JP5983787B2 - 偏光光照射装置及び光配向装置 - Google Patents

Description

この出願の発明は、光配向等の用途において使用される偏光光照射装置に関するものである。

近年、液晶ディスプレイ等のディスプレイデバイスの製造において、光配向と呼ばれる技術が多く採用されている。例えば液晶ディスプレイでは、液晶分子の向きを揃えるための膜である配向膜が内蔵されているが、配向膜を得るのに以前はラビングと呼ばれる機械的な方法が採用されていた。しかしながら、配向特性の向上等の観点から、近年は膜に光を照射して配向膜を得る光配向の技術が多く採用されている。この他、ディスプレイデバイスで一般的に必要になる視野角補償のための層を得る際にも、光配向の技術が採用されている。以下、光照射により配向を生じさせた膜や層を総称して光配向膜と呼ぶ。尚、「配向」ないし「配向処理」とは、対象物の何らかの性質について方向性を与えることである。

光配向は、光配向膜用の膜（以下、膜材という。）に対して偏光光を照射することにより行われる。膜材は、例えばポリイミドのような樹脂製であり、所望の方向に偏光させた偏光光が膜材に照射される。偏光光の照射により、膜材の分子構造（例えば側鎖）が偏光光の偏光軸の向きに揃った状態となり、光配向膜が得られる。このため、光配向膜の製造には、偏光光照射装置が使用される。

ディスプレイデバイスの大型化に伴い、また生産性の向上の観点から、より大型の光配向膜を製造することが必要になってきている。ＴＶ用の液晶ディスプレイではパネルの大型化のために光配向膜はより大きなサイズにならざるを得ないし、一枚のガラス基板から多くのディスプレイデバイスを製造する際にも、基板サイズに合わせて光配向膜も大型化する傾向にある。例えば、一辺の長さが２０００ｍｍ〜３０００ｍｍの方形の光配向膜が使われるようになってきている。

このように大型の光配向膜を得るためには、より大きな照射領域に偏光光を照射できる装置が必要である。このため、長尺な発光部を有する棒状光源を使用し、膜材を移動させながら偏光光照射することで大面積をカバーする装置が提案されている（特許文献１〜２）。

図５及び図６は、このような光配向用に用いられる従来の偏光光照射装置及び偏光光照射装置を搭載した光配向装置の構成例を示す概略図であり、図５は斜視概略図、図６は正面断面概略図である。偏光光照射装置は、棒状の光源１を収容したランプハウス３と、ランプハウス３内に配置された偏光素子２等を備えて構成される。ランプハウス３は、一部に光通過用の開口（以下、光照射口という。）３０を有し、光照射口３０を通して光照射する構成とされる。
棒状の光源１の背後（光照射口３０とは反対側）には、光の利用効率向上のため、樋状のミラー４が配置される。光源１からの光は、光照射口３０を通って直接出射する他、ミラー４に反射して光照射口３０から出射する。

偏光素子２は、光源１と光照射口３０との間に配置される。偏光素子２としては、比較的大きな平面領域で質の良い偏光光が得られることからグリッド偏光素子が使用される。グリッド偏光素子は、透明な基板の表面に縞状の微細なグリッド（格子）が形成された構造である。グリッド偏光素子では、縞を構成する各線状部間のギャップの幅方向（以下、ギャップ幅方向という。）に電界成分が向いた直線偏光光が専ら出射する。このような偏光素子２が介在されているため、光照射口３０からはギャップ幅方向の直線偏光光が専ら出射することになる。尚、「専ら」とは、他の偏光光に比べて特定の方向の直線偏光光が多く出射するということである。

光配向装置は、このような偏光光照射装置を備え、設定された偏光光の照射領域（以下、光照射領域という。）Ｒを通過するようにしてワークＷを搬送することで光配向処理をするよう構成される。光照射領域Ｒは、ワークＷの幅よりも少し長い幅の領域として設定された領域である。偏光光照射装置は、光照射領域Ｒに対して当該領域のパターン（形状及びサイズ）で偏光光が照射されるようにする成形部材を備えている。図５及び図６の例では、成形部材は、光照射口３０を有するランプハウス３の底板部３１である。

