(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分的に偏光させ且つ部分的に平行化した光で基材を整合するための露光システムにおいて、
少なくとも一つの光線の源と、
前記光線を部分的に平行化するための手段と、
前記光線を部分的に偏光するための手段であって、部分的に偏光させた光線の偏光比が約１：１の状態が除外された１：１００乃至１００：１の範囲にある、前記手段と、
前記部分的に平行化し且つ部分的に偏光させた光線に対して前記基材を移動させるための手段であって、前記部分的に偏光させた光線は、一つの次元に沿った発散角度が約５°以上であり且つ約３０°以下であり、前記一つの次元に直交する次元に沿った発散角度が限定されていない、前記手段と、
を有する、露光システム。
【請求項２】
前記光線に部分的にフィルタをかけるための手段を更に有する、請求項１に記載の露光システム。
【請求項３】
部分偏光の度合いを調節するための手段を更に有する、請求項１又は２に記載の露光システム。
【請求項４】
前記光線源は長さ方向軸線を有し、
前記光線を部分的に平行化し及び部分的に偏光させるための前記手段は、
前記光線源の前記長さ方向と平行に、前記光線を焦点に焦合するために所定距離のところに配置された、長さ方向軸線を持つ円筒形楕円形鏡と、
長さ方向軸線を持ち、前記光線源に向いた面及びこれから遠ざかる方に向いた面を持ち、ほぼ前記焦点のところに前記光線源の長さ方向軸線に沿って配置された第１孔と、
前記光線源に向いた面及びこれから遠ざかる方に向いた面を持ち、特定の設計角度を有し、前記第１孔の前記光線源から遠ざかる方に向いた面に沿って前記特定の設計角度と対応する角度で配置された、反射光及び透過光を発生する薄いフィルム状偏光子と、
長さ方向軸線を持ち、前記光線源に向いた面及びこれから遠ざかる方に向いた面を持ち、前記薄いフィルム状偏光子の前記光線源から遠ざかる方に向いた面に沿って、前記第１孔の長さ方向軸線に沿って、及び前記第１孔と平行に配置された第２孔と、
前記光線に部分的にフィルタをかけるための前記手段は、前記光線源に向いた面及びこれから遠ざかる方に向いた面を持ち、前記第２孔の前記光線源から遠ざかる方に向いた面と平行にこの面に沿って配置されたフィルタであり、
前記部分的に平行化し且つ偏光させた光線に対して前記基材を移動させるための前記手段は、前記光線源に面する表面を持つ、基材を保持するための並進台であり、この台は前記フィルタの前記光線源から遠ざかる方に向いた面と平行にこの面に沿って配置されている、請求項２に記載の露光システム。
【請求項５】
前記光線の一部を前記基材に対して傾斜角度で差し向けるための手段を更に有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光システム。
【請求項６】
反射面が光線源に向いており、前記第２孔と前記フィルタとの間で、前記薄いフィルム状偏光子の前記透過光を前記基材上に反射して前記基材上への透過光の入射角度を発生する位置に配置された反射鏡を更に有する、請求項４に記載の露光システム。
【請求項７】
前記光線の一部を前記基材に対して傾斜角度で差し向けるための前記手段は、反射モードで作動する薄いフィルム状偏光子、反射モードで作動する鏡面、及び露光システムが前記基材に対して傾斜角度で配向された状態で透過モードで作動する薄いフィルム状偏光子からなる群のうちの少なくとも一つから選択される、請求項５に記載の露光システム。
【請求項８】
前記光線源は、長さ方向軸線を持つ少なくとも一つの直線状ガス入り電球であり、
前記光線を部分的に平行化するための前記手段は、円筒形対称であり且つ少なくとも一つの孔を持つ少なくとも一つの反射器であり、
前記光線を部分的に偏光させるための前記手段は、反射モードで作動する少なくとも一つの薄いフィルム状偏光子であり、
前記光線に部分的にフィルタをかけるための前記手段は、吸収性ガラス及び薄い二色性フィルムからなる群のうちの少なくとも一つのから選択され、
前記光線の一部を前記基材に対して傾斜角度で差し向けるための前記手段は、反射モードで作動する少なくとも一つの薄いフィルム状偏光子であり、
前記部分的に平行化し且つ偏光させた光線に対して前記基材を移動させるための前記手段は、少なくとも一つの線型並進機構である、請求項５に記載の露光システム。
【請求項９】
前記光線源は、長さ方向軸線を持つ少なくとも一つの直線状ガス入り電球であり、
前記光線を部分的に平行化するための前記手段は、円筒形対称であり且つ少なくとも一つの孔を持つ少なくとも一つの反射器であり、
前記光線を部分的に偏光させるための前記手段は、少なくとも一つの薄いフィルム状偏光子及びこの薄いフィルム状偏光子を透過した光線をアルミニウム製鏡から反射する少なくとも一つの鏡であり、
前記光線に部分的にフィルタをかけるための前記手段は、吸収性ガラス及び薄い二色性フィルムからなる群のうちの少なくとも一つのから選択され、
前記光線の一部を前記基材に対して傾斜角度で差し向けるための前記手段は、少なくとも一つの鏡であり、
前記基材及び光線を互いに対して移動するための前記手段は、前記基材を支持するための少なくとも一つの線型並進機構である、請求項５に記載の露光システム。
【請求項１０】
所定程度偏光させた、部分的に平行化し且つ部分的に偏光させた光を発生するための光学素子モジュールは、細長い包囲体を含み、この包囲体は、
細長い孔がほぼ中央に前記包囲体の長さと平行に設けられた移動自在の上孔プレートと、
細長い孔がほぼ中央に前記包囲体の長さと平行に設けられた移動自在の下孔プレートと、
一つ又はそれ以上の横方向位置決め孔が周囲に設けられた前プレートであって、このプレートは、その上象限に中心をずらして配置された枢動孔及びこの枢動孔を中心とした円弧によって画成されるプレートの反対側の下象限に中心をずらして配置された円弧状孔を更に備えた前プレートと、
前記前プレートと合致する枢動孔及び円弧状孔を持つ後プレートと、
前記前プレート及び前記後プレートの前記枢動孔によって支持された枢動ピンと、
前記枢動ピンに取り付けられた開放した矩形フレームと、
前記開放した矩形フレームの前記枢動ピンとは反対側の端部に連結されており且つ円弧状孔に固定された揺動ピンと、
前記開放した矩形フレーム内に取り付けられた一つ又はそれ以上の薄いフィルム状偏光子と、
前記下孔プレートとほぼ平行に取り付けられており、前記孔を覆う一つ又はそれ以上のフィルタプレートとを有し、
前記枢動孔の位置は、前記薄いフィルム状偏光子が前記上孔プレートの孔の真下にあり、前記円弧状孔が前記薄いフィルム状偏光子のほぼ中央に特定の設計角度で位置決めされるような位置であり、前記円弧状孔を使用して前記薄いフィルム状偏光子の角度を調節でき、前記横方向位置決め孔を使用して光線源に対する前記細長い包囲体の位置を調節できる、光学素子モジュール。
【請求項１１】
前記光線源は長さ方向軸線を有し、円筒形鏡が前記光線源の前記長さ方向軸線と平行に、光線を集めて集中させる所定距離のところに配置されており、
前記光線を前記部分的に平行化し且つ部分的に偏光させるための前記手段、前記光線に部分的にフィルタをかけるための前記手段、及び前記偏光の度合いを調節するための手段は、請求項８の光学素子モジュールである、請求項３に記載の露光システム。
【請求項１２】
部分的に平行化し且つ部分的に偏光させた偏光を発生するための手段は、偏光子アレイを有し、この偏光子アレイは、
面が開放した矩形の支持フレームと、
等間隔に間隔が隔てられており、前記支持フレームの幅と直交して平行に取り付けられた二つ又はそれ以上の吸収プレートを含むアレイと、
前記吸収プレート間に、これらのプレート間の空間を横切って、連続したプレートの頂部から底部まで所定角度をなして取り付けられた二つ又はそれ以上の薄いフィルム状偏光子を含むアレイとを含み、
前記吸収プレート間の間隔は、取り付けられた前記薄いフィルム状偏光子がほぼ設計角度をなすような間隔である、請求項３に記載の露光システム。
【請求項１３】
前記基材を前記基材平面に対する垂線を中心として回転するための手段を更に有する、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の露光システム。
【請求項１４】
前記基材を前記基材平面に対する垂線を中心として回転するための手段を更に有する、請求項５に記載の露光システム。
【請求項１５】
光学整合層を整合するための方法において、
光学整合層を用意する工程と、
前記光学整合層を部分偏光に露光する工程であって、該部分偏光の偏光比が、約１：１の状態が除外された１：１００乃至１００：１の範囲にあり、前記光学整合層は前記部分偏光を吸収する、前記工程と、
を備え、
