JP5607104B2 - 偏光紫外線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、被照射物に対して偏光紫外線を照射する偏光紫外線照射装置に関する。

従来、配向膜、或いは配向層（以下、これらを「光配向膜」と称する）に偏光光を照射することで配向する光配向と呼ばれる技術が知られており、この光配向は、液晶表示パネルの液晶表示素子が備える液晶配向膜の配向等に広く応用されている。
光配向に用いる照射装置としては、光源と偏光子とを有する照射器を備え、光配向膜が形成された被照射物を照射器の下方位置に搬送しながら、被照射物に偏光光を照射するように構成された装置が知られている。特に近年では、帯状の長い光配向膜の光配向を可能にするために、光源を線状のランプとするとともに、このランプの長軸方向に複数のワイヤーグリッド偏光子を配列した照射装置も提案されている。

光配向膜の配向方向は、ワイヤーグリッド偏光子のワイヤーの方向（偏向軸の方向）に依存する。一方、光配向膜に生じさせる配向方向は、光配向膜の用途や種類等により種々異なる。
そこで、従来、線状の紫外線光源を光源とした照射器を備え、この照射器を光配向膜面に直交する軸の周り回転させることにより、偏光軸の方向を調整可能とした偏光紫外線照射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４６０４６６１号公報

例えば液晶表示パネル等の被照射物はクラス１０程度のクリーン度を必要とするが、上記従来の構成では、照射器が被照射物の上方に配置されているため、照射器の回転によって生じたゴミが被照射物上に落下した場合には、被照射物の光学性能に影響を及ぼすおそれがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、被照射物への異物の混入を防止した偏光紫外線照射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、線状の紫外線光源と、紫外線を反射する反射鏡と、照射する紫外線を直線偏光にするためのワイヤーグリッド偏光子とを有する照射器を備え、被照射物に偏光光を照射して光配向する偏光紫外線照射装置において、前記ワイヤーグリッド偏光子は、当該ワイヤーグリッド偏光子の偏向軸の方向が前記光源の軸線方向と一致するように、前記光源の軸線方向に複数配列され、線状の縁端を備え、前記被照射物を搬送する搬送ステージと、前記搬送ステージを、前記光源の軸線方向に直交する方向に、前記照射器の下方位置に向けて往復駆動する往復駆動機構と、前記搬送ステージの前記縁端が前記光源の軸線方向と一致するように前記搬送ステージを回転駆動する回転駆動機構と、前記光源の軸線方向と一致する前記縁端を記憶する記憶部と、被照射物の一対の辺が記憶された前記縁端に対して一致する正姿勢となるように、前記被照射物の角度を調整する角度調整装置と、前記照射器の下方位置に被照射物が搬送されるまでの間に、前記正姿勢に調整された当該被照射物を記憶された前記縁端に対し被照射物に対する直線偏光の偏光軸角度分だけ回転させる回転機構と、を備えたことを特徴とする。

上記構成において、前記回転駆動機構が、前記搬送ステージ上に載置された被照射物を記憶された前記縁端に対し被照射物に対する直線偏光の偏光軸角度分だけ回転させるために前記搬送ステージを回転駆動してもよい。

上記構成において、前記角度調整装置が、記憶された前記縁端に対し被照射物を被照射物に対する直線偏光の偏光軸角度分だけ回転させ、前記角度調整装置から前記搬送ステージ上に被照射物を載置するためのロボットを備えてもよい。

本発明によれば、照射器の下方位置に被照射物が搬送されるまでの間に当該被照射物を光源の軸線に対し所定の角度回転させる回転機構を備えたため、被照射物上に回転物が配置されないので、被照射物への異物の混入を防止できる。

本発明の実施形態に係る偏光紫外線照射装置を模式的に示す平面図である。 偏光紫外線照射装置を模式的に示す正面図である。 角度調整装置を示す正面図である。 ワークステージの駆動ピンが突出した状態の偏光紫外線照射装置を模式的に示す正面図である。 図２における回転駆動機構を直動方向から示す図である。 被照射物の角度の微調整を示す説明図であり、（Ａ）は微調整前を、（Ｂ）は微調整後を示す。 撮影装置と、被照射物との関係を示す説明図である。

