JP2017032869A - 光学ユニット及び光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤーグリッド偏光子及び光学フィルタの保持構造を簡素かつ小型化可能な光学ユニット及び光照射装置を提供する。
【解決手段】光学ユニット３０は、ワイヤーグリッド偏光子１６と光学フィルタ３１とを隙間δを空けて一体にする構成とした。光照射装置は、ワイヤーグリッド偏光子１６と光学フィルタ３１とを隙間δを空けて一体にした光学ユニット３０を備える構成とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、ワイヤーグリッド偏光子を備えた光学ユニット及び光照射装置に関する。

従来、光源と、光学フィルタたる波長選択フィルタと、ワイヤーグリッド偏光子を有する偏光子ユニットとを順に備えた光照射装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の光照射装置では、偏光子ユニットと光学フィルタとは空間を空けて配置されており、偏光子ユニット及び光学フィルタは、それぞれフレームに保持されている。各フレームは、調整及びメンテナンス用に取り外し可能に構成されている。

特開２０１５−９９７０９号公報

しかしながら、上述の従来の構成では、調整及びメンテナンス用に取り外し可能なフレームが偏光子ユニット及び光学フィルタにそれぞれ設けられており、偏光子ユニット及び光学フィルタの保持構造が複雑かつ大型化していた。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ワイヤーグリッド偏光子及び光学フィルタの保持構造を簡素化かつ小型化可能な光学ユニット及び光照射装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の光学ユニットは、ワイヤーグリッド偏光子と光学フィルタとを隙間を空けて一体にしたことを特徴とする。
上述の構成において、前記光学フィルタを前記ワイヤーグリッド偏光子のグリッド側に設けてもよい。
上述の構成において、前記ワイヤーグリッド偏光子と前記光学フィルタとの間にスペーサを設けてもよい。
上述の構成において、前記ワイヤーグリッド偏光子と前記光学フィルタとを接着剤によって一体化してもよい。
また、本発明の光照射装置は、上述の光学フィルタを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ワイヤーグリッド偏光子と光学フィルタと一体にしたため、ワイヤーグリッド偏光子及び光学フィルタの保持構造を簡素化かつ小型化できる。

本発明の実施形態に係る光照射装置の模式図である。 偏光子ユニットの構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側断面視図である。 単位偏光子ユニットの構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側断面視図である。 照射器の構成を示す図であり、（Ａ）は従来の照射器を示す図、（Ｂ）は本実施形態に係る照射器を示す図である。 偏光子モジュールの構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る光配向装置の模式図である。
光配向装置（光照射装置）１は、板状もしくは、帯状（本実施形態では、板状）の光配向対象物２の光配向膜に偏光光を照射して光配向する装置である。光配向装置１は、ワークステージ３と、ステージ搬送架台４と、照射器設置架台５と、を備えている。
ワークステージ３は、矩形板状のステージであり上面に光配向対象物２が載置される。光配向対象物２は、例えば液晶パネル等の薄板状のパネル体であり、光配向対象の光配向膜を含む。

照射器設置架台５は、ステージ搬送架台４から所定距離離れた上方位置でステージ搬送架台４の幅方向（後述する直動機構の直動方向Ｘに垂直な方向）に横架される門体であり、その両柱がステージ搬送架台４に固定される。照射器設置架台５は照射器６を内蔵し、照射器６が直下に偏光光を照射する。なお、ワークステージ３の移動に伴う振動と照射器６の冷却に起因する振動とを分離するために、照射器設置架台５をステージ搬送架台４に固定するのではなく当該ステージ搬送架台４と別置する構成でも良い。ステージ搬送架台４と、照射器設置架台５は防振構造を有しても良い。
ステージ搬送架台４には、直動方向Ｘに沿ってステージ搬送架台４の面上を照射器６の直下を通過するようにワークステージ３を移送する直動機構（図示せず）が内設されている。光配向対象物２の光配向にあっては、ワークステージ３に載置された光配向対象物２が、直動機構によってワークステージ３とともに移送されて照射器６の直下を通過し、この通過の際に偏光光に曝露されて光配向膜が配向される。

照射器６は、光源たるランプ７と、反射鏡８と、偏光子ユニット１０とを備え、直動機構により直下を移動する光配向対象物２の面Ｓに偏光光を集光させて照射する。
ランプ７は、放電灯であり、少なくとも光配向対象物２の幅と同等以上に延びる直管型（棒状）の紫外線ランプが用いられている。反射鏡８は、断面楕円形、かつランプ７の長手方向に沿って延びるシリンドリカル凹面反射鏡であり、ランプ７の光を集光して偏光子ユニット１０に向けて照射する。
偏光子ユニット１０は、反射鏡８と光配向対象物２の間に配置され、光配向対象物２に照射される光を偏光する。この偏光光が光配向対象物２の光配向膜に照射されることで、当該光配向膜が配向される。

