JP2014139603A - 偏光光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤーグリッド偏光素子を備えた偏光光照射装置において、装置に取り付けられているワイヤーグリッド偏光素子のグリッドの破損とともに、シロキサン化合物による白濁を防ぐことができるように装置を構成すること。
【解決手段】ワイヤーグリッド偏光素子の光源とは反対側（被照射面側）にフィルタを設ける。さらに、ワイヤーグリッド偏光素子とフィルタとの間にエアーを流す。フィルタとしては偏光させたい波長の光が透過するものを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶素子の配向膜や、視野角補償フィルムの配向層などに所定の波長の偏光光を照射して配向を行う偏光光照射装置に関し、特にワイヤーグリッド偏光素子を使用する偏光光照射装置に関する。

近年、液晶パネルを始めとする液晶表示素子の配向膜や、視野角補償フィルムの配向層などの配向処理に関し、紫外線領域の波長の偏光光を照射し配向を行なう、光配向と呼ばれる技術が採用されるようになってきた。以下、光により配向を行う配向膜や、配向層を設けたフィルムなど、光により配向特性が生じる膜や層を総称して光配向膜と呼ぶ。
光配向膜は、液晶パネルの大型化と共に、例えば一辺が２０００ｍｍ以上の四角形というように大面積化している。

上記のような大面積の光配向膜に対して光配向を行うために、線状の光源である棒状のランプとワイヤーグリッド状のグリッドを有する偏光素子（以下ワイヤーグリッド偏光素子）を組み合わせた偏光光照射装置が、例えば特許文献１などで提案されている。
棒状ランプは、発光長が比較的長いものを作ることができる。そのため、光配向膜の幅に応じた発光長を備えた棒状ランプを使用し、該ランプからの光を偏光して照射しながら、配向膜または光源をランプの長手方向に直交する方向に移動させれば、広い面積の配向膜を比較的短時間で光配向処理を行なうことができる。

図６に、線状の光源である棒状ランプとワイヤーグリッド偏光素子を組み合わせた従来の偏光光照射装置の構成例を示す。
同図において、光配向膜であるワークＷは、例えば視野角補償フィルムのような帯状の長尺ワークであり、送り出しロールＲ１から送り出され、図中矢印方向に搬送されながら偏光光照射により光配向処理され、巻き取りロールＲ２により巻き取られる。
偏光光照射装置の光照射部１０は、光配向処理に必要な波長の光（紫外線）を放射する棒状ランプ１１、例えば高圧水銀ランプや水銀に他の金属を加えたメタルハライドランプと、この棒状ランプ１１からの紫外線をワークＷに向けて反射する樋状の反射鏡１２を備える。上記のように、棒状ランプ１１の長さは、発光部が、ワークＷの搬送方向に直交する方向の幅に対応する長さを備えたものを使用する。

光照射部１０は、ランプ１１の長手方向がワークＷの幅方向（搬送方向に対して直交方向）になるように配置する。
光照射部１０の光出射側には、偏光素子であるワイヤーグリッド偏光素子８１が設けられる。光照射部１０からの光はワイヤーグリッド偏光素子８１により偏光され、光照射部１０の下を搬送されるワークＷに照射され、光配向処理が行われる。
ワイヤーグリッド偏光素子は、偏光したい波長の光を透過する透明基板（例えばガラス基板）上にグリッド（ライン・アンド・スペース）を形成したものであり、例えば特許文献２や特許文献３にその詳細が示されている。

光路中にワイヤーグリッド偏光素子を挿入すると、入射する光のうち、グリッドの長手方向に平行な偏光成分は大部分が反射もしくは吸収され、グリッドの長手方向に直交する偏光成分は通過する。したがって、ワイヤーグリッド偏光素子を通過した光は、偏光素子のグリッドの長手方向に直交する方向の偏光軸を有する偏光光となる。
光配向処理には紫外線領域の偏光光が使用される。ワイヤーグリッド偏光素子に入射する光を偏光光にするためには、透明基板に形成するグリッドの幅や間隔は、偏光する光の波長よりも短くする（例えば１００ｎｍ）必要がある。
そのため、グリッドの形成には微細な加工技術が必要であり、半導体集積回路製造に使われるリソグラフィ技術やエッチング技術が利用されるが、そこで使用されるリソグラフィ装置やエッチング装置が加工できるワークの大きさには限界がある。そのため、ワイヤーグリッド偏光素子は大型のものができず、現状製作できる大きさは直径３００ｍｍ程度までである。

