(57)【要約】【課題】簡便な構成で比較的安価に提供でき、しかも装置自体を小型化することが可能な、信頼性の高い光学素子からなる配向膜製造装置を提供する。【解決手段】本発明の配向膜製造装置２００は、感光性材料４０に直線偏光を照射することで該感光性材料４０に対して配向特性を付与するものであって、光源２０と、該光源２０からの光を直線偏光に変換する偏光板１とを備え、該偏光板１が、屈折率の異なる２種類の媒質が光の波長よりも短い周期で交互にストライプ状に配置されてなることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性材料に直線偏光を照射することで該感光性材料に対して配向特性を付与する工程を含む配向膜製造方法であって、
金属膜が光の波長よりも短い周期で交互にストライプ状に配置されてなる偏光板を用い、該偏光板からの透過光を直線偏光として前記感光性材料に照射することを特徴とする配向膜製造方法。
【請求項２】
前記偏光板は、前記金属膜の延在方向がそれぞれ異なる複数の格子部を備えてなり、該偏光板を透過した直線偏光の偏光軸が、前記感光性材料の面内において領域毎に異なることを特徴とする請求項１に記載の配向膜製造方法。
【請求項３】
感光性材料に直線偏光を照射することで該感光性材料に対して配向特性を付与する配向膜製造装置であって、
光源と、該光源からの光を直線偏光に変換する偏光板とを備え、
前記偏光板が、金属膜が光の波長よりも短い周期で交互にストライプ状に配置されてなることを特徴とする配向膜製造装置。
【請求項４】
前記偏光板は、前記金属膜が光の波長よりも短い周期で交互にストライプ状に配置されてなる格子部を備え、該格子部が板面内において所定のパターンにて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の配向膜製造装置。
【請求項５】
前記偏光板は、前記金属膜が光の波長よりも短い周期で交互にストライプ状に配置されてなり、前記金属膜の延在方向が領域毎に異なることを特徴とする請求項３又は４に記載の配向膜製造装置。
【請求項６】
前記偏光板において、前記金属膜の前記格子の間隔は、２０ｎｍ〜７０ｎｍで配置されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の配向膜製造装置。
【請求項７】
液晶を挟持する一対の基板表面に感光性材料を形成する工程と、形成した感光性材料に対して請求項１又は２に記載の製造方法を用いて配向特性を付与する工程とを含むことを特徴とする液晶装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配向膜の製造方法及び製造装置と、それを用いた液晶装置の製造方法に関し、特に光照射により配向特性を付与させる配向膜製造方法と配向膜製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタ等の投射型表示装置に搭載される光変調手段や、携帯電話等に搭載される直視型表示装置として用いられる液晶装置としては、例えば互いに対向配置された一対の基板間に液晶層が挟持された構成を具備し、これら基板の液晶層側にその液晶層に電圧を印加するための電極が形成された構成のものが知られている。このような液晶装置においては、一対の基板の液晶層側最表面に、電圧無印加時における液晶分子の配列を制御するための配向膜が形成されており、電圧無印加時、電圧印加時における液晶分子の配列変化に基づいて表示が行われる構成となっている。このような配向膜としては、ポリイミド等からなる有機膜の表面を、布等により所定の方向にラビングしたものが、液晶配向能力に優れることから広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、ポリイミドのラビング配向膜は液晶配向能力に優れるものの、ラビング処理の際に、ラビングスジの発生、配向膜剥がれ、ラビング処理の際の静電気による素子破壊等の問題が生じる場合があり、それらに起因して表示品質の低下を引き起こす惧れがある。そこで、ラビング処理を行わず、感光性材料に対して直線偏光を照射して配向性を付与する技術が例えば特許文献１に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１８１１２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１では、直線偏光を得るためにグランテーラープリズムを用いているが、該グランテーラープリズムを備えた光学素子は比較的高価で、装置自体も大型化してしまう場合がある。また、特に配向性付与の際に加熱を必要とする場合には、該プリズムの耐久性に問題が生じる場合もある。
