KR20090112546A - Polarized light irradiation apparatus for photo-alignment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 액정 패널의 배향막이나, 시야각 보상 필름의 배향층 등에 소정의 파장의 편광광을 조사하여 배향을 행하는 광배향용 편광광 조사 장치에 관한 것으로, 특히, 선형상의 광원인 봉형상 램프와 와이어 그리드형 편광 소자를 조합한 광배향용 편광광 조사 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a polarization light irradiation apparatus for optical alignment that irradiates polarization light of a predetermined wavelength to an alignment film of a liquid crystal panel, an alignment layer of a viewing angle compensation film, and performs alignment, and in particular, a rod-shaped lamp which is a linear light source; The present invention relates to a polarization light irradiation apparatus for photoalignment in which a wire grid polarizing element is combined.
최근, 액정 패널의 배향막이나, 시야각 보상 필름의 배향층 등의 배향 처리에 관하여, 배향막에 소정의 파장의 편광광을 조사함으로써 배향을 행하는, 광배향으로 불리는 기술이 채용되게 되었다. In recent years, the technique called photo-alignment which carries out orientation by irradiating the alignment film with the polarized light of a predetermined wavelength regarding orientation processing, such as the alignment film of a liquid crystal panel, and the alignment layer of a viewing angle compensation film, became employ | adopted.
이하, 상기 광에 의해 배향을 행하는 배향막이나 배향층을 형성한 필름을 총칭하여 광배향막이라고 부른다. 광배향막은, 액정 패널의 대형화와 함께 대면적화(예를 들면 한 변이 2m 이상인 사각형)하고 있으며, 그와 함께 광배향막에 편광광을 조사하는 편광광 조사 장치도 대형화하고 있다. Hereinafter, the film in which the orientation film or orientation layer which orientates by the said light is formed is named generically, and it is called a photo-alignment film. The photo-alignment film has enlarged a large area (for example, the square whose side is 2 m or more) with the enlargement of a liquid crystal panel, and also the polarization light irradiation apparatus which irradiates polarized light to a photo-alignment film is also enlarged.
최근, 이러한 대면적의 광배향막에 대해 광배향을 행하기 위해, 봉형상 램프와 와이어 그리드 형상의 그리드를 가지는 편광 소자(이하, 와이어 그리드형 편광 소자라고 한다)를 조합한 광조사 장치가 제안되고 있다(예를 들면 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2 참조). In recent years, in order to perform photo-alignment with respect to such a large area photo-alignment film, the light irradiation apparatus which combined the rod-shaped lamp and the polarizing element which has a wire grid-shaped grid (henceforth a wire-grid polarizing element) is proposed, (For example, refer
광배향막용의 편광광 조사 장치에 있어서 봉형상 램프는, 발광 길이가 비교적 긴 것을 만들 수 있다. 그 때문에, 배향막의 폭에 따른 발광 길이를 구비한 봉형상 램프를 사용하여, 그 램프로부터의 광을 조사하면서, 배향막을 램프의 길이 방향에 직교하는 방향으로 이동시키면, 넓은 면적의 배향막을 비교적 단시간에 광배향 처리를 행할 수 있다. In the polarization light irradiation apparatus for photo-alignment film, the rod-shaped lamp can make the thing with comparatively long emission length. Therefore, when the alignment film is moved in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the lamp while irradiating light from the lamp using a rod-shaped lamp having a light emission length corresponding to the width of the alignment film, the alignment film of a large area is relatively short. Photo-alignment processing can be performed.
도 8에, 선형상의 광원인 봉형상 램프와 와이어 그리드형 편광 소자를 조합한 편광광 조사 장치의 구성예를 나타낸다. 8, the structural example of the polarized light irradiation apparatus which combined the rod-shaped lamp which is a linear light source, and a wire grid type polarizing element is shown.
그 도면에 있어서, 광배향막인 워크(40)는, 예를 들면 시야각 보상 필름과 같은 띠형상의 긴 워크이며, 송출 롤(R1)로부터 송출되고 도면중 화살표 방향으로 반송되어, 후술하는 바와 같이 편광광 조사에 의해 광배향 처리되고, 권취 롤(R2)에 의해 감겨진다. In the figure, the
편광광 조사 장치의 광조사부(20)는, 광배향 처리에 필요한 파장의 광(자외선)을 방사하는 봉형상 램프(21), 예를 들면 고압 수은 램프나 수은에 다른 금속을 더한 메탈할라이드램프와, 봉형상 램프(21)로부터의 자외선을 워크(40)를 향해 반사하여 집광하는 집광경(22)을 구비한다. 상기와 같이, 봉형상 램프(21)의 길이는, 발광부가, 워크(40)의 반송 방향에 직교하는 방향의 폭에 대응하는 길이를 구비한 것을 사용한다. 광조사부(20)는, 램프(21)의 길이 방향이 워크(40)의 폭 방향(반송 방향에 대해서 직교 방향)이 되도록 배치한다. The
광조사부(20)의 광출사측에는, 편광 소자인 와이어 그리드형 편광 소자(10)가 설치된다. 광조사부(20)로부터의 광은 와이어 그리드형 편광 소자(10)에 의해 편광되고, 광조사부(20)의 아래를 반송되는 워크(40)에 조사되어 광배향 처리가 행해진다. On the light exit side of the
와이어 그리드형 편광 소자에 대해서는, 예를 들면 특허 문헌 3이나 특허 문헌 4에 상세한 것이 나타나 있다. About the wire grid type polarizing element, the detail in
도 9에 와이어 그리드형 편광 소자의 개략의 구조를 나타낸다. The schematic structure of a wire grid type polarizing element is shown in FIG.
