(57)【要約】【課題】優れた特性の配向膜を形成可能とする光配向露光装置並びに光配向露光方法を提供する。【解決手段】本発明に係る光配向露光装置１は、偏光光照射手段１２と、偏光制御素子１４とを含み、配向膜を表面に有する基板２にビームを照射する照射光学系１１と、基板２もしくは照射光学系１１の少なくとも一部を移動させ、基板２に対して所定の走査方向にビームを走査する走査手段１５と、を備え、偏光光照射手段１２は、直線偏光光を偏光制御素子１４に射出し、偏光制御素子１４は、走査方向に直交する方向に配列された単位偏光制御領域を有し、単位偏光制御領域から照射されるビームの偏光方向は、所定数の単位偏光制御領域ごとに周期的に変化するとともに、前記周期内において前記走査方向に平行かつ前記基板と直交する平面に関して略対称であることを特徴としている。【選択図】図１
2012042577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光光照射手段と、偏光制御素子とを含み、配向膜を表面に有する基板にビームを照射する照射光学系と、
前記基板もしくは前記照射光学系の少なくとも一部を移動させ、前記基板に対して所定の走査方向に前記ビームを走査する走査手段と、を備え、
前記偏光光照射手段は、直線偏光光を前記偏光制御素子に射出し、
前記偏光制御素子は、前記走査方向に直交する方向に配列された単位偏光制御領域を有し、
前記単位偏光制御領域から射出するビームの偏光方向は、所定数の単位偏光制御領域ごとに周期的に変化するとともに、前記周期内において前記走査方向に平行かつ前記基板と直交する平面に関して略対称であることを特徴とする
光配向露光装置。
【請求項２】
前記偏光光射出手段は、前記走査方向に略平行または略直交する方向の直線偏光光を射出し、
前記単位偏光制御領域は１／２波長板で構成され、
前記単位偏光制御領域の高速軸は、所定数の単位偏光制御領域ごとに周期的に変化するとともに、前記周期内において前記走査方向に平行かつ前記基板と直交する平面に関して略対称であることを特徴とする
請求項１に記載の光配向露光装置。
【請求項３】
前記照射光学系は、前記偏光制御素子面を、少なくとも前記走査方向と略直交する方向において前記基板上に結像させる結像光学系を有することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の光配向露光装置。
【請求項４】
前記照射光学系は、前記偏光制御素子を通過した光束を、少なくとも前記走査方向と略同じ方向において、前記基板上に縮小あるいは集光して照射する縮小光学系を有することを特徴とする
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の光配向露光装置。
【請求項５】
前記縮小光学系は、少なくとも１つの円筒レンズを有し、
前記円筒レンズによって形成される火面は、前記基板と交差することで少なくとも１本の火線を形成することを特徴とする
請求項４に記載の光配向露光装置。
【請求項６】
偏光制御素子を含む照射光学系通過したビームを、配向膜を表面に有する基板に照射する光配向露光方法において、
前記基板もしくは前記照射光学系を移動させ、前記基板に対して所定の走査方向に前記ビームを走査するとともに、
前記偏光制御素子は、前記走査方向に直交する方向に配列された単位偏光制御領域を有し、
前記単位偏光制御領域から射出されるビームの偏光方向は、所定数の単位偏光制御領域が隣接する境界を通り、前記基板と直交する平面に関して略対称であることを特徴とする
光配向露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示板製造分野にて使用されるものであって、特に、液晶表示装置に用いられる基板上において液晶分子が望ましい角度と方向に整列するよう配向膜に配向性を付与するための光配向露光装置並びに光配向露光方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の液晶表示分野の利用が拡大し需要が増大するに従って、旧来の液晶表示装置の欠点であった視野角、コントラスト比、動画性能表示などの改善が強く求められている。特に液晶表示基板上にて、液晶分子に配向性を付与する配向膜においては、配向方向の均一化、プレチルト角の付与、単一画素内での複数領域の形成（マルチドメイン）など各種改善が進められている。【０００３】
