CN1769982A - 偏振元件组件及偏振光照射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供可以防止无偏振光和消光比差的偏振光从偏振元件的边界部分泄漏的线栅偏振元件组件及偏振光照射装置。在框架(2)内排列线栅偏振元件(1)，在排列方向端部设置遮光板(3)。由此，可以防止无偏振光从偏振元件(1)的间隙泄漏。另外，也可以不设置遮光板(3)，而使线栅偏振元件(1)相互重叠而配置在框架内。由此，可以防止无偏振光从偏振元件(1)的间隙泄漏，另外，可以减少偏振元件(1)的边界部分的照度降低。进而，如果设置使偏振元件(1)围绕光轴旋转移动的机构，可以进行调整，使得各偏振元件(1)的栅格的方向平行。通过将上述偏振元件组件用于偏振光照射装置，可以进行比较大型的光取向膜的光取向。

Description

偏振元件组件及偏振光照射装置

技术领域

本发明是关于使用了线栅偏振元件的偏振元件组件，以及使用此偏振元件组件，进行液晶显示元件的取向膜的光取向、或使用紫外线硬化型液晶的视场角补偿薄膜的取向层等取向膜的光取向的偏振光照射装置。

背景技术

近年来，关于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，逐渐采用通过向取向膜照射特定波长的偏振光而进行取向的、称为光取向的技术。

以下，统称通过上述光进行取向的取向膜或设有取向层的薄膜而称为光取向膜。光取向膜随着液晶面板的大型化而一同大型化，与此同时，向光取向膜照射偏振光的偏振光照射装置也大型化。

在上述光取向膜中，例如，视场角补偿薄膜是带状且长的工件，在取向处理后，切断为期望的长度使用。最近，配合面板的大小而增大，也有宽度为1500mm的薄膜。

近年来，为了对此种带状、长的光取向膜进行光取向，提出了组合棒状灯与线栅偏振元件的偏振光照射装置(例如，参考专利文献1、专利文献2)。

图16是表示具有偏振器件的偏振光照射装置的结构例，该偏振器件将线状光源即棒状灯与线栅偏振元件组合。

将高压水银灯或金属卤化物灯等的棒状灯21、及反射来自灯21的光、截面为椭圆形的导水管状聚光镜22的光照射部20配置成：灯21的长度方向为形成在工件30上的光取向膜31的宽度方向(与搬运方向成为正交方向)。在光照射部20设置有组合线栅偏振元件的线栅偏振器件100。线栅偏振器件100是具有比灯21的发光长度稍长的一边的长方形状，其长度方向设置为与灯21的长度方向一致。

棒状灯21配置成：其长度方向与导水管状聚光镜22的长度方向一致，而且，与截面为椭圆形的导水管状聚光镜22的第一焦点位置一致。形成在工件30上的光取向膜31被配置在导水管状聚光镜22的第二焦点位置。

工件30例如为长的连续工件，由送出轧辊R1卷绕成滚筒状，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30在光照射部下搬运时，对工件30的光取向膜31照射由线栅偏振器件100进行偏振的、来自棒状灯21的光，进行光取向处理。

关于线栅偏振元件，例如，在专利文献3或专利文献4中详细地表示。

图17表示构成线栅偏振器件100的线栅偏振元件的概略的结构。

图17(a)为立体图，图17(b)为侧视图，如该图所示，将多个长度比宽度大很多的直线状的导电体1a(例如，铬或铝等的金属线，以下称为线栅)平行地配置形成在石英玻璃等的基板1b上。导电体1a的间距P小于等于入射光的波长，最好是小于等于1/3。

当在电磁波中插入上述偏振元件时，与线栅1a的长度方向平行的偏振波(偏振光)成分大部分被反射，正交的偏振波(偏振光)成分通过。

作为线栅偏振元件的特征，偏振光的消光比对入射角度(入射到偏振元件的入射光的角度)的依存性低，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°的范围内，都可以获得消光比良好的偏振光。

