JP2013195442A - 露光装置、露光方法及び露光済み材製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被露光材の照射面において、照射される偏光光の偏光軸角度の均一性を高めることである。
【解決手段】本発明に係る露光装置は、光源からの光の光強度分布を均一にし、光強度分布を均一にした光を集光させる均一化集光部と、均一化集光部から入射した光を平行光にする平行化部と、平行化部から入射した平行光から特定の偏光成分を有する偏光光を取り出して、偏光光を被露光材に照射する偏光素子と、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断することによって、被露光材の照射面において、偏光光の偏光軸角度の均一性を高める部分遮光部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置、露光方法及び露光済み材製造方法に関するものであって、特に、偏光素子を介して光を照射する露光装置、露光方法及び露光済み材製造方法に関する。

従来から、液晶表示素子の配向膜等を形成するために、基板に偏光光を照射する露光装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載された装置は、放電ランプと、楕円集光鏡と、複数の平面鏡と、インテグレータレンズと、シャッタと、コリメータレンズと、偏光素子とを備えている。放電ランプが放射する紫外光を含む光は、楕円集光鏡で集光され、第１の平面鏡で反射し、シャッタを介してインテグレータレンズに入射する。インテグレータレンズから出た光は、さらに第２の平面鏡で反射し、コリメータレンズで平行光にされ、偏光素子に入射する。偏光素子は、複数枚のガラス板を間隔をあけて平行配置し、これらのガラス板を入射光に対してブリュースタ角傾けて配置したものである。特許文献１に記載された装置においては、Ｐ偏光に対するＳ偏光の比Ｓ／Ｐが０．１以下となると共にブリュースタ角に対して±５°傾いた入射光に対する平行偏光光Ｐの減衰率が１／２以下となることを目指して、８枚以上９８枚以下のガラス板を平行配置することによって偏光素子を構成している。

特開平１０−９０６８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された装置では、偏光素子に入射する平行光のデクリネーション角が考慮されていない。デクリネーション角とは、中心光線平行度のことをいい、光源の中心から出射して平行光にされた光の光線と照射面の法線とがなす角度である。特許文献１の装置では、放電ランプからの光が、インテグレータレンズとコリメータレンズを介して偏光素子へ入射するように構成されている。コリメータレンズは、インテグレータレンズから出射された光を平行光にするためのレンズである。しかしながら、光学系内部にレンズを用いる場合、照射面の法線に対して完全に平行な光を形成することは困難である。したがって、レンズを介して平行光を形成した場合、レンズから出射される平行光は、０°以外の不均一なデクリネーション角度を伴う平行光を含むことが一般的である。デクリネーション角が均一でないと、偏光素子への平行光の入射角度も不均一になる。

偏光素子表面へ入射する平行光の入射角度が均一でない場合、一例として、照射面において照射される偏光光の偏光軸角度は、上記平行光の入射角度が均一であることを前提に設定した所定の軸角度より、０．２°から０．３°シフトする。例えば、偏光光を基板に照射して光配向膜を製造する場合、基板の照射面における偏光軸角度にばらつきがあると、光配向膜の配向方向が不均一になる。配向方向が不均一な光配向膜は、液晶表示装置において、色調やコントラストがばらつく原因となる。特にIn-Plane Switching(IPS)方式の表示装置用の光配向膜等においては、照射される偏光光の偏光軸角度を高精度に均一化させる必要がある。

そこで本発明の目的は、被露光材の照射面において、照射される偏光光の偏光軸角度の均一性を高めることである。

本発明は、光を照射する光源が被露光材に光を照射した状態で、光源と被露光材とが、被露光材への光の入射方向に交差する方向に相対移動することによって被露光材がスキャン露光される露光装置に係るものである。上記目的を達成するために、本発明に係る露光装置は、光源からの光の光強度分布を均一にし、光強度分布を均一にした光を集光させる均一化集光部と、均一化集光部から入射した光を平行光にする平行化部と、平行化部から入射した平行光から特定の偏光成分を有する偏光光を取り出して、偏光光を被露光材に照射する偏光素子と、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断することによって、被露光材の照射面において、偏光光の偏光軸角度の均一性を高める部分遮光部とを備える。

「被露光材」とは、露光される対象物をいう。「被露光材」は、露光される表面を有する基板及び基材を含む。「被露光材」の一例として、液晶表示装置用の光配向膜を製造するための基板及びフィルム、３次元表示装置用の偏光フィルムを製造するための基板及びフィルム等が挙げられる。「偏光光」とは、偏光板、偏光フィルム、偏光ビームスプリッタ等の偏光素子を介して照射された光をいう。本願明細書及び特許請求の範囲の記載において、「平行光」とは、平行又は略平行に進行する光をいい、０°以外のデクリネーション角度を伴う平行光を含む。「偏光軸角度」とは、偏光光の偏光軸が所定の基準方向、基準線又は基準面に対してなす角度のことをいう。

例えば、部分遮光部は、偏光素子を介して被露光材に照射される光を通過させる開口と、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断する遮光領域とを備え、開口は、平行化部の中心から出射した光が該開口の中心を通過するように位置決めされたものであり、開口の形状は、１組の対角の大きさが他の組の対角の大きさと異なると共にスキャン方向側においてスキャン方向に対して交差する１組の対辺を有する平行四辺形である。

少なくとも平行化部と部分遮光部とを複数個備え、複数の部分遮光部の内の１個の部分遮光部によって、平行四辺形の開口におけるスキャン方向側の端部を介して照射された領域が、他の部分遮光部の開口におけるスキャン方向側の端部を介してさらに照射されるように構成してもよい。

一例として、均一化集光部は、光源からの光の光強度分布を均一にする均一化部と、均一化部によって光強度分布を均一にした光を集光させる集光部とを備える。

例えば、部分遮光部は、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断することによって、被露光材の照射面において、スキャン方向に積算したデクリネーション角度値を略均一にするものである。

