(57)【要約】【課題】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、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。【解決手段】偏光板１１の設けられた基板１０に配向膜を形成する方法であって、基板１０の上記偏光板１１の上層側の面、若しくは、偏光板１１と反対側の面に感光性材料１４を形成し、偏光板１１を介してこの感光性材料１４に光Ｌを照射する。これにより、偏光板１１の透過軸方向に平行又は垂直な方向における光反応が促進され、感光性材料１４に配向特性が付与される。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光板を有する透明な基板に配向膜を製造する方法であって、
上記基板の一面の上記偏光板の上層側若しくは上記基板の他面側に感光性材料を形成する工程と、
上記偏光板を介して上記感光性材料に光を照射する工程とを備えたことを特徴とする、配向膜の製造方法。
【請求項２】
上記偏光板は、金属膜が上記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た格子からなり、
上記格子は、上記ストライプの延在方向に垂直な方向に透過軸を有することを特徴とする、請求項１記載の配向膜の製造方法。
【請求項３】
上記金属膜の上記格子の間隔は、２０ｎｍ〜７０ｎｍで配置されたことを特徴とする、請求項２記載の配向膜の製造方法。
【請求項４】
上記偏光板は、透過軸の異なる複数の偏光領域を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの項に記載の配向膜の製造方法。
【請求項５】
透明な基板に偏光板を形成する工程と、
上記基板の内面に、請求項１〜４のいずれかの項に記載の配向膜の製造方法により配向膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする、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、光照射により配向特性を付与させるようにした配向膜の製造方法と、それを用いた液晶装置の製造方法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、ラビング布等の異物の付着、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。
【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、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、本発明の配向膜の製造方法は、偏光板を有する透明な基板に配向膜を製造する方法であって、上記基板の一面の上記偏光板の上層側若しくは上記基板の他面側に感光性材料を形成する工程と、上記偏光板を介して上記感光性材料に光を照射する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本製造方法では、基板に光を照射すると、この入射光の内、偏光板の透過軸に平行な振動方向を有する偏光のみが透過され、感光性材料に照射される。この結果、感光性材料では、この偏光の振動方向（偏光方向）に平行な方向の光反応が促進され、感光性材料に配向特性が付与される。
このような光反応としては、例えば光二量化反応や光分解反応等がある。光二量化反応では、偏光方向に平行な方向（即ち、偏光板の透過軸方向）で分子同士の結合反応が促進されるため、光照射により偏光方向に平行な分子鎖が形成される。一方、光分解反応では、偏光方向に平行な方向で結合分子の分解反応が促進されるため、光照射により偏光方向に垂直な分子鎖が形成される。
そして、上記感光性材料の形成された基板を用いて液晶装置を構成した場合、感光性材料近傍の液晶分子は上述の分子鎖に沿って配向するため、上記感光性材料は配向膜として機能する。
【０００９】
このような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。
【００１０】
また、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。
【００１１】
したがって、本製造方法によれば、ラビングによらずに配向特性を付与できるため、ラビングスジの発生、膜剥がれ、ラビング布等の異物の付着、静電気による素子破壊等を回避できる。また、本製造方法では、予め基板の外面側もしくは内面側に設けられた偏光板により、感光性材料に対して特定の振動方向を有する偏光を照射できるため、基板外面側から照射する光として無偏光状態の光を用いることができる。これにより、光源側に直線偏光を得るための大型の装置を設ける必要がなくなる結果、配向膜を安価に形成することができる。また、このような配向膜を液晶装置に適用した場合、基板外面側に設けられた偏光板は表示用に用いることができるため、液晶装置を製造する際に、別途偏光板を設ける必要がない。
【００１２】
なお、上記偏光板を、金属膜が上記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た格子から構成してもよい。このように構成された格子は、上記ストライプの延在方向に垂直な振動方向を有する偏光成分を透過する偏光板として機能する。このような金属膜からなる偏光板を用いることで、耐光性や耐熱性を高めることができる。
【００１３】
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。
【００１４】
また、上記偏光板は、透過軸の異なる複数の偏光領域を有することが好ましい。本製造方法によれば、得られる配向膜の面内において、上記偏光領域に対応する領域毎に配向方向を異ならせることが可能となる。これにより、本製造方法により形成された配向膜を液晶装置に適用した場合、例えば一画素内で液晶の配向方向が異なる領域を形成するようにすると、表示の視野角を広げることができる。
【００１５】
