露光方法および露光マスク
【課題】回折光の存在によって、露光領域の端面が垂直になるように露光対象物を露光することができないという課題がある。
【解決手段】液晶材料１５を露光できる光量を有する傾斜角度θの回折光を、集光レンズ８０によって開口部８ａに入射する露光光と同じ垂直方向の光に変換する。もとより、傾斜角度がθ以下の回折光は、液晶材料１５に対する照射方向が集光レンズ８０の中心方向に向くことになる。この結果、液晶材料１５は、図示するように垂直方向に変換された回折光が照射されることによって、露光領域の端面は斜めにならず、垂直方向となるように露光される。
【解決手段】液晶材料１５を露光できる光量を有する傾斜角度θの回折光を、集光レンズ８０によって開口部８ａに入射する露光光と同じ垂直方向の光に変換する。もとより、傾斜角度がθ以下の回折光は、液晶材料１５に対する照射方向が集光レンズ８０の中心方向に向くことになる。この結果、液晶材料１５は、図示するように垂直方向に変換された回折光が照射されることによって、露光領域の端面は斜めにならず、垂直方向となるように露光される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光方法および露光マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の波長（例えばｉ線やｇ線など）を有する平行光を用いて、レジストなどの露光対象物を露光マスクを介して露光し、所定の形状をパターニングする露光方法が、従来から多く用いられている。例えば、特許文献１では、平行光線を遮光マスク（露光マスク）を介して光硬化性樹脂に照射してマイクロレンズを形成する方法が提案されている。特許文献１に開示された技術は、光透過窓（開口部）を通る光の回折を利用して、露光光の光量を変更することによって、マイクロレンズを形成しようとするものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１３０２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているように、光透過窓つまり露光マスクにおける開口部を通る光は、露光対象物を照射するまでの間に回折が生ずる。そして回折した光（回折光）は、所謂ホイヘンスの原理として周知なように、開口部の端部において、その開口部の端部を中心とした円状であって、その開口部の外側に向かって広がりながら進む。この結果、露光光が露光対象物を照射する領域は、露光マスクと露光対象物との距離が遠いほど露光領域が広がり、開口部の輪郭形状よりも広がった大きな領域形状になることがある。
【０００５】
そこで、露光マスクに形成した開口部の形状で露光対象物をパターニングする場合は、露光対象物と露光マスクを密着あるいは接近させて露光することによって、露光マスクに形成した開口部の形状が広がらないように抑制する。
【０００６】
しかしながら、露光マスクを露光対象物に密着させた場合においても、開口部の端部において回折光は発生する。そして、発生した回折光は、露光光の照射方向に対するその傾き方向が所定の範囲内において露光対象物を露光する光量を有する。このため、露光対象物は、露光領域の広がりは少ないものの、露光された領域の端部は、開口部で生ずる回折光によって露光光の照射方向に対して斜めに露光されてしまうことになる。
【０００７】
ところで、露光マスクを用いて露光光を照射して露光対象物を露光する露光方法において、露光光の照射方向と同じ方向に露光領域を形成したい場合が存在する。言い換えれば、露光領域の端面を斜めではなく垂直にしたい場合である（後述する）。このような場合、上述したように回折光の存在によって、露光領域の端面が垂直になるように露光対象物を露光することができないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］露光光が透過する開口部を備えた露光マスクを用いて、露光対象物を前記露光光で露光する露光方法であって、前記開口部と前記露光対象物との間に、前記開口部の端部で生ずる前記露光光の回折光を、前記開口部の内側に向けて屈折させる集光レンズを配置して、前記露光対象物を露光することを特徴とする。
【００１０】
この露光方法によれば、開口部を透過し回折によって広がった光を、開口部の内側に向けて屈折させることによって、もとの露光光と同じ方向の光に変換することができる。この結果、露光対象物をその端面が垂直となる露光領域を形成することができる。
【００１１】
［適用例２］上記露光方法であって、前記露光マスクには複数の前記開口部を備え、前記集光レンズは複数の前記開口部毎に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
この露光方法によれば、露光マスクに形成された総ての開口部において、集光レンズを配置するので、形成される露光領域は、その端面が総て垂直方向になる。
【００１３】
［適用例３］上記露光方法であって、前記集光レンズは、一方のレンズ面が平面で形成された平凸レンズ形状を有していることを特徴とする。
【００１４】
この露光方法によれば、集光レンズの一方の面を平面とするので、露光マスクに集光レンズを一体化することが容易となる。また、一方の面が平面であことから、集光レンズの形成が容易となる。
【００１５】
［適用例４］上記露光方法であって、前記集光レンズは、前記平面が前記露光対象物に対向するように配置されていることを特徴とする。
【００１６】
この露光方法によれば、集光レンズの平面と露光対象物とが対向するので、集光レンズと露光対象物との間を一定間隔にすることができる。この結果、集光レンズと露光対象物との間における露光光の光路長が同じになるので、露光対象物は露光領域において均一に露光されることが期待できる。
【００１７】
［適用例５］上記露光方法であって、前記集光レンズによって集光された前記露光光が、当該集光レンズの光軸方向における投影領域内で前記露光対象物を照射するように露光することを特徴とする。
【００１８】
この露光方法によれば、集光レンズによって集光された露光光が、集光レンズの光軸方向における投影領域内を照射するので、形成される露光領域は、その端面が垂直方向になる。
【００１９】
［適用例６］上記露光方法に用いる露光マスクであって、前記露光光が透過する基板上に設けられた遮光膜によって前記開口部が形成され、前記集光レンズが、連結部材によって当該基板と一体化されていることを特徴とする。
【００２０】
この露光マスクによれば、開口部と集光レンズが一体化されるので、露光処理において集光レンズの開口部に対する配置位置精度が向上し、回折光を集光レンズによってより確実に平行光へ変換することができる。
【００２１】
［適用例７］上記露光マスクであって、前記集光レンズは、前記露光光が透過する略平板状の第１の材料に当該第１の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する第２の材料が埋設されて前記集光レンズが形成されていることを特徴とする。
【００２２】
この露光マスクによれば、集光レンズを平板状で形成することができる。従って、開口部が形成された基板との一体化が容易となる。
【００２３】
［適用例８］上記露光方法に用いる露光マスクであって、前記露光光が透過する基板の一方の面に遮光膜が設けられて前記開口部が形成され、前記基板の他方の面に当該基板の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する材料が埋設されて前記集光レンズが形成されていることを特徴とする。
【００２４】
この露光マスクによれば、開口部と集光レンズとを一枚の基板で形成するので、開口部と集光レンズの形成後の機械的な位置ずれが生じない。従って、露光マスクの取り扱いが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、以降の説明において用いる図面は、説明のために誇張して図示している場合もあり、必ずしも実際の大きさや長さを示すものでないことは言うまでもない。
【００２６】
＜液晶表示装置＞
本発明を適用した一実施例として、露光対象物としての光重合性液晶材料を露光して形成した位相差層を有する液晶表示装置１００について説明する。図１は、本実施例の液晶表示装置１００の表示領域の一部を示す平面図である。図２は、液晶表示装置１００の概略構成を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。本実施例の液晶表示装置１００は、ＦＦＳ（Fringe-Field Switching）方式の半透過反射型の液晶装置である。
【００２７】
図１に示すように、液晶表示装置１００の表示領域には、赤、緑、青の表示に寄与する画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ（以下では、対応する色について区別しない場合には単に画素２０とも呼ぶ）が複数配置されている。画素２０は、液晶表示装置１００の表示の最小単位であり、隣り合う画素２０同士の間に間隔が空くように、Ｘ軸およびＹ軸に沿ってマトリクス状に配置されている。なお、Ｘ軸は画素２０の行方向を示し、Ｙ軸は画素２０の列方向を示している。
【００２８】
それぞれの画素２０は、反射表示に寄与する反射表示領域Ｒと、透過表示に寄与する透過表示領域Ｔと、を有している。Ｘ軸に沿った方向には反射表示領域Ｒ同士または透過表示領域Ｔ同士が対向するように配列され、Ｙ軸に沿った方向には反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとが互いに対向するように配列されている。
