JP7191434B2 - 光照射装置、およびこれを備える露光装置 - Google Patents

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。

また、光源から放射されて偏光素子を通過した光をワークに対して斜めに入射するようにして光配向処理を実施することも考えられるが、この場合、光源から放射された後、偏光素子の表面で反射した一部の光が不所望な角度で再び偏光素子に入ってしまうことにより、ワークに対する光配向処理の精度が悪化するという問題があった。

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、光源から放射されて偏光素子を通過した光をワークに対して斜めに入射するようにして光配向処理を実施する場合において、ワークに対する光配向処理の精度が悪化するのを回避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、
光軸がワークに対して斜めに入射する光を放射する複数の光照射ユニットを有する光源と、
前記光源からの前記光を受け、透過させた前記光を前記ワークに照射する偏光素子とを備えており、
前記各光照射ユニットは、それぞれ、ＬＥＤと、前記ＬＥＤが取り付けられるヒートシンクとを有しており、
前記偏光素子に向かい、別の前記光照射ユニットから放射されて前記偏光素子の表面で反射した光が当たる前記ヒートシンクの面には、光反射防止処理が施されていることを特徴とする
光照射装置が提供される。

また、本発明の他の局面によれば、
光軸がワークに対して斜めに入射する光を放射する複数の光照射ユニットを有する光源と、
前記光源からの前記光を受け、透過させた前記光を前記ワークに照射する偏光素子とを備えており、
前記各光照射ユニットは、それぞれ、ＬＥＤと、前記ＬＥＤが取り付けられるヒートシンクとを有しており、
前記偏光素子に向かい、別の前記光照射ユニットから放射されて前記偏光素子の表面で反射した光が当たる前記ヒートシンクの面には、表面に光反射防止処理が施された遮光板が配置されている
光照射装置が提供される。

さらに、本発明の別の局面によれば、
光軸がワークに対して斜めに入射する光を放射する複数の光照射ユニットを有する光源と、
前記光源からの前記光を受け、透過させた前記光を前記ワークに照射する偏光素子とを備えており、
前記各光照射ユニットは、それぞれ、ＬＥＤと、前記ＬＥＤが取り付けられるヒートシンクとを有しており、
前記偏光素子に向かい、別の前記光照射ユニットから放射されて前記偏光素子の表面で反射した光が当たる前記ヒートシンクの面と、前記偏光素子の前記表面とが成す角度は、９０°－（α／２）以上（ただし、９０°の場合を除く。）であることを特徴とする
光照射装置。
「α」は、別の前記光照射ユニットから放射される前記光における前記光照射ユニットの光軸と最も大きな角度を有する光と前記偏光素子の前記表面とが成す角度のうち、最も小さい角度をいう。

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、各光照射ユニットを構成するヒートシンクにおける、別の光照射ユニットから放射されて偏光素子の表面で反射した光が当たる面に光反射防止処理が施されているので、別の光照射ユニットから放射されて偏光素子の表面で反射した光が当該光照射ユニットのヒートシンクに当たってさらに反射して再び偏光素子に向かってしまい、当該光が偏光素子に対して意図する方向とは逆方向から入ることにより、ワークに対する光配向処理の精度が悪化するのを回避できる。

本発明が適用された、複数の光照射ユニット１４で構成された光源１２を備える光照射装置１０を示す図である。 別の光照射ユニット１４から放射されて偏光素子２０の表面で反射した光について説明する図である。 変形例１に係る光照射装置１０を示す図である。 変形例３に係る光照射装置１０を示す図である。 変形例４に係る光照射装置１０を示す図である。

（光照射装置１０の構成）
本発明が適用された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２０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、本実施形態では複数の光照射ユニット１４が使用されている。これら光照射ユニット１４は、それぞれ、光を照射するＬＥＤ１６と、このＬＥＤ１６が取り付けられるヒートシンク１８とを備えている。

