JP5857863B2

JP5857863B2 - 紫外線照射装置

Info

Publication number: JP5857863B2
Application number: JP2012095762A
Authority: JP
Inventors: 弘喜日野; 純藤岡; 亮彦田内
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: JP2013080199A; TWI566017B; TW201326994A

Description

本発明の実施形態は、液晶パネルの製造工程等に用いられる紫外線照射装置に関する。

液晶パネルの製造工程では、配向を制御するためにＰＳＡ（Polymer Sustained Alignment）工程と呼ばれる光配向工程が行われるのが一般的となっている。この工程は、液晶と光反応物質であるモノマーを備えた液晶パネルに紫外線を照射し、モノマーを重合させて液晶の向きを制御する工程である。紫外線の照射には、特許文献１のように主に紫外線ランプが使用されている。

ここで、モノマーは、吸収スペクトルが２５０ｎｍ前後で最も高く、長波長に向かうにつれて低くなる傾向がある。モノマーを重合させるには、吸収スペクトルの高い２５０ｎｍ前後の紫外線を照射するのが効果的であるが、３００ｎｍ以下の紫外線を照射すると液晶パネルにダメージを与えてしまい、液晶パネルの信頼性を大きく損なう結果となってしまう。また、３８０ｎｍよりも長い波長の光は液晶パネルに熱的なダメージを与えてしまうおそれがある。したがって、液晶パネルへのダメージを抑制しながら、モノマーを重合させるには、３１０〜３８０ｎｍ、特に３２０〜３５０ｎｍの紫外線を照射する必要がある。

特開２０１１−１４６３６３号公報

本発明が解決しようとする課題は、３１０〜３８０ｎｍ、特に３２０〜３５０ｎｍについて強い紫外線を照射可能な紫外線照射装置を提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態の紫外線照射装置は、光反応性物質を含む液晶パネルを照射する紫外線照射装置であって、３１０〜３４０ｎｍにピーク波長を持つＬａＰＯ_４蛍光体を含む蛍光体層が形成された第１の光源と、３４０〜３６０ｎｍにピーク波長を持つＹＰＯ_４蛍光体を含む蛍光体層が形成された第２の光源と、を具備する。

紫外線照射装置に関する第１の実施形態について説明するための図である。図１の蛍光ランプについて説明するための図である。図１の第１の蛍光ランプと第２の蛍光ランプに形成した蛍光体の放射スペクトルおよびモノマーの吸収スペクトルについて説明するための図である。図１の紫外線照射装置で得られる放射スペクトルおよびモノマーの吸収スペクトルについて説明するための図である。図１の実施例と比較例１〜５の放射スペクトルについて説明するための図である。紫外線照射型の蛍光体（ＬａＰＯ_４：Ｃｅ）と可視光照射型の蛍光体（Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ_７：Ｅｕ）の照度維持率について説明するための図である。ＬａＰＯ_４：Ｃｅからなる蛍光体層を備える蛍光ランプの蛍光体膜厚を変化させたときの照度維持率について説明するための図である。ＹＰＯ_４：Ｃｅからなる蛍光体層を備える蛍光ランプの蛍光体膜厚を変化させたときの照度維持率について説明するための図である。ＬａＰＯ_４：Ｃｅからなる蛍光体層を備える蛍光ランプと、ＹＰＯ_４：Ｃｅからなる蛍光体層を備える蛍光ランプの蛍光体膜厚と照度維持率の関係について説明するための図である。

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の紫外線照射装置を、図面を参照して説明する。図１は紫外線照射装置に関する第１の実施形態について説明するための図である。

図１は、液晶パネルの光配向工程に用いられる紫外線照射装置の概略図である。紫外線照射装置は、ハウジング１を備えている。このハウジング１は、紫外線の反射性に優れた金属などで構成されており、その内部には空間が形成されている。その空間には、第１の光源と第２の光源が配置されている。第１の光源は管状の第１の蛍光ランプ２であり、管軸が略平行となるように、並列に複数配置されている。第２の光源は管状の第２の蛍光ランプ３であり、第１の蛍光ランプ２の間に位置するように、かつ互いに管軸が略平行となるように、並列に複数配置されている。

