JP5454624B2 - 偏光光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶素子の配向膜や、視野角補償フィルムの配向層などに所定の波長の偏光光を照射して配向を行う偏光光照射装置に関する。

近年、液晶パネルを始めとする液晶表示素子の配向膜や、視野角補償フィルムの配向層などの配向処理に関し、紫外線領域の波長の偏光光を照射し配向を行なう、光配向と呼ばれる技術が採用されるようになってきた。以下、光により配向を行う配向膜や、配向層を設けたフィルムなど、光により配向特性が生じる膜や層を総称して光配向膜と呼ぶ。
光配向膜は、液晶パネルの大型化と共に、例えば一辺が２０００ｍｍ以上の四角形というように大面積化している。
上記のような大面積の光配向膜に対して光配向を行うために、棒状のランプとワイヤーグリッド状のグリッドを有する偏光素子（以下ワイヤーグリッド偏光素子という）を組み合わせた偏光光照射装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
光配向膜用の偏光光照射装置において棒状ランプは、発光長が比較的長いものを作ることができる。そのため、配向膜の幅に応じた発光長を備えた棒状ランプを使用し、該ランプからの光を照射しながら、配向膜をランプの長手方向に直交する方向に移動させれば、広い面積の配向膜を比較的短時間で光配向処理を行なうことができる。

図５に、線状の光源である棒状ランプとワイヤーグリッド偏光素子を組み合わせた偏光光照射装置の構成例を示す。
同図において、光配向膜であるワーク４は、例えば視野角補償フィルムのような帯状の長尺ワークであり、送り出しロールＲ１から送り出され、図中矢印方向に搬送され、後述するように偏光光照射により光配向処理され、巻き取りロールＲ２により巻き取られる。
偏光光照射装置の光出射部２は、光配向処理に必要な波長の光（紫外線）を放射する棒状ランプ２１、例えば高圧水銀ランプや水銀に他の金属を加えたメタルハライドランプと、棒状ランプ２１からの紫外線をワーク４に向けて反射する樋状の反射ミラー２２備える。上記のように、棒状ランプ２１の長さは、発光部が、ワーク４の搬送方向に直交する方向の幅に対応する長さを備えたものを使用する。光出射部２は、ランプ２１の長手方向がワーク４の幅方向（搬送方向に対して直交方向）になるように配置する。

光出射部２の光出射側には、偏光素子であるワイヤーグリッド偏光素子１が設けられる。光出射部２からの光はワイヤーグリッド偏光素子１により偏光され、偏光光照射領域が形成される。ワーク４は光出射部２の下の偏光光照射領域を通過することにより、光配向処理が行われる。
光路中にワイヤーグリッド偏光素子を挿入すると、グリッドの長手方向に平行な偏光成分は大部分反射または吸収され、直交する偏光成分は通過する。したがって、ワイヤーグリッド偏光素子を通過した光は、偏光素子のグリッドの長手方向に直交する方向の偏光軸を有する偏光光となる。

光配向に使用される紫外線を偏光するワイヤーグリッド偏光素子は、微細な加工技術が必要であり、半導体製造に使われるリソグラフィ技術やエッチング技術を利用して作られる。そのため、大型のものができず、現状製作できる大きさはφ３００ｍｍ程度までである。
そこで、発光長の長い棒状の光源、例えば長さ１ｍから３ｍといった棒状の高圧水銀ランプやメタルハライドランプに応じた、大きな（長い）偏光素子が必要な場合は、ガラス基板から切り出した矩形のワイヤーグリッド偏光素子を複数、グリッドの方向をそろえ、フレームの中にランプの長手方向に沿って並べ、一つの偏光素子として使用することが提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２０１１−１４５３８１号公報 特許第４５０６４１２号公報 特許第４４２４２９６号公報