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偏光紫外線照射装置１を模式的に示す平面図であり、図２は偏光紫外線照射装置１を模式的に示す正面図である。
偏光紫外線照射装置１は、被照射物２に偏光光を照射して光配向する装置であり、ワークステージ（搬送ステージ）３と、定盤４と、照射器収容ボックス５と、照射器６と、角度調整装置２０と、ロボット３０と、往復駆動機構４０と、制御部５０とを備えている。なお、図２では、ロボット３０及び角度調整装置２０を省略している。

図１において、ワークステージ３は、少なくとも１つの線状の縁端３Ａを有する、例えば略矩形板状のステージであり、ロボット３０によって上面に被照射物２が載置される。被照射物２は、例えば液晶表示パネル等の薄板状のパネル体であり、光配向対象の配向膜や配向層を含む。定盤４は、ワークステージ３を支持する防振が図られたステージであり、定盤４には、ワークステージ３を照射器６の下方位置に向けて直線的に往復駆動する往復駆動機構４０が設けられており、この往復駆動機構４０によってワークステージ３が直動方向Ｘに沿って定盤４の面上を往復移動する。

本実施形態の往復駆動機構４０は、リニアモータアクチュエータとして構成されており、図１及び図２に示すように、定盤４に設けられた磁石盤４１及びリニアレール４２と、ワークステージ３に設けられたリニアモータ４３及びリニアガイド４４とを備えて構成されている。磁石盤４１はワークステージ３の直動方向Ｘに沿って直線状に配置され、リニアモータ４３はこの磁石盤４１に対面するように配置される。リニアモータ４３は図示を省略したコイルを有しており、制御部５０の制御の下、このコイルの磁極を反転することで、リニアガイド４４がリニアレール４２に案内され、ワークステージ３が直動方向Ｘに沿って定盤４の面上を往復移動する。なお、往復駆動機構４０は、リニアモータアクチュエータに限定されず、各種の機構を用いることが可能である。また、リニアレール４２は、リニアレールに限定されず、各種レールを用いることが可能である。

照射器収容ボックス５は、図２に示すように、定盤４に固定され、定盤４の上方位置で定盤４の幅方向（往復駆動機構４０の直動方向Ｘに垂直な方向）に延在する箱体である。照射器６は、照射器収容ボックス５に内蔵され、定盤４に向けて偏光光を照射する。
照射器６は、ランプ７と、反射鏡８と、偏光子ユニット１０とを備え、往復駆動機構４０により直下を移動する被照射物２の面Ｓに偏光光を集光させて照射する。
具体的には、ランプ７は、少なくとも被照射物２の幅と同等以上に延びる直管型（線状）の紫外線ランプであり、制御部５０の制御に基づいて点灯する。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、光配向対象物２に反射光を照射する。

偏光子ユニット１０は、反射鏡８と被照射物２の間に配置され、被照射物２に照射される光を偏光する。この偏光子ユニット１０は、図示は省略するが、ランプ７の長軸（軸線）Ｌ方向に配列した複数のワイヤーグリッド偏光子を備えており、ワイヤーグリッド偏光子のワイヤーの方向（偏向軸の方向）は、ランプ７の長軸Ｌ方向と一致している。

ロボット３０は、往復駆動機構４０の直動方向Ｘに沿って往復移動可能なアーム３１と、アーム３１に固定され被照射物２を保持する保持部３２とを備えている。アーム３１の基部３１Ａは、定盤３４に、水平面において回転可能に支持されている。ロボット３０は、制御部５０の制御に基づいてアーム３１を移動（回転及び伸縮）し、偏光紫外線照射装置１の外部から角度調整装置２０の調整ステージ２２上に載置するとともに、角度調整装置２０からワークステージ３上に被照射物２を載置する。本実施形態のアーム３１は、回動自在な複数の関節を有して伸縮自在に構成された多関節アームであるが、アーム３１の構成はこれに限定されるものではない。保持部３２は、複数の保持バー３３を直動方向Ｘに沿って平行に配列して構成され、被照射物２はこれらの保持バー３３上に配置されてワークステージ３の上方に移動される。