第１の蛍光ランプ２の構造について、図２を参照して説明する。第１の蛍光ランプ２は、図２からわかるように、熱陰極型の蛍光ランプ（ケミカルランプ）であり、主要部としてガラス管２１を備えている。ガラス管２１は、例えば、紫外線透過性の石英からなるガラスであり、その内部には水銀とアルゴン、キセノン、ネオン等の単体、または混合してなる希ガスが封入されている。また、内壁面には蛍光体層２２が形成されている。ガラス管２１の両端には、例えばコバールからなる一対のリード線２３が封着されており、ランプ内に位置するその先端部にはフィラメント２４が保持されている。フィラメント２４は例えばタングステンからなる螺旋状のコイルであり、その螺旋所の部分には、例えば（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）Ｏを主成分とする熱電子放射物質（エミッタ）が塗布されている。

第２の蛍光ランプ３も同様の構造であるが、蛍光体層がそれぞれの蛍光ランプで異なっている。第１の蛍光ランプ２では蛍光体層２２として、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ（セリウム賦活リン酸ランタン）が使用され、第２の蛍光ランプ３では蛍光体層として、ＹＰＯ_４：Ｃｅ（セリウム賦活リン酸イットリウム）が使用されている。ＬａＰＯ_４：ＣｅとＹＰＯ_４：Ｃｅは、図３に示すような放射スペクトルを有する蛍光体である。この図からわかるように、ＬａＰＯ_４：Ｃｅは、３１０〜３４０ｎｍ、具体的には３３７ｎｍ付近にピーク波長を有し、ＹＰＯ_４：Ｃｅは３４０〜３６０ｎｍ、具体的には３５５ｎｍ付近にピーク波長を有している。

また、ハウジング１の内部空間には複数の第１の蛍光ランプ２、第２の蛍光ランプ３と対面するように液晶パネル４が配置されている。したがって、第１の蛍光ランプ２、第２の蛍光ランプ３で発生した直接的な紫外線およびハウジング１の内面で反射した間接的な紫外線を、液晶パネル４の板面に略均一に照射することが可能である。この液晶パネル４は、液晶および光反応性物質としてモノマーを内部に含むパネルである。このモノマーは例えば図３で点線で示すような、吸収スペクトルを持っている。すなわち、吸収スペクトルが２６０ｎｍで最も高く、長波長側になるにつれて徐々に減少し、３５０ｎｍでほぼ０になる。

ここで、管径は１５．５ｍｍ、全長は約１１５０ｍｍであるような第１の蛍光ランプ２および第２の蛍光ランプ３をランプピッチ５０ｍｍの等ピッチで交互に各１０本（合計２０本）配置した紫外線照射装置（実施例）を作成し、各ランプに１６５ｍＡ、２８Ｗを投入して点灯させ、その紫外線照射装置による液晶パネル４における放射スペクトルを測定した。その結果を図４に示す。なお、測定に用いた機器は、ＯＰＴＯＲＥＳＥＡＣＨＣｏｒｐ製のＭＳＲ−７０００である。

図４から、この実施例の紫外線照射装置による放射スペクトルは、３１０〜３８０ｎｍにかけて紫外線の強度が強く、３１０ｎｍよりも短波長側と３８０ｎｍよりも長波長側は強度が弱いことがわかる。特に、３２０〜３５０ｎｍでは強度が強い。したがって、この紫外線照射装置では、液晶パネル４へのダメージを抑制しながら、モノマーを効果的に反応させることができる。

次に、上記の紫外線照射装置（実施例）と、ＬａＰＯ_４：Ｃｅの蛍光体層を形成した蛍光ランプのみを搭載した同様の紫外線照射装置（比較例１）と、ＹＰＯ_４：Ｃｅの蛍光体層を形成した蛍光ランプのみを搭載した同様の紫外線照射装置（比較例２）と、ＬａＰＯ_４：ＣｅとＹＰＯ_４：Ｃｅを混合した蛍光体層を形成した蛍光ランプのみを搭載した同様の紫外線照射装置について、放射スペクトルを比較する試験を行った。その結果を図５に示す。比較例３は、ＬａＰＯ_４：Ｃｅが９０％、ＹＰＯ_４：Ｃｅが１０％、比較例４は、ＬａＰＯ_４：Ｃｅが８０％、ＹＰＯ_４：Ｃｅが２０％、比較例５は、ＬａＰＯ_４：Ｃｅが７０％、ＹＰＯ_４：Ｃｅが３０％である。