「スキャン方向」とは、スキャンする方向をいい、被露光材が照射されていく方向をいう。「デクリネーション角」とは、前述のように中心光線平行度のことをいう。本願明細書及び特許請求の範囲の記載において、積算する「デクリネーション角度値」は、絶対値ではなく、マイナス値及びプラス値を用いて表した角度値である。

本発明に係る他の露光装置は、光を照射する光源が被露光材に光を照射した状態で、光源と被露光材とが、被露光材への光の入射方向に交差する方向に相対移動することによって被露光材がスキャン露光される露光装置であって、光源からの光の光強度分布を均一にし、光強度分布を均一にした光を集光させる均一化集光部と、均一化集光部から入射した光を平行光にする平行化部と、平行化部の周縁部から出射された平行光の少なくとも一部を遮断することによって、被露光材の照射面において、照射される偏光光の偏光軸角度の均一性を高める部分遮光部と、部分遮光部を介して入射した平行光から特定の偏光成分を有する偏光光を取り出して、偏光光を被露光材に照射する偏光素子とを備える。

上記他の露光装置において、例えば、部分遮光部は、平行光を通過させる開口と、平行化部の周縁部から出射された平行光の少なくとも一部を遮断する遮光領域とを備え、開口は、平行化部の中心から出射した光が該開口の中心を通過するように位置決めされたものであり、開口の形状は、１組の対角の大きさが他の組の対角の大きさと異なると共にスキャン方向側においてスキャン方向に対して交差する１組の対辺を有する平行四辺形である。

また、上記他の露光装置において、少なくとも平行化部と部分遮光部とを複数個備え、複数の部分遮光部の内の１個の部分遮光部によって、平行四辺形の開口におけるスキャン方向側の端部を介して照射された領域が、他の部分遮光部の開口におけるスキャン方向側の端部を介してさらに照射されるように構成してもよい。

加えて、上記他の装置において、均一化集光部は、光源からの光の光強度分布を均一にする均一化部と、均一化部によって光強度分布を均一にした光を集光させる集光部とを備えるように構成してもよい。

また、上記他の装置において、部分遮光部は、平行化部の周縁部から出射された平行光の少なくとも一部を遮断することによって、被露光材の照射面において、スキャン方向に積算したデクリネーション角度値を略均一にするものであってもよい。

また、本発明は、光を照射する光源が被露光材に光を照射した状態で、光源と被露光材とが、被露光材への光の入射方向に交差する方向に相対移動することによって被露光材が露光される露光方法に係るものである。上記目的を達成するために、本発明に係る露光方法は、光源からの光の光強度分布を均一にし、光強度分布を均一にした光を集光させる均一化集光ステップと、均一化集光ステップによって光強度分布を均一にして集光させた光を、平行化部によって平行光にする平行化ステップと、平行化ステップによって平行光にした光から、偏光素子によって特定の偏光成分を有する偏光光を取り出して、偏光光を被露光材に照射する偏光ステップと、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断することによって、被露光材の照射面において、偏光光の偏光軸角度の均一性を高める部分遮光ステップとを含む。

さらに、本発明は、光を照射する光源が被露光材に光を照射した状態で、光源と被露光材とが、被露光材への光の入射方向に交差する方向に相対移動することによって被露光材を露光し、露光済み材を製造する露光済み材製造方法に係るものである。上記目的を達成するために、本発明に係る露光済み材製造方法は、光源からの光の光強度分布を均一にし、光強度分布を均一にした光を集光させる均一化集光ステップと、均一化集光ステップによって光強度分布を均一にして集光させた光を、平行化部によって平行光にする平行化ステップと、平行化ステップによって平行光にした光から、特定の偏光成分を有する偏光光を取り出して、偏光光を被露光材に照射する偏光ステップと、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断することによって、被露光材の照射面において、偏光光の偏光軸角度の均一性を高める部分遮光ステップとを含む。

「露光済み材」とは、露光された物をいい、「被露光材」が露光されたものである。「露光済み材」は、露光された基板及び基材を含み、「露光済み材」の一例として、露光工程を経て製造された液晶表示装置用の光配向膜、３次元表示装置用の偏光フィルム等がある。

本発明に係る露光装置は、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断することによって、被露光材の照射面において、偏光光の偏光軸角度の均一性を高める部分遮光部を備えている。後に詳述するように、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部の光に起因して照射面における偏光光の偏光軸角度のばらつきが大きくなってしまう。したがって、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部の光を遮断することによって、被露光材の照射面において、照射される偏光光の偏光軸角度の均一性を高めることができる。

部分遮光部は、偏光素子を介して被露光材に照射される光を通過させる開口と、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断する遮光領域とを備え、開口は、平行化部の中心から出射した光が該開口の中心を通過するように位置決めされたものであり、開口の形状は、１組の対角の大きさが他の組の対角の大きさと異なると共にスキャン方向側においてスキャン方向に対して交差する１組の対辺を有する平行四辺形であるように構成した場合には、偏光光の偏光軸角度の均一性が高い照射領域をできるだけ大きく確保することができる。

少なくとも平行化部と部分遮光部とを複数個備え、複数の部分遮光部の内の１個の部分遮光部によって、平行四辺形の開口におけるスキャン方向側の端部を介して照射された領域が、他の部分遮光部の開口におけるスキャン方向側の端部を介してさらに照射されるように構成した場合には、隣り合う照射領域の端部において、照度を互いに補間することができる。また、複数の平行化部が同一構成を有する場合には、１個の部分遮光部の開口と他の部分遮光部の開口を介して重複照射された領域では、後に詳述するように、プラス側にシフトしたデクリネーション角とマイナス側にシフトしたデクリネーション角とが積算されるため、部分遮光部の開口におけるスキャン方向側の端部を介して照射された領域の偏光軸角度が改善し、照射領域全体において偏光軸角度をより均一化することができる。

