JP6439351B2 - 紫外線照射装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、紫外線照射装置に関する。

現在、液晶パネルの配向膜の配向処理であるラビング工程に変わる技術として、光配向技術（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）が注目されている。光配向技術で用いられる紫外線照射装置は、光源である棒状ランプと、偏光素子と、を備えている。この種の紫外線照射装置は、棒状ランプが照射する紫外線のうち所定方向の偏光軸の紫外線を偏光素子が通過させ、通過させた紫外線をワークに照射することなどにより配向膜の配向処理を行なう。

特開２００９−２６５２９０号公報 特開２０１１−１４５３８１号公報

近年、反射型偏光素子よりも高い偏光特性を得られる吸収型偏光素子を用いた紫外線照射装置の開発が進められている。しかしながら、吸収型偏光素子は熱に弱く、例えば水銀ランプやメタルハライドランプなどの放電ランプを光源として用いた紫外線照射装置では、放電ランプから放出される熱により吸収型偏光素子の劣化が著しく、紫外線照射装置の実用に耐えることができない。

本発明は、吸収型偏光素子の劣化を抑制した紫外線照射装置を提供することを目的とする。

実施形態の紫外線照射装置は、紫外線を放出する発光素子を有する光源と；光源より放出された紫外線のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光光を透過する吸収型偏光素子と；を有する。

本発明によれば、吸収型偏光素子の劣化を抑制した紫外線照射装置を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る紫外線照射装置の概略の構成を示す斜視図である。 図２は、第１の実施形態に係る紫外線照射装置をＹ軸方向から見た図である。 図３は、第１の実施形態に係る紫外線照射装置の光源１０をＺ軸方向から見た図である。 図４は、第２の実施形態に係る紫外線照射装置をＹ軸方向から見た図である。 図５は、第２の実施形態に係る紫外線照射装置の変形例をＹ軸方向から見た図である。

以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１、１−１、１−２は、紫外線Ｕを放出する発光素子１２を有する光源１０と、光源１０より放出された紫外線Ｕのうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸ＰＡの偏光光ＵＡを透過する吸収型偏光素子２０と、を有する。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１、１−１、１−２において、発光素子１２は、第１のピーク波長の紫外線を放出する第１の発光素子１４と、第１のピーク波長と異なる第２のピーク波長の紫外線を放出する第２の発光素子１６と、を有する。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１、１−１、１−２において、発光素子１２が放出する光の主波長は、２４０〜４５０（ｎｍ）である。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１、１−１、１−２において、光源１０、１１と吸収型偏光素子２０の間に、光学部材１４ｃ、１６ｃ、３０、４０を有する。

（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態に係る紫外線照射装置１を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係る紫外線照射装置の概略の構成を示す斜視図、図２は、実施形態に係る紫外線照射装置をＹ軸方向から見た図、図３は、実施形態に係る紫外線照射装置の光源１０をＺ軸方向から見た図である。

図１に示された実施形態の紫外線照射装置１は、配向処理の対象物としてのワークＷの表面に、予め決められた基準方向と平行な偏光軸ＰＡ（図１に矢印で示し、振動方向ともいう）の紫外線ＵＡを照射する装置である。実施形態の紫外線照射装置１は、例えば、液晶パネルの配向膜、視野角補償フィルムの配向膜や偏光フィルム等などの製造に用いられる。紫外線照射装置１は、主に、所望の波長としての波長が３６５（ｎｍ）の紫外線ＵＡをワークＷの表面に照射する。なお、本実施形態でいう「紫外線」とは、例えば、２４０（ｎｍ）から４５０（ｎｍ）までの波長帯の光のことである。

なお、ワークＷの表面に照射される紫外線ＵＡの偏光軸ＰＡは、ワークＷの構造、用途、または、要求される仕様に応じて適宜設定される。以下、ワークＷの幅方向をＸ軸方向といい、Ｘ軸方向に直交しかつワークＷの長手方向をＹ軸方向といい、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に直交する方向をＺ軸方向と呼ぶ。なお、Ｚ軸と平行な方向について、Ｚ軸の方向を示す矢印の先端の向かう方向を上方、Ｚ軸の方向を示す矢印の先端の向かう方向に対向する方向を下方と呼ぶ。