因此，使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，原理上可以用1盏灯进行带状且长的光取向膜的光取向处理。另外，不需要光学元件使来自灯的光线成为平行光，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

专利文献5：日本特许第3344058号公报

线栅偏振元件的栅格的间隔如上所述需要比进行偏振的光的波长短(最好是小于等于波长的1/3)。

现在，在光取向中使用波长280nm～320nm的紫外线。因此，用于光取向用偏振光照射装置的线栅偏振元件，需要形成100nm左右的栅格的微细加工技术。

因此，利用半导体制造所使用的光刻技术或蚀刻技术，在玻璃基板(玻璃晶片)上形成栅格，切断为适当的大小使用。

但是，半导体制造所使用的蒸镀装置、光刻技术、蚀刻装置等的处理装置可以处理的基板大小，在现时为φ300mm左右，不能制作可以与大面积的工件对应的大型的偏振元件。

因此，在需要与发光长度长的棒状光源、例如长度1500mm的棒状的高压水银灯或金属卤化物灯对应的、大的偏振元件的情况下，在上述专利文献2中，提出了如下的方案：将从玻璃基板切下来的线栅偏振元件作为一个偏振元件，使多个此偏振元件对齐栅格方向，沿着灯的长度方向排列，作为一个偏振元件使用。将线栅偏振元件排列配置的其它的例子，例如有专利文献5记载的技术。

但是，只是将线栅偏振元件排列，会有如下的问题。

如上所述，线栅偏振元件的每一个是从玻璃基板切下来。因此，其每一个的边缘产生微小的缺口或凹凸，只将这些偏振元件相抵接而排列，来自光源的直射光、即无偏振光从该间隙漏出，消光比变差。还有，在上述的边缘附近的缺口会引起栅格的缺损，在偏振元件的周边部消光比变差。

如果消光比差的光照射到光取向膜，则该部分的液晶的取向方向无法在期望的方向对齐，成为产品不合格的原因。

图18表示排列两个从玻璃基板切下来的线栅偏振元件的情况下，在光照射区域中的照度分布及消光比(相对值)的分布。该图横轴是灯长度方向的位置，纵轴为照度，该图的A点为与偏振元件抵接的部分(边界部分)。另外，从偏振元件至光照射面为止的距离为35mm。

如该图所示，在偏振元件的边界部分消光比恶化。此原因被认为是来自光源的无偏振光从偏振元件的间隙泄漏。

另外，消光比是包含在偏振光中的P偏振光和S偏振光的比例，消光比恶化表示接近无偏振光。

另外，在将线栅偏振元件从玻璃晶片切下来时，即使将切断面调整为与栅格方向直角平行，但是，由于切断为机械加工，难以以制作栅格时的精度即100nm那样的精度来加工，相对于栅格的延伸方向，产生±0.5°程度的偏移。

因此，按原状态使边缘抵接而排列时，栅格的方向在排列的偏振元件之间微妙地偏移，与此相应地偏振光的偏振轴的方向也在各偏振元件之间偏移。因此，无法使液晶的取向方向对齐期望的方向，成为产品不合格的原因。

发明内容

本发明是鉴于上述事情而做出的，其目的在于，提供一种偏振元件组件，及利用该偏振元件组件对光取向膜可以进行光取向的偏振光照射装置，该偏振元件组件排列线栅偏振元件而构成，可以防止无偏振光或消光比差的偏振光从偏振元件的边界部分泄漏，另外，防止偏振光的偏振轴的方向在偏振元件间偏移。

在本发明中如下地解决上述课题。

(1)偏振元件组件如下地构成。

将多个线栅偏振元件排列配置在框架内，使得无偏振光不会从该线栅偏振元件的排列方向端部照射。

具体地，在偏振元件的排列方向的端部设置遮光部分，使得无偏振光不会从偏振元件的抵接部分泄漏。另外，使偏振元件的排列方向端部重叠。

另外，为了防止偏振光的偏振轴的方向在偏振元件间偏移，在上述框架中设置使各线栅偏振元件围绕照射的光的光轴旋转移动的机构。

(2)在具有线状光源的偏振光照射装置中，作为偏振元件使用上述偏振元件组件，通过上述偏振元件组件，使来自该线状光源的光偏振，将从偏振元件组件射出的偏振光照射到光取向膜进行光取向。

