図1は、本発明の実施形態に係る光配向露光装置の構成を示す図である。本実施形態の光配向露光装置は、照射光学系11、走査手段15を主な構成要素として有する。照射光学系11は、基板2の表面に形成された配向膜に対して紫外光のビームを照射することで、基板2上に配設される配向膜に配向特性を付与する手段であって、本実施形態では、偏光光照射手段12、偏光制御素子14にて構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a photo-alignment exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. The photo-alignment exposure apparatus of this embodiment has an irradiation optical system 11 and a scanning unit 15 as main components. The irradiation optical system 11 is a means for imparting alignment characteristics to the alignment film disposed on the substrate 2 by irradiating the alignment film formed on the surface of the substrate 2 with an ultraviolet light beam. In this embodiment, it is comprised by the polarized light irradiation means 12 and the polarization control element 14.
走査手段15は、その上面に設置された基板2を所定の走査方向(図ではY軸方向)に移動させることで、照射光学系11にて照射されるビームを基板2上に走査させる手段である。走査の方法としては、このように基板2を移動させること以外に、照射光学系11を移動させる、あるいは、基板2と照射光学系11の両方を移動させることとしてもよい。本実施形態では偏光制御素子14からの照射光Cを基板2に直接照射しているが、偏光制御素子14と基板2の間に照射領域をスリット状に制限するマスクを設けることとしてもよい。マスクを設けることで、有効な照射光のみを基板2に露光させることが可能となり、配向性能の向上を図ることが可能となる。
The scanning unit 15 is a unit that scans the substrate 2 with the beam irradiated by the irradiation optical system 11 by moving the substrate 2 placed on the upper surface thereof in a predetermined scanning direction (Y-axis direction in the drawing). is there. As a scanning method, in addition to moving the substrate 2 in this way, the irradiation optical system 11 may be moved, or both the substrate 2 and the irradiation optical system 11 may be moved. In the present embodiment, the substrate 2 is directly irradiated with the irradiation light C from the polarization control element 14. However, a mask that restricts the irradiation region to a slit shape may be provided between the polarization control element 14 and the substrate 2. By providing the mask, it becomes possible to expose only the effective irradiation light to the substrate 2 and to improve the alignment performance.
走査手段15には、露光対象となる基板2が設置される。本実施形態では、基板2の走査方向が、液晶表示装置として利用時における縦方向または横方向となるように設置される。露光対象となる基板2の表面には、ポリイミドなどの光反応性高分子が膜状に形成されている。この高分子膜上に直線偏光光を照射して高分子膜を変性せしめ、図示されていない以降の工程で高分子膜上に液晶分子を塗布すると、液晶分子が高分子膜から作用を受け特定の方向に整列(配向)する。本来は、この配向特性を有する高分子膜を配向膜と称するが、一般に配向特性を付与する以前の高分子膜も配向膜と称しており、本明細書においても配向特性を付与する以前の高分子膜も含めて配向膜と称する。
In the scanning means 15, the substrate 2 to be exposed is installed. In the present embodiment, the substrate 2 is installed such that the scanning direction is the vertical direction or the horizontal direction when used as a liquid crystal display device. On the surface of the substrate 2 to be exposed, a photoreactive polymer such as polyimide is formed in a film shape. When the polymer film is denatured by irradiating the polymer film with linearly polarized light and liquid crystal molecules are applied to the polymer film in a subsequent process (not shown), the liquid crystal molecules are affected by the polymer film and specified. Align (orient) in the direction of. Originally, a polymer film having this alignment characteristic is referred to as an alignment film. Generally, a polymer film before imparting alignment characteristics is also referred to as an alignment film. The molecular film is also referred to as an alignment film.
偏光光照射手段12は、光源12a、反射鏡12b、偏光子12cにて構成されている。紫外線ランプなどの光源12aから照射された紫外光は、放物面鏡などの反射鏡12bなどで平行光となるように整えられ、光源光Aとして偏光子12c側に照射する。偏光子12cは、光源光Aから所定方向の直線偏光成分を取り出す手段である。本実施形態では、この偏光子12cによって光源光AからY軸方向(走査方向)に略平行な直線偏光光Bが取り出される。なお、Y軸方向(走査方向)に略垂直な直線偏光光を利用することとしてもよい。
The polarized light irradiation means 12 includes a light source 12a, a reflecting mirror 12b, and a polarizer 12c. The ultraviolet light irradiated from the light source 12a such as an ultraviolet lamp is adjusted to become parallel light by a reflecting mirror 12b such as a parabolic mirror, and irradiated as light source light A to the polarizer 12c side. The polarizer 12c is means for extracting a linearly polarized light component in a predetermined direction from the light source light A. In this embodiment, linearly polarized light B substantially parallel to the Y-axis direction (scanning direction) is extracted from the light source light A by the polarizer 12c. Note that linearly polarized light substantially perpendicular to the Y-axis direction (scanning direction) may be used.
