KR100687562B1

KR100687562B1 - 편광 필터 및 이 필터를 이용한 편광광 조사장치

Info

Publication number: KR100687562B1
Application number: KR1020030029311A
Authority: KR
Inventors: 가메다히로유키
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2007-02-27
Also published as: JP2003329841A; TW200307165A; KR20030089439A; JP4103454B2; TWI299808B

Abstract

소형이고 염가이며, 편광하는 파장영역이 넓고, 자외광 영역에서 사용할 수 있으며, 광 배향용의 노광장치에 적용할 수 있는 편광 필터를 제공하는 것으로서, 투명기판(3)의 양면에는 제1, 제2 다층막(1, 2)이 형성되고, 투명기판(3)은 입사광의 광축에 대해 소정의 각도만큼 기울어 배치되어 있다. 투명기판(3)의 한 쪽면에 형성되는 제1 다층막(1)은 단파장 커트 다층막이고, 다른 쪽 면에 형성되는 제2 다층막(2)은 장파장 커트 다층막이며, 제1, 제2 다층막은 입사하는 광이 간섭을 발생시키지 않는 소정 거리를 두고 설치되어 있다. 상기 구성으로 함으로써, 단파장 커트 다층막과 장파장 커트 다층막의 양쪽의 막에 의해 편광할 수 있는 영역이 이어져, 각각을 단독으로 설치한 경우에 비해 편광광의 파장범위를 넓게 할 수 있다. 또한, 상기 제1, 제2 다층막을 2매의 투명기판 상에 각각 형성하여 편광 필터를 구성해도 된다.

Description

편광 필터 및 이 필터를 이용한 편광광 조사장치{POLARIZING FILTER AND POLARIZED LIGHT IRRADIATION APPARATUS USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 실시예의 편광 필터의 구성예를 도시하는 도면,

도 2는 도 1의 투명기판의 한 쪽 면에 형성되는 다층막의 특성예를 도시하는 도면,

도 3은 도 1의 투명기판의 다른 쪽 면에 형성되는 다층막의 특성예를 도시하는 도면,

도 4는 도 1에 도시한 편광 필터의 투과율 특성을 도시하는 도면,

도 5는 단파장 커트의 다층막과 장파장 커트의 다층막을, 각각 다른 기판에 형성한 편광 필터의 구성예를 도시하는 도면,

도 6은 다층막을 형성한 투명기판의 입사광의 광축에 대한 각도를 변경할 수 있도록 한 편광 필터의 구성예를 도시하는 도면,

도 7은 본 발명의 편광 필터를 이용한 광 배향용 편광광 조사장치의 구성의 일례를 도시하는 도면,

도 8은 유리판을 브루스터각으로 기울여 배치한 편광소자를 도시하는 도면,

도 9는 파장 365㎚ 부근에서 편광광을 얻을 수 있는 단파장 커트 필터의 특성예를 도시하는 도면,

도 10은 파장 365㎚ 부근에서 편광광을 얻을 수 있는 장파장 커트 필터의 특성예를 도시하는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 2 : 다층막 3, 4, 5 : 투명기판

6 : 회전축 11 : 초고압 수은램프

12 : 타원 집광거울 13 : 제1 평면거울

14 : 셔터 15 : 적분 렌즈

16 : 제2 평면거울 17 : 시준 렌즈

18 : 편광 필터 19 : 얼라인먼트 현미경

M : 마스크 W : 워크

본 발명은 액정표시소자의 배향막이나, 자외선 경화형 액정을 이용한 시야각 보장 필름의 배향층에 편광광을 조사하여 광 배향을 행하는 배향 처리 등에 사용되는 편광 필터 및 이 편광 필터를 이용한 편광광 조사장치에 관한 것이다.

최근, 액정표시소자의 배향막이나 시야각 보장 필름의 배향층의 배향처리에 관해, 배향막에 소정 파장의 편광광을 조사함으로써 배향을 행하는 광 배향이라고 불리는 기술이 채용되고 있다.

광 배향에 이용되는 편광광 조사장치로서, 예를 들면 일본국 특개평 10- 90684호 공보에 개시되어 있는 것이 있다. 동 공보에 기재되는 장치에 있어서는, 시준기의 출사측에 편광소자가 형성되어 있다. 이 편광소자는 다수의 유리판을 조사광의 광축에 대해 브루스터각만큼 기울여 배치한 것이다.