竹田、野中、藤本「クリーンルーム環境問題 シロキサン化合物」クリーンテクノロジー １９９８年４月号３４ページ

図６は、図５に示した偏光光照射装置の灯具（ランプハウス）の構成例を示す図であり、同図はランプの長手方向に対して直交する方向の断面図を示す。
ランプハウス１０には、棒状のランプ２１と、断面が放物線状である樋状の反射ミラー２２から構成される光出射部２を有する光源部１１が設けられ、その上部に、ランプ点灯時にランプや反射ミラーを冷却する冷却風の温度を下げる水冷式の冷却機（ラジエータ）２０と、冷却風を発生させる送風機（ブロア）３０とが配置される。
光源部１１は隔壁４０により囲まれており、その外側をランプハウス１０の外壁（筐体）６０が覆っている。ランプハウス１０の外壁６０と上記の隔壁４０との間には隙間が設けられている。この隙間は、冷却風が通過する通風路５０となる。また、ランプハウス１０の外壁６０には、光源部１１からワーク４に向かって照射される光が通過する光出射窓７０が形成されている。この光出射窓７０には、通過する光を偏光するワイヤーグリッド偏光素子１を有する偏光素子ユニット８０が取り付けられる。

図７に偏光素子ユニットの構造を示す。
偏光素子ユニット８０は、複数のワイヤーグリッド偏光素子（以下偏光板ともいう）１を、棒状ランプ２１の長手方向に沿ってフレーム（保持枠）８１内に並べて保持したものである。偏光板と偏光板の間には、１ｍｍから２ｍｍ程度の隙間を持たせる必要がある。それは、偏光板どうしのグリッドの方向が平行になるように、各偏光板をその平面内で回転させて位置調整を行わなければならないからである。偏光板と偏光板の間の隙間は、偏光板が回転移動するための調整しろとなる。そして、この隙間は、ここから非偏光光が漏れないように、隙間の幅と偏光板の辺の長さに合わせた遮光板８２により覆われている。

図６に戻り、ランプ点灯時のランプ冷却風の流れについて説明する。
ブロア３０から送り出された冷却風は、隔壁４０と外壁６０との間の通風路５０を通り、偏光素子ユニット８０と反射ミラー２２との間から取り込まれてランプ２１と反射ミラー２２を冷却する。
ランプ２１および反射ミラー２２を冷却し温度が高くなった冷却風は、反射ミラー２２の上部に形成された冷却風通風孔４１を介してラジエータ２０に流れ込んで冷却され、ブロア３０により再びランプ２１と反射ミラー２２を冷却するように送り出される。即ち冷却風はランプハウス内を循環している。

図８は、冷却風を循環させる偏光光照射装置の他の構成例を示す図である。なお、同図（ａ）は、棒状ランプの長手方向に対して直交する方向の断面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）の装置を上から見た図である。
偏光光照射装置は、棒状ランプ２１や樋状の反射ミラー２２から構成される光源部１１と、送風機３０や冷却機２０を内蔵する補機９０から構成され、光源部１１と補機９０は、ダクト９１，９２で接続されている。また、補機９０の送風機（ブロア）３０と冷却機（ラジエータ）２０はダクト９３により接続されている。
光源部１１の光出射部には、光出射窓７０が形成され、この光出射窓７０には、ワイヤーグリッド偏光素子１を有する偏光素子ユニット８０が取り付けられる。

ブロア３０から送り出された冷却風は、補機９０からダクト９１を通って光源部１１に送り込まれ、ランプ２１と反射ミラー２２および光源部１１全体を冷却し、光源部１１から排気される。光源部１１から排気された冷却風は、ダクト９２を通って、補機９０に送られ、冷却機２０に入って冷却される。冷却された冷却風は送風機３０に入り、再びダクト９１を通って光源部１１に送られる。このように、冷却風は光源部１１と補機９０との間を循環する。
上記ランプハウス内で冷却風を循環させる光照射器については、例えば特許文献３に記載されている。

このような、閉じた空間であるランプハウス内で冷却風を循環させる光照射器においては、基本的にはランプハウスの内と外とでは、エアー（空気）のやり取りは生じないはずである。しかし、このような冷却風をブロアによりランプとミラー側から引き込むような構造のランプハウスにおいては、ランプハウス内の圧力は均一ではない。図６、図８に示す装置においては、ブロアの吹き出し口付近の圧力は高く、ランプハウス外の周辺雰囲気に対して陽圧になる。
一方、冷却風が引き込まれる付近、例えばランプ２１と偏光素子ユニット８０との間は圧力が低く、ランプハウス外の周辺雰囲気に対して負圧になる。そのため、図６、図８に示したランプハウスにおいては、上記した偏光素子ユニット８０に並べた偏光素子１どうしの隙間から、外気がランプハウス内に引き込まれることとなる。

