WO2019031453A1 - 光配向用露光装置 - Google Patents

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alignment
light source
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吉田　祐治
池田　聡
敏成 新井
敢 三宅
崇 片山
平井　明
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株式会社ブイ・テクノロジー
シャープ株式会社
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    • G03F7/70058—Mask illumination systems
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    • G—PHYSICS
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    • G02F1/1303—Apparatus specially adapted to the manufacture of LCDs
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    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor

Definitions

  • the present invention relates to an exposure apparatus used to perform light alignment of liquid crystal.
  • the pretilt angle is an angle formed by the major axis of liquid crystal molecules along the liquid crystal alignment axis and the alignment plane, which largely affects the display characteristics of the LCD. Therefore, in order to achieve high display quality of the LCD, it is essential to stably express the pretilt angle.
  • the photo-alignment process is an alternative to the rubbing process in that non-contact processing can eliminate contamination by dust on the alignment film and electrostatic damage to the TFT substrate and can perform more uniform alignment processing. It is popular. Oblique exposure is known as an exposure method for developing a pretilt angle by this light alignment process.
  • the oblique exposure is to irradiate polarized ultraviolet light at a predetermined angle from the normal direction of the film on the irradiated film to be the alignment film.
  • the exposure apparatus for performing oblique exposure has a light source with high directivity.
  • an irradiation unit for setting an irradiation angle to the film to be irradiated through a plurality of reflection plates see Patent Document 1 below.
  • the above-described conventional exposure apparatus which performs oblique exposure has a problem that the light source is limited to a relatively expensive and highly directional one, and the illuminance distribution of the irradiation surface when obliquely irradiated is uneven due to the difference in optical path length.
  • the light path length is set to be long, and the space for the light path length securing is required due to the plurality of reflecting plates, and there is a problem that the irradiation unit becomes large.
  • the present invention has an object to address such a problem. That is, it is possible to use an inexpensive scattered light source (volume light source) in an exposure apparatus for light alignment that performs oblique exposure to express a pretilt angle, and to obtain uniform illuminance distribution in a compact form, etc. And
  • the present invention comprises the following composition.
  • a light alignment exposure apparatus that performs light alignment processing by performing scanning exposure in one direction with respect to a surface to be irradiated, which is a light source for emitting scattered light toward the surface to be irradiated, and emitted from the light source Among the light, an optical filter that selectively emits ultraviolet light, and an irradiation angle limiting member that selectively emits light of the light emitted from the optical filter that is obliquely emitted with respect to the scanning direction.
  • the irradiation angle limiting member is characterized in that a flat light direction limiting plate is inclined at a predetermined angle with respect to the surface to be irradiated, and a plurality of parallel arrangement of the light direction limiting plate is performed at set intervals along the scanning direction. Exposure apparatus for light alignment.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing an exposure apparatus for light alignment according to an embodiment of the present invention (an explanatory view (a) is a side view and an explanatory view (b) is a front view). It is an explanatory view showing an example of composition of an irradiation angle restriction member. It is explanatory drawing which showed the exposure apparatus for optical alignment which concerns on other embodiment of this invention.
  • the exposure apparatus 1 for light alignment includes a light source 2, an optical filter 3, an irradiation angle limiting member 4, and a polarizer 5, and an irradiated surface on a substrate 10 supported on a base (stage) 20.
  • the light alignment process is performed by performing scanning exposure in one direction (X direction in the drawing) with respect to 10S.
  • the scanning exposure may be performed while fixing the light alignment exposure device 1 and moving the substrate 10 in the X direction in the drawing, or the light alignment exposure device 1 may be illustrated by fixing the substrate 10. It may be performed while moving in the reverse direction (-X direction) of the direction. It may be performed while moving the substrate 10 and the exposure apparatus 1 for optical alignment together.
  • the light source 2 emits scattered light toward the surface 10S to be irradiated, and has a longitudinally long lamp 2A whose longitudinal direction is the scanning direction (X direction in the figure) and a longitudinally long lamp 2A along which the light is emitted from the lamp 2A.
  • the reflecting mirror 2B which directs the emitted light to the to-be-irradiated surface 10S is provided.
  • the reflecting mirror 2B has a reflecting surface having a concave curved cross section (YZ cross section) intersecting the scanning direction.
  • the optical filter 3 is a filter (band pass filter) that selectively emits ultraviolet light out of the light emitted from the light source 2.
  • the polarizer 5 is a polarizing plate, a wire grid polarizer, or the like, is disposed between the irradiation angle limiting member 4 and the irradiated surface 10S, and has a polarization axis set in the direction set with respect to the scanning direction (X direction in the drawing). The angle is adjusted so that