偏光制御素子14は、入射する直線偏光光の偏光方向を所定角度回転させる素子であって、本実施形態においては1/2波長板にて構成されている。図2は、この偏光制御素子14における偏光方向制御の様子を示した図である。図2(a)は、偏光制御素子14に入射する入射光の偏光方向を示した図であって、図1では直線偏光光Bがこれに相当する。図2(b)は、偏光制御素子14の部分拡大図を示した図である。図2(c)は、偏光制御素子14から射出される出力光の偏光方向を示した図であって、図1では照射光Cがこれに相当している。図2(a)~(c)は、実際にはZ軸方向に重なることとなるが、ここでは説明のためY軸方向にずらして表現している。
The polarization control element 14 is an element that rotates the polarization direction of the incident linearly polarized light by a predetermined angle, and is configured by a half-wave plate in the present embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a state of polarization direction control in the polarization control element 14. FIG. 2A is a diagram showing the polarization direction of incident light incident on the polarization control element 14, and linearly polarized light B corresponds to this in FIG. 1. FIG. 2B is a partially enlarged view of the polarization control element 14. FIG. 2C is a diagram showing the polarization direction of the output light emitted from the polarization control element 14, and the irradiation light C corresponds to this in FIG. FIGS. 2A to 2C actually overlap in the Z-axis direction, but are shown here shifted in the Y-axis direction for explanation.
図2(b)に示されるように偏光制御素子14は、X軸方向、すなわち、走査方向に直交する方向において、所定幅を有する単位偏光制御領域14a、14bを有して形成されている。単位偏光制御領域14a、14bは、X軸方向の幅が数μm~十数μm程度であって、隣接する領域毎に高速軸の方向が異なったものとなっている。特に本実施形態では、単位偏光制御領域14a、14bが所定数(この場合2個)を周期として繰り返しパターンを有するように形成されている。図2(b)に示す例では、2つの単位偏光制御領域14a、14bにて1つの周期A1、A2が形成される。
As shown in FIG. 2B, the polarization control element 14 is formed to have unit polarization control regions 14a and 14b having a predetermined width in the X-axis direction, that is, the direction orthogonal to the scanning direction. The unit polarization control regions 14a and 14b have a width in the X-axis direction of about several μm to several tens of μm, and the direction of the high-speed axis is different for each adjacent region. In particular, in the present embodiment, the unit polarization control regions 14a and 14b are formed to have a repetitive pattern with a predetermined number (in this case, two) as a cycle. In the example shown in FIG. 2B, one period A1 and A2 is formed by the two unit polarization control regions 14a and 14b.
さらに、これら各周期A1、A2内における単位偏光制御領域14a、14bは、その高速軸がY軸方向、すなわち、走査方向に関して略対称となるように形成されている。なお、ここでいう対称とは、正確には、所定数(この場合2個)の単位偏光制御領域14a、14bのように走査方向と直交する方向(X軸方向)に複数個に分割するとともに、偏光方向もしくは波長板の高速軸の方向が走査方向に平行であり、かつ、ここには図示されていない基板2と直交する平面に関して略対称となることをいう。周期A1についてみると、単位偏光制御領域14aでは、高速軸がY軸に対して反時計回りに角度θ傾いているのに対し、単位偏光制御領域14bでは、高速軸がY軸に対し時計回りに角度θ傾いたものとなっている。
Further, the unit polarization control regions 14a and 14b in the respective periods A1 and A2 are formed so that their high-speed axes are substantially symmetric with respect to the Y-axis direction, that is, the scanning direction. The term “symmetry” as used herein is precisely divided into a plurality of units in the direction (X-axis direction) orthogonal to the scanning direction, such as a predetermined number (in this case, two) of unit polarization control regions 14a and 14b. The polarization direction or the direction of the high-speed axis of the wave plate is parallel to the scanning direction and is substantially symmetric with respect to a plane perpendicular to the substrate 2 not shown here. Looking at the period A1, in the unit polarization control region 14a, the high speed axis is inclined counterclockwise by the angle θ with respect to the Y axis, whereas in the unit polarization control region 14b, the high speed axis is clockwise with respect to the Y axis. Is inclined at an angle θ.
