JP2015187655A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸収型偏光素子を用いた紫外線照射装置を提供する。【解決手段】実施形態の紫外線照射装置１は、光Ｕを放出する光源１０と；光源１０より放出された光Ｕのうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸ＰＡの偏光光ＵＢを透過する第１の偏光素子２０と；第１の偏光素子２０を透過した光ＵＢのうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸ＰＢの偏光光ＵＣを透過する吸収型偏光素子３０と；を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、紫外線照射装置に関する。

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紫外線照射装置は、光源である棒状ランプと、偏光素子と、を備えている。この種の紫外線照射装置は、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、偏光素子として、ワイヤーグリッドを用いた、いわゆる反射型偏光素子が用いられている。

本発明は、吸収型偏光素子を用いた紫外線照射装置を提供することを目的とする。

実施形態の紫外線照射装置は、光を放出する光源と；光源より放出された光のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光光を透過する第１の偏光素子と；反射型偏光素子を透過した光のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光光を透過する吸収型偏光素子と；を有する。

本発明によれば、吸収型偏光素子を用いた紫外線照射装置を提供することができる。

図１は、実施形態に係る紫外線照射装置の概略の構成を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る紫外線照射装置をＹ軸方向から見た図である。 図３は、実施形態に係る紫外線照射装置の第１の偏光素子２０の構成を示す模式図である。 図４は、実施形態に係る紫外線照射装置におけるフィルタ１４と第１の偏光素子２０と吸収型偏光素子３０の有無による、消光比と吸収型偏光素子３０の温度の評価結果を示す図である。 図５は、実施形態に係る紫外線照射装置の変形例を示す模式図である。 図６は、実施形態に係る紫外線照射装置の変形例を示す図である。 図７は、実施形態に係る紫外線照射装置の他の変形例を示す図である。

以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１、２、３は、光Ｕを放出する光源１０と、第１の偏光素子２０と、吸収型偏光素子３０と、を有する。第１の偏光素子２０は、光源１０より放出された光Ｕのうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光光を透過する。吸収型偏光素子３０は、第１の偏光素子２０を透過した光のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光光を透過する。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１、２、３において、フィルタ１４は、光源１０と第１の偏光素子２０との間に設けられる。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１、２、３において、光源１０は、水銀ランプまたはメタルハライドランプである。
［実施形態］

次に、本発明の実施形態に係る紫外線照射装置１を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係る紫外線照射装置の概略の構成を示す斜視図、図２は、実施形態に係る紫外線照射装置をＹ軸方向から見た図、図３は、実施形態に係る紫外線照射装置の第１の偏光素子の構成を示す模式図である。

図１に示された実施形態の紫外線照射装置１は、配向処理の対象物としてのワークＷの表面に、予め決められた基準方向と平行な偏光軸ＰＢ（図１に矢印で示し、振動方向ともいう）の紫外線ＵＣを照射する装置である。実施形態の紫外線照射装置１は、例えば、液晶パネルの配向膜、視野角補償フィルムの配向膜や偏光フィルム等などの製造に用いられる。紫外線照射装置１は、主に、所望の波長としての波長が３６５［ｎｍ］の紫外線ＵＣをワークＷの表面に照射する。なお、本実施形態でいう「紫外線」とは、例えば、３４０［ｎｍ］から４００［ｎｍ］までの波長帯の光のことである。

なお、ワークＷの表面に照射される紫外線ＵＣの偏光軸ＰＢ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。

紫外線照射装置１は、図１に示すように、一様にあらゆる方向に振動しかつ波長が２００［ｎｍ］〜９００［ｎｍ］程度の紫外線、可視光線、赤外線を含んだ光Ｕを放出する光源１０と、第１の偏光素子２０と、吸収型偏光素子３０と、を有する。なお、ミラー１２、フィルタ１４を備えてもよい。

光源１０は、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水銀ランプや、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が用いられ、少なくとも直線状の発光部を有している。光源１０の発光部の長手方向は、Ｙ軸方向と平行である。光源１０が放出する光Ｕは、波長が２００［ｎｍ］〜９００［ｎｍ］程度の紫外線、可視光線、赤外線を含み、さまざまな偏光軸成分を有する、いわゆる非偏光の光である。本実施形態で、光源１０は、一つ設けられ、かつ、第１の偏光素子２０、吸収型偏光素子３０及びワークＷの上方に配置されている。

