(57)【要約】【課題】大型ＬＣＤ基板にレーザーにより配向膜を形成するに際し、単体レーザーの出力不足問題を解決するため、複数台のレーザーを導入した際の転送光学系、また、基板全面に渡って均一に照射できるホモジナイザー光学系の開発は、実用化できる照射装置の解決すべき重要な課題である。【解決手段】Ｎ個のＬＤ４１１〜４１Ｎからのレーザービームは、ＰＭファイバでの転送光学系を通じてＸ方向に一列に並べたＭ本のファイバで構成されるファイバアレイ４３から出力され、ホモジナイザーレンズアレイ４４によりＸ方向に均一な光強度分布の拡散ビーム、Ｙ方向に平行な光ビームに整形された後、コンデンサ円筒形レンズ系４５により一本の線状形ビームに重ね合せられ、円筒形レンズ２７でＸ方向にビーム幅を細く集光し、直線偏光性かつ高度均一の光分布を有する線条形ビームで試料面に照射し光配向を行う。【選択図】図５
2008242147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光特性を有する均一強度分布レーザービームを試料面に照射して配向膜を形成するレーザー照射光学システムにおいて、
直線偏光特性を有するＮ台（Ｎは２以上の自然数）のレーザー発振器光源と、
前記Ｎ台の光源からのレーザービームをＮセットの集光レンズ系でＮ本の第１の偏波保存光ファイバに各々入力する光学系と、
前記Ｎ本の第１の偏波保存光ファイバに入力されたレーザービームをＭ本（ＭはＮ以上の自然数）の第２の偏波保存光ファイバに混合する光ファイバ転送手段と、
前記Ｍ本の第２の偏波保存光ファイバで別々に転送されて来るファイバ端面へ出力するＭ本のレーザービームを、各々設けられるＭセットのコリメータレンズで、それぞれに平行光に戻した後に、各々設けられるＭセットの二分の一波長板の回転により、各平行光の直線偏光方向を前記試料面に対して一定方向に合わせた後、各々のビームに対してホモジナイザー光学レンズ系により、長軸方向に沿う光強度分布が均一化されたＭ本の第１の線状形ビームに整形する第１のビーム整形手段と、
前記第１のビーム整形手段から出射される前記Ｍ本の第１の線状形ビームを互いの長軸方向を揃えて重ね合わせて１本の第２の線状形ビームに合成するコンデンサレンズを通した後、その１本の第２の線状形ビームを前記試料面に対して予め定めた角度で入射させる第２のビーム整形手段と、
前記第２のビーム整形手段から出射される前記１本の第２の線状形ビームの短軸方向を細く絞って、直線偏光特性を有する均一強度分布のレーザービームに整形し、そのレーザービームを前記試料面に照射して前記配向膜を形成させる整形レンズ手段と
を有することを特徴とするレーザー照射光学システム。
【請求項２】
直線偏光特性を有する均一強度分布レーザービームを試料面に照射して配向膜を形成するレーザー照射光学システムにおいて、
Ｎ台（Ｎは２以上の自然数）のレーザー発振器光源と、
前記Ｎ台の光源からのレーザービームをＮセットの集光レンズ系でＮ本の第１のマルチモードファイバに各々入力する光学系と、
前記Ｎ本の第１のマルチモードファイバに入力されたレーザービームをＭ本（ＭはＮ以上の自然数）の第２のマルチモードファイバに混合する光ファイバ転送手段と、
Ｍ組のコリメータレンズで前記Ｍ本の第２のマルチモード光ファイバで別々に転送される直線偏光特性を有しないＭ本のレーザービームをそれぞれ平行光に戻し、Ｍ組の偏光板でその各平行光をそれぞれｓ偏光とｐ偏光とに分離するＭ組の偏光ビーム分離手段と、
分離された前記Ｍ本のｓ偏光とＭ本のｐ偏光のビームに対し、二分の一波長板の回転によりビームの偏光方向を試料入射面の特定な角度に揃える様に調整した後、長軸方向に沿う光強度分布が均一化された２Ｍ本の第１の線状形ビームに整形する第１のビーム整形手段と、
前記第１のビーム整形手段から出力する前記２Ｍ本の第１の線状形ビームを前記試料面に互いの長軸方向を揃えて重ね合わせて１本の第２の線状形ビームに合成するコンデンサレンズを通した後、その１本の第２の線状形ビームを前記試料面に対して予め定めた角度で入射させる第２のビーム整形手段と、
前記第２のビーム整形手段から出力する前記１本の第２の線状形ビームの短軸方向を細く絞って、直線偏光特性を有する均一強度分布のレーザービームに整形し、そのレーザービームを前記試料面に照射して前記配向膜を形成させる整形レンズ手段と
を有することを特徴とするレーザー照射光学システム。
【請求項３】
直線偏光特性を有する均一強度分布レーザービームを試料面に照射して配向膜を形成するレーザー照射光学システムにおいて、
ビームの直線偏光特性を有するＮ個（Ｎは２以上の自然数）のレーザーダイオードと、
前記Ｎ個のレーザーダイオードから出射するビームをＮセットの集光レンズ系でＮ本の第１の偏波保存光ファイバに各々入力する光学系と、
前記Ｎ本の第１の偏波保存光ファイバに入力されたレーザービームをＭ本（ＭはＮ以上の自然数）の第２の偏波保存光ファイバに混合する光ファイバ転送手段と、
前記Ｍ本の第２の偏波保存光ファイバの出力端をアレイ状にマウントされ、前記第２の偏波保存光ファイバからＭ本のレーザービームを一列に並べて発散光にして出力するファイバアレイ手段と、
前記ファイバアレイ手段からの前記Ｍセットの発散レーザービームのそれぞれを、前記アレイの並び方向に各ビームを拡げて均一の強度分布になり、かつ、その並び方向とビーム進行方向の両方と直交する方向に平行光線とするＭ本のビームに整形するホモジナイザーレンズアレイ手段と、
前記ホモジナイザーレンズアレイ手段で整形された前記Ｍ本のビームを前記アレイの並び方向に沿って重ね合わせて、光強度分布が均一化された１本の線状形ビームに整形するコンデンサレンズを通した後、その１本の線状形ビームを前記試料面に対して予め定めた角度で入射させるビーム整形手段と、
前記ビーム整形手段から出射される前記１本の線状形ビームの短軸方向を細く絞って、直線偏光特性を有する均一強度分布のレーザービームに整形し、そのレーザービームを前記試料面に照射して前記配向膜を形成させる整形レンズ手段と
を有することを特徴とするレーザー照射光学システム。
【請求項４】
前記光転送手段は前記Ｍ本の光ファイバにメイン出力端コネクタとモニタ出力端コネクタとを有するレーザーニ分岐カプラをＭ個更に有し、
前記Ｍ個のニ分岐カプラのメイン出力端コネクタから出射する前記Ｍ本のレーザーの出力を、前記Ｍ個のニ分岐カプラのモニタ出力端コネクタから出射したＭ本のレーザー出力に基づいて、レーザー毎にリアルタイムでモニタしながら制御する手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のレーザー照射光学システム。
【請求項５】
直線偏光特性を有する均一強度分布レーザービームを試料面に照射して配向膜を形成するレーザー照射光学システムにおいて、
直線偏光特性を有するフリースペースのＮ台（Ｎは２以上の自然数）のレーザー発振器光源と、
前記Ｎ台の光源からのＮセットレーザービームの直線偏光方向を合わせるフリースペースのビーム転送光学系と、