図５及び図６には、ステージ搬送方式の例が示されており、膜材が表面に設けられた液晶ディスプレイ用の基板（液晶基板）であるワークＷが、ステージ７の上に載せられる。ステージ７は不図示のステージ移動機構を含む搬送系６により、リニアガイド６１に沿って水平方向に移動し、この移動の際に光照射領域Ｒを通過する。これにより、ワークＷ上の膜材に偏光光が照射されて光配向処理が行われ、光配向膜が得られる。前述したように光照射領域Ｒに照射される偏光光の偏光軸の向きは、偏光素子２におけるギャップ幅方向となるから、光照射領域Ｒを通過する際のワークＷの向きに対して偏光素子２が所定の向きに向いた姿勢とすることで所望の方向に光配向処理を行うことができる。

特許第４６０４６６１号公報 特許第４８１５９９５号公報

上述したような光配向用の偏光光照射装置に要求される最も重要な性能の一つは、ワークに対して品質の良い偏光光を照射することである。品質の良い偏光光とは、消光比が良く（高く）、偏光光の偏光軸の向きが揃っていることである。光配向は、膜材の分子の感光性（光応答性）を利用するものであり、分子の向き（例えば側鎖の向き）が偏光軸の向きに応じて揃うことを利用するものである。したがって、照射される偏光光の、消光比が悪かったり、偏光軸の方向にばらつきがあったりすると、十分な分子方向制御の効果が得られない。したがって、良質な光配向膜を得るためには、良好な（高い）消光比と偏光軸のそろった偏光光をワークに対して照射する必要がある。

この光の質の問題に関連して、光配向はある面内で配向のそろった分子構造を得ようとするものであるから、配向処理の面内均一性の点も重要な性能指標となっている。光配向のされ方が面内で不均一となると、画面のコントラストの低下などを引き起こす原因となる場合もある。

これらの点を考慮し、光配向用の偏光光照射装置では、偏光素子２から出射される光のすべては利用せず、一部を遮蔽した状態でワークＷに光照射する構成が考えられる。以下、この点について、図７及び図８を使用して説明する。図７及び図８は、光配向処理の品質の向上のための光の規制構造について示した図であり、図７は、光照射領域における偏光光の偏光軸の分布について示した平面概略図、図８は、偏光軸の分布を考慮した偏光光の規制構造について示した断面概略図である。

図５及び図６に示すように、棒状の光源１の背後に樋状のミラー４を配置した構成では、光照射パターンは、基本的に長方形となる。従って、設定される光照射領域Ｒも長方形である。光照射領域Ｒの長さ（長尺方向の幅）は、ワークＷの幅よりも少し大きく設定される。

一方、前述したように、グリッド偏光素子を用いる場合、照射される偏光光の偏光軸の向きは、グリッド偏光素子のギャップ幅方向となる。例えば、光照射領域Ｒの短尺方向（すなわち、棒状の光源の長尺方向に垂直な水平方向）にギャップ幅方向が向くようにグリッド偏光素子を配置した場合、偏光光の偏光軸も、主として短尺方向を向くようになる。この様子が図７に示されている。

図７は、光照射領域Ｒにおける偏光軸の向きの測定例を概略的に示したものである。図７中、偏光軸の向きを矢印で示す。図７に示すように、光照射領域Ｒの中央及びその付近では、偏光軸の向きは短尺方向を向いており、揃っている。しかしながら、光照射領域Ｒの周辺部では、短尺方向に対して傾いた方向に偏光軸が向いており、偏光軸の向きにばらつきが生じている。この理由は、グリッド偏光素子の特性に起因している。すなわち、グリッド偏光素子において、グリッド偏光素子に対して垂直に入射する光は精度よくギャップ幅方向に偏光されるものの、斜めに入射する光については、偏光素子から出射する際に偏光軸がやや回転する。図７に示す光照射領域において、周辺部に到達する光は、偏光素子２に対して斜めに入射した後に出射した光である場合が多い。このため、周辺部では偏光軸の向きにばらつきが生じてしまう。図７において、偏光軸の向きにばらつきが生じる周辺部の領域をハッチングで示す。