光源１２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光照射ユニット１４を略直列に配置することによって形成されている。もちろん、ワークＸに対して光照射装置１０が移動して露光用光Ｌを照射してもよし、ワークＸおよび光照射装置１０の両方が移動してもよい。

各光照射ユニット１４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。

なお、ＬＥＤ１６は、特定のものに限定されるものではなく、ＣＯＢ（チップオンボード）やＳＭＤ（表面実装型）でもよいし、いわゆる砲弾型のものであってもよい。

ヒートシンク１８は、発光中のＬＥＤ１６から発生する熱を放射して当該ＬＥＤ１６の温度が過度に高くなるのを回避する役割を有しており、当該ヒートシンク１８の表面にＬＥＤ１６が取り付けられている。

ヒートシンク１８の大きさは、ＬＥＤ１６からの熱を十分に放射できる程度に大きいものであることが求められる。また、本実施形態に係るヒートシンク１８は、その断面が矩形状に形成されており、かつ、偏光素子２０に向かい、別の光照射ユニット１４から放射されて偏光素子２０の表面で反射した光が当たる側面１９に光反射防止処理が施されている点に特徴を有している。この光反射防止処理の具体例としては、黒色めっき、黒アルマイト、黒色塗装等が挙げられる。

なお、ヒートシンク１８の断面形状は特に矩形状に限定されるものではないが、当該断面形状がどのようなものであったとしても、当該ヒートシンク１８における、別の光照射ユニット１４から放射されて偏光素子２０の表面で反射した光が当たる面に光反射防止処理を施すのが好適である。

偏光素子２０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、本実施形態では、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。本実施形態では、ワイヤーグリッドの形成面２２は、偏光素子２０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２０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。

（本実施形態に係る光照射装置１０の効果）
本実施形態に係る光照射装置１０によれば、各光照射ユニット１４を構成するヒートシンク１８における、別の光照射ユニット１４から放射されて偏光素子２０の表面で反射した光が当たる面１９に光反射防止処理が施されている。

これにより、図２に示すように、別の光照射ユニット１４から放射されて偏光素子２０の表面で反射した光が当該光照射ユニット１４のヒートシンク１８に当たってさらに反射して再び偏光素子２０に向かってしまい、当該光が偏光素子２０に対して意図する方向とは逆方向から入ることにより（点線の矢印を参照）、ワークに対する光配向処理の精度が悪化するのを回避できる。

（変形例１）
上述した実施形態に係る光照射装置１０によれば、各光照射ユニット１４を構成するヒートシンク１８における、別の光照射ユニット１４から放射されて偏光素子２０の表面で反射した光が当たる面１９に光反射防止処理を施すようになっていたが、これに変えて、図３に示すように、ヒートシンク１８における、偏光素子２０の表面で反射した光が当たる面１９と偏光素子２０の表面とが成す角度θ２が「９０°－（α／２）」以上となるように設定してもよい。

この「α」は、別の光照射ユニット１４から放射される光のうち、当該光照射ユニット１４の光軸ＣＬと最も大きな角度を有する光Ｌ_ｍａｘと、偏光素子２０の表面とが成す角度をいう。

これにより、別の光照射ユニット１４から放射されて偏光素子２０の表面で反射した光がヒートシンク１８の表面（例えば、側面）１９で反射した場合であっても、当該反射光は偏光素子２０の表面に向かわないので、上述した実施形態と同様に、偏光素子２０に対して意図する方向とは逆方向から光が入ることにより、ワークに対する光配向処理の精度が悪化するのを回避できる。

もちろん、ヒートシンク１８における、偏光素子２０の表面で反射した光が当たる面１９と偏光素子２０の表面とが成す角度θ２を上記のように設定するとともに、偏光素子２０の表面で反射した光が当たるヒートシンク１８の面１９に光反射防止処理を施してもよい。

