JPH0895045A

JPH0895045A - 液晶配向膜の処理方法

Info

Publication number: JPH0895045A
Application number: JP23162694A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Amako; 淳尼子; Tomio Sonehara; 富雄曽根原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 1996-04-12
Anticipated expiration: 2019-09-08
Also published as: JP3561970B2

Abstract

(57)【要約】【目的】非接触かつ簡便であり、配向特性に優れた液晶
配向膜を与える、液晶配向膜の処理方法を提供すること
を目的とする。【構成】本発明の液晶配向膜の処理方法は、レーザ発振
器から出射されたレーザビームの光路上に配置された位
相格子を備え、前記位相格子からの複数の回折波面が重
なる位置に液晶配向膜を配置し、前記複数の回折波面が
つくる干渉光強度分布により、微細な表面凹凸構造を前
記配向膜上に形成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザを用いた液晶配
向膜の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ照射により液晶配向膜の表面に微
細な凹凸構造を形成し、この凹凸構造が与える配向力を
利用して液晶分子を配向させる方法がいくつか提案され
ている。

【０００３】例えば、特開昭54-50350には、スリットマ
スクを用いる方法が開示されている。レーザー発振器か
らのビームを平行光束に拡大し、スリットマスクを通過
させる。得られたスリット状のビームを配向膜へ照射す
る。配向膜を載せたステージをスリットと直交する方向
へ移動することにより配向膜に複数の加工傷を形成し、
この加工傷を利用して、液晶分子を配向させるのであ
る。

【０００４】また、特開昭60-217339には、二光束干渉
露光を利用する方法が開示されている。レーザー発振器
からのビームを平行光束に拡大し、この光束をふたつに
分割した後に、ふたつの波面が干渉する場所に配向膜を
配置する。こうして、前記ふたつの波面の干渉光強度分
布により、配向膜の表面に周期的な凹凸が形成される。

【０００５】さらに、特開平2-309321には、ラインアン
ドスペース状の振幅マスクを用いる方法が提案されてい
る。紫外線レーザを前記マスクを介して基板上の液晶配
向膜に照射する。紫外線レーザーが配向膜の表面に縞状
に照射され、化学反応を利用して配向膜表面に凹凸が形
成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スリット状の
ビームを用いる方法には、配向膜を載せたステージをサ
ブミクロンの精度で移動しなければならないという困難
がある。なぜならば、液晶分子を配向させるには線幅〜
1.0μｍ程度の細かい凹凸構造が望ましく、〜1.0μｍ幅
のスリット状のビームを〜100mm以上移動させ、液晶パ
ネルの表示エリアに等しい面積を処理しなければならな
いからである。

【０００７】干渉露光を利用する方法ならば、広い面積
にわたって一度の露光で、周期が〜1.0μｍ以下の細か
い干渉光強度分布を形成することが可能である。しか
し、一般には、光路における空気のゆらぎや振動によ
り、配向膜上の干渉縞が動き、干渉縞のコントラストが
低下する。このような場合には、液晶分子を配向させる
に充分な表面弾性エネルギーを与える凹凸構造が形成さ
れないので、液晶パネルの表示品位が著しく低下する。
なお、前記の外乱を排除するには、高価な防振設備が必
要になる。

【０００８】また、ラインアンドスペース状の振幅マス
クを用いる方法には、光の利用効率が半分以下に低下す
るという問題がある。ラインアンドスペース状のマスク
では、光が透過する部分と透過しない部分の面積比率が
ほぼ1:1だからである。この方法では、光利用効率の低
さを補うために大出力レーザが欠かせないので、冷却等
の付帯設備が大がかりになり、液晶配向膜の処理コスト
が高くついてしまう。

【０００９】本発明の目的は上記の問題を解決し、レー
ザーを用いた簡便な構成により、液晶配向特性に優れ
た、液晶配向膜の処理方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の液晶配向
膜の処理方法は、レーザを照射して液晶配向膜を処理す
る方法に関し、レーザ発振器から出射されたレーザビー
ムの光路上に配置された位相格子を備え、前記位相格子
からの複数の回折波面が重なる位置に液晶配向膜を配置
し、前記複数の回折波面がつくる干渉光強度分布によ
り、微細な表面凹凸構造を前記液晶配向膜上に形成する
ことを特徴とする。