このように偏光軸の向きにばらつきが生じた状態でワークＷに対して光照射されると、光配向のされ方もばらついてしまい、光配向処理の品質が低下する。これを避けるために、光照射領域Ｒに到達する偏光光を規制し、偏光軸のばらつきが大きい偏光光がワークＷに照射されないようにする構成が採用される。具体的には、図８に示すように、ランプハウス３の光照射口３０においてアパーチャ９を配置し、周辺部に向かう偏光光を遮蔽する。図７に、アパーチャ９の配置した場合の光照射領域Ｒ’を破線で示す。

アパーチャ９を配置することで、光照射領域Ｒ’は小さくなるが、光照射領域Ｒ’内の偏光軸の向きの均一性は高くなる。このようなことから、アパーチャ９を配置して偏光光を一部規制することが望ましい。尚、図８では光照射口３０とは別にアパーチャ９を設けているが、規制する光の量に応じて光照射口３０の大きさを選定する場合もあり、この場合にはアパーチャ９を別途設けない場合もある。

上記のように、周辺部に向かう偏光光を規制した構造の偏光光照射装置では、偏光軸の向きがばらついている偏光光がワークに照射されることはないので、光配向処理の不均一になる問題が避けられる。しかしながら、発明者の研究によると、光照射領域における偏光光の偏光軸のばらつきだけでなく、消光比を良くするためには、さらなる工夫が必要であることが分かった。
この出願の発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、偏光光照射装置において、より良好な消光比を得ることができ、均一で高品質の光配向処理の実現を可能にすることを解決課題とするものである。

上記課題を解決するため、この出願の請求項１記載の発明は、設定された光照射領域に照射するための光を放射する光源と、
光照射領域と光源との間に設けられ、光源からの光を偏光する偏光素子とを備えた偏光光照射装置であって、
偏光素子と光照射領域との間には、光照射領域に照射される光のパターンが光照射領域の形状となるように成形するための成形部材が設けられており、
成形部材は、偏光素子からの偏光光が通過する光照射口を有しており、
成形部材のうちの偏光素子側の表面は、光照射口の縁を含む光照射口から所定の幅の領域において透過させることなく偏光光の反射を防止した反射防止面となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記光源を収容したランプハウスを備えており、
前記成形部材は、ランプハウスを形成する部材であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２の構成において、前記光照射口の端面も、透過させることなく偏光光の反射を防止した反射防止面となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記成形部材は、光照射領域側の面であって光照射領域に露出した面を有しており、この面も透過させることなく偏光光の反射を防止した反射防止面となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記反射防止面は、基材に対して黒色塗装することで形成された面であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記反射防止面は、微細な凹凸から成る面であり、乱反射又は拡散による減衰を利用して反射防止する面であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７の発明は、前記請求項１乃至６いずれかの偏光光照射装置を備えており、当該偏光光照射装置における前記光照射領域を通して膜材を搬送することで膜材に偏光光が照射されるようにする搬送系を備えた光配向装置であるという構成を有する。

以下に説明する通り、この出願の請求項１記載の発明によれば、成形部材のうちの偏光素子側の表面は光通過口の縁を含む所定の幅の領域において反射防止面となっているので、光照射領域における消光比の低下が防止される。このため、品質の良い偏光光により光配向等の処理を良質に行うことができる。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、成形部材はランプハウスを形成する部材であるので、構造がシンプルになり、また部品点数の減少によるコスト削減の効果がある。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、光通過口の端面も反射防止面となっているので、消光比の低下防止の効果がさらに高くなる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、成形部材において光照射領域への露出面についても反射防止面となっているので、光照射領域に位置した部材又はワーク等における反射に起因した消光比の低下も防止される。このため、さらに品質の良い偏光光が光照射領域に照射される。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、基材に対して形成された黒色塗装面であるので、コストの面で優れているという効果がある。
また、請求項７記載によれば、上記効果を得ながら光配向処理がされるので、高品質の光配向膜を得ることができる。

第一の実施形態の偏光光照射装置及び光配向装置の正面断面概略図である。 消光比の低下の原因について示した正面断面概略図である。 第二の実施形態の偏光光照射装置及び光配向装置の正面断面概略図である。 第三の実施形態の偏光光照射装置及び光配向装置の正面断面概略図である。 光配向用に用いられる従来の偏光光照射装置及び偏光光照射装置を搭載した光配向装置の構成例を示す斜視概略図である。 光配向用に用いられる従来の偏光光照射装置及び偏光光照射装置を搭載した光配向装置の構成例を示す正面断面概略図である。 光配向処理の品質の向上のための光の規制構造について示した図であり、光照射領域における偏光光の偏光軸の分布について示した平面概略図である。 光配向処理の品質の向上のための光の規制構造について示した図であり、偏光軸の分布を考慮した偏光光の規制構造について示した断面概略図である。

