JP2018163250A - 紫外線照射装置および偏光光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過昇温による不具合を抑制することができる紫外線照射装置および偏光光照射装置を提供する。【解決手段】紫外線照射装置１は、直線状の光源５と、反射部材１０と、反射抑制部材６と、フィルタ２０とを具備する。光源５は、光を放出する。反射部材１０は、光源５の周方向に沿って設けられ、光源５の第一の波長域の光を反射し、第一の波長域の光以外を透過する反射面を有する。反射抑制部材６は、反射部材１０における反射面とは反対の面側に配設され、反射部材１０を透過した光源の第一の波長域の光以外の反射を抑制する。フィルタ２０は、反射面で反射された光が照射され、特定の波長を有する紫外線を透過する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、紫外線照射装置および偏光光照射装置に関する。

液晶パネルの製造装置として、液晶パネルの貼り合わせなどの光硬化工程等が用いられている。また、液晶パネルの配向膜の配向処理である光配向技術が注目されている。光配向技術で用いられる偏光光照射装置は、直線状の光源を有する紫外線照射装置を備えている。偏光光照射装置が備える紫外線照射装置は、例えば光源の周方向の全域から放射された光を、所望の照射面側へ集光させるように反射させる反射部材を有する。

特開２００９−２６５２９０号公報

ところで、従来技術においては、光源から放射された光のうち、反射部材の表面である反射面で反射されずに反射部材を透過する透過光が存在する。この透過光には、例えば、可視光や赤外光などが含まれる。このような透過光が、例えば、紫外線を放出させるためのフィルタや照射対象であるワークに到達すると、過昇温によって劣化などの不具合を引き起こす要因となるおそれがある。

本発明が解決しようとする課題は、過昇温による不具合を抑制することができる紫外線照射装置および偏光光照射装置を提供することである。

実施形態に係る紫外線照射装置は、直線状の光源、反射部材、反射抑制部材、フィルタを具備する。光源は、光を放出する。反射部材は、光源の周方向に沿って設けられ、光源の第一の波長域の光を反射し、第一の波長域の光以外を透過する反射面を有する。反射抑制部材は、反射部材における反射面とは反対の面側に配設され、反射部材を透過した光源の第一波長域の光以外の反射を抑制する。フィルタは、反射面で反射された光が照射され、特定の波長を有する紫外線を透過する。

本発明によれば、過昇温による不具合を抑制することができる紫外線照射装置および偏光光照射装置を提供することができる。

実施形態に係る紫外線照射装置および偏光光照射装置の構成を示す分解斜視図である。 実施形態に係る紫外線照射装置および偏光光照射装置の断面図である。 実施形態に係る紫外線照射装置の部分断面図である。 反射抑制部材を有さない紫外線照射装置の部分断面図である。 実施形態に係る偏光光照射装置の偏光素子を示す平面図である。 実施形態に係る偏光光照射装置の偏光素子の断面図である。 測定部位を示す説明図である。 消光比特性を比較する試験結果についての図表である。 温度特性を比較する試験結果についての図表である。

以下に説明する実施形態に係る紫外線照射装置１は、直線状の光源５、反射部材１０、反射抑制部材６、フィルタ２０を具備する。光源５は、光を放出する。反射部材１０は、光源５の周方向に沿って設けられ、光源５の第一の波長域の光を反射し、第一の波長域の光以外を透過する反射面１１を有する。反射抑制部材６は、反射部材１０における反射面１１とは反対の面側に配設され、反射部材１０を透過した光源５の光の反射を抑制する。フィルタ２０は、反射面１１で反射された光が照射され、特定の波長を有する紫外線を透過する。

また、以下に説明する実施形態に係る偏光光照射装置１００は、紫外線照射装置１、偏光素子２５を具備する。偏光素子２５は、フィルタ２０を挟んで光源５と対向するように配設され、紫外線が入射されて偏光光を出射する。

［実施形態］
実施形態に係る紫外線照射装置および偏光光照射装置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および偏光光照射装置の構成を示す分解斜視図である。図２は、図１に示す紫外線照射装置および偏光光照射装置の断面図（Ｘ軸方向視の平面図）である。図３は、図２に示す紫外線照射装置の部分断面図である。