前記露光工程は、前記光学整合層に異方性誘電特性を引き起こす、方法
【請求項１６】
前記光学整合層を部分的に偏光され且つ部分的に平行化された光線に露光する工程を更に備え、該部分的に偏光され且つ部分的に平行化された光線は、一つの次元に沿った発散角度が約５°以上であり且つ約３０°以下であり、前記一つの次元に直交する次元に沿った発散角度が限定されておらず、前記光学整合層により吸収される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記光学整合層の表面と接触させて液晶の媒体を配置し、それにより前記露光された光学整合層が前記液晶の整合を誘導する工程を更に備える、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記液晶媒体をその等方性点以上に加熱する工程と、
前記液晶をその等方性点以下に冷却する工程とを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
光学整合層を部分偏光に露光する前記工程は、傾斜入射で行われ、露光された整合層は、前記光学整合層の表面に関する前記液晶媒体のプレチルト角度を誘導する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記液晶媒体をその等方性点以上に加熱する工程と、
前記液晶をその等方性点以下に冷却する工程とを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
光学整合層を露光する前記工程は、二回の露光工程を含み、二回の露光間に、光学整合層の表面に対する垂線を中心として０°以上であるが３６０°以下の角度の相対的回転を行う、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
光線源が、長さ方向軸線に沿って側部と側部とを向き合わせて配置された二つ又はそれ以上の直線状電球を含む、請求項１に記載の露光システム。
【請求項２３】
前記光線を部分的に偏光するための手段は、二つ又はそれ以上の偏光子を備える偏光子アレイを含む、請求項１に記載の露光システム。
【請求項２４】
前記光線に部分的にフィルタをかけるための手段は、二つ又はそれ以上のフィルタを備えるフィルタアレイを含む、請求項２に記載の露光システム。
【請求項２５】
偏光子の直線状アレイを更に含む、請求項２２に記載の露光システム。
【請求項２６】
フィルタの直線状アレイを更に含む、請求項２５に記載の露光システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学整合層及び液晶を光線と整合させるための光学露光システム及び光学的プロセスに関する。
【０００２】
本発明は、ＡＲＰＡにより授与された協定第ＭＤＡ９７２−９３−２−００１４号に基づき政府から支持を受けてなされたものである。政府は本発明において特定の権利を有する。
【０００３】
【従来の技術】
液晶配合物は、人間及び機械が読み取ることができるディスプレーで使用されており、自動車、エビオニクス、医療装置、時計、及び持ち運び型コンピューターや机上型コンピューターのモニター等で器具を制御する用途がある。これらの製品の各々に共通しているのは、液晶層が、ポリマー整合層でコーティングした一対の基材間に配置されているということである。ポリマー整合層は、電界が存在しない場合の液晶媒体の整合方向を制御する。通常は、液晶媒体の整合方向は、ポリマー層を布又は他の繊維質材料でバフ加工する機械的バフ磨きプロセスで定められる。バフ加工を受ける表面と接触した液晶媒体は、代表的には、機械的バフ磨き方向と平行に整合する。別の態様では、異方性吸収分子からなる整合層を偏光に曝し、ギボンズ等が「液晶媒体の整合及び再整合プロセス」という標題の米国特許第５，０３２，００９号及び米国特許第４，９７４，９４１号で開示しているように、液晶媒体を整合させることができる。
【０００４】
ディスプレーを含む多くの液晶装置は、有限のプレチルト角度（ｐｒｅ−ｔｉｌｔ  ａｎｇｌｅ）を備えており、このプレチルト角度は、例えば選択された整合層を機械的にバフ加工することによって制御される。このような層と接触した液晶分子は、バフ加工方向と平行に整合するが、基材とは正確に平行にはなっていない。液晶分子は、基材から僅かに、例えば約２°乃至１５°傾いている。多くのディスプレーの用途で性能を最適にするため、液晶のプレチルト角度を限定し且つ均等にするのが望ましい。
【０００５】
現在、プレチルトを伴う光学的整合を偏光を使用して行うためのプロセスが１９９６年３月２９日に出願された米国特許出願第０８／６２４，９４２号でギボンズ等が説明している。このプロセスでは、材料が、偏光させた光線の源を吸収する。様々な光学整合層の幾つかの例がギボンズ等に記載されている。その後、これらの層を偏光に関して特定の角度で整合し、整合層と接触した液晶の整合を媒介する。紫外線の入射角度を制御することによって、液晶のプレチルトを制御できる。多数の露光工程に亘ってこれが最も多く行われる。
【０００６】
偏光を使用して整合材料を露光し、液晶をプレチルトを伴って配向するための別のプロセスが、欧州特許出願第ＥＰ０７４２４７１号でコバヤシ等によって説明されている。コバヤシ等は、基材を２回の工程で直線偏光に露光することを考えている。偏光を用いた第２工程は、構成要素を第１露光工程とは垂直にする工程を含む。このプロセスでは、更に、プロセスの部分として偏光を使用することが主張されている。最後に、コバヤシ等は、直線偏光の更に概括的な説明として、楕円偏光を使用できると論じている。前記プロセスの全ての議論において、光線の入射角度は光の発散を考慮しておらず、及び従って平行化した光の場合だけを取り扱っている。このように、高度に平行化した高度に偏光させた光を全露光領域に亘って発生するため、前記プロセスで露光に使用された任意の光学システムが必要とされる。
【０００７】
大きな領域に亘って偏光を送出できる露光システムが必要とされている。更に、一回の露光工程で液晶媒体にプレチルトを誘導するための露光システム及びプロセスが必要とされている。これらの目的を達成するため、本発明者は、偏光の度合い及び平行化が、露光システムで調節できるパラメータであり、これらのパラメータが露光プロセスで重要な役割を果たすということを発見した。現在に至るまで、材料を整合するための露光システムは、高度に偏光しているという特徴及び高度に平行化されているという特徴の両方を備えた光線を提供するように設計されてきた。現在では、これらの必要条件を適切なレベルまで制御でき、改善された性能及び新たな露光形状を得ることができる。
【０００８】
本願は、完全に偏光し且つ完全に平行化したシステムを越えた明らかな利点を有する、構成要素の部分偏光及び部分的平行化を使用する露光システム及びプロセスを開示する。露光システムは、製造レベル露光システムとして有用である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、部分的に偏光させ且つ部分的に平行化した紫外線で面積の大きな基材を照光できる効率的な露光システムを提供することである。本発明の別の目的は、部分的に平行化し且つ部分的に偏光させた光を使用して光学整合層を光学的に整合した後、液晶を光学整合層と接触して置くことである。本発明の別の特徴は、一回の露光工程だけで液晶のプレチルトを伴う整合を誘導するためのプロセスである。本発明の更に別の目的は、多数の小さな構成要素を組み合わせ、大きな領域に亘って小さな構成要素と同じ機能を果たす複合材料によって大きな基材領域を露光できるということを示すことである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施例は、液晶を整合するために光学整合層を光に露呈する上で有用な露光システムであり、このシステムは、少なくとも一つの光線源と、光線を部分的に平行化するための手段と、光線を部分的に偏光するための手段と、偏光の度合いを調節するための手段と、基材及び光線を互いに対して移動するための手段とを含む。他の実施例は、光線に部分的にフィルタをかけるための手段と、前記光線の幾つかの部分を基材に対して傾斜角度で入射させる手段とを更に含む。更に別の実施例は、光の平行化及び偏光を行うための新規な光学素子モジュール、及び露光システムを使用して液晶を整合するための新規な方法を含む。
【００１１】
【発明の実施の形態】
「光学整合層」という用語は、本明細書中で言及されているように、光線に露呈された場合にその誘電特性が異方性をなして変化する任意の層を意味する。光学整合層の幾つかの例は、上掲のギボンズ等、シェート等の米国特許第５，５６７，３４９号、及びチグリノフ等の米国特許第５，３８９，６９８号に開示されている。