また、本発明の液晶装置の製造方法は、透明な基板に偏光板を形成する工程と、上記基板の内面に、上述の配向膜の製造方法により配向膜を形成する工程を備えたことを特徴とする。
本製造方法によれば、ゴミや剥がれ等のない信頼性の高い配向膜を簡単な方法で基板表面に形成することができる。また、感光性材料を光配向させる際に用いた偏光板は、表示用としてそのまま流用できるため、偏光板を新たに設ける必要がなくなり、製造コストを低減できる。
【００１６】
【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は本発明の一実施形態に係る液晶装置の概略構成を示す断面図、図２〜図４はいずれもその要部である偏光板の構造を示す斜視図、図５は本偏光板の製造方法を説明するための形成工程図、図６は本偏光板の作用を説明するための図、図７は液晶装置の製造方法を説明するための工程図である。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。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の液晶装置は、ガラスやプラスチックなどの透光性材料からなる一対の基板１０，２０間に誘電異方性が正の液晶層３０が挟持され、下基板１０の外面側にバックライト４０が配置されて構成されている。なお、本明細書では、液晶装置を構成する各部材の液晶層３０側の面を「内面」といい、それと反対側の面を「外面」という。
【００１８】
下基板１０の内面側には、偏光板１１と、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等からなる透明な画素電極１３とが順に形成され、更に、画素電極１３を覆うように（即ち、偏光板１１の上層側に）配向膜１４が積層されている。なお、下基板１０は素子基板（アクティブマトリクス基板）として構成されているが、簡略化するため、基板１０上に形成された画素スイッチング素子（薄膜トランジスタ等），データ線，走査線等の図示を省略する。
一方、上基板２０の内面側には、偏光板２１と、ＩＴＯ等からなる透明な共通電極２３とが順に形成され、更に、この共通電極２３を覆うように（即ち、偏光板２１の上層側に）配向膜２４が積層されている。
【００１９】
各基板１０，２０の偏光板１１，２１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（２１Ａ）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（２２）を備えて構成されている。なお、偏光板１１と偏光板２１とは同じ構造を有しているため、以下では、偏光板１１の構成について説明する。
【００２０】
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、この基板１０の内面には、格子１２を覆うように透明な絶縁層１１Ｂが形成されており、この絶縁層１１Ｂにより、格子１２と画素電極１３とを絶縁している。
【００２１】
上述の偏光板１１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）。
【００２２】
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と画素電極１３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。
【００２３】
以上の工程により本実施の形態の偏光板１１が完成する。このような偏光板１１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。
【００２４】
このような偏光板１１は、図６に示すように、格子１２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１１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１１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。なお、表示面側の偏光板２１により反射された外光は表示のコントラストを損なう虞があるため、本実施形態では、上基板２０の外面側に吸収型の偏光板２５が配置され、偏光板２１の透過軸に垂直な偏光軸を有する光が吸収されるようになっている。
【００２５】
各基板１０，２０の配向膜１４，２４は、感光性材料に光配向処理（直線偏光照射）を施したものであり、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が用いられている。
このような感光性材料に光照射、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。この際、入射光を偏光とすると、感光性材料では、入射光の電気ベクトルの振動方向（偏光方向）に平行な方向の光反応が促進される。これにより、偏光方向に平行な方向と垂直な方向とで、光反応の度合いに異方性が生じ、光反応で生じる化学結合の方向が制御される。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が付与される。
【００２６】
なお、感光性材料としては、この他、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。
【００２７】
また、光反応としては、上述の光二量化反応の他に、光分解反応を利用することもできる。光分解反応では、偏光方向に平行な方向で分子結合の分解反応が促進され、偏光方向に垂直な方向の化学結合が維持される。これにより、直線偏光照射後に生成される配向膜は、維持された化学結合の方向に沿って配向機能が付与される。
バックライト４０は、光源４１と反射板４２と導光板４３とを有しており、導光板４３の下面側には、導光板４３中を透過する光を液晶層３０側に向けて出射させるための反射板４４が設けられている。
【００２８】
次に、図７を用いて、本実施形態の液晶装置の製造方法について説明する。
まず、基板１０の内面側に、上述の偏光板の製造方法により偏光板１１を形成し（図７（ａ）参照）、この偏光板１１上に画素電極１３や、走査線，データ線，画素スイッチング素子等の素子構造を形成する（図７（ｂ）参照）。