【００２９】
次に、図２に示すように、液晶表示装置１００は、素子基板３０と、対向基板１０と、液晶層４０と、を備えている。液晶層４０は、対向基板１０と素子基板３０との間に位置している。
【００３０】
対向基板１０は、第１の基板１１を基体とし、液晶層４０側の面上に、順にカラーフィルタ層１２と配向膜１４と位相差層１６とが設けられている。第１の基板１１は、透明な材料からなり、例えばガラスからなる。カラーフィルタ層１２は、赤、緑、青の３色の色要素を含んでいる。配向膜１４には、位相差層１６を形成する重合性液晶材料の配向を規制するための処理、例えばラビング処理が施されている。
【００３１】
位相差層１６は、それぞれの画素２０の反射表示領域Ｒと、複数の画素２０の間のうち反射表示領域Ｒ同士が隣り合う領域と、に配置されている（図１参照）。位相差層１６は、複屈折性を有しており、光硬化性材料または熱硬化性材料の分子が配向膜１４により配向された状態で、後述する露光方法により硬化されて形成されている。露光対象物としての位相差層１６の材料は、例えば光反応性のアクリル基を分子末端に有する所謂光重合性液晶材料である。位相差層１６は入射される可視光の波長に対し所定の位相差、例えば１／２波長分の位相差を付与する。
【００３２】
対向基板１０の液晶層４０側には、位相差層１６および配向膜１４を覆うように配向膜１８が設けられている。対向基板１０の液晶層４０とは反対側、すなわち観察側には、偏光板４６が配置されている。
【００３３】
素子基板３０は、第２の基板３１を基体とし、液晶層４０側に、回路素子層３３と、反射層３４と、共通電極３５と、絶縁層３６と、画素電極３７と、を備えている。第２の基板３１は、透明な材料からなり、例えばガラスからなる。回路素子層３３は、図示しないが、液晶層４０を駆動するための素子、各種配線、接続部、層間絶縁層等を含んで構成されている。反射表示領域Ｒに位置する回路素子層３３の上面には、図示しないが、外光を散乱させるための凹凸形状が形成されている。反射層３４は、回路素子層３３上のうち反射表示領域Ｒに設けられている。
【００３４】
共通電極３５は、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとに亘って形成されており、反射表示領域Ｒにおいては反射層３４上に形成され、透過表示領域Ｔにおいては回路素子層３３上に形成されている。共通電極３５は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる。共通電極３５上には、その上面を覆うように絶縁層３６が形成されている。さらに、絶縁層３６上には、複数のスリット状の開口部３７ａを有する画素電極３７が形成されている。画素電極３７は、例えばＩＴＯからなる。
【００３５】
また図２に示すように、素子基板３０の液晶層４０側には、絶縁層３６と画素電極３７とを覆うように配向膜３８が設けられている。素子基板３０の液晶層４０とは反対側には、偏光板４８が配置されている。そして、偏光板４８に対向する位置には、バックライト４９が配置されている。
【００３６】
さて、本実施例の液晶表示装置１００において、液晶層４０は、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで層厚が異なっている。より詳細には、液晶層４０の反射表示領域Ｒにおける層厚は、液晶層４０の透過表示領域Ｔにおける層厚のほぼ１／２となっている。つまり、位相差層１６は液晶層４０の層厚を調整する調整層として機能する。そして、液晶層４０は、入射される可視光の波長に対して、反射表示領域Ｒにおいて１／４波長分の位相差を付与し、透過表示領域Ｔにおいて１／２波長分の位相差を付与する。
【００３７】
このような半透過反射型の液晶表示装置１００では、光学設計上、反射表示領域Ｒにおいて暗表示を行う際に反射層３４に到達する外光がすべての可視光の波長域でほぼ円偏光である必要がある。反射層３４に到達した外光が楕円偏光であると暗表示の際に光漏れが生じ、高コントラストな反射表示を得ることが困難になるからである。
【００３８】
本実施例では、反射表示領域Ｒに液晶層４０の層厚調整層としても機能する位相差層１６を配置することで、液晶層４０は、入射される可視光の波長に対して、反射表示領域Ｒにおいて１／４波長分の位相差を付与し、透過表示領域Ｔにおいて１／２波長分の位相差を付与する。これにより、偏光板４８と位相差層１６と反射表示領域Ｒ内の液晶層４０とで広帯域円偏光を作り出せるようにして、反射層３４に到達する外光を可視光の波長域で円偏光に近づけているのである。
【００３９】
従って、１／２波長分の位相差を付与する位相差層１６は、反射表示領域Ｒ内において一様に形成される必要がある。つまり、位相差層１６がその端面において第１の基板１１に対して略垂直に形成される必要がある。そうでない場合、例えば、図２において太い破線で示した端面Ｍａのように、位相差層１６が斜めに形成され、透過表示領域Ｔに位相差層１６が侵入して存在する場合は、透過表示領域Ｔに入射する可視光の波長に対して、液晶層４０による１／２波長分の位相差以外の位相差が付与されてしまう。あるいは、同じく太い破線で示した端面Ｍｂのように、位相差層１６が斜めに形成され反射表示領域Ｒに位相差層１６の斜めの端面Ｍｂが侵入して存在する場合は、反射表示領域Ｒのうち、この領域部分に入射する可視光の波長に対して、１／２波長分の位相差を正しく付与することが出来ないことになってしまう。
【００４０】
また、形成される斜めの端面Ｍａあるいは端面Ｍｂによって、反射表示領域Ｒあるいは透過表示領域Ｔにおける液晶層４０の厚さが一定にならず、厚さにムラが生じてしまう。この結果、各画素は反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとが互いに対向する領域において色づきや色ムラのない高品質な表示を行えなくなってしまうからである。
【００４１】
＜露光方法＞
それでは、位相差層１６をその端面において第１の基板１１に対して略垂直な方向（以降、単に「垂直方向」）に形成する露光方法について、図３〜図７を参照して説明する。図３は、対向基板１０のマザー基板を示す図である。図４は、対向基板１０に形成する位相差層１６の製造に用いる露光マスクを説明する図である。図５は、従来の露光方法における露光の様子を説明する説明図、図６は、本実施例における露光方法を説明する説明図である。図７は、本実施例における露光方法において用いる露光マスクの構成を説明する説明図である。
【００４２】
まず図３に示したように、対向基板１０の製造は、マザー基板１０ａの状態で行われる。図３は、マザー基板１０ａに含まれる対向基板１０のそれぞれにおいて、位相差層１６が形成される領域（図中グレー色部分）を示している。位相差層１６が形成される領域は、図１に示したように、反射表示領域Ｒと、画素２０の間のうち反射表示領域Ｒ同士が隣り合う領域と、で構成される。
【００４３】
図４は、位相差層１６を形成するために用いる露光マスク８を示す。露光マスク８は、開口部８ａと遮光部８ｂとを有している。開口部８ａは、遮光部８ｂによって区画形成され、図３に示すマザー基板１０ａ上の位相差層１６が形成される領域に対応して、Ｘ軸方向に長手方向を有するスリット状に配置されている。本実施例では、露光マスク８は、ガラス板に、クロムなどの遮光性を有する金属膜を蒸着して形成した遮光膜を遮光部８ｂとして備えている。
【００４４】
次に、露光マスク８を通して紫外光を照射することにより、開口部８ａを通過（透過）した紫外光で、光重合性液晶材料のうち反射表示領域Ｒと画素２０の間の反射表示領域Ｒ同士が隣り合う領域とに位置する部分のみを露光する。これにより、露光された部分の液晶分子のアクリル基が光重合により硬化されて、位相差層１６が形成される。なお、光重合性液晶材料のうち位相差層１６が形成された領域以外の部分は硬化されず、露光処理後有機溶剤等で除去される。
【００４５】
さて、本実施例の露光方法は、露光マスクの開口部８ａに対応して集光レンズを配置することによって、前述するように、位相差層１６の端部において、その端面が第１の基板１１に対して略垂直になるように形成するものである。そこで、以降の説明においては、まず図５を用いて集光レンズを配置しない状態における露光の様子について説明し、次に、図６を用いて集光レンズを配置した状態における露光の様子説明する。
【００４６】
図５は、集光レンズを配置しない状態において、露光マスク８に形成された開口部８ａによって、光重合性を有する液晶材料１５を、紫外光を露光光として用いて露光する状態を、Ｘ軸方向から見た状態で模式的に示した説明図である。なお、液晶材料１５は、光反応性のアクリル基を分子末端に有する液晶と反応開始剤を含む有機溶媒とからなる光重合性液晶材料であり、例えばスピンコート法を用いて配向膜１４上に塗布して配置される。
【００４７】
図５に示すように、垂直方向であって略平行光束を有する露光光（図中矢印）によって、第１の基板１１の配向膜１４上に配置された液晶材料１５を照射して露光する。このとき、所謂ホイヘンスの原理として周知なように、遮光部８ｂで区画された開口部８ａを通過する露光光のうち、遮光部８ｂと隣接する開口部８ａの端部において、光の回折現象によって回折する露光光（以降、これを「回折光」と称す）が生ずる。
【００４８】
そして、生じた回折光のうち、回折角度が所定の範囲の回折光が、液晶材料１５を照射して露光する。これは、開口部８ａを垂直方向に通過する露光光に近い回折光ほど、露光光に近い光量を有しており、回折角度が所定の範囲を越える回折光は、液晶材料１５を露光できる光量を有しないと考えられるからである。
