JP2016212376A - 光配向装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装備の構成が簡素な光配向装置を提供する。
【解決手段】光配向装置１００は、複数のＬＥＤ素子を配列して光を照射する光源部１１０と、偏光を制御する偏光部１３０とを含み、光源部１１０は、ＬＥＤ素子が複数列に配列されてＬＥＤ直線光１２２を形成し、偏光部１３０は多数個の偏光子が一列のみ配置されており、偏光部１３０は、ＬＥＤ直線光１２２が相互に干渉しない間隔を持って複数入射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光配向装置に関し、具体的には、ＬＥＤを用いた光配向装置に関する。

光配向装置は、液晶表示素子の配向膜ガラスの配向膜を一定方向に配向させるために、ラビングローラーを配向膜に接触させて機械的に擦るラビング（rubbing）方式に代わって、配向膜に一定の波長を有する偏光ビームを照射して配向をする装置である。光配向のために一定の強度の光を照射する高圧の水銀ランプやメタルハライドランプなどのようなＵＶランプが使用されている。

従来のＵＶランプは、不要な波長を照射しないために波長を制限する光学系が必要であるが、該光学系によって透過率が損なわれるため、配向膜に達する光のエネルギーが減少して、ランプが非常に高価という問題を有する。また、従来のＵＶランプは、ランプ管の光軸に対する拡散光を制御するために、複雑な反射ミラー（mirror）をインストールする必要がある。配向状態の高精度化のためには、配向膜に垂直に入射する光が必要であるが、拡散光を集光し、広範囲に照射するＵＶランプの反射ミラーの場合は、垂直に入射する光だけを抽出することが極めて困難であるという問題を有する。そして、従来のＵＶランプは、オン・オフ（on-off）のために多くの待機時間を要するという問題を引き起こす。

それで、本発明は、上述した問題を解決するために導出されたもので、装備の構成が簡素な光配向装置を提供しようとする。
本発明の他の目的は、以下に述べられる実施例に基づいて更に明確になるであろう。

液晶を配向するために形成された配向膜を非接触で処理する光配向装置であって、ＬＥＤ素子を配列して光を照射する光源部と、偏光制御する偏光部とを含む光配向装置において、光源部は、ＬＥＤ素子が複数列に配列されてＬＥＤ直線光を形成し、偏光部は、多数個の偏光子が一列のみ配置されており、偏光部には、平行光形態のＬＥＤ直線光が相互に干渉しない間隔を持って複数入射される。

本発明に係る光配向装置は、次のような実施例を１つまたはそれ以上備えることができる。例えば、複数のＬＥＤ直線光のピーク波長を他の波長に選択配置して照射強度を制御することができる。

ＬＥＤ素子を個別に制御することにより、偏光部の下部を通過する配向膜に複数のＬＥＤ直線光によって受ける光量を均一にすることができる。

複数の前記ＬＥＤ直線光は、偏光部を透過しながら相互に交差することができる。

複数のＬＥＤ直線光の照射角度は、対称的に形成されて偏光部を透過しながら連続する照射集中部を形成することができる。

光線を拡散光または直線光に形成するレンズを備えることができる。

偏光部は、偏光子を含み、偏光子との間にはギャップが形成されており、間隔の下部には、ＬＥＤ光線が透過しないようにする遮断部材を備えることができる。

遮断部材の幅は、４.５mm以下であることができる。

偏光部は、偏光子を含み、偏光子は、その中央ではなく、回転中心を持って回転によって角度調整が可能である。

隣接する偏光子の回転中心は、相互に逆に配置することができる。

配向膜に対する光配向装置の上下方向の高さを調整して配向膜の反応時間を制御することができる。

ＬＥＤ直線光が配向膜に到達する時に発生する蛍光を受光する蛍光センサーを備え、蛍光センサーを利用して、配向膜の配向度を測定することができる。

本発明の一側面に係る光配向方法は、複数のＬＥＤ素子により形成された線状のＬＥＤ直線光と、ＬＥＤ直線光を偏光制御するために一列のみに配列され、平行光形態のＬＥＤ直線光が相互に干渉しないない間隔を持って複数入射される複数の偏光子を利用する。