前記ビーム転送光学系により転送されてきた前記Ｎ本のレーザービームを、特殊プリズムアレイを用いて長軸方向に沿う光強度分布がそれぞれ均一化され、かつ、横並び配置されたＮ本の第１の線状形ビームに整形する第１のビーム整形手段と、
前記第１のビーム整形手段から出射される前記Ｎ本の第１の線状形ビームを互いの長軸方向を揃えて重ね合わせて１本の第２の線状形ビームに整形した後、その１本の第２の線状形ビームを前記試料面に対して予め定めた角度で出射する第２のビーム整形手段と、
前記第２のビーム整形手段から出射される前記１本の第２の線状形ビームの短軸方向を細く絞って、直線偏光特性を有する均一強度分布のレーザービームに整形し、そのレーザービームを前記試料面に照射して前記配向膜を形成させる整形レンズ手段と
を有することを特徴とするレーザー照射光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザー照射光学システムに係り、特に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ;Liquid Crystal Display）パネルに、直線偏光特性を有する均一強度分布レーザービームを照射して配向膜を形成する光配向法用レーザー照射光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルに、液晶に対する配向制御能を付与する配向膜の形成は、今まではラビング装置で処理されるのが主流である。しかし、ラビング装置によるラビング処理に係る工程の複雑さ、及びこれらの工程による生産設備装置の多額の投資、更にはラビング装置での処理工程での静電気によるパネル上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ;Thin Film Transistor）の破壊等の問題が存在する。
【０００３】
そのため、近年、ラビング装置以外の光配向法による配向膜形成方法も検討されている。この光配向法では、ＬＣＤパネルに塗布された光配向剤薄膜が、レーザーなど光線で照射させる事により配向特性を特定方向に構造的に変化させ、その薄膜に接触している液晶の分子を特定方向に揃える様に光照射で薄膜の配向特性を付与させる方法である。このように形成した配向特性を有する薄膜は、光配向膜と呼ばれる。
【０００４】
光配向法に適用される光源は、水銀ランプなどもあるが、水銀ランプからの光は、ビームの集光性と偏光特性への制御性が難しく、最適な照射装置を得難い。そこで、ビームの集光特性と偏光特性に優れた光源はレーザーであるため、近年、レーザーを用いる光配向法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１３１８０号公報（第１頁から第２０頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光配向法に必要となる光の波長域は３００ｎｍから４００ｎｍ近辺で、この波長域に適用されるレーザー光源は、レーザーダイオード（ＬＤ）、ＬＤ励起固体レーザー（ＤＰＳＳ）、気体レーザーのエキシマレーザーと、アルゴン、クリプトンのイオンレーザーなどの数種類が考えられる。
【０００７】
光配向法では、配向膜に特定な方向に配向特性を付与するため、照射ビームの偏光特性を要求されるし、また、配向膜に配向特性を持たせる光の照射密度、つまりレーザー出力のピークパワーと平均パワーも要求される。
【０００８】
一般商用ＱスイッチＤＰＳＳ第三高調波で３５５ｎｍの紫外波長ＹＡＧレーザーは、数十から数百キロヘルツ周波数のパルスに準連続発振で、数十ワットの平均出力もできるので、光配向法に最適な光源と予想できる。また、３５０ｎｍから４００ｎｍ波長近辺のレーザーダイオード（ＬＤ）も直線偏光に連続発振で、現段階で一個のＬＤで最大数百ミニワット（ｍＷ）の出力パワーになっており、近い将来に更に高出力化になるのは、確実で、本発明で論じる光配向の応用に期待できる。
【０００９】
また、気体レーザーとしては、３００ｎｍ〜４００ｎｍ波長域に、直線偏光ビームに連続発振のアルゴンクリプトンイオンレーザーもあり、更に、パルス発振でＫｒＦの波長２４８ｎｍ、ＸｅＣｌの波長３０８ｎｍ、ＸｅＦの波長３５５ｎｍのエキシマレーザーもある。但し、気体レーザーは、実用化の面でＤＰＳＳやＬＤなどの固体化されたレーザー光源と比べ、保守と運転コストなどに若干幾つかの欠点がある。
【００１０】
光配向法に適用可能な上記の幾つかのレーザー光源があると分かっても、実際にはそれなりに実用化されたレーザーでの光配向装置が実現できていない。その理由は、先ず、ＬＣＤパネルの大面積化に伴って、上述の各種レーザー光源では、商用ベースの単一の製品は、光配向法に使う光源として、処理能力が足りない。また、光配向法では、レーザービームに対し、偏光特性の制御も必要とし、大面積のＬＣＤパネルの全面に渡って、均一に照射できるホモジナイザー光学系の開発も必要である。更には、場合によって、レーザービームを試料面に特定な角度で斜めに照射する要求もあり、それに応じられる均一な光強度分布のビームに整形できる照射光学系も要求される。これらの要求も従来は充分までに満たしていない。
【００１１】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、光配向法に適用可能な上述の各種レーザー光源のいずれかに対し、生産性に必要な出力パワー且つビーム偏光性の制御機能を有し、更に、有効なホモジナイザー光学系でビームの強度分布を均一化にし、大面積のＬＣＤパネルの全面に渡って、均一な光配向膜を作れる実用的なレーザー照射光学システムを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、製品化し易い商用ベースのレーザー光源、ダイオード及び気体や固体の様々の種類のレーザー、連続発振やパルス発振、直線偏光やランダム偏光のそれぞれ違う特性を持つもののうち、いずれかを用いて均一な光配向膜を作れる実用的なレーザー照射光学システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するため、第１の発明は、直線偏光特性を有する均一強度分布レーザービームを試料面に照射して配向膜を形成するレーザー照射光学システムにおいて、直線偏光特性を有するＮ台（Ｎは２以上の自然数）のレーザー発振器光源と、Ｎ台の光源からのレーザービームをＮセットの集光レンズ系でＮ本の第１の偏波保存光ファイバに各々入力する光学系と、Ｎ本の第１の偏波保存光ファイバに入力されたレーザービームをＭ本（ＭはＮ以上の自然数）の第２の偏波保存光ファイバに混合する光ファイバ転送手段と、Ｍ本の第２の偏波保存光ファイバで別々に転送されて来るファイバ端面へ出力するＭ本のレーザービームを、各々設けられるＭセットのコリメータレンズで、それぞれに平行光に戻した後に、各々設けられるＭセットの二分の一波長板の回転により、各平行光の直線偏光方向を試料面に対して一定方向に合わせた後、各々のビームに対してホモジナイザー光学レンズ系により、長軸方向に沿う光強度分布が均一化されたＭ本の第１の線状形ビームに整形する第１のビーム整形手段と、第１のビーム整形手段から出射されるＭ本の第１の線状形ビームを互いの長軸方向を揃えて重ね合わせて１本の第２の線状形ビームに合成するコンデンサレンズを通した後、その１本の第２の線状形ビームを試料面に対して予め定めた角度で入射させる第２のビーム整形手段と、第２のビーム整形手段から出射される１本の第２の線状形ビームの短軸方向を細く絞って、直線偏光特性を有する均一強度分布のレーザービームに整形し、そのレーザービームを試料面に照射して配向膜を形成させる整形レンズ手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
