JP4023461B2 - 液晶配向処理装置及び液晶配向処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、イオンビームを使用した液晶の配向処理装置及び配向処理方法に関し、特に、小型基板用に好適であって配向処理方向のアライメント方法を改善した技術に関する。

液晶表示素子（ＬＣＤ：Liquid Crystal Device）は、直視型のモニタ及び投写型のプロジェクタに広く利用されている。現在利用されているＬＣＤは、２枚の基板間に液晶を封入し、液晶の配向状態を、液晶に印加される電場で制御することにより、表示を行っている。

図２１はＬＣＤの断面構造を簡略的に示す断面図である。ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板２０１ａと対向基板２０１ｂとが、液晶３６２を挟んで重合わされており、各基板２０１ａ、２０１ｂと液晶３６２との間には、配向処理済の配向膜３６１が設けられている。

表示方式としては、広く用いられている捻れネマティック（ＴＮ）モードと、視角特性に優れているために大型モニタ及び大型テレビに利用される面内スイッチング（in-plane-switching：IPS）モードとがあるが、電圧を印加する前の液晶の配向は、いずれもガラス基板の配向処理により得られている。即ち、いずれの表示形式においても、ガラス基板上に成膜した配向膜を、コットン、レーヨン、ナイロン等の布を巻き付けたローラで、配向膜表面を擦る（ラビング法）ことにより配向処理している。

また、その他の非接触配向方法も提案されているが、いずれの場合も、配向処理方向は液晶分子長軸が向く方向として定義されている。

非接触配向方法として、イオンビームによる配向処理が開発されている（特許文献２、３）。ラビング処理では、配向膜を布で擦る接触式のため、ゴミの発生・配向膜に傷が付くことによるコントラスト比及び歩留まりの低下が問題になっていた。これに対し、イオンビームは、非接触式のため、ゴミの発生がなく、また配向膜に傷が付くことはない。但し、イオンビームによる配向処理装置は、真空装置が必要である。

図２２は、イオンビームによる配向処理装置を示す模式図である。真空槽３１３内には、基板２０１を所望の配向処理角にするためのθステージ３０７が設けられている。イオンソース３０５からイオンビーム３０６が照射され、このイオンビーム３０６はシャッタ３０８によりオン・オフされる。このシャッタ３０８により、イオンビーム３０６が安定するまでは、基板２０１にイオンビーム３０６が照射されることがないようになっている。配向処理方向は、イオンビーム３０６の基板２０１への斜影成分となる。

別の非接触配向法として、光配向処理方法が開発されている。光配向とは、成膜した有機樹脂膜に光（主にＵＶ光、更に偏光が多い）を照射することにより、有機樹脂膜に方向性を与え、液晶を配向させる技術である。配向処理方向は、光配向処理時の光の入射面（又は偏光）で定義される。多くは、入射面と配向処理方向は平行になる。

一方、近年、液晶表示装置には高度な表示特性が要求されており、特に高いコントラスト比が求められるようになった。ここでは、これを実現する方法として、ＩＰＳモードを例にして説明する。

ＩＰＳモードでは、図２３に示したように、ＴＦＴ基板２０１ａの配向処理方向２０２ａと、対向基板２０１ｂの配向処理方向２０２ｂとが、平行で相互に反対方向を向くように重ね合わせる。この状態では、ＴＦＴ基板２０１ａ近傍の液晶分子は、対向基板２０１ｂ近傍の液晶分子と基板面内で同じ方位角を持っており、ツイスト角０度の状態と呼ばれる。そして、本発明が、ＩＰＳモードでコントラスト比に影響を与える要因を検討した結果、ツイスト角の精度も重要であることがわかった。

図２４に示したように、ＴＦＴ基板配向処理方向２０２ａと対向基板配向処理方向２０２ｂとの間に、配向処理方向のアライメント誤差２０５がある場合、液晶にツイスト角が発生する。ＩＰＳモードでの、配向処理方向のアライメント誤差２０５と、そのときのコントラスト比をグラフにすると、図２５になる。図２５より、例えばコントラスト比１０００以上を得るには、配向処理方向のアライメント誤差２０５は、約１．５°以内でなければならないことがわかる。

同様に、ＴＮモードにおいても、配向処理方向のアライメント誤差が、コントラスト比に影響を与えることが特許文献１に記載されている。

従来のＬＣＤの作製工程では、配向処理のアライメント誤差を高精度に制御するのは困難であった。これを、ＬＣＤの簡易的な工程図である図２６を使用して説明する。基板投入工程（ステップＳ１）において、夫々ＴＦＴ基板作製工程（ステップＳ２１）と対向基板作製工程（ステップＳ２２）に、基板が投入される。ＴＦＴ基板作製工程（ステップＳ２１）、対向基板作製工程（ステップＳ２２）では、成膜とフォトリソグラフィー技術が用いられる。この工程では、逐次露光装置が用いられるが、初めの露光時に以降の露光位置の基準になる基準位置マークが露光される。２回目以降の露光時には、逐次露光装置が基準位置マークを読みとることにより、露光位置は高精度に合わせられている。しかし、一般的に基準位置マークと基板外形を高精度に合わせる技術は用いられていないので、基板外形と基準位置マークとの位置関係は、基板により異なる。