  • the irradiation angle limiting member 4 selectively emits, among the light (ultraviolet light) emitted from the optical filter 3, the light irradiated obliquely to the scanning direction (X direction in the drawing). For this reason, the irradiation angle limiting member 4 includes a plurality of flat light direction limiting plates 40.
  • the light direction limiting plate 40 is a flat member as shown in FIG. 2 and is inclined at a constant angle ⁇ 1 with respect to the light receiving surface 10S and is set at a set interval tp along the scanning direction (X direction in the figure). Multiple parallel arrangement is made. It is preferable that the ultraviolet ray absorbing surface 40S be formed on the front and back of the light direction limiting plate 40.
  • the scattered light emitted from the lamp 2A and reflected by the reflecting mirror 2B is emitted from the light source 2 and passes through the optical filter 3 to become ultraviolet light of a specific wavelength.
  • the member 4 By passing through the member 4, it becomes ultraviolet light which is obliquely irradiated to the surface 10 S to be irradiated in a specific direction, and it becomes polarized ultraviolet light by passing through the polarizer 5 and is irradiated to the surface 10 S to be irradiated.
  • the irradiation angle limiting member 4 absorbs the light (ultraviolet light) that has hit the ultraviolet absorbing surface 40S when passing through the light direction limiting plate 40 disposed in parallel at the interval tp. Since the beam can not pass through, the illumination angle is limited to the angle between the maximum illumination beam angle ⁇ max and the minimum illumination beam angle ⁇ min .
  • the irradiation angle is a predetermined range centered on the central irradiation light beam angle ⁇ c in the same direction as the inclination angle ⁇ 1 with respect to the scanning direction of the light direction limiting plate 40 (X direction in the drawing). Variations in the range can be suppressed.
  • the light transmitted through the irradiation angle limiting member 4 as described above is restricted in the irradiation angle to the surface 10S to be irradiated, but focusing on the light transmitted through the optical filter 3, the light transmitted through the optical filter 3 Among them, only the light passing obliquely is selected and irradiated.
  • the irradiation range of the light simultaneously irradiated along the scanning direction by the exposure apparatus 1 for optical alignment is substantially equal to the length of the longitudinal direction of the light source 2, In the range, the exposure apparatus 1 for optical alignment and irradiation object A uniform illuminance distribution can be obtained regardless of the distance to the surface 10S. This makes it possible to perform exposure in a compact form in which the light alignment exposure device 1 is brought close to the illuminated surface 10S.
  • FIG. 3 shows a light alignment exposure apparatus 1 according to another embodiment.
  • the light source 2 is disposed in a horizontally long shape whose longitudinal direction is a direction (Y direction in the drawing) intersecting with the scanning direction (X direction in the drawing).
  • the optical filter 3, the irradiation angle limiting member 4 in which a plurality of light direction limiting plates 40 are arranged in parallel, and the polarizer 5 are provided.
  • the polarizer 5 it is possible to obtain a light alignment exposure apparatus 1 that performs light alignment processing by oblique exposure using a scattering light source.
  • An alignment agent “RN4000” (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was applied by spin coating on two glass substrates, and drying was performed at 80 ° C. for 1 minute. The alignment film thickness at this time is 100 nm. Thereafter, exposure was performed by the light alignment exposure apparatus 1.
  • the optical filter 3 used a 313 nm band pass filter.
  • the polarizer 5 used a wire grid type polarizing plate, and the degree of polarization was about 100 at 313 nm.
  • the 313 nm exposure was 5 mJ / cm 2 as measured with UIT 250-S 313 (manufactured by Ushio Inc.) with the light receiving surface disposed parallel to the exposure stage. Thereafter, main firing was performed at 140 ° C.
  • the pretilt angle of this liquid crystal cell was measured by a crystal rotation method.
  • Axoscan manufactured by Axometrics
  • the pretilt angle was 25 °.
  • this cell sandwiched between two crossed Nicol polarizers it was a uniformly oriented liquid crystal cell.
  • a liquid crystal cell was completed in the same manner as in Example 1 except that the exposure dose was 10 mJ / cm 2 .
  • the pretilt angle of this liquid crystal cell was 6 °. Further, when observed with this cell sandwiched between two crossed Nicol polarizers, it was a uniformly oriented liquid crystal cell.
  • Example 2 The rest was carried out in the same manner as in Example 2 (using the exposure apparatus 1 for light alignment using a light shielding plate without using a louver) to complete a liquid crystal cell.
  • the pretilt angle of this liquid crystal cell was 65 °. Further, when observed with this cell sandwiched between two crossed Nicol polarizers, it was a uniformly oriented liquid crystal cell.
  • an inexpensive scattering light source (volume light source) can be used in an exposure apparatus that performs oblique exposure to express a pretilt angle.
  • uniform illuminance distribution can be obtained in a compact form.
  • Exposure apparatus for light alignment 2: light source, 2A: lamp, 2B: reflector, 3: optical filter, 4: Irradiation angle limiting member, 40: Light direction limiting plate, 40S: UV absorbing surface, 5: Polarizer, 10: Substrate, 10S: Irradiated surface, 20: Base (stage)