【００４９】
本実施例では、図示するように、開口部８ａの端部において、垂直方向に対して角度θ以内の方向を有する回折光が、液晶材料１５を実際に露光するものとする。もとより、角度θは、露光光の強度や開口部の大きさ、あるいは液晶材料などに依存することが想定されるため、予め実験によって実際の露光状態を確かめることによって、角度θの大きさを調べておくことが好ましい。
【００５０】
従って、液晶材料１５は、開口部８ａを垂直方向に透過する露光光によって露光されて形成される本来の位相差層１６に加えて、開口部８ａにおいて生ずる回折光によって、垂直方向に対して角度θの斜めの端面を有する位相差層１６ａ（図５、網掛け部）が形成されることになる。この結果、反射表示領域Ｒにおいて本来形成すべき位相差層のＹ軸方向の長さ（つまり開口部８ａのＹ軸方向の長さ）Ｄ１は、図示するように長さＤ２に広がるとともに、位相差層の端面が第１の基板１１に対して垂直方向ではなく斜めに形成されてしまう。
【００５１】
そこで、本実施例の露光方法では、露光マスクの開口部８ａに対応して集光レンズを配置することによって、位相差層１６の端部において、その端面が第１の基板１１に対して略垂直になるように形成する。これを図６を用いて説明する。
【００５２】
図示するように、本実施例の露光方法は、遮光部８ｂで区画されて形成された開口部８ａに対応して、開口部８ａを通過する露光光を集光する集光レンズ８０を配置し、集光レンズ８０を通過する露光光を用いて液晶材料１５を露光する。
【００５３】
集光レンズ８０は、光透過性を有する材料から形成され、液晶材料１５と対向する側の面が平面であって、開口部８ａと対向する側に凸面の形状を有している。従って、本実施例では、開口部８ａはＸ軸方向に長手方向を有するスリット形状であることから、集光レンズ８０は、所謂円筒型平凸レンズ形状を有する。そして、前述した液晶材料１５を露光できる光量を有する傾斜角度θの回折光が、集光レンズ８０の端部に入射するように、開口部８ａに対して所定の間隔および平面位置に調節されて配置されている。
【００５４】
また、集光レンズ８０は、回折光が集光レンズ８０を通過（透過）したのち、露光光と同じ方向（つまり垂直方向）の光に変換されるように、凸面を形成する曲率半径Ｒが設定されている。曲率半径Ｒは、集光レンズ８０の焦点距離をＦｄとし集光レンズ８０の材料の屈折率をＮとすると、周知の公式１／Ｆｄ＝（Ｎ−１）／Ｒの関係から求めることができる。ここで、Ｆｄは、集光レンズ８０の端部に入射する回折光が垂直方向の光となることから、集光レンズ８０の長手方向と直交する幅方向の長さをＤ３とすると、Ｆｄ×ｔａｎθ＝Ｄ３／２の関係から求めることができる。
【００５５】
本実施例では、このように、液晶材料１５を露光できる光量を有する傾斜角度θの回折光を、集光レンズ８０によって開口部８ａに入射する露光光と同じ垂直方向の光に変換する。もとより、傾斜角度がθ以下の回折光は、液晶材料１５に対する照射方向が集光レンズ８０の中心方向に向くことになる。この結果、液晶材料１５は、図示するように、露光領域の端面は垂直方向に変換された回折光が照射されることによって斜めにならず、垂直方向となるように露光される。
【００５６】
また、集光レンズ８０の平面部分を、露光対象物としての液晶材料１５と対向させる構成とすることによって、集光レンズ８０と液晶材料１５との間を一定間隔にすることができる。この結果、この間における露光光の光路長が同じになるので、液晶材料１５は露光領域において均一に露光されることが期待できる。
【００５７】
ところで、開口部８ａで回折せず、そのまま通過した露光光は、平行光のまま集光レンズ８０に入射する。すると、これらの露光光は、集光レンズ８０の焦点Ｆに向かってそれぞれ進むことになり、焦点Ｆを源点とする放射状の光となる。従って、本実施例では、この放射状の露光光が、集光レンズ８０の長手方向と直交する幅方向の長さＤ３の範囲内において、液晶材料１５を照射するようにする。こうすることによって、液晶材料１５の露光領域の端面は垂直方向の状態で保持される。
【００５８】
具体的には、集光レンズ８０と第１の基板１１上に塗布配置された液晶材料１５と配向膜１４との界面までの距離Ｒｄが所定の距離以下となるようにする。つまり、図から明らかなように、「Ｄ１×（Ｒｄ−Ｆｄ）／Ｆｄ」の値が、Ｄ３以下を満たすように距離Ｒｄを設定するのである。このように設定された距離Ｒｄにおいて、液晶材料１５を露光することによって、図示するように、端面が垂直方向となる位相差層１６を光重合によって形成することが可能となる。
【００５９】
なお、本実施例において、液晶材料１５の露光範囲、つまり反射表示領域Ｒに形成される位相差層１６の形成範囲は、図示するように集光レンズ８０の幅Ｄ３となる。もとより、上述の説明から明らかなように幅Ｄ３は、露光マスク８に形成された開口部８ａの幅Ｄ１よりも幅広い。従って、露光マスク８の開口部８ａの開口幅Ｄ１を調節する（狭める）ことによって、実際に露光形成される露光範囲幅Ｄ３を調節することが好ましい。
【００６０】
＜露光マスク＞
次に、本実施例の露光方法において用いる露光マスク８について、図７を用いて説明する。図７の上側の図は、露光マスク８の断面構成を示している。図示するように、本実施例における露光マスク８は、前述したように、クロムなどの遮光性を有する金属膜を、ガラス基板８５に蒸着して遮光部８ｂを形成している。そして、形成された遮光部８ｂの面側に連結部材８７によって別のガラス基板８６が所定の間隔で貼り合わされて一体化された構成を有している。連結部材８７はガラス基板８５とガラス基板８６とを接合できる材料（例えば樹脂材料）からなる。
【００６１】
ガラス基板８６には、ガラス基板８５と対向する側と反対側の表面の一部を形成する平面と、所定の曲率半径の凸面と、を有するシリンドリカル形状の樹脂材料が埋設されている。また、樹脂材料は、ガラス基板８６よりも高い屈折率を有している。従って、埋設された樹脂材料は、集光レンズ８０の役割を果たす。なお、ガラス基板８６が請求項記載の第１の材料であり、樹脂材料が請求項記載の第２の材料に相当する。
【００６２】
ガラス基板８６に樹脂材料を埋設して集光レンズ８０を形成する方法としては、例えば、ガラス基板８６をマスクエッチングや機械加工、あるいはガラス成型や熱プレスによって、シリンドリカル形状の凹部を形成し、形成した凹部に樹脂材料を流し込んで固める。そして固まった樹脂材料のうちガラス基板８６の表面から吐出する部分をカットすることによって形成する方法が考えられる。従って、集光レンズ８０の形状を平凸レンズ形状とすることによって、このような形成方法が採用できる。
【００６３】
図７の下側の図は、露光マスク８を平面的に見た状態で示している。そして約上半分はガラス基板８５の上方から見た状態で示し、約下半分は、ガラス基板８５を除去して、ガラス基板８６を同じ上方から見た状態で示している。樹脂材料で形成された集光レンズ８０は、開口部８ａとＹ軸方向における中心位置が同じになるようにして配置されている。
【００６４】
このように、本実施例における露光マスク８によれば、開口部８ａと集光レンズ８０が一体化されるので、露光処理において集光レンズ８０の開口部８ａに対する配置位置精度が向上し、回折光の平行光への変換をより確実に行うことができる。また、集光レンズ８０をガラス基板８６に形成するので、開口部８ａが形成されたガラス基板８５との一体化が容易となる。
【００６５】
上述したように、露光マスク８を用いて行う本実施例の露光方法は、開口部８ａに入射する露光光の回折光を垂直方向に変換して、集光レンズ８０の幅寸法つまり反射表示領域Ｒに相当する範囲を、端面が垂直となる状態で露光することができるのである。
【００６６】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。以下、変形例を挙げて説明する。
【００６７】
（第１変形例）
上記実施例では、露光マスク８において、集光レンズ８０の平面部分を液晶材料１５に対向させたが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、集光レンズ８０の平面部分が、液晶材料１５と反対側の遮光部８ｂと対向するように集光レンズ８０をガラス基板８６に埋設形成することとしてもよい。
【００６８】
本変形例の露光マスク８を、図８に示した。図示するように、本変形例においては、集光レンズ８０の凸面が上下反転することから、集光レンズ８０の平面部分が開口部８ａに近くなる。従って、液晶材料１５を露光できる光量を有する傾斜角度θの回折光を上記実施例と同様に変換するためには、集光レンズの端部を遮光部８ｂから離す必要がある。そこで、上記実施例の連結部材８７よりも厚くした連結部材８７ａを用いてガラス基板８５とガラス基板８６とを一体化する。
【００６９】
本変形例の露光マスク８によれば、集光レンズ８０を通過後の露光光の光路長は同じにならないものの、樹脂材料からなる集光レンズ８０が露出しないので、集光レンズ８０が衝撃などによって破損する虞がないという効果を奏する。従って、露光マスク８のハンドリングも容易となる。
【００７０】
（第２変形例）
上記実施例では、露光マスク８を２枚のガラス基板８５とガラス基板８６とによって構成したが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、露光マスク８を一枚のガラス基板で形成することとしてもよい。
【００７１】
