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JP3146998B2 - 液晶表示素子の配向膜光配向用偏光光照射装置 - Google Patents
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JP3146998B2 - 液晶表示素子の配向膜光配向用偏光光照射装置 - Google Patents

液晶表示素子の配向膜光配向用偏光光照射装置

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JP3146998B2 JP24212196A JP24212196A JP3146998B2 JP 3146998 B2 JP3146998 B2 JP 3146998B2 JP 24212196 A JP24212196 A JP 24212196A JP 24212196 A JP24212196 A JP 24212196A JP 3146998 B2 JP3146998 B2 JP 3146998B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子の配
向膜に偏光光を照射して光配向させるための偏光光照射
装置に関し、特に本発明は大型のワークに対して偏光光
を照射することができる配向膜光配向用偏光光照射装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶表示素子は、通常2枚の基板から構
成され、一方の基板に液晶を駆動するための駆動素子
(例えば薄膜トランジスタ)や透明導電膜で形成された
液晶駆動用電極、液晶を特定方向に配向させる配向膜等
が形成され、他方の基板には、ブラックマトリックスと
呼ばれる遮光膜、またカラー液晶表示素子の場合にはカ
ラーフィルタおよび上記した配向膜が形成される。配向
膜は、通常、ポリイミド樹脂等の薄膜の表面にラビング
と呼ばれる処理を施して特定方向に溝を付けたものであ
り、液晶の分子をこの微細な溝に沿って特定方向に配向
させる働きをする。上記ラビング処理は、回転するロー
ラに巻き付けた布で基板を擦って作成する方法が広く用
いられている。
【0003】上記ラビングによる配向膜の形成は、基板
をラビング用布により擦って行うため、ほこり、静電
気、スクラッチ等の刺激が発生し、歩留りが低下するこ
とが避けられない。そこで、近年、上記ラビングをせず
に液晶の配向をそろえる技術が提案されている(ラビン
グしないで配向をそろえる技術を、以下ノンラビングと
いう)。上記ノンラビングの技術の中に偏光を利用する
方法がある。この方法は、ポリイミド樹脂等の薄膜に偏
光を照射して、薄膜の特定方向のポリマーを化学変化さ
せることにより配向をそろえるものである。
【0004】しかし、上記技術を液晶基板の配向膜の形
成に適用するには大型の偏光光照射装置が必要となる。
すなわち、液晶表示素子を製造する場合、通常1枚の基
板上に4〜6枚の液晶表示素子が形成されるので、光照
射の対象となる基板の大きさは、通常550mm×65
0mm程度になる。このため、液晶基板の配向膜の形成
に用いられる偏光光照射装置の照射領域は、800mm
×800mm程度必要となるが、従来、上記のような大
照射領域を持つ偏光光照射装置は存在しなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図8は本発明の前提と
なる紫外光を照射する光照射装置の構成を示す図であ
る。光照射装置は通常、同図に示すように超高圧水銀ラ
ンプ等の放電ランプ1と、楕円集光鏡2と、第1の平面
鏡3と、インテグレータレンズ5とシャッタ4と第2の
平面鏡6とコリメータレンズ7から構成されている。そ
して、放電ランプ1が放射する紫外光を含む光は、楕円
集光鏡2で集光され、第1の平面鏡3で反射し、インテ
グレータレンズ5に入射する。インテグレータレンズ5
から出た光は、シャッタ4を介してさらに第2の平面鏡
6で反射し、コリメータレンズ7で平行光にされ光照射
装置から出射する。光照射装置から出射した平行光はマ
スクMを介して液晶基板等のワークWに照射される。な
お、所定のパターンが形成されたマスクMを介してワー
クWに光を照射し、ワークの所定位置のみを露光するに
は、上記のようにコリメータレンズ7で平行光を得てマ
スクMおよびワークWに照射する必要がある。
【0006】10はアライメント顕微鏡であり、アライ
メント顕微鏡10によりマスクMのアライメント・マー