发明效果

在本发明中，可以获得以下的效果。

(1)在线栅偏振元件的排列方向的端部设置遮光部分，使偏振元件的排列方向端部重叠，无偏振光不会从线栅偏振元件的排列方向端部照射，因此，可以防止从偏振元件的排列方向端部射出的偏振光的消光比降低。

(2)通过设置使偏振元件在框架内旋转的机构，可以调整为偏振元件彼此的栅格方向平行，可以使从偏振单元射出的偏振光的方向对齐。

(3)将上述结构的偏振元件组件作为偏振光照射装置的偏振器件使用，由此可以将从线状光源射出的光偏振，不会局部降低消光比地照射到取向膜来进行光取向。

另外，使用线状光源，使用具有比线状光源的发光长度长的一边的长方形状的线栅偏振元件组件作为偏振器件，由此可以进行比较大型的光取向膜的光取向。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施例的偏振元件组件的结构的图；

图2是表示使用了第一实施例的偏振元件组件的情况下的光照射区域中的照度分布及消光比分布的图；

图3是表示本发明的第二实施例的偏振元件组件的结构的图；

图4是表示使用第二实施例的偏振元件组件的情况下的光照射区域中的照度分布及消光比的分布的图；

图5是表示第二实施例的变形例的图；

图6是表示本发明的第三实施例的偏振元件组件的结构的图；

图7是在第三实施例中说明螺钉的旋转量的调整方法的图；

图8是说明偏振元件的排列方法的例子的图；

图9是表示使用了切成平行四边形的偏振元件的偏振元件组件的结构例的图；

图10是表示对不是长带状的工件照射偏振光的情况下的偏振光照射装置的结构例的图；

图11是光照射部相对于光取向膜倾斜，偏振光斜向入射的情况的图；

图12是表示倾斜光照射部，光斜向入射的情况下结构例的图；

图13是表示倾斜光照射部并且光斜向入射也不改变灯与光取向膜间的距离的装置的结构例的图；

图14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15是表示光照射部如钟摆那样倾斜的装置的结构例的图；

图16是表示具有组合了线状光源的棒状灯与线栅偏振元件的偏振器件的偏振光照射装置的结构例的图；

图17是表示线栅偏振元件的概略结构的图；

图18是表示排列了从玻璃基板切下来的线栅偏振元件的情况下的、光照射区域中的照度分布及消光比的分布的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的第一实施例的偏振元件组件的结构的图，图1(a)是从照射光的光轴方向看本实施例的偏振元件组件10的图，图1(b)是偏振元件组件10的侧视图，图1(c)是表示遮光板的安装例的图。

如图1(a)、(b)所示，在由上框2a、下框2b形成的框架2内排列配置了多个从玻璃基板切下来的线栅偏振元件1。偏振元件1的排列方向端部(边界部分)设置有遮光板3。

例如如图1(c)图所示地安装遮光板3。即，由上框2a、下框2b构成框架2，在下框2b上排列多个线栅偏振元件1，从其上覆盖并固定与遮光板成为一体的上框2a。

如图1所示，通过设置遮光板3，设置有遮光板3的部分的照度虽然降低，但是，无偏振光不会从排列配置的偏振元件1的间隙泄漏，不降低消光比。

图2是表示使用了本实施例的偏振元件组件的情况下的光照射区域中的照度分布及消光比(相对值)的分布。该图横轴是灯长度方向的位置，纵轴是照度，该图的A点是将两个偏振元件抵接的部分(边界部分)。另外，从偏振元件组件到光照射面为止的距离是35mm与65mm。