本変形例の露光マスク８を、図９に示した。図示するように、本変形例においては、一枚のガラス基板８８の一方の面に遮光部８ｂを形成し、他方の面に、この面を平面部分とする円筒型平凸レンズを構成する樹脂材料を埋設する。そしてガラス基板８８の厚さを、開口部８ａを通過して液晶材料１５を露光できる光量を有する傾斜角度θの回折光が、上記実施例と同様に変換される厚さとするのである。
【００７２】
本変形例の露光マスク８によれば、開口部８ａと集光レンズ８０とを一枚の基板で形成するので、開口部８ａと集光レンズ８０の形成後の機械的な位置ずれが生じない。従って、露光マスクの取り扱いが容易となる。
【００７３】
（第３変形例）
上記実施例において、集光レンズ８０は、片側が平面で片側が凸面の円筒型平凸レンズ形状であるものとしたが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、集光レンズ８０の凸面を、平面と平行な面でカットした形状としてもよい。
【００７４】
本変形例の集光レンズの一例を、図１０に示した。図示するように、本変形例の集光レンズ８１は、図中二点鎖線で示した上記実施例の集光レンズ８０に対して、開口部８ａと平面的に重なる面が形成される位置でカットした形状を有している。このように形成した集光レンズ８１では、図示するように、傾斜角度θ以内の回折光は、集光レンズ８１の中心方向に曲げられるが、開口部８ａで回折せずそのまま通過した露光光は、集光レンズ８１によって集光されることなく元の平行光のまま進むことになる。従って、本変形例では、集光レンズ８１から図示しない液晶材料１５までの距離にかかわらず、開口部８ａと平面的に重なる領域において、上記実施例よりも均一な露光を行うことが可能である。
【００７５】
本変形例の集光レンズ８１を、上記第２変形例の露光マスクに適用した場合を、図１１に示した。図示するように、本変形例における露光マスク８は、集光レンズ８１の厚さが二点鎖線で示した上記実施例における集光レンズ８０よりも薄くなるので、ガラス基板８８において埋設された集光レンズ８１の領域における最薄部の厚さＫｔを厚くすることができる。この結果、露光マスク８の強度が向上し、露光マスク８の変形を抑制するなど取り扱い性が向上する。
【００７６】
（第４変形例）
また、集光レンズを、中央部分は平坦面であって端部において凸面を形成する形状としてもよい。本変形例の集光レンズ８２を、図１２に示した。図示するように、本変形例の集光レンズ８２は、開口部８ａを回折せずそのまま通過する露光光が入射する領域は平坦面であって、傾斜角度θ以内の回折光が入射する面が凸面８３である平凸レンズ形状を有している。
【００７７】
ここで、本変形例の集光レンズ８２は、凸面８３によって形成される平凸レンズの焦点ｆが、図示するように遮光部８ｂにおいて、開口部８ａ側の面と集光レンズ８２側の面とがなす交線上に位置するように、その凸面８３の曲率半径が定められている。つまり、開口部８ａにおいて生ずる回折光の基点と想定される位置に、凸面８３によって形成される平凸レンズの焦点ｆを設定するのである。
【００７８】
この結果、図示するように、凸面８３に入射する傾斜角度θ以内の回折光は、集光レンズ８２を透過後、露光光と同じ方向の平行として射出される。また、開口部８ａで回折せずそのまま通過した露光光は、集光レンズ８２によって集光されることなく元の平行光のまま射出されることになる。従って、本変形例によれば、集光レンズ８２から射出される露光光を総て同じ方向、すなわち、開口部を通過した平行光に沿う方向（露光マスクの法線方向）に変換することができる。これにより、露光マスク８と液晶材料１５までの距離にかかわらず、液晶材料１５の露光領域の端面が垂直であって、上記実施例よりも均一な露光を行うことが可能となる。
【００７９】
（その他の変形例）
上記実施例および変形例では、集光レンズを、片側が平面で片側が凸面形状を有する所謂平凸レンズ形状としたが、両側に凸面形状を有する両凸レンズ形状としてもよい。あるいは、片側が凸面で片側が凹面の凸凹レンズ形状であってもよい。要は、回折光を平行光に変換できる構成を有する形状であれば、平凸レンズ以外の形状であっても何ら差し支えない。
【００８０】
また、上記実施例ではＦＦＳ方式の液晶表示装置において位相差層を露光形成する場合を例にあげて説明したが、これに限定されず、例えば、配線パターンを形成するためのレジストの露光など、端面を垂直に形成する必要がある露光において、本発明の露光方法を適用してもよい。もとより、上記実施例において、液晶表示装置はＦＦＳ方式に限らず、例えば、ＩＰＳ方式の液晶表示装置であってもよいし、ＶＡ方式の液晶表示装置であってもよい。
【００８１】
また、上記実施例では特に言及しなかったが、集光レンズの凸面の曲率半径Ｒを求める場合に用いる上述の公式は、集光レンズが空気中に存在する場合で成り立つ。従って、集光レンズがガラス基板に埋設された樹脂材料で形成される場合は、空気ではなくガラスが介在することを考慮して曲率半径を求めるようにすることが好ましい。
【００８２】
また、上記実施例では、スリット形状を有する開口部が形成された露光マスクを用いたため、集光レンズの形状が円筒型平凸レンズであることとして説明したが、これに限るものでないことは勿論である。例えば、開口部の形状が円形や楕円形、あるいはひし形など他の形状であってもよい。もとより、集光レンズの形状は開口部の形状に応じた形状となり、例えば開口部の形状が円形であれば、集光レンズの形状も円形となる。
【００８３】
また、上記実施例では、露光マスク８を構成する基板をガラス基板であることとして説明したが、特にこれに限るものでないことは勿論である。例えば、石英基板や樹脂基板であってもよい。露光光が透過する材料であれば、いずれも採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本実施例の液晶表示装置の表示領域の一部を示す平面図。
【図２】液晶表示装置の概略構成を示す断面図。
【図３】対向基板のマザー基板を示す図。
【図４】対向基板に形成する位相差層の製造に用いる露光マスクを説明する図。
【図５】従来の露光方法における露光の様子を説明する説明図。
【図６】本実施例における露光方法を説明する説明図。
【図７】本実施例における露光方法において用いる露光マスクの構成を説明する説明図。
【図８】第１変形例における露光マスクの構成を説明する説明図。
【図９】第２変形例における露光マスクの構成を説明する説明図。
【図１０】第３変形例における集光レンズを説明する説明図。
【図１１】第３変形例における露光マスクの構成を説明する説明図。
【図１２】第４変形例における集光レンズを説明する説明図。
【符号の説明】
【００８５】
８…露光マスク、８ａ…開口部、８ｂ…遮光部、１０…対向基板、１０ａ…マザー基板、１１…第１の基板、１２…カラーフィルタ層、１４…配向膜、１５…液晶材料、１６…位相差層、１６ａ…位相差層、１８…配向膜、２０…画素、３０…素子基板、３１…第２の基板、３３…回路素子層、３４…反射層、３５…共通電極、３６…絶縁層、３７…画素電極、３７ａ…開口部、３８…配向膜、４０…液晶層、４６…偏光板、４８…偏光板、４９…バックライト、８０…集光レンズ、８１…集光レンズ、８２…集光レンズ、８３…凸面、８５…ガラス基板、８６…ガラス基板、８７…連結部材、８７ａ…連結部材、８８…ガラス基板、１００…液晶表示装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光方法および露光マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の波長（例えばｉ線やｇ線など）を有する平行光を用いて、レジストなどの露光対象物を露光マスクを介して露光し、所定の形状をパターニングする露光方法が、従来から多く用いられている。例えば、特許文献１では、平行光線を遮光マスク（露光マスク）を介して光硬化性樹脂に照射してマイクロレンズを形成する方法が提案されている。特許文献１に開示された技術は、光透過窓（開口部）を通る光の回折を利用して、露光光の光量を変更することによって、マイクロレンズを形成しようとするものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１３０２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているように、光透過窓つまり露光マスクにおける開口部を通る光は、露光対象物を照射するまでの間に回折が生ずる。そして回折した光（回折光）は、所謂ホイヘンスの原理として周知なように、開口部の端部において、その開口部の端部を中心とした円状であって、その開口部の外側に向かって広がりながら進む。この結果、露光光が露光対象物を照射する領域は、露光マスクと露光対象物との距離が遠いほど露光領域が広がり、開口部の輪郭形状よりも広がった大きな領域形状になることがある。
【０００５】
そこで、露光マスクに形成した開口部の形状で露光対象物をパターニングする場合は、露光対象物と露光マスクを密着あるいは接近させて露光することによって、露光マスクに形成した開口部の形状が広がらないように抑制する。
【０００６】
しかしながら、露光マスクを露光対象物に密着させた場合においても、開口部の端部において回折光は発生する。そして、発生した回折光は、露光光の照射方向に対するその傾き方向が所定の範囲内において露光対象物を露光する光量を有する。このため、露光対象物は、露光領域の広がりは少ないものの、露光された領域の端部は、開口部で生ずる回折光によって露光光の照射方向に対して斜めに露光されてしまうことになる。
【０００７】