このように形成された偏光制御素子14に直線偏光光が入射すると、高速軸に関して対称となるように偏光面が回転することとなる。すなわち、図2(c)に示されるように、単位偏光制御領域14aから出力される照射光の偏光面は、Y軸に対して反時計回りに角度2θ回転する。一方、単位偏光制御領域14bから射出される照射光は、Y軸に対して時計回りに角度2θ回転する。このように偏光制御素子14から照射される照射光、すなわち、基板2に照射される照射光Cは、所定数の単位偏光制御領域14a、14b毎に、その偏光方向がY軸方向に対して略対称となる。特に、θ=22.5°に設定することで、照射光の偏光方向を2θ=45°とし、隣接する単位偏光制御領域14a、14b間の偏光面が相互に直交(90°)するようにすることができる。
When linearly polarized light is incident on the polarization control element 14 thus formed, the plane of polarization is rotated so as to be symmetric with respect to the high-speed axis. That is, as shown in FIG. 2C, the polarization plane of the irradiation light output from the unit polarization control region 14a rotates counterclockwise by 2θ with respect to the Y axis. On the other hand, the irradiation light emitted from the unit polarization control region 14b rotates by an angle 2θ clockwise with respect to the Y axis. In this way, the irradiation light irradiated from the polarization control element 14, that is, the irradiation light C irradiated onto the substrate 2, has a polarization direction with respect to the Y-axis direction for each of a predetermined number of unit polarization control regions 14a and 14b. It becomes almost symmetrical. In particular, by setting θ = 22.5 °, the polarization direction of the irradiated light is set to 2θ = 45 °, and the polarization planes between adjacent unit polarization control regions 14a and 14b are orthogonal to each other (90 °). can do.
照射光Cは、基板2の配向膜に配向特性を付与することとなるが、このように隣接する単位偏光制御領域14a、14b間における偏光方向が走査方向に関して対称となっているため、基板2の配向膜の配向強度を揃えることが可能となる。通常、Y軸方向は、液晶表示装置の縦方向あるいは横方向となるため、偏光方向を液晶表示装置の縦方向あるいは横方向に対して略対称とすることができ、視野角特性に優れた配向特性を形成することが可能となる。なお、図2(a)に示す入射光の偏光方向は、本実施形態のように走査方向と平行とすることのみならず、垂直とすることによっても照射光の偏光方向を対称とすることができる。
The irradiation light C will give alignment characteristics to the alignment film of the substrate 2, but the polarization direction between the adjacent unit polarization control regions 14 a and 14 b is symmetric with respect to the scanning direction. It is possible to make the alignment strength of the alignment films uniform. Usually, since the Y-axis direction is the vertical direction or the horizontal direction of the liquid crystal display device, the polarization direction can be made substantially symmetrical with respect to the vertical direction or the horizontal direction of the liquid crystal display device, and the orientation has excellent viewing angle characteristics. It becomes possible to form characteristics. Note that the polarization direction of the incident light shown in FIG. 2A is not only parallel to the scanning direction as in the present embodiment, but also by making it perpendicular, the polarization direction of the irradiation light can be made symmetric. it can.
図3は、液晶表示装置に組み込まれた際における基板2と画素の位置関係の一例を示した図である。本実施形態では、各周期Aが1つの画素21に対応するように配置されている。図では配向に使用された照射光Cの偏光方向が示されたものとなっており、画素21a、21b、21cは、それぞれ周期A1、A2、A3の配向領域に対応している。各配向領域は、図2にて説明したように所定数(2個)の単位偏光制御領域14a、14bによって形成される。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the positional relationship between the substrate 2 and the pixels when incorporated in a liquid crystal display device. In the present embodiment, each period A is arranged so as to correspond to one pixel 21. In the figure, the polarization direction of the irradiation light C used for the alignment is shown, and the pixels 21a, 21b, and 21c correspond to the alignment regions of the periods A1, A2, and A3, respectively. Each orientation region is formed by a predetermined number (two) of unit polarization control regions 14a and 14b as described with reference to FIG.