均一化集光部が、光源からの光の光強度分布を均一にする均一化部と、均一化部によって光強度分布を均一にした光を集光させる集光部とを備えるように構成した場合には、均一化部と集光部とを別個の光学素子によって構成することができる。

部分遮光部が、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断することによって、被露光材の照射面において、スキャン方向に積算したデクリネーション角度値を略均一にするものであるように構成した場合には、デクリネーション角度値のばらつきに起因して生じる偏光光の偏光軸角度のばらつきを低減させることができる。

本発明に係る他の露光装置は、平行化部の周縁部から出射された平行光の少なくとも一部を遮断することによって、被露光材の照射面において、照射される偏光光の偏光軸角度の均一性を高める部分遮光部を備えている。したがって、前述した本発明に係る露光装置と同様に、平行化部の周縁部から出射された平行光の少なくとも一部を遮断することによって、被露光材の照射面において、照射される偏光光の偏光軸角度の均一性を高めることができる。

上記他の露光装置において、部分遮光部は、平行光を通過させる開口と、平行化部の周縁部から出射された平行光の少なくとも一部を遮断する遮光領域とを備え、開口は、平行化部の中心から出射した平行光が該開口の中心を通過するように位置決めされたものであり、開口の形状は、１組の対角の大きさが他の組の対角の大きさと異なると共にスキャン方向側においてスキャン方向に対して交差する１組の対辺を有する平行四辺形であるように構成した場合には、偏光光の偏光軸角度の均一性が高い照射領域をできるだけ大きく確保することができる。

本発明に係る露光方法は、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断することによって、被露光材の照射面において、偏光光の偏光軸角度の均一性を高める部分遮光ステップを含む。後に詳述するように、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部の光に起因して照射面における偏光光の偏光軸角度のばらつきが大きくなってしまう。したがって、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部の光を遮断することによって、被露光材の照射面において、照射される偏光光の偏光軸角度の均一性を高めることができる。

本発明に係る露光済み材製造方法は、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断することによって、被露光材の照射面において、偏光光の偏光軸角度の均一性を高める部分遮光ステップとを含む。したがって、本発明に係る露光方法と同様に、平行化部の周縁部から偏光素子を介して被露光材に照射される光の少なくとも一部の光を遮断することによって、被露光材の照射面において、照射される偏光光の偏光軸角度の均一性を高めることができる。

第１の実施形態に係る露光装置の正面図である。 第１の実施形態に係る露光装置の右側面図である。 デクリネーション角の説明図である。 第１の実施形態に係る部分遮光部の平面図である。 （ａ）第１の実施形態に係る露光装置において、部分遮光部を外した状態で、偏光光を照射した場合のシミュレーションに関する照射領域の平面図である。（ｂ）上記シミュレーションの結果を示すグラフである。 （ａ）第１の実施形態に係る露光装置において、部分遮光部を外した状態で、偏光光を照射した場合のシミュレーションに関する照射領域の平面図である。（ｂ）上記シミュレーションの結果を示すグラフである。 図５（ｂ）に示すシミュレーション結果と図６（ｂ）に示すシミュレーション結果とを合成した結果を示すグラフである。 第１の実施形態に係る露光装置の部分斜視図である。 第１の実施形態に係る露光装置を用いた場合におけるスキャン方向に積算したデクリネーション角度値の変化を示すグラフである。 第１の実施形態に係る露光装置を用いた露光方法及び露光済み材製造方法に関する工程を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る露光装置を複数個用いて被露光材を露光する場合の照射領域を示す説明図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の実施の形態を添付の図により説明する。図１及び図２に第１の実施形態に係る露光装置１の構成を示す。第１の実施形態に係る露光装置１は、搬送される被露光材１６をスキャン露光するものである。図１は、スキャン方向Ｓに対して側面から露光装置１を見た図であり、図２は、図１に示す露光装置１の右側面図である。

露光装置１は、光源部２と偏光素子１２を備え、光源部２と偏光素子１２との間において、光源からの光の光強度分布を均一にし、光強度分布を均一にした光を集光させる均一化集光部と、均一化集光部から入射した光を平行光にする平行化部１０とを備えている。均一化集光部は、光源部２から出射した光３の光強度分布を均一化する均一化部５と、光強度分布を均一にした光を集光させる集光部７とから構成されている。また、偏光素子１２と被露光材１６の間に、部分遮光部１４が設けられている。部分遮光部１４は、平行化部１０の周縁部から偏光素子１２を介して被露光材１６に照射される光の少なくとも一部を遮断するものである。偏光素子１２からの偏光光１３は、部分遮光部１４によって一部遮光されて、被露光材１６の照射面１６ａに照射される。

被露光材１６は、一例として、ポリイミド等のフォトレジストからなる配向膜を塗布した基板又はフィルムである。本実施形態では、露光処理中において、光源部２、均一化部５、集光部７、平行化部１０、偏光素子１２、部分遮光部１４は固定されていて、被露光材１６が一方向に一定速度で搬送されることによって、スキャン露光される。したがって、被露光材１６の搬送方向は、スキャン方向Ｓと逆方向になる。

光源部２は、例えば、超高圧水銀ランプやキセノンフラッシュランプ、エキシマレーザ又はＹＡＧレーザ等のレーザ光源等からなる光源を有し、波長域は一例として、２８０ｎｍ〜４００ｎｍである。光源部２は、さらに集光型の楕円ミラーを備えている。楕円ミラーは、楕円ミラーよって集光された光３が均一化部５に入射するように、配置されている。

