(57)【要約】【課題】配向露光方式をマルチドメイン法に適用する場合に、単位画像領域の分割領域における境界付近の配向乱れを解消する。【解決手段】液晶表示素子の各単位画像領域を複数の分割領域に分割し、各分割領域の配向材料膜をそれぞれ異なる方向に光配向する光配向露光装置１０であって、露光光を出射する光源部１１と、複数の分割領域の一つの分割領域に対応したマスクパターンＭと、マスクパターンＭを介して光源部１１から出射された光を被露光面Ｂｓに照射する光学系を備え、光学系は、マスクパターンＭの光出射面Ｍｓを第１結像面Ｆ１とし被露光面Ｂｓを第２結像面Ｆ２として、第１結像面Ｆ１と第２結像面Ｆ２との間に反射結像光学系１３を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示素子の各単位画像領域を複数の分割領域に分割し、各分割領域の配向材料膜をそれぞれ異なる方向に光配向する光配向露光装置であって、
露光光を出射する光源部と、
前記複数の分割領域の一つの分割領域に対応したマスクパターンと、
前記マスクパターンを介して前記光源部から出射された光を被露光面に照射する光学系を備え、
前記光学系は、前記マスクパターンの光出射面を第１結像面とし前記被露光面を第２結像面として、前記第１結像面と前記第２結像面との間に反射結像光学系を備えることを特徴とする光配向露光装置。
【請求項２】
前記反射結像光学系は、同心球面の凹面鏡と凸面鏡を備え、前記第１結像面からの第１反射面と第３反射面が前記凹面鏡に形成され、前記第１結像面からの第２反射面が前記凸面鏡に形成されることを特徴とする請求項１記載の光配向露光装置。
【請求項３】
前記マスクパターンの出射面と前記被露光面を平行に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光配向露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子の配向膜を形成するための光配向露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子の配向膜を形成する方式として、液晶のプレチルト角の大きさと配向方向を決めるために、配向膜となる感光性高分子膜に対して紫外線を斜めに照射する光配向露光方式が知られている。
【０００３】
一方、液晶表示素子の一つの単位画像領域（画素又はサブ画素、或いはそれらの集合領域）を２つ若しくはそれ以上に分割して、分割した領域毎に液晶の配向方向を変えることにより、液晶パネルの視野角を改善することが行われており、この方法は、画素分割法或いはマルチドメイン法と呼ばれている。
【０００４】
前述した光配向露光方式をマルチドメイン法に適用する場合には、配向材料膜上の被露光面に対して異なる角度で照射する複数の紫外線露光光を形成し、マスクの一つの開口を介して単位画像領域を分割した一つの領域に一方向から紫外線を照射し、マスクの他の開口を介して単位画像領域を分割した他の領域に他方向から紫外線を照射する。これによって、単位画像領域を分割した複数の領域毎にプレチルト角と配向方向が異なる光配向処理を施すことができる。
【０００５】
この際、下記特許文献１に記載の従来技術では、直線状に配列された複数の単位画像領域のそれぞれをその配列方向に沿った分割線で２つの領域に分割し、被露光面を単位画像領域の配列方向に沿って移動させて複数の単位画像領域を走査露光することで、複数の単位画像領域に対して連続的に光配向処理を施している。この従来技術では、分割された一つの領域に対応する開口パターンとそれに隣接する他の領域に対応する開口パターンを有する２つのマスクパターンを用いている。そして、それぞれの開口パターンに走査方向に沿った露光光で且つ被露光面に対して異なる角度の紫外線露光光を照射し、マスクパターンを被露光面に投影露光（プロキシミティ露光）することで、分割された２つの領域に走査方向に沿った互いに異なる方向の光配向処理を施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−６３６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術に用いられる露光装置は、図１（ａ）に示すように、紫外線を放射する光源１と、光源１から放射された紫外線の露光光を平行光にしてマスクパターンＭに照射するコンデンサレンズ２と、光源１とコンデンサレンズ２との間に配設され、マスクパターンＭに照射される光の強度分布を均一化するフライアイレンズ（複数の単位レンズをマトリクス状に配列したレンズアレイ）３とを備えており、フライアイレンズ３を被露光面Ｂｓの走査方向Ｓに対して交差する方向に配列している。
