WO2019142328A1 - 液晶表示装置の製造方法およびフォトマスク - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method of manufacturing a liquid crystal display device, and more particularly to a method of manufacturing a liquid crystal display device provided with a light alignment film.
- the invention also relates to a photomask used in the manufacture of such a liquid crystal display.
- liquid crystal display devices have been improved, and their use in television receivers and the like has been advanced. Although the viewing angle characteristics of the liquid crystal display device have been improved, further improvement is desired. In particular, there is a strong demand for improving the viewing angle characteristics of a liquid crystal display device (also referred to as a “VA (Vertical Alignment) liquid crystal display device) using a vertical alignment liquid crystal layer.
- VA Vertical Alignment
- a VA mode liquid crystal display device used for a large display device such as a television adopts an alignment division structure in which a plurality of liquid crystal domains are formed in one pixel in order to improve viewing angle characteristics.
- An MVA (Multi-domain Vertical Alignment) mode is known as one of typical methods for forming an alignment division structure.
- a plurality of liquid crystal domains are different in each pixel by providing an alignment control structure on each liquid crystal layer side of a pair of substrates facing each other across a vertical alignment liquid crystal layer. In fact, four orientations are formed.
- the alignment control structure slits (openings) provided in the electrodes or ribs (protrusion structure) are used, and alignment control force is exerted from both sides of the liquid crystal layer.
- the pretilt direction is defined by the alignment film as in the conventional TN (Twisted Nematic) mode and the like
- the slits or ribs are linear. Are uneven in the pixel. Therefore, a distribution occurs in the response speed in the pixel.
- Patent Document 1 discloses a liquid crystal display device in which the alignment division structure is formed as described above.
- a 4-division alignment structure is formed by defining the pretilt direction with the alignment film. That is, when a voltage is applied to the liquid crystal layer, four liquid crystal domains are formed in one pixel.
- Such a four-division alignment structure may be simply referred to as a 4D structure.
- the directions differ from each other by about 90 °. Therefore, at the time of voltage application, liquid crystal molecules take a twist alignment.
- the VA mode in which liquid crystal molecules take a twist alignment by using a pair of vertical alignment films provided so that the pretilt directions (alignment processing directions) are orthogonal to each other is VATN (Vertical Alignment Twisted Nematic (Vertically Aligned Twisted). Sometimes called Nematic)) or RTN (Reverse Twisted Nematic) mode.
- the display mode of the liquid crystal display device of Patent Document 1 may be referred to as a 4D-RTN mode.
- Patent Document 2 proposes an exposure apparatus of a system in which a plurality of small-sized photomasks are arrayed to perform scan exposure.
- the inventors of the present application conducted a detailed study, and when photo alignment processing is performed using an exposure apparatus of a method as disclosed in Patent Document 2, streak-like display unevenness (hereinafter referred to as “muscle unevenness”) in a completed liquid crystal display device And the display quality may be degraded. In addition, it was found that streak unevenness is more likely to occur in a high definition liquid crystal display device having a small size of one pixel.
- the present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a streak-like display unevenness in a VA mode liquid crystal display device in which an alignment division structure is formed by defining a pretilt direction with a photo alignment film.
- a method of manufacturing a liquid crystal display includes a plurality of pixels arranged in a matrix, and between a first substrate and a second substrate facing each other, and the first substrate and the second substrate.
- a liquid crystal layer of a vertical alignment type provided on the substrate, and the first substrate is provided between a pixel electrode provided on each of the plurality of pixels and the pixel electrode and the liquid crystal layer.
- the second substrate includes a counter electrode facing the pixel electrode, and a second photo alignment film provided between the counter electrode and the liquid crystal layer,
- Each of the pixels has a plurality of liquid crystal domains having different reference alignment directions defined by the first photo alignment film and the second photo alignment film, and the plurality of liquid crystal domains extend in parallel to the first direction.
- the first photoalignment film is a first alignment region and a second alignment region that define mutually different pretilt directions in each of the plurality of pixels, including a first liquid crystal domain and a second liquid crystal domain adjacent to each other.
- a method of manufacturing a liquid crystal display device comprising: a first alignment region and a second alignment region adjacent to each other via the first domain boundary, wherein the pixel electrode and the alignment processing are not performed.
- the boundary between the light transmitting portion and the light shielding portion is shifted to the one end side with respect to the first domain boundary, and the first photomask At the other end side in the second direction, the boundary between the light transmitting portion and the light shielding portion is designed to be shifted to the other end side with respect to the first domain boundary.
- a photomask includes a plurality of pixels arranged in a matrix, and is provided between a first substrate and a second substrate facing each other, and the first substrate and the second substrate.
- a liquid crystal layer of a vertical alignment type and the first substrate includes a pixel electrode provided in each of the plurality of pixels, and a first photoalignment film provided between the pixel electrode and the liquid crystal layer
- the second substrate has a counter electrode facing the pixel electrode, and a second photoalignment film provided between the counter electrode and the liquid crystal layer
- each of the plurality of pixels is A plurality of liquid crystal domains having different reference alignment directions defined by the first photo alignment film and the second photo alignment film, wherein the plurality of liquid crystal domains extend in parallel to the first direction; Adjacent to each other through A first alignment region and a second alignment region defining different pre-tilt directions in each of the plurality of pixels, the first photo alignment film including a liquid crystal domain and a second liquid crystal domain;
- the plurality of pairs are arranged along the second direction, and in the exposure step, the light transmission is performed at one end side of the photomask in the second direction.
- the boundary between the light portion and the light shielding portion is shifted to the one end side with respect to the first domain boundary, and at the other end side of the photomask in the second direction, the light transmitting portion and the light shielding portion
- the boundary is designed to be shifted to the other end with respect to the first domain boundary.
- the pretilt direction with the photo alignment film, it is possible to suppress the occurrence of streaky display unevenness in the VA mode liquid crystal display device in which the alignment division structure is formed.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a liquid crystal display device 100 manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a plan view showing an example of the wiring structure of the active matrix substrate 10;
- FIG. 2 is a view showing an alignment division structure of a pixel P in the liquid crystal display device 100.
- (A), (b) and (c) is a figure for demonstrating the method for obtaining the orientation division
- (A) is a plan view showing an example of a mother substrate 10M, and (b) and (c) are plan views showing an arrangement of photomasks 51 and 52 for exposing the mother substrate 10M shown in (a). It is.
- FIG. (A) And (b) is a top view which shows typically the exposure apparatus 200 for performing scan exposure using the photomasks 51 and 52 of the arrangement
- (A) is a figure which shows the arrangement
- (b) is a figure which shows the arrangement
- FIG. (A), (b) and (c) is a figure for demonstrating the reason which the shift
- (A) And (b) is a figure for demonstrating the reason which the shift
- FIG. 1st photomask 51 shows arrangement
- FIG. 2nd photomask 52 shows arrangement
- (A) is a photograph which shows the lighting state of the liquid crystal display device of a comparative example
- (b) is a photograph which shows the lighting state of the liquid crystal display device of an Example.
- (A) is a graph which shows distribution of the luminance level in the lighting state of the liquid crystal display device of a comparative example
- (b) is a graph which shows distribution of the luminance level in the lighting state of the liquid crystal display device of an Example.
- (A), (b) and (c) are the figures for demonstrating the method for obtaining the other example of the orientation division
- vertical alignment type liquid crystal layer refers to a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are aligned substantially perpendicularly (for example, at an angle of about 85 ° or more) to the surface of the alignment film (vertical alignment film). .
- Liquid crystal molecules contained in the vertically aligned liquid crystal layer have negative dielectric anisotropy.
- pixel refers to the smallest unit expressing a specific gradation in display, and in color display, for example, a unit expressing each gradation of R, G and B. It corresponds. A combination of R pixel, G pixel and B pixel constitutes one color display pixel. Further, in the specification of the present application, a region (pixel region) of a liquid crystal display device corresponding to a “pixel” of display is also referred to as a “pixel”.
- the “pretilt direction” is an alignment direction of liquid crystal molecules defined by an alignment film, and refers to an azimuthal direction in a display surface. Further, at this time, an angle that liquid crystal molecules form with the surface of the alignment film is called “pretilt angle”.
- the alignment treatment to the alignment film (a treatment for causing the alignment film to exhibit the ability to define the pretilt direction in a predetermined direction) is performed by the photoalignment treatment. That is, the alignment film used is a photo alignment film.
- a four-divided structure can be formed by changing the combination of the pretilt directions by the pair of alignment films (photo alignment films) facing each other through the liquid crystal layer.
- the four divided pixels (pixel area) have four liquid crystal domains.
- Each liquid crystal domain is characterized by the tilt direction (sometimes referred to as “reference alignment direction”) of liquid crystal molecules in the layer plane of the liquid crystal layer and near the center in the thickness direction when voltage is applied to the liquid crystal layer.
- the tilt direction (reference orientation direction) has a dominant influence on the viewing angle dependency of each domain.
- the tilt direction is a vector (see FIG. 4 (described later) toward the end far from the end closer to the substrate on the rear side (that is, the end closer to the substrate on the front side) of the liquid crystal molecules being tilted.
- the reference in the azimuth direction is the horizontal direction of the display surface, and counterclockwise is positive (when the display surface is compared with the dial of a watch, the azimuth angle is 0 ° in the 3 o'clock direction, and counterclockwise is positive).
- the tilt directions of the four liquid crystal domains are in four directions (for example, 10:30, 7:30, 4:30, etc.) in which the angle between any two directions is substantially equal to an integral multiple of 90 °. By setting so as to be in the direction of 1:30, the viewing angle characteristics are averaged, and a good display can be obtained.
- the areas occupied by the four liquid crystal domains in the pixel region be substantially equal to one another.
- the vertical alignment type liquid crystal layer exemplified in the following embodiment includes a liquid crystal molecule having negative dielectric anisotropy (a nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy), and is a pretilt defined by one alignment film.
- the direction and the pretilt direction defined by the other alignment film are different from each other by about 90 °, and the tilt direction (reference orientation direction) is defined in the middle direction of these two pretilt directions.
- the VA mode in which liquid crystal molecules are in a twist alignment is a VATN (Vertical Alignment Twisted Nematic) mode. Sometimes called.
- the pretilt angles defined by each of the pair of alignment films be approximately equal to one another.
- the alignment treatment to the alignment film a light alignment treatment is preferable as in the embodiment of the present invention.
- the photo-alignment process can be performed without contact, there is no generation of static electricity due to friction as in the rubbing process, and a decrease in yield can be prevented.
- the variation in pretilt angle can be suppressed by using a photoalignment film containing a photosensitive group.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a liquid crystal display device 100, and shows a region corresponding to one pixel.
- the liquid crystal display device 100 includes a liquid crystal display panel 101 and a backlight (illumination device) 102.
- the liquid crystal display panel 101 has an active matrix substrate (first substrate) 10 and an opposing substrate (second substrate) 20 facing each other, and a vertically aligned liquid crystal layer 30 provided therebetween.
- the backlight 102 is disposed on the back side of the liquid crystal display panel 101 (opposite to the viewer).
- the liquid crystal display device 100 has a plurality of pixels arranged in a matrix including a plurality of rows and a plurality of columns.
- the active matrix substrate 10 is provided between the pixel electrode 11 provided for each of the plurality of pixels and the pixel electrode 11 and the liquid crystal layer 30 (that is, the outermost surface of the active matrix substrate 10 on the liquid crystal layer 30 side). And a light alignment film 12.
- the counter substrate 20 is a counter electrode 21 facing the pixel electrode 11 and a second photo-alignment film 22 provided between the counter electrode 21 and the liquid crystal layer 30 (that is, the outermost surface of the counter substrate 20 on the liquid crystal layer 30 side).
- the pixel electrode 11 and the counter electrode 21 are formed of a transparent conductive material (for example, ITO).
- the first photo alignment film 12 and the second photo alignment film 22 have an alignment regulating force to align liquid crystal molecules substantially perpendicularly to the surface thereof.