そこで、例えば特許文献４には、発光長の長い棒状の光源、例えば長さ１ｍから３ｍといった棒状の高圧水銀ランプやメタルハライドランプに応じた、大きな（長い）偏光素子が必要な場合は、矩形のワイヤーグリッド偏光素子を複数、グリッドの方向をそろえ、フレームの中にランプの長手方向に沿って並べ、一つの偏光素子ユニットとして使用することが提案されている。

特開２０１１−１４５３８１号公報 特開２００２−３２８２３４号公報 特表２００３−５０８８１３号公報 特許第４５０６４１２号公報 竹田、野中、藤本「クリーンルーム環境問題 シロキサン化合物」クリーンテクノロジー １９９８年４月号３４ページ

上記したように、ワイヤーグリッド偏光素子のグリッドは微細な加工により製造され、グリッドの幅や間隔は例えば１００ｎｍであるため、誤って指で触れたり、その上に物を落としたりすると、グリッド構造が壊れてしまい、偏光素子としての役目を果たさなくなる。しかし、微細であるため、透明基板（ガラス）の表面にグリッドが形成されていることが、肉眼ではわかりにくい。
そのため、偏光光照射装置の保守点検の際などに、装置に取り付けられている偏光素子のグリッド形成面にあやまって触れてしまったり、偏光素子の上に何か物を落としてしまったりして、微細なグリッドを壊してしまうことが考えられる。

また、このような偏光光照射装置が配置される、半導体や液晶表示素子の工場のクリーンルームの雰囲気には、シロキサン化合物と呼ばれる物質が含まれており、製造上のトラブルや収率の悪化の原因になることが知られている（例えば非特許文献１参照）。
シロキサン化合物は例えばレジストの現像液などに多く含まれている。シロキサン化合物は、紫外線が照射されると光化学反応により白い粉を生じ、紫外線照射装置内部の光学素子の表面を白濁させる。
ワイヤーグリッド偏光素子は、ガラス基板等の表面に微細なグリッドを形成したものであり、この面にシロキサン化合物が付着すると簡単にクリーニングすることができない。

本発明は上記した問題点を考慮してなされたものであり、本発明の目的は、線状の光源と、この光源からの光を偏光するワイヤーグリッド偏光素子とを備えた偏光光照射装置において、装置のメンテナンスの際などに、装置に取り付けられているワイヤーグリッド偏光素子のグリッド形成面に指を触れたり、物を落としたりしてグリッドを壊すといったことがないようにするとともに、ワイヤーグリッド偏光素子の表面にシロキサン化合物による白濁が生じないようにすることである。
装置を構成することである。

上記課題を解決するため、ワイヤーグリッド偏光素子を備えた偏光光照射装置において、ワイヤーグリッド偏光素子に対して光源とは反対側（被照射物側）に、フィルタを設ける。フィルタは偏光させたい波長の光が透過するものを用いる。
さらに、ワイヤーグリッド偏光素子とフィルタとの間に、ワイヤーグリッド偏光素子の白濁を防止するとともにワイヤーグリッド偏光素子やフィルタを冷却するエアーを流す。

ワイヤーグリッド偏光素子の光源とは反対側（被照射物側）にフィルタを設けたので、偏光光照射装置の外からでは、ワイヤーグリッド偏光素子に指などが触れにくくなり、グリッドの破損を防ぐことができる。
また、ワイヤーグリッド偏光素子に対して被照射物（ワーク）が配置される側にフィルタを設けるので、ワイヤーグリッド偏光素子の表面にシロキサン化合物が付着しにくくなり、ワイヤーグリッド偏光素子に白濁が生じにくくなる。さらに、ワイヤーグリッド偏光素子とフィルタとの間にエアーを流すことにより、ワイヤーグリッド偏光素子の表面にシロキサン化合物がより付着しにくくなり、ワイヤーグリッド偏光素子に白濁が生じにくくなる。

本発明の第１の実施例の偏光光照射装置のランプハウス（灯具）の概略構成を示す図である。 偏光素子ユニットの構造を示す図である。 本発明の第１の実施例の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施例の偏光光照射装置のランプハウス（灯具）の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施例の変形例を示す図である。 従来の偏光光照射装置の構成例を示す図である。

