(57)【要約】【課題】例えば、フォトアライメントのためのパターンを露光することによって光学フィルムを製造するための露光装置を提供する。【解決手段】光学フィルム４０は、感光層２０および基板１０を有する。露光システム８は、露光ビームを光源１から反射型偏向変調デバイス８８に向ける。変調された露光ビームは、続いて、光学フィルム４０上にパターンを形成するために、感光層２０上に反射される。【選択図】図２
2004102262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　感光媒体上にパターンを露光するための装置であって、
　（ａ）入射光ビームを反射型偏向光変調器に提供するための露光源を備えるとともに、
　（ｂ）前記反射型偏向光変調器が、露光ビームを前記感光媒体に反射させるために、各ピクセルにおいて前記入射光ビームの偏向状態を変調するためのピクセルアレイを備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
　請求項１に記載の装置であって、前記感光媒体が直線的な光重合媒体であることを特徴とする装置。
【請求項３】
　請求項１に記載の装置であって、前記露光ビームが前記感光媒体において異性化を起こさせることを特徴とする装置。
【請求項４】
　請求項１に記載の装置であって、前記露光ビームが前記感光媒体において光二量化を起こさせることを特徴とする装置。
【請求項５】
　請求項１に記載の装置であって、前記露光ビームが前記感光媒体において光解離を起こさせることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、光学フィルムを製造するための装置に関し、特に光学フィルムの感光媒体上にパターンを露光するための装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
　光学フィルムを含む光コンポーネントの製造のためのフォトアライメント方法に相当な関心が寄せられてきている。例えば、特許文献１には、液晶媒体を位置合わせするためにＵＶ光を用いるフォトアライメント方法が開示されている。このフォトアライメント方法の場合、ラビング（ｒｕｂｂｉｎｇ）のような従来の機械式アライメント方法と比べ、露光された感光媒体において高解像度パターンを作成可能であるという利点がある。フォトアライメント技術を用いれば、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）に用いるようなパターンアライメント層を形成し、イメージカード、セキュリティカード等として用いるマルチドメイン液晶構造およびパターン光学フィルムを作成することが可能である。一般に、感光媒体の応答特性に応じて、強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）や偏向等、露光エネルギの様々な特性を変えることによってパターンを形成することが可能である。
【０００３】
　シリコン上への電子回路の製造等に用いられるフォトリソグラフィでは、マスクを用いて特定の領域に対する露光エネルギを選択的に遮断することによって、フォトレジストウエハ基板上に幾何学的なパターンを焼き付ける。スタティックマスクを用いるという考え方は、光学フィルムの製造に応用することが可能であり、この場合、同一の定形パターンが製造プロセスの一部に繰り返し用いられる。
【０００４】
　ところで、マスクを製造することは、当然、コストがかかり、また、全体の製造スケジュールに影響を与える。さらに、不良マスクの修正や製造プロセスの変更に伴うマスクの変更は困難である。そのため、半導体産業は、「マスクレス」フォトリソグラフィにかなりの関心を寄せてきている。例えば、特許文献２および特許文献３には、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）を、フォトレジスト基板上にパターンを反射するために用いる方法が開示されている。ＤＭＤは、極小ミラーアレイを備えており、この各々のミラーは、それぞれ光を反射してフォトレジスト基板上に向けたり逸らしたりすることが可能である。これにより、露光パターンを、ＤＭＤ上に形成することが可能となる。次に、回路コンポーネントを形成するために、露光源を、ＤＭＤ面から反射させて基板上に集光する。この方法は、光強度を用いることで所望のパターンが形成できるという点において優れていると考えられる。
【０００５】
　特許文献１の装置を用いて処理されるフィルムのような数多くのタイプの光学フィルムにおいて、感光媒体におけるアライメントまたはその他のパターン形成を調整する場合、光強度よりもむしろ光の偏向状態および方向が用いられる。フォトリソグラフィの枠組みに従って、特許文献４に開示されているように、偏向光による光学フィルムの露光に用いられる多くのデバイスにおいてマスクが採用されてきている。しかしながら、マイクロリソグラフィにマスクを用いる場合と同様に、コストや配設の困難さなどの問題が、光学フィルム製造にマスクを用いる場合にも生じるということは予想される。