【００１２】
「基材」という用語は、本明細書中で言及されているように、光学整合層である任意の材料又は光学整合層が接着された任意の材料を意味する。
【００１３】
「非偏光」という用語は、本明細書中で言及されているように、偏光の瞬間的状態がランダムに変化し、伝播軸線を中心とした分布が平均で均等な光線を意味する。
【００１４】
「部分偏光」という用語は、本明細書中で言及されているように、偏光の瞬間的状態がランダムに変化し、二つの直交した主軸線に沿った分布が、一方の軸線の平均強さがこれと直交した軸線よりも高い、光線を意味する。部分偏光の直交軸線の相対的強さ範囲は、１：１００乃至１００：１であり、約１：１の状態が除外される。この状態は、上文中で定義した非偏光状態である。好ましい部分偏光の相対的強さ範囲は、約２：１乃至約３０：１であり、約１：２乃至約１：３０である。
【００１５】
「偏光の度合い」という用語は、本明細書中で言及されているように、上文中に論じた部分偏光の二つの直交した主軸線間の相対的強さの計測値である。偏光の度合いは、光学ビーム内の局部的状態、及び／又はビーム全体に亘って積分することによって得られた平均的状態の両方と関連できる。
【００１６】
「偏光比」という用語は、本明細書中で言及されているように、「偏光の度合い」と同じ意味である。
【００１７】
本発明では部分偏光を使用するため、光の偏光状態が直線偏光又は楕円偏光のいずれによっても定義されないという点で、コバヤシ等が論じたプロセスと異なっている。部分偏光は、直線偏光源又は楕円偏光源のいずれでもなく、非干渉性光源を使用して容易に発生される。これは、非干渉性光源のランダムな性質と関連している。非干渉性光源には、多くの露光システムで一般的に使用されているアーク灯及び他のガス入り電球等のランプが含まれる。このような非干渉性光源から直線偏光や楕円偏光を発生することは困難であり、露光面積が増大するため更に複雑になる。本発明は、光線の角度範囲及びこのような光源がカバーする領域を考慮に入れて、非干渉性光源から容易に発生される部分偏光を使用できるようにする。基材の整合に部分偏光を使用することによって、処理能力が増大し、光線が更に効果的に使用される。
【００１８】
波長が１５０ｎｍ乃至２０００ｎｍの範囲の非偏光を発生する任意の装置が光線源である。有用な光線源の例には、アーク灯、白熱電灯、レーザー、及びガス入り電球が含まれるがこれらに限定されない。好ましい光線源は、直線状高輝度ガス入り電球である。他の好ましい光線源には、マイクロ波によって励起されるガス入り電球（例えばメリーランド州ゲイザースバーグのフュージョンＵＶシステムズ社が提供しているガス入り電球）に基づいた光線源が含まれる。マイクロ波励起は、ランプのスペクトル特性の追加の制御を提供する。ランプの幾つかの例（アーク灯及びマイクロ波励起式電球の両方）は、水銀球及びエキシマー球（例えばキセノン、塩素、及びコバルト）である。
【００１９】
「部分的に平行化された」という用語は、本明細書中で言及されているように、少なくとも一つの次元に沿った発散が約５°以上の光を意味する。光の平行化は、方向によって異なる。好ましい光学系は、一つの次元に沿った発散が約５°以上であり且つ約３０°以下であり、これに直交する次元に沿った発散が限定されていない部分的に平行化された光を発生する。部分的平行化は、鏡、屈折光学装置（例えばレンズ）、及び孔によって行うことができるが、これに限定されない。光線を部分的に平行化するための好ましい手段は、湾曲した反射器、孔、ベーン及び屈折光学装置からなる群から選択される。本発明にとっての好ましい平行化装置即ちコリメータは、少なくとも一つの湾曲した鏡及び少なくとも一つの孔を含む。別の好ましいコリメータは、円筒形楕円形鏡及び直線状電球の寸法に適合させた少なくとも一つの孔を含む。この実施例では、楕円形鏡の一部が、発散が４５°以下の或る程度限定された光を発生し、これを、円筒形軸線と直交する平面内の少なくとも一つの孔によって更に限定する。円筒形軸線と平行な平面内では、光線には影響が及ぼされない。
【００２０】
別の好ましいコリメータは、ベーン構造である。「ベーン構造」というのは、光を部分的に平行化する機器を意味する。これは、光線を該構造の光軸に対して所定角度で伝播させる孔として作用する。光を一つ又は二つの次元で部分的に平行化できる。一次元のベーン構造の一例は、表面の面が互いに平行であり且つ光の所望の光軸に対して垂直であるように整合させた少なくとも二つの薄い平らな吸収面を含むアレイである。光軸に対して所定角度の光線をベーンによって部分的に吸収できる。最大角度は、ベーンを構成する表面の離間及び長さによって決定される。２次元ベーン構造の一例は、部分的吸収面を含むハニカムである。ハニカムの長さと平行に伝播する光線は、伝達され、光軸を画成する。光軸に対して所定角度の光線は吸収できる。最大角度は、ベーンを構成するハニカムの大きさ及びハニカムの長さによって決定される。一次元ベーンを図５に示し、例８で更に説明する。
【００２１】
平行化の程度は方向によって異なる。光源の平行化が一次元でのみ制御される場合には、他の次元は不確定に増大する。例えば、直線状電球は、円筒形光学系によって一つの次元で比較的良好に平行化できる。これに直交する次元には影響が及ぼされない。その場合、長さを任意の所望の露光幅まで増大させることができる。基材の直線走査と組み合わせられた場合、非常に大きな面積を均等に露光できる。多露光システムでは、平行化の程度は、幾つかの又は全ての露光と異なっている。
【００２２】
本発明の部分的に平行化した光を使用することは、従来、考えられてこなかった。光学整合層を良好に整合させるため、光源を高度に平行化することが必要であると考えられてきた。本発明は、部分的に平行させた光線源を使用した、良好であり且つ均等な整合の例を示す。部分的平行化及び部分偏光の組み合わせにより、露光プロセスは非常に大きな面積を照光できる。これは、露光を受ける基材が露光面積の下で走査される場合に特にいえる。走査には、移動方向に沿った露光を平均化し、非常に均等な露光を発生するという別の利点がある。部分的に平行化した光を使用することの別の特徴は、露光の均等性に関する。走査方向に対して垂直な次元での平行化の程度が低いと、その次元に沿った更に拡散した照光が発生し、これは、光学構成要素の欠陥による露光の均等性における不規則性を最少にする。これは、特にエレメントのアレイでできた構成要素に関する。例えば、縁部に沿って接触した小さな偏光子を含む直線状アレイを含む薄いフィルム状偏光子は、平行化した光で使用した場合、縁部シームによる不均等な露光で損なわれてしまう。部分的に平行化した光は、シームの画像を拡散し、はるかに均等に照光することとなる。
【００２３】
部分偏光子が非偏光を部分偏光に変換し、又は偏光を部分偏光に変換する。部分偏光子の例には、薄いフィルム状偏光子、偏光ビームスプリッター、ブルースター角の一つ又はそれ以上のプレート、異方性吸収媒体、反射面、及び散乱媒体が含まれるがこれらに限定されない。本発明用の好ましい部分偏光子は、その設計角度近くで作動する薄いフィルム状偏光子である。薄いフィルム状偏光子からの反射光は、透過光程強くは偏光されていない。設計角度以外の所定角度で入射した光線の偏光の度合いは、設計角度で入射した光線よりも小さい。細長い部分的に平行化した光源からの光線全体を反射又は透過のいずれかで部分的にだけ平行化する。所与の薄いフィルム状偏光子設計については、平均入射角度を変化させることによって、又は入射光を発散させることによって、偏光の度合いを有限の範囲に亘って調節できる。所望程度の偏光を得るため、部分的に偏光させた光線を発生する光学エレメントを、単独で又は組み合わせて使用できる。多数の露光システムでは、偏光の度合いは、露光の幾つか又は全てについて異なっていてもよい。
【００２４】
本発明者らは、本発明のプロセスで使用された偏光の度合いが光学整合材料の性能に大きな影響を及ぼすということを発見した。かくして、本発明の好ましい光学システムは、偏光の度合いを制御するための手段を含む。上文中に言及したように、偏光の度合いを制御するための一つの手段は、薄いフィルム状偏光子の角度を調節することである。露光形状によっても偏光の度合いに影響を及ぼすことができる。傾斜角度の露光形状について、偏光子の配向が平均的な偏光の度合いを決定できる。これを以下にかいつまんで説明する。次元が長軸及び短軸により定められた光学ビームを考える。この場合、短軸が傾斜露光角度について入射平面内にある。短軸に沿ったビームの様々な部分は、偏光子での入射角度が異なり、そのため、偏光の度合いが異なる。長軸に沿ったビームの発散により、強さが傾斜露光角度について短軸に沿って変化する。図６及び図７の位置Ａが定義する前縁の強さは、位置Ｂよりも高い。所与のシステムについての二つの異なる角度を図６及び図７に示し、相違を以下の例で詳細に説明する。従って、偏光子角度の所与の大きさについて、偏光子の配向により、傾斜露光角度について、二つの異なる平均的な偏光の度合いを得ることができる。