如该图所示，在边界部分，不产生消光比的恶化。但是，由于遮光部的存在，遮光板的正下方的照度降低，照度分布变差。

但是，从棒状的灯放射的光是扩散光，因此，在遮光板的下侧也有光进入。因此，如果将偏振元件组件到光照射面为止的距离分开35mm至65mm，则照度分布的劣化可以修正。

图3是表示本发明的第二实施例的偏振元件组件的结构的图。图3(a)是从照射光的光轴方向看本实施例的偏振元件组件10的图，图3(b)是偏振元件组件10的侧视图。

在本实施例中，在框架2中排列配置多个线栅偏振元件1，但是配置成周边部分相互重叠，如图3(b)所示地用上下的框2a、2b夹持而固定。

图4是表示使用了本实施例的偏振元件组件的情况下、光照射区域中的照度分布及消光比(相对值)的分布。该图横轴是灯长度方向的位置，纵轴是照度，该图的B点是使偏振元件重叠的部分(边界部分)。另外，从偏振元件组件到光照射面为止的距离为35mm，为了比较，用虚线来表示设置有遮光板的情况的消光比与照度分布。

如该图所示，在使偏振元件重叠时，由于重叠的效果，反而消光比变好。另外，即使重叠，由于也不完全被遮光的缘故，与使用遮光板的情况比较，照度分布的恶化也少。线栅偏振元件的普通白色光的透过率约为40％，偏振光的透过率为60％，因此使偏振元件重叠的部分的透过率为24％，照度分布的劣化比设置了偏振板的情况少。

图5是表示本实施例的变形例的图，表示偏振元件组件的侧视图。

图3中，虽然偏振元件的一部分重叠，但是，在图5中，使偏振元件的整个面重叠。如果重叠偏振板，消光比变好，因此，即使照度有些降低，在消光比好、而且照度分布均匀的情况下，如图5可以使偏振元件整体成为双层。

图6是表示本发明的第三实施例的偏振元件组件的结构的图，本实施例是在框架中设置使各线栅偏振元件围绕从光源照射到光取向膜的光的光轴旋转的机构的实施例。图6(a)、(b)表示在上述第一实施例的偏振元件组件应用了本实施例的情况，图6(c)、(d)是表示在上述第二实施例中使用了本实施例的情况。图6(a)、(c)是从照射光的光轴方向看偏振元件组件的图，图6(b)、(d)是侧视图。

如该图所示，在框架2中加工螺钉孔2c，安装螺钉4a～4c。线栅偏振元件1通过3个固定螺钉4a～4c，按每个将对置的2边的边缘侧面按压固定在与偏振元件1的平面平行的方向。

如图7所示，在上述3个螺钉4a～4c中，如果将一个螺钉4a为支点，推拉两个螺钉4b、4c，则各偏振元件1可围绕光轴旋转移动。由此，可以使排列配置的偏振元件1彼此旋转并调整位置，以使栅格的方向变得平行。

如上所述，偏振元件的截面与栅格方向的偏移约为±0.5°，如图6(a)、(b)所示，在偏振元件1的边界部分设置遮光板3的情况下，偏振元件彼此隔开各自可旋转±1°程度的间隙而排列，并设置遮光构件来覆盖该间隙。

另外，如图6(c)、(d)所示，在重叠排列偏振元件1的情况下，偏振元件1排列为上下两层，但该情况下，也做成使上侧的偏振元件1与下侧的偏振元件1可以独立地移动。

偏振元件1的栅格方向的对准方法如下：固定偏振单元的框架，使具有与框架平行或正交的偏振方向的基准偏振光入射到各线栅偏振元件10，通过测量器测量透过率。然后，通过螺钉4b、c使各偏振元件旋转，使得该基准偏振光的透过率成为0。

另外，各偏振元件1的线栅1a的方向与偏振元件1的排列方向，如图8(a)所示可以是平行的，另外，如图8(b)所示也可以是正交的。另外，也可以如图8(c)所示，线栅1a的方向也可以与偏振元件1的排列方向成斜向。