図１は、本発明の第１の実施例の偏光光照射装置のランプハウス（灯具）の概略構成を示す図である。同図は、ランプハウスの長手方向に対して直交する方向の断面図である。なお、同図においては、ランプの点灯装置などの構成については省略して示している。
ランプハウス１は、光照射部１０と、その上部に水冷式の冷却機（ラジエータ）２０と送風機（ブロア）３０とを備える。光照射部１０は、ランプ１１とランプ１１からの光を反射する反射ミラー１２とを有している。図中実線の矢印で示すように、ランプ１１からの光は、直接または反射ミラー１２により反射されて、ワイヤーグリッド偏光素子８１と、偏光素子８１に対して間隔を設けて配置したフィルタ板９１とを介してワークＷに照射される。
ブロア３０は、ランプ１１点灯時にランプ１１や反射ミラー１２、またワイヤーグリッド偏光素子８１やフィルタ板９１などを冷却する冷却風を発生させ、ラジエータ２０は、ランプ１１や反射ミラー１２などを冷却した冷却風の温度を下げるはたらきをする。

光照射部１０は隔壁４０により囲まれており、その外側をランプハウス１の外壁６０が覆っている。隔壁４０と外壁６０との間には隙間が形成されている。この隙間は、冷却風が通過する通風路５０となる。
冷却風は、ブロア３０から送り出されて通風路５０を通り、反射ミラー１２の光出射側から、ランプ１１や反射ミラー１２を冷却する。また、冷却風の一部はワイヤーグリッド偏光素子８１とフィルタ板９１との間の通風路１００を通過し、ワイヤーグリッド偏光素子８１とフィルタ板９１を冷却する。ランプ１１や反射ミラー１２、ワイヤーグリッド偏光素子８１やフィルタ板９１などを冷却し、高い温度になった冷却風は、光照射部１０の内側に引き込まれ、ラジエータ２０を通過して冷却され、再びブロア３０により送り出される。ここで、ブロア３０は偏光板８１とフィルタ板９１との間にエアーを流すエアー供給機構の役割を果たす。

また、ランプハウス１の外壁６０には、光照射部１０からワークＷに向かって照射される光が通過する光出射口７０が形成されている。
この光出射口７０には、ここを通過する光を偏光するワイヤーグリッド偏光素子８１を有する偏光素子ユニット８０とフィルタ板９１を有するフィルタ枠９２が取り付けられる。
偏光素子ユニット８０のワイヤーグリッド偏光素子８１は、光配向処理を行うための波長の光を透過する透明基板（ガラス基板）の一方の表面に、ワイヤーグリッド（以下グリッドともいう）Ｇを形成したものである。ここでグリッドＧの形成面をランプ１１とは反対側（ワーク側）に向けて配置する。
図１においてワイヤーグリッド偏光素子８１のグリッドＧは、図面左右方向に延びている。

図２は、偏光素子ユニット８０の構造を示す図である。図２（ａ）は偏光素子ユニット８０の平面図、図２（ｂ）は偏光素子ユニット８０の側断面図、図２（ｃ）は偏光素子ユニット８０の斜視図である。
偏光素子ユニット８０は、複数のワイヤーグリッド偏光素子（以下偏光板ともいう）８１を、棒状ランプ１２の長手方向（図２の左右方向）に沿ってフレーム（保持枠）８２内に並べて保持したものである。保持枠８２は上下から各偏光板８１を挟み込むようにして保持する。

隣り合う偏光板と偏光板の間には、１ｍｍから２ｍｍ程度の隙間が設けられる。偏光板どうしのグリッドＧの方向が平行になるように合せるために、この隙間を使って偏光板８１を回転移動させて位置調整する。そして、この隙間は、ここから無偏光光が漏れないように、偏光素子ユニット８０において遮光板８３により覆われている。
上記したように、各ワイヤーグリッド偏光素子（偏光板）８１は、図２（ｂ）に示すように、グリッドＧの形成面がランプ（光源）側（ランプハウスの内側）になるように配置される。