와이어 그리드형 편광 소자(10)는, 편광하고자 하는 광의 파장(광배향인 경우는, 광배향을 행하기 위해 필요한 자외선의 파장)을 투과시키는 기판(예를 들면 석영)(10b)의 표면에, 길이가 폭보다도 훨씬 긴 복수의 직선형상의 전기 도체(예를 들면 크롬이나 알루미늄 등의 금속선, 이하 그리드(10a)라고 부른다)를, 피치 P의 등간격으로 평행하게 배치한 것이다. The wire
또한, 기본적으로는, 그리드(10a)의 피치(P)를 좁게 하면, 편광시키는 광의 파장이 짧아진다. In addition, basically, when the pitch P of the grid 10a is narrowed, the wavelength of the light to polarize will become short.
광로 중에 이 편광 소자를 삽입하면, 그리드의 길이 방향에 평행한 편광 성분은 대부분 반사되고, 직교하는 편광 성분은 통과한다. 따라서, 와이어 그리드형 편광 소자를 통과한 광은, 편광 소자의 그리드의 길이 방향에 직교하는 방향의 편광축을 갖는 편광광이 된다. When this polarizing element is inserted in the optical path, most of the polarization components parallel to the longitudinal direction of the grid are reflected and the orthogonal polarization components pass. Therefore, the light passing through the wire grid polarizing element becomes polarized light having a polarization axis in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the grid of the polarizing element.
또한, 그리드를 형성하는 제조 방법이나 재질에 대해서는, 개량이나 새로운 제안이 이루어지고 있으며, 그러한 것으로 예를 들면 특허 문헌 5가 있다. Moreover, about the manufacturing method and material which form a grid, improvement and a new proposal are made | formed, for example,
종래, 광배향막용의 편광광 조사 장치로서, 선형상의 광원인 봉형상 램프에 와이어 그리드형 편광 소자를 조합시키는 것이 행해지고 있던 것은 다음과 같은 이유 때문이다. DESCRIPTION OF RELATED ART Conventionally, combining the wire grid type polarizing element with the rod-shaped lamp which is a linear light source as a polarizing light irradiation apparatus for optical orientation films is performed for the following reasons.
봉형상 램프로부터의 광은 발산광이며, 램프의 출사측에 편광 소자를 배치하여 편광광을 얻으려고 해도, 편광 소자에는 다양한 각도의 광이 입사한다. Light from the rod-shaped lamp is divergent light, and light of various angles is incident on the polarizing element even when the polarizing element is arranged to obtain polarized light on the emission side of the lamp.
편광 소자로서는, 증착막이나 브루스터각을 이용한 것이 알려져 있다. As a polarizing element, what used the vapor deposition film and Brewster's angle is known.
그러나, 이러한 편광 소자는, 편광 소자에 정해진 각도로 입사하는 광밖에 편광시킬 수 없어, 그 이외의 각도로 입사한 광은, 거의 편광시키지 않고 통과시켜 버린다. 그 때문에, 광원이 발산광인 경우, 증착막이나 브루스터각을 이용한 편광 소자를 사용하면, 편광 소자에 입사하는 광을 평행광으로 하여 입사 각도를 맞춘 경우에 비하면, 얻어지는 편광광의 소광비가 나빠진다. However, such a polarizing element can only polarize light incident on the polarizing element at a predetermined angle, and the light incident at other angles passes through it with almost no polarization. Therefore, when the light source is divergent light, when the polarizing element using a vapor deposition film or Brewster angle is used, the extinction ratio of the polarized light obtained will worsen compared with the case where the incident angle is adjusted using the light incident on a polarizing element as parallel light.
또, 유기막을 이용한 편광 소자도 있지만, 이것은, 광배향을 위해 사용되는 자외역의 광을 장시간 조사하면 특성이 열화되므로, 공업적으로 사용하는 것은 어렵다. There is also a polarizing element using an organic film, but this is difficult to use industrially because the properties deteriorate when irradiated with light in the ultraviolet region used for photoalignment for a long time.
이에 반해, 와이어 그리드형 편광 소자는, 편광 소자에 입사하는 광의 각도에 대한 출사하는 편광광의 소광비의 의존성이 작다. 그 때문에, 봉형상 램프로부터 출사하는 광과 같은 발산광이어도, 입사 각도가 ±45°인 범위이면, 광이 조사되는 영역 전체에 걸쳐, 비교적 양호한 소광비의 편광광을 얻을 수 있다. In contrast, the wire grid polarizer has a small dependency on the extinction ratio of the polarized light emitted to the angle of the light incident on the polarizer. Therefore, even in the divergent light such as the light emitted from the rod-shaped lamp, polarized light having a relatively good extinction ratio can be obtained over the entire region to which light is irradiated as long as the incident angle is in the range of ± 45 °.
그 때문에, 봉형상 램프의 길이를 광배향막의 폭에 대응시켜 형성하고, 광배향막을 편광광 조사 장치에 대해서 상대적으로 한방향으로 이동시키면, 원리적으로 는 1개의 램프로, 넓은 면적의 광배향막의 배향 처리를 행할 수 있다. Therefore, if the length of the rod-shaped lamp is formed to correspond to the width of the optical alignment film, and the optical alignment film is moved in one direction relative to the polarized light irradiation apparatus, in principle, one lamp is used to provide a large area of the optical alignment film. An orientation process can be performed.
