JP2014232238A - 光配向用偏光光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化と偏光素子部の高消光比とを図ることができる光配向用偏光光照射装置を提供する。【解決手段】実施形態の光配向用偏光光照射装置１は光源としての棒状ランプ１１を有し紫外線を放出する光源部と偏光素子部２０とを備える。偏光素子部２０は光源部からの紫外線が照射され紫外線の偏光光としての紫外線を出射する。偏光素子部２０は紫外線が照射されて偏光光である紫外線を出射する方向にワイヤグリッド偏光素子２２を２枚重ねている。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、光配向用偏光光照射装置に関する。

現在、液晶パネルの配向膜の配向処理であるラビング工程に変わる技術として、光配向技術（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）が注目されている。光配向技術で用いられる光配向用偏光光照射装置は、線状の光源である棒状ランプと、グリッド偏光素子を有する偏光素子部と、を備えている。この種の光配向用偏光光照射装置は、棒状ランプが照射する紫外線のうち所定方向の偏光軸の紫外線をグリッド偏光素子が通過させ、通過させた紫外線をワークに照射することなどにより配向膜の配向処理を行なう。

特開２００９−２６５２９０号公報 特開２０１１−１４５３８１号公報

ところで、従来技術においては、偏光素子部の高消光比を図ることが望まれる。

本発明は、偏光素子部の高消光比を図ることができる光配向用偏光光照射装置を提供することを目的とする。

実施形態の光配向用偏光光照射装置は、光源を有し、紫外線を放出する光源部と、偏光素子部とを備える。偏光素子部は、光源部からの紫外線が照射され、紫外線の偏光光を出射する。偏光素子部は、紫外線が照射されて偏光光を出射する方向に、ワイヤグリッド偏光素子を２枚重ねている。

本発明によれば、偏光素子部の高消光比を図ることができる光配向用偏光光照射装置を提供することができる。

図１は、実施形態に係る光配向用偏光光照射装置の概略の構成を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る光配向用偏光光照射装置の概略の構成を示す側面図である。 図３は、実施形態に係る光配向用偏光光照射装置の概略の構成を示す正面図である。 図４は、図１中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図５は、実施形態の変形例１に係る光配向用偏光光照射装置の偏光素子部の断面図である。 図６は、実施形態の変形例２に係る光配向用偏光光照射装置の偏光素子部の断面図である。 図７は、実施形態の変形例３に係る光配向用偏光光照射装置の概略の構成を示す正面図である。

以下で説明する実施形態、変形例１〜変形例３に係る光配向用偏光光照射装置１，１−１，１−２，１−３は、光源１１，３１を有し、紫外線ＵＡを放出する光源部１０，１０−３と、偏光素子部２０，２０−１，２０−２とを備える。偏光素子部２０，２０−１，２０−２は、光源部１０からの紫外線ＵＡが照射され、紫外線ＵＡの偏光光としての紫外線ＵＢを出射する。偏光素子部２０，２０−１，２０−２は、紫外線ＵＡが照射されて紫外線ＵＢを出射する方向に、ワイヤグリッド偏光素子２２を２枚重ねている。

また、以下で説明する実施形態、変形例２及び変形例３に係る光配向用偏光光照射装置１，１−２，１−３は、ワイヤグリッド偏光素子２２が、平板状の基材２３と、基材２３の一方の表面２３ａに複数形成された直線状の電気導体２４とを備える。偏光素子部２０，２０−２は、基材２３の他方の表面２３ｂ同士を対向させて、ワイヤグリッド偏光素子２２同士を重ねている。

また、以下で説明する実施形態の変形例１に係る光配向用偏光光照射装置１−１は、ワイヤグリッド偏光素子２２が、平板状の基材２３と、基材２３の一方の表面２３ａに複数形成された直線状の電気導体２４とを備える。偏光素子部２０−１は、電気導体２４同士を間隔をあけて対向させて、ワイヤグリッド偏光素子２２同士を重ねている。

また、以下で説明する実施形態の変形例１に係る光配向用偏光光照射装置１−１は、偏光素子部２０−１が、ワイヤグリッド偏光素子２２の電気導体２４間に不活性ガスが充填される。

［実施形態］
次に、本発明の実施形態に係る光配向用偏光光照射装置１を図面に基いて説明する。図１は、実施形態に係る光配向用偏光光照射装置の概略の構成を示す斜視図、図２は、実施形態に係る光配向用偏光光照射装置の概略の構成を示す側面図、図３は、実施形態に係る光配向用偏光光照射装置の概略の構成を示す正面図、図４は、図１中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。