図２は偏光子ユニット１０の構成を示す図であり、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は側断面視図である。
偏光子ユニット１０は、複数の単位偏光子ユニット１２と、これら単位偏光子ユニット１２を横並びに一列に整列するフレーム１４とを備えている。フレーム１４は、各単位偏光子ユニット１２を連接配置する板状の枠体である。単位偏光子ユニット１２は、略矩形板状に形成されたワイヤーグリッド偏光子１６を備えている。本実施形態では、各単位偏光子ユニット１２は、ワイヤーグリッド偏光子１６をワイヤー方向Ａがワークステージ３の直動方向Ｘと平行になるように支持し、ワイヤー方向Ａと直交する方向とワイヤーグリッド偏光子１６の配列方向Ｂが一致するようになされている。

ワイヤーグリッド偏光子１６は、入射光のうちワイヤー方向Ａに平行な成分を反射し、このワイヤー方向Ａと直交する成分を透過して直線偏光光を得る直線偏光子の一種である。このワイヤーグリッド偏光子１６では、ワイヤー方向Ａと直交する方向が直線偏光の偏光軸Ｐ（図３参照）と定義され、本実施形態では偏光軸Ｐが配列方向Ｂに揃えられている。上述の通り、ランプ７が棒状であることから、ワイヤーグリッド偏光子１６には、さまざまな角度の光が入射するが、ワイヤーグリッド偏光子１６は、斜めに入射する光であっても直線偏光化して透過する。

単位偏光子ユニット１２は、その法線方向を回動軸にして面内で回動させて偏光軸Ｐの方向を微調整できるようにフレーム１４に支持されている。全ての単位偏光子ユニット１２について、ワイヤーグリッド偏光子１６の偏光軸Ｐが所定の照射基準方向に揃うように微調整されることで、偏光子ユニット１０の長軸方向の全長に亘り偏光軸Ｐが高精度に揃えられた偏光光が得られ、高品位な光配向が可能となる。偏光軸Ｐが調整されたワイヤーグリッド偏光子１６は、単位偏光子ユニット１２の上端、及び下端がねじ（固定手段）１９によってフレーム１４に固定されることで、フレーム１４に固定配置される。ワイヤーグリッド偏光子１６は、ガラス等の材料を用いて形成され、比較的壊れやすい光学素子であるため、緩衝材（不図示）を介してフレーム１４に保持されている。

図３は単位偏光子ユニット１２の構成を示す図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は側断面視図、図３（Ｃ）は底面図である。
単位偏光子ユニット１２は、ワイヤーグリッド偏光子１６と、このワイヤーグリッド偏光子１６を支持する支持フレーム１８とを備える。
支持フレーム１８は、金属板の面内に略矩形の開口２０を有した枠体であり、開口２０を挟む上下の端部２２の各々にワイヤーグリッド偏光子１６の端部１６Ａを挟み込んで支持する支持部２４を備える。また支持フレーム１８は、開口２０の左右両側の辺２５（すなわち、上下の端部２２の間に延びる辺２５）の幅Ｗが、照射野に幅Ｗによる影が生じ難くなるように幅狭に形成されている。
ワイヤーグリッド偏光子１６は、支持フレーム１８の開口２０を閉塞する大きさを有する略矩形状の板材であり、上下の端部１６Ａを結ぶ両側の縁部である一対の側縁１６Ｂがワイヤー方向Ａと略平行に成るように形成されている。
偏光子ユニット１０にあっては、かかる構成の複数の単位偏光子ユニット１２が各ワイヤーグリッド偏光子１６の側縁１６Ｂ同士を近接させて横並びに配列されることで、ワイヤー方向Ａが配列の方向Ｂ（図２）と略直交した方向に揃った状態で配列される。

図４は照射器の構成を示す図であり、図４（Ａ）は従来の照射器１０６を示す図、図４（Ｂ）は本実施形態に係る照射器６を示す図である。
従来の光配向装置の照射器１０６は、図４（Ａ）に示すように、ランプ７と偏光子ユニット１０との間に、断面視で偏光子ユニット１０（配列された複数のワイヤーグリッド偏光子１６）より幾分大きい波長選択フィルタ１３１を備えている。偏光子ユニット１０及び波長選択フィルタ１３１には、それぞれ保持するための枠体としてのフレーム１１４，１３８が設けられており、各フレーム１１４，１３８は、調整及びメンテナンス用に取り外し可能に構成されており、構造が複雑かつ大型である。また、ワイヤーグリッド偏光子１６のグリッドを保護するために、ワイヤーグリッド偏光子１６にはグリッド側に透明なカバーガラス１３９が貼り合わせられている。しかしながら、ワイヤーグリッド偏光子１６にカバーガラス１３９を設けているため、カバーガラス１３９の分だけ透過率が下がり、光量が低下してしまう。
そこで、本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、ワイヤーグリッド偏光子１６に波長選択フィルタ（光学フィルタ）３１を一体に設けて偏光子モジュール（光学ユニット）３０を構成している。

