CN100495164C - 光取向用偏振光照射装置 - Google Patents

Abstract

提供一种光取向用偏振光照射装置，照射偏振轴的偏移少的偏振光，可以在光取向膜中产生期望的方向的取向。从光照射部向光取向膜(41)照射偏振光来进行光取向处理，该光照射部具备棒状灯(21)和水槽状聚光镜(22)，在光出射侧具备线栅偏振元件(10)。支承光照射部(20)的支柱(24)沿着轨道(26)移动，光照射部绕与被搬运的光取向膜正交的轴旋转移动。为了将光取向膜的光取向方向设定为任意的角度，使光照射部绕与光取向膜正交的轴旋转移动。由于使光照射部整体转动，因此灯的长度方向和偏振元件的线栅方向的关系不变，偏振轴的偏移也不变。并且，为了使偏振光斜向入射到光取向膜，也可以构成为倾斜光照射部。

Description

光取向用偏振光照射装置

技术领域

本发明涉及对液晶显示元件的取向膜、和使用了紫外线硬化型液晶的视角补偿薄膜的取向层等光取向膜照射偏振光，来进行光取向的偏振光照射装置。

背景技术

近年来，有关液晶面板的取向膜或视场角补偿薄膜的取向层等的取向处理，采用通过向取向膜照射特定波长的偏振光来进行取向的、称为光取向的技术。

以下，将设有通过上述光进行取向的取向膜或取向层的薄膜，统称为光取向膜。光取向膜随着液晶面板的大型化而大型化，并且对光取向膜照射偏振光的偏振光照射装置也随之大型化。

在上述光取向膜中，例如视场角补偿薄膜为带状且长的工件，取向处理后切断为期望的长度使用。最近随着面板大小而变大，也有宽度为1500mm的薄膜。

近年来，为了对这种带状且长的光取向膜进行光取向，提出了将棒状灯和线栅偏振元件组合的偏振光照射装置(例如参照专利文献1、专利文献2)。

图15表示具有将线状光源即棒状灯和线栅偏振元件组合的偏振器件的偏振光照射装置的结构例。

将具备高压水银灯或金属卤化物灯等棒状灯21、和反射来自灯21的光的截面为椭圆形的水槽状聚光镜22的光照射部20，配置成使灯21的长度方向成为形成于工件40上的光取向膜41的宽度方向(与搬运方向正交的方向)。在光照射部20设置有线栅偏振元件10。线栅偏振元件10是具有比灯21的发光长度稍长的一边的长方形，设置为其长度方向与灯21的长度方向一致。

棒状灯21配置成：其长度方向与水槽状聚光镜22的长度方向一致，或者与截面为椭圆形的水槽状聚光镜22的第1焦点位置一致；形成于工件40上的光取向膜41配置在水槽状聚光镜22的第2焦点位置。

工件40例如为长的连续工件，由送出轧辊R1卷成滚筒状，从送出轧辊R1拉出而搬运，经过光照射部20下而被卷绕轧辊R2卷绕。

工件40搬运到光照射部下时，向工件40的光取向膜41，照射由线栅偏振器件10进行偏振的、来自棒状灯21的光，进行光取向处理。

另外，线栅偏振元件10将玻璃晶片作为基板，利用光刻技术和蚀刻技术来制作，但是蒸镀装置、光刻装置、蚀刻装置等处理装置可以处理的基板大小有限，并且从基板切下来的线栅偏振元件的大小也有限。因此，例如需要与长度长的棒状灯相应的大的偏振元件时，在框架内并排配置多个线栅偏振元件，制作能够与上述灯对应的长度的线栅偏振元件组件，可以将该偏振元件组件作为上述线栅偏振元件10使用。

有关线栅偏振元件例如在专利文献3及专利文献4中详细地表示。

图16表示线栅偏振元件1的概略结构。

图16(a)为斜视图，(b)为侧视图；如该图所示，将长度比宽度长很多的多个直线状导电体10a(例如铬或铝等金属线，以下称为栅格)，平行配置在石英玻璃等基板10b上。导电体10的间距P小于等于入射光的波长，最好是小于等于1/3。

若在电磁波中插入上述偏振元件，则与栅格10a长度方向平行的偏振波(偏振光)成分大部分被反射，而正交的偏振波(偏振光)成分通过。

作为线栅偏振元件的特征，偏振光的消光比的入射角度(入射到偏振元件的光的角度)依存性小，即使是从棒状灯射出的光那样的扩散光，只要入射角度在±45°的范围，可以得到消光比良好的偏振光。