従来、液晶表示基板上に形成されたポリマー層（配向膜）に配向特性を付与することの利点並びにそのための技術は広く知られている。このような配向特性を付与する方法として布ラビング法と称される方法があるが、この方法は、布を巻き付けたローラーを回転させつつ、基板を移動させて、表面のポリマー層を強く一方向に擦る処理である。【０００４】
しかしながら、この布ラビング法では、静電気の発生、配向膜表面に生じる傷、粉じんの発生など様々な欠点が指摘されている。この布ラビング法の問題を回避するため、配向膜に紫外領域の偏光光を照射して配向特性を付与する光ラビング法が知られている。【０００５】
特許文献１には、このような光ラビング法を使用した方法について、露光マスクを利用し、配向方向が異なる複数の配向領域を分割形成する液晶表示用基板の製造方法が開示されている。【０００６】
特許文献２には、ワイヤーグリッド偏光子の第１の領域から出射された第１の偏光と、第２の領域から出射された第２の偏光を同時に照射することで光配向処理を行う電気光学装置の製造方法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１９１９１号公報
【特許文献２】特開２０１０−９１９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の方法では、複数回の露光処理が必要となるため処理工程に時間がかかってしまう。さらに、依然として露光マスクの位置合わせを行う必要があり、工程は複雑なものとなる。【０００９】
また、特許文献２の方法では、第１の領域と第２の領域における配向強度を均一にすることができず、特に、視野角性能の向上を図ることができない。そして、ワイヤーグリッド偏光子から出射された偏光は、集光レンズを介して板状部材に照射されており、ワイヤーグリッド偏光子面における像は、板状部材面にて結像するものとはなっていない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのため、本発明に係る光配向露光装置は、偏光光照射手段と、偏光制御素子とを含み、配向膜を表面に有する基板にビームを照射する照射光学系と、前記基板もしくは前記照射光学系の少なくとも一部を移動させ、前記基板に対して所定の走査方向に前記ビームを走査する走査手段と、を備え、前記偏光光照射手段は、直線偏光光を前記偏光制御素子に射出し、前記偏光制御素子は、前記走査方向に直交する方向に配列された単位偏光制御領域を有し、前記単位偏光制御領域から射出するビームの偏光方向は、所定数の単位偏光制御領域ごとに周期的に変化するとともに、前記周期内において前記走査方向に平行かつ前記基板と直交する平面に関して略対称であることを特徴とするものである。【００１１】
さらに、本発明に係る光配向露光装置において、前記偏光光射出手段は、前記走査方向に略平行な方向の直線偏光光を射出し、前記偏光制御素子は１／２波長板で構成され、前記単位偏光制御領域の高速軸は、所定数の単位偏光制御領域ごとに周期的に変化するとともに、前記周期内において前記走査方向に平行かつ前記基板と直交する平面に関して略対称であることを特徴とするものである。【００１２】
さらに、本発明に係る光配向露光装置において、前記照射光学系は、前記偏光制御素子面を、少なくとも前記走査方向と略直交する方向において前記基板上に結像させる結像光学系を有することを特徴とするものである。【００１３】
さらに、本発明に係る光配向露光装置において、前記照射光学系は、前記偏光制御素子面の像を、少なくとも前記走査方向と略同じ方向において前記基板上に縮小あるいは集光して照射する縮小光学系を有することを特徴とするものである。【００１４】