クと、ワークWのアライメント・マークを観察し、マス
クMとワークWのアライメントを行ったのち、マスクM
を介して上記光照射装置から紫外光を照射する。なお、
上記第2の平面鏡6とコリメータレンズ7の代わりに凹
面鏡から構成されるコリメータミラーを用いることもで
きる。
【0007】上記した光照射装置から偏光光を出射させ
るには、楕円集光鏡2からマスクMまでの光路中に光を
偏光させる偏光素子を入れればよいが、偏光素子を入れ
る場所によっては、次のような問題が生ずる。 (1)光が平行光でないコリメータレンズ7の前に偏光
素子を入れると、ワークWに照射される偏光光の一部
が、光軸上の照射面における偏光方向に対して傾く。す
なわち、図9に示すように、光軸上の照射面Aにおける
偏光方向に対して、例えば、位置Bにおける偏光方向は
同図に示すように傾く。上記のように偏光方向が一様で
ない光を基板に照射すると、配向膜の配向方向が一定で
なくなる。そして、配向方向が一定でない配向膜を持つ
液晶表示素子により得られる画像は、色調、コントラス
トが場所によってバラツクこととなる。このため、基板
に照射される偏光光の偏光方向は一様であることが要求
され、偏光素子は平行光であるコリメータレンズ7とマ
スクMの間に入れる必要がある。なお、コリメータミラ
ーを用いた場合にも、偏光素子はコリメータミラーとマ
スクMの間に設けることが望ましい。
【0008】(2)上記した第2の平面鏡6とコリメー
タレンズ7の代わりに金属のコリメータミラーを用いた
り、第2の平面鏡6として金属ミラーを用い、それらの
前に偏光素子を入れると、ワークWに照射される光は楕
円偏光となり、上記と同じ問題が生ずる。 (3)照度が高いインテグレータレンズ5の出口に偏光
素子を設けると、紫外光により偏光素子が劣化し易い。
【0009】以上のように、コリメータレンズ7の前に
偏光素子を配置すると、偏光方向が一様でなくなる等の
問題が生ずるため、図8に示した光照射装置から偏光光
を出射させるためには、コリメータレンズ7とマスクM
の間に偏光素子を配置する必要がある。しかしながら、
コリメータレンズ7とマスクMの間に偏光素子を配置す
る場合には、偏光素子としてワークWの大きさと略等し
いかそれ以上の大きさのものを用いなけばならない。
【0010】大型の偏光素子としては、樹脂(ポリマ
ー)を用いたもの、ガラスもしくはプラスチックフィ
ルムに蒸着膜を設けたもの等が知られているが、上記
のものは、紫外光に対して劣化し易く、また、上記の
ものは、偏光できる波長帯域が狭く、しかも偏光素子が
少し傾くと偏光できる波長帯域がシフトするため、上記
光照射装置に用いた場合、取り付け調整が難しいといっ
た問題がある。さらに、蒸着膜が剥がれたり劣化する可
能性があり、メインテナンスに難がある。本発明は上記
した問題点を考慮してなされたものであって、その目的
とするところは、大型のワークに対して偏光方向が一様
な偏光光を照射することができ、光配向により液晶表示
素子の配向膜を形成することが可能な偏光光照射装置を
提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】ブリュースタ角だけ傾け
たガラス板に平行光が入射すると、水平偏光成分P(以
下P偏光という)は100%ガラス板を透過し、垂直偏
光成分S(以下S偏光という)は約85%透過する。な
お、ブリュースタ角とは、P偏光の反射係数が零になる
光の入射角をいう。したがって、図2に示すように、ガ
ラス板を間隔をあけて複数枚配置し、該ガラス板にブリ
ュースタ角φ傾いた光を入射することにより、ガラス板
を透過する光のS偏光に対するP偏光の比を大きくする
ことができる。上記原理を利用して、複数枚のガラス板
を間隔をあけて平行配置し、これらのガラス板を平行光
に対してブリュースタ角傾けて配置すれば、比較的大型
の偏光素子を構成することができ、液晶表示素子等の大
型のワークに偏光方向が一様な偏光光を照射できるもの
と考えられる。
【0012】ここで、液晶表示素子の配向膜の光配向の
ためには、通常、次の条件を満たすことが必要とされ
る。 (1)液晶表示素子の配向膜光配向のためには、ワーク
に照射されるP偏光に対するS偏光の比S/Pを所定値
以下する必要がある。 (2)前記図8に示した構成の光照射装置においては、
通常、中心光線平行度が±1°、視角は±2°程度であ
り、さらに、ガラス板を傾けて配置するときの取り付け
角度誤差が±2°程度見込まれるので、ガラス板にはブ
リュースタ角に対して±5°程度傾いた光が入射する可
