JP6052199B2 - 偏光光照射装置及び光配向用棒状光源 - Google Patents

Description

本願の発明は、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、液晶ディスプレイを中心とする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るに至っている。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）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、長尺な発光部を成す棒状光源を使用し、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１〜３）。偏光素子としては、比較的大きな面積で偏光させることから、グリッド偏光素子が使用される。

特開２０１１−１４５３８１号公報 特開２００２−３２８２３４号公報 特開２００３−５０８８１３号公報

このような偏光光照射装置において、より処理速度を高くして生産性を向上させるため、照射面での偏光光の照度をより高くすることが要請されている。高照度の偏光光照射のためには、ハイパワーの光源を使用することになるが、単に大きな定格電力の光源を使用するだけではなく、光の利用効率を上げること、即ち光の損失を極力少なくすることも重要である。

この点に関し、従来の偏光光照射装置では、光源その他の部材の冷却に関連して課題が存在している。光源には一般的に冷却が必要で、高速処理のためにハイパワーの光源を使用する場合には特に必要になる。また、偏光素子についても耐熱温度があり、必要な偏光性能を維持するため、冷却が必要である。通常、光源や偏光素子を収納したボックス内に冷却用の送風路が設けられ、送風路を通して送風することで各部が冷却される。

しかしながら、このような送風路の存在は、光の利用効率を低下させる要因となる。例えば、光源の背後（光源を挟んで対象物とは反対側）にはミラーが配置されるが、ミラーと偏光素子との間は、送風路の確保の観点から離間される。光源から放射される光のうち、ミラーの端部と偏光素子との間の空間（以下、ミラー端部空間という）に向かう光は、有効利用されずに損失となる。また、ミラーは、スリットを形成しつつ配置した一対のものが使用される。スリットも、送風路の確保のためであるが、スリットに向かう光も、有効利用されず損失となる。

これら空間やスリットを閉じ、ミラーと偏光素子とで光源を隙間無く取り囲んでしまえば、光の利用効率は格段に向上するが、冷却が極めて不十分な状態となってしまう。
本願発明は、この課題を解決するために為されたものであり、光源や偏光素子の冷却を十分に行いつつ、光の利用効率を高くした構造の偏光光照射装置を提供することを目的とするものであり、またこのような装置を使用して光配向を行うのに使用される棒状光源を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、長尺な発光管内に発光材料を封入した棒状光源であって、照射対象物に偏光光を照射するための棒状光源と、
棒状光源と照射対象物との間に配置され、棒状光源からの光を偏光させる偏光素子と、
棒状光源の長手方向に延びた形状を有し、棒状光源を挟んで照射対象物とは反対側において棒状光源を覆ったミラーと
を備えており、
棒状光源の発光管の外面には第一第二の二つの反射膜が形成されており、
反射膜は、棒状光源の発光管内の発光部から、ミラーの反射面及び偏光素子の双方を見込まない領域を遮蔽する位置に形成されており、
棒状光源の発光管の長手方向に延び長手方向に垂直な断面において発光管の中心に位置する軸である中心軸上の点を原点とし、中心軸に対して各々垂直な方向をｘｙ軸とするともに、ｙ軸の正側を０度とした場合、第一の反射膜の周方向の中央位置は反時計回りで１００度以上１４０度以下の範囲内にあり、第二の反射膜の周方向の中央位置は反時計回りで２２０度以上２６０度以下の範囲内にあり、
第一の反射膜の周方向の長さは、原点から見込む角度において２０度以上７０度以下であり、
第二の反射膜の周方向の長さは、原点から見込む角度において２０度以上７０度以下であり、
ｙ軸は、棒状光源と照射対象物とを結ぶ方向に向いた軸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２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記第一第二の二つの反射膜は、前記棒状光源の長手方向に延びる帯状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、前記第一第二の二つの反射膜は、前記棒状光源による偏光光の有効照射領域の長さ以上の長さの帯状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４記載の発明は、前記請求項１、２又は３の構成において、前記ミラーの照射対象物の側の端部は、前記偏光素子から離間しており、
前記第一第二の二つの反射膜は、前記棒状光源の発光管内の発光部から、前記ミラーの照射対象物側の端部と前記偏光素子との間の空間を見込む領域を遮蔽する位置に形成され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４の構成において、前記ミラーは、前記棒状光源の前記照射対象物とは反対側においてスリットを形成しつつ配置された一対のミラーであり、
前記棒状光源の発光管には、別の第三の反射膜が形成されており、別の第三の反射膜は、前記棒状光源の発光部からスリットを見込む領域を遮蔽する位置に形成され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６記載の発明は、前記請求項５の構成において、前記棒状光源は、前記発光管の中心軸回りの周方向の配置姿勢の目印を備え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７記載の発明は、前記請求項１乃至６いずれかの構成において、前記棒状光源は、両端に口金を備えており、口金は、前記発光管の中心軸に対して非対称の断面形状を有しており、非対称の断面形状が前記目印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８記載の発明は、前記請求項７の構成において、前記棒状光源を保持する一対の台座が設けられており、
台座は、前記口金の前記非対称の断面形状に適合した形状を有し、前記口金と嵌め合わされることで前記反射膜が前記領域を遮蔽する位置となる姿勢で前記棒状光源を保持するもの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９記載の発明は、 請求項１に記載の偏光光照射装置に用いられる光配向用棒状光源であって、棒状の発光管と、発光管内に封入された発光材料とを備えており、
発光管の外面には、発光管の長手方向に延びる帯状の第一第二の二つの反射膜が形成されており、
発光管の長手方向に延び長手方向に垂直な断面において発光管の中心に位置する軸である中心軸上の点を原点とし、中心軸に対して各々垂直な方向をｘｙ軸とするともに、ｙ軸の正側を０度とした場合、第一の反射膜の周方向の中央位置は反時計回りで１００度以上１４０度以下の範囲内にあり、第二の反射膜の周方向の中央位置は反時計回りで２２０度以上２６０度以下の範囲内にあり、
第一の反射膜の周方向の長さは、原点から見込む角度において２０度以上７０度以下であり、
第二の反射膜の周方向の長さは、原点から見込む角度において２０度以上７０度以下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１０記載の発明は、前記請求項９の構成において、前記発光管の外面には別の第三の反射膜が形成されており、
別の第三の反射膜は、周方向の中央位置が前記ｙ軸上にあり、周方向の長さは、原点から見込む角度において２０度以上１００度以下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１１記載の発明は、前記請求項９又は１０の構成において、前記発光管の中心軸回りの周方向の配置姿勢の目印が設けられ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１２記載の発明は、前記請求項１１の構成において、前記棒状光源は、両端に口金を備えており、口金は、前記発光管の中心軸に対して非対称の断面形状を有しており、非対称の断面形状が前記目印となっているという構成を有する。