さらに、本発明に係る光配向露光装置において、前記縮小光学系は、少なくとも１つの円筒レンズを有し、前記円筒レンズによって形成される火面は、前記基板と交差することで少なくとも１本の火線を形成することを特徴とするものである。【００１５】
また、本発明に係る光配向露光方法は、偏光制御素子を含む照射光学系を通過したビームを、配向膜を表面に有する基板に照射する光配向露光方法において、前記基板もしくは前記照射光学系の少なくとも一部を移動させ、前記基板に対して所定の走査方向に前記ビームを走査するとともに、前記偏光制御素子は、前記走査方向に直交する方向に配列された単位偏光制御領域を有し、前記単位偏光制御領域から照射されるビームの偏光方向は、所定数の単位偏光制御領域ごとに周期的に変化するとともに、前記周期内において前記走査方向に平行かつ前記基板と直交する平面に関して略対称であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、単位偏光制御領域から照射されるビームの偏光方向を、所定数毎に走査方向に関して略対称とすることで、配向強度の揃った配向膜を形成することが可能となる。さらに配向状態が対称性を有することで、視野角性能の優れた液晶表示装置を実現することが可能となる。【００１７】
さらに、本発明では、偏光制御素子に１／２波長板を利用したものとすることで、構成の簡略化を図ることが可能となる。【００１８】
さらに、本発明では、照射光学系に結像光学系を設けたことで、偏光制御素子面を、走査方向と略直交する方向において基板の表面に結像させることが可能となり、偏光制御素子の隣接する単位偏光制御領域間で生じる回折波、散乱波などの影響を抑え、良好な配向特性を形成することが可能となる。【００１９】
さらに、本発明では、照射光学系に縮小光学系を設けたことで、偏光制御素子を通過した光を、走査方向と略同じ方向において前記基板の表面に縮小、あるいは、集光して照射させることが可能となり、偏光制御素子面に傷などの欠陥がある場合の影響を抑え、良好な配向特性を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る光配向露光装置の構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る偏光制御素子による偏光方向を示す図。
【図３】本発明の実施形態に係る偏光方向と画素の関係を示す図。
【図４】本発明の他の実施形態に係る偏光方向と画素の関係を示す図。
【図５】本発明の他の実施形態に係る偏光方向と画素の関係を示す図。
【図６】偏光制御素子で発生する問題について説明する図。
【図７】本発明の他の実施形態で用いられる照射光学系を示す図。
【図８】本発明の他の実施形態で用いられる照射光学系を示す図。
【図９】本発明の他の実施形態で用いられる照射光学系を示す図。
【図１０】本発明の他の実施形態で用いられる照射光学系を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る光配向露光装置の構成を示す図である。本実施形態の光配向露光装置は、照射光学系１１、走査手段１５を主な構成要素として有する。照射光学系１１は、基板２の表面に形成された配向膜に対して紫外光のビームを照射することで、基板２上に配設される配向膜に配向特性を付与する手段であって、本実施形態では、偏光光照射手段１２、偏光制御素子１４にて構成されている。
【００２２】
走査手段１５は、その上面に設置された基板２を所定の走査方向（図ではＹ軸方向）に移動させることで、照射光学系１１にて照射されるビームを基板２上に走査させる手段である。走査の方法としては、このように基板２を移動させること以外に、照射光学系１１を移動させる、あるいは、基板２と照射光学系１１の両方を移動させることとしてもよい。本実施形態では偏光制御素子１４からの照射光Ｃを基板２に直接照射しているが、偏光制御素子１４と基板２の間に照射領域をスリット状に制限するマスクを設けることとしてもよい。マスクを設けることで、有効な照射光のみを基板２に露光させることが可能となり、配向性能の向上を図ることが可能となる。