図２７と図２８を使用して説明する。基板２０１の外形と基準位置マーク２０７との関係が理想的な時には、図２７（ａ）、（ｂ）のように基準位置マーク２０７を基準に作製される表示部２０６と基板端面との間のアライメント誤差はない。図２７（ａ）は基板１枚でＬＣＤ１枚を作製するとき、図２７（ｂ）は基板１枚でＬＣＤ４枚を作製するときである。

一方、図２８は、基板２０１の外形と基準位置マーク２０７との間にアライメント誤差が発生し、基準位置マーク２０７を基準に作製される表示部２０６と基板端面との間にアライメント誤差が発生した例である。

次に、配向処理工程（ステップＳ３１、Ｓ３２）で、完成したＴＦＴ基板と対向基板には、配向膜が成膜され、この配向膜に配向処理が行われる。このとき、配向処理方向を合わせる方法は、基板外形が基準に用いられている。具体的には、基板端面で位置合わせを行う。

次に、貼り合わせ工程（ステップＳ４）で、配向処理が終わったＴＦＴ基板と対向基板とを、貼り合わせる。このとき、基準位置マーク２０７を基準として、フォトリソグラフィー技術で作られた重ね合わせマークが用いられる。近年では、この重ね合わせマークにより、重ね合わせ誤差は±０．５μｍ以下に抑えられる。

図２９及び図３０は、ＩＰＳモードでツイスト角０°のＬＣＤを作製する例である。図３１はそのフローチャートである。図２９（ａ）のように、ＴＦＴ基板作製工程（ステップＳ２１）、対向基板作製工程（ステップＳ２２）で、基準位置マークと基板端面にアライメント誤差が無いときは、配向処理工程（ステップＳ３１、Ｓ３２）で、表示部２０６や基準位置マーク２０７に対し、配向処理方向は誤差無く行われる。したがって、基準位置マーク２０７から派生する重ね合わせマークを使用して、ＴＦＴ基板２０１ａと対向基板２０１ｂとを貼り合わせたときには、図２９（ｂ）のように、所望通り、ＴＦＴ基板配向処理方向２０２ａと対向基板配向処理方向２０２ｂは、ツイスト角０度になる。厳密にいうと、アライメント誤差は、逐次露光装置、配向処理装置及び貼り合わせ装置の機械精度内の誤差に抑えられる。

一方、図３０（ａ）のように、ＴＦＴ基板作製工程（ステップＳ２１）、対向基板作製工程（ステップＳ２２）で、基準位置マーク２０７と基板端面との間にアライメント誤差（図では両基板とも、アライメント誤差２°）があるときは、配向処理工程（ステップＳ３１、Ｓ３２）で、表示部２０６及び基準位置マーク２０７に対し、配向処理方向は２°ずれて行われる。従って、基準位置マーク２０７から派生する重ね合わせマークを使用して、ＴＦＴ基板２０１ａと対向基板２０１ｂとを貼り合わせたときには、図３０（ｂ）のように、ＴＦＴ基板配向処理方向２０２ａと対向基板配向処理方向２０２ｂは、ツイスト角４度になる。その結果、このＬＣＤのコントラスト比は大きく低下し、３００程度になる。

そこで、この問題を解決する技術として、配向処理時のアライメント方法が、特許文献１が公開されている。従来の技術では、図２６の工程図のように、配向処理工程（ステップＳ３１、Ｓ３２）で、基板外形基準を使用していたため、配向処理方向のアライメント誤差が発生していた。特許文献１では、図３１の工程図のように、配向処理工程（ステップＳ３１'、Ｓ３２'）でも、基準位置マーク２０７から派生する配向処理用アライメントマークを使用しているので、配向処理方向のアライメント誤差は発生しない。厳密にいうと、アライメント誤差は、逐次露光装置、配向処理装置、貼り合わせ装置の機械精度内の誤差に抑えられる。

図３２は配向処理装置の従来のアライメント装置の断面図、図３３は基板平面図である。この図３２及び図３３を使用して、特許文献１のアライメント方法を説明する。先ず、装置の構成を説明する。従来のアライメント装置は、ｘステージ３５５、ｙステージ３５６、θステージ３０７を有している。ここで、ｘ、ｙ、θ方向は図３３のように定義した。また、基板２０１上には、逐次露光装置用の基準位置マークを基準として、フォトリソグラフィー技術で作られた配向処理用アライメントマーク３５７が２つ作製されている。この配向処理用アライメントマーク３５７は、大きすぎると邪魔であり、アライメント精度が出ないので、顕微鏡で詳細に確認できる程度の大きさである。従って、配向処理用アライメントマーク３５７を用いるには、ＣＣＤ３０４に顕微レンズ３５４が必要になる。図示していないが、焦点を合わせるために、ＣＣＤ３０４と顕微レンズ３５４を上下させる機構が必要である。また、アライメント精度を出すため、間隔をおいて作製した２つの配向処理用アライメントマークを使用する。

アライメント手順を説明する。基板２０１上の、２つの配向処理用アライメントマーク３５７を、ＣＣＤ３０４で読みとれる位置に合わせる。次に、ＣＣＤ３０４で配向処理用アライメントマーク３５７を撮影し、画像認識により、配向処理用アライメントマーク３５７の重心位置と所望の位置との差を読みとり、この差が、ｘステージ３５５、ｙステージ３５６、及びθステージ３０７を動かすことにより、許容位置差内に納まるまで合わせる。許容位置差内に納まれば、アライメントは終了したと判断し、θステージ３０７を、所望の配向処理方向に回転させる。

