JP5251994B2 - 光照射装置および光照射方法 - Google Patents
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Description
そして、3D映像表示装置においては、観察者の左目および右目にそれぞれ左目用映像および右目用映像を認識させることにより、観察者の脳内において立体映像が認識されるが、左目用映像と右目用映像とを区別するために、パターン化位相差フィルムが用いられている。
このようなパターン化位相差フィルムの製造において、紫外光などの活性エネルギー線を光重合性液晶材料層92に対して広範囲にわたって照射することによって量産性を高めるために、通常、ロングアーク型の放電ランプを具えた光照射装置が用いられ、マスク95は、遮光部96および透光部97が伸びる方向(図21において紙面に垂直な方向)が、ロングアーク型の放電ランプの長手方向に直交するよう配置される。
すなわち、ロングアーク型の放電ランプは線光源であるために、光学系によって、放電ランプから放射される光を当該放電ランプの長手方向において互いに平行な平行光とすることができない。このため、図22に示すように、マスク95の透光部97を透過する光の一部が、マスク95にその面方向に対して斜交して入射されることにより、被照射物である光重合性液晶材料層92における遮光部96の縁部の直下に位置する領域に照射される結果、マスク95のパターンに忠実で解像度の高いパターンを有する液晶ポリマー層93を形成することが困難である。
それぞれ前記一方向に垂直な方向に伸びる線状の多数の遮光部および多数の透光部が前記一方向に交互に並ぶよう配置されてなるマスクと、
前記光出射部からの光を前記一方向に伸びる線状に集光して、ローラーに接した状態で前記マスクにおける透光部が伸びる方向に搬送されるフィルム状の被照射物に前記マスクを介して照射する集光部材とを備えてなり、
前記光出射部からの光が、前記一方向において互いに平行な平行光とされた状態で前記マスクに入射され、前記被照射物における前記ローラーに接する箇所に照射されることを特徴とする。
また、前記リフレクタは、その光軸を中心とする回転放物面状の光反射面を有するものであり、前記集光部材は、断面が放物線状の光反射面を有するシリンドリカルミラーよりなるものであってもよい。
また、前記リフレクタは、その光軸を中心とする回転放物面状の光反射面を有するものであり、前記集光部材は、シリンドリカル凸レンズを有してなるものであってもよい。
また、前記リフレクタは、その光軸を中心とする回転楕円面状の光反射面を有するものであり、前記集光部材は、断面が楕円状の光反射面を有するシリンドリカルミラーと、前記光出射部における光源素子に対応して前記一方向に並ぶよう配置された複数のシリンドリカル凸レンズとよりなるものであってもよい。
また、前記光出射部は、それぞれ同方向に伸びる少なくとも2つの光源素子列を有してなり、これらの光源素子列は、一の光源素子列に係る光源素子における放電ランプの電極間中心点と、当該光源素子に最も接近する、他の光源素子列に係る光源素子における放電ランプの電極間中心点とを結ぶ直線が、前記一方向に伸びる直線と斜交するよう配置されており、前記一方の光源素子列からの光による光照射領域と前記他方の光源素子列からの光による光照射領域とが重畳されていることが好ましい。
前記光出射部からの光を、集光部材によって前記一方向に伸びる線状に集光すると共に、前記一方向において互いに平行な平行光とした状態で前記マスクに入射させ、当該マスクを介して、ローラーに接した状態で前記マスクにおける透光部が伸びる方向に搬送されるフィルム状の被照射物における前記ローラーに接する箇所に照射することを特徴とする。
また、本発明の光照射方法においては、前記被照射物が、位相差フィルム製造用の光重合性液晶材料若しくは配向膜材料であることが好ましい。
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態に係る光照射装置の構成の概略を示す斜視図であり、図2は、図1に示す光照射装置をA−A線で切断して示す側面断面図、図3は、図1に示す光照射装置をB−Bで切断して示す平面断面図である。