この実施形態では各周期内での配向方向を相互に直交させることが好ましい。照射光Cの偏光方向と、液晶表示装置にて実際に使用されたときの配向方向が一致する場合には、図2で説明したようにθ=22.5°とすればよいが、偏光方向と配向方向は一致しない場合には、配向方向が直交するように偏光制御素子14の高速軸が調整される。調整にて使用されるパラメータは角度θだけであるため、簡易に調整することが可能である。
In this embodiment, it is preferable that the orientation directions in each period are orthogonal to each other. When the polarization direction of the irradiation light C coincides with the alignment direction when actually used in the liquid crystal display device, θ = 22.5 ° may be set as described with reference to FIG. And the alignment direction do not coincide with each other, the high-speed axis of the polarization control element 14 is adjusted so that the alignment directions are orthogonal. Since the parameter used for the adjustment is only the angle θ, it can be easily adjusted.
以上、本実施形態では、偏光制御素子14からの照射光の偏光方向が、所定数の単位偏光制御領域毎に走査方向に関して略対称としているため、良好な配向特性の配向膜を形成することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, since the polarization direction of the irradiation light from the polarization control element 14 is substantially symmetric with respect to the scanning direction for each predetermined number of unit polarization control regions, an alignment film having good alignment characteristics can be formed. It becomes possible.
図3に示した実施形態では、1つの画素21に2つの配向領域を有する周期Aを対応させて配置させることとしていたが、配向領域は、液晶表示装置の性能、あるいは、使用用途にて適宜なものとすることができる。図4、図5は、他の実施形態に係る基板2と画素の位置関係を示した図である。
In the embodiment shown in FIG. 3, the period A having two alignment regions is arranged corresponding to one pixel 21. However, the alignment region is appropriately selected depending on the performance of the liquid crystal display device or the usage application. Can be. 4 and 5 are diagrams showing a positional relationship between the substrate 2 and the pixels according to another embodiment.
図4は、1つの画素21に4つの配向領域を有する周期Aを対応させて配置した実施形態である。この実施形態においても各周期Aの偏光方向は、走査方向に対して対称となっている。例えば、各周期Aにおいて基板2の配向方向がY軸に対して±30°、±60°の関係となるように偏光方向を設定することで、視野角性能の優れた配向膜を形成することが可能となる。
FIG. 4 shows an embodiment in which one pixel 21 is arranged in correspondence with a period A having four alignment regions. Also in this embodiment, the polarization direction of each period A is symmetric with respect to the scanning direction. For example, by forming the polarization direction so that the orientation direction of the substrate 2 has a relationship of ± 30 ° and ± 60 ° with respect to the Y axis in each period A, an orientation film having excellent viewing angle performance is formed. Is possible.
図5は、各画素に1つの配向領域を対応させたものであって、隣接する2つの画素21a、21bにて1つの周期Aが形成されている。このように、画素21と周期Aの関係は1対1の関係でなくてもよい。このような実施形態では、隣接する配向領域の偏光方向を直交させることで、立体視用の液晶表示装置に用いることが可能となる。図における画素21a、21cを左眼用画素、画素21b、21dを右眼用画素として用い、それぞれの画素21に対応した偏光フィルターを有する偏光眼鏡を用い、立体映像を観察することが可能となる。
FIG. 5 shows that each pixel is associated with one alignment region, and one period A is formed by two adjacent pixels 21a and 21b. Thus, the relationship between the pixel 21 and the period A may not be a one-to-one relationship. In such an embodiment, it is possible to use the liquid crystal display device for stereoscopic viewing by making the polarization directions of adjacent alignment regions orthogonal. The pixels 21a and 21c in the figure are used as the left-eye pixels, the pixels 21b and 21d are used as the right-eye pixels, and it is possible to observe stereoscopic images using polarized glasses having polarization filters corresponding to the respective pixels 21. .