ミラー１２は、光源１０の上方に設けられ、光源１０より放出された光ＵをワークＷに向けて反射する。なお、光源１０より放出された光Ｕがミラー１２により反射された光のことを、光Ｕ’とする。ミラー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１４は、光源１０より放出された光Ｕおよびミラー１２により反射された光Ｕ’のうち紫外線ＵＡを透過し、紫外線ＵＡ以外の透過を抑制（制限）するものである。フィルタ１４は、光源１０より放出された光Ｕおよびミラー２０により反射された光Ｕ’のうち紫外線ＵＡを第１の偏光素子２０側に放出する。なお、フィルタ１４が放出する紫外線ＵＡは、さまざまな偏光軸成分を有する、いわゆる非偏光の光である。本実施形態で、フィルタ１４は、光源１０の下方でかつ第１の偏光素子２０の上方に設けられている。

なお、本発明で、フィルタ１４は、第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０の加熱を抑制することが可能であれば、単一のフィルタ１４のみで構成されてもよく、フィルタ１４を複数枚重ねあわせて構成されてもよい。なお、フィルタ１４を構成するものとして、所望の波長の紫外線などの光を透過するバンドパスフィルタや、可視光線などを反射または吸収しかつ所望の波長の紫外線などの光を透過するダイクロイックフィルタを用いることができる。さらに、フィルタフィルタは、例えば可視光をカットする機能を有する膜を一方の表面に形成し、赤外光をカットする機能を有する膜を他方の表面に形成されてもよく、可視光をカットする機能を有する膜と赤外光をカットする機能を有する膜とのうちのいずれかが表面に形成されてもよい。

第１の偏光素子２０は、フィルタ１４を透過する光（紫外線ＵＡ）が照射される。第１の偏光素子２０は、フィルタ１４を透過する光（紫外線ＵＡ）のうちの基準方向と平行な偏光軸ＰＡの偏光光としての紫外線ＵＢを吸収型偏光素子３０に向けて透過する。即ち、第１の偏光素子２０は、フィルタ１４を透過し、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、基準方向のみに振動した偏光軸ＰＡの紫外線ＵＢを取り出すものである。なお、基準方向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。

本実施形態で、第１の偏光素子２０は、フィルタ１４の下方でかつ吸収型偏光素子３０の表面の上方に設けられている。第１の偏光素子２０は、図３に示すように、ガラス板２０ａの表面に高さ５０〜３００ｎｍ、幅１０〜２００ｎｍ、ピッチ５０〜３００ｎｍで酸化チタンを蒸着させたナノサイズの格子２０ｂが規則正しく形成された、いわゆるワイヤーグリッド偏光素子である。第１の偏光素子としては、例えば、Ｍｏｘｔｅｋ社製のＵＶＴ２６０Ａを用いることができる。また、第１の偏光素子２０は、図３に示すように、ガラス板２０ａ側、すなわち、格子２０ｂが形成されていない側の面をフィルタ１４側に向けることが望ましい。

吸収型偏光素子３０は、第１の偏光素子２０を透過する光（紫外線ＵＢ）が照射される。吸収型偏光素子３０は、第１の偏光素子２０を透過する光（紫外線ＵＢ）のうちの基準方向と平行な偏光軸ＰＢの偏光光（紫外線ＵＣ）をワークＷに向けて透過する。即ち、吸収型偏光素子３０は、第１の偏光素子２０を透過し、偏光軸ＰＡを有する紫外線ＵＢから、基準方向のみに振動した偏光軸ＰＢの紫外線ＵＣを取り出すものである。なお、基準方向のみに振動した偏光軸ＰＢの紫外線ＵＣを、一般に直線偏光という。なお、紫外線ＵＡ，ＵＢ，ＵＣの偏光軸ＰＡ、ＰＢとは、当該紫外線ＵＡ，ＵＢの電場及び磁場の振動方向である。

本実施形態で、吸収型偏光素子３０は、フィルタ１４の下方でかつワークＷの表面の上方に設けられている。吸収型偏光素子３０は、ガラス板に含まれる一定方向に揃った金属ナノ粒子を形成したものであって、第１の偏光素子２０を透過する紫外線ＵＢのうちの基準方向と交差する偏光軸ＰＢ（図１に一例を示す）の紫外線を吸収する偏光素子であって、基準方向と平行な偏光軸ＰＢの紫外線ＵＣを透過するものである。吸収型偏光素子３０としては、例えば、ＣＯＤＩＸＸ社製のｃｏｌｏｒｐｏｌ（登録商標）ＵＶ３７５ＢＣ５を用いることができる。