本発明によると、構成が簡素な光配向装置を提供することができる。

本発明の一実施例に係る光配向装置を例示する斜視図である。 本発明の一実施例に係る光配向装置を例示する斜視図である。 図２に例示された光配向装置においてＬＥＤ素子が配列されたＬＥＤモジュールを例示する平面図である。 ＬＥＤ素子の下部にレンズが配置されてＬＥＤ職選鉱を形成する状態を例示する図である。 ＬＥＤ素子とレンズとの間の間隔による集光の程度を例示する図である。 拡散光形態のＬＥＤ直線光が配向膜に到達する状態を例示する図である。 複数のＬＥＤ直線光が偏光子を通過しながら交差する状態を例示する図である。 ＬＥＤモジュールに傾斜角を与えてＬＥＤ直線光が交差する状態を例示する図である。 図１に例示された光配向装置の偏光部を例示する平面図である。 図９に例示された偏光部の正面図である。 偏光部の偏光子の調整前の状態を例示する平面図である。 図１１において偏光子を調整した後の状態を例示する平面図である。

本発明は、様々な変換を加えることができ、複数の実施例を有することができるので、特定の実施例を図面に例示し、詳細な説明において詳細に説明しようとする。しかしながら、これは、本発明を特定の実施形態について限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。本発明を説明するに当たり、関連する公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

本出願で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なる意味でない限り、複数の表現を含む。本出願において、“含む”又は“持つ”などの用語は、明細書上に記載されている特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするだけであり、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものの存在又は付加可能性を予め排除するわけではないと理解されるべきである。

第１、第２などの用語は、様々な構成要素を説明するために使用することができるが、前記構成要素らは、前記用語によって限定されてはならない。前記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。

以下、添付の図面を参照して、本発明に係る実施形態を詳細に説明することとし、添付の図面を参照して説明するにあたり、図面符号に関係なく、同一又は対応する構成要素は、同じ参照番号を付し、これに対する重複する説明は、省略する。

図１及び図２は、本発明の一実施例に係る光配向装置１００を例示する斜視図であり、図１は、１つのＬＥＤ直線光１２２が出力される状態を例示しており、図２は、３つのＬＥＤ直線光１２２が出力される状態を例示してある。そして、図３は、光配向装置１００においてＬＥＤ素子１１２が配列されているＬＥＤモジュール１２０を例示する平面図であり、図４は、ＬＥＤ素子１１２の下部にレンズ１１６が配置されてＬＥＤ直線光１２２を形成する状態を例示する図である。また、図５は、ＬＥＤ素子１１２とレンズ１１６との間の間隔ａに基づく集光の程度を例示する図である。

図１〜図５を参考すると、本発明の一実施例に係る光配向装置１００は、複数のＬＥＤ素子１１２を備え、線状のＬＥＤ直線光１２２を照射する光源部１１０と、ＬＥＤ直線光１２２を偏光制御するために一列に配列された複数の偏光子１３２を備える偏光部１３０と、偏光部１３０と配向膜１６２が形成された配向膜グラス１６０との間に配置されたカバーグラス１５０と、を含む。

光配向装置１００は、光源部１１０によって形成されたＬＥＤ直線光１２２を偏光子１３２に入射させてから、偏光させて配向膜１６２を配向するものであり、光源部１１０は、光源として複数のＬＥＤ素子１１２を利用することを特徴とする。ＬＥＤ素子１１２による光源部１１０は、従来のＵＶランプに比べてエネルギーの消費が少なく、オン・オフ(on-off）を容易にすることができ、点灯後に温度の上昇時間が早いという利点を有する。また、ＬＥＤ素子１１２による光源部１１０は、長く(例えば、１m）形成することができるので、大面積の配向膜グラス１６０に対応することができ、コールドミラー(cold mirror）及び反射鏡などを備える必要がないため、構成を簡素にすることができるという利点を有する。

光源部１１０には、多数個のＬＥＤ素子１１２を含むＬＥＤモジュール１２０が１つ以上備えられている。ＬＥＤモジュール１２０は、１つまたは２以上の列に配列されることができ、本実施形態に係る光源部１１０は、３つの列に配列されたＬＥＤモジュール１２０を備えると例示されている。各々のＬＥＤモジュール１２０は、独立して制御することができる。

複数のＬＥＤモジュール１２０は、異なる波長のＬＥＤ光線を出力することができる。例えば、１つのＬＥＤモジュール１２０は、ピーク波長が３６５nm、他のＬＥＤモジュール１２０は、ピーク波長が３８５nm、更に他のＬＥＤモジュール１２０は、ピーク波長が３９５nmであるＬＥＤ光線を出力することができる。このように、各々のＬＥＤモジュール１２０から出力されるＬＥＤ光線の波長を異ならせることにより、配向膜１６２の配向特性に最適化された波長のＬＥＤ光線を出力することができる。