そして、偏光板８１の光源（ランプ１１と反射ミラー１２）とは反対側（偏光素子ユニット８０のワークＷ側）の、外壁６０に形成された光出射口７０の位置にフィルタユニット９０を配置する。フィルタユニット９０は、偏光板８１と同様に、複数のフィルタ板９１を保持枠９２内に、ランプ１２の長手方向に沿って並べて配置したものである。フィルタ板９１としては、偏光する紫外線の波長を透過する石英板を使用することができる。また、光配向処理には必要がない可視光や赤外線を遮断する干渉を形成した干渉フィルタを使用しても良い。

このように構成することで、偏光板８１はランプハウス１の外壁６０の内部に設けられることになり、また外壁６０に形成された開口である光出射口７０にはフィルタユニット９０が取り付けられている。そのため、指などが直接偏光板８１に触れることはなくグリッドＧの破損を防ぐことができる。
偏光板８１とフィルタ板９１を接触させて重ねると、偏光板８１のグリッドＧが傷む可能性があるので、通風路形成部材９３により、両者を５ｍｍから１００ｍｍ程度の間隔をあけて配置する。この間隔は、偏光板８１とフィルタ板９１を冷却する冷却風が流れる通風路１００を形成する。

なお、本実施例においては、通風路形成部材９３は、フィルタ板９１の保持枠９２の上に立て、その上に偏光素子ユニット８０の保持枠８２を取り付けている。しかし、通風路形成部材９３は、外壁６０の上に立て、その上に偏光素子ユニット８０の保持枠８２を設けても良い。
また、通風路形成部材９３を光照射部１０に取り付け、偏光素子ユニット８０の保持枠８２を吊下げるようにして設けても良い。要は光照射部１０と偏光素子ユニット８０との間、また偏光素子ユニット８０とフィルタ板９１の保持枠９２との間に冷却風の流れる通風路が形成されれば良い。

偏光板８１とフィルタ板９１との間隔は、狭いとその間を冷却風が流れにくくなり、偏光板８１やフィルタ板９１がランプ１１からの熱で加熱される可能性があり、十分な冷却風が流れる間隔を設ける。しかし、グリッドＧの保護のためには、偏光板８１のグリッドＧ形成面に指が届かないような間隔にすることが望ましい。
指が入らない間隔の一例としてＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）規格があげられる。これは、ＩＥＣ６０５２９（１９８９年）で制定され、ＪＩＳでもＣ０９２０（１９９３年）に定められているもので、人体に対する保護内容として、指の場合、機器に対する保護内容は直径１２．５ｍｍ以下にすることが示されている。したがって、偏光板８１とフィルタ板９１との間隔は５ｍｍから１２．５ｍｍにすることが望ましい。

通風路形成部材９３は、偏光素子ユニット８０とフィルタ９０の長手方向に沿って両側（図１の左右方向）に複数、冷却風が通過できる間隔をあけて設ける。
なお、通風路形成部材９３は棒状のものでも良いし矩形のブロック状のものでも良い。また、冷却風が通過できる貫通孔（直径５ｍｍ以上が望ましい）を形成した板状もしくは壁状のものでも良いし、偏光素子ユニット８０とフィルタ９０の間隔を保持できるものであれば網状のものでも良い。
なお、貫通孔を形成した板状の部材や網状の部材にした場合、通風口となる孔や網の径の大きさを、上記した指の入らない大きさである直径１２．５ｍｍ以下（即ち通風が確保できる直径５ｍｍ〜１２．５ｍｍの孔）にしておけば、偏光素子ユニット８０とフィルタ９０との間の間隔を、十分な冷却風が流れるように広げても、偏光板８１のグリッドＧ形成面に指が届かず、グリッドＧを保護することができる。

また、ワイヤーグリッド偏光素子８１に対してワークＷ（被照射物）が配置される側にフィルタ板９１を設けているので、ワイヤーグリッド偏光素子８１の表面にシロキサン化合物が直接触れて付着することが少なくなる。これによりワイヤーグリッド偏光素子８１に白濁が生じにくくなる。さらに、ワイヤーグリッド偏光素子８１とフィルタ板９１との間に冷却風（エアー）が流れるので、これによりワイヤーグリッド偏光素子８１の表面にシロキサン化合物がより付着しにくくなる。そのためワイヤーグリッド偏光素子９１により白濁が生じにくくなる。

