TWI516847B - Light directed with polarized light irradiation device - Google Patents

Description

光配向用偏光光照射裝置

本發明是有關於液晶面板的配向膜，或將所定波長的偏光光予以照射於視野角補償薄膜的配向層等而進行配向的光配向用偏光光照射裝置，尤其是，關於組合線狀光源的棒狀燈與線狀格子型偏光元件的光配向用偏光光照射裝置。

近年來，有關於液晶面板的配向膜，或視野角補償薄膜的配向處理，成為採用著利用將所定波長的偏光光照射在配向膜進行配向被稱為光配向的技術。

以下，將設置利用上述光進行配向的配向膜成配向層的薄膜總稱為光配向膜。光配向膜是與液晶面板的大型化之同時成為大面積化(例如一邊為2m以上的四方形)，隨著此，將偏光光照射於光配向膜的偏光光照射裝置也成為大型化。

近年來，為了對此種大面積的光配向膜進行光配向，提案一種組合棒狀燈與具有線狀格子狀的格子的偏光元件(以下，稱為線狀格子型偏光元件)的光照射裝置(例如 參照專利文獻1或專利文獻2)。

在光配向膜用的偏光光照射裝置中，棒狀燈時是可製作發光長較長者。所以，使用具備因應於配向膜的寬度的發光長的棒狀燈，若一面照射來自該燈的光，一面將配向膜朝正交於燈的長度方向的方向移動，則可將廣泛面積的配向膜以較短時間進行光配向處理。

在第8圖，表示組合線狀光源的棒狀燈與線狀格子型偏光元件的偏光光照射裝置的構成例。

在同圖中，光配向膜的工件40是例如視野角補償薄膜的帶狀的長度工件，由送出輥R1送出，朝圖中箭號方向搬運，如下述地利用偏光光照射被光配向處理，而利用捲取輥R2被捲取。

偏光光照射裝置的光照射部20是具備：放射光配向處理所必需的波長的光(紫外線)的棒狀燈21，例如高壓水銀燈或在水銀加上其他金屬的金屬鹵化物燈，及將來自棒狀燈21的紫外線朝工件40反射而聚光的聚光鏡22。如上述地，棒狀燈21的長度，是使用發光部具備對應於正交於工件40的搬運方向的方向的寬度的長度者。光照射部20是燈21的長度方向配置成工件40的寬度方向(對於搬運方向為正交方向)。

在光照射部20的光出射側，設有偏光元件的線狀格子型偏光元件10。來自光照射部20的光是利用線狀格子型偏光元件10被偏光，被照射於被搬運在光照射部20下的工件40，進行著光配向處理。

針對於線狀格子型偏光元件，例如在專利文獻3或專利文獻4詳細地表示。

在第9圖是表示線狀格子型偏光元件的概略的構造。

線狀格子型偏光元件10是在透射欲偏光的光的波長(光配向時，是進行光配向所必需的紫外線的波長)的基板(例如石英)10b的表面，以間距P的等間隔平行地配置長度比寬度還要長的複數直線狀電性導體(例如鉻或鋁等的金屬線，以下稱為柵極10a)者。

又，基本上，若將柵極10a的間距P變狹窄，則偏光的光的波長變短。

當將偏光元件插入於光路中，則平行於柵極的長度方向的偏光成分是大部分被反射，而正交的偏光成分是通過。因此，通過線狀格子型偏光元件的光是成為具有正交於偏光元件的格子的長度方向的偏光軸的偏光光。

又，針對於形成格子的製造方法或材質，作改良或新的改良，那些者有例如專利文獻5。

習知，作為光配向用偏光光照射裝置，進行著在線狀光源的棒狀燈組合線狀格子型偏光元件為基於如下理由。

來自棒狀燈的光是發散光，即使在燈射出側配置偏光元件而欲得到偏光光，也有各種角度的光會射入在偏光元件。

作為偏光元件，眾知有蒸鍍膜或利用布魯斯特角(Brek,ster’s angle)者。

但是，此些偏光元件是無法僅偏光以偏光元件所決定 的角射入的光，而僅以其以外的射入的光，是幾乎不會偏光而會通過。所以，光源為發散光時，若使用蒸鍍膜或利用布魯斯特角的偏光元件，則與將射入於偏光元件的光作為平行光而使入射角度一致的情形相比較，則所得到的偏光光的消光比變壞。