次に、この出願の発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。図１は、第一の実施形態の偏光光照射装置の正面断面概略図であり、第一の実施形態の偏光光照射装置を搭載した光配向装置の正面断面概略図ともなっている。
実施形態の偏光光照射装置は、設定された光照射領域Ｒに照射するための光を放射する光源１と、光照射領域Ｒと光源１との間に配置された偏光素子２とを備えている。

光源１としては、この実施形態では、紫外域の光によって光配向を行うので、高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどが使用される。光源１は、線状の発光部を成すものであり、前述したのと同様に棒状のものである。但し、ＬＥＤのような点光源を直線上に多数配置して線状の発光部を形成させる場合もある。
このような光源１は、ランプハウス３内に収容されている。ランプハウス３は、光源１の長尺方向に長い直方体のボックス状のものであり、底板部３１に光照射口３０を有している。光照射口３０は長方形であり、その長辺方向は光源１の長尺方向に一致している。

光源１の背後には、ミラー４が配置されている。ミラー４は一対のものであり、スリットを形成しつつ全体としてほぼ樋状を成すよう配置されている。ミラー４の反射面の断面形状は、楕円の円弧又は放物線を成している。
各ミラー４は、ガラスに反射用の蒸着膜を施したものやアルミ製のものが採用される。蒸着膜としては、赤外線のような長波長側の光を透過させてワークに照射しないようにしたものが採用される場合もある。尚、小さなミラーを並べて図５に示すような長尺なミラー４と等価なものとする場合もある。

ランプハウス３には、内部を冷却するための冷却機構５が付設されている。冷却機構５は、ミラー４の上方に配置されたラジエータ５３と、ラジエータ５３を通して送風路を形成する風洞板５２と、送風路に冷却風を流すファン５１等から構成されている。ファン５１が動作すると、図１に破線矢印で示すようにラジエータ５３を通して風が流れ、ランプハウス３内が冷却される。

光源１と光照射口３０の間には、偏光素子２が配置されている。この実施形態では、偏光素子２としてグリッド偏光素子が使用されている。グリッド偏光素子は比較的広い領域において偏光光を照射できるものの、必要とされる領域を１個の偏光素子２でカバーするのは難しいため、複数の偏光素子２が同一平面上に並べて配置されている。複数の偏光素子２は、枠状のフレーム２１に一体に保持されており、フレーム２１と各偏光素子２により偏光素子ユニット２０が形成されている。偏光素子ユニット２０は、ランプハウス３の内側面に固定された台座２２により保持されている。
このような実施形態の偏光光照射装置では、光源１からの光がミラー４で一部反射されつつ偏光素子２を介して光照射口３０から出射する。出射された光は偏光素子２を介しているため所定の向きの偏光光であり、この光が光照射領域Ｒに照射される。

光配向装置は、上記のような偏光光照射装置を搭載し、偏光光照射装置における光照射領域Ｒを通してワークＷを搬送する搬送系６を備えた装置である。この実施形態では、ワークＷは液晶基板のような板状となっており、表面に膜材が形成されている。搬送系６としては、前述したものと同様にワークＷが載置されたステージ７を水平方向に移動させる機構が採用されている。具体的には、エア浮上させたステージ７を磁気の作用により水平方向に送るリニアモータステージ等の機構が搬送系６として採用される。

尚、偏光光照射装置において、ランプハウス３の底板部３１に形成された光照射口３０は、設定された光照射領域Ｒの形状に相当するものである。そして、この実施形態では、光照射口３０を有する底板部３１がアパーチャの役割を果たしており、偏光光軸の向きのばらつきが大きい周辺部に向かう光を遮蔽する大きさの光照射口３０となっている。