図１に示された実施形態の光配向用偏光光照射装置１は、ワークＷ（図１に二点鎖線で示す）の表面に、予め決められた基準方向ＲＤ（図１に一点鎖線で示す）と平行な偏光軸ＰＡ（図３に示し、振動方向ともいう）の紫外線ＵＢを照射する装置である。実施形態の光配向用偏光光照射装置１は、例えば、液晶パネルの配向膜や視野角補償フィルムの配向膜などの製造に用いられる。ワークＷの表面に照射される紫外線ＵＢの偏光軸ＰＡの基準方向ＲＤは、ワークＷの構造、用途、または、要求される仕様に応じて適宜設定される。以下、ワークＷの幅方向をＸ軸方向といい、Ｘ軸方向に直交しかつワークＷの長手方向（搬送方向ともいう）をＹ軸方向といい、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に直交する方向をＺ軸方向と呼ぶ。なお、Ｚ軸と平行な方向について、Ｚ軸の方向を示す矢印の先端の向かう方向を上方、Ｚ軸の方向を示す矢印の先端の向かう方向に対向する方向を下方と呼ぶ。

光配向用偏光光照射装置１は、図１、図２及び図３に示すように、一様にあらゆる方向に振動しかつ所望の波長の紫外線ＵＡを放出する光源部１０と、偏光素子部２０とを備えている。

光源部１０は、光源としての棒状ランプ１１と、反射材１２と、フィルタ１３とを備えている。棒状ランプ１１は、例えば、紫外線透過性のガラス管内に水銀、アルゴン、キセノンなどの希ガスが封入された高圧水銀ランプや、高圧水銀ランプに鉄やヨウ素などのメタルハライドが更に封入されたメタルハライドランプなどの管型ランプで、少なくとも直線状の発光部を有している。棒状ランプ１１の発光部の長手方向は、Ｘ軸方向と平行であり、棒状ランプ１１の発光部の長さは、ワークＷの幅よりも長い。棒状ランプ１１は、線状の発光部から例えば波長が２００ｎｍから４００ｎｍの紫外線を放出する。棒状ランプ１１が放出する紫外線は、さまざまな偏光軸成分を有する紫外線、いわゆる非偏光の紫外線である。本発明では、光源として、例えば、波長が２００ｎｍから４００ｎｍの紫外線を照射できるＬＥＤチップ、レーザーダイオード、有機ＥＬなどの小型ランプを離間させて直線状に配置した構成とすることもできる。

本実施形態では、棒状ランプ１１は、一つ設けられ、かつ、偏光素子部２０及びワークＷの上方に配置されている。棒状ランプ１１の上方には、反射材１２が設けられ、棒状ランプ１１の下方には、フィルタ１３が設けられている。反射材１２としては、平行型の放物ミラー、集光型の楕円ミラー、また、他の形状のミラーなどを用いることができる。フィルタ１３は、周知のバンドパスフィルタであって、棒状ランプ１１が放出した紫外線のうち、例えば、２５４ｎｍや３６５ｎｍなどの所望の波長の紫外線ＵＡを透過し、他の波長の紫外線が透過することを規制する。棒状ランプ１１が放出した紫外線のうち、一部の所望の波長の紫外線ＵＡが直接フィルタ１３を透過して偏光素子部２０側に放出されるとともに、残りの一部の所望の波長の紫外線ＵＡが反射材１２により反射されて、フィルタ１３を透過して偏光素子部２０の方向に放出される。光源部１０は、フィルタ１３を通して、偏光素子部２０の方向に所望の波長の紫外線ＵＡを放出する。なお、光源部１０が放出する紫外線ＵＡは、さまざまな偏光軸成分を有する紫外線、いわゆる非偏光の紫外線である。

偏光素子部２０は、光源部１０が放出し、一様にあらゆる方向に振動したさまざまな偏光軸成分を有する紫外線ＵＡから基準方向ＲＤのみに振動した偏光軸ＰＡの紫外線ＵＢ（紫外線ＵＡの偏光光に相当）を取り出すものである。なお、基準方向ＲＤのみに振動した偏光軸ＰＡの紫外線ＵＢを、一般に直線偏光という。なお、紫外線ＵＡ，ＵＢの偏光軸ＰＡとは、当該紫外線ＵＡ，ＵＢの電場及び磁場の振動方向である。

偏光素子部２０は、光源部１０と対向して配置され、光源部１０からの紫外線ＵＡが照射され、紫外線ＵＢをワークＷの表面の光照射領域ＬＤ（図２に示す）に出射する。偏光素子部２０は、図１に示すように、内側が複数の空間に区画された枠部材２１と、枠部材２１の各空間内に収容されたワイヤグリッド偏光素子２２とを備えている。枠部材２１は、Ｘ軸方向と平行に複数のワイヤグリッド偏光素子２２を並べる。