このような偏光光照射装置が配置される、半導体や液晶表示素子の工場のクリーンルームの雰囲気には、シロキサン化合物と呼ばれる物質が含まれており、製造上のトラブルや収率の悪化の原因になることが知られている（例えば非特許文献１参照）。
シロキサン化合物は例えばレジストの現像液などに多く含まれている。シロキサン化合物は、紫外線が照射されると光化学反応により白い粉を生じ、紫外線照射装置内部の光学素子の表面を白濁させる。
そのため、図６、図８に示す偏光光照射装置のランプハウスにおいて、シロキサン化合物が外気とともに偏光板どうしの隙間から引き込まれ、ランプから放射された紫外線と反応して、ワイヤーグリッド偏光素子のランプ側の表面を白濁させるという問題が生じた。偏光板の表面が白濁すると、紫外線の透過率が低下し、ワークに照射する偏光光の照度が低下する。
ワイヤーグリッド偏光素子は、ガラス基板等の表面に微細なグリッドを形成したものであり、この面にシロキサン化合物が付着すると簡単にクリーニングすることができない。

この問題を防ぐ方法の一つとして、偏光素子ユニットに並べた偏光板の境界部分の隙間を樹脂などで埋めて密閉構造にすることが考えられる。しかし、上記したように、この隙間は、偏光板の互いのグリッドの方向をそろえる調整をするために必要であり、密閉構造にすることができない。
本発明は、上記問題を解決するものであって、本発明の目的は、複数の偏光板を並べて配置した偏光素子ユニットを用いた偏光光照射装置において、複数の偏光板の境界に隙間を持たせた状態であっても、この隙間から外気がランプハウス内に引き込まれないようにすることである。

上述したように、複数の偏光板を並べて配置した偏光素子ユニットを用いた偏光光照射装置においては、偏光板の隙間からシロキサン化合物が外気とともに引き込まれるという問題が生じた。ランプハウス内に外気が引き込まれるということは、ランプハウス内が、部分的にでもランプハウス外の圧力に対して負圧になっているためである。
したがって、ランプハウス内の全体圧力が、外気の圧力に対して陽圧になれば、外気を引き込むことがない。上記したように、ランプハウスは、冷却風を引き込むランプとランプハウスの光出射窓（偏光素子ユニット）との間が負圧になりやすく、かつ偏光板どうしの間に隙間があるため外気を引き込みやすい。
そこで、本発明においては、棒状のランプと該ランプからの光を反射する樋状のミラーを有する紫外線を含む光を放射する光源を備え、光出射部に、複数の偏光板を並べて配置した上記光源からの光を偏光する偏光素子が設けられた偏光光照射装置において、上記樋状ミラーと上記偏光素子ユニットとの間の空間にガス（クリーンドライエアー）を供給するガス供給手段を設け、この部分を陽圧にする。これによりランプハウスの内部を陽圧にすることができ、外気が引き込まれるのを防ぐことができる。
また、ランプと偏光素子ユニットとの間に、光配向処理に必要な波長の紫外線を透過するフィルタや、フィルタ特性を持たない石英板等の光透過部材を、ランプの長手方向に沿って配置し、偏光素子ユニットと光透過部材の間にエアーを供給するようにすると、偏光素子ユニットのランプ側の空間が確実に陽圧になるので、さらに効果的である。
すなわち、本発明においては、以下のようにして前記課題を解決する。
光出射部を設けた灯具内に、紫外線を含む光を放射する光源を有し、該光源は、棒状のランプと、該ランプからの光を反射する樋状のミラーを備え、該樋状のミラーには、該ミラーの光出射側から導入されて上記ランプと樋状のミラーを冷却する冷却風が通過する開口が設けられ、上記ミラーの開口を通過した冷却風を冷却する冷却機と、該冷却機により冷却した冷却風を上記ミラーの光出射側に送る送風機とを備えた偏光光照射装置において、上記光出射部に、複数の偏光板を並べて配置した上記光源からの光を偏光する偏光素子を設け、上記樋状ミラーと上記偏光素子の間の空間にガスを供給するガス供給手段を設け、上記偏光素子として、偏光板を並べて配置したワイヤーグリッド偏光素子を用いる。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
樋状ミラーと、ワイヤーグリッド偏光素子からな偏光素子の間の空間にガス（エアー）を供給するガス供給手段を設けたので、ランプハウスの内部、特に偏光素子ユニットのランプ側の空間が陽圧となるため、偏光素子ユニットに並べた複数の偏光素子の間に隙間を設けていても、そこから外気がランプハウス内に引き込まれない。したがって、シロキサン化合物が原因となる偏光素子表面の白濁がなくなり、偏光光の照度の低下を防ぐことができる
また、樋状ミラーと偏光素子との間に光透過部材を配置し、ガス供給手段からこの光透過部材と偏光素子の間の空間にガスを供給すれば、ガスの流量を少なくしても、光透過部材と偏光素子の間の圧力を均一に高くすることができ、これにより用力の負担を軽減することができる。