【０００８】
このような露光装置においては、図１（ｂ）に示すように、フライアイレンズの集光作用によってマスクパターンＭの開口Ｍａを斜めに通過する光線Ｌ１が生じ、この光線Ｌ１はマスクパターンＭの開口Ｍａを通過するとコリメーション半角θによって広がって被露光面Ｂｓに照射する。これにより、被露光面Ｂｓには、マスクパターンＭの開口パターンの直下の領域Ｍｅだけでなく、その領域Ｍｅをはみ出して露光光が照射されることになる。
【０００９】
このような露光装置を用いてマルチドメイン法による光配向露光を行うには、図２（ａ）に示すような光配向露光装置が用いられる。これによると、単位画像領域の分割された一方の領域を露光するための開口パターンを有する第１マスクパターンＭ１と分割された他方の領域を露光するための開口パターンを有する第２マスクパターンＭ２を被露光面Ｂｓ上に離れて配置し、それぞれのマスクパターンＭ１，Ｍ２を介して被露光基板Ｂの被露光面Ｂｓをそれぞれ露光する第１露光装置Ｅｘ１と第２露光装置Ｅｘ２を配備している。第１露光装置Ｅｘ１は、走査方向Ｓに沿った露光光で且つ被露光基板Ｂの被露光面Ｂｓに対して照射角度θｅ（例えば４０°）の紫外線露光光を照射するものであり、第２露光装置Ｅｘ２は、走査方向Ｓに沿った露光光で且つ被露光基板Ｂの被露光面Ｂｓに対して照射角度−θｅ（例えば−４０°）の紫外線露光光を照射するものである。
【００１０】
これによると、一つの単位画像領域Ｐａ内の分割領域Ｄａ１，Ｄａ２の露光が図２（ｂ）に示す露光強度で順次行われることになり、図１（ｂ）に示したコリメーション半角によるはみ出し露光によって、分割領域Ｄａ１，Ｄａ２の境界付近の範囲ａで二重露光がなされる。
【００１１】
この際、配向材料における光異性化反応の可逆性によって、範囲ａの分割領域Ｄａ２側は適正な光配向が得られるが、範囲ａの分割領域Ｄａ１側の領域ａ１では所望の方向の光配向が得られない問題が生じる。領域ａ１における配向乱れは、前述したコリメーション半角によるはみだし露光による不十分な強度の二重露光で生じるものであり、その幅は１０〜１５μｍ程度になるが、液晶表示パネルの高精細化によってより狭い単位画像領域Ｐａの幅が求められる状況下では、有効画像領域を十分に確保するために無視できない幅になっている。
【００１２】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、光配向露光方式をマルチドメイン法に適用する場合に、単位画像領域を分割した分割領域における境界付近の配向乱れを解消すること、単位画像領域の狭幅化に対して十分な有効画像領域を確保すること、などが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明による光配向露光装置は、以下の各特徴を少なくとも具備するものである。
【００１４】
液晶表示素子の各単位画像領域を複数の分割領域に分割し、各分割領域の配向材料膜をそれぞれ異なる方向に光配向する光配向露光装置であって、露光光を出射する光源部と、前記複数の分割領域の一つの分割領域に対応したマスクパターンと、前記マスクパターンを介して前記光源部から出射された光を被露光面に照射する光学系を備え、前記光学系は、前記マスクパターンの光出射面を第１結像面とし前記被露光面を第２結像面として、前記第１結像面と前記第２結像面との間に反射結像光学系を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
このような特徴によると、マスクパターンの光出射面の像が被露光面に結像することでマスクパターンが被露光面に等倍投影される。これによって、マスクパターンの光出射面での光強度で対応する分割領域を露光することができる。そのため、一つの分割領域を露光する際に隣接する分割領域が露光されることを抑止でき、分割領域の境界付近での二重露光を解消することができる。
【００１６】
このように本発明の光配向露光装置によると、光配向露光方式をマルチドメイン法に適用する場合に、単位画像領域を分割した分割領域における境界付近の配向乱れを解消することができ、単位画像領域の狭幅化に対して十分な有効画像領域を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術に用いる露光装置を示した説明図である。
