JP2018072567A - Electromagnetic wave irradiation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁波照射装置に関するものである。 The present invention relates to an electromagnetic wave irradiation device.
従来、液晶パネルの配向膜の配向処理としてラビング法が知られている。ラビング法とは、配向膜を塗布した基板に対してナイロンなどの布を巻いたローラを一定圧力で押し込みながら回転させ、配向膜表面を一定方向に擦る方法である。しかしながら、ラビング法は、ローラと高分子膜表面の摩擦によってパーティクルや静電気が生じるため、歩留まり等を左右する要因となっていた。 Conventionally, a rubbing method is known as an alignment treatment for an alignment film of a liquid crystal panel. The rubbing method is a method of rubbing the surface of the alignment film in a certain direction by rotating a roller wound with a cloth such as nylon against the substrate coated with the alignment film while pressing it with a certain pressure. However, the rubbing method generates particles and static electricity due to friction between the roller and the surface of the polymer film, and thus has been a factor affecting the yield and the like.
そこで近年では、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)が用いられるようになっている。この光配向技術で用いられる紫外線照射装置は、光源である棒状の直管ランプと、偏光子とで主に構成されている。そして、直管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子が通過させ、通過させた紫外線を対象物に照射することなどにより配向膜の配向処理を行なう。
In recent years, therefore, a photo-alignment technique (see, for example,
しかしながら従来の紫外線照射装置では、偏光子で所定方向の偏光軸の紫外線のみを利用するものであるため、光エネルギーの利用効率が低いという問題があった。また、利用できなかった光エネルギーは熱に変わるため、当該熱によって紫外線照射装置の寿命が短くなるという問題もあった。 However, since the conventional ultraviolet irradiation device uses only ultraviolet rays having a polarization axis in a predetermined direction by a polarizer, there is a problem that the utilization efficiency of light energy is low. Further, since the light energy that could not be used is changed to heat, there is a problem that the life of the ultraviolet irradiation device is shortened by the heat.
そこで本発明は、光エネルギーの利用効率が高く、熱の発生の低い電磁波照射装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electromagnetic wave irradiation apparatus that has high utilization efficiency of light energy and low heat generation.
上記目的を達成するために、本発明の電磁波照射装置は、電磁波を放出する光源と、前記光源より放出された電磁波を対象物に向けて反射させる曲面状のミラーと、前記電磁波のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光Aを透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Bを反射する偏光子と、前記ミラーと前記偏光子との間に配置され、前記偏光Bを円偏光又は楕円偏光に変換する位相差素子と、を具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an electromagnetic wave irradiation device of the present invention includes a light source that emits an electromagnetic wave, a curved mirror that reflects the electromagnetic wave emitted from the light source toward an object, and a predetermined one of the electromagnetic waves. A polarizer that transmits the polarized light A having a polarization axis parallel to the reference direction and reflects the polarized light B having a polarization axis perpendicular to the reference direction, and is disposed between the mirror and the polarizer. And a phase difference element that converts the light into circularly polarized light or elliptically polarized light.
前記ミラーは、断面が放物線状又は楕円状に形成することができる。この場合、前記位相差素子は、前記偏光子で反射され前記位相差素子を通過した電磁波の50%以上、好ましくは75%以上、更に好ましくは90%以上が前記ミラーによる1回の反射で再度当該位相差素子を通過するように配置される方が良い。更に好ましくは、前記位相差素子は、前記ミラーの焦点の位置に配置される方が良い。 The mirror may have a parabolic or elliptical cross section. In this case, the retardation element reflects 50% or more of the electromagnetic wave reflected by the polarizer and passed through the retardation element, preferably 75% or more, more preferably 90% or more by one reflection by the mirror. It is better to arrange so as to pass through the phase difference element. More preferably, the phase difference element should be arranged at the focal point of the mirror.
また、前記ミラーの断面が楕円状である場合には、前記偏光子は、前記楕円の二つの焦点より中心側に配置される方が好ましい。 In addition, when the cross section of the mirror is elliptical, it is preferable that the polarizer is disposed closer to the center than the two focal points of the ellipse.