図１、図２に示す紫外線照射装置１は、例えば、液晶パネルの貼り合わせなどの光硬化工程等に用いられる。また、図１、図２に示す偏光光照射装置１００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等の製造に用いられる。被処理物であるワークＷの表面に照射される紫外線の偏光軸の基準方向は、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の長手方向をＸ軸方向といい、Ｘ軸方向に直交し、且つ、ワークＷの幅方向を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軸方向という。他の図面においても、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向を同様に示す。

実施形態に係る偏光光照射装置１００は、紫外線照射装置１と、偏光素子２５と、偏光素子保持部２６とを備える。紫外線照射装置１は、光源５と、反射部材１０と、フィルタ２０と、反射抑制部材６と、放熱部材７とを備える。

光源５は、軸心がＸ軸方向に沿って延びる直線状の光源である。また、光源５は、例えば、水銀ランプ、メタルハライドランプ等の直線状の放電ランプや、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）が基板上に設けられた直線状のＬＥＤランプである。本実施形態では、１つの光源５のみを有するが、例えば、複数の光源５がＸ軸方向に沿うように直線状に並んで配列されてもよい。光源５は、直線状の発光部から、例えば波長が２００ｎｍから４００ｎｍの紫外光を含む光を放出することが可能になっており、光源５が放出する光は、さまざまな偏光軸成分を有する、いわゆる非偏光の光になっている。

また、反射部材１０は、光源５に対向する面に、光源５から放出される光を反射する反射面１１を有している。反射面１１は、直線状に配置される光源５の軸心に沿った方向に見た場合における形状である軸心方向視の形状、即ち、Ｘ軸方向視における形状が、楕円の一部が開口した形状になっている。反射部材１０は、反射面１１の楕円の２つの焦点のうち、一方の焦点の位置に光源５の軸心である中心軸Ｃが位置するように設けられており、他方の焦点側が開口している。反射部材１０は、このように反射面１１が楕円の一部の形状になっていることにより、一方の焦点の位置に光源５を配置した際に、光源５から放出された光を他方の焦点付近に集光させる、いわゆる集光型の反射部材になっている。また、反射部材１０は、Ｚ軸方向に開口する向きで配設されている。なお、反射部材１０のＸ軸方向視における形状は上記に限定されず、例えば放物線の一部が開口した形状や、平板になっていてもよい。

反射部材１０は、直線状に形成される光源５に沿って、これらの形状で光源５に対して平行に延びている。さらに、反射部材１０は、反射面１１の楕円が開口している側の反対側の部分で、楕円の曲率が最大になる部分付近に、楕円の周方向、或いはＹ軸方向にあいた空隙である空隙部１２が形成されている。即ち、空隙部１２は、光源５から見て、Ｚ軸方向において反射面１１の楕円が開口している側の反対側に形成されている。反射部材１０は、この空隙部１２で、楕円の内側と外側との空間が連通している。偏光光照射装置１００で偏光光を被照射物に照射する場合、光源５は熱を発しながら発光するが、この熱によって温度が高くなった空気は上方に流れ、空隙部１２から反射部材１０の上方に抜け出る。これにより、偏光光照射装置１００は、温度が高くなり過ぎることなく、紫外線をワークＷに照射する。

また、反射部材１０は、基材がガラスからなり、多層膜によって反射面１１が形成されるダイクロイックミラーとなって構成されている。反射部材１０の反射面１１は、例えば、紫外光（第一の波長域の光）を９５％の反射率で反射する一方、波長５００ｎｍ以上の可視光および赤外光（第一の波長域の光以外）を透過する。

フィルタ２０は、光源５から放出される光の特定の波長のみを透過するバンドパスフィルタであり、光源５から放出された光のうち、例えば、２５４ｎｍや３６５ｎｍなどの所定の波長の紫外線を透過し、他の波長の光が透過することを規制することが可能になっている。また、フィルタ２０は、光源５及び反射部材１０に対して、Ｚ軸方向において反射面１１の楕円が開口している側に配設されている。このフィルタ２０は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにおける周囲を、フィルタフレーム２１に囲まれており、これによりフィルタ２０は、フィルタフレーム２１によって保持されている。

反射抑制部材６は、外部から入射された光を吸収し、反射を抑制する部材である。反射抑制部材６は、反射部材１０における反射面１１とは反対の面側、すなわち反射部材１０の裏面側に、反射部材１０と放熱部材７との間に挟まれるように配置される。反射抑制部材６は、例えば、ＡＲ（Anti-Reflect）コートまたは黒色シートである。なお、反射抑制部材６は、上記したものに限らず、例えば、放熱部材７を構成するアルミニウムをアルマイト加工したものであってもよい。また、反射抑制部材６は、放熱部材７と向かい合う反射部材１０の裏面または反射部材１０と向かい合う放熱部材７の表面を黒色塗料で塗工した黒色塗装であってもよい。