以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、光の損失が低減されるので、棒状光源への投入電力が一定の場合でも、照射面での照度が高くなる。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、反射膜が棒状光源の長手方向に長いものであるので、長手方向において照度を高くする効果が得られる。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、反射膜が有効照射領域の長さ以上の長さであるので、有効照射領域において照度をより高くする効果が得られる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、ミラー端部空間における光の損失が低減されるので、ミラーや偏光素子の冷却を十分に行いつつ照度をより高くする効果が得られる。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、一対のミラーを通して冷却用の送風路を確保しつつ、スリットにおける光の損失を低減することができる。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、周方向の配置姿勢の目印が棒状光源に設けられているので、より照度を高くできる姿勢に光源を配置するのが容易となる。
また、請求項７記載の発明によれば、上記効果に加え、棒状光源の口金の形状自体が目印であるので、別途目印を設ける必要がない。
また、請求項８記載の発明によれば、上記効果に加え、台座に口金を嵌め合わせることで周方向の最適な姿勢で棒状光源が配置されるので、光源の配置が容易である。
また、請求項９記載の発明によれば、偏光光照射装置に搭載された場合、光の損失が低減されるので、高い照度の偏光光を照射することで光配向が行えるようになり、より高い生産性で光配向処理が行える。
また、請求項１０記載の発明によれば、上記効果に加え、偏光光照射装置が備える一対のミラーが形成するスリットにおける光の損失が低減されるので、さらに高い照度で光配向処理が行えるようになる。
また、請求項１１記載の発明によれば、上記効果に加え、周方向の配置姿勢の目印が設けられているので、より照度を高くできる姿勢に棒状光源を配置するのが容易となる。
また、請求項１２記載の発明によれば、上記効果に加え、口金の形状自体が目印であるので、別途目印を設ける必要がない。

本願発明の第一の実施形態の偏光光照射装置の斜視概略図である。 図１に示す実施形態の偏光光照射装置の正面断面概略図である。 第一の実施形態の装置における棒状光源１の断面概略図である。 第一の実施形態の装置における棒状光源１の斜視概略図である。 反射膜の大きさとミラー端部空間を見込む領域との関係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の正面断面概略図である。 第二の実施形態の装置における棒状光源１の断面概略図である。 反射膜無しの従来の棒状光源を使用した場合と反射膜付きの棒状光源を使用した場合とで照射面での照度がどのように変化するかを調べた実験の結果を示した図である。

次に、本願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。以下の説明は、偏光光照射装置の発明の実施形態の説明であるが、光配向用棒状光源の発明の実施形態の説明も含んでいる。
図１は、本願発明の第一の実施形態の偏光光照射装置の斜視概略図であり、図２は図１に示す実施形態の偏光光照射装置の正面断面概略図である。

実施形態の偏光光照射装置において、照射対象物（以下、ワークという）Ｗは光配向膜用の膜材である。膜材Ｗは、樹脂製のシートであり、図１に示すようにロールに巻かれており、偏光光の照射位置まで引き出されるようになっている。ロールツーロールのワークの搬送の過程で偏光光が照射され、光配向処理がされるようになっている。尚、ワークＷの搬送方向は水平方向である。

図１及び図２に示すように、実施形態の偏光光照射装置は、長尺な発光部を成す棒状光源１と、棒状光源１の背後（ワークＷとは反対側）に設けられたミラー２と、偏光素子ユニット３とを備えている。
図１に示すように、棒状光源１は、長さ方向がワークＷの搬送方向に垂直な水平方向になるよう配置されている。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。

ミラー２は、放物線状の断面形状を成す一対のものである。ミラー２の断面形状としては、放物線ではなく楕円の円弧状とされる場合もある。
一対のミラー２は、棒状光源１の長手方向に長いものであり、いわゆる樋状のミラーである。但し、一対のミラー２は、棒状光源１の背後において接触しておらず、スリット２０を形成している。