【００１１】本発明の第２の液晶配向膜の処理方法は、
前記第１の液晶配向膜の処理方法において、前記位相格
子は表面凹凸型２値位相格子であることを特徴とする。

【００１２】本発明の第３の液晶配向膜の処理方法は、
前記第１の液晶配向膜の処理方法において、前記位相格
子は位相分布が異なる複数の領域を有することを特徴と
する。本発明の第４の液晶配向膜の処理方法は、前記
第１の液晶配向膜の処理方法において、前記位相格子の
前に、位相格子の溝方向と平行な偏光方位を有する、ひ
とつまたは複数の領域から成る偏光板を配置することを
特徴とする請求項１に記載の液晶配向膜の処理方法。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）図１に、本発明にしたがい液晶配向膜を処
理するための構成を示す。レーザ発振機器１０１はパル
ス発振が可能な短波長レーザ（波長0.1〜0.5μｍ）であ
り、直線偏光のＴＥＭ₀₀モードを出射する。レーザ発振
器の繰り返し周波数は、パルスドライバ１０２によって
制御される。出射ビーム１０３は、エクスパンダコリメ
ータ１０４で平行光束に拡大され、この後に、位相格子
１０６へ入射する。位相格子１０６は、ひとつの入射波
面から、振幅がほぼ等しいふたつの回折波面を発生させ
る。位相格子１０６を通過したふたつの回折波面は干渉
し、可動ステージ１０９の上に保持された配向膜１０７
の表面に干渉縞１１０を形成する。この干渉縞により、
表面配向膜表面に、干渉縞の周期にほぼ等しい周期的な
凹凸構造が得られる。なお、本構成においては、凹凸面
が配向膜に向かうように位相格子を配置した。図中、１
０５は光路折り曲げミラー、１０８は電極基板である。

【００１４】レーザ波長に対して透明な材料で位相格子
を作製することにより、高い光利用効率が得られる。ま
た、位相格子１０６から配向膜面までの距離は、両者が
接触しない程度に、いくらでも縮めることができる。例
えば、〜0.1■以下に設定できる。したがって、空気ゆ
らぎや振動等の外乱の影響を受けにくく、コントラスト
比の高い干渉光強度分布を安定に配向膜面上に形成する
ことができる。

【００１５】位相格子へ入射する直線偏光の方位は、位
相格子の溝と平行であることが望ましい。角度がつくと
ともに、干渉縞のコントラストは低下する。この性質を
積極的に利用して、液晶配向膜上に形成する凹凸の形状
を制御することも可能である。位相格子１０６の大き
さとしては、100×100mm²くらいまでは作製できる。し
たがって、液晶パネルの配向膜の大きさに合わせて、可
動ステージ１０９を移動することなく配向処理すること
もできるし、また、可動ステージ１０９を移動させるこ
とにより広い面積にわたって配向処理を行うこともでき
る。

【００１６】本実施例の位相格子は、１次元の表面凹凸
型２値位相格子である。この位相格子の位相分布は、１
周期の半分が位相値0radであり、もう半分が位相値πra
dである。そして、この位相格子が与える±１次の透過
回折波面の間の干渉により、配向膜上に干渉縞を形成す
る。配向特性の優れた配向処理を行うには、干渉縞のコ
ントラストを高めることが必須である。このためには、
高次の回折波面を除く必要があり、位相格子の周期ｐと
レーザー波長λの関係が次式を満足するように定めた。

【００１７】ｍλ／ｐ≧1 ・・・・（１）ただし、ｍは回折次数であり、3よりも大きな奇数であ
る。例えば、λ＝0.50μｍとすると、ｐ≦1.5μｍとな
る。

【００１８】本実施例では、マスク露光とイオンエッチ
ングにより、石英基板上に位相格子を作製した。位相格
子の周期はｐ＝1.5μｍである。位相格子の回折特性
は、光利用効率が80％であり、±１次の回折波の振幅比
はほぼ1:1である。図２に、位相格子の斜視図を示し
た。

【００１９】±１次の回折波面の間の干渉により得られ
る干渉縞の周期ｄは、次式で与えられる。

【００２０】ｄ＝λ／(2sinθ)＝λ／(2λ／ｐ)＝ｐ／2 ・・・・（２）ここで、θは格子基板の法線に対する回折波の出射角度
である。（２）式から、位相格子の周期がｐ＝1.5μｍ
の時、配向膜上に形成される干渉縞の周期はｄ＝0.75μ
ｍとなる。この干渉縞により、図４に示すように、配向
膜の表面に、0.75μｍ周期の微細細な凹凸構造を形成す
ることができた。図４において、２０１は基板、２０２
は透明電極、２０３は液晶配向膜、２０４は凹凸構造で
ある。