この発明では、直線偏光特性を有するＮ台のレーザー発振器光源からの直線偏光特性を有するＮ本のレーザービームから光学系と光転送手段とによりＭ本の線状系ビームに整形し、更にこれらＭ本の線状系ビームを重ね合わせて直線偏光特性を有する１本の線状形ビームを生成して試料面に照射するようにしたため、一台ではレーザー発振器光源の出力が低くても、Ｎ台で必要な生産能力が達成するまでの高出力の１本の線状形ビームを生成して試料面に照射できる。
【００１５】
また、上記の目的を達成するため、第２の発明は、Ｎ台（Ｎは２以上の自然数）のレーザー発振器光源と、Ｎ台の光源からのレーザービームをＮセットの集光レンズ系でＮ本の第１のマルチモードファイバに各々入力する光学系と、Ｎ本の第１のマルチモードファイバに入力されたレーザービームをＭ本（ＭはＮ以上の自然数）の第２のマルチモードファイバに混合する光ファイバ転送手段と、Ｍ組のコリメータレンズでＭ本の第２のマルチモード光ファイバで別々に転送される直線偏光特性を有しないＭ本のレーザービームをそれぞれ平行光に戻し、Ｍ組の偏光板でその各平行光をそれぞれｓ偏光とｐ偏光とに分離するＭ組の偏光ビーム分離手段と、分離されたＭ本のｓ偏光とＭ本のｐ偏光のビームに対し、二分の一波長板の回転によりビームの偏光方向を試料入射面の特定な角度に揃える様に調整した後、長軸方向に沿う光強度分布が均一化された２Ｍ本の第１の線状形ビームに整形する第１のビーム整形手段と、第１のビーム整形手段から出力する２Ｍ本の第１の線状形ビームを試料面に互いの長軸方向を揃えて重ね合わせて１本の第２の線状形ビームに合成するコンデンサレンズを通した後、その１本の第２の線状形ビームを試料面に対して予め定めた角度で入射させる第２のビーム整形手段と、第２のビーム整形手段から出力する１本の第２の線状形ビームの短軸方向を細く絞って、直線偏光特性を有する均一強度分布のレーザービームに整形し、そのレーザービームを試料面に照射して配向膜を形成させる整形レンズ手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
前述のように転送用のファイバは普通、パンダと言う偏波保存型シングルモードファイバで、前述した数種類のレーザーの発振波長に対応できる偏波保存光ファイバのコア径は、数ミクロン（μｍ）程度で、パルス発振のレーザーと、ワット級高出力の連続波レーザーを入力すると、ダメージは起こり易くなり、不適用になってしまう。必要な生産能力に達成するまでに要求される大型ＬＣＤ基板の光配向法の照射光源は、数十から数百ワットの出力のもので、目的に達成できるまで投入される転送系の偏波保存光ファイバの本数は数十本から数百本とかなりの数になっても、一本のファイバ当たりに分担されたレーザー出力はファイバを破損させる。
【００１７】
そこで、この第２の発明は、照射ビームの高出力化を実現するため、レーザービームを転送させる光ファイバを第１発明の偏波保存型からマルチモードのものにする。マルチモードの光ファイバでは、コア径が、数十から数百ミクロンのもので、平均パワー数十ワットの連続波レーザー又、パルス発振の数ワットのレーザービームを一本で転送できる。但し、マルチモードの光ファイバは偏波保存しないもので、つまり、元のレーザーは、直線偏光のものにしても、一旦マルチモードファイバで転送されるとランダム偏波のものになってしまう。
【００１８】
この問題を解決するため、光ファイバをマルチモードに切り換えて、ほぼ第１の発明と同じ構成になる第１のビーム整形ホモジナイザーレンズ系の手前までにレーザービームを転送されるマルチモードファイバの光学系を持つ第２の発明は、Ｍ本マルチモードの転送ファイバの出力端から出射されるランダム偏光のレーザービームを、先ず各々のレンズを用いてＭ本の平行光にコリメータする。その様なランダム偏光平行ビームに対し、各々に用いる偏光板で一つのビームをｓ偏光とｐ偏光の二つの直線偏光のビームに分離する。更に、ビームの進む方向と並び方向を揃える様に調整できる各々の折返しミラーと、ビームの試料面に照射する際の特定な偏光方向に揃う様に各々の偏光方向を回転し合わせる二分の一波長板を用いて、２Ｍ本の直線偏光ビームを調整する。その後に、この直線偏光性を有する２Ｍ本のレーザービームを、第１の発明に述べた同じ構成の第１と第２の整形手段の光学系で予め定めた入射角度で光配向剤の薄膜を塗布された液晶パネル用ガラス基板上に均一光強度分布を持つ一つの細長い線状形ビームで照射し、光配向を行う。
【００１９】
また、上記の目的を達成するため、第３の発明は、ビームの直線偏光特性を有するＮ個（Ｎは２以上の自然数）のレーザーダイオードと、Ｎ個のレーザーダイオードから出射するビームをＮセットの集光レンズ系でＮ本の第１の偏波保存光ファイバに各々入力する光学系と、Ｎ本の第１の偏波保存光ファイバに入力されたレーザービームをＭ本（ＭはＮ以上の自然数）の第２の偏波保存光ファイバに混合する光ファイバ転送手段と、Ｍ本の第２の偏波保存光ファイバの出力端をアレイ状にマウントされ、第２の偏波保存光ファイバからＭ本のレーザービームを一列に並べて発散光にして出力するファイバアレイ手段と、ファイバアレイ手段からのＭセットの発散レーザービームのそれぞれを、アレイの並び方向に各ビームを拡げて均一の強度分布になり、かつ、その並び方向とビーム進行方向の両方と直交する方向に平行光線とするＭ本のビームに整形するホモジナイザーレンズアレイ手段と、ホモジナイザーレンズアレイ手段で整形されたＭ本のビームをアレイの並び方向に沿って重ね合わせて、光強度分布が均一化された１本の線状形ビームに整形するコンデンサレンズを通した後、その１本の線状形ビームを試料面に対して予め定めた角度で入射させるビーム整形手段と、ビーム整形手段から出射される１本の線状形ビームの短軸方向を細く絞って、直線偏光特性を有する均一強度分布のレーザービームに整形し、そのレーザービームを試料面に照射して配向膜を形成させる整形レンズ手段とを有することを特徴とする。
【００２０】
