JP4241208B2 - 光配向処理方法および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、配向膜に光を照射して配向処理を行う光配向処理方法および当該光配向処理方法を適用した液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、従来の機械的なラビング法に代わる配向制御方法として紫外線配向制御技術が検討されている（特許文献１〜３参照）。この技術は、非接触で液晶分子配向を誘発することが可能であることから、ラビング時の発塵による汚染、特にＴＦＴ素子が搭載されている基板に対し摩擦による静電ダメージを回避することができる。この結果、歩留りの低下を防止できることから液晶表示素子製造工程への応用も期待されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３５０８５８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８９３０１号公報
【特許文献３】
特表２００１−５１２８５０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の液晶表示素子の製造に対して紫外線配向処理を適用した場合に、表示品質を高めつつ、現在のラビング法に対してスループットを著しく落とすことのない最適な方法や、これに用いる配向膜材料等は未だ確立されていない状況にある。
【０００５】
すなわち、従来から提案されている紫外線配向では液晶分子への配向制御力が著しく弱く、表示素子内にマイクロドメインによる欠陥が発生し、著しく表示品質を落としていた。このため、配向性を高め表示品質を向上させるためには、配向処理過程で紫外線照射量（照射エネルギー）を増加させなければならないことから、従来のラビング法に対し著しくスループットを落としてしまうこととなる。このように、現在において、表示品質とスループットとはトレードオフの関係になっている。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、工程処理能力を落とすことなく、配向膜に高い配向制御力を与えることができる光配向処理方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、工程処理能力を落とすことなく、表示品質を高めることができる液晶表示装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光配向処理方法は、基板に形成された紫外線反応型樹脂の配向膜へ、光源が出射した紫外光を、光学系から照射することによって、液晶の配向方向への制御力と前記液晶のプレチルト角への制御力とを前記配向膜に与えるように、配向処理を実施する光配向処理工程を有し、前記光配向処理工程は、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分を含むように、光源から紫外光を出射する工程と、前記光源から出射した紫外光を、Ｓ偏光成分からなる反射光としてブリュースターミラーによって反射する工程と、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光を前記配向膜へ照射する第１照射領域、および、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光を前記配向膜へ照射する第２照射領域を規定するように、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光、および、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光の一部を、遮蔽板によって遮蔽する工程とを含み、前記第１照射領域と前記第２照射領域とが並ぶ方向へ前記基板を搬送することによって、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光を前記第１照射領域にて前記配向膜へ照射すると共に、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光を前記第２照射領域にて前記配向膜へ照射して、前記配向処理を実施する。
【０００８】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、一対の基板の少なくとも一方に前記配向膜を紫外線反応型樹脂によって形成する工程と、前記配向膜に紫外光を照射することによって前記配向膜について配向処理を実施する工程と、前記一対の基板を貼り合わせた後に、前記一対の基板の間に液晶を注入し、前記配向処理が実施された配向膜の配向制御力により液晶分子を配向させることで液晶層を形成する工程とを有し、前記配向処理を実施する工程は、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分を含むように、光源から紫外光を出射する工程と、前記光源から出射した紫外光を、Ｓ偏光成分からなる反射光としてブリュースターミラーによって反射する工程と、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光を前記配向膜へ照射する第１照射領域、および、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光を前記配向膜へ照射する第２照射領域を規定するように、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光、および、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光の一部を、遮蔽板によって遮蔽する工程とを含み、前記配向膜が形成された基板を、前記第１照射領域と前記第２照射領域とが並ぶ方向へ搬送することによって、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光を前記第１照射領域にて前記配向膜へ照射すると共に、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光を前記第２照射領域にて前記配向膜へ照射して、前記配向処理を実施する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光配向処理方法および液晶表示装置の製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１（ａ）は、本実施形態に係る光配向処理方法を実現する照射ユニットの一例の概略構成図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）において側面から見た構成図である。図２は、照射ユニットの光源の発光原理およびプロセスを説明するための図である。
【００１３】
図１に示す照射ユニット１は、大別して光源２と光学系３とを有する。
光源２は、例えばマイクロ波を発生するマグネトロン４と、マイクロ波により励起される水銀等の発光成分が充填された円筒形状のバルブ５と、光出射側とは反対側においてバルブ５を包囲する半円筒形状の反射鏡６とを有する。また、図２に示すように、イグナイター７が設置されている。
【００１４】
バルブ５内には、水銀およびその他の発光成分が充填されており、後述するように配向膜の材料の吸収特性に合わせた波長帯域の光を発光するように発光成分が調整される。
【００１５】
マグネトロン４は、バルブ５に充填された水銀等の発光成分を励起するマイクロ波を発生する。マグネトロン４により発生されるマイクロ波の周波数は、例えば２．４５ＭＨｚである。
【００１６】
反射鏡６は、バルブ５から発せられた光を反射して、照射される光を均一化かつ平行化させる。イグナイター７は、始動用に設置されており、バルブ５内の発光成分に光子（フォトン）を照射することにより、紫外光の立ち上がりを促進する。
【００１７】
図２に示すように、光源２の発光プロセスとしては、まず、マグネトロン４から例えば２．４５ＭＨｚのマイクロ波が発生され、イグナイター７より光子が照射される。発生したマイクロ波ＭＷは、反射鏡６内へ到達し、バルブ５に充填された水銀等の発光成分に吸収されて、水銀等の発光成分が励起され、紫外線を発光する。このとき、イグナイター７から照射されたフォトンも発光成分に吸収されて紫外光の立ち上がりを促進することにより、均一な紫外線が発光されることとなる。
【００１８】
上記の光源は、電極を用いない無電極放電型ランプである。この光源を備えた照射ユニット１は、例えば６ｋＷ程度の高いパワーを有し、電極を用いないため寿命が３０００時間以上と非常に長い利点がある。さらに、寿命到達まで出射される光の強度減衰がなく、照射均一性が良好である。また、後述するように、連結による大型化が可能である。
【００１９】
図３は、照射ユニット１の光学系３の概略構成図である。
図３に示すように、光学系３は、バルブ５により発光され反射鏡６により反射された光（偏光）を所定のビーム形状に成形するアパーチャ１２と、２７０ｎｍ以下の波長領域の光をカットするカットフィルタ１３と、紫外光ＬのＳ偏光のみを反射させるブリュースターミラー１４と、光を遮蔽して照射領域を規定する遮蔽板１５，１６とを有する。
【００２０】