【００２３】
走査手段１５には、露光対象となる基板２が設置される。本実施形態では、基板２の走査方向が、液晶表示装置として利用時における縦方向または横方向となるように設置される。露光対象となる基板２の表面には、ポリイミドなどの光反応性高分子が膜状に形成されている。この高分子膜上に直線偏光光を照射して高分子膜を変性せしめ、図示されていない以降の工程で高分子膜上に液晶分子を塗布すると、液晶分子が高分子膜から作用を受け特定の方向に整列（配向）する。本来は、この配向特性を有する高分子膜を配向膜と称するが、一般に配向特性を付与する以前の高分子膜も配向膜と称しており、本明細書においても配向特性を付与する以前の高分子膜も含めて配向膜と称する。
【００２４】
偏光光照射手段１２は、光源１２ａ、反射鏡１２ｂ、偏光子１２ｃにて構成されている。紫外線ランプなどの光源１２ａから照射された紫外光は、放物面鏡などの反射鏡１２ｂなどで平行光となるように整えられ、光源光Ａとして偏光子１２ｃ側に照射する。偏光子１２ｃは、光源光Ａから所定方向の直線偏光成分を取り出す手段である。本実施形態では、この偏光子１２ｃによって光源光ＡからＹ軸方向（走査方向）に略平行な直線偏光光Ｂが取り出される。なお、Ｙ軸方向（走査方向）に略垂直な直線偏光光を利用することとしてもよい。
【００２５】
偏光制御素子１４は、入射する直線偏光光の偏光方向を所定角度回転させる素子であって、本実施形態においては１／２波長板にて構成されている。図２は、この偏光制御素子１４における偏光方向制御の様子を示した図である。図２（ａ）は、偏光制御素子１４に入射する入射光の偏光方向を示した図であって、図１では直線偏光光Ｂがこれに相当する。図２（ｂ）は、偏光制御素子１４の部分拡大図を示した図である。図２（ｃ）は、偏光制御素子１４から射出される出力光の偏光方向を示した図であって、図１では照射光Ｃがこれに相当している。図２（ａ）〜（ｃ）は、実際にはＺ軸方向に重なることとなるが、ここでは説明のためＹ軸方向にずらして表現している。
【００２６】
図２（ｂ）に示されるように偏光制御素子１４は、Ｘ軸方向、すなわち、走査方向に直交する方向において、所定幅を有する単位偏光制御領域１４ａ、１４ｂを有して形成されている。単位偏光制御領域１４ａ、１４ｂは、Ｘ軸方向の幅が数μｍ〜十数μｍ程度であって、隣接する領域毎に高速軸の方向が異なったものとなっている。特に本実施形態では、単位偏光制御領域１４ａ、１４ｂが所定数（この場合２個）を周期として繰り返しパターンを有するように形成されている。図２（ｂ）に示す例では、２つの単位偏光制御領域１４ａ、１４ｂにて１つの周期Ａ１、Ａ２が形成される。
【００２７】
さらに、これら各周期Ａ１、Ａ２内における単位偏光制御領域１４ａ、１４ｂは、その高速軸がＹ軸方向、すなわち、走査方向に関して略対称となるように形成されている。なお、ここでいう対称とは、正確には、所定数（この場合２個）の単位偏光制御領域１４ａ、１４ｂのように走査方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に複数個に分割するとともに、偏光方向もしくは波長板の高速軸の方向が走査方向に平行であり、かつ、ここには図示されていない基板２と直交する平面に関して略対称となることをいう。周期Ａ１についてみると、単位偏光制御領域１４ａでは、高速軸がＹ軸に対して反時計回りに角度θ傾いているのに対し、単位偏光制御領域１４ｂでは、高速軸がＹ軸に対し時計回りに角度θ傾いたものとなっている。
【００２８】
このように形成された偏光制御素子１４に直線偏光光が入射すると、高速軸に関して対称となるように偏光面が回転することとなる。すなわち、図２（ｃ）に示されるように、単位偏光制御領域１４ａから出力される照射光の偏光面は、Ｙ軸に対して反時計回りに角度２θ回転する。一方、単位偏光制御領域１４ｂから射出される照射光は、Ｙ軸に対して時計回りに角度２θ回転する。このように偏光制御素子１４から照射される照射光、すなわち、基板２に照射される照射光Ｃは、所定数の単位偏光制御領域１４ａ、１４ｂ毎に、その偏光方向がＹ軸方向に対して略対称となる。特に、θ＝２２．５°に設定することで、照射光の偏光方向を２θ＝４５°とし、隣接する単位偏光制御領域１４ａ、１４ｂ間の偏光面が相互に直交（９０°）するようにすることができる。