このような実施形態の偏光光照射装置及び光配向装置は、前述した偏光軸のばらつきの改善だけでなく、消光比も良くするためにさらに工夫した構成を有している。以下、この点について説明する。
発明者は、上記偏光軸のばらつき改善のみならず消光比も改善するための効果的な構成について鋭意研究した結果、アパーチャとして機能する光照射口３０の縁付近における偏光光の反射が原因で消光比が低下しており、それを解消すれば良いことが判明した。図２は、消光比の低下の原因について示した正面断面概略図である。

ランプハウス３の光照射口３０を狭小化して周辺部に向かう偏光光を遮蔽する構造を採用すると、当然ながら、偏光素子２からの偏光光のうち、ランプハウス３の光照射口３０の縁付近の部位に到達する光が多くなる。光照射口３０に連通するようにしてアパーチャを設けた場合も同様である。ランプハウス３やアパーチャは、アルミ合金のような金属製である場合が多く、光照射口３０の縁付近の部位に到達した偏光光は、当該部位で反射する。

周知のように、物体に反射した直線偏光光は、楕円偏光になるなど偏光の状態が変化し、その結果消光比が低下する。そのため、偏光素子２からの偏光光はアパーチャに達してアパーチャで反射するが、反射した光がランプハウス３内でさらに反射して戻ってきて光照射口３０から出射することにより、光照射領域Ｒにおける偏光光の消光比が低下してしまう。

実施形態の偏光光照射装置は、このような知見に基づき、光照射口３０の縁付近の部位における偏光光の反射を抑制する構成を採用している。具体的には、ランプハウス３の底板部３１における内側面のうち、光照射口３０の縁を含む光照射口３０から所定の幅の領域は反射防止面８とされている。「反射防止面」とは、偏光素子２からの偏光光を透過させずにその反射を防止した面ということである。

この実施形態では、反射防止面８は光吸収面となっており、具体的には黒色塗装が施された面となっている。ランプハウス３は、全体にアルミ合金のような金属製である。そして、図１に示すように、底板部３１の光照射口３０の縁から所定の幅の領域に黒色塗装が施されることで反射防止面８が形成されている。尚、光照射口３０は前述したように長方形であるので、反射防止面８は、長方形の輪郭の形状に周状に延びたものとなっている。

表面に黒色塗装を施すことで、紫外線を含む広い波長に亘って光が吸収される。このため、光照射口３０の縁付近に達した偏光光が反射して光照射口３０に戻ってくることはなく、光照射領域Ｒにおける消光比の低下が防止される。
このような黒色塗装の材料としては、特に制限なく用いることができるものの、実施形態の装置は紫外線を偏光させて照射する装置であるため、紫外線に対して耐久性を有する材料であることが望ましい。例えば、Ｎｉ−Ｐ系のような黒色無電界メッキは紫外線に対する耐久性の点でも良好なので、この実施形態における黒色塗装として行うことができる。

また、図１に示すように、ランプハウス３の底板部３１は厚みを有するので、光照射口３０は端面３２を有するが、この端面３２にも黒色塗装が施されており、反射防止面８となっている。端面３２はごく狭い領域ではあるが、偏光素子２からの偏光光が到達すると同様に反射して偏光状態が変化し、光照射領域Ｒに到達し得る。これを考慮し、この実施形態では端面３２も黒色塗装を施して反射防止面８としている。

次に、このような反射防止面８の効果について確認した実験の結果について説明する。
発明者は、上記のように反射防止面８とした実施形態の偏光光照射装置と、反射防止面８が形成されていない従来の偏光光照射装置について、光源１等の測定条件を共通にして消光比がどのように異なるかを確かめた。

消光比について多少説明すると、消光比は、偏光光の品質を示す指標であり、所望の向きに偏光している直線偏光光の強度の、それとは９０度異なる向きに偏光している直線偏光光の強度の比である。光配向では、習慣的に、所望の向きの直線偏光光をｐ偏光光と呼んでおり、消光比は、ｓ偏光光の強度に対するｐ偏光光の強度の比とされている（Ｉｐ／Ｉｓ）。光学一般では、光が境界面に入射する際の入射面に平行な直線偏光光をｐ偏光光と呼び、入射面に垂直な直線偏光光をｓ偏光光と呼ぶが、光配向では、特に境界面での反射や透過にかかわらず、所望の向きの直線偏光光をｐ偏光光と呼び、偏光軸の向きがそれとは９０度異なる直線偏光光をｓ偏光光と呼んでいる。
グリッド偏光素子の場合、ギャップ幅方向に偏光している直線偏光光を透過させ、グリッドの各線状部の長さ方向に偏光している直線偏光光を反射ないし吸収させる。したがって、ギャップ幅方向に偏光している直線偏光光がｐ偏光光であり、各線状部の長さ方向に偏光している直線偏光光がｓ偏光光である。光照射領域Ｒには、偏光素子２のギャップ幅方向に偏光軸が向いている偏光光（ｐ偏光光）が専ら照射される。

