JP4666417B2 - 液晶表示装置の製造方法及び配向処理用露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置の製造方法及び配向処理用露光装置に関する。より詳しくは、１つの画素内に複数のドメインを形成することにより高表示品位を実現することができるマトリクス型液晶表示装置の製造方法及び配向処理用露光装置に関するものである。

ＴＮ（Ｔｗｉｓｔ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの液晶表示装置は、駆動電圧が低い、応答速度が比較的速い、原理的に白黒表示であるためカラー表示に適する等の表示装置に要求される特性をバランスよく有するため、アクティブマトリクス型液晶表示装置、単純マトリクス型液晶表示装置等のマトリクス型液晶表示装置に広く用いられている。しかしながら、ＴＮモードの液晶表示装置は、視野角が狭い、コントラスト比が小さい等のデメリットも有する。

そこで、近年、高コントラスト比を有する垂直配向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ；ＶＡ）モードの液晶表示装置が開発されている。ＶＡモードにおいて、基板間に電圧が印加されない電圧無印加時には、液晶分子は基板に対して略垂直に配向され、一方、基板間に閾値電圧以上の充分大きな電圧が印加された時には、液晶分子は基板に対して略水平に配向される。また、１つの画素において液晶分子の配向方位を分割する配向分割の技術が開発されている。これによれば、１つの画素は、液晶分子の配向方位が異なる複数の領域（以下、ドメインともいう。）を有することとなるので、液晶表示装置の広視野角化が可能となる。

更に、配向制御構造として、一方の基板に電極スリット、他方の基板に突起構造物を設けて配向分割を行うＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、両方の基板に電極スリットを設けて配向分割を行うＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード等の配向分割が行われたＶＡモードの液晶表示装置が実用化されている。これらのモードによれば、ＶＡモードのメリットである高コントラスト比と、配向分割のメリットである広視野角とを併せ持つ液晶表示装置を実現することができる。

しかしながら、ＭＶＡモード及びＰＶＡモードの液晶表示装置においては、応答速度が遅いという点で改善の余地があった。すなわち、黒状態から白状態へ応答させるために高電圧を印加しても、瞬時に応答し始めるのは、電極スリット及び突起構造物付近の液晶分子のみであり、これらの配向制御構造から遠い距離にある液晶分子は応答が遅れてしまう。

この応答速度の改善に関しては、基板の液晶層側表面に配向膜を設けて配向処理を行い、液晶分子に予めプレチルト角を付与しておくことが有効である。ＶＡモードにおいても、液晶分子を予め垂直配向膜に対してわずかに傾斜させておくことで、液晶層への電圧印加時に液晶分子を傾斜させることが容易となるため、応答速度を速くすることができる。液晶分子にプレチルト角を付与するための配向処理方法としては、例えば、ラビング法、ＳｉＯ_Ｘを斜方蒸着させる方法、光配向法等が挙げられる。

また、ＭＶＡモード及びＰＶＡモードにおいては、広視野角を得るため配向分割が行われるが、配向分割を行う場合には、配向膜への配向処理工程が多くなるという点で改善の余地があった。例えば、光配向法では、フォトマスクを介した露光を複数回行うことにより配向分割を行う方法が提案されている。これらの配向処理を施す回数は、製造工程簡略化の観点からは少ない方が望ましい。しかしながら、広視野角を確保するためには、一画素のドメイン数は、２以上が望ましく、特に望ましいのは４以上である。したがって、少ない配向処理回数で多くのドメインを確保することができる方法が求められていた。

配向分割が行われるＶＡモードとしては、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、任意のドメインについて、配向方位が互いの基板で反平行となった垂直配向膜を用いるＶＡモード（以下、ＶＡＥＣＢ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードともいう。）が提案されている。ＶＡＥＣＢモードでは、図８（ａ）に示すように、第１基板側に設けられる第１偏光板の吸収軸３５及び第２基板側に設けられる第２偏光板の吸収軸３６と、第１配向膜の配向方位３１ａ及び第２配向膜の配向方位３２ｂとは４５度ずれている。ＶＡＥＣＢモードの場合、特に視野角に優れる一画素を４つのドメインに分割するモード（以下、４ＶＡＥＣＢードともいう。）では、図８（ｂ）に示すように、表示面における水平方向の方位角を０度とすると、４５度、１３５度、２２５度及び３１５度の４方向に配向処理を行うため、量産時のスループットが低下してしまう。例えば、特許文献１には、光配向法により配向処理を行ってＶＡＥＣＢモードを形成する技術が開示されているが、この場合には、配向膜の露光工程が合計８回必要となる。

一方、片方の基板には、垂直配向膜を形成するものの配向処理は施さないＶＡＨＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｈｙｂｒｉｄ−ａｌｉｇｎｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの場合、配向処理回数を減らすことができる。しかしながら、片方の基板側では、液晶分子のプレチルト角が９０度のままであることから、応答速度の向上の余地があった。