【００２９】
照射光Ｃは、基板２の配向膜に配向特性を付与することとなるが、このように隣接する単位偏光制御領域１４ａ、１４ｂ間における偏光方向が走査方向に関して対称となっているため、基板２の配向膜の配向強度を揃えることが可能となる。通常、Ｙ軸方向は、液晶表示装置の縦方向あるいは横方向となるため、偏光方向を液晶表示装置の縦方向あるいは横方向に対して略対称とすることができ、視野角特性に優れた配向特性を形成することが可能となる。なお、図２（ａ）に示す入射光の偏光方向は、本実施形態のように走査方向と平行とすることのみならず、垂直とすることによっても照射光の偏光方向を対称とすることができる。
【００３０】
図３は、液晶表示装置に組み込まれた際における基板２と画素の位置関係の一例を示した図である。本実施形態では、各周期Ａが１つの画素２１に対応するように配置されている。図では配向に使用された照射光Ｃの偏光方向が示されたものとなっており、画素２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、それぞれ周期Ａ１、Ａ２、Ａ３の配向領域に対応している。各配向領域は、図２にて説明したように所定数（２個）の単位偏光制御領域１４ａ、１４ｂによって形成される。
【００３１】
この実施形態では各周期内での配向方向を相互に直交させることが好ましい。照射光Ｃの偏光方向と、液晶表示装置にて実際に使用されたときの配向方向が一致する場合には、図２で説明したようにθ＝２２．５°とすればよいが、偏光方向と配向方向は一致しない場合には、配向方向が直交するように偏光制御素子１４の高速軸が調整される。調整にて使用されるパラメータは角度θだけであるため、簡易に調整することが可能である。
【００３２】
以上、本実施形態では、偏光制御素子１４からの照射光の偏光方向が、所定数の単位偏光制御領域毎に走査方向に関して略対称としているため、良好な配向特性の配向膜を形成することが可能となる。
【００３３】
図３に示した実施形態では、１つの画素２１に２つの配向領域を有する周期Ａを対応させて配置させることとしていたが、配向領域は、液晶表示装置の性能、あるいは、使用用途にて適宜なものとすることができる。図４、図５は、他の実施形態に係る基板２と画素の位置関係を示した図である。
【００３４】
図４は、１つの画素２１に４つの配向領域を有する周期Ａを対応させて配置した実施形態である。この実施形態においても各周期Ａの偏光方向は、走査方向に対して対称となっている。例えば、各周期Ａにおいて基板２の配向方向がＹ軸に対して±３０°、±６０°の関係となるように偏光方向を設定することで、視野角性能の優れた配向膜を形成することが可能となる。
【００３５】
図５は、各画素に１つの配向領域を対応させたものであって、隣接する２つの画素２１ａ、２１ｂにて１つの周期Ａが形成されている。このように、画素２１と周期Ａの関係は１対１の関係でなくてもよい。このような実施形態では、隣接する配向領域の偏光方向を直交させることで、立体視用の液晶表示装置に用いることが可能となる。図における画素２１ａ、２１ｃを左眼用画素、画素２１ｂ、２１ｄを右眼用画素として用い、それぞれの画素２１に対応した偏光フィルターを有する偏光眼鏡を用い、立体映像を観察することが可能となる。
【００３６】
次に、本発明の他の実施形態について図６〜図９を用いて説明する。図１で説明した実施形態では、偏光制御素子１４からの照射光Ｃを直接、基板２に照射することとしている。現状、大型の液晶表示装置に対応できる大判の偏光制御素子１４を製造することは困難であるため、図６に示されるように幅３０ｃｍ程度の偏光制御素子ユニット１４Ａ〜１４Ｃを複数接続して形成されたものとなっている。隣接する偏光制御素子ユニット１４Ａ〜１４Ｃの接続部は不連続な境界であるので、接続部にて回折波、散乱波などが生じ、偏光制御素子ユニット１４Ａ〜１４Ｃを透過した波と干渉することで、基板２上にボケや干渉縞を発生させてしまう。この現象は、隣接する単位偏光制御領域間でも発生する。本実施形態では、このような問題に対応するため、照射光学系１１に結像光学系を設けたものとなっている。