次に、本発明の他の実施形態について図6~図9を用いて説明する。図1で説明した実施形態では、偏光制御素子14からの照射光Cを直接、基板2に照射することとしている。現状、大型の液晶表示装置に対応できる大判の偏光制御素子14を製造することは困難であるため、図6に示されるように幅30cm程度の偏光制御素子ユニット14A~14Cを複数接続して形成されたものとなっている。隣接する偏光制御素子ユニット14A~14Cの接続部は不連続な境界であるので、接続部にて回折波、散乱波などが生じ、偏光制御素子ユニット14A~14Cを透過した波と干渉することで、基板2上にボケや干渉縞を発生させてしまう。この現象は、隣接する単位偏光制御領域間でも発生する。本実施形態では、このような問題に対応するため、照射光学系11に結像光学系を設けたものとなっている。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the embodiment described with reference to FIG. 1, the substrate 2 is directly irradiated with the irradiation light C from the polarization control element 14. At present, it is difficult to manufacture a large-sized polarization control element 14 that can accommodate a large liquid crystal display device. Therefore, as shown in FIG. 6, a plurality of polarization control element units 14A to 14C each having a width of about 30 cm are formed. It has been made. Since the connection portions of the adjacent polarization control element units 14A to 14C are discontinuous boundaries, diffracted waves, scattered waves, and the like are generated at the connection portions, and interfere with the waves transmitted through the polarization control element units 14A to 14C. Then, blur and interference fringes are generated on the substrate 2. This phenomenon also occurs between adjacent unit polarization control regions. In the present embodiment, in order to cope with such a problem, an imaging optical system is provided in the irradiation optical system 11.
図7は、本実施形態における照射光学系の一部を模式的に示した図である。本実施形態における結像光学系は、偏光制御素子14と基板2間に配置された第1レンズ16aと、第2レンズ16bにて構成されている。第1レンズ16aは、焦点距離f1を有するレンズであって、偏光制御素子14面から像側に距離f1だけ隔てて配置される。一方、第2レンズ16bは、焦点距離f1を有するレンズであって、基板2から物体側に距離f1だけ隔てて配置される。第1レンズ16aと第2レンズ16b間の距離は2×f1に設定されている。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a part of the irradiation optical system in the present embodiment. The imaging optical system in the present embodiment includes a first lens 16a and a second lens 16b disposed between the polarization control element 14 and the substrate 2. The first lens 16a is a lens having a focal length f1, and is arranged at a distance f1 from the surface of the polarization control element 14 to the image side. On the other hand, the second lens 16b is a lens having a focal length f1, and is disposed at a distance f1 from the substrate 2 toward the object side. The distance between the first lens 16a and the second lens 16b is set to 2 × f1.
このような構成により、偏光制御素子14を通過した平行光は、第1レンズ16aを経て一旦集光し、第2レンズ16bを経て再び平行光として基板2を照射し、偏光制御素子14の像を等倍で基板2上に結像させる。
With such a configuration, the parallel light that has passed through the polarization control element 14 is once condensed through the first lens 16a, and again irradiated to the substrate 2 as parallel light through the second lens 16b, so that an image of the polarization control element 14 is obtained. Is imaged on the substrate 2 at the same magnification.
このように本実施形態の結像光学系は、少なくともX軸方向、すなわち、偏光制御素子ユニット14A~14Cの接続部の方向(Y軸方向:走査方向)と略直交する方向に結像させることとしている。したがって、隣接する偏光制御素子ユニット14A~14C間、あるいは、隣接する単位偏光制御領域間で発生した回折波、散乱波などの影響を抑えることが可能となる。なお、図7では、偏光制御素子14の端面に波長板の高速軸の方向を示す矢印、基板2の端面にはそれぞれの領域の偏光方向を示す矢印が記入されている。本来、これらの矢印はX-Y平面上に記載されるべきものであるが、ここでは説明のため紙面上に記載している。
As described above, the imaging optical system of the present embodiment forms an image in at least the X-axis direction, that is, in a direction substantially orthogonal to the direction of the connection portion of the polarization control element units 14A to 14C (Y-axis direction: scanning direction). It is said. Accordingly, it is possible to suppress the influence of diffracted waves, scattered waves, etc. generated between adjacent polarization control element units 14A to 14C or between adjacent unit polarization control regions. In FIG. 7, an arrow indicating the direction of the fast axis of the wave plate is written on the end face of the polarization control element 14, and an arrow indicating the polarization direction of each region is written on the end face of the substrate 2. Originally, these arrows should be described on the XY plane, but here, they are described on the paper for explanation.