能性がある。したがって、液晶表示素子の配向膜光配向
を効率的に行うためには、上記したブリュースタ角に対
して±5°傾いた光に対して、偏光素子における光の減
衰率が所定値以下である必要がある。
【0013】上記(1)(2)条件について種々検討し
たところ、上記(1)のS/P比を0.1以下、また、
上記(2)のブリュースタ角に対して±5°傾いた光に
対する減衰率を1/2以下とすれば、液晶表示素子の配
向膜の光配向に適用できることがわかった。そこで、上
記条件を満たす偏光素子のガラス板の枚数について検討
したところ、後述するように、実現可能な所定枚数のガ
ラス板を間隔をあけて平行配置すれば、上記条件を満た
すことができることが明らかとなった。
【0014】また、上記ガラス板としては、光配向に対
して効果の大きい365nmの紫外光に対する内部透過
率が高いものを用いるのが望ましく、上記ガラス板とし
ては、365nmの紫外光に対する内部透過率が98%
以上ある石英ガラスを用いるのが望ましい。偏光素子を
上記のように間隔をあけて平行配置した複数枚の透明な
ガラス板から構成することにより、前記蒸着膜を用いた
偏光素子のように偏光できる波長範囲が限られることが
なく、偏光素子の前に波長選択フィルタを設ける必要が
ない。また、上記蒸着膜を用いた偏光素子のように蒸着
膜のはがれや劣化の心配もない。
【0015】本発明は以上のようにして液晶表示素子の
ような大型のワークに対して偏光方向が一様な偏光光を
照射することができる偏光光照射装置を構成したもので
あり、本発明においては、次のようにして前記課題を解
決する。 (1)紫外光を含む光を放出するランプと、上記ランプ
の光を集光する集光鏡と、インテグレータレンズと、コ
リメターレンズもしくはコリメータミラーから構成され
る光照射装置において、上記コリメターレンズもしくは
コリメータミラーの出射側に、間隔をおいて平行配置し
た複数枚のガラス板を主光線に対してブリュースタ角だ
け傾けて配置した偏光素子を設け、偏光素子のガラス板
の枚数を、平行偏光光成分Pと垂直偏光光成分Sの比S
/Pが0.1以下で、かつ、上記ブリュースタ角に対し
て±5°傾いた入射光に対する平行偏光光Pの減衰が1
/2以下となるように設定する。 (2)上記ガラス板を石英ガラスから形成する。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施例の偏光光照
射装置の構成を示す図である。前記図8に示したものと
同一のものには同一の符号が付されており、本実施例の
偏光光照射装置は、超高圧水銀ランプ等の放電ランプ1
と、楕円集光鏡2と、第1の平面鏡3と、インテグレー
タレンズ5とシャッタ4と第2の平面鏡6とコリメータ
レンズ7と、偏光素子8から構成されている。偏光素子
8は、前記図2に示したように複数枚のガラス板8aを
間隔をあけて平行配置し、ガラス板8aを上記コリメー
タレンズ7が出射する平行光に対してブリュースタ角だ
け傾けて配置したものである。
【0017】同図において、放電ランプ1が放射する紫
外光を含む光は、楕円集光鏡2で集光され、第1の平面
鏡3で反射し、シャッタ4を介してインテグレータレン
ズ5に入射する。インテグレータレンズ5から出た光
は、さらに第2の平面鏡6で反射し、コリメータレンズ
7で平行光にされ、偏光素子8に入射する。偏光素子8
は、前記したように、P偏光を透過させS偏光の大部分
を反射するので、偏光素子8から出射する光は主として
P偏光となる。
【0018】上記P偏光はマスクMを介して液晶基板等
のワークWに照射される。10は前記したマスクMとワ
ークWのアライメントを行うためのアライメント顕微
鏡、11はワークステージであり、ワークステージ11
はX,Y,Z,θ方向に移動可能であり、ワークステー
ジ11上にワークが載置される。なお、X軸はワーク面
に平行な軸、Y軸はワーク面に平行でX軸に直交する
軸、Z軸はX,Y軸に直交する軸,θはZ軸を軸とする
回転である。上記した偏光光照射装置において、前記し
た(1)P偏光に対するS偏光の比S/Pが0.1以下
となる偏光素子のガラスの枚数、および、(2)ブリュ
ースタ角に対して±5°傾いた光に対する減衰率が1/
2以下となる偏光素子のガラスの枚数を求めた。
【0019】上記ガラス板の枚数は次のように求めるこ
とができる。図3に示すように、入射光の角度をφ(ブ
リュースタ角)、屈折光の角度をφ’のとしたとき、S
偏光の反射光の強度rs は次の式(1)で表され、ま