これに対し、互いの基板で配向処理方向が直交する垂直配向膜を用いることにより、液晶分子がツイスト構造となるＶＡモード（以下、ＶＡＴＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードともいう。）が提案されている（例えば、特許文献２〜５参照。）。ＶＡＴＮモードの液晶表示装置では、図５（ａ）に示すように、液晶層を挟持する基板間に電圧が印加されない電圧無印加の状態（オフ状態）においては、第１配向膜３１及び第２配向膜３２は、負の誘電率異方性を有する液晶分子３３を配向膜表面に対して略垂直に配向し、かつ第１配向膜３１近傍の液晶分子３３と第２配向膜３２近傍の液晶分子３３とをそれらの配向方位が互いに直交するように配向させている。また、液晶分子３３は、第１配向膜３１及び第２配向膜３２表面近傍において、配向膜に対してそれぞれプレチルト角３４を有している。そして、図５（ｂ）に示すように、液晶層を挟持する基板間に電圧を印加するに従い、液晶分子３３は印加電圧に応じて、基板面に対して平行方向に配向され、液晶層の透過光に対して複屈折性を示すことになる。なお、ＶＡＴＮモードでは、図６（ａ）に示すように、第１偏光板の吸収軸３５と第１配向膜の配向方位３１ａとが同じであり、第２偏光板の吸収軸３６と第２配向膜の配向方位３２ｂとが同じとなる。また、図６（ｂ）に示すように、第１偏光板の吸収軸３５と第２配向膜の配向方向３２ｂとが同じであり、第２偏光板の吸収軸３６と第１配向膜の配向方向３１ａとが同じであってもよい。また、ＶＡＴＮモードの場合、図７に示すように、一画素を４つのドメインに分割するモード（以下、４ＶＡＴＮモードともいう。）では、４ＶＡＥＣＢモードの配向処理数の半分である４回の配向処理ですむ。このようなＶＡＴＮモードは、少ないプロセス回数で、広視野角及び速い応答速度を実現することができる点で原理的に非常に優れている。しかしながら、ＶＡＴＮモードの液晶表示装置は、未だ製造技術が確立された段階には至っておらず、また、ＶＡＥＣＢモード等に比べてプレチルト角のばらつきが透過率に大きく影響するため、ＶＡＴＮモードの液晶表示装置を安定的に製造することは困難であった。

また、液晶表示パネルの製造プロセスでは、製造効率の向上等を目的として、利用されるパネル基板のサイズが年々大きくなっている。このような基板サイズの拡大に伴い、光配向法において、フォトマスクを介して露光を行う方法では、大型のフォトマスクが必要となってきていた。しかしながら、大型のフォトマスクを用いる場合には、フォトマスクに撓み等が生じることで露光の精度が低下するという点で改善の余地があった。また、高精細な開口部を有するフォトマスクは極めて高価であるため、大型のフォトマスクを使用すると、製造コストが増大してしまうという点で改善の余地があった。これに対し、露光方法として、光源や基板を移動させる方法（以下、走査露光ともいう）が提案されている（例えば、特許文献６、７参照。）。
しかしながら、光配向法を用いて配向分割を行う場合において、特性ばらつきの小さいドメインを少ない配向処理回数で形成するという点において未だ改善の余地があった。

特開２００１−２８１６６９号公報 特開平１１−３５２４８６号公報 特開２００２−２７７８７７号公報 特開平１１−１３３４２９号公報 特開平１０−１２３５７６号公報 特開平９−２１１４６５号公報 特開平１１−３１６３７９号公報

M. Kimura、他３名、「Photo-Rubbing Method: A Single-Exposure Method to Stable Liquid-Crystal Pretilt Angle on Photo-Alignment Film」、IDW'04: proceedings of the 11th International Display Workshops、IDW'04 Publication committee、2004年、LCT2-1、p. 35−38

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、画素内に複数のドメインが形成される液晶表示装置の配向膜に対して効率よく安定的に配向処理を行うことができる液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、画素内に複数のドメインが形成される液晶表示装置の配向膜に対して効率よく安定的に配向処理を行うことができる液晶表示装置の製造方法について種々検討したところ、光配向法における露光方法に着目した。そして、配向膜に対して、複数の画素にわたる連続的な走査露光を行うことにより、光源と被露光領域とを固定して被露光領域内を同時に露光する同時露光よりも安定的な配向処理が可能となることを見出した。また、画素内に複数のドメインを形成させる場合には、通常、配向膜が基板面内で複雑な配向パターンを有することになるため、走査露光では配向処理の回数が大幅に増加したり、配向処理自体が困難であるが、ＶＡＴＮモード等では、基板面内で配向パターンが連続することから、各画素を反平行方向に複数回走査しながら露光することにより、少ない配向処理回数で安定的な配向処理を行うことができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、第１基板と、上記第１基板に対向する第２基板と、上記基板間に設けられた液晶層と、上記第１基板の液晶層側の表面に設けられた第１配向膜と、上記第２基板の液晶層側の表面に設けられた第２配向膜とを備える液晶表示装置の製造方法であって、上記製造方法は、第１配向膜及び／又は第２配向膜に対して複数の画素にわたる連続的な走査露光を行うことを含み、上記走査露光は、各画素内に液晶分子を第１配向膜及び／又は第２配向膜表面に対して反平行方向に配向させる領域を形成するように、各画素内を反平行方向に複数回走査しながら第１配向膜及び／又は第２配向膜に対して露光することを含む液晶表示装置の製造方法である。
以下に本発明を詳述する。

本発明の液晶表示装置の製造方法は、第１配向膜及び／又は第２配向膜に対して複数の画素にわたる連続的な走査露光を行うことを含む。第１配向膜及び／又は第２配向膜は、走査露光により配向処理（配向方位の規定）が行われるものである。より具体的には、第１配向膜及び／又は第２配向膜は、通常、光照射により配向規制力が変化し、かつ光照射の方向又は光の照射領域の移動方向に応じて配向方位が変化する材料で形成された光配向膜である。なお、配向方位とは、液晶層に含まれる液晶分子の傾斜方向を基板面に投影したときに示す方位を意味する。