また、前記ミラーは金属からなるものを用いることができる。 Further, the mirror made of metal can be used.
また、前記位相差素子は、直線偏光した電磁波を透過させたときの電磁波の楕円率が0.7以上である方が好ましい。 In addition, it is preferable that the retardation element has an ellipticity of electromagnetic waves of 0.7 or more when linearly polarized electromagnetic waves are transmitted.
本発明の電磁波照射装置は、偏光子で反射された電磁波の偏光軸を変化させて当該偏光子を透過させるので、光エネルギーの利用効率を高めることができる。また、熱の発生を押さえることができるので、電磁波照射装置の寿命を長くすることができる。 Since the electromagnetic wave irradiation apparatus of the present invention changes the polarization axis of the electromagnetic wave reflected by the polarizer and transmits the polarizer, the utilization efficiency of light energy can be increased. Moreover, since generation | occurrence | production of a heat | fever can be suppressed, the lifetime of an electromagnetic wave irradiation apparatus can be lengthened.
以下に、本発明の電磁波照射装置について説明する。本発明の電磁波照射装置100は、図1に示すように、光源1と、ミラー2と、偏光子3と、位相差素子4とで主に構成される。
Below, the electromagnetic wave irradiation apparatus of this invention is demonstrated. As shown in FIG. 1, the electromagnetic
まず、本発明の電磁波照射装置100の原理を、図1を用いて説明する。
First, the principle of the electromagnetic
光源1から照射された電磁波Xは、偏光子3によって、所定の基準方向と平行な偏光軸の偏光Aが透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Bが反射される。透過した偏光Aは、対象物200に照射される。一方、反射された偏光Bは位相差素子4を通過すると円偏光(又は楕円偏光)の電磁波βに変換される。続いて当該電磁波βがミラー2で反射されると、反射前とは逆回転の円偏光(又は楕円偏光)である電磁波αになる。この電磁波αが再度位相差素子4を通過すると、ミラー2によって反射される前の電磁波βとは逆回転であるために、偏光Bとは偏光軸の角度が異なる線偏光となる。この電磁波は再び偏光子3で偏光Aが透過し偏光Bが反射される。これを繰り返すことにより、光源1から照射された電磁波は、偏光Aとして効率良く取り出すことができる。特に、電磁波に対して位相差素子4で付与される位相差が1/4波長である場合、図1に示すように、電磁波をミラー2によって位相差素子4に再通過させれば一回で電磁波をほぼ偏光Aに変換し偏光子3を透過させることができる。したがって、吸収による損失を最小限に抑えることができる。
The electromagnetic wave X emitted from the
次に、本発明の電磁波照射装置100の各構成要素について説明する。
Next, each component of the electromagnetic
光源1は、電磁波を放出するためのものである。当該電磁波としては、用途に応じて選択すれば良いが、例えば、紫外線、可視光線、赤外線等が該当する。当該光源1は、特定波長の電磁波のみを放出するものであっても良いが、用途に応じた特定波長の電磁波を含む所定範囲の波長を有する電磁波を放射するものであっても良い。この場合には、特定波長の電磁波のみを透過するフィルタ等によって目的の電磁波のみを分離しても良い。液晶パネルの配向膜の配向処理に用いる紫外線照射装置の場合には、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を光源として用いることができる。
The
ミラー2は、内面が光源1を内包するように曲面状に形成され、電磁波を偏光子3側に反射させるためのものである。当該ミラー2の材料としては、反射によって円偏光(又は楕円偏光)の電磁波の回転方向を反射前とは逆回転にできるものであればどのようなものでも良く、例えば、アルミニウム(Al)や銀(Ag)等の金属を用いることができる。また、ミラー2の形状は、光源1が放出する電磁波を対象物200に集光できる断面が楕円状のものや、光源1の放出する電磁波を対象物200に平行に集光できる放物線状のものを用いることができる。この場合、光源1は楕円又は放物線の焦点の位置に配置すれば良い。なお、光源1の放出する電磁波を対象物200に照射できるものであれば、ミラー2の形状は、これらに限られるものではない。また、電磁波照射装置100は、光源1が放出する電磁波を特定の位置に集光できるレンズと組み合わせることも可能である。