紫外線照射装置１は、図１に示すように、一様にあらゆる方向に振動しかつ波長が３６５（ｎｍ）程度の紫外線Ｕを放出する発光素子１２を有する光源１０と、吸収型偏光素子２０と、を有する。

光源１０は、発光素子１２が用いられる。光源１０が放出する紫外線Ｕは、波長が３６５（ｎｍ）程度の紫外線を含み、さまざまな偏光軸成分を有する、いわゆる非偏光の光である。本実施形態で、光源１０は、一つ設けられ、かつ、吸収型偏光素子２０及びワークＷの上方に配置されている。

吸収型偏光素子２０は、光源１０より放出された紫外線Ｕが照射される。吸収型偏光素子２０は、紫外線Ｕのうちの基準方向と平行な偏光軸ＰＡの偏光光（紫外線ＵＡ）をワークＷに向けて透過する。すなわち、吸収型偏光素子２０は、偏光軸ＰＡを有する紫外線Ｕから、基準方向のみに振動した偏光軸ＰＡの紫外線ＵＡを取り出すものである。なお、基準方向のみに振動した偏光軸ＰＡの紫外線ＵＡを、一般に直線偏光という。なお、紫外線ＵＡの偏光軸ＰＡとは、当該紫外線ＵＡの電場及び磁場の振動方向である。

本実施形態で、吸収型偏光素子２０は、光源１０の下方でかつワークＷの表面の上方に設けられている。吸収型偏光素子２０は、ガラス板に含まれる一定方向に揃った金属ナノ粒子を形成したものであって、光源１０より放出される紫外線Ｕのうちの基準方向と交差する偏光軸の紫外線を吸収し、基準方向と平行な偏光軸ＰＡの紫外線ＵＡを透過する偏光素子である。吸収型偏光素子２０としては、例えば、ＣＯＤＩＸＸ社製のｃｏｌｏｒｐｏｌ（登録商標）ＵＶ３７５ＢＣ５を用いることができる。

次に、光源１０について、図２および図３を用いて詳しく説明する。

第１の実施形態に係る紫外線照射装置１において、光源１０は、基体１１に発光素子１２が複数設けられて構成される。基体１１は、複数の発光素子１２を保持する。また、基体１１は、複数の発光素子１２から放出される熱を紫外線照射装置１の外部へ伝えることで、複数の発光素子１２の温度上昇を抑制する。なお、基体１１は、アルミニウムなどの金属や、セラミックス基板などの放熱性のよい材料で構成されてもよい。また、基体１１の内部には、複数の発光素子１２から放出される熱を素早く伝えるための図示しない放熱媒体を流す放熱媒体流路を有してもよい。また、放熱媒体を、図示しない放熱媒体を供給する放熱媒体供給口と放熱媒体を放出する法熱媒体放出口を有してもよい。また、放熱媒体を、図示しない循環機構により放熱媒体を循環させてもよい。

発光素子１２は、基体１１に設けられ、紫外線Ｕを放出する。発光素子１２は、少なくとも紫外線Ｕを放出するものであって、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や、ＬＤ（Laser Diode）などの半導体で構成される。発光素子１２は、第１のピーク波長の紫外線を放出する第１の発光素子１４と、第１のピーク波長と異なる第２のピーク波長の紫外線を放出する第２の発光素子１６と、を有する。第１の発光素子１４は、第１のピーク波長の紫外線を放出する発光チップ１４ａを取り囲んで形成され、開口部分を有するリフレクタ１４ｂを有する。発光チップ１４ａの周囲および発光チップ１４ａが配置されたリフレクタ１４ｂの開口部分は図示しないガラスカバーで密閉される。第２の発光素子１６は、第２のピーク波長の紫外線を放出する発光チップ１６ａを取り囲んで形成され、開口部分を有するリフレクタ１６ｂを有する。発光チップ１６ａの周囲および発光チップ１６ａが配置されたリフレクタ１６ｂの開口部分は図示しないガラスカバーで密閉される。発光素子１２は、第１の発光素子１４から放出される第１のピーク波長の紫外線と第２の発光素子１６から放出される第２のピーク波長の紫外線とが混合されて、紫外線Ｕを放出する。