放熱部材７は、反射抑制部材６を挟んで反射部材１０とは反対側に配置されている。放熱部材７は、例えば、所定の伝熱性を有するアルミニウム等によって形成されている。また、図３に示すように、放熱部材７は、内部に空隙９を有する中空形状の部材であり、空隙９には冷却水が循環可能に構成されている。

光源５から出射した照射光の一部、具体的には、赤外線、可視光線および一部の紫外線は、反射部材１０を透過するが、反射抑制部材６に到達することで再反射が抑制される。一方、図４は、反射抑制部材を有さない紫外線照射装置の部分断面図である。図４に示すように、光源５から出射した照射光のうち、反射部材１０を透過した透過光は、放熱部材７の表面８で反射され、フィルタ２０やワークＷに到達するおそれがある。赤外線、可視光線を含む透過光がフィルタ２０やワークＷに到達すると、過昇温によって劣化するおそれがある。

すなわち、実施形態に係る紫外線照射装置１によれば、反射部材１０を透過した透過光の反射を反射抑制部材６が抑制するため、透過光がフィルタ２０やワークＷに到達し、過昇温する不具合を抑制することができる。

なお、上記した実施形態では、反射抑制部材６は反射部材１０および放熱部材７の両方に接するように配置されたが、これに限らず、例えば、反射部材１０または放熱部材７の一方のみに接していてもよく、また、反射部材１０および放熱部材７の両方と接していなくてもよい。また、反射抑制部材６は、反射部材１０と放熱部材７との間に配置されたが、これに限らず、例えば紫外線照射装置１または偏光光照射装置１００を収容する筐体（図示せず）と反射部材１０との間に配置するように構成されてもよい。

図１、図２に戻り、偏光素子２５は、フィルタ２０と同様に、光源５及び反射部材１０に対して、Ｚ軸方向において反射面１１の楕円が開口している側に配設されている。集光型の反射部材である反射部材１０は、偏光素子２５に光を集光させることができるように設けられている。

偏光素子保持部２６には、紫外線を入射し偏光光を出射する偏光素子２５が保持され、偏光素子２５より出射される偏光光を透過する開口部２７を有する。また、偏光素子２５は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにおける周囲を、偏光素子保持部２６に囲まれており、これにより偏光素子２５は、偏光素子保持部２６によって保持されている。

なお、本実施形態で、偏光素子２５は、電気導体の長手方向がＹ軸方向と平行に配置されて、Ｘ軸方向と平行な偏光軸の紫外線を通過させる。即ち、本実施形態で、基準方向は、Ｘ軸方向と平行になっている。

ここで、偏光素子２５の構成について、図５および図６を用いてさらに説明する。図５は、実施形態に係る偏光光照射装置１００の偏光素子２５の平面図である。

図５に示すように、偏光素子２５は、フィルタ２０を通過した光を偏光する複数の偏光素子体１３（１３ａ〜１３ｆ）と、複数の偏光素子体１３（１３ａ〜１３ｆ）を支持する支持枠部材１４とを有する。支持枠部材１４は、光源５の中心軸Ｃ方向に沿って延びる長尺状に形成されており、各偏光素子体１３（１３ａ〜１３ｆ）の外周部を支持する複数の開口１４ａを有する。隣接する偏光素子体１３（１３ａ〜１３ｆ）同士の間は、支持枠部材１４の枠部であり、光源５の光が遮光されている。

偏光素子体１３（１３ａ〜１３ｆ）は、石英ガラスなどの基板上に複数の直線状の電気導体（例えば、クロムやアルミニウム合金等の金属線）を等間隔に平行に配置した、ワイヤーグリッド偏光素子になっている。電気導体の長手方向は、基準方向と直交する。電気導体のピッチは、光源５から放出される紫外線の波長の１／３以下であるのが望ましい。

偏光素子体１３（１３ａ〜１３ｆ）は、光源５から放出された光が入射されることによりフィルタ２０から放射される紫外線のうち、電気導体の長手方向に平行な偏光軸の紫外線の大部分を反射または吸収し、電気導体の長手方向に直交する偏光軸の紫外線を通過させ、ワークＷに向けて照射する。偏光素子２５は、光源５と偏光素子２５との間に配設されるフィルタ２０から出射した紫外線から、基準方向のみに振動した偏光軸の紫外線を偏光光として取り出すことが可能になっている。

