(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源とレンズと反射鏡とを含む光学系と、
前記光学系からの光を偏光させ、該偏光を基板上に塗布された配向膜に照射する第１偏光子と、
前記光学系の中に配置された第２偏光子と、
配向膜が塗布された前記基板が置かれるステージとを含み、
前記第１偏光子は、無機膜をマルチコーティングした基板であり、前記光学系からの入射光に対して垂直に配置され、前記第１偏光子から出た光が、前記ステージの法線に対して所定の角度（θ）に傾斜するように照射されることを特徴とする液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項２】
前記反射鏡は一つ以上で構成された請求項１記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項３】
前記第１偏光子が積層されたガラス基板、積層された石英基板、或はマルチコーティングされた基板で構成された請求項１記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項４】
前記積層されたガラス基板及び積層された石英基板が、基板に対してブリュースタ角度に傾けられて積層された請求項３記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項５】
前記マルチコーティングされた基板が、無機膜がコーティングされた請求項３記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項６】
前記第２偏光子が積層されたガラス基板、積層された石英基板、或はマルチコーティングされた基板で構成された請求項１記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項７】
前記第２偏光子が前記積層されたガラス基板及び積層された石英基板が、基板に対してブリュースタ角度に傾けられて積層された請求項１記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項８】
前記マルチコーティングされた基板が、無機膜がコーティングされた請求項１記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項９】
前記第１偏光子が２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長の光を透過させる請求項１記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項１０】
前記第１偏光子が２５０ｎｍ〜４００ｎｍの波長の光を透過させる請求項９記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項１１】
前記第１偏光子が０〜１の偏光度を有する請求項１記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項１２】
前記第１偏光子が０．２〜０．９５の偏光度を有する請求項１記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項１３】
前記角度（θ）が０〜４５°である請求項１記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項１４】
前記ステージが回転する請求項１記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項１５】
前記光学系が回転する請求項１記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項１６】
前記基板上にマスクを追加に含んでマルチドメインを具現する請求項１記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項１７】
前記マスクと基板との間に一定のギャップが保持される請求項１６記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項１８】
光源と、
前記光源からの光を反射する第１反射鏡と、
複数のレンズからなる多眼型レンズと、
前記多眼型レンズからの光を反射する第２反射鏡と、
前記第２反射鏡からの光を平行光となるようにする視準レンズと、
前記視準レンズからの光を偏光させ、該偏光を基板上に塗布された配向膜に照射する第１偏光子と、
前記第１反射鏡と多眼レンズとの間に配置された第２偏光子と、
配向膜が塗布された前記基板が置かれるステージとを含み、
前記第１偏光子は、無機膜をマルチコーティングした基板であり、前記視準レンズからの入射光に対して垂直に配置され、前記第１偏光子から出た光が、前記ステージの法線に対して所定の角度（θ）に傾斜するように照射されることを特徴とする液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項１９】
前記多眼型レンズと第２反射鏡との間に、第３偏光子を追加に含む請求項１８記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項２０】
前記第１偏光子が、前記視準レンズからの光を部分偏光させる請求項１８記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項２１】