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Abstract

プレチルト角を発現させるために斜め露光を行う光配向用露光装置において、安価な散乱光源（体積光源）を用いることができると共に、コンパクトな形態で均一な照度分布を得る。被照射面に対して一方向に走査露光を行うことで光配向処理を行う光配向用露光装置（１）は、被照射面（１０Ｓ）に向けて散乱光を出射する光源（２）と、光源（２）から出射された光のうち、紫外線を選択的に出射する光学フィルタ（３）と、光学フィルタ（３）から出射された光のうち、走査方向に対して斜めに照射される光を選択的に出射する照射角度制限部材（４）とを備え、照射角度制限部材（４）は、平板状の光方向制限板（４０）を、被照射面（１０Ｓ）に対して一定の角度で傾斜させ、走査方向に沿って設定間隔で複数平行配列させている。

Description

光配向用露光装置
　本発明は、液晶の光配向を行うために用いられる露光装置に関するものである。
　液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の高精細化を進める上で、ＬＣＤの製造に不可欠な液晶配向処理におけるプレチルト角の安定化が重要な課題になっている。プレチルト角とは、液晶配向軸に沿った液晶分子の長軸と配向面とのなす角度であり、ＬＣＤの表示特性に大きく影響する。そのため、ＬＣＤの高表示品質を達成するためには、プレチルト角を安定して発現させることが不可欠となる。
　光配向処理は、非接触処理によって、配向膜上の塵による汚染やＴＦＴ基板に与える静電ダメージを解消すると共に、より均一な配向処理を行うことができる点で、ラビング処理に代わる処理方法として普及している。この光配向処理によって、プレチルト角を発現させる露光方法として、斜め露光が知られている。
　斜め露光は、配向膜となる被照射膜上に、膜の法線方向から所定の角度で偏光紫外線を照射するものであり、従来、斜め露光を行うための露光装置は、指向性の高い光源を用い、複数の反射板を介して被照射膜に対する照射角度を設定する照射部を備えている（下記特許文献１参照）。
特開２０１１－１７５０２５号公報
　斜め露光を行う前述した従来の露光装置は、光源が比較的高価な指向性の高いものに限定される問題があると共に、斜め照射した際の照射面の照度分布が光路長の差で不均一になるのを避けるために、光路長を長めに設定することがなされており、複数の反射板と光路長確保のための空間を要することで、照射部が大型になる問題がある。
　本発明は、このような問題に対処することを課題としている。すなわち、プレチルト角を発現させるために斜め露光を行う光配向用露光装置において、安価な散乱光源（体積光源）を用いることができると共に、コンパクトな形態で均一な照度分布を得ること、などを課題としている。
　このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
　被照射面に対して一方向に走査露光を行うことで光配向処理を行う光配向用露光装置であって、前記被照射面に向けて散乱光を出射する光源と、前記光源から出射された光のうち、紫外線を選択的に出射する光学フィルタと、前記光学フィルタから出射された光のうち、前記走査方向に対して斜めに照射される光を選択的に出射する照射角度制限部材とを備え、前記照射角度制限部材は、平板状の光方向制限板を、前記被照射面に対して一定の角度で傾斜させ、前記走査方向に沿って設定間隔で複数平行配列させていることを特徴とする光配向用露光装置。
本発明の実施形態に係る光配向用露光装置を示した説明図（（ａ）が側面視した説明図、（ｂ）が正面視した説明図）である。 照射角度制限部材の構成例を示した説明図である。 本発明の他の実施形態に係る光配向用露光装置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。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。
　図１において、光配向用露光装置１は、光源２、光学フィルタ３、照射角度制限部材４、偏光子５を備えおり、基台（ステージ）２０上に支持された基板１０上の被照射面１０Ｓに対して一方向（図示Ｘ方向）に走査露光を行うことで光配向処理を行うものである。この際の走査露光は、光配向用露光装置１を固定して、基板１０を図示Ｘ方向に移動しながら行っても良いし、基板１０を固定して、光配向用露光装置１を図示Ｘ方向の逆方向（－Ｘ方向）に移動しながら行っても良い。基板１０と光配向用露光装置１を共に移動しながら行っても良い。
　光源２は、被照射面１０Ｓに向けて散乱光を出射するものであり、走査方向（図示Ｘ方向）を長手方向とする縦長状のランプ２Ａと、それに沿って縦長状で、ランプ２Ａから出射した光を被照射面１０Ｓに向ける反射鏡２Ｂを備えている。反射鏡２Ｂは、走査方向に交差する断面（Ｙ－Ｚ断面）が凹湾曲状の反射面を有している。
　光学フィルタ３は、光源２から出射された光のうち、紫外線を選択的に出射するもの（バンドパスフィルタ）である。偏光子５は、偏光板やワイヤーグリッド偏光子などであり、照射角度制限部材４と被照射面１０Ｓとの間に配置され、走査方向（図示Ｘ方向）に対して設定された向きに偏光軸が向くように角度調整がなされている。
　照射角度制限部材４は、光学フィルタ３から出射された光（紫外線）のうち、走査方向（図示Ｘ方向）に対して斜めに照射される光を選択的に出射する。このため、照射角度制限部材４は、平板状の光方向制限板４０を複数備えている。