- the pixel electrode 11 and the first photoalignment film 12 of the active matrix substrate 10 are provided in this order on the surface of the substrate 10a on the liquid crystal layer 30 side. That is, the pixel electrode 11 and the first photo alignment film 12 are supported by the substrate 10 a.
- the substrate 10a is transparent and insulative.
- the substrate 10a is, for example, a glass substrate or a plastic substrate.
- the active matrix substrate 10 includes, in addition to the pixel electrode 11 and the first photo alignment film 12 described above, a thin film transistor (TFT) provided for each pixel, a scanning line and a signal line for supplying scanning signals and display signals to the TFT, etc. Have.
- An example of the wiring structure of the active matrix substrate 10 is shown in FIG. FIG. 2 shows the wiring structure of the area corresponding to one pixel.
- the active matrix substrate 10 includes TFTs 1, scan lines (gate lines) 2 extending in the row direction, signal lines (source lines) 3 extending in the column direction, and storage capacitance lines 4 extending in the row direction. And further.
- the TFT 1 has a gate electrode 5, a semiconductor layer (not shown), a source electrode 6 and a drain electrode 7.
- the gate electrode 5 is electrically connected to the gate wiring 2.
- the gate electrode 5 and the gate wiring 2 are integrally formed, and a part of the gate wiring 2 (a portion overlapping the semiconductor layer through a gate insulating layer not shown) functions as the gate electrode 5 Do.
- the source electrode 6 is electrically connected to the source line 3.
- the source electrode 6 is extended so as to branch from the source wiring 3.
- the drain electrode 7 is electrically connected to the pixel electrode 11. In the example shown in FIG.
- connection portion 7 ′ is extended from the drain electrode 7, and the drain electrode 7 and the auxiliary capacitance electrode 8 are connected by the connection portion 7 ′.
- the storage capacitor electrode 8 is connected to the pixel electrode 11 in a contact hole formed in an interlayer insulating layer (not shown) thereon. Accordingly, the drain electrode 7 is electrically connected to the pixel electrode 11 through the auxiliary capacitance electrode 8 and the connection portion 7 ′.
- the storage capacitor electrode 8 faces the storage capacitor counter electrode 9 via the gate insulating layer.
- the storage capacitor counter electrode 9 is electrically connected to the storage capacitor line 4.
- the storage capacitance counter electrode 9 is integrally formed with the storage capacitance wiring 4. More specifically, the auxiliary capacitance line 4 is formed such that the width of a portion thereof is larger than that of the other portion, and that portion functions as the auxiliary capacitance counter electrode 9.
- a storage capacitance is formed by the storage capacitance electrode 8 and the storage capacitance counter electrode 9 and the gate insulating layer located therebetween.
- the wiring structure of the active matrix substrate 10 is not limited to the example shown in FIG.
- the opposing electrode 21 and the second photoalignment film 22 of the opposing substrate 20 are provided in this order on the surface of the substrate 20a on the liquid crystal layer 30 side, as shown in FIG. That is, the counter electrode 21 and the second photoalignment film 22 are supported by the substrate 20a.
- the substrate 20a is transparent and insulative.
- the substrate 20a is, for example, a glass substrate or a plastic substrate.
- the counter substrate 20 has a color filter layer and a light shielding layer (black matrix) in addition to the counter electrode 21 and the second light alignment film 22 described above.
- the color filter layer typically includes a red color filter, a green color filter and a blue color filter.
- the liquid crystal display device 100 further includes a pair of polarizing plates 41 and 42 facing each other through the liquid crystal layer 30.
- the pair of polarizing plates 41 and 42 are arranged such that their transmission axes are substantially orthogonal to each other (that is, in cross nicol).
- liquid crystal domains A, B, C, and D are formed in the liquid crystal layer 30 in each pixel P, as shown in FIG. .
- the four liquid crystal domains A, B, C and D are respectively arranged adjacent to the other liquid crystal domains and in a 2 ⁇ 2 matrix.
- the orientations of the four directors (reference alignment directions) t1, t2, t3 and t4 of the liquid crystal domains A, B, C and D are mutually different.
- the directors t1, t2, t3 and t4 represent the alignment direction of liquid crystal molecules contained in each liquid crystal domain, and in the 4D-RTN mode, in the layer plane of the liquid crystal layer when a voltage is applied to the liquid crystal layer and In the tilt direction of liquid crystal molecules near the center in the thickness direction (that is, when the liquid crystal domain is viewed from the display surface normal direction and viewed from the cross section along the display surface normal direction) is there.
- Each liquid crystal domain is characterized by the orientation of the director (tilt direction described above), and the orientation of the director has a dominant influence on the viewing angle dependency of each domain.
- Each of the directors (reference alignment direction) t 1, t 2, t 3 and t 4 is defined by the first light alignment film 12 and the second light alignment film 22.
- the orientation of director t1 of liquid crystal domain A is approximately 225 °
- the orientation of director t2 of liquid crystal domain B is approximately 315 °
- liquid crystal domain C The orientation of the director t3 is about 45 °
- the orientation of the director t4 of the liquid crystal domain D is about 135 °. That is, the difference between any two of the four director orientations of liquid crystal domains A, B, C and D is approximately equal to an integral multiple of 90 °.
- the liquid crystal domains A, B, C and D are arranged such that the orientations of the respective directors differ by about 90 ° between adjacent liquid crystal domains.
- transmission axes PA1 and PA2 of the pair of polarizing plates 41 and 42 is parallel to the horizontal direction of the display surface, and the other is parallel to the vertical direction of the display surface. Accordingly, the transmission axes PA1 and PA2 of the polarizing plates 41 and 42 form an angle of about 45 ° with the orientations of the directors t1, t2, t3 and t4 of the liquid crystal domains A, B, C and D.
- FIG. 3 exemplifies the case where the areas occupied by the four liquid crystal domains A, B, C and D in the pixel P are equal to each other, the areas of the four liquid crystal domains A, B, C and D are It does not have to be equal to one another. However, from the viewpoint of uniformity of viewing angle characteristics, it is preferable that the difference between the areas of the four liquid crystal domains A, B, C, and D be as small as possible.
- the example shown in FIG. 3 is an example of the most preferable (i.e. ideal) 4-division structure in view angle characteristics.
- FIG. 4A shows the pretilt directions PD1 and PD2 defined by the first photoalignment film 12 provided on the active matrix substrate 10, and FIG. The pretilt directions PD3 and PD4 defined by the two light alignment films 22 are shown. Further, FIG. 4C shows a tilt direction (director) when a voltage is applied to the liquid crystal layer 30 after the active matrix substrate 10 and the counter substrate 20 are bonded to each other.
- 4 (a), (b) and (c) are views of the active matrix substrate 10, the counter substrate 20 and the liquid crystal layer 30 as viewed from the observer side. Therefore, in FIG.
- the alignment film is located on the front side with respect to the substrate in the drawing, and in FIG. 4B, the alignment film is located on the rear side with respect to the substrate.
- the pretilt direction and the tilt direction are schematically shown in a pin shape, and the head of the pin (the end with the larger area) represents the end of the front side (observer side) of the liquid crystal molecules, The tip of the pin (the end with the smaller area) represents the back end of the liquid crystal molecule.
- the first photo alignment film 12 includes a first alignment region 12a defining a first pretilt direction PD1, and a second antiparallel to the first pretilt direction PD1. And a second alignment region 12b defining the pretilt direction PD2. Specifically, the region corresponding to one pixel P of the first photo alignment film 12 is divided into two on the left and right, and the respective regions (first alignment region and second alignment region) 12a and 12b are opposite to each other.
- Photoalignment processing is performed to define parallel pretilt directions (first pretilt direction and second pretilt direction) PD1 and PD2.
- the photoalignment process is performed by obliquely irradiating ultraviolet light (for example, linearly polarized ultraviolet light) from the direction indicated by the arrow.
- the second photo alignment film 22 has a third alignment that defines a third pretilt direction PD3 substantially orthogonal to the first pretilt direction PD1 and the second pretilt direction PD2 as shown in FIG. 4B in each pixel P.
- a region 22a and a fourth alignment region 22b defining a fourth pretilt direction PD4 antiparallel to the third pretilt direction PD3 are provided.
- the region corresponding to one pixel P of the second photo alignment film 22 is divided into two in the upper and lower direction, and the respective regions (third alignment region and fourth alignment region) 22a and 22b are opposite to each other.
- Photoalignment processing is performed to define parallel pretilt directions (third pretilt direction and fourth pretilt direction) PD3 and PD4.
- the photoalignment process is performed by obliquely irradiating ultraviolet light (for example, linearly polarized ultraviolet light) from the direction indicated by the arrow.
- the pixels P whose orientation is divided as shown in FIG. 4 (c) are obtained by bonding the active matrix substrate 10 subjected to the photo-alignment process and the counter substrate 20. Can be formed.
- the pretilt direction defined by the first photoalignment film 12 on the active matrix substrate 10 side differs from the pretilt direction of the second photoalignment film 22 on the counter substrate 20 by about 90 °.
- the tilt direction is defined in the middle of these two pretilt directions.
- first domain boundary BD1 extends parallel to the column direction here.
- first domain boundary BD1 is a boundary between the first alignment region 12a and the second alignment region 12b. That is, the first alignment region 12a and the second alignment region 12b are adjacent to each other via the first domain boundary BD1.
- the other of the boundaries BD1 and BD2 extends parallel to the row direction here.
- the second domain boundary BD2 is a boundary between the third alignment region 22a and the fourth alignment region 22b. That is, the third alignment region 22a and the fourth alignment region 22b are adjacent to each other via the second domain boundary BD2.
- the liquid crystal domains A and D are adjacent to each other via the first domain boundary BD1.
- liquid crystal domains B and C are adjacent to each other via the first domain boundary BD1.
- the liquid crystal domains A and B are adjacent to each other via the second domain boundary BD2, and similarly, the liquid crystal domains C and D are adjacent to each other via the second domain boundary BD2.
- a dark line DL is generated in the pixel P, as shown in FIG. 4C.
- the dark line DL includes a portion DLa located at the boundary between adjacent liquid crystal domains and a portion DLb located near the edge of the pixel electrode 11. The reason why such a dark line DL occurs is described in Patent Document 1.
- FIG. 5A shows an example of a mother substrate exposed by the exposure device.
- the mother substrate 10M includes six active matrix substrates 10.
- the mother substrate 10M is a tenth generation size
- each active matrix substrate 10 is a 69.5 type liquid crystal display device substrate.
- FIGS. 5B and 5C show the arrangement of photomasks 51 and 52 for exposing the mother substrate 10M shown in FIG. 5A.
- FIG. 5B is a view showing the arrangement of a plurality of first photomasks 51 used in the step of exposing the first alignment region 12 a of the first photoalignment film 12, and FIG. It is a figure which shows arrangement
- the transport direction Da of the mother substrate 10M is a direction from the left side to the right side in the drawing (see FIG. 5A).
- the plurality of first photomasks 51 are arranged to form a first mask row 51C1 and a second mask row 51C2 adjacent to each other in the transport direction Da.
- Each of the first mask row 51C1 and the second mask row 51C2 is two or more arranged in a direction (which may be referred to as “arrangement direction” hereinafter) Db intersecting (for example, approximately orthogonal) with the transport direction Da.
- a first photomask 51 is included.
- the first mask row 51C1 and the second mask row 51C2 include eight and seven first photomasks 51, respectively.
- the plurality of second photomasks 52 are arranged to form a first mask row 52C1 and a second mask row 52C2 adjacent to each other in the transport direction Da.
- Each of the first mask row 52C1 and the second mask row 52C2 includes two or more second photomasks 52 arranged in the arrangement direction Db intersecting the transport direction Da.
- the first mask row 52C1 and the second mask row 52C2 include eight and seven second photomasks 52, respectively.