次に、配向処理する。ラビング法による配向処理では、図３４と図３５に示したように、アライメントした基板２０１を搬送ステージ３３４で送り、ラビングローラ３５１で配向膜を擦る。図３５に示したように、一般的にラビングローラの垂直方向から、基板を送り擦ったときは、基板進行方向３３５が配向処理方向となる。

特開２００２−８２３３４号公報 特開平１０−９６９２７号公報 特開平１１−２７１７７３号公報 松本正一編著「液晶ディスプレイ技術」産業図書株式会社、１９９６年１１月８日、ｐｐ．４２−４６ 面内スイッチング（in-plane-switching、IPS）モード

しかしながら、この特許文献１に開示された配向処理時のアライメント方法にはいくつかの問題がある。第１の問題点は、イオンビームよる配向処理装置に特許文献１のアライメント機構を装備させるのが、困難であるということである。

特許文献１のアライメント機構をイオンビームによる配向処理装置に導入するときは、ＣＣＤ、顕微レンズを２セット、ｘステージ、ｙステージを真空槽３１３に導入する必要がある。また、実際には基板回転を補正するθステージも必要となる。しかし、真空室内で顕微レンズを装備し、焦点合わせを行うことは極めて困難で、装置コストが上昇する。

また、大気中でアライメントを行った後、アライメントを保ったまま、真空室内に導入することも困難である。これは、通常、イオンビーム処理を行う真空槽３０３の前段には真空粗引き室（搬送室）が設置されるためである。このため、真空粗引き室の更に前段にアライメント機構を有するアライメントステージを用意する必要が生じる。このアライメントステージは、上述のように基板移動のためのｘ−、ｙ−、θ−の各ステージ及び顕微鏡レンズ移動のためのｘ−、ｙ−、ｚ−（焦点合わせに使用）の各ステージが必要となる。以上のように、単純に特許文献１のアライメント機構をイオンビーム配向処理装置に付加した場合には、極めて高価な設備が必要となる。

第２の問題点は、基板が小さくなると特許文献１のアライメント方法を使用するのが、困難であるということである。この原因は、２つの配向処理用アライメントマーク３５７を、２つの顕微レンズ３５４を使用してＣＣＤ３０４で、それぞれ観察することに起因する。これについて、図３６を使用して説明する。２つの配向処理用アライメントマーク３５７を、２つの顕微レンズ３５４を使用して観察するので、基板２０１の大きさが小さくなると、２つの配向処理用アライメントマーク３５７の間隔が狭くなる。その結果、顕微レンズ３５４が物理的に衝突するため、同時に観察可能な配向処理用アライメントマーク３５７の間隔、即ち基板サイズの限界が、顕微レンズ３５４によって決まる。

このため、アライメントできる基板サイズに下限が生じ、１型以下の基板をアライメントすることは困難となる。また、これを回避する手段として、基板サイズを一回り大きくし、この外周部にアライメントマークを敷設する方法も考えられる。この場合には不本意に大きな外寸を持つ基板を扱わなければならない。ＴＦＴ基板等は、通常マザーガラスと呼ばれる大きな基板上に多面取りして得られるのが普通である。前述のような不本意な外寸の基板は多面取り数を減らし、コストの上昇を引き起こす要因となる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、構成が簡易化され、小型化されたアライメント装置を備え、配向処理方向を高精度に決めることができる液晶配向処理装置及び液晶配向処理方法を提供することにある。

本発明に係る液晶配向処理装置は、基板の表示部（図２の２０６）にレーザを照射する手段と、その回折スポット（図２の３１６）の形状から基板回転角（図３の３１８）を認識する手段と、前記認識した回転角に基づいて、基板の回転角を所定の角度に回転させる手段と、を有する。

本発明の液晶配向処理装置は、基板の表示部（図２の２０６）にレーザを照射する手段と、その回折スポット（図２の３１６）の形状から基板回転角（図３の３１８）を認識する手段と、前記認識した回転角に基づいて、配向処理手段の配向処理方向を所定の角度に回転させる手段と、を有する。

本発明の液晶表示素子の製造装置は、回折スポット（図２の３１６）の像を結ぶためスクリーン（図２の３０２）を有する。

本発明では、基板の表示部にレーザを照射する手段を有している。このため、ＴＦＴ基板、対向基板の表示部にレーザを照射することが可能である。ＴＦＴ基板では表示部にあるゲート線、ソース線等とその他の部分が、規則的に作製されており、さらに反射・吸収特性が大きく異なるため、回折格子として機能する。同様に、対向基板でも、遮光膜等が、回折格子として機能する。従って、表示部からのレーザの反射光は、表示部に作製されている構造物の形状に依存した回折光が生じ、像を結ぶと回折スポットが観察可能である。次に、本発明では、回折スポットの形状から基板回転角を認識する手段を有している。回折スポットは、構造物の形状、規則性の方向等により変化する。このため、回折スポットの形状から、基板の回転角を認識することが可能である。次に、本発明では、前記認識した回転角に基づいて、基板の回転角を所定の角度に回転させる手段を有している。このため、基板への配向処理方向を精度良く合わせることが可能である。