又，也有利用有機膜的偏光元件，惟此為長時間照射為了光配向所使用的紫外線的光，則特性會劣化之故，因而作成工業性地使用。

對此，線狀格子型偏光元件是射出對於射入於偏光元件的角度的偏光光的消光比的依存性較小，所以，即使如從棒狀燈所射出的光的發散光，若射入角度為±45°的範圍，則光所照射的領域全體全面，也可得到較優異的消光比的偏光光。

所以，對應於光配向膜的膜的寬度設置棒狀燈的長度，而將光配向膜對於對於偏光光照射裝置朝一方向相對地移動，則原理上以1支燈，可進行廣泛面積的光配向膜的配向處理。

若在棒狀燈組合線狀格子型偏光元件，則不需要將來自光源的光作成平行光所用的光學元件，而能低成本地製作裝置全體。

專利文獻1：日本特開2004-163881號公報

專利文獻2：日本特開2004-144884號公報

專利文獻3：日本特開2002-328234號公報

專利文獻4：日本特表2003-508813號公報

專利文獻5：日本特開2007-178763號公報

非專利文獻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

習知很多以波長300nm~500nm的偏光光進行配向的光配向膜，但是，最近，也成為可製作以波長300nm以下(200nm~300nm)的偏光光進行配向的光配向膜(參照非專利文獻1)。

所以，作為偏光光照射裝置，成為被要求射出波長300nm以下(200nm~300nm)的偏光光的裝置，尤其是以260nm±10nm(較佳是260nm±20nm)的波長領域可得到消光比為15：1以上的偏光光的裝置。

但是，以組合棒狀燈與線狀格子型偏光元件欲製作此種裝置，則有如下問題。

線狀格子型偏光元件的格子是藉由蝕刻所形成。所以，作為格子的材料，傳統上多使用容易加工的鋁，但是，以鋁形成格子時，本發明人發現了會發生以下的3個問題。

(1)：在波長為300nm以下的領域，偏光光的消光比降低，而在大約250nm以下的波長領域，消光比成為1：1(成為不偏光)。

(2)：在波長為340nm以下的領域，藉由射入於線狀格子型偏光元件的光的角度，透射率會變化。如上述地，來自棒狀燈的光是發散光。所以，射入於偏光元件的光的角度是依場所而不相同(燈正下即在偏光元件的中央部，射入角度小的光的成分較多，而在周邊部，射入角度大的光的成分較多)。因此，藉由射入於偏光元件的光的角度而透射率有變化，則在射出的偏光光產生照度不均勻(偏光光照射領域的照度分布變大)。

(3)：射入於線狀格子型偏光元件的光的角度變大，則從偏光元件射出的偏光光的方向會變化。亦即，隨著對偏光元件的射入角度變大，所射出的偏光光的偏光軸的旋轉角度變大。

如上述地，射入於偏光元件的光的角度，是在偏光元件的中央部，則射入角度小的光的成分較多，而在周邊部，則射入角度大的光的成分較多。所以在偏光光所照射的照射的照射領域的中央部，即使偏光光的偏光軸的方向是朝所期望的方向，在周邊部，偏光光的偏光軸的方向是從所期望的方向旋轉偏離。亦即，在偏光光的照射領域，有方向上偏差發生於偏光軸。

在偏光光的照射領域，若在偏光光的照度不均勻或在偏光軸的方向有偏差的狀態進行處理，則在配向膜，產生無法得到所期望的配向特性的部分。

本發明是鑑於上述事項而創作者，在組合線狀光源與線狀格子型偏光元件，而對於光配向膜照射偏光光的偏光 光照射裝置，提供即使在300nm以下的波長領域也可得到良好的消光比的偏光光。又，在波長300nm以下的領域，即使射入於偏光元件的光的角度不相同，透射率也不會變化，還有，即使射入於線狀格子型偏光元件的光的角度不相同，也不會使射出的偏光光的方向變化(偏光軸會旋轉)的光配向用偏光光照射裝置作為目的。