ワイヤグリッド偏光素子２２は、図４に示すように、紫外線ＵＡが照射されて紫外線ＵＢを出射する方向に２枚重ねられて、枠部材２１の各空間内に収容される。即ち、偏光素子部２０は、紫外線ＵＡが照射されて紫外線ＵＢを出射する方向に、ワイヤグリッド偏光素子２２を２枚重ねている。ワイヤグリッド偏光素子２２は、石英ガラスなどで構成された平板状の基材２３と、基材２３の一方の表面２３ａに複数形成された直線状の電気導体２４とを備えている。電気導体２４は、例えば、クロムやアルミニウム合金等の金属で構成され、基材２３の一方の表面２３ａに等間隔に平行に配置されている。電気導体２４の長手方向は、基準方向ＲＤと直交する。電気導体２４のピッチは、光源部１０から照射される紫外線ＵＡの波長の１／３以下であるのが望ましい。ワイヤグリッド偏光素子２２は、光源部１０から照射される紫外線ＵＡのうち電気導体２４の長手方向に平行な偏光軸の紫外線の大部分を反射させ、電気導体２４の長手方向に直交する偏光軸ＰＡの紫外線ＵＢを通過させる。なお、本実施形態では、ワイヤグリッド偏光素子２２は、電気導体２４の長手方向がＹ軸方向と平行に配置されて、Ｘ軸方向と平行な偏光軸ＰＡの紫外線ＵＢを通過させる。即ち、本実施形態では、基準方向ＲＤは、Ｘ軸方向と平行である。

また、本実施形態では、偏光素子部２０は、基材２３の他方の表面２３ｂ同士を対向させて、ワイヤグリッド偏光素子２２同士を重ねている。なお、本実施形態では、ワイヤグリッド偏光素子２２の基材２３の他方の表面２３ｂ同士を密に接触させている。

前述した構成の実施形態に係る光配向用偏光光照射装置１は、ワークＷをＹ軸方向と平行な矢印Ｙ１方向に搬送し、棒状ランプ１１から紫外線を放出する。すると、棒状ランプ１１が放出した紫外線のうち所望の波長の紫外線ＵＡが偏光素子部２０に照射されて、ワイヤグリッド偏光素子２２により、基準方向ＲＤと平行な偏光軸ＰＡの紫外線ＵＢが偏光素子部２０からワークＷの表面の光照射領域ＬＤに向けて出射される。

この際、ワイヤグリッド偏光素子２２は、紫外線ＵＢの消光比に対する紫外線ＵＡの入射角度の影響が、蒸着膜やブリュースタ角を利用した偏光素子よりも小さい。このために、ワイヤグリッド偏光素子２２は、光源部１０から出射する紫外線ＵＡのように発散光であっても、入射角度が±４５度の範囲であれば、紫外線ＵＡが照射される領域全体にわたって、良好な消光比の紫外線ＵＢが得られる。したがって、光配向用偏光光照射装置１は、棒状ランプ１１の長さをワークＷの幅に対応させて設け、ワークＷを矢印Ｙ１方向に相対的に移動させることで、原理的には、１本の棒状ランプ１１で広い面積の光照射領域ＬＤの配向処理を行う。

なお、消光比とは、ワイヤグリッド偏光素子２２の直線偏光である紫外線ＵＢの最大透過率を、直線偏光である紫外線ＵＢの最小透過率で除した値をいう。即ち、消光比＝最大透過率／最小透過率である。さらに、透過率とは、ワイヤグリッド偏光素子２２を通過した紫外線ＵＢの放射発散度を、ワイヤグリッド偏光素子２２に入射する紫外線ＵＡの放射発散度で除して、１００をかけて得られる値（％）である。即ち、透過率（％）＝（紫外線ＵＢの放射発散度／紫外線ＵＡの放射発散度）×１００である。

前述した構成の実施形態に係る光配向用偏光光照射装置１は、一般に、誘電体で構成された電気導体よりも間隔が広い、金属で構成された電気導体２４を有するワイヤグリッド偏光素子２２を２枚重ねている。ワイヤグリッド偏光素子を２枚重ねることで、光源部１０に近い側のワイヤグリッド偏光素子２で大部分の不所望の偏光光をカットできるが、わずかながら不所望の偏光光が透過してしまう。そこで、ワイヤグリッド偏光素子２を更に１枚設けることで、不所望の偏光光をカットすることができる。一方、ワイヤグリッド偏光素子２を更に１枚設けても、所望の紫外線ＵＢ（偏光光）は透過することができるため、所望の紫外線ＵＢ（偏光光）はロスなく透過させることができる。このため、ワイヤグリッド偏光素子を２枚重ねた方が、ワイヤグリッド偏光素子を１枚設けるよりも消光比が改善する。したがって、光配向用偏光光照射装置１は、誘電体で構成された電気導体よりも間隔が広い、金属で構成された電気導体２４を有するワイヤグリッド偏光素子２２を用いても、偏光素子部２０全体としては、良好な消光比を得ることができる。