本実施形態では、第1レンズ16a、第2レンズ16bの焦点距離を共にf1に選定するとともに、偏光制御素子14、第1レンズ16a、第2レンズ16bおよび基板2の間の距離をf1:2f1:f1とすることで、偏光制御素子14面を等倍で基板2上に結像させているが、偏光制御素子14の像を拡大あるいは縮小して基板2上に投影することとしてもよい。例えば、第2レンズ16bの焦点距離をf5(f5=α×f1、α:拡大率もしくは縮小率)と選定し、偏光制御素子14、第1レンズ16a、第2レンズ16bおよび基板2の間の距離をf1:(f1+f5):f5とすることで実現可能である。また基板2を照射する光を平行光とする必要がなければ、第1レンズ16aと第2レンズ16bの間の距離は任意に設定することが可能である。
In the present embodiment, the focal lengths of the first lens 16a and the second lens 16b are both set to f1, and the distance between the polarization control element 14, the first lens 16a, the second lens 16b, and the substrate 2 is set to f1: 2f1. : By setting f1, the surface of the polarization control element 14 is imaged on the substrate 2 at the same magnification, but the image of the polarization control element 14 may be enlarged or reduced and projected onto the substrate 2. For example, the focal length of the second lens 16b is selected as f5 (f5 = α × f1, α: enlargement ratio or reduction ratio), and between the polarization control element 14, the first lens 16a, the second lens 16b, and the substrate 2 is selected. This can be realized by setting the distance to f1: (f1 + f5): f5. Further, if the light for irradiating the substrate 2 does not need to be parallel light, the distance between the first lens 16a and the second lens 16b can be arbitrarily set.
図8は、他の実施形態における照射光学系の一部を模式的に示した図であって、本実施形態では、照射光学系11に結像光学系と縮小光学系の機能を併せて持たせることとしている。具体的には、図8(a)、(b)に示されているように、図7と同様、第1レンズ16aと第2レンズ16bが配置され、さらに、偏光制御素子14と第1レンズ16aの間には、X-Z面内ではパワーを持たず、Y-Z面内にて負のパワーを有する凹シリンドリカルレンズ17が配置されている。この凹シリンドリカルレンズ17(本発明における「円筒レンズ」)は、焦点距離-f2を有するレンズであって、偏光制御素子14から距離f2隔てて配置される。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a part of an irradiation optical system in another embodiment. In this embodiment, the irradiation optical system 11 has both functions of an imaging optical system and a reduction optical system. I am trying to make it. Specifically, as shown in FIGS. 8A and 8B, the first lens 16a and the second lens 16b are arranged as in FIG. 7, and the polarization control element 14 and the first lens are arranged. A concave cylindrical lens 17 having no power in the XZ plane and having a negative power in the YZ plane is disposed between 16a. The concave cylindrical lens 17 (“cylindrical lens” in the present invention) is a lens having a focal length −f2, and is disposed at a distance f2 from the polarization control element 14.
図8(a)に示されるように、偏光制御素子14の面は、X-Z面内では、図7の実施形態で説明したように基板2面に結像される。一方、図8(b)に示されているようにY-Z面内では偏光制御素子14を通過した平行光は、凹シリンドリカルレンズ17にて発散される。第1レンズ16aでは、この発散光を平行光に変えて第2レンズ16b側に射出する。第2レンズでは16bは、この平行光を縮小して基板2上に照射する。本実施形態では、第2レンズ16bの後側焦点位置に基板2を配置することで平行光を集光させることとしている。
As shown in FIG. 8A, the surface of the polarization control element 14 is imaged on the surface of the substrate 2 in the XZ plane as described in the embodiment of FIG. On the other hand, as shown in FIG. 8B, the parallel light that has passed through the polarization control element 14 in the YZ plane is diverged by the concave cylindrical lens 17. In the first lens 16a, the diverging light is changed into parallel light and emitted to the second lens 16b side. In the second lens 16b, the parallel light is reduced and irradiated onto the substrate 2. In the present embodiment, the parallel light is condensed by arranging the substrate 2 at the rear focal position of the second lens 16b.
このように本実施形態では、走査方向と略平行な方向において、偏光制御素子14からの照射光を基板2上に縮小あるいは集光させる縮小光学系を設けたことを特徴としている。このような構成では、例えば、偏光制御素子14などに傷などの欠陥がある場合においても、縮小機能を設けたことで露光面に対する影響を抑えることが可能となる。
As described above, this embodiment is characterized in that a reduction optical system that reduces or condenses the irradiation light from the polarization control element 14 on the substrate 2 in a direction substantially parallel to the scanning direction is provided. In such a configuration, for example, even when the polarization control element 14 or the like has a defect such as a scratch, it is possible to suppress the influence on the exposure surface by providing a reduction function.