また、偏光素子体１３（１３ａ〜１３ｆ）は、光源５から放出し、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光から基準方向のみに振動した偏光軸の光を取り出すことが可能になっている。なお、基準方向のみに振動した偏光軸の光を、一般に直線偏光という。また、偏光軸とは、光の電場及び磁場の振動方向である。なお、実施形態に係る偏光素子２５は、偏光素子体１３（１３ａ〜１３ｆ）を含んで構成されたが、これに限らず、例えば、１つの偏光素子体１３で構成されてもよい。

図６は、実施形態に係る偏光光照射装置１００の偏光素子２５を光源５の中心軸Ｃ方向に直交する方向から示す断面図である。

図６に示すように、偏光素子体１３は、複数の格子（グリッド）１７と、複数の格子１７が配列された矩形状の基板１８と、を有する。複数の格子１７は、ワークＷの照射面に沿って光源５の中心軸Ｃ方向に直交する方向に延びている。基板１８上には、複数の格子１７が中心軸Ｃ方向に所定の間隔をあけて配置されている。

図２に戻り、偏光素子保持部２６の、光源５と対向する側に、遮光板３０が設けられている。この遮光板３０は、偏光素子保持部２６の、開口部２７を囲むように配設されている。詳しくは、偏光素子２５は矩形の板状に形成されており、偏光素子２５を保持する偏光素子保持部２６に形成される開口部２７も、偏光素子２５と同様に、偏光素子２５に対応して矩形状の形状で形成されている。

遮光板３０は、偏光素子保持部２６の開口部２７における偏光光の出射側に位置して、光源５等が位置する方向の反対方向に偏光素子保持部２６から突出すると共に、開口部２７の開口方向に見た場合に開口部２７を囲んで配設されている。即ち、遮光板３０は、内側の形状が開口部２７よりも若干大きい形状となる略角筒状の形状に形成されており、Ｚ軸方向視において矩形状の開口部２７全体を四方から囲うように、角筒の軸方向がＺ軸方向になる向きで配設されている。このため、遮光板３０は、偏光素子保持部２６と対向する端部が開口している。このように設けられる遮光板３０は、内側の面が、例えば、アルミニウム箔等が配設されることにより光を反射する、遮光板反射面３１として形成されている。

なお、遮光板３０は、偏光素子保持部２６の開口部２７に対して、角筒の四辺とも５ｍｍ以内の範囲で設置されるのが好ましい。また、Ｚ軸方向における遮光板３０の高さは、偏光光照射装置１００でワークＷに照射をする際に、ワークＷの照射面に対して少なくとも５ｍｍ以上の間隔を有することが好ましい。

上記した紫外線照射装置１において、図４に示すように反射抑制部材を有さない場合は、光源５から出射した照射光のうち、反射部材１０を透過した紫外線が、放熱部材７で乱反射し、反射部材１０で制御された照射光角度以上の角度で、偏光素子２５に入射すると、偏光素子２５の偏光性能が悪化し、消光比特性が低下する。

また、上記した紫外線照射装置１において、図４に示すように反射抑制部材を有さない場合は、光源５から出射した照射光のうち、反射部材１０を透過した赤外線や可視光が放熱部材７で反射し、偏光素子２５に到達すると、偏光素子２５の過昇温によって寿命が低下する。

ここで、実施形態に係る偏光光照射装置１００と、反射抑制部材を有さない偏光光照射装置とにおける消光比特性の相違について、図７、図８を用いて説明する。図７は、測定部位を示す説明図である。図８は、消光比特性を比較する試験結果についての図表である。

本測定では、実施形態に係る偏光光照射装置１００（「反射抑制部材有り」と表示）と、反射抑制部材を有さない偏光光照射装置（「反射抑制部材無し」と表示）のそれぞれにおいて、光源５と向かい合う偏光素子２５の上面において消光比特性を測定した。具体的には、平面視で光源５の中心軸Ｃと重複する「０ｍｍ」の位置において、図７に示す「△」で示した１１地点において消光比をそれぞれ測定し、平均値、最大値および最小値を図８に示した。同様に、「０ｍｍ」の位置からＹ軸正方向側に３０ｍｍ移動した「＋３０ｍｍ」の位置において、図７に示す「○」で示した１１地点において消光比をそれぞれ測定し、平均値、最大値および最小値を図８に示した。さらに、「０ｍｍ」の位置からＹ軸負方向側に３０ｍｍ移動した「−３０ｍｍ」の位置において、図７に示す「●」で示した１１地点において消光比をそれぞれ測定し、平均値、最大値および最小値を図８に示した。

