TWI606287B - 紫外線照射裝置 - Google Patents
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Description
本發明的實施方式是有關於一種紫外線照射裝置。
作為轉變為液晶面板的配向膜處理即摩擦(rubbing)工序的技術，光配向技術正受到矚目。關於光配向膜用的紫外線照射裝置，是在作為線狀的光源的棒狀燈中組合柵格偏光(grid polarization)元件。柵格偏光元件中，出射的偏光的光的消光比對於入射至偏光元件的光的角度的依存性比利用蒸鍍膜或布魯斯特角(Brewster angle)的偏光元件小。因此，即便為從棒狀燈出射的光這樣的發散光，只要入射角度為±45°的範圍，則可遍及被照射光的整個區域而獲得相對良好的消光比的偏光的光。因此，如果使棒狀燈的長度對應於光配向膜的寬度而設置，並使光配向膜相對於紫外線照射裝置而相對地朝一方向移動，則原理上利用1個燈便可進行大面積的光配向膜的配向處理。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2009-265290公報
[專利文獻2]日本專利特開2011-145381公報
本發明的實施方式提供一種抑制了光源的光軸方向上的消光比及紫外線照度的劣化的紫外線照射裝置。
本發明中的實施方式的紫外線照射裝置包括：光源，射出光；濾波器，入射從所述光源射出的光並出射紫外線；線柵(wire gird)偏光元件，配置於所述濾波器的出射側，被照射所述紫外線，並射出所述紫外線的偏光的光；以及框架，配置著所述線柵偏光元件，對應於所述偏光元件而設置著開口部；且所述紫外線照射裝置沿著所述光源而具有照射區域。當將所述光源的長度設為L mm、所述框架的所述開口部的全長設為TL mm、所述照射區域的長度設為A mm時，滿足L>TL>A的關係。
根據本發明的實施方式，可提供抑制了光源的光軸方向上的消光比及紫外線照度的劣化的紫外線照射裝置。
1‧‧‧紫外線照射裝置
10‧‧‧光源部
11‧‧‧光源
12‧‧‧反射材料
13‧‧‧濾波器
20‧‧‧偏光元件部
21、23、25、27、F‧‧‧框架
22、24、26、28‧‧‧線柵(wire grid)偏光元件
A‧‧‧照射區域的長度
IA‧‧‧照射區域
L‧‧‧光源的長度
O‧‧‧中心點
OM‧‧‧開口部
PA‧‧‧偏光軸
RD‧‧‧基準方向
TL‧‧‧框架的開口部的全長
UA、UB‧‧‧紫外線
W‧‧‧工件
X、Y、Z‧‧‧軸
Y1‧‧‧箭頭
圖1是例示第一實施方式的紫外線照射裝置的示意圖。
圖2是例示第一實施方式的紫外線照射裝置的示意性正面圖。
圖3是例示第一實施方式的紫外線照射裝置中偏光的光的軌迹的示意性剖面圖。
圖4是表示第一實施方式的紫外線照射裝置中光源的長軸方向上的紫外線照度分布的圖。
圖5是例示第一實施方式的紫外線照射裝置中偏光軸的測定部位的示意性俯視圖。
圖6是表示第一實施方式的紫外線照射裝置中偏光軸的測定結果的圖。
圖7是表示現有的紫外線照射裝置的圖。
圖8是表示第一實施方式的紫外線照射裝置的變形例的概要的圖。
圖9(a)~圖9(c)是表示第一實施方式的紫外線照射裝置的另一變形例的概要的圖。
本發明的實施方式的紫外線照射裝置包括：光源，射出光；濾波器，入射從所述光源射出的光並出射紫外線；線柵(wire grid)偏光元件，配置於所述濾波器的出射側，被照射所述紫外線，並射出所述紫外線的偏光的光；以及框架，配置著所述線柵偏光元件，對應於所述偏光元件而設置著開口部；且所述紫外線照射裝置具有有效照射區域，當將所述光源的長度設為L[mm]、所述框
架的所述開口部的全長設為TL[mm]、所述照射區域的長度設為A[mm]時，滿足L>TL>A的關係。
以下，一邊參照附圖一邊對本發明的各實施方式進行說明。
(第一實施方式)
圖1~圖3是表示第一實施方式的紫外線照射裝置的概要的構成的立體圖，圖2是表示實施方式的紫外線照射裝置的概要的構成的側面圖，圖3是表示實施方式的紫外線照射裝置的概要的構成的正面圖。
