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JP6989977B2 - 光照射装置、およびこれを備える露光装置 - Google Patents

光照射装置、およびこれを備える露光装置 Download PDF

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JP6989977B2 JP2020053452A JP2020053452A JP6989977B2 JP 6989977 B2 JP6989977 B2 JP 6989977B2 JP 2020053452 A JP2020053452 A JP 2020053452A JP 2020053452 A JP2020053452 A JP 2020053452A JP 6989977 B2 JP6989977 B2 JP 6989977B2
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Description

本発明は、主に液晶パネルを製造する際の露光用に用いられる光照射装置、およびこれを備える露光装置に関する。
液晶をＴＮ方式の表示パネルとして使用する際、２枚のガラス基板の間に液晶を封入してこれらガラス板の内面に形成された透明電極に電圧を印加しただけでは正常も動作しない。これは液晶分子がバラバラの状態にあるからである。
液晶に正常なＴＮ方式の動作をさせるためには、液晶分子を一定方向に配向させるとともに、液晶分子の立ち上がり方向を一定にする必要がある。具体的には、ガラス基板に対して３°程度傾く方向に液晶分子を配向させており、この傾きの角度はプレチルト角と呼ばれている。
そして、液晶の配向性能をもつ一対のガラス基板のうち、一方のガラス基板をＸ方向に配向するように配置し、対面する他方のガラス基板をＸ方向と直交するＹ方向に配置する。（ＴＮ方式）
このように、液晶パネルの製造には液晶配向処理が必要であり、従前より、ガラス基板の表面を物理的に擦るラビング処理が行われてきた（例えば、特許文献１）。このラビング処理とは、ガラス基板上に形成された有機高分子膜を毛足の長い布等で所定の方向に擦ることにより、液晶分子を一定方向に配向させることのできる膜を形成する処理方法である。
ラビング処理が普及して、応答速度が速いＴＮ方式が一般的になったことにより、液晶パネルが安定した性能で安価に量産できるようになってパソコン等のＯＡ機器用の表示モニターやゲーム機用のモニターとして液晶モニターが普及した経緯がある。
しかし、ラビング方式には、均一性に乏しいこと、ＴＦＴの静電破壊が生じる可能性があること、さらに、ラビング時に生じる粉末ごみが付着するといった信頼性に係わる問題があった。
加えて、ラビング方式で達成できるプレチルト角は、上述のように水平配向液晶モードを代表するＴＮ方式においては３°程度であり、低電圧駆動で、高速応答に対応した液晶モードの表示パネルを構成するためには難があった。
このようなラビング方式の問題に対応するため、現在では、光配向処理を実施できる露光機が提案されており、この露光機には、光源としてロングアークの水銀灯での使用が試みられている。
特開２００７－１７４７５号公報
しかしながら、ロングアークの水銀灯を用いた露光機にも問題があると考えられる。一般に、露光材料には特定の波長帯域の光に反応するように感光特性が設定されているところ、水銀灯からの光の分光特性を見ると、当該光は多くの水銀線の輝線で構成されていることがわかる。
このため、水銀灯を露光用の光源とした場合、露光材料の感光特性から外れた波長の光が多くなることから、当該感光波長帯域を外れた波長の光によって露光材料を過露光させてしまうおそれがあると考えられる。
もちろん、感光特性から外れた波長の光線（短波側および長波側）を選択波長反射膜によってカットすることも可能であるが、狭帯域のカットフィルター（バンドパスフィルタ）が必要となり、かつ、高い精度が要求されることから、結果として装置のコストアップにつながってしまう。