均一化部５は、光入射側レンズアレイ５ａと光出射側レンズアレイ５ｂとを対向配置したフライアイレンズによって構成されている。光入射側レンズアレイ５ａと光出射側レンズアレイ５ｂは、同一平面内に複数の単位レンズをマトリクス状に配置したレンズアレイである。光入射側レンズアレイ５ａと光出射側レンズアレイ５ｂは同一構成のレンズアレイであり、互いに対応する単位レンズが対面するように対向配置されている。均一化部５は、光源部２から入射した光３の光強度分布を均一にして、光強度分布が均一な光６を集光部７へ出射する。

均一化部５の出射側には、集光部７が設けられている。集光部７は、シリンドリカルレンズによって構成されている。シリンドリカルレンズは、１軸方向にのみ光を集束させるものである。集光部７を構成するシリンドリカルレンズは、凸面を均一化部５側に向けて配置されている。集光部７への入射光について、集光部７はスキャン方向Ｓにおける光の幅を所定の幅に制限する。したがって、集光部７から平行化部１０に入射する光９の幅Ｗ_２は、集光部７に入射する光６の幅Ｗ_１よりも狭くなっている。集光部７よって、平行化部１０に入射する光９の光束断面形状は、略矩形に整形される。

集光部７の出射側には、平行化部１０が設けられている。平行化部１０は、２枚の平凸レンズを凸面を内側にして組み合わせたコンデンサレンズによって構成されている。平行化部１０は、集光部７から出射された光９を平行光１１にするためのものである。一例として、この平行光１１はコンデンサレンズによって拡張又は縮小して照射される。平行化部１０を構成するコンデンサレンズは、平行光を形成するように、均一化部５及び集光部７に対して位置決めされている。しかしながら、光学系の内部にレンズを用いる場合、平行光の平行度を完全に均一にすることは困難である。したがって、平行化部１０から出射される平行光１１は、０°以外のデクリネーション角度を伴う平行光を含むものである。

デクリネーション角とは、中心光線平行度のことをいう。デクリネーション角の説明図を図３に示す。デクリネーション角は、図３の角度θによって示すように、光源の中心から出射してコンデンサレンズ等によって平行光にされた光の光線と照射面の法線ｌ_１とがなす角度である。

平行化部１０（図１，図２）の出射側には、偏光素子１２が設けられている。偏光素子１２は、Ｐ偏光及びＳ偏光のうちのいずれか一方を透過させると共に他方を反射させる偏光ビームスプリッタである。この偏光ビームスプリッタは、一例として、紫外線を透過させるために石英ガラス基板を用いて形成されている。本実施形態において、偏光素子１２は、平行光１１がブリュースタ角に極めて近い約６０°の入射角αで素子表面１２ａに入射するように、平行光１１に対して傾いて配置されている。本実施形態に係る偏光素子１２は、一例として、Ｐ偏光を透過して被露光材１６の照射面１６ａにＰ偏光を照射し、Ｓ偏光を反射させるように設計されている。

偏光素子１２と被露光材１６との間には、部分遮光部１４が設けられている。部分遮光部１４の平面図を図４に示す。部分遮光部１４は、スキャン方向Ｓに延びる板状部材であり、一例として、金属板によって形成されている。部分遮光部１４は、偏光素子１２からの偏光光１３を遮光する遮光領域１４ａと、偏光光１３を通過させる平行四辺形の開口１４ｂを備えている。平行四辺形の開口１４ｂは、２組の対辺のうち、一方の対辺２１がスキャン方向Ｓと直交し、且つ偏光光１３の入射方向に交差する方向に延びている。他方の対辺２２は、スキャン方向Ｓと直交以外の角度で交差し、且つ偏光光１３の入射方向に交差する方向に延びている。

一方の対辺２１と他方の対辺２２の長さは異なっており、１組の対角の大きさは他の組の対角の大きさと異なっている。なお、後述するように一方の対辺２１と他方の対辺２２の長さの比率及び一方の対辺２１と他方の対辺２２がなす角度は、平行化部１０を構成するコンデンサレンズの設計に依存するため、限定されない。

部分遮光部１４の配置は、開口１４ｂの中心が平行化部１０を構成するコンデンサレンズの光軸と一致するように位置決めされている。したがって、平行化部１０の中心から出射した光は偏光素子１２を介して部分遮光部１４の開口１４ｂの中心を通過し、平行化部１０の周縁部から偏光素子１２を介して被露光材１６に照射される光の少なくとも一部は、部分遮光部１４の遮光領域１４ａによって遮断される。これによって、デクリネーション角に起因した照射面１６ａにおける偏光軸角度のずれを軽減することができる。この点について、以下に詳述する。

前述のように、集光部７（図１）は、シリンドリカルレンズによって、スキャン方向Ｓにおける光９の幅Ｗ_２がシリンドリカルレンズへ入射する光６の幅Ｗ_１よりも狭くなるように光９を集光させるものである。したがって、図１に示すように、スキャン方向Ｓの側方からみて、平行化部１０を構成するコンデンサレンズの中央部と周辺部に入射する光線、すなわち、コンデンサレンズの中心に入射する光線と、コンデンサレンズの中心からスキャン方向Ｓに離れた位置に入射する光線及びコンデンサレンズの中心からスキャン方向Ｓと逆方向に離れた位置に入射する光線とでは、シリンドリカルレンズとコンデンサレンズ間の光線焦点距離が異なる。このように、スキャン方向Ｓに集光された光９の光線が円形のコンデンサレンズに入射するため、デクリネーション角度がスキャン方向Ｓの上流側及び下流側において、それぞれマイナス側及びプラス側にシフトする。