カットフィルタ１３は、上記したように２７０ｎｍ以下の波長領域の光を遮蔽する。これは、紫外線配向処理に用いられる後述する紫外線反応型のポリイミド等の有機高分子化合物に短波長領域の光を照射すると、配向制御力を与えるのに必要な反応以外の反応をも起こして副生成物を増加させ、光学的特性に影響が出る恐れがあるからである。光学的な特性に影響が出ると、表示パネルとしての透過率や色度に影響を及ぼしてしまう。
【００２１】
ブリュースターミラー１４は、光源２からの入射光に対してブリュースター角（偏光角）だけ傾斜させて設置され、光源２からの入射光Ｌを反射してＳ偏光からなる反射光を出射する。
【００２２】
遮蔽板１５は、光源２からの入射光Ｌのうち、ブリュースターミラー１４により反射されずに基板１０へ向けて照射される第２照射領域ＬＡ２を規定する。この第２照射領域ＬＡ２における紫外光は、光源２からの光と同じ、すなわちＳ偏光成分とＰ偏光成分とを有する光となる。
【００２３】
遮蔽板１６は、ブリュースターミラー１４により反射されたＳ偏光が照射される第１照射領域ＬＡ１を規定し、かつ、ブリュースターミラー１４により反射されずに基板１０へ向けて照射される第２照射領域ＬＡ２を規定する。
【００２４】
上記の照射ユニット１により紫外線配向処理が行われる基板１０上には、後述する紫外線反応型の配向膜１１が塗布されている。配向膜１１が塗布された基板１０は、図中矢印方向に所定の速度で移動するステージ８に搭載されて、照射ユニット１により形成される第１照射領域ＬＡ１および第２照射領域ＬＡ２を通過する。
【００２５】
配向膜１１が塗布された基板１０が、Ｓ偏光成分のみからなる第１照射領域ＬＡ１に曝されることにより、例えば、偏光方向に垂直な液晶の配列方向となるような配向制御力が配向膜１１に与えられる。
【００２６】
次に、配向膜１１が塗布された基板１０が、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分をもつ第２照射領域ＬＡ２に曝されることにより、配向膜１１への光の入射方向に沿った、液晶分子のプレティルト角となるような配向制御力が配向膜１１に与えられる。
【００２７】
以上のように、上記の光配向処理では、基板等を回転させることなく、一定の方向に基板を搬送させて、第１の照射領域ＬＡ１および第２の照射領域ＬＡ２に通過させるのみで、液晶の配列およびプレティルト角発現を含めた配向を制御することができる。なお、従来の配向処理露光工程では、必要な液晶の配列およびプレティルト角を得たい場合に、配向膜が形成された基板を回転させて２回の露光工程を行うことにより実現している（特許文献３参照）。
【００２８】
本実施形態に係る光配向処理方法は、小型の液晶パネルから大型の液晶パネルの全てに対応可能である。図４および図５は、これらを説明するための図である。
【００２９】
図４（ａ）では、光源２および光学系３をもつ１つの照射ユニット１の照射領域ＬＡに入る範囲の寸法の基板１０に対し光配向処理を行う状態を示している。この場合には、１つの照射ユニット１により基板１０の全領域に対して光配向処理を行うことが可能である。
【００３０】
図４（ｂ）には、一つの照射ユニット１の照射領域ＬＡを越える中型から大型の基板１０を照射する状態を示している。この場合、複数の照射ユニット１を多連化する。具体的には、基板１０の一辺の長さに相当するだけ並べる。これにより、大きな基板１０を搭載したステージを所定の速度で移動して（図４の矢印方向）大きな基板１０をスキャニングさせることにより、大きな基板１０の全領域に対して光配向処理を行うことができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る光配向処理では、工程処理能力を向上させることも可能である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、これらを説明するための図である。
【００３２】
図５（ａ）に示すように、基板１０の一辺が照射領域ＬＡ内に入るように、基板１０の一辺に沿って５つの照射ユニット１を連結させている状態を想定する。この場合では、配向膜を十分反応させるために必要なエネルギー（積算光量）に応じて、基板１０を図中矢印方向に所定の速度Ｕ１で移動させる必要がある。
【００３３】
これに対し、図５（ｂ）に示すように、５つの連結した照射ユニット１を基板１０の進行方向に３段配置することにより、３回基板１０を照射することになるため、ステージによる基板１０の送り速度Ｕ２を上記速度Ｕ１の３倍にすることが可能となり、基板１０への光配向処理のスループットを向上させることができる。なお、図５（ｂ）では、３段の例について示しているが、何段でも配置可能である。
【００３４】
上記の照射ユニット１により光配向処理される配向膜の構造の一例を図６（ａ）に示し、図６（ａ）に示す配向膜のＵＶ吸収スペクトルを図６（ｂ）に示す。
【００３５】
図６（ａ）に示す配向膜は、紫外線反応（分解）型ポリイミドであり、脂環式部分と芳香族部分を含む半芳香族ポリイミドである。図６（ｂ）に示すように、この紫外線反応型ポリイミドは、３００ｎｍ以下の波長領域の光の吸光度が高いことがわかる。すなわち、この配向膜を十分に反応させるためには、３００ｎｍ以下の波長領域の光の強度が高い光源を用いると有利である。
【００３６】
図７は、本実施形態に係る光配向処理で使用した無電極放電型の照射ユニットにより照射される光のスペクトル分布である。図７では、本実施形態に使用する光のスペクトル分布ＳＰ１（図中、実線で示す）の他に、比較例として従来の光配向処理に用いられていた水銀ランプのスペクトル分布ＳＰ２（図中、破線で示す）を示している。
【００３７】
図７に示すように、本実施形態に係る光配向処理に使用する紫外光では、２５０〜２６０ｎｍ、２６０〜２７０ｎｍ、２８０〜２９０ｎｍ、２９０〜３００ｎｍ、３００〜３０５ｎｍ、３１０〜３１５ｎｍ、３６０〜３７０ｎｍに特徴的ピークを有している。そして、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長領域の発光総出力（図７のスペクトルを積分した値）が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長領域の発光総出力に対し１．６であった。
【００３８】
これに対し、比較例の水銀ランプでは、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長領域の発光総出力が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長領域の発光総出力に対し０．６であった。すなわち、本実施形態に用いる光配向用の光は、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長領域の発光総出力が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長領域の発光総出力を越えている。
【００３９】
すなわち、本実施形態のように、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長領域の発光総出力が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長領域の発光総出力を越えていれば、それだけ紫外線反応型ポリイミドよりなる配向膜の反応に寄与する波長領域のエネルギーが大きくなり、全体的な照射エネルギーを減少させることができる。照射エネルギーは、時間に依存することから、照射エネルギーを減少できることは、スループットを向上させることに繋がる。
【００４０】
上記の光配向処理を用いる本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法は、反射型あるいは透過型の液晶表示装置、あるいは反射型と透過型を合わせもつ併用型（半透過型）の液晶表示装置のいずれにも適用可能である。
【００４１】
以下に、本実施形態に係る光配向処理を液晶表示装置の製造に適用した場合における効果について、より詳細な実施例および比較例を参照して説明する。
【００４２】
実施例１
図８は、本実施例において製造対象となる透過型液晶表示装置の概略構成図である。
図８に示す液晶表示装置は、ガラス等からなる対向配置された第１基板１０Ａおよび第２基板１０Ｂの間に液晶層２０が充填されて構成されている。
【００４３】
第１基板１０Ａは、ガラス等からなる透明絶縁基板２１と、透明基板２１上に形成され、各画素毎にマトリックス状に配置されたＩＴＯ等の透明電極からなる画素電極２２とを有する。第１基板１０Ａは、例えば液晶を駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成された、いわゆるＴＦＴ基板である。
【００４４】
第２基板１０Ｂは、ガラス等からなる透明絶縁基板２３と、透明絶縁基板２３上に形成された、各色に着色された樹脂層であるカラーフィルタ２４と、カラーフィルタ２４上に形成された、ＩＴＯ等の透明電極からなる対向電極２５とを有する。第２基板１０Ｂは、いわゆる対向基板あるいはカラーフィルタ基板と称されるものである。
【００４５】
上記の第１基板１０Ａと液晶層２０との間、および第２基板１０Ｂと液晶層２０との間には、液晶の配列およびプレティルト角を制御する配向膜１１が介在している。配向膜１１が形成された第１基板１０Ａおよび第２基板１０Ｂは、図３から図５で説明した、光配向処理が施された基板１０である。
【００４６】