この第1の実施の形態に係る光照射装置は、例えばパターン化位相差フィルムを製造するために用いられるものであって、複数例えば3つ以上の光源素子12よりなる光源素子列11を有する光出射部10と、この光出射部10からの光を、後述する光源素子12が並ぶ一方向に伸びる線状に集光する集光部材20と、この集光部材20からの光をストライプ状に整形するマスク30と、被照射物Wを搬送する搬送手段40とにより構成されている。
この集光部材20は、目的とする波長の紫外光のみを反射させ、不要な可視光および赤外光を透過させるコールドミラーコーティングが施されてなるものであってもよい。
図5は、マスク30の具体的な構成の一例を示す説明図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。このマスク30においては、例えば石英ガラスよりなる透光性基板31の一面に、例えばクロムよりなる多数の線状の遮光膜32が所要の間隔で離間して並ぶよう配置されており、遮光膜32が形成された領域によって線状の遮光部35が形成され、隣接する遮光膜32間の領域によって透光部36が形成されている。このマスク30には、図5(a)において破線Lbで示すように、遮光部35および透光部36が並ぶx方向に伸びる帯状の光が入射される。
また、被照射物Wは、後述するローラー41に接した状態で搬送されることにより、マスク30と被照射物Wとの間のギャップは、当該被照射物Wがy方向に搬送されるにつれて変動するため、マスク30における集光部材20からの光が入射される有効照射幅dは、マスク30と被照射物Wとの間のギャップの許容変動値や、ローラー41の半径を考慮して可能な範囲で小さく設定することが好ましい。これは、以下の理由による。すなわち、被照射物Wが搬送されてマスク30の直下領域を通過する際には、被照射物Wとマスク30との間のギャップは、先ず、被照射物Wがy方向に移動するにつれて小さくなり、マスク30の中央位置の直下に到達した後には、被照射物Wがy方向に移動するにつれて大きくなるが、最小有効照射幅dが大きい程、ギャップの変動幅も大きくなるため、後述するマスク30のパターンに忠実で高解像度のパターンを形成することができないからである。
具体的には、図6に示すように、マスク30と被照射物Wとの間のギャップの許容変動値をa、ローラー41の半径をrとしたとき、有効照射幅dは、d=√{r2 −(r−a)2 }×2により求めることができる。この式において、理論上は、被照射物Wの厚みを勘案することが必要であるが、被照射物Wの厚みは、ローラー41の半径に比較して極めて小さいため、無視することができる。具体的な例を挙げると、マスク30と被照射物Wとの間のギャップの許容変動値aが50μm、ローラー41の半径rが300mmである場合には、有効照射幅dは約11mm以下であることが好ましい。従って、上記した光出射部10におけるショートアーク型の各放電ランプ13からの放射光を、各リフレクタ15および集光部材20によりx方向に伸びる線状に集光することが、かかる有効照射幅dの範囲内に光を集光させるために有効であり、ひいては、マスク30のパターンに忠実で高解像度のパターンを形成することに繋がる。
被照射物がフィルム状のものである場合には、搬送手段40が被照射物Wに接して当該被照射物Wを搬送するローラー41を有するので、ローラー41の偏芯を少なくすることにより、マスク30と、ローラー41に接したフィルム状の被照射物Wとの間のギャップを一定に保つことができる。
なお、ローラー41に水冷機構を設けることにより、被照射物Wに高照度の紫外光が照射された場合でも、被照射物Wに接したローラー41により被照射物Wを冷却することができるので、被照射物Wのシュリンクなどの変形を防止することができる。