本發明人經專心檢討之結果，利用氧化鈦(TiOx)形成線狀格子型偏光元件的格子，由此，可看出解決上述的課題。

亦即，使用具有以氧化鈦(TiOx)所形成的格子的偏光元件，則在300nm以下的波長領域也可得到良好的消光比的偏光光，即使光配向膜的感度為200~300nm的範圍的工件，也可有效果地進行光配向處理。

依據以上，在本發明中，一種光配向用偏光光照射裝置，是具備將來自線狀光源的光利用線狀格子型偏光元件予以偏光而射出的光照射部，將該光照射部的偏光光照射至配向膜的光配向用偏光光照射裝置，其特徵為；上述線狀格子型偏光元件的格子是利用氧化鈦(TiOx)所形成。

在本發明，可得到以下的效果。

(1)利用氧化鈦(TiOx)形成線狀格子型偏光元件的格子，由此即使在300nm以下的波長領域，也可得到良好的消光比的偏光光。

具體地說明，在260nm±20nm的範圍，可得到15：1以上的消光比。

所以，使用上述線狀格子型偏光元件與線狀光源，構成光配向用偏光光照射裝置的光照射部，由此，成為可有效果地進行光配向膜的感度為200~300nm的範圍的工件的光配向。

(2)藉由使用上述線狀格子型偏光元件，在波長300nm以下的領域中，即使射入於偏光元件的光的角度不相同，透射率也幾乎沒有變化。

(3)又，藉由使用上述線狀格子型偏光元件，即使射入於線狀格子型偏光元件的光的角度不相同，射出的偏光光的方向(偏光軸進行旋轉)也幾乎沒有變化。

1‧‧‧線狀格子型偏光元件

1a‧‧‧線狀格子

1b‧‧‧基板

1c‧‧‧框

2‧‧‧棒狀燈

3‧‧‧反射鏡

4‧‧‧工件

4a‧‧‧光配向膜

5‧‧‧工件平台

6‧‧‧光照射部

第1圖是表示本發明的實施例的偏光光照射裝置的構成例的圖式。

第2(a)圖及第2(b)圖是表示本發明的實施例的線狀格子型偏光元件的構成例的圖式。

第3(a)圖及第3(b)圖是表示排列地配置複數偏光元件的線狀格子型偏光元件的構成例的圖式。

第4圖是表示射入於線狀格子型偏光元件的非偏光光的波長，與射出的偏光光的消光比之關係的圖式。

第5(a)圖及第5(b)圖是表示射入於線狀格子型偏光元件的非偏光光的角度，與在其角度所射入的光的分光透射率的圖式。

第6圖是表示射入於線狀格子型偏光元件的非偏光光 的角度，與射出的偏光光的偏光軸的旋轉量之關係的圖式。

第7圖是表示本發明的偏光光照射裝置的其他構成例的圖式。

第8圖是表示組合棒狀燈與線狀格子型偏光元件的偏光光照射裝置的構成例的圖式。

第9(a)圖及第9(b)圖是表示線狀格子型偏光元件的概略構造的圖式。

在第1圖表示本發明的實施例的偏光光照射裝置的構成例。

與第8圖同樣，在光照射部6，內設有線狀的光源的高壓水銀燈或將金屬添加於水銀的金屬鹵化物燈等的棒狀燈2，及反射來自燈2的光的槽狀反射鏡3。又在光射出側設有線狀格子型偏光元件1。在此，棒狀高壓水銀燈或金屬鹵化物燈，是眾知作為放射波長300nm以下的光的光源。