透過型液晶表示装置では、液晶層２０を挟む一対の基板１０Ａ，１０Ｂの外側に、偏光板３１，３２が設けられており、ＴＦＴが形成された第１基板１０Ａ側には、バックライト３３が設けられる。
【００４７】
図８に示す構造を有し、対角６．２５ｃｍ、１８万画素を有する透過型低温ポリシリコンＬＣＤを製造するには、第１基板１０Ａおよび第２基板１０Ｂに、図６に示した紫外線反応型ポリイミドからなる配向膜１１を塗布し、８０℃、３０分で仮乾燥した後、２００℃、６０分で焼成を行い配向膜１１を成膜した。引き続き、図１から図５で示した照射ユニット１により、第１基板１０Ａおよび第２基板１０Ｂ上に法線方向から４５°の入射角で１Ｊ／ｃｍ2 （第１の照射領域ＬＡ１と第２の照射流域ＬＡ２を含む照射領域ＬＡのエネルギー密度）の偏光紫外線を照射した。但し、所定の方向に主視野角を得られるよう双方の基板で配向方向を調整した。
【００４８】
本実施例１では、光配向処理において、図４（ｂ）で示したように、無電極型の照射ユニット１を３連結して用いた。このときの出射光の発光スペクトル分布は、図７のスペクトルＳＰ１に示した通りである。すなわち、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の発光総出力が３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の発光総出力よりも大きい出射光を照射した。なお、カットフィルタにより、２７０ｎｍ以下の発光スペクトルを遮蔽して照射した。配向膜塗布基板に照射した偏光紫外線のエネルギーは、１Ｊ／ｃｍ2 、偏光度は約３：１とした。基板１０Ａ，１０Ｂに照射される紫外線強度は、測定の結果１００±１０ｍＷ／ｃｍ2 であった。
【００４９】
光配向処理を行った双方の基板は、基板洗浄を行わず、３．４μｍのセルギャップとなるように貼り合わせた後、液晶を封入し製造した。偏光板配置は、配向軸に偏光軸を直交させ９０°ＴＮノーマルホワイト表示とした。
なお、光配向処理以降の製造工程は、従来の液晶パネルの製造方法と同様である。
【００５０】
図９（ａ）に、上記の実施例およびこれに続く比較例により製造された液晶パネルの配向性およびコントラスト評価の結果を示す。
図９（ｂ）に示すように、上記の実施例１により作製した透過型の液晶パネルの配向性能は、マイクロドメイン等の欠陥は一切見られず良好な表示品質が得られていることが確認された。また、図９（ａ）に示すように、電気光学測定においても、コントラスト２００以上と良好な結果が得られた。また、本実施例のパネルは、高温高湿保存試験においてもシミ不良は発生せず、信頼性は十分であった。
【００５１】
（比較例１）
実施例１と同様の透過型の液晶パネルを製造する際に、光配向処理において、図７のＳＰ２に示す発光スペクトルをもつ通常の水銀ランプを使用し、３００ｎｍ以下の発光スペクトルを遮蔽して行った。すなわち、光配向処理において、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の発光総出力が３００ｎｍ以上３５０ｎｍの発光出力に対し０．６である通常の水銀ランプを使用した。
【００５２】
配向膜塗布基板に照射した偏光紫外線のエネルギーは、実施例１と同じ１Ｊ／ｃｍ2 とした。このようにして作製された透過型の液晶パネルは、図９（ｃ）に示すようなマイクロドメインの発生、さらには液晶注入に伴う流動スジが発生してしまった。また、図９（ａ）に示すようにコントラストが３１という著しい特性の悪化がもたらされた。その後、照射エネルギーを増加させて再度液晶パネルを作製したところ、２０Ｊ／ｃｍ2 で実施例１と同様の結果が得られたが、配向完了までに著しく長い時間を要する結果となった。
【００５３】
（比較例２）
実施例１と同様の基板を使用し、従来のメカニカルラビングにより配向膜に配向処理を施して、液晶パネルを作製した。洗浄を行わず貼り合わせを行った場合、液晶パネル内に繊維状のダストが多数介在し、表示品質を著しく劣化させた。また、ラビング配向後基板洗浄を行った場合、実施例１に比べて配向秩序度が低下し、コントラストが８３に低下した（図９（ａ）参照）。
【００５４】
（比較例３）
実施例１と同様の透過型の液晶パネルを製造する際に、光配向処理において、図７のＳＰ２に示す発光スペクトルをもつ通常の水銀ランプを使用し、発光スペクトルをカットフィルタにより遮蔽せずに照射した。すなわち、カットフィルタによる遮蔽の有無以外は、比較例１と同様に、光配向処理において、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の発光総出力が３００ｎｍ以上３５０ｎｍの発光出力に対し０．６である通常の水銀ランプを使用した。
【００５５】
配向膜塗布基板に照射した偏光紫外線のエネルギーは、実施例１と同じ１Ｊ／ｃｍ2 とした。このようにして作製された透過型の液晶パネルは、高温高湿保存試験（６０℃、相対湿度９０％、１０００時間）において、シミ不良が発生し、表示パネルの信頼性を低下させてしまった。
【００５６】
実施例２
図１０は、本実施例における製造対象となる併用型液晶表示装置の概略構成図である。
図１０に示す液晶表示装置は、外部から取り入れた周囲光により表示を行う反射領域Ａｒ１と内部光源からの光により表示を行う透過領域Ａｒ２とを有する。
【００５７】
図１０に示すように、ガラス等からなる透明絶縁基板４１に、走査信号線となるゲート電極４２が形成され、ゲート電極４２を被覆するゲート絶縁膜を介して低温ポリシリコンからなる半導体層４３が形成されている。半導体層４３を被覆して酸化シリコン等からなる層間絶縁膜４４が形成され、層間絶縁膜４４を埋め込んで半導体層４３に接続されたソース・ドレイン電極４５が形成されている。このように、ゲート電極４２が半導体層４３に対して下層にあるボトムゲート型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔｒが透明絶縁基板４１に形成されている。
【００５８】
反射領域Ａｒ１においては、薄膜トランジスタＴｒを被覆して、凹凸形状を有する散乱層４６および平坦化層４７が順に形成されている。透過領域Ａｒ２においては、透明絶縁基板４１上の薄膜トランジスタを構成する層と、散乱層４６および平坦化層４７が除去されており、反射領域Ａｒ１との間で大きな段差が形成されている。
【００５９】
反射領域Ａｒ１における平坦化層４７上および透過領域Ａｒ２における透明絶縁基板４１上には、ＩＴＯ等からなる透明電極４８が形成されている。透明電極４８は、散乱層４６および平坦化層４７に形成されたコンタクトホールを介して、薄膜トランジスタＴｒの一方のソース・ドレイン電極４５に接続されている。
【００６０】
反射領域Ａｒ１における透明電極４８上には、散乱層４６の凹凸形状を反映した表面形状をもつ反射電極４９が形成されている。反射電極４９は、例えば銀等の高反射率材料からなる。反射電極４９の表面に、凹凸が形成されることにより、外光を拡散して反射する構成となっている。これによって、反射光の指向性を緩和して、広い角度範囲で画面を観察することができる。透過領域Ａｒ２において、反射電極４９は除去されており、透明電極４８が観察される。
【００６１】
上記した薄膜トランジスタＴｒ、透明電極４８および反射電極４９が形成された第１基板１０Ａと、カラーフィルタが形成された第２基板１０Ｂとの間に、液晶が充填されて液晶層２０が保持されている。第１基板１０Ａは、いわゆるＴＦＴ基板と称されるものであり、第２基板１０Ｂはカラーフィルタ基板と称されるものである。
【００６２】
第２基板１０Ｂは、図示は省略したが、ガラス等からなる透明絶縁基板と、透明絶縁基板上に形成された、各色に着色された樹脂層であるカラーフィルタと、カラーフィルタ上に形成された、ＩＴＯ等の透明電極からなる対向電極とを有する。必要に応じて、反射領域Ａｒ１と透過領域Ａｒ２とでは、カラーフィルタを構成する樹脂層の材料を変えてもよい。
【００６３】
上記の第１基板１０Ａと液晶層２０との間、および第２基板１０Ｂと液晶層２０との間には、液晶の配列およびプレティルト角を規制する配向膜１１が介在している。配向膜１１が形成された第１基板１０Ａおよび第２基板１０Ｂは、図３から図５で説明した、光配向処理の対象となる基板１０に相当する。
【００６４】
併用型液晶表示装置では、液晶層２０を挟む一対の基板１０Ａ，１０Ｂの外側に、１／４波長板３４，３５が設けられており、そのさらに外側に偏光板３１，３２が設けられている。ＴＦＴが形成された第１基板１０Ａ側において、偏光板３１の外側には、バックライト３３が設けられる。
【００６５】
図１０に示す構造を有し、対角９．７ｃｍ、１５万画素の併用型低温ポリシリコンＬＣＤを製造するにあたり、第１基板１０Ａおよび第２基板１０Ｂに対し、実施例１と同様の配向膜１１および偏光紫外線により光配向処理を行い、液晶パネルを製造した。但し、セルギャップは、２．０μｍ、配向方位は、図１１に示すようにアンチパラレルとした。なお、配向方位は、これに限定されるものではない。
【００６６】