なお、反射光ではなく、透過光を使用しても良い。ただし、透過光のときは、基板を設置するステージを、透明又は穴を開け、透過光が通るようにする必要がある。

本発明では、基板を回転させるのではなく、配向処理手段の配向処理方向を、所定の角度に回転させる手段を有している。このため、基板への配向処理方向を精度良く合わせることが可能である。

本発明では、回折スポットを結像するスクリーンを有することにより、ＣＣＤに取り付けたレンズの焦点は、スクリーンに一度合わせれば、基板が変わるたびに合わせる必要はない。

以上のようなレーザを用いたアライメントは、大気中でも真空中でも可能である。また、従来の顕微鏡レンズを用いた場合に比べ、はるかに可動部分が少なくすることができ、安価なアライメント機構を提供できる。

本発明の第１の効果は、配向処理時のアライメント機構を、基板の表示部にレーザを照射する手段と、その回折スポットの形状から基板回転角を認識する手段と、前記認識した回転角に基づいて、基板の回転角を所定の角度に回転させる手段とで構成することで、構成が容易な配向処理装置を提供することができる。

また、レーザ照射位置と基板回転の中心を一致させ、基板の外形合わせで、基板回転中心が表示部になるようにすれば、処理時間が短縮される。

更に、本発明のアライメント機構は、表示部にレーザが当たればよいので、基板サイズの制約が無く、小型基板でもアライメントを行うことができる。

本発明の第２の効果は、配向処理時のアライメント機構を、基板の表示部にレーザを照射する手段と、その回折スポットの形状から基板回転角を認識する手段と、前記認識した回転角に基づいて、配向処理手段の配向処理方向を回転する手段とで構成することで、構成が容易な配向処理装置を提供することができる。

本発明の第３の効果は、本発明の液晶表示素子の製造装置において、回折スポットの像を結ぶためスクリーンを有することで、レンズの焦点をスクリーンに１度合わせておけば、基板が変わるごとに焦点合わせは必要としないので、構成が容易で、処理時間が短縮した配向処理装置を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る配向処理装置を示す図、図２は、本実施形態におけるアライメント機構の斜視図、図３は、本発明の回折スポットから基板回転角を認識する方法を示す模式図、図４は、本発明の第１の実施形態のアライメント機構を示す模式図、図５は、ＴＦＴ基板の表示部の概略図、図６は、ＩＰＳモード用のＴＦＴ基板の表示部の概略図、図７は、対向基板の表示部の概略図、図８は、図５及び図７における回折スポットの概略図、図９は、図５及び図７での基板を回転したときの回折スポットの概略図、図１０は、図６での回折スポットの概略図、図１１は、本発明の第１の実施形態のアライメント機構の機能ブロック図である。

図１に示す本実施形態のイオンビームによる配向処理装置は、図２２の従来のイオンビームによる配向処理装置に対し、アライメント機構を、真空槽３１３内に設けた点が異なる。本実施形態のアライメント機構は、光源３０１、スクリーン３０２、窓３０３、ＣＣＤ３０４、及びレンズ３２９を有する。

先ず、各機構を図１又は図２を使用して説明する。基板２０１をθステージ３０７上に設置する（図１）。次に、光源３０１より、レーザを基板２０１の表示部２０６に照射する（図１又は図２）。基板２０１の表示部２０６は回折格子として機能するので、反射した回折光をスクリーン３０２で像を結ぶと、回折スポット３１６が観察可能である（図２）。回折スポット３１６を、窓３０３を通してＣＣＤ３０４で取り込む（図１）。

なお、ＣＣＤ３０４を大気中ではなく、真空本室３１３内に設置しても良い。更に、スクリーン３０２を設置せず、直接回折光をレンズ３２９に取り込んでも良い。

また、レーザはθステージ３０７の回転中心に当たるようにすると良い。そうすると、基板２０１を回転することにより、基板２０１にレーザが当たる位置が変わることはない。θステージ上の基板２０１のおおよその位置は、基板外形で合わせ、θステージの回転中心（レーザが当たる位置）に表示部２０６がなるように表示部２０６のレイアウトを行うとよい。又は、基板外形の位置合わせで、表示部２０６がθステージの回転中心（レーザが当たる位置）なるようにすると良い。

基板サイズ及び表示部レイアウトが変わると、θステージ３０７上の基板２０１の位置を変える必要があるが、同じ基板サイズ及び表示部レイアウトであれば、θステージ３０７上の基板２０１の位置を変える必要はない。

次に、回折スポット３１６から基板回転角３１８を認識する方法を、図３乃至図１０を使用して説明する。説明を簡単にするため、図４に示すように、入射光３２３と反射光３２４がなす面を、入射面と定義する。また、スクリーン３０２、ＣＣＤ３０４の法線方向と、反射光３２４は平行とする。更に、入射面と、イオンビームによる配向処理装置の配向処理方向２０２は平行とする。