各ミラー２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に示すような長尺なミラー２と等価なものとする場合もある。

このような棒状光源１や各ミラー２は、ランプハウス４内に収容されている。ランプハウス４は二重箱に近い構造となっており、棒状光源１や各ミラー２を保持したインナーボックス４１を収容している。
インナーボックス４１は、ほぼ断面コ字状となっており、開口を下に向けた姿勢である。インナーボックス４１は、内部を上下に仕切る隔壁４２を有しており、隔壁４２には、棒状光源１の長手方向に延びるスリット状の通風口４２０が設けられている。
隔壁４２には、通風口４２０の縁から下方に延びるようにして上側ミラー保持部２１が設けられている。インナーボックス４１の下端には下側ミラー保持部２２が形成されており、ミラー２は、上側ミラー保持部２１と下側ミラー保持部２２とによって保持されている。

偏光素子ユニット３は、グリッド偏光素子である偏光素子３１と、偏光素子３１を保持した枠状のフレーム３２とから成る。偏光素子ユニット３において、複数の偏光素子３１が並べられており、フレーム３２によって一体に保持されている。偏光素子ユニット３は、図２に示すようにランプハウス４の光出射口４０の縁に取り付けられている。
また、隔壁４２には通風口４２０が形成されており、通風口４２０の上側には、ラジエータ６が配置されている。ラジエータ６の上側には、冷却ファン７が設けられている。ラジエータ６は、通風口４２０から上昇する冷却風が間を通過するよう多数のフィンを形成したものである。図２に示すように、ラジエータ６内には冷媒が循環される。

冷却ファン７が動作すると、図２に破線矢印で示すように、冷却ファン７からの冷却風は、ランプハウス４とインナーボックス４１との間の通風路を通って下降し、各ミラー２の端部の下側を通ってミラー２の下方に侵入する。この冷却風は、偏光素子３１を冷却しながら上昇し、ミラー２の下面（反射面）や棒状光源１の表面に沿って流れた後、一対のミラー２の間の通風口４２０を通過する。そして、ラジエータ６において熱交換されて冷却風自体が冷却され、冷却ファン７に戻る。このように、冷却ファン７によりランプハウス４内に冷却風が循環し、ラジエータ６によって熱が奪われながら棒状光源１、ミラー２、偏光素子３１等を冷却する。

上記のように、各ミラー２の偏光素子３１側の端部は偏光素子ユニット３から離間しており、ミラー端部空間２０１が両側に形成されている。ミラー端部空間２０１は、前述したように、冷却風の送風のために必要な空間である。そして、実施形態の装置では、棒状光源１の発光管１１に反射膜を設けることで、ミラー端部空間２０１における光の損失を防止し、光の利用効率の向上を図っている。以下、この点について図２、図３及び図４を使用して説明する。図３は、第一の実施形態の装置における棒状光源１の断面概略図、図４は、第一の実施形態の装置における棒状光源１の斜視概略図である。

実施形態の装置において、光の利用効率を向上させるため、棒状光源１の発光管１１には、反射膜８１，８２が形成されている。棒状光源１の発光管１１は、図２及び図３に示すように断面円形である。説明の都合上、一対のミラー２の間のちょうど中間の位置を通り、照射面に対して垂直な仮想面をミラー基準面と呼び、図２及び図３にＳで示す。尚、棒状光源１は図３の紙面を垂直に貫く方向に長いので、ミラー基準面Ｓも図３の紙面に対して垂直に交差している。

一対のミラー２は、前述したように反射面の断面形状が放物線（放物面鏡）となっているが、その焦点Ｆはミラー基準面Ｓ上にあり、棒状光源１は、発光管１１の中心軸が焦点Ｆに位置するよう配置されている。このため、発光管１１から出た光のうち、ミラー２に反射した光は、ほぼ平行光となって出射する。
偏光素子３１は、ミラー基準面Ｓに対して垂直な姿勢で配置される。したがって、ミラー２に反射した光は、図２に実線矢印で示すように、偏光素子３１に対して垂直に入射するようになっている。

そして、図２に示すように、反射膜８１，８２は、ミラー基準面Ｓを挟んで二つ設けられている。二つの反射膜（以下、第一第二の反射膜とする）８１，８２は、発光管１１の中心が一対のミラーの焦点の位置に配置された際、発光管１１の中心からミラー端部空間２１０を見込む位置に設けられている。図２において、一対のミラー２の焦点Ｆとミラー２の端縁とを結ぶ仮想線をミラー側仮想線と呼び、図２中に符合Ｌ_１で示す。また、一対のミラー２が成す焦点Ｆと偏光素子ユニット３１のミラー２側の端縁とを結ぶ仮想線を素子側仮想線と呼び、図２中に符合Ｌ_２で示す。