　光方向制限板４０は、図２に示すように、平板状の部材であり、被照射面１０Ｓに対して一定の角度θ１で傾斜させ、走査方向（図示Ｘ方向）に沿って設定間隔ｔｐで複数平行配列させている。この光方向制限板４０はその表裏に紫外線吸収面４０Ｓが形成されていることが好ましい。
　このような光配向用露光装置１によると、ランプ２Ａから出射して反射鏡２Ｂで反射した散乱光が光源２から出射され、光学フィルタ３を通過することで特定波長の紫外線となり、照射角度制限部材４を通過することで、特定の方向で被照射面１０Ｓに対して斜め照射される紫外線になり、偏光子５を通過することで偏光紫外線となって、被照射面１０Ｓに照射される。
　ここで、照射角度制限部材４は、図２に示すように、間隔ｔｐで平行に配置された光方向制限板４０を通過するに際して、紫外線吸収面４０Ｓに当たった光（紫外線）は吸収されて通過できなくなるので、最大照射光線角度θmaxと最小照射光線角度θminの間の角度に照射角度が制限される。この照射角度は、光方向制限板４０の走査方向（図示Ｘ方向）に対する傾斜角度θ１と同方向となる中央照射光線角度θｃを中心とする所定の範囲になるが、間隔ｔｐを狭めることで角度範囲のばらつきを抑えることができる。
　このような照射角度制限部材４を通過した光は、被照射面１０Ｓへの照射角度が制限されることになるが、光学フィルタ３を通過する光に着目すると、光学フィルタ３を通過した光のうち、斜めに通過した光のみが選択されて照射されることになる。光学フィルタ３は、一般に角度依存性を有しているので、光学フィルタ３を斜めに通過する光の波長は、光学フィルタ３を垂直に通過する光の波長（設定波長）に対して低波長側にシフトする。このため、露光波長を所望の波長（例えば、３１３ｎｍ）にするためには、光学フィルタ３の選択波長設定値を、目標露光波長に対して高波長側にシフト（例えば、３１３ｎｍ＋３６ｎｍ＝３４９ｎｍ）した値にすることが必要になる。
　このような光配向用露光装置１を用いると、比較的安価な散乱光源を用いて、光配向処理によってプレチルト角を発現させることができる斜め露光を行うことができる。この際、光配向用露光装置１によって走査方向に沿って同時に照射される光の照射範囲は、ほぼ光源２の長手方向の長さに等しく、その範囲で、光配向用露光装置１と被照射面１０Ｓとの距離とは無関係に、均一な照度分布を得ることができる。これによって、光配向用露光装置１を被照射面１０Ｓに近づけたコンパクトな形態で露光を行うことが可能になる。
　図３は、他の実施形態に係る光配向用露光装置１を示している。この例では、光源２は、走査方向（図示Ｘ方向）と交差する方向（図示Ｙ方向）を長手方向とする横長状に配置されている。このような光源２を用いた場合にも、前述した例と同様に、光学フィルタ３と、光方向制限板４０を複数平行に配置した照射角度制限部材４と、偏光子５とを配備することで、散乱光源を用いて斜め露光による光配向処理を行う光配向用露光装置１を得ることができる。
　２枚のガラス基板上に配向剤「ＲＮ４０００」（日産化学工業株式会社製）をスピンコートで塗布して、８０℃で１分間乾燥を行った。この時の配向膜厚は１００ｎｍである。その後、光配向用露光装置１で露光を行った。光学フィルタ３は３１３ｎｍバンドパスフィルタを使用した。偏光子５はワイヤグリッド型偏光板を使用し、その偏光度は３１３ｎｍで約１００であった。３１３ｎｍ露光量はＵＩＴ２５０－Ｓ３１３（ウシオ電機社製）で受光面を露光ステージに平行に配置して測定したところ５ｍＪ／ｃｍ2であった。その後、本焼成をホットプレート（アズワン社製ＥＣ－１２００Ｎ）で１４０℃２０分で行い、製膜を完了した。この製膜済みガラス基板の１枚にはシール材のストラクトボンドＨＣ－９１３ＦＰ（三井化学社製）を描画し、他の１枚にはプラスチックビーズスペーサーのミクロパールＳＰ－２０３５（積水化学社製）を散布した。この２枚のガラス基板を貼り合せて、１２０℃６０分焼成して真空注入セルを作製した。このセルにＭＬＣ２００３（メルク社製）を封入して、封止処理後に１３０℃・１０分再配向処理して液晶セルを完成させた。
　この液晶セルをクリスタルローテーション法でプレチルト角を測定した。測定にはＡｘｏｓｃａｎ（Ａｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社製）を使用した。この結果、プレチルト角は２５°であった。さらにクロスニコルの偏光子２枚の間にこのセルを挟んで観察したところ、一様配向した液晶セルであった。
　露光量が１０ｍＪ／ｃｍ2であった以外は実施例１と同様に実施し、液晶セルを完成させた。この液晶セルのプレチルト角は６°であった。さらにクロスニコルの偏光子２枚の間にこのセルを挟んで観察したところ、一様配向した液晶セルであった。
（ルーバーを使用せずに、遮光板を使用した光配向用露光装置１を用いて）その他は実施例２と同様に実施し、液晶セルを完成させた。この液晶セルのプレチルト角は６５°であった。さらにクロスニコルの偏光子２枚の間にこのセルを挟んで観察したところ、一様配向した液晶セルであった。
　以上説明したように、本発明の実施形態に係る光配向用露光装置１によると、プレチルト角を発現させるために斜め露光を行う露光装置において、安価な散乱光源（体積光源）を用いることができると共に、コンパクトな形態で均一な照度分布を得ることができる。
　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。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
１：光配向用露光装置，
２：光源，２Ａ：ランプ，２Ｂ：反射鏡，３：光学フィルタ，
４：照射角度制限部材，４０：光方向制限板，４０Ｓ：紫外線吸収面，
５：偏光子，１０：基板，１０Ｓ：被照射面，２０：基台（ステージ）