図５から、実施例は３１０〜３８０ｎｍの全域において相対強度が高いが、比較例１は３４０〜３８０ｎｍの強度が低く、比較例２は３１０〜３３０ｎｍの強度が低い。比較例３〜５は、比較例１の弱点であった３４０〜３８０ｎｍが強化されているが、３１０〜３３０ｎｍが大きく低下している。つまり、実施例は、比較例１〜５と比較して３１０〜３８０ｎｍにおける強度が格段に高いといえる。

ここで、ＬａＰＯ_４：ＣｅやＹＰＯ_４：Ｃｅなどの紫外線照射型の蛍光体を用いる場合、その寿命特性を考慮するのが望ましい。図６に示すように、紫外線照射型の蛍光体は、可視光照射型の蛍光体と比較すると照度維持率が明らかに悪いためである。図６で用いた可視光照射型の蛍光体は、蛍光灯において青色系の蛍光体として一般に用いられるＳｒ_２Ｐ_２Ｏ_７：Ｅｕ（ユーロピウム賦活リン酸ストロンチウム）である。照度維持率が低下する理由としては、蛍光体への水銀の付着や、管内イオンの衝突による紫外線励起機能の消失が考えられる。

これらの原因を緩和するために、第１の蛍光ランプ２と第２の蛍光ランプ３の蛍光体層の膜厚を変化させる試験を行った。その結果を図７〜９に示す。図７はＬａＰＯ_４：Ｃｅ、図８はＹＰＯ_４：Ｃｅにおいて、蛍光体の膜厚を変化させたときの照度維持率について説明するための図であり、図９はそれらの蛍光体の膜厚と照度維持率の関係を図示化した図である。ＬａＰＯ_４：Ｃｅの照度はオーク社製のＵＶ−３１を、ＹＰＯ_４：Ｃｅの照度はオーク社製のＵＶ−３５を、ランプの長手方向の中央部分に４０ｍｍ程度、離間配置して測定した。つまり、ＬａＰＯ_４：Ｃｅの照度値は３１０ｎｍ前後の紫外線の照度値、ＹＰＯ_４：Ｃｅの照度値は３５０ｎｍ前後の紫外線の照度値を示している。

結果から、ＬａＰＯ_４：ＣｅもＹＰＯ_４：Ｃｅも、膜厚が小さすぎても大きすぎても照度維持率が低下する傾向がわかる。具体的には、ＬａＰＯ_４：Ｃｅでは、膜厚＝１０．５μｍ前後で照度維持率が最大値となり、ＹＰＯ_４：Ｃｅでは、膜厚＝２７．４μｍ前後で照度維持率が最大値となる。このことから、ＬａＰＯ_４：Ｃｅでは膜厚を７．６〜１２．９μｍ、ＹＰＯ_４では膜厚を２３．４〜２９．０μｍに設定するのが望ましい。