第一第二の反射膜８１，８２は、ミラー側仮想線Ｌ_１と素子側仮想線Ｌ_２とで挟まれた空間を丁度仕切る位置及びサイズで設けられている。図３において、一対のミラー２の焦点Ｆの位置を原点Ｏとし、ミラー基準面Ｓに沿った軸をｙ軸、ミラー基準面Ｓに垂直な軸に垂直な軸をｘ軸とした座標系を与える。第一の反射膜８１において、周方向（発光管１１の中心軸回りの方向）の中心位置と原点Ｏとを結ぶ線は、光軸に対する各反射膜の配置位置を規定している。ｙ軸の正側を角度０度とし、これに対する反時計回りの角度として表現すると、第一の反射膜８１の周方向中心位置の角度（図３にθ_１１で示す）は、ミラー側仮想線Ｌ_１の角度と素子側仮想線Ｌ_２の角度の丁度中間の角度となる。この角度は、一対のミラー２の大きさ、偏光素子ユニット３の大きさや配置位置によって決まるが、例えば１００〜１４０度程度である。

第一の反射膜８１の周方向の長さも、発光管１１の外径、ミラー２の大きさや位置、偏光素子ユニット３の位置によって適宜決定される。周方向の長さを発光管１１の中心に対する角度で表現すると、第一の反射膜８１の周方向長さθ_１２は、２０〜７０度程度である。

第二の反射膜８２についても同様で、ミラー側仮想線Ｌ_１と素子側仮想線Ｌ_２とで挟まれた空間を丁度仕切る位置に及びサイズで設けられている。第一第二の反射膜８１，８２は、ミラー基準面Ｓに対して対称に設けられているので、第二の反射膜８２の周方向中心位置の角度（図３にθ_２１で示す）は、θ_１１と絶対値が同じでマイナスの向きの角度である（θ_２１＝−θ_１１）。また、周方向の長さは、第一の反射膜８１と同じである（θ_２２＝θ_１２）。

尚、図４に示すように、各反射膜８１，８２は、棒状光源１の長手方向に長い帯状である。各反射膜８１，８２は、有効照射領域の長さ以上の長さとされる。有効照射領域は、その領域内で必要な偏光光の照度が確保される領域として設定される領域である。有効照射領域は、ワークＷの幅よりも大きい幅として設定される。図１に、有効照射領域を符号Ｒで示す。この実施形形態では、光源１は長手方向がワークＷの幅方向とされるので、各反射膜８１，８２は、ワークＷの幅よりも長いものとされる。

各反射膜８１，８２は、ミラー端部空間２０１に向かおうとする光を反射させて戻し、発光管１１内からミラー２を経て偏光素子３１に向かわせるものであるため、少なくとも、照射しようとする波長の光を反射させるものであることが必要である。この実施形態では、例えば波長２５４ｎｍや３６５ｎｍのような紫外線の偏光光を照射することを想定しており、したがって２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の波長域において高い反射率を有するものが好適に使用される。高い反射率とは、例えば５０％以上の反射率である。

このような各反射膜８１，８２は、発光管１１の外面に真空蒸着法、スパッタリング、ＣＶＤ等によって形成され、例えば酸化タンタル、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化シリコンを積層した多層膜とされる。この他、アルミナの蒸着膜、アルミナの微粒子より成る膜、シリカの微粒子より成る膜、又はこれら微粒子の混合物より成る膜が各反射膜８１，８２として使用されることもある。

また、このような各反射膜８１，８２は、必要な耐熱性を持ったものとされる。この実施形態の棒状光源１は、前述したように放電ランプであり、点灯時には発光管１１の外面はかなりの高温になる。発光管１１内の発光材料の蒸発状態を維持する観点から、発光管１１内は所定の高温に保たれなければならず、したがって発光管１１の外面が高温になることは避けられない。例えば水銀ランプ（低圧水銀ランプ又は高圧水銀ランプ）の場合、水銀の蒸発温度である３５０℃〜５５０℃程度以上の温度に発光管１１内が維持されている必要がある。このため、各反射膜８１，８２は、少なくとも発光管１１内の発光材料の蒸発温度以上の耐熱性を持つ必要がある。
尚、棒状光源１の発光管１１は、石英ガラスのような耐熱性の高い材料で形成されるものの、限度以上の温度になると白化して光透過率が悪くなるといった問題が生じる。このため、通常、棒状光源１は、送風機構により強制空冷され、各反射膜８１，８２も強制空冷される。

この実施形態の棒状光源１は、長手方向に垂直な断面で見ると、発光管１１の内部の全域が発光部となる。図２及び図３から解るように、この発光部から出た光のうちの一部は、反射膜８１，８２で反射し、発光管１１内を通過してミラー２に達し、ミラー２に反射して偏光素子３１に照射される。この光は、反射膜８１，８２が無い場合にはミラー端部空間２０１に向かっていた光である。即ち、この実施形態では、ミラー端部空間２０１における光の損失が低減されており、光の利用効率が高くなっている。このため、偏光素子３１を経て照射面に照射される偏光光の照度が高くなる。したがって、所定の光照射量を確保しつつもワークＷを高速で搬送することが可能になり、生産性が高くなる。

このように、実施形態の偏光光照射装置は、反射膜８１，８２付きの棒状光源１を使用することで光の利用効率を向上させているが、この効果は、上述したように、装置の各部の配置との関係で棒状光源１が適宜の姿勢で搭載されることで得られる。この点を考慮し、実施形態の偏光光照射装置は、棒状光源１の搭載のために最適化した構造を採用している。以下、この点について図４を使用して説明する。

