JP2020086022A - 光配向用露光装置及び光配向用露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレチルト角を安定して出現させることができる斜め露光法を行う光配向露光装置において、省スペース化及び低額化を可能にすると共に、走査露光方式により広い処理面積のワークに対して、効果的な斜め露光を実現できるようにする。
【解決手段】光配向用露光装置は、光配向膜になるワークの表面に偏光光を照射する照射部と、照射部の光照射領域に対して表面を相対的に移動させる走査部とを備え、照射部は、ワークの幅方向に沿って長尺な光源を備え、光照射領域に照射される光の照射角度を幅方向に沿って特定の方向に制限する照射角度制限部材を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶配向膜の光配向を行うために用いられる露光装置及び露光方法に関するものである。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の使用用途の多様化の中で、ＶＲ（仮想現実）やＡＲ（拡張現実）などの用途を目的とした高精細化、応答速度の高速化、透過率の向上を進める上で、液晶配向処理におけるプレチルト角の安定化とコントラストの向上が重要な課題になっている。プレチルト角とは、液晶配向軸に沿った液晶分子の長軸と配向面とのなす角度であり、ＬＣＤの表示特性に大きく影響する配向処理の調整因子である。

光配向法において安定したプレチルト角を出現させるためには、光配向膜表面に対して法線方向から任意の角度で斜めに光照射を行う「斜め露光法」が有効であるとされている。従来、この「斜め露光法」を行う露光装置としては、指向性の高い光源を用いて、複数の反射板を介して光配向膜に対する照射角度を設定する照射部を備えたものが知られている（下記特許文献１参照）。

一方、光配向膜は、ＬＣＤパネルの大型化に伴って処理すべき面積が広がっており、光配向用の露光装置は、光配向膜の幅方向に延びる長尺な光照射領域を有し、光照射領域の長手方向に交差する方向に光配向膜となる膜材（ワーク）又は露光装置の光源を移動させる走査露光（スキャン露光）方式が一般に採用されている。走査露光方式の露光装置の一例としては、光照射領域の長さに対応した棒状の光源と、この光源からの光を光照射領域に向けるリフレクタと、光源からの光を偏光光にするワイヤーグリッド偏光子とを備えると共に、光源の長手方向に対して交差する方向に膜材を搬送する搬送装置を備えたものが知られている（下記特許文献２参照）。

特開２０１１−１７５０２５号公報 特開２００６−１２６４６４号公報

「斜め露光法」を行う従来の露光装置は、光源が比較的高価な指向性の高いものに限定される問題がある共に、複数の反射板と光路長確保のための空間を要することで、照射部が大型になる問題がある。そして、この露光装置で大面積のワークを処理するために、走査露光方式を採用するには、指向性の高い光源をワークの幅方向に複数並べる必要があり、更に照射部が大型になり装置の高額化が避けられない。

これに対して、前述した走査露光方式の露光装置は、棒状の光源から出射される散乱光が、走査方向と交差する方向で様々な角度でワークの被照射面に照射されるので、このままでは、配向される液晶分子にプレチルト角を出現させるために有効な斜め露光を実現することができない。

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、プレチルト角を安定して出現させることができる斜め露光法を行う光配向露光装置において、省スペース化及び低額化を可能にすると共に、走査露光方式により広い処理面積のワークに対して、効果的に斜め露光を行うことができるようにすること、などを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
光配向膜になるワークの表面に偏光光を照射する照射部と、前記照射部の光照射領域に対して前記表面を相対的に移動させる走査部とを備え、前記照射部は、前記ワークの幅方向に沿って長尺な光源を備え、前記光照射領域に照射される光の照射角度を前記幅方向に沿って特定の方向に制限する照射角度制限部材を備えることを特徴とする光配向用露光装置。

本発明の実施形態に係る光配向用露光装置を平面視した説明図である。 本発明の実施形態に係る光配向用露光装置を側面視した説明図である。 本発明の実施形態に係る光配向用露光装置の照射部を示した説明図である。 本発明の実施形態に係る光配向用露光装置における照射部の照度分布特性を示した説明図である（（ａ）が光源に対する照度分布のズレを示した説明図であり、（ｂ）が照度分布のムラを解消する手段を示した説明図である。）。 本発明の実施形態に係る光配向用露光装置の一例を示した説明図（（ａ）が平面視した説明図であり、（ｂ）が側面視した説明図）である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。各図における矢印は、Ｘ方向が走査方向、Ｙ方向がワークの幅方向、Ｚ方向が鉛直（垂直）方向を指している。

図１及び図２に示すように、光配向用露光装置１は、光配向膜になるワーク１００の表面１００ａに偏光光を照射する照射部１０と、照射部１０の光照射領域Ｗに対して表面１００ａを相対的に移動させる走査部２０を備えている。