図３は、角度調整装置２０を示す正面図である。
角度調整装置２０は、定盤２１と、被照射物２を載置する調整ステージ２２と、調整ステージ２２を回転させる回転駆動機構２３と、調整ステージ２２を往復駆動機構４０の直動方向Ｘに沿って移動するＸ軸調整機構２４と、調整ステージ２２を直動方向Ｘに直交する直交方向Ｙに沿って移動するＹ軸調整機構２５と、角度調整装置用撮影ユニット２６とを備えている。
定盤２１は、調整ステージ２２を支持するステージであり、定盤２１には、回転駆動機構２３が設けられている。
回転駆動機構２３は、例えばダイレクトドライブ方式のモータ２３Ａを備え、このモータ２３Ａは、制御部５０の制御に基づいて被照射物２の面Ｓに垂直な軸Ｃ１を中心に正逆回転可能であり、任意の角度で停止可能なように構成されている。

モータ２３Ａには基盤２７が取り付けられており、調整ステージ２２は、Ｙ軸調整機構２５及びＸ軸調整機構２４を介して基盤２７に支持されている。
調整ステージ２２は、略矩形板状のステージであり、ロボット３０によって上面に被照射物２が載置される。調整ステージ２２には、ロボット３０から被照射物２を受ける固定ピン２８が複数設けられている。これらの固定ピン２８は、複数の保持バー３３（図１）の間の位置に、被照射物２を保持可能な間隔で配置されている。

Ｘ軸調整機構２４は、調整ステージ２２に取り付けられて往復駆動機構４０の直動方向Ｘに沿って延びるリニアレール２４Ａと、このリニアレール２４Ａをガイドするリニアガイド２４Ｂとを備え、制御部５０の制御の下、図示しない駆動機構により、調整ステージ２２を直動方向Ｘに移動する。
Ｙ軸調整機構２５は、基盤２７に取り付けられて直動方向Ｘに直交する直交方向Ｙに沿って延びるリニアレール２５Ａと、リニアガイド２４Ｂと一体に形成されてリニアレール２５Ａをガイドするリニアガイド２５Ｂとを備え、制御部５０の制御の下、図示しない駆動機構により、調整ステージ２２を直交方向Ｙに移動する。なお、Ｘ軸調整機構２４及びＹ軸調整機構２５は上下逆に設けてもよい。

角度調整装置用撮影ユニット２６は、撮影装置２６Ａを備えて構成されている。この撮影装置２６Ａは、被照射物２のアライメントマーク１５（図６）を撮影によって取り込み、制御部５０に出力する装置であり、例えばＣＣＤカメラにより構成されている。本実施形態の撮影装置２６Ａは、図１に示すように、対角に一対設けられており、各撮影装置２６Ａは、図３に示すように、支持柱２６Ｂ，２６Ｃを介して定盤２１に固定されている。

図４は、ワークステージ３の駆動ピン１１が突出した状態の偏光紫外線照射装置１を模式的に示す正面図である。
ワークステージ３には、図１及び図４に示すように、ロボット３０から被照射物２を受ける駆動ピン１１が複数設けられている。これらの駆動ピン１１は、複数の保持バー３３の間の位置に、被照射物２を保持可能な間隔で配置され、ピン駆動機構１２によって上下に移動する。本実施形態のピン駆動機構１２は、直動方向Ｘに沿って並ぶ駆動ピン１１の列に対応して延在する回転自在な回転軸１２Ａを複数備えており、これらの回転軸１２Ａには、駆動ピン１１に対応する位置にカム（不図示）が設けられている。したがって、制御部５０の制御の下、回転軸１２Ａが回転することで、カムのカムプロフィールに従って駆動ピン１１が上下に移動する。駆動ピン１１は、ワークステージ３の上面から突出してロボット３０から被照射物２を受け取り、その後、ワークステージ３内に収納されることで、被照射物２がワークステージ３の上面に載置される。なお、ピン駆動機構１２は、回転軸１２Ａ及びカムを備える機構に限定されず、種々の機構を適用できる。
また、ワークステージ３には、ロボット３０から駆動ピン１１に被照射物２が受け渡される際に、被照射物２の少なくとも２辺を突き当てて置けるようにガイド（不図示）が設けられている。