測定についてより具体的に説明すると、光照射領域Ｒの各点に順次検光子を配置し、検光子を介して光強度（照度）を測定した。検光子も一種の偏光素子であり、一定の方向（以下、基準方向という。）の偏光光のみを透過するものである。検光子は、垂直な軸の周りに回転可能となっている。検光子の軸を偏光素子２の板面（水平面）に対して垂直にしながら検光子を回転させ、検光子の基準方向をｐ偏光光の向きに配置させた場合の光強度をｐ偏光光の強度とし、ｓ偏光光の向きに配置した場合の強度をｓ偏光光の強度とした。検光子を光照射領域Ｒの各点に配置しながらこのような測定を行い、得られたｓ偏光光の強度に対するｐ偏光光の強度の比を、その地点での消光比であるとした。

発明者は、このような測定を従来の装置と実施形態の装置について行った。光源１にはメタルハライドランプを使用し、ミラー４には断面楕円形のものを使用した。偏光素子２としてはグリッド偏光素子が採用され、光源１と偏光素子２の間に２４０〜４３０ｎｍ程度の波長域の光を透過させるバンドバスフィルタを配置した。

この結果、従来の装置の場合、光照射領域Ｒの中央付近で消光比は１１０程度、周辺部分で７０程度であった。これに対し、実施形態の装置では、中央付近での消光比は１３０程度、周辺部分では８０程度であり、１４〜１８％程度、偏光光の消光比が向上することが判明した。この際の照度は、５５０〜６００ｍＷ／ｃｍ^２程度であり、実施形態の装置と従来の装置とで大きな差はなかった。

このように、実施形態の偏光光照射装置によれば、光照射領域Ｒにより高い消光比の偏光光が照射される。このため、光配向処理の用途に用いた場合、膜材の分子構造がより強く配向され、良質な光配向膜を得ることができる。
尚、前述したように、アパーチャを別途設けることで成形部材とすることもできるが、光照射口３０を有するランプハウス３の構成部材と成形部材とすると、構造がシンプルになり、また部品点数の減少によるコスト削減の効果がある。

上記実施形態の構成において、成形部材の内側面で反射して消光比が低下した光が光照射口３０に戻ってくる光を極力少なくするため、反射防止面８の幅（光照射口３０の縁からの長さ、図１にｄで示す）をより広くすることが考えられる。しかしながら、以下の理由により反射防止面８の幅ｄを必要以上に広くすることは望ましくない。
すなわち、この実施形態では、反射防止面８は光吸収作用のある黒色塗装面であり、光吸収により温度上昇し易い。したがって、反射防止面８を広くすると、光吸収量も多くなってランプハウス３が底板部３１の部分で高温となってしまう問題がある。実施形態の構造では、ランプハウス３の底板部３１は、冷却機構５のラジエータ５３から離れた部位となっており、冷却されにくい部位となっている。したがって、反射防止面８が必要以上に広くすることは望ましくない。
ランプハウス３の底板部３１の外側面に沿って冷却風を流すことで冷却する構造も考えられるが、この構造も望ましくはない。というのは、この部分はワークＷに対向している面であり、ワークＷの付近に風が流れることになり、パーティクルの舞い上がり等の問題が派生するからである。

上記の点は、実施形態の偏光光照射装置の構造に限らず一般的にいえることである。光照射口を有する成形部材は、光照射領域Ｒを臨む場所に位置する部材であり、ワークＷに対して近い場所に位置する部材であり、そのような部材の温度上昇は避けられるべきである。上述した冷却の困難性の他、輻射熱によってワークＷを加熱してしまう問題もあるからである。これらの点を考慮すると、反射防止面８の幅ｄは、１０〜１００ｍｍ程度とすることが望ましい。これより狭いと消光比の低下防止効果が十分に得られないし、これより広いと温度上昇の問題が顕在化し得る。