圖1所示的實施方式的紫外線照射裝置1是如下裝置，即，對工件W(圖1中由雙點劃線表示)的表面，照射與預先决定的基準方向RD(圖1中由單點劃線表示)平行的偏光軸PA(圖3中表示，也稱作振動方向)的紫外線UB。實施方式的紫外線照射裝置1例如用於液晶面板的配向膜或視角補償膜的配向膜等的製造中。照射至工件W的表面的紫外線UB的偏光軸PA的基準方向RD可根據工件W的構造、用途、或所要求的規格而適當設定。以下，將工件W的寬度方向稱作X軸方向，將與X軸方向正交且工件W的長邊方向(也稱作搬送方向)稱作Y軸方向，將與Y軸方向及X軸方向正交的方向稱作Z軸方向。
紫外線照射裝置1如圖1、圖2及圖3所示，包括光源部10及偏光元件部20。
光源部10射出均勻地在各個方向上振動且為所需波長
的紫外線UA。光源部10包括光源11、反射材料12、及濾波器13。
光源11是例如在紫外線透過性的玻璃管內封入了水銀、氬氣、氙氣等稀有氣體而成的高壓水銀燈、或進一步在高壓水銀燈中封入了鐵或碘等金屬鹵化物而成的金屬鹵化物燈等管型燈，且至少具有直線狀的發光部。光源11的發光部的長邊方向與X軸方向大致平行，光源11的發光部的長度比工件W的寬度長。光源11從線狀的發光部射出例如波長為200nm至400nm的紫外線。光源11所射出的紫外線為具有各種偏光軸成分的紫外線，也就是所謂的非偏光的紫外線。另外，本發明中，作為光源，例如也可設為如下構成：使可照射波長為200nm至400nm的紫外線的發光二極體(light-emitting diode，LED)晶片、雷射二極體、有機電致發光(electroluminescence，EL)等小型燈隔開並呈直線狀配置。
本實施方式中，光源11設置有一個，且配置於偏光元件部20及工件W的上方。在光源11的上方設置著反射材料12，在光源11的下方設置著濾波器13。作為反射材料12，可使用平行式的拋物鏡面、聚光型的橢圓鏡面、以及其他形狀的鏡面等。濾波器13為周知的帶通濾波器(band-pass filter)，使光源11所射出的紫外線中的例如254[nm]或365[nm]等所需波長的紫外線UA透過，並限制其他波長的紫外線透過。光源11所射出的紫外線中的部分所需波長的紫外線UA直接透過濾波器13並向偏光元
件部20側出射，同時剩餘的部分所需波長的紫外線UA由反射材料12反射，透過濾波器13後向偏光元件部20的方向出射。光源部10通過濾波器13而向偏光元件部20的方向出射所需波長的紫外線UA。
偏光元件部20為如下構件，即，從紫外線UA中提取僅在基準方向RD上振動的偏光軸PA的紫外線UB(相當於紫外線UA的偏光的光)，所述紫外線UA是從光源部10射出且具有均勻地在各個方向上振動的各種偏光軸成分。偏光元件部20配置於光源部10的出射側，被照射來自光源部10的紫外線UA，並將紫外線UB向工件W的表面的照射區域1A(圖2所示)射出。另外，一般將僅在基準方向RD上振動的偏光軸PA的紫外線UB稱作直線偏光。而且，紫外線UA、紫外線UB的偏光軸PA是該紫外線UA、紫外線UB的電場及磁場的振動方向。偏光元件部20沿被照射紫外線UA而射出紫外線UB的方向，在框架21上設置著與X軸方向大致平行地配置的多個線柵偏光元件22。而且，在框架21上，對應於線柵偏光元件22而設置著開口部OM。
線柵(wire grid)偏光元件22如圖2所示，配置於框架21的與開口部OM對應的各空間內。線柵偏光元件22具備直線狀的電導體，該直線狀的電導體在包含石英玻璃等的平板狀的基材的一表面上形成著多個。電導體例如包含鉻或鋁合金等金屬，在基材的一表面等間隔平行配置著。電導體的長邊方向與基準方向RD正交。電導體的間距理想的是從光源部10射出的紫外線UA的波
長的1/3以下。線柵偏光元件22使從光源部10射出的紫外線UA中的與電導體的長邊方向平行的偏光軸的紫外線的大部分反射，且使與電導體的長邊方向正交的偏光軸PA的紫外線UB通過，由此射出作為紫外線UA的偏光的光的紫外線UB。另外，本實施方式中，線柵偏光元件22中，電導體的長邊方向與Y軸方向平行地配置著，使與X軸方向平行的偏光軸PA的紫外線UB通過。即，本實施方式中，基準方向RD與X軸方向大致平行。