【００２５】
光学ビームの短軸に沿った偏光の度合いが異なることにより、露光プロセスに重要な結果がもたらされる。光学整合材料の光重合反応（photoinitiated reaction）は、材料が最初に露光ビームに進入したときに高度の偏光に露光され、これに続いて偏光の度合いが徐々に減少するという条件を好む。従って、偏光の度合いの制御は、局部的露光プロセス及び平均露光プロセスの両方において重要な特徴である。
【００２６】
本発明の別の特徴は、偏光子の入射平面での光学構成要素の横方向位置に従って偏光の度合いを制御することである。光学装置を横方向に移動し、光学システムを通して得られる光線の平均コーンに影響を及ぼすことができる。このコーン内のエネルギ分布により、偏光子での有効入射角度を変化させることができ、その後、局部的偏光比及び平均偏光比の両方に影響を及ぼす。かくして、横方向位置を制御することにより、所与の光学的構成について偏光の度合いを更に制御でき、エネルギ処理能力及び偏光の度合いを最適化するのに使用できる。
【００２７】
基材に入射した光線は、スペクトルフィルタによって制限されたそのスペクトル成分を有する。フィルタの例には、薄いフィルム状二色性誘電反射器、吸収性ガラス、吸収性染料、プリズム、格子、及びブラッグ反射器が含まれるが、これらに限定されない。フィルタは光源に部品として含まれているのがよい。好ましいフィルタは、透明な基材に設けた薄いフィルム状二色性反射器である。別の好ましいフィルタは、吸収性ガラスである。更に、システム内の他の光学構成要素によって光線に部分的にフィルタをかけることができる。例えば、偏光子及び反射光学系又は透過光学系で光線をそのスペクトル成分に応じて反射し、透過し、及び／又は吸収する。かくして、これらの他の構成要素が望ましからぬ波長にフィルタをかけて除去する場合には、露光システムに追加のフィルタ手段を挿入することは必要とされない。
【００２８】
本発明の光学系は、光線を基材表面の垂線に関して特定の角度で送出する。一例は、基材を薄いフィルム状偏光子から反射された光線で露光する。この場合、偏光子表面は、基材表面に対して傾斜角度をなしている。別の例は、基材を鏡から反射された光線で露光する。この場合、鏡表面は、基材表面に対して傾斜角度をなしている。好ましい入射角度は４５°乃至１０°である。
【００２９】
基材を光線に対して移動するための手段により、露光領域を基材寸法よりも小さくできる。完全に走査することにより、基材を均等に露光する。一例は、基材を支持し且つ直線状電球を含む光学サブシステムに関して一定の速度で移動する線型並進台である。基材の走査の一つの特徴は、均等な露光に関する。走査方向と平行な不均等な照光を、当該次元に沿って平均し、露光を均等にする。本発明の一つの特徴により、部分的に平行化し且つ部分的に偏光させた光を提供できるため、これらの特性は、基材の照光領域に亘って常に一定のままであることが期待されない。走査は、これらの不均等な特性を平均化し、均等な露光を得る。この方法の別の利点は、連続作動組み立てラインに適合できるということである。
【００３０】
大きな面積を露光するためには、大面積の光源、偏光子、平行化光学系（例えばレンズ、曲面鏡）、及び光を再度差し向けるための光学系（例えば平面鏡）が必要とされる。本発明の一つの特徴は、これらの大面積構成要素を形成するために比較的小さな構成要素を組み込むことができるということである。例えば、４枚の比較的小さな７．６２ｃｍ×１０．１６ｃｍ（３インチ×４インチ）の薄いフィルム状偏光子で、３０．４８ｃｍ×１０．１６ｃｍ（１２インチ×４インチ）の大きな偏光子を形成できる。かくして、比較的小さな偏光子構成要素で３０．４８ｃｍ（１２インチ）の基材を露光できる。同じことが光源、平行化光学系、及び光を再度差し向けるための光学系についてもいえる。例えば、１本の電球の幅よりも遙かに大きな幅を持つ基材を、長さ方向軸線に沿って側部と側部とを向き合わせて配置された二つ又はそれ以上の直線状電球を含む露光システムを使用して、光学的に整合できる。光が長さ方向軸線に沿って発散するため、電球間が離間されている場合でも露光が更に均等になる。反射器、偏光子、及び適当な長さの孔を持つフィルタを含む直線状のアレイの大きさを、電球の全組み合わせ長に合わせて定めることができる。
【００３１】
本発明の幾つかの実施例は、整合及びプレチルトを発生するために二回又はそれ以上の露光を行う必要がある。例えば、単一の露光システムについての偏光比が適切でない場合にはこれが望ましい。この場合、光学系は、整合及びプレチルトを発生するために多数の露光システムを含む。例えば、最初に、光学整合材料でコーティングした基材を、部分的に偏光させ且つ部分的に平行化した光でほぼ垂直入射で露光し、整合方向を発生する。これに続き、部分的に平行化し且つ部分的に偏光させた光で傾斜入射で露光し、プレチルトを発生する。例えば、二つ又はそれ以上の露光システムを線型並進機構の行路に沿って配置できる。各露光システムは、露光プロセスを完了するのに必要な露光の種類を提供するように個々に調整できる。同様に、多数の露光システムを配置し、一つの組み立てラインにおけるように処理能力を高めることができる。
【００３２】
電球の長さ方向軸線及び走査方向の両方向に沿って露光システムを組み合わせることによって、大きな基材を高い処理能力で光学的に整合するのに必要な規模を提供できる。
【００３３】
多くの場合、露光システムの偏光状態及び／又は露光システムの光学的エネルギが異なることが必要であり、及び／又は基材をその各露光の入射光線に対して回転させることが必要である。この場合、様々な露光システムの出力を重ねることによって露光を平行に行うか或いは、一つの露光を行った後に別の露光を時間及び／又は空間的に行うことによって、露光を順次行う。好ましい実施例は、全ての露光システムについて共通の移送機構を使用する。この機構は、露光システムからの多数の出力に基づいて基材を並進させる。
【００３４】
基材を任意の方向に回転する性能を使用し、偏光配向及び／又は基材に対する光線の伝播方向を変える。好ましい回転方向は、基材の平面内の軸線を中心とした方向（極方向）である。別の好ましい回転方向は、基材に対する垂線を中心とした方向（方位方向）である。別の好ましい回転方向は、極方向及び方位方向を組み合わせた方向である。このプロセスは、多数の露光が必要である場合に整合及びプレチルトを発生する上で有用である。
【００３５】
部分的に偏光させ且つ部分的に平行化した光で基材を整合するための好ましい露光システムは、長さ方向軸線を持つ少なくとも一つの光線源と、光線を焦点に焦合するために所定距離のところで光線源の長さ方向軸線と平行に配置された、長さ方向軸線を持つ円筒形楕円形鏡を含む、前記光線を部分的に平行化し且つ部分的に偏光させるための手段と、長さ方向軸線を持ち、光線源に向いた面及びこれから遠ざかる方に向いた面を持ち、ほぼ焦点のところに光線源の長さ方向軸線に沿って配置された第１孔と、光線源に向いた面及びこれから遠ざかる方に向いた面を持ち、特定の設計角度を備えており、第１孔の光線源から遠ざかる方を向いた面に沿って前記特定の設計角度と対応する角度で配置された、反射光及び透過光を発生する薄いフィルム状偏光子と、長さ方向軸線を持ち、光線源に向いた面及びこれから遠ざかる方に向いた面を持ち、薄いフィルム状偏光子の光線源から遠ざかる方に向いた面に沿って、第１孔の長さ方向軸線に沿って、及び第１孔と平行に配置された第２孔と、光線源に向いた面及びこれから遠ざかる方に向いた面を持ち、第２孔の光線源から遠ざかる方に向いた面と平行にこの面に沿って配置された、前記光線に部分的にフィルタにかけるためのフィルタ手段と、部分的に平行化し且つ部分的に偏光させた光線に対して基材を移動するための手段とを有し、この手段は、光線源に向いた表面を持つ、基材を保持するための並進段であり、この台は、フィルタの光線源から遠ざかる方に向いた面と平行にこの面に沿って配置されている。このようなシステムを図１に示しこれを例で詳細に説明する。
【００３６】
別の好ましい露光システムは、反射面が光源に向いた反射鏡を含み、この反射鏡は、第２孔とフィルタとの間に配置されており、薄いフィルム状偏光子の透過光を基材上に反射し、基材上への透過光の入射角度を発生する。このようなシステムは、図３に示してあり、これを以下の例で詳細に説明する。