봉형상 램프에 와이어 그리드의 편광 소자를 조합하면, 광원으로부터의 광을 평행광으로 하기 위한 광학 소자가 불필요하여, 장치 전체를 염가로 제작할 수 있다. When the polarizing element of a wire grid is combined with a rod-shaped lamp, the optical element for making the light from a light source into parallel light is unnecessary, and the whole apparatus can be manufactured at low cost.
특허 문헌 1: 일본 공개특허 공보 2004-163881호 Patent Document 1: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-163881
특허 문헌 2: 일본 공개특허 공보 2004-144884호 Patent Document 2: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-144884
특허 문헌 3: 일본 공개특허 공보 2002-328234호 Patent Document 3: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-328234
특허 문헌 4: 일본 공표특허 공보 2003-508813호 Patent Document 4: Japanese Patent Application Publication No. 2003-508813
특허 문헌 5: 일본 공개특허 공보 2007-178763호 Patent Document 5: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-178763
비특허 문헌 1: H.Shitomi.et.al. 「Optically Controlled Alignment of Liquid Crystal on Polyimide Films Exposed to Undulator Radiation」Proc.Int.Conf.SRMS-2 Jpn.J.Appl.Phys.Vol.38(1999).pp.176-179[Non-Patent Document 1] H. Shitomi. Et.al. `` Optically Controlled Alignment of Liquid Crystal on Polyimide Films Exposed to Undulator Radiation '' Proc.Int.Conf.SRMS-2 Jpn.J.Appl.Phys.Vol. 38 (1999) .pp.176-179
종래는 파장 300nm-500nm의 편광광으로 배향하는 광배향막이 많았다. 그러나, 최근, 파장 30Onm 이하(200nm~300nm)의 편광광으로 배향하는 광배향막도 만들어지게 되었다(비특허 문헌 1 참조). Conventionally, there existed many photo-alignment films which orientate with polarized light of wavelength 300nm-500nm. However, in recent years, optical alignment films orientated with polarized light having a wavelength of 30 Onm or less (200 nm to 300 nm) have also been made (see Non-Patent Document 1).
그 때문에, 편광광 조사 장치로서, 파장 300nm 이하(200nm-300nm)의 편광광을 출사하는 장치, 특히 260nm±10nm(바람직하게는 260nm±20nm)의 파장 영역에서 소광비가 15:1 이상인 편광광이 얻어지는 장치가 요구되게 되었다.Therefore, as a polarized light irradiation apparatus, a device that emits polarized light having a wavelength of 300 nm or less (200 nm to 300 nm), particularly polarized light having an extinction ratio of 15: 1 or more in a wavelength region of 260 nm ± 10 nm (preferably 260 nm ± 20 nm) The device obtained was required.
그러나, 그와 같은 장치를, 봉형상 램프와 와이드 그리드형 편광 소자의 조합으로 제작하려고 하면, 다음과 같은 문제가 있다. However, if such a device is to be manufactured by a combination of a rod-shaped lamp and a wide grid polarizing element, there are the following problems.
와이어 그리드형 편광 소자의 그리드는 에칭에 의해 형성된다. 그 때문에, 그리드의 재료로서, 종래는, 가공이 용이한 알루미늄이 사용되는 경우가 많았다. 그러나, 그리드를 알루미늄으로 형성한 경우, 이하의 3가지의 문제가 발생하는 것을 본 발명자는 발견했다. The grid of the wire grid polarizing element is formed by etching. Therefore, aluminum, which is easy to process, has often been used as the material of the grid. However, the present inventors found that the following three problems occur when the grid is formed of aluminum.
(1): 파장이 300nm 이하인 영역에서는, 편광광의 소광비가 저하되고, 약 250nm 이하의 파장 영역에서는 소광비가 1:1이 된다(편광시키지 않게 된다). (1): The extinction ratio of polarized light falls in the area | region whose wavelength is 300 nm or less, and the extinction ratio becomes 1: 1 (it does not polarize) in the wavelength range of about 250 nm or less.
(2): 파장이 340nm 이하인 영역에서는, 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 광의 각도에 따라 투과율이 변화한다. 상기한 바와 같이, 봉형상 램프로부터의 광은 발산광이다. 그 때문에, 편광 소자에 입사하는 광의 각도는 장소에 따라 다르다(램프의 바로 아래 즉 편광 소자의 중앙부에서는 입사 각도가 작은 광의 성분이 많고, 주변부에서는 입사 각도가 큰 광의 성분이 많다). 따라서, 편광 소자에 입사하는 광의 각도에 따라 투과율이 변화하면, 출사하는 편광광에는 조도 불균일이 생긴다(편광광 조사 영역의 조도 분포가 커진다). (2): In a region where the wavelength is 340 nm or less, the transmittance changes according to the angle of light incident on the wire grid polarizing element. As described above, the light from the rod-shaped lamp is divergent light. Therefore, the angle of the light incident on the polarizing element varies from place to place (many components of light with a small incident angle are just below the lamp, ie, at the center of the polarizing element, and many components of light having a large incident angle are at the periphery). Therefore, when transmittance | permeability changes with the angle of the light which injects into a polarizing element, illumination intensity nonuniformity will generate | occur | produce in the emitted polarized light (the illumination intensity distribution of a polarized light irradiation area | region will become large).
(3): 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 광의 각도가 커지면, 편광 소자로부터 출사하는 편광광의 방향이 변화한다. 즉, 편광 소자로의 입사 각도가 커짐에 따라, 출사하는 편광광의 편광축의 회전 각도가 커진다. (3): When the angle of the light incident on the wire grid type polarizing element becomes large, the direction of the polarized light emitted from the polarizing element changes. That is, as the angle of incidence into the polarizing element becomes larger, the rotation angle of the polarization axis of the emitted polarized light becomes larger.