另外，上述实施例虽然都是将线栅偏振元件从玻璃晶片切成正方形或长方形的形状，作为一个偏振元件的例子，但是，如图9所示，也可以切成平行四边形或三角形而排列在框架2内。另外，在图8、图9中，省略了上述遮光部等。

如图9所示，通过切成平行四边形、或三角形，例如，向一定方向搬运光取向膜，并且可以减少在照射偏振光的偏振光照射装置中应用本发明的偏振元件组件时照度分布恶化产生的影响。

即，偏振元件1的边界线与光取向膜的搬运方向配置成斜向，因此，即使在边界面设置遮光板的情况下，由于遮光板照度变低的区域，随着光取向膜的搬运而在光取向膜的宽度方向移动，作为整体相抵消，可以降低照度分布恶化的影响。

接着，说明使用了上述本发明的偏振元件组件10的偏振光照射装置。

在进行视场角补偿薄膜等的带状且长的工件的光取向时，如上述图16所示，作为偏振光照射装置的偏振器件，使用上述实施例所示的偏振元件组件10。

另外，近年来，放射紫外光的LED或LD也被实用化，取代棒状的灯21，也可以直线状排列配置多个这种LED或LD作为线状光源。在该情况下，排列LED或LD的方向相当于灯的长度方向。

另外，作为现时光取向膜的材料，已知以波长260nm±20nm的光来取向、以280nm～330nm的光取向和以365nm的光来取向的材料等，光源的种类可以根据需要的波长而适当选择。

在上述图16中，从送出轧辊R1拉出的工件30在光照射部下搬运时，对工件30的光取向膜31照射由本发明的偏振元件组件偏振的、来自棒状灯21的光，进行光取向处理。作为偏振器件100通过使用本发明的偏振元件组件10，对从线状光源即灯21射出的光不局部降低消光比地进行偏振，可以照射在光取向膜31上来进行光取向。

另外，在对工件30的光取向膜31照射偏振光时，可以不照射偏振光而使工件30连续地移动。也可以间歇地移动工件30并照射偏振光。在间歇地移动工件的情况下，例如，重复如下的动作：在使工件30移动一定量后，停止工件30并照射偏振光，接着停止偏振光的照射，使工件移动一定量后，停止工件并照射偏振光。

在上述图16中，表示了对被卷绕成滚筒状的长带状的工件照射偏振光时的结构，但是，本发明可以同样应用于向非长带状的工件30照射偏振光的情况。

图10是表示向上述非长带状的工件30照射偏振光的情况下的偏振光照射装置的结构例。

光照射部20通过未图示的支撑机构而被支撑在工件支承台5上。与上述图16相同，在光照射部20设置有高压水银灯或金属卤化物等的棒状灯21、及反射来自灯21的光的、截面为椭圆形的导水管状聚光镜22，并且，本发明的线栅偏振元件10设置成其长度方向与灯21的长度方向一致。

在工件支承台5上载置了工件30，该工件形成有光取向膜31并修整为例如液晶面板的大小，工件支承台5沿与光照射部20的棒状灯大致正交的方向(该图的箭头方向)移动。

棒状灯21配置成：其长度方向与导水管状聚光镜22的长度方向一致，而且截面与椭圆形的导水管状聚光镜22的第一焦点位置一致，形成在工件30上的光取向膜31配置在导水管状聚光镜22的第二焦点位置。

从光照射部20照射偏振光，并且使载置有工件30的工件支承台5在该图的箭头方向移动，由此对工件30的光取向膜31照射偏振光，进行工件30的光取向处理。

另外，如上所述，对工件30照射偏振光时，可以照射偏振光并且使工件30连续地移动，也可以使工件间歇地移动并照射偏振光。另外，可以取代移动工件台5，在工件30上移动光照射部20，来进行工件30的光取向处理。