また、本実施形態では、凹シリンドリカルレンズ17を第1レンズ16aの物体側に設けた構成としているが、その配置位置は像側であってもよい。なお、第1レンズ16aの像側焦点よりも基板2側に配置する場合において縮小機能を実現する場合には、凸シリンドリカルレンズが使用される。
In this embodiment, the concave cylindrical lens 17 is provided on the object side of the first lens 16a. However, the arrangement position may be on the image side. Note that a convex cylindrical lens is used when realizing a reduction function in the case where the first lens 16a is disposed closer to the substrate 2 than the focal point on the image side.
図9は、他の実施形態における照射光学系の一部を模式的に示した図であって、図8の実施形態と同様、照射光学系11に結像光学系と縮小光学系の機能を併せて持たせたものである。第1レンズ16aと第2レンズ16bは、前実施形態と同様に結像光学系として機能する。凸シリンドリカルレンズ17は、X-Z面内ではパワーを持たず、Y-Z面内にて正のパワー(焦点距離f3)を有し、第2レンズ16bの像側に配置されている。凸シリンドリカルレンズ18は、X-Z面内ではパワーを持たず、Y-Z面内にて正のパワー(側焦点距離f4)を有し、凸シリンドリカルレンズ17と基板2の間に配置されている。凸シリンドリカルレンズ18と凸シリンドリカルレンズ17の距離は、凸シリンドリカルレンズ18の焦点距離f4と凸シリンドリカルレンズ17の焦点距離f3の和となるように、すなわち、共焦点系をなすように配置されている。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a part of an irradiation optical system in another embodiment. Like the embodiment of FIG. 8, the irradiation optical system 11 has functions of an imaging optical system and a reduction optical system. It is also given together. The first lens 16a and the second lens 16b function as an imaging optical system as in the previous embodiment. The convex cylindrical lens 17 has no power in the XZ plane, has a positive power (focal length f3) in the YZ plane, and is disposed on the image side of the second lens 16b. The convex cylindrical lens 18 has no power in the XZ plane, has a positive power (side focal length f4) in the YZ plane, and is disposed between the convex cylindrical lens 17 and the substrate 2. Yes. The distance between the convex cylindrical lens 18 and the convex cylindrical lens 17 is set to be the sum of the focal length f4 of the convex cylindrical lens 18 and the focal length f3 of the convex cylindrical lens 17, that is, to form a confocal system. .
第2レンズ16bから射出された平行光は、この共焦点系をなす凸シリンドリカルレンズ17、18にて再び平行光を形成して基板2上に照射される。凸シリンドリカルレンズ17の焦点距離f3を凸シリンドリカルレンズの焦点距離f4よりも大きく設定することで、縮小光学系と平行光学系の機能を併せもたせることが可能となる。このように平行光にて露光を行うことで、さらなる配向特性の向上を図ることが可能となる。なお、この凸シリンドリカルレンズ17および凸シリンドリカルレンズ18は、凸シリンドリカルレンズと凹シリンドリカルレンズの組み合わせでも同様の機能を実現することが可能である。
The parallel light emitted from the second lens 16b is again formed on the substrate 2 by forming parallel light by the convex cylindrical lenses 17 and 18 forming the confocal system. By setting the focal length f3 of the convex cylindrical lens 17 to be larger than the focal length f4 of the convex cylindrical lens, it is possible to combine the functions of the reduction optical system and the parallel optical system. By performing exposure with parallel light in this manner, it is possible to further improve the alignment characteristics. The convex cylindrical lens 17 and the convex cylindrical lens 18 can achieve the same function even when a convex cylindrical lens and a concave cylindrical lens are combined.
図10は、他の実施形態における照射光学系の一部を模式的に示した図である。簡単のために、最も単純な構成の縮小光学系として凸のシリンドリカルレンズ17を用い、その焦点31が基板2より遠方になるごとく配置されている。凸シリンドリカルレンズ17は、X-Z面内ではパワーを持たず、Y-Z面内にて正のパワーを有し、第2レンズ16bの像側に配置されている。図10(a)に示すようにX-Z面内においては、シリンドリカルレンズ17はレンズ作用を持たないため、前述の実施形態と同様に単位偏光領域14a、14bの境界は基板2上に結像される。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a part of an irradiation optical system in another embodiment. For the sake of simplicity, a convex cylindrical lens 17 is used as a reduction optical system having the simplest configuration, and the focal point 31 is disposed so as to be farther from the substrate 2. The convex cylindrical lens 17 has no power in the XZ plane, has a positive power in the YZ plane, and is disposed on the image side of the second lens 16b. As shown in FIG. 10A, in the XZ plane, the cylindrical lens 17 does not have a lens action, so that the boundaries of the unit polarization regions 14a and 14b are imaged on the substrate 2 as in the previous embodiment. Is done.