【００３７】
図７は、本実施形態における照射光学系の一部を模式的に示した図である。本実施形態における結像光学系は、偏光制御素子１４と基板２間に配置された第１レンズ１６ａと、第２レンズ１６ｂにて構成されている。第１レンズ１６ａは、焦点距離ｆ１を有するレンズであって、偏光制御素子１４面から像側に距離ｆ１だけ隔てて配置される。一方、第２レンズ１６ｂは、焦点距離ｆ１を有するレンズであって、基板２から物体側に距離ｆ１だけ隔てて配置される。第１レンズ１６ａと第２レンズ１６ｂ間の距離は２×ｆ１に設定されている。
【００３８】
このような構成により、偏光制御素子１４を通過した平行光は、第１レンズ１６ａを経て一旦集光し、第２レンズ１６ｂを経て再び平行光として基板２を照射し、偏光制御素子１４の像を等倍で基板２上に結像させる。
【００３９】
このように本実施形態の結像光学系は、少なくともＸ軸方向、すなわち、偏光制御素子ユニット１４Ａ〜１４Ｃの接続部の方向（Ｙ軸方向：走査方向）と略直交する方向に結像させることとしている。したがって、隣接する偏光制御素子ユニット１４Ａ〜１４Ｃ間、あるいは、隣接する単位偏光制御領域間で発生した回折波、散乱波などの影響を抑えることが可能となる。なお、図７では、偏光制御素子１４の端面に波長板の高速軸の方向を示す矢印、基板２の端面にはそれぞれの領域の偏光方向を示す矢印が記入されている。本来、これらの矢印はＸ−Ｙ平面上に記載されるべきものであるが、ここでは説明のため紙面上に記載している。
【００４０】
本実施形態では、第１レンズ１６ａ、第２レンズ１６ｂの焦点距離を共にｆ１に選定するとともに、偏光制御素子１４、第１レンズ１６ａ、第２レンズ１６ｂおよび基板２の間の距離をｆ１：２ｆ１：ｆ１とすることで、偏光制御素子１４面を等倍で基板２上に結像させているが、偏光制御素子１４の像を拡大あるいは縮小して基板２上に投影することとしてもよい。例えば、第２レンズ１６ｂの焦点距離をｆ５（ｆ５＝α×ｆ１、α：拡大率もしくは縮小率）と選定し、偏光制御素子１４、第１レンズ１６ａ、第２レンズ１６ｂおよび基板２の間の距離をｆ１：（ｆ１＋ｆ５）：ｆ５とすることで実現可能である。また基板２を照射する光を平行光とする必要がなければ、第１レンズ１６ａと第２レンズ１６ｂの間の距離は任意に設定することが可能である。
【００４１】
図８は、他の実施形態における照射光学系の一部を模式的に示した図であって、本実施形態では、照射光学系１１に結像光学系と縮小光学系の機能を併せて持たせることとしている。具体的には、図８（ａ）、（ｂ）に示されているように、図７と同様、第１レンズ１６ａと第２レンズ１６ｂが配置され、さらに、偏光制御素子１４と第１レンズ１６ａの間には、Ｘ−Ｚ面内ではパワーを持たず、Ｙ−Ｚ面内にて負のパワーを有する凹シリンドリカルレンズ１７が配置されている。この凹シリンドリカルレンズ１７（本発明における「円筒レンズ」）は、焦点距離−ｆ２を有するレンズであって、偏光制御素子１４から距離ｆ２隔てて配置される。
【００４２】
図８（ａ）に示されるように、偏光制御素子１４の面は、Ｘ−Ｚ面内では、図７の実施形態で説明したように基板２面に結像される。一方、図８（ｂ）に示されているようにＹ−Ｚ面内では偏光制御素子１４を通過した平行光は、凹シリンドリカルレンズ１７にて発散される。第１レンズ１６ａでは、この発散光を平行光に変えて第２レンズ１６ｂ側に射出する。第２レンズでは１６ｂは、この平行光を縮小して基板２上に照射する。本実施形態では、第２レンズ１６ｂの後側焦点位置に基板２を配置することで平行光を集光させることとしている。
【００４３】