【０００６】
本発明の課題は、簡便に信頼性の高い配向膜を提供することが可能な配向膜製造方法と、簡便な構成で比較的安価に提供でき、しかも装置自体を小型化することが可能な、信頼性の高い光学素子からなる配向膜製造装置とを提供することを目的とし、さらにこの配向膜製造方法を用いた製造効率の高い液晶装置の製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の配向膜製造方法は、感光性材料に直線偏光を照射することで該感光性材料に対して配向特性を付与する工程を含む配向膜製造方法であって、金属膜が光の波長よりも短い周期で交互にストライプ状に配置されてなる偏光板を用い、該偏光板からの透過光を直線偏光として前記感光性材料に照射することを特徴とする。
【０００８】
このような製造方法によると、感光性材料に対して直線偏光を照射して光配向させる手法にて配向膜を得ているため、該配向膜において、ラビングスジの発生、膜剥がれ、静電気による素子破壊等の問題が回避される。そして、本発明では、上記のような金属膜が微細なストライプ状に配置されてなる偏光板に対して光を透過させることのみで直線偏光を生成可能なため、直線偏光の生成工程が簡便となり、該偏光板も簡便に得ることができるため、安価に配向膜を提供することが可能となる。
【０００９】
なお、上記偏光板の製造方法としては、例えばアルミや銀等の金属膜を基板上に形成した後、この金属膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、フォトレジストに対してレーザ光等を用いた２光束干渉露光を行う工程と、現像工程と、残ったレジストをマスクとして基板のエッチングを行うことで基板表面に多数の溝を形成する工程と、を含む手法を例示することができる。このとき、上記格子の間隔を、２０ｎｍ〜７０ｎｍの周期で配置することが好ましい。この場合、上述の照射光として紫外線を用いることができ、上述の光反応を更に促進できる。
【００１０】
また、本発明の感光性材料としては、例えばパラメトシキ桂皮酸を側鎖に有するポリビニルエステルを用いることができる。この場合、光照射により側鎖のパラメトキシ桂皮酸が光２量化反応を起こし、照射光に直線偏光を用いれば、その電気ベクトルの振動方向により光反応を生じる２つのパラメトキシ桂皮酸の組合せを選択できるため、光反応で生じる化学結合の方向を制御することができる。そして、直線偏光照射後の配向膜は、この化学結合の方向に沿って配向機能を備えることとなる。
【００１１】
上記の例以外にも、感光性材料として例えばポリエン、スチルベン、スチルバゾール、スチルバゾリウム、インジゴ、チオインジゴ、ヘミチオインジゴなどの非芳香族性のＣ＝Ｃ結合を有する化合物を用いることができる。また、芳香族シッフ塩基、芳香族ヒドラゾン類などの非芳香族性のＣ＝Ｎ結合を有する化合物を用いることもできる。さらに、アゾベンゼン、アゾナフタレン、ビスアゾ化合物、ホルマザンなどの芳香族アゾ化合物、アゾキシベンゼンを基本骨格とする化合物等の非芳香族性のＮ＝Ｎ結合を有する化合物を用いることもできる。
【００１２】
本発明の製造方法において使用する偏光板を、金属膜がそれぞれ異なる複数の格子部を備える構成とし、該偏光板を透過する直線偏光の偏光軸を、前記感光性材料の面内において領域毎に異ならせる構成とすることができる。この場合、得られる配向膜の面内において領域（格子部に対応した領域）毎に配向方向を異ならせることが可能となり、例えば製造された配向膜を液晶表示装置に適用した場合には、一画素毎に異なる配向方向が液晶に付与されることとなり、該表示装置の視野角を広くすることが可能となる。
【００１３】
次に、本発明の製造方法は以下のような配向膜製造装置を用いて好適に実施することができる。すなわち、本発明の配向膜製造装置は、感光性材料に直線偏光を照射することで該感光性材料に対して配向特性を付与する配向膜製造装置であって、光源と、該光源からの光を直線偏光に変換する偏光板とを備え、前記偏光板が、金属膜が光の波長よりも短い周期で交互にストライプ状に配置されてなることを特徴とする。
【００１４】