상기와 같이, 편광 소자에 입사하는 광의 각도는, 편광 소자의 중앙부에서는 입사 각도가 작은 광의 성분이 많고, 주변부에서는 입사 각도가 큰 광의 성분이 많 다. 그 때문에, 편광광이 조사되는 조사 영역의 중앙부에서는, 편광광의 편광축의 방향은 원하는 방향을 향하고 있었다고 해도, 주변부에서는, 편광광의 편광축의 방향은, 원하는 방향으로부터 회전하여 어긋난다. 즉, 편광광의 조사 영역에 있어서, 편광축의 방향에 편차가 생긴다. As described above, the angle of light incident on the polarizing element includes many components of light having a small incident angle at the center portion of the polarizing element, and many components of light having a large incident angle at the peripheral portion. Therefore, in the center part of the irradiation area | region to which polarized light is irradiated, even if the direction of the polarization axis of polarized light was toward the desired direction, in the peripheral part, the direction of the polarization axis of polarized light rotates and shifts | deviates from a desired direction. That is, in the polarization light irradiation area, a deviation occurs in the direction of the polarization axis.
편광광의 조사 영역에 있어서, 편광광의 조도 불균일이나 편광축의 방향에 편차가 있는 상태에서 처리하면, 배향막에, 원하는 배향 특성을 얻을 수 없는 부분이 생기는 경우가 있다. In the irradiation area of polarized light, when processing in the state in which the illuminance nonuniformity of polarized light and the direction of a polarization axis | shaft differ, the part which cannot obtain a desired orientation characteristic may arise in an orientation film.
본 발명은, 상기 서술한 사정에 의해 이루어진 것이며, 선형상의 광원과 와이어 그리드형 편광 소자를 조합하여, 광배향막에 대해서 편광광을 조사하는 편광광 조사 장치에 있어서, 300nm 이하의 파장 영역에서도 양호한 소광비의 편광광을 얻을 수 있고, 또, 파장이 300nm 이하인 영역에 있어서, 편광 소자에 입사하는 광의 각도가 달라도 투과율이 변화하는 일이 없으며, 또한, 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 광의 각도가 달라도, 출사하는 편광광의 방향이 변화하는(편광축이 회전하는) 일이 없는 광배향용 편광광 조사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. This invention is made | formed by the above-mentioned situation, The polarization light irradiation apparatus which irradiates polarized light to a photo-alignment film by combining a linear light source and a wire-grid polarizing element, and has favorable extinction ratio even in the wavelength range of 300 nm or less. In the region where the polarized light can be obtained and the wavelength is 300 nm or less, the transmittance does not change even when the angle of light incident on the polarizing element is different, and even when the angle of the light incident on the wire grid polarizing element is different, An object of the present invention is to provide a polarization light irradiation apparatus for optical alignment in which the direction of the polarized light emitted is not changed (the polarization axis rotates).
본 발명자가 예의 검토한 결과, 와이어 그리드형 편광 소자의 그리드를 산화 티탄(TiOx)에 의해 형성함으로써, 상기의 과제를 해결할 수 있는 것을 발견했다. As a result of earnestly examining by this inventor, it discovered that the said subject can be solved by forming the grid of a wire grid type polarizing element by titanium oxide (TiOx).
즉, 산화 티탄(TiOx)으로 형성한 그리드를 갖는 편광 소자를 이용하면, 300nm 이하의 파장 영역에서도 양호한 소광비의 편광광을 얻을 수 있고, 광배향막 의 감도가 200~300nm인 범위에 있는 워크여도, 효과적으로 광배향 처리를 행할 수 있다. That is, when a polarizing element having a grid formed of titanium oxide (TiOx) is used, polarized light having a good extinction ratio can be obtained even in a wavelength region of 300 nm or less, and even if the workpiece is in a range in which the sensitivity of the photo-alignment film is in the range of 200 to 300 nm, Photo-alignment processing can be performed effectively.
이상에 기초하여, 본 발명에 있어서는, 선형상의 광원으로부터의 광을 와이어 그리드형 편광 소자에 의해 편광시켜 출사하는 광조사부를 구비하고, 그 광조사부로부터의 편광광을 배향막에 대해서 조사하는 광배향용 편광광 조사 장치에 있어서, 상기 와이어 그리드형 편광 소자의 그리드를 산화 티탄(TiOx)에 의해 형성한다. Based on the above, in this invention, the light irradiation part which polarizes the light from a linear light source with a wire grid type polarizing element, and emits it is provided, and for the optical orientation which irradiates the polarizing light from this light irradiation part with respect to an oriented film. In the polarizing light irradiation apparatus, a grid of the wire grid polarizing element is formed of titanium oxide (TiOx).
본 발명에 있어서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다. In the present invention, the following effects can be obtained.
(1) 와이어 그리드형 편광 소자의 그리드를, 산화 티탄(TiOx)에 의해 형성함으로써, 300nm 이하의 파장 영역에서도, 양호한 소광비의 편광광을 얻을 수 있다. (1) By forming the grid of a wire-grid polarizing element with titanium oxide (TiOx), the polarized light of favorable extinction ratio can be obtained also in the wavelength range of 300 nm or less.
구체적으로는, 260nm±20nm인 범위에서, 15:1 이상의 소광비를 얻을 수 있다. Specifically, the extinction ratio of 15: 1 or more can be obtained in the range of 260 nm ± 20 nm.