また、光配向用偏光光照射装置１は、基材２３の他方の表面２３ｂ同士を対向させて、ワイヤグリッド偏光素子２２同士を重ねているとともに、基材２３の他方の表面２３ｂ同士を密に接触させている。このために、２枚のワイヤグリッド偏光素子２２の基材２３間に隙間が生じることを抑制でき、２枚のワイヤグリッド偏光素子２２を重ねても、偏光素子部２０の透過率が低下することを抑制することができる。

［変形例１］
次に、本発明の実施形態の変形例１に係る光配向用偏光光照射装置１−１を図面に基いて説明する。図５は、実施形態の変形例１に係る光配向用偏光光照射装置の偏光素子部の断面図である。なお、図５において、実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

実施形態の変形例１に係る光配向用偏光光照射装置１−１の偏光素子部２０−１は、図５に示すように、ワイヤグリッド偏光素子２２の基材２３の一方の表面２３ａ即ち電気導体２４同士を間隔をあけて対向させて、２枚のワイヤグリッド偏光素子２２同士を重ねている。また、変形例１の偏光素子部２０−１では、２枚のワイヤグリッド偏光素子２２の基材２３の一方の表面２３ａ間即ち電気導体２４間に窒素などの不活性ガスが充填されている。

前述した構成の変形例１に係る光配向用偏光光照射装置１−１は、ワイヤグリッド偏光素子２２の基材２３の一方の表面２３ａ間即ち電気導体２４間に窒素などの不活性ガスが封入されている。したがって、光配向用偏光光照射装置１−１は、偏光素子部２０の高消光比を図ることができることにくわえ、電気導体２４即ちワイヤグリッド偏光素子２２の寿命の低下を抑制することができる。

［変形例２］
次に、本発明の実施形態の変形例２に係る光配向用偏光光照射装置１−２を図面に基いて説明する。図６は、実施形態の変形例２に係る光配向用偏光光照射装置の偏光素子部の断面図である。なお、図６において、実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

実施形態の変形例２に係る光配向用偏光光照射装置１−２の偏光素子部２０−２は、図６に示すように、ワイヤグリッド偏光素子２２の基材２３の他方の表面２３ｂ同士を間隔をあけて対向させて、２枚のワイヤグリッド偏光素子２２同士を重ねている。また、変形例２の偏光素子部２０−２では、２枚のワイヤグリッド偏光素子２２の基材２３の他方の表面２３ｂ間に基材２３を構成する石英ガラスなどと同等の屈折率を有するスペーサ３０を設けている。また、本発明では、基材２３を構成する石英ガラスなどと同等の屈折率を有するのであれば、ゲル状の物質を２枚のワイヤグリッド偏光素子２２の基材２３の他方の表面２３ｂ間に設けてもよい。なお、ゲル状の物質を設ける場合には、ワイヤグリッド偏光素子２２の基材２３の一方の表面２３ａ即ち電気導体２４同士を間隔をあけて対向させ、２枚のワイヤグリッド偏光素子２２間にゲル状の物質を設けてもよい。

前述した構成の変形例２に係る光配向用偏光光照射装置１−２は、ワイヤグリッド偏光素子２２の基材２３の他方の表面２３ｂ間にスペーサ３０やゲル状の物質を設けているので、偏光素子部２０−２の透過率が低下することを抑制することができる。

［変形例３］
次に、本発明の実施形態の変形例３に係る光配向用偏光光照射装置１−３を図面に基いて説明する。図７は、実施形態の変形例３に係る光配向用偏光光照射装置の概略の構成を示す正面図である。なお、図７において、実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

実施形態の変形例３に係る光配向用偏光光照射装置１−３の光源部１０−３は、図７に示すように、点光源に近い高圧紫外線ランプ３１（光源に相当）をＸ軸方向に複数並べて構成されている。変形例３に係る光配向用偏光光照射装置１−３は、実施形態と同様に、偏光素子部２０の高消光比を図ることができる。

次に、本発明の発明者らは、実施形態にかかる光配向用偏光光照射装置１の偏光素子部２０の効果を、比較例と本発明品について消光比を測定することで、確認した。結果を以下の表１に示す。