このような製造装置により、上記製造方法を好適に実施でき、信頼性の高い配向膜を製造することが可能となる。そして、光源光を、金属膜が光の波長よりも短い周期で交互にストライプ状に配置されてなる偏光板を介して感光性材料に照射させることのみで、簡便に該感光性材料に対して配向特性を付与可能である。また、このような偏光板は、例えば２光束干渉露光を用いたフォトリソグラフィ法により製造できるため、簡便で比較的安価に提供でき、装置自体も比較的小型に設計することができる。
【００１５】
本発明の配向膜製造装置において、前記偏光板は、金属膜が光の波長よりも短い周期で交互にストライプ状に配置されてなる格子部を備え、該格子部が板面内において所定のパターンにて形成されているものとすることができる。この場合、感光性材料において格子部のパターンに対応して、パターン化した配向膜を得ることが可能となる。
【００１６】
前記偏光板は、金属膜が光の波長よりも短い周期で交互にストライプ状に配置されてなり、前記媒質の延在方向が領域毎に異なるものとすることができる。すなわち、前記偏光板が、前記金属膜の延在方向が異なる複数の格子部を備えるものとすることができる。この場合、得られる配向膜の面内において領域（格子部に対応した領域）毎に配向方向を異ならせることが可能となり、例えば製造された配向膜を液晶表示装置に適用した場合には、一画素毎に異なる配向方向が液晶に付与されることとなり、該表示装置の視野角を広くすることが可能となる。
【００１７】
前記偏光板において、前記前記金属膜の前記格子の間隔は、２０ｎｍ〜７０ｎｍで配置することができる。これにより、紫外線に対して偏光選択を可能となり、すなわち感光性材料に対して紫外線の直線偏光を照射可能となる。
【００１８】
次に、本発明の液晶装置の製造方法は、液晶を挟持する一対の基板表面に感光性材料を形成する工程と、形成した感光性材料に対して上記記載の配向膜製造方法を用いて配向特性を付与する工程とを含むことを特徴とする。このような方法によると、ゴミや剥がれ等のない信頼性の高い配向膜を基板表面に形成することができ、しかも配向特性を付与する工程で用いる上記配向膜製造方法は、上述した通り簡便に行うことが可能で、当該方法に用いる製造装置についても、簡便な構成で安価に提供でき、しかも装置自体を小型化することが可能なため、製造効率の高い液晶装置の製造方法を提供することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の製造装置の概略構成を示す模式図である。なお、以下の各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００２０】
本実施形態の配向膜製造装置２００は、紫外線を発光可能な光源２０と、該光源２０から照射された無秩序な光のうち、所定の方向の直線偏光のみを透過させる偏光板１とを備え、偏光板１を透過した直線偏光を、基板３０上に成膜された感光性材料（感光性材料膜）４０に照射することにより、該感光性材料４０に対して配向特性を付与し、配向膜を得るものである。
【００２１】
光源２０としては、例えば超高圧水銀ランプ、フラッシュ水銀ランプ、高圧水銀ランプ、Ｄｅｅｐ  ＵＶランプ、キセノンランプ、キセノンフラッシュランプ、メタルハライドランプ等を用いることができる。照射光の波長は、例えば感光性材料４０が光学吸収を有する波長領域、すなわち１９０ｎｍ〜５００ｎｍ程度であることが好ましく、さらに好ましくは２５０ｎｍ〜４５０ｎｍ程度とするのが好ましい。また、照射光量は、例えば１ｍＪ／ｃｍ２〜２０００ｍＪ／ｃｍ２程度とするのが好ましい。
【００２２】
基板３０としては、例えばアクリル基板又はガラス基板等を用いることができ、特に透光性の基板が好ましい。なお、光照射時には基板３０の温度を調整可能に構成されており、例えば０℃〜２００℃、好ましくは１０℃〜１５０℃程度の範囲で調整される。
【００２３】
感光性材料４０としては、例えばパラメトシキ桂皮酸を側鎖に有するポリビニルエステルを用いているが、その他、例えばポリエン、スチルベン、スチルバゾール、スチルバゾリウム、インジゴ、チオインジゴ、ヘミチオインジゴなどの非芳香族性のＣ＝Ｃ結合を有する化合物を用いることもできる。また、芳香族シッフ塩基、芳香族ヒドラゾン類などの非芳香族性のＣ＝Ｎ結合を有する化合物を用いることもできる。さらに、アゾベンゼン、アゾナフタレン、ビスアゾ化合物、ホルマザンなどの芳香族アゾ化合物、アゾキシベンゼンを基本骨格とする化合物等の非芳香族性のＮ＝Ｎ結合を有する化合物を用いることもできる。
【００２４】