図５から図７に、部分遮光部１４を外した露光装置１を用いて、偏光光を照射した場合のシミュレーション結果を示す。図５（ａ）にシミュレーションを行った照射領域を示す。図５（ａ）に示す照射領域は、スキャン方向Ｓの幅が約３０ｍｍであり、スキャン方向Ｓと直交する方向（以下、「エレメント方向」という）の幅が約２５０ｍｍの矩形領域である。図５（ａ）には、照射領域におけるスキャン方向Ｓ側の幅の中央を示す仮想基準線ｌ_２とエレメント方向側の幅の中央を示す仮想基準線ｌ_３を明示している。

仮想基準線ｌ_２に沿ったエレメント方向におけるデクリネーション角の変化を図５（ｂ）のグラフに示す。図５（ａ）に示す位置関係において、照射領域における仮想基準線ｌ_２上に入射する各光線について、光線の入射方向を上方から下方へ向かうものとした場合、照射領域の法線の右側に形成されるデクリネーション角をプラス値で表し、法線の左側に形成されるデクリネーション角をマイナス値で表している。

図６（ａ）の仮想基準線ｌ_３に沿ったスキャン方向Ｓにおけるデクリネーション角の変化を図６（ｂ）のグラフに示す。図６（ａ）に示す位置関係において、照射領域における仮想基準線ｌ_３上に入射する各光線について、照射領域の法線に対してスキャン方向Ｓの下流側（図６（ａ）の上側）に形成されるデクリネーション角をプラス値で表し、法線に対してスキャン方向Ｓの上流側（図６（ａ）の下側）に形成されるデクリネーション角をマイナス値で表している。

図５（ｂ）に示したエレメント方向のデクリネーション角度値と図６（ｂ）に示したスキャン方向Ｓのデクリネーション角度値とを合成した照射領域全体におけるデクリネーション角度値を図７に示す。横軸に照射領域におけるエレメント方向の位置［ｍｍ］を示し、縦軸にデクリネーション角度値［°］を示している。グラフの右側に示す凡例は、照射領域におけるスキャン方向Ｓの位置［ｍｍ］を示している。図７に示すように、照射領域全体におけるデクリネーション角度値は略Ｓ字曲線を描く。図７に示すシミュレーション結果からも明らかなように、デクリネーション角度は照射領域におけるスキャン方向Ｓ側の両端部において、それぞれマイナス側及びプラス側にシフトする。すなわち、平行化部１０のコンデンサレンズの周縁部から照射領域におけるスキャン方向Ｓ側の両端部に入射する光によってデクリネーション角のばらつきが大きくなっている。

図７のグラフ上に、部分遮光部１４の開口１４ｂを仮想的に示す。部分遮光部１４によって、平行化部１０のコンデンサレンズの周縁部から照射領域におけるスキャン方向Ｓ側の両端部に入射する光を遮光することができる。これにより、スキャン方向Ｓにおける各位置においてデクリネーション角が略均一化した偏光光１３を被露光材１６に照射することができる。

図８に、平行化部１０のコンデンサレンズと、偏光素子１２と、部分遮光部１４と、被露光材１６の斜視図を示す。本実施形態において、偏光光１３（図１，図２）の偏光方向は、エレメント方向に一致している。エレメント方向は、スキャン方向Ｓと直交し且つ光の入射方向に交差する方向である。エレメント方向に平行な偏光軸の偏光軸角度を０°とすると、被露光材１６の照射面１６ａにおいて偏光軸角度は、偏光光１３のデクリネーション角に依存して、０°か又はプラス側若しくはマイナス側に僅かにシフトする。しかしながら、デクリネーション角の変化量が大きい偏光光１３については、前述のように部分遮光部１４によって遮光されているため、偏光軸角度は略均一化される。

さらに、露光装置１は、スキャン露光を行うため、デクリネーション角度値はスキャン方向Ｓに積算される。すなわち、図７においては、グラフの縦方向に積算される。図７において実線の丸囲みで示したエレメント方向の中心におけるスキャン方向Ｓ（グラフ縦方向）のデクリネーション角の積算値は、＋０．３°〜−０．３°で０°になる。これに対して、図７に点線の丸囲みで示すエレメント方向左端部では、グラフ縦方向にデクリネーション角を積算すると、＋０．１°〜−０．５°で−０．２°になる。照射領域におけるスキャン方向Ｓ側両端部に出射される偏光光１３は部分遮光部１４によって遮光されるため、スキャン露光に際し、照射される偏光光１３について、スキャン方向Ｓにおけるデクリネーション角の積算値が０°又は略０°に略均一化される。また、開口１４ｂを平行四辺形にすることによって、デクリネーション角の積算値が略０°になる照射領域をできるだけ大きく確保することができる。

図９に、積算したデクリネーション角度値Ｄを示す。曲線Ａ〜Ｃは、図８に示す偏光素子１２において、仮想基準線Ａ〜Ｃによって示した位置に入射した光線のデクリネーション角度値の変化を表すものである。図８の偏光素子１２において示した仮想基準線Ａは、偏光素子１２においてスキャン方向Ｓの下流側（図８の上側）でエレメント方向に延びるものであり、仮想基準線Ｂは、スキャン方向Ｓの中央でエレメント方向に延びるものであり、仮想基準線Ｃは、スキャン方向Ｓの上流側（図８の下側）でエレメント方向に延びるものである。

図９のＡ〜Ｃに示すデクリネーション角の変化特性は、図７に示すデクリネーション角の変化特性と同様である。部分遮光部１４を介して、被露光材１６の照射面１６ａに照射された偏光光１３について、スキャン方向Ｓに積算したデクリネーション角度値を曲線Ｄに示す。図７を参照して前述したように、照射領域におけるスキャン方向Ｓ側の両端部に出射される偏光光１３は部分遮光部１４によって遮光されるため、照射面１６ａにおいてスキャン方向Ｓに積算したデクリネーション角度値Ｄは、照射領域におけるスキャン方向Ｓ側両端部付近でのデクリネーション角の変化量が、偏光素子１２へ入射する光１１よりも減少している。

