果的に抑制することができる。
本発明の露光装置及び液晶表示装置の製造方法において、前記複数の第2透光部及び前記第2遮光部は、前記走査方向に平行な前記第2領域の中心線(前記第2領域の中心線であって、前記走査方向に平行な線)に対して、互いに(実質的に)対称に設けられてもよい。これにより、第2領域全体に渡って、透光部、遮光部の偏りをなくすことができ、瞬停時においても、継ぎ部のマスク端が視認されるのを回避することが可能となる。このように、第2透光部のパターンと、第2遮光部のパターンとは、上記中心線に対して、互いに(実質的に)対称であってもよい。
本発明の露光装置及び液晶表示装置の製造方法において、前記複数の第2透光部及び前記第2遮光部は、前記走査方向に平行な前記第2領域の中心線(前記第2領域の中心線であって、前記走査方向に平行な線)に対して、互いに(実質的に)鏡像の関係にあってもよい。これにより、第2領域全体に渡って、透光部、遮光部の偏りをなくすことができ、瞬停時においても、継ぎ部のマスク端が視認されるのを回避することが可能となる。このように、第2透光部のパターンと、第2遮光部のパターンとは、上記中心線に対して、互いに(実質的に)鏡像の関係にあってもよい。
本発明の露光装置において、前記フォトマスクは、第1のフォトマスクであり、前記露光装置は、第2のフォトマスクを更に備え、前記光源及び前記基板の少なくとも一方を走査しながら前記第1及び第2のフォトマスクを介して前記光配向膜を露光し、前記第2のフォトマスクは、第3領域と、前記第3領域に垂直方向に隣接する第4領域とを有し、前記第3領域は、第3遮光部内に複数の第3透光部を有し、前記複数の第3透光部は、垂直方向に配列され、前記第4領域は、第4遮光部内に複数の第4透光部を有し、前記複数の第4透光部は、前記複数の第3透光部よりも小さく、前記複数の第4透光部は、垂直方向に配列されるとともに、走査方向に離散的に分散され、前記光配向膜の一部は、前記複数の第2透光部を通して露光されるとともに、前記複数の第4透光部を通して露光されることが好ましい。これにより、第2及び第4透光部を通して継ぎ部を露光できるとともに、該継ぎ部に継ぎ目が発生するのを抑制することができる。また、露光時にスキャンが一時的に停止したとしても第4透光部の端部に対応する表示ムラをぼやけさせ、第4透光部のパターンの跡を目立たなくすることができる。なお、第1及び第2のフォトマスク用に別々の光源を用いてもよい。
本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記フォトマスクは、第1のフォトマスクであり、前記露光工程は、前記光源及び前記基板の少なくとも一方を走査しながら前記第1のフォトマス及び第2のフォトマスクを介して前記光配向膜を露光し、前記第2のフォトマスクは、第3領域と、前記第3領域に垂直方向に隣接する第4領域とを有し、前記第3領域は、第3遮光部内に複数の第3透光部を有し、前記複数の第3透光部は、垂直方向に配列され、前記第4領域は、第4遮光部内に複数の第4透光部を有し、前記複数の第4透光部は、前記複数の第3透光部よりも小さく、前記複数の第4透光部は、垂直方向に配列されるとともに、走査方向に離散的に分散され、前記光配向膜の一部は、前記複数の第2透光部を通して露光されるとともに、前記複数の第4透光部を通して露光されることが好ましい。これにより、第2及び第4透光部を通して継ぎ部を露光できるとともに、該継ぎ部に継ぎ目が発生するのを抑制することができる。また、露光時にスキャンが一時的に停止したとしても第4透光部の端部に対応する表示ムラをぼやけさせ、第4透光部のパターンの跡を目立たなくすることができる。なお、第1及び第2のフォトマスク用に別々の光源を用いてもよい。
本発明の露光装置及び液晶表示装置の製造方法において、前記第4領域の開口率は、前記第3領域から離れるにしたがって減少することが好ましい。これにより、継ぎ目が視認されるのをより効果的に抑制することができる。
本発明の露光装置及び液晶表示装置の製造方法において、前記複数の第2透光部は、前記第4遮光部に対応して設けられ、前記複数の第4透光部は、前記第2遮光部に対応して設けられてもよい。これにより、瞬停時においても、多重に露光される領域をなくすことができ、継ぎ部のマスク端だけでなく、継ぎ露光部自体が視認されるのを回避することが可能となる。このように、第2透光部のパターンは、第4遮光部のパターンに対応し、第4透光部のパターンは、第2遮光部のパターンに対応してもよい。
本発明の露光装置及び液晶表示装置の製造方法において、前記第1及び第2のフォトマスクは、前記走査方向に平行な前記第2領域の中心線(前記第2領域の中心線であって、前記走査方向に平行な線)と、前記走査方向に平行な前記第4領域の中心線(前記第4領域の中心線であって、前記走査方向に平行な線)とが(実質的に)一致するように配置され、前記複数の第2透光部及び前記複数の第4透光部は、前記両中心線に対して、互いに(実質的に)鏡像の関係にあってもよい。これにより、瞬停時においても、多重に露光される領域をなくすことができ、継ぎ部のマスク端だけでなく、継ぎ露光部自体が視認されるのを回避することが可能となる。このように、第2透光部のパターンと、第4透光部のパターンとは、上記両中心線に対して、互いに(実質的に)鏡像の関係にあってもよい。
本発明の露光装置及び液晶表示装置の製造方法において、前記走査方向に平行な直線を走査線とすると、(前記複数の第2透光部のうち、)同じ走査線上に存在する複数の第2透光部は、実質的に等間隔に配置されてもよい。これにより、第2透光部の配置場所の偏りに起因して表示ムラが発生するのを抑制することができる。
本発明の露光装置及び液晶表示装置の製造方法において、前記複数の第1透光部は、前記走査方向に離散的に分散されていてもよく、このとき、(前記複数の第1透光部のうち、)前記走査方向に隣接する第1透光部の間の領域は、遮光されていることが好ましい。これにより、第1及び第2透光部のエッジの数の不連続性に起因して表示ムラが発生するのを抑制することができる。
同様の観点から、本発明の露光装置及び液晶表示装置の製造方法において、前記複数の第3透光部は、前記走査方向に離散的に分散されていてもよく、このとき、(前記複数の第3透光部のうち、)前記走査方向に隣接する第3透光部の間の領域は、遮光されていることが好ましい。
本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記露光工程は、前記基板を平面視したときに、互いに反平行方向に露光される2つの領域を各画素内に形成するように、前記光配向膜を露光することが好ましい。これにより、マルチドメインTNモード、マルチドメインECBモード、マルチドメインVAECBモード、マルチドメインVAHAN(Vertical Alignment Hybrid−aligned Nematic)モード、マルチドメインVATN(Vertical Alignment Twisted Nematic)モード等の広視野角の液晶表示装置を容易に実現することができる。
本発明は更に、本発明の液晶表示装置の製造方法によって作製された液晶表示装置でもある。
本発明の液晶表示装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。以下に示す各種形態は、適宜組み合わされてもよい。
本発明の液晶表示装置は、アクティブマトリクス駆動されることが好ましいが、単純駆動されてもよい。
前記液晶表示装置は、垂直配向型の液晶層を備え、前記液晶層は、誘電率異方性が負の液晶材料を含有してもよい。これにより、垂直配向モードの液晶表示装置を実現することが可能となる。
前記液晶表示装置は、水平配向型の液晶層を備え、前記液晶層は、誘電率異方性が正の液晶材料を含有してもよい。これにより、水平配向モードの液晶表示装置を実現することが可能となる。