- FIGS. 6A, 6B and 7 An example of an exposure apparatus for performing scan exposure using the photomasks 51 and 52 of the arrangement shown in FIGS. 5B and 5C is shown in FIGS. 6A, 6B and 7.
- FIG. 6A and 6B are plan views schematically showing the exposure apparatus 200
- FIG. 7 is a view showing the configuration of the exposure unit 201 included in the exposure apparatus 200. As shown in FIG.
- the exposure apparatus 200 has a plurality of exposure units 201, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b).
- 6A shows the arrangement of the exposure unit 201 and the first photomask 51
- FIG. 6B shows the arrangement of the exposure unit 201 and the second photomask 52.
- Each of the plurality of exposure units 201 is provided corresponding to each of the plurality of first photomasks 51, as shown in FIG. 6A.
- Each of the plurality of exposure units 201 also corresponds to each of the plurality of second photomasks 52, as shown in FIG. 6 (b).
- the exposure unit 201 includes a light source case 201A and an optical system case 201B.
- the light source housing 201A In the light source housing 201A, the light source 202 which emits light (ultraviolet light), the elliptical mirror 203 which reflects and condenses the light emitted from the light source 202, and the light reflected by the elliptical mirror 203 is reflected and traveled And a mirror 204 for changing
- the light source 202 is, for example, a mercury lamp.
- the light source housing 201A is provided with a window member 205 which transmits the light reflected by the mirror 204.
- the optical system casing 201B reflects the light transmitted through the window member 205 and reflects it to change its traveling direction, the fly's eye lens 207 for equalizing the intensity distribution of the light reflected by the mirror 206, and the fly's eye Of the light from the cylindrical lens 208 for narrowing the light from the eye lens 207, the condenser lens 209 for collimating the light from the cylindrical lens 208, and the light from the condenser lens 209, S polarized light is reflected and P polarized light is obtained.
- a polarizing plate 210 to be transmitted is accommodated.
- the optical system casing 201B is provided with a window member 211 which transmits the light transmitted through the polarizing plate 210 to the outside. The light transmitted through the window material 211 is irradiated to the first photomask 51 (or the second photomask 52).
- the configurations of the exposure apparatus 200 and the exposure unit 201 are not limited to those exemplified here.
- the optical system of the exposure unit 201 is not limited to the example shown in FIG.
- each exposure unit 201 is provided corresponding to each first photomask 51 (or each second photomask 52). Therefore, the light for exposure (exposure light) is an optical system (in the example shown in the drawing) provided corresponding to each first photomask 51 (or each second photomask 52). It is led to the first photomask 51 (or the second photomask 52) by the fly eye lens 207, the cylindrical lens 208, and the condenser lens 209).
- FIGS. 8A and 8B show the arrangement of the first photomask 51 and the second photomask 52.
- the outline of the portion (mask pattern formation portion) of the first photomask 51 and the second photomask 52 where the mask pattern is formed is shown as the outline of the mask.
- the first photomask 51 (the mask pattern forming portion of the first photomask 51) includes a rectangular main portion 51a and triangular end portions 51b located at both ends thereof. Including, it is hexagonal as a whole.
- the first photomask 51 of the first mask row 51C1 and the first photomask 51 of the second mask row 51C2 are exposed so as to overlap the first photo alignment film 12.
- the regions are arranged to be present.
- the first photo alignment film 12 is formed through both the end 51b of the first photomask 51 of the first mask row 51C1 and the end 51b of the first photomask 51 of the second mask row 51C2. It is arranged to have a mask joint portion (an area overlapping with the area DR in the figure) to be exposed.
- the first photomasks 51 may have quality differences.
- each first photomask 51 has a stripe-shaped light shielding portion SR and a light transmitting portion (slit) TR.
- the second photomask 52 (the mask pattern forming portion of the second photomask 52) has a rectangular main portion 52a and triangular end portions (conveying direction) located at both ends thereof. And an end portion 52b in a direction intersecting with D, and has a hexagonal shape as a whole.
- the second photomask 52 of the first mask row 52C1 and the second photomask 52 of the second mask row 52C2 are exposed so as to overlap the first photo alignment film 12.
- the regions are arranged to be present.
- the first photo alignment film 12 is formed through both the end 52b of the second photomask 52 of the first mask row 52C1 and the end 52b of the second photomask 52 of the second mask row 52C2. It is arranged to have a mask joint portion (an area overlapping with the area DR in the figure) to be exposed.
- each second photomask 52 has a stripe-shaped light shielding portion SR and a light transmitting portion (slit) TR.
- FIG. 9A five regions R1, R2, R3, R4 and R5 in one first photomask 51 are shown. Five regions R1, R2, R3, R4 and R5 are aligned along the arrangement direction Db.
- FIG. 9B shows the deviation of the exposure position in these areas R1, R2, R3, R4 and R5.
- the original exposure position is indicated by a dotted line
- the actual exposure position is indicated by a solid line.
- FIG. 9B in the region R3 located at the center of the first photomask 51, no deviation of the exposure position occurs.
- the exposure position deviates relatively small to the right
- the exposure position deviates relatively large to the right.
- the exposure position deviates relatively small to the left
- the area R5 located further to the right of the area R4 the exposure position deviates relatively large to the left.
- FIG.9 The microscope image of the pixel corresponding to area
- FIG. 9C In the pixels corresponding to the areas (areas R1 and R5) where the deviation of the exposure position is large, the generation position of the dark line deviates due to the deviation of the exposure position, and the dark line which should be shielded originally Has been seen. Such displacement of the dark line causes deviation (variation) of the transmittance (brightness).
- FIG. 10A shows the light incident on the fly's eye lens 207 in the light irradiation surface of the first photomask 51 (or the second photomask 52). Therefore, in the light irradiation surface of the first photomask 51 (or the second photomask 52), the intensity of the inward light becomes relatively strong, and the intensity of the outward light becomes relatively weak.
- FIG. 10 (b) shows the exposure dose distribution in each of the regions MR1 and MR2 in FIG. 10 (a). Due to the strong inward light intensity, as shown in FIG. 10B, the exposure distribution does not become the original distribution (dotted line in the figure), and the exposure position is shifted inward. I will.
- the shift of the exposure position is the cause of the uneven streaks.
- the mask joint portion since displacement in the opposite direction occurs in superposition in the exposure position, streak unevenness easily occurs.
- first mother substrate including a plurality of active matrix substrates 10 each having the pixel electrode 11 and the first photoalignment film 12 in a state in which the alignment processing is not performed is prepared.
- This step can be performed using a known method.
- the first photomask 51 used in this step includes a light transmitting portion TR which transmits exposure light for exposing the region to be the first alignment region 12 a of the first photo alignment film 12, and 1 includes a plurality of pairs with the light shielding portion SR that shields the region to be the second alignment region 12b of the first light alignment film 12 (see FIG. 8A).
- the plurality of pairs are arranged in line along the arrangement direction Db.
- the boundary between the light transmitting portion TR and the light shielding portion SR which constitute each pair (that is, to form the first alignment region 12a and the second alignment region 12b of the same pixel) (Also referred to as “)” extends substantially in parallel to the transport direction Da, and a plurality of boundaries between the light transmitting portion and the light shielding portion are arranged along the arrangement direction Db.
- This step (first exposure step) will be more specifically described with reference to FIG.
- One first photomask 51 is shown on the upper side of FIG. 11, and the arrangement of the light transmitting portions TR in the region corresponding to one pixel of the three regions r1, r2 and r3 of the first photomask 51 is It is shown at the bottom of FIG. On the lower side of FIG. 11, the light transmission part TR is shown by a dotted line, and the boundary between the area 12a 'to be the first alignment area 12a and the area 12b' to be the second alignment area 12b (that is, the first domain boundary ) BD1 is shown in dashed lines.
- the inner edge e1 of the light transmitting portion TR (corresponding to the boundary between the light transmitting portion TR and the light shielding portion SR) is a first domain boundary BD1. Almost overlap. That is, the inner edge e1 of the light transmitting portion TR is not shifted from the first domain boundary BD1.
- the inner edge e1 of the light transmitting part TR is on the one end 51b1 side with respect to the first domain boundary BD1 ( In other words, it is shifted to the outside.
- the inner edge e1 of the light transmitting part TR is the other end 51b2 side with respect to the first domain boundary BD1. (That is, outward).
- Expose the The second photomask 52 used in this step has a light transmitting portion TR which transmits exposure light for exposing the region 12 b ′ to be the second alignment region 12 b of the first photo alignment film 12.
- a plurality of pairs with a light shielding portion SR that shields the region 12a to be the first alignment region 12a of the first photo alignment film 12 is included (see FIG. 8B). The plurality of pairs are arranged in line along the arrangement direction Db.
- the boundary between the light transmitting portion TR and the light shielding portion SR (the boundary between the light transmitting portion and the light shielding portion) constituting each pair extends substantially parallel to the transport direction Da, and the boundary between the plurality of light transmitting portions and the light shielding portion is They are arranged along the arrangement direction Db.
- This step (second exposure step) will be more specifically described with reference to FIG.
- one second photomask 52 is shown, and the arrangement of the light transmitting portions TR in the region corresponding to one pixel of the three regions r4, r5 and r6 of the second photomask 52 is It is shown at the bottom of FIG.
- the inner edge e2 of the light transmitting portion TR substantially overlaps the first domain boundary BD1. That is, the inner edge e2 of the light transmitting portion TR is not shifted from the first domain boundary BD1.
- the inner edge e2 of the light transmitting part TR is on the one end 52b1 side with respect to the first domain boundary BD1 ( In other words, it is shifted to the outside.
- the inner edge e2 of the light transmitting portion TR is the other end 52b2 side with respect to the first domain boundary BD1. (That is, outward).
- the active matrix substrate 10 (first mother substrate) in which the first photo alignment film 12 is subjected to the photo alignment process can be obtained.
- a mother substrate (hereinafter referred to as "second mother substrate") including a plurality of the opposing substrate 20 having the opposing electrode 21 and the second photoalignment film 22 is prepared.
- This step can be performed using a known method.
- a first mother substrate and a second mother substrate are attached to each other to fabricate a mother panel including a plurality of liquid crystal display panels.
- the first mother substrate and the second mother substrate are bonded and fixed by a seal portion formed so as to surround the display area of the liquid crystal display panel.
- the liquid crystal display panel can be obtained by dividing the mother panel.
- the liquid crystal layer 30 between the active matrix substrate 10 and the counter substrate 20 can be formed by a dropping method or a vacuum injection method.
- the first edge 51 of the light-transmitting portion TR on the one end 51b1 side is the one end 51b1 side with respect to the first domain boundary BD1. It is designed to be shifted to the (outside) side and to be shifted to the other end 51b2 side (outside) with respect to the first domain boundary BD1 on the other end 51b2 side.
- the second photomask 52 shifts the inner edge e2 of the light transmitting part TR to the one end 52b1 side (outside) with respect to the first domain boundary BD1 at the one end 52b1 side, and the other end 52b2
- the side is designed to be offset to the other end 52b2 side (outside) with respect to the first domain boundary BD1. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of the shift of the exposure position (shift to the inside) as described with reference to FIG.
- the inward displacement of the exposure position is suppressed by shifting the inner edges e1 and e2 of the light transmitting portion TR to the outside more than originally.
- the amount of deviation of the inner edges e1 and e2 of the light transmitting portion TR with respect to the first domain boundary BD1 is also referred to as a “mask correction amount”.
- the mask correction amount can be appropriately set based on the deviation of the exposure position obtained from the liquid crystal display manufactured using a photomask of conventional design (that is, the mask correction amount is zero over the entire mask).
- the mask correction amount of the first photomask 51 increases from the center of the first photomask 51 toward the one end 51b1, and the first photomask 51 It is preferable that the mask correction amount be designed to increase as going from the center to the other end 51 b 2 side.
- the second photomask 52 has a mask correction amount that increases from the center of the second photomask 52 toward the one end 52b1, and the second photomask 52 It is preferable that the mask correction amount be designed to increase from the center of 52 toward the other end 52b2.