次に、実施形態に係る紫外線照射装置１の作用について説明する。前述した構成の実施形態に係る紫外線照射装置１は、ワークＷを吸収型偏光素子２０の下方に位置付けて、光源１０から紫外線Ｕを放出する。すると、光源１０が放出した紫外線Ｕが直接吸収型偏光素子２０に向けて放出される。また、紫外線照射装置１は、吸収型偏光素子２０が紫外線Ｕのうちの基準方向と平行な偏光軸ＰＡの紫外線ＵＡをワークＷの表面の光照射領域に向けて透過して、ワークＷの表面に配向処理を施す。

前述した構成の実施形態に係る紫外線照射装置１において、ワイヤーグリッド型偏光素子を用いた場合では、ワイヤーグリッドが形成された面とワイヤーグリッドが形成されていない面のいわゆる裏表があり、ワイヤーグリッド偏光素子の裏表により消光比が変化する。しかしながら、吸収型偏光素子２０は、吸収型偏光素子２０の内部に形成された金属ナノ粒子が基準方向以外に振動した光を吸収するため、ワイヤーグリッド偏光素子のように、いわゆる裏表がないため、取り扱いが容易である。

また、紫外線照射装置１において、光源１０は、第１のピーク波長の紫外線および第２のピーク波長の紫外線のみが放出され、第１のピーク波長の紫外線および第２のピーク波長の紫外線以外の光を放出しない。つまり、吸収型偏光素子２０に紫外線Ｕ以外の光が照射されることが規制される。このため、紫外線照射装置１は、吸収型偏光素子２０が吸収する光、具体的には、吸収型偏光素子２０の内部に形成された金属ナノ粒子が吸収する光の量を減らすことができる。金属ナノ粒子が吸収する光の量を減らすことができれば、吸収型偏光素子２０の温度上昇が抑制され、吸収型偏光素子２０が高温になる可能性が下げられるため、例えば、吸収型偏光素子２０が割れたりする不具合を抑制できる。したがって、紫外線照射装置１は、吸収型偏光素子２０を用いても、吸収型偏光素子２０の割れなどの不具合を抑制することができる。

また、紫外線照射装置１において、吸収型偏光素子２０には紫外線Ｕが照射され、紫外線Ｕ以外の波長の光が照射されることが規制されるために、吸収型偏光素子２０に紫外線Ｕ以外の光が照射される場合よりも吸収型偏光素子２０の消光比が低下することを抑制することができる。なお、消光比ＥＲとは、偏光の質を表す数値であり、Ｐ偏光強度ＩｐとＳ偏光強度Ｉｓを用いてＥＲ＝Iｐ／Ｉｓで表される。

紫外線照射装置１は、第１のピーク波長の紫外線および第２のピーク波長の紫外線以外の光を吸収型偏光素子２０に照射されることを抑制できる。つまり、紫外線照射装置１は、長い波長の紫外線、可視光線、赤外線が吸収型偏光素子２０に照射されることを抑制するので、長い波長の紫外線、可視光線、赤外線が吸収型偏光素子２０に照射されることを抑制できる。したがって、紫外線照射装置１は吸収型偏光素子２０の吸収型偏光素子の劣化を抑制することができる。

また、紫外線照射装置１は、光源１０として、第１のピーク波長の紫外線を放出する第１の発光素子１４および第２の発光素子１６を有する発光素子１２を用いるので、吸収型偏光素子２０の寿命と消光比の低下を抑制しながらも、十分な光量の紫外線ＵをワークＷに照射することができ、対象物に対して光を照射する所要時間を抑制することができる。

また、紫外線照射装置１は、第１のピーク波長の紫外線を放出する第１の発光素子および第２のピーク波長の紫外線を放出する第２の発光素子を用いることにより、単一のピーク波長の紫外線を放出する発光素子のみを用いる場合よりも被照射物に与えるエネルギーが更に向上する。