本発明の偏光光照射装置の実施例を示す図である。 エアー吹き出し口を複数形成したノズルの構成例を示す図である。 本発明の実施例の変形例を示す図である。 樋状ミラーと偏光素子との間に光透過部材を配置した場合の構成を示す図である。 線状の光源である棒状ランプとワイヤーグリッド偏光素子を組み合わせた偏光光照射装置の構成例を示す図である。 図５に示した偏光光照射装置のランプハウスの構成例を示す図である。 偏光素子ユニットの構造を示す図である・ 冷却風を循環させる偏光光照射装置のランプハウスの他の構成例を示す図である。

図１は、本発明の偏光光照射装置の実施例を示す図である。同図は、ランプの長手方向に対して直交する方向の断面図である。なお、以下の実施例では、前記図６に示した構成の偏光光照射装置について説明するが、本発明は前記図８に示した構成の偏光光照射装置にも同様に適用することができる。
図１において、図６の従来の装置と異なる部分は、反射ミラー２２と上記偏光素子ユニット８０との間の空間にガス（クリーンドライエアー）を供給するノズル３（ガス供給手段）を設けた点である。それ以外の構成は図６に記載の装置と基本的に同じである。
すなわち、ランプハウス１０には、ランプ２１と、樋状の反射ミラー２２から構成される光出射部２を有する光源部１１が設けられ、その上部に、ランプ点灯時にランプ２１や反射ミラー２２を冷却する冷却風の温度を下げる水冷式の冷却機（ラジエータ）２０と、冷却風を発生させる送風機（ブロア）３０とが配置される。

光源部１１は隔壁４０により囲まれており、その外側をランプハウス１０の外壁（筐体）６０が覆っている。外壁６０と上記隔壁４０との間の隙間は、冷却風が通過する通風路５０となる。
樋状の反射ミラー２２には、該ミラー２２の光出射側から導入されて上記ランプと樋状のミラーを冷却する冷却風が通過する開口（冷却風通風孔４１）が設けられ、冷却風通風孔４１を通過した冷却風は、冷却機２０により冷却され、送風機３０により、上記通風路５０を経て、上記反射ミラー２２の光出射側に送られる。
また、ランプハウスの外壁６０には、光源部１１からワーク４に向かって照射される光が通過する光出射窓（光出射部）７０が形成されている。この光出射窓７０には、光出射窓７０から出射する光を偏光するワイヤーグリッド偏光素子１を有する偏光素子ユニット８０が取り付けられる。
偏光素子ユニット８０は、前記図７に示したように、複数のワイヤーグリッド偏光素子１を、ランプ２１の長手方向に沿ってフレーム（保持枠８１）内に並べて保持したものであり、偏光板は、１ｍｍから２ｍｍ程度の隙間を持たせて配置され、この隙間は遮光板により覆われている。