前記液晶層は、ツイストネマチック液晶を含有してもよい。これにより、TNモード、VATNモード、マルチドメインTNモード又はマルチドメインVATNモードの液晶表示装置を実現することができる。なお、VATNモードの液晶表示装置は、一対の基板と、ネマチック液晶を含有する液晶層と、それぞれの基板上に設けられた一対の垂直配向膜とを備え、両基板面を平面視したときに、これらの配向膜に施された配向処理の方向が互いに略直交し、電圧無印加時に、ネマチック液晶が垂直、かつツイスト配向する。
前記液晶表示装置は、2以上のドメインを有することが好ましく、4以下のドメインを有することが好ましく、4つのドメインを有することがより好ましい。これにより、製造工程の複雑化を抑制しつつ、視野角特性に優れた液晶表示装置を実現できる。また、ドメインを4つにすることによって、例えば上下左右の4つの方向といったように、互いに直交する4つの方向のいずれにおいても広視野角化できる。また、互いに直交する4つの方向のいずれの視野角特性もほぼ同一にすることが可能となる。すなわち、対称性に優れた視野角特性を実現することが可能となる。そのため、視野角依存性の小さい液晶表示装置を実現できる。なお、4つのドメインに配向分割した場合のドメインの配置形態としては特に限定されず、マトリクス状、目の字のようなストライプ状等が挙げられる。
本発明の露光装置、液晶表示装置及びその製造方法によれば、スキャン露光時にスキャンが一時的に停止したとしても継ぎ部において表示ムラが視認されるのを抑制することができる。
実施形態1の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。 実施形態1の1サブ画素を示す平面模式図であり、第1基板(垂直配向膜)に対する光の照射方向を示す。 実施形態1の1サブ画素を示す平面模式図であり、第2基板(垂直配向膜)に対する光の照射方向を示す。 実施形態1の1サブ画素を示す平面模式図であり、第1及び第2基板に対する光の照射方向と、電圧印加時の液晶分子の配向方向とを示す。また、実施形態1の偏光板の偏光軸方向を示す。 実施形態1の第1基板(TFTアレイ基板)の平面模式図である。 実施形態1の第2基板(CF基板)の平面模式図である。 実施形態1の露光工程における第1基板及びフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態1の露光工程における第1基板及びフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態1の露光工程における第1基板を示す平面模式図である。 実施形態1の露光工程における第1基板及びフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態1の露光工程における第1基板及びフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態1の露光装置を示す斜視模式図と、実施形態1のTFTアレイ基板の構成を示す平面模式図とである。 実施形態1の露光工程における基板及びフォトマスクを示す断面模式図であり、基板に対する光の照射態様を示す。 実施形態1の露光工程における第2基板及びフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態1の露光工程における第2基板及びフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態1の露光工程における第2基板を示す平面模式図である。 実施形態1の露光工程における第2基板及びフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態1の露光工程における第2基板及びフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態1のフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態1のフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態1のフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態1のフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態1の第1基板を示す平面模式図である。 実施形態1の貼り合わされた第1基板及び第2基板を示す平面模式図である。 実施形態1の露光工程における基板及びフォトマスクを示す平面模式図であり、変形例を示す。 実施形態1のフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態2のフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態2のフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態2のフォトマスクを示す平面模式図であり、変形例を示す。 実施形態3のフォトマスクを示す平面模式図である。 実施形態3のフォトマスクを示す平面模式図である。 比較形態のフォトマスクを示す平面模式図である。 比較形態の露光工程における基板及びフォトマスクを示す平面模式図である。 比較形態の露光工程における基板及びフォトマスクを示す断面模式図である。 比較形態の基板を示す平面模式図である。 比較形態における表示ムラを示す平面模式図である。
以下に実施形態を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
(実施形態1)
まず、実施形態1の液晶表示装置の構成について説明する。本実施形態の液晶表示装置100は、図1に示すように、対向する一対の基板である第1基板1(例えばTFTアレイ基板)及び第2基板2(例えばCF基板)と、第1基板1及び第2基板2の間に設けられた液晶層3とを有する。また、第1基板1は、絶縁基板26aの液晶層3側に、絶縁基板26a側から順に、液晶層3に駆動電圧を印加するための透明電極4a(画素電極)と、垂直配向膜5aとを有する。第2基板2は、絶縁基板26bの液晶層3側に、絶縁基板26b側から順に、液晶層3に駆動電圧を印加するための透明電極4b(共通電極)と、垂直配向膜5bとを有する。第1基板1及び第2基板2の液晶層3とは反対側には、位相差板7a、7b及び偏光板6a、6bが基板側からこの順に配置されている。なお、位相差板7a、7bは、設置しなくともよいが、広視野角を実現する観点からは、設置することが好ましい。また、位相差板7a、7bは、どちらか一方のみが配置されてもよい。このように、液晶表示装置100は、いわゆる液晶表示パネルを含む。
液晶層3は、例えば誘電率異方性が負のネマチック液晶材料(ネガ型ネマチック液晶材料)を含有する。液晶層3内の液晶分子は、駆動電圧が液晶層3に印加されていないとき(電圧無印加時)には、垂直配向膜5a、5bの表面に対して略垂直方向に配向される。実際には、液晶分子は、このとき、垂直配向膜5a、5bの表面の法線方向に対して0.1°程度から数度程度、若干傾いて配向される。すなわち、液晶分子は、若干のプレチルト角を有するように、垂直配向膜5a、5bにより配向されている。なお、プレチルト角とは、電圧無印加時において、配向膜表面と、配向膜表面近傍の液晶分子の長軸方向とがなす角度である。また、電圧無印加時において、基板を平面視したときの配向膜表面近傍の液晶分子が傾斜している方向をプレチルト方向とする。一方、液晶層3にある閾値以上の充分な駆動電圧が印加されたとき(電圧印加時)は、液晶分子は、予め設定されていたプレチルト角によって、一定の方向に更に傾斜する。より詳細には、液晶層3の厚み方向における略中央に位置する液晶分子3aは、第1基板1及び第2基板2面に対して略平行な方向にまで傾斜する。なお、垂直配向膜5a、5bは、光配向膜材料から形成されており、垂直配向膜5a、5bが規定するプレチルト方向は、フォトマスクを介して垂直配向膜5a、5b表面が、例えば基板面に対して斜め方向から露光されることによって決定される。