本発明において、走査露光とは、基板面上の光線の照射位置を移動させながら露光するものであれば特に限定されず、スキャン露光とも呼ばれる。スキャン露光の具体的態様としては、例えば、光源を移動させながら該光源から発せられる光線を基板面上に照射する態様、基板を移動させながら光源から発せられる光線を基板面上に照射する態様、光源及び基板を移動させながら光源から発せられる光線を基板面上に照射する態様が挙げられる。スキャン露光は、同時露光に比べて、基板面内における照射量等の安定性に優れているため、配向方位、プレチルト角等の配向膜の特性がばらつくことを効果的に抑制することができる。また、スキャン露光は、同時露光等に比べて小さな光源を用いることができるので、露光装置の省スペース化が可能である。

また、上記スキャン露光は、画像検出用カメラ等により、基板上のパターンを読み取りながらスキャン方向を制御するものであることが好ましい。これにより、基板が歪んでいるような場合であっても、画素配列に沿って高精度のスキャン露光を行うことができる。読み取りに用いる基板上のパターンとしては特に限定されないが、スキャン方向に沿って周期的又は連続的に設けられたものが好ましく、基板に設けられた配線、ブラックマトリクス等を利用することができる。

本発明における走査露光は、各画素内に液晶分子を第１配向膜及び／又は第２配向膜表面に対して反平行方向に配向させる領域を形成するように、各画素内を反平行方向に複数回（少なくとも１往復）走査しながら第１配向膜及び／又は第２配向膜に対して露光することを含む。このとき、１回目で露光する画素内の領域と２回目で露光する画素内の領域とは重複していてもよいが、実質的に異なることが好ましい。なお、本明細書において、反平行方向に走査するとは、走査の際の進行方向が互いに逆であり、かつ進路が互いに平行であることを意味し、各画素内に液晶分子を第１配向膜及び／又は第２配向膜表面に対して反平行方向に配向させる領域を形成するとは、各画素内に、第１配向膜及び／又は第２配向膜近傍の液晶分子をある方向に配向する領域Ｐと、第１配向膜及び／又は第２配向膜近傍の液晶分子を領域Ｐの配向方位に対して反平行方向である方向に配向する領域Ｑとを形成することを意味する。したがって、領域Ｐ及び領域Ｑにおける配向方位は、互いに略１８０度異なる。なお、領域Ｐ及び領域Ｑにおける配向方位は、厳密に１８０度異なる必要はなく、実質的に逆の向きであればよい。このように、ある方向Ａと、方向Ａに対して平行であって向きが逆の方向Ｂとに走査しながらスキャン露光することで、一画素に２以上のドメインを有する液晶表示装置の配向処理を簡便に行うことができる。なお、本発明では、スキャン露光は、複数の画素にわたり連続的に行われることから、本発明を用いて製造された液晶表示装置の配向膜は、スキャン露光された領域において、反平行方向の配向パターンが複数の画素で連続することになる。したがって、本発明は、ＶＡＴＮモード等の液晶表示装置の製造方法に特に好適である。

上記スキャン露光の態様としては、点状光源を用いて点状光線（スポット状光線）を露光する態様、線状光源を用いてスキャン露光のスキャン方向に沿った線状光線を露光する態様、各種光源を用いてフォトマスクを介して露光する態様等が挙げられる。これらの態様によれば、１つの画素内において、照射領域及び非照射領域を設けることができるので、反平行方向の配向分割を行うことができる。また、これらの態様のなかでも、フォトマスクを介して露光する態様によれば、フォトマスクに所望の開口を設けることによって、光源の形状に関わらず、容易に光線の形状を制御することができる。また、本発明では、スキャン露光を行うので、大型基板上の配向膜の配向処理を行う場合においてもフォトマスクを大型化する必要がなく、フォトマスクが撓むことにより露光の均一性が低下する等の問題は特に発生しない。
なお、点状光線とは、基板照射面における形状がスポット状の光線であり、例えば、レーザ光線、光源からの光を光学レンズにより点状となるように集光された光線等を用いることができる。また、線状光線とは、基板照射面における形状が略線状（帯状）の光線であり、例えば、光源からの光を光学レンズにより略線状となるように集光された光線等を用いることができる。

上記スキャン露光は、露光する配向膜の材料にもよるが、光線を基板面の法線に対して斜め方向から入射させるものであることが好ましく、ＶＡＴＮモードであれば、光線の基板面の法線に対する入射角を５度以上、７０度以下にすることが好ましい。これにより、ＶＡＴＮモードにおいて好適なプレチルト角を液晶層に付与することができる。５度未満であると、プレチルト角が小さくなりすぎ、液晶表示装置の応答速度が著しく低下するおそれがある。７０度を超えると、プレチルト角が大きくなりすぎ、液晶表示装置のコントラスト比が充分に得られないおそれがある。ただし、非特許文献１に開示の光配向法のように、プレチルト角の発現が光の照射領域の移動方向による場合には、光線に入射角をつける必要がなく０度でも可能である。

その他、光源の種類、露光量、配向膜表面における光線のサイズ、スキャン速度、偏光板の有無等のスキャン露光の各種条件は、所望の配向方位、プレチルト角等の配向膜の形成条件に応じて適宜設定すればよい。なお、プレチルト角とは、液晶層に電圧が印加されない電圧無印加の状態（オフ状態）において、配向膜表面と、配向膜近傍の液晶分子の長軸方向とがなす角度である。