先ず、基板２０１の表示部２０６の構造について説明する。配向処理を行う基板２０１には主にＴＦＴ基板と対向基板がある。図５に示すように、ＴＦＴ基板の表示部には、ゲート線３２６及びソース線３２５が設けられており、更に図示しないが、各画素についてＴＦＴ及び画素電極が設けられている。ゲート線３２６の電圧でＴＦＴのオン・オフを切り替え、各画素電極にソース線３２５の電圧の書き込みを選択している。ＴＦＴ基板では、主にソース線３２５、ゲート線３２６が、回折格子として機能する。

図６に示すように、ＩＰＳモードのＴＦＴ基板では、画素電極に代わり、各画素には櫛歯電極３２７が作製されており、櫛歯電極間の横方向に電場が印加される。一般的に、櫛歯電極は金属膜で、規則的に形成されており、ソース線３２５及びゲート線３２６と同様に、回折格子として機能する。

対向基板はＴＮモード等とＩＰＳモードでは、図７には図示していない点で構造が異なる。ＴＮモード等では、対向基板は表示部全面に同一電圧となるように、対向電極と呼ばれるものが、表示部全面に設けられている。一方、ＩＰＳモードでは、対向基板に対向電極は必要ない。対向基板には、表示に関与しない不要な光漏れを防ぎ、コントラスト比を向上させるため、遮光膜３２８が形成されている。また、図示しないが、カラー表示ＬＣＤでは、カラーフィルタが各画素について形成されている。但し、ＴＦＴ基板にカラーフィルタが形成されていることもある。対向基板では、主に遮光膜３２８が回折格子として機能する。

次に、基板２０１の表示部２０６による回折スポット３１６について説明する。図５に示したＴＦＴ基板に、レーザの入射光３２３と反射光３２４がなす面で定義した入射面３３０で、表示部にレーザが入射したとする。このとき、ソース線３２５と入射面３３０は平行である。回折スポット３１６は、図８に示すようになる。基板基準軸ａ３１７ａ上のスポットが、図５のゲート線３２６による回折スポットである。また、ソース線３２５と入射面３３０が平行であるので、基板基準軸ａ３１７ａと入射面３３０は平行になる。基板基準軸ｂ３１７ｂ上のスポットが、ソース線３２５による回折スポットである。基板基準軸ａ３１７ａと基板基準軸ｂ３１７ｂの交点のスポットは０次光である。なお、ソース線３２５、ゲート線のピッチ及び反射率が変化すると、スポットのピッチ、強度が変化する。

基板２０１を回転すると、回折スポット３１６は図９に示すようになる。基板の回転により、基板基準軸ａ３１７ａと入射面３３０は平行ではなくなる。ここでは、入射面３３０と配向処理方向２０２は平行としているので、基板基準軸ａ３１７ａと入射面３３０のなす角が、基板回転角３１８となる。

図７に示した対向基板の回折スポット３１６も、図５のＴＦＴ基板と同様に図８に示すようになる。図６に示したＩＰＳモードのＴＦＴ基板では、ソース線３２５と入射面３３０が平行であるとすると、図１０に示すようになる。基板基準軸ａ３１７ａ上のスポットは、主にゲート線３２６と櫛歯電極３２７による回折スポットである。一方、基板基準軸ｂ３１７ｂ上のスポットは、主に櫛歯電極３２７による回折スポットである。

図９と同様に、基板を回転することで、基板基準軸ａ３１７ａが、入射面３３０から回転する。従って、表示部２０６のソース線３２５、ゲート線３２６、櫛歯電極３２７、遮光膜３２８等の設計値、入射面３３０、配向処理方向２０２、スクリーン３０２、レンズ３２９、ＣＣＤ３０４の位置関係がわかれば、回折スポット３１６により基板回転角３１８が認識可能である。

よって、表示部２０６のソース線３２５、ゲート線３２６、櫛歯電極３２７、及び遮光膜３２８等を基準にして配向処理方向２０２をアライメントすることが可能である。ソース線３２５、ゲート線３２６、櫛歯電極３２７、及び遮光膜３２８等は、基準位置マークを元に作製されているので、本発明のアライメント方法は、基準位置マークを使用してアライメントを行う方法と同等である。

スクリーン３０２の法線と反射光３２４が平行でないときは、回折スポット３１６から観察可能な基板基準軸ａ３１７ａと入射面３３０のなす角に、傾きを補正した値が、基板回転角３１８になる。

基板回転角３１８が所望の値になった後は、シャッタ３０８を開け、基板２０１にイオンビーム３０６を照射し、配向処理を行う。

次に、図１１の機能ブロック図を使用して本発明のアライメント機構について説明する。光源３０１から、基板２０１の表示部にレーザが照射され、回折スポット３１６がスクリーン３０２に像を結ぶ。そして、スクリーン３０２上の回折スポット３１６の形状を、回折スポット認識装置で認識する。回折スポットの認識データを回転角比較回路に送り、予め設定しておく配向処理方向２０２と、表示部２０６の設計値により、基板回転角３１８が認識できる。基板回転角３１８を回転角比較回路に送り、基板回転角３１８が設定値かどうか比較を行う。もし、設定値（許容誤差内）でないときは、設定値に必要なだけθステージを回転させる。そして、回折スポット認識装置からのプロセスを再び行う。もし、設定値（許容誤差内）であれば、シャッタ３０８を開け、配向処理を行う。