水銀ランプやメタルハライドランプのような棒状の棒状光源は、棒状の発光管の両端に口金を有する。口金は、通常、円柱状である。各口金の端面からは一対のリード棒が延びており、リード棒をソケットに差し込むことで棒状光源はソケットに装着される。
そして、棒状光源の保持のため、ランプハウス内には一対の台座が設けられる。棒状光源は、両端の口金が台座の上に載せられた状態で固定される。台座は、上面がＶ溝になっており、Ｖ溝内に落とし込むようにして口金が載せられる。

このような構造が一般的であるが、この実施形態では、図４に示すように、各口金１２は円柱状ではなく、平坦面を有する形状となっている。即ち、各口金１２は、底面１２１と、棒状光源１の長手方向に沿った側面１２２とが平坦面になっている。

一方、一対の台座５は、図４に示すように、棒状光源１の長手方向に垂直な断面で見た形状がコ字状となる溝（以下、コ字状溝という）５１を有している。各コ字状溝５１の寸法形状は、各口金１２の断面形状（底面１２１と各側面１２２の寸法形状）に適合したものとなっている。棒状光源１を装着する場合、図４に示すように、各口金１２の底面１２１を下に向けながら台座５のコ字状溝５１に嵌め込み、不図示の固定具で各口金１２を台座５に固定する。
図４に示すように、各台座５は、コ字状溝５１の底壁がミラー基準面Ｓに対して垂直で、且つミラー基準面Ｓが溝の幅方向中央の位置となるよう固定されている。コ字状溝５１の向かい合う側壁は、ミラー基準面Ｓに対して平行であり、ミラー基準面Ｓから互いに等距離の位置になる。

一方、二つの口金１２は、底面１２１が同一平面上となる状態で発光管１１に対して接続されているとともに、底面１２１の幅方向中央の位置が発光管１１の中心軸Ｃと同一平面上となる状態で発光管１１に対して接続されている。各口金１２の側面１２２は、底面１２１に対して垂直である。したがって、図４に示すように各口金１２を台座５に嵌め込むと、発光管１１の中心軸Ｃはミラー基準面Ｓ上に位置する。
また、前述したようにミラー２は放物面鏡であるものの、棒状光源１の長手方向に長いものであるので、その焦点Ｆも、実際には棒状光源１の長手方向に長いものである。したがって、この焦点が長手方向に連ねってできる仮想線を焦線と呼ぶ。

図４において、各口金１２の底面１２１が属する平面に対する発光管１１の中心軸Ｃの離間距離をｄとすると、各台座５は、コ字状溝５１の底壁が焦線に対して距離ｄとなる位置で設けられている。したがって、図４に示すように各口金１２を台座５に嵌め込むと、発光管１１の中心軸Ｃと焦線とが一致した状態となる。
そして、棒状光源１において、二つの反射膜８１，８２は、口金１２の断面形状に対して所定の位置関係で設けられている。説明の都合上、各口金１２の底面１２１に対して幅方向中央で垂直に交差する面を発光管基準面と呼び、図４にＳ_Ｅで示す。発光管１１の中心軸Ｃは、発光管基準面Ｓ_Ｅ上にある。

上記のように各口金１２が台座５に嵌め込まれると、発光管１１の中心軸Ｃはミラー基準面Ｓ上となる。即ち、発光管基準面Ｓ_Ｅがミラー基準面Ｓに一致する。したがって、各口金１２との位置関係でいうと、第一の反射膜８１は、発光管基準面Ｓ_Ｅに対してθ_１１の角度に位置し、第二の反射膜８２は発光管基準面Ｓ_Ｅに対してθ_２１の角度に位置する。即ち、反射膜８１，８２は、口金１２に対してθ_１１，θ_１２となる位置に形成される。このため、上記のように発光管基準面Ｓ_Ｅがミラー基準面Ｓに一致した状態として棒状光源１を装着すると、各反射膜８１，８２は、各ミラー端部空間２０１を見込む領域を遮蔽した状態となる。

尚、各反射膜８１，８２は、上記のように各ミラー端部空間２０１を見込む領域を遮蔽するもので、この点で幾つかの異なる態様が考えられ、それぞれに優劣がある。以下、この点について図５を使用して説明する。図５は、反射膜の大きさとミラー端部空間を見込む領域との関係について示した正面断面概略図である。

図５において、ミラー側仮想線Ｌ_１と素子側仮想線Ｌ_２との間の領域が、ミラー端部空間を見込む領域である。反射膜８１，８２は、図３に示すように、ミラー端部空間２０１を見込む領域をちょうど遮蔽する長さとすることが好ましい。この場合、反射膜８１，８２の一方の端はミラー側仮想線Ｌ_１上にあり、他方の端は素子側仮想線Ｌ_２上にある。

また、図５（１）に示すように、第一の反射膜８１は、ミラー端部空間を見込む領域より少し長く、はみ出していても良い。この場合でも、ミラー端部空間における光の損失を無く効果は同様に得られる。はみ出した部分では、ミラー２又は偏光素子３１３に向かっていた光を反射してしまうので、好ましくないとも言えるが、ここで反射した光の多くは、発光管１１内を経由してミラー２に達し、ミラー２に反射して偏光素子３１に向かうので、大きな無駄にはならない。第二の反射膜８２についても同様である。