최근, 광 배향에 관한 개발 실험용으로서, 편광광을 약 150㎜×150㎜의 영역에, 소광비(消光比) 100 : 1로 조사하고 싶다는 요망이 있었다. 이 사양을 만족하고자 하면, 상기 공보에 기재된 장치에서는 편광소자가 대형화하고, 장치 전체도 대형화한다는 문제가 있다. 이하에 상세하게 기술한다.

소광비 100 : 1이라는 것은 편광소자를 설계하는 데에 있어서, P 편광성분에 대한 S 편광성분(혹은 S 편광성분에 대한 P 편광성분)이 이론상 거의 0일 필요가 있다. 이는 실제로는 미광(迷光) 등으로 소광비가 나빠지기 때문이다.

상기 공보의 도 5에는 P 편광성분에 대한 S 편광성분을 0으로 하는 예로서, 98매의 유리판을 이용하는 것이 도시되어 있다.

예를 들면, 도 8에 도시하는 바와 같이, 약 150㎜× 150㎜의 영역을 조사하기 위해서는, 유리판을 브루스터각(예를 들면 재질이 석영유리인 경우, 브루스터각은 56.3°)로 기울어지므로, ø270㎜ 이상, 실제로는 동 도면에 도시하는 바와 같이, 약 ø300㎜의 크기가 필요해진다. ø300㎜의 유리판이 자체 무게 등으로 휘어지지 않게 하기 위해서는 두께 5㎜ 이상이 바람직하다. 이는 유리가 휘어지면 광의 입사각이 브루스터각으로부터 어긋나 소광비가 나빠지기 때문이다.

유리판 1매의 두께가 5㎜인 경우, 98매를 포개면 490㎜로 되고, 높이(광축) 방향의 높이는 단순 계산으로 883㎜로 된다.

또한, 유리와 유리의 사이에는 굴절율을 변화시키기 위한 공기층이 필요하므로, 전체는 더욱 높아져 900㎜을 넘는다.

유리판을 브루스터각으로 기울여 배치하는 편광소자는 유리판을 투과하는 파장이면 파장 특성이 거의 없고, 파장영역이 넓은 편광광을 얻을 수 있지만, 소광비가 좋은 편광광을 얻고자 하면, 상기한 바와 같이, 많은 매수의 유리판이 필요하고 대형화한다. 편광소자가 대형화하면, 편광광 조사장치 전체도 대형화한다.

한편, 대형화되지 않고 소광비가 좋은 편광 소자로서, 파장 커트 필터를 이용하는 방법이 알려져 있다.

파장 커트 필터는 유리 등의 투명 기판상에 다층막을 증착하고, 그 광학적 막두께를 조절하여, 특정 파장 이상의 광을 커트, 혹은 특정 파장 이하의 광을 커트하는 필터로, 종래부터 잘 알려진 것이다.

여기서, 「커트한다」라는 것은 일반적으로 광의 투과율이 0.5% 이하로 떨어지는 것을 말하므로, 이하 이 정의에 의거하여 기재한다.

이러한 필터는 광의 입사각이 0°일 때, 특정 파장 이상, 혹은 이하를 커트하도록 설계되는데, 광의 입사각을 크게 하면, 커트되는 파장이 단파장측으로 시프트한다. 그러나, 그 시프트량은 P 편광광과 S 편광광에서 다르다. 이 차를 이용하여 편광소자로 한다.

예를 들면, 「광·박막 기술 매뉴얼」평성 원년 10월 9일, (주) 오프트로닉스사 발행, 제6절 편광 필터(이하 문헌 1이라고 한다), H.A. Macleod 저, 小倉繁太郎 외 3명 역, 「광학 박막」, 1989년 11월 30일, 일간공업신문사 발행, P396- 397(이하 문헌 2라고 한다)에는 상기 필터에 관해서 기재되어 있다.

상기 문헌 1의 도 6에서 S 편광광은 약 650㎚ 이하의 파장이 커트되지만, P편광광은 약 590㎚까지 커트되지 않은 필터가 도시되어 있다. 이러한 필터를 이용하면, 파장 약 590㎚∼650㎚의 범위에 있어서, S 편광성분이 이론상 0인 소광비가 좋은 P 편광광을 얻을 수 있다.

마찬가지로, 상기 문헌 1의 도 7에 도시되어 있는 것은 파장 약 490㎚∼550㎚인 범위에서 P 편광광만을 투과하는 필터이다.