このようにして作製した液晶パネルの配向性能は、実施例１で示した結果と同様、マイクロドメイン等の欠陥は一切見られず良好な表示性能が得られた。また、電気光学特性を測定した結果、併用型にてコントラスト比が透過部８３、反射部１５と良好な値が得られた。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態によれば、紫外線反応型の配向膜への光配向処理において、配向膜に吸収されて、配向制御力を与えるのに必要な反応を前記配向膜に起こさせる波長帯域の紫外光を照射している。より詳細には、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長領域の発光総出力が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長領域の発光総出力を越える紫外線を用いている。これにより、配向膜の反応に寄与する波長領域のエネルギーが大きくなり、全体的な照射エネルギーを減少させることができる。照射エネルギーは、時間に依存することから、照射エネルギーを減少できることは、スループットを向上させることに繋がる。
【００６８】
紫外線反応型のポリイミド等の有機高分子化合物は、短波長領域の光を照射するとダメージが発生して、光学的特性に影響が出る恐れがあるが、２７０ｎｍ以下の波長領域の光を遮蔽して配向膜に照射することにより、これを防止でき、表示パネルとしての透過率や色度に影響を与えることもない。
【００６９】
また、Ｓ偏光からなり、液晶の配列方向への制御力を配向膜に与える第１の照射領域ＬＡ１と、Ｓ偏光およびＰ偏光を含み、液晶のプレティルト角への規制力を配向膜に与える第２の照射領域ＬＡ２とを有する照射領域ＬＡに、配向膜１１が形成された基板１０を通過させるのみで、液晶の配列およびプレティルト角発現レベルを含めた配向を制御することができる。従って、光配向処理のスループットを向上させることができる。
【００７０】
さらに、ラビング処理を行わない光配向処理が実現できることから、ラビング処理における問題が解消される。例えば、ラビング法における布の取り付け、布の損傷による交換等の管理が不要となる。また、ラビング処理を経た後の、基板表面に付着した繊維ダストの除去のための洗浄工程が不要となる。さらに、ラビング法により生じる配向膜表面の傷、膜剥がれ等の欠陥およびＴＦＴ素子の静電破壊を防止できる。
【００７１】
また、機械的に擦るラビング処理では対応が困難である、微細高精細液晶パネルの作製に伴う微細領域の高精度な配向処理が可能となる。その一つに、図１０で示すような併用型の液晶表示装置における配向処理がある。図１０に示す併用型の液晶表示装置では、反射領域Ａｒ１と透過領域Ａｒ２とでは、基板に凹凸があり、ラビング処理では、特に凹部となる透過領域Ａｒ２に塗布された配向膜１１を機械的に擦ることが困難となる。これに対し、光配向処理の実現により、このような微細な凹部にも紫外線を照射することにより配向処理を行うことが可能となる。この結果、液晶の配向制御力を向上させることができ、液晶パネルの表示性能を向上させることができる。
【００７２】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、反射型の液晶表示装置の製造において、本実施形態で説明した光配向処理を適用することも可能である。
また、本実施形態で説明した、紫外線反応型ポリイミドの化学構造は一例であり、３５０ｎｍ以下の波長帯域に高い吸光度をもっていれば、その他の化学構造をもつ紫外線反応型ポリイミドを配向膜として採用することも可能である。
さらに、光配向処理に用いる照射ユニットとして、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の発光総出力が３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の発光総出力よりも大きい光を照射する例を図１ないし図３で説明したが、このような光を照射できるものであれば、種々の変更が可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の光配向処理方法によれば、工程処理能力を落とすことなく、配向膜に高い配向制御力を与えることができる。
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、工程処理能力を落とすことなく、表示品質を高めた液晶表示装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本実施形態に係る液晶表示装置の製造における光配向処理を実現する照射ユニットの一例の概略構成図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）を側面から見た構成図である。
【図２】照射ユニットの光源の発光原理を説明するための図である。
【図３】照射ユニットの光学系の概略構成図である。
【図４】図４（ａ）は１つの照射ユニットによる基板の光配向処理を、図４（ｂ）は多連化した照射ユニットによる基板の光配向処理を説明するための図である。
【図５】多段化した照射ユニットによる基板の光配向処理を説明するための図である。
【図６】図６（ａ）は本実施形態における光配向処理に用いる配向膜の化学構造の一例であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す配向膜のＵＶ吸収スペクトルである。
【図７】本実施形態で使用した無電極放電型の照射ユニットにより照射される光のスペクトル分布である。
【図８】実施例１の製造対象である透過型液晶表示装置の概略構成図である。
【図９】実施例１により製造された液晶パネルおよび比較例により製造された液晶パネルの配向性およびコントラスト評価の結果を示す図である。
【図１０】実施例２の製造対象である併用型液晶表示装置の概略構成図である。
【図１１】実施例２における配向膜の配向方位を示す図である。
【符号の説明】
１…照射ユニット、２…光源、３…光学系、４…マグネトロン、５…バルブ、６…反射鏡、７…イグナイター、８…ステージ、１０…基板、１０Ａ…第１基板、１０Ｂ…第２基板、１１…配向膜、１２…アパーチャ、１３…カットフィルタ、１４…ブリュースターミラー、１５，１６…遮蔽板、２０…液晶層、２１…透明絶縁基板、２２…画素電極、２３…透明絶縁基板、２４…カラーフィルタ、２５…対向電極、３１，３２…偏光板、３３…バックライト、３４，３５…１／４波長板、４１…透明絶縁基板、４２…ゲート電極、４３…半導体層、４４…層間絶縁膜、４５…ソース・ドレイン電極、４６…散乱層、４７…平坦化層、４８…透明電極、４９…反射電極、ＭＷ…マイクロ波、Ｌ…光、ＬＡ…照射領域、ＬＡ１…第１の照射領域、ＬＡ２…第２の照射領域。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、配向膜に光を照射して配向処理を行う光配向処理方法および当該光配向処理方法を適用した液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、従来の機械的なラビング法に代わる配向制御方法として紫外線配向制御技術が検討されている（特許文献１〜３参照）。この技術は、非接触で液晶分子配向を誘発することが可能であることから、ラビング時の発塵による汚染、特にＴＦＴ素子が搭載されている基板に対し摩擦による静電ダメージを回避することができる。この結果、歩留りの低下を防止できることから液晶表示素子製造工程への応用も期待されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３５０８５８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８９３０１号公報
【特許文献３】
特表２００１−５１２８５０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の液晶表示素子の製造に対して紫外線配向処理を適用した場合に、表示品質を高めつつ、現在のラビング法に対してスループットを著しく落とすことのない最適な方法や、これに用いる配向膜材料等は未だ確立されていない状況にある。
【０００５】
すなわち、従来から提案されている紫外線配向では液晶分子への配向制御力が著しく弱く、表示素子内にマイクロドメインによる欠陥が発生し、著しく表示品質を落としていた。このため、配向性を高め表示品質を向上させるためには、配向処理過程で紫外線照射量（照射エネルギー）を増加させなければならないことから、従来のラビング法に対し著しくスループットを落としてしまうこととなる。このように、現在において、表示品質とスループットとはトレードオフの関係になっている。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、工程処理能力を落とすことなく、配向膜に高い配向制御力を与えることができる光配向処理方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、工程処理能力を落とすことなく、表示品質を高めることができる液晶表示装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光配向処理方法は、基板に形成された紫外線反応型樹脂の配向膜へ、光源が出射した紫外光を、光学系から照射することによって、液晶の配向方向への制御力と前記液晶のプレチルト角への制御力とを前記配向膜に与えるように、配向処理を実施する光配向処理工程を有し、前記光配向処理工程は、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分を含むように、光源から紫外光を出射する工程と、前記光源から出射した紫外光を、Ｓ偏光成分からなる反射光としてブリュースターミラーによって反射する工程と、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光を前記配向膜へ照射する第１照射領域、および、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光を前記配向膜へ照射する第２照射領域を規定するように、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光、および、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光の一部を、遮蔽板によって遮蔽する工程とを含み、前記第１照射領域と前記第２照射領域とが並ぶ方向へ前記基板を搬送することによって、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光を前記第１照射領域にて前記配向膜へ照射すると共に、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光を前記第２照射領域にて前記配向膜へ照射して、前記配向処理を実施する。