このような感光性材料４０に光照射、特に紫外線照射を行うと、側鎖のパラメトキシ桂皮酸が光２量化反応を起こすが、本実施形態のように直線偏光を照射するものとすれば、その電気ベクトルの振動方向により光反応を生じる２つのパラメトキシ桂皮酸の組合せを選択できるため、光反応で生じる化学結合の方向を制御することができる。そして、直線偏光照射後に生成される配向膜は、この化学結合の方向に沿って配向機能を備えたものとなる。
【００２５】
次に、偏光板１は、光源２０から出射された無秩序な紫外光を、偏光選択して直線偏光のみを透過させるもので、具体的には図２〜図４に示すように構成されている。なお、図２は偏光板１に概略構成を示す斜視図、図３は同偏光板１の平面図、図４は同偏光板１の断面図である。偏光板１は、図２に示すように、アクリル基板やガラス基板等の透光性の基材１１Ａ上に、ストライプ状に配置された複数の金属膜からなる格子１２を備えて構成されている。
【００２６】
図３に示すように、格子１２のピッチＰは入射光の波長よりも小さい値であり、例えば４０ｎｍ〜１４０ｎｍ程度に設定されている。また、格子１２の幅は、例えば２０ｎｍ〜７０ｎｍ程度に設定されており、製造上の都合もあるが、入射光の波長の１／１０程度にするとより好ましい。なお、格子１２の材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料が用いられている。また、格子１２上には、該格子１２を覆うように透明な絶縁層１１Ｂが形成されている。
【００２７】
上述の偏光板１を製造する際には、例えば図５に示すように、まず、ガラスやアクリル等の透明な基材１１Ａ上に金属薄膜１００を形成し（図５（ａ）参照）、フォトレジスト膜１０１を塗布する（図５（ｂ）参照）。
そして、レーザー光を用いた二光束干渉露光法や電子線露光、若しくは、レーザー光の走査による露光（図５（ｃ）参照）後、現像によりストライプ状のパターンを形成する（図５（ｄ）参照）。
【００２８】
そして、残ったレジスト膜１０１をマスクにして金属膜１００をエッチングし、レジスト膜１０１を剥離する（図５（ｅ）参照）。
これにより、基材１１Ａ上に、金属膜からなるストライプ状の格子１２が形成される。
その後、格子１２と当該偏光板１上に形成する部材（例えば画素電極）との絶縁を図るために、スピンコート等により基材１１Ａ上に透明な絶縁層１１Ｂを形成する。
【００２９】
以上の工程により本実施の形態の偏光板１が完成する。このような偏光板１は、従来からのフォトリソグラフィ法により簡便に得ることができる。なお、上記露光工程においては、レーザ光を用いて２光束干渉露光を行ったが、電子線露光若しくはレーザー光の走査による露光によっても、隣接するストライプのピッチが光の波長よりも小さい微細パターンを形成することが可能である。
【００３０】
このような偏光板１は、図６に示すように、格子１２（金属膜）の屈折率ｎＡと、格子１２間に介在する絶縁層１１Ｂの屈折率ｎＢとが異なるため、偏光板１に入射した光の偏光方向により、偏光選択が行なわれる。具体的には、金属膜の延在方向と垂直な方向に偏光軸を有する直線偏光Ｘを透過させ、金属膜の延在方向と平行な方向に偏光軸を有する直線偏光Ｙを反射する。したがって、本実施形態の偏光板１は、光反射型偏光子と同じ作用、すなわち光軸（透過軸）と平行な偏光を透過させ、垂直な偏光に対しては反射させる作用を有している。
【００３１】
以上のような製造装置２００によると、偏光板１に対して光を透過させることのみで直線偏光を生成可能なため、直線偏光の生成工程が簡便となり、当該製造装置２００の構成を簡便且つ小型化することが可能となる。また、本実施形態の製造装置２００を用いた配向膜の製造方法は、感光性材料への光照射に基づき配向膜を得ているため、該配向膜において、ラビングスジの発生、膜剥がれ、静電気による素子破壊等の問題が回避される。
【００３２】
次に、偏光板１の変形例について説明する。
図７に示した偏光板１′は、格子１２′が偏光板１′の面内において所定パターンにて複数形成されたもので、各格子１２′は、図２に示した偏光板１と同様、ストライプ状に形成された複数の金属膜により構成されている。そして、これらの格子１２′によって、複数の偏光領域が形成されている。このような偏光板１′を用いて、光源２００からの紫外線光を直線偏光に変換し、感光性材料に照射した場合、格子１２′のパターン形状に倣って、パターン形状を備えた配向膜を得ることができる。
したがって、本変形例では、感光性材料１４に対して、部分的に配向性を付与することができる。これにより、必要な部分のみに配向機能を付与した表示装置を作製することが可能となる。
【００３３】