本発明では、新たに真空槽内に入れる機構が、光源３０１、スクリーン３０２、及び窓３０３だけでよいので、容易にアライメント機構を装備することが可能である。回折スポット３１６の大きさは、ソース線３２５、ゲート線３２６、櫛歯電極３２７、遮光膜３２８のピッチ、及びレーザを入射している表示部２０６からスクリーン３０２までの距離で決まり、配向処理用アライメントマークと異なり、目視可能なサイズであるので、ＣＣＤ３０４、レンズ３２９を大気中に設置しても、容易にスクリーン３０２と焦点を合わせることが可能である。

更に、レンズ３２９の焦点は、スクリーン３０２に一度合わせれば、基板２０１の厚さが変わったときなどに、焦点を合わせる必要はない。ＣＣＤ３０４とレンズ３２９を真空槽内に入れる場合も、レンズ、ＣＣＤは１個で良いし、レンズ３２９の焦点合わせは一度行えば良いので、特許文献１のアライメント機構よりは、低コストになる。

本発明では、基板２０１で通常一番面積が大きい表示部２０６にレーザが当たれば良いので、レーザが基板に当たる位置の位置合わせ、θステージ上の基板２０１の位置合わせは、極めて容易である。更に、レーザが当たる位置をθステージ３０７の回転中心にし、θステージ３０７の回転中心に基板２０１の表示部２０６を基板の外形合わせ等で位置させれば、θステージをどれだけ回転しても、常に表示部２０６の同じ位置にレーザが当たる。

また、本発明のアライメント機構では、表示部２０６にレーザが当たればよいので、基板サイズの制約は無い。対角３インチ以下の基板にも、コストアップの要因、制限事項無く使用可能である。

なお、大気中から真空槽内に基板を搬送する過程で、配向処理方向のアライメントが保持されるのであれば、本発明のアライメント機構を使用して、大気中で基板２０１のアライメントを行った後、真空槽に基板２０１を搬送し、イオンビームによる配向処理を行ってもよい。また、本発明のアライメント機構を使用して、大気中で基板２０１の基板回転角を読み取り、真空槽に基板２０１を搬送した後、θステージ３０７にて基板２０１を所定の配向処理方向に回転してもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態ではスクリーン３０２で像を結んだ回折スポット３１６を、ＣＣＤ３０４、レンズ３２９で取り込み、画像認識により基板回転角３１８を認識していたが、本第２実施形態では、回転角比較装置３３１の受光量により基板回転角３１８を認識する点が異なる。

図１２は、本発明の第２実施形態に係るアライメント機構の断面図である。図１３は、本発明の回転角を比較する装置の図、図１４は、本発明の回転角比較装置で基板回転角を比較する方法を示した図、図１５は、本発明の回転角比較装置の図である。

説明を簡単にするため、図４のときと同様に定義する。図１２に示すように、入射光３２３と反射光３２４がなす面を、入射面と定義する。また、回転角比較装置３３１の法線方向と、反射光３２４は平行とする。更に、入射面と、イオンビームによる配向処理装置の配向処理方向２０２は平行とする。また、回転角比較装置３３１の回転軸は反射光３２４と一致する。

図１３に示すように、回転角比較装置３３１は、十字状に受光部３２１を有している。この受光部の形状は、図８に示したＴＦＴ基板、対向基板の回折スポット３１６の、基板基準軸ａ３１７ａ、基板基準軸ｂ３１７ｂに対応している。

図１４を使用して、回転角比較装置３３１により、回折スポット３１６から、基板回転角３１８を比較する方法について説明する。図１４（ａ）に示すように、回転角比較装置基準軸３１７を回転する。回転角比較装置基準軸３１７と入射面３３０（即ち、配向処理方向２０２）とのなす角が、認識可能な基板回転角３１８（設定角度３３３とする）である。図１４（ａ）では、基板回転角３１８と設定角度３３３が一致していないので、基板基準軸ａ３１７ａ、基板基準軸ｂ３１７ｂ状のスポットが、受光部３２１に入らない。この状態では、受光部３２１の受光量は最大値ではない。一方、図１４（ｂ）では、基板回転角３１８と設定角度３３３が一致しているので、基板基準軸ａ３１７ａ、基板基準軸ｂ３１７ｂ状のスポットが、受光部３２１に入り、受光部３２１の受光量は最大値を示す。

従って、回転角比較装置３３１の設定角度３３３が分かれば、回転角比較装置３３１又は基板２０１を回転することにより、基板回転角３１８が認識可能である。よって、本発明により、高精度の配向処理方向のアライメントを行うことができる。

本発明では、新たに真空槽内に入れる機構が、光源３０１、回転角比較装置３３１だけでよいので、容易にアライメント機構を装備することが可能である。但し、受光量が最大となる位置を、回転角比較装置３３１又は基板２０１を回転することによって探す必要があるので、第１の実施形態に比べ、時間がかかる。

なお、本発明の回転角比較装置３３１の受光部３２１の形状は十字状でなくても、基板回転角３１８と設定角度３３３が一致したときに、受光部３２１の受光量が最大となる形状であれば良い。例えば、図１５に示したような、直線状の受光部３２１でも良い。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。本第３実施形態は、第１実施形態のアライメント機構をラビングによる配向処理装置に組み込んだ点が異なる。