図８に示すように、「＋３０ｍｍ」、「０ｍｍ」、「−３０ｍｍ」のいずれの箇所においても、実施形態に係る偏光光照射装置１００は、反射抑制部材を有さない偏光光照射装置よりも消光比は高い値を示した。例えば、ワークＷが配向膜である場合、消光比が高いと、配向膜の配向性能が向上する。また、かかる配向膜が例えば液晶パネルの構成部品である場合、コントラストが明確になる。

次に、実施形態に係る偏光光照射装置１００と、反射抑制部材を有さない偏光光照射装置とによる温度特性の相違について、図７、図９を用いて説明する。図９は、温度特性を比較する試験結果についての図表である。

測定点としては、反射抑制部材６を有する偏光光照射装置１００と、反射抑制部材を有さない偏光光照射装置とのそれぞれにおいて、偏光素子体１３ｃの上面および下面、偏光素子体１３ｄの上面および下面、偏光素子体１３ｃの上方雰囲気、フィルタ２０の上面の合計６地点において、光源５発光中における温度をそれぞれ測定した。なお、「偏光素子体１３ｃの上方雰囲気」とは、偏光素子体１３ｃとフィルタ２０とで挟まれた空間をいう。

図９に示すように、実施形態に係る偏光光照射装置１００では、反射抑制部材を有さない偏光光照射装置と比較してどの部位においても低い温度を示した。すなわち、実施形態に係る偏光光照射装置１００は、昇温抑制効果を有することが明らかとなった。

実施形態に係る偏光光照射装置１００および紫外線照射装置１は、以上のような構成からなり、以下、その作用について説明する。紫外線照射装置１は、直線状の光源５、反射部材１０、反射抑制部材６、フィルタ２０を具備する。光源５は、光を放出する。反射部材１０は、光源５の周方向に沿って設けられ、光源５の第一の波長域の光を反射し、第一の波長域の光以外を透過する反射面１１を有する。反射抑制部材６は、反射部材１０における反射面１１とは反対の面側に配設され、反射部材１０を透過した光源５の第一の波長域の光以外の反射を抑制する。フィルタ２０は、反射面１１で反射された光が照射され、紫外線を放出する。反射部材１０を透過した紫外線がフィルタ２０に到達することを反射抑制部材６が抑制するので、例えばフィルタ２０の変形などの過昇温による不具合を抑制することができる。

また、偏光光照射装置１００は、紫外線照射装置１、偏光素子２５を具備する。偏光素子２５は、フィルタ２０を挟んで光源５と対向するように配設され、紫外線が入射されて偏光光を出射する。反射部材１０を透過した紫外線が偏光素子２５に到達することを反射抑制部材６が抑制するので、偏光性能の悪化による消光比の低下を抑制することができる。また、反射部材１０を透過した可視光や赤外線が偏光素子２５に到達することを反射抑制部材６が抑制するので、偏光素子２５の過昇温による寿命低下を抑制することができる。また、反射部材１０を透過した可視光がワークＷに到達することを反射抑制部材６が抑制するので、例えば、ワークＷの過昇温による変形などの不具合を抑制することができる。

本発明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。これらの実施形態やその変形は、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 紫外線照射装置
５ 光源
６ 反射抑制部材
１０ 反射部材
１３（１３ａ〜１３ｆ） 偏光素子体
２０ フィルタ
２５ 偏光素子
１００ 偏光光照射装置

Claims (2)

1. 光を放出する直線状の光源と；
   前記光源の周方向に沿って設けられ、前記光源の第一の波長域の光を反射し、前記第一の波長域の光以外を透過する反射面を有する反射部材と；
   前記反射部材における前記反射面とは反対の面側に配設され、前記反射部材を透過した前記光源の前記第一の波長域の光以外の反射を抑制する反射抑制部材と；
   前記反射面で反射された前記光が照射され、特定の波長を有する紫外線を透過するフィルタと；
   を具備する、紫外線照射装置。
2. 請求項１に記載の紫外線照射装置と；
   前記フィルタを挟んで前記光源と対向するように配設され、前記紫外線が入射されて偏光光を出射する偏光素子と；
   を具備する、偏光光照射装置。

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