また、図８に示した偏光板１２０は、複数（図８では４つ）の格子部１２１，１２２が設けられ、隣接する格子部１２１，１２２における格子１２′′の延在方向は互いに直交している。すなわち、本変形例では、偏光板１２０の面内において、透過軸の異なる複数の格子部（偏光領域）を設けた構成となっている。この場合、偏光板１２０を透過する直線偏光の偏光軸を、感光性材料４０の面内において領域毎（格子部１２１，１２２毎）に異ならせることができる。したがって、得られる配向膜では、格子部１２１，１２２に対応した領域毎に配向方向を異ならせることが可能となり、例えば製造された配向膜を液晶表示装置に適用する場合には、格子部１２１，１２２を一画素に対応した大きさに設計すれば、各画素毎に異なる方向の配向を液晶に付与することが可能となり、該表示装置の視野角を広げることが可能となる。
【００３４】
次に、上記実施形態で示した製造装置を用いた方法により製造された配向膜を、液晶表示装置に具備させた場合の実施形態を説明する。
図９は、液晶表示装置を構成する液晶パネル１４０の概略構成を示す断面模式図である。液晶パネル１４０は、ガラスやプラスチック等の透明基板で構成される２枚の基板１４２，１４４を含んで構成され、基板１４４上にはＩＴＯ等で構成された透明電極１４５が紙面垂直方向に延在するストライプ状に配列して形成されている。透明電極１４５上には上記製造装置２００を用いて製造された配向膜１４６が形成されている。また、基板１４２の内面上には、上記と同様の透明電極１４７及び配向膜１４８が形成されている。なお、透明電極１４７は、紙面平行方向に延在するストライプ状に配列して形成されている。
【００３５】
図９の構成においては、パネル構造を構成する一対の基板１４２，１４４が、シール材（図示略）を介して貼り合わせられ、その内部に液晶１４９が封入されている。このようにして構成された液晶パネル１４０の液晶モードとしてＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モードが採用されている。なお、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの他に、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード等を採用することができる。また、基板１４２，１４４の外面側には、液晶層１４９内に直線偏光を入射させるための吸収型偏光膜１３０，１５０が配設されている。
【００３６】
このような液晶パネル１４０の製造方法としては、例えば以下のような方法を適用することができる。すなわち、基板の表面上にストライプ状の透明電極１４５（１４７）を形成した後、上記感光性材料４０を成膜し、成膜した感光性材料４０に対して上記実施形態の製造装置２００を用いて光照射を行い配向膜１４６（１４８）を備えた基板１４２（１４４）を得る。そして、各基板１４２，１４４を、各配向膜１４６，１４８の配向方向が互いに垂直となるように、シール材を介して貼り合わせ、さらに基板１４２，１４４の外面側に吸収型偏光膜１３０，１５０を形成して、図９に示した液晶パネル１４０を得る。
【００３７】
このような方法により製造された液晶パネルは、上記実施形態で示した製造装置を適用した方法により製造される配向膜を備えてなるため、信頼性の高いものとなる。また、上記製造装置を用いた当該液晶パネル（液晶装置）の製造方法は、簡便で製造効率の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配向膜製造装置についての一実施形態を示す模式図。
【図２】配向膜製造装置に装備された偏光板の一実施形態を示す斜視図。
【図３】図２の偏光板の平面図。
【図４】図２の偏光板の断面図。
【図５】図２の偏光板の製造工程を示す説明図。
【図６】図２の偏光板の偏光選択特性を示す説明図。
【図７】配向膜製造装置に装備される偏光板の一変形例を示す斜視図。
【図８】配向膜製造装置に装備される偏光板の一変形例を示す斜視図。
【図９】本発明の配向膜製造装置を用いて製造された液晶装置の構成を示す断面模式図。
【符号の説明】
１…偏光板、１２…格子（格子部）、２０…光源、４０…感光性材料、１４０…液晶装置、１４６，１４８…配向膜、２００…配向膜製造装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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