図１６は、本発明の第３の実施形態の本発明のアライメント機構つきラビングによる配向処理装置の断面図である。本実施形態により、高精度の配向処理方向のアライメントを行うことができる。本発明のアライメント機構では、基板２０１にはレーザが当たればよいので、基板サイズの制約は無い。対角３インチ以下の基板にも、コストアップの要因、制限事項無く使用可能である。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。本第４実施形態は、第１の実施形態のアライメント機構を光配向による配向処理装置に組み込んだ点が異なる。更に、アライメント機構がスクリーン３０２を使用せず、反射光を直接レンズ３２９を介してＣＣＤ３０４に取り込んでいる点が異なる。図１７は、アライメント機構つき光配向による配向処理装置の断面図である。スクリーン３０２を使用せず、反射光を直接レンズ３２９を介してＣＣＤ３０４に取り込んでいるため、スクリーン３０２を使用するときに対し、レンズ３２９の焦点合わせを行う必要がある。

本実施形態により、高精度の配向処理方向のアライメントを行うことができる。また、本発明のアライメント機構では、基板２０１にはレーザが当たればよいので、基板サイズの制約は無い。対角３インチ以下の基板にも、コストアップの要因、制限事項無く使用可能である。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本第５実施形態は、第1、３、４の実施形態に対し、基板を回転させるのではなく、イオンソース、ラビングローラ、ＵＶ光源を回転させ、配向処理方向のアライメントを行う点が異なる。

図１８は、本発明の第５の実施の形態のイオンビームによる配向処理装置のイオンソースと基板の位置関係を示す平面図、図１９は、本発明の第５の実施の形態のラビングによる配向処理装置の平面図、図２０は、本発明の第５の実施の形態の光配向による配向処理装置の平面図である。

図１８乃至図２０に示すように、本発明のアライメント機構で、基板回転角を認識した後、配向処理方向を合わせるため、イオンソース３０５、ラビングローラ３５１、ＵＶ光源を回転する。図１９又は図２０に示すように、ローラ回転方向３５１又はＵＶ３２０と、基板進行方向３３５が平行でないときは、通常ローラ回転方向３５１又はＵＶ３２０の基板への斜影成分が、配向処理方向と平行になる。

本実施形態により、高精度の配向処理方向のアライメントを行うことができる。なお、イオンビームによる配向処理装置において、大気中から真空槽内に基板を搬送する過程で、配向処理方向のアライメントが保持されるのであれば、本発明のアライメント機構を使用して、大気中で基板２０１の基板回転角を読み取り、真空槽に基板２０１を搬送し、イオンビームによる配向処理を行ってもよい。

次に、本発明の第１の実施形態に係るイオンビームによる配向処理装置を使用して、配向処理方向のアライメントを行ったＬＣＤの製造方法について説明する。ＩＰＳモード用のＴＦＴ基板、ＩＰＳモード用の対向基板を作製する。次に、ＴＦＴ基板、対向基板の液晶に接する側に、有機樹脂を成膜する。次に、第１の実施形態のイオンビームによる配向処理装置を使用して、アライメントを行った後に配向処理を行う。次に、ＴＦＴ基板と対向基板を貼り合わせるため、シール剤をＴＦＴ基板に塗布する。次に、ＴＦＴ基板と対向基板に設けられた重ね合わせマークを使用して、ＴＦＴ基板と対向基板を精度良く貼り合わせる。以上は、図３１に示した工程に沿っている。

次に、ＴＦＴ基板にフレキシブル基板を取り付け、電極の取り出しを行う。次に、ＴＦＴ基板と対向基板を挟むように、偏光板を直交して配置する。このとき一軸に配向した液晶の光軸と、片方の偏光板の軸を平行に合わせる。

上述の製造方法により製造した液晶表示装置において、前記ＩＰＳモードのＬＣＤのコントラスト比を測定したところ、ＴＦＴ基板配向処理方向と対向基板配向処理方向のアライメント誤差が抑えられたため、レーザ光を用いた測定から、コントラスト比１０００を得ることができた。

本発明の第１の実施形態のイオンビームによる配向処理装置の断面図である。 本発明のアライメント機構の斜視図である。 本発明の回折スポットから基板回転角を認識する概略図である。 本発明の第１の実施形態のアライメント機構の断面図である。 ＴＦＴ基板の表示部の概略図である。 ＩＰＳモード用のＴＦＴ基板の表示部の概略図である。 対向基板の表示部の概略図である。 図５及び図７での回折スポットの概略図である。 図５及び図７での基板を回転したときの回折スポットの概略図である。 図６での回折スポットの概略図である。 本発明の第１の実施形態のアライメント機構の機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態のアライメント機構の断面図。 本発明の回転角比較装置の図である。 本発明の回転角比較装置で基板回転角を比較する方法を示した図である。 本発明の回転角比較装置の図である。 本発明の第３の実施の形態のラビングによる配向処理装置の断面図である。 本発明の第４の実施の形態の光配向による配向処理装置の断面図である。 本発明の第５の実施の形態のイオンビームによる配向処理装置のイオンソースと基板の位置関係を示す平面図である。 本発明の第５の実施の形態のラビングによる配向処理装置の平面図である。 本発明の第５の実施の形態の光配向による配向処理装置の平面図である。 一般的な液晶表示素子の断面図である。 イオンビームによる配向処理装置の断面図である。 面内スイッチングモードでの配向処理方向の関係図である。 面内スイッチングモードでの配向処理方向のアライメント誤差の定義を示す図である。 面内スイッチングモードでの配向処理方向のアライメント誤差とコントラスト比の関係の図（シミュレーション）である。 液晶表示素子の簡易的な工程図である。 アライメント誤差が無いときの基板外形と基準位置マーク及び表示部の関係図である。 アライメント誤差があるときの基板外形と基準位置マーク及び表示部の関係図である。 アライメント誤差が無いときの面内スイッチングモードでの液晶表示素子を作製する例の上面図である。 アライメント誤差があるときの、面内スイッチングモードでの液晶表示素子を作製する例の上面図である。 特許文献１の液晶表示素子の簡易的な工程図である。 特許文献１のアライメント装置の断面図である。 特許文献１のアライメント装置の上面図である。 ラビング法による配向処理装置（アライメント機構付き）の断面図である。 ラビング法による配向処理装置の上面図である。 小型基板に適用したときの、特許文献１のアライメント装置の断面図である。