このように本実施形態では、走査方向と略平行な方向において、偏光制御素子１４からの照射光を基板２上に縮小あるいは集光させる縮小光学系を設けたことを特徴としている。このような構成では、例えば、偏光制御素子１４などに傷などの欠陥がある場合においても、縮小機能を設けたことで露光面に対する影響を抑えることが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態では、凹シリンドリカルレンズ１７を第１レンズ１６ａの物体側に設けた構成としているが、その配置位置は像側であってもよい。なお、第１レンズ１６ａの像側焦点よりも基板２側に配置する場合において縮小機能を実現する場合には、凸シリンドリカルレンズが使用される。
【００４５】
図９は、他の実施形態における照射光学系の一部を模式的に示した図であって、図８の実施形態と同様、照射光学系１１に結像光学系と縮小光学系の機能を併せて持たせたものである。第１レンズ１６ａと第２レンズ１６ｂは、前実施形態と同様に結像光学系として機能する。凸シリンドリカルレンズ１７は、Ｘ−Ｚ面内ではパワーを持たず、Ｙ−Ｚ面内にて正のパワー（焦点距離ｆ３）を有し、第２レンズ１６ｂの像側に配置されている。凸シリンドリカルレンズ１８は、Ｘ−Ｚ面内ではパワーを持たず、Ｙ−Ｚ面内にて正のパワー（側焦点距離ｆ４）を有し、凸シリンドリカルレンズ１７と基板２の間に配置されている。凸シリンドリカルレンズ１８と凸シリンドリカルレンズ１７の距離は、凸シリンドリカルレンズ１８の焦点距離ｆ４と凸シリンドリカルレンズ１７の焦点距離ｆ３の和となるように、すなわち、共焦点系をなすように配置されている。
【００４６】
第２レンズ１６ｂから射出された平行光は、この共焦点系をなす凸シリンドリカルレンズ１７、１８にて再び平行光を形成して基板２上に照射される。凸シリンドリカルレンズ１７の焦点距離ｆ３を凸シリンドリカルレンズの焦点距離ｆ４よりも大きく設定することで、縮小光学系と平行光学系の機能を併せもたせることが可能となる。このように平行光にて露光を行うことで、さらなる配向特性の向上を図ることが可能となる。なお、この凸シリンドリカルレンズ１７および凸シリンドリカルレンズ１８は、凸シリンドリカルレンズと凹シリンドリカルレンズの組み合わせでも同様の機能を実現することが可能である。
【００４７】
図１０は、他の実施形態における照射光学系の一部を模式的に示した図である。簡単のために、最も単純な構成の縮小光学系として凸のシリンドリカルレンズ１７を用い、その焦点３１が基板２より遠方になるごとく配置されている。凸シリンドリカルレンズ１７は、Ｘ−Ｚ面内ではパワーを持たず、Ｙ−Ｚ面内にて正のパワーを有し、第２レンズ１６ｂの像側に配置されている。図１０（ａ）に示すようにＸ−Ｚ面内においては、シリンドリカルレンズ１７はレンズ作用を持たないため、前述の実施形態と同様に単位偏光領域１４ａ、１４ｂの境界は基板２上に結像される。
【００４８】
一方、図１０（ｂ）に示されるＹ−Ｚ面内では、光軸近傍を通る光線３２ａは基板２の先の焦点３１に集光される。光軸から少し離れた光線３２ｂは、理想的なレンズであればやはり焦点３１に集光されるが、現実のレンズには収差があるため、通常凸レンズでは光軸から離れた光線ほど焦点距離が短くなり、焦点３１よりシリンドリカルレンズ１７に近いところに集光される。さらに光軸から離れた光線３２ｃは、光線３２ｂよりさらにシリンドリカルレンズ１７に近いところに集光される。
【００４９】
こうして、光線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄによって光軸のＹ方向両側に包絡面３３ａ、３３ｂ（火面）が形成される。実際にはこの包絡面は光線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄに接しているが、図示の都合上少し離して描かれている。基板２上の各光線の位置を見ると、光線３２ａより光線３２ｂ、３２ｃが外側に位置し、光線３２ｄは光線３２ｂ、３２ｃより光軸に近いところに位置している。すなわち、入射時に光線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの順に光軸から離れていた光線が、基板２上では光線３２ｂ、３２ｃあたりを境に折り返している。従って包絡面上では光線が折り返しのため集まるので強度が高い。