- FIG. 13 shows an example of setting of the mask correction amount.
- FIG. 13 is a graph showing the relationship between the distance [mm] from the center of the photomask (the first photomask 51 or the second photomask 52) and the mask correction amount [ ⁇ m].
- FIG. 13 shows a mask correction amount for the photomask of the smallest correction amount among the plurality of photomasks and a photomask of the maximum correction amount, and an average mask correction amount of the plurality of photomasks. There is.
- the distance from the center of the photomask indicates that the right side from the center is positive and the left side is negative, and the mask correction amount also indicates the deviation to the right as positive and the deviation to the left as negative.
- the length of the photomask along the arrangement direction Db is 250 mm. Further, the width of the pixel along the arrangement direction Db is 66.8 ⁇ m.
- the mask correction amount increases as going from the center of the photomask to the outside.
- the mask correction amount at the outermost end of the photomask is ⁇ 1.225 ⁇ m for the photomask with the minimum correction amount, ⁇ 1.95 ⁇ m for the photomask with the maximum correction amount, and ⁇ 1.5625 ⁇ m on average.
- the average correction amount at a distance of ⁇ 60 mm from the center of the photomask is ⁇ 0.75 ⁇ m.
- liquid crystal display device manufactured using a photomask designed in the example (mask correction amount) shown in FIG. 13 and a photomask of conventional design (mask correction amount is zero over the entire mask) are used.
- the liquid crystal display device (comparative example) manufactured using it demonstrates the result of having examined the generation
- FIGS. 14A and 14B are photographs showing lighting states (states in which all the pixels are displayed in white) of the liquid crystal display device of the comparative example and the liquid crystal display device of the example.
- FIG. 14A streaks extending in the vertical direction are generated.
- FIG. 14B the occurrence of streaks is suppressed.
- FIGS. 15 (a) and 15 (b) are graphs showing the distribution of luminance levels in the lighting state of the liquid crystal display of the comparative example and the liquid crystal display of the example, respectively.
- the horizontal axis represents the panel coordinates (the position of the pixel in the horizontal direction), and the vertical axis represents the luminance level.
- FIGS. 15A and 15B it can be understood from FIGS. 15A and 15B that, in the liquid crystal display device of the example, the variation in luminance level is suppressed as compared with the liquid crystal display device of the comparative example. Since the variation of the luminance level is the cause of the streaks, suppressing the variation of the luminance level means that the occurrence of streaks is suppressed.
- the method (alignment of liquid crystal domains A to D in the pixel P) of dividing one pixel P into four liquid crystal domains A to D is not limited to the example shown in FIG.
- pixels P whose orientation is divided as shown in FIG. 16 (c) by bonding the active matrix substrate 10 and the counter substrate 20 which have been subjected to the alignment process. Can be formed.
- the pixel P shown in FIG. 16C has four liquid crystal domains A to D, similarly to the pixel P shown in FIG.
- the liquid crystal domains A to D are arranged in the order of the upper left, lower left, lower right, upper right (that is, counterclockwise from upper left).
- the liquid crystal domains A to D are arranged in the order of the lower right, upper right, upper left, lower left (that is, counterclockwise from the lower right).
- the pretilt directions of the left and right regions of the active matrix substrate 10 and the upper and lower regions of the counter substrate 20 are It is because it is the opposite.
- the dark line DL is generally in the form of a left ridge.
- liquid crystal domains formed in one pixel are not limited to four.
- two liquid crystal domains may be formed in one pixel, or eight liquid crystal domains may be formed in one pixel.
- the liquid crystal display manufactured by the manufacturing method of embodiment of this invention is used suitably for the use by which a high definition display, such as a television receiver, is calculated
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Abstract
本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法は、画素電極および配向処理が施されていない状態の第1光配向膜を有する第1基板を用意する工程(A)と、用意された第1基板を所定の搬送方向に搬送しながら、搬送方向に交差する方向に配列された2個以上の第1フォトマスクを含む複数個の第1フォトマスクを介して第1光配向膜の第1配向領域となる領域を露光する工程(B)とを包含する。各第1フォトマスクは、透光部と遮光部とのペアを複数含む。各第1フォトマスクは、工程(B)において、当該第1フォトマスクの一端側では、透光部と遮光部との境界がドメイン境界に対して一端側にずれ、且つ、当該第1フォトマスクの他端側では、透光部と遮光部との境界がドメイン境界に対して他端側にずれるように設計されている。
Description
本発明は、液晶表示装置の製造方法に関し、特に、光配向膜を備えた液晶表示装置の製造方法に関する。また、本発明は、そのような液晶表示装置の製造に用いられるフォトマスクにも関する。
液晶表示装置の表示特性が改善され、テレビジョン受像機などへの利用が進んでいる。液晶表示装置の視野角特性は向上したものの、さらなる改善が望まれている。特に、垂直配向型の液晶層を用いた液晶表示装置(「VA(Vertical Alignment)モードの液晶表示装置」とも呼ばれる)の視野角特性を改善する要求は強い。
現在、テレビ等の大型表示装置に用いられているVAモードの液晶表示装置には、視野角特性を改善するために、1つの画素に複数の液晶ドメインを形成する配向分割構造が採用されている。配向分割構造を形成する代表的な方式の1つとして、MVA(Multi-domain Vertical Alignment)モードが知られている。
MVAモードでは、垂直配向型液晶層を挟んで対向する一対の基板のそれぞれの液晶層側に配向規制構造を設けることによって、各画素内に配向方向(チルト方向)が異なる複数の液晶ドメイン(典型的には配向方向は4種類)が形成される。配向規制構造としては、電極に設けたスリット(開口部)や、リブ(突起構造)が用いられ、液晶層の両側から配向規制力が発揮される。
しかしながら、スリットやリブを用いると、従来のTN(Twisted Nematic)モードなどのように配向膜によってプレチルト方向を規定した場合と異なり、スリットやリブが線状であることから、液晶分子に対する配向規制力が画素内で不均一となる。そのため、画素内で応答速度に分布が生じてしまう。
この問題を回避するためには、VAモードの液晶表示装置についても、配向膜でプレチルト方向を規定することによって配向分割構造を形成することが好ましい。特許文献1には、そのようにして配向分割構造が形成された液晶表示装置が開示されている。
特許文献1に開示されている液晶表示装置では、配向膜でプレチルト方向を規定することによって、4分割配向構造が形成される。つまり、液晶層に電圧が印加されたときに、1つの画素内に4つの液晶ドメインが形成される。このような4分割配向構造を、単に4D構造と呼ぶこともある。