なお、図１に示すように、光源側に近いワイヤーグリッド偏光素子８１の幅（ここで、幅とは、線状の光源の長さ方向に対して垂直で、光照射面に対して平行な方向のことをいう）を、光源側から遠いフィルタ板９１の幅より広くしておけば、光源からフィルタ板９１に入射する光が、偏光板８１の保持枠８２により蹴られることがないので、光源から放射される光を有効に利用することができる。

図３は、本発明の第１の実施例の変形例を示す図である。図１に示した偏光光照射装置との構成の違いは、偏光板８１のグリッドＧ形成面がフィルタ板９１側ではなく、光源側に向けられている点である。それ以外の構成は基本的に図１に示したものと同様である。
本実施例においては、偏光板８１のグリッドＧ形成面は光源側を向いているが、偏光板８１自身は、ランプハウス１の外壁６０の内部に設けられており、また外壁６０に形成された光出射口７０にはフィルタユニット９０が取り付けられている。そのため、指などが直接偏光板８１に触れることはなくグリッドＧの破損を防ぐことができる。
また、第１の実施例と同様に、フィルタ板９１の存在と、フィルタ板９１と偏光板８１との間に流れる冷却風（エアー）により、偏光板８１へのシロキサン化合物の付着を防ぎ、偏光板８１の白濁を防ぐことができる。

図４は、本発明の第２の実施例の偏光光照射装置のランプハウス（灯具）の概略構成を示す図である。同図は図１と同様にランプハウスの長手方向に対して直交する方向の断面図である。
図１の第１の実施例の構成との違いは、偏光素子ユニット８０をランプハウス１の光出射口７０の位置に配置し、のフィルタユニット９０をランプハウス１の外壁６０の外側に配置したことである。

フィルタユニット９０のフィルタ枠９２は、外壁６０に立てた通風路形成部材９３により支持され、偏光板８１とフィルタ板９１との間には通風路１００が形成される。
そして、ランプハウス１の外には、上記通風路にエアーを供給する送風ノズル１１０が設けられる。送風ノズル１１０からのエアーは偏光板８１とフィルタ板９１の間の通風路１００を通過し、偏光板８１にシロキサン化合物が付着することを防ぎ、これにより偏光板８１の白濁を防ぐことができる。
また、偏光素子ユニット８０のワーク側（光出射側）にフィルタユニット９０が設けられているので、指などが直接偏光板８１に触れることはなくグリッドＧの破損を防ぐことができる。

図５は、本発明の第２の実施例の変形例を示す図である。図４に示した偏光光照射装置との構成の違いは、偏光板８１のグリッドＧ形成面がフィルタ板９１側ではなく、光源側に向けられている点である。それ以外の構成は基本的に図４に示したものと同様である。
このように配置しても、偏光素子ユニット８０のワーク側（光出射側）にフィルタユニット９０が設けられているので、指などが直接偏光板８１に触れることはなくグリッドＧの破損を防ぐことができる。

なお、上記実施例においては、光源として棒状のランプを例にして説明したが、紫外線を出射するＬＥＤを複数線状に並べて構成したものでも、本発明は適用できる。

１ ランプハウス（灯具）
１０ 光照射部
１１ 棒状ランプ
１２ 反射ミラー
２０ ラジエータ（冷却機）
３０ ブロア（送風機）
４０ 隔壁
５０ 通風路
６０ 外壁
７０ 光出射口
８０ 偏光素子ユニット
８１ ワイヤーグリッド偏光素子（偏光板）
８２ 偏光板の保持枠
８３ 遮光板
９０ フィルタユニット
９１ フィルタ板
９２ フィルタ板の保持枠
９３ 通風路形成部材
１００ 通風路
１１０ 送風ノズル
Ｇ ワイヤーグリッド
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 線状の光源と、該光源からの光を偏光する偏光素子とを備えた偏光光照射装置において、
   上記偏光素子は透明基板上にワイヤーグリッドを形成したワイヤーグリッド偏光素子であって、
   上記ワイヤーグリッド偏光素子の上記光源に対して反対側に偏光光を透過するフィルタを設けたことを特徴とする偏光光照射装置。
2. 上記ワイヤーグリッド偏光素子と上記フィルタとの間にエアーを流すエアー供給機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の偏光光照射装置。
3. 上記線状の光源の長さ方向に対して垂直で光照射面に対して平行な方向である幅方向で見た際、上記ワイヤーグリッド偏光素子は上記フィルタよりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏光光照射装置。

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