したがって、図７を参照して前述し、図９の曲線Ｄによって示すように、照射面１６ａにおいてスキャン方向Ｓに積算したデクリネーション角度値Ｄは、０°又は略０°に略均一化されている。照射面１６ａに照射される偏光光１３のデクリネーション角が０°又は略０°に略均一化されているため、被露光材１６の照射面１６ａに照射された偏光光１３の偏光軸角度を略均一化することができる。

次に、上記露光装置１を用いて実行する露光方法及び露光済み材製造方法について説明する。露光装置１は、一定速度で搬送される被露光材１６に光源部２から露光光を照射し、スキャン露光を行う。このスキャン露光において、まず、光源部２から照射された光３の光強度分布を均一にし、光強度分布を均一にした光を集光させる（ステップ１）。光源部２から照射された光３は、均一化部５に入射する。均一化部５は入射した光３の光強度分布を均一化して集光部７に出射する。集光部７は、光強度分布が均一化された光をスキャン方向Ｓに集光して、平行化部１０に出射する。

次に、光強度分布を均一にして集光させた光を平行化部１０によって平行光にする（ステップ２）。この平行光１１は、前述のように、０°以外のデクリネーション角度を伴う平行光１１を含むものである。平行化部１０は平行光を偏光素子１２に出射する。平行光１１は偏光素子１２の素子表面１２ａに入射する。

平行化部１０から入射した平行光１１から、偏光素子１２によって特定の偏光成分を有する偏光光１３を取り出して偏光光１３を被露光材１６に照射する（ステップ３）。本実施形態においては、偏光素子１２は、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させて被露光材１６の照射面１６ａに向けて出射する。

次いで、平行化部１０の周縁部から偏光素子１２を介して被露光材１６に照射される光の少なくとも一部を遮断する（ステップ４）。平行化部１０のスキャン方向Ｓ側の両端部から、照射領域におけるスキャン方向Ｓ側の両端部に出射される光は前述のようにデクリネーション角度の変化量が大きい。しかしながら、部分遮光部１４によって、前述のように、このデクリネーション角度の変化量が大きい偏光光１３が遮断され、平行四辺形の開口１４ｂを介してデクリネーション角度が略均一化した偏光光１３が被露光材１６に照射される。偏光光１３が被露光材１６に照射されている間、被露光材１６は一定速度で搬送されている。したがって、照射面１６ａの同一箇所に照射される偏光光１３は、スキャン方向Ｓに積算された光となる。前述のように、部分遮光部１４によって、偏光光１３の一部が遮断されることにより、照射面１６ａに照射された偏光光１３のデクリネーション角をスキャン方向Ｓに積算した積算値は、０°又は略０°に略均一化される。したがって、照射面１６ａにおける偏光軸角度の均一性を高めることができる。

このように、露光装置１によれば、被露光材１６の照射面１６ａにおける偏光軸角度を略均一にすることができる。したがって、被露光材１６が配向膜を塗布した基板又はフィルムである場合には、配向方向が略均一な光配向膜を製造することができる。露光装置１は、例えば、液晶表示装置用の光配向膜、IPS方式表示装置用の光配向膜、 VA(Vertical Alignment)方式の３次元表示装置用偏光フィルム、IPS方式の３次元表示装置用偏光フィルム等の製造に用いることができる。偏光軸角度の均一化が特に要求されるIPS方式表示装置用部材の製造には特に有効である。露光装置１を用いることにより、上記各種製品の製造に際して、被露光材１６の照射面１６ａにおける偏光軸角度を略均一にして偏光軸角度の均一性を高めることができるため、表示装置における色調、コントラスト等のばらつきを解消又は低減させることができる。

[第２の実施形態]
第１の実施形態における露光装置１を被露光材１６に対して複数個設置して、複数光源によるスキャン露光を実行してもよい。４個の露光装置１を設置したスキャン露光の照射イメージを図１１に示す。第１から第４の露光装置１によって形成される第１から第４の照射領域Ｈ１〜Ｈ４は、各部分遮光部１４の開口１４ｂの形状に依存して、平行四辺形となっている。対応する各照射領域Ｈ１〜Ｈ４において、スキャン方向Ｓと直交するエレメント方向に延びる辺の長さは、一例として約２５０ｍｍである。

第１の露光装置１による照射領域Ｈ１に対して第２の露光装置１による照射領域Ｈ２はスキャン方向Ｓの上流側に配置されている。スキャン方向Ｓと直交するエレメント方向（図１１の左右方向）においては、照射領域Ｈ１の右側端部領域Ｒ_２と照射領域Ｈ２の左側端部領域Ｒ_１とが重複しているため、照射面１６ａにおいて、照射領域Ｈ１によって照射された部分を照射領域Ｈ２によってさらに照射するオーバーラップ領域Ｏ_１が生じている。照射領域Ｈ１の右側端部領域Ｒ_２は、照射領域Ｈ１において、スキャン方向Ｓの下流側における２辺の接点と、スキャン方向Ｓの上流側においてエレメント方向に延びる辺との間に、このエレメント方向に延びる辺と直交する仮想線を想定し、照射領域Ｈ１におけるこの仮想線より右側の領域である。照射領域Ｈ２の左側端部領域Ｒ_１は、照射領域Ｈ２において、スキャン方向Ｓの上流側における２辺の接点と、スキャン方向Ｓの下流側においてエレメント方向に延びる辺との間に、このエレメント方向に延びる辺と直交する仮想線を想定し、照射領域Ｈ２におけるこの仮想線より左側の領域である。