本発明の液晶表示装置の製造方法としては、上述したスキャン露光工程を必須として含むのである限り、その他の工程については特に限定されるものではない。

本発明により製造される液晶表示装置は、第１基板と、上記第１基板に対向する第２基板と、上記基板間に設けられた液晶層と、上記第１基板の液晶層側の表面に設けられた第１配向膜と、上記第２基板の液晶層側の表面に設けられた第２配向膜とを備えるものである。本発明により製造される液晶表示装置の構成としては、このようなマトリクス型液晶表示装置の標準的な構成要素を必須とするものである限り、その他の構成要素については特に限定されるものではない。

上記第１基板及び第２基板のうちいずれか一方の基板は、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴともいう。）及び画素電極がマトリクス状に設けられたＴＦＴアレイ基板であることが好ましい。また、上記第１基板及び第２基板のうち他方の基板は、カラーフィルタ及び共通電極を有するカラーフィルタ基板（以下、ＣＦ基板ともいう。）であることが好ましい。このように、本発明により製造される液晶表示装置は、アクティブマトリクス型液晶表示装置であることが好ましいが、単純マトリクス型液晶表示装置であってもよい。本発明により単純マトリクス型液晶表示装置を製造する場合には、第１基板及び第２基板は、通常、ストライプ状の信号電極（列電極）が設けられた基板と、該信号電極と略直交するようにストライプ状の走査電極（行電極）が設けられた基板との組み合わせである。
なお、画素は、アクティブマトリクス型液晶表示装置においては、画素電極と、それに対向する共通電極とによって規定される。また、単純マトリクス型液晶表示素子においては、ストライプ状の信号電極と走査電極との交差部によって規定される。

上記液晶層の液晶モードとしては特に限定されないが、配向分割された垂直配向（ＶＡ）モードであることが好ましい。すなわち、上記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含み、上記第１配向膜及び第２配向膜は、液晶分子を第１配向膜及び第２配向膜表面に対して略垂直に配向させるものであることが好ましい。本発明ではスキャン露光を利用することから、配向分割されたＶＡモードのように、配向膜により液晶のプレチルト角を高精度に制御する必要がある液晶モードに好適である。

また、上記配向分割されたＶＡモードとしては、ＶＡＴＮモード、ＶＡＥＣＢモード、ＶＡＨＡＮモード等が挙げられる。なかでも、ＶＡＴＮモードが特に好適に利用される。すなわち、本発明の液晶表示装置の製造方法は、第１配向膜及び第２配向膜に対する走査露光の方向が略直交するように露光並びに第１基板及び第２基板の貼り合わせを行うことが好ましい。ＶＡＴＮモードの場合、第１配向膜及び第２配向膜の両方が、複数の画素で連続する反平行方向の配向パターンを有することから、本発明の配向処理方法を利用して容易に画素内に４つのドメインを形成することができ、これにより優れた視野角特性を実現することができる。また、ＶＡＴＮモードでは、液晶分子のプレチルト角が液晶表示装置の表示特性に非常に大きな影響を与えることから、配向膜の配向処理を安定的に行うことが特に重要である。
なお、本明細書において、「第１配向膜及び第２配向膜に対する走査露光の方向が略直交するように露光並びに第１基板及び第２基板の貼り合わせを行う」とは、ＶＡＴＮモードにおける液晶表示が可能な程度に、液晶分子を実質的に互いに直交する方位に配向させることができれば、液晶分子を完全には直交させなくてもよい。より具体的には、第１配向膜及び第２配向膜の配向方位が８５〜９５度で交わることが好ましい。

また、本発明の液晶表示装置の製造方法では、対向する第１配向膜と第２配向膜とで走査露光の方向が略平行となるように露光及び基板の貼り合わせを行うことにより、ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置を製造することができる。但し、ＶＡＥＣＢモードの場合には、一画素に２ドメインを有するＶＡＥＣＢモードまでしか製造することができない。

本発明において用いられる配向処理用露光装置としては、ステージと、上記ステージ面の法線に対して０度以上９０度未満の入射角で光線を照射する光源と、ステージ及び／又は光源を反平行方向に移動させる手段とを備えるものが好適である。このような、ステージ及び光源を備える配向処理用露光装置であって、上記光源は、ステージ面の法線に対して０度以上９０度未満の入射角で光線を照射するものであり、上記配向処理用露光装置は、更に、ステージ及び／又は光源を反平行方向に移動させる手段を備える配向処理用露光装置もまた本発明の１つである。このような本発明の配向処理用露光装置によれば、スキャン露光により光配向処理を行うことができることから、同時露光による光配向処理を行う場合よりも、光配向処理を効率よく安定的に行うことができる。したがって、ＶＡＴＮモード等の液晶表示装置の配向処理に特に好適である。

上記ステージとしては、第１基板及び／又は第２基板を載置することができるものであれば特に限定されないが、基板を真空吸着等により固定することができるものが好ましい。上記光源の光照射の態様としては、フォトマスクを介して露光しない場合には、複数の光源が一定の間隔で配置されることが好ましい。一方、フォトマスクを介して露光する場合には、上記光源の配置態様は特に限定されない。上記ステージに照射される光線は、偏光板等を用いて偏光にすることが好ましい。また、上記配向処理用露光装置は、画像検出用カメラ及び画像処理装置を備えることが好ましく、これにより、基板上のパターンを読み取りながらスキャン方向を制御することが可能となる。