ＬＥＤモジュール１２０は、１つのボード１１４を備えると例示されているが、多数個のボード１１４を備えることができる。このように、ＬＥＤモジュール１２０が多数個のボード１１４を備えることにより、各々のボード１１４に実装されたＬＥＤ素子１１２の出力強度及び波長などが異ならせることができる。

本実施例に係る光配向装置１００は、複数の偏光子１３２が一列に配列された偏光部１３０上に、複数のＬＥＤ直線光１２２が相互に干渉しない間隔を持って複数入射されることを特徴とする。このように、一列に形成された光学系に複数のＬＥＤ直線光１２２が透過されるようにすることにより、照射面で配向誤差が発生することを防止することができ、複数のＬＥＤ直線光を利用することにより、生産性を高めることができる。

図４を参考すると、各々のＬＥＤモジュール１２０の下部には、レンズ１１６が備えられている。レンズ１１６は、ＬＥＤ素子１１２から出力されるＬＥＤ光線を集光するか、または平行光に形成する。ＬＥＤ光線は、レンズ１１６によって、または、レンズ１１６によらず、それ自体でＬＥＤ直線光１２２に形成される。ＬＥＤ直線光１２２は、ステージ１７０の走行方向(図１及び図２の矢印の方向）に直角な方向に連続しており、長く形成された長方形の光線である。ＬＥＤ直線光１２２の長さは、一列に配列された複数の偏光子１３２の全てに含まれる程度に形成することができる。

レンズ１１６は、断面が円形(図４及び図５を参照）に長く形成されたロッドレンズ(rod lens）に該当することができる。ロッドレンズは、ＬＥＤモジュール１２０の長さ方向に配置され、図４に示すように、拡散光に該当するＬＥＤ光線を平行光形態のＬＥＤ直線光１２２に形成することができる。

本実施形態に係るレンズ１１６は、ロッドレンズだけでなく、ＬＥＤ素子１１２から出力されるＬＥＤ光線を集光または平行光に形成できるものであれば、いずれのものであっても可能であることはいうまでもない。

図５を参考すると、ＬＥＤ素子１１２とロッドレンズ１１６との間の間隔ａを調整することにより、ＬＥＤ直線光１２２を拡散光または平行光に形成することができる。すなわち、図４に示すように、ＬＥＤ素子１１２とロッドレンズ１１６との間の間隔を小さくすることにより、ＬＥＤ素子１１２から出力されたＬＥＤ光線がすべてロッドレンズ１１６に入射されて平行光形態のＬＥＤ直線光１２２を形成することができる。また、図５に示すように、ＬＥＤ素子１ １ ２とロッドレンズ１１６との間の間隔ａをやや大きくすることにより、ＬＥＤ素子１１２から出力されたＬＥＤ光線の一部(例えば、２０％）がロッドレンズ１１６に入射せず、拡散光として出力され、残りのＬＥＤ光線(例えば、８０％）は、ロッドレンズ１１６に入射されて平行光形態のＬＥＤ直線光１２２を形成することができる。

もちろん、光源部１１０は、レンズ１１６を使用せずに、拡散光形態のＬＥＤ直線光１２２を形成することができる。また、１つのＬＥＤモジュール１２０に配置されたＬＥＤ素子１１２の中でもレンズ１１６を備えているか、あるいは、備えていないものを混用することもできる。

図６は、ＬＥＤ素子１１２から出力された拡散光形態のＬＥＤ直線光１２２が配向膜１６２に到達する状態を例示する図である。

図６を参照すると、配向膜１６２には、拡散光形態のＬＥＤ直線光１２２が達することができる。照射強度が、平均の５％までを有効とする照射全体の幅ｃが、照射集中部１２６の幅ａの２倍以下である拡散光形態のＬＥＤ直線光１２２を形成することができる。これにより、照射全体の幅ｃから照射集中部１２６の幅ａを除いた残りの部分の幅ｂとの間には、以下のような関係が成立する。
ａ+２ｂ=ｃ
２ａ≧ｃ