スキャン方向Ｓにおいて、第３の露光装置１による照射領域Ｈ３は、第１の照射領域Ｈ１と同位置にあり、第４の露光装置１による照射領域Ｈ４は、第２の照射領域Ｈ２と同位置にある。エレメント方向においては、照射領域Ｈ２の右側端部領域Ｒ_２と照射領域Ｈ３の左側端部領域Ｒ_１とが重複してオーバーラップ領域Ｏ_２を形成し、照射領域Ｈ３の右側端部領域Ｒ_２と照射領域Ｈ４の左側端部領域Ｒ_１とが重複してオーバーラップ領域Ｏ_３を形成している。各照射領域Ｈ１〜Ｈ４における左側端部領域Ｒ_１と右側端部領域Ｒ_２では、照射領域がスキャン方向Ｓの上流側又は下流側に向かって狭くなっているため、他の部分と比較して積算照度が少なくなってしまう。しかしながら、互いに隣合う露光装置１の間でオーバーラップ領域Ｏ_１〜Ｏ_３を設けることにより、左側端部領域Ｒ_１と右側端部領域Ｒ_２の照度を互いに補間することができる。

加えて、第１から第４の露光装置１において平行化部１０に同一構成のコンデンサレンズを用いている場合には、図７のグラフからも明らかなように、部分遮光部１４の開口１４ｂのスキャン方向Ｓ側両端部から入射する光のデクリネーション角は、それぞれプラス側又はマイナス側にシフトしているため、左側端部領域Ｒ_１における照射光のデクリネーション角はマイナス側にシフトし、右側端部領域Ｒ_２における照射光のデクリネーション角はプラス側にシフトしていることになる。オーバーラップ領域Ｏ_１〜Ｏ_３では、左側端部領域Ｒ_１における照射光と右側端部領域Ｒ_２における照射光とが積算されるため、積算されたデクリネーション角を０°により近づけることができる。したがって、オーバーラップ領域Ｏ_１〜Ｏ_３において、偏光軸角度の均一性をより高めることができる。

なお、照射領域全体の両端に表れる照射領域Ｈ１の左側端部領域Ｒ_１と照射領域Ｈ４の右側端部領域Ｒ_２によって照射された部分は、露光処理後にカットして、その他の照射領域（図１１における有効照射領域）によって照射された部分のみを露光済み材として使用又は販売等してもよい。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、第１の実施形態に係る露光装置１において、部分遮光部１４は偏光素子１２と被露光材１６との間に配置され、偏光素子１２からの偏光光１３を一部遮断するように構成されているが、これに限定されない。平行化部１０と被露光材１６の間であれば、デクリネーション角の変化量が大きい光を遮断することができるため、部分遮光部１４を平行化部１０と偏光素子１２との間に配置してもよい。

また第１の実施形態では、被露光材１６が搬送されることによってスキャン露光が実行されているが、これに限定されず、被露光材１６を静止させた状態で、光源部２、均一化部５、集光部７、平行化部１０、偏光素子１２及び部分遮光部１４を一体的に移動させることによってスキャン露光を実行してもよい。

例えば、第１の実施形態に係る露光装置１において、平行化部１０を構成するコンデンサレンズは、２枚の平凸レンズを凸面を内側にして組み合わせたコンデンサレンズによって構成されているがこれに限定されない。コンデンサレンズを１枚のレンズによって構成してもよいし、他のレンズ構成を採用してもよい。平行光を形成するコンデンサレンズ、コリメータレンズ等のレンズ素子に、均一化集光部によって光強度が均一化されて集光された光が入射されると、レンズ構成に関わらず、平行光のデクリネーション角度値の変化は、図７に示すような略Ｓ字状の曲線として表れる。この曲線の曲率、個々のデクリネーション角度値等は、平行化部１０のレンズ特性、レンズ構成等の相違に応じて変化するため、部分遮光部１４における開口１４ｂの幅及び平行四辺形の対角の大きさ等は、デクリネーション角の積算値が略均一になる照射領域をできるだけ大きく確保するように、平行化部１０の特性に応じて決定することになる。

また例えば、第１の実施形態に係る露光装置１において、部分遮光部１４の開口１４ｂの形状は、１組の対角の大きさが他の組の対角の大きさと異なり、且つ１組の対辺の長さは他の組の対辺の長さと異なる平行四辺形であるが、これに限定されない。部分遮光部１４の開口１４ｂの形状は、長方形、菱形又は正方形であってもよく、平行四辺形以外の形状であってもよい。

第１の実施形態に係る露光装置１において、均一化集光部について均一化部５と集光部７をそれぞれ別個の光学素子によって形成しているが、これに限定されない。光強度分布の均一化機能と光強度分布を均一化した光を平行化部１０に向けて集光する機能とを共に備える一体型の光学素子を均一化集光部として用いてもよい。

均一化部５の入射側に光の光強度分布を均一化する他の均一化部をさらに設けて、偏光素子１２に対する各入射点に集束する複数の入射光、すなわち、偏光素子１２に対する各入射点に異なる入射角度で入射する複数の入射光の光強度を均一にするように構成してもよい。

第１の実施形態に係る均一化部５を光入射側レンズアレイ５ａと光出射側レンズアレイ５ｂとを対向配置したフライアイレンズによって構成しているがこれに限定されない。１枚のレンズアレイから構成されるフライアイレンズであってもよいし、フライアイレンズではなく、ロッドレンズ又はライトパイプ等の他の光強度分布均一化手段であってもよい。

第１の実施形態に係る集光部７を１個のシリンドリカルレンズによって構成しているがこれに限定されない。集光部７をシリンドリカルレンズアレイによって構成してもよいし、他の集光手段によって構成してもよい。