前述した構成の実施形態に係る紫外線照射装置１は、ワークＷを吸収型偏光素子３０の下方に位置付けて、光源１０から光Ｕを放出する。すると、光源１０が放出した光Ｕが直接またはミラー１２により反射されてフィルタ１４に照射される。紫外線照射装置１は、フィルタ１２が紫外線ＵＡを第１の偏光素子２０に向けて透過し、紫外線ＵＡ以外の光の透過を抑制する。そして、紫外線照射装置１は、第１の偏光素子２０が紫外線ＵＡのうちの基準方向と平行な偏光軸ＰＡの紫外線ＵＢを吸収型偏光素子３０に向けて透過する。更に、紫外線照射装置１は、吸収型偏光素子３０が紫外線ＵＢのうちの基準方向と平行な偏光軸ＰＢの紫外線ＵＣをワークＷの表面の光照射領域に向けて透過して、ワークＷの表面に配向処理を施す。

前述した構成の実施形態に係る紫外線照射装置１において、吸収型偏光素子３０を用いることにより、反射型偏光素子であるワイヤーグリッド型偏光素子を用いる場合に比べて、偏光光の特性の一つである消光比を高めることができる。また、ワイヤーグリッド型偏光素子では、ワイヤーグリッドが形成された面とワイヤーグリッドが形成されていない面のいわゆる裏表があり、ワイヤーグリッド偏光素子の裏表により消光比が変化する。しかしながら、吸収型偏光素子３０は、吸収型偏光素子３０の内部に形成された金属ナノ粒子が基準方向以外に振動した光を吸収するため、ワイヤーグリッド偏光素子のように、いわゆる裏表がないため、取り扱いが容易である。

また、紫外線照射装置１において、基準方向と交差する偏光軸ＰＢの紫外線を吸収する吸収型偏光素子３０には、予め偏光軸ＰＡと平行な紫外線ＵＢが照射され、紫外線ＵＢ以外の光が照射されることが規制される。このため、紫外線照射装置１は、吸収型偏光素子３０が吸収する光、具体的には、吸収型偏光素子３０の内部に形成された金属ナノ粒子が吸収する光の量を減らすことができる。金属ナノ粒子が吸収する光の量を減らすことができれば、吸収型偏光素子３０の温度上昇が抑制され、吸収型偏光素子３０が高温になる可能性が下げられるため、例えば、吸収型偏光素子３０が割れたりする不具合を抑制できる。したがって、紫外線照射装置１は、吸収型偏光素子３０を用いても、吸収型偏光素子３０の割れなどの不具合を抑制することができる。

また、紫外線照射装置１において、吸収型偏光素子３０には紫外線ＵＢが照射され、紫外線ＵＢ以外の波長の光が照射されることが規制されるために、吸収型偏光素子３０に光Ｕおよび光Ｕ’が直接照射される場合よりも吸収型偏光素子３０の消光比が低下することを抑制することができる。なお、消光比とは、吸収型偏光素子３０の直線偏光である紫外線ＵＣの最大透過率を、直線偏光である紫外線ＵＣ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、第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０を通過した紫外線ＵＣの放射発散度を、第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０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ＵＣの放射発散度／紫外線ＵＡの放射発散度）×１００である。

紫外線照射装置１は、フィルタ１４が短波長の紫外線の透過を抑制するので、短い波長の紫外線が第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０に照射されることを抑制できる。また、紫外線照射装置１は、フィルタ１４が長い波長の紫外線、可視光線、赤外線の透過を抑制するので、長い波長の紫外線、可視光線、赤外線が第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０に照射されることを抑制できる。したがって、紫外線照射装置１は、第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０の寿命の低下を確実に抑制できるとともに、第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０の消光比の低下を確実に抑制することができる。

また、紫外線照射装置１は、光源１０として、水銀ランプまたはメタルハライドランプを用いるので、第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０の寿命と消光比の低下を抑制しながらも、十分な光量の紫外線ＵＣをワークＷに照射することができ、対象物に対して光を照射する所要時間を抑制することができる。

また、紫外線照射装置１は、第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０の両方を用いることにより、第１の偏光素子２０または吸収型偏光素子３０のいずれか一方のみを用いた場合よりも消光比が更に向上する。