이 때문에, 상기 와이어 그리드형 편광 소자와 선형상의 광원을 이용하여, 광배향용 편광광 조사 장치의 광조사부를 구성함으로써, 광배향막의 감도가 200~300nm인 범위에 있는 워크의 광배향을 효과적으로 행하는 것이 가능해진다. For this reason, by using the said wire grid type polarizing element and a linear light source, the light irradiation part of the polarization light irradiation apparatus for optical orientations is comprised, and the optical orientation of the workpiece | work in the range whose sensitivity of an optical orientation film is 200-300 nm is performed effectively. It becomes possible.
(2) 상기 와이어 그리드형 편광 소자를 이용함으로써, 파장이 300nm 이하인 영역에 있어서, 편광 소자에 입사하는 광의 각도가 달라도, 투과율이 변화하는 일이 거의 없다. (2) By using the wire-grid polarizing element, transmittance hardly changes even when the angle of light incident on the polarizing element is different in a region where the wavelength is 300 nm or less.
(3) 또, 상기 와이어 그리드형 편광 소자를 이용함으로써, 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 광의 각도가 달라도, 출사하는 편광광의 방향이 변화하는(편광축이 회전하는) 일이 거의 없다. (3) By using the wire grid polarizing element, even if the angle of light incident on the wire grid polarizing element is different, the direction of the emitted polarized light is hardly changed (the polarization axis rotates).
도 1에, 본 발명의 실시예의 편광광 조사 장치의 구성예를 나타낸다. The structural example of the polarizing light irradiation apparatus of the Example of this invention is shown in FIG.
광조사부(6)에는, 도 8과 마찬가지로, 선형상의 광원인, 고압 수은 램프나, 수은에 금속을 더한 메탈할라이드램프 등의 봉형상의 램프(2)와, 램프(2)로부터의 광을 반사하는 홈통형상의 반사경(3)이 내장되어 있다. 또 광출사측에는 와이어 그리드형 편광 소자(1)가 설치되어 있다. 여기서, 봉형상의 고압 수은 램프나 메탈할라이드램프는, 파장 300nm 이하의 광을 방사하는 광원으로서 알려져 있다. As in FIG. 8, the
또한, 그 도면에서는, 도 8과 달리, 광배향막이 형성되어 있는 워크(4)는, 띠형상의 워크가 아니라 광투과성의 기판 상에 광배향막(4a)이 형성된 패널 기판이며, 워크 스테이지(5) 상에 올려 진다. 이 광배향막(4a)의 감도는 예를 들면 200nm~300nm인 범위에 있다. In addition, in the figure, unlike FIG. 8, the workpiece |
패널 기판인 경우도, 띠형상 워크인 경우와 마찬가지로, 패널 기판의 폭에 대응하는 발광 길이를 구비한 램프를 사용하여, 워크(4)를, 편광광이 조사되고 있는 영역에 대해서, 램프(2)의 길이 방향에 대해 직교 방향으로 상대적으로 이동시켜 광배향 처리를 행한다. Also in the case of a panel board | substrate, the lamp |
즉, 워크(4)가 도면중 화살표 방향으로 반송되고, 광조사부(6)로부터의 광은 와이어 그리드형 편광 소자(1)에 의해 편광되며, 광조사부(6)의 아래를 반송되는 워크(4)에 조사되어 광배향 처리가 행해진다. That is, the workpiece |
이하, 선형상의 광원으로서 봉형상 램프를 예로 하여 설명하지만, 최근은, 자외광을 방사하는 LED나 LD도 실용화되고 있으며, 이러한 LED 또는 LD를 직선형상으로 늘어 놓아 배치하여 선형상 광원으로 해도 된다. 또한 그 경우는, LED 또는 LD를 늘어 놓는 방향이 램프의 길이 방향에 상당한다. Hereinafter, although a rod-shaped lamp is described as an example of a linear light source, LEDs and LDs emitting ultraviolet light have also been put into practical use. In recent years, such LEDs or LDs may be arranged in a straight line to form a linear light source. In that case, the direction in which the LEDs or LDs are arranged corresponds to the longitudinal direction of the lamp.
도 2에 본 발명의 실시예의 와이어 그리드형 편광 소자의 구성을 나타낸다. The structure of the wire grid type polarizing element of the Example of this invention is shown in FIG.
그 도면에 나타내는 바와 같이, 와이어 그리드형 편광 소자의 그리드를, 산화 티탄(TiOx)에 의해 형성한다.As shown in the figure, a grid of a wire grid polarizing element is formed of titanium oxide (TiOx).
산화 티탄의 그리드(1a)는, 200nm~300nm인 파장의 광을 투과시키는 기판(예를 들면 석영이나 불화마그네슘 등)(1b)의 표면에 형성한다. 그리드의 피치는 150nm이다. 또, 그리드(1a)의 높이는 100nm 이상이다. The grid 1a of titanium oxide is formed on the surface of a substrate (for example, quartz or magnesium fluoride) 1b that transmits light having a wavelength of 200 nm to 300 nm. The pitch of the grid is 150 nm. In addition, the height of the grid 1a is 100 nm or more.