第１の実施形態に係る露光装置１では、偏光素子１２として偏光ビームスプリッタを採用しているが、これに限定されない。また、第１の実施形態に係る露光装置１は、被露光材１６の照射面１６ａにＰ偏光を照射するように構成されているが、これに限定されず、照射面１６ａにＳ偏光を照射するように構成してもよい。第１の実施形態において、偏光素子１２は、平行光１１がブリュースタ角に極めて近い約６０°の入射角αで入射するように配置されているが、これに限定されず、入射角αを他の角度に設定してもよい。第２の実施形態において、複数の露光装置１を用いて被露光材１６を露光する場合、各露光装置１を構成する構成要素の一部を共有してもよい。

１ 露光装置
２ 光源部
５ 均一化部
７ 集光部
１０ 平行化部
１１ 平行光
１２ 偏光素子
１３ 偏光光
１４ 部分遮光部
１４ａ 遮光領域
１４ｂ 開口
１６ 被露光材
１６ａ 照射面

Claims (9)

1. 光を照射する光源が被露光材に光を照射した状態で、前記光源と前記被露光材とが、前記被露光材への光の入射方向に交差する方向に相対移動することによって前記被露光材がスキャン露光される露光装置であって、
   前記光源からの光の光強度分布を均一にし、前記光強度分布を均一にした光を集光させる均一化集光部と、
   前記均一化集光部から入射した光を平行光にする平行化部と、
   前記平行化部から入射した前記平行光から特定の偏光成分を有する偏光光を取り出して、前記偏光光を前記被露光材に照射する偏光素子と、
   前記平行化部の周縁部から前記偏光素子を介して前記被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断することによって、前記被露光材の照射面において、前記偏光光の偏光軸角度の均一性を高める部分遮光部とを備える露光装置。
2. 前記部分遮光部は、前記偏光素子を介して前記被露光材に照射される光を通過させる開口と、前記平行化部の周縁部から前記偏光素子を介して前記被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断する遮光領域とを備え、
   前記開口は、前記平行化部の中心から出射した光が該開口の中心を通過するように位置決めされたものであり、前記開口の形状は、１組の対角の大きさが他の組の対角の大きさと異なると共にスキャン方向側においてスキャン方向に対して交差する１組の対辺を有する平行四辺形であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 少なくとも前記平行化部と前記部分遮光部とを複数個備え、複数の前記部分遮光部の内の１個の部分遮光部によって、前記平行四辺形の前記開口におけるスキャン方向側の端部を介して照射された領域が、他の前記部分遮光部の前記開口におけるスキャン方向側の端部を介してさらに照射されることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
4. 前記均一化集光部は、前記光源からの光の光強度分布を均一にする均一化部と、前記均一化部によって光強度分布を均一にした光を集光させる集光部とを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の露光装置。
5. 前記部分遮光部は、前記平行化部の周縁部から前記偏光素子を介して前記被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断することによって、前記被露光材の照射面において、スキャン方向に積算したデクリネーション角度値を略均一にするものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の露光装置。
6. 光を照射する光源が被露光材に光を照射した状態で、前記光源と前記被露光材とが、前記被露光材への光の入射方向に交差する方向に相対移動することによって前記被露光材がスキャン露光される露光装置であって、
   前記光源からの光の光強度分布を均一にし、前記光強度分布を均一にした光を集光させる均一化集光部と、
   前記均一化集光部から入射した光を平行光にする平行化部と、
   前記平行化部の周縁部から出射された前記平行光の少なくとも一部を遮断することによって、前記被露光材の照射面において、照射される偏光光の偏光軸角度の均一性を高める部分遮光部と、
   前記部分遮光部を介して入射した前記平行光から特定の偏光成分を有する偏光光を取り出して、前記偏光光を前記被露光材に照射する偏光素子とを備える露光装置。
7. 前記部分遮光部は、前記平行光を通過させる開口と、前記平行化部の周縁部から出射された前記平行光の少なくとも一部を遮断する遮光領域とを備え、
   前記開口は、前記平行化部の中心から出射した前記平行光が該開口の中心を通過するように位置決めされたものであり、前記開口の形状は、１組の対角の大きさが他の組の対角の大きさと異なると共にスキャン方向側においてスキャン方向に対して交差する１組の対辺を有する平行四辺形であることを特徴とする請求項６記載の露光装置。
8. 光を照射する光源が被露光材に光を照射した状態で、前記光源と前記被露光材とが、前記被露光材への光の入射方向に交差する方向に相対移動することによって前記被露光材が露光される露光方法であって、
   前記光源からの光の光強度分布を均一にし、前記光強度分布を均一にした光を集光させる均一化集光ステップと、
   前記均一化集光ステップによって光強度分布を均一にして集光させた光を、平行化部によって平行光にする平行化ステップと、
   前記平行化ステップによって平行光にした光から、偏光素子によって特定の偏光成分を有する偏光光を取り出して、前記偏光光を前記被露光材に照射する偏光ステップと、
   前記平行化部の周縁部から前記偏光素子を介して前記被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断することによって、前記被露光材の照射面において、前記偏光光の偏光軸角度の均一性を高める部分遮光ステップとを含む露光方法。
9. 光を照射する光源が被露光材に光を照射した状態で、前記光源と前記被露光材とが、前記被露光材への光の入射方向に交差する方向に相対移動することによって前記被露光材を露光し、露光済み材を製造する露光済み材製造方法であって、
   前記光源からの光の光強度分布を均一にし、前記光強度分布を均一にした光を集光させる均一化集光ステップと、
   前記均一化集光ステップによって光強度分布を均一にして集光させた光を、平行化部によって平行光にする平行化ステップと、
   前記平行化ステップによって平行光にした光から、特定の偏光成分を有する偏光光を取り出して、前記偏光光を前記被露光材に照射する偏光ステップと、
   前記平行化部の周縁部から前記偏光素子を介して前記被露光材に照射される光の少なくとも一部を遮断することによって、前記被露光材の照射面において、前記偏光光の偏光軸角度の均一性を高める部分遮光ステップとを含む露光済み材製造方法。

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