ところで、露光マスクを用いて露光光を照射して露光対象物を露光する露光方法において、露光光の照射方向と同じ方向に露光領域を形成したい場合が存在する。言い換えれば、露光領域の端面を斜めではなく垂直にしたい場合である（後述する）。このような場合、上述したように回折光の存在によって、露光領域の端面が垂直になるように露光対象物を露光することができないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］露光光が透過する開口部を備えた露光マスクを用いて、露光対象物を前記露光光で露光する露光方法であって、前記開口部と前記露光対象物との間に、前記開口部の端部で生ずる前記露光光の回折光を、前記開口部の内側に向けて屈折させる集光レンズを配置して、前記露光対象物を露光することを特徴とする。
【００１０】
この露光方法によれば、開口部を透過し回折によって広がった光を、開口部の内側に向けて屈折させることによって、もとの露光光と同じ方向の光に変換することができる。この結果、露光対象物をその端面が垂直となる露光領域を形成することができる。
【００１１】
［適用例２］上記露光方法であって、前記露光マスクには複数の前記開口部を備え、前記集光レンズは複数の前記開口部毎に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
この露光方法によれば、露光マスクに形成された総ての開口部において、集光レンズを配置するので、形成される露光領域は、その端面が総て垂直方向になる。
【００１３】
［適用例３］上記露光方法であって、前記集光レンズは、一方のレンズ面が平面で形成された平凸レンズ形状を有していることを特徴とする。
【００１４】
この露光方法によれば、集光レンズの一方の面を平面とするので、露光マスクに集光レンズを一体化することが容易となる。また、一方の面が平面であことから、集光レンズの形成が容易となる。
【００１５】
［適用例４］上記露光方法であって、前記集光レンズは、前記平面が前記露光対象物に対向するように配置されていることを特徴とする。
【００１６】
この露光方法によれば、集光レンズの平面と露光対象物とが対向するので、集光レンズと露光対象物との間を一定間隔にすることができる。この結果、集光レンズと露光対象物との間における露光光の光路長が同じになるので、露光対象物は露光領域において均一に露光されることが期待できる。
【００１７】
［適用例５］上記露光方法であって、前記集光レンズによって集光された前記露光光が、当該集光レンズの光軸方向における投影領域内で前記露光対象物を照射するように露光することを特徴とする。
【００１８】
この露光方法によれば、集光レンズによって集光された露光光が、集光レンズの光軸方向における投影領域内を照射するので、形成される露光領域は、その端面が垂直方向になる。
【００１９】
［適用例６］上記露光方法に用いる露光マスクであって、前記露光光が透過する基板上に設けられた遮光膜によって前記開口部が形成され、前記集光レンズが、連結部材によって当該基板と一体化されていることを特徴とする。
【００２０】
この露光マスクによれば、開口部と集光レンズが一体化されるので、露光処理において集光レンズの開口部に対する配置位置精度が向上し、回折光を集光レンズによってより確実に平行光へ変換することができる。
【００２１】
［適用例７］上記露光マスクであって、前記集光レンズは、前記露光光が透過する略平板状の第１の材料に当該第１の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する第２の材料が埋設されて前記集光レンズが形成されていることを特徴とする。
【００２２】
この露光マスクによれば、集光レンズを平板状で形成することができる。従って、開口部が形成された基板との一体化が容易となる。
【００２３】
［適用例８］上記露光方法に用いる露光マスクであって、前記露光光が透過する基板の一方の面に遮光膜が設けられて前記開口部が形成され、前記基板の他方の面に当該基板の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する材料が埋設されて前記集光レンズが形成されていることを特徴とする。
【００２４】
この露光マスクによれば、開口部と集光レンズとを一枚の基板で形成するので、開口部と集光レンズの形成後の機械的な位置ずれが生じない。従って、露光マスクの取り扱いが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、以降の説明において用いる図面は、説明のために誇張して図示している場合もあり、必ずしも実際の大きさや長さを示すものでないことは言うまでもない。
【００２６】
＜液晶表示装置＞
本発明を適用した一実施例として、露光対象物としての光重合性液晶材料を露光して形成した位相差層を有する液晶表示装置１００について説明する。図１は、本実施例の液晶表示装置１００の表示領域の一部を示す平面図である。図２は、液晶表示装置１００の概略構成を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。本実施例の液晶表示装置１００は、ＦＦＳ（Fringe-Field Switching）方式の半透過反射型の液晶装置である。
【００２７】
図１に示すように、液晶表示装置１００の表示領域には、赤、緑、青の表示に寄与する画素２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ（以下では、対応する色について区別しない場合には単に画素２０とも呼ぶ）が複数配置されている。画素２０は、液晶表示装置１００の表示の最小単位であり、隣り合う画素２０同士の間に間隔が空くように、Ｘ軸およびＹ軸に沿ってマトリクス状に配置されている。なお、Ｘ軸は画素２０の行方向を示し、Ｙ軸は画素２０の列方向を示している。
【００２８】
それぞれの画素２０は、反射表示に寄与する反射表示領域Ｒと、透過表示に寄与する透過表示領域Ｔと、を有している。Ｘ軸に沿った方向には反射表示領域Ｒ同士または透過表示領域Ｔ同士が対向するように配列され、Ｙ軸に沿った方向には反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとが互いに対向するように配列されている。
【００２９】
次に、図２に示すように、液晶表示装置１００は、素子基板３０と、対向基板１０と、液晶層４０と、を備えている。液晶層４０は、対向基板１０と素子基板３０との間に位置している。
【００３０】
対向基板１０は、第１の基板１１を基体とし、液晶層４０側の面上に、順にカラーフィルタ層１２と配向膜１４と位相差層１６とが設けられている。第１の基板１１は、透明な材料からなり、例えばガラスからなる。カラーフィルタ層１２は、赤、緑、青の３色の色要素を含んでいる。配向膜１４には、位相差層１６を形成する重合性液晶材料の配向を規制するための処理、例えばラビング処理が施されている。
【００３１】
位相差層１６は、それぞれの画素２０の反射表示領域Ｒと、複数の画素２０の間のうち反射表示領域Ｒ同士が隣り合う領域と、に配置されている（図１参照）。位相差層１６は、複屈折性を有しており、光硬化性材料または熱硬化性材料の分子が配向膜１４により配向された状態で、後述する露光方法により硬化されて形成されている。露光対象物としての位相差層１６の材料は、例えば光反応性のアクリル基を分子末端に有する所謂光重合性液晶材料である。位相差層１６は入射される可視光の波長に対し所定の位相差、例えば１／２波長分の位相差を付与する。
【００３２】
対向基板１０の液晶層４０側には、位相差層１６および配向膜１４を覆うように配向膜１８が設けられている。対向基板１０の液晶層４０とは反対側、すなわち観察側には、偏光板４６が配置されている。
【００３３】
素子基板３０は、第２の基板３１を基体とし、液晶層４０側に、回路素子層３３と、反射層３４と、共通電極３５と、絶縁層３６と、画素電極３７と、を備えている。第２の基板３１は、透明な材料からなり、例えばガラスからなる。回路素子層３３は、図示しないが、液晶層４０を駆動するための素子、各種配線、接続部、層間絶縁層等を含んで構成されている。反射表示領域Ｒに位置する回路素子層３３の上面には、図示しないが、外光を散乱させるための凹凸形状が形成されている。反射層３４は、回路素子層３３上のうち反射表示領域Ｒに設けられている。
【００３４】
共通電極３５は、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとに亘って形成されており、反射表示領域Ｒにおいては反射層３４上に形成され、透過表示領域Ｔにおいては回路素子層３３上に形成されている。共通電極３５は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる。共通電極３５上には、その上面を覆うように絶縁層３６が形成されている。さらに、絶縁層３６上には、複数のスリット状の開口部３７ａを有する画素電極３７が形成されている。画素電極３７は、例えばＩＴＯからなる。
【００３５】
また図２に示すように、素子基板３０の液晶層４０側には、絶縁層３６と画素電極３７とを覆うように配向膜３８が設けられている。素子基板３０の液晶層４０とは反対側には、偏光板４８が配置されている。そして、偏光板４８に対向する位置には、バックライト４９が配置されている。
【００３６】