또한, 와이어 그리드형의 편광 소자는 큰 것은 만들 수 없기 때문에, 실제로 광조사부(6)의 광출사측에 배치할 때에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 프레임(1c)에, 동일한 종류의 와이어 그리드형 편광 소자(1)를 복수 늘어 놓아 구성한다. 편광 소자의 개수는, 편광광을 조사하는 영역의 크기에 맞추어 적절히 선택한다. In addition, since a wire grid polarizing element cannot be made large, when actually arrange | positioning on the light output side of the
도 4에, 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 비편광광의 파장과, 출사하는 편광광의 소광비의 관계를 나타낸다. 그 도면에 있어서, 가로축은 광의 파장(nm)이며, 세로축은 소광비를 대수(對數)로 나타낸 것이다. 4 shows the relationship between the wavelength of non-polarized light incident on the wire grid polarizing element and the extinction ratio of the polarized light emitted. In the figure, the horizontal axis represents wavelength of light (nm), and the vertical axis represents extinction ratio in logarithmic scale.
도 4에 있어서, A(마름모형 플롯)는 그리드를 산화 티탄으로 형성한 경우이며, B(삼각 플롯)는 그리드를 알루미늄으로 형성한 경우이다. 또한, 양자 모두 그리드의 피치는 150nm이다. In FIG. 4, A (diamond plot) is a case where the grid is formed of titanium oxide, and B (triangle plot) is the case where the grid is formed of aluminum. In addition, the pitch of both grids is 150 nm.
그 도면에 나타내는 바와 같이, 그리드를 알루미늄으로 형성한 경우, 파장 300nm 이상의 영역에서는, 50:1 이상의 양호한 소광비를 얻을 수 있다. 그러나, 파장 300nm 이하의 영역에서는, 소광비는 저하되고, 파장 약 270nm에 있어서, 소광비는 약 10:1이 되며, 파장 약 250nm에 있어서, 소광비는 약 1:1이 되어 편광광을 얻을 수 없게 된다. As shown in the figure, when the grid is formed of aluminum, a good extinction ratio of 50: 1 or more can be obtained in a region of a wavelength of 300 nm or more. However, in the region of wavelength 300nm or less, the extinction ratio is lowered, the extinction ratio is about 10: 1 at the wavelength of about 270nm, the extinction ratio is about 1: 1 at the wavelength of about 250nm, and polarized light cannot be obtained. .
이에 반해, 그리드를 산화 티탄으로 형성한 경우, 파장 300nm 이하의 영역에 있어서의 소광비는, 알루미늄인 경우에 비해 양호하여, 파장 240nm-300nm인 범위에 있어서, 소광비가 15:1 이상인 편광광을 얻을 수 있다. 또한, 240nm 이하의 점선은 추측값이다. On the other hand, when the grid is formed of titanium oxide, the extinction ratio in the region having a wavelength of 300 nm or less is better than that in the case of aluminum, so that polarized light having an extinction ratio of 15: 1 or more can be obtained in the range of the wavelength of 240 nm to 300 nm. Can be. In addition, the dotted line of 240 nm or less is an estimated value.
상기한 바와 같이, 현재, 260nm±10nm(바람직하게는 260nm±20nm)의 파장 영역에서 소광비가 15:1 이상인 편광광을 얻을 수 있는 장치가 요구되고 있는데, 그리드를 산화 티탄으로 형성한 와이어 그리드형 편광 소자를 이용하면, 이 요청에 응할 수 있다. As described above, there is a need for an apparatus capable of obtaining polarized light having an extinction ratio of 15: 1 or more in a wavelength region of 260 nm ± 10 nm (preferably 260 nm ± 20 nm). By using a polarizing element, this request can be met.
또한 이론적으로는, 그리드를 알루미늄으로 형성해도, 피치를 좁게 하면, 짧은 파장의 광을 편광시킬 수 있을 것이다. 그러나, 실제로 피치를 좁게 하면, 그리드가 결락하거나 사행(蛇行)하여, 출사하는 편광광의 질이 저하되어, 그 결과, 소광비가 15:1 이상인 편광광을 얻을 수 없었다. 현재 상태에서는, 150nm보다도 좁은 피치의 와이어 그리드형 편광 소자이며, 공업적으로 사용할 수 있는 것을 만드는 것은 곤란하다. Theoretically, even if the grid is formed of aluminum, if the pitch is narrowed, it will be possible to polarize light having a short wavelength. However, when the pitch was actually narrowed, the grid dropped or meandered, and the quality of the polarized light emitted was deteriorated. As a result, polarized light having an extinction ratio of 15: 1 or more could not be obtained. In the present state, it is a wire-grid polarizing element with a pitch narrower than 150 nm, and it is difficult to make what can be used industrially.
도 5에, 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 비편광광의 각도와, 그 각 도로 입사한 광의 분광 투과율을 나타낸다. 도 5(a)는 그리드를 산화 티탄으로 형성한 경우의 실험 결과이며, 도 5(b)는 그리드를 알루미늄으로 형성한 경우의 실험 결과이다. In FIG. 5, the angle of the unpolarized light which injects into a wire grid type polarizing element, and the spectral transmittance | permeability of the light which injected in that each angle are shown. FIG. 5 (a) is an experimental result when the grid is formed of titanium oxide, and FIG. 5 (b) is an experimental result when the grid is formed of aluminum.
양쪽 도면 모두, 가로축은 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 광의 파장(nm)이며, 세로축은 광의 투과율(%)이다. 각각, 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 광의 각도(입사각)가, 0°(수직 입사)인 경우, 30°인 경우, 45°인 경우에 대해 측정했다. In both drawings, the horizontal axis represents the wavelength (nm) of light incident on the wire grid polarizing element, and the vertical axis represents the transmittance (%) of the light. In the case where the angle (incidence angle) of the light incident on the wire grid polarizing element was 0 ° (vertical incidence), respectively, the measurement was made for the case of 45 °.