从而，将棒状灯的长度与光取向膜的宽度对应而设置，使光取向膜与偏振光照射装置相对地移动，则理论上用一根棒状灯，就可以进行带状且长的光取向膜的光取向处理。此外，也不需要将来自灯的光变成平行光的光学元件，可以使装置小型化。

专利文献1：日本特开2004-163881号公报

专利文献2：日本特开2004-144884号公报

专利文献3：日本特开2002-328234号公报

专利文献4：日本特表2003-508813号公报

光取向膜的取向方向，依存于向取向膜照射的偏振光的偏振轴的方向。基本上，可想成沿着偏振轴的方向产生取向。另一方面，在光取向膜上产生的取向方向，随着取向膜的用途和种类、产品即液晶面板的种类、或液晶面板厂商的设计规则而各有不同。

例如，在上述图15中，要求(a)与工件搬运方向平行的方向的取向方向，(b)与工件的搬运方向正交的方向的取向方向，(c)倾斜45°方向的取向方向等取向方向。从而作为偏振光照射装置，必须构成为出射的偏振光的偏振轴方向可以旋转360°。

作为改变偏振轴方向的方法，在上述专利文献2中，提出了通过相对于灯的长度方向改变线栅偏振元件的栅格排列的方向(角度)来进行的方法。

但是，实际上相对于灯的长度方向改变线栅偏振元件的栅格方向，测量射出的偏振光的特性后，得知栅格方向相对灯长度方向倾斜时，同栅格与灯的长度方向平行或正交的情况比较，偏振轴的偏移劣化(偏移增加)。

若偏振轴的偏移增大，则例如液晶显示元件(液晶面板)的对比度会随部位不同，产生形成不均匀而映入人眼的问题。因此，要求光照射面的偏振轴的偏移为±0.1°。

图17至图19表示线栅偏振元件的栅格相对于灯长度方向的方向、和光照射区域中的偏振轴的偏移的关系。

图17至图19表示：如上述图15所示地通过水槽状聚光镜会聚来自棒状灯的光，并经由线栅偏振元件照射到光照射面上时，表示光照射面的灯长度方向、和灯截面方向的偏振轴的偏移。该图中白色镂空箭头表示偏振轴方向，白色镂空区域表示偏振轴的偏移小于等于±0.5°，斜线区域表示偏振轴偏移超过±0.5°。

图17表示线栅偏振元件的栅格方向与灯长度方向为0°(平行)，照射与灯长度方向为正交方向的偏振光的情况。

另外，图18表示线栅偏振元件的栅格方向与灯长度方向为90°(正交)，而照射与灯长度方向平行的方向的偏振光的情况。

无论任何一种情况，除了光照射区域的四角落的周边部以外，广泛存在着偏振轴的偏移小于等于±0.5°的区域(白色镂空区域)。

但是，如图18将线栅偏振元件的栅格方向与灯长度方向正交地设置的情况，偏振轴的偏移大的区域稍增大。但是，若观察灯的正下方，在灯的长度整体，两者皆延伸有偏振轴的偏移小于等于±0.5°区域，能够有效地使用灯长度并以大宽度进行光取向处理。

图19表示线栅偏振元件的栅格方向与灯长度方向为45°的情况。将图19与图17、图18比较，则可知照射区域的偏振轴的偏移的分布型态不同。

图19的情况下，偏振轴偏移小于等于±0.5°的区域，与图17或图18比较变窄；尤其在灯的长度方向，即使是在灯正下方，对灯长度两端约1/3左右的区域，偏移大而无法使用。从而不能有效使用灯的长度，不能进行大宽度的光取向处理。

另外，这虽然是不同的问题，但是线栅偏振元件的栅格方向与灯长度方向为斜向(栅格与灯长度方向不是直角或平行)，则产生得到的偏振光的偏振轴的方向从栅格角度偏离的现象。

例如图19的线栅偏振元件的栅格方向与灯长度方向为45°，但是偏振轴的偏移小于等于±0.5°的区域偏振轴方向为51.5°～52.5°，相对45°偏移大于等5°左右。

从而，照射具有斜向方向的偏振轴的偏振光时，必须通过预备实验或计算来求出用于得到期望的偏振轴方向的栅格方向，工序变得非常复杂。

从而，在相对灯的长度方向改变线栅偏振元件的栅格方向的方法中，虽然可以在对取向膜产生与搬运方向平行的取向方向、或正交的取向方向中使用；但除此之外，在产生斜向方向的取向中难以使用。