一方、図10(b)に示されるY-Z面内では、光軸近傍を通る光線32aは基板2の先の焦点31に集光される。光軸から少し離れた光線32bは、理想的なレンズであればやはり焦点31に集光されるが、現実のレンズには収差があるため、通常凸レンズでは光軸から離れた光線ほど焦点距離が短くなり、焦点31よりシリンドリカルレンズ17に近いところに集光される。さらに光軸から離れた光線32cは、光線32bよりさらにシリンドリカルレンズ17に近いところに集光される。
On the other hand, in the YZ plane shown in FIG. 10B, the light beam 32a passing through the vicinity of the optical axis is collected at the focal point 31 at the tip of the substrate 2. The light beam 32b slightly separated from the optical axis is still focused on the focal point 31 in the case of an ideal lens. However, since an actual lens has aberration, the light beam far from the optical axis usually has a focal length in a convex lens. The light is shortened and condensed at a position closer to the cylindrical lens 17 than the focal point 31. Further, the light beam 32c far from the optical axis is condensed at a position closer to the cylindrical lens 17 than the light beam 32b.
こうして、光線32a、32b、32c、32dによって光軸のY方向両側に包絡面33a、33b(火面)が形成される。実際にはこの包絡面は光線32a、32b、32c、32dに接しているが、図示の都合上少し離して描かれている。基板2上の各光線の位置を見ると、光線32aより光線32b、32cが外側に位置し、光線32dは光線32b、32cより光軸に近いところに位置している。すなわち、入射時に光線32a、32b、32c、32dの順に光軸から離れていた光線が、基板2上では光線32b、32cあたりを境に折り返している。従って包絡面上では光線が折り返しのため集まるので強度が高い。
Thus, the envelope surfaces 33a, 33b (fire surface) are formed on both sides of the optical axis in the Y direction by the light beams 32a, 32b, 32c, 32d. Actually, the envelope surface is in contact with the light beams 32a, 32b, 32c, and 32d, but is drawn slightly apart for convenience of illustration. Looking at the position of each light beam on the substrate 2, the light beams 32b and 32c are positioned outside the light beam 32a, and the light beam 32d is positioned closer to the optical axis than the light beams 32b and 32c. That is, the light rays 32a, 32b, 32c, and 32d that have been separated from the optical axis in the order of incidence on the substrate 2 are folded back on the substrate 2 around the light rays 32b and 32c. Therefore, the intensity is high because the light rays gather on the envelope surface for folding.
この包絡面と基板2の交線は、球面レンズの場合には円形、本実施形態のようにシリンドリカルレンズでは1対の平行な直線となる。本明細書では、この包絡面(火面)と基板の交線を「火線」と定義する。基板2上におけるY方向のビームの強度分布は、火線の中間は集光されているので明るく、火線上は極めて明るく、そして火線の外側はビーム強度ゼロである。すなわち、火線を利用すると境界が極めて急峻な直線上ビームを得ることができる。この結果、配向膜に配向特性を効果的に付与することができる。
The intersecting line between the envelope surface and the substrate 2 is a circle in the case of a spherical lens, and a pair of parallel straight lines in a cylindrical lens as in this embodiment. In this specification, the line of intersection between the envelope surface (fire surface) and the substrate is defined as “fire line”. The intensity distribution of the beam in the Y direction on the substrate 2 is bright because the middle of the fire line is focused, extremely bright on the fire line, and the beam intensity is zero outside the fire line. In other words, a straight beam having a very steep boundary can be obtained by using a fire wire. As a result, alignment characteristics can be effectively imparted to the alignment film.
本実施形態では、凸シリンドリカルレンズ17にて基材2上に2本の火線34a、34bを形成することとしたが、これまで示してきた他の光学系でも、火線を含めたビームを利用できること、またそれにより境界の急峻な線状ビーム得られること等のメリットは同様である。
In the present embodiment, the two cylindrical heating lines 34a and 34b are formed on the base material 2 by the convex cylindrical lens 17. However, the other optical systems shown so far can use the beam including the horizontal heating line. The merits of obtaining a linear beam with a sharp boundary are the same.
なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
Note that the present invention is not limited to these embodiments, and embodiments configured by appropriately combining the configurations of the respective embodiments also fall within the scope of the present invention.