また、特許文献1に開示されている液晶表示装置では、液晶層を介して対向する一対の配向膜のうちの一方の配向膜によって規定されるプレチルト方向と、他方の配向膜によって規定されるプレチルト方向とは互いに略90°異なっている。そのため、電圧印加時には、液晶分子はツイスト配向をとる。このように、プレチルト方向(配向処理方向)が互いに直交するように設けられた一対の垂直配向膜を用いることによって液晶分子がツイスト配向をとるVAモードは、VATN(Vertical Alignment Twisted Nematic(Vertically Aligned Twisted Nematicと表記されることもある))モードあるいはRTN(Reverse Twisted Nematic)モードと呼ばれることもある。既に説明したように、特許文献1の液晶表示装置では4D構造が形成されることから、特許文献1の液晶表示装置の表示モードは、4D-RTNモードと呼ばれることもある。
液晶分子のプレチルト方向を配向膜によって規定する具体的な方法としては、特許文献2にも記載されているように、光配向処理を行う方法が有望視されている。光配向処理は、非接触で処理できるので、ラビング処理のように摩擦による静電気の発生が無く、歩留まりを向上させることができる。
光配向処理は、フォトマスクと露光装置を用いて行われる。近年、基板の大型化に伴ってフォトマスクのサイズも拡大している。フォトマスクは高価であり、フォトマスクの大型化は、製造コストの上昇の要因となる。そこで、特許文献2には、小型のフォトマスクを複数個配列してスキャン露光を行う方式の露光装置が提案されている。
本願発明者が詳細な検討を行ったところ、特許文献2のような方式の露光装置を用いて光配向処理を行うと、完成した液晶表示装置において筋状の表示ムラ(以下では「筋ムラ」と呼ぶこともある)が生じ、表示品位が低下するおそれがあることがわかった。また、筋ムラは、高精細な、つまり、1画素のサイズが小さい液晶表示装置においてより生じやすいことがわかった。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光配向膜でプレチルト方向を規定することによって配向分割構造が形成されたVAモードの液晶表示装置において、筋状の表示ムラの発生を抑制することにある。
本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法は、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、互いに対向する第1基板および第2基板と、前記第1基板および前記第2基板の間に設けられた垂直配向型の液晶層と、を備え、前記第1基板は、前記複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極と、前記画素電極および前記液晶層の間に設けられた第1光配向膜とを有し、前記第2基板は、前記画素電極に対向する対向電極と、前記対向電極および前記液晶層の間に設けられた第2光配向膜とを有し、前記複数の画素のそれぞれは、前記第1光配向膜および前記第2光配向膜によって規定される基準配向方向が互いに異なる複数の液晶ドメインを有し、前記複数の液晶ドメインは、第1方向に平行に延びる第1ドメイン境界を介して互いに隣接する第1液晶ドメインおよび第2液晶ドメインを含み、前記第1光配向膜は、前記複数の画素のそれぞれ内に、互いに異なるプレチルト方向を規定する第1配向領域および第2配向領域であって、前記第1ドメイン境界を介して互いに隣接する第1配向領域および第2配向領域を有する、液晶表示装置の製造方法であって、前記画素電極と、配向処理が施されていない状態の前記第1光配向膜とを有する前記第1基板を用意する工程(A)と、用意された前記第1基板を所定の搬送方向に搬送しながら、前記搬送方向に交差する第2方向に配列された2個以上の第1フォトマスクを含む複数個の第1フォトマスクを介し、前記第1光配向膜の前記第1配向領域となる領域を露光する工程(B)と、を包含し、前記複数個の第1フォトマスクのそれぞれは、前記第1光配向膜の前記第1配向領域となる領域を露光するための露光光を透過する透光部と、前記第1光配向膜の前記第2配向領域となる領域を遮光する遮光部とのペアを複数含み、前記複数のペアは、前記第2方向に沿って並ぶように配置されており、前記複数個の第1フォトマスクのそれぞれは、前記工程(B)において、当該第1フォトマスクの前記第2方向における一端側では、前記透光部と前記遮光部との境界が前記第1ドメイン境界に対して前記一端側にずれ、且つ、当該第1フォトマスクの前記第2方向における他端側では、前記透光部と前記遮光部との境界が前記第1ドメイン境界に対して前記他端側にずれるように設計されている。
本発明の実施形態によるフォトマスクは、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、互いに対向する第1基板および第2基板と、前記第1基板および前記第2基板の間に設けられた垂直配向型の液晶層と、を備え、前記第1基板は、前記複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極と、前記画素電極および前記液晶層の間に設けられた第1光配向膜とを有し、前記第2基板は、前記画素電極に対向する対向電極と、前記対向電極および前記液晶層の間に設けられた第2光配向膜とを有し、前記複数の画素のそれぞれは、前記第1光配向膜および前記第2光配向膜によって規定される基準配向方向が互いに異なる複数の液晶ドメインを有し、前記複数の液晶ドメインは、第1方向に平行に延びる第1ドメイン境界を介して互いに隣接する第1液晶ドメインおよび第2液晶ドメインを含み、前記第1光配向膜は、前記複数の画素のそれぞれ内に、互いに異なるプレチルト方向を規定する第1配向領域および第2配向領域であって、前記第1ドメイン境界を介して互いに隣接する第1配向領域および第2配向領域を有する、液晶表示装置の製造方法において、前記第1基板を所定の搬送方向に搬送しながら、前記搬送方向に交差する第2方向に配列された2個以上のフォトマスクを含む複数個のフォトマスクを介し、前記第1光配向膜の前記第1配向領域となる領域を露光する露光工程に用いられるフォトマスクであって、前記第1光配向膜の前記第1配向領域となる領域を露光するための露光光を透過する透光部と、前記第1光配向膜の前記第2配向領域となる領域を遮光する遮光部とのペアを複数有し、前記複数のペアは、前記第2方向に沿って並ぶように配置されており、前記露光工程において、当該フォトマスクの前記第2方向における一端側では、前記透光部と前記遮光部との境界が前記第1ドメイン境界に対して前記一端側にずれ、且つ、当該フォトマスクの前記第2方向における他端側では、前記透光部と前記遮光部との境界が前記第1ドメイン境界に対して前記他端側にずれるように設計されている。
本発明の実施形態によれば、光配向膜でプレチルト方向を規定することによって配向分割構造が形成されたVAモードの液晶表示装置において、筋状の表示ムラの発生を抑制することができる。
[用語の説明]
本発明の実施形態の説明に先立ち、本願明細書において用いられる主な用語を説明する。
本発明の実施形態の説明に先立ち、本願明細書において用いられる主な用語を説明する。
本願明細書において、「垂直配向型の液晶層」とは、液晶分子が配向膜(垂直配向膜)の表面に対して略垂直に(例えば約85°以上の角度で)配向した液晶層をいう。垂直配向型の液晶層に含まれる液晶分子は、負の誘電率異方性を有する。垂直配向型の液晶層と、液晶層を介して互いに対向するようにクロスニコルに配置された(つまりそれぞれの透過軸が互いに略直交するように配置された)一対の偏光板とを組み合わせることにより、ノーマリブラックモードの表示が行われる。
また、本願明細書において、「画素」とは、表示において特定の階調を表現する最小の単位を指し、カラー表示においては、例えば、R、GおよびBのそれぞれの階調を表現する単位に対応する。R画素、G画素およびB画素の組み合わせが、1つのカラー表示画素を構成する。また、本願明細書では、表示の「画素」に対応する液晶表示装置の領域(画素領域)も「画素」と呼ぶ。
「プレチルト方向」は、配向膜によって規定される液晶分子の配向方向であって、表示面内の方位角方向を指す。また、このとき液晶分子が配向膜の表面となす角を「プレチルト角」と呼ぶ。本発明の実施形態では、配向膜への配向処理(配向膜に対し、所定の方向のプレチルト方向を規定する能力を発現させるための処理)は、光配向処理によって行われる。つまり、用いられる配向膜は、光配向膜である。
液晶層を介して対向する一対の配向膜(光配向膜)によるプレチルト方向の組み合わせを変えることによって、4分割構造を形成することができる。4分割された画素(画素領域)は、4つの液晶ドメインを有する。
それぞれの液晶ドメインは、液晶層に電圧が印加されたときの液晶層の層面内および厚さ方向における中央付近の液晶分子のチルト方向(「基準配向方向」ということもある。)に特徴付けられ、このチルト方向(基準配向方向)が各ドメインの視角依存性に支配的な影響を与える。チルト方向は、チルトしている液晶分子の、背面側の基板に近い方の端部から遠い方の端部(つまり前面側の基板に近い方の端部)に向かうベクトル(後述する図4(c)に示されているピンの先端から頭部に向かうベクトル)を考えたとき、このベクトルの、基板面内での成分(基板面内への投射影)が示す向きであり、方位角方向である。方位角方向の基準は、表示面の水平方向とし、左回りを正とする(表示面を時計の文字盤に例えると3時方向を方位角0°として、反時計回りを正とする)。4つの液晶ドメインのチルト方向が、任意の2つの方向のなす角が90°の整数倍に略等しい4つの方向(例えば、10時30分方向、7時30分方向、4時30分方向、1時30分方向)となるように設定することによって、視野角特性が平均化され、良好な表示を得ることができる。また、視野角特性の均一さの観点からは、4つの液晶ドメインの画素領域内に占める面積は互いに略等しくすることが好ましい。
以下の実施形態で例示する垂直配向型の液晶層は、誘電率異方性が負の液晶分子(誘電率異方性が負のネマチック液晶材料)を含み、一方の配向膜によって規定されるプレチルト方向と、他方の配向膜によって規定されるプレチルト方向とは互いに略90°異なっており、これら2つのプレチルト方向の中間の方向にチルト方向(基準配向方向)が規定されている。液晶層に電圧を印加したときには、配向膜の近傍の液晶分子は配向膜の配向規制力に従ってツイスト配向をとる。液晶層にカイラル剤が添加されていなくてもよいし、必要に応じてカイラル剤が添加されていてもよい。このように、プレチルト方向(配向処理方向)が互いに直交するように設けられた一対の垂直配向膜を用いることにより、液晶分子がツイスト配向となるVAモードは、VATN(Vertical Alignment Twisted Nematic)モードと呼ばれることもある。VATNモードにおいては、一対の配向膜のそれぞれによって規定されるプレチルト角は互いに略等しいことが好ましい。
配向膜への配向処理としては、量産性の観点からは、本発明の実施形態のように、光配向処理が好ましい。また、光配向処理は、非接触で処理できるので、ラビング処理のような摩擦による静電気の発生が無く、歩留まりの低下を防止することができる。さらに、感光性基を含む光配向膜を用いることによって、プレチルト角のばらつきを抑制できる。
[液晶表示装置]
続いて、図1を参照しながら、本発明の実施形態による製造方法によって製造される液晶表示装置100の構成を説明する。図1は、液晶表示装置100を模式的に示す断面図であり、1つの画素に対応する領域を示している。
続いて、図1を参照しながら、本発明の実施形態による製造方法によって製造される液晶表示装置100の構成を説明する。図1は、液晶表示装置100を模式的に示す断面図であり、1つの画素に対応する領域を示している。
図1に示すように、液晶表示装置100は、液晶表示パネル101と、バックライト(照明装置)102とを備える。液晶表示パネル101は、互いに対向するアクティブマトリクス基板(第1基板)10および対向基板(第2基板)20と、これらの間に設けられた垂直配向型の液晶層30とを有する。バックライト102は、液晶表示パネル101の背面側(観察者とは反対側)に配置されている。また、液晶表示装置100は、複数の行および複数の列を含むマトリクス状に配列された複数の画素を有する。
アクティブマトリクス基板10は、複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極11と、画素電極11と液晶層30との間(つまりアクティブマトリクス基板10の液晶層30側の最表面)に設けられた第1光配向膜12とを有する。対向基板20は、画素電極11に対向する対向電極21と、対向電極21と液晶層30との間(つまり対向基板20の液晶層30側の最表面)に設けられた第2光配向膜22とを有する。画素電極11および対向電極21は、透明な導電材料(例えばITO)から形成されている。第1光配向膜12および第2光配向膜22は、液晶分子をその表面に略垂直に配向させる配向規制力を有する。
以下、アクティブマトリクス基板10および対向基板20のそれぞれの構成をより具体的に説明する。
アクティブマトリクス基板10の画素電極11および第1光配向膜12は、基板10aの液晶層30側の表面上に、この順に設けられている。つまり、画素電極11および第1光配向膜12は、基板10aによって支持されている。基板10aは、透明で絶縁性を有する。基板10aは、例えばガラス基板またはプラスチック基板である。
アクティブマトリクス基板10は、上述した画素電極11および第1光配向膜12の他に、画素ごとに設けられた薄膜トランジスタ(TFT)や、TFTに走査信号および表示信号を供給する走査配線および信号配線などを有する。図2に、アクティブマトリクス基板10の配線構造の例を示す。図2は、1つの画素に対応する領域の配線構造を示している。
アクティブマトリクス基板10は、図2に示すように、TFT1と、行方向に延びる走査配線(ゲート配線)2と、列方向に延びる信号配線(ソース配線)3と、行方向に延びる補助容量配線4とをさらに有する。