【０００６】
　適応性のある解決策に対する要求を満たすために、特許文献５には、マスクとして機能し、直線的に偏向させられたパターン光を発生させる透過型光コンポーネントが開示されている。図１Ａおよび図１Ｂは、感光層２０および基板１０を備える光学フィルム４０の露光プロセスの原理を示す図である。光源１が、Ｐ偏向を有する偏向光９１を発する。透過型マスク９８、すなわち、透過型ＬＣＤ空間光変調器が、各ピクセル領域において露光ビーム９２を選択的に変調して、図１Ａに示すようなＰ偏向光、または図１Ｂに示すようなＳ偏向光のいずれかをもたらす。上述したマイクロリソグラフィにおけるＤＭＤ解決策の場合と同様に、特許文献５の開示に係る解決策は、動的に変更可能なマスク解決策を提供する。そして、光学フィルム製造に対応するために別々のマスキングコンポーネントを用意しなくてもよい。
【０００７】
　フォトアライメントに用いられる場合に、感光層２０は、一般に、薄い光反応アライメント媒体、一般に、直線的な光重合（ＬＰＰ：Ｌｉｎｅａｒ Ｐｈｏｔｏ　Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）媒体であり、また、光配向性ポリマーネットワーク（ＰＰＮ：Ｐｈｏｔｏ　ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ）として知られている。感光層２０は、基板１０に適用され、光（一般にはＵＶ光）を照射されることで、方向性のあるアライメントバイアスをもたらす。
【０００８】
　異なる光反応プロセスに基づいて、いくつかのフォトアライメント方法がある。一般的に、フォトアライメント方法は、次の３つの基本的なタイプのうちの１つであると言ってもよいであろう。
　（１）異性化（例えば、特許文献６に開示されている。）
　（２）光二量化（例えば、特許文献７に開示されている。）
　（３）光解離（例えば、非特許文献１に教示されている。）
【０００９】
　感光層２０を位置合わせすると、液晶ポリマー（ＬＣＰ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ）層が、好適なアライメントの配向を提供するように処理されたＬＰＰ層を覆うように加えられる。フォトアライメント技術においてよく知られているように、ＬＣＰ材料には、架橋性液晶モノマー、オリゴマー、または架橋性基を有するプレポリマーが含まれる。所期の用途に応じて、架橋性液晶材料が、ネマチック相、スメクチック相、またはコレステリック相を示す場合もある。
【００１０】
　透過型ＬＣＤ空間光変調器は、数多くの投影型ディスプレイ装置において都合よく用いられてきているが、これらのデバイスには、高エネルギ露光環境に対する本質的な不都合がある。光学技術においてよく知られているように、透過型ＬＣＤは透明な基板上に製造されるので、回路配線およびコンポーネント構成によって、ピクセルを変調する各ＬＣＤセルの作用面積（ａｃｔｉｖｅ ａｒｅａ）が低減される。結果として、各ピクセルにおける有効アパーチャサイズは、透過型ＬＣＤ上の利用可能な面積のうちのほんの少しである。これは、輝度、放射度、または露光エネルギのいずれの点から考慮しても、各ピクセルにおける利用可能な光量に対するかなりの制約である。結果として、より高エネルギの光源を低レベルの効率で用いなければならない。デバイス形状のため、達成可能な解像度レベルに対する限界もある。従って、特許文献５の透過型ＬＣＤは光学フィルム上に適応可能なパターンを形成するいくらかの機能を有するが、許容可能な強度および解像度に対するいくつかの制限がある。１：１の倍率以外で画像化することは更なる難しさをもたらすが、これは、干渉作用および焦点制限（ｆｏｃｕｓ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｓ）のためである。
【００１１】
　反射型ＬＣＤ空間光変調器は、ディスプレイおよび投影のための画像化装置において入射光の偏向を変調するために用いられてきた。これらのデバイスにおいては、偏向ビームスプリッタを介して反射型ＬＣＤに向けられた光を、入射光の個々のピクセルにおける偏向状態を選択的に変えることによって変調する。反射された光は、入射光と同一方向にはね返されるが、偏向ビームスプリッタを通過してディスプレイ面に至る経路に沿って透過させられる。例えば、ＬＣＤ空間光変調器は、開発されてきているだけでなく、例えば、特許文献８において開示されているような、画像ディスプレイのためのデジタル投影システムに、また、特許文献９において開示されているような、ヘルメットの内側に装着したり眼鏡で支持されたりするのに相応しい小型化された画像ディスプレイ装置において採用されてきている。反射型ＬＣＤコンポーネントにおける改良によって、これらのデバイスの解像度が向上されてきている。ＬＣＤアレイにおける各ピクセルセル（ｐｉｘｅｌ ｃｅｌｌ）が反射型であることから、アパーチャサイズが最大化されることで、透過型ＬＣＤと比べると輝度または放射度においてかなりの向上がもたらされる。但し、反射型ＬＣＤコンポーネントの開示された用途は、印刷および投影のための装置において画像形成することに関する。