【００２１】液晶パネルの表示品質を高める手段とし
て、液晶パネルの表示エリアを複数のサブエリアに分割
し、それぞれのサブエリアで配向方向を違えることが有
効である。このような要求に対しても、本発明によれ
ば、凹凸の並びの方向が異なる複数の領域を有する２次
元位相格子を用いることにより対応できる。図３（ａ）
に、凹凸の並びの方向が中央と周辺で異なる位相格子の
平面図を示す。図中の矢印は、位相格子の溝の方向を表
す。

【００２２】また、ひとつの画素の中を複数の領域に分
割し、それぞれの領域で配向方向を違えることが有効な
場合もある。例えば、上下に分割する、左右に分割す
る、という具合である。このような要求に対しても、位
相格子を作製する際に、凹凸の並びの方向を違えるだけ
で容易に対応できる。図３（ｂ）に、画素サイズに等し
い領域の中で、凹凸の並びの方向が上下で異なる位相格
子の平面図を示す。図中、ｐhは水平方向の画素ピッチ
に等しい長さを、ｐvは垂直方向の画素ピッチに等しい
長さを表す。図中の矢印は、位相格子の溝の方向を表
す。この他にも、液晶の種類、表示モード等に配慮した
様々な分割形態が容易に想定されるが、それらに対して
も、位相格子を作製する際の凹凸の並びの方向を違える
だけで対応できる。

【００２３】なお、図３に示すような位相格子を用いる
場合には、位相格子の直前に、位相格子の溝方向と平行
な偏光方位を有する複数の領域から成る偏光板を配置す
ることが望ましい。そして、偏光板に入射する光が円偏
光となるように、偏光板の前に波長板を配置する。

【００２４】本実施例の液晶配向膜の処理方法によれ
ば、きわめて短時間に、配向膜に損傷を与えることな
く、均質な配向特性を有する配向膜を提供することがで
きる。さらに、位相格子を複数の領域に分割し、それぞ
れに異なった位相分布を与えることにより、表示エリア
の中で、あるいは、画素の中で、液晶分子の配向方向を
違えることができる。こうすることにより、液晶パネル
の表示品質を大きく向上させることが可能となった。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、レーザーを位相格子に
照射する簡便な構成により、精密かつ高速な配向処理が
可能になる。

【００２６】（１）位相格子を用いるため、光利用効率
が高い。したがって、従来よりも低い出力のレーザ発振
器を使用でき、装置の規模を小さくできるとともに、処
理コストを抑えることが可能になる。

【００２７】（２）位相格子が与えるふたつの回折波面
の間の干渉を利用し、加えて、位相格子から配向膜面ま
での距離が短いので、空気ゆらぎや振動等の外乱の影響
を受けにくい。したがって、コントラスト比の高い干渉
光強度分布を安定に配向膜面上に形成し、充分な配向力
を与える凹凸構造を実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にしたがい液晶配向膜を処理する構成を
示す図である。

【図２】位相格子の斜視図である。

【図３】（ａ）複数の領域を有する位相格子の平面図で
ある。（ｂ）複数の領域を有する別の位相格子の平面図であ
る。

【図４】処理後の配向膜表面の形状を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０１レーザ発振機１０２パルスドライバ１０３レーザビーム１０４エクスパンダコリメータ１０５光路折り曲げミラー１０６位相格子１０７配向膜１０８電極基板１０９可動ステージ１１０干渉縞２０１基板２０２透明電極２０３液晶配向膜２０４表面凹凸構造

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザを照射して液晶配向膜を処理する方
法に関し、レーザ発振器から出射されたレーザビームの
光路上に配置された位相格子を備え、前記位相格子から
の複数の回折波面が重なる位置に液晶配向膜を配置し、
前記複数の回折波面がつくる干渉光強度分布により、微
細な表面凹凸構造を前記液晶配向膜上に形成することを
特徴とする液晶配向膜の処理方法。
【請求項２】前記位相格子は表面凹凸型２値位相格子で
あることを特徴とする請求項１に記載の液晶配向膜の処
理方法。
【請求項３】前記位相格子は位相分布が異なる複数の領
域を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶配向
膜の処理方法。
【請求項４】前記位相格子の前に、位相格子の溝方向と
平行な偏光方位を有する、ひとつまたは複数の領域から
成る偏光板を配置することを特徴とする請求項１に記載
の液晶配向膜の処理方法。