次に、第二の実施形態の偏光光照射装置について説明する。図３は、第二の実施形態の偏光光照射装置の正面断面概略図である。
第二の実施形態においても、偏光素子２と光照射領域Ｒとの間に、光照射口３０を有するランプハウス３の底板部３１が成形部材として設けられており、成形部材のうちの偏光素子２側の表面は、光照射口３０の縁を含む光照射口３０から所定の幅の領域において透過させることなく偏光光の反射を防止した反射防止面８となっている。そして、この第二の実施形態では、図３中に拡大して示すように、反射防止面８は、底板部３１の表面に微細な凹凸を形成することで反射防止作用を持たせた面となっている。

微細な凹凸としては、いわゆる梨地加工（シボ加工）やローレット加工により形成した凹凸面が採用できる。具体的には、サンドブラストや切削、転造等といった機械的又は物理的手法により凹凸面を形成することができる。この他、化学エッチングにより凹凸を形成することもでき、またブラックシリコンの作製のようにエッチング時の堆積物を利用して凹凸を形成する手法を採用することもできる。

このような微細な凹凸面に対して光が入射すると、光が乱反射したり拡散したりする。そして、凹凸構造内で多重反射しながら減衰する。したがって、偏光素子２からの偏光光が反射防止面８に到達すると、反射防止面８において減衰し、平坦面の場合のように消光比が低下した光が光照射口３０に戻ってくることはない。このため、光照射領域Ｒにおける消光比の低下が防止される。
上記のような微細な凹凸面に比べると黒色塗装の方が安価に済むので、第一の実施形態の方がコストの面では有利である。尚、凹凸面に対して黒色塗装をしてさらに効果を高める場合もあり得る。

次に、第三の実施形態の偏光光照射装置及び光配向装置について説明する。図４は、第三の実施形態の偏光光照射装置及び光配向装置の正面断面概略図である。
第三の実施形態では、成形部材は、光照射領域Ｒの面であって光照射領域Ｒに露出した面を有しており、この面についても反射防止面８とされている。第三の実施形態でも、成形部材は、光照射口３０を有するランプハウス３の底板部３１である。図４に示すように、底板部３１は光照射領域Ｒに対向しており、その表面（外側面）は光照射領域Ｒに露出した面となっている。

発明者の研究によると、光照射領域Ｒにおける消光比の低下の問題は、光照射口３０を正常に通過した偏光光によっても引き起こされ得ることが判ってきた。すなわち、光配向装置では、光照射領域Ｒを通過するようにしてワークＷが搬送される。したがって、光照射領域Ｒには、搬送のための機構部材（例えばリニアガイド等）が存在する他、ワークＷ自体も当然ながら光照射領域Ｒ内に位置する。これらの部材やワークＷ自体は、成形部材と同様、偏光光の反射部材となり得る。つまり、図４に破線で示すように、光照射領域Ｒに達した偏光光Ｌは、例えばワークＷの表面で反射し、さらにランプハウス３の底板部３１の外側面（成形部材の光照射領域Ｒに露出した面）に反射し、ワークＷに照射される場合がある。この反射光Ｌは、成形部材の内側面（偏光素子２側の面）での反射の場合と同様、消光比が低下している可能性が高い。つまり、光照射領域Ｒに位置したワークＷ等の表面と成形部材の露出面とを経由した光の経路が、光照射領域Ｒにおける消光比低下の要因となり得る。尚、図４に示すように、光照射領域Ｒを通過させながらワークＷを光照射する構成では、光照射領域Ｒの通過の前後で成形部材からの反射光Ｌの照射を受ける状態となる。