但し、発光管１１から出てミラー２に反射した光のうち、発光管１１内を通って反射膜８１，８２の内側面に達する光があり得る。この光は、反射膜８１，８２に反射することで、偏光素子への光路から逸れてしまうことがあり得る。つまり、反射膜８１，８２は、ミラーから偏光素子に向かう光にとっては遮蔽物になり得る。この点では、反射膜の長さは最小限にすべきで、どちらかというと図３の方が好ましい。

また、図５（２）に示すように、第一の反射膜８１は、ミラー端部空間を臨む領域に対して少し短い長さであっても良い。この場合でも、反射膜８１が無い場合に比べると、ミラー端部空間における損失は低減できる。また、上記のように、ミラー２から偏光素子３１に向かう光を遮蔽してしまう効果は反射膜８１が短い方が少なく、この点では好ましい。第二の反射膜８２についても同様である。

いずれにしても、実施形態の紫外線偏光光照射装置によれば、ミラー端部空間２０１における光の損失が低減されるので、棒状光源１への投入電力が一定の場合でも、照射面での照度が高くなる。このため、光配向のような光プロセスの生産性をより高くできる。
また、反射膜８１，８２が棒状光源１の長手方向に長いものである点は、長手方向において照度を高くする位置があるし、反射膜８１，８２が有効照射領域Ｒの長さ以上の長さであるので、有効照射領域Ｒにおいて照度をより高くする位置がある。

そして、前述した口金１２の形状は、棒状光源１の周方向の配置姿勢の目印となるものであり、より照度を高くできる姿勢に光源を配置する作業（セッティング）を容易にする意義がある。さらに、口金１２の形状自体が目印であるので、別途目印を設ける必要がなく、棒状光源１の製造工程が簡略化される。尚、上記のように台座５に口金１２を嵌め合わせることで周方向の最適な姿勢で光源が配置されるので、棒状光源１の配置作業はさらに容易となっている。

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６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り、図７は第二の実施形態の装置における棒状光源１の断面概略図である。
第二の実施形態の装置は、棒状光源１の発光管１１において反射膜が追加して設けられた点が特徴点となっており、その他の点は、基本的に第一の実施形態と同様である。

図６及び図７に示すように、第二の実施形態においても、棒状光源１の発光管１１には、第一第二の反射膜８１，８２が形成されている。第一第二の反射膜８１，８２の位置や大きさは、第一の実施形態の場合と同様であり、発光管基準面Ｓ_Ｅに対して対称なθ_１１、θ_２１の位置である。したがって、発光管基準面Ｓ_Ｅがミラー基準面Ｓと一致し、発光管１１の中心軸Ｃがミラー２の焦線に一致した状態で棒状光源１が配置されると、第一第二の反射膜８１，８２は、発光管１１内の発光部からミラー端部空間２０１を見込む領域を遮蔽する状態となる。

加えて、第二の実施形態では、発光管１１の外面に第三の反射膜８３が形成されている。図６に示すように、第三の反射膜８３は、発光管基準面Ｓ_Ｅ上に位置する。より具体的には、第三の反射膜８３は、長さ方向（発光管１１の周方向）の中央位置が発光管基準面Ｓ_Ｅ上に位置している（Ｙ軸と第三の反射膜８３の周方向中央位置とのなす角度をθ_３１とすると、θ_３１＝０°）。

第三の反射膜８３は、発光管１１の上方に形成されたスリット２０における光の損失を低減させるための反射膜である。上記のように、ミラー２や棒状光源１の発光管１１、偏光素子３１などを経由した冷却用の送風路を確保する観点から、ミラー２を一対のものとし、棒状光源１の背後においてスリット２０が形成された構造が採用される。スリット２０は、冷却用に必要ではあるものの、その箇所では光は反射されず、スリット２０に向かう光は損失となる。このため、第二の実施形態では、棒状光源１の発光管１１内の発光部からスリット２０を見込む領域を遮蔽する位置に第三の反射膜８３を設けている。

一対のミラー２は、ミラー基準面Ｓに対して対称であり、棒状光源１は、発光管基準面Ｓ_Ｅがミラー基準面Ｓに一致した状態で配置されるので、第三の反射膜８３は、ミラー基準面Ｓ上に位置し、発光管１１内の発光部からスリット２０を見込む空間を遮蔽する状態となる。
第三の反射膜８３については、発光管１１の中心からスリット２０を見込む領域をちょうど遮蔽する長さとすることが好ましいが、これより多少長くても良く、短くても良い。但し、平面視でスリット２０の幅よりも長くしてしまうと、無益に長くなり、ミラー２に達する光を遮蔽してしまうので、好ましくない。周方向の長さを発光管１１の中心に対する角度で表現すると、第三の反射膜８２の周方向長さθ_３２は、例えば２０〜１００度程度である。尚、第三の反射膜８３も、光源１の長手方向に長い帯状であり、有効照射領域以上の長さとされる。

第三の反射膜８３についても第一第二の反射膜８２と同様で、酸化タンタルと二酸化シリコン等との多層膜を発光管１１の外面に蒸着することで形成することができ、アルミナの蒸着膜、アルミナの微粒子より成る膜、シリカの微粒子より成る膜、又はこれら微粒子の混合物より成る膜でも良い。そして、同様に発光管１１内の発光材料の蒸発温度を越える耐熱性が必要であり、発光管１１と同程度の耐熱性とすることがより好ましい。