先ず、図7(a)に示すように、フィルム基材51上に、液状の配向膜用材料を塗布して乾燥または硬化することによって配向膜用材料層52Aを形成し、当該配向膜用材料層52Aに対してラビング処理を施すことにより、図7(b)に示すように、フィルム基材51上に配向膜52を形成する。次いで、図7(c)に示すように、配向膜52上に光重合性液晶材料層53Aを形成し、その後、光重合性液晶材料層53Aに対し、上記の光照射装置によって選択的露光処理を行って、光重合性液晶材料層53Aの一部を硬化させることにより、図7(d)に示すように、ストライプ状にパターン化された液晶ポリマー層53が形成される。そして、配向膜52上に残留する光重合性液晶材料層53Aを除去することにより、図7(e)に示すように、フィルム基材51上に配向膜52を介してストライプ状に液晶ポリマー層53が形成されてなるパターン化位相差フィルムが得られる。
図9は、第2の実施の形態に係る光照射装置の構成の概略を示す側面断面図である。
この第2の実施の形態に係る光照射装置は、例えばパターン化位相差フィルムを製造するために用いられるものであって、複数例えば3つ以上の光源素子12よりなる光源素子列11を有する光出射部10と、この光出射部10からの光を、後述する光源素子12が並ぶ一方向(x方向)に伸びる線状に集光する集光部材20と、この集光部材20からの光をストライプ状に整形するマスク30と、被照射物Wを搬送する搬送手段40とにより構成されている。ここで、マスク30および搬送手段40は、第1の実施の形態に係る光照射装置におけるマスク30および搬送手段40と同様の構成である。
集光部材20におけるシリンドリカル凸レンズ22は、光出射部10における各リフレクタ15の光軸Cに垂直な光出射面17の前方において、その凸面が光出射面となる向きに、その焦点fが平面ミラー23によって投影される被照射物Wの表面上に位置されるよう配置されている。
集光部材20における平面ミラー23は、マスク30の上方において、当該平面ミラーの光反射面24が、リフレクタ15の光軸Cに対して例えば45°の角度で傾いた状態で配置されている。
図10は、第3の実施の形態に係る光照射装置の構成の概略を示す側面断面図である。 この第3の実施の形態に係る光照射装置は、例えばパターン化位相差フィルムを製造するために用いられるものであって、複数例えば3つ以上の光源素子12よりなる光源素子列11を有する光出射部10と、この光出射部10からの光を、後述する光源素子12が並ぶ一方向(x方向)に伸びる線状に集光する集光部材20と、この集光部材20からの光をストライプ状に整形するマスク30と、被照射物Wを搬送する搬送手段40とにより構成されている。ここで、マスク30および搬送手段40は、第1の実施の形態に係る光照射装置におけるマスク30および搬送手段40と同様の構成である。
集光部材20におけるシリンドリカル楕円ミラー25は、光出射部10における各リフレクタ19の光軸Cに垂直な光出射面17の前方において、その第1焦点f1がリフレクタ19の第2焦点F2上に位置され、その第2焦点f2が被照射物Wの表面上に位置されるよう配置されている。
集光部材20における複合レンズ27は、図11に示すように、光出射部10における光源素子12の各々に対応する複数のシリンドリカル凸レンズ28が、x方向(図11において左右方向)に並ぶよう配置されて構成されている。また、複合レンズ27におけるシリンドリカル凸レンズ28の各々は、その凸面が光入射面となる向きに、その焦点がシリンドリカル楕円ミラー25によって投影されるリフレクタ15の第2焦点F2上に位置されるよう配置されている。
図12は、第4の実施の形態に係る光照射装置の構成の概略を示す側面断面図である。 この第4の実施の形態に係る光照射装置は、例えばパターン化位相差フィルムを製造するために用いられるものであって、集光部材20とマスク30との間の光路上に偏光素子45が配置されていることを除き、第1の実施の形態に係る光照射装置と同様の構成である。
図13は、偏光素子の一例における構成を示す説明図であり、(a)は斜視図、(b)は、(a)のA−A線断面図である。この偏光素子45は、ワイヤーグリッド偏光素子であり、例えばガラス若しくは石英ガラスよりなる矩形の透明基板46の一面に、多数の金属ワイヤー47が当該透明基板46の一辺に平行な方向に沿って一定の間隔で配置されて構成されている。金属ワイヤー47の配置ピッチは、光出射部10からの光の波長以下とされている。金属ワイヤー47を構成する金属材料としては、光反射率が高いものを用いるが好ましく、具体的には、アルミニウム、銀などを用いることが好ましい。