前記第１偏光子が２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長の光を透過させる請求項１８記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項２２】
前記第１偏光子が２５０ｎｍ〜４００ｎｍの波長の光を透過させる請求項２１記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項２３】
前記第１偏光子が、０〜１の偏光度を有する請求項１８記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項２４】
前記第１偏光子が、０．２〜０．９５の偏光度を有する請求項２３記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項２５】
前記角度（θ）が０〜４５°の範囲にある請求項１８記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項２６】
前記ステージが、回転する請求項１８記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項２７】
前記光学系が、回転する請求項１８記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項２８】
前記基板上にマスクを追加に含んでマルチドメインを具現する請求項１８記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項２９】
前記マスクと基板との間に、一定のギャップが保持される請求項２８記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項３０】
前記ギャップを測定するギャップの測定装置が追加に含まれる請求項２９記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項３１】
前記ギャップを補正するギャップの補正装置が追加に含まれる請求項２９記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項３２】
前記第１偏光子が積層されたガラス基板、積層された石英基板、或はマルチコーティングされた基板である請求項１８記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項３３】
前記積層された石英或はガラス基板が、基板に対してブリュースタ角度に傾けられた請求項３２記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項３４】
前記マルチコーティングされた基板は、無機膜がコーティングされた請求項３２記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項３５】
前記第２偏光子が積層されたガラス基板、積層された石英基板、或はマルチコーティングされた基板である請求項１８記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項３６】
前記積層された石英或はガラス基板が、基板に対してブリュースタ角度に傾けられた請求項３５記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項３７】
前記マルチコーティングされた基板は、無機膜がコーティングされた請求項３５記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項３８】
前記第３偏光子が積層されたガラス基板、積層された石英基板、或はマルチコーティングされた基板である請求項１９記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項３９】
前記積層された石英或はガラス基板が、基板に対してブリュースタ角度に傾けられた請求項３８記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【請求項４０】
前記マルチコーティングされた基板は、無機膜がコーティングされた請求項３８記載の液晶表示素子の配向膜形成用光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光照射装置に関するものであって、特に、液晶表示素子の光配向の工程に用いられる大面積の光照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、液晶表示素子はスペーサにより、所定の間隔をおいて対向配置された上下基板と、前記上下基板の間に形成された液晶層からなる。上下基板は、それぞれの対向面に所定のパターンの電極を保持しており、これの電極の上部には、液晶の配向を決める配向膜が形成されている。
【０００３】
前記配向膜を処理する配向方法としては、ラビング（rubbing method）或は光配向法（photo-alignment method）などが用いられている。
【０００４】
前記ラビング法は基板にポリイミド（PI,polyimide）などの配向物質を塗布した後、ラビング布で機械的摩擦を引き起こして液晶の配向方向をもたらす方法であって、大面積化と高速処理とが可能となって工業的に広く利用されているものである。