【０００８】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、一対の基板の少なくとも一方に前記配向膜を紫外線反応型樹脂によって形成する工程と、前記配向膜に紫外光を照射することによって前記配向膜について配向処理を実施する工程と、前記一対の基板を貼り合わせた後に、前記一対の基板の間に液晶を注入し、前記配向処理が実施された配向膜の配向制御力により液晶分子を配向させることで液晶層を形成する工程とを有し、前記配向処理を実施する工程は、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分を含むように、光源から紫外光を出射する工程と、前記光源から出射した紫外光を、Ｓ偏光成分からなる反射光としてブリュースターミラーによって反射する工程と、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光を前記配向膜へ照射する第１照射領域、および、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光を前記配向膜へ照射する第２照射領域を規定するように、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光、および、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光の一部を、遮蔽板によって遮蔽する工程とを含み、前記配向膜が形成された基板を、前記第１照射領域と前記第２照射領域とが並ぶ方向へ搬送することによって、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光を前記第１照射領域にて前記配向膜へ照射すると共に、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光を前記第２照射領域にて前記配向膜へ照射して、前記配向処理を実施する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光配向処理方法および液晶表示装置の製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１（ａ）は、本実施形態に係る光配向処理方法を実現する照射ユニットの一例の概略構成図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）において側面から見た構成図である。図２は、照射ユニットの光源の発光原理およびプロセスを説明するための図である。
【００１３】
図１に示す照射ユニット１は、大別して光源２と光学系３とを有する。
光源２は、例えばマイクロ波を発生するマグネトロン４と、マイクロ波により励起される水銀等の発光成分が充填された円筒形状のバルブ５と、光出射側とは反対側においてバルブ５を包囲する半円筒形状の反射鏡６とを有する。また、図２に示すように、イグナイター７が設置されている。
【００１４】
バルブ５内には、水銀およびその他の発光成分が充填されており、後述するように配向膜の材料の吸収特性に合わせた波長帯域の光を発光するように発光成分が調整される。
【００１５】
マグネトロン４は、バルブ５に充填された水銀等の発光成分を励起するマイクロ波を発生する。マグネトロン４により発生されるマイクロ波の周波数は、例えば２．４５ＭＨｚである。
【００１６】
反射鏡６は、バルブ５から発せられた光を反射して、照射される光を均一化かつ平行化させる。イグナイター７は、始動用に設置されており、バルブ５内の発光成分に光子（フォトン）を照射することにより、紫外光の立ち上がりを促進する。
【００１７】
図２に示すように、光源２の発光プロセスとしては、まず、マグネトロン４から例えば２．４５ＭＨｚのマイクロ波が発生され、イグナイター７より光子が照射される。発生したマイクロ波ＭＷは、反射鏡６内へ到達し、バルブ５に充填された水銀等の発光成分に吸収されて、水銀等の発光成分が励起され、紫外線を発光する。このとき、イグナイター７から照射されたフォトンも発光成分に吸収されて紫外光の立ち上がりを促進することにより、均一な紫外線が発光されることとなる。
【００１８】
上記の光源は、電極を用いない無電極放電型ランプである。この光源を備えた照射ユニット１は、例えば６ｋＷ程度の高いパワーを有し、電極を用いないため寿命が３０００時間以上と非常に長い利点がある。さらに、寿命到達まで出射される光の強度減衰がなく、照射均一性が良好である。また、後述するように、連結による大型化が可能である。
【００１９】
図３は、照射ユニット１の光学系３の概略構成図である。
図３に示すように、光学系３は、バルブ５により発光され反射鏡６により反射された光（偏光）を所定のビーム形状に成形するアパーチャ１２と、２７０ｎｍ以下の波長領域の光をカットするカットフィルタ１３と、紫外光ＬのＳ偏光のみを反射させるブリュースターミラー１４と、光を遮蔽して照射領域を規定する遮蔽板１５，１６とを有する。
【００２０】
カットフィルタ１３は、上記したように２７０ｎｍ以下の波長領域の光を遮蔽する。これは、紫外線配向処理に用いられる後述する紫外線反応型のポリイミド等の有機高分子化合物に短波長領域の光を照射すると、配向制御力を与えるのに必要な反応以外の反応をも起こして副生成物を増加させ、光学的特性に影響が出る恐れがあるからである。光学的な特性に影響が出ると、表示パネルとしての透過率や色度に影響を及ぼしてしまう。
【００２１】
ブリュースターミラー１４は、光源２からの入射光に対してブリュースター角（偏光角）だけ傾斜させて設置され、光源２からの入射光Ｌを反射してＳ偏光からなる反射光を出射する。
【００２２】
遮蔽板１５は、光源２からの入射光Ｌのうち、ブリュースターミラー１４により反射されずに基板１０へ向けて照射される第２照射領域ＬＡ２を規定する。この第２照射領域ＬＡ２における紫外光は、光源２からの光と同じ、すなわちＳ偏光成分とＰ偏光成分とを有する光となる。
【００２３】
遮蔽板１６は、ブリュースターミラー１４により反射されたＳ偏光が照射される第１照射領域ＬＡ１を規定し、かつ、ブリュースターミラー１４により反射されずに基板１０へ向けて照射される第２照射領域ＬＡ２を規定する。
【００２４】
上記の照射ユニット１により紫外線配向処理が行われる基板１０上には、後述する紫外線反応型の配向膜１１が塗布されている。配向膜１１が塗布された基板１０は、図中矢印方向に所定の速度で移動するステージ８に搭載されて、照射ユニット１により形成される第１照射領域ＬＡ１および第２照射領域ＬＡ２を通過する。
【００２５】
配向膜１１が塗布された基板１０が、Ｓ偏光成分のみからなる第１照射領域ＬＡ１に曝されることにより、例えば、偏光方向に垂直な液晶の配列方向となるような配向制御力が配向膜１１に与えられる。
【００２６】
次に、配向膜１１が塗布された基板１０が、Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分をもつ第２照射領域ＬＡ２に曝されることにより、配向膜１１への光の入射方向に沿った、液晶分子のプレティルト角となるような配向制御力が配向膜１１に与えられる。
【００２７】
以上のように、上記の光配向処理では、基板等を回転させることなく、一定の方向に基板を搬送させて、第１の照射領域ＬＡ１および第２の照射領域ＬＡ２に通過させるのみで、液晶の配列およびプレティルト角発現を含めた配向を制御することができる。なお、従来の配向処理露光工程では、必要な液晶の配列およびプレティルト角を得たい場合に、配向膜が形成された基板を回転させて２回の露光工程を行うことにより実現している（特許文献３参照）。
【００２８】
本実施形態に係る光配向処理方法は、小型の液晶パネルから大型の液晶パネルの全てに対応可能である。図４および図５は、これらを説明するための図である。
【００２９】
図４（ａ）では、光源２および光学系３をもつ１つの照射ユニット１の照射領域ＬＡに入る範囲の寸法の基板１０に対し光配向処理を行う状態を示している。この場合には、１つの照射ユニット１により基板１０の全領域に対して光配向処理を行うことが可能である。
【００３０】