上記反射ミラー２２と偏光素子ユニット８０の間の空間にガスを供給するノズル３には、ガスとしてクリーンドライエアーが供給される。クリーンドライエアー（以下エアー）は、フィルタにより、露点が−５０°Ｃ〜−９０°Ｃ以下程度になるように除湿するとともに微粒子を除去した低露点高清浄度空気のことである。なお、同等の低露点高清浄度であり、紫外線を透過すれば、エアー以外のガス例えば窒素などの不活性ガスを使用しても良い。

ノズル３に供給するエアーは、装置を設置する工場の用力（ユーティリティ）から供給するようにしても良いし、別途準備したボンベから供給するようにしても良い。
ノズル３は、ランプ２１の長手方向に沿ったランプハウス１０の側面の外壁６０からランプハウス１０の内部に差し込まれており、エアーの吹き出し口３１は１ヶ所である。ノズル３に供給されたエアーは、ランプ２１（反射ミラー２２の光出射側）と偏光素子ユニット８０の偏光板１との間を、ランプの長手方向に対して直交するように流れる。この供給されたエアーにより、ランプと偏光素子との間の圧力が高くなる。
供給されたエアーは、ランプ冷却風とともに冷却風通風孔４１とラジエータ２０を介して、ブロア３０に引き込まれる。

表１は、ノズル３に供給するエアーの供給量（リットル／ｍｉｎ）と、ランプ２１と偏光素子１との間の静圧（Ｐａ）、偏光素子の隙間からの吸い込みの有無の関係を調べた実験結果である。なお、ノズル３はランプハウス１０の側面に１ヶ所のみに設けた。また、ランプ２１と偏光素子１との間の静圧を測定した場所は、図１のＡ部として示しているように、ランプ２１に対してノズル３を設けた側とは反対側の、反射ミラー２１の光出射側と偏光素子ユニット８０の間である。

同表に示すように、エアーを供給しない場合、Ａ部の静圧は−３０Ｐａの負圧で、偏光素子ユニット８０の並べた偏光素子１の隙間から、外気がランプハウス１０内に引き込まれていた。しかし、ノズル３に３５０リットル／ｍｉｎのエアーを供給したところ、Ａ部の静圧は２５Ｐａの陽圧になり、偏光素子１の隙間からのランプハウス１０内への外気の引き込みはなくなった。さらにノズル３に供給するエアーを４００リットル／ｍｉｎに増やしたところ、Ａ部の静圧は３２Ｐａに上昇し、やはり偏光素子１の隙間からのランプハウス１０内への外気の引き込みはない。

上記の結果より、ランプ２１と偏光素子１との間の静圧が約２５Ｐａ以上になるように、ランプ１と偏光素子２との間にエアーを供給すれば、偏光素子１の隙間からのランプハウス１０内への外気の引き込みを防ぐことができると考えられる。即ち、ランプ２１と偏光素子１との間の静圧が約２５Ｐａ以上になるようにランプハウス１０内にエアーを供給すれば、ランプハウス１０内全体が陽圧になり、ランプハウス１０内への外気の引き込みがなくなるものと考えられる。

上記実施例においては、ノズル３のエアー吹き出し口は１ヶ所である。しかし、図２に示すように、ノズル３をランプ２１の長手方向に沿って伸ばし、エアー吹き出し口３１を複数形成しても良い。ノズル３をこのような形状にすることで、エアーをランプ長手方向に対して均一に供給することができる。そのため、ランプ２１と偏光素子１との間を陽圧にするのに、エアーの流量を少なくでき、これにより用力の負担を軽減できる。