또한, 상기 문헌 2의 P396, 도 8, 11에 도시되는 것은 파장 약 950㎚∼1050㎚의 범위에서 P 편광광만을 투과하는 필터이다.

또한, 일본국 특개소 59-97105 공보에도 동일한 편광소자에 대해 기술되어 있다.

이러한 증착막에 의한 파장 커트 필터의 편광소자는 1매로 좋은 소광비가 얻어지므로, 다수의 유리판을 이용한 편광소자보다도 소형으로 된다. 그러나, 얻어지는 편광광의 파장 영역이 한정된다. 그래서, 파장영역을 확대하기 위해서는 일반적으로 다음 2개의 방법이 취해진다.

(1) 광의 입사각도를 크게 한다. 광의 입사각도가 커질수록 P 편광광과 S 편광광의 파장 시프트의 차이가 넓어지고, 그 결과, 편광광의 파장범위는 넓어진다.

그러나, 같은 조사영역을 조사하기 위해서는, 그만큼 필터의 면적을 크게 하지 않으면 안되므로, 높이(광축) 방향도 높아지고, 장치가 대형화한다.

(2) 기판에 증착되는 막의 굴절율이 커지는 재료를 이용한다.

막의 굴절율이 클수록 편광광의 파장범위는 넓어진다.

한편, 넓은 파장 영역에서 소광비가 좋은 편광광을 얻기위한 편광소자로서, 빔 스플릿터 큐브가 알려져 있다. 예를 들면 일본국 특개평 6-289222호 공보에는 상기 빔 스플릿터 큐브가 개시되어 있다.

상기 빔 스플릿터 큐브는 유리기판의 양면에 동일한 단파장 커트 특성을 가지는 제1, 제2 다층막을 각각 증착한 편광 분리 거울을 2개의 유리 프리즘에 끼워 지지하고, 제1, 제2 다층막의 막 두께를 다르게 해, S 편광성분을 반사하는 파장대역을 변화시키도록 한 것이다.

상기 공보에 기재한 것은 유리 프리즘을 이용하면 P 편광광의 투과율이 넓은 영역에서 높게 할 수 있는 빔 스플릿터 큐브의 독특한 특성을 이용한 것으로, 편광 분리면의 양측에 유리 프리즘을 배치하지 않으면, 원하는 특성을 얻을 수 없다.

상기 파장 커트 필터를 이용한 편광소자(이하, 파장 커트 필터를 이용한 편광소자를 이하에서는 편광 필터라고 한다)를 광 배향용 장치에 적용하는 경우, 다음과 같은 문제가 있다.

광 배향막은 자외광 영역의 편광광에 의해 배향한다. 현재, 365㎚ 부근의 파장의 광으로 배향하는 것, 그 이하의 파장(280∼320㎚)으로 배향하는 것이 알려져 있다. 이들 파장영역은 상기 문헌 1, 2의 도면에 도시된 필터의 파장보다도 짧다.

상기 자외광과 같은 단파장의 영역에서는 그에 대응하여 짧은 파장의 광을 투과하는 막을 증착할 필요가 있다. 그러나, 자외광을 투과하는 막은 비교적 굴절율이 작은 것이 많아, 편광광의 파장 영역이 작아진다.

도 9, 도 10은 파장 365㎚ 부근에서 편광광을 얻을 수 있는 파장 커트 필터의 예이다. 이 경우, 360∼370㎚의 파장범위에서 강한 조도의 P 편광광이 얻어지도록 설계되어 있다.

양 도면 모두, 종축이 투과율, 횡축이 파장이고, P 편광광과, S 편광광의 투과율이 도시되어 있다. 또한, 이는 계산치이고, 광의 입사각도는 45°로 설정하고 있다.

도 9는 특정 파장 이하의 광을 커트하는 필터이고, 파장 350∼370㎚의 범위에서 S 편광성분이 없는 P 편광광을 얻을 수 있다. 강한 조도의 P 편광광이 얻어지는 것은 파장 360∼370㎚의 약 10㎚ 범위이다.

도 10은 특정 파장 이상의 광을 커트하는 필터이고, 파장 365∼380㎚의 범위에서, S 편광성분이 없는 P 편광광을 얻을 수 있다. 강한 조도의 P 편광광이 얻어지는 것은 파장 365∼370㎚의 약 5㎚ 범위이다.