また、ロングアークの水銀灯から放射される光は広範囲に拡散するので、光配向処理を実施するために重要な水銀灯からの光の照射角の制御が難しく、例えばルーバー等で余分な光を遮る手法も検討されているが、この場合、水銀灯から放射される光の利用効率が低下するという別の問題がある。
さらに、コリメートされた（平行化された）光をガラス基板に対して斜めに照射する方法もあるが、この手法は光学系が複雑になることから装置が大型で高価になるという問題があると考えられる。
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な構成で光配向処理を実施できる露光装置用の光照射装置を提供することにある。
本発明の一局面によれば、
複数のＬＥＤを有する光源と、
前記光源からの光を受け、透過させた前記光をワークに照射する偏光素子と、
前記光源と前記偏光素子との間において前記ワークと平行に配設されている透光板とを備えており、
前記各ＬＥＤの光軸は、前記ワークに対して第１の角度を有しており、
前記各ＬＥＤから放射される前記光の配光角の半分である第２の角度は、前記第１の角度よりも小さいことを特徴とする
光照射装置が提供される。
本発明の他の局面によれば、
上述した光照射装置を備える露光装置が提供される。
本発明に係る光照射装置によれば、複数のＬＥＤの光軸をワークに対して第１の角度だけ傾け、各ＬＥＤから放射される光の配向角の半分に相当する第２の角度をこの第１の角度よりも小さく設定することにより、各ＬＥＤから放射された光のすべてがＬＥＤからワークに向かう垂線よりもＬＥＤの光軸側に向かう。
これにより、簡便な構成で実効的な照射角を有する光の量が多い光配向処理を実施できる露光装置用の光照射装置を提供することができた。
本発明が適用された第１実施形態に係る光照射装置１０を示す図である。 本発明が適用された第２実施形態に係る光照射装置１０を示す図である。 本発明が適用された第３実施形態に係る光照射装置１０を示す図である。 光学フィルター３０の光透過特性を説明するためのグラフである。 本発明が適用された第４実施形態に係る光照射装置１０を示す図である。 変形例１に係る光照射装置１０を示す図である。 変形例１に係る光照射装置１０を示す図である。 変形例２に係る光源１２を示す図である。 変形例２に係る光源１２を示す図である。 変形例２に係る光源１２を示す図である。
（第１実施形態に係る光照射装置１０の構成）
本発明が適用された第１実施形態に係る光照射装置１０について以下に説明する。光照射装置１０は、主に液晶パネルを製造する際の露光の為に露光装置に組み込まれて用いられる。この光照射装置１０は、図１に示すように、大略、光源１２と、偏光素子１４とを備えている。
光源１２は、ワーク（露光対象物）Ｘが載置される露光面Ａに向けて露光用光Ｌを照射する部材であり、第１実施形態では複数のＬＥＤ１６が使用されている。これらＬＥＤ１６は露光面Ａ上を一定方向に移動していくワークＸに対して走査するように露光用光Ｌを照射していくので、当該光源１２はワークＸの移動方向に直交する方向に複数のＬＥＤ１６を略直列に配置することによって形成されている。
また、光源１２を構成する各ＬＥＤ１６は、これらＬＥＤ１６の光軸ＣＬがワークＸに対して第１の角度θ１（つまり、入射角θ１）を有するように、ワークＸに対して（つまり、露光面Ａに対して）傾けて配置されている。角度成分のバラツキが少ない光を斜めから照射して作成した配向膜を液晶パネルに使用することにより、安定したプレチルト角と配向状態とを出現させることが可能となり、任意の配向モードの液晶パネルが実現できる。
さらに、各ＬＥＤ１６から放射される光Ｌの配光角の半分である第２の角度θ２は、上述した第１の角度θ１よりも小さくなるように設定されている。