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６，０６１，１３８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６９１，５４１号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０６０，２２４号明細書
【特許文献４】米国特許第５，３８９，６９８号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００２／００２７６２４号明細書
【特許文献６】米国特許第４，９７４，９４１号明細書
【特許文献７】米国特許第５，６０２，６６１号明細書
【特許文献８】米国特許第５，３２５，１３７号明細書
【特許文献９】米国特許第５，８０８，８００号明細書
【特許文献１０】米国特許出願第１０／２４２，５６４号明細書
【非特許文献１】イイムラ他著、「Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｐｈｏｔｏ−Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　ＬＣＤ　Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」、ＳＩＤ　Ｄｉｇｅｓｔ、１９９７年、ｐｐ．３１１−３１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
　従って、マスクを用いて感光材料を露光することによってパターン形成された光学フィルムを製造するための解決策はいくつか示されてきていたが、特に、光効率および解像度について改良の余地があるということは明らかである。
【００１４】
　そこで、本発明では、光学フィルムの製造においてパターンを形成するための改良された装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
　この目的を念頭において、本発明は、感光媒体上にパターンを露光するための装置であって、（ａ）入射光ビームを反射型偏向光変調器に提供するための露光放射源を備えるとともに、（ｂ）前記反射型偏向光変調器が、露光ビームを前記感光媒体に反射させるために、各ピクセルにおいて前記入射光ビームの偏向状態を変調するためのピクセルアレイを備えることを特徴とする装置を提供する。
【００１６】
　本発明の１つの特徴は、感光層に向かって反射される光ビームの偏向を変調することによって、感光媒体上にパターンを形成することである。
【発明の効果】
【００１７】
　本発明の１つの利点は、反射型「マスク」として反射型ＬＣＤを用いるので、露光工程の間であってもパターンを速やかに変えることを可能にするという点である。
【００１８】
　本発明のもう１つの利点は、光変調のために反射手段を用いることで、放射露光エネルギが利用可能な光学アパーチャを増大するという点である。
【００１９】
　本発明のさらにもう１つの利点は、反射型ＬＣＤを用いることによって、透過型ＬＣＤを用いる露光装置と比べて、より高解像度となる可能性をもたらすという点である。
【００２０】
　本発明に係るこれらおよびその他の目的、特徴、および利点は、図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことで当業者にとって明らかとなるはずである。図面および詳細な説明において、本発明の一例としての実施の形態について図示および説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
　本明細書の記載は、特に、本発明に係る装置の一部を構成する構成要素や、本発明に係る装置と直接的に連係する構成要素等向けられている。具体的に図示および説明されていない構成要素については、当業者によく知られている様々な形をとる場合があるということは言うまでもない。
【００２２】
　本願の趣旨において、「感光（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）」および「光反応（ｐｈｏｔｏｒｅａｃｔｉｖｅ）」という用語は同義であるとみなす。好適な実施の形態において、本発明に係るシステムおよび方法は、ＬＣＰ層のアライメントのために用いられる光学フィルムにおける光反応材料の露光を意図しているが、層状の感光材料に対して露光または照射して、光学フィルム製造の一部として光反応を利用する場合であればいつでも、本明細書において開示されたシステムおよび方法を、光学フィルム全体の製造において、より広範に利用することが可能である。
【００２３】