어느 쪽의 경우에도, 편광광을 얻을 수 있는 파장범위는 5㎚∼10㎚으로 좁다.

편광광을 얻을 수 있는 파장범위가 좁으면, 다음과 같은 문제가 일어난다.

기판에 막을 증착하는 경우, 금회의 ø 300㎜와 같은 넓은 영역이면, 기판 전체의 막 두께가 균일하게 되도록 제어하는 것이 어렵고, 특히 막 두께를 2.5% 이 내로 제어하여 증착하기 위해서는, 대형이고 매우 비싼 증착장치를 이용하지 않는 한 어렵다.

실제의 막 두께가 설계치보다도 두꺼운 경우, 상기의 편광광을 얻을 수 있는 파장범위는 전체적으로 설계치에서 장파장측으로 시프트한다. 반대로, 막 두께가 설계치보다도 얇은 경우, 설계치에서 단파장측으로 시프트한다. 예를 들면, 1㎛의 막을 증착하는 경우, 막 두께가 약 2.5%(20∼30㎚) 다르면, 상기 파장범위는 약 10㎚ 시프트한다.

예를 들면, 도 9의 경우, 막이 2.5% 두꺼워지면, 강한 조도의 P 편광광이 얻어지는 파장범위는 350∼360㎚으로 시프트하고, 막이 2.5% 얇아지면, 370∼380㎚으로 시프트한다. 그 결과, 필터로부터 출사하는 360∼370㎚의 범위에 있어서의 P 편광광의 조도가 약해진다. 도 10의 필터의 경우도 마찬가지로, 막 두께의 변화에 의해, P 편광광의 조도가 약해진다.

즉, 막 두께가 균일하지 않으면, P 편광광이 얻어지는 파장범위가 부분적으로 시프트하고, 그 부분에 있어서의 P 편광광의 조도가 약해져, 조사영역 전체의 면에 걸쳐 균일한 조도를 얻을 수 없다.

이상과 같이, 종래의 파장 커트 필터를 이용한 편광 필터는 파장범위가 좁고, 넓은 영역에 편광광을 조사하는 것이 요구되는 광 배향막의 배향 처리 등에 적용하는 경우, P 편광광의 조도가 약해진다는 문제를 가진다.

또한, 굴절율이 큰 막을 이용하면, 파장범위를 넓게 할 수 있는데, 현재로서 이 이상 알맞은 재료는 찾아내기 어렵다. 또한, 필터의 기울기를 크게 하고, 광의 입사각도를 45°보다 크게 하면 파장범위가 넓어지지만, 필터가 커져 장치도 대형화한다.

또한, 상기한 예를 들면 일본국 특개평 6-289222호 공보에 개시되는 빔 스플릿터 큐브는 편광 분리면에 형성한 막의 양측을 2개의 유리 프리즘으로 끼우도록 구성되어 있으므로, 막의 면적이 넓어지면, 그만큼 유리 프리즘도 커져, 전체가 매우 커진다.

예를 들면 편광면이 300㎜× 300㎜인 경우, 큐브의 1변은 200㎜ 이상이 되고, 설치하는 장치가 대형화한다. 또한, 그 이상이 되면, 프리즘을 제작하기 위한 유리 블록 자체의 제작도 곤란하고 가격도 높아져, 장치의 비용 상승의 원인이 된다.

본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 소형으로 염가이고, 또한 편광하는 파장영역이 넓고, 또한, 자외광 영역에서 사용할 수 있으며, 광 배향용의 노광장치에 적용할 수 있는 편광 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

증착하는 막의 두께를 제어하여, 특정한 파장 이상 또는 이하의 광을 커트하는 것은 알려져 있다. 이 기술을 적용하여, 특정한 입사각도 일 때, 특정한 파장 이상 또는 이하의 S 편광광을 커트하는 것도 가능하다.

그러나, 특성이 같은 제1, 제2 다층막(예를 들면 단파장 커트 다층막과 단파장 커트 다층막, 혹은 장파장 커트 다층막과 장파장 커트 다층막)을 조합하여, 그 막 두께를 다르게 해도, 상기한 바와 같이 빔 스플릿터 큐브를 이용하지 않는 한, P 편광광의 투과 파장범위를 확대할 수는 없다.

그래서, 본 발명에 있어서는 특정 파장 이하의 S 편광광을 커트하는 막과, 특정 파장 이상의 S 편광광을 커트하는 막이라는, 특성이 다른 2종류의 막을 조합하여 편광 필터를 형성하고, P 편광광이 투과하는 파장범위를 넓게 했다.