又，與第8圖不相同，在第1圖中，形成有光配向膜的工件4，並不是帶狀工件而是在光透射性的基板上形成有光配向膜4a的面板基板，被載於工件平台5上。該光配向膜4a的感度是例如200~300nm的範圍。

面板基板時，也與帶狀工件時同樣地，使用具備對應於面板基板的寬度的發光長度的燈，對於偏光光被照射的 領域，將工件4對於燈2的長度方向朝正交方向相對地移動而進行光配向處理。

亦即，工件4朝圖中箭號方向被搬運，而來自光照射部6的光是利用線狀格子型偏光元件1被偏光，而被照射於搬運光照射部6下的工件4，而進行著光配向處理。

以下，作為線狀光源以棒狀燈作為例子加以說明，惟近年來也實用化放射紫外光的LED或LD，而直線狀地排列配置此種LED或LD作成線狀光源也可以。又這時候，排列LED或LD的方向相當於燈的長度方向。

在第2圖表示本發明的實施例的線狀格子型偏光元件的構成。

如同圖所示地，藉由氧化鈦(TiOx)形成線狀格子型偏光元件的格子。

氧化鈦的格子1a是形成於透射200nm~300nm的波長的光的基板(例如石英或氟化鎂等)1b的表面。格子的間距是150nm。又，格子1a的高度是10nm以上。

又，線狀格子型偏光元件是無法製作大者之故，因而實際上配置於光照射部6的光射出側之際，如第3圖所示地，將相同種類的複數線狀格子型偏光元件1排列於框1c所構成。偏光元件的個數是因應於照射偏光光的領域的大小而適當地選擇。

在第4圖，表示射入於線狀格子型偏光元件的非偏光光的波長，及射出的偏光光的滑光比之關係。在同圖中，橫軸是表示光的波長(nm)，而縱軸是以對數表示消光 比者。

在第4圖中，A(菱形格子)是以氧化鈦形成格子的情形，而B(三角標示)是以鋁形成格子的情形。又，格子的間距兩者都是150nm。

如同圖所示地，以鋁形成格子時，在波長300nm以上的領域，可得到50：1以上的良好的消光比。但是，在波長300nm以下的領域，消光比是降低，而在波長約270nm，消光比是成為大約10：1，在波長約250nm，消光比是成為約1：1無法得到偏光光。

對於此，以氧化鈦形成格子時，在波長300nm以下的領域的消光比，是與鋁時相比較較良好，而在波長240nm~300nm的範圍下，消光比可得到15：1以上的偏光光。又，240nm以下的虛線是推測值。

如上述地，現在被要求可得到260nm±10nm(較佳為260nm±20nm)的波長領域而消光比為15：1以上的偏光光的裝置，惟使用以氧化鈦形成格子的線狀格子型偏光元件，就可報應於該要求。

又，理論上，即使以鋁形成格子，若將間距變狹窄，當然也可將短波長的光作成偏光。但是，實際上將間距變狹窄，則格子欠缺，或蛇行而降低射出的偏光光的品質，結果，無法得到消光比15：1以上的偏光光。在現狀，為比150nm還要狹窄的線狀格子型偏光元件很難製作出工業上可使用者。

在第5圖，表示射入於線狀格子型偏光元件的非偏光 光的角度，及以該角度所射入的光的分光透射率。第5(a)圖是表示以氧化鈦形成格子時的實驗結果，而第5(b)圖是以鋁形成格子時的實驗結果。

雙方的圖式，橫軸是表示射入於線狀格子型偏光元件的光的波長(nm)，而縱軸是表示光的透射率(%)。分別針對於射入於線狀格子型偏光元件的光的角度(射入角)為0°(垂直射入)時，30°時、45°時加以測定。

以氧化鈦形成格子時，或是以鋁形成格子時，在波長為340nm以上的領域，即使射入於偏光元件的光的角度有變化，透射率是不變。

但是，如第5(b)圖所示地，以鋁形成格子時，則在波長340nm以下的領域中，當射入角變大，則在特定波長領域中，透射率會降低。

例如，射入於偏光元件的角度為30°的光的透射率，是在波長270nm~300nm的領域中，與射入角度為0°的光相比較，透射率有降低大約10%的情形。又，在射入於偏光元件的角度為45°的光的透射率，是在波長280nm~340nm的領域中，與射入角度0°的光相比較，透射率有降低約15%的情形。