図７は、ＬＥＤ直線光１２２が偏光子１３２を通過しながら交差する状態を例示する図である。

光源部１１０が、平行光形態のＬＥＤ直線光１２２のみを照射する場合、光の方向の性能は向上するが、積算光量が低下して、量産性が落ちる。このような問題点を解決するために、図７に例示されているように、多数個のＬＥＤモジュール１２０から出力される拡散光形態のＬＥＤ直線光１２２を、偏光子１３２を透過しながら、相互交差させて照射面積を大きくして、特に中央に形成される照射集中部１２６のサイズを拡大することができる。

図８は、ＬＥＤモジュール１２０に傾斜角を与えてＬＥＤ直線光１２２が交差する状態を例示する図である。

図８を参考すると、３つのＬＥＤモジュール１２０から出力される拡散光形態のＬＥＤ直線光１２２を更に集中させるために、両側のＬＥＤモジュール１２０を左右対称に傾斜して配置したことを特徴とする。これにより、照射集中部１２６の面積及び集中光量を大きくすることができる。

以下では、図１〜図２および図９〜図１０を参考しながら、本実施形態に係る光配向装置１００の偏光部１３０に対して説明することにする。

図９は、図１に例示された光配向装置１００の偏光部１３０を例示する平面図であり、図１０は、図９に例示された偏光部１３０の正面図である。

図９〜図１０を参考すると、偏光部１３０は、光原部１１０から出力されるＬＥＤ直線光１２２を偏光制御するものであり、一列に配列された複数の偏光子１３２と、偏光子１３２との間に形成された間隔１３８の垂直下方に位置する遮断部材１４０と、を含む。
光源部１１０から出力されたＬＥＤ直線光１２２は、偏光子１３２を透過しながら、特定の方向に偏光されて出力される。偏光子１３２としてブリュースター偏光子またはワイヤグリッド偏光子を使用することができる。

ブリュースター偏光子は、遺伝多層膜からなる偏光子であり、ブリュースター角を使用してｐ波の偏光成分とｓ波の偏光成分とに分離し、消光比(偏光比）を高く設定することが可能である。ワイヤグリッド偏光子は、内部に配置された金属ワイヤ(グリッド）の間隙によって波長帯域を任意に変更することが可能である。ワイヤグリッド偏光子は、パターン転写による簡単なプロセスで製造することが可能である。

複数の偏光子１３２は、一列に配列され、その間には、一定の間隔１３８が形成される。偏光子１３２との間に間隔１３８を形成することにより、各々の偏光子１３２を回転させて偏光方向を調整することができる。偏光子１３２の両端部には、支持部材１３４が備えられている。

偏光子１３２が位置していない間隔１３８の下部には、偏光されていないＬＥＤ直線光１２２が配向膜に到達することを防止するために遮断部材１４０を配置する。遮断部材１４０は、光が透過しない金属などの材質によって形成されるものであり、間隔１３８に比べて、より大きな幅を持って、偏光子１３２に比べて長く形成されている。遮断部材１４０の幅は、ＬＥＤ直線光１２２の透過を考慮すると、４.５mm以下とすることができる。
遮断部材１４０は、偏光子１３２から一定間隔だけ下部に位置するが、これは、遮断部材１４０によって偏光子１３２が損傷されることを防止するためである。

偏光部１３０の下部には、カバーグラス１５０が備えられている。カバーグラス１５０は、配向膜１６２の照射によって発生する水蒸気(vapor）が偏光子１３２に付着することを防止する役割をする。カバーグラス１５０は、ＬＥＤ直線光１２２が透過するガラスなどの材質によって形成することができる。カバーグラス１５０は、１つまたは複数で構成することができる。

図１１は、偏光部１３０の偏光子１３２が調整される前の状態を例示する平面図であり、図１２は、図１１で偏光子１３２を調整した後の状態を例示する平面図である。

図１１及び図１２を参考すると、各々の偏光子１３２は、回転中心１３６を中心に一定の角度で回転することができる。回転中心１３６は、偏光子１３２の中心ではなく、その両端部を支持する支持部材１３４に形成されることができる。図１１のように、偏光子１３２が、所望の方向に配列されていない場合は、回転中心１３６を中心として、各偏光子１３２を回転させて、図１２のように偏光子１３２を調整することができる。

隣接する偏光子１３２の回転中心１３６は、相互反対側の端部に備えられている。これは、偏光子１３２との間の間隔１３８が小さいため、偏光子１３２同士が互いに衝突することを防止するためである。