Claims (6)

  1. 　被照射面に対して一方向に走査露光を行うことで光配向処理を行う光配向用露光装置であって、
    　前記被照射面に向けて散乱光を出射する光源と、
    　前記光源から出射された光のうち、紫外線を選択的に出射する光学フィルタと、
    　前記光学フィルタから出射された光のうち、前記走査方向に対して斜めに照射される光を選択的に出射する照射角度制限部材とを備え、
    　前記照射角度制限部材は、平板状の光方向制限板を、前記被照射面に対して一定の角度で傾斜させ、前記走査方向に沿って設定間隔で複数平行配列させていることを特徴とする光配向用露光装置。
  2. 　前記平板状の光方向制限板は、表裏に紫外線吸収面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載された光配向用露光装置。
  3. 　前記光源は、前記走査方向を長手方向とする縦長状に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載された光配向用露光装置。
  4. 　前記光源は、前記走査方向と交差する方向を長手方向とする横長状に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光配向用露光装置。
  5. 　前記照射角度制限部材と前記被照射面との間に偏光子が配置されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の光配向用露光装置。
  6. 　前記光学フィルタは、前記被照射面に平行に配置され、当該光学フィルタの選択波長設定値を、目標露光波長に対して高波長側にシフトした値としていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の光配向用露光装置。
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