【００３７】
別の好ましい露光システムは、透過光が基材に所定角度で当たるように光学構成要素を配置することを含む。この角度は、約０°乃至約８９°で調節自在である。別の好ましい露光システムは、偏光子の角度が偏光の度合いを制御するように光学装置を配置することを含む。
【００３８】
本発明の別の好ましい実施例は、偏光子の配向を選択し、偏光の度合いを制御することを含む。
【００３９】
別の好ましい露光システムは、偏光子の入射平面内の光学構成要素の横方向位置が偏光の度合いを制御するように配置することを含む。別の好ましい露光システムは、透過で作動する少なくとも一つの薄いフィルム状偏光子を含むが、この偏光子は、図６と比較してビーム軸線を中心として直交方向に回転させてある。偏光子のアレイで形成されたこのようなシステムを図８のＡ及びＢに示す。このシステムは、図１のシステムと同様に、基材を一回の露光工程で露光するのに使用できる。
【００４０】
別の好ましい露光システムでは、部分的に平行化し且つ部分的に偏光させた光を発生するための手段は、矩形の支持フレームを含む偏光子アレイと、等間隔に間隔が隔てられており、支持フレームの幅と直交して平行に取り付けられた二つ又はそれ以上の吸収プレートを含むアレイと、吸収プレート間にこれらのプレート間の空間を横切って、連続したプレートの頂部から底部まで所定角度をなして取り付けられた二つ又はそれ以上の薄いフィルム状偏光子を含むアレイとを有し、吸収プレート間の間隔は、取り付けられた薄いフィルム状偏光子がほぼ設計角度をなすような間隔である。偏光子アレイは図８Ｂに示されている。
【００４１】
最も好ましい露光システムは、図９のＡ及びＢに示す光学素子モジュールを、長さ方向軸線を持つ光源及びこの光源の長さ方向軸線と平行に配置された円筒形の鏡とともに備えている。光学素子モジュールは、前記光線を部分的に平行化し且つ部分的に偏光させるための手段と、前記光線に部分的にフィルタをかけるための手段と、偏光の度合いを調節するための手段とを提供する。光学素子モジュールは、矩形の包囲体であってもよく、この包囲体は、細長い孔がほぼ中央に包囲体の長さと平行に設けられた移動自在の上孔プレート３と、細長い孔がほぼ中央に包囲体の長さと平行に設けられた移動自在の下孔プレート５と、一つ又はそれ以上の横方向位置決め孔１９が周囲に設けられた前プレート１７であって、このプレートは、その上象限に中心をずらして配置された枢動孔２０及びこの枢動孔を中心とした円弧によって画成されるプレートの反対側の下象限に中心をずらして配置された円弧状孔２１を更に備えた前プレート１７と、この前プレートと合致する枢動孔及び円弧状孔を持つ後プレートとを含む。側プレート（図示せず）により前プレート及び後プレートを連結できる。矩形の閉鎖体内には、前プレート及び後プレートの枢動孔によって支持された枢動ピン２４、この枢動ピンに取り付けられた開放した矩形フレーム２２、この開放した矩形フレームの枢動ピンとは反対側の端部に連結されており且つ円弧状孔に固定された揺動ピン２５、開放した矩形フレームに取り付けられた一つ又はそれ以上の薄いフィルム状偏光子４、下孔プレートとほぼ平行に取り付けられており、孔を覆う一つ又はそれ以上のフィルタプレート１６を含む図９のＢに示す光学エレメントが取り付けられており、枢動孔の位置は、薄いフィルム状偏光子が上孔プレートの孔の真下にあり、円弧状孔が薄いフィルム状偏光子のほぼ中央に特定の設計角度で位置決めされるような位置であり、前記円弧状孔を使用して薄いフィルム状偏光子の角度を調節でき、横方向位置決め孔を使用して光線源に対する細長い包囲体の位置を調節できる。薄いフィルム状偏光子の配向は、前プレート及び後プレートの配向を逆にすることによって変えることができる。
【００４２】
光学素子モジュールは、偏光の度合いを冒頭に説明したように制御するための手段を提供し、偏光子の角度を調節するための枢動孔及び円弧状孔及びピン、偏光子の配向を調節するための前プレート及び後プレートに設けられた枢動孔及び円弧状孔の位置、及び光学ビームに関する光学構成要素の横方向位置を調節するための横方向位置決め孔を有し、この位置決め孔を使用することによって光学素子モジュールを光源に対して取り付ける。
【００４３】
別の実施例は、光学整合層を整合するためのプロセスであり、このプロセスは、光学整合層を部分偏光に露光する工程を有し、部分偏光は前記整合層によって吸収され、露光された整合層は異方性誘電特性を有する。好ましいプロセスでは、部分偏光は、更に、部分的に平行化されている。更に好ましいプロセスでは、偏光の度合いを調節できる。
【００４４】
更に別の実施例は、光学整合層の表面と隣接した液晶媒体の整合を発生するためのプロセスであり、光学整合層を部分偏光に露光し、部分偏光を前記整合層によって吸収する工程と、液晶媒体を工程整合層に適用する工程とを含み、露光した整合層は液晶の整合を誘導する。好ましいプロセスでは、部分偏光は、更に、部分的に平行化されている。別の好ましいプロセスでは、部分的に偏光させ且つ部分的に平行化した光の偏光の度合いは調節してある。他の好ましいプロセスは、液晶媒体を、光学整合層との接触後、液晶媒体の等方性点まで加熱し、その等方性点以下に冷却する工程を含む。別の好ましいプロセスは、露光した整合層を、液晶媒体と接触する前に加熱し冷却する工程を含む。他の好ましいプロセスは、光学整合層を傾斜入射の部分偏光に露光する工程を含み、露光された整合層は、光学整合層の表面に関する前記液晶媒体のプレチルト角度を誘導する。他の好ましいプロセスには、部分偏光に二回露光することを含む、光学整合層を露光する工程を含み、二度の露光間に、光学整合層の表面に対する垂線を中心として０°以上であるが３６０°以下の所定角度の相対的回転を行う。これらのプロセスを、以下の例に例示する。これらの例では、感光性ポリイミドオプトアライン（オプトアライン（ＯｐｔｏＡｌｉｇｎ）は登録商標である）Ｍ−２０００（１９８１０デラウェア州ウィルミントンのエルシコン社）を使用する。
【００４５】
例１
この例は、一回の露光で液晶をプレチルトを伴って光学的に整合させるために部分偏光を使用する本発明の露光システムを例示する。
【００４６】
露光システムを図１に示す。光線源は紫外線であり、マイクロ波源で励起する２５．４ｃｍ（１０インチ）の直線状ガス入り電球１（メリーランド州ゲイザースバーグのフュージョンＵＶシステムズ社から得られる）である。光線は、円筒形楕円形鏡２によって集められる。３．８１ｃｍ×２５．４ｃｍ（１．５インチ×１０インチ）の第１孔３が電球の焦点の近くに配置されている。１０．１６ｃｍ×７．６２ｃｍ（４インチ×３インチ）の四つの薄いフィルム状偏光子を含む直線状アレイでできた１０．１６ｃｍ×３０．４８ｃｍ（４インチ×１２インチ）の薄いフィルム状偏光子４が孔の後方にその設計角度（６８°）で配置されている。偏光子から反射された光線は、偏光子の後方に配置された３．８１ｃｍ×２０．３２ｃｍ（１．５インチ×８インチ）の第２孔５を通過する。円筒形反射器及び二つの孔により部分的に平行化した光を発生する。この光は、走査方向に沿った次元で約１０°乃至１５°発散し且つ走査方向に対して垂直方向での電球の発散（約３０°乃至４５°）にほとんど影響を及ぼさない。吸収制御ガラスプレート６が、２７０ｎｍよりも短い波長の光線の透過を阻止する。基材（光学整合層でコーティングしてある）７は、電灯の長さ方向軸線と直交する軸線に沿って、線型並進台１３（ペンシルバニア州ピッツバーグのアクロテック社）で一定の速度で走査される。第２孔を通過した光線は、約４４°の角度で基材に入射する。走査方向と平行に偏光した光の、走査方向と直交方向に偏光した光に対する偏光比は、走査方向と平行に孔全体に亘って積分した後、約１：２であると計測される。
【００４７】
上文中に説明した露光システムを使用し、感光性ポリイミドが付着した基材を約１００Ｊ／ｃｍ2 の全エネルギ密度で露呈する。電球の走査速度及び出力は、基材上の光学整合材料を十分に露光する所望のエネルギ密度を提供するように選択され、整合材料と接触した状態に置かれた液晶を整合させる。
【００４８】
露光後、基材を、光学的に発生された整合方向の直交配向で組み立てる。セルの厚さは約４μｍである。次いで、セルをネマチック液晶で毛管作用によって充填する。期待されるように、液晶は、プレチルトを伴う捩じれたネマチック配向で整合していることが観察される。液晶等方性点以上に液晶セルを加熱する（３０分間に亘って９５℃）と、整合の均等性が改善されたことが観察される。プレチルトは、ボーア等の結晶回転方法（１９７６年３月８日付けの物理学書簡第５６Ａ巻）を使用することによって確かめられる。
【００４９】
例２
この例は、プレチルトを伴わない光学整合を発生するため、部分偏光を使用する露光システムを例示する。