た、P偏光の反射光の強度rp は次の式(2)で表され
る。ここで、RsはS偏光の反射成分、RpはP偏光の
反射成分、EsはS偏光の入射成分、EpはP偏光の入
射成分であり、Rs/EsおよびRp/Epは次の式
(3)(4)で表される。
【0020】
【0021】S偏光の透過する光の強度は上記式(1)
より次の式(5)で表され、P偏光の透過する光の強度
は上記式(2)より次の式(6)で表される。 1−rs =1−(Rs/Es)2 …(5) 1−rp =1−(Rp/Ep)2 …(6) 複数枚のガラスを用いる場合は、境界面が複数になるか
ら、上記式(5)(6)を境界面の数MTLでべき乗す
ればよい。
【0022】したがって、複数枚のガラス板から構成さ
れる偏光素子を透過するS偏光の強度、P偏光の強度は
次の式(7)(8)で表されることとなる。なお、境界
面はガラス1枚当たり表、裏の2面あるので、境界面の
数MLTはガラスの枚数の倍となる。 透過するS偏光の強度 {1−(Rs/Es)2 MLT …(7) 透過するP偏光の強度 {1−(Rp/Ep)2 MLT …(8) 上記計算式により、前記(1)の条件を満たすガラスの
枚数を求めたところ、必要なガラスの枚数は、8枚以上
であることがわかった。
【0023】図4は平行配置した8枚のガラス板から構
成される偏光素子の特性を示す図であり、横軸は上記偏
光素子を構成するガラス板に入射する光の角度、縦軸は
偏光素子を透過する偏光光の強度を示し、同図のAはP
偏光、BはS偏光を示しており、同図はガラス板の屈折
率を1.5として求めている。同図から明らかなよう
に、8枚のガラス板から偏光素子を構成することによ
り、前記したS/P比を0.1以下とすることができ
る。ガラスの枚数がふえれば、それに応じてS/P比が
小さくなるので、8枚以上のガラス板から偏光素子を構
成すれば、前記(1)の条件を満たすことができる。
【0024】次に、上記計算式より、前記(2)の条件
を満たすガラスの枚数を求めたところ、98枚以下であ
ることがわかった。図5は平行配置した98枚のガラス
板から構成される偏光素子の特性を示す図であり、図4
と同様、横軸は上記偏光素子を構成するガラス板に入射
する光の角度、縦軸は偏光素子を透過するP偏光の強度
を示し、同図はガラス板の屈折率を1.5として求めて
いる。
【0025】同図から明らかなように、98枚のガラス
板から偏光素子を構成すると、偏光素子への入射角が5
°ずれたときのP偏光の減衰率が略1/2となる。ガラ
スの枚数を減少させれば、それに応じて上記減衰率は小
さくなるので、偏光素子を98枚以下のガラス板から構
成すれば、上記(2)の条件を満たすことができる。以
上のことから、平行配置した複数枚のガラス板を傾けて
構成した偏光素子を用いて、液晶表示素子の配向膜を光
配向するための偏光光照射装置を構成できることがわか
った。また、偏光素子を構成するガラス枚数も8枚以
上、98枚以下であり、装置を構成するのに充分実現可
能な枚数である。なお、平面配置した複数のガラス板同
士の間隔は、偏光させる光の波長域のうち最も長い波長
の1波長以上の距離にする必要がある。上記間隔が上記
1波長以下の場合は、上記波長域のS偏光の反射が少な
くなり、S/P比を小さくすることができない。
【0026】次に図1に示した偏光光照射装置を用いた
液晶表示素子の配向膜の光配向処理について説明する。 A.液晶基板に形成された薄膜の全面に偏光光を照射し
て光配向を行う場合。 配向されていない液晶基板の薄膜の全面に下記のように
偏光光を照射することにより、液晶基板の薄膜の全面を
光配向することができる。 (1) 図1において、ワークステージ11上に例えば図6
に示すワークWを載置する。基板の全面に偏光光を照射
する場合にはマスクMを使用しない。また、液晶基板の
薄膜部分のみ光を透過させるマスクMを使用してもよ
い。
【0027】(2) ワークステージ11をZ軸を中心に回
転させ、偏光方向がワークWに対して図6の方向を向く
ようにする。偏光素子8を回転させ、偏光方向が図6の
方向を向くようにしてもよい。なお、マスクMを使用す
る場合には、図示しないマスクステージにマスクMをセ
ットし、アライメント顕微鏡でマスクMとワークWのア
ライメント・マークAMを観察し、ワークステージ11
をX,Y,θ方向に駆動してマスクMとワークWのアラ
イメント・マークが一致するようにマスクMとワークW
の位置合わせを行う。この場合には、予め、マスクMの
向きが上記偏光方向に一致するようにセットしておいて
もよい。 (3) シャッタ4を開き、ワークWに偏光光を所定時間照