なお、例えば、３２８ｎｍ付近にピーク波長を持つＣａ_３（ＰＯ_４）_２：Ｔｌ（タリウム賦活リン酸カルシウム）からなる蛍光体を形成した第１の蛍光ランプ２と、３６０ｎｍ付近にピーク波長を持つＳｒＢ_４Ｏ_７Ｆ：Ｅｕ（ユーロピウム賦活フッ化ホウ素酸ストロンチウム）からなる蛍光体を形成した第２の蛍光ランプ３とを組み合わせても、同様の結果となる。つまり、それぞれの蛍光体を形成したランプや、それらを混合した蛍光体を形成したランプの場合よりも、３１０〜３８０ｎｍにおいて相対的に強度が高い放射スペクトルを得ることができる。また、３１０ｎｍ付近にピーク波長を持つ（Ｃａ，Ｚｎ）_３（ＰＯ_４）_２：Ｔｌ（タリウム賦活リン酸カルシウム、亜鉛）からなる蛍光体層２２を形成した第１の蛍光ランプ２と、３５２ｎｍ付近にピーク波長を持つＢａＳｉ_２Ｏ_５：Ｐｂ，Ｃｅ（鉛、セリウム賦活ケイ酸バリウム）からなる蛍光体層を形成した第２の蛍光ランプ３とを組み合わせても、同様の結果となる。つまり、３１０〜３４０ｎｍにピーク波長を持つ蛍光体層２２を形成した第１の蛍光ランプ２と、３４０〜３６０ｎｍにピーク波長を持つ蛍光体層を形成した第２の蛍光ランプ３を組み合わせれば、液晶パネル４へのダメージを抑制しながら、モノマーを効果的に反応させることが可能となる。ただし、環境、蛍光体の寿命、蛍光体の波長のマッチングなども考慮すると、３１０〜３４０ｎｍにピーク波長を持つ蛍光体としてはＬａＰＯ_４：Ｃｅ、３４０〜３６０ｎｍにピーク波長を持つ蛍光体としてはＹＰＯ_４：Ｃｅを使用する組み合わせが最適である。

第１の実施形態においては、３１０〜３４０ｎｍにピーク波長を持つ蛍光体としてＬａＰＯ_４：Ｃｅからなる蛍光体層２２が形成された第１の蛍光ランプ２を並列に複数配置するとともに、３４０〜３６０ｎｍにピーク波長を持つ蛍光体としてＹＰＯ_４：Ｃｅからなる蛍光体層が形成された第２の蛍光ランプ３を第１の蛍光ランプ２の間に位置するように、並列に複数配置したことで、モノマーを含む液晶パネル４に対して３１０〜３８０ｎｍは強く、３１０ｎｍ以下および３８０ｎｍ以上は弱い紫外線を照射することが可能となるため、液晶パネル４に対してダメージを抑制しながら、モノマーを効果的に反応させることができる。

その際、ＬａＰＯ_４：Ｃｅからなる蛍光体を含む蛍光体層２２の厚さを７．６〜１２．９μｍ、ＹＰＯ_４：Ｃｅからなる蛍光体を含む蛍光体層の厚さを２３．４〜２９．０μｍに設定することで、照度維持率の優れた長寿命のランプとすることができる。

本発明は上記実施態様に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１、第２の光源は、熱陰極蛍光ランプに限らず、冷陰極蛍光ランプであってもよい。また、蛍光層を備えたＬＥＤ、例えば蛍光体を含有させたモールド樹脂を有するＬＥＤを基板上に配置したものなどであってもよい。要するに、蛍光体を備えた光源に適用可能である。

この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１ハウジング
２第１の光源
３第２の光源
４液晶パネル

Claims

光反応性物質を含む液晶パネルを照射する紫外線照射装置であって、
３１０〜３４０ｎｍにピーク波長を持つＬａＰＯ_４蛍光体を含む蛍光体層が形成された第１の光源と、３４０〜３６０ｎｍにピーク波長を持つＹＰＯ_４蛍光体を含む蛍光体層が形成された第２の光源と、を具備する紫外線照射装置。
ＬａＰＯ_４からなる蛍光体を含む蛍光体層の厚さは７．６〜１２．９μｍであるとともに、ＹＰＯ_４からなる蛍光体を含む蛍光体層の厚さは２３．４〜２９．０μｍである請求項１に記載の紫外線照射装置。
光反応性物質を含む液晶パネルを照射する紫外線照射装置であって、
３１０〜３４０ｎｍにピーク波長を持つ蛍光体を含む蛍光体層が形成された第１の光源と、３４０〜３６０ｎｍにピーク波長を持つ蛍光体を含む蛍光体層が形成された第２の光源と、を具備する紫外線照射装置。
前記第１、第２の光源は管状の蛍光ランプであり、前記第１の光源は管軸が略平行となるように、並列に複数配置され、前記第２の光源は前記第１の光源の間に位置するように、かつ前記第１の光源の管軸と略平行となるように、並列に複数配置されている請求項１〜請求項３の何れかに記載の紫外線照射装置。