偏光素子１４は、光源１２から照射された光のうち一方向に振動する光成分のみを透過して偏光する素子であり、第１実施形態では、ワイヤーグリッド偏光素子が使用されている。ワイヤーグリッド偏光素子は、透明基板（ガラス基板）の一方の表面にワイヤーグリッドを形成したものである。この第１実施形態では、ワイヤーグリッドの形成面１８は、偏光素子１４における光源１２側の面であってもよいし、光源１２とは反対側の面であってもよい。また、偏光素子１４はワークＸ（露光面Ａ）に対して平行となるように配設されるのが好適である。
（第１実施形態に係る光照射装置１０の効果）
第１実施形態に係る光照射装置１０によれば、複数のＬＥＤ１６の光軸ＣＬをワークＸに対して第１の角度θ１だけ傾け、各ＬＥＤ１６から放射される光Ｌの配向角の半分に相当する第２の角度θ２をこの第１の角度θ１よりも小さく設定することにより、各ＬＥＤ１６から放射された光ＬのすべてがＬＥＤ１６からワークＸに向かう垂線よりもＬＥＤ１６の光軸ＣＬ側に向かうようになる。
これにより、簡便な構成で実効的な照射角を有する光の量が多い光配向処理を実施できる露光装置用の光照射装置１０を提供することができる。
（第２実施形態に係る光照射装置１０の構成）
第２実施形態に係る光照射装置１０は、図２に示すように、上述した第１実施形態に係る光照射装置１０に透光板２０が加えられたものである。
透光板２０は、光源１２からの光Ｌを透過する例えばガラス製の板材であり、光源１２と偏光素子１４との間において、ワークＸと平行に配設されている。なお、透光板２０の表面（両面とも）には、反射防止膜等の反射防止処理をしないようにするのが好適である。
（第２実施形態に係る光照射装置１０の効果）
第２実施形態に係る光照射装置１０によれば、光源１２から放射された光Ｌのうち透光板２０に対する入射角θ３が大きい光Ｌは当該透光板２０の表面で反射するので偏光素子１４やワークＸには届かなくなる。
これにより、ワークＸまで届く光Ｌの当該ワークＸに対する入射角を所定の値以下に制限することができるので、より安定したプレチルト角の光配向処理を実現することができる。
（第３実施形態に係る光照射装置１０の構成）
第３実施形態に係る光照射装置１０は、図３に示すように、大略、光源１２と、偏光素子１４と、光学フィルター３０とを備えている。
光源１２は、第１，第２実施形態と同様に、ワークＸが載置される露光面Ａに向けて露光用光Ｌを照射する部材であり、複数のＬＥＤ１６が使用されている。これらＬＥＤ１６は露光面Ａ上を一定方向に移動していくワークＸに対して走査するように露光用光Ｌを照射していくので、当該光源１２はワークＸの移動方向に直交する方向に複数のＬＥＤ１６を略直列に配置することによって形成されている。
なお、第３実施形態に係る光照射装置１０では、第１，第２実施形態と同様に第１の角度θ１および第２の角度θ２を規定する必要はなく、第１の角度θ１および第２の角度θ２は任意である。もちろん、第１，第２実施形態と同様に第１の角度θ１および第２の角度θ２を規定してもよい。
偏光素子１４は、光源１２から照射された光のうち一方向に振動する光成分のみを透過して偏光する素子であり、第１，２実施形態と同様、ワイヤーグリッド偏光素子が使用されている。
なお、ワイヤーグリッドの形成面１８は、偏光素子１４における光源１２側の面であってもよいし、光源１２とは反対側の面であってもよい。また、偏光素子１４はワークＸ（露光面Ａ）に対して平行となるように配設されるのが好適である。
光学フィルター３０は、光源１２と偏光素子１４との間に配設されており、光源１２から放射された光Ｌのうち所定の波長以上の光Ｌを選択的に透過する部材であって、表面に波長選択膜が形成されている。また、光学フィルター３０は、偏光素子１４と同様、ワークＸ（露光面Ａ）に対して平行となるように配設されるのが好適である。なお、光学フィルター３０としては、以下に説明する条件を満たすものであれば、所定の波長以上の光を透過するロングパスフィルタや、所定の波長範囲の光を透過し、それよりも長波長および短波長の光を遮断するバンドパスフィルタを使用することができる。さらに、光学フィルター３０は、偏光素子１４の光源１２側とは反対側に配設してもよい。