【００５０】
この例の露光システムを図２に示す。直線状ガラス入り電球１及び円筒形楕円形鏡２を含む例１の電球システムを、電球の焦点近くに配置された３．８１ｃｍ×２５．４ｃｍ（１．５インチ×１０インチ）の第１孔３と組み合わせる。例１の薄いフィルム状偏光子４を孔の後方にその設計角度（６８°）で配置する。偏光子を透過した光線は、偏光子の後方に配置された３．８１ｃｍ×２０．３２ｃｍ（１．５インチ×８インチ）の第２孔５を通過する。円筒形反射器及び二つの孔により部分的に平行化した光を発生する。この光は、走査方向に沿った次元で約１０°乃至１５°発散し且つ走査方向に対して垂直方向での電球の発散（約３０°乃至４５°）にほとんど影響を及ぼさない。吸収ガラスプレート６が、２７０ｎｍよりも短い波長の光線の透過を阻止する。感光性ポリイミド整合層でコーティングした基材７は、電灯の長さ方向軸線と直交する軸線に沿って、線型並進台１３で一定の速度で走査される。第２孔を通過した光線は、基材にほぼ直角に入射する。走査方向と平行に偏光した光の、走査方向と直交方向に偏光した光に対する偏光比は、走査方向と平行に孔全体に亘って積分した後、約８：１であると計測される。
【００５１】
上文中に説明した露光システムを使用し、感光性ポリイミドが付着した基材を約１００Ｊ／ｃｍ2 の全エネルギ密度で露光する。電球の走査速度及び出力は、基材上の光学整合材料を十分に露光する所望のエネルギ密度を提供するように選択され、整合材料と接触した状態に置かれた液晶を整合させる。
【００５２】
露光後、基材を、光学的に発生させた整合方向の直交配向で組み立てる。セルの厚さは約４μｍである。次いで、セルをネマチック液晶で毛管作用によって充填する。液晶等方性点以上に液晶セルを加熱する（３０分間に亘って９５℃）と、整合の均等性が改善されたことが観察される。期待されるように、液晶は、プレチルトを伴わない捩じれたネマチック配向で整合していることが観察される。
【００５３】
例３
この例は、傾斜入射で露光するため、図３の露光システムと組み合わせた例２の露光システムを示す。このデュアル露光（ｄｕａｌ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ）プロセスは、液晶をプレチルトをともなって光学的に整合するために使用され、偏光比を増大させる鏡の偏光効果を例示する。
【００５４】
最初に、感光性ポリイミド整合層を付着した基材を例２に詳述したシステムによって露光する。次いで、基材を、機械式の台１５で基材の平面に対する垂線を中心として９０°回転させる。その後、基材を２回目に図３の露光システムによって露光する。例１の電球システム（１及び２）を、電球の焦点近くに配置された３．８１ｃｍ×２５．４ｃｍ（１．５インチ×１０インチ）の第１孔３と組み合わせる。円筒形反射器及び二つの孔により部分的に平行化した光を発生する。この光は、走査方向に沿った次元で約１０°乃至１５°発散し且つ走査方向に対して垂直方向での電球の発散（約３０°乃至４５°）にほとんど影響を及ぼさない。例１の薄いフィルム状偏光子４を孔の後方にその設計角度（６８°）で配置する。偏光子を透過した光線は、偏光子の後方に配置された３．８１ｃｍ×２０．３２ｃｍ（１．５インチ×８インチ）の第２孔５を通過する。アルミニウム基材をアルミニウムでコーティングした鏡８（メリーランド州ゲイザースバーグのフュージョンＵＶシステムズ社から得られる）を第２孔の後方に６８°の傾斜角度で配置する。鏡は、更に、この角度での光線の偏光比を約１１：１まで増大するように作用する。基材７を電球の長さ方向軸線と直交する軸線に沿って線型並進台１３で一定速度で走査する。鏡が反射した光は、コーティングが施された基材に約４４°で入射する。
【００５５】
上文中に説明した露光システムを使用し、感光性ポリイミドが付着した基材を約１００Ｊ／ｃｍ2 の全エネルギ密度で露光する。第１露光と第２露光との間の露光エネルギの相対的な比は、４：１である。電球の走査速度及び出力は、基材上の光学整合材料を十分に露光する所望のエネルギ密度を提供するように選択され、整合材料と接触した状態に置かれた液晶を整合させる。
【００５６】
露光後、光学的に発生させた整合方向の直交配向で基材を組み立てる。セルの厚さは約４μｍである。次いで、セルをネマチック液晶で毛管作用によって充填する。期待されるように、液晶は、プレチルトを伴う捩じれたネマチック配向で整合していることが観察される。液晶等方性点以上に液晶セルを加熱する（３０分間に亘って９５℃）と、整合の均等性が改善されたことが観察される。プレチルトは、結晶回転法を使用することによって確かめられる。
【００５７】
例４
この例は、例２の露光システムを図３の露光システムと組み合わせて液晶をプレチルトを伴って整合するための方法を例示する。
【００５８】
第１露光を図３の露光システムで行い、第２露光を図２の露光システムで行われることを除き、例３を繰り返す。
【００５９】
第１露光と第２露光との間の相対的露光エネルギ比は、１：４である。露光後、光学的に発生させた整合方向の直交配向で基材を組み立てる。セルの厚さは４μｍ程度である。次いで、セルをネマチック液晶で毛管作用によって充填する。期待されるように、液晶は、プレチルトを伴う捩じれたネマチック配向で整合していることが観察される。液晶等方性点以上に液晶セルを加熱する（３０分間に亘って９５℃）と、整合の均等性が改善されたことが観察される。プレチルトは、結晶回転法を使用することによって確かめられる。
【００６０】
例５
この例は、プレチルトを伴う光学整合を発生する、傾斜入射での二回の露光を使用する露光システムを例示する。
【００６１】
最初に、感光性ポリイミド整合層を図３に詳細に示すシステムによって露光する。次いで、基材を、機械式の台１５で基材の平面に対する垂線を中心として９０°回転させる。その後、基材を２回目に同じシステムで露光する。全露光エネルギ密度は約１００Ｊ／ｃｍ2 である。第１露光と第２露光との間の相対的露光エネルギ比は、４：１である。露光後、光学的に発生させた整合方向の直交配向で基材を組み立てる。セルの厚さは約４μｍである。次いで、セルをネマチック液晶で毛管作用によって充填する。期待されるように、液晶は、プレチルトを伴う捩じれたネマチック配向で整合していることが観察される。液晶等方性点以上に液晶セルを加熱する（３０分間に亘って９５℃）と、整合の均等性が改善されたことが観察される。プレチルトは、結晶回転法を使用することによって確かめられる。
【００６２】
例６
この例は、傾斜入射での二回の露光を使用してプレチルトを伴う光学整合を発生する露光システムを例示する。
【００６３】
最初に、感光性ポリイミド整合層を図３に詳細に示すシステムによって露光する。次いで、基材を、機械式の台１５で基材の平面に対する垂線を中心として９０°回転させる。その後、基材を２回目に同じシステムで露光する。第１露光と第２露光との間の相対的露光エネルギ比は、４：１である。全二デュアル露光エネルギ密度は約１００Ｊ／ｃｍ2 である。露光後、光学的に発生させた整合方向の直交配向で基材を組み立てる。セルの厚さは約４μｍである。次いで、セルをネマチック液晶で毛管作用によって充填する。期待されるように、液晶は、プレチルトを伴う捩じれたネマチック配向で整合していることが観察される。液晶等方性点以上に液晶セルを加熱する（３０分間に亘って９５℃）と、整合の均等性が改善されたことが観察される。プレチルトは、結晶回転法を使用することによって確かめられる。
【００６４】
例７
この例は、露光させた光学整合層の誘電特性を変化させるのに本発明の露光機器を使用できるということ例示する。
【００６５】
この例の露光システムは図４に示してある。例１の電球システム（１及び２）を、電球の焦点近くに配置された５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ（２インチ×２インチ）の第１孔９と組み合わせる。第１孔９の直後に５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ（２インチ×２インチ）の二つの石英ガラス製平凸レンズ１０（カリフォルニア州アービンのニューポート・オプティクス社）が、線焦点距離が８０ｍｍになるように互いに接触して配置されている。レンズの線状焦点は、ガス入り電球の線状軸線と平行である。レンズに続いて、１０．１６ｃｍ×７．６２ｃｍ（４インチ×３インチ）の一枚の薄いフィルム状偏光子１１（ニューメキシコ州アルバカーキのＣＶ１）が６８°のその設計角度で設けられている。偏光子の後方に２．５４ｃｍ×７．６２ｃｍ（１インチ×３インチ）の孔１２が配置されている。孔９、円筒形レンズ１０、及び孔１２は、光線を集め、走査と平行な方向でほぼ１０°発散するように部分的に平行化するのに役立つ。