【図２】従来の光配向露光装置を示した説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光配向露光装置を示した説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光配向露光装置を用いた光配向露光方法を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る光配向露光装置に用いられるマスクパターンの例を示した説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光配向露光装置を用いた光配向露光方法による被露光面上の光配向状態を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る光配向露光装置を示した説明図である。
【００１９】
光配向露光装置１０は、露光光を出射する光源部１１と、複数の分割領域の一つの分割領域に対応したマスクパターンＭと、マスクパターンＭを介して光源部１１から出射された光を被露光面に照射する光学系を備える。光源部１１からマスクパターンＭまでの光学系は、ミラー１２以外に図１に示したコンデンサレンズ２やフライアイレンズ３などを設けることができる。
【００２０】
マスクパターンＭから被露光面Ｂｓまでの光学系は、マスクパターンＭの光出射面Ｍｓを第１結像面Ｆ１とし被露光面Ｂｓを第２結像面Ｆ２として、第１結像面Ｆ１と第２結像面Ｆ２との間に反射結像光学系１３を備えている。反射結像光学系１３は、同心球面の凹面鏡１３Ａと凸面鏡１３Ｂを備え、第１結像面Ｆ１からの第１反射面Ｒ１と第３反射面Ｒ３が凹面鏡１３Ａに形成され、第１結像面Ｆ１からの第２反射面Ｒ２が凸面鏡１３Ｂに形成される。
【００２１】
図示の例では、マスクパターンＭの光出射面Ｍｓと被露光面Ｂｓとミラー１２の反射面が互いに平行に配置されている。そして、光源部１１から出射される光の照射角度（垂直軸に対する角度）θｔが被露光面Ｂｓに照射される光の照射角度（垂直軸に対する角度）θｔに一致している。反射結像光学系１３は、全て反射面で形成され、原理上色収差の無い等倍結像がなされる両側テレセントリック光学系になっている。
【００２２】
これによると、マスクパターンＭから出射する光が照射角度θｔに対して広がり角を有する光（広がり光）を含む場合であっても、これを照射角度θｔで被露光面Ｂｓに照射される光の照射位置に集光させることができる。これにより、マスクパターンＭから出射される光にコリメーション半角などによる広がり光が存在する場合にも、この広がり光をマスクパターンＭに対応する分割領域内に集光させることができ、広がり光によるはみ出し露光を抑止することができる。
【００２３】
このように、光配向露光装置１０によると、マスクパターンＭの光出射面Ｍｓの像が被露光面Ｂｓに結像することでマスクパターンＭが被露光面Ｂｓに等倍投影され、マスクパターンＭの光出射面Ｍｓでの光強度で対応する分割領域を露光することができる。そのため、一つの分割領域を露光する際に隣接する分割領域が露光されることを抑止でき、分割領域の境界付近での二重露光を解消することができる。
【００２４】
図４〜図６を参照にして、このように光配向露光装置を用いた光配向露光方法を説明する。図４（ａ）は光配向露光装置の配置構成を示し、図４（ｂ）は被露光基板における単位画像領域の配列例を示している。光配向露光を行うには、前述した光配向露光装置１０によって構成される露光ユニット１００Ａ，１００Ｂと図示省略の基板走査手段が用いられ、被露光面Ｂｓを有する被露光基板Ｂは基板走査手段によって走査方向Ｓに沿って移動する。露光ユニット１００Ａ，１００Ｂの構成については図３と同じ符号を付して重複説明を省略する。ここでの走査方向Ｓは、複数の単位画像領域Ｐａの配列方向であり且つ単位画像領域を分割する分割線ＤＬに沿った方向である。そして、露光ユニット１００Ａは第１マスクパターンＭ１を備え、露光ユニット１００Ｂは第２マスクパターンＭ２を備える。露光ユニット１００Ａ，１００Ｂは、走査方向Ｓに沿って配置され、走査方向Ｓに沿った露光光で且つ被露光面Ｂｓに対して異なる角度（θ１，−θ１）の紫外線露光光を照射するものである。
【００２５】
走査方向Ｓに沿って移動する被露光面Ｂｓに対しては、先ず第１の露光で、露光ユニット１００Ａによって第１マスクパターンＭ１を介して第１分割領域Ｄａ１を単独で露光し、その後の第２の露光では、露光ユニット１００Ｂによって第２マスクパターンＭ２を介して第２分割領域Ｄａ２を単独で露光する。
【００２６】
図５は、本発明の実施形態に係る光配向露光装置に用いられるマスクパターンの例を示した説明図であり、図５（ａ）が第１マスクパターンの例を示し、図５（ｂ）が第２マスクパターンの例を示している。