本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、各画素を反平行方向に複数回走査しながら露光する走査露光を行うことから、画素内に複数のドメインが形成される液晶表示装置の配向膜に対して効率よく安定的に配向処理を行うことができる。このような本発明の液晶表示装置の製造方法は、特にＶＡＴＮモードの液晶表示装置の製造に好適である。

（ａ）は、実施例１のＴＦＴアレイ基板における光配向膜に対する光線照射方向を示す平面模式図であり、（ｂ）は、実施例１のＣＦ基板における光配向膜に対する光線照射方向を示す平面模式図である。 （ａ）は、実施例１の第１基板であるＴＦＴアレイ基板の平面模式図であり、（ｂ）は、実施例１の第２基板であるＣＦ基板の平面模式図である。 実施例１の露光装置の斜視模式図である。 実施例２の露光装置の斜視模式図である。 ＶＡＴＮモードの液晶表示装置の駆動原理を説明する概念図であり、（ａ）は、オフ状態を示し、（ｂ）は、オン状態を示している。 ＶＡＴＮモードの液晶表示装置に含まれる１つのドメインにおける配向膜の配向方位と偏光板の吸収軸との位置関係を示す概念図であり、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ位置関係の一例を示している。 ４ＶＡＴＮモードの液晶表示装置に含まれる一画素における４つのドメインと配向膜の配向方位との関係を示す概念図である。 （ａ）は、ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置に含まれる１つのドメインにおける配向膜の配向方位と偏光板の吸収軸との位置関係を示す概念図あり、（ｂ）は、４ＶＡＥＣＢモードの液晶表示装置に含まれる一画素における４つのドメインと配向膜の配向方位との関係を示す概念図である。

以下に実施例を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
以下に、図１〜３を用いて本発明に係る実施例１の４ＶＡＴＮモードの液晶表示パネルの製造方法について説明する。図１（ａ）は、本実施例のＴＦＴアレイ基板における光配向膜に対する光線照射方向を示す平面模式図であり、（ｂ）は、本実施例のＣＦ基板における光配向膜に対する光線照射方向を示す平面模式図である。図２（ａ）は、本実施例の第１基板であるＴＦＴアレイ基板の平面模式図であり、（ｂ）は、本実施例の第２基板であるＣＦ基板の平面模式図である。図３は、本実施例の露光装置の斜視模式図である。

まず、通常の方法にて配向膜形成前の一対の第１及び第２基板を準備する。第１基板としては、図２（ａ）に示すように、ガラス基板（図示せず）上に、（１）走査信号線１５、（２）ＴＦＴ１１、（３）画素電極１２及び（４）データ信号線１６を順次形成することによって、基板上に走査信号線及びデータ信号線が絶縁膜（図示せず）を介してマトリクス状に交差するように配置され、更にその交点毎にＴＦＴ及び画素電極が配置されたＴＦＴアレイ基板を用いる。一方、第２基板としては、図２（ｂ）に示すように、ガラス基板（図示せず）上に、（１）ブラックマトリクス（ＢＭ）１３、（２）カラーフィルタ１４、（３）保護膜（図示せず）及び（４）透明電極膜（図示せず）を順次形成することによって、基板上にＢＭがマトリクス状に配置され、更にそのＢＭで区切られた領域にカラーフィルタが配置されたＣＦ基板を用いる。なお、基板は絶縁性の表面を有するものであればよく、ガラスに特に限定されない。また、上述の各構成部材の材質は、通常用いられる材料を用いればよい。

次に、ＴＦＴアレイ基板及びＣＦ基板に対して、光配向膜材料を含む溶液をスピンキャスト法等により塗布した後、例えば１８０℃で６０分間焼成することによって、垂直光配向膜を形成した。光配向膜材料としては特に限定されず、感光性基を含む樹脂等が挙げられる。より具体的には、４−カルコン基（下記化学式（１））、４’−カルコン基（下記化学式（２））、クマリン基（下記化学式（３））、及び、シンナモイル基（下記化学式（４））等の感光性基を含むポリイミド等が好適である。上記（１）〜（４）の感光性基は、光線照射により架橋反応（二量化反応を含む）、異性化反応、光再配向等を生じるものであり、これらによれば、光分解型の光配向膜材料に比べてプレチルト角のばらつきを効果的に小さくすることができる。なお、下記化学式（１）〜（４）の感光性基は、ベンゼン環に置換基が結合した構造も含まれる。また、下記化学式（４）のシンナモイル基におけるカルボニル基に更に酸素原子が結合したシンナメート基（Ｃ_６Ｈ_５−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯＯ−）は、合成しやすいという利点を有している。したがって、光配向膜材料としては、シンナメート基を含むポリイミドがより好ましい。なお、焼成温度、焼成時間及び光配向膜の膜厚は特に限定されず、適宜設定すればよい。