ここで、光学フィルター３０は、角度依存性を有しており、当該光学フィルター３０に入る光の入射角θ１が大きくなるとともに、この光学フィルター３０を透過する光の波長の領域が低波長側に広がっていく。このことの一例を図４に示す。例えば３２５ｎｍの光について考えたとき、光学フィルター３０に対する光の入射角θ１が０°の場合（つまり、光学フィルター３０に対して垂直に入射する場合）、３２５ｎｍの光の透過率は約５％である。
そして、光学フィルター３０に対する３２５ｎｍの光の入射角を１５°，３０°，４５°と大きくしていくと、この３２５ｎｍの光の透過率は１５％，７０％，９５％と高くなっていく。
このような光学フィルター３０の性質を利用して、光学フィルター３０を当該光学フィルター３０に対する所定の波長以上の光Ｌの入射角θ１が大きくなるに連れて、所定の波長以上の光Ｌの透過率を高めるように設定することで、所望のプレチルト角に対応する光学フィルター３０への入射角（第１の角度θ１）の時に所望の波長以上の光Ｌを十分に透過することができる。
（第３実施形態に係る光照射装置１０の効果）
第３実施形態に係る光照射装置１０によれば、光源１２から放射される光Ｌのうち光学フィルター３０への入射角θ１が小さい光Ｌ（光学フィルター３０に対して略垂直に入射する光）は当該光学フィルター３０を透過し難くなり、ワークＸに対する所望の入射角θ１に近い光Ｌを中心として露光を行うことができるので、より安定したプレチルト角を得ることができる。
（第４実施形態に係る光照射装置１０の構成）
第４実施形態に係る光照射装置１０は、図５に示すように、大略、光源１２と、偏光素子１４と、カバー部材４０とを備えている。
光源１２は、上述した実施形態と同様に、ワークＸが載置される露光面Ａに向けて露光用光Ｌを照射する部材であり、複数のＬＥＤ１６が使用されている。これらＬＥＤ１６は露光面Ａ上を一定方向に移動していくワークＸに対して走査するように露光用光Ｌを照射していくので、当該光源１２はワークＸの移動方向に直交する方向に複数のＬＥＤ１６を略直列に配置することによって形成されている。
なお、第４実施形態に係る光照射装置１０でも、第１，第２実施形態と同様に第１の角度θ１および第２の角度θ２を規定する必要はなく、第１の角度θ１および第２の角度θ２は任意である。もちろん、第１，第２実施形態と同様に第１の角度θ１および第２の角度θ２を規定してもよい。
偏光素子１４は、光源１２から照射された光のうち一方向に振動する光成分のみを透過して偏光する素子であり、第１，２実施形態と同様、ワイヤーグリッド偏光素子が使用されている。
なお、ワイヤーグリッドの形成面１８は、偏光素子１４における光源１２側の面であってもよいし、光源１２とは反対側の面であってもよい。また、偏光素子１４はワークＸ（露光面Ａ）に対して平行となるように配設されるのが好適である。
カバー部材４０は、光源１２からの光Ｌを透過する例えばガラス製の板材であり、偏光素子１４におけるワイヤーグリッドの形成面１８に対向する位置において、ワークＸと略平行に配設されている。つまり、図示するように偏光素子１４におけるワイヤーグリッドの形成面１８が光源１２側とは反対側に形成されている場合、カバー部材４０も偏光素子１４における光源１２側とは反対側に配設される。逆に、偏光素子１４におけるワイヤーグリッドの形成面１８が光源１２側に形成されている場合（図示せず）、カバー部材４０も偏光素子１４における光源１２側に配設される。
なお、カバー部材４０の表面（両面とも）には、反射防止膜等の反射防止処理をしなくてもよいが、一方または両方の表面に反射防止膜等の反射防止処理を行うのが好適である。
また、カバー部材４０と偏光素子１４におけるワイヤーグリッドの形成面１８との間の空間Ｓは密閉するのが好適である。例えば、カバー部材４０および偏光素子１４の周縁を保持する保持枠４２を設け、当該保持枠４２でカバー部材４０と偏光素子１４におけるワイヤーグリッドの形成面１８との間の空間Ｓを密閉することが考えられる。