また、偏光紫外線照射装置１は、照射器６の下方位置（すなわち、照射器６の光があたる位置）に被照射物２が搬送されるまでの間に、被照射物２を長軸Ｌに対し所定の角度回転させる回転機構を備えている。本実施形態の回転機構は、ワークステージ３を回転駆動する回転駆動機構６０として構成されており、以下、この回転駆動機構６０について詳細に説明する。
図５は、図２における回転駆動機構６０をＡ方向から示す図である。
回転駆動機構６０は、基盤６１と、モータ６２とを備えている。基盤６１は、モータ６２を介してワークステージ３を支持するステージであり、基盤６１の下部には、上述した往復駆動機構４０のリニアモータ４３及びリニアガイド４４が設けられ、基盤６１の上部には、モータ６２を回転自在に支持するモータ支持部６１Ａが形成されている。

モータ６２は、ダイレクトドライブ方式のモータであり、モータ６２には、ピン駆動機構１２を介してワークステージ３が取り付けられている。モータ６２は、制御部５０の制御に基づいて被照射物２の面Ｓに垂直な軸Ｃ２を中心に正逆回転可能であり、任意の角度で停止可能なように構成されている。したがって、モータ６２が駆動することで、モータ６２、ピン駆動機構１２及びワークステージ３が一体となって軸Ｃ２を中心に回転するので、被照射物２に対する偏光紫外線の偏光軸角度を０〜１８０°の任意の角度に設定できる。

ところで、角度調整装置２０からワークステージ３上に載置されるまでに、被照射物２の正姿勢がずれ、被照射物２の長軸Ｌに対する角度の精度が十分でない場合がある。
そこで、本実施形態では、被照射物２に一対のアライメントマーク（マーク）１５（図６参照）を設けるとともに、このアライメントマーク１５を読み取る搬送用撮影ユニット７０を設けている。

搬送用撮影ユニット７０は、図２に示すように、撮影装置７１と、この撮影装置７１を被照射物２の面Ｓに垂直な軸Ｃを中心に正逆回転する撮影装置用モータ７２とを備えている。撮影装置７１は支持体７３によって撮影装置用モータ７２に支持され、撮影装置用モータ７２は支持柱７４を介して定盤４に固定されている。撮影装置７１は、被照射物２のアライメントマーク１５（図４）を撮影によって取り込み、制御部５０に出力する装置であり、例えばＣＣＤカメラにより構成されている。本実施形態の撮影装置７１は、図１に示すように、長軸Ｌに沿って一対設けられている。撮影装置用モータ７２は、制御部５０の制御により、ワークステージ３のモータ６２の回転に同期して回転するように構成されている。

次に、図１、図６及び図７を参照して、本実施形態の作用について説明する。図６は、被照射物２の角度の微調整を示す説明図であり、図６（Ａ）は微調整前を、図６（Ｂ）は微調整後を示す。図７は、撮影装置７１と、被照射物２との関係を示す説明図である。
図１において、初期状態では、ワークステージ３は、ロボット３０側に位置するとともに、ワークステージ３の縁端３Ａがランプ７の長軸Ｌに一致する初期姿勢にあり、ワークステージ３の駆動ピン１１はワークステージ３内に収納されている。
まず、ロボット３０は、アーム３１を移動して偏光紫外線照射装置１の外部から被照射物２を受け取り、角度調整装置２０の固定ピン２８上に載置する。次いで、制御部５０は、撮影装置２６Ａにより出力されたアライメントマーク１５の位置に基づき、Ｘ軸調整機構２４及びＹ軸調整機構２５により、被照射物２の中心をモータ２３Ａの回転中心となる軸Ｃ１に一致するように、被照射物２の調整ステージ２２に対するＸ軸方向及びＹ軸方向の位置決めをする。なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置決めの順番は任意であり、また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置決めを同時に行ってもよい。