図４（ｂ）には、一つの照射ユニット１の照射領域ＬＡを越える中型から大型の基板１０を照射する状態を示している。この場合、複数の照射ユニット１を多連化する。具体的には、基板１０の一辺の長さに相当するだけ並べる。これにより、大きな基板１０を搭載したステージを所定の速度で移動して（図４の矢印方向）大きな基板１０をスキャニングさせることにより、大きな基板１０の全領域に対して光配向処理を行うことができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る光配向処理では、工程処理能力を向上させることも可能である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、これらを説明するための図である。
【００３２】
図５（ａ）に示すように、基板１０の一辺が照射領域ＬＡ内に入るように、基板１０の一辺に沿って５つの照射ユニット１を連結させている状態を想定する。この場合では、配向膜を十分反応させるために必要なエネルギー（積算光量）に応じて、基板１０を図中矢印方向に所定の速度Ｕ１で移動させる必要がある。
【００３３】
これに対し、図５（ｂ）に示すように、５つの連結した照射ユニット１を基板１０の進行方向に３段配置することにより、３回基板１０を照射することになるため、ステージによる基板１０の送り速度Ｕ２を上記速度Ｕ１の３倍にすることが可能となり、基板１０への光配向処理のスループットを向上させることができる。なお、図５（ｂ）では、３段の例について示しているが、何段でも配置可能である。
【００３４】
上記の照射ユニット１により光配向処理される配向膜の構造の一例を図６（ａ）に示し、図６（ａ）に示す配向膜のＵＶ吸収スペクトルを図６（ｂ）に示す。
【００３５】
図６（ａ）に示す配向膜は、紫外線反応（分解）型ポリイミドであり、脂環式部分と芳香族部分を含む半芳香族ポリイミドである。図６（ｂ）に示すように、この紫外線反応型ポリイミドは、３００ｎｍ以下の波長領域の光の吸光度が高いことがわかる。すなわち、この配向膜を十分に反応させるためには、３００ｎｍ以下の波長領域の光の強度が高い光源を用いると有利である。
【００３６】
図７は、本実施形態に係る光配向処理で使用した無電極放電型の照射ユニットにより照射される光のスペクトル分布である。図７では、本実施形態に使用する光のスペクトル分布ＳＰ１（図中、実線で示す）の他に、比較例として従来の光配向処理に用いられていた水銀ランプのスペクトル分布ＳＰ２（図中、破線で示す）を示している。
【００３７】
図７に示すように、本実施形態に係る光配向処理に使用する紫外光では、２５０〜２６０ｎｍ、２６０〜２７０ｎｍ、２８０〜２９０ｎｍ、２９０〜３００ｎｍ、３００〜３０５ｎｍ、３１０〜３１５ｎｍ、３６０〜３７０ｎｍに特徴的ピークを有している。そして、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長領域の発光総出力（図７のスペクトルを積分した値）が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長領域の発光総出力に対し１．６であった。
【００３８】
これに対し、比較例の水銀ランプでは、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長領域の発光総出力が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長領域の発光総出力に対し０．６であった。すなわち、本実施形態に用いる光配向用の光は、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長領域の発光総出力が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長領域の発光総出力を越えている。
【００３９】
すなわち、本実施形態のように、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長領域の発光総出力が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長領域の発光総出力を越えていれば、それだけ紫外線反応型ポリイミドよりなる配向膜の反応に寄与する波長領域のエネルギーが大きくなり、全体的な照射エネルギーを減少させることができる。照射エネルギーは、時間に依存することから、照射エネルギーを減少できることは、スループットを向上させることに繋がる。
【００４０】
上記の光配向処理を用いる本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法は、反射型あるいは透過型の液晶表示装置、あるいは反射型と透過型を合わせもつ併用型（半透過型）の液晶表示装置のいずれにも適用可能である。
【００４１】
以下に、本実施形態に係る光配向処理を液晶表示装置の製造に適用した場合における効果について、より詳細な実施例および比較例を参照して説明する。
【００４２】
実施例１
図８は、本実施例において製造対象となる透過型液晶表示装置の概略構成図である。
図８に示す液晶表示装置は、ガラス等からなる対向配置された第１基板１０Ａおよび第２基板１０Ｂの間に液晶層２０が充填されて構成されている。
【００４３】
第１基板１０Ａは、ガラス等からなる透明絶縁基板２１と、透明基板２１上に形成され、各画素毎にマトリックス状に配置されたＩＴＯ等の透明電極からなる画素電極２２とを有する。第１基板１０Ａは、例えば液晶を駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成された、いわゆるＴＦＴ基板である。
【００４４】
第２基板１０Ｂは、ガラス等からなる透明絶縁基板２３と、透明絶縁基板２３上に形成された、各色に着色された樹脂層であるカラーフィルタ２４と、カラーフィルタ２４上に形成された、ＩＴＯ等の透明電極からなる対向電極２５とを有する。第２基板１０Ｂは、いわゆる対向基板あるいはカラーフィルタ基板と称されるものである。
【００４５】
上記の第１基板１０Ａと液晶層２０との間、および第２基板１０Ｂと液晶層２０との間には、液晶の配列およびプレティルト角を制御する配向膜１１が介在している。配向膜１１が形成された第１基板１０Ａおよび第２基板１０Ｂは、図３から図５で説明した、光配向処理が施された基板１０である。
【００４６】
透過型液晶表示装置では、液晶層２０を挟む一対の基板１０Ａ，１０Ｂの外側に、偏光板３１，３２が設けられており、ＴＦＴが形成された第１基板１０Ａ側には、バックライト３３が設けられる。
【００４７】
図８に示す構造を有し、対角６．２５ｃｍ、１８万画素を有する透過型低温ポリシリコンＬＣＤを製造するには、第１基板１０Ａおよび第２基板１０Ｂに、図６に示した紫外線反応型ポリイミドからなる配向膜１１を塗布し、８０℃、３０分で仮乾燥した後、２００℃、６０分で焼成を行い配向膜１１を成膜した。引き続き、図１から図５で示した照射ユニット１により、第１基板１０Ａおよび第２基板１０Ｂ上に法線方向から４５°の入射角で１Ｊ／ｃｍ2 （第１の照射領域ＬＡ１と第２の照射流域ＬＡ２を含む照射領域ＬＡのエネルギー密度）の偏光紫外線を照射した。但し、所定の方向に主視野角を得られるよう双方の基板で配向方向を調整した。
【００４８】
本実施例１では、光配向処理において、図４（ｂ）で示したように、無電極型の照射ユニット１を３連結して用いた。このときの出射光の発光スペクトル分布は、図７のスペクトルＳＰ１に示した通りである。すなわち、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の発光総出力が３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の発光総出力よりも大きい出射光を照射した。なお、カットフィルタにより、２７０ｎｍ以下の発光スペクトルを遮蔽して照射した。配向膜塗布基板に照射した偏光紫外線のエネルギーは、１Ｊ／ｃｍ2 、偏光度は約３：１とした。基板１０Ａ，１０Ｂに照射される紫外線強度は、測定の結果１００±１０ｍＷ／ｃｍ2 であった。
【００４９】
光配向処理を行った双方の基板は、基板洗浄を行わず、３．４μｍのセルギャップとなるように貼り合わせた後、液晶を封入し製造した。偏光板配置は、配向軸に偏光軸を直交させ９０°ＴＮノーマルホワイト表示とした。
なお、光配向処理以降の製造工程は、従来の液晶パネルの製造方法と同様である。
【００５０】
図９（ａ）に、上記の実施例およびこれに続く比較例により製造された液晶パネルの配向性およびコントラスト評価の結果を示す。
図９（ｂ）に示すように、上記の実施例１により作製した透過型の液晶パネルの配向性能は、マイクロドメイン等の欠陥は一切見られず良好な表示品質が得られていることが確認された。また、図９（ａ）に示すように、電気光学測定においても、コントラスト２００以上と良好な結果が得られた。また、本実施例のパネルは、高温高湿保存試験においてもシミ不良は発生せず、信頼性は十分であった。
【００５１】
（比較例１）
実施例１と同様の透過型の液晶パネルを製造する際に、光配向処理において、図７のＳＰ２に示す発光スペクトルをもつ通常の水銀ランプを使用し、３００ｎｍ以下の発光スペクトルを遮蔽して行った。すなわち、光配向処理において、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の発光総出力が３００ｎｍ以上３５０ｎｍの発光出力に対し０．６である通常の水銀ランプを使用した。
【００５２】