図2〜4を用いてサブ画素内に形成されるドメインについて説明する。なお、図2及び4において、点線矢印は、第1基板に施した光線照射方向を、図3及び4において、実線矢印は、第2基板に施した光線照射方向を示す。また、図4において、液晶分子(液晶ダイレクター)3aは、基板を平面視したときの各ドメインの略中央に位置し、かつ液晶層の厚み方向における略中央に位置する液晶分子(液晶ダイレクター)を示している。
垂直配向膜5a、5bはそれぞれ、図2、3に示すように、基板を平面視したときに、サブ画素8内において、反平行方向(平行かつ逆向きである方向A及び方向B)から光が照射されている。また、垂直配向膜5a、5bに対する光の照射方向は、図4に示すように、第1基板1及び第2基板2を貼り合わせたときに、互いに略90°異なるように設定されている。これにより、各ドメインにおいて、垂直配向膜5aが規定するプレチルト方向と、垂直配向膜5bが規定するプレチルト方向とは、互いに略90°異なることとなる。したがって、液晶層3に含まれる液晶分子は、基板を平面視したとき、各ドメインにおいて、略90°捩れて配向する。また、液晶分子3aは、基板を平面視したとき、光の照射方向に対して略45°ずれた方向に配向する。更に、各ドメインにおける液晶分子3aは、互いに異なる4つの方向に傾斜する。このように、本実施形態の液晶表示装置100は、プレチルト方向(配向処理方向)が互いに直交する垂直配向膜を用いることにより、液晶分子を略90°ツイスト配向させている。したがって液晶表示装置100は、4ドメインのVATNモードを有する。なお、各サブ画素8は、8つの領域に分割されているが、液晶分子3aの傾斜方向は4つであることから、液晶表示装置100は、4ドメインということになる。
4ドメインのVATNモードによれば、図2〜4に示すように、第1基板1及び第2基板2をそれぞれ2回照射し、合計4回の照射で液晶分子3aの配向方向が互いに異なる4つのドメインを形成することができる。そのため、装置台数の削減と配向処理時間の短縮(タクトタイムの短縮)とが実現できる。また、1画素(1サブ画素)を4ドメインに分割させることは液晶表示装置の広視野角化を実現する観点から好ましい形態である。更に、従来のMVAモード等のように配向制御構造物を有する液晶モードにおいて必要であったリブ(突起)等の配向制御構造物を形成するためのフォトマスク、すなわちフォトリソ工程を削減することができ、その結果、製造プロセスの簡略化が可能となる。なお、1画素(1サブ画素)を2ドメインに分割させた場合には、例えば上下又は左右のどちらかの方向については広視野角化できるが、他方の方向の視野角特性を向上することはできない。また、5つ以上にドメインを増やしても構わないが、プロセスが煩雑となる上、処理時間も長くなるためあまり好ましくない。更に、4ドメインとそれ以上のドメインとでは、視野角特性には実用上それ程違いがないことも分かっている。
図4に示すように、偏光板6a、6bは、パネル(基板)を平面視したときに、偏光板6aの偏光軸方向Pと偏光板6bの偏光軸方向Qとが互いに略直交するように配置されている。また、偏光板6aの偏光軸方向Pと偏光板6bの偏光軸方向Qとのうち、一方は、垂直配向膜5aに対する光の照射方向に沿うように配置され、他方は、垂直配向膜5bに対する光の照射方向に沿うように配置されている。したがって、電圧印加時においては、偏光板6a側から入射した光は、偏光軸方向Pの偏光となり、液晶層3において液晶分子のねじれに沿って90°旋光し、偏光軸方向Qの偏光となって偏光板6bから射出されることとなる。一方、電圧無印加時においては、液晶層3において液晶分子は垂直配向のままであり、偏光軸方向Pの偏光は、旋光せずそのまま液晶層3を透過し、偏光板6bにより遮断されることとなる。このように、液晶表示装置100は、ノーマリーブラックモードである。なお、本明細書において、偏光軸とは、吸収軸を意味する。また、偏光板6aの偏光軸方向Pと偏光板6bの偏光軸方向Qとは、図4に示した方向に特に限定されず、適宜設定すればよいが、一対の偏光板6a、6bの偏光軸方向は、パネル(基板)を平面視したときに、互いに略90°異なることが好ましい。すなわち、偏光板6a、6bは、クロスニコル配置されることが好ましい。
なお、本実施形態では、垂直配向型の液晶表示装置について説明しているが、本実施形態の液晶表示装置は、水平配向型の液晶表示装置であってもよい。この場合は、液晶層3は、誘電率異方性が正のネマチック液晶材料(ポジ型ネマチック液晶材料)を含有し、また、第1基板1及び第2基板2の液晶層3側に、垂直配向膜5a、5bの代わりに水平配向膜を設ければよい。
以下に、実施形態1の液晶表示装置の製造方法について説明する。
まず、一般的な方法により、配向膜形成前の一対の第1基板及び第2基板を準備する。第1基板としては、例えば、図5に示すように、ガラス等から形成される絶縁基板(図示せず)上に、複数の走査信号線(ゲートバスライン)9、複数のTFT11、複数のデータ信号線(ソースバスライン)10及び複数の画素電極12を順次形成することによって、絶縁基板上に走査信号線9及びデータ信号線10が絶縁膜(図示せず)を介して格子状に交差するように配置され、更にその交点毎にTFT11及び画素電極12が配置されたTFTアレイ基板を用いる。一方、第2基板としては、例えば、図6に示すように、ガラス等から形成される絶縁基板(図示せず)上に、ブラックマトリクス(BM)13と、赤(R)、青(G)及び緑(B)の3色の着色層を含むカラーフィルタ14と、保護膜(オーバーコート層、図示せず)と、透明電極膜(図示せず)とを順次形成することによって、絶縁基板上にBM13が格子状に配置され、更にそのBM13で区切られた領域にカラーフィルタ14が配置されたCF基板を用いる。このように、本実施形態において、1画素は、x軸方向(表示面(表示画面)を正面視したときの横方向)に並んだRGBの3サブ画素から構成される。なお、絶縁基板は絶縁性の表面を有するものであればよく、ガラスに特に限定されない。また、上述の各構成部材の材質は、通常用いられる材料を用いればよい。
次に、TFTアレイ基板及びCF基板に対して、光配向膜材料を含む溶液をスピンキャスト法等により塗布した後、例えば180℃で60分間、光配向膜材料の焼成を行うことによって、垂直配向膜を形成する。光配向膜材料としては特に限定されず、感光性基を含む樹脂等が挙げられる。より具体的には、4−カルコン基(下記化学式(1))、4’−カルコン基(下記化学式(2))、クマリン基(下記化学式(3))、シンナモイル基(下記化学式(4))等の感光性基を含むポリイミド等が好適である。下記化学式(1)〜(4)の感光性基は、光(好適には紫外線)の照射により架橋反応(二量化反応を含む)、異性化反応、光再配向等を生じるものであり、これらによれば、光分解型の光配向膜材料に比べて配向膜面内におけるプレチルト角のばらつきを効果的に小さくすることができる。なお、下記化学式(1)〜(4)の感光性基は、ベンゼン環に置換基が結合した構造も含まれる。また、下記化学式(4)のシンナモイル基におけるカルボニル基に更に酸素原子が結合したシンナメート基(C−CH=CH−COO−、下記化学式(5))は、合成しやすいという利点を有している。したがって、光配向膜材料としては、シンナメート基を含むポリイミドがより好ましい。なお、焼成温度、焼成時間及び光配向膜の膜厚は特に限定されず、適宜設定すればよい。
Figure 2011089772
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なお、本実施形態においては、配向膜材料として、光に反応し、光線の照射方向に液晶分子のプレチルト角を生じる光配向膜材料を使用したが、非特許文献1に開示の光配向法のように、光の照射領域の移動方向によってプレチルト方向の規定が可能である光配向膜材料を用いてもよい。この場合は、光を基板に対して斜めから入射させる必要はなく、基板に対して略垂直に入射させることができる。