TFT1は、ゲート電極5、半導体層(不図示)、ソース電極6およびドレイン電極7を有する。ゲート電極5は、ゲート配線2に電気的に接続されている。図2に示す例では、ゲート電極5およびゲート配線2は一体に形成されており、ゲート配線2の一部(不図示のゲート絶縁層を介して半導体層に重なる部分)がゲート電極5として機能する。ソース電極6は、ソース配線3に電気的に接続されている。図2に示す例では、ソース電極6は、ソース配線3から分岐するように延設されている。ドレイン電極7は、画素電極11に電気的に接続されている。図2に示す例では、ドレイン電極7から接続部7’が延設されており、接続部7’によりドレイン電極7と補助容量電極8とが接続されている。補助容量電極8は、その上の層間絶縁層(不図示)に形成されたコンタクトホールにおいて、画素電極11に接続されている。従って、ドレイン電極7は、補助容量電極8および接続部7’を介して画素電極11に電気的に接続されている。
補助容量電極8は、ゲート絶縁層を介して補助容量対向電極9に対向している。補助容量対向電極9は、補助容量配線4に電気的に接続されている。図2に示す例では、補助容量対向電極9は、補助容量配線4と一体に形成されている。より具体的には、補助容量配線4は、その一部の幅が他の部分よりも大きくなるように形成されており、その部分が補助容量対向電極9として機能する。補助容量電極8および補助容量対向電極9と、これらの間に位置するゲート絶縁層により、補助容量が構成される。
なお、アクティブマトリクス基板10の配線構造は、図2に示した例に限定されない。
対向基板20の対向電極21および第2光配向膜22は、図1に示すように、基板20aの液晶層30側の表面上に、この順に設けられている。つまり、対向電極21および第2光配向膜22は、基板20aによって支持されている。基板20aは、透明で絶縁性を有する。基板20aは、例えばガラス基板またはプラスチック基板である。
なお、ここでは図示していないが、対向基板20は、上述した対向電極21および第2光配向膜22の他に、カラーフィルタ層および遮光層(ブラックマトリクス)を有する。カラーフィルタ層は、典型的には、赤カラーフィルタ、緑カラーフィルタおよび青カラーフィルタを含む。
液晶表示装置100は、さらに、液晶層30を介して互いに対向する一対の偏光板41および42を備える。一対の偏光板41および42は、それぞれの透過軸が互いに略直交するように(つまりクロスニコルに)配置されている。
続いて、図3を参照しながら、本実施形態の液晶表示装置100における画素Pの配向分割構造を説明する。
画素電極11と対向電極21との間に電圧が印加されたとき、各画素P内において、図3に示すように、液晶層30に4つの液晶ドメインA、B、CおよびDが形成される。4つの液晶ドメインA、B、CおよびDは、それぞれ他の液晶ドメインと隣接し、かつ、2行2列のマトリクス状に配置されている。液晶ドメインA、B、CおよびDの4つのディレクタ(基準配向方向)t1、t2、t3およびt4の方位は、互いに異なる。
ディレクタt1、t2、t3およびt4は、各液晶ドメインに含まれる液晶分子の配向方向を代表するものであり、4D-RTNモードでは、液晶層に電圧が印加されたときの液晶層の層面内および厚さ方向における中央付近の(つまり液晶ドメインを表示面法線方向から見たときおよび表示面法線方向に沿った断面で見たときのそれぞれにおいて中央付近に位置する)液晶分子のチルト方向である。各液晶ドメインは、ディレクタの方位(上述したチルト方向)に特徴付けられ、このディレクタの方位が各ドメインの視角依存性に支配的な影響を与える。ディレクタ(基準配向方向)t1、t2、t3およびt4のそれぞれは、第1光配向膜12および第2光配向膜22によって規定される。
表示面における水平方向の方位角(3時方向)を0°とすると、液晶ドメインAのディレクタt1の方位は略225°方向、液晶ドメインBのディレクタt2の方位は略315°方向、液晶ドメインCのディレクタt3の方位は略45°方向、液晶ドメインDのディレクタt4の方位は略135°方向である。つまり、液晶ドメインA、B、CおよびDの4つのディレクタの方位のうちの任意の2つの方位の差は、90°の整数倍に略等しい。また、液晶ドメインA、B、CおよびDは、それぞれのディレクタの方位が、隣接する液晶ドメイン間で略90°異なるように配置されている。
一対の偏光板41および42の透過軸(偏光軸)PA1およびPA2は、その一方が表示面の水平方向に平行で、他方が表示面の垂直方向に平行である。従って、偏光板41および42の透過軸PA1およびPA2は、液晶ドメインA、B、CおよびDのディレクタt1、t2、t3およびt4の方位と略45°の角をなす。
なお、図3には、4つの液晶ドメインA、B、CおよびDの画素P内に占める面積が互いに等しい場合を例示しているが、4つの液晶ドメインA、B、CおよびDの面積は互いに等しくなくてもよい。ただし、視野角特性の均一さの観点からは、4つの液晶ドメインA、B、CおよびDの面積の差がなるべく小さいことが好ましい。図3に示す例は、視野角特性上最も好ましい(つまり理想的な)4分割構造の例である。
続いて、図4(a)、(b)および(c)を参照しながら、画素Pの配向分割構造を得るための配向分割方法を説明する。図4(a)は、アクティブマトリクス基板10に設けられている第1光配向膜12によって規定されるプレチルト方向PD1およびPD2を示し、図4(b)は、対向基板20に設けられている第2光配向膜22によって規定されるプレチルト方向PD3およびPD4を示している。また、図4(c)は、アクティブマトリクス基板10と対向基板20とを貼り合わせた後に液晶層30に電圧を印加したときのチルト方向(ディレクタ)を示している。なお、図4(a)、(b)および(c)は、アクティブマトリクス基板10、対向基板20および液晶層30を観察者側から見た図である。そのため、図4(a)では、配向膜は基板に対して紙面手前側に位置し、図4(b)では、配向膜は基板に対して紙面奥側に位置している。また、プレチルト方向およびチルト方向は、模式的にピン状に示されており、ピンの頭部(面積が大きい方の端部)が液晶分子の前面側(観察者側)の端部を表し、ピンの先端(面積が小さい方の端部)が液晶分子の背面側の端部を表している。
第1光配向膜12は、各画素P内において、図4(a)に示すように、第1プレチルト方向PD1を規定する第1配向領域12aと、第1プレチルト方向PD1に反平行な第2プレチルト方向PD2を規定する第2配向領域12bとを有する。具体的には、第1光配向膜12の1つの画素Pに対応する領域は、左右に2分割されており、それぞれの領域(第1配向領域および第2配向領域)12a、12bが互いに反平行なプレチルト方向(第1プレチルト方向および第2プレチルト方向)PD1およびPD2を規定するように光配向処理が行われている。ここでは、光配向処理は、矢印で示した方向から紫外線(例えば直線偏光紫外線)を斜め照射することによって行われている。
第2光配向膜22は、各画素P内において、図4(b)に示すように、第1プレチルト方向PD1および第2プレチルト方向PD2に略直交する第3プレチルト方向PD3を規定する第3配向領域22aと、第3プレチルト方向PD3に反平行な第4プレチルト方向PD4を規定する第4配向領域22bとを有する。具体的には、第2光配向膜22の1つの画素Pに対応する領域は、上下に2分割されており、それぞれの領域(第3配向領域および第4配向領域)22a、22bが互いに反平行なプレチルト方向(第3プレチルト方向および第4プレチルト方向)PD3およびPD4を規定するように光配向処理が行われている。ここでは、光配向処理は、矢印で示した方向から紫外線(例えば直線偏光紫外線)を斜め照射することによって行われている。
図4(a)および(b)に示したように光配向処理がなされたアクティブマトリクス基板10と対向基板20とを貼り合せることによって、図4(c)に示すように配向分割された画素Pを形成することができる。液晶ドメインA~Dのそれぞれについて、アクティブマトリクス基板10側の第1光配向膜12によって規定されるプレチルト方向と、対向基板20側の第2光配向膜22のプレチルト方向とは互いに略90°異なっており、図4(c)からわかるように、これら2つのプレチルト方向の中間の方向にチルト方向(基準配向方向)が規定されている。
また、第1配向領域12aと第2配向領域12bとの境界、および、第3配向領域22aと第4配向領域22bとの境界が、4つの液晶ドメインA、B、CおよびDのうちの互いに隣接する液晶ドメイン同士の境界(ドメイン境界)BD1およびBD2となる。境界BD1およびBD2の一方(以下では「第1ドメイン境界」と呼ぶ)BD1は、ここでは列方向に平行に延びている。第1ドメイン境界BD1は、第1配向領域12aと第2配向領域12bとの境界である。つまり、第1配向領域12aと第2配向領域12bは、第1ドメイン境界BD1を介して互いに隣接している。境界BD1およびBD2の他方(以下では「第2ドメイン境界」と呼ぶ)BD2は、ここでは行方向に平行に延びている。第2ドメイン境界BD2は、第3配向領域22aと第4配向領域22bとの境界である。つまり、第3配向領域22aと第4配向領域22bは、第2ドメイン境界BD2を介して互いに隣接している。液晶ドメインAおよびDは、第1ドメイン境界BD1を介して互いに隣接している。同様に、液晶ドメインBおよびCは、第1ドメイン境界BD1を介して互いに隣接している。また、液晶ドメインAおよびBは、第2ドメイン境界BD2を介して互いに隣接しており、同様に、液晶ドメインCおよびDは、第2ドメイン境界BD2を介して互いに隣接している。
なお、ここで例示している配向分割構造では、図4(c)に示すように、画素P内に暗線DLが発生する。暗線DLは、隣接する液晶ドメイン同士の境界に位置する部分DLaと、画素電極11のエッジ近傍に位置する部分DLbとを含む。このような暗線DLが発生する理由は、特許文献1に記載されている。
[露光装置]
本発明の実施形態による製造方法に用いられる露光装置の構成を説明する。
本発明の実施形態による製造方法に用いられる露光装置の構成を説明する。
図5(a)に、露光装置によって露光されるマザー基板の例を示す。図5(a)に示す例では、マザー基板10Mは、アクティブマトリクス基板10を6個含んでいる。例えば、マザー基板10Mは、第10世代サイズであり、各アクティブマトリクス基板10は、69.5型の液晶表示装置用基板である。
図5(b)および(c)は、図5(a)に示すマザー基板10Mを露光するためのフォトマスク51、52の配列を示す図である。図5(b)は、第1光配向膜12の第1配向領域12aを露光する工程において用いられる複数個の第1フォトマスク51の配列を示す図であり、図5(c)は、第1光配向膜12の第2配向領域12bを露光する工程において用いられる複数個の第2フォトマスク52の配列を示す図である。ここでは、マザー基板10Mの搬送方向Daは、図中の左側から右側に向かう方向である(図5(a)参照)。
図5(b)に示す例では、複数個の第1フォトマスク51は、搬送方向Daに互いに隣接する第1マスク列51C1および第2マスク列51C2を構成するように配列されている。第1マスク列51C1および第2マスク列51C2のそれぞれは、搬送方向Daに交差する(例えば略直交する)方向(以下では「配列方向」と呼ぶこともある)Dbに配列された2個以上の第1フォトマスク51を含んでいる。ここでは、第1マスク列51C1および第2マスク列51C2はそれぞれ8個および7個の第1フォトマスク51を含んでいる。
図5(c)に示す例では、複数個の第2フォトマスク52は、搬送方向Daに互いに隣接する第1マスク列52C1および第2マスク列52C2を構成するように配列されている。第1マスク列52C1および第2マスク列52C2のそれぞれは、搬送方向Daに交差する配列方向Dbに配列された2個以上の第2フォトマスク52を含んでいる。ここでは、第1マスク列52C1および第2マスク列52C2はそれぞれ8個および7個の第2フォトマスク52を含んでいる。
図5(b)および(c)に示した配列のフォトマスク51、52を用いてスキャン露光を行うための露光装置の例を、図6(a)、(b)および図7に示す。図6(a)および(b)は、露光装置200を模式的に示す平面図であり、図7は、露光装置200が有する露光ユニット201の構成を示す図である。
露光装置200は、図6(a)および(b)に示すように、複数の露光ユニット201を有する。図6(a)は、露光ユニット201と第1フォトマスク51との配置関係を示しており、図6(b)は、露光ユニット201と第2フォトマスク52との配置関係を示している。複数の露光ユニット201のそれぞれは、図6(a)に示すように、複数個の第1フォトマスク51のそれぞれに対応して設けられている。また、複数の露光ユニット201のそれぞれは、図6(b)に示すように、複数個の第2フォトマスク52のそれぞれにも対応している。
露光ユニット201は、図7に示すように、光源筐体201Aと、光学系筐体201Bとを備える。
光源筐体201Aには、光(紫外線)を発する光源202と、光源202から発せられた光を反射させて集光する楕円ミラー203と、楕円ミラー203で反射した光を反射させてその進行方向を変えるミラー204とが収容されている。光源202は、例えば水銀灯である。また、光源筐体201Aには、ミラー204で反射された光を透過させる窓材205が設けられている。