第二の実施形態では、第三の反射膜８３が無い場合にスリット２０に向かっていた光を第三の反射膜８３が反射して発光管１１内に戻す。この光は、発光管１１下方を通過して偏光素子３１に達するか、第一又は第二の反射膜８１，８２に反射し、さらにミラー２に反射して偏光素子３１に達する。したがって、スリット２０において損失となっていた多くの光が偏光素子３１に達するようになり、この点で光の利用効率がさらに向上する。このため、一定の投入電力の下でも、照射面での照度がさらに高くなり、生産性が向上する。

尚、この実施形態においても、棒状光源１の口金１２の形状やランプハウス４内に設けられる台座５の構造は第一の実施形態と同様である。したがって、両側の口金１２を台座５に対して嵌め込むだけで、第三の反射膜８３は第一第二の反射膜８１、８２に対して上側に位置し、且つミラー基準面Ｓ上の所定位置（スリット２０を見込む領域を遮蔽する位置）に位置することになる。

上記各実施形態では、一対のミラー２は放物面鏡を構成していたが、楕円集光鏡を構成していても良い。ミラーが楕円集光鏡である場合、反射面の断面形状は楕円の円弧を成し、同様に棒状光源１の長手方向に長い一対のものということになる。
尚、上述したように実施形態の偏光光照射装置ではグリッド偏光素子が使用されているが、グリッド偏光素子の場合、光をより垂直に近い角度で入射させた方が偏光性能が高くなる。放物面鏡を使用した場合、偏光素子３１に垂直に近い角度で入射する光が多くなるので、偏光性能を高くする点で好適である。

一方、ミラーが楕円集光鏡である場合、楕円集光鏡の第二焦点の位置を通して搬送ラインが設定され、ワークＷは第二焦点の位置を通して搬送される。楕円集光鏡の場合、光が第二焦点に集光されるので、放物面鏡を使用する場合に比べ照度が高くなる。いずれの場合もワークＷは搬送の過程で偏光光が照射されるものの、より高いピーク照度で偏光光を照射する必要がある場合、楕円集光鏡の使用が推奨される。

上述した各実施形態において、ワークＷはロールツーロールで搬送される膜材であったが、膜材付きの基板がワークである場合もある。この場合は、基板を載せるステージと、ステージを移動させてワークを搬送する搬送機構とが設けられる。搬送機構としては、ボールねじとリニアガイドとを組み合わせた機構が採用され、有効照射領域Ｒを通過するようにして基板を搬送するよう構成される。

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、他の用途においても高効率に偏光光を照射する必要がある場合、本願発明は好適に採用され得る。
また、棒状の棒状光源１において、断面で見た場合、発光部は発光管１１内の全域に亘ると説明したが、例えば中心軸付近のように一部の領域に存在する場合もあり得る。この場合も、この発光部からミラー端部空間２０１を見込んだ領域を遮蔽する位置に反射膜は形成される。
尚、上述した各実施形態の説明において、各反射膜８１，８２，８３の配置位置やサイズを基準面Ｓに対する角度により規定したが、これらの角度は、凡その偏光光照射装置において効果を奏する角度である。ミラーの寸法形状や偏光素子の配置は装置によって異なるので、程度に違いはあるものの、これらの角度範囲内としておけば、光の損失低減の効果は得られる。

次に、実施例の説明として、照射面での照度向上の効果を確認した実験の結果について説明する。
図８は、反射膜無しの従来の棒状光源を使用した場合と反射膜付きの棒状光源を使用した場合とで照射面での照度がどのように変化するかを調べた実験の結果を示した図である。この実験では、定格出力２４ｋＷの高圧水銀ランプであって、反射膜の無いもの（従来例）と、反射膜付きのものとを用意し、同一の偏光光照射装置に搭載して照射面での照度を測定した。

照射面は、棒状光源から約１８５ｍｍ程度の位置とし、ミラーの端部と偏光素子との離間距離は約８０ｍｍとした。
また、反射膜付きの棒状光源としては、第一の実施形態のもの（第一第二の反射膜付きのもの）と、第二の実施形態のもの（第一〜第三の反射膜付きのもの）とを用意し、それぞれについて照射面上の照度を測定した。

尚、偏光光照射装置としては、上記のような放物面鏡のミラーの他、ミラーが楕円集光鏡である装置も使用し、これについても同様に反射膜無しと反射膜付きとでどのように照度が異なるかを測定した。ミラーとして楕円集光鏡を使用した装置は、ミラー以外については上記各実施形態の装置と同様とした。図８中、（１）は放物面鏡のミラーを使用した場合の実験結果、（２）は楕円集光鏡のミラーを使用した場合の実験結果を示す。図８（１）（２）では、反射膜の無い従来の棒状光源を使用した場合の照度を１００とし、反射膜付きの棒状光源１を使用した場合の照度がこれに対する比率で示されている。

図８（１）に示すように、放物面鏡タイプのミラーを使用した場合、反射膜の無い従来の棒状光源を使用した際の照度に対して、第一の実施形態の棒状光源では１１７％の照度となり、第二の実施形態の棒状光源では１３６％の照度となった。
また、図８（２）に示すように、楕円集光鏡タイプのミラーを使用した場合、反射膜の無い従来の棒状光源を使用した際の照度に対して、第一の実施形態の棒状光源では１０５％、第二の実施形態の棒状光源では１２４％となった。
このように、いずれのタイプのミラーにおいても、反射膜付きの棒状光源を使用することで照度がアップし、生産性の向上に寄与できることが確認された。