次に、配向膜の露光方法について説明する。
本実施形態において、配向膜は、スキャン方式により露光される。以下、第1基板に対する露光工程について説明する。
まず、中央部19a及びグレイトーン部20aを有するフォトマスク21aと、中央部19b及びグレイトーン部20bを有するフォトマスク21bとを準備する。
なお、本実施形態に使用するフォトマスクは、ガラス等の透明基板上にクロム等の金属膜によりパターンが形成されたものであり、金属膜が形成された領域が遮光部であり、金属膜の開口が透光部である。
そして、図7に示すように、グレイトーン部20a及び20bがy軸方向において重なるようにフォトマスク21a及び21bを配置する。フォトマスク21a、21bには、y軸方向に形成されたスリットがx軸(y軸と90°の角度をなす軸)方向に複数本設けられている。より詳細には、中央部19a、19bの遮光部内には、x軸方向(表示面を正面視したときの横方向)のサブ画素ピッチPxの略半分の幅を有する複数の矩形状の透光部が設けられ、これらの透光部はピッチPxと略同一のピッチで配列されている。一方、グレイトーン部20a、20bにおいても、ピッチPxと略同一のピッチで複数の透光部が配列されているが、グレイトーン部20a、20bの透光部は、中央部19a、19bの透光部よりも小さく、また、スキャン方向に分散して配置されている。グレイトーン部20a、20bのパターンについては、後で詳述する。
また、中央部19c及びグレイトーン部20cを有するフォトマスク21cと、中央部19d及びグレイトーン部20dを有するフォトマスク21dとを準備する。そして、図7に示すように、グレイトーン部20c及び20dがy軸方向において重なるようにフォトマスク21c及び21dを配置する。フォトマスク21c、21dには、フォトマスク21a、21bと同じパターンが形成されている。なお、フォトマスク21a、21bと、フォトマスク21c、21dとの間には、実際には第1基板1が充分に収まる程度のスペースが存在する。
また、図12に示すように、各フォトマスク21a〜21dの上方には光源が配置されている。ここでは、フォトマスク21aを含む構成についてのみ図示しているが、フォトマスク21b〜21dを含む構成もフォトマスク21aを含む構成と同じである。本実施形態では、光源25とフォトマスク21aとが一体となって直線的に移動されるか、又は、光源25とフォトマスク21aとが固定されたまま基板18(第1基板又は第2基板)が直線的に移動する。図12は、基板18が移動する場合を示しており、基板18としては第1基板(TFTアレイ基板)を示した。フォトマスク21aの脇には画像検出用カメラ30が備え付けられており、データ信号線10、走査信号線9等のバス配線を読み取り、かつ追従するように基板18を移動させることができる。このプロセスによれば、露光装置を小型化することができる。また、露光装置のコストを下げることができる。更に、フォトマスクが小さくて済むためマスク自体の精度を高くすることができる。また、スキャン露光は、基板面内における照射量の安定性に優れているため、配向方位、プレチルト角等の配向膜の特性がばらつくことを効果的に抑制することができる。
次に、フォトマスク21a、21bのスリットと、サブ画素とを位置合わせした後、図8に示すように、第1基板1を+y軸方向に移動させながら、偏光紫外線を用いて、フォトマスク21a、21bを介して、第1基板1の表面に設けられた配向膜の端から端まで露光する(1stスキャン)。このとき、第1基板1は、データ信号線10、走査信号線9等のバス配線にフォトマスク21a、21bのスリットが沿うように移動させられる。また、図13に示すように、偏光紫外線15は、第1基板1に対して斜め方向から照射される。また、フォトマスク21a、21bと第1基板1との間には、所定の間隔(プロキシミティギャップ16)が設けられている。これにより、第1基板1の移動がスムーズに行えるとともに、フォトマスク21a、21bが自重により撓んだとしても、第1基板1に接触することを抑制することができる。この1stスキャンにより、各画素(各サブ画素)の略半分の領域が配向処理されることとなる。また、垂直配向膜5a表面近傍の液晶分子3bは、図13に示すように、略一定のプレチルト角17を発現することになる。更に、第1基板1は、図9に示すように、フォトマスク21aの中央部19aを介してスキャン露光された露光領域22と、フォトマスク21bの中央部19bを介してスキャン露光された露光領域23と、フォトマスク21a、21bのグレイトーン部20a、20bを介してスキャン露光された継ぎ部24とを有することになる。すなわち、本実施形態の露光工程は、第1基板1に設けられた配向膜面内を露光領域22、23と、隣り合う露光領域22、23の間に介在する継ぎ部24とに分割し、グレイトーン部20a、20bを介して継ぎ部24を露光するとともに、中央部19a、19bを介して露光領域22、23を露光する。継ぎ部24は、グレイトーン部20a、20bを介して少なくとも2回露光される。
次に、図10に示すように、第1基板1を面内で180°回転した後、フォトマスク21c、21dに設けられた各スリットが各サブ画素の未露光領域に対応するように、x軸方向にピッチPxの略半分だけ第1基板1を水平移動する。その後、図11に示すように、図8で示した1stスキャンの時と同様に、第1基板1を移動させながら、配向膜の端から端まで露光する(2ndスキャン)。これにより、各画素(各サブ画素)の残りの略半分の領域が配向処理され、第1基板1は、全面にわたって露光されることとなる。なお、2ndスキャン時の光線(偏光紫外線15)の第1基板1に対する入射角と、1stスキャン時の光線(偏光紫外線15)の第1基板1に対する入射角とは、略同一である。他方、1stスキャン及び2ndスキャンの間、第1基板1は面内で180°回転していることから、1stスキャン時の第1基板1に対する光線の向きと、2ndスキャン時の第1基板1に対する光線の向きとは、図2に示すように、第1基板1を平面視したときに、ちょうど逆向きになる。すなわち、第1基板1の各サブ画素は、配向方向が互いに反平行方向である2つの領域に配向分割されることとなる。
次に、第2基板に対する露光工程について説明する。第2基板に対する露光態様は、フォトマスクの種類が異なるだけで、第1基板に対する露光態様とほぼ同様である。
まず、中央部19e及びグレイトーン部20eを有するフォトマスク21eと、中央部19f及びグレイトーン部20fを有するフォトマスク21fとを準備する。そして、図14に示すように、グレイトーン部20e及び20fがx軸方向において重なるようにフォトマスク21e及び21fを配置する。フォトマスク21e、21fには、x軸方向に形成されたスリットがy軸方向に複数本設けられている。より詳細には、中央部19e、19fの遮光部内には、y軸方向(表示面を正面視したときの縦方向)の画素ピッチPyの略1/4の幅を有する複数の矩形状の透光部が設けられ、これらの透光部はピッチPyの略半分のピッチとなるように設けられている。一方、グレイトーン部20e、20fにおいても、ピッチPyと略同一のピッチで複数の透光部が配列されているが、グレイトーン部20e、20fの透光部は、中央部19e、19rの透光部よりも小さく、また、スキャン方向に分散して配置されている。なお、本実施形態において、表示面を正面視したときの縦方向の画素ピッチ及びサブ画素ピッチは、同じである。
また、中央部19g及びグレイトーン部20gを有するフォトマスク21gと、中央部19h及びグレイトーン部20hを有するフォトマスク21hとを準備する。そして、図14に示すように、グレイトーン部20g及び20hがx軸方向において重なるようにフォトマスク21g及び21hを配置する。フォトマスク21g、21hには、フォトマスク21e、21fと同じパターンが形成されている。なお、フォトマスク21e、21fと、フォトマスク21g、21hとの間には、実際には第2基板2が充分に収まる程度のスペースが存在する。