发明内容

本发明是为了解决上述以往技术的问题点而做出的，其目的在于，提供一种光取向用偏振光照射装置，将线状光源和线栅偏振元件组合，对宽度宽的光取向膜照射偏振光，可以在取向膜上产生期望方向的取向；特别地，在产生与线状光源的长度方向为斜向方向的取向的情况下，也可以照射偏振轴偏移少的偏振光。

为了解决上述课题，在本发明中，偏振光照射装置具备通过线栅偏振元件对来自线状光源的光进行偏振而射出的光照射部，并且将来自该光照射部的偏振光，照射到与该光照射部相对移动的取向膜上；光照射部相对带状取向膜的搬运方向可以旋转，以使线状光源的长度方向、和线栅偏振元件的栅格方向的关系不变。

在此，线栅偏振元件的栅格方向，预先固定在与线状光源的长度方向平行或直角方向，该方向偏振轴的偏移少的区域宽，并且也不产生偏振轴方向的偏移。并且，产生相对取向膜的搬运方向倾斜的方向的取向时，每个线栅偏振元件，使射出偏振光的光照射部与期望的取向方向相应地旋转。

发明效果

在本发明中，构成为包含线栅偏振元件而旋转光照射部整体，因此，线栅偏振元件的栅格方向相对于线状光源的长度方向不变。从而，即使光照射部转动，射出的偏振光的偏振轴的偏移也不变。

因此，即使与取向膜的搬运方向为斜向方向，也可以照射偏振轴的偏移少的偏振光。

附图说明

图1是表示本发明的实施例的偏振光照射装置的结构的图；

图2是表示向非长带状的工件照射偏振光时的偏振光照射装置的结构例的图；

图3是使用图1的实施例所示的偏振光照射装置进行光取向处理的情况下说明动作的图；

图4是说明将光照射部最大倾斜±45°来可以沿任意方向设定光取向膜的取向方向的一部分图；

图5是说明将光照射部最大倾斜±45°来可以沿任意方向设定光取向膜的取向方向的剩余部分的图；

图6是说明在框架内并排配置了偏振元件的偏振元件组件中的、切换栅格方向的图；

图7是表示旋转移动光照射部的其他结构例的图；

图8是表示旋转移动光照射部的其他结构例的图；

图9是表示旋转移动光照射部的其他结构例的图；

图10是表示相对于光取向膜倾斜光照射部而斜向入射偏振光时的图；

图11是表示相对光取向膜旋转偏振轴的方向，并且可以倾斜入射的偏振光照射装置的结构例的图；

图12是表示倾斜光照射部而斜向入射光也不改变灯与光取向膜的距离的装置的结构例的图；

图13是表示光照射部与光取向膜的距离可变的装置的结构例的图；

图14是表示将光照射部如钟摆那样倾斜的装置的结构例的图；

图15是表示具有将线状光源即棒状灯与线栅偏振元件组合的偏振器件的偏振光照射装置的结构例的图；

图16是表示线栅偏振元件的概略结构的图；

图17是表示沿灯长度方向的偏振轴的方向、和光照射区域中的偏振轴的偏移的关系的图(栅格方向与灯长度方向平行的情况)。

图18是表示沿灯长度方向的偏振轴的方向、和光照射区域中的偏振轴的偏移的关系的图(栅格方向与灯长度方向正交的情况)。

图19是表示沿灯长度方向的偏振轴的方向、和光照射区域中的偏振轴的偏移的关系的图(栅格方向与灯长度方向为45°的情况)

具体实施方式

图1是表示本发明的实施例的偏振光照射装置的结构的图。

如图1所示，与图15同样为线状光源即高压水银灯或金属卤化物灯等的棒状灯21、和反射来自灯21的光的水槽状聚光镜22内装在光照射部20中。此外，在光出射侧设有线栅偏振元件10。

另外，在下面将棒状灯作为线状光源来举例说明，但是近年来放射紫外光的LED和LD也已实用化，可以将这种LED或LD排列配置为直线状来作为线状光源。另外，该情况下排列LED或LD的方向相当于灯的长度方向。

此外，目前作为光取向膜的材料，已知用波长260nm±20nm的光来取向、用280nm～330nm的光来取向、和用365nm的光来取向等，光源的种类根据所需的波长来适当选择。