The
偏光子3は、電磁波のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光Aを透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Bを反射するものである。偏光子3としては、いわゆる反射型の偏光子3であればどのようなものでも良い。例えば、基部の表面上にラインアンドスペース状に互いに平行に形成された凸部を有する反射型のワイヤグリッドを用いることができる。当該凸部の材料としては、例えば、アルミニウム(Al)や銀(Ag)、アモルファスシリコン等の金属又は金属酸化物を用いることができる。また、当該凸部は、複数の材料からなる複層構造であっても良い。また、基部の材料としては、偏光Aが透過できるものであればどのようなものでも良く、ガラスや透明な樹脂等を用いることができる。液晶パネルの配向膜の配向処理に用いる紫外線照射装置の場合には、耐熱性および透過性を考慮すると、基部の材料は石英ガラスが適している。なお、偏光子3は、凸部同士の間まで基部の誘電体が充填されたものや、凸部が基部に内包されていても良い。これにより、強度を高めたり、金属線の腐食を防止したりすることができる。
The
また、偏光子3は、凸部のピッチが狭いほど、またアスペクト比が高いほど、広い波長域、特に短波長域に亘り高い消光比が得られる点で好ましい。
In addition, the
なお、ミラー2の断面が楕円状である場合には、偏光子3は、楕円の二つの焦点より中心側に配置するのが良く、好ましくは楕円の中心からいずれかの焦点までの距離の半分以内に配置するのが良く、更に好ましくは、焦点間の中央に配置されるのが好ましい。
When the cross section of the
位相差素子4は、ミラー2と偏光子3との間に配置され、偏光Bを円偏光又は楕円偏光に変換するものである。原理の説明において上述したように、当該位相差素子4は、透過した電磁波に1/4波長の位相差を付与するものが好ましい。ただし、位相差素子4が凹凸構造からなるものである場合、アスペクト比によっては、位相差素子4の加工が難しい場合もある。そこで、位相差素子4で付与される位相差を1/4n波長にしても良い(nは2以上の自然数)。この場合、電磁波を総て偏光Aに変換するためにはミラー2によって位相差素子4へ再照射させる回数がn回必要となるが、位相差素子4の凹凸構造のアスペクト比は、位相差を1/4波長与える凹凸構造に比べて1/nに小さくすることができ、加工が容易となる。例えば、位相差素子4で付与される位相差を1/8波長にすると、ミラー2によって位相差素子4へ再照射させる回数は2回必要になるが、凹凸構造のアスペクト比は、位相差を1/4波長与える凹凸構造に比べて半分にすることができる。なお、位相差素子4で付与される位相差の誤差は、1/4波長又は1/4n波長に対してプラスマイナス10%以下が良く、更に好ましくは5%以下が良い。
The
また、図2に示すように、位相差素子4の位置がミラー2の開口部21側に近いと、位相差素子4を通過した電磁波βが再度位相差素子4を通過するまでに、ミラー2によって2回反射することになる。この場合、電磁波の回転は元に戻ってしまうため、位相差素子4を通過した電磁波は元の偏光Bに戻ってしまい、偏光子3をほとんど通過できない。つまり、電磁波が再度位相差素子4を通過する際に電磁波の回転方向を反射前と逆回転にするためには、位相差素子4を通過してから再度位相差素子4を通過するまでのミラー2による反射を奇数回にする必要がある。したがって、偏光子3で反射され位相差素子4を通過した電磁波の50%以上、好ましくは75%以上、更に好ましくは90%以上がミラー2による1回の反射で再度位相差素子4を通過するように位相差素子4を配置するのが良い。例えば、ミラー2の断面が楕円状のものや放物線状のものである場合、当該位相差素子4の位置は、当該楕円又は放物線の焦点の位置又はできる限り焦点に近い位置に配置するのが好ましい。これにより、位相差素子4を通過した後、再度位相差素子4を通過するまでに、電磁波がミラー2によって反射される回数を1回にすることができる。
In addition, as shown in FIG. 2, when the position of the
位相差素子4の特性としては、変換後の楕円率が0.6以上、好ましくは0.7以上である方が良い。
As a characteristic of the
このような位相差素子4としては、偏光Bを円偏光又は楕円偏光に変換できればどのようなものでも良いが、例えば、凹凸構造を有し、当該構造を通過した電磁波に位相差を与えるものを用いることができる。凹凸構造は、例えば、波長λより小さい幅の凸部および凹部を有するラインアンドスペース状に形成される。また、凹凸構造は基部と同一の物質で一体に形成しても良いし、基部とは異なる物質で形成しても良い。凹凸構造の凸部に用いる材料としては、石英や無アルカリガラス等の無機化合物や、銀、金、アルミニウム、ニッケル、銅等の金属、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)等の金属酸化物、樹脂等を用いることができる。また、当該材料としては、波長λの電磁波によって電子が励起しないものの方が好ましく、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)等の金属酸化物が該当する。