　基板層は、光学フィルムに対して、追加の層を支持するものとして機能するのに十分な機械的な強度を有する必要がある。ロールツーロール式ウエブ製造において、基板は、ロールに巻き付けられたりロールから巻き取られたりするのに十分な強度を有する必要がある。光学フィルムのための一般的な基板材料としては、三酢酸セルロース（ＴＡＣ：Ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ　Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ポリエステル、ポリカーボネート、またはその他の透明なポリマーが挙げられる。また、その厚みは、２５〜５００マイクロメートルの範囲が望ましい。光反応材料から構成されている配向層、つまり異方性層の厚みは、一般に、約５マイクロメートル未満であり、特に、２マイクロメートル厚未満であることが多い。この異方性層は、基板として用いたり、基板とみなしたりすることはできない。好適な実施の形態の場合には、ロールツーロール式製造プロセスにおいて、ウエブ（ｗｅｂ）に沿って光学フィルムが製造される。なお、基板としてガラスまたはその他の硬い材料を用いてもよい。
【００２４】
　本発明の装置および方法においては、光学フィルムの製造に備えて光反応媒体を調整するために露光照射を用いる。「調整する（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）」という用語は、ここで用いるように、適切に理解されなければならない。好適な実施の形態においては、露光エネルギが、アライメント光反応を引き起こすことによって光学フィルムを調整する。一般的なアライメント光反応には、背景技術の欄において上述したような、異性化、光二量化、光解離が含まれる。但し、本発明の方法を、例えば、硬化（ｃｕｒｉｎｇ）を含むその他のタイプの調整処理とともに用いることも可能である。
【００２５】
　当該技術分野においてよく知られているように、光学材料は、３つまでの異なる主要な屈折率を有する場合もあるが、これらの屈折率の関係に基づいて等方性または異方性のいずれか一方として分類することが可能である。その主要な屈折率の３つが全て等しい場合に、材料は、等方性であるとみなされる。異方性の場合に、材料は、一軸性または二軸性のいずれかである場合がある。２つの主要な屈折率が等しい場合に、材料は、一軸性であるとみなされる。一軸性材料は、常光線屈折率（ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｉｎｄｅｘ）ｎo、異常光屈折率（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｉｎｄｅｘ）ｎe、およびその光学軸（軸ｎe）の向きを表す２つの角度を有するものとして一意的に特徴づけられる。ｎeがｎoよりも大きい場合に、一軸性材料は、正の複屈折性である。ｎeがｎoよりも小さい場合に、一軸性材料は、負の複屈折性である。複屈折動作を制御することは、光学フィルムの製造および応用において特に有用である。３つの屈折率の全てが異なる場合に、材料は、二軸性であるとみなされ、その主要な屈折率ｎｘ0、ｎｙ0、ｎｚ0、および３つの配向角によって一意的に指定される。
【００２６】
　図２Ａおよび図２Ｂに、本発明の実施の形態である露光装置８を示す。これは、偏向光に対する露光によるパターンを備えた光学フィルム４０を製造するためのものである。反射型偏向変調デバイス８８が、光源１からの入射ビーム８１の偏向状態を変調する。変調された露光ビーム８２が、基板１０に連結されている感光層２０に向けられる。
【００２７】
　好適な実施の形態では、反射型偏向変調デバイス８８は、反射型ＬＣＤ空間光変調器である。反射型ＬＣＤは、ピクセルアレイを備えており、この各ピクセルをアドレス指定して変調することが可能である。図２Ａは、変調されていないピクセルの場合における偏向変調デバイス８８の動作を示す図である。この場合、変調された露光ビーム８２におけるピクセルの偏向状態は、入射ビーム８１の状態と同様のＰ偏向状態である。図２Ｂは、ｓ偏向状態へのピクセルの変調を示す。反射型偏向変調デバイス８８上における変調されたピクセルと変調されていないピクセルの配置によって、変調された露光ビーム８２によって感光層２０上に加えられるパターンが決定される。
【００２８】
　図２Ａおよび図２Ｂの斜め方向のポジショニングは、光源１および光学フィルム４０の表面に対する偏向変調デバイス８８の数多くの可能性がある配置角度のうちの１つにすぎないということに留意しなければならない。図２Ａおよび図２Ｂの配置では、露光ビーム８２が光学フィルム４０に垂直に入射する。数多くのタイプのアライメント媒体を含むような、いくつかのタイプの感光層２０では、斜め入射が望ましい。従って、偏向変調デバイス８８の相対角度を利用して、露光ビーム８２を、製造中の光学フィルム４０のタイプに好適な角度で入射させる場合がある。また、いくつかの応用例では、入射ビーム８１および露光ビーム８２を平行化する場合もあるということに注目しなければならない。これは、一定のタイプの感光材料では、平行光（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ　ｌｉｇｈｔ）に対して向上された応答を示す場合もあるからである。