【０００５】
しかしながら、摩擦強度によって配向膜に形成される微細溝の形態が変わるようになって液晶分子の配列が一定ではないという問題点があり、これによる不規則な位相歪曲（random phase distortion）と光散乱（light scattering）とが発生されて、液晶表示素子の性能を低下させるおそれがある。また、ラビング処理の際発生するゴミ及び静電気は、歩留りを減少させる原因となり、画素の分割をしてマルチドメインを具現する場合には、繰り返されるフォトリソグラフィー（photolithography）工程で、配向膜の信頼性と安定性とを具現することに難点を持っている。
【０００６】
一方、前記光配向工程は、光配向膜が塗布された基板上に紫外線を照射して液晶のプリチルトと配向方向をもたらす方法であって、ラビング法と異なって静電気やゴミが発生するおそれがなく、それによる歩留りの減少を助けることができる。また、配向膜の全体にわたって、液晶分子を均一に配列させることができるので、位相歪曲や光散乱という現象が生じることを防止できる。
【０００７】
特に、画素の分割による光視野角の液晶表示素子の具現を実際に可能とする長所がある。
【０００８】
前記のような光配向の工程に用いられる光照射装置が、日本特許公開平10-90684(1998.4.10)及び日本特許公開平10-161126(1998.6.19)で提案されたことがある。
【０００９】
図１は、前記日本特許公開平10-90684に記載された従来の光照射装置の構成を示す概略図であって、前記従来の光照射装置は、液晶表示素子の配向膜に偏光された光を照射するための配向膜の光配向用の偏光の光照射装置に関するものである。
【００１０】
その構成及び作用をみてみると、光源（１）から放射される紫外光を含む光は集光鏡（２）で集光され、第１反射鏡（３）で反射されて、集光レンズ（５）に入射される。シャッター（４）を媒介として、集光レンズ（５）から流れてきた光は第２反射鏡（６）で反射され、視準レンズ（７）で平行光となって、偏光素子（８）に入射される。偏光素子（８）は複数のガラス板（８a）を間隔をおいて平行配置したものであって、前記ガラス板（８a）は入射光に対してブリュースタ角（Brewster angle）を成すように傾斜配置されたものであり、P偏光を透過させたS偏光の大部分を反射する。偏光素子（８）から出射されたP偏光は、マスク（１３）を媒介として基板（３５）に照射される。
【００１１】
前記のように構成された光照射装置では、偏光比（polarization ratio :s/p, s: 垂直偏光、p:水平偏光）を0.1以下に設定したし、偏光方向が一定な偏光光を照射して液晶表示素子の配向膜に光配向を適用でき、既存の他の装置より、透過率、波長の依存性、耐久性、寿命などに優秀である。しかし、大面積の液晶表示素子を製造するためには、前記偏光素子（８）のガラス板（８a）を大きめに製造しなければならなく、さらに効果的な光配向の工程に適用するには、偏光比の範囲が適正ではないという問題がある。
【００１２】
図２は、前記日本特許公開平10-161126に記載された従来の光照射装置の構成を示す概略図であって、その構成及び作用をみてみると、光源（１）と、集光鏡（２）と、視準レンズ（７）と、多眼型レンズ（１９）と、集光レンズ（５）と、前記光源（１）から発生した光を基板（３５）に導く一つ以上の反射鏡（３）（６）を備えた露光装置にて、前記反射鏡の中、少なくとも一つの反射鏡が、第１偏光を主に反射する反射型の回折格子で構成される。
【００１３】
第１反射鏡（３）は、一般的に第２反射鏡（６）より小面積であるので、前記第１反射鏡（３）を所定の回折格子で構成した場合、小面積の回折格子にできる利点がある。この際、所定の回折格子が多眼型レンズ（１９）の前に位置するので、前記回折格子が多眼型レンズの出力光に影響を及ぼすことが防止できる。
【００１４】
前記のように構成することによって、前記光照射装置は、第１偏光を主に反射する反射型の回折格子による反射光を照射することによって、偏光された光を大面積に一括に照射できる。
【００１５】
しかしながら、前記光照射装置における回折格子は、その偏光の特性が波長の依存性が大きい。
【００１６】
前記従来の技術等は、偏光された光を具現するため既存の光照射装置に偏光手段を追加することのみに焦点が合っているので、実際の光配向工程には、不適宜であるという問題点がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記従来技術の問題点を鑑みてなされたものであって、大面積の照射が可能であり、光を傾斜照射して配向膜の配向方向及びプリチルト角を決める光照射装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明による光照射装置は、光学系と、前記光学系からの光を偏光させる第１偏光子と、前記第１偏光子から出た光が、基板が置かれてあるステージの法線に対して、所定の角度（θ）に傾斜されるように照射される。
【００１９】
前記光学系は、光源とレンズと反射鏡とで構成され、反射鏡は一つ以上で構成されることができる。また、前記レンズと反射鏡との間に第２偏光子が構成されることができるし、必要によって第３偏光子も構成されることができる。
【００２０】