なお、上述した「密閉」とは、当該空間Ｓにシロキサン化合物等の微小固形物が侵入しない程度の意味であり、完全な意味での「密閉」は必要ない。
また、偏光素子１４にはいわゆる「反射タイプ」のワイヤーグリッドを用いるのが好適である。「反射タイプ」であれば、光源１２からの光Ｌによってワイヤーグリッドが加熱され、密閉された空間の温度が不所望に上昇することによってワイヤーグリッドの形成面１８等を損傷させる可能性が低いからである。
さらに、密閉された空間Ｓを冷却することを目的として、カバー部材４０、偏光素子１４、あるいは保持枠４２といった当該空間Ｓを構成する部材を強制空冷または水冷といった方法によって冷却してもよい。
（第４実施形態に係る光照射装置１０の構成）
第４実施形態に係る光照射装置１０によれば、偏光素子１４におけるワイヤーグリッドの形成面１８に対向する位置にカバー部材４０が配設されているので、例えば光照射装置１０のメンテナンス等の際に誤ってワイヤーグリッドの形成面１８を損傷させるのを回避できるとともに、ワイヤーグリッドの形成面１８にシロキサン化合物等の微小固形物による汚れが付着するのを回避できる。
（変形例１）
上述した第１から第４実施例に係る光照射装置１０の構成は、互いに組み合わせることができる。例えば、第３実施例の光学フィルター３０と第４実施例のカバー部材４０とを組み合わせることにより、図６に示すように、光源１２に近い側から順に、光学フィルター３０、偏光素子１４、カバー部材４０が配置された光照射装置１０を形成できる。
もちろん、偏光素子１４およびカバー部材４０の位置を逆にして、光源１２に近い側から順に、光学フィルター３０、カバー部材４０、偏光素子１４が配置された光照射装置１０を形成してもよい。
さらに言えば、図７に示すように、光学フィルター３０をワークに最も近い位置に配置して、光源１２に近い側から順に、カバー部材４０、偏光素子１４、光学フィルター３０が配置された光照射装置１０を形成してもよい。
（変形例２）
また、上述した第１から第４実施例に係る光照射装置１０で使用されている光源１２に対し、図８に示すように、ＬＥＤ１６からの光Ｌの配光角を制御するためのレンズ５０をさらに設けてもよい。このレンズ５０の数は、図示するように１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。
さらに、上述した第１から第４実施例に係る光照射装置１０で使用されている光源１２に対し、図９に示すように、ＬＥＤ１６からの光Ｌの配光角を制御するためのリフレクター５２をさらに設けてもよい。
また、図１０に示すように、レンズ５０とリフレクター５２とを組み合わせてＬＥＤ１６からの光Ｌの配光角を制御してもよい。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１０…光照射装置、１２…光源、１４…偏光素子、１６…ＬＥＤ、１８…ワイヤーグリッドの形成面
２０…透光板
３０…光学フィルター
４０…カバー部材、４２…保持枠
５０…レンズ、５２…リフレクター
Ｘ…ワーク（露光対象物）、Ａ…露光面、Ｌ…露光用光、ＣＬ…（ＬＥＤ１６の）光軸、θ１…第１の角度、θ２…第２の角度、θ３…（透光板２０への）入射角、Ｓ…（カバー部材４０とワイヤーグリッドの形成面１８との間の）空間

Claims (2)

  1. 複数のＬＥＤを有する光源と、
    前記光源からの光を受け、透過させた前記光をワークに照射する偏光素子と、
    前記光源と前記偏光素子との間において前記ワークと平行に配設されている透光板とを備えており、
    前記各ＬＥＤの光軸は、前記ワークに対して第１の角度を有しており、
    前記各ＬＥＤから放射される前記光の配光角の半分である第２の角度は、前記第１の角度よりも小さいことを特徴とする
    光照射装置。
  2. 請求項１に記載の光照射装置を備える露光装置。
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