【００２９】
　露光装置８を、光学フィルム４０の機能に応じて、かなりの数の異なるタイプの感光層２０に対して用いることが可能であるということは言うまでもない。感光層２０は、ＵＶ光、可視光、また更には赤外光からの露光照射に対する感応性が高い場合もある。露光の間において、光学フィルム４０は、固定された状態で、例えば、個々のシートとして提供されることが可能であろう。代替的に、光学フィルム４０は、例えば、ロールツーロール式製造工程において、ウエブ上に提供されることも可能であろう。光学フィルム４０は、少なくとも１つの感光層２０に加えて、任意の数の層を有することも可能であろう。露光装置８が光学フィルム４０における感光層２０の感光特性に相応しく適合させられている場合に、最良の結果と最高の効率が得られるということは明らかである。露光装置８は、フィルム製造という用途にとどまらず、その他の用途を有することも可能であろう。また、基板１０は、その上で感光層２０が処理されるのであれば、ガラスまたはその他の硬質材料であることも可能であろう。
【００３０】
　光学フィルム４０上に加えられるパターンは、例えば、アライメントフィルムのためのスタティックパターンであることも可能であろう。但し、露光装置８は、その他のタイプのパターンを用いることも可能である。例えば、身元確認またはセキュリティのための画像、またはその他いくつかのタイプのパターニングを、本発明の範囲内において用いることが可能である。
【００３１】
　光源１は、偏向光を提供するとともに、一定の少なくとも１つの波長帯を有する光を提供するために付加的なフィルタを含む場合もある。
【００３２】
　図３Ａおよび図３Ｂに代替的な実施の形態を示すが、この場合、露光装置８は、同一出願人による同時係属中の米国特許出願第１０／２４２，５６４号において開示されているように、露光エネルギの一部を再利用するための反射面５０を含む。反射面５０は、光学フィルム４０に対して反射型偏向変調器８８の反対側に配設される。反射面５０は、残留ビーム８３の一部を反射して、反射ビームとして光学フィルム４０に向かってはね返す。図３Ａおよび図３Ｂにおいて示すように、反射ビーム８４は、反射型偏向変調器８８におけるピクセル状態とは無関係に、残留ビーム８３の偏向状態を保持する。その他の場合では無駄になるであろう露光エネルギを再利用することによって、図３Ａおよび図３Ｂの配置は、露光装置８の全体的な効率を高める上で役立つ場合がある。再利用された反射ビーム８４を用いて、露光ビーム８２によって達成された光反応の応答を増大することによって、反射型偏向変調器８８のパターン形成機能を補完することが可能であろう。代替的に、反射ビーム８４は、露光ビーム８２によって達成された光反応の応答を媒介して、拮抗作用を有することも可能であろう。さらに、反射ビーム８４は、例えば、硬化のためのエネルギを提供するような、いくつかの代替的な目的に役立つことも可能であろう。同一出願人による同時係属中の米国特許出願第１０／２４２，５６４号において指摘されているように、反射面５０は、ミラー、つまり再帰反射面である場合もあり、光学フィルム４０の表面に対して平行に向けられている場合もあれば、その表面を基準としていくらか傾斜角をつけた方向に向けられている場合もある。光学フィルム４０の製造に役立つように、反射面５０を、例えば、静電引力（ｓｔａｔｉｃ ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ）または接着剤等を用いて光学フィルム４０と連結する場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】偏向状態を変調するために透過型ＬＣＤを用いて光学フィルム上にパターンを露光するための従来技術による露光装置を示す概略図である。
【図２】偏向状態を変調するために反射型ＬＣＤを用いて光学フィルム上にパターンを露光するための本発明による装置を示す概略図である。
【図３】光学フィルムを介して透過させられた露光エネルギを再利用するために反射面を用いる本発明による付加的な実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
　１　光源、８　露光装置、１０　基板、２０　感光層、４０　光学フィルム、５０　反射面、８１　入射ビーム、８２　露光ビーム、８３　残留ビーム、８４　反射ビーム、８８　反射型偏向変調デバイス、９１　偏向光、９２　露光ビーム、９８　透過型マスク。
【図１】
2004102262.tif 000003
【図２】
2004102262.tif 000004
【図３】
2004102262.tif 000005