１ 棒状光源
１１ 発光管
１２ 口金
２ ミラー
２０ スリット
３ 偏光素子ユニット
３１ 偏光素子
３２ フレーム
４ ランプハウス
５ 台座
５１ コ字状溝
６ ラジエータ
７ 冷却ファン
８１ 第一の反射膜
８２ 第二の反射膜
８３ 第三の反射膜

Claims (12)

1. 長尺な発光管内に発光材料を封入した棒状光源であって、照射対象物に偏光光を照射するための棒状光源と、
   棒状光源と照射対象物との間に配置され、棒状光源からの光を偏光させる偏光素子と、
   棒状光源の長手方向に延びた形状を有し、棒状光源を挟んで照射対象物とは反対側において棒状光源を覆ったミラーと
   を備えており、
   棒状光源の発光管の外面には第一第二の二つの反射膜が形成されており、
   反射膜は、棒状光源の発光管内の発光部から、ミラーの反射面及び偏光素子の双方を見込まない領域を遮蔽する位置に形成されており、
   棒状光源の発光管の長手方向に延び長手方向に垂直な断面において発光管の中心に位置する軸である中心軸上の点を原点とし、中心軸に対して各々垂直な方向をｘｙ軸とするともに、ｙ軸の正側を０度とした場合、第一の反射膜の周方向の中央位置は反時計回りで１００度以上１４０度以下の範囲内にあり、第二の反射膜の周方向の中央位置は反時計回りで２２０度以上２６０度以下の範囲内にあり、
   第一の反射膜の周方向の長さは、原点から見込む角度において２０度以上７０度以下であり、
   第二の反射膜の周方向の長さは、原点から見込む角度において２０度以上７０度以下であり、
   ｙ軸は、棒状光源と照射対象物とを結ぶ方向に向いた軸であることを特徴とする偏光光照射装置。
2. 前記第一第二の二つの反射膜は、前記棒状光源の長手方向に延びる帯状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. 前記第一第二の二つの反射膜は、前記棒状光源による偏光光の有効照射領域の長さ以上の長さの帯状であることを特徴とする請求項２記載の偏光光照射装置。
4. 前記ミラーの照射対象物の側の端部は、前記偏光素子から離間しており、
   前記第一第二の二つの反射膜は、前記棒状光源の発光管内の発光部から、前記ミラーの照射対象物側の端部と前記偏光素子との間の空間を見込む領域を遮蔽する位置に形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の偏光光照射装置。
5. 前記ミラーは、前記棒状光源の前記照射対象物とは反対側においてスリットを形成しつつ配置された一対のミラーであり、
   前記棒状光源の発光管には、別の第三の反射膜が形成されており、別の第三の反射膜は、前記棒状光源の発光部からスリットを見込む領域を遮蔽する位置に形成されていることを特徴とする請求項４記載の偏光光照射装置。
6. 前記棒状光源は、前記発光管の中心軸回りの周方向の配置姿勢の目印を備えていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の偏光光照射装置。
7. 前記棒状光源は、両端に口金を備えており、口金は、前記発光管の中心軸に対して非対称の断面形状を有しており、非対称の断面形状が前記目印となっていることを特徴とする請求項６記載の偏光光照射装置。
8. 前記棒状光源を保持する一対の台座が設けられており、
   台座は、前記口金の前記非対称の断面形状に適合した形状を有し、前記口金と嵌め合わされることで前記反射膜が前記領域を遮蔽する位置となる姿勢で前記棒状光源を保持するものであることを特徴とする請求項７記載の偏光光照射装置。
9. 請求項１に記載の偏光光照射装置に用いられる光配向用棒状光源であって、棒状の発光管と、発光管内に封入された発光材料とを備えており、
   発光管の外面には、発光管の長手方向に延びる帯状の第一第二の二つの反射膜が形成されており、
   発光管の長手方向に延び長手方向に垂直な断面において発光管の中心に位置する軸である中心軸上の点を原点とし、中心軸に対して各々垂直な方向をｘｙ軸とするともに、ｙ軸の正側を０度とした場合、第一の反射膜の周方向の中央位置は反時計回りで１００度以上１４０度以下の範囲内にあり、第二の反射膜の周方向の中央位置は反時計回りで２２０度以上２６０度以下の範囲内にあり、
   第一の反射膜の周方向の長さは、原点から見込む角度において２０度以上７０度以下であり、
   第二の反射膜の周方向の長さは、原点から見込む角度において２０度以上７０度以下であることを特徴とする光配向用棒状光源。
10. 前記発光管の外面には別の第三の反射膜が形成されており、
    別の第三の反射膜は、周方向の中央位置が前記ｙ軸上にあり、周方向の長さは、原点から見込む角度において２０度以上１００度以下であることを特徴とする請求項９記載の光配向用棒状光源。
11. 前記発光管の中心軸回りの周方向の配置姿勢の目印が設けられていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の光配向用棒状光源。
12. 前記棒状光源は、両端に口金を備えており、口金は、前記発光管の中心軸に対して非対称の断面形状を有しており、非対称の断面形状が前記目印となっていることを特徴とする請求項１１記載の光配向用棒状光源。

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