光学系筐体201Bは、窓材205を透過した光を反射させてその進行方向を変えるミラー206と、ミラー206で反射された光の強度分布を均一化するためのフライアイレンズ207と、フライアイレンズ207からの光を絞り込むためのシリンドリカルレンズ208と、シリンドリカルレンズ208からの光を平行化するためのコンデンサレンズ209と、コンデンサレンズ209からの光のうち、S偏光を反射してP偏光を透過させる偏光板210とが収容されている。また、光学系筐体201Bには、偏光板210を透過した光を外部に透過させる窓材211が設けられている。窓材211を透過した光は、第1フォトマスク51(または第2フォトマスク52)に照射される。
なお、露光装置200および露光ユニット201の構成は、ここで例示したものに限定されない。例えば、露光ユニット201の光学系は、図7に示した例に限定されない。
[筋ムラの原因]
上述したように、露光装置200では、各露光ユニット201が、各第1フォトマスク51(または各第2フォトマスク52)に対応して設けられている。そのため、露光のための光(露光光)は、各第1フォトマスク51(または各第2フォトマスク52)に対応して(つまり一対一の関係で)設けられた光学系(図示した例ではフライアイレンズ207、シリンドリカルレンズ208、コンデンサレンズ209を含む)によって第1フォトマスク51(または第2フォトマスク52)に導かれる。
上述したように、露光装置200では、各露光ユニット201が、各第1フォトマスク51(または各第2フォトマスク52)に対応して設けられている。そのため、露光のための光(露光光)は、各第1フォトマスク51(または各第2フォトマスク52)に対応して(つまり一対一の関係で)設けられた光学系(図示した例ではフライアイレンズ207、シリンドリカルレンズ208、コンデンサレンズ209を含む)によって第1フォトマスク51(または第2フォトマスク52)に導かれる。
図8(a)および(b)に、第1フォトマスク51および第2フォトマスク52の配列を示す。図8(a)および(b)では、第1フォトマスク51および第2フォトマスク52の、マスクパターンが形成されている部分(マスクパターン形成部)の外形を、マスクの外形として示している。
図8(a)に示す例では、第1フォトマスク51(第1フォトマスク51のマスクパターン形成部)は、矩形状の主部51aと、その両端に位置する三角形状の端部51bとを含み、全体として六角形状である。
図8(a)に示すように、第1マスク列51C1の第1フォトマスク51と、第2マスク列51C2の第1フォトマスク51とは、第1光配向膜12に重複して露光される領域が存在するように配列されている。具体的には、第1光配向膜12が、第1マスク列51C1の第1フォトマスク51の端部51bと、第2マスク列51C2の第1フォトマスク51の端部51bの両方を介して露光されるマスク継ぎ部(図中の領域DRに重なる領域である)を有するように配列されている。露光に複数個の第1フォトマスク51を用いる場合、第1フォトマスク51同士は品位差を有し得るが、このようなマスク継ぎ部が存在することにより、第1フォトマスク51の品位差を緩やかに切り替えることができる。図8(a)の下部に示しているように、各第1フォトマスク51は、ストライプ状の遮光部SRおよび透光部(スリット)TRを有する。
図8(b)に示す例では、第2フォトマスク52(第2フォトマスク52のマスクパターン形成部)は、矩形状の主部52aと、その両端に位置する三角形状の端部(搬送方向Dに交差する方向における端部)52bとを含み、全体として六角形状である。
図8(b)に示すように、第1マスク列52C1の第2フォトマスク52と、第2マスク列52C2の第2フォトマスク52とは、第1光配向膜12に重複して露光される領域が存在するように配列されている。具体的には、第1光配向膜12が、第1マスク列52C1の第2フォトマスク52の端部52bと、第2マスク列52C2の第2フォトマスク52の端部52bの両方を介して露光されるマスク継ぎ部(図中の領域DRに重なる領域である)を有するように配列されている。露光に複数個の第2フォトマスク52を用いる場合、第2フォトマスク52同士は品位差を有し得るが、このようなマスク継ぎ部が存在することにより、第2フォトマスク52の品位差を緩やかに切り替えることができる。図8(b)の下部に示しているように、各第2フォトマスク52は、ストライプ状の遮光部SRおよび透光部(スリット)TRを有する。
筋ムラは、透光部TRを介して露光される領域の位置(露光位置)が、本来の位置からずれることにより発生する。このことを図9を参照しながらより具体的に説明する。
図9(a)には、1つの第1フォトマスク51における5つの領域R1、R2、R3、R4およびR5を示している。5つの領域R1、R2、R3、R4およびR5は、配列方向Dbに沿って並んでいる。
図9(b)は、これらの領域R1、R2、R3、R4およびR5における露光位置のずれを示している。図9(b)では、本来の露光位置が点線で示され、実際の露光位置が実線で示されている。図9(b)に示すように、第1フォトマスク51の中央に位置する領域R3では、露光位置のずれは生じない。これに対し、領域R3の左側に位置する領域R2では、露光位置が右側に比較的小さくずれ、領域R2のさらに左側に位置する領域R1では、露光位置が右側に比較的大きくずれる。また、領域R3の右側に位置する領域R4では、露光位置が左側に比較的小さくずれ、領域R4のさらに右側に位置する領域R5では、露光位置が左側に比較的大きくずれる。
図9(c)には、領域R1、R2、R3、R4およびR5に対応する画素の顕微鏡像が示されている。図9(c)からわかるように、露光位置のずれが大きい領域(領域R1およびR5)に対応する画素では、露光位置のずれに起因して暗線の発生位置がずれ、本来遮光されるべき暗線が見えてしまっている。このような暗線の位置ずれは、透過率(輝度)のずれ(ばらつき)の原因となる。
なお、図9には、第1フォトマスク51を例示しているが、第2フォトマスク52を用いた露光工程において同様の問題が生じる。
図10(a)および(b)を参照しながら、露光位置のずれが生じる理由を説明する。
図10(a)に示すように、フライアイレンズ207への入射光は、中心で比較的強く、外側で比較的弱い強度分布を有する。そのため、第1フォトマスク51(または第2フォトマスク52)の光照射面では、内向きの光の強度が相対的に強くなり、外向きの光の強度が相対的に弱くなる。図10(b)に、図10(a)中の領域MR1およびMR2のそれぞれにおける露光量分布を示す。内向きの光の強度が強いことにより、図10(b)に示すように、露光量分布は本来の分布(図中の点線)とはならず、露光位置が内側にずれた状態となってしまう。
このように、露光位置のずれが筋ムラの原因である。マスク継ぎ部では、露光位置について反対方向のずれが重畳して起こることになるので、筋ムラが発生しやすい。
[液晶表示装置の製造方法]
本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明する。
本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明する。
まず、画素電極11と、配向処理が施されていない状態の第1光配向膜12とを有するアクティブマトリクス基板10を複数枚含むマザー基板(以下では「第1マザー基板」と呼ぶ)を用意する。この工程は、公知の手法を用いて行うことができる。
次に、用意されたアクティブマトリクス基板10(第1マザー基板)を所定の搬送方向Daに搬送しながら、複数個の第1フォトマスク51を介し、第1光配向膜12の第1配向領域12aとなる領域を露光する。この工程(第1露光工程)において用いられる第1フォトマスク51は、第1光配向膜12の第1配向領域12aとなる領域を露光するための露光光を透過する透光部TRと、第1光配向膜12の第2配向領域12bとなる領域を遮光する遮光部SRとのペアを複数含む(図8(a)参照)。これら複数のペアは、配列方向Dbに沿って並ぶように配置されている。各ペアを構成する(つまり同画素の第1配向領域12aおよび第2配向領域12bを形成するための)透光部TRと遮光部SRとの境界(以下では「透光部・遮光部間境界」とも呼ぶ)は、搬送方向Daに略平行に延びており、複数の透光部・遮光部間境界が配列方向Dbに沿って並んでいる。
図11を参照しながら、この工程(第1露光工程)をより具体的に説明する。
図11の上側には、1つの第1フォトマスク51が示されており、この第1フォトマスク51の3つの領域r1、r2およびr3の1画素に対応した領域における透光部TRの配置が図11の下側に示されている。図11の下側には、透光部TRが点線で示されており、第1配向領域12aとなる領域12a’と第2配向領域12bとなる領域12b’との境界(つまり第1ドメイン境界)BD1が鎖線で示されている。
第1フォトマスク51の配列方向Dbにおける中央に位置する領域r1では、透光部TRの内側エッジe1(透光部TRと遮光部SRとの境界に相当する)は、第1ドメイン境界BD1にほぼ重なる。つまり、透光部TRの内側エッジe1は、第1ドメイン境界BD1からずれていない。
また、第1フォトマスク51の配列方向Dbにおける一端(ここでは左端)51b1側に位置する領域r2では、透光部TRの内側エッジe1は、第1ドメイン境界BD1に対して一端51b1側に(つまり外側に)ずれている。
さらに、第1フォトマスク51の配列方向Dbにおける他端(ここでは右端)51b2側に位置する領域r3では、透光部TRの内側エッジe1は、第1ドメイン境界BD1に対して他端51b2側に(つまり外側に)ずれている。
続いて、アクティブマトリクス基板10(第1マザー基板)を搬送方向Daに搬送しながら、複数個の第2フォトマスク52を介し、第1光配向膜12の第2配向領域12bとなる領域12b’を露光する。この工程(第2露光工程)において用いられる第2フォトマスク52は、第1光配向膜12の第2配向領域12bとなる領域12b’を露光するための露光光を透過する透光部TRと、第1光配向膜12の第1配向領域12aとなる領域12aを遮光する遮光部SRとのペアを複数含む(図8(b)参照)。これら複数のペアは、配列方向Dbに沿って並ぶように配置されている。各ペアを構成する透光部TRと遮光部SRとの境界(透光部・遮光部間境界)は、搬送方向Daに略平行に延びており、複数の透光部・遮光部間境界が配列方向Dbに沿って並んでいる。
図12を参照しながら、この工程(第2露光工程)をより具体的に説明する。
図12の上側には、1つの第2フォトマスク52が示されており、この第2フォトマスク52の3つの領域r4、r5およびr6の1画素に対応した領域における透光部TRの配置が図12の下側に示されている。
第2フォトマスク52の配列方向Dbにおける中央に位置する領域r4では、透光部TRの内側エッジe2は、第1ドメイン境界BD1にほぼ重なる。つまり、透光部TRの内側エッジe2は、第1ドメイン境界BD1からずれていない。
また、第2フォトマスク52の配列方向Dbにおける一端(ここでは左端)52b1側に位置する領域r5では、透光部TRの内側エッジe2は、第1ドメイン境界BD1に対して一端52b1側に(つまり外側に)ずれている。
さらに、第2フォトマスク52の配列方向Dbにおける他端(ここでは右端)52b2側に位置する領域r6では、透光部TRの内側エッジe2は、第1ドメイン境界BD1に対して他端52b2側に(つまり外側に)ずれている。
このようにして、第1光配向膜12に光配向処理が施されたアクティブマトリクス基板10(第1マザー基板)を得ることができる。
アクティブマトリクス基板10を得る工程とは別途に、対向電極21および第2光配向膜22を有する対向基板20を複数枚含むマザー基板(以下では「第2マザー基板」と呼ぶ)を用意する。この工程は、公知の手法を用いて行うことができる。
次に、第1マザー基板と第2マザー基板とを貼り合せることによって、液晶表示パネルを複数含むマザーパネルを作製する。第1マザー基板と第2マザー基板とは、液晶表示パネルの表示領域を包囲するように形成されたシール部によって接着・固定される。
その後、マザーパネルを分断することによって、液晶表示パネルを得ることができる。アクティブマトリクス基板10と対向基板20との間の液晶層30は、滴下法または真空注入法によって形成することができる。
上述したように、本実施形態の製造方法では、第1フォトマスク51は、第1露光工程において、透光部TRの内側エッジe1が一端51b1側では第1ドメイン境界BD1に対して一端51b1側(外側)にずれ、且つ、他端51b2側では第1ドメイン境界BD1に対して他端51b2側(外側)にずれるように設計されている。また、第2フォトマスク52は、第2露光工程において、透光部TRの内側エッジe2が一端52b1側では第1ドメイン境界BD1に対して一端52b1側(外側)にずれ、且つ、他端52b2側では第1ドメイン境界BD1に対して他端52b2側(外側)にずれるように設計されている。そのため、図9を参照しながら説明したような露光位置のずれ(内側へのずれ)の発生を抑制することができる。
このように、本実施形態の製造方法では、露光位置の内側へのずれを、透光部TRの内側エッジe1、e2を本来よりも外側にずらすことによって抑制している。以下では、透光部TRの内側エッジe1、e2の第1ドメイン境界BD1に対するずれ量を「マスク補正量」とも呼ぶ。マスク補正量は、従来の設計(つまりマスク補正量がマスク全体にわたってゼロ)のフォトマスクを用いて製造された液晶表示装置から求めた露光位置のずれに基づいて適宜設定され得る。