このような偏光素子(ワイヤーグリッド偏光素子)45においては、金属ワイヤー47の配置ピッチの約2倍以上の波長の光が、金属ワイヤー47が配置された面から照射されたときに、当該光を構成する振動成分のうち、金属ワイヤー47が伸びる方向に振動する成分を反射若しくは吸収すると共に、金属ワイヤー47が伸びる方向と垂直な方向に振動する成分を透過することによって、直線偏光光とされる。
先ず、図14(a)に示すように、フィルム基材51上に、液状の光配向膜用材料を塗布して乾燥または硬化することによって光配向膜用材料層55Aを形成する。
次いで、光配向膜用材料層55Aに対して、上記の光照射装置によって直線偏光光による選択的露光処理を行うことにより、図14(b)に示すように、フィルム基材51上にストライプ状にパターニングされた第1の光配向膜55を形成する。
更に、適宜の光照射装置によって、上記図14(b)で照射した偏光光と90°偏光方向が異なる直線偏光光により全面露光処理を行うことにより、図14(c)に示すように、隣接する第1の光配向膜55間に第2の光配向膜56を形成する。
次いで、図14(d)に示すように、第1の光配向膜55および第2の光配向膜56の表面上に、光重合性液晶材料層57Aを形成し、その後、光重合性液晶材料層57Aに対し、適宜の光照射装置によって全面露光処理を行って、当該光重合性液晶材料層57Aを硬化させることにより、図14(e)に示すように、第1の光配向膜55上に形成された第1の液晶ポリマー層部分57およびこの第1の液晶ポリマー層部分57とは液晶の配向状態が異なる第2の液晶ポリマー層部分58がストライプ状にパターン化されてなる液晶ポリマー層59が形成され、以て、パターン化位相差フィルムが得られる。
図15は、第5の実施の形態に係る光照射装置における光出射部を示す正面図である。この第5の実施の形態に係る光照射装置は、光出射部を除き、第1の実施の形態に係る光照射装置と同様の構成である。
この光照射装置における光出射部10は、2つの光源素子列11a,11bが互いに同方向に伸びて並ぶよう配置されて構成されている。具体的に説明すると、光源素子列11a,11bの各々は、複数の光源素子12が一方向(x方向)に並ぶよう配置されて構成され、光源素子12の各々は、ショートアーク型の放電ランプ13と、この放電ランプ13を取り囲むよう配置された、当該放電ランプ13からの光を反射するリフレクタ15とを有する。放電ランプ13およびリフレクタ15は、第1の実施の形態に係る光照射装置における放電ランプ13およびリフレクタ15と同様の構成である。
そして、2つの光源素子列11a,11bは、一方の光源素子列11aに係る光源素子12における放電ランプ13の電極間中心点と、当該光源素子12に最も接近する、他方の光源素子列11bに係る光源素子12における放電ランプ13の電極間中心点とを結ぶ直線Tが、x方向に伸びる直線Xと斜交するよう配置されている。
図16に示すように、一方の光源素子列および他方の光源素子列のいずれか一方からの光による照度分布においては、当該光源素子列における各光源素子からの光による光照射領域が互いに重畳することなく並んでいるため、照度のピークとボトムとの差が極めて大きいものである。これに対し、光出射部全体からの光による照度分布においては、一方の光源素子列からの光による光照射領域と他方の光源素子列からの光による光照射領域とが重畳され、しかも、一方の光源素子列からの光による光照射領域における照度のピーク位置と、他方の光源素子列からの光による光照射領域における照度のピーク位置とが互いに異なるため、照度のピークとボトムとの差が極めて小さいものであり、均一な照度分布が得られることが理解される。
図17は、第6の実施の形態に係る光照射装置の構成の概略を示す斜視図、図18は、図17に示す光照射装置をA−A線で切断して示す側面断面図である。