【００６６】
感光性ポリイミド整合層を備えた基材をこのシステムによって露光する。約１００Ｊ／ｃｍ2 の全露光エネルギ密度を使用する。電球の走査速度及び出力は、基材上の光学整合材料を十分に露光する所望のエネルギ密度を提供するように選択され、整合材料と接触した状態に置かれた液晶を整合させる。
【００６７】
異方性誘電特性は、ケンプ（偏光及び変調装置とのその相互作用、ハインズ・インターナショナル、１９８７年）に記載された方法に従って光弾性モジュレータ（オレゴン州ヒルズボロのハインズ・インスツルメンツ社のＰＥＭ−９０）に基づいて標準的複屈折計測システムを使用して、光学的に計測される。光学的に誘導された複屈折は、約１×１０-2であると計測される。
【００６８】
例８
この例は、光学整合のために基材を露光する光学システムで部分的平行化の程度を制御するために使用されるベーン構造を例示する。
【００６９】
この例の露光システムを図５の正面図に示す。この図では、基材は、紙面の外に並進される。このシステムは、図２の露光システムを含み、ベーンが円筒形鏡２と第１孔３との間に挿入してある。垂直シールド１４を含むこのベーンは、走査方向に対して垂直な方向で、垂直に関して１０°以上の角度をなす光線を遮蔽するために配置されている。これは、走査方向に対して垂直な光線の発散を２０°に制限する。
【００７０】
例９
この例は、比較的低い平均偏光比を発生する、試料平面に対して傾斜配向の露光システムを例示する。
【００７１】
露光システムは、図６に示すように、走査されるべき基材平面に関して傾斜配向（４４°）で形成されている。例１の直線状ガス入り電球１及び円筒形楕円形鏡２を、第２例の第１孔３、薄いフィルム状偏光子４、及び第２孔５と組み合わせる。薄いフィルム状二色性反射器１６を備えた透明なクォーツプレートを偏光子４と第２孔５との間に配置し、約２７５ｎｍよりも短い波長を反射し、約２７５ｎｍよりも長い波長を透過する。光学構成要素の完全なアッセンブリを形成し、その光軸を基材平面に関して約４４°で配向する。
【００７２】
偏光比は、走査方向に沿った方向でビームに亘って不均等である。偏光比は、除去率が１００：１以上の紫外線強化プラスチックシート偏光子（マサチューセッツ州ボストンのポラロイドＨＮＰ’Ｂ社）を装着したエネルギメータ（イリノイ州シカゴのＵＶプロセス・サプライ社）を使用して、一分間で蓄積されたエネルギを計測することによって決定される。直交偏光について、プラスチックシート偏光子を露光間で９０°回転させ、ビームの偏光比を決定する。位置Ａでのビームの縁部の偏光比は７．８：１である。位置Ａでのビームのエネルギは６００ｍＪである。位置Ｂでのビームの縁部の偏光比は４．２：１である。位置Ｂでのビームのエネルギは８９４ｍＪである。この例での光軸の配向及び偏光子について、偏光の度合いが低いと、偏光の度合いが高い場合よりもエネルギが高い。エネルギメーターをビームの全幅に亘って走査した場合の平均偏光は６．２：１である。
【００７３】
例１０
この例は、比較的高い平均偏光比を発生する、試料平面に対して傾斜した配向の露光システムを例示する。
【００７４】
例９と同様の露光システムを、図７に示すように、走査されるべき基材平面に関して傾斜配向（４４°）で形成する。この例では、偏光子が例９とは逆の配向で配向されている。第１孔３、偏光子４、第２孔５、及び二色性フィルタ１６の横方向位置が左方及び下方に約０．６３５ｃｍ（約１／４インチ）ずらしてあり、平均偏光を増大する。この特徴を例１１に更に詳細に論じる。
【００７５】
偏光比は、走査方向に沿った方向でビームに亘って不均等であり、例９と同様に計測する。位置Ａでのビームの縁部の偏光比は１６：１である。位置Ａでのビームのエネルギは７９０ｍＪである。位置Ｂでのビームの縁部の偏光比は１２：１である。位置Ｂでのビームのエネルギは４０５ｍＪである。この例での光軸の配向及び偏光子について、偏光の度合いが高いと、偏光の度合いが低い場合よりもエネルギが高い。エネルギメーターをビームの全幅に亘って走査した場合の平均偏光は１４：１である。
【００７６】
光学伝播の分析によれば、この例は、例３と同様の露光状態を提供する。露光形状及び偏光配向を上文中に論じたように考慮すると、例２と例３との間で観察された偏光比の上昇の説明が提供される。
【００７７】
例１１
この例は、偏光比を制御するために横方向整合をどのように使用するのかを示す例９の露光システムを例示する。
【００７８】
例９と同様の露光システムは、図６に示すように、走査されるべき基材平面に関して傾斜配向（４４°）で形成される。第１孔３、薄いフィルム状偏光子４、第２孔５、及び薄いフィルム状二色性反射器１６は、電球の長さ方向軸線と直交する軸線に沿ってずらしてある。
【００７９】
右方及び上方に約０．６３５ｃｍ（約０．２５インチ）ずらすことによって、エネルギメーターをビームの全幅に亘って走査した場合の偏光比を５．４：１にする。左方及び下方に約１．２７ｃｍ（約０．５インチ）ずらすことによって、エネルギメーターをビームの全幅に亘って走査した場合の偏光比を７．４：１にする。
【００８０】
例１２
この例は、例１と同様であるが透過で作動する、プレチルトを伴う光学整合を発生できる露光システムを例示する。
【００８１】
露光システムは、図８Ａに示すように、走査されるべき基材平面に関して傾斜配向（４４°）で形成される。直線状ガス入り電球及び円筒形楕円形鏡を含む図１の電球システムを、第１孔３、薄いフィルム状偏光子アレイ２８、及び例２の第２孔５と組み合わせた。薄いフィルム状二色性反射器１６を備えた透明なクォーツプレートを薄いフィルム状偏光子アレイ２８と第２孔５との間に配置し、約２７５ｎｍよりも短い波長を反射し、約２７５ｎｍよりも長い波長を透過する。光学構成要素の完全なアッセンブリを形成し、その光軸を基材平面に関して約４４°で配向する。
【００８２】
薄いフィルム状偏光子アレイ２８は、図８のＢに示すように光学ビームに対して６８°の個々の薄いフィルム状偏光子４のアレイでできている。各偏光子４は、図６と比較して光学ビームを中心として９０°回転させてある。各偏光子４は、各偏光子からの反射光を遮蔽するように機能する垂直シールド１４によって離間されている。エネルギメーターをビームの全幅に亘って走査した場合の平均偏光比は１：２．５である。
【００８３】
例１３
この例は、傾斜入射での二回の露光を使用する、プレチルトを伴う光学整合を発生する偏光の度合いが低い、露光システムを例示する。
【００８４】
最初に、感光性ポリイミド整合層を備えた基材を図９のシステムと同様のシステムによって露光する。次いで、基材を、機械式の台１５で基材の平面に対する垂線を中心として９０°回転させる。その後、基材を２回目に同じシステムで露光する。例１の電球システム（１及び２）を、電球の焦点近くに配置された３．８１ｃｍ×２５．４ｃｍ（１．５インチ×１０インチ）の第１孔３と組み合わせる。円筒形反射器及び二つの孔により部分的に平行化した光を発生する。この光は、走査方向に沿った次元で約１０°乃至１５°発散し且つ走査方向に対して垂直方向での電球の発散（約３０°乃至４５°）にほとんど影響を及ぼさない。薄いフィルム状偏光子４を孔の後方にその設計角度（６８°）で配置する。偏光子を透過した光線は、偏光子の後方に配置された３．８１ｃｍ×２０．３２ｃｍ（１．５インチ×８インチ）の第２孔５を通過する。偏光比は約６：１であると計測された。基材７を電球の長さ方向軸線と直交する軸線に沿って線型並進台１３で一定速度で走査する。鏡が反射した光は、コーティングが施された基材に約４４°で入射する。
【００８５】
上文中に説明した露光システムを使用し、感光性ポリイミドが付着した基材を約１００Ｊ／ｃｍ2 の全エネルギ密度で露光する。第１露光と第２露光との間の露光エネルギの相対的な比は、４：１である。電球の走査速度及び出力は、基材上の光学整合材料を十分に露光する所望のエネルギ密度を提供するように選択され、整合材料と接触した状態に置かれた液晶を整合させる。
【００８６】
露光後、光学的に発生させた整合方向の直交配向で基材を組み立てる。セルの厚さは約４μｍである。次いで、セルをネマチック液晶で毛管作用によって充填する。期待されるように、液晶は、プレチルトを伴う捩じれたネマチック配向で整合していることが観察される。液晶等方性点以上に液晶セルを加熱する（３０分間に亘って９５℃）と、整合の均等性が改善されたことが観察される。プレチルトは、結晶回転法を使用することによって確かめられる。
【００８７】
例１４
この例は、均等性が改善された、傾斜入射での二つの露光を使用する、プレチルトを伴う光学整合を発生する、偏光の度合いが高い露光システムを例示する。