照射部１０は、枠体１０Ａ内に、ワーク１００の幅方向（図示Ｙ方向）に沿って長尺な光源１１を備えている。光源１１は、棒状のランプであり、例えば、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ＬＥＤなどを用いることができる。光源１１は、散乱光を周囲に出射するものであって、枠体１０Ａ内における光源１１の周囲には、光源１１から出射された散乱光をワーク１００の表面１００ａに向けて照射するリフレクタ１２が設けられている。

また、照射部１０は、感光性樹脂膜であるワーク１００の表面１００ａに、偏光光を照射するために、光源１１から出射した光を偏光にして通過させるワイヤーグリッド偏光子１３と、光源１１から出射された光を特定波長の光（例えば紫外線）にする光学フィルタ１４を備えている。更に、照射部１０は、効果的なプレチルト角を出現させる光配向膜を得る斜め露光を行うために、光照射領域Ｗに照射される光の照射角度をワーク１００の幅方向（図示Ｙ方向）に沿って特定の方向に制限する照射角度制限部材１５を備えている。

ここで、散乱光を出射する棒状の光源１１は、様々な方向に向けて光を出射しているが、走査方向（図示Ｘ方向）の斜光成分は、リフレクタ１２の反射で方向が制限されている。これに対して、光源１１の長手方向（図示Ｙ方向）の斜光成分は、リフレクタ１２の反射で方向が制限されない。このため、光源１１から出射され光照射領域Ｗに向かう光は、光源１１の長手方向の斜光成分が光源１１の走査方向の斜光成分よりかなり多くなっている。照射角度制限部材１５は、光照射領域Ｗに照射される光の照射角度を、ワーク１００の幅方向（すなわち、走査方向と交差する方向）に沿って特定の方向に制限することで、光源１１の長手方向に沿った斜光成分を有効に取り出して、プレチルト角の出現に効果的な斜め露光を実現している。

図３は、照射部１０の具体的な構成例を示している。光源１１から出射した光は、光学フィルタ１４を通過することで特定波長の光（例えば、紫外線）になり、照射角度制限部材１５を通過することで、照射角度θの斜光成分が取り出され、ワイヤーグリッド偏光子１３を通過することで偏光光になる。

図示の照射角度制限部材１５は、照射角度θに沿って設置間隔Ｐで複数並列配置されている光制限板１５Ａを備えている。光制限板１５Ａは、表面で光を吸収又は反射することで特定角度の斜光成分を通過させる機能を有しており、垂直に対して角度θだけ傾けた平面板状の光制限板１５Ａを設置間隔Ｐで平行に並べることで、ワーク１００の幅方向に沿って照射角度θの斜め露光を行う光を通過させている。

図４は、このような照射部１０によって表面１００ａに光を照射した際の照度分布を示している。光源１１に対して照射角度制限部材１５を設けていない場合には、図４（ａ）の破線ｔで示すように、照度分布中心ｔ０が、光源１１の図示Ｙ方向の中心Ｏ１と一致する。これに対して、照射角度制限部材１５を設けた照射部１０の照度分布は、図４（ａ）の実線ｋで示すように、中心Ｏ１に対して照度分布中心ｋ０が図示Ｙ方向にシフトすることになる。

そこで、光配向用露光装置１は、前述した照度分布中心ｋ０のＹ方向に向けたシフトを見込んで、図１に示すように、光源１１の図示Ｙ方向の中心Ｏ１に対して、ワーク１００の図示Ｙ方向の中心Ｏ２を、照射角度θに沿って設定距離Ｓだけシフトした状態で走査する。ここでの設定距離Ｓは、ワーク１００の表面１００ａ上の光照射領域Ｗにおける幅方向（図示Ｙ方向）に沿った照度分布中心ｋ０が、ワーク１００の幅方向の中心Ｏ２と一致するように設定される。

走査部２０は、図１及び図２に示すように、照射部１０或いはワーク１００を載置しているステージ２１を図示Ｘ方向に移動させる機構を備えている。図示の例では、ステージ２１を図示Ｘ方向に沿って移動させるための走査ガイド２２を設けた例を示しているが、ステージ２１を固定して、照射部１０を図示Ｘ方向に移動させる機構を設けるようにしても良いし、照射部１０とステージ２１とが図示Ｘ方向に沿って相互逆向きに移動するような機構を設けても良い。

走査部２０は、照射部１０とステージ２１の一方又は両方を図示Ｙ方向に沿って移動自在にする機構を設けることで、前述した設定距離Ｓが手動又は自動で調整可能になる。設定距離Ｓは照射角度θに応じて調整可能にすることが好ましい。照射角度制限部材１５の光制限板１５Ａの設置角度が変更可能になっている場合には、その変更に応じて、照射部１０とステージ２１の一方又は両方を図示Ｙ方向に沿って移動させて前述した設定距離Ｓを変更する。設定距離Ｓは、光源１１から表面１００ａまでの距離をｈ（図２参照）、垂直に対する照射角度をθとすると、Ｓ＝ｈ・ｔａｎθで設定することができる。