この第6の実施の形態に係る光照射装置は、例えば平板状の被照射物Wに対して線状のパターンを形成するために用いられるものであって、光出射部10の光出射方向前方において、集光部材の代わりに平面ミラー70が配置された構成とされていることの他は、第1の実施の形態に係る光照射装置と同一の構成を有する。
平面ミラー70は、光反射面71の法線がリフレクタ15の光軸Cに対して例えば45°の角度で傾いた状態(平面ミラー70による反射光がマスク30にその法線方向から入射される状態で)で配置されている。
被照射物Wは、例えば、被照射物Wをy方向にマスク30の透光性基板31と平行に搬送するステージよりなる搬送手段(図示せず)によって、光源素子12が並ぶ一方向(x方向)と直交方向(y方向)に搬送される。
例えば第2の実施の形態、第3の実施の形態および第6の実施の形態において、第4の実施の形態と同様に偏光素子が配置されていてもよい。
また、偏光素子が配置される位置は、光出射部とマスクとの間の光路上であればよく、従って、集光部材とマスクとの間の光路上に限定されず、例えば光出射部と集光部材との間の光路上であってもよい。
第6の実施の形態に係る光照射装置は、フィルム状の被処理物に対して線状のパターンを形成するに際して比較的大きな有効照射幅dが許容される場合においても適用することができる。
例えば第5の実施の形態に係る光照射装置の変形例として、4つの光源素子列よりなる光出射部を有する光照射装置を構成し、この変形例に係る光出射装置において、光出射部からの光を集光部材によって集光したときの光照射領域におけるx方向の照度分布を示す曲線図を図19に示す。この図において、縦軸は相対照度、横軸はx方向における相対的な位置を示し、曲線(1)は、1列目の光源素子列からの光による光照射領域の照度分布曲線、曲線(2)は2列目の光源素子列からの光による光照射領域の照度分布曲線、曲線(3)は、3列目の光源素子列からの光による光照射領域の照度分布曲線、曲線(4)は4列目の光源素子列からの光による光照射領域の照度分布曲線、曲線(5)は、光出射部全体からの光による光照射領域の照度分布曲線である。
図19に示すように、各光源素子列のいずれか一つの光による照度分布においては、当該光源素子列における各光源素子からの光による光照射領域が互いに重畳することなく並んでいるため、照度のピークとボトムとの差が極めて大きいものである。これに対し、光出射部全体からの光による照度分布においては、1列目乃至4列目の各々の光源素子列からの光による光照射領域が重畳され、しかも、各光源素子列からの光による光照射領域における照度のピーク位置が互いに異なるため、第5の実施の形態に係る光出射装置に比較して、照度のピークとボトムとの差が更に小さいものであり、一層均一な照度分布が得られることが理解される。
11,11a,11b 光源素子列
12 光源素子
13 放電ランプ
14 発光管
15 リフレクタ
16 光反射面
17 光出射面
18 固定部材
19 リフレクタ
20 集光部材
21 光反射面
22 シリンドリカル凸レンズ
23 平面ミラー
24 光反射面
25 シリンドリカル楕円ミラー
26 光反射面
27 複合レンズ
28 シリンドリカル凸レンズ
30 マスク
31 透光性基板
32 遮光膜
35 遮光部
36 透光部
40 搬送手段
41 ローラー
45 偏光素子
46 透明基板
47 金属ワイヤー
51 フィルム基材
52 配向膜
52A 配向膜用材料層
53 液晶ポリマー層
53A 光重合性液晶材料層
55 第1の光配向膜
55A 光配向膜用材料層
56 第2の光配向膜
57 第1の液晶ポリマー層部分
57A 光重合性液晶材料層
58 第2の液晶ポリマー層部分
59 液晶ポリマー層
70 平面ミラー
71 光反射面
80 3D映像発信部
81 右目用映像発信部
82 左目用映像発信部
85 3D映像表示体形成用フィルム
86 右目用映像表示部
87 左目用映像表示部
88 光源
90 フィルム基材
91 配向膜
92 光重合性液晶材料層
93 液晶ポリマー層
95 マスク
96 遮光部
97 透光部
G 最小ギャップ
Claims (10)