図５は偏光子モジュール３０の構成を示す図であり、図５（Ａ）は平面図、図５（Ｂ）は側面図である。
波長選択フィルタ３１は、透過する光の波長を選択するフィルタであり、平面視でワイヤーグリッド偏光子１６と略同一の大きさ（面積）に形成されている。本実施形態では、波長選択フィルタ３１には、透明な材料（例えば、石英、ホウケイ酸ガラス）で形成された基板の少なくとも一面に所定材料が多層蒸着された光学フィルタが用いられている。波長選択フィルタ３１は、必要な偏光特性に応じた偏光させたい波長の光を透過するように構成される。偏光子モジュール３０は、ワイヤーグリッド偏光子１６が光配向対象物２に向き、波長選択フィルタ３１がランプ７に向くように配置され、波長選択フィルタ３１によって所望の波長が選択された光が、ワイヤーグリッド偏光子１６によって偏光されて照射される。

ワイヤーグリッド偏光子１６は、基板１６Ｃ上にグリッド（不図示）が形成されて構成され、ワイヤーグリッド偏光子１６の一面はグリッド面Ｇになっており、このグリッド面Ｇ側に波長選択フィルタ３１が一体化されている。具体的には、基板１６Ｃには、ワイヤーグリッド偏光子１６の端部１６Ａに沿ってグリッドが形成されない部分があり、当該部分の基板１６Ｃ上に接着剤３２が設けられている。この接着剤３２上に波長選択フィルタ３１が配置されて接着されることで、ワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１とが一体化される。

接着剤３２は、グリッドの基板１６Ｃからの高さよりも厚い所定の厚さを有しており、ワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１のグリッドとの間に隙間δが設けられることになる。本実施形態では、接着剤３２に、加熱により硬化するテープ状の接着剤が用いられている。また、接着の際にワイヤーグリッド偏光子１６には圧力はかからない。
このように、ワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１との間に隙間δを設けることで、ワイヤーグリッド偏光子１６のグリッドを保護できる。また、ワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１とを接着剤３２で貼り合わせたため、容易かつコンパクトに一体化できる。さらに、接着剤３２をグリッドの高さよりも厚く形成することで、接着剤３２が隙間δを形成するスペーサとなり、ワイヤーグリッド偏光子１６のグリッドと波長選択フィルタ３１との接触を抑制できるので、ワイヤーグリッド偏光子１６のグリッドを保護できる。さらに、硬化した接着剤３２をスペーサとすることで、ワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１との間の隙間δを維持でき、ワイヤーグリッド偏光子１６のグリッドを保護できる。
なお、本実施形態では、ワイヤーグリッド偏光子１６の厚さは約１ｍｍであり、波長選択フィルタ３１の厚さは約３ｍｍであり、接着剤３２の厚さは約２００μｍであり、グリッドの高さは典型的には１μｍに満たない大きさである。このため、接着剤３２の厚さが隙間δと実質的に同等であり、波長選択フィルタ３１の下面がワイヤーグリッド偏光子１６のグリッドに接触しないようになっている。また、接着剤３２は、硬化した際に波長選択フィルタ３１の自重で縮まない固さを有している。

偏光子モジュール３０は、ワイヤーグリッド偏光子１６の端部１６Ａが支持部２４の端部２２に挟み込まれるように支持フレーム１８に支持され、支持フレーム１８はフレーム１４に固定される。
このように、ワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１とを一体化することで、ワイヤーグリッド偏光子１６及び波長選択フィルタ３１のフレーム１４を１つにし、偏光子ユニット１０及び波長選択フィルタ３１の保持構造を簡素化かつ小型化できる。その結果、部品点数を削減し、コストを削減できる。また、ワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１とを一体化することで、ワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１とで仕切られる空間が減るため、照射器６内を冷却しやすくすることができる。この効果は、特に、冷却風で照射器６内を冷却する場合に有効である。
これに加え、ワイヤーグリッド偏光子１６のグリッド面Ｇ側に波長選択フィルタ３１を設けることで、カバーガラスを設ける必要がなくなるので、カバーガラスを設けることによる光量の低下を防止できる。
接着剤３２は支持部２４の端部２２に挟み込まれる端部１６Ａに設けられ、接着剤３２の幅を端部２２に収まる大きさに形成されているため、接着剤３２が透過（偏光）を疎外することはない。また、偏光子モジュール３０は端部２２の挟み込みによっては圧縮されず、隙間δが維持される。