照射部１０によって表面１００ａに光を照射した際の照度分布は、図３に示すような照射角度制限部材１５を設けることで、図４（ｂ）に示すように、図示Ｙ方向に沿って波状の分布ムラが生じることが確認されている。この分布ムラは、照度角度制限部材１５の光制限板１５Ａの設定された設置間隔Ｐを分布周期とする波状分布になる。このような分布ムラは、複数回走査によって均一化することができる。

この際、走査部２０は、照射部１０とワーク１００の位置関係を、前述した照射角度制限部材１５における光制限板１５Ａの設置間隔Ｐの１／２（Ｐ／２）だけ前記幅方向にずらして複数回走査を行う。これによって、図４（ｂ）に示すように、１回目の走査での照度分布ｋ１の分布ムラと２回目の走査での照度分布ｋ２の分布ムラとが重なり合って相殺され、均一な露光を行うことができる。この場合の複数回走査は、一つの照射部１０による往復走査によって行っても良いし、２つの照射部１０による連続走査によって行っても良い。

図５は、前述した設定距離Ｓを自動調整する機構を備えた光配向用露光装置１の一例である。前述した実施形態と同一部位には同一符号を付して重複説明を省略する。

この例の光配向用露光装置１は、走査部２０が走査ステージ２１Ｂと載置ステージ２１Ａを備えており、走査ステージ２１Ｂは、前述した走査ガイド２２にガイドされ、図示Ｘ方向に移動自在になっており、載置ステージ２１Ａは、上面にワーク１００を載置した状態で、走査ステージ２１Ｂ上で調整ガイド２３にガイドされ、図示Ｙ方向に移動自在になっている。ここで、走査ステージ２１Ｂを図示Ｘ方向に沿って移動させる駆動部は図示省略しているが、載置ステージ２１Ａを図示Ｙ方向に沿って移動させる駆動部２４は、走査ステージ２１Ｂに装備されている。

この例では、先ず、照射部１０における照射角度制限部材１５の照射角度θが調整されると、この調整信号が制御部３０に送信されるようになっている。制御部３０は、照射角度θの調整信号に応じて、駆動部２４を制御して載置ステージ２１Ａを移動させ、載置ステージ２１Ａ上に載置されているワーク１００の図示Ｙ方向の中心Ｏ２を図示Ｙ方向に設定距離Ｓだけシフトさせる。この際の設定距離Ｓは、調整された照射角度θに応じて、例えば、Ｓ＝ｈ・ｔａｎθ（ｈは、光源１１から表面１００ａまでの距離）によって求められる。これによると、照射角度θを任意に調整した場合に、自動で載置ステージ２１Ａを図示Ｙ方向にシフトさせ、適正な露光を行うことが可能になる。

そして、走査ステージ２１Ｂを図示Ｘ方向に往復移動させて往復の（２回の）走査露光を行う場合には、往路の走査露光終了後に載置ステージ２１Ａを図示Ｙ方向に移動させて、前述した照度分布の分布ムラを抑制することができる。この際には、制御部３０は、走査ステージ２１Ｂの移動による往路の走査露光終了位置を検知して駆動部２４を制御し、載置ステージ２１Ａを図示Ｙ方向にＰ／２（Ｐは、分布ムラの周期であり、照射角度制限部材１５における光制限板１５Ａの配置間隔）だけ移動させる。この際の載置ステージ２１Ａの移動は、前述した設定距離Ｓの移動を行った後の状態が基準になる。図５に示した例では、載置ステージ２１Ａを図示Ｘ方向と図Ｙ方向に移動させる走査露光の例を示しているが、これに換えて、照射部１０を図示Ｘ方向と図示Ｙ方向に移動させることによっても同様の走査露光を実現することができる。

このような光配向用露光装置１を用いた露光方法は、ワーク１００の幅方向（図示Ｙ方向）に沿って長尺な光源１１から出射された光を光照射領域Ｗに照射し、照射角度制限部材１５によって、光照射領域Ｗに照射される光の照射角度θを幅方向に沿って特定の方向に制限する。そして、走査露光は、光源１１の幅方向（図示Ｙ方向）の中心Ｏ１に対して、ワーク１００の幅方向（図示Ｙ方向）の中心Ｏ２を、照射角度θに沿って設定距離Ｓだけシフトした状態で走査する。

ここでの設定距離Ｓは、表面１００ａ上の光照射領域Ｗにおける幅方向（図示Ｙ方向）に沿った照度分布中心が、ワーク１００の幅方向（図示Ｙ方向）の中心Ｏ２と一致するように設定されているので、棒状の光源１１を用いて斜め露光を行う際にも、ワーク１００の表面１００ａに効率的に光を照射させることができる。