즉, 본 발명에 있어서는 상기 과제를 이하와 같이 해결한다.

(1) 편광 필터를 2종류의 다층막으로 구성하고, 제1 다층막을 특정 파장 이하의 광을 커트하는 단파장 커트 다층막으로 하고, 또한, 제2 다층막을 특정 파장 이상의 광을 커트하는 장파장 커트 다층막으로 하며, 상기 단파장 커트 다층막과 장파장 커트 다층막은 입사하는 광이 간섭을 발생시키지 않는 소정 거리를 두고 설치한다.

(2) 상기 단파장 커트 다층막은 미리 설정된 입사 각도에서, 특정 파장 λ1 이하의 S 편광광을 커트하고, 상기 장파장 커트 다층막은 상기 입사각도에서, 상기 특정 파장 λ2 이상의 S 편광광이 커트되도록 설계되며, 상기 파장 λ1, λ2을 λ1≥λ2로 한다.

(3) 필요한 파장 영역의 광을 투과시키는 1매의 기판의 양면에, 상기 단파장 커트 다층막과 장파장 커트 다층막을 형성한다.

(4) 필요한 파장 영역의 광을 투과시키는 제1 기판에 상기 단파장 커트 다층막을 형성하고, 필요한 파장 영역의 광을 투과시키는 제2 기판에 장파장 커트 다층막을 형성한다.

(5) 상기 편광 필터에 의해, 자외선을 편광한다.

(6) 상기 편광 필터를 램프와, 이 램프로부터의 광을 집광하는 집광거울과, 적분 렌즈와, 시준기로 구성되는 편광광 조사장치에 적용하고, 상기 램프가 방출하는 광의 광로 중에, 광축에 대해 특정 각도로 기울여 배치한다.

본 발명은 편광 필터를 상기 (1)∼(5)와 같이 구성하였으므로, 단파장 커트 다층막과 장파장 커트 다층막의 양쪽의 막에 의해 편광할 수 있는 영역이 이어지고, 각각을 단독으로 설치한 경우에 비해 파장 범위를 넓게 할 수 있다.

이 때문에, 빔 스플릿터 큐브를 이용하지 않고, 파장범위가 넓은 편광 필터를 얻을 수 있어, 편광 필터의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 파장범위가 넓기 때문에, 다층막의 막 두께에 다소 차이가 있거나, 불균일해도, 상기한 P 편광광의 조도가 약해진다는 문제를 회피할 수 있다.

또한, 상기 (3)과 같이, 필요한 파장 영역의 광을 투과시키는 1매의 기판의 양면에 상기 단파장 커트 다층막과 장파장 커트 다층막을 형성하면, 편광 필터의 구성을 간단하게 하여, 한층 소형화를 도모할 수 있다.

한편, 상기 (4)와 같이, 상기 제1, 제2 기판에 각각 상기 제1, 제2 다층막을 형성하고, 제1, 제2 기판의 각도를 조정 가능하게 해 두면, 다층막의 형성에 있어, 단파장 커트 다층막, 혹은 장파장 커트 다층막의 커트 파장이 설계치로부터 다소 벗어나더라도, 상기 제1, 제2 기판의 경사를 조정함으로써, 이 차이를 흡수하여, 커트 파장을 맞출 수 있다.

또한, 상기 (6)과 같이, 상기 편광 필터를, 예를 들면 배향막을 광 배향하기 위한 편광광 조사장치에 적용하면, 편광 필터를 소형화할 수 있어, 장치의 소형화 를 도모할 수 있다.

또한, 광 배향막을 광 배향시킬 수 있는 파장 영역은 대략 정해져 있고, 광 배향에 있어서는, 편광 필터의 파장 영역을 상기 파장 영역에 맞출 필요가 있지만, 본 발명에 있어서는, P 편광광이 투과하는 파장 영역을 종래에 비해 넓게 할 수 있으므로, 광 배향막의 광 배향 효율이 높은 파장 영역에 용이하게 적합하게 할 수 있고, 또한 다층막의 막 두께에 다소의 편차가 있거나, 막 두께가 불균일해도, 처리 효율이 높은 파장 영역에서 벗어나지 않는다. 이 때문에 광 배향처리의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

<발명의 실시형태>

도 1에 본 발명의 실시예의 편광 필터의 구성예를 도시한다.