配向膜塗布基板に照射した偏光紫外線のエネルギーは、実施例１と同じ１Ｊ／ｃｍ2 とした。このようにして作製された透過型の液晶パネルは、図９（ｃ）に示すようなマイクロドメインの発生、さらには液晶注入に伴う流動スジが発生してしまった。また、図９（ａ）に示すようにコントラストが３１という著しい特性の悪化がもたらされた。その後、照射エネルギーを増加させて再度液晶パネルを作製したところ、２０Ｊ／ｃｍ2 で実施例１と同様の結果が得られたが、配向完了までに著しく長い時間を要する結果となった。
【００５３】
（比較例２）
実施例１と同様の基板を使用し、従来のメカニカルラビングにより配向膜に配向処理を施して、液晶パネルを作製した。洗浄を行わず貼り合わせを行った場合、液晶パネル内に繊維状のダストが多数介在し、表示品質を著しく劣化させた。また、ラビング配向後基板洗浄を行った場合、実施例１に比べて配向秩序度が低下し、コントラストが８３に低下した（図９（ａ）参照）。
【００５４】
（比較例３）
実施例１と同様の透過型の液晶パネルを製造する際に、光配向処理において、図７のＳＰ２に示す発光スペクトルをもつ通常の水銀ランプを使用し、発光スペクトルをカットフィルタにより遮蔽せずに照射した。すなわち、カットフィルタによる遮蔽の有無以外は、比較例１と同様に、光配向処理において、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の発光総出力が３００ｎｍ以上３５０ｎｍの発光出力に対し０．６である通常の水銀ランプを使用した。
【００５５】
配向膜塗布基板に照射した偏光紫外線のエネルギーは、実施例１と同じ１Ｊ／ｃｍ2 とした。このようにして作製された透過型の液晶パネルは、高温高湿保存試験（６０℃、相対湿度９０％、１０００時間）において、シミ不良が発生し、表示パネルの信頼性を低下させてしまった。
【００５６】
実施例２
図１０は、本実施例における製造対象となる併用型液晶表示装置の概略構成図である。
図１０に示す液晶表示装置は、外部から取り入れた周囲光により表示を行う反射領域Ａｒ１と内部光源からの光により表示を行う透過領域Ａｒ２とを有する。
【００５７】
図１０に示すように、ガラス等からなる透明絶縁基板４１に、走査信号線となるゲート電極４２が形成され、ゲート電極４２を被覆するゲート絶縁膜を介して低温ポリシリコンからなる半導体層４３が形成されている。半導体層４３を被覆して酸化シリコン等からなる層間絶縁膜４４が形成され、層間絶縁膜４４を埋め込んで半導体層４３に接続されたソース・ドレイン電極４５が形成されている。このように、ゲート電極４２が半導体層４３に対して下層にあるボトムゲート型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）Ｔｒが透明絶縁基板４１に形成されている。
【００５８】
反射領域Ａｒ１においては、薄膜トランジスタＴｒを被覆して、凹凸形状を有する散乱層４６および平坦化層４７が順に形成されている。透過領域Ａｒ２においては、透明絶縁基板４１上の薄膜トランジスタを構成する層と、散乱層４６および平坦化層４７が除去されており、反射領域Ａｒ１との間で大きな段差が形成されている。
【００５９】
反射領域Ａｒ１における平坦化層４７上および透過領域Ａｒ２における透明絶縁基板４１上には、ＩＴＯ等からなる透明電極４８が形成されている。透明電極４８は、散乱層４６および平坦化層４７に形成されたコンタクトホールを介して、薄膜トランジスタＴｒの一方のソース・ドレイン電極４５に接続されている。
【００６０】
反射領域Ａｒ１における透明電極４８上には、散乱層４６の凹凸形状を反映した表面形状をもつ反射電極４９が形成されている。反射電極４９は、例えば銀等の高反射率材料からなる。反射電極４９の表面に、凹凸が形成されることにより、外光を拡散して反射する構成となっている。これによって、反射光の指向性を緩和して、広い角度範囲で画面を観察することができる。透過領域Ａｒ２において、反射電極４９は除去されており、透明電極４８が観察される。
【００６１】
上記した薄膜トランジスタＴｒ、透明電極４８および反射電極４９が形成された第１基板１０Ａと、カラーフィルタが形成された第２基板１０Ｂとの間に、液晶が充填されて液晶層２０が保持されている。第１基板１０Ａは、いわゆるＴＦＴ基板と称されるものであり、第２基板１０Ｂはカラーフィルタ基板と称されるものである。
【００６２】
第２基板１０Ｂは、図示は省略したが、ガラス等からなる透明絶縁基板と、透明絶縁基板上に形成された、各色に着色された樹脂層であるカラーフィルタと、カラーフィルタ上に形成された、ＩＴＯ等の透明電極からなる対向電極とを有する。必要に応じて、反射領域Ａｒ１と透過領域Ａｒ２とでは、カラーフィルタを構成する樹脂層の材料を変えてもよい。
【００６３】
上記の第１基板１０Ａと液晶層２０との間、および第２基板１０Ｂと液晶層２０との間には、液晶の配列およびプレティルト角を規制する配向膜１１が介在している。配向膜１１が形成された第１基板１０Ａおよび第２基板１０Ｂは、図３から図５で説明した、光配向処理の対象となる基板１０に相当する。
【００６４】
併用型液晶表示装置では、液晶層２０を挟む一対の基板１０Ａ，１０Ｂの外側に、１／４波長板３４，３５が設けられており、そのさらに外側に偏光板３１，３２が設けられている。ＴＦＴが形成された第１基板１０Ａ側において、偏光板３１の外側には、バックライト３３が設けられる。
【００６５】
図１０に示す構造を有し、対角９．７ｃｍ、１５万画素の併用型低温ポリシリコンＬＣＤを製造するにあたり、第１基板１０Ａおよび第２基板１０Ｂに対し、実施例１と同様の配向膜１１および偏光紫外線により光配向処理を行い、液晶パネルを製造した。但し、セルギャップは、２．０μｍ、配向方位は、図１１に示すようにアンチパラレルとした。なお、配向方位は、これに限定されるものではない。
【００６６】
このようにして作製した液晶パネルの配向性能は、実施例１で示した結果と同様、マイクロドメイン等の欠陥は一切見られず良好な表示性能が得られた。また、電気光学特性を測定した結果、併用型にてコントラスト比が透過部８３、反射部１５と良好な値が得られた。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態によれば、紫外線反応型の配向膜への光配向処理において、配向膜に吸収されて、配向制御力を与えるのに必要な反応を前記配向膜に起こさせる波長帯域の紫外光を照射している。より詳細には、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長領域の発光総出力が、３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長領域の発光総出力を越える紫外線を用いている。これにより、配向膜の反応に寄与する波長領域のエネルギーが大きくなり、全体的な照射エネルギーを減少させることができる。照射エネルギーは、時間に依存することから、照射エネルギーを減少できることは、スループットを向上させることに繋がる。
【００６８】
紫外線反応型のポリイミド等の有機高分子化合物は、短波長領域の光を照射するとダメージが発生して、光学的特性に影響が出る恐れがあるが、２７０ｎｍ以下の波長領域の光を遮蔽して配向膜に照射することにより、これを防止でき、表示パネルとしての透過率や色度に影響を与えることもない。
【００６９】
また、Ｓ偏光からなり、液晶の配列方向への制御力を配向膜に与える第１の照射領域ＬＡ１と、Ｓ偏光およびＰ偏光を含み、液晶のプレティルト角への規制力を配向膜に与える第２の照射領域ＬＡ２とを有する照射領域ＬＡに、配向膜１１が形成された基板１０を通過させるのみで、液晶の配列およびプレティルト角発現レベルを含めた配向を制御することができる。従って、光配向処理のスループットを向上させることができる。
【００７０】
さらに、ラビング処理を行わない光配向処理が実現できることから、ラビング処理における問題が解消される。例えば、ラビング法における布の取り付け、布の損傷による交換等の管理が不要となる。また、ラビング処理を経た後の、基板表面に付着した繊維ダストの除去のための洗浄工程が不要となる。さらに、ラビング法により生じる配向膜表面の傷、膜剥がれ等の欠陥およびＴＦＴ素子の静電破壊を防止できる。
【００７１】
また、機械的に擦るラビング処理では対応が困難である、微細高精細液晶パネルの作製に伴う微細領域の高精度な配向処理が可能となる。その一つに、図１０で示すような併用型の液晶表示装置における配向処理がある。図１０に示す併用型の液晶表示装置では、反射領域Ａｒ１と透過領域Ａｒ２とでは、基板に凹凸があり、ラビング処理では、特に凹部となる透過領域Ａｒ２に塗布された配向膜１１を機械的に擦ることが困難となる。これに対し、光配向処理の実現により、このような微細な凹部にも紫外線を照射することにより配向処理を行うことが可能となる。この結果、液晶の配向制御力を向上させることができ、液晶パネルの表示性能を向上させることができる。
【００７２】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、反射型の液晶表示装置の製造において、本実施形態で説明した光配向処理を適用することも可能である。
また、本実施形態で説明した、紫外線反応型ポリイミドの化学構造は一例であり、３５０ｎｍ以下の波長帯域に高い吸光度をもっていれば、その他の化学構造をもつ紫外線反応型ポリイミドを配向膜として採用することも可能である。