如上述地，作為光源使用棒狀燈時，來自棒狀燈的光是發散光，而在燈的正下方亦即在偏光元件的中央部，射入角度小的光的成分較多，而在周邊部，則射入角度大的光的成分較多。

因此，如上述地，當光的射入角度變大而降低光的透 射率，則在偏光光所照射的領域的周邊部，偏光光的照度變小。因此，在偏光光照射領域的周邊部，無法充分地進行光配向膜的光配向處理。

對於此，如第5(a)圖所示地，以氧化鈦形成格子時，針對於射入角為0°，30°，45°的任一角度時，在200nm~300nm的波長領域中，透射率是幾乎沒有相差。 因此，在偏光光所照射的照射領域，可進行沒有偏光光的照度不均勻(照度均勻度高)的照度。因此，在偏光光所照射的全領域，可充分地進行光配向膜的光配向處理。

在第6圖，表示射入於線狀格子型偏光元件的非偏光光的角度，及射出的偏光光的偏光軸的旋轉量的關係。橫軸是表示射入於線狀格子型偏光元件的光的角度(°)，而縱軸是表示射出的偏光光的偏光軸的旋轉量(°)。

偏光軸的旋轉量，是以射入角度為0°時的偏光軸的方向作為基準，而表示由該處的旋轉角度。

又，射入於線狀格子型偏光元件的光的波長，是以氧化鈦形成格子的偏光元件時為254nm，而以鋁形成格子的偏光元件時為365nm。

如同圖所示地，以鋁形成格子時，隨著光的射角度變大，所射出的偏光光的偏光軸的旋轉量變大，而射入角度為45°時，偏光軸是旋轉約6°。

如上述地，在偏光元件的中央部射入角度小的光的成分較多，而在周邊部射入角度大的光的成分較多之故，因而光的射入角度變大而偏光光的偏光軸的旋轉量變大，則 在偏光光所照射的領域的周邊部，偏光光的偏光軸方向從所期望的方向會旋轉很大(會偏離)。因此，在偏光光照射領域的周邊部，無法將光配向膜朝所期望的方向進行光配向處理。

對於此，以氧化鈦形成格子時，即使光的射入角度有變化，射出的偏光光的偏光軸是幾乎不會旋轉。

因此，偏光光所照射的領域全體全面，可進行沒有偏光軸的偏差的照射，因此，有偏光光所照射的全領域可將光配向膜朝所期望的方向進行光配向處理。

在第7圖，表示本發明的偏光光照射裝置的其他構成例。

同圖是將具備棒狀燈2與聚光鏡3，及以氧化鈦形成格子的線狀格子型偏光元件1的光照射部6，排列設置複數於工件4所搬運的方向者。光配向膜4a所形成的工件4是被載置於工件平台5上，而朝同圖的箭號方向被搬運。

藉由設置複數光照射部6，可增加被照射於工件4上的光配向膜4a的偏光光的照射量之故，因而可得工件4的搬運速度作成較快。因此，可提昇光配向的生產能力(每一單位的處理枚數)。

1‧‧‧線狀格子型偏光元件

2‧‧‧棒狀燈

3‧‧‧反射鏡

4‧‧‧工件

4a‧‧‧光配向膜

5‧‧‧工件平台

6‧‧‧光照射部

Claims (1)

1. 一種光配向用偏光光照射裝置，是具備將來自線狀光源的波長300nm以下的連續性波長光利用在使200nm~300nm的波長穿透之基板上形成有格子而成的線狀格子型偏光元件予以偏光而射出的光照射部，將該光照射部的偏光光照射至配向膜的光配向用偏光光照射裝置，其特徵為；上述線狀格子型偏光元件的格子，是將氧化鈦直接形成於前述基板的表面而成者。