表１に示された比較例では、ワイヤグリッド偏光素子２２の基材２３は、石英ガラスで構成されかつ厚みが１ｍｍである。また、比較例では、ワイヤグリッド偏光素子２２の電気導体２４は、アルミニウム合金で構成され、幅が６５ｎｍでかつ厚み約１６０ｎｍに形成され、１４４ｎｍ間隔で配置されている。比較例では、このように構成された１枚のワイヤグリッド偏光素子２２で偏光素子部２０を構成している。

表１に示された本発明品では、比較例と同仕様のワイヤグリッド偏光素子２２を用いている。本発明品では、ワイヤグリッド偏光素子２２の基材２３の他方の表面２３ｂ同士を対向させて、ワイヤグリッド偏光素子２２を２枚重ねて、偏光素子部２０を構成している。

比較例及び本発明品の偏光素子部２０を、波長２５４ｎｍの紫外線ＵＢの消光比と波長３６５ｎｍの紫外線ＵＢの消光比とを測定した。なお、消光比の測定は、評価対象のワイヤグリッド偏光素子２２と、検出器である紫外線照度計ＵＩＴ−２５０（ウシオ電機製）の間に、基準となる偏光素子（検光子）を設置して、評価対象のワイヤグリッド偏光素子２２の、検光子が設置された側と対向する面側に光源を配置して、評価対象を回転させて照度を測定し、マリュスの法則により消光比を求める。

表１によれば、比較例では、波長２５４ｎｍの紫外線ＵＢの消光比が１０：１であり波長３６５ｎｍの紫外線ＵＢの消光比が２０：１であるのに対し、本発明品は、波長２５４ｎｍの紫外線ＵＢの消光比が３０：１であり波長３６５ｎｍの紫外線ＵＢの消光比が６０：１であることが明らかとなった。よって、本発明品では、偏光素子部２０の高消光比を図ることができることが明らかとなった。

また、本発明品の透過率を測定した。なお、透過率の測定は、ワイヤグリッド偏光素子２２がない状態で紫外線照度計ＵＩＴ−２５０（ウシオ電機製）により照度を測定し、ワイヤグリッド偏光素子２２を設置して同様に照度を測定し、ワイヤグリッド偏光素子２２を設置したときの照度をワイヤグリッド偏光素子２２を設置していないときの照度で除して求めた。本発明品の透過率は、３２％であって、本発明品は、透過率が良好であり、電気導体が誘電体で構成されたワイヤグリッド偏光素子と同等の透過率を有することが明らかとなった。

前述した実施形態及び変形例１〜３では、ワークＷを矢印Ｙ１方向に移動させて、ワークＷに配向処理を行っている。しかしながら、本発明では、所謂バッチ処理のように、ワークＷに配向処理を行ってもよい。

本発明のいくつかの実施形態及び変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態及び変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１，１−１，１−２，１−３ 光配向用偏光光照射装置
１０，１０−３ 光源部
１１ 棒状ランプ（光源）
２０，２０−１，２０−２ 偏光素子部
２２ ワイヤグリッド偏光素子
２３ 基材
２３ａ 一方の表面
２３ｂ 他方の表面
２４ 電気導体
３１ 高圧紫外線ランプ（光源）
ＵＡ 紫外線
ＵＢ 紫外線（偏光光）

Claims (4)

1. 光源を有し、紫外線を放出する光源部と；
   前記光源部からの紫外線が照射され、前記紫外線の偏光光を出射する偏光素子部と；
   を備える光配向用偏光光照射装置であって；
   前記偏光素子部は、前記紫外線が照射されて前記偏光光を出射する方向に、ワイヤグリッド偏光素子を２枚重ねている
   光配向用偏光光照射装置。
2. 前記ワイヤグリッド偏光素子は、平板状の基材と；基材の一方の表面に複数形成された直線状の電気導体と；を備え；
   前記偏光素子部は、前記基材の他方の表面同士を対向させて、前記ワイヤグリッド偏光素子を重ねている
   請求項１記載の光配向用偏光光照射装置。
3. 前記ワイヤグリッド偏光素子は、平板状の基材と；基材の一方の表面に複数形成された直線状の電気導体と；を備え、
   前記偏光素子部は、前記電気導体同士を間隔をあけて対向させて、前記ワイヤグリッド偏光素子を重ねている
   請求項１記載の光配向用偏光光照射装置。
4. 前記偏光素子部は、前記ワイヤグリッド偏光素子の前記電気導体間に不活性ガスが充填される
   請求項３記載の光配向用偏光光照射装置。

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