前記目的を達成するため、本発明による光照射装置は、光源と、前記光源からの光を反射する第１反射鏡と、複数のレンズからなった多眼型レンズと、前記多眼型レンズからの光を反射する第２反射鏡と、前記第２反射鏡からの光を平行光となるようにする視準レンズと、そして前記視準レンズからの光を偏光させる第１偏光子と、前記第１偏光子から流れてくる光が基板の置かれるステージの法線に対して、所定の角度（θ）に傾斜されるように照射される。
【００２１】
前記光照射装置は、前記第１反射鏡と多眼型レンズの間に第２偏光子を追加に含むか、前記多眼型レンズと第２反射鏡の間に第３偏光子を追加に含む。
【００２２】
前記第１偏光子は、200nm〜800nmの波長の光に対して、透過率が高いものがよく、好ましくは250nm〜400nmの波長で、透過率が高いものがよい。
【００２３】
前記第１偏光子は、0〜１の偏光度を有し、好ましくは0.2〜0.95の偏光度を有する。
【００２４】
前記角度（θ）は、0°〜45°の範囲内にあるのが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による光照射装置を詳細に説明する。
【００２６】
図３及び図４は、本発明の光照射装置のyz及びxz側面図である。
【００２７】
本発明の光照射装置は、光源（１）と、集光鏡（２）と、第１反射鏡（３）、レンズ（３７）と、多眼型レンズ（１９）と、第２反射鏡（６）と、視準レンズ（collimator lens）（７）と、マスク（１３）と、基板（３５）が置かれるステージ（１１）と、そして偏光子で構成される。
【００２８】
前記集光鏡（２）は、光源（１）からの光を第１反射鏡（３）に向けるように調節し、多眼型レンズ（homogenizer ; fly eye lens）（１９）は複数のレンズからなっており、前記レンズのそれぞれを通過した光が重ねるように光を屈折させる。第２反射鏡（６）は、前記多眼型レンズ（１９）から流れてきた光を反射し、視準レンズ（７）は、前記第２反射鏡（６）で反射された光を平行光として、基板（３５）上に形成された配向膜（２５）へ導く。前記視準レンズ（７）はミラー（mirror）或はレンズが可能であり、前記多眼型レンズは、凸型或は凹型の中いずれも可能である。
【００２９】
本発明の光照射装置では、偏光子を第１偏光子（３３）の位置に構成し、必要によって前記多眼型レンズの前（第２偏光子（３１）の位置）及び／或は後（図に示さない）の位置に、少なくとも一つ以上が構成できる。
【００３０】
前記偏光子は積層された石英基板、積層されたガラス基板、或はマルチ−コーティングされた基板などからなり、耐熱性と耐久性とがよく、波長の依存性が少ないものが好ましい。積層された石英基板或はガラス基板は、基板に対してブリュースタ角（brewster angle, θ＝tan-1n,n :石英或はガラスの屈折率）に傾斜されたものを用いる。従って、ブリュースタ角は57〜60°程度の範囲となる。積層された石英或はガラス基板を、大面積の照射の際均一に光が照射でき、マルチ−コーティングされた基板は、基板上に無機膜がコーティングされたものを用い、無機膜は主にSiO2である。
【００３１】
また、前記偏光子は、200nm〜800nmの波長の範囲の透過率が高いものがよく、250nm〜400nmの波長の範囲の透過率が高いものが好ましい。
【００３２】
0003936086.tif 000002
は、0∠PD∠1の範囲の部分偏光（partiallypolarized）となるものがよく、0.2∠PD∠0.95の範囲のものが好ましい。そして、配向膜（２５）の種類によって適当な値の偏光度を選ぶことができる。
【００３３】
図４に示したように、前記光照射装置をxz側から見ると、光学系（１００）から照射される光は、光の傾斜露光のため基板の法線に対して、一定の角度に傾けられており、光照射装置での最大の透過軸の方向は、図でのように定義された光経路の平面（xz）に垂直であったり、平行である。従って、前記のように構成することによって、配向膜（２５）の部分偏光された光を傾斜照射することができる。
【００３４】
図５は本発明の光照射装置で、配向膜のプリチルト角の制御を示すxz側面図である。配向膜（２５）上で液晶分子（２７）のプリチルト角（θp）は、前記配向膜（２５）に照射される光のエネルギーの量や配向膜の物質と、それによる光照射装置の偏光度により調節される。それに反して、前記液晶分子（２７）の配向方向は、前記傾斜露光の際の光照射の方向によって決められる。
【００３５】
この際、使用可能な光照射の角度（θ）は、0°〜45°の範囲内にあるのが好ましく、仮に、前記光照射の角度（θ）が４５°以上であれば、マスク（１３）と配向膜（２５）との間のギャップ（gap）の誤差による効果が極大化されるので、マスクのパターンによる配向膜上のパターン位置の誤差が大きくなる。
【００３６】
次の表は、マスクと配向膜との間のギャップ（gap）誤差が、20μmである場合、光照射の角度（θ）によるパターン位置の誤差を示す。
【００３７】
【表１】
0003936086.tif 000003
【００３８】
図６,７及び８は、本発明の光照射装置にて、配向膜の配向方向の制御を示す第１、第２及び第３実施例のxy側面図であり、図で厚い実線の矢印は、基板の配向方向を示す。そして、実線の四角形は、基板の第１位置（４５）を、一点鎖線の四角形は、基板の第２位置（４７）をそれぞれ示す。
【００３９】