동 도면에 있어서, 3은 다층막을 코팅하는 투명기판(예를 들면 유리)이고, 투명기판(3)의 양면에는 제1, 제2 다층막(1, 2)이 증착에 의해 형성되고, 투명기판(3)은 입사광의 광축에 대해, 소정의 각도(브루스터각 이하의 각도, 예를 들면 45°)로 기울어 배치되어 있다.

다층막의 코팅 방법에는 증착, 스퍼터, 딥핑(dipping) 등이 있다. 상기 투명기판(3)은 원하는 광의 파장을 투과하는 재료를 선택할 필요가 있다.

또한, 이 투명 기판의 두께는 양면에 형성하는 2종류의 다층막을 소정의 거리를 두는 역할을 하고, 그 거리(두께)는 입사하는 광의 파장에 대해, 간섭을 발생시키지 않도록 충분히 클 필요가 있다. 간섭이 발생되면, 2종류의 막은 광학적으로는 1종류의 막으로 되어, 원하는 작용 효과가 얻어지지 않는다.

그러나, 365㎚ 부근의 자외 영역이면, 두께가 수 밀리면 충분하다.

투명기판(3)의 한 쪽 면에 형성되는 제1 다층막(1)은 단파장 커트 다층막이고, 예를 들면 도 2의 투과율 특성을 가진 막을 증착한 것이다. 이 다층막은 동 도면에 도시하는 바와 같이, 광의 입사각이 45°일 때, 파장이 365㎚ 이하인 S 편광광을 커트하도록 설계되어 있다. 이러한 다층막은 고굴절율 막과 저굴절율 막을 소정의 두께로 교대로 포개어 형성된다.

구체적으로는 1층의 광학적 두께가 70∼80㎚인 고굴절율 막으로서 5산화2탄탈(Ta₂O₅)을 이용하고, 저굴절율 막으로서 2산화규소(SiO₂)를 이용하여, 번갈아 33층을 포갠 것이다.

다른 쪽 면에 형성되는 제2 다층막(2)은 장파장 커트 다층막이고, 예를 들면 도 3의 투과율 특성을 가진 막을 증착한 것이다. 이 다층막은 광의 입사각이 45°일 때, 파장이 365㎚ 이상인 S편광광을 커트하도록 설계되어 있다.

이 다층막의 경우는 1층의 광학적 두께가 110∼130㎚인 5산화2탄탈막과 2산화규소막을 번갈아 32층을 겹친 것이다.

막의 재료는 상기 이외에, 고굴절율 막 재료로는 2산화하프늄(HfO₂), 2산화 지르코늄(ZrO₂), 저굴절율 막 재료로는 플루오르화마그네슘(MgF₂) 등을 사용할 수 있다.

P 편광광은 도 2의 다층막(1)에서는 345㎚ 이하의 광이 커트되고, 도 3의 다층막(2)에서는 385㎚ 이상의 광이 커트된다.

도 4에 도 1에 도시하는 편광 필터의 투과율 특성을 도시한다. 투명기판(3)의 양면에 설치한 다층막(1, 2)의 각각의 작용에 의해, 345∼385㎚의 파장범위에서, S 편광광은 커트되고, P 편광광만이 투과한다. P 편광광의 투과율이 좋고, 강한 조도의 P 편광광이 얻어지는 파장 영역은 355∼375㎚의 약 20㎚의 범위로 된다. 상기 도 9, 도 10의 경우에 비해 강한 조도의 P 편광광이 얻어지는 파장 영역이 2배로 된다.

또, 2종류의 막의 S 편광광을 커트하는 파장이지만, 양쪽을 엄밀히 일치시킬 필요는 없다. 도 2의 다층막(1)(단파장을 커트하는 막)의 S 편광광을 커트하는 파장 λ1이 도 3의 다층막(2)(장파장을 커트하는 막)의 S 편광광을 커트하는 파장 λ2보다 장파장이어도 문제는 없다. 단, 그 만큼, 강한 파장 영역의 P 편광광이 얻어지는 파장 영역이 조금 좁아진다.