次に、ＴＦＴアレイ基板のスキャン露光方法について説明する。まず、図３を用いて露光装置について説明する。図３に示すように、本実施例における露光装置２０ａは、基板２６を載置するためのステージ２１と、ランプ、偏光板及び光学フィルタを有する光源２２、光源下方、かつ光線照射方向に設置されたフォトマスク２３とを含んで構成される。また、ステージ２１、及び／又は、光源２２及びフォトマスク２３は、相対的に水平移動が可能なように設計されており、これにより、露光装置２０ａは、基板表面に設けられた光配向膜に対して、フォトマスク２３内に設けられた開口部（図示せず）から照射される光線を用いてスキャン露光を行うことができる。更に、光源２２は、ステージ２１及びフォトマスク２３に対して斜め方向に傾斜可能なように設計されており、これにより、露光装置２０ａは、基板表面に設けられた光配向膜に対して適宜斜め方向から光照射しながらスキャンすることができる。ランプとしては特に限定されず、低圧水銀ランプ、重水素ランプ、メタルハライドランプ、アルゴン共鳴ランプ、キセノンランプ等が挙げられる。また、ランプの代わりにエキシマレーザ等のレーザを用いてもよい。照射光の波長は配向膜材料等により、適宜設定すればよいが、紫外線を用いることが好ましい。また、偏光板の消光比、光学フィルタの種類、基板及びフォトマスク間の距離であるプロキシミティギャップ等は適宜設定すればよい。

次に、図１（ａ）を用いてＴＦＴアレイ基板の露光方法について説明する。まず、ＴＦＴアレイ基板を露光装置のステージに載置する。このとき、図１（ａ）に示すように、フォトマスク２３ａ内には、走査信号線１５方向（図１中において左右方向）の画素ピッチの略２分の１の幅Ｗ１を有する平面形状が矩形状の開口部２４ａが複数個設けられている。また、複数個の開口部２４ａのピッチは、走査信号線１５方向の画素ピッチと同じ長さになるように設定されている。続いて、フォトマスク２３ａの開口部２４ａの端の位置を、データ信号線１６に合うように位置合わせした後、まずスキャン方向−ｙ（図１中において下方向）にデータ信号線１６に沿ってＴＦＴアレイ基板の端から端まで複数の画素を連続的にスキャン露光する。続いて、開口部２４ａの位置を走査信号線１５方向に画素ピッチの略２分の１だけ水平移動させ、同様に開口部２４ａの位置合わせを行った後、スキャン方向＋ｙ（スキャン方向−ｙとは反平行方向、すなわち図１中において上方向）にデータ信号線１６に沿ってＴＦＴアレイ基板の端から端まで同様にスキャン露光を行う。これにより、ＴＦＴアレイ基板の画素は、互いに配向方位が反平行方向である２つの領域Ａ及び領域Ｂに配向分割されることとなる。また、スキャン露光は、分割露光等に比べて、照射量の安定性に非常に優れているため、各領域Ａ及び領域Ｂにおける配向方位、プレチルト角等の特性ばらつきを効果的に抑制することができる。なお、開口部２４ａの平面形状は、所望のドメインパターンを形成することができれば特に限定されず、矩形状の他に円状、楕円状、略直線状（帯状）等が挙げられる。また、開口部２４ａの幅Ｗ１も所望のドメインパターンに合わせて適宜設定すればよいが、スキャン露光後に、未照射領域ができないように設定することが好ましい。

次に、図１（ｂ）を用いてＣＦ基板の露光方法について説明する。まず、ＣＦ基板を露光装置のステージに載置する。このとき、図１（ｂ）に示すように、フォトマスク２３ｂ内には、ＴＦＴアレイ基板のデータ信号線に対応する位置に形成されたＢＭ１８（以下、データ線上ＢＭともいう。）方向（図１中において上下方向）の画素ピッチの略２分の１の幅Ｗ２を有する平面形状が矩形状の開口部２４ｂが複数個設けられている。また、複数個の開口部２４ｂのピッチは、データ線上ＢＭ１８方向の画素ピッチと同じ長さになるように設定されている。続いて、フォトマスク２３ｂの開口部２４ｂの端の位置を、ＴＦＴアレイ基板の走査信号線に対応する位置に形成されたＢＭ１７（以下、走査線上ＢＭともいう。）に合うように位置合わせした後、まずスキャン方向＋ｘ（図１中において右方向）に走査線上ＢＭ１７に沿ってＣＦ基板の端から端まで複数の画素を連続的にスキャン露光する。続いて、開口部２４ｂの位置をデータ線上ＢＭ１８方向に画素ピッチの略２分の１だけ水平移動させ、同様に開口部２４ｂの位置合わせを行った後、スキャン方向−ｘ（スキャン方向＋ｘとは反平行方向、すなわち図１中において左方向）に走査線上ＢＭ１７に沿ってＣＦ基板の端から端まで同様にスキャン露光を行う。これにより、ＣＦ基板の画素は、互いに配向方位が反平行方向である２つの領域Ｃ及び領域Ｄに配向分割されることとなる。また、ＴＦＴアレイ基板に対するスキャン露光と同様に、各領域Ｃ及び領域Ｄにおける特性ばらつきを効果的に抑制することができる。なお、開口部２４ｂの平面形状は、所望のドメインパターンを形成することができれば特に限定されず、矩形状の他に円状、楕円状、略直線状（帯状）等が挙げられる。また、開口部２４ｂの幅Ｗ２も所望のドメインパターンに合わせて適宜設定すればよいが、スキャン露光後に、未照射領域ができないように設定することが好ましい。

本実施例においては、フォトマスクを用いてスキャン露光を行う方法について説明したが、フォトマスクは用いなくともよい。この場合には、光学レンズ等を用いて、配向膜表面での光線形状を適宜調整することが好ましい。４ＶＡＴＮモードにおいて好適なプレチルト角を液晶分子に付与するため、露光する配向膜の材料にもよるが、照射光線の基板面の法線に対する入射角を５度以上、７０度以下の方向から照射することが好ましく、また、スキャン露光時の照射量及びスキャン速度を適宜設定することが好ましい。ただし、非特許文献１に開示の光配向法のように、プレチルト角の発現が光の照射領域の移動方向による場合には、光線に入射角をつける必要が無く０度でも可能である。なお、４ＶＡＴＮモードにおいて、ＴＦＴアレイ基板におけるスキャン方向と、ＣＦ基板におけるスキャン方向とは、ＴＦＴアレイ基板及びＣＦ基板を貼り合わせた時に、それぞれのスキャン方向が略直交すればよく、図１（ａ）及び（ｂ）で示したスキャン方向に特に限定されない。