符号の説明

２０１ 基板
２０１ａ ＴＦＴ基板
２０１ｂ 対向基板
２０２ 配向処理方向
２０２ａ ＴＦＴ基板配向処理方向
２０２ｂ 対向基板配向処理方向
２０５ アライメント誤差
２０６ 表示部
２０７ 基準位置マーク
２０８ 基板端面とパネル部のアライメント誤差
３０１ 光源
３０２ スクリーン
３０３ 窓
３０４ ＣＣＤ
３０５ イオンソース
３０６ イオンビーム
３０７ θステージ
３０８ シャッタ
３１１ 排気口
３１２ ガス導入口
３１３ 真空槽
３１６ 回折スポット
３１７ 基板基準軸
３１８ 基板回転角
３１９ ＵＶ光源
３２０ ＵＶ
３２１ 受光部
３２２ ０次光
３２３ 入射光
３２４ 反射光
３２５ ソース線
３２６ ゲート線
３２７ 櫛歯電極
３２８ 遮光膜
３２９ レンズ
３３０ 入射面
３３１ 回転角比較装置
３３２ 回転角比較装置基準軸
３３３ 設定角度
３３４ 搬送ステージ
３３５ 基板進行方向
３５１ ラビングローラ
３５２ ローラ回転方向
３５４ 顕微レンズ
３５５ xステージ
３５６ yステージ
３５７ 配向処理用アライメントマーク
３６１ 配向膜
３６２ 液晶

Claims (14)

1. 基板の表示部にレーザを前記表示部に対して斜めに照射するレーザ照射手段と、前記基板を反射したレーザ光の回折スポットの形状から基板回転角を認識する認識手段と、前記認識した回転角に基づいて基板を所定の回転角度になるように回転させる基板回転手段と、基板に対する配向処理を行う配向手段と、を有することを特徴とする液晶配向処理装置。
2. 基板の表示部にレーザを照射するレーザ照射手段と、前記基板を透過したレーザ光の回折スポットの形状から基板回転角を認識する認識手段と、前記認識した回転角に基づいて基板を所定の回転角度になるように回転させる基板回転手段と、基板に対する配向処理を行う配向手段と、を有することを特徴とする液晶配向処理装置。
3. 基板の表示部にレーザを前記表示部に対して斜めに照射するレーザ照射手段と、前記基板を反射したレーザ光の回折スポットの形状から基板回転角を認識する認識手段と、基板に対する配向処理を行う配向手段と、前記認識した回転角に基づいて前記配向手段による配向方向を所定角度回転させる配向回転手段と、を有することを特徴とする液晶配向処理装置。
4. 基板の表示部にレーザを照射するレーザ照射手段と、前記基板を透過したレーザ光の回折スポットの形状から基板回転角を認識する認識手段と、基板に対する配向処理を行う配向手段と、前記認識した回転角に基づいて前記配向手段による配向方向を所定角度回転させる配向回転手段と、を有することを特徴とする液晶配向処理装置。
5. 前記配向手段は、真空中で基板へのイオンビームの照射により配向処理することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶配向装置。
6. 前記配向手段は、基板へのラビングにより配向処理することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶配向装置。
7. 前記配向手段は、基板への光照射により配向処理することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶配向装置。
8. 前記レーザ照射手段は、大気中にて基板の表示部にレーザを照射することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶配向処理装置。
9. 前記レーザ照射手段は、真空中にて基板の表示部にレーザを照射することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶配向処理装置。
10. 前記レーザ照射手段は、基板回転の中心に向けてレーザを照射することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の液晶配向処理装置。
11. 回折スポットの像を結ぶためスクリーンを有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液晶配向処理装置。
12. 基板回転角を認識する認識手段が、基板回転角と設定角度とが一致したときに、受光量が最大となる形状を有した受光部であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液晶配向処理装置。
13. 液晶配向処理時に、基板の表示部にレーザを前記表示部に対して斜めに照射し、前記基板を反射したレーザ光の回折スポットを読み取って、配向処理方向を調整することを特徴とする液晶配向処理方法。
14. 液晶配向処理時に、基板の表示部にレーザを照射し、前記基板を透過したレーザ光の回折スポットを読み取って、配向処理方向を調整することを特徴とする液晶配向処理方法。

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