この発明では、光配向用光源で最有力の候補の一つとするレーザーダイオード、つまりＬＤを起用するため、ＬＤの出力パワーが低いという問題の解決手段を有する。ＬＤは、直線偏波を有するので、低出力に適用できる偏波保存ファイバで第１の発明と同様なレーザー転送光学系を構築できる。但し、光配向剤に適用する３００ｎｍ〜４００ｎｍ波長域のＬＤでは、連続発振や、変調してパルス発振にしても、現時点で数百ｍＷ程度の低出力のものしか製品化されていない。大型パネル用基板の光配向に必要な照射光パワーが数十から数百ワットのもので、この為導入されるＬＤの数も、ＬＤ出力を転送されるファイバの数もたくさん増え必要である。場合によって、百個以上のＬＤの同時発振且つ百本以上のファイバでビームを転送しなければ必要なパワーに達成できない。この様な場合に、第３の発明は、多数の転送ファイバを並べてビーム整形できるファイバアレイ及びそれに従う光学系を起用することになる。
【００２１】
この発明は、偏波保存ファイバを使用している為、ビームを転送するファイバ光学系は第１の発明と同じ構造になる。しかし、この場合に転送光学系にかなり数多いＭ本のファイバを含むので、ファイバアレイを使用する。このファイバアレイを実装される際に、ファイバ転送系各ファイバ出力端にフェルールと呼ばれる部品を付けて、Ｍ本の光ファイバから一列に並びに揃えてビームを出射し、かつ、出射されるビームが試料面に予め定めた偏波方向に出揃う様に調整を行う。
【００２２】
ファイバアレイから出射された横一列に揃い、かつ、同じ偏光方向を持つＭ本の発散ビームを、非球面のマイクロレンズアレイを用いて第１のホモジナイザーで第１のビーム整形手段として、アレイの並び方向に光強度分布均一に広がる発散光にし、かつ、もう一つ方向に平行光とコリメータされる。つまり、試料面に向かった、長い線状形ビームＭ本をつくられている。更に、コンデンサ円筒形レンズを用いて第２のビームホモジナイザーレンズで第２のビーム整形手段として、レンズアレイから出射されるＭ本の線状形ビームを、試料面に届く際に長軸方向にビームを重ね合わせて１本の線状形ビームになる様に合わせる。第２の整形光学系を通った後に円筒形レンズ系を用いて、更なるビーム整形手段として、試料面にビーム短軸方向に細く絞って、1本の細長い均一強度分布の線状形ビームになる。偏光ビームの試料面に照射際の入射角度に関連される種の光配向膜の照射に、折返しミラーを用いることにより、試料面に対しビームを予め定めた角度で入射できる。この様なファイバアレイとレンズアレイの実装とビーム整形手段で、最大数百個以上のＬＤを一つの装置に同時に導入でき、数十から数百ワット出力のレーザーでの光配向照射装置を作れる。
【００２３】
また、上記の目的を達成するため、第４の発明は、第１、第２、第３の発明におけるビーム転送されるファイバの出力端に二分岐のカプラを用いて、レーザー出力をモニタする手段として、各々のファイバに転送されたレーザーをカプラに通じて、メイン出力端コネクタでメイン出力、モニタ用出力端コネクタでモニタ出力を分けて、この手段でモニタされたメイン出力の安定化を図る。
【００２４】
この発明では、試料照射に貢献するメインのＭ本のレーザーをレーザー毎にリアルタイムでモニタすることができるため、転送されている各光ファイバ中の出力の瞬時変化を把握でき、レーザー出力安定性のフィードバック制御に役に立ち、また、元Ｎ本のレーザーがパルス発振の場合に各光源のパルスの同期性なども把握でき、レーザー毎の時間域のパルス発振状況を照らしながら制御にもできる。
【００２５】
また、上記の目的を達成するため、第５の発明は、試料面に直線偏光特性を有する均一強度分布レーザービームを照射して配向膜を形成するレーザー照射光学システムにおいて、直線偏光特性を有するフリースペースのＮ台（Ｎは２以上の自然数）のレーザー発振器光源と、Ｎ台の光源からのＮセットレーザービームの直線偏光方向を合わせるフリースペースのビーム転送光学系と、ビーム転送光学系からのＮ本のレーザービームを、特殊プリズムアレイを用いて長軸方向に沿う光強度分布がそれぞれ均一化され、かつ、横並び配置されたＮ本の第１の線状形ビームに整形する第１のビーム整形手段とする非球面、第１のビーム整形手段から出射されるＮ本の第１の線状形ビームを互いの長軸方向を揃えて重ね合わせて１本の第２の線状形ビームになる様に整形した後、その１本の第２の線状形ビームを試料面に対して予め定めた角度で出射する第２のビーム整形手段と、第２のビーム整形手段から出射される１本の第２の線状形ビームの短軸方向を細く絞って、直線偏光特性を有する均一強度分布のレーザービームに整形し、そのレーザービームを試料面に照射して配向膜を形成させる整形レンズ手段とを有することを特徴とする。
【００２６】
この発明では、Ｎ台のレーザー発振器光源から出射したＮ本のレーザービームをフリースペースのビーム転送光学系で転送し、特殊プリズムアレイを用いて長軸方向に沿う光強度分布がそれぞれ均一化され、かつ、横並び配置されたＮ本の第１の線状形ビームに整形し、更にそのＮ本の第１の線状形ビームを互いの長軸方向を揃えて重ね合わせて１本の第２の線状形ビームに整形するようにしたため、フリースペースの転送光学系を用いても、例えば最大十数台のＤＰＳＳレーザー光源を導入して、数十から百ワットクラスの３５５ｎｍ波長域の高出力線状形レーザービーム一つを作成することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、直線偏波性があるか無いか、又連続かパルス発振かなど、それぞれ特性が異なるレーザーであるにも関らず、複数台のレーザー発振器光源から装置を構成して、数百ワット出力の照射ビームで光配向法の照射装置の処理能力を向上でき、大面積の光配向膜も短時間で形成することができる。また、大型高出力の複数台のレーザー発振器光源の同時導入も容易にでき、装置として極めてまとめ易い利点もある。
【００２８】
また、本発明によれば、偏光板等の手段で、転送ファイバを通したランダム偏光のレーザービームをｓ偏光とｐ偏光に分離し、二つの直線偏光性を有するレーザービームとし、又それぞれのｓ偏光とｐ偏光のビームを、ミラーで同じ伝搬方向に揃えるように調整し、更に二分の一波長板で偏光方向を特定な方向に揃える様に回転して合わせ、上述のホモジナイザー手段で均一な光強度分布の一本照射ビームに整形できるようにしたため、直線偏光性が要求された光配向に対し、元々直線偏光を有しないレーザー光源の適用、又コア径の大きいマルチモードファイバの転送系で直線偏光性を失ったレーザービームも直線偏光に戻す手段で高出力やパルスレーザーの適用化を図れる。
【００２９】
また、本発明によれば、本来光配向にパワーが足りないレーザーダイオードに対し、ファイバ転送系とファイバアレイ、更にビーム整形のレンズアレイを使用する事により、ＬＤの数十から数百個を一つの光配向装置にまとめて導入し、ＤＰＳＳレーザーと同様、数十から数百ワット出力の光配向用レーザービームを生成することができ、大型液晶パネルの量産化のための光配向膜のプロセスにとって非常に高信頼性、高実用性のあるレーザー照射装置を実現できる。
【００３０】