【００２９】
次に、基板１０上に感光性材料１４を塗布等により形成し、基板１０裏面側に配置された光源２００から無偏光状態の紫外線Ｌ（無秩序光）を照射する（図７（ｃ）参照）。照射された無秩序光Ｌは、基板１０を透過して格子１２に入射されると、所定の偏光成分の光のみが選択的に透過され、感光性材料１４を照射する。そして、光二量化反応又は光分解反応により、上記透過された光の偏光方向に平行な方向又は垂直な方向に液晶分子Ｍを配向可能な配向機能を付与される。
【００３０】
なお、光源２００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１４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。
また、光照射時には基板１０の温度を調整できるようにすることが好ましく、例えば０℃〜２００℃、好ましくは１０℃〜１５０℃程度の範囲で調整することで、上述の反応を更に促進できる。
【００３１】
一方、上基板２０についても、上述した下基板１０と同様な方法により、偏光板２１，共通電極２３，配向膜２４を順に形成する。
次に、配向膜１４，２４が対向するように基板１０，２０を貼り合わせ、これらの基板１０，２０間に液晶Ｍを充填して液晶層３０を形成する。
最後に、上基板２０の外面に吸収型の偏光板２５を貼り付け、下基板１０の外面側にバックライト４０を取り付けることで、液晶装置が製造される。
【００３２】
したがって、本発明によれば、表示に用いられる偏光板１１を用いて光源２００からの光を直線偏光としているため、別途光源２００側に直線偏光を得るための大型の装置を設ける必要がない。このため、本配向膜の製造方法によれば、ラビングスジ、膜剥がれ、静電気による素子破壊等を生じない信頼性の高い配向膜を安価に形成することができる。
【００３３】
次に、上記実施形態の偏光板１１の第１の変形例について説明する。
図８に示した偏光板１１′は、格子１２′が偏光板１１′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１１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１１′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。
【００３４】
次に、上記実施形態の偏光板１１の第２の変形例について説明する。
図９は、本変形例に係る液晶装置の概略構成を示す断面図、図１０はその要部であるグリッド格子の構成を示す斜視図である。なお、上記実施形態と同じ部位については同様の符号を付し、説明を省略する。
図９に示すように、本変形例の液晶装置は、上記実施形態と同様に、対向する一対の基板１０，２０の間に液晶層３０が挟持され、下基板１０の外面側にバックライト４０を配置されたアクティブマトリクス型の透過型液晶装置として構成されている。
【００３５】
本変形例の偏光板１１′′は、面内において複数のブロック状の偏光領域１２０を有し、各偏光領域１２０は各画素電極１３に対応して設けられている。また、各偏光領域１２０には、図１０に示すように、複数（図１０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１１′′の面内、特に一つの画素電極１３に対応する表示領域内において、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。
【００３６】
一方、上基板２０の偏光板２１′′には、下基板１０の偏光板１１′′と同様に、各画素電極１３に対応して複数（例えば４つ）の格子部２２１，２２２が形成されている。各格子部２２１，２２２における格子２２′′の延在方向は互いに直交しており、対向する格子部（即ち、図９で、格子部１２２と格子部２２１、或いは格子部１２１と格子部２２２）では格子１１′′と格子２２′′延在方向は、互いに直交するように構成されている。
この場合、偏光板１１′′を透過する直線偏光の偏光軸を、感光性材料１４′′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、表示の視野角を広げることができる。
【００３７】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上記第１実施形態では、格子を備えた偏光板を上下双方の基板１０，２０に対して設けたが、このような偏光板を設ける基板を下基板１０又は上基板２０のいずれかとすることも可能であり、例えば、反射偏光板として機能する上記偏光板を下基板１０のみに設け、上基板には吸収型の偏光板２５のみ設ける構成としてもよい。
また、偏光板１１，２１は、必ずしも基板１０，２０の内面側に形成する必要はなく、基板１０，２０の外面側（他面側）に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る液晶装置の構成を示す断面図である。
【図２】同、偏光板の概略構成を示す斜視図である。
【図３】同、偏光板の構成を示す平面図である。
【図４】同、偏光板の構成を示す断面図である。
【図５】同、偏光板の製造工程を示す図である。
【図６】同、偏光板の偏光選択特性を示す説明図である。
【図７】同、液晶装置の製造工程を示す図である。
【図８】同、偏光板の第１変形例を示す斜視図である。
【図９】同、液晶装置の第２変形例を示す断面図である。
【図１０】同、第２変形例の偏光板を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１，１１′，１１′′  偏光板、１０，２０  基板、１４，１４′′，２４，２４′′  配向膜、Ｌ  光
【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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【図１０】
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