그리드를 산화 티탄으로 형성한 경우나, 알루미늄으로 형성한 경우도, 파장이 340nm 이상인 영역에서는, 편광 소자에 입사하는 광의 각도가 변화해도 투과율은 변함없다. Even when the grid is formed of titanium oxide or aluminum, even in the region where the wavelength is 340 nm or more, the transmittance does not change even when the angle of light incident on the polarizing element changes.
그러나, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 그리드를 알루미늄으로 형성한 경우는, 파장이 340nm 이하인 영역에서는, 입사각이 커지면, 특정의 파장 영역에 있어서 투과율이 저하되고 있다. However, as shown in Fig. 5B, in the case where the grid is formed of aluminum, in the region where the wavelength is 340 nm or less, the transmittance is lowered in the specific wavelength region when the incident angle is increased.
예를 들면, 편광 소자에 입사하는 각도가 30˚인 광의 투과율은, 파장 270nm~300nm의 영역에 있어서, 입사 각도가 0˚인 광에 비해, 투과율이 약 10% 저하되는 경우가 있다. 또, 편광 소자에 입사하는 각도가 45˚인 광의 투과율은, 파장 280nm~340nm의 영역에 있어서, 입사 각도가 0˚인 광에 비해, 투과율이 약 15% 저하되는 경우가 있다. For example, the transmittance | permeability of the light whose angle which injects into a polarizing element is 30 degrees may fall by about 10% compared with the light whose incidence angle is 0 degrees in the area | region of wavelength 270nm-300nm. Moreover, the transmittance | permeability of the light whose angle which injects into a polarizing element is 45 degrees may fall by about 15% compared with the light whose incidence angle is 0 degrees in the area | region of wavelength 280nm-340nm.
상기한 바와 같이, 광원으로서 봉형상 램프를 사용하는 경우, 봉형상 램프로부터의 광은 발산광이며, 램프의 바로 아래 즉 편광 소자의 중앙부에서는 입사 각 도가 작은 광의 성분이 많고, 주변부에서는 입사 각도가 큰 광의 성분이 많다. As described above, in the case of using a rod-shaped lamp as a light source, the light from the rod-shaped lamp is divergent light, and there are many components of light having a small angle of incidence immediately below the lamp, that is, in the center of the polarizing element, and the angle of incidence at the peripheral portion. There are many components of big light.
따라서, 상기와 같이, 광의 입사 각도가 커짐으로써 광의 투과율이 저하되면, 편광광이 조사되는 영역의 주변부에서는 편광광의 조도가 작아진다. 따라서, 편광광 조사 영역의 주변부에서는, 광배향막의 광배향 처리를 충분히 행할 수 없다. Therefore, as mentioned above, when light transmittance falls by the light incident angle becoming large, the illumination intensity of polarized light will become small in the periphery part of the area | region to which polarized light is irradiated. Therefore, the photo-alignment process of a photo-alignment film cannot fully be performed in the peripheral part of a polarized light irradiation area.
이에 반해, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 그리드를 산화 티탄으로 형성한 경우는, 입사각이 0˚ 30˚ 45˚ 중 어느 경우에 있어서나, 200nm~300nm의 파장 영역에 있어서 투과율에 거의 차이가 없다. 따라서, 편광광이 조사되는 조사 영역에 있어서, 편광광의 조도 불균일이 없는(조도 균일도가 높은) 조사를 할 수 있다. 따라서, 편광광이 조사되는 전체 영역에 있어서, 광배향막의 광배향 처리를 충분히 행할 수 있다. On the other hand, as shown in Fig. 5 (a), when the grid is formed of titanium oxide, the incident angle is almost different in transmittance in the wavelength region of 200 nm to 300 nm in any of 0 ° 30 ° 45 °. There is no. Therefore, in the irradiation area | region to which polarized light is irradiated, irradiation without polarization unevenness (high illuminance uniformity) of polarized light can be performed. Therefore, the photo-alignment process of a photo-alignment film can fully be performed in the whole area | region to which polarized light is irradiated.
도 6에, 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 비편광광의 각도와, 출사하는 편광광의 편광축의 회전량의 관계를 나타낸다. 가로축은 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 광의 각도(˚)이며, 세로축은 출사하는 편광광의 편광축의 회전량(˚)이다. 6 shows the relationship between the angle of unpolarized light incident on the wire grid polarizing element and the amount of rotation of the polarization axis of the polarized light emitted. The horizontal axis represents the angle (°) of light incident on the wire grid polarizing element, and the vertical axis represents the amount of rotation (°) of the polarization axis of the polarized light emitted.
편광축의 회전량은, 입사 각도가 0˚인 경우의 편광축의 방향을 기준으로 하여, 그로부터의 회전 각도를 나타내고 있다. The rotation amount of the polarization axis represents the rotation angle therefrom based on the direction of the polarization axis when the incident angle is 0 °.
또한, 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 광의 파장은, 그리드를 산화 티탄으로 형성한 편광 소자인 경우는 254nm이며, 그리드를 알루미늄으로 형성한 편광 소자인 경우는 365nm이다. The wavelength of light incident on the wire grid polarizing element is 254 nm in the case of a polarizing element formed of titanium oxide, and 365 nm in the case of a polarizing element formed of aluminum.
그 도면에 나타내는 바와 같이, 그리드를 알루미늄으로 형성한 경우, 광의 입사 각도가 커짐에 따라, 출사하는 편광광의 편광축의 회전량이 커지고, 입사 각도가 45˚인 경우, 편광축은 약 6˚ 회전한다.As shown in the figure, when the grid is formed of aluminum, as the incident angle of light increases, the amount of rotation of the polarization axis of the emitted polarized light increases, and when the incident angle is 45 °, the polarization axis rotates about 6 °.