また、本発明によれば、光配向用レーザービームを得るためのメインのＭ本のレーザーをレーザー毎にリアルタイムでモニタすることで、メインのＭ本のレーザーが転送されてきた光ファイバの出力の瞬時変化を把握でき、また、メインのＭ本のレーザーを出射する元のレーザー光源の出射レーザーの同期性などが把握できるため、モニタ結果に基づいて、試料面に照射されるレーザービームの強度分布状況のオンラインチェックやレーザー光源の帰還制御ができ、これにより安定な出力のレーザービームを試料面に照射することができ、光配向法による高信頼性のある配向膜の形成ができる。
【００３１】
また、本発明によれば、従来のフリースペース転送光学系手段を用いても、Ｎ個のレーザービームからそれのＮ倍の出力で一つの均一光強度の線状形ビームを作ることができる。
【００３２】
また、本発明によれば、複数台のレーザー発振器光源を同時に使用しているので、全体のレーザー発振器光源の出力制御により、単体のレーザー発振器光源の運転停止状態での保守作業が個別的にでき、装置の普段通りの正常運転中でもレーザー発振器光源とその他光学系の保守作業ができる。
【００３３】
このように、本発明によれば、レーザー出力、ビームの光分布均一性、ビーム強度分布の安定性、レーザーの信頼性、かつ、長期運転の保守性等の向上が図れ、本格的で、かつ、実用的な光配向法によるレーザー照射装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、発明を実施するための最良の形態について図面と共に詳細に説明する。
【００３５】
（第１の実施の形態）
図１は本発明になるレーザー照射光学システムの第１の実施の形態のシステム構成図を示す。同図に示すように、本実施の形態のレーザー照射光学システムは、ＬＣＤパネルに、直線偏光特性を有する均一強度分布レーザービームを照射して配向膜を形成する光配向法用レーザー照射光学システムであって、直線偏光のレーザーをそれぞれ出射するＮ台（Ｎは２以上の自然数）のレーザー発振器１１１〜１１Ｎからの所定の波長域のレーザーを用いる。ここで、Ｎ台のレーザー発振器１１１〜１１Ｎは、レーザーダイオード（ＬＤ）、ＬＤ励起固体レーザー（ＤＰＳＳ）、アルゴン、クリプトンのイオンレーザーなどのいずれかであり、互いに同期してパルス駆動されるか、又は互いに特定な時間（例えば一周期Ｔの１／Ｎ）ずれて順番にトリガーされてパルス駆動されるか、又は連続発振されるレーザー発振器である。
【００３６】
このＮ台のレーザー発振器１１１〜１１Ｎから出射された直線偏光のレーザーはそれぞれレンズ１２１〜１２Ｎにより別々に集光され、例えば、フェルールという部品の光ファイバの入力端コネクタ１３１〜１３Ｎを介して偏波保存光ファイバ（ＰＭＦ;Polarization Maintaining Fiber）１４a,1〜１４a,Nに別々に入力される。それにより、元にＮ台フリースペースで伝搬されるレーザービームを、Ｎ本の第１の光伝送ファイバに介して伝送される。ＰＭＦは、レーザービームの直線偏光特性を保持したまま低損失、高信頼性で伝送できる。
【００３７】
そのＮ本の第１の伝送ＰＭＦを、１本当りｉ本（ｉ＝１、２、３、・・・）のＰＭファイバ１４b,1〜１４b,i×Nに分岐するＮ個の１対ｉ分岐のＰＭファイバ分波器１５１〜１５Ｎにより分波され、第２の伝送ＰＭファイバのｉ×Ｎ本になる。
【００３８】
そのｉ×Ｎ本の第２の伝送ＰＭＦを、ｊ本（ｊ＝1、２、３、・・・）のＰＭファイバから１本のＰＭファイバへまとめるＭ個のｊ対１のＰＭファイバ合波器１６１〜１６Ｍを用いて、Ｍ本第３の伝送ＰＭファイバにレーザービームを転送する。
以上に述べた分波器と合波器を省略されることもできる。この場合に、元Ｎセットのレーザービームに対し、Ｍ＝Ｎ本の第１の伝送ＰＭファイバを用いてレーザーを転送される。
更に、ニ分岐ＰＭファイバカプラ１７１〜１７Ｍを設けて、第３の伝送ＰＭファイバ中のレーザービームを二分岐する。ニ分岐カプラの出力側に、メイン出力を有する第４の伝送ＰＭファイバ１４d,1〜１４d,Mと、非常に低い出力に与える第５のＰＭファイバ１４e,1〜１４e,Mでレーザービーム出力を分ける。例えば元レーザーの千分の一以下僅かの出力を伝送する第５のＰＭファイバ１４e,1〜１４e,Mは、出力端コネクタ（例えばフェルール）１８１〜１８Ｍに介して、フォトダイオードなど光検出素子を用いて、第４の伝送ＰＭファイバ１４d,1〜１４d,Mで分岐されたメインレーザー出力をモニタできる。このモニタされた信号に基づいて、リアルタイムでのメイン出力のチェックによって、各々レーザー発振器に出力されたレーザーパルスの同期性、各々転送されて来た第４のＰＭファイバ中の出力の瞬時変化などを確実に把握でき、試料照射面にビームの強度分布状況のオンラインチェック及びレーザー発振器への帰還制御ができ、より信頼性高い装置の安定化出力を図れる。
【００３９】
このように、本実施の形態は、ファイバ入力光学系（１１１〜１１Ｎ、１２１〜１２Ｎ、１３１〜１３Ｎ）と、ＰＭファイバ（１４a,1〜１４a,N、１４b,1〜１４b,i×N、１４c,1〜１４c,M、１４d,1〜１４d,M、１４e,1〜１４e,M）と、分波器１５１〜１５Ｎと、合波器１６１〜１６Ｍと、分岐率が異なる二分岐カプラ１７１〜１７Ｍとを有するＰＭファイバ転送光学系で、１９１〜１９Ｍで出力をモニタすると共に、直線偏光特性を持つＮ本のレーザービームを、偏波保存してＭ個のメインビーム出力端光ファイバコネクタ１８１〜１８Ｍから試料照射光学システムに転送する。
【００４０】
試料照射光学システムは、Ｍ個のメイン出力端光ファイバコネクタ１８１〜１８ＭからのＭ本の出力ビームを、別々に設けられるコリメータレンズ系２１１〜２１ＭでＭ本の平行光に戻す。このＭ本の平行光ビームは、ＰＭファイバでの転送で直線偏光性とシングル横モードを持つことである。このＭ本の各々のビームの光軸方向に対して直交する方向に回転できる二分の一波長板２２１〜２２Ｍにより、Ｘ−Ｙテーブル付きで照射される位置の移動が可能な試料面２８に対する照射面ビームの向きと被照射場所に応じてレーザービームの直線偏光方向を調整し合わせられる。
【００４１】
更に、Ｍ本の平行光ビームは、一本ずつの平行光ビーム毎に設けられたホモジナイザーレンズ系２３１〜２３Ｍで長軸方向（図中Ｘ方向）に沿う光強度分布が均一化されたＭ本の線状形ビームに整形される。その後、このＭ本の線状形ビームはコンデンサ円筒形レンズ２５により、長軸方向（Ｘ方向）を揃えて重ね合わせられて平均効果で光強度分布が均一化した１本の線状形ビームにされる。この１本の線状形ビームは試料面２８に対しゼロ角度入射で照射できるが、この１本の線状形ビームは、必要に応じて、特定な角度でレーザービームを折り返し反射する誘電体多層膜コーティングの反射ミラー２６を設けて、試料面２８に対し角度θで入射することもできる。
【００４２】
図２（Ａ）は反射ミラー２６を設けた場合の図１の第１の実施の形態の側面から見たシステム構成図、図２（Ｂ）は反射ミラー２６を設けない場合の図１の第１の実施の形態の側面から見たシステム構成図を示す。図２（Ａ）、（Ｂ）中、図１と同一構成部分には同一符号を付してある。図２（Ａ）に示すように、反射ミラー２６を設けた場合は、コンデンサ円筒形レンズ２５からの線状形ビームは、試料面２８に対し角度θで反射ミラー２６により反射されてビーム短軸方向（Ｙ方向）に設けられた集光用円筒形レンズ２７により、照射面の短軸方向（Ｙ方向）のビーム幅を数十ミクロンから数百ミクロンまでに極めて細く絞られて試料面２８に入射角θで斜めに照射される。