また、図12で示した第1基板に対する露光工程の時と同様に、各フォトマスク21e〜21hの上方には光源が配置されている。
次に、フォトマスク21e、21fのスリットと、第2基板2の画素とを位置合わせした後、図15に示すように、第2基板2を+x軸方向に移動させながら、偏光紫外線を用いて、フォトマスク21e、21fを介して、第2基板2の表面に設けられた配向膜の端から端まで露光する(1stスキャン)。このとき、第2基板2は、BM13にフォトマスク21e、21fのスリットが沿うように移動させられる。また、図13で示した第1基板に対する照射方向と同様に、偏光紫外線は、第2基板2に対して斜め方向から照射される。また、第1基板に対する露光工程の場合と同様に、フォトマスク21e、21fと第2基板2との間には、プロキシミティギャップが設けられている。この1stスキャンにより、各画素(各サブ画素)の略半分の領域が配向処理されることとなる。また、第2基板に設けられた垂直配向膜表面近傍の液晶分子は、図13で示した第1基板の場合と同様に、略一定のプレチルト角を発現することになる。更に、第2基板2は、図16に示すように、フォトマスク21eの中央部19eを介してスキャン露光された露光領域32と、フォトマスク21fの中央部19fを介してスキャン露光された露光領域33と、フォトマスク21e、21fのグレイトーン部20e、20fを介してスキャン露光された継ぎ部34とを有することになる。すなわち、本実施形態の露光工程は、第2基板2に設けられた配向膜面内を露光領域32、33と、隣り合う露光領域32、33の間に介在する継ぎ部34とに分割し、グレイトーン部20e、20fを介して継ぎ部34を露光するとともに、中央部19e、19fを介して露光領域32、33を露光する。継ぎ部34は、グレイトーン部20e、20fを介して少なくとも2回露光される。
次に、図17に示すように、第2基板2を面内で180°回転した後、フォトマスク21g、21hに設けられた各スリットが各画素の未露光領域に対応するように、y軸方向にピッチPyの略1/4だけ第2基板2を水平移動する。その後、図18に示すように、図15で示した1stスキャンの時と同様に、第2基板2を移動させながら、配向膜の端から端まで露光する(2ndスキャン)。これにより、各画素(各サブ画素)の残りの略半分の領域が配向処理され、第2基板2は、全面にわたって露光されることとなる。また、1stスキャン時の第2基板2に対する光線の向きと、2ndスキャン時の第2基板2に対する光線の向きとは、図3に示すように、第2基板2を平面視したときに、ちょうど逆向きになる。すなわち、第2基板2の各サブ画素は、配向方向が互いに反平行方向である2つの領域に配向分割されることとなる。
なお、本実施形態では1サブ画素を4ドメインに配向分割するために、横方向の画素ピッチPx(図5、6中、x軸方向)の略1/2の幅でストライプパターンが形成されたフォトマスクを用いてTFTアレイ基板を露光し、一方、縦方向のサブ画素ピッチPy(図5、6中、y軸方向、なお、本実施形態において縦方向のサブ画素ピッチと画素ピッチとは同一)の略1/4の幅でストライプパターンが形成されたフォトマスクを用いてCF基板を露光する態様について説明した。しかしながら、透光部のパターンは特に限定されず、画素(サブ画素)のレイアウト、画素(サブ画素)サイズ、パネルの解像度等に応じて適宜設定すればよい。また、本実施形態では4つのドメインをマトリクス状に形成したが、ドメインの配置形態はマトリクス状に特に限定されず、目の字のようなストライプ状であってもよい。更に、各サブ画素が副画素を有する場合には、各副画素を配向分割するために、各副画素に応じてスリットパターンが形成されてもよい。
本実施形態で使用可能な材料及び適応可能な製造プロセスにおける条件としては下記が挙げられる。ただし、本実施形態で使用可能な材料及び条件は、下記に限定されるものではない。また、露光に用いる光線の種類は偏光紫外線に特に限定されず、配向膜材料、製造プロセス等によって適宜設定することができ、無偏光(消光比=1:1)であってもよい。
・液晶材料:Δn(複屈折)=0.06〜0.14、Δε(誘電率異方性)=−2.0〜−8.0、Tni(ネマチック−アイソトロピック相転移温度)=60〜110℃を有するネマチック液晶。
・プレチルト角:85〜89.9°
・セル厚:2〜5μm
・照射エネルギー密度:0.01〜5J/cm
・プロキシミティギャップ:10〜250μm
・光源:低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、重水素ランプ、メタルハライドランプ、アルゴン共鳴ランプ、キセノンランプ、エキシマーレーザ。
・紫外線の消光比(偏光度):1:1〜60:1
・紫外線の照射方向:基板面法線方向から0〜60°方向
次に、フォトマスク21a、21bのパターンについて詳述する。
図19に示すように、フォトマスク21aは、中央部19aと、グレイトーンが形成されたグレイトーン部20aとを有する。フォトマスク21bは、中央部19bと、グレイトーンが形成されたグレイトーン部20bとを有する。継ぎ部24に対応してグレイトーン部20a、20bを設けている。
中央部19aには、複数の透光部27aが形成されている。透光部27aの平面形状は、矩形であり、透光部27aは、ストライプ状に形成されている。各透光部27aのサイズは同じである。透光部27aは、スキャン方向に対して垂直な方向(垂直方向)において画素ピッチPxと同じピッチで配列されている。また、図20に示すように、透光部27aの幅(垂直方向における長さ)Δxは、例えば、ピッチPxの略半分である。なお、Δxは、ピッチPxの半分に数μm程度加えた値に設定されてもよい。すなわち、各ドメイン間の境界に複数回露光される部分を形成してもよい。透光部27aのスキャン方向における長さy1は、例えば、40mmである。
グレイトーンとは、特許文献2に記載の技術のように一繋がりの透光部の長さで開口率を調整するのではなく、複数の微小な透光部の大きさ、個数及び/又は密度で開口率を調整するパターンである。開口率とは、中央部の透光部の平均面積に対するグレイトーン部の各透光部の面積の割合(百分率)である。グレイトーン部20aにも複数の透光部が形成されているが、ここでは、マスク21aの端に向かうにつれて、透光部の大きさが減少するか、透光部の個数が減少するか、及び/又は、透光部の密度が減少することによって開口率が変化している。N列分の画素と重なるようにグレイトーン部20aが設けられているとすると、図21に示すように、長さy1を例えば(N−1)分割した長さを単位長さΔyとし、グレイトーン部20aの透光部のスキャン方向における長さy2をΔyの整数倍とする。なお、グレイトーン部20aの透光部の幅(垂直方向における長さ)は、Δxと同様に設定される。
図22にグレイトーン部のパターンの詳細を示す。
ここには、16列分の画素と重なるようにグレイトーン部20a、20bが設けられている場合を例として説明する。したがって、単位長さΔyは、40mmを15分割した値となる。また、スキャン方向における長さがΔyであり、幅がΔxである平面視矩形状の透光部を単位エリア(図22中、格子で区画された領域)と規定する。