次に、スキャン露光されたＴＦＴ基板及びＣＦ基板を、例えば４μｍのプラスチックビーズを基板上に散布した後に貼り合わせる。このとき、一画素における両基板の光線照射方向の関係は、図７のようになり、各ドメイン内では、スキャン方向は対向する基板同士で略直交する。

次に、これら基板間に負の誘電異方性を有するネマチック液晶材料を封入すると、各ドメインで液晶分子はそれぞれの異なった方向にプレチルト角を発現する。これにより、各ドメインの液晶層の層面内方向及び厚さ方向における中央付近の液晶分子の配向方位は、光線照射された方向から４５度傾いた方向となる。その結果、出来上がった液晶表示パネルに信号電圧を印加すると、４つのドメインの液晶分子は、それぞれ異なる４方向に倒れることとなり、広視野角を実現することができる。なお、プレチルト角は特に限定されないが、液晶表示パネルの透過率を大きくする観点から、４ＶＡＴＮモードにおいては８５〜９０度未満にすることが好ましく、また、プレチルト角のばらつきは、０．５度以内にすることが好ましい。

その後、両基板の外側に、２枚の偏光板を互いの吸収軸が直交し、かつ一方の吸収軸がＴＦＴアレイ基板のバスライン（走査信号線又はデータ信号線）と平行になるように貼り付ける。これにより、オフ状態において、液晶分子はほぼ垂直配向するため、液晶表示パネルは良好な黒表示（ノーマリーブラックモード）を実現することができる。また、液晶表示パネルは、それぞれ異なる４方向に液晶分子が応答するドメインを４つ有するため、視角方向にほとんど依存しない表示特性を示すことができる。このように、本実施例の液晶表示パネルの製造方法によれば、スキャン露光を用いることから、特性ばらつきの小さいドメインを有する４ＶＡＴＮモードの液晶表示パネルを少ない処理回数で作製することができる。

（実施例２）
以下に、図４を用いて本発明に係る実施例２の４ＶＡＴＮモードの液晶表示パネルの製造方法について説明する。図４は、本実施例の露光装置の斜視模式図である。本実施例においては、露光装置の形態及びスキャン露光の態様以外は、実施例１と同様であるので、実施例１と本実施例とで重複する内容については説明を省略する。

まず、図４を用いて本実施例における露光装置について説明する。図４に示すように、本実施例における露光装置２０ｂは、実施例１の露光装置２０ａに更に基板上に形成されるバスライン（走査信号線又はデータ信号線）、ＢＭ等の直線的な微細パターンを検出する画像検出用カメラ２５が加えられた構成を有する。これにより、本実施例における露光装置２０ｂは、画像検出用カメラ２５で撮影した画像の画像解析処理等を行うことによって、撮影した画像をもとにステージ２１、及び／又は、フォトマスク２３及び光源２２の位置を決定することが可能になる。

次に、本実施例におけるスキャン露光の方法について説明する。まず、露光対象である基板２６をステージ２１に載置する。続いて、画像検出用カメラ２５で撮影した基板に設けられたＢＭ、バスライン等の画像を画像解析処理することで得られる位置データをもとに、ステージ２１、及び／又は、フォトマスク２３及び光源２２を、自動でスキャン露光開始位置に水平移動させ、フォトマスク２３の開口部（図示せず）の位置を所定の位置にセットする。そして、光線照射処理時も同様に、画像検出用カメラ２５で撮影した画像をもとに画像解析処理を行い、開口部の位置がバスライン、ＢＭ等からずれないように、ステージ２１、及び／又は、フォトマスク２３及び光源２２の位置を逐一補正しながら、スキャン露光を行う。このように、本実施例の液晶表示パネルの製造方法によれば、画像検出用カメラ２５を用いて露光スタート位置の決定、及び、露光位置の補正を行うことから、ＴＦＴアレイ基板又はＣＦ基板において画素配列がゆがんでいる場合においても、画素内に所望のドメインを高精度に形成することができる。

なお、本願は、２００５年１２月２日に出願された日本国特許出願２００５−３５００２０号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。

１１：ＴＦＴ
１２：画素電極
１３：ブラックマトリクス（ＢＭ）
１４：カラーフィルタ
１５：走査信号線
１６：データ信号線
１７：走査線上ＢＭ
１８：データ線上ＢＭ
２０ａ、２０ｂ：露光装置
２１：ステージ
２２：光源
２３、２３ａ、２３ｂ：フォトマスク
２４ａ、２４ｂ：開口部
２５：画像検出用カメラ
２６：基板
３１：第１配向膜
３２：第２配向膜
３１ａ：第１配向膜の配向方位
３２ｂ：第２配向膜の配向方位
３３：液晶分子
３４：プレチルト角
３５：第１偏光板の吸収軸
３６：第２偏光板の吸収軸
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：領域
Ｗ１、Ｗ２：開口部の幅
＋ｘ、−ｘ、＋ｙ、−ｙ：スキャン方向