さて、本実施例の液晶表示装置１００において、液晶層４０は、反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとで層厚が異なっている。より詳細には、液晶層４０の反射表示領域Ｒにおける層厚は、液晶層４０の透過表示領域Ｔにおける層厚のほぼ１／２となっている。つまり、位相差層１６は液晶層４０の層厚を調整する調整層として機能する。そして、液晶層４０は、入射される可視光の波長に対して、反射表示領域Ｒにおいて１／４波長分の位相差を付与し、透過表示領域Ｔにおいて１／２波長分の位相差を付与する。
【００３７】
このような半透過反射型の液晶表示装置１００では、光学設計上、反射表示領域Ｒにおいて暗表示を行う際に反射層３４に到達する外光がすべての可視光の波長域でほぼ円偏光である必要がある。反射層３４に到達した外光が楕円偏光であると暗表示の際に光漏れが生じ、高コントラストな反射表示を得ることが困難になるからである。
【００３８】
本実施例では、反射表示領域Ｒに液晶層４０の層厚調整層としても機能する位相差層１６を配置することで、液晶層４０は、入射される可視光の波長に対して、反射表示領域Ｒにおいて１／４波長分の位相差を付与し、透過表示領域Ｔにおいて１／２波長分の位相差を付与する。これにより、偏光板４８と位相差層１６と反射表示領域Ｒ内の液晶層４０とで広帯域円偏光を作り出せるようにして、反射層３４に到達する外光を可視光の波長域で円偏光に近づけているのである。
【００３９】
従って、１／２波長分の位相差を付与する位相差層１６は、反射表示領域Ｒ内において一様に形成される必要がある。つまり、位相差層１６がその端面において第１の基板１１に対して略垂直に形成される必要がある。そうでない場合、例えば、図２において太い破線で示した端面Ｍａのように、位相差層１６が斜めに形成され、透過表示領域Ｔに位相差層１６が侵入して存在する場合は、透過表示領域Ｔに入射する可視光の波長に対して、液晶層４０による１／２波長分の位相差以外の位相差が付与されてしまう。あるいは、同じく太い破線で示した端面Ｍｂのように、位相差層１６が斜めに形成され反射表示領域Ｒに位相差層１６の斜めの端面Ｍｂが侵入して存在する場合は、反射表示領域Ｒのうち、この領域部分に入射する可視光の波長に対して、１／２波長分の位相差を正しく付与することが出来ないことになってしまう。
【００４０】
また、形成される斜めの端面Ｍａあるいは端面Ｍｂによって、反射表示領域Ｒあるいは透過表示領域Ｔにおける液晶層４０の厚さが一定にならず、厚さにムラが生じてしまう。この結果、各画素は反射表示領域Ｒと透過表示領域Ｔとが互いに対向する領域において色づきや色ムラのない高品質な表示を行えなくなってしまうからである。
【００４１】
＜露光方法＞
それでは、位相差層１６をその端面において第１の基板１１に対して略垂直な方向（以降、単に「垂直方向」）に形成する露光方法について、図３〜図７を参照して説明する。図３は、対向基板１０のマザー基板を示す図である。図４は、対向基板１０に形成する位相差層１６の製造に用いる露光マスクを説明する図である。図５は、従来の露光方法における露光の様子を説明する説明図、図６は、本実施例における露光方法を説明する説明図である。図７は、本実施例における露光方法において用いる露光マスクの構成を説明する説明図である。
【００４２】
まず図３に示したように、対向基板１０の製造は、マザー基板１０ａの状態で行われる。図３は、マザー基板１０ａに含まれる対向基板１０のそれぞれにおいて、位相差層１６が形成される領域（図中グレー色部分）を示している。位相差層１６が形成される領域は、図１に示したように、反射表示領域Ｒと、画素２０の間のうち反射表示領域Ｒ同士が隣り合う領域と、で構成される。
【００４３】
図４は、位相差層１６を形成するために用いる露光マスク８を示す。露光マスク８は、開口部８ａと遮光部８ｂとを有している。開口部８ａは、遮光部８ｂによって区画形成され、図３に示すマザー基板１０ａ上の位相差層１６が形成される領域に対応して、Ｘ軸方向に長手方向を有するスリット状に配置されている。本実施例では、露光マスク８は、ガラス板に、クロムなどの遮光性を有する金属膜を蒸着して形成した遮光膜を遮光部８ｂとして備えている。
【００４４】
次に、露光マスク８を通して紫外光を照射することにより、開口部８ａを通過（透過）した紫外光で、光重合性液晶材料のうち反射表示領域Ｒと画素２０の間の反射表示領域Ｒ同士が隣り合う領域とに位置する部分のみを露光する。これにより、露光された部分の液晶分子のアクリル基が光重合により硬化されて、位相差層１６が形成される。なお、光重合性液晶材料のうち位相差層１６が形成された領域以外の部分は硬化されず、露光処理後有機溶剤等で除去される。
【００４５】
さて、本実施例の露光方法は、露光マスクの開口部８ａに対応して集光レンズを配置することによって、前述するように、位相差層１６の端部において、その端面が第１の基板１１に対して略垂直になるように形成するものである。そこで、以降の説明においては、まず図５を用いて集光レンズを配置しない状態における露光の様子について説明し、次に、図６を用いて集光レンズを配置した状態における露光の様子説明する。
【００４６】
図５は、集光レンズを配置しない状態において、露光マスク８に形成された開口部８ａによって、光重合性を有する液晶材料１５を、紫外光を露光光として用いて露光する状態を、Ｘ軸方向から見た状態で模式的に示した説明図である。なお、液晶材料１５は、光反応性のアクリル基を分子末端に有する液晶と反応開始剤を含む有機溶媒とからなる光重合性液晶材料であり、例えばスピンコート法を用いて配向膜１４上に塗布して配置される。
【００４７】
図５に示すように、垂直方向であって略平行光束を有する露光光（図中矢印）によって、第１の基板１１の配向膜１４上に配置された液晶材料１５を照射して露光する。このとき、所謂ホイヘンスの原理として周知なように、遮光部８ｂで区画された開口部８ａを通過する露光光のうち、遮光部８ｂと隣接する開口部８ａの端部において、光の回折現象によって回折する露光光（以降、これを「回折光」と称す）が生ずる。
【００４８】
そして、生じた回折光のうち、回折角度が所定の範囲の回折光が、液晶材料１５を照射して露光する。これは、開口部８ａを垂直方向に通過する露光光に近い回折光ほど、露光光に近い光量を有しており、回折角度が所定の範囲を越える回折光は、液晶材料１５を露光できる光量を有しないと考えられるからである。
【００４９】
本実施例では、図示するように、開口部８ａの端部において、垂直方向に対して角度θ以内の方向を有する回折光が、液晶材料１５を実際に露光するものとする。もとより、角度θは、露光光の強度や開口部の大きさ、あるいは液晶材料などに依存することが想定されるため、予め実験によって実際の露光状態を確かめることによって、角度θの大きさを調べておくことが好ましい。
【００５０】
従って、液晶材料１５は、開口部８ａを垂直方向に透過する露光光によって露光されて形成される本来の位相差層１６に加えて、開口部８ａにおいて生ずる回折光によって、垂直方向に対して角度θの斜めの端面を有する位相差層１６ａ（図５、網掛け部）が形成されることになる。この結果、反射表示領域Ｒにおいて本来形成すべき位相差層のＹ軸方向の長さ（つまり開口部８ａのＹ軸方向の長さ）Ｄ１は、図示するように長さＤ２に広がるとともに、位相差層の端面が第１の基板１１に対して垂直方向ではなく斜めに形成されてしまう。
【００５１】
そこで、本実施例の露光方法では、露光マスクの開口部８ａに対応して集光レンズを配置することによって、位相差層１６の端部において、その端面が第１の基板１１に対して略垂直になるように形成する。これを図６を用いて説明する。
【００５２】
図示するように、本実施例の露光方法は、遮光部８ｂで区画されて形成された開口部８ａに対応して、開口部８ａを通過する露光光を集光する集光レンズ８０を配置し、集光レンズ８０を通過する露光光を用いて液晶材料１５を露光する。
【００５３】
集光レンズ８０は、光透過性を有する材料から形成され、液晶材料１５と対向する側の面が平面であって、開口部８ａと対向する側に凸面の形状を有している。従って、本実施例では、開口部８ａはＸ軸方向に長手方向を有するスリット形状であることから、集光レンズ８０は、所謂円筒型平凸レンズ形状を有する。そして、前述した液晶材料１５を露光できる光量を有する傾斜角度θの回折光が、集光レンズ８０の端部に入射するように、開口部８ａに対して所定の間隔および平面位置に調節されて配置されている。
【００５４】
また、集光レンズ８０は、回折光が集光レンズ８０を通過（透過）したのち、露光光と同じ方向（つまり垂直方向）の光に変換されるように、凸面を形成する曲率半径Ｒが設定されている。曲率半径Ｒは、集光レンズ８０の焦点距離をＦｄとし集光レンズ８０の材料の屈折率をＮとすると、周知の公式１／Ｆｄ＝（Ｎ−１）／Ｒの関係から求めることができる。ここで、Ｆｄは、集光レンズ８０の端部に入射する回折光が垂直方向の光となることから、集光レンズ８０の長手方向と直交する幅方向の長さをＤ３とすると、Ｆｄ×ｔａｎθ＝Ｄ３／２の関係から求めることができる。
【００５５】
本実施例では、このように、液晶材料１５を露光できる光量を有する傾斜角度θの回折光を、集光レンズ８０によって開口部８ａに入射する露光光と同じ垂直方向の光に変換する。もとより、傾斜角度がθ以下の回折光は、液晶材料１５に対する照射方向が集光レンズ８０の中心方向に向くことになる。この結果、液晶材料１５は、図示するように、露光領域の端面は垂直方向に変換された回折光が照射されることによって斜めにならず、垂直方向となるように露光される。
【００５６】