【００４３】
ビームを試料面２８に入射角θで斜めに照射する場合、短軸方向に集光用円筒形レンズ２７は、光軸に対し角度を付けた為、普通、光強度分布の不対称性が生じる。そこで、本実施の形態では、ビーム短軸方向に角度θで斜めに入射のレーザービームの不対称集光を解消するための円筒形レンズの光学設計も考慮し、光軸が垂直入射と同じ様な対称分布を持たせている。更に、非球面レンズ系で短軸方向に台形状の均一分布にも整形できる。一般に、短軸に沿うビーム強度はガウシャン分布になるが、整形レンズ系になると、ビーム短軸方向に台形均一強度分布もできる。
【００４４】
また、図２（Ｂ）に示すように、ミラー２６を設けない場合は、コンデンサ円筒形レンズ２５からの線状形ビームは、集光用円筒形レンズ２７により、照射面の短軸方向（Ｙ方向）のビーム幅を数ミクロンから数十ミクロンまでに極めて細く絞られた後、試料面２８に垂直入射で照射する。
【００４５】
このように、本実施の形態では、配向性を付与するため、場合によって、薄膜を塗布された試料面（ＬＣＤパネル面）２８に対し、ビームを、図２(Ａ)の様に特定な角度θで入射する場合にも、垂直入射する場合にも対応できる。
【００４６】
また、現状商用ベースの偏波保存ファイバは、シングル横モードのもので、コア径も数ミクロンしかなく、光による損傷のため一本当たりに転送できるレーザー出力は、１ワット以下の程度である。但し、本実施の形態によれば、例えば数十から百本の様にかなりの数のＮ本のレーザービーム１１１〜１１Ｎをまとめて一つの均一光強度分布の線状形ビームに整形するため、各々がワットクラス以下の出力の一本のファイバにあったビームは、数十から百ワットクラス出力の照射ビームになり、大面積ＬＣＤパネル用基板の配向膜を短時間で形成ができ、生産性が上がれる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、転送ファイバ出力端に設ける二分岐カプラ１７１〜１７Ｍから微小（例えば千分の一以下）の出力分岐率で配分されるモニタ用の出力コネクタ１９１〜１９Ｍからの信号があることで、この信号に基づいてメイン出力端のＰＭファイバの出力をリアルタイムでモニタでき、各々レーザー発振器に出力されたレーザーパルスの同期性、各々転送されて来たＰＭファイバ中の出力の瞬時変化などの把握ができ、試料面２８に対するレーザービームの強度分布状況のオンラインチェック及びレーザー発振器１１１〜１１Ｎへの帰還制御ができ、より信頼性高い装置の安定化出力を図れる。
【００４８】
なお、光配向法により試料面２８上の薄膜（光配向膜）の分子を特定方向に配向させる際には、照射ビームが分子の配向性が解消されてしまう緩和時間内に停留照射しなければならない。一般に、発振状態が連続波、あるいは、数百ｋＨｚから数ＭＨｚの周波数を有する準連続発振のパルスレーザーは必須である。ただし、市販のＱスイッチＹＡＧとＹＶＯ４レーザーでは、最高２００ｋＨｚ程度しか周波数が上がらない。
【００４９】
そこで、Ｎ台のレーザー発振器１１１〜１１Ｎを一台ずつ、パルス発振周波数νのＮ分の一の周期、Ｔ／Ｎ（周期Ｔ＝１／ν）の時間ずらしてトリガーし発振させる手法で、試料面２８におけるレーザービームの照射パルス周波数は、単体発振周波数のＮ倍にしてもよい。例えば、１００ｋＨｚの周波数で発振するレーザー発振器を１０台導入する場合に、レーザー発振器一台ずつ１マイクロ秒（μｓ）ずらしてトリガーして発振させると、１０台のレーザー発振器の全体のパルスは、１ＭＨｚで発振させている様に見える。この場合は、準連続のパルスのＤＰＳＳレーザービームを容易に作ることができる。
【００５０】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。前述第１の実施の形態に転送ファイバは、偏波保存型でコア径が小さい為、ワットクラス以上の連続波とナノ秒短パルスレーザーの場合、光強度に対する耐力を保てないため転送用に不向きである。尚、高出力を持つエキシマレーザーは一般ランダム偏光のビームである為、偏波保存ファイバでのビーム転送を対応できない。これらの理由によって、一般の高出力レーザーに偏波保存ファイバで対応しきれないので、本発明第２の実施形態に、高出力レーザーの転送にも対応できるマルチモードの光ファイバ（ＭＭＦ;Multi mode Fiber）を起用することになる。ＭＭファイバは、コア径数十から数百ミクロンのもので、一本当たりに伝送できるレーザーの出力も数ワットから数十ワットまでになる。
【００５１】
図３は本発明になるレーザー照射光学システムの第２の実施の形態のシステム構成図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付してある。
【００５２】
図３において、Ｎ台のレーザー発振器３１１〜３１Ｎは、レーザーダイオード（ＬＤ）、ＬＤ励起固体レーザー（ＤＰＳＳ）、エキシマ、アルゴン、クリプトンのイオンレーザーなどのいずれかであり、直線偏光かランダム偏光、パルス駆動か連続発振されるレーザーである。このＮ台の発振器３１１〜３１Ｎから出射されたレーザービームは、それぞれレンズ１２１〜１２Ｎにより別々に集光され、入力端コネクタ１３１〜１３Ｎを介して第１の伝送用マルチモードファイバ（ＭＭファイバ）３２a,1〜３２a,Nに別々に入力される。
【００５３】
その後、分波器１５１〜１５Ｎ、第２のＭＭファイバ３２ｂ,1〜３２ｂ,i×N、合波器１６１〜１６Ｎ、第３のＭＭファイバ３２c,1〜３２c,N、二分岐ファイバカプラ１７１〜１７Ｍ、モニタ出力の第５のＭＭファイバ３２e,1〜３２e,M、メイン出力の第４のＭＭファイバ３２d,1〜３２d,Mから出力されるレーザービームをコリメータするレンズ系２１１〜２１Ｎまでと構成されるファイバでのレーザー転送光学系は、前述の図１の第一の実施形態と同じのものである。但し、図１の第１から第５の伝送ファイバ１４a,1〜１４e,Mの偏波保存のものから、図３の第１から第５の伝送ファイバ３２a,1〜３２e,Mのマルチモードのものになる。この様に、ＭＭファイバの転送光学系を用いて、元にＮ台フリースペースで伝搬されるレーザービームを、マルチモードファイバ転送系を介して配向装置の照射用ホモジナイザー光学系までに転送しながら、各々のメインビーム伝送されるファイバの出力端のレーザーパワーのモニタ機能も充実している。
【００５４】
図３において、Ｍ個のメイン出力コネクタ１８１〜１８ＭからのＭ本のランダム偏光のレーザービームは、レンズ系２１１〜２１ＭでＭ本の平行光にコリメータされた後、偏光反射板（或いは偏光プリズム）３３１〜３３Ｍによりそれぞれｐ偏波の直線偏光のビーム（以下、ｐ偏光）とｓ偏波の直線偏光のビーム（以下、ｓ偏光）とに分離され、ｐ偏光は透過し、ｓ偏光は反射して反射ミラー３４１〜３４Ｍで更に反射されて光路が試料面２８に向かう図中のＺ方向に変えられる。なお、分離された共に直線偏光になっているＭ本のｓ偏光とＭ本のｐ偏光のビームを、各々設けられた２×Ｍ枚の二分の一波長板２２１〜２２２Ｍに通させて、各々の波長板を各々のビームの偏光方向に合わせて一定な角度を回転させることにより、ｓ偏光とｐ偏光のビームの全てを、偏光方向を照射試料面２８に対し特定な方向に揃えられる様に調整する。