なお、図9を参照しながら説明したように、第1フォトマスク51の中心から外側に向かうにつれて、露光位置のずれが大きくなる。そのため、露光位置のずれを好適に抑制する観点からは、第1フォトマスク51は、第1フォトマスク51の中央から一端51b1側に向かうにつれてマスク補正量が大きくなり、且つ、第1フォトマスク51の中央から他端51b2側に向かうにつれてマスク補正量が大きくなるように設計されていることが好ましい。同様に、露光位置のずれを好適に抑制する観点からは、第2フォトマスク52は、第2フォトマスク52の中央から一端52b1側に向かうにつれてマスク補正量が大きくなり、且つ、第2フォトマスク52の中央から他端52b2側に向かうにつれてマスク補正量が大きくなるように設計されていることが好ましい。
図13に、マスク補正量の設定の例を示す。図13は、フォトマスク(第1フォトマスク51または第2フォトマスク52)の中心からの距離[mm]とマスク補正量[μm]との関係を示すグラフである。図13には、複数個のフォトマスクのうちの最小の補正量のフォトマスクおよび最大の補正量のフォトマスクについてのマスク補正量と、複数個のフォトマスクの平均のマスク補正量とを示している。フォトマスクの中心からの距離は、中心から右側を正、左側を負として示しており、マスク補正量も右側へのずれを正、左側へのずれを負として示している。
図13に示す例では、配列方向Dbに沿ったフォトマスクの長さは250mmである。また、配列方向Dbに沿った画素の幅は66.8μmである。図13に示すように、フォトマスクの中心から外側に向かうほど、マスク補正量は大きくなっている。フォトマスクの最外端でのマスク補正量は、最小補正量のフォトマスクで±1.225μm、最大補正量のフォトマスクで±1.95μm、平均で±1.5625μmである。フォトマスクの中心から±60mmの距離における平均補正量は、±0.75μmである。
続いて、図13に示した例(マスク補正量)で設計したフォトマスクを用いて製造した液晶表示装置(実施例)と、従来の設計(マスク補正量がマスク全体にわたってゼロ)のフォトマスクを用いて製造した液晶表示装置(比較例)とで、筋ムラの発生具合を検証した結果を説明する。
図14(a)および(b)は、それぞれ比較例の液晶表示装置および実施例の液晶表示装置の点灯状態(全画素を白表示にした状態)を示す写真である。比較例の液晶表示装置では、図14(a)に示すように、上下方向に延びる筋ムラが発生している。これに対し、実施例の液晶表示装置では、図14(b)に示すように、筋ムラの発生が抑制されている。
図15(a)および(b)は、それぞれ比較例の液晶表示装置および実施例の液晶表示装置の点灯状態における輝度レベルの分布を示すグラフである。図15(a)および(b)では、横軸にパネル座標(水平方向における画素の位置)をとり、縦軸に輝度レベルをとっている。
図15(a)および(b)から、実施例の液晶表示装置では、比較例の液晶表示装置に比べ、輝度レベルのばらつきが抑制されていることがわかる。輝度レベルのばらつきは、筋ムラの原因であるので、輝度レベルのばらつきが抑制されていることは、筋ムラの発生が抑制されていることを意味している。
なお、図13を参照しながら説明した補正量のうち筋ムラの発生を抑制する効果がもっとも大きかったのは、最大補正量の±1.95μmであった。
(他の実施形態)
1つの画素Pを4つの液晶ドメインA~Dに配向分割する方法(画素P内での液晶ドメインA~Dの配置)は、図4などに示した例に限定されない。
1つの画素Pを4つの液晶ドメインA~Dに配向分割する方法(画素P内での液晶ドメインA~Dの配置)は、図4などに示した例に限定されない。
例えば、図16(a)および(b)に示したように配向処理がなされたアクティブマトリクス基板10および対向基板20を貼り合わせることによって、図16(c)に示すように配向分割された画素Pを形成することができる。図16(c)に示す画素Pは、図4に示す画素Pと同様、4つの液晶ドメインA~Dを有する。
ただし、図4に示す画素Pでは、液晶ドメインA~Dが左上、左下、右下、右上の順に(つまり左上から反時計回りに)配置されているのに対し、図16(c)に示す画素Pでは、液晶ドメインA~Dは、右下、右上、左上、左下の順に(つまり右下から反時計回りに)配置されている。これは、図4に示す画素Pと図16(c)に示す画素P1とでは、アクティブマトリクス基板10の左側領域および右側領域と対向基板20の上側領域および下側領域のそれぞれについて、プレチルト方向が反対だからである。図16(c)に示す画素Pでは、暗線DLは、全体として左卍状である。
また、1画素内に4つの液晶ドメインが形成される例を説明したが、1画素内に形成される液晶ドメインの数は、4に限定されるものではない。例えば、1画素内に2つの液晶ドメインが形成されてもよいし、1画素内に8つの液晶ドメインが形成されてもよい。
本発明の実施形態の製造方法により製造される液晶表示装置は、テレビジョン受像機などの高品位の表示が求められる用途に好適に用いられる。
1:TFT、2:走査配線、3:信号配線、4:補助容量配線、5:ゲート電極、6:ソース電極、7:ドレイン電極、7’:接続部、8:補助容量電極、9:補助容量対向電極、10:アクティブマトリクス基板、10a:基板、10M:マザー基板、11:画素電極、12:第1光配向膜、12a:第1配向領域、12b:第2配向領域、20:対向基板、20a:基板、21:対向電極、22:第2光配向膜、22a:第3配向領域、22b:第4配向領域、30:液晶層、41:偏光板、42:偏光板、51:第1フォトマスク、52:第2フォトマスク、100:液晶表示装置、101:液晶表示パネル、102:バックライト、200:露光装置、201:露光ユニット、201A:光源筐体、201B:光学系筐体、202:光源、203:楕円ミラー、204:ミラー、205:窓材、206:ミラー、207:フライアイレンズ、208:シリンドリカルレンズ、209:コンデンサレンズ、210:偏光板、211:窓材、BD1:第1ドメイン境界、BD2:第2ドメイン境界、Da:搬送方向、Db:配列方向、P:画素、PD1:第1プレチルト方向、PD2:第2プレチルト方向、PD3:第3プレチルト方向、PD4:第4プレチルト方向、SR:遮光部、TR:透光部
Claims (9)
- マトリクス状に配列された複数の画素を有し、
互いに対向する第1基板および第2基板と、
前記第1基板および前記第2基板の間に設けられた垂直配向型の液晶層と、を備え、
前記第1基板は、前記複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極と、前記画素電極および前記液晶層の間に設けられた第1光配向膜とを有し、
前記第2基板は、前記画素電極に対向する対向電極と、前記対向電極および前記液晶層の間に設けられた第2光配向膜とを有し、
前記複数の画素のそれぞれは、前記第1光配向膜および前記第2光配向膜によって規定される基準配向方向が互いに異なる複数の液晶ドメインを有し、
前記複数の液晶ドメインは、第1方向に平行に延びる第1ドメイン境界を介して互いに隣接する第1液晶ドメインおよび第2液晶ドメインを含み、
前記第1光配向膜は、前記複数の画素のそれぞれ内に、互いに異なるプレチルト方向を規定する第1配向領域および第2配向領域であって、前記第1ドメイン境界を介して互いに隣接する第1配向領域および第2配向領域を有する、液晶表示装置の製造方法であって、
前記画素電極と、配向処理が施されていない状態の前記第1光配向膜とを有する前記第1基板を用意する工程(A)と、
用意された前記第1基板を所定の搬送方向に搬送しながら、前記搬送方向に交差する第2方向に配列された2個以上の第1フォトマスクを含む複数個の第1フォトマスクを介し、前記第1光配向膜の前記第1配向領域となる領域を露光する工程(B)と、を包含し、
前記複数個の第1フォトマスクのそれぞれは、前記第1光配向膜の前記第1配向領域となる領域を露光するための露光光を透過する透光部と、前記第1光配向膜の前記第2配向領域となる領域を遮光する遮光部とのペアを複数含み、前記複数のペアは、前記第2方向に沿って並ぶように配置されており、
前記複数個の第1フォトマスクのそれぞれは、前記工程(B)において、当該第1フォトマスクの前記第2方向における一端側では、前記透光部と前記遮光部との境界が前記第1ドメイン境界に対して前記一端側にずれ、且つ、当該第1フォトマスクの前記第2方向における他端側では、前記透光部と前記遮光部との境界が前記第1ドメイン境界に対して前記他端側にずれるように設計されている、液晶表示装置の製造方法。 - 前記複数個の第1フォトマスクのそれぞれは、前記工程(B)において、当該第1フォトマスクの中央から前記一端側に向かうにつれて、前記透光部と前記遮光部との境界の、前記第1ドメイン境界に対するずれが大きくなり、且つ、当該第1フォトマスクの中央から前記他端側に向かうにつれて、前記透光部と前記遮光部との境界の、前記第1ドメイン境界に対するずれが大きくなるように設計されている、請求項1に記載の製造方法。
- 前記工程(B)において、前記露光光は、前記複数個の第1フォトマスクのそれぞれに対応して設けられた光学系によって当該第1フォトマスクに導かれる、請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記複数個の第1フォトマスクは、前記搬送方向に互いに隣接する第1マスク列および第2マスク列を構成するように配列されており、
前記複数個の第1フォトマスクは、さらに、工程(B)において、前記第1光配向膜が、前記第1マスク列のある第1フォトマスクの一部と、前記第2マスク列のある第1フォトマスクの一部の両方を介して露光されるマスク継ぎ部を有するように配列されている、請求項1から3のいずれかに記載の製造方法。 - 前記第1基板を前記搬送方向に搬送しながら、前記搬送方向に交差する第2方向に配列された2個以上の第2フォトマスクを含む複数個の第2フォトマスクを介し、前記第1光配向膜の前記第2配向領域となる領域を露光する工程(C)をさらに包含し、
前記複数個の第2フォトマスクのそれぞれは、前記第1光配向膜の前記第2配向領域となる領域を露光するための露光光を透過する透光部と、前記第1光配向膜の前記第1配向領域となる領域を遮光する遮光部とのペアを複数含み、前記複数のペアは、前記第2方向に沿って並ぶように配置されており、
前記複数個の第2フォトマスクのそれぞれは、前記工程(C)において、当該第2フォトマスクの前記第2方向における一端側では、前記透光部と前記遮光部との境界が前記第1ドメイン境界に対して前記一端側にずれ、且つ、当該第2フォトマスクの前記第2方向における他端側では、前記透光部と前記遮光部との境界が前記第1ドメイン境界に対して前記他端側にずれるように設計されている、請求項1から4のいずれかに記載の製造方法。 - 前記複数の液晶ドメインは、前記第1ドメイン境界に交差するように延びる第2ドメイン境界を介して前記第1液晶ドメインおよび前記第2液晶ドメインにそれぞれ隣接する第3液晶ドメインおよび第4液晶ドメインを含む、請求項1から5のいずれかに記載の製造方法。
- 前記第2光配向膜は、前記複数の画素のそれぞれ内に、互いに異なるプレチルト方向を規定する第3配向領域および第4配向領域であって、前記第2ドメイン境界を介して互いに隣接する第3配向領域および第4配向領域を有する、請求項6に記載の製造方法。
- マトリクス状に配列された複数の画素を有し、
互いに対向する第1基板および第2基板と、
前記第1基板および前記第2基板の間に設けられた垂直配向型の液晶層と、を備え、
前記第1基板は、前記複数の画素のそれぞれに設けられた画素電極と、前記画素電極および前記液晶層の間に設けられた第1光配向膜とを有し、
前記第2基板は、前記画素電極に対向する対向電極と、前記対向電極および前記液晶層の間に設けられた第2光配向膜とを有し、
前記複数の画素のそれぞれは、前記第1光配向膜および前記第2光配向膜によって規定される基準配向方向が互いに異なる複数の液晶ドメインを有し、
前記複数の液晶ドメインは、第1方向に平行に延びる第1ドメイン境界を介して互いに隣接する第1液晶ドメインおよび第2液晶ドメインを含み、
前記第1光配向膜は、前記複数の画素のそれぞれ内に、互いに異なるプレチルト方向を規定する第1配向領域および第2配向領域であって、前記第1ドメイン境界を介して互いに隣接する第1配向領域および第2配向領域を有する、液晶表示装置の製造方法において、前記第1基板を所定の搬送方向に搬送しながら、前記搬送方向に交差する第2方向に配列された2個以上のフォトマスクを含む複数個のフォトマスクを介し、前記第1光配向膜の前記第1配向領域となる領域を露光する露光工程に用いられるフォトマスクであって、
前記第1光配向膜の前記第1配向領域となる領域を露光するための露光光を透過する透光部と、前記第1光配向膜の前記第2配向領域となる領域を遮光する遮光部とのペアを複数有し、前記複数のペアは、前記第2方向に沿って並ぶように配置されており、
前記露光工程において、当該フォトマスクの前記第2方向における一端側では、前記透光部と前記遮光部との境界が前記第1ドメイン境界に対して前記一端側にずれ、且つ、当該フォトマスクの前記第2方向における他端側では、前記透光部と前記遮光部との境界が前記第1ドメイン境界に対して前記他端側にずれるように設計されている、フォトマスク。 - 前記露光工程において、当該フォトマスクの中央から前記一端側に向かうにつれて、前記透光部と前記遮光部との境界の、前記第1ドメイン境界に対するずれが大きくなり、且つ、当該フォトマスクの中央から前記他端側に向かうにつれて、前記透光部と前記遮光部との境界の、前記第1ドメイン境界に対するずれが大きくなるように設計されている、請求項8に記載のフォトマスク。
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