以上説明したように、本実施形態によれば、ワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１とを隙間を空けて一体にしたため、ワイヤーグリッド偏光子１６及び波長選択フィルタ３１の保持構造を簡素化かつ小型化できる。

また、本実施形態によれば、波長選択フィルタ３１をワイヤーグリッド偏光子１６のグリッド側に設けたため、グリッドを保護する部材を別途設けることなく、グリッドを保護できる。また、ワイヤーグリッド偏光子１６のグリッド側にカバーガラスを設ける場合に比べ、カバーガラスの分だけ透過率が上がり、光量を増加できる。

また、本実施形態によれば、ワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１との間にスペーサを設けたため、ワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１との間の隙間δを維持でき、ワイヤーグリッド偏光子１６のグリッドを保護できる。

また、本実施形態によれば、ワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１とを接着剤３２によって一体化したため、ワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１とを容易かつコンパクトに一体化できる。

但し、上述の実施形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上述の実施形態では、波長選択フィルタ３１は、ワイヤーグリッド偏光子１６のグリッド面Ｇ側に設けたが、ワイヤーグリッド偏光子１６のグリッド面Ｇ側にカバーガラスを一体に設けてもよい。

また、上述の実施形態では、基板１６Ｃには、ワイヤーグリッド偏光子１６の端部１６Ａに沿ってグリッドが形成されない部分を形成し、当該部分の基板１６Ｃ上に接着剤３２を設けていたが、この構成に限定されるものではない。例えば、基板１６Ｃ全体にグリッドを形成し、グリッド上に接着剤３２を設けてもよい。
また、上述の実施形態では、接着剤３２は、ワイヤーグリッド偏光子１６の端部１６Ａに亘って設けたが、端部１６Ａの一部に設けてもよい。また接着剤３２をワイヤーグリッド偏光子１６の端部１６Ａに設けたが、辺２５の幅Ｗが比較的幅広の場合等には、ワイヤーグリッド偏光子１６の側縁１６Ｂに設けてもよい。この場合には、接着剤３２の幅を支持フレーム１８の辺２５に収まる大きさとすることで、接着剤３２を設けることによる透過（偏光）の疎外を抑制できる。
また、上述の実施形態では、接着剤３２に加熱により硬化するテープ状の接着剤が用いられていたが、接着剤３２はこれに限定されるものではなく、他の方法で硬化するものでもよい。またワイヤーグリッド偏光子１６と波長選択フィルタ３１とを一体化する部材は接着剤に限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、接着材３２がスペーサの役割を果たしていたが、接着材３２とは別にスペーサを設けてもよい。
また、上述の実施形態では、複数のワイヤーグリッド偏光子１６で偏光子ユニット１０を構成していたが、ワイヤーグリッド偏光子１６は１つであってもよい。

また、上述の実施形態では、波長選択フィルタ３１に、透明な材料（例えば、石英、ホウケイ酸ガラス）で形成された基板の少なくとも一面に所定材料が多層蒸着された光学フィルタが用いていたが、波長選択フィルタ３１はこれに限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、光学フィルタとして波長選択フィルタ３１を設けていたが、光学フィルタはこれに限定されるものではない。また光学フィルタは、複数のフィルタを重ねて１つのフィルタとしたものであってもよい。
また、上述の実施形態では、光学フィルタとして波長選択フィルタ３１を設けたが、光源自体で所望の波長の光を出射できる場合には、波長選択フィルタ３１を省略してもよい。

また、上述の実施形態では、ランプ７に紫外線ランプを用いていたが、ランプ７が照射する光は紫外線に限定されるものではなく、可視光等他の波長域であってもよい。またランプ７に代えて、ＬＥＤ等の発光素子を直線状に配列した線状光源を用いることもできる。

１ 光配向装置（光照射装置）
９ 波長選択フィルタ（光学フィルタ）
１６ ワイヤーグリッド偏光子
３０ 偏光子モジュール（光学ユニット）
３２ 接着剤
δ 隙間

Claims (5)

1. ワイヤーグリッド偏光子と光学フィルタとを隙間を空けて一体にしたことを特徴とする光学ユニット。
2. 前記光学フィルタを前記ワイヤーグリッド偏光子のグリッド側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記ワイヤーグリッド偏光子と前記光学フィルタとの間にスペーサを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学ユニット。
4. 前記ワイヤーグリッド偏光子と前記光学フィルタとを接着剤によって一体化したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学ユニット。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の光学ユニットを備えたことを特徴とする光照射装置。

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