図３は、上記実施例の変形例を示す図である。同図は、ランプの長手方向に沿った方向の断面図である。
図１に示した実施例においては、ランプ２１の長手方向に沿ったランプハウス１０の側面から挿入したが、この実施例では、ランプの長手方向に直交するランプハウス１０の側面から挿入しており、その他の構成は図１と同様である。
ノズル３に供給したエアーは、ランプ２１（反射ミラー２２の光出射側）と偏光素子ユニット８０の偏光素子１との間を、ランプ２１の長手方向に沿って流れる。この供給されたエアーにより、ランプ２１と偏光素子１との間の圧力が高くなる。供給されたエアーは、ランプ冷却風とともに冷却風通風孔４１とラジエータ２０を介して、ブロア３０に引き込まれる。
このように構成しても良いが、ランプ２１が長くなると、供給するエアーが流れる距離が長くなる。そのため、ランプ２１に対してノズル３を設けた反対側の圧力が上がりにくくなり、エアーの供給流量がやや多めに必要になると考えられる。

図４は、樋状ミラーと偏光素子との間に光透過部材を配置した場合の構成例を示す図である。同図は、ランプの長手方向に対して直交する方向の断面図である。
図４においては、ランプ２１と偏光素子ユニット８０との間に、光透過部材保持ユニット５を設け、この光透過部材保持ユニット５と偏光素子ユニット８０との間に、エアーを供給するようにしている。
光透過部材保持ユニット５は、例えば、前記偏光素子ユニット８０と同様に、複数の光透過部材５１をランプの長手方向に並べて配置したものである。この光透過部材５１としては、例えば、フィルタ特性を持たない(特定波長の光を遮断する特性を持たない)石英板や、光配向処理に不要な波長の光（例えば可視光や赤外光）を遮断する蒸着膜をガラス板に形成した干渉膜フィルタなどのフィルタ等を用いることができる。
ノズル３に供給されたエアーは、光透過部材保持ユニット５と偏光素子ユニット８０との間を、ランプ２１の長手方向に対して直交するように流れ、光透過部材保持ユニット５と偏光素子ユニット８０との間の圧力を陽圧にする。その後、ノズル３がある側とは反対側からランプ冷却風とともに冷却風通風孔４１とラジエータ２０を介して、ブロア３０に引き込まれる。

図１に示した実施例の構成では、ノズル３から供給されたエアーが、ノズル３がある側とは反対側のランプハウス側面に達するまでに、ランプ冷却風とともにブロア３０に吸引されてしまう。
しかし、図４のように構成することで、光透過部材保持ユニット５と偏光素子ユニット８０により通風路が形成される。そのため、ランプハウス１０に供給したエアーは、途中でブロア３０に吸引されることなく、ノズル３がある側とは反対側のランプハウス１０の側面に達する。
このことにより、エアーの流量を少なくしても、エアーはノズル３が設けられている側とは反対側にまで届き、光透過部材５１と偏光素子１の間の圧力を、エアーが流れる方向に対して、均一に高くすることができる。これにより用力の負担を軽減できる。

１ ワイヤーグリッド偏光素子
２ 光出射部
３ ノズル
４ ワーク
５ 光透過部材保持ユニット
１０ ランプハウス
１１ 光源部
２０ 冷却機（ラジエータ)
２１ 棒状ランプ
２２ 反射ミラー
３０ 送風機（ブロア）
３１ エアー吹き出し口
４０ 隔壁
４１ 冷却風通風孔
５０ 通風路
５１ 光透過部材
６０ 外壁（筐体）
７０ 光出射窓
８０ 偏光素子ユニット
８１ フレーム（保持枠）
８２ 遮光板

Claims (1)

1. 光出射部を設けた灯具内に、紫外線を含む光を放射する光源を有し、該光源は、棒状のランプと、該ランプからの光を反射する樋状のミラーを備え、該樋状のミラーには、該ミラーの光出射側から導入されて上記ランプと樋状のミラーを冷却する冷却風が通過する開口が設けられ、上記ミラーの開口を通過した冷却風を冷却する冷却機と、該冷却機により冷却した冷却風を上記ミラーの光出射側に送る送風機とを備えた偏光光照射装置において、
   上記光出射部に、複数の偏光板を並べて配置した上記光源からの光を偏光する偏光素子が設けられ、上記樋状ミラーと上記偏光素子の間の空間にガスを供給するガス供給手段が設けられ、上記偏光素子は、偏光板を並べて配置したワイヤーグリッド偏光素子である
   ことを特徴とする偏光光照射装置。

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