线栅偏振元件10的栅格10a的方向，沿偏振轴的偏移少、与灯的长度方向平行或正交的方向排列。在图1中，栅格10a配置成与灯21的长度方向正交。

在光照射部20的灯21的长度方向的两侧，安装有块体23，通过该块体23安装有支柱24。在移动于圆弧状的轨道26的移动块体25上安装支柱24。移动块体25在轨道26上移动，由此整个光照射部20旋转。

形成有光取向膜41的工件40，在上述两根支柱24之间搬运。在与光取向膜41的面平行的平面上设有轨道26；光照射部20绕与光取向膜正交的轴旋转移动。

上述工件40可以是如上述图15所示的卷成滚筒的长条带状工件，此外，也可以是形成有光取向膜41的、例如修整为液晶面板的大小的矩形的工件。

工件为矩形的情况下，工件40如图2所示地放置在工件平台42上，从光照射部20照射偏振光，并且沿该图的箭头方向移动工件平台42，进行光取向膜的光取向处理。

另外，在上述图15，图2中，对工件40的光取向膜41照射偏振光进行光取向处理时，可以照射偏振光并且连续地移动工件40，也可以间歇性地移动工件并且照射偏振光。

在间歇性地移动工件的情况下，例如，反复进行如下的动作：使工件40移动一定量之后，停止工件40来照射偏振光，接着停止偏振光的照射并使工件移动一定量之后，停止工件并照射偏振光。。

此外，取代移动工件的平台42，可以在工件40上移动光照射部20，进行工件40的光取向处理。

利用图3说明使用本实施例的装置进行光取向处理的情况下的动作。

图3(a)的情况下，棒状灯21的长度方向与光取向膜41的搬运方向正交。

如上所述，从线栅偏振元件10射出具有与栅格方向正交的成分的偏振光。该图的情况下，栅格方向与灯长度方向正交，因此，从光照射部射出具有与灯长度方向平行的偏振轴的偏振光。从而，取向膜的取向方向成为与搬运方向正交的方向。

图3(b)是将光照射部20从图3(a)的位置旋转θ°的情况。因为转动光照射部整体，因此，灯21的长度方向与线栅偏振元件10的栅格10a的方向的关系不变。从而，偏振轴的偏移也不变。

图3(b)的情况也与图3(a)相同，从光照射部20射出具有与灯21的长度方向平行的偏振轴的偏振光。从而取向膜的取向方向得到与图3(a)倾斜θ°的取向方向。

此外，如上所述，如果线栅偏振元件10的栅格10a的方向与灯21的长度方向为平行或正交的方向，则偏振轴的偏移少的区域宽广，因此，可以毫无问题的使用。

从而，将线栅偏振元件10的栅格10a方向，预先设为能切换为与灯21的长度方向平行或正交的方向；此外，如图4、图5所示，将光照射部20预先设为至少可以旋转±45°，则可以将光取向膜上产生的取向方向设定为0～180°的任意方向。

但是，该情况下即使将光照射部旋转45°，为了光照射区域能够完全覆盖取向膜的宽度，棒状灯需要使用对取向膜的宽度至少

(2)倍(1.4倍)以上的长度的灯。

另外，用于切换线栅偏振元件的栅格方向，只要预先准备两种栅格方向不同90°的线栅偏振元件10，交换此即可。另外，如上所述，使用将多个线栅偏振元件排列配置在框架内的线栅偏振元件组件的情况下，将各偏振元件10形成为正方形。如图6(a)、(b)所示，在框架11中使偏振元件10旋转90°即可。

接着，说明绕与光取向膜正交的轴旋转光照射部20的、其他的结构例。

图7是图1所示的结构的变形例。在图1的结构中，在被搬运的光取向膜的下方，设置轨道26和沿着轨道26移动的块体25，但在图7中，轨道26通过支柱24固定，在光照射部20上安装沿轨道26移动的移动块体25。

图8是其他结构例，表示通过旋转轴承在支柱上安装光照射部20而作为可旋转的结构的图。该图(a)是从与光取向膜41垂直的方向看光照射部20的图；(b)是从与光取向膜平行的方向看光照射部20的图。

该例子中，在光照射部20的上部中央设置旋转轴承27，通过旋转轴承27，从上面用支柱24来悬挂光照射部20。

光照射部20通过旋转轴承27，绕与光取向膜41正交的轴而旋转移动。光照射部20旋转后，被固定在期望的位置。固定光照射部20的机构虽未图示，但适当地设置。

图9表示以光照射部的一端作为旋转轴可以旋转的结构的图。该图(a)是从与光取向膜41垂直的方向看光照射部20的图；(b)是从与光取向膜平行的方向看光照射部20的图。