図22に示すように、グレイトーン部20aには、透光部27aよりも小さい複数の透光部28aが形成されている。透光部28aの平面形状は、矩形であり、透光部28aは、垂直方向において画素ピッチPxと同じピッチで配列されている。すなわち、透光部27a及び28aは全て、画素(サブ画素)に対応して形成され、垂直方向においてピッチPxで配列されている。ここで、グレイトーン部20aの右端に位置する画素を1列目の画素、グレイトーン部20aの左端に位置する画素を16列目の画素とする(図22中、グレイトーン部20aの上部に記載された数字参照。)。また、画素と同じように透光部28aにも順番をつける。すなわち、2列目の画素に重なる透光部28aを2列目の透光部、16列目の画素に重なる透光部28aを16列目の透光部とする。なお、グレイトーン部20aの、1列目の画素に重なる部分には、透光部は形成されていない。そうすると、3列目から15列目の透光部28aにおいて、同じ列の透光部28aの個数は2個以上であり、また、同じ列の透光部28aはスキャン方向において分散して配置されている。また、各透光部28aは、1つ又は複数の単位エリアを含み、同じ列の透光部28aに含まれる単位エリアの個数は、中央部19aに近い列ほど多くなっている。具体的には、1列目の画素に対応する部分には透光部が形成されておらず、2列目の透光部28aには1個、・・・、15列目の透光部28aには14個、16列目の透光部28aには15個の単位エリアが含まれている。9列目までの透光部28aは、いずれも1つの単位エリアを含むが、10列目以降の透光部28aのいくつかは、複数の単位エリアを含んで構成される。そして、最終的に16列目の透光部28aは、中央部19aの透光部27aと同じ大きさとなる。このように、透光部27aには15個の単位エリアが含まれている。
また、フォトマスク21bの中央部19bには、透光部27aと同様の透光部27bが形成され、グレイトーン部20bには、透光部28aと同様の透光部28bが形成されている。
以上、説明したように、フォトマスク21a、21bにおいて、透光部28a、28bの大多数がスキャン方向において離散的に分散されている。したがって、例えスキャン露光中に第1基板1が停止したとしても、第1基板1(配向膜)に転写される透光部28a、28bのパターンをぼやけさせることができる。その結果、図23に示すように、露光領域22、23のみならず継ぎ部24においても、透光部28a、28bに起因する表示ムラが視認されないようにすることができる。
この表示ムラをより効果的に消す観点からは、透光部28a、28bは、以下のように配置することが好ましい(図22参照。)。まず、スキャン方向において透光28a、28bができるだけ分散するように配置することが好ましい。また、グレイトーン部20aの中心線であってスキャン方向に平行な中心線(継ぎ部中心線)に対して、透光部28aのパターンと、グレイトーン部20aにおける遮光部のパターンとが反転するように、透光部28aを偏らずに設置することが好ましい。すなわち、透光部28aのパターンと、グレイトーン部20aにおける遮光部のパターンとが、継ぎ部中心線に対してネガ・ポジ又は鏡像の関係にあることが好ましい。フォトマスク21bについても同様のことが言える。更に、フォトマスク21b(グレイトーン部20b)については、フォトマスク21a(グレイトーン部20a)をちょうどネガ・ポジ反転させたものであることが好ましい。すなわち、フォトマスク21bの透光部28bのパターンと、フォトマスク21aのグレイトーン部20aにおける遮光部のパターンとが一致することが好ましい。また、フォトマスク21aとフォトマスク21bとは、両者の継ぎ部中心線が一致するように配置され、フォトマスク21aの透光部28bのパターンと、フォトマスク21bの透光部28bのパターンとが、両継ぎ部中心線に対して鏡像の関係にあることが好ましい。
また、透光部28a、28bは、各々、透光部27a、27bよりも小さく、グレイトーン部20a、20bの開口率は、各々、中央部19a、19bの開口率よりも小さい。そして、グレイトーン部20a、20bに重なる各画素は、2つのフォトマスク21a、21bの透光部28a、28bを介して露光される。したがって、特許文献2と同様に、継ぎ目が視認されるのを抑制することができる。
更に、グレイトーン部20a、20bの開口率はそれぞれ、中央部19a、19bから離れるにしたがって徐々に減少している。したがって、継ぎ目が視認されるのをより効果的に抑制することができる。
また、フォトマスク21c、21dには、フォトマスク21a、21bと同じパターンが形成されていることから、これらの効果については、フォトマスク21c、21dにおいても発揮することができる。
また、フォトマスク21e、21fの中央部19e、19fには、透光部27aと同様の透光部が形成され、フォトマスク21e、21fのグレイトーン部20e、20fには、透光部28aと同様の透光部が形成されている。ただし、フォトマスク21e、21fの透光部の幅は、ピッチPyの略1/4であり、ピッチは、ピッチPyの略半分である。また、フォトマスク21g、21hには、フォトマスク21e、21fと同じパターンが形成されている。
したがって、例えスキャン露光中に第2基板2が停止したとしても、第2基板2(配向膜)に転写されるグレイトーン部20e、20fの透光部のパターンをぼやけさせることができる。その結果、露光領域32、33のみならず継ぎ部34においても、グレイトーン部20e、20fの透光部に起因する表示ムラが視認されないようにすることができる。
更に、第1基板1と同様に、継ぎ目が視認されるのを効果的に抑制することができる。
以下、第1基板及び第2基板の貼り合わせ工程について説明する。貼り合わせ工程では、上述の通り作製した第1基板又は第2基板の周囲にシール材を塗布する。次に、例えば4μmのプラスチックビーズをシール材が塗布された基板上に散布した後、第1基板及び第2基板を貼り合わせる。このとき、1サブ画素における両基板の光線照射方向の関係は、図4のようになり、各ドメイン内では、スキャン方向は対向する基板同士で略直交する。また、第1基板1の継ぎ部24と、第2基板2の継ぎ部34とは、図24に示すように、略直交することとなる。
次に、第1基板及び第2基板の間に、例えば上記液晶材料を封入すると、各ドメインの液晶分子は互いに異なった方向にプレチルト角を発現する。これにより、各ドメインの液晶層の層面内方向及び厚さ方向における中央付近の液晶分子3aの配向方位は、図4に示すように、基板を平面視したときに、光線照射された方向から45°傾いた方向となる。
次に、第1基板1及び第2基板2の外側に、図4で示した向きに偏光軸が向くように2枚の偏光板6a、6bを貼り付ける。そして、電圧無印加時に、液晶分子はほぼ垂直配向するため、本実施形態の液晶表示パネルは、良好な黒表示(ノーマリーブラックモード)を実現することができる。また、本実施形態の液晶表示パネルは、4つのドメインを有し、4つのドメインの液晶分子は、互い異なる4方向に応答するため、視角方向にほとんど依存しない表示特性を示すことができる。
その後、一般的なモジュール製造工程を経て、実施形態1の液晶表示装置を完成することができる。
なお、本実施形態において、同時に使用するフォトマスクの枚数は2枚に限定されず、3枚以上であってもよい。例えば、図25に示すように、千鳥状に配置された6枚のフォトマスク21を用いて基板18のスキャン露光を行ってもよい。これにより、より小型のフォトマスクを使用できるので、フォトマスクの作製コストを安くすることができる。また、マスクサイズが小さいことで、マスクの自重によってマスクに撓みが発生するのを抑制することができるので、より高精度に配向処理を行うことができる。更に、マスクサイズが小さいことで、マスク自体のパターン精度を向上することができる。
以上、本実施形態によれば、表示ムラの発生を抑制することができるが、しかしながら、本実施形態においては懸念される点がある。フォトマスク21aを例にしてこの点について説明する。中央部19a及びグレイトーン部20aにおける透光部のエッジであって、スキャン方向に直交するエッジの数は、図26に示す通りとなり、9列目から11列目の透光部28aの間でエッジの数が不連続になっている。
非特許文献1によると、本実施形態のように斜め方向からの配向膜を露光しなくとも、スキャンしながら配向膜を法線方向から露光してもチルト角が発現することが開示されている。つまり、透光部のエッジの通過だけで配向膜に配向能が付与されることがある。当該文献は水平配向膜によるものではあるが、垂直配向膜でも同様の現象が起きると推定される。したがって、本実施形態のようにグレイトーン部20aを設け、グレイトーン部20a内でエッジの数に不連続性が生じると、配向膜が受ける実効的な照射エネルギーに不連続性が生じ、結果的にムラとして視認される懸念がある。