【００５０】
この包絡面と基板２の交線は、球面レンズの場合には円形、本実施形態のようにシリンドリカルレンズでは１対の平行な直線となる。本明細書では、この包絡面（火面）と基板の交線を「火線」と定義する。基板２上におけるＹ方向のビームの強度分布は、火線の中間は集光されているので明るく、火線上は極めて明るく、そして火線の外側はビーム強度ゼロである。すなわち、火線を利用すると境界が極めて急峻な直線上ビームを得ることができる。この結果、配向膜に配向特性を効果的に付与することができる。
【００５１】
本実施形態では、凸シリンドリカルレンズ１７にて基材２上に２本の火線３４ａ、３４ｂを形成することとしたが、これまで示してきた他の光学系でも、火線を含めたビームを利用できること、またそれにより境界の急峻な線状ビーム得られること等のメリットは同様である。
【００５２】
なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成25年8月9日(2013.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光光照射手段と、偏光制御素子と、結像光学系とを含み、配向膜を表面に有する基板にビームを照射する照射光学系と、
前記基板もしくは前記照射光学系の少なくとも一部を移動させ、前記基板に対して所定の走査方向に前記ビームを走査する走査手段と、を備え、
前記偏光光照射手段は、直線偏光光を前記偏光制御素子に射出し、
前記偏光制御素子は、前記走査方向に直交する方向に配列された単位偏光制御領域を有し、
前記結像光学系は、前記偏光制御素子面を、少なくとも前記走査方向と略直交する方向において前記基板上に結像させ、
前記単位偏光制御領域から射出するビームの偏光方向は、所定数の単位偏光制御領域ごとに周期的に変化するとともに、前記周期内において前記走査方向に平行かつ前記基板と直交する平面に関して略対称であることを特徴とする
光配向露光装置。
【請求項２】
前記偏光光射出手段は、前記走査方向に略平行または略直交する方向の直線偏光光を射出し、
前記単位偏光制御領域は１／２波長板で構成され、
前記単位偏光制御領域の高速軸は、所定数の単位偏光制御領域ごとに周期的に変化するとともに、前記周期内において前記走査方向に平行かつ前記基板と直交する平面に関して略対称であることを特徴とする
請求項１に記載の光配向露光装置。
【請求項３】
前記照射光学系は、前記偏光制御素子を通過した光束を、少なくとも前記走査方向と略同じ方向において、前記基板上に縮小あるいは集光して照射する縮小光学系を有することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の光配向露光装置。
【請求項４】
前記縮小光学系は、少なくとも１つの円筒レンズを有し、
前記円筒レンズによって形成される火面は、前記基板と交差することで少なくとも１本の火線を形成することを特徴とする
請求項３に記載の光配向露光装置。
【請求項５】
偏光制御素子と、結像光学系とを含む照射光学系を通過したビームを、配向膜を表面に有する基板に照射する光配向露光方法において、
前記基板もしくは前記照射光学系を移動させ、前記基板に対して所定の走査方向に前記ビームを走査するとともに、
前記偏光制御素子は、前記走査方向に直交する方向に配列された単位偏光制御領域を有し、
前記結像光学系は、前記偏光制御素子面を、少なくとも前記走査方向と略直交する方向において前記基板上に結像させ、
前記単位偏光制御領域から射出されるビームの偏光方向は、所定数の単位偏光制御領域が隣接する境界を通り、前記基板と直交する平面に関して略対称であることを特徴とする
光配向露光方法。
【国際調査報告】
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