【００２７】
図４（ｂ）に示すように、単位画像領域Ｐａがドットマトリクス状に配置されている場合には、これに対応する第１マスクパターンＭ１は、図５（ａ）に示すように、複数のスリット状の開口パターンが形成されている。この例では、個々の開口Ｍａ１は被露光面Ｂｓ上の第１分割領域Ｄａ１に対応して配置され、第１分割領域Ｄａ１とほぼ等しい開口幅Ｗ１を有している。そして、スリット状の開口パターンは複数の開口Ｍａ１が互いに平行で、走査方向Ｓと交差する方向に並列されている。
【００２８】
これに対して、第２マスクパターンＭ２は、図５（ｂ）に示すように、第１マスクパターンＭ１に対して開口幅Ｗ１だけスライドした位置に複数のスリット状の開口パターンが形成されている。個々の開口Ｍａ２は被露光面Ｂｓ上の第２分割領域Ｄａ２に対応して配置されており、開口Ｍａ２は第２分割領域Ｄａ２とほぼ等しい開口幅Ｗ２を有している。そして、スリット状の開口パターンは複数の開口Ｍａ２が互いに平行で、走査方向Ｓと交差する方向に並列されている。
【００２９】
図６は、本発明の実施形態に係る光配向露光装置を用いた光配向露光方法による被露光面Ｂｓ上の光配向状態を示した説明図である。図６（ａ）は第１の露光による光配向状態、図６（ｂ）は第２の露光による光配向状態をそれぞれ示している。図示の例では、一つの画素Ｐ１をＲＧＢの色毎に分けたサブ画素を単位画像領域Ｐａとして、各サブ画素を第１分割領域Ｄａ１と第２分割領域Ｄａ２に分割している。
【００３０】
第１マスクパターンＭ１を用いた第１の露光では、図６（ａ）に示すように、各第１分割領域Ｄａ１に単独で走査方向Ｓと同方向の光配向が施される。次ぎに、第２マスクパターンＭ２を用いた第２の露光では、図６（ｂ）に示すように、各第２分割領域Ｄａ２に単独で走査方向Ｓとは逆方向の光配向が施される。この際、第１の露光，第２の露光は、第１分割領域Ｄａ１と第２分割領域Ｄａ２の全域を露光するが、第１マスクパターンＭ１と第２マスクパターンＭ２が被露光面に等倍投影されるので、互いに隣接する分割領域に達するようなはみ出し露光が生じない。これによって、第１分割領域Ｄａ１と第２分割領域Ｄａ２の境界付近での二重露光が解消され、その境界付近での配向乱れを回避することが可能になる。
【００３１】
このような特徴を有する光配向露光方法によると、単位画像領域Ｐａ内の全領域で配向乱れを抑制し、単位画像領域Ｐａ内を一方向に光配向した領域と他方向に光配向した領域にすることができるので、光配向露光方式をマルチドメイン法に適用する場合に、単位画像領域Ｐａの狭幅化に対して十分な有効画像領域を確保することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。特に、図４（ａ）に示した実施形態では、被露光基板Ｂの移動（走査）する態様を示しているが、これに限らず、固定した被露光基板Ｂに対して、第１の露光と第２の露光を行うものであってもよい。また、図４に示した例では、単位画像領域Ｐａを２分割する例を示しているが、本発明の実施形態に係る光配向露光装置及びこれを用いた光配向露光方法はこれに限らず、単位画像領域Ｐａを３分割以上に分割するものに対して適用することができる。
【００３３】
また、図４に示した例は、第１の露光と第２の露光の両方に本発明の実施形態に係る光配向露光装置１０を用いた露光ユニットを適用しているが、露光対象の配向材料膜が可逆性の光異性化反応を示す場合には、第２の露光にのみ本発明の実施形態に係る光配向露光装置１０を適用し、第１の露光は図１に示した従来のプロキシミティ露光方式を採用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１：光源，２：コンデンサレンズ，３：フライアイレンズ，
１０：光配向露光装置，１１：光源部，１２：ミラー，
１３：反射結像光学系，１３Ａ：凹面鏡，１３Ｂ：凸面鏡，
１００Ａ，１００Ｂ：露光ユニット，
Ｒ１：第１反射面，Ｒ２：第２反射面，Ｒ３：第３反射面，
Ｆ１：第１結像面，Ｆ２：第２結像面，
Ｍ：マスクパターン，Ｍａ，Ｍａ１，Ｍａ２：開口，Ｍｓ：光出射面，
Ｍ１：第１マスクパターン，Ｍ２：第２マスクパターン，
Ｂ：被露光基板，Ｂｓ：被露光面，Ｓ：走査方向，
Ｐａ：単位画像領域，Ｄａ１：第１分割領域，Ｄａ２：第２分割領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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