As such a
次に、シミュレーションを用いて本発明の電磁波照射装置の効果を説明する。シミュレーションには、シノプシス社(synopsys, Inc)製のソフトDiffractMODとLightToolsを用いた。 Next, the effect of the electromagnetic wave irradiation apparatus of the present invention will be described using simulation. For the simulation, the software DiffractMOD and LightTools manufactured by synopsys, Inc. were used.
[シミュレーション1]
まず、ミラーの断面が楕円状である場合についてシミュレーションをした。シミュレーションに用いた電磁波照射装置のモデルを、図3を用いて説明する。
[Simulation 1]
First, a simulation was performed for a case where the cross section of the mirror is elliptical. A model of the electromagnetic wave irradiation apparatus used for the simulation will be described with reference to FIG.
光源1は、直径5mm、長さ500mmの円柱状で、放出する電磁波の波長を254nmとした。
The
ミラー2は、図3(a)に示すように、光源1を内包する形状であって、楕円の一部を光源1の長手方向に500mm連続させた形状とした。当該楕円は、図3(b)に示すように、二つの焦点間の距離が241mm、頂点と焦点の距離が21.1mmの楕円を当該楕円の短軸方向で切断した形状である。切断した開口部21の大きさは145mmとした。光源1は、この楕円に内包される焦点の位置に配置した。ミラー2の材料はアルミニウムとした。
As shown in FIG. 3A, the
偏光子3は、二酸化珪素(SiO2)の基板上に、ピッチが100nmで、凸部の高さが180nm、凸部の幅が30nm又は40nm、凸部の材料がアモルファスシリコン又はアルミニウムである4種類のワイヤグリッドとした。また、偏光子の位置は、上述したミラーを構成する楕円の内包されていない側の焦点の位置に、ミラーの開口部21と平行に配置した。
The
位相差素子は、通過する電磁波に1/4波長の位相差を付与するものを、光源1と0.5mmの隙間を空けて、ミラーの開口部21と平行に配置した。
The phase difference element provided a phase difference of ¼ wavelength to the electromagnetic wave passing therethrough was arranged in parallel with the mirror opening 21 with a gap of 0.5 mm from the
これらについて光源1の放出する光量に対する偏光子3を透過した光量の比である受光量を計算した。また、位相差素子4の有無による向上率についても計算した。その結果を表1に示す。
About these, the light reception amount which is ratio of the light quantity which permeate | transmitted the
表1より、ミラー2と偏光子3の間に位相差素子4を配置すると受光量が向上することがわかる。また、凸部の材料は、アモルファスシリコンよりもアルミニウムの方が、受光量が高くなることがわかる。
From Table 1, it can be seen that when the
[シミュレーション2]
次に、図4に示すように、シミュレーション1の偏光子3の位置をミラー2の楕円の二つの焦点間の中央に配置した。この場合についてシミュレーション1と同様の計算をした。その結果を表2に示す。
[Simulation 2]
Next, as shown in FIG. 4, the position of the
表2より、偏光子3の位置は、ミラーを構成する楕円の焦点位置に配置するよりも、焦点間の中央に配置する方が受光量が高く、位相差素子による効果も高いことがわかる。
[シミュレーション3]
次に、ミラーの断面が放物線状である場合についてもシミュレーションをした。シミュレーションに用いた電磁波照射装置のモデルを、図5を用いて説明する。
From Table 2, it can be seen that the position of the
[Simulation 3]
Next, a simulation was performed for the case where the mirror had a parabolic cross section. A model of the electromagnetic wave irradiation apparatus used for the simulation will be described with reference to FIG.