（変形例２）
また、各光照射ユニット１４から放射される光Ｌの配光角の半分である第２の角度θ３を、上述した第１の角度θ１よりも小さくなるように設定してもよい。

（変形例３）
さらに、上述した実施形態に係る光照射装置１０によれば、各光照射ユニット１４を構成するヒートシンク１８における、別の光照射ユニット１４から放射されて偏光素子２０の表面で反射した光が当たる面１９に光反射防止処理を施すようになっていたが、これに変えて、例えば図４に示すように、当該光が当たる面１９に遮光板３０を取り付けてもよい。

この遮光板３０は、表面に光反射防止処理（例えば、黒アルマイト処理）が施されており、偏光素子２０に対して所定の角度となるように形成されているヒートシンク１８の面１９に沿って配置されている。

また、遮光板３０における偏光素子２０から遠い側の端部は、隣に配置されたヒートシンク１８に干渉しないように折り曲げられている。

なお、遮光板３０が取り付けられるヒートシンク１８の面１９は、図示するように当該面１９と偏光素子２０の表面とが成す角度θ２が「９０°－（α／２）」以上となるように設定してもよいし、これ以外の角度の面１９（例えば、図１に示すような）であってもよい。

（変形例４）
また、ＬＥＤ１６からの光が外部へ漏れないように、例えば図５に示すように、光照射装置１０を遮光ボックス３２で覆ってもよい。さらに、この遮光ボックス３２の内面に光反射防止処理を施すのが好適である。

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…光照射ユニット、１６…ＬＥＤ、１８…ヒートシンク、１９…（ヒートシンク１８の）面
２０…偏光素子、２２…ワイヤーグリッドの形成面、３０…遮光板、３２…遮光ボックス
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…偏光素子２０の表面で反射した光が当たるヒートシンク１８の面１９と偏光素子２０の表面とが成す角度、θ３…第２の角度

Claims (4)

1. 光軸がワークに対して斜めに入射する光を放射する複数の光照射ユニットを有する光源と、
   前記光源からの前記光を受け、透過させた前記光を前記ワークに照射する偏光素子とを備えており、
   前記各光照射ユニットは、それぞれ、ＬＥＤと、前記ＬＥＤが取り付けられるヒートシンクとを有しており、
   前記偏光素子に向かい、別の前記光照射ユニットから放射されて前記偏光素子の表面で反射した光が当たる前記ヒートシンクの面には、光反射防止処理が施されていることを特徴とする
   光照射装置。
2. 光軸がワークに対して斜めに入射する光を放射する複数の光照射ユニットを有する光源と、
   前記光源からの前記光を受け、透過させた前記光を前記ワークに照射する偏光素子とを備えており、
   前記各光照射ユニットは、それぞれ、ＬＥＤと、前記ＬＥＤが取り付けられるヒートシンクとを有しており、
   前記偏光素子に向かい、別の前記光照射ユニットから放射されて前記偏光素子の表面で反射した光が当たる前記ヒートシンクの面には、表面に光反射防止処理が施された遮光板が配置されている
   光照射装置。
3. 光軸がワークに対して斜めに入射する光を放射する複数の光照射ユニットを有する光源と、
   前記光源からの前記光を受け、透過させた前記光を前記ワークに照射する偏光素子とを備えており、
   前記各光照射ユニットは、それぞれ、ＬＥＤと、前記ＬＥＤが取り付けられるヒートシンクとを有しており、
   前記偏光素子に向かい、別の前記光照射ユニットから放射されて前記偏光素子の表面で反射した光が当たる前記ヒートシンクの面と、前記偏光素子の前記表面とが成す角度は、９０°－（α／２）以上（ただし、９０°の場合を除く。）であることを特徴とする
   光照射装置。
   「α」は、別の前記光照射ユニットから放射される前記光における前記光照射ユニットの光軸と最も大きな角度を有する光と前記偏光素子の前記表面とが成す角度のうち、最も小さい角度をいう。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光照射装置を備える露光装置。
   

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