さらに、光配向処理に用いる照射ユニットとして、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の発光総出力が３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の発光総出力よりも大きい光を照射する例を図１ないし図３で説明したが、このような光を照射できるものであれば、種々の変更が可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の光配向処理方法によれば、工程処理能力を落とすことなく、配向膜に高い配向制御力を与えることができる。
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、工程処理能力を落とすことなく、表示品質を高めた液晶表示装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本実施形態に係る液晶表示装置の製造における光配向処理を実現する照射ユニットの一例の概略構成図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）を側面から見た構成図である。
【図２】照射ユニットの光源の発光原理を説明するための図である。
【図３】照射ユニットの光学系の概略構成図である。
【図４】図４（ａ）は１つの照射ユニットによる基板の光配向処理を、図４（ｂ）は多連化した照射ユニットによる基板の光配向処理を説明するための図である。
【図５】多段化した照射ユニットによる基板の光配向処理を説明するための図である。
【図６】図６（ａ）は本実施形態における光配向処理に用いる配向膜の化学構造の一例であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す配向膜のＵＶ吸収スペクトルである。
【図７】本実施形態で使用した無電極放電型の照射ユニットにより照射される光のスペクトル分布である。
【図８】実施例１の製造対象である透過型液晶表示装置の概略構成図である。
【図９】実施例１により製造された液晶パネルおよび比較例により製造された液晶パネルの配向性およびコントラスト評価の結果を示す図である。
【図１０】実施例２の製造対象である併用型液晶表示装置の概略構成図である。
【図１１】実施例２における配向膜の配向方位を示す図である。
【符号の説明】
１…照射ユニット、２…光源、３…光学系、４…マグネトロン、５…バルブ、６…反射鏡、７…イグナイター、８…ステージ、１０…基板、１０Ａ…第１基板、１０Ｂ…第２基板、１１…配向膜、１２…アパーチャ、１３…カットフィルタ、１４…ブリュースターミラー、１５，１６…遮蔽板、２０…液晶層、２１…透明絶縁基板、２２…画素電極、２３…透明絶縁基板、２４…カラーフィルタ、２５…対向電極、３１，３２…偏光板、３３…バックライト、３４，３５…１／４波長板、４１…透明絶縁基板、４２…ゲート電極、４３…半導体層、４４…層間絶縁膜、４５…ソース・ドレイン電極、４６…散乱層、４７…平坦化層、４８…透明電極、４９…反射電極、ＭＷ…マイクロ波、Ｌ…光、ＬＡ…照射領域、ＬＡ１…第１の照射領域、ＬＡ２…第２の照射領域。
Claims (8)
- 基板に形成された紫外線反応型樹脂の配向膜へ、光源が出射した紫外光を、光学系から照射することによって、液晶の配向方向への制御力と前記液晶のプレチルト角への制御力とを前記配向膜に与えるように、配向処理を実施する光配向処理工程
を有し、
前記光配向処理工程は、
Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分を含むように、光源から紫外光を出射する工程と、
前記光源から出射した紫外光を、Ｓ偏光成分からなる反射光としてブリュースターミラーによって反射する工程と、
前記ブリュースターミラーによって反射された反射光を前記配向膜へ照射する第１照射領域、および、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光を前記配向膜へ照射する第２照射領域を規定するように、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光、および、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光の一部を、遮蔽板によって遮蔽する工程と
を含み、
前記第１照射領域と前記第２照射領域とが並ぶ方向へ前記基板を搬送することによって、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光を前記第１照射領域にて前記配向膜へ照射すると共に、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光を前記第２照射領域にて前記配向膜へ照射して、前記配向処理を実施する、
光配向処理方法。 - 前記光配向処理工程においては、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長帯域における発光総出力が３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長帯域における発光総出力よりも大きい光を、前記紫外光として照射することで、前記配向処理を実施する、
請求項１に記載の光配向処理方法。 - 前記光配向処理工程は、
光源が出射した紫外光において、前記配向膜の反応による副生成物の成長を促進する波長帯域を、カットフィルタによってカットする工程
を含む、
請求項１に記載の光配向処理方法。 - 前記光源は、
マイクロ波を発生するマグネトロンと、
光子を照射するイグナイターと、
前記マグネトロンが発生したマイクロ波および前記イグナイターが照射した光子によって、発光成分が紫外線を発光するバルブと、
前記バルブの発光成分において発光された紫外線を反射することによって、前記紫外光として出射する反射鏡と
有し、
前記バルブは、円筒形状であり、
前記反射鏡は、半円筒形状であって、前記紫外光を出射する側とは反対側において前記バルブを包囲するように配置されている、
請求項１から３のいずれかに記載の光配向処理方法。 - 一対の基板の少なくとも一方に前記配向膜を紫外線反応型樹脂によって形成する工程と、
前記配向膜に紫外光を照射することによって前記配向膜について配向処理を実施する工程と、
前記一対の基板を貼り合わせた後に、前記一対の基板の間に液晶を注入し、前記配向処理が実施された配向膜の配向制御力により液晶分子を配向させることで液晶層を形成する工程と
を有し、
前記配向処理を実施する工程は、
Ｓ偏光成分およびＰ偏光成分を含むように、光源から紫外光を出射する工程と、
前記光源から出射した紫外光を、Ｓ偏光成分からなる反射光としてブリュースターミラーによって反射する工程と、
前記ブリュースターミラーによって反射された反射光を前記配向膜へ照射する第１照射領域、および、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光を前記配向膜へ照射する第２照射領域を規定するように、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光、および、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光の一部を、遮蔽板によって遮蔽する工程と
を含み、
前記配向膜が形成された基板を、前記第１照射領域と前記第２照射領域とが並ぶ方向へ搬送することによって、前記ブリュースターミラーによって反射された反射光を前記第１照射領域にて前記配向膜へ照射すると共に、前記ブリュースターミラーによって反射されずに前記光源から出射された紫外光を前記第２照射領域にて前記配向膜へ照射して、前記配向処理を実施する、
液晶表示装置の製造方法。 - 前記光配向処理工程においては、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の波長帯域における発光総出力が３００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下の波長帯域における発光総出力よりも大きい光を、前記紫外光として照射することで、前記配向処理を実施する、
請求項５に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記光配向処理工程は、
光源が出射した紫外光において、前記配向膜の反応による副生成物の成長を促進する波長帯域を、カットフィルタによってカットする工程
を含む、
請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記光源は、
マイクロ波を発生するマグネトロンと、
光子を照射するイグナイターと、
前記マグネトロンが発生したマイクロ波および前記イグナイターが照射した光子によって、発光成分が紫外線を発光するバルブと、
前記バルブの発光成分において発光された紫外線を反射することによって、前記紫外光として出射する反射鏡と
有し、
前記バルブは、円筒形状であり、
前記反射鏡は、半円筒形状であって、前記紫外光を出射する側とは反対側において前記バルブを包囲するように配置されている、
請求項５から７のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
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