また、集光レンズ８０の平面部分を、露光対象物としての液晶材料１５と対向させる構成とすることによって、集光レンズ８０と液晶材料１５との間を一定間隔にすることができる。この結果、この間における露光光の光路長が同じになるので、液晶材料１５は露光領域において均一に露光されることが期待できる。
【００５７】
ところで、開口部８ａで回折せず、そのまま通過した露光光は、平行光のまま集光レンズ８０に入射する。すると、これらの露光光は、集光レンズ８０の焦点Ｆに向かってそれぞれ進むことになり、焦点Ｆを源点とする放射状の光となる。従って、本実施例では、この放射状の露光光が、集光レンズ８０の長手方向と直交する幅方向の長さＤ３の範囲内において、液晶材料１５を照射するようにする。こうすることによって、液晶材料１５の露光領域の端面は垂直方向の状態で保持される。
【００５８】
具体的には、集光レンズ８０と第１の基板１１上に塗布配置された液晶材料１５と配向膜１４との界面までの距離Ｒｄが所定の距離以下となるようにする。つまり、図から明らかなように、「Ｄ１×（Ｒｄ−Ｆｄ）／Ｆｄ」の値が、Ｄ３以下を満たすように距離Ｒｄを設定するのである。このように設定された距離Ｒｄにおいて、液晶材料１５を露光することによって、図示するように、端面が垂直方向となる位相差層１６を光重合によって形成することが可能となる。
【００５９】
なお、本実施例において、液晶材料１５の露光範囲、つまり反射表示領域Ｒに形成される位相差層１６の形成範囲は、図示するように集光レンズ８０の幅Ｄ３となる。もとより、上述の説明から明らかなように幅Ｄ３は、露光マスク８に形成された開口部８ａの幅Ｄ１よりも幅広い。従って、露光マスク８の開口部８ａの開口幅Ｄ１を調節する（狭める）ことによって、実際に露光形成される露光範囲幅Ｄ３を調節することが好ましい。
【００６０】
＜露光マスク＞
次に、本実施例の露光方法において用いる露光マスク８について、図７を用いて説明する。図７の上側の図は、露光マスク８の断面構成を示している。図示するように、本実施例における露光マスク８は、前述したように、クロムなどの遮光性を有する金属膜を、ガラス基板８５に蒸着して遮光部８ｂを形成している。そして、形成された遮光部８ｂの面側に連結部材８７によって別のガラス基板８６が所定の間隔で貼り合わされて一体化された構成を有している。連結部材８７はガラス基板８５とガラス基板８６とを接合できる材料（例えば樹脂材料）からなる。
【００６１】
ガラス基板８６には、ガラス基板８５と対向する側と反対側の表面の一部を形成する平面と、所定の曲率半径の凸面と、を有するシリンドリカル形状の樹脂材料が埋設されている。また、樹脂材料は、ガラス基板８６よりも高い屈折率を有している。従って、埋設された樹脂材料は、集光レンズ８０の役割を果たす。なお、ガラス基板８６が請求項記載の第１の材料であり、樹脂材料が請求項記載の第２の材料に相当する。
【００６２】
ガラス基板８６に樹脂材料を埋設して集光レンズ８０を形成する方法としては、例えば、ガラス基板８６をマスクエッチングや機械加工、あるいはガラス成型や熱プレスによって、シリンドリカル形状の凹部を形成し、形成した凹部に樹脂材料を流し込んで固める。そして固まった樹脂材料のうちガラス基板８６の表面から吐出する部分をカットすることによって形成する方法が考えられる。従って、集光レンズ８０の形状を平凸レンズ形状とすることによって、このような形成方法が採用できる。
【００６３】
図７の下側の図は、露光マスク８を平面的に見た状態で示している。そして約上半分はガラス基板８５の上方から見た状態で示し、約下半分は、ガラス基板８５を除去して、ガラス基板８６を同じ上方から見た状態で示している。樹脂材料で形成された集光レンズ８０は、開口部８ａとＹ軸方向における中心位置が同じになるようにして配置されている。
【００６４】
このように、本実施例における露光マスク８によれば、開口部８ａと集光レンズ８０が一体化されるので、露光処理において集光レンズ８０の開口部８ａに対する配置位置精度が向上し、回折光の平行光への変換をより確実に行うことができる。また、集光レンズ８０をガラス基板８６に形成するので、開口部８ａが形成されたガラス基板８５との一体化が容易となる。
【００６５】
上述したように、露光マスク８を用いて行う本実施例の露光方法は、開口部８ａに入射する露光光の回折光を垂直方向に変換して、集光レンズ８０の幅寸法つまり反射表示領域Ｒに相当する範囲を、端面が垂直となる状態で露光することができるのである。
【００６６】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。以下、変形例を挙げて説明する。
【００６７】
（第１変形例）
上記実施例では、露光マスク８において、集光レンズ８０の平面部分を液晶材料１５に対向させたが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、集光レンズ８０の平面部分が、液晶材料１５と反対側の遮光部８ｂと対向するように集光レンズ８０をガラス基板８６に埋設形成することとしてもよい。
【００６８】
本変形例の露光マスク８を、図８に示した。図示するように、本変形例においては、集光レンズ８０の凸面が上下反転することから、集光レンズ８０の平面部分が開口部８ａに近くなる。従って、液晶材料１５を露光できる光量を有する傾斜角度θの回折光を上記実施例と同様に変換するためには、集光レンズの端部を遮光部８ｂから離す必要がある。そこで、上記実施例の連結部材８７よりも厚くした連結部材８７ａを用いてガラス基板８５とガラス基板８６とを一体化する。
【００６９】
本変形例の露光マスク８によれば、集光レンズ８０を通過後の露光光の光路長は同じにならないものの、樹脂材料からなる集光レンズ８０が露出しないので、集光レンズ８０が衝撃などによって破損する虞がないという効果を奏する。従って、露光マスク８のハンドリングも容易となる。
【００７０】
（第２変形例）
上記実施例では、露光マスク８を２枚のガラス基板８５とガラス基板８６とによって構成したが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、露光マスク８を一枚のガラス基板で形成することとしてもよい。
【００７１】
本変形例の露光マスク８を、図９に示した。図示するように、本変形例においては、一枚のガラス基板８８の一方の面に遮光部８ｂを形成し、他方の面に、この面を平面部分とする円筒型平凸レンズを構成する樹脂材料を埋設する。そしてガラス基板８８の厚さを、開口部８ａを通過して液晶材料１５を露光できる光量を有する傾斜角度θの回折光が、上記実施例と同様に変換される厚さとするのである。
【００７２】
本変形例の露光マスク８によれば、開口部８ａと集光レンズ８０とを一枚の基板で形成するので、開口部８ａと集光レンズ８０の形成後の機械的な位置ずれが生じない。従って、露光マスクの取り扱いが容易となる。
【００７３】
（第３変形例）
上記実施例において、集光レンズ８０は、片側が平面で片側が凸面の円筒型平凸レンズ形状であるものとしたが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、集光レンズ８０の凸面を、平面と平行な面でカットした形状としてもよい。
【００７４】
本変形例の集光レンズの一例を、図１０に示した。図示するように、本変形例の集光レンズ８１は、図中二点鎖線で示した上記実施例の集光レンズ８０に対して、開口部８ａと平面的に重なる面が形成される位置でカットした形状を有している。このように形成した集光レンズ８１では、図示するように、傾斜角度θ以内の回折光は、集光レンズ８１の中心方向に曲げられるが、開口部８ａで回折せずそのまま通過した露光光は、集光レンズ８１によって集光されることなく元の平行光のまま進むことになる。従って、本変形例では、集光レンズ８１から図示しない液晶材料１５までの距離にかかわらず、開口部８ａと平面的に重なる領域において、上記実施例よりも均一な露光を行うことが可能である。
【００７５】
本変形例の集光レンズ８１を、上記第２変形例の露光マスクに適用した場合を、図１１に示した。図示するように、本変形例における露光マスク８は、集光レンズ８１の厚さが二点鎖線で示した上記実施例における集光レンズ８０よりも薄くなるので、ガラス基板８８において埋設された集光レンズ８１の領域における最薄部の厚さＫｔを厚くすることができる。この結果、露光マスク８の強度が向上し、露光マスク８の変形を抑制するなど取り扱い性が向上する。
【００７６】
（第４変形例）
また、集光レンズを、中央部分は平坦面であって端部において凸面を形成する形状としてもよい。本変形例の集光レンズ８２を、図１２に示した。図示するように、本変形例の集光レンズ８２は、開口部８ａを回折せずそのまま通過する露光光が入射する領域は平坦面であって、傾斜角度θ以内の回折光が入射する面が凸面８３である平凸レンズ形状を有している。
【００７７】
ここで、本変形例の集光レンズ８２は、凸面８３によって形成される平凸レンズの焦点ｆが、図示するように遮光部８ｂにおいて、開口部８ａ側の面と集光レンズ８２側の面とがなす交線上に位置するように、その凸面８３の曲率半径が定められている。つまり、開口部８ａにおいて生ずる回折光の基点と想定される位置に、凸面８３によって形成される平凸レンズの焦点ｆを設定するのである。
【００７８】
この結果、図示するように、凸面８３に入射する傾斜角度θ以内の回折光は、集光レンズ８２を透過後、露光光と同じ方向の平行として射出される。また、開口部８ａで回折せずそのまま通過した露光光は、集光レンズ８２によって集光されることなく元の平行光のまま射出されることになる。従って、本変形例によれば、集光レンズ８２から射出される露光光を総て同じ方向、すなわち、開口部を通過した平行光に沿う方向（露光マスクの法線方向）に変換することができる。これにより、露光マスク８と液晶材料１５までの距離にかかわらず、液晶材料１５の露光領域の端面が垂直であって、上記実施例よりも均一な露光を行うことが可能となる。