ここで、フィルタ１４、第１の偏光素子２０、吸収型偏光素子３０の有無による相対照度、消光比および吸収型偏光素子の温度変化について評価を行った。なお、吸収型偏光素子３０の表面温度は３５０℃以下であることが望ましい。吸収型偏光素子３０の表面温度が３５０℃を超えると、吸収型偏光素子３０が熱により割れてしまい、好ましくない。また、相対照度は、比較例２の条件、すなわち、吸収型偏光素子３０のみを設け、光源１０に対する単位長さあたりの入力電力［Ｗ／ｃｍ］（以下、単に「入力電力」と称する）を１２０に設定したときの３６５ｎｍ照度を、１００で規格化した値である。なお、照度は、照度計本体：ウシオ電機社製ＵＩＴ−２５０、センサ：ウシオ電機社製ＵＶＤ−Ｓ３６５により測定した。

また、比較例１は、第１の偏光素子２０のみを用い、入力電力［Ｗ／ｃｍ］を１２０に設定した。比較例２は、吸収型偏光素子３０のみを用い、入力電力［Ｗ／ｃｍ］を１２０に設定した。比較例３は、吸収型偏光素子３０のみを用い、入力電力［Ｗ／ｃｍ］を１６０に設定した。比較例４は、フィルタ１４および吸収型偏光素子３０を用い、入力電力［Ｗ／ｃｍ］を１６０に設定した。比較例５は、フィルタ１４および吸収型偏光素子３０を用い、入力電力［Ｗ／ｃｍ］を２００に設定した。本発明１は、第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０を用い、入力電力［Ｗ／ｃｍ］を１６０に設定した。本発明２は、第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０を用い、入力電力［Ｗ／ｃｍ］を２００に設定した。本発明３は、フィルタ１４、第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０を用い、入力電力［Ｗ／ｃｍ］を１６０に設定した。本発明４は、フィルタ１４、第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０を用い、入力電力［Ｗ／ｃｍ］を２２０に設定した。

結果を図４に示す。図４の本発明１、２から明らかであるとおり、第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０を用いることで、消光比は６０：１を満たしながら、吸収型偏光素子３０の温度上昇を抑制することが可能となる。更に、図４の本発明３、４から明らかであるとおり、本発明１、２の構成に加えて、フィルタ１４を用いることで、消光比を更に向上させることができる。特に、入力電力［Ｗ／ｃｍ］を２２０に設定しても、吸収型偏光素子３０の温度を３５０℃以下に保ちつつ、相対照度を高くすることができ、消光比も７０：１を満たすことができる。

なお、第１の偏光素子２０は、上記の構成に限定されない。例えば、図５に示すように、２枚のワイヤーグリッド偏光素子を、格子が形成された面同士を重ね合わせて、第１の偏光素子２０としてもよい。また、第１の偏光素子２０は、吸収型偏光素子であってもよい。
（変形例）

図６は、第１の実施形態に係る紫外線照射装置の変形例の概略の構成を示す側面図である。

本変形例では、第１の偏光素子２０と吸収型偏光素子３０とを一体とした紫外線照射装置２を示す。このような構成でも、実施形態１と同様に、消光比を改善することが可能となる。

図７は、第１の実施形態に係る紫外線照射装置の他の変形例の概略の構成を示す側面図である。

本変形例では、第１の偏光素子２０と吸収型偏光素子３０とを一体とし、更に第１の偏光素子２０と吸収型偏光素子３０の間に、第１の偏光素子２０および吸収型偏光素子３０の屈折率とほぼ同じ媒質４０を介在させた紫外線照射装置３を示す。このような構成でも、実施形態１と同様に、消光比を改善することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この実施形態は、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。この実施形態は、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、２、３ 紫外線照射装置
１０ 光源
１２ ミラー
１４ フィルタ
２０ 第１の偏光素子
３０ 吸収型偏光素子
４０ 媒質
Ｕ 光
ＵＡ 紫外線（光）
ＵＢ 紫外線（偏光光）
ＵＣ 紫外線（偏光光）
ＰＡ 偏光軸
ＰＢ 偏光軸
Ｗ ワーク（対象物）

Claims (3)

1. 光を放出する光源と；
   前記光源より放出された光のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光光を透過する第１の偏光素子と；
   前記第１の偏光素子を透過した光のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光光を透過する吸収型偏光素子と；
   を有する紫外線照射装置。
2. 前記光源と前記第１の偏光素子との間に、フィルタを設ける請求項１記載の紫外線照射装置。
3. 前記光源が、水銀ランプまたはメタルハライドランプである
   請求項１または２のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
   
   

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