상기한 바와 같이, 편광 소자의 중앙부에서는 입사 각도가 작은 광의 성분이 많고, 주변부에서는 입사 각도가 큰 광의 성분이 많으므로, 광의 입사 각도가 커짐으로써 편광광의 편광축의 회전량이 커지면, 편광광이 조사되는 영역의 주변부에서는, 편광광의 편광축의 방향이 원하는 방향으로부터 크게 회전되어 버린다(어긋나 버린다). 따라서, 편광광 조사 영역의 주변부에서는, 광배향막을 원하는 방향으로 광배향 처리할 수 없지는 않다. As described above, since there are many components of light having a small incident angle at the central portion of the polarizing element, and many components of light having a large incident angle at the peripheral portion, the polarized light is irradiated when the amount of rotation of the polarization axis of the polarized light is increased due to the increased incident angle of the light. At the periphery of the region, the direction of the polarization axis of the polarized light is greatly rotated (deviates) from the desired direction. Therefore, in the peripheral part of the polarization light irradiation area, the photoalignment film cannot be photoaligned in the desired direction.
이에 반해, 그리드를 산화 티탄으로 형성한 경우, 광의 입사 각도가 변화해도, 출사하는 편광광의 편광축은 거의 회전하지 않는다. In contrast, in the case where the grid is formed of titanium oxide, even if the incident angle of light changes, the polarization axis of the polarized light emitted almost does not rotate.
따라서, 편광광이 조사되는 영역 전체에 걸쳐, 편광축의 편차가 없는 조사를 할 수 있다. 따라서, 편광광이 조사되는 전체 영역에 있어서, 광배향막을 원하는 방향으로 광배향 처리할 수 있다. Therefore, irradiation with no deviation of a polarization axis can be performed over the whole area to which polarized light is irradiated. Therefore, in the whole area | region to which polarized light is irradiated, the photo-alignment film can be photo-aligned-processed to a desired direction.
도 7에, 본 발명의 편광광 조사 장치의 다른 구성예를 나타낸다. The other structural example of the polarized light irradiation apparatus of this invention is shown in FIG.
그 도면은, 봉형상 램프(2)와 집광경(3), 및 그리드를 산화 티탄으로 형성한 와이어 그리드형 편광 소자(1)를 구비한 광조사부(6)를, 복수, 워크(4)가 반송되는 방향으로 늘어 놓아 설치한 것이다. 광배향막(4a)이 형성되어 있는 워크(4)는 워크 스테이지(5) 상에 재치되고, 그 도면의 화살표 방향으로 반송된다. The figure conveys the
광조사부(6)를 복수 설치함으로서, 워크(4) 상의 광배향막(4a)에 조사되는 편광광의 조사량을 늘릴 수 있으므로, 워크(4)의 반송 속도를 빠르게 할 수 있다. 따라서, 광배향의 스루풋(단위 시간 당의 처리 매수)를 올릴 수 있다.By providing two or more
도 1은 본 발명의 실시예의 편광광 조사 장치의 구성예를 나타내는 도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the structural example of the polarized light irradiation apparatus of the Example of this invention.
도 2는 본 발명의 실시예의 와이어 그리드형 편광 소자의 구성예를 나타내는 도이다. Fig. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the wire grid polarizer according to the embodiment of the present invention.
도 3은 복수의 편광 소자를 늘어 놓아 배치한 와이어 그리드형 편광 소자의 구성예를 나타내는 도이다. It is a figure which shows the structural example of the wire grid type polarizing element which arrange | positioned and arrange | positioned the some polarizing element.
도 4는 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 비편광광의 파장과, 출사하는 편광광의 소광비의 관계를 나타내는 도이다.4 is a diagram showing a relationship between the wavelength of non-polarized light incident on the wire grid polarizing element and the extinction ratio of the polarized light emitted.
도 5는 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 비편광광의 각도와, 그 각도로 입사한 광의 분광 투과율을 나타내는 도이다.5 is a diagram showing angles of unpolarized light incident on a wire grid polarizing element and spectral transmittances of light incident at that angle.
도 6은 와이어 그리드형 편광 소자에 입사하는 비편광광의 각도와, 출사하는 편광광의 편광축의 회전량의 관계를 나타내는 도이다.It is a figure which shows the relationship between the angle of the unpolarized light which injects into a wire grid type polarizing element, and the rotation amount of the polarization axis of the polarized light which exits.
도 7은 본 발명의 편광광 조사 장치의 다른 구성예를 나타내는 도이다. It is a figure which shows the other structural example of the polarized light irradiation apparatus of this invention.
도 8은 봉형상 램프와 와이어 그리드형 편광 소자를 조합한 편광광 조사 장치의 구성예를 나타내는 도이다. It is a figure which shows the structural example of the polarization light irradiation apparatus which combined the rod-shaped lamp and the wire grid type polarizing element.
도 9는 와이어 그리드형 편광 소자의 개략의 구조를 나타내는 도이다. 9 is a diagram showing a schematic structure of a wire grid polarizing element.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 와이어 그리드형 편광 소자 1a 와이어 그리드 1 wire grid polarizer 1a wire grid
1b 기판 1c 프레임 1b board 1c frame
2 봉형상의 램프 3 반사경 2 Rod shaped
4 워크 4a 광배향막 4 work 4a photoalignment film
5 워크 스테이지 6 광조사부 5
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