360∼370㎚의 파장범위에서 강한 조도의 편광광을 얻고 싶은 경우, 이 필터를 이용하면, 강한 조도의 P 편광광이 얻어지는 파장범위가 355∼375㎚이므로, 막두께가 2.5% 두꺼워지고 파장 영역이 10㎚ 단파장측으로 시프트해도, 345∼365㎚의 범위에서 강한 편광광을 얻을 수 있다. 또한, 2.5% 얇아져 10㎚ 장파장측으로 시프트해도, 365∼385㎚의 범위에서 강한 편광광을 얻을 수 있다.

즉, 막 두께가 ± 2.5% 변화해도, 원하는 파장범위 360∼370㎚(전체 영역이 아니더라도, 적어도 그 일부의 영역)의 광을 편광할 수 있다.

따라서, 상기 도 9, 도 10의 종래예에 비해 360㎚∼370㎚의 P 편광광을 강한 조도로 얻을 수 있다.

도 1에 도시한 편광 필터는 1매의 투명 기판의 양측에 2종류의 막을 형성한 것인데, 도 5에 도시하는 바와 같이, 단파장 커트의 다층막과 장파장 커트의 다층막을 각각 다른 기판에 형성하고, 양자를 입사하는 광이 간섭을 발생시키지 않는 충분한 거리를 두어도 된다.

도 5(a)는 2매의 투명기판(4, 5)의 광 입사측에 각각 단파장 커트 다층막(1), 장파장 커트 다층막(2)을 설치한 예이고, 상기한 바와 같이 투명기판(4, 5)은 소정의 각도만큼 기울여 배치되고, 상기 다층막(1, 2)의 거리는 입사하는 광의 파장에 대해, 간섭을 발생시키지 않는 거리에 설정되어 있다.

상기 구성의 편광 필터에 있어서도, 상기 도 1에 도시한 것과 마찬가지로, 소정의 파장범위에서 P 편광광을 얻을 수 있다.

상기 투명기판(4, 5)과 다층막(1, 2)의 배치는 상기한 바로 한정되지 않고, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이 다층막(1, 2)을 투명기판(4, 5)의 광 출사측에 설치하거나, 도 5(c)에 도시하는 바와 같이 다층막(1, 2)을 대향시켜 배치하거나, 도 5(d)에 도시하는 바와 같이, 투명기판(4, 5)의 광 입사측의 면과, 광 출사측에 면에 설치해도 된다. 또한, 장파장 커트 다층막(2)을 광 입사측의 투명기판(4)에 설치하고, 단파장 커트 다층막(1)을 광 출사측의 투명기판(5)에 설치해도 된다. 또한, 투명기판(4, 5)의 각도를 입사광의 광축에 대해 다르게 해도 된다.

도 6은 다층막을 형성한 투명기판(4, 5)의 입사광의 광축에 대한 각도를 변경할 수 있도록 한 편광 필터의 구성예를 도시하는 도면이고, 도 6(b)은 도 6(a)에 도시한 편광 필터의 사시도이다.

도 6에 도시한 편광 필터는 도 5와 마찬가지로 2종류의 다층막을 각각 형성한 2매의 투명기판(4, 5)을 광이 간섭을 발생시키지 않는 충분한 거리를 두고 배치한 것으로, 투명기판(4, 5)의 양측부에는 회전축(6)이 설치되어 있다.

상기 회전축(6)을 도시하지 않은 지지부재로 회전 가능하게 지지함으로써, 다층막이 형성된 투명기판(4, 5)을 입사광의 광축에 대해 임의의 각도로 설정할 수 있다.

다층막의 입사광의 광축에 대한 각도를 조정하면, 다층막의 커트 파장 λ를 어느 정도 시프트시킬 수 있으므로, 다층막의 형성시에, 막 두께의 편차 등에 의해 다층막의 커트 파장 λ이 설계치로부터 다소 벗어나더라도, 투명기판(4 또는 5)의 각도를 조정하여, 투명기판(4, 5)에 형성된 다층막의 커트 파장을 맞출 수 있다.

도 7은 본 발명의 편광 필터를 편광소자로서 이용한 광 배향용 편광광 조사장치의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.

동 도면에 도시하는 바와 같이, 광 배향용 편광광 조사장치는 초고압 수은램프(11)와, 타원 집광거울(12)과, 제1 평면거울(13)과, 적분 렌즈(15)와, 셔터(14)와, 제2 평면거울(16)과, 시준 렌즈(17)와, 본 발명의 편광 필터(18)로 구성된다.

또한, 얼라인먼트 현미경(19)이 설치되어 있고, 이 얼라인먼트 현미경(19)에 의해 마스크(M)와 워크(W)의 얼라인먼트 마크를 관찰하여, 마스크 (M)와 워크(W)의 위치맞춤을 행한다.