射する。
【0028】B.液晶基板に形成された薄膜の一部に偏
光光を照射して光配向を行う場合。 ラビングもしくは光配向により既に配向膜が形成されて
いる液晶基板の一部にマスクを介して下記のように偏光
光を照射することにより配向特性を変化させることがで
きる。 (1) 図1において、図示しないマスクステージにマスク
Mをセットする。マスクMとしては、例えば、図7に示
すように、液晶表示素子の一画素の半分を遮光するスト
ライプ状のマスクを使用し、偏光素子8が出射する偏光
光の方向が、同図に示すようにストライプの方向と平行
になるようにマスクMをセットする。
【0029】(2) ワークステージ11上にワークWを載
置する。 (3) マスクMとワークWの間隙が所定値になるようにワ
ークステージ11をZ方向に移動させ、アライメント顕
微鏡10によりマスクMとワークWのアライメント・マ
ークを観察し、両者が一致するようにワークステージ1
1(もしくはマスクステージ)を移動させ、アライメン
トを行う。 (4) ワークステージ11をZ軸方向に移動させマスクM
とワークWの間隙を露光距離にセットする。 (5) シャッタ4を開き、偏光光をマスクMを介してワー
クWに所定時間照射する。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
以下の効果を得ることができる。 (1)光照射装置において、複数枚のガラス板を間隔を
あけて平行配置し、これらのガラス板を主光線に対して
ブリュースタ角傾けて構成した偏光素子をコリメータレ
ンズもしくはコリメータミラーの出射側に設けたので、
照射面積が大きく、偏光方向が一様な偏光光を照射でき
る偏光光照射装置を得ることができる。このため、液晶
表示素子の配向膜の光配向を効率よく行うことができ
る。 (2)偏光素子を上記のように間隔をあけて平行配置し
た複数枚の透明なガラス板から構成したので、蒸着膜を
用いた偏光素子のように偏光できる波長範囲が限られる
ことがなく、偏光素子の前に波長選択フィルタを設ける
必要がない。また、上記蒸着膜を用いた偏光素子のよう
に蒸着膜のはがれや劣化の心配もない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の偏光光照射装置の構成を示す
図である。
【図2】間隔をあけて平行配置したガラス板にブリュー
スタ角傾いた光が入射したときのS偏光とP偏光を示す
図である。
【図3】ガラス板に光が入射したときの様子を説明する
図である。
【図4】8枚のガラス板から構成される偏光素子の特性
を示す図である。
【図5】98枚のガラス板から構成される偏光素子の特
性を示す図である。
【図6】ワークの向きと偏光方向の関係を説明する図で
ある。
【図7】偏光方向と、マスクパターンと液晶基板の画素
の関係を説明する図である。
【図8】本発明の前提となる光照射装置の構成を示す図
である。
【図9】平行光でない部分に偏光素子を入れた場合の偏
光方向を説明する図である。
【符号の説明】
1 放電ランプ 2 楕円集光鏡 3 第1の平面鏡 4 シャッタ 5 インテグレータレンズ 6 第2の平面鏡 7 コリメータレンズ 8 偏光素子 8a ガラス板 10 アライメント顕微鏡 11 ワークステージ M マスク W ワーク

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 紫外光を含む光を放出するランプと、 上記ランプの光を集光する集光鏡と、インテグレータレ
    ンズと、コリメターレンズもしくはコリメータミラーか
    ら構成される光照射装置において、 上記コリメターレンズもしくはコリメータミラーの出射
    側に、間隔をおいて平行配置した複数枚のガラス板を主
    光線に対してブリュースタ角だけ傾けて配置した偏光素
    子を設け、 上記偏光素子のガラス板の枚数を、平行偏光光成分Pと
    垂直偏光光成分Sの比S/Pが0.1以下で、かつ、上
    記ブリュースタ角に対して±5°傾いた入射光に対する
    平行偏光光Pの減衰が1/2以下となるように設定した
    ことを特徴とする液晶表示素子の配向膜光配向用偏光光
    照射装置。
  2. 【請求項2】 上記ガラス板が石英ガラスから形成され
    ていることを特徴とする請求項1の液晶表示素子の配向
    膜光配向用偏光光照射装置。
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