光照射部20通过支柱24分别支承两端，但一端通过旋转轴承28a来安装，可以自由旋转。

虽然另一端也通过旋转轴承28b安装在支柱24上，但是在旋转轴承28b和光照射部20之间，安装伸缩自如的汽缸30。另外，支柱24通过移动件29而安装在直线轨道31上。

若在直线轨道31上移动移动件29，则光照射部20以相反侧端的支柱24为旋转轴来旋转。光照射部20的位置相对于支柱24随着旋转而变化，但其变化部分由汽缸30的伸缩来吸收。

上述实施例的任一个，均为来自光照射部的偏振光向光取向膜基本上垂直入射的结构。相对地，如图10所示地有要求偏振光向光取向膜斜向入射的情况。这是例如使液晶相对光取向膜站起预定的角度(称为预倾角)而进行。

图11是表示可以相对光取向膜旋转偏振轴的方向，并且可以斜向入射的偏振光照射装置。

在图11所示的装置中，对连结光照射部20和支柱24的块体23，通过旋转轴承32旋转自如地安装光照射部20。旋转轴承32的轴32a，与设置在光照射部20的灯的长度方向的中心轴大致一致，而光照射部20以轴32a为中心沿该图的箭头方向旋转。

由此，能够以与光取向膜41的面平行的轴为中心旋转(摆动)光照射部20。此外，可以适当设置用于使光照射部保持倾斜状态的固定机构。

并且，想要斜向照射偏振光的情况下，通过设置于块体23的旋转轴承32，绕与光取向膜41平行的轴摆动移动光照射部20，将光轴调整为期望的角度。

在此，如图11所示，倾斜光照射部而入射的情况下，若不移动上述旋转轴承的位置，则在向光取向膜41垂直入射偏振光的情况、和倾斜入射的情况下，从灯到光取向膜41的距离变化。即，与垂直入射偏振光的情况比较，倾斜入射的情况的、从光照射部到光取向膜41的距离变长。

因此，考虑到形成如下的结构，使得倾斜光照射部使光斜向入射，距离也不变。

(a)如图12(a)所示，构成为如钟摆那样倾斜光照射部20，在以光照射面为中心的圆弧上移动光照射部的灯21的中心。

(b)如图12(b)所示，倾斜了光照射部20时，将光取向膜41的搬运面接近光照射部20，使灯21与光照射面的距离相等。

(c)如图12(c)所示，倾斜了光照射部20时，将光照射部20接近光取向膜41，使灯21与光照射面的距离相等。

图13是表示将上述图12(c)中说明的光照射部倾斜时，可以使光照射部接近光取向膜的装置的结构例的图。

在上述图11中，支承光照射部20的两根支柱24构成伸缩的汽缸状，可以使光照射部20沿该图的上下方向移动。

由此，倾斜了光照射部20时，缩短支柱24并将光照射部20接近光取向膜41，调整为光照射部20和光取向膜41的距离一定。此外，在轨道26上移动块体25，将与光取向膜41的面平行的轴为中心来旋转(摆动)光照射部20。

图14是表示上述图12(a)中说明的、如钟摆那样倾斜光照射部20的情况下装置的结构例的图。

通过具有关节部33的两根支柱24来支承光照射部20。关节部33的旋转轴33a与光取向膜41的面大致一致；光照射部20在以该旋转轴33a为中心的圆弧上摆动。

如图14(a)所示，通过使光照射部20直立来可以向光取向膜41垂直入射偏振光。此外，如图14(b)所示地倾斜光照射部20，可以向光取向膜41从斜向照射偏振光。

光照射部20以上述旋转轴26a作为轴来旋转，因此无论将光照射部20倾斜为何种角度，光照射部20与光取向膜41的距离不变。此外，在轨道26上移动块体25，与光取向膜41的面平行的轴为中心来可以旋转(摆动)光照射部20。

Claims (1)

1、一种光取向用偏振光照射装置，具备通过线栅偏振元件对来自线状光源的光进行偏振而射出的光照射部，将来自该光照射部的偏振光，照射到与该光照射部相对移动的取向膜，上述线栅偏振元件的栅格方向，预先固定在与上述线状光源的长度方向平行或直角方向，上述光取向用偏振光照射装置的特征在于，设置有使上述光照射部绕与取向膜正交的轴而旋转的机构。

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