도 7에 있어서, 램프(11)가 방사하는 자외광은 타원 집광거울(12)에서 집광되고, 제1 평면거울(13)로 되돌려지고, 적분 렌즈(16)에 입사한다.

적분 렌즈(15)로부터 나간 광은 제2 평면거울(16)에서 되돌려지고, 시준 렌즈에 의해 평행광으로 되어, 편광 필터(18)에 입사한다.

편광 필터(18)는 상기 도 1, 도 5, 도 6에 도시한 구성의 편광 필터이고, 예를 들면, 파장 345∼385㎚(P 편광광의 조도가 강한 것은 355∼375㎚)의 범위의 P 편광광만을 출사한다. 또한, 편광 필터(19)에는 미리 설정한 입사각도(= 45°)로 광이 입사하는 것이 바람직하고, 편광 필터(18)의 입사측에는 상기한 바와 같이 광을 평행광으로 하는 시준 렌즈, 또는 시준 미러가 필요해진다.

편광 필터(18)로부터 출사하는 P 편광광은 마스크(M)를 통해 광 배향막(워크(W))의 원하는 위치에 조사되고, 광 배향처리가 행해진다. 또한, 워크(W)의 전면에 편광광을 조사하는 경우는 마스크(M)는 필요 없고, 또한 상기 마스크(M)와 워크(W)의 위치맞춤도 필요없다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 있어서는 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 편광 필터를 2종류의 다층막으로 구성하고, 제1 다층막을 특정 파장 이하의 광을 커트하는 단파장 커트 다층막으로 하고, 또한 제2 다층막을 특정 파장 이상의 광을 커트하는 장파장 커트 다층막으로 했으므로, 소형으로 염가이고, 편광할 수 있는 파장범위가 넓은 편광 필터를 실현할 수 있다.

(2) 자외광 영역에서 사용할 수 있고, 광 배향막 배향용 노광장치에 적용할 수 있다.

(3) 편광 필터를 브루스터각에까지 기울이지 않고, 소광비가 좋은 편광광을 얻을 수 있다.

편광 필터를 기울이는 각도를 작게 할 수 있으므로, 그 만큼 필터의 크기를 작게 할 수 있다. 또한, 그에 따라, 장치의 높이(광축) 방향의 크기도 작게 할 수 있다.

(4) 본 발명의 편광 필터를 편광광 조사장치에 적용함으로써, 장치의 소형화를 도모할 수 있고, 또한 광 배향막의 광 배향 효율이 높은 파장역에 용이하게 적합시킬 수 있으므로, 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims

기판에 다층막이 코팅된 편광 필터로서,

상기 다층막은 서로 이격되어 배치된 2종류의 다층막으로 구성되고,

한 쪽 다층막은 특정 파장 이하의 광을 커트하는 단파장 커트 다층막이고,

다른 쪽 다층막은 특정 파장 이상의 광을 커트하는 장파장 커트 다층막인 것을 특징으로 하는 편광 필터.
제 1 항에 있어서, 상기 단파장 커트 다층막에서의 S편광광을 커트하는 파장λ1과,

상기 장파장 커트 다층막에서의 S편광광이 커트되는 파장 λ2에서, λ1≥λ2인 것을 특징으로 하는 편광 필터.
제 2 항에 있어서, 필요한 파장 영역의 광을 투과시키는 1매의 기판의 양면에 상기 단파장 커트 다층막과 장파장 커트 다층막을 형성한 것을 특징으로 하는 편광 필터.
제 2 항에 있어서, 필요한 파장 영역의 광을 투과시키는 제1 기판에 상기 단파장 커트 다층막이 형성되고, 필요한 파장 영역의 광을 투과시키는 제2 기판에 장파장 커트 다층막을 형성한 것을 특징으로 하는 편광 필터.
제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 편광 필터는 자외선을 편광하는 것을 특징으로 하는 편광 필터.
램프와, 상기 램프로부터의 광을 집광하는 집광거울과, 적분 렌즈와, 시준기로 구성되는 편광광 조사장치에 있어서,

상기 램프가 방출하는 광의 광로 중에, 상기 광의 광축에 대해 특정 각도로 기울여 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 또는 제 4 항의 편광 필터를 배치한 것을 특징으로 하는 편광광 조사장치.