【００７９】
（その他の変形例）
上記実施例および変形例では、集光レンズを、片側が平面で片側が凸面形状を有する所謂平凸レンズ形状としたが、両側に凸面形状を有する両凸レンズ形状としてもよい。あるいは、片側が凸面で片側が凹面の凸凹レンズ形状であってもよい。要は、回折光を平行光に変換できる構成を有する形状であれば、平凸レンズ以外の形状であっても何ら差し支えない。
【００８０】
また、上記実施例ではＦＦＳ方式の液晶表示装置において位相差層を露光形成する場合を例にあげて説明したが、これに限定されず、例えば、配線パターンを形成するためのレジストの露光など、端面を垂直に形成する必要がある露光において、本発明の露光方法を適用してもよい。もとより、上記実施例において、液晶表示装置はＦＦＳ方式に限らず、例えば、ＩＰＳ方式の液晶表示装置であってもよいし、ＶＡ方式の液晶表示装置であってもよい。
【００８１】
また、上記実施例では特に言及しなかったが、集光レンズの凸面の曲率半径Ｒを求める場合に用いる上述の公式は、集光レンズが空気中に存在する場合で成り立つ。従って、集光レンズがガラス基板に埋設された樹脂材料で形成される場合は、空気ではなくガラスが介在することを考慮して曲率半径を求めるようにすることが好ましい。
【００８２】
また、上記実施例では、スリット形状を有する開口部が形成された露光マスクを用いたため、集光レンズの形状が円筒型平凸レンズであることとして説明したが、これに限るものでないことは勿論である。例えば、開口部の形状が円形や楕円形、あるいはひし形など他の形状であってもよい。もとより、集光レンズの形状は開口部の形状に応じた形状となり、例えば開口部の形状が円形であれば、集光レンズの形状も円形となる。
【００８３】
また、上記実施例では、露光マスク８を構成する基板をガラス基板であることとして説明したが、特にこれに限るものでないことは勿論である。例えば、石英基板や樹脂基板であってもよい。露光光が透過する材料であれば、いずれも採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本実施例の液晶表示装置の表示領域の一部を示す平面図。
【図２】液晶表示装置の概略構成を示す断面図。
【図３】対向基板のマザー基板を示す図。
【図４】対向基板に形成する位相差層の製造に用いる露光マスクを説明する図。
【図５】従来の露光方法における露光の様子を説明する説明図。
【図６】本実施例における露光方法を説明する説明図。
【図７】本実施例における露光方法において用いる露光マスクの構成を説明する説明図。
【図８】第１変形例における露光マスクの構成を説明する説明図。
【図９】第２変形例における露光マスクの構成を説明する説明図。
【図１０】第３変形例における集光レンズを説明する説明図。
【図１１】第３変形例における露光マスクの構成を説明する説明図。
【図１２】第４変形例における集光レンズを説明する説明図。
【符号の説明】
【００８５】
８…露光マスク、８ａ…開口部、８ｂ…遮光部、１０…対向基板、１０ａ…マザー基板、１１…第１の基板、１２…カラーフィルタ層、１４…配向膜、１５…液晶材料、１６…位相差層、１６ａ…位相差層、１８…配向膜、２０…画素、３０…素子基板、３１…第２の基板、３３…回路素子層、３４…反射層、３５…共通電極、３６…絶縁層、３７…画素電極、３７ａ…開口部、３８…配向膜、４０…液晶層、４６…偏光板、４８…偏光板、４９…バックライト、８０…集光レンズ、８１…集光レンズ、８２…集光レンズ、８３…凸面、８５…ガラス基板、８６…ガラス基板、８７…連結部材、８７ａ…連結部材、８８…ガラス基板、１００…液晶表示装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光が透過する開口部を備えた露光マスクを用いて、露光対象物を前記露光光で露光する露光方法であって、
前記開口部と前記露光対象物との間に、前記開口部の端部で生ずる前記露光光の回折光を、前記開口部の内側に向けて屈折させる集光レンズを配置して、前記露光対象物を露光することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
請求項１に記載の露光方法であって、
前記露光マスクは複数の前記開口部を備え、
前記集光レンズは複数の前記開口部毎に配置されていることを特徴とする露光方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の露光方法であって、
前記集光レンズは、一方のレンズ面が平面で形成された平凸レンズ形状を有していることを特徴とする露光方法。
【請求項４】
請求項３に記載の露光方法であって、
前記集光レンズは、前記平面が前記露光対象物に対向するように配置されていることを特徴とする露光方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の露光方法であって、
前記集光レンズによって集光された前記露光光が、当該集光レンズの光軸方向における投影領域内で前記露光対象物を照射するように露光することを特徴とする露光方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の露光方法に用いる露光マスクであって、
前記露光光が透過する基板上に設けられた遮光膜によって前記開口部が形成され、前記集光レンズが、連結部材によって当該基板と一体化されていることを特徴とする露光マスク。
【請求項７】
請求項６に記載の露光マスクであって、
前記集光レンズは、前記露光光が透過する略平板状の第１の材料に当該第１の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する第２の材料が埋設されて前記集光レンズが形成されていることを特徴とする露光マスク。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の露光方法に用いる露光マスクであって、
前記露光光が透過する基板の一方の面に遮光膜が設けられて前記開口部が形成され、前記基板の他方の面に当該基板の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する材料が埋設されて前記集光レンズが形成されていることを特徴とする露光マスク。
【請求項１】
露光光が透過する開口部を備えた露光マスクを用いて、露光対象物を前記露光光で露光する露光方法であって、
前記開口部と前記露光対象物との間に、前記開口部の端部で生ずる前記露光光の回折光を、前記開口部の内側に向けて屈折させる集光レンズを配置して、前記露光対象物を露光することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
請求項１に記載の露光方法であって、
前記露光マスクは複数の前記開口部を備え、
前記集光レンズは複数の前記開口部毎に配置されていることを特徴とする露光方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の露光方法であって、
前記集光レンズは、一方のレンズ面が平面で形成された平凸レンズ形状を有していることを特徴とする露光方法。
【請求項４】
請求項３に記載の露光方法であって、
前記集光レンズは、前記平面が前記露光対象物に対向するように配置されていることを特徴とする露光方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の露光方法であって、
前記集光レンズによって集光された前記露光光が、当該集光レンズの光軸方向における投影領域内で前記露光対象物を照射するように露光することを特徴とする露光方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の露光方法に用いる露光マスクであって、
前記露光光が透過する基板上に設けられた遮光膜によって前記開口部が形成され、前記集光レンズが、連結部材によって当該基板と一体化されていることを特徴とする露光マスク。
【請求項７】
請求項６に記載の露光マスクであって、
前記集光レンズは、前記露光光が透過する略平板状の第１の材料に当該第１の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する第２の材料が埋設されて前記集光レンズが形成されていることを特徴とする露光マスク。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の露光方法に用いる露光マスクであって、
前記露光光が透過する基板の一方の面に遮光膜が設けられて前記開口部が形成され、前記基板の他方の面に当該基板の材料の屈折率よりも高い屈折率を有する材料が埋設されて前記集光レンズが形成されていることを特徴とする露光マスク。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−８５９５７（Ｐ２０１０−８５９５７Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５８１２３（Ｐ２００８−２５８１２３）
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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