【００８８】
最初に、感光性ポリイミド整合層を図７のシステムと同様のシステムによって露光する。次いで、基材を、機械式の台１５で基材の平面に対する垂線を中心として９０°回転させる。その後、基材を２回目に同じ露光システムで露光する。例１の電球システム（１及び２）を、電球の焦点近くに配置された３．８１ｃｍ×２５．４ｃｍ（１．５インチ×１０インチ）の第１孔３と組み合わせる。円筒形反射器及び二つの孔により部分的に平行化した光を発生する。この光は、走査方向に沿った次元で約１０°乃至１５°発散し且つ走査方向に対して垂直方向での電球の発散（約３０°乃至４５°）にほとんど影響を及ぼさない。例１の薄いフィルム状偏光子４を孔の後方にその設計角度（６８°）で配置する。偏光子を透過した光線は、偏光子の後方に配置された３．８１ｃｍ×２０．３２ｃｍ（１．５インチ×８インチ）の第２孔５を通過する。偏光比は約９．５：１であると計測された。基材７を電球の長さ方向軸線と直交する軸線に沿って線型並進台１３で一定速度で走査する。光は、コーティングが施された基材に約４４°で入射する。
【００８９】
上文中に説明した露光システムを使用し、感光性ポリイミドが付着した基材を約１００Ｊ／ｃｍ2 の全エネルギ密度で露光する。第１露光と第２露光との間の露光エネルギの相対的な比は、４：１である。電球の走査速度及び出力は、基材上の光学整合材料を十分に露光する所望のエネルギ密度を提供するように選択され、整合材料と接触した状態に置かれた液晶を整合させる。
【００９０】
露光後、光学的に発生させた整合方向の直交配向で基材を組み立てる。セルの厚さは約４μｍである。次いで、セルをネマチック液晶で毛管作用によって充填する。期待されるように、液晶は、プレチルトを伴う捩じれたネマチック配向で整合していることが観察される。液晶等方性点以上に液晶セルを加熱する（３０分間に亘って９５℃）と、整合の均等性が改善されたことが観察される。整合の質が例１３と比較して改善されたことがわかる。プレチルトは、結晶回転法を使用することによって確かめられる。
【００９１】
例１５
この例は、光学整合材料で処理した基材を露光後に、しかし液晶試験セルの形成前に加熱するプロセスを示す。
【００９２】
最初に、感光性ポリイミド整合層を持つ基材を図１０に詳細に示すシステムで露光する。次いで、基材を、機械式の台１５で基材の平面に対する垂線を中心として９０°回転させる。その後、基材を２回目に同じ露光システムで露光する。例１の電球システム（１及び２）を、電球の焦点近くに配置された３．８１ｃｍ×２５．４ｃｍ（１．５インチ×１０インチ）の第１孔３と組み合わせる。円筒形反射器及び二つの孔により部分的に平行化した光を発生する。この光は、走査方向に沿った次元で約１０°乃至１５°発散し且つ走査方向に対して垂直方向での電球の発散（約３０°乃至４５°）にほとんど影響を及ぼさない。例１の薄いフィルム状偏光子４を孔の後方にその設計角度（６８°）で配置する。偏光子を透過した光線は、偏光子の後方に配置された３．８１ｃｍ×２０．３２ｃｍ（１．５インチ×８インチ）の第２孔５を通過する。基材７を電球の長さ方向軸線と直交する軸線に沿って線型並進台１３で一定速度で走査する。光は、コーティングが施された基材に約４４°で入射する。
【００９３】
上文中に説明した露光システムを使用し、感光性ポリイミドが付着した基材を約１００Ｊ／ｃｍ2 の全エネルギ密度で露光する。第１露光と第２露光との間の露光エネルギの相対的な比は、４：１である。電球の走査速度及び出力は、基材上の光学整合材料を十分に露光する所望のエネルギ密度を提供するように選択され、整合材料と接触した状態に置かれた液晶を整合させる。
【００９４】
露光後、基材を２時間に亘って１８０°まで加熱し、次いで室温まで冷却する。
【００９５】
加熱及び冷却の後、光学的に発生させた整合方向の直交配向で基材を組み立てる。セルの厚さは約４μｍである。次いで、セルをネマチック液晶で毛管作用によって充填する。期待されるように、液晶は、プレチルトを伴う捩じれたネマチック配向で整合していることが観察される。液晶等方性点以上に液晶セルを加熱する（３０分間に亘って９５℃）と、整合の均等性が改善されたことが観察される。
【００９６】
整合の均等性及び電圧保持比は、例１４に説明したように製造したセルと比較して改善されたことがわかった。
【００９７】
例１６
この例は、露光角度が調節自在の露光システムを例示する。
【００９８】
この露光システムは、図１０に示すように、電球素子モジュール２６、図９のＡ及びＢに示す光学素子ハウジング２７、支持構造２９、アクスル、ロケーターピン３１、及びロケーターバックプレート３２を有する。電球素子モジュール２６は、例１の円筒形電球１及び反射器２を含む。
【００９９】
光学素子モジュールを収容した光学素子ハウジングを図９に示す。光学素子ハウジングは、電球素子モジュールにしっかりと取り付けられている。光学素子モジュールは、光学素子モジュールに設けられた横方向位置決め孔１９に通したボルトで光学素子ハウジングに取り付けられる。これにより、偏光の度合いを制御するため、光学素子モジュールを横方向で位置決めできる。光学素子モジュールを図１０で見て右方下方にに約０．６３５ｃｍ（約１／４インチ）に位置決めし、偏光の度合いを改善する。図９に示す偏光子の配向を使用し、図１０に概略に示す露光システムで傾斜入射を使用した場合に高度の偏光を発生する。
【０１００】
支持構造２９、アクスル３０、ロケーターピン３１、及びロケーターバックプレート３２が、露光角度を制御する手段を提供する。電球素子モジュールは、高さ調節を行うためのねじ機構で支持構造に取り付けられる。支持構造２９はアクスル３０を中心として回転し、ロケーターピン３１及びロケーターバックプレート３２は支持構造を様々な露光角度に係止するように機能する。
【０１０１】
支持構造を垂直入射を行うように配向した場合、ビーム全体に亘って平均した露光システムの露光比は約６：１である。支持構造を４４°で傾斜入射を行うように配向した場合、ビーム全体に亘って平均した露光システムの露光比は約９．５：１である。支持構造を５５°で傾斜入射を行うように配向した場合、ビーム全体に亘って平均した露光システムの露光比は約１２．５：１である。
【０１０２】
この例は、ビーム内での局部的な偏光の度合いが、平均的な偏光の度合いに影響し、露光角度に左右されるということを示し、更に、偏光子の配向を支持し、傾斜露光角度についての平均的な偏光の度合いに寄与する。
【０１０３】
これらの例及び以上の説明は、本発明を例示するものである。当業者が変形例を案出することは理解されよう。本発明は、特許請求の範囲の範疇のこれらの変形例の全てを含もうとするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  部分的に平行化し且つ部分的に偏光させた光線を用いる露光システムを示す概略斜視図である。
【図２】  ほぼ垂直入射で基材を露光するのに使用される光学システムの側面図である。
【図３】  傾斜入射で基材を露光するのに使用される光学システムの側面図である。
【図４】  ほぼ垂直入射で基材を露光するために反射光学系を使用する光学システムの側面図である。
【図５】  部分偏光の度合いを制御するためにベーン構造を使用する光学システムの正面図である。
【図６】  偏光の度合いが比較的低い傾斜入射で露光するのに使用される、光学構成要素が所定角度をなした光学システムの側面図である。
【図７】  偏光の度合いが比較的高い傾斜入射で露光するのに使用される、光学構成要素が所定角度をなした光学システムの側面図である。
【図８】  Ａは、傾斜入射で一回で露光するのに使用される、光学構成要素が所定角度をなした光学システムの側面図であり、Ｂは、偏光子の構造を明らかにするための偏光子の正面図である。
【図９】  Ａは、本発明の光学素子モジュール用の細長い包囲体を示す概略斜視図であり、Ｂは、光学素子モジュール内に取り付けられた光学エレメントを示す図である。
【図１０】  露光の入射角度を変化させるための手段を持つ露光システムを示す側面図である。
【符号の説明】
１  直線状ガス入り電球            ２  円筒形楕円形鏡
３  第１孔                        ４  薄いフィルム状偏光子
５  第２孔                        ６  吸収性ガラスプレート
７  基材                          １３  線型並進台
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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