【００５５】
２×Ｍ枚の二分の一波長板２２１〜２２２Ｍから出た２×Ｍ本の直線偏光ビームは、前述した図面１の本発明の第一の実施形態と同じ構成（但し図１がＭ本のビーム）のホモジナイザー光学系で処理される。先ず１対１に設けられたホモジナイザーレンズ系２３１〜２３２Ｍで長軸方向（図中Ｘ方向）に沿う光強度分布が均一化された２×Ｍ本の線状形ビームにそれぞれ整形される。その後、コンデンサ円筒形レンズ２５でその２×Ｍ本の線状形ビームをＸ方向が揃うように重ね合わせて１本の線状形ビームにされ、試料面２８に対しゼロ角度入射で照射できる。また、必要に応じて、特定な角度でビームを折り返し反射させるミラー２６を設けて試料面２８に対し角度θで入射することもできる。その後、上記の１本の線状形ビームは、円筒形レンズ２７でビーム短軸方向（Ｙ方向）のビーム幅が数十ミクロンから数百ミクロンの極めて狭い一本の細長い線状形ビームで、かつ、高度な均一性を有する直線偏光のレーザービームに整形された後、試料面２８に照射される。
【００５６】
この実施の形態では、コア径が大きいマルチモードファイバでのビーム転送で、複数Ｎ台の高出力のレーザー３１１〜３１Ｎの導入により、百ワットクラス平均出力の照射パワーを導入可能になり、なお、ＭＭファイバで転送されたランダム偏波のビームを直線偏光ビームに直す手段で、光配向に必要な直線偏光ビームが得られる。
【００５７】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図４は本発明になるレーザー照射光学システムの第３の実施の形態のシステム構成図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付してある。図４に示す第３の実施の形態は、直線偏光、或いはランダム偏光のレーザーを出射するＮ台（ここでは、一例としてＮ＝７）のレーザー発振器１１１〜１１７から出射されたレーザーを、フリースペースのビーム転送光学系を転送させて光配向照射光学系に入射する構成である。
【００５８】
すなわち、発振器１１１〜１１７のレーザービームは、直線偏光の場合は二分の一波長板３６１〜３６７でそれぞれその偏光方向が回転されて揃えられ、ビーム整形レンズ系３７１〜３７７を透過してビーム整形プリズム３８１〜３８７に入射する。なお、レーザーがランダム偏光の場合は二分の一波長板３６１〜３６７は不要である。
【００５９】
ビーム整形プリズム３８１〜３８７はビーム入射側にある直角反射面が誘電体の多層膜コーティングによる全反射鏡面３８ａ１〜３８ａ７とされており、また、ビーム出射側端面が線状形ビームホモジナイザ非球面レンズの光学面３８ｂ１〜３８ｂ７とされている。これにより、ビーム整形レンズ系３７１〜３７７を透過したレーザーは、ビーム整形プリズム３８１〜３８７の全反射鏡面３８ａ１〜３８ａ７で全反射された後、ビーム整形レンズ系３７１〜３７７と光学面３８ｂ１〜３８ｂ７との組み合わせの線状形ビームホモジナイザ非球面レンズにより、強度分布が試料面２８の長軸方向（Ｘ方向）に均一化され、かつ、Ｘ方向に横並びの７本の線状形ビームとしてビーム整形プリズム３８１〜３８７を透過してコンデンサ円筒レンズ系２５に入射する。
【００６０】
上記の７本の線状形ビームはコンデンサ円筒形レンズ２５により、互いの長軸方向（Ｘ方向）を揃えて重ね合わされて平均効果で光強度分布が均一化された１本の線状形ビームにされ、試料面２８に対しゼロ角度入射で照射される。この被照射試料面２８に照射される１本の線状形ビームは、必要に応じて、特定な角度でレーザービームを折り返し反射する誘電体多層膜コーティングの反射ミラー２６を設けて、図２と共に説明したように、試料面２８に対し角度θで入射することもできる。
【００６１】
その後、上記の１本の線状形ビームは、短軸方向集光用の円筒形レンズ２７でビーム短軸方向（Ｙ方向）のビーム幅が数十ミクロンから数百ミクロンの極めて狭い一本の細長い線状形ビームで、かつ、高度な均一性を有する直線偏光のレーザービームに整形された後、試料面２８に照射される。
【００６２】
この実施の形態によれば、従来のフリースペースのビーム転送方法でも、７台のレーザー発振器からのレーザービームを一つの高度な均一性を有する線状形ビームを容易に作成することができる。この実施の形態によれば、３５５ｎｍの波長のＤＰＳＳレーザーの場合、数十から百ワットクラスの高出力レーザービーム一つを作成することができる。
【００６３】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図５は本発明になるレーザー照射光学システムの第４の実施の形態のシステム構成図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付してある。図５に示す第４の実施の形態のレーザー照射光学システムは、ＬＣＤパネルに、均一強度分布レーザービームを照射して配向膜を形成する光配向法用レーザー照射光学システムであって、レーザー光源として直線偏光のレーザーを出射するＮ個（Ｎは２以上の自然数）のレーザーダイオード（ＬＤ）４１１〜４１Ｎを用いた点に特徴がある。
【００６４】
Ｎ個のレーザーダイオード４１１〜４１Ｎから出射された直線偏光のレーザーはそれぞれ集光レンズ系４２１〜４２Ｎにより別々に集光され、入力端コネクタ１３１〜１３Ｎを介して第１の伝送用偏波保存ファイバ（ＰＭファイバ）１４a,1〜１４a,Nに別々に入力される。その後、第１のＰＭファイバ１４a,1〜１４a,N、分波器の１５１〜１５Ｎ、合波器の１６１〜１６Ｎ、モニタ出力の第５のＰＭファイバ１４e,1〜１４e,M、メイン出力の第４のＰＭファイバ１４d,1〜１４d,Mまでと構成されるファイバでのレーザー転送光学系は、前述した図１の第１の実施の形態とほぼ同様の構成で、Ｎ個のＬＤビームに対し、出力をモニタする機能を持ちながら、メイン出力を持つＭ本のＰＭファイバ１４d,1〜１４d,Mまでに転送される。
【００６５】
ここで、注目すべきは、一個のＬＤでワットクラスの出力未満で、大型ＬＣＤパネル用基板を光配向処理装置に必要な照射パワーに達成するため、非常に数多い、例えば百個以上のＬＤを同時に導入しなければならない点である。数多いＬＤの導入で一般上述のＰＭファイバ転送系出力側にファイバの本数Ｍは、数十から数百のもので、ここに、ファイバアレイ４３という光学部品でＭ本のファイバを図５に示すＸ方向に一列に並んでレーザービームを出力させる。ファイバアレイ４３で一列に並んで出力されたＭセットのレーザービームは、直線偏光性を有するが、このＭ本のビームの偏光方向は、ファイバアレイ４３を組立てた際に既に合わせ済みの事である。また、ファイバアレイ４３から出力されるレーザービームは、発散光のＭ本である。ファイバアレイ４３の付近に設けられるＸ方向に一列並びのマイクロレンズと構成されるホモジナイザーレンズアレイ４４は、ファイバアレイ４３から出るＭ本の発散ビームを整形する。