上記したように、本発明の装置では、傾斜露光の際の光照射の方向によって、配向方向が決められるので、光配向の工程で基板上の光照射の方向、即ち、光の方位角（azimuthangle）が重要である。この光の方位角を調節する方法は、図６,７及び８に示している。
【００４０】
図６の第１実施例のように、モノドメイン（mono-domain）或はマルチドメイン（multi-domain）の液晶表示素子を製造するにおいて、配向方向を基板の長軸方向に対して、０°或は９０°（４５°或は１３５°）に形成する場合、基板を９０°回転させればよいので、光学系（１００）は基板の長軸方向に対して、０°或は４５°の方向に位置するように配置される。
【００４１】
即ち、前記配向方向を含んだ任意の配向方向を形成しようとする際には、図７の第２実施例と図８の第３実施例のように配置するのがよく、好ましくは図８に示した実施例がよい。図７では、基板が置かれたステージ（１１）を、所定の角度（φ）に回転させることによって、必要な配向方向が容易に形成できる。しかし、前記配置ではマルチドメインの液晶表示素子を製造する場合、マスクを一緒に回転すべきであるので、マスクと基板の間のギャップの保持が必要となる。図８では、光学系（１００）を所定の角度（φ）に移動させることによって、第１配向方向及び光学系の移動による第２配向方向を形成して液晶セルの領域中の偏光方向が、二つ以上が混在するマルチドメインが具現できる。
【００４２】
図９は、本発明の光照射装置にて配向膜の露光領域を示すxz側面図である。
【００４３】
マルチドメインの液晶表示素子を製造するためマスクを用いる際には、マスク（１３）と基板（３５）上の配向膜（２５）との間に、一定のギャップ（ｄ）を保持しなければならなく、前記ギャップは30μm〜100μmが好ましい。
【００４４】
前記図でのように、所定の光照射の角度（θ）に入射される光が、マスク（１３）を通過して配向膜（２５）に照射されると、露光される領域は前記光照射の角度に対して、Δx(Δx＝dtanθ)ほどが移動されるので、マスク（１３）のパターン或は前記数値ほど移動して形成される。
【００４５】
従って、実質的な光配向の工程では、マスク（１３）と基板（３５）との間に、一定のギャップを正確に測定し、測定されたギャップと光照射の角度を考えて基板を初期の整列状態から移動させ、光照射することが必須的である。
【００４６】
前記のようにするためには、前記過程中で、ギャップ測定用の装置が必要であり、レーザーなどの測定用の補助光源を用いてギャップを測定する。この際、ギャップの測定位置は、３〜４の位置を選定してギャップを測定し、測定位置の間のギャップの誤差を縮めるため微細な位置別のギャップの補正装置をステージ（１１）の下段に設けて、光配向の工程をより精密に遂行する。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の光照射装置は、偏光子を光照射される基板に対して、所定の角度に傾斜されるように配置して部分偏光された光を傾斜照射することによって、配向膜の配向方向及びプリチルト角を、一回の照射に決めることができる。
【００４８】
また、マルチドメインの液晶表示素子を製造するためマスクと基板とのギャップを精密に測定し、配向膜上に均一なパターンを形成すことによって、大面積及びマルチドメインの液晶表示素子を効果的に具現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、従来の光照射装置の概略図。
【図２】  図２は、従来の他の光照射装置の概略図。
【図３】  図３は、本発明の光照射装置のyz側面図。
【図４】  図４は、本発明の光照射装置のxz側面図。
【図５】  図５は、本発明の光照射装置にて配向膜のプリチルト角の制御を示すxz側面図。
【図６】  図６は、本発明の光照射装置にて配向膜の配向方向の制御を示す第１、第２及び第３実施例のxy側面図。
【図７】  図７は、本発明の光照射装置にて配向膜の配向方向の制御を示す第１、第２及び第３実施例のxy側面図。
【図８】  図８は、本発明の光照射装置にて配向膜の配向方向の制御を示す第１、第２及び第３実施例のxy側面図。
【図９】  図９は、本発明の光照射装置にて配向膜の露光領域を示すxz側面図。
【符号の説明】
１  光源
２  集光鏡
３  第１反射鏡
４  シャッター（shutter）
５  集光レンズ
６  第２反射鏡
７  視準レンズ（collimator lens）
８  偏光素子
８a  ガラス板
１０  配向顕微鏡
１１  ステージ
１３  マスク
１９  多眼型レンズ（homogenizer）
２５  配向膜
２７  液晶分子
３１  第２偏光子
３３  第１偏光子
３５  基板
３７  レンズ
４１  第１配向方向
４３  第２配向方向
４５  基板の第１位置
４７  基板の第２位置
１００  光学系
【図１】
0003936086.tif 000004
【図２】
0003936086.tif 000005
【図３】
0003936086.tif 000006
【図４】
0003936086.tif 000007
【図５】
0003936086.tif 000008
【図６】
0003936086.tif 000009
【図７】
0003936086.tif 000010
【図８】
0003936086.tif 000011
【図９】
0003936086.tif 000012