そして、照射角度制限部材１５が照射角度θに沿って設定された設置間隔Ｐで複数並列配置されている光制限板１５Ａを備えている場合には、図示Ｙ方向に沿って波状の照度分布ムラが生じることになるが、走査露光を複数回走査で行い、１回目と２回目で照射部１０とワーク１００の位置関係を設置間隔Ｐの１／２だけ幅方向（図示Ｙ方向）にずらすことで、前述した分布ムラを抑制して均一な斜め照射露光を広い処理面積に施すことができる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る光配向用露光装置１及びそれによる走査露光方法によると、散乱光を出射する棒状の光源１１を用いて、走査露光方式により広い処理面積のワークに対して、効果的に斜め露光を行うことができ、プレチルト角を安定して出現させることができる斜め露光を、省スペース且つ安価な装置で行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：光配向用露光装置，１０：照射部，２０：走査部，
１０Ａ：枠体，１１：光源，１２：リフレクタ，
１３：ワイヤーグリッド偏光子，１４：光学フィルタ，
１５：照射角度制限部材，１５Ａ：光制限板，
２１：ステージ，２１Ａ：載置ステージ，２１Ｂ：走査ステージ，
２２：走査ガイド，２３：調整ガイド，２４：駆動部，３０：制御部，
１００：ワーク，１００ａ：表面，Ｗ：光照射領域

Claims (12)

1. 光配向膜になるワークの表面に偏光光を照射する照射部と、前記照射部の光照射領域に対して前記表面を相対的に移動させる走査部とを備え、
   前記照射部は、
   前記ワークの幅方向に沿って長尺な光源を備え、前記光照射領域に照射される光の照射角度を前記幅方向に沿って特定の方向に制限する照射角度制限部材を備えることを特徴とする光配向用露光装置。
2. 前記走査部は、前記光源の前記幅方向の中心に対して、前記ワークの前記幅方向の中心を、前記照射角度に沿って設定距離だけシフトした状態で走査することを特徴とする請求項１記載の光配向用露光装置。
3. 前記設定距離は、前記表面上の前記光照射領域における前記幅方向に沿った照度分布中心が、前記ワークの前記幅方向の中心と一致するように設定されることを特徴とする請求項２記載の光配向用露光装置。
4. 前記設定距離をＳとして、前記光源から前記表面までの距離をｈ、垂直に対する前記照射角度をθとすると、前記設定距離は、Ｓ＝ｈ・ｔａｎθで設定されることを特徴とする請求項２又は３記載の光配向用露光装置。
5. 前記照射角度制限部材は、
   前記照射角度に沿って設定された設置間隔で複数並列配置されている光制限板を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光配向用露光装置。
6. 前記走査部は、
   前記照射部と前記ワークの位置関係を前記設置間隔の１／２だけ前記幅方向にずらして複数回走査を行うことを特徴とする請求項５記載の光配向用露光装置。
7. 前記複数回走査が、一つの前記照射部による往復走査によってなされることを特徴とする請求項６記載の光配向用露光装置。
8. 前記複数回走査が、２つの前記照射部による連続走査によってなされることを特徴とする請求項６記載の光配向用露光装置。
9. 光配向膜になるワークの表面に偏光光を照射する照射部を備え、前記照射部の光照射領域に対して前記表面を相対的に移動させる走査露光を行う光配向用露光方法であって、
   前記ワークの幅方向に沿って長尺な光源から出射された光を前記光照射領域に照射し、
   照射角度制限部材によって、前記光照射領域に照射される光の照射角度を前記幅方向に沿って特定の方向に制限し、
   前記走査露光は、前記光源の前記幅方向の中心に対して、前記ワークの前記幅方向の中心を、前記照射角度に沿って設定距離だけシフトした状態で走査することを特徴とする光配向用露光方法。
10. 前記設定距離は、前記表面上の前記光照射領域における前記幅方向に沿った照度分布中心が、前記ワークの前記幅方向の中心と一致するように設定されることを特徴とする請求項９記載の光配向用露光方法。
11. 前記設定距離をＳとして、前記光源から前記表面までの距離をｈ、垂直に対する前記照射角度をθとすると、前記設定距離は、Ｓ＝ｈ・ｔａｎθで設定されることを特徴とする請求項９又は１０記載の光配向用露光方法。
12. 前記照射角度制限部材は、
    前記照射角度に沿って設定された設置間隔で複数並列配置されている光制限板を備え、
    前記走査露光は、
    前記照射部と前記ワークの位置関係を前記設置間隔の１／２だけ前記幅方向にずらして複数回走査を行うことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項記載の光配向用露光方法。

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