次に、回転駆動機構２３は、被照射物２が、被照射物２の一対の辺がランプ７の長軸Ｌに対して一致（平行）し、被照射物２の他の一対の辺がランプの長軸Ｌに対して直交する正姿勢となるように、調整ステージ２２を回転させる。このとき、制御部５０は、撮影装置２６Ａにより出力されたアライメントマーク１５の位置に基づき、被照射物２が正姿勢となるのに必要な回転角度を算出し、この角度分だけモータ２３Ａを回転させて、被照射物２の角度を微調整する。

被照射物２が正姿勢になると、ロボット３０は、アーム３１を移動して調整ステージ２２から被照射物２を再度受け取り、被照射物２をワークステージ３上に移動する。このとき、被照射物２がワークステージ３のガイド（不図示）に突き当たって位置決めされる。次いで、駆動ピン１１がワークステージ３から突出して被照射物２を支持し、被照射物２がロボット３０から駆動ピン１１に受け渡される。次に、ロボット３０はワークステージ３の上方から退避して初期位置に戻るとともに、駆動ピン１１はワークステージ３内に収納され、被照射物２がワークステージ３上に載置される。

図６（Ａ）に示すように、このときの被照射物２の一対のアライメントマーク１５を撮影装置７１によって撮影し、制御部５０は、一対のアライメントマーク１５を結ぶ直線Ａとワークステージ３の縁端３Ａとが成すずれ角度αを画像処理して算出する。算出した結果、α＞０または０＞αならば、図６（Ｂ）に示すように、−α°だけワークステージ３を回転させて微調整する。なお、本実施形態では、ランプ７の長軸Ｌと一致するワークステージ３の縁端３Ａの情報は、制御部５０が備える記憶部（不図示）に予め記憶されている。
そして、被照射物２に照射したい偏光紫外線の偏光軸角度がθ°の場合、回転駆動機構６０は、図７に示すように、ワークステージ３をθ°（所定の角度）回転させる。これにより、所望の偏光軸角度θ°が得られるので、往復駆動機構４０を駆動しながら、ランプ７を点灯することで、被照射物２に対し偏光軸角度θ°で光配向することができる。

初期状態に戻す際には、往復駆動機構４０を駆動してワークステージ３をロボット３０側に移動するとともに、回転させた角度（α°及び−θ°）だけワークステージ３を回転させる。
なお、ランプ７の長軸Ｌと一致するワークステージ３の縁端３Ａの情報が予め記憶されているとともに、撮影装置用モータ７２がワークステージ３のモータ６２の回転に同期して回転するように構成されているため、ワークステージ３が初期姿勢に正確に戻らない場合であっても、一対のアライメントマーク１５を結ぶ直線Ａとワークステージ３の縁端３Ａ（すなわち、ランプ７の長軸Ｌ）とが成すずれ角度αを正確に算出することができるので、所望の偏光軸角度θ°を正確に得られる。

以上説明したように、本実施形態によれば、偏光紫外線照射装置１を、照射器６の下方位置に被照射物２が搬送されるまでの間に当該被照射物２をランプ７の軸線Ｌに対し所定の角度回転させる回転機構を備える構成とするとともに、被照射物２を搬送するワークステージ３と、ワークステージ３を照射器６の下方位置に向けて直線的に往復駆動する往復駆動機構４０と、ワークステージ３上に載置された被照射物２をランプ７の軸線Ｌに対し所定の角度回転させるためにワークステージ３を回転駆動する回転駆動機構６０とを備える構成とした。この構成により、被照射物２上に回転物が配置されないので、被照射物２への異物の混入を防止できる。

但し、上記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、上記実施形態では、被照射物２をワークステージ３上に載置した後に、微調整を行い、その後、ワークステージ３を所定角度回転させたが、ワークステージ３を所定の角度回転した後に、被照射物２の角度の微調整を行ってもよい。この場合、一対のアライメントマーク１５を結ぶ直線Ａと所定の角度回転させたワークステージ３の縁端３Ａとが成すずれ角度αを画像処理して算出すればよい。