- ショートアーク型の放電ランプ、およびこの放電ランプを取り囲むよう配置された、当該放電ランプからの光を反射するリフレクタよりなる光源素子の複数が、一方向に並ぶよう配置されてなる光源素子列を有する光出射部と、
それぞれ前記一方向に垂直な方向に伸びる線状の多数の遮光部および多数の透光部が前記一方向に交互に並ぶよう配置されてなるマスクと、
前記光出射部からの光を前記一方向に伸びる線状に集光して、ローラーに接した状態で前記マスクにおける透光部が伸びる方向に搬送されるフィルム状の被照射物に前記マスクを介して照射する集光部材とを備えてなり、
前記光出射部からの光が、前記一方向において互いに平行な平行光とされた状態で前記マスクに入射され、前記被照射物における前記ローラーに接する箇所に照射されることを特徴とする光照射装置。 - 前記光出射部と前記マスクとの間の光路上に偏光素子が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。
- 前記リフレクタは、その光軸を中心とする回転放物面状の光反射面を有するものであり、前記集光部材は、断面が放物線状の光反射面を有するシリンドリカルミラーよりなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光照射装置。
- 前記リフレクタは、その光軸を中心とする回転放物面状の光反射面を有するものであり、前記集光部材は、シリンドリカル凸レンズを有してなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光照射装置。
- 前記リフレクタは、その光軸を中心とする回転楕円面状の光反射面を有するものであり、前記集光部材は、断面が楕円状の光反射面を有するシリンドリカルミラーと、前記光出射部における光源素子に対応して前記一方向に並ぶよう配置された複数のシリンドリカル凸レンズとよりなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光照射装置。
- 前記光出射部は、それぞれ同方向に伸びる少なくとも2つの光源素子列を有してなり、これらの光源素子列は、一の光源素子列に係る光源素子における放電ランプの電極間中心点と、当該光源素子に最も接近する、他の光源素子列に係る光源素子における放電ランプの電極間中心点とを結ぶ直線が、前記一方向に伸びる直線と斜交するよう配置されており、
前記一方の光源素子列からの光による光照射領域と前記他方の光源素子列からの光による光照射領域とが重畳されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の光照射装置。 - 前記被照射物が、位相差フィルム製造用の光重合性液晶材料若しくは配向膜材料であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の光照射装置。
- ショートアーク型の放電ランプ、およびこの放電ランプを取り囲むよう配置された、当該放電ランプからの光を反射するリフレクタよりなる光源素子の複数が、一方向に並ぶよう配置されてなる光源素子列を有する光出射部から出射された光を、それぞれ前記一方向に垂直な方向に伸びる線状の多数の遮光部および多数の透光部が前記一方向に交互に並ぶよう配置されてなるマスクを介して被照射物に照射する光照射方法であって、
前記光出射部からの光を、集光部材によって前記一方向に伸びる線状に集光すると共に、前記一方向において互いに平行な平行光とした状態で前記マスクに入射させ、当該マスクを介して、ローラーに接した状態で前記マスクにおける透光部が伸びる方向に搬送されるフィルム状の被照射物における前記ローラーに接する箇所に照射することを特徴とする光照射方法。 - 前記光出射部と前記マスクとの間の光路上に配置された偏光素子によって偏光光を照射することを特徴とする請求項8に記載の光照射方法。
- 前記被照射物が、位相差フィルム製造用の光重合性液晶材料若しくは配向膜材料であることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の光照射方法。
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