そこで、この懸念を解消するために本発明者らが創作した実施形態2について説明する。
(実施形態2)
本実施形態では、フォトマスク21aを例にして説明するが、フォトマスク21b〜21gについても同様の形態を有してもよい。実施形態2は、以下の点で実施形態1と異なる。すなわち、図27に示すように、中央部19a及びグレイトーン部20aの双方において、単位エリアの境界に遮光部(以下、ブリッジ29とする)を設ける。これにより、透光部27aは、スキャン方向において離散的に分散して(分割して)配置されることとなる。図27では、ブリッジ29の設置により新たに発生した透光部のエッジ(スキャン方向に直交するエッジ)を楕円で囲んでいる。1つの楕円あたり実際には2つのエッジが存在する。また、同じ列の透光部が含むエッジの合計をフォトマスク21aの下部に示す。このように、本実施形態では、中央部19aからグレイトーン部20aに向かって、エッジの数は連続的に変化し、徐々に減少している。
したがって、本実施形態によれば、エッジの数の不連続性に起因するムラが発生するのを抑制することができる。
また、実施形態1に比べてエッジの数が多くなるので、チルト角をより効果的に発現することができる。そのため、スキャン速度を上げてタクトタイムを短縮することができる。若しくは、光源の照度を低下して光源の寿命を延ばすことができる。
もちろん、本実施形態によっても、例えスキャン露光中に第1基板1が停止したとしても、露光領域22、23のみならず継ぎ部24においても、透光部28aに起因する表示ムラが視認されないようにすることができる。
なお、ブリッジ29の幅(短手方向(スキャン方向)の長さ)αは、スキャン露光が静止した時にも当該ブリッジが配向膜に転写されないようにできるだけ細いことが好ましい。具体的には、αの下限値はマスクの描画線幅の最小値である1μmであることが好ましく、上限値は20μm程度であることが好ましい。スキャン露光時に基板とマスクとの間にはギャップ(100〜200μm程度)が存在するため、透光部を透過した光線に回折が生じる。したがって、透光部を透過した光線の配向膜上での強度分布が均一となるように、この上限値は決定される。すなわち、ブリッジ29の像が配向膜上で充分にボケるように上限値は決定される。また、図28に示すように、本実施形態の単位エリアのスキャン方向における長さΔy2(μm)は下式で求まる。
(N−1)×Δy2+(N−2)×α=40000
図29に、実施形態2の変形例を示す。
本変形例は、図29に示すように、実施形態1においてエッジ数が不連続になっていた部分に対してのみ、ブリッジ29を形成している。すなわち、本変形例では、10列目の透光部28aにのみブリッジ29を2本追加している。これによっても、中央部19aからグレイトーン部20aにおいてエッジの数を連続的に変化させることができるので、エッジの数の不連続性に起因するムラが発生するのを抑制することができる。
(実施形態3)
本実施形態では、フォトマスク21aを例にして説明するが、フォトマスク21b〜21gについても同様の形態を有してもよい。実施形態3は、以下の点で実施形態1、2と異なる。すなわち、図30に示すように、実施形態3のフォトマスクのパターンが、実施形態1、2のようなモザイク状のパターンではない。N列分の画素と重なるようにグレイトーン部20aが設けられているとし、グレイトーン部20aの右端に位置する画素を1列目の画素、グレイトーン部20aの左端に位置する画素をN列目の画素とする(図30中、グレイトーン部20aの上部に記載された数字参照。)。また、画素と同じように透光部28aにも順番をつける。すなわち、1列目の画素に重なる透光部28aを1列目の透光部、N列目の画素に重なる透光部28aをN列目の透光部とする。更に、スキャン方向に平行な直線を走査線とする。そうすると、同じ列の透光部28aの個数は、中央部19aに近い列ほど多く、1個ずつ増加している。また、各透光部28aは、1つの単位エリアを含み、そして、3列目以上の透光部28aのうちで、同じ列の透光部28a、すなわち同じ走査線上に存在する透光部28aがスキャン方向において等間隔で配列されている。また、グレイトーン部20aにおいて、透光部28aの密度は、中央部19aから離れるにつれて疎に変化する。
本実施形態によれば、同じ列の透光部28aがスキャン方向において等間隔で配列されている。そのため、実施形態1、2で示したモザイク状のパターンのように、透光部28aの位置が偏ることがない。したがって、透光部28aの位置の偏りに起因する表示ムラが発生するのを抑制することができる。
また、中央部19aの透光部27aにブリッジを設けているので、中央部19aからグレイトーン部20aに向かって、スキャン方向に直交するエッジの数は連続的に変化し、徐々に減少している。したがって、本実施形態によっても、エッジの数の不連続性に起因するムラが発生するのを抑制することができる。なお、本実施形態において、単位エリアのスキャン方向における長さΔy3と、ブリッジ29の幅αとは、図31に示すように、実施形態2と同様の考え方で求めることができる。もちろん、本実施形態でも、透光部27aにブリッジ29を設けなくてもよい。
本願は、2010年1月25日に出願された日本国特許出願2010−13453号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。
1:第1基板
2:第2基板
3:液晶層
3a、3b:液晶分子
4a、4b:透明電極
5a、5b:垂直配向膜
6a、6b:偏光板
7a、7b:位相差板
8:サブ画素
9:走査信号線
10:データ信号線
11:TFT
12:画素電極
13:ブラックマトリクス(BM)
14:カラーフィルタ
15:光線(偏光紫外線)
16:プロキシミティギャップ
17:プレチルト角
18:基板
19a〜19h:中央部
20a〜20h:グレイトーン部
21、21a〜21h:フォトマスク
22、23、32、33:露光領域
24、34:継ぎ部
25:光源
26a、26b:絶縁基板
27a、27b、28a、28b:透光部
29:ブリッジ
30:画像検出用カメラ
100:液晶表示装置
P、Q:偏光板の偏光軸方向
A、B:方向
R:赤の着色層
G:緑の着色層
B:青の着色層

Claims (28)

  1. 基板上に設けられた光配向膜を露光するための露光装置であって、
    前記露光装置は、光源及びフォトマスクを備え、前記光源及び前記基板の少なくとも一方を走査しながら前記フォトマスクを介して前記光配向膜を露光し、
    前記光源及び前記基板の少なくとも一方が走査される方向を走査方向、前記走査方向に対して垂直な方向を垂直方向とすると、
    前記フォトマスクは、第1領域と、前記第1領域に垂直方向に隣接する第2領域とを有し、
    前記第1領域は、第1遮光部内に複数の第1透光部を有し、
    前記複数の第1透光部は、垂直方向に配列され、
    前記第2領域は、第2遮光部内に複数の第2透光部を有し、
    前記複数の第2透光部は、前記複数の第1透光部よりも小さく、
    前記複数の第2透光部は、垂直方向に配列されるとともに、走査方向に離散的に分散されていることを特徴とする露光装置。
  2. 前記第2領域の開口率は、前記第1領域から離れるにしたがって減少することを特徴とする請求項1記載の露光装置。
  3. 前記複数の第2透光部及び前記第2遮光部は、前記走査方向に平行な前記第2領域の中心線に対して、互いに対称に設けられることを特徴とする請求項1又は2記載の露光装置。
  4. 前記複数の第2透光部及び前記第2遮光部は、前記走査方向に平行な前記第2領域の中心線に対して、互いに鏡像の関係にあることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の露光装置。