【００６６】
整形されたＭ本の各々のビームは、図５中のＸ方向にそれぞれ均一な光強度分布として拡散ビーム、同図中のＹ方向にそれぞれ平行光ビームの様になる。この様に図５中Ｚ方向に一定的な距離に伝搬されて行くＭ本のビームは、Ｘ方向に長軸として線状形のビームになり、光路上に更に設けられたコンデンサ円筒レンズ系４５により、発散方向Ｘに被照射試料面に集結され、細長い一本の線状形ビームに整形される。元々ＰＭファイバ１４d,1〜１４d,Mから出力されたＭ本のビームは、長軸方向（Ｘ方向）に一本ずつ見るとその光強度分布がガウシャン分布の様なものであるが、ビームホモジナイザレンズアレイ４４による整形と、コンデンサ円筒形レンズ４５の試料面２８へ多数のビームを多重に重ね合わせて集光することによる平均効果でビームの横並びＸ方向に沿って、光強度が高度に均一化され、試料面２８に対しゼロ角度入射で照射される。
【００６７】
また、この被照射試料面２８に照射される線状形ビームは、必要に応じて、特定な角度でレーザービームを折返し反射するミラー２６を設けて、図２と共に説明したように、試料面２８に対し角度θで入射することもできる。
【００６８】
その後、上記の線状形ビームは、円筒形レンズ２７で長軸方向（Ｘ方向）は百から数百ｍｍ、ビーム短軸方向（Ｙ方向）のビーム幅が数十から数百ミクロンの極めて狭い一本の細長い線状形ビームで、かつ、高度な均一性を有する直線偏光のレーザービームに整形された後、試料面２８に照射される。前述のように、レンズ系の工夫により、ビーム短軸方向に台形型の均一光強度分布も整形できる。
【００６９】
なお、モニタ用出力端光ファイバコネクタ１９１〜１９Ｍから転送したＭ本のレーザービーム毎に出力光強度をリアルタイムに検知し、そのモニタ用レーザービームに対応したレーザーダイオード４１ｋの出力パワーの帰還制御もできて、それにより、横並び方向のビーム均一化の為の光分布の微細調整もできる。
【００７０】
本実施の形態によれば、ファイバアレイ４３を実装する際に全てのＭ本のビームの偏光方向の調整を行ったので、試料面２８に対し偏波方向は特定な方向に揃える機能を備え、必要に応じて試料面２８に対し特定角度で斜めに照射する機能を備え、ファイバアレイ４３から出射するＭ本のビームの各々に出力パワーのモニタ及びビームの帰還制御機能を備え、長軸方向のＭ本線状形ビームの重ね合せ効果で平均化して高度な均一化フラットトップの光強度分布を有し、短軸方向に数十から数百ミクロンの極めて狭い幅のガウシャン強度分布を有する一つの細長い直線偏光のレーザービームで、大面積の試料面２８（ＬＣＤパネルに塗布された薄膜）を照射して、均一な光配向膜を短時間で形成することができる。また、本実施の形態は第１の実施の形態と同様の特長を有する。
【００７１】
また、本実施の形態におけるレーザーダイオード４１１〜４１Ｎから出射された直線偏光のレーザーをＰＭファイバに入射する技術と、ビームを分岐する分波器と合波する合波器と出力端分岐率相違のモニタカプラなどコリメータの製造技術は、光通信の部品開発と共に発展しており、非常に容易であるため、仮に１００個以上のレーザーダイオードの出力レーザーをＰＭファイバに入力し、バンドリングされて出力することも非常に容易であり、本実施の形態によれば、現在は数百ミリワット出力しか得られない単体のレーザーダイオードを多数のＰＭファイバで構成される照射光学系の出力を数十から百ワットの出力も実現できる。
【００７２】
なお、以上の実施の形態において、Ｎ台のレーザー発振器又はレーザーダイオードを一緒に使用しているので、全体の発振器の出力制御により、単体発振器の運転停止状態での保守作業が個別的にでき、装置の普段通りの正常運転中でもレーザーとその他光学系の保守作業ができるという効果もある。また、前記Ｍはレーザー発振器の数Ｎと同数でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明のレーザー照射光学システムの第１の実施の形態のシステム構成図である。
【図２】図１においてミラー２６を設けた場合の側面から見たシステム構成図と、ミラー２６を設けない場合の側面から見たシステム構成図である。
【図３】本発明のレーザー照射光学システムの第２の実施の形態のシステム構成図である。
【図４】本発明のレーザー照射光学システムの第３の実施の形態のシステム構成図である。
【図５】本発明のレーザー照射光学システムの第４の実施の形態のシステム構成図である。
【符号の説明】
【００７４】
１１１〜１１Ｎ  直線偏光ビームのレーザー発振器
１２１〜１２Ｎ、４２１〜４２Ｎ  レーザービームをファイバへ入力する集光レンズ系
１３１〜１３Ｎ  光ファイバの入力端コネクタ
１４ａ,１〜１４ａ，Ｍ、１４ｂ,１〜１４b，ｉ×Ｎ、１４ｃ,１〜１４ｃ，Ｍ、１４ｄ,１〜１４ｄ，Ｍ、１４ｅ,１〜１４ｅ，Ｍ    偏波保存光ファイバ（ＰＭファイバ）
１５１〜１５Ｎ  １対ｉ分岐のファイバ分波器
１６１〜１６Ｍ  ｊ対１のファイバ合波器
１７１〜１７Ｍ  二分岐ファイバカプラ
１８１〜１８Ｍ  転送されるレーザーのメイン出力を有するファイバの出力端コネクタ
１９１〜１９Ｍ  転送されるレーザーのメイン出力をモニタする為のファイバの出力端コネクタ
２１１〜２１Ｍ  コリメータレンズ系
２２１〜２２Ｍ、２２M+1〜２２２Ｍ、３６１〜３６７  二分の一波長板
２３１〜２３Ｍ  レーザービームホモジナイザー光学レンズ系
２５、４５  Ｍ本線状形ビームを試料面の長軸Ｘ方向に沿って重ね合わせて一本の線状形ビームになるためのコンデンサ円筒形レンズ系
２６  ビームを被照射試料面に対し角度θで入射させるための反射ミラー
２７  入射された線状形ビームを、試料照射面に短軸Ｙ方向に集光し、極めて細い幅に整形するための円筒形レンズ系
２８  光配向膜が塗布されたＬＣＤパネル用基板の被照射試料面
３１１〜３１Ｍ  ランダム偏光、或いは、直線偏光のレーザー発振器
３２ａ,１〜３２ａ，Ｍ、３２ｂ,１〜３２b，ｉ×Ｎ、３２ｃ,１〜３２ｃ，Ｍ、３２ｄ,１〜３２ｄ，Ｍ、３２ｅ,１〜３２ｅ，Ｍ  マルチモード光ファイバ（ＭＭファイバ）
３３１〜３３Ｎ  偏光反射板、或いは、偏光プリズム
３４１〜３４Ｍ  全反射ミラー
３７１〜３７７  ビーム整形レンズ系
３８１〜３８７  ビーム整形プリズム
３８ａ１〜３８ａ７  全反射鏡面
３８ｂ１〜３８ｂ７  線状形ビームホモジナイザ非球面レンズの光学面
４１１〜４１Ｎ  レーザーダイオード（ＬＤ）
４３  ファイバアレイ
４４  ビームホモジナイザレンズアレイ
【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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