Claims (28)

1. 第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記基板間に設けられた液晶層と、前記第１基板の液晶層側の表面に設けられた第１配向膜と、前記第２基板の液晶層側の表面に設けられた第２配向膜とを備える液晶表示装置の製造方法であって、
   前記第１配向膜及び／又は前記第２配向膜は、光照射により、液晶分子に対するプレチルト角の付与が可能となる光配向膜であり、
   前記製造方法は、前記第１基板及び／又は前記第二基板の基板面上における光線の照射位置を移動させて複数画素にわたり直線的且つ連続的に走査しながら前記第１配向膜及び／又は前記第２配向膜を露光する走査露光を含み、
   前記走査露光は、所定方向、及び、該所定方向に対して平行であって向きが反対の反平行方向に各画素内が走査されるように、複数回行うものであり、
   互いに液晶分子を反平行方向に向けて配向させる複数の配向分割領域を前記各画素内に形成する
   ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 前記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子を含み、
   前記第１配向膜及び第２配向膜は、液晶分子を第１配向膜及び第２配向膜表面に対して略垂直に配向させるものであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
3. 前記液晶表示装置の製造方法は、第１配向膜及び第２配向膜に対する走査露光の方向が略直交するように第１基板及び第２基板の貼り合わせを行うことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 前記走査露光は、光源と第１配向膜及び／又は第２配向膜との間に、フォトマスクを介在させて露光するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
5. 前記フォトマスクは、略直線状の開口部が設けられたものであることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置の製造方法。
6. 前記フォトマスクに設けられた開口部のピッチは、走査方向と垂直な方向の画素ピッチと同じ長さであることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置の製造方法。
7. 前記走査露光は、第１基板及び／又は第２基板の一端から他端まで連続的に走査した後、第１基板及び／又は第２基板の他端から一端まで連続的に走査するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
8. 前記走査露光は、基板面の法線方向に対する入射角を５°以上、７０°以下にして光線を照射するものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
9. 前記光線は、偏光であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
10. 前記光線は、紫外線であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
11. 前記液晶分子のプレチルト角は、８５°以上、９０°未満であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
12. 前記液晶分子のプレチルト角のばらつきは、０．５°以内であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
13. 前記配向分割領域の幅は、走査方向と垂直な方向の画素ピッチの略半分であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
14. 前記複数の配向分割領域は、画素内での面積比が等しいことを特徴とする請求項１３記載の液晶表示装置の製造方法。
15. 前記液晶表示装置は、第１基板側に第１偏光板を有し、第２基板側に第２偏光板を有するものであり、
    前記第１配向膜の配向方位と第１偏光板の吸収軸が平行、かつ第２配向膜の配向方位と第２偏光板の吸収軸が平行であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
16. 前記走査露光は、カメラを用いて検出した位置データに基づき、前記光線の照射位置を補正しながら行われることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
17. 基板を載置するステージ及び光源を備える配向処理用露光装置であって、
    前記光源は、前記ステージ面の法線に対して０°以上９０°未満の入射角で光線を照射するものであり、
    前記配向処理用露光装置は、
    更に、前記ステージ及び／又は前記光源を移動させる移動手段を備え、
    前記基板面上の光線の照射位置を移動させて複数画素にわたり直線的且つ連続的に走査されるものであり、
    前記ステージ上に載置された基板の各画素で、所定方向、及び、該所定方向に対して平行であって向きが反対の反平行方向に、前記光線の照射位置が走査されるように、前記基板に対して複数回露光するものである
    ことを特徴とする配向処理用露光装置。
18. 前記配向処理用露光装置は、更に、撮影により前記ステージ上の前記基板の所定位置を読み取る位置データ検出用のカメラを備え、該カメラにより検出した位置データに基づき、前記光線の照射位置を補正しながら走査することを特徴とする請求項１７記載の配向処理用露光装置。
19. 前記光源は、前記ステージ面の法線に対して０°よりも大きい入射角で光線を照射することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の配向処理用露光装置。
20. 光源とステージとの間に、フォトマスクを介在させて露光することを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載の配向処理用露光装置。
21. 前記フォトマスクは、略直線状の開口部が設けられたものであることを特徴とする請求項２０記載の配向処理用露光装置。
22. 前記フォトマスクに設けられた開口部は、走査方向と垂直な方向の画素ピッチと同じ長さであることを特徴とする請求項２１記載の配向処理用露光装置。
23. 前記フォトマスクに設けられた開口部の幅は、走査方向と垂直な方向の画素ピッチの略半分であることを特徴とする請求項２１又は２２記載の配向処理用露光装置。
24. ステージ上に載置された基板の一端から他端まで連続的に走査した後、該基板の他端から一端まで連続的に走査することを特徴とする請求項１７〜２３のいずれかに記載の配向処理用露光装置。
25. 基板面の法線方向に対する入射角を５°以上、７０°以下にして光線を照射するものであることを特徴とする請求項１７〜２４のいずれかに記載の配向処理用露光装置。
26. 前記光線は、偏光であることを特徴とする請求項１７〜２５のいずれかに記載の配向処理用露光装置。
27. 前記光線は、紫外線であることを特徴とする請求項１７〜２６のいずれかに記載の配向処理用露光装置。
28. 請求項１〜１６のいずれかに記載された液晶表示装置の製造方法、又は、請求項１７〜２７のいずれかに記載された配向処理用露光装置を用いて製造されたことを特徴とするＶＡＴＮモードの液晶表示装置。

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