上述实施例都是来自光照射部的偏振光向光取向膜是基本上垂直入射的结构。相对于此，如图11所示，要求偏振光向光取向膜斜向入射的情况。这是为了例如使液晶相对于光取向膜立起预定角度(称为预倾角)而进行。

为了使来自光照射部的偏振光的光轴与光取向膜31成斜向，如图12所示，对连结光照射部20与支撑其的支柱23的块体25，用旋转轴承24旋转自如地安装光照射部20。旋转轴承的轴24a与设置在光照射部20的灯的长度方向的中心轴大致一致，光照射部20以轴24a为中心而沿该图的箭头方向旋转。

由此，可以与光照射部20或光取向膜31的移动方向正交，以与光取向膜31的面平行的轴为中心，可以使光照射部20旋转(摆动)。另外，可以适当地设置用于使光照射部20保持倾斜状态的固定机构。

而且，在想要斜向照射偏振光的情况下，通过设置在块体的旋转轴承，使光照射部20围绕与光取向膜31平行的轴的摆动移动，将光轴调整为期望的角度。

此处，如图11所示，在使光照射部20倾斜而斜向入射的情况下，如果上述旋转轴承的位置不移动，则向光取向膜31垂直入射偏振光的情况，及斜向入射的情况下，从灯到光取向膜31的距离会改变。即，与垂直入射偏振光的情况比较，斜向入射的情况的、从光照射部到光取向膜31的距离变长。

因此，可以考虑以下的结构，使得即使倾斜光照射部而使光斜向入射，距离也不会变化。

(a)如图13(a)所示，构成为：光照射部20如钟摆那样倾斜，光照射部的灯21的中心在以光照射面为中心的圆弧上移动。

(b)如图13(b)所示，倾斜光照射部20时，使光取向膜31的搬运面与光照射部20接近，以使灯21与光照射面的距离相等。

(c)如图13(c)所示，光照射部20倾斜时，使光照射部20接近光取向膜31，以使灯21与光照射面的距离相等。

图14是表示用上述图13(c)说明的、倾斜光照射部时，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12中，将支撑光照射部20的两根支柱23形成可伸缩的气缸状，使光照射部20可以沿该图的上下方向移动。

由此，在倾斜光照射部20时，使支柱变短并且使光照射部20接近光取向膜31，能调整为光照射部20与光取向膜31的距离一定。

图15表示上述图13(a)中说明的、光照射部20如钟摆那样倾斜的情况的装置的结构例的图。

通过具有关节部25的两根支柱23支撑光照射部20。关节部26的旋转轴26a与光取向膜31的面大致一致，光照射部20在以此旋转轴26a为中心的圆弧上摆动。

如图15(a)所示，通过使光照射部20直立，可以向光取向膜31垂直入射偏振光，如图15(b)所示，通过倾斜光照射部20，可以从斜向对光取向膜31照射偏振光。光照射部20以上述旋转轴26a为轴来旋转，因此无论将光照射部20倾斜为哪种角度，光照射部20与光取向膜31的距离都不变。

Claims (5)

1.一种偏振元件组件，对来自线状光源的光进行偏振，其特征在于，

将多个线栅偏振元件排列配置在框架内，使得从该线栅偏振元件的排列方向端部不照射无偏振光。

2.如权利要求1所述的偏振元件组件，其特征在于，在上述线栅偏振元件的排列方向端部设有遮光部。

3.如权利要求1所述的偏振元件组件，其特征在于，上述线栅偏振元件的排列方向端部被重叠。

4.如权利要求1、2或3中任一项所述的偏振元件组件，其特征在于，在上述框架中设有：使排列配置的各线栅偏振元件，围绕从线状光源照射到取向膜的光的光轴旋转移动的机构。

5.一种光取向用偏振光照射装置，具备将来自线状光源的光通过偏振元件来进行偏振而射出的光照射部，并向取向膜照射来自该光照射部的偏振光，其特征在于，

使用权利要求1、2、3或权利要求4所记载的偏振元件组件作为上述偏振元件。

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