本実施例に係る光配向装置１００は、光源部１１０と偏光部１３０とを備え、集光のために別のミラー(図示せず）を備えていないため、構成が簡素で配向膜１６２に対する高さの調節が可能である。このように配向膜１６２に対する光配向装置１００の高さの調節を通じて配向膜１６２に到達するＬＥＤ直線光１２２の照射強度を調整することができるので、配向膜１６２の配向特性に最適な光を照射することができる。

本実施例に係る光配向装置１００は、ＬＥＤ直線光１２２が配向膜１６２に到達する時に発生する蛍光を受光する蛍光センサー(図面符号なし）を備えることができる。本実施例に係る光配向装置１００は、ＬＥＤ素子１１２を用いるので、蛍光センサーに特定の波長が不要となって、蛍光の受光だけで配向度を測定することができる。

本実施例に係る光配向装置１００は、配向膜グラス１６０が置かれるステージ１７０を備え、ステージ１７０は、配向膜グラス１６０を図１の矢印の方向に移動することができる。ステージ１７０及びその駆動方法は、一般的な技術に該当するので、具体的な説明は省略する。

上記では、本発明の一実施例を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できるだろう。

１００：光配向装置
１１０：光源部
１１２：ＬＥＤ素子
１６：レンズ
１２０：ＬＥＤモジュール
１２２：ＬＥＤ直線光
１３０：偏光部
１３２：偏光子
１４０：遮断部材
１５０：カバーグラス
１６０：配向膜グラス

Claims (13)

1. 液晶を配向するために形成された配向膜を非接触で処理する光配向装置であって、ＬＥＤ素子を配列して光を照射する光源部と、偏光制御する偏光部とを含む光配向装置において、
   前記光源部は、ＬＥＤ素子が複数列に配列されてＬＥＤ直線光を形成し、
   前記偏光部多数個の偏光子が一列のみ配列されており、
   前記偏光部には、前記ＬＥＤ直線光が相互に干渉しない間隔を持って複数入射される
   光配向装置。
2. 複数の前記ＬＥＤ直線光のピーク波長を他の波長に選択配置して照射強度を制御することを特徴とする
   請求項１に記載の光配向装置。
3. 前記ＬＥＤ素子を個別に制御することにより、前記偏光部の下部を通過する配向膜に複数のＬＥＤ直線光によって受ける光量を均一にしたことを特徴とする
   請求項２に記載の光配向装置。
4. 複数の前記ＬＥＤ直線光は、前記偏光部を透過しながら相互に交差することを特徴とする
   請求項１に記載の光配向装置。
5. 複数の前記ＬＥＤ直線光の照射角度は、対称的に形成され、前記偏光部を透過しながら連続する照射集中部を形成することを特徴とする
   請求項１に記載の光配向装置。
6. 前記光源部は、ＬＥＤ光線を拡散光または直線光に形成するレンズを備えることを特徴とする
   請求項１に記載の光配向装置。
7. 前記偏光部は、偏光子を含み、前記偏光子との間には、ギャップが形成されており、前記間隔の下部には、ＬＥＤ光線が透過しないようにする遮断部材が備えられていることを特徴とする
   請求項１に記載の光配向装置。
8. 前記遮断部材の幅は、４.５mm以下であることを特徴とする
   請求項７に記載の光配向装置。
9. 前記偏光部は、偏光子を含み、前記偏光子は、その中央ではなく、回転中心を持って回転によって角度調整が可能であることを特徴とする
   請求項１に記載の光配向装置。
10. 隣接する偏光子の回転中心は、相互に逆に配置されることを特徴とする
    請求項９に記載の光配向装置。
11. 配向膜に対する光配向装置の上下方向の高さを調整して配向膜の反応時間を制御することを特徴とする
    請求項１に記載の光配向装置。
12. 前記ＬＥＤ直線光が配向膜に到達する時に発生する蛍光を受光する蛍光センサーを備え、前記蛍光センサーを用いて前記配向膜の配向度を測定する
    請求項１に記載の光配向装置。
13. 複数のＬＥＤ素子により形成された線状のＬＥＤ直線光と、前記ＬＥＤ直線光を偏光制御するために一列のみに配列され、前記ＬＥＤ直線光が相互に干渉しない間隔を持って複数入射される複数の偏光子を利用する
    光配向方法。