  5. 前記フォトマスクは、第1のフォトマスクであり、
    前記露光装置は、第2のフォトマスクを更に備え、前記光源及び前記基板の少なくとも一方を走査しながら前記第1及び第2のフォトマスクを介して前記光配向膜を露光し、
    前記第2のフォトマスクは、第3領域と、前記第3領域に垂直方向に隣接する第4領域とを有し、
    前記第3領域は、第3遮光部内に複数の第3透光部を有し、
    前記複数の第3透光部は、垂直方向に配列され、
    前記第4領域は、第4遮光部内に複数の第4透光部を有し、
    前記複数の第4透光部は、前記複数の第3透光部よりも小さく、
    前記複数の第4透光部は、垂直方向に配列されるとともに、走査方向に離散的に分散され、
    前記光配向膜の一部は、前記複数の第2透光部を通して露光されるとともに、前記複数の第4透光部を通して露光されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の露光装置。
  6. 前記第4領域の開口率は、前記第3領域から離れるにしたがって減少することを特徴とする請求項5記載の露光装置。
  7. 前記複数の第2透光部は、前記第4遮光部に対応して設けられ、
    前記複数の第4透光部は、前記第2遮光部に対応して設けられることを特徴とする請求項5又は6記載の露光装置。
  8. 前記第1及び第2のフォトマスクは、前記走査方向に平行な前記第2領域の中心線と、前記走査方向に平行な前記第4領域の中心線とが一致するように配置され、
    前記複数の第2透光部及び前記複数の第4透光部は、前記両中心線に対して、互いに鏡像の関係にあることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の露光装置。
  9. 前記走査方向に平行な直線を走査線とすると、
    同じ走査線上に存在する複数の第2透光部は、実質的に等間隔に配置されることを特徴とする請求項1又は2記載の露光装置。
  10. 前記複数の第1透光部は、前記走査方向に離散的に分散されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の露光装置。
  11. 前記走査方向に隣接する第1透光部の間の領域は、遮光されていることを特徴とする請求項10記載の露光装置。
  12. 基板上に設けられた光配向膜を備える液晶表示装置の製造方法であって、
    前記製造方法は、光源及び前記基板の少なくとも一方を走査しながらフォトマスクを介して前記光配向膜を露光する露光工程を含み、
    前記光源及び前記基板の少なくとも一方が走査される方向を走査方向、前記走査方向に対して垂直な方向を垂直方向とすると、
    前記フォトマスクは、第1領域と、前記第1領域に垂直方向に隣接する第2領域とを有し、
    前記第1領域は、第1遮光部内に複数の第1透光部を有し、
    前記複数の第1透光部は、垂直方向に配列され、
    前記第2領域は、第2遮光部内に複数の第2透光部を有し、
    前記複数の第2透光部は、前記複数の第1透光部よりも小さく、
    前記複数の第2透光部は、垂直方向に配列されるとともに、走査方向に離散的に分散されていることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  13. 前記第2領域の開口率は、前記第1領域から離れるにしたがって減少することを特徴とする請求項12記載の液晶表示装置の製造方法。
  14. 前記複数の第2透光部及び前記第2遮光部は、前記走査方向に平行な前記第2領域の中心線に対して、互いに対称に設けられることを特徴とする請求項12又は13記載の液晶表示装置の製造方法。
  15. 前記複数の第2透光部及び前記第2遮光部は、前記走査方向に平行な前記第2領域の中心線に対して、互いに鏡像の関係にあることを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
  16. 前記フォトマスクは、第1のフォトマスクであり、
    前記露光工程は、前記光源及び前記基板の少なくとも一方を走査しながら前記第1のフォトマス及び第2のフォトマスクを介して前記光配向膜を露光し、
    前記第2のフォトマスクは、第3領域と、前記第3領域に垂直方向に隣接する第4領域とを有し、
    前記第3領域は、第3遮光部内に複数の第3透光部を有し、
    前記複数の第3透光部は、垂直方向に配列され、
    前記第4領域は、第4遮光部内に複数の第4透光部を有し、
    前記複数の第4透光部は、前記複数の第3透光部よりも小さく、
    前記複数の第4透光部は、垂直方向に配列されるとともに、走査方向に離散的に分散され、
    前記光配向膜の一部は、前記複数の第2透光部を通して露光されるとともに、前記複数の第4透光部を通して露光されることを特徴とする請求項12〜15のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
  17. 前記第4領域の開口率は、前記第3領域から離れるにしたがって減少することを特徴とする請求項16記載の液晶表示装置の製造方法。
  18. 前記複数の第2透光部は、前記第4遮光部に対応して設けられ、
    前記複数の第4透光部は、前記第2遮光部に対応して設けられることを特徴とする請求項16又は17記載の液晶表示装置の製造方法。
  19. 前記第1及び第2のフォトマスクは、前記走査方向に平行な前記第2領域の中心線と、前記走査方向に平行な前記第4領域の中心線とが一致するように配置され、
    前記複数の第2透光部及び前記複数の第4透光部は、前記両中心線に対して、互いに鏡像の関係にあることを特徴とする請求項16〜18のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
  20. 前記走査方向に平行な直線を走査線とすると、
    同じ走査線上に存在する複数の第2透光部は、実質的に等間隔に配置されることを特徴とする請求項12又は13記載の液晶表示装置の製造方法。
  21. 前記複数の第1透光部は、前記走査方向に離散的に分散されていることを特徴とする請求項12〜20のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
  22. 前記走査方向に隣接する第1透光部の間の領域は、遮光されていることを特徴とする請求項21記載の液晶表示装置の製造方法。
  23. 前記露光工程は、前記基板を平面視したときに、互いに反平行方向に露光される2つの領域を各画素内に形成するように、前記光配向膜を露光することを特徴とする請求項12〜22のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
  24. 請求項12〜23のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法によって作製されたことを特徴とする液晶表示装置。
  25. 前記液晶表示装置は、垂直配向型の液晶層を備え、
    前記液晶層は、誘電率異方性が負の液晶材料を含有することを特徴とする請求項24記載の液晶表示装置。
  26. 前記液晶表示装置は、水平配向型の液晶層を備え、
    前記液晶層は、誘電率異方性が正の液晶材料を含有することを特徴とする請求項24記載の液晶表示装置。
  27. 前記液晶層は、ツイストネマチック液晶を含有することを特徴とする請求項25又は26記載の液晶表示装置。
  28. 前記液晶表示装置は、2以上のドメインを有することを特徴とする請求項24〜27のいずれかに記載の液晶表示装置。
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