光源1は、直径5mm、長さ500mmの円柱状で、放出する電磁波の波長を254nmとした。
The
ミラー2は、図5(a)に示すように、光源1を内包する形状であって、放物線を光源1の長手方向に500mm連続させた形状とした。当該放物線は、図5(b)に示すように、頂点と焦点の距離が10.2mm、開口部21の大きさは124.5mmとした。光源1は、この放物線の焦点の位置に配置した。ミラー2の材料はアルミニウムとした。
As shown in FIG. 5A, the
偏光子3は、二酸化珪素(SiO2)の基板上に、ピッチが100nmで、凸部の高さが180nm、凸部の幅が30nm又は40nm、凸部の材料がアモルファスシリコン又はアルミニウムである4種類のワイヤグリッドとした。また、偏光子の位置は、上述したミラーを構成する放物線の開口部21に配置した。
The
位相差素子4は、通過する電磁波に1/4波長の位相差を付与するものを、光源1と0.5mmの隙間を空けて、ミラーの開口部21と平行に配置した。
The
これらについて光源1の放出する光量に対する偏光子3を透過した光量の比である受光量と、位相差素子4の有無による向上率の結果を表3に示す。
Table 3 shows the result of the light reception amount which is the ratio of the light amount transmitted through the
表3より、ミラー2と偏光子3の間に位相差素子4を配置すると受光量が向上することがわかる。また、凸部の材料は、アモルファスシリコンよりもアルミニウムの方が、受光量が高くなることがわかる。
From Table 3, it can be seen that when the
1 光源
2 ミラー
3 偏光子
4 位相差素子
100 電磁波照射装置
200 対象物
A 直線偏光(電磁波)
B 直線偏光(電磁波)
X 電磁波
α 電磁波
β 電磁波
DESCRIPTION OF
100 Electromagnetic wave irradiation device
200 Object A Linearly polarized light (electromagnetic wave)
B Linearly polarized light (electromagnetic wave)
X Electromagnetic wave α Electromagnetic wave β Electromagnetic wave
Claims (8)
前記光源より放出された電磁波を対象物に向けて反射させる曲面状のミラーと、
前記電磁波のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光Aを透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Bを反射する偏光子と、
前記ミラーと前記偏光子との間に配置され、前記偏光Bを円偏光又は楕円偏光に変換する位相差素子と、
を具備することを特徴とする電磁波照射装置。 A light source that emits electromagnetic waves;
A curved mirror that reflects the electromagnetic wave emitted from the light source toward an object;
A polarizer that transmits polarized light A having a polarization axis parallel to a predetermined reference direction out of the electromagnetic wave and reflects polarized light B having a polarization axis perpendicular to the reference direction;
A phase difference element that is disposed between the mirror and the polarizer and converts the polarized light B into circularly polarized light or elliptically polarized light;
An electromagnetic wave irradiation apparatus comprising:
前記偏光子は、前記楕円の二つの焦点より中心側に配置されることを特徴とする請求項1記載の電磁波照射装置。 The mirror has an elliptical cross section,
The electromagnetic wave irradiation apparatus according to claim 1, wherein the polarizer is disposed closer to the center than the two focal points of the ellipse.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016212154A JP2018072567A (en) | 2016-10-28 | 2016-10-28 | Electromagnetic wave irradiation device |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2016212154A JP2018072567A (en) | 2016-10-28 | 2016-10-28 | Electromagnetic wave irradiation device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=62111575
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---|---|---|---|
JP2016212154A Pending JP2018072567A (en) | 2016-10-28 | 2016-10-28 | Electromagnetic wave irradiation device |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2018072567A (en) |
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2016
- 2016-10-28 JP JP2016212154A patent/JP2018072567A/en active Pending
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