また、発光素子１２が放出する光の主波長は、２４０〜４５０ｎｍであることで、被照射物に対する紫外線照射をより確実に行うことができ、被照射物の光化学反応の不均一を抑制することができる。

なお、発光素子１２は、上記の構成に限定されない。例えば、第１の発光素子１４を構成する第１の発光チップ１４ａと第２の発光素子１６を構成する第２の発光チップ１６ａとが同一のリフレクタ１４ａ内に収容され、発光素子１４として構成されてもよい。

なお、吸収型偏光素子２０は、上記の構成に限定されない。例えば、複数の吸収型偏光素子２０を重ね合わせて一体の吸収型偏光素子２０としてもよい。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る紫外線照射装置の変形例の概略の構成を示す側面図である。

本実施形態では、光源１０と吸収型偏光素子２０との間に、光学部材であるレンズ１４ｃ、レンズ１６ｃ、レンズ３０を有する紫外線照射装置１−１を示す。

レンズ１４ｃは、第１の発光素子１４のリフレクタ１４ｂと接触して設けられ、第１の発光素子１４から放出される光の向きを整える。また、レンズ１６ｃは、第２の発光素子１６のリフレクタ１６ｂと接触して設けられ、第２の発光素子１６から放出される光の向きを整える。レンズ１４ｃおよびレンズ１６ｃは、例えば、第１の発光チップ１４ａおよび第２の発光チップ１６ａから放出される紫外線を透過する石英ガラスなどの材料で構成される。

レンズ３０は、第１の発光素子１４および第２の発光素子１６から放出された光を整える、いわゆるコリメートレンズとして機能する。レンズ３０は、吸収型偏光素子２０の近傍に設けられ、光源１０から放出される光の向きを整える。レンズ３０は、レンズ１４ｃおよびレンズ１６ｃと同様に、例えば、光源１０から放出される紫外線Ｕを透過する石英ガラスなどの材料で構成される。

このような構成でも、第１の実施形態と同様に、吸収型偏光素子の劣化を抑制することができる。

また、光源１０と吸収型偏光素子２０との間に光学部材を有することで、吸収型偏光素子２０に到達するまでに紫外線Ｕの向きを整えることができるため、光学部材を設けないときに比べて被照射物に対する偏光軸と消光比の悪化を抑制することができる。

図５は、第２の実施形態に係る紫外線照射装置の他の変形例の概略の構成を示す側面図である。

本変形例では、光源１０と吸収型偏光素子２０との間に、ワイヤーグリッド偏光素子４０を設けた紫外線照射装置１−２を示す。このような構成でも、第２の実施形態と同様に、消光比の悪化を抑制することが可能となる。

更に、ワイヤーグリッド偏光素子４０を用いることで、非偏光である紫外線Ｕの光量を減らすことができるため、吸収型偏光素子２０に当たる不所望の紫外線Ｕの光量を減らすことができ、結果更に吸収型偏光素子の劣化を抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この実施形態は、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。この実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１、１−１、１−２ 紫外線照射装置
１０ 光源
１１ 基体
１２ 発光素子
１４ 第１の発光素子
１６ 第２の発光素子
２０ 吸収型偏光素子
３０ 光学部材
４０ ワイヤーグリッド偏光素子
Ｕ 光
ＵＡ 紫外線（光）
ＰＡ 偏光軸
Ｗ ワーク（対象物）

Claims (3)

1. 第１のピーク波長の紫外線を放出する第１の発光素子と、前記第１のピーク波長と異なる第２のピーク波長の紫外線を放出する第２の発光素子と、を有する光源と；
   前記光源より放出された紫外線のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光光を透過するように、ガラス板に含まれる金属ナノ粒子が一定方向に揃って形成された吸収型偏光素子と；
   を有する紫外線照射装置。
2. 前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子が放出する紫外線の主波長は、２４０〜４５０（ｎｍ）である請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 前記光源と前記吸収型偏光素子との間に、光学部材を有する請求項１または２に記載の紫外線照射装置。

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