この第三の実施形態の装置は、上記の点を考慮し、成形部材の露出面についても反射防止面８とした構成を採用している。具体的には、図４に示すように、ランプハウス３の底板部３１の外側面において光照射口３０の縁から所定の幅を反射防止面８としている。内側面と同様、反射防止面８は光照射口３０の縁に沿って周状に延びており、従って長方形の輪郭を成す帯状である。反射防止面８の具体的構成としては、第一の実施形態のように黒色塗装であっても良いし、第二の実施形態のように微細な凹凸面であっても良い。
第三の実施形態の装置では、成形部材の露出面も反射防止面８となっているので、図４に示すように消光比が低下した偏光光ＬがワークＷに到達してしまうことがない。このため、偏光光の消光比の低下をさらに防ぐことができ、光配向処理の品質をさらに高めることができる。
尚、図４から解るように、成形部材の露出面での反射に起因して消光比が低下した偏光光は、特にワークＷの搬送方向の面において特に問題となり得る。したがって、反射防止面８は、光照射口３０の縁の全周に設けずに長尺方向の両側の辺のみに設ける場合もあり得る。成形部材の内側面を反射防止面８とする場合も同様で、長尺方向の両側の辺のみに沿って反射防止面８を設ける場合があり得る。

上記各実施形態では、光照射領域Ｒに照射する偏光光は紫外線であるので、特に紫外線を吸収する材料で反射防止面８を形成することも有効である。例えば、金や銅といった黄色系の金属は紫外線の吸収率が高く、これら金属のコーティングを施して反射防止面８とすることができる。また、紫外線を吸収して可視光に変換する（可視光を放出する）蛍光体で反射防止面８を形成することもできる。例えば、光照射領域Ｒに照射する偏光光の波長の紫外線を吸収する蛍光体塗料を塗布して反射防止面８とすることができる。光照射領域Ｒには、可視光の消光比が低下した偏光光が照射され得るが、光配向用の場合、膜材は可視光には感応しないので特に問題にはならない。

尚、上述した各実施形態において、光配向に使用される偏光光の波長は３６５ｎｍのような紫外線が想定されているが、それより短い波長（例えば２００〜３５０ｎｍ程度）の紫外線が使用される場合もあるし、それより長い４５０ｎｍ程度までの可視域を含む波長域の光が使用される場合もある。
また、上述した各実施形態において、ワークＷはステージ７に載置されて搬送されるものであったが、ワークＷは、ロールツーロールで搬送される膜材である場合もある。この場合、膜材に対して偏光光が照射されて光配向膜とされた後、適宜切断されて液晶基板への貼り付けがされる。
上記各実施形態では、光配向を偏光光照射の用途として説明したが、他の用途において高品質の偏光光を照射する必要がある場合、この出願の発明の偏光光照射装置は好適に採用され得る。

１ 光源
２ 偏光素子
２０ 偏光素子ユニット
３ ランプハウス
３０ 光照射口
３１ 底板部
３２ 端面
４ ミラー
５ 冷却機構
６ 搬送系
７ ステージ
８ 反射防止面

Claims (7)

1. 設定された光照射領域に照射するための光を放射する光源と、
   光照射領域と光源との間に設けられ、光源からの光を偏光する偏光素子とを備えた偏光光照射装置であって、
   偏光素子と光照射領域との間には、光照射領域に照射される光のパターンが光照射領域の形状となるように成形するための成形部材が設けられており、
   成形部材は、偏光素子からの偏光光が通過する光照射口を有しており、
   成形部材のうちの偏光素子側の表面は、光照射口の縁を含む光照射口から所定の幅の領域において透過させることなく偏光光の反射を防止した反射防止面となっていることを特徴とする偏光光照射装置。
2. 前記光源を収容したランプハウスを備えており、
   前記成形部材は、ランプハウスを形成する部材であることを特徴とする請求項１記載の偏光光照射装置。
3. 前記光照射口の端面も、透過させることなく偏光光の反射を防止した反射防止面となっていることを特徴とする請求項１又は２記載の偏光光照射装置。
4. 前記成形部材は、光照射領域側の面であって光照射領域に露出した面を有しており、この面も透過させることなく偏光光の反射を防止した反射防止面となっていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の偏光光照射装置。
5. 前記反射防止面は、基材に対して黒色塗装することで形成された面であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の偏光光照射装置。
6. 前記反射防止面は、微細な凹凸から成る面であり、乱反射又は拡散による減衰を利用して反射防止する面であることを特徴する請求項１乃至４いずれかに記載の偏光光照射装置。
7. 請求項１乃至６いずれかの偏光光照射装置を備えており、当該偏光光照射装置における前記光照射領域を通して膜材を搬送することで膜材に偏光光が照射されるようにする搬送系を備えていることを特徴とする光配向装置。
   

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