また、上記実施形態では、回転機構を、ワークステージ３を回転駆動する回転駆動機構６０として構成していたが、回転機構はこれに限定されるものではなく、回転機構を、調整ステージ２２を回転駆動する回転駆動機構２３として構成し、回転駆動機構２３により、被照射物２をランプ７の長軸Ｌに対し所定の角度回転させてもよい。
したがって、回転機構を回転駆動機構２３とした場合、偏光紫外線照射装置１が回転駆動機構６０を有する場合には、回転駆動機構２３によって被照射物２をランプ７の長軸Ｌに対し所定の角度回転させた後、調整ステージ２２において角度調整装置用撮影ユニット２６を用いて、及び／又は、ワークステージ３において搬送用撮影ユニット７０を用いて、被照射物２の角度の微調整を行えばよい。
また、回転機構を回転駆動機構２３とした場合、回転駆動機構６０を省略してもよく、この場合、調整ステージ２２において角度調整装置用撮影ユニット２６を用いて被照射物２の角度の微調整を行えばよい。

また、上記実施形態では、被照射物２の角度の微調整用に、角度調整装置用撮影ユニット２６及び搬送用撮影ユニット７０を備えていたが、これらを省略してもよい。
また、上記実施形態では、被照射物２の移動方向を１方向としたが、これに限定されず、被照射物に紫外線を照射した後に、例えば、ランプ７を消灯或いは紫外線を遮蔽部材により遮蔽し、被照射物を手前側（ロボット３０側）に戻すように構成してもよい。

また、上記実施形態では、角度調整装置２０、ロボット３０及びワークステージ３を直動方向Ｘに沿って直線上に配置したが、角度調整装置２０、ロボット３０及びワークステージ３の配置関係はこれに限定されるものではない。
また、上記実施形態では、紫外線光源をランプ７として説明したが、これに限定されるものではなく、紫外線光源は、ＬＥＤや有機ＥＬ等の発光素子であってもよい。この場合、複数の発光素子を直線上に並べることで、長軸（軸線）Ｌを構成すればよい。

１ 偏光紫外線照射装置
２ 被照射物
３ ワークステージ（搬送ステージ）
６ 照射器
７ ランプ（紫外線光源）
８ 反射鏡
１０ 偏光子ユニット（ワイヤーグリッド偏光子）
２０ 角度調整装置（回転機構）
３０ ロボット
４０ 往復駆動機構
６０ 回転駆動機構（回転機構）
６２ モータ
Ｌ 長軸（軸線）

Claims (3)

1. 線状の紫外線光源と、紫外線を反射する反射鏡と、照射する紫外線を直線偏光にするためのワイヤーグリッド偏光子とを有する照射器を備え、被照射物に偏光光を照射して光配向する偏光紫外線照射装置において、
   前記ワイヤーグリッド偏光子は、当該ワイヤーグリッド偏光子の偏向軸の方向が前記光源の軸線方向と一致するように、前記光源の軸線方向に複数配列され、
   線状の縁端を備え、前記被照射物を搬送する搬送ステージと、
   前記搬送ステージを、前記光源の軸線方向に直交する方向に、前記照射器の下方位置に向けて往復駆動する往復駆動機構と、
   前記搬送ステージの前記縁端が前記光源の軸線方向と一致するように前記搬送ステージを回転駆動する回転駆動機構と、
   前記光源の軸線方向と一致する前記縁端を記憶する記憶部と、
   被照射物の一対の辺が記憶された前記縁端に対して一致する正姿勢となるように、前記被照射物の角度を調整する角度調整装置と、
   前記照射器の下方位置に被照射物が搬送されるまでの間に、前記正姿勢に調整された当該被照射物を記憶された前記縁端に対し被照射物に対する直線偏光の偏光軸角度分だけ回転させる回転機構と、を備えたことを特徴とする偏光紫外線照射装置。
2. 前記回転駆動機構が、前記搬送ステージ上に載置された被照射物を記憶された前記縁端に対し被照射物に対する直線偏光の偏光軸角度分だけ回転させるために前記搬送ステージを回転駆動することを特徴とする請求項１に記載の偏光紫外線照射装置。
3. 前記角度調整装置が、記憶された前記縁端に対し被照射物を被照射物に対する直線偏光の偏光軸角度分だけ回転させ、前記角度調整装置から前記搬送ステージ上に被照射物を載置するためのロボットを備えたことを特徴とする請求項１に記載の偏光紫外線照射装置。

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