而且，本實施方式中，當將光源11的長度設為L[mm]、框架21的開口部的全長設為TL[mm]、照射區域IA的長度設為A[mm]時，滿足L>TL>A的關係。而且，光源11的長度L與照射區域IA的長度A的關係為1.50≦L/A≦2.00。而且，框架21的開口部的全長TL及照射區域IA的長度A的關係為TL/A≧1.10。另外，此處提及的「長度」是指相對於光源11的延伸方向的長度，其朝向為與圖1的X軸平行的方向。而且，“框架21的開口部的全長TL”是指在框架21上配置著多個的多個線柵偏光元件22的X軸方向的長度，且容許包含介於線柵偏光元件22與線柵偏光元件22之間的框架F。
接下來，對紫外線照射裝置1的動作進行說明。所述構成的實施方式的紫外線照射裝置1將工件W沿與Y軸方向大致平行的箭頭Y1方向搬送，並從光源11射出紫外線。於是，光源11所射出的紫外線中的所需波長的紫外線UA被照射至偏光元件部20，並由線柵偏光元件22將與基準方向RD平行的偏光軸PA的
紫外線UB從偏光元件部20向工件W的表面的照射區域IA射出。
此時，線柵偏光元件22中，紫外線UA的入射角度對於紫外線UB的消光比的影響，要比利用了蒸鍍膜或布魯斯特角的偏光元件小。因此，線柵偏光元件22即便對於如從光源部10出射的紫外線UA這樣的非偏光的光，只要入射角度為±45度的範圍，則可遍及被照射紫外線UA的整個區域，而獲得良好的消光比的紫外線UB。因此，紫外線照射裝置1通過將光源11的長度對應於工件W的寬度而設置，且使工件W向箭頭Y1方向相對移動，而原理上利用1個光源11便可進行大面積的照射區域IA的配向處理。
另外，消光比是指將線柵偏光元件22的為直線偏光的紫外線UB的最大透過率除以為直線偏光的紫外線UB的最小透過率所得的值。即，消光比=最大透過率/最小透過率。此外，透過率是指將已通過線柵偏光元件22的紫外線UB的輻射發散度(radiant emittance)除以入射至線柵偏光元件22的紫外線UA的輻射發散度並乘以100所得的值(%)。即，透過率(%)=(紫外線UB的輻射發散度/紫外線UA的輻射發散度)×100。
所述構成的實施方式的紫外線照射裝置1中，當將光源11的長度設為L[mm]、框架21的開口部的全長設為TL[mm]、照射區域IA的長度設為A[mm]時，滿足L>TL>A的關係。當L=TL=A，也就是，光源11的長度L、框架21的開口部的全長TL及照射區域IA的長度A相同時，存在照射區域IA的端部的照度
降低，照度的均勻性、也就是均勻度劣化的問題。而且，也就是，當光源11的長度L、框架21的開口部的全長TL、及照射區域IA的長度A相同時，存在照射區域IA的端部的偏光軸的偏移增大，偏光軸的均勻性劣化的問題。也就是，通過設為滿足L>TL>A的關係的構成，而可抑制紫外線的光量與偏光軸的不均勻性。
而且，當對光源11的長度L與照射區域IA的長度A進行比較時，如果為L≦A的關係，則從光源11射出的紫外線UA不會到達照射區域IA的端部。也就是，照射區域IA的端部的紫外線照度降低。由此，如果滿足L>A，即，L/A>1.00的關係，則可抑制紫外線的光量與偏光軸的不均勻性。尤其如果滿足L/A≧1.50的關係，則可進一步抑制紫外線的光量與偏光軸的不均勻性。
而且，當對照射區域IA的長度A與框架21的開口部的全長TL進行比較時，如果為A≧TL的關係，則框架21的開口部的全長TL，也就是，從偏光元件部20射出的紫外線UB不會到達照射區域IA的端部。即，照射區域IA的端部的紫外線照度降低。因此，如果滿足TL>A，也就是，TL/A>1.00的關係，則可抑制紫外線的光量與偏光軸的不均勻性。尤其如果滿足TL/A≧1.13，則可進一步抑制紫外線的光量與偏光軸的不均勻性。
此處，對作為本實施方式的一例的實施例1與比較例1的照度分布進行比較。將測定結果表示於圖4中。另外，實施例1、比較例1中光源11、反射材料12、線柵偏光元件22的位置均相
同，光源11至反射材料12的距離為33.5[mm]，光源11至線柵偏光元件22的距離為125[mm]。而且，反射材料12為第1焦點位置與光源11一致、且反射材料12至第2焦點位置為135[mm]的橢圓鏡面。
實施例1為L=800[mm]、TL=450[mm]、A=400[mm]時的測定結果，且L/A=2.00，TL/A=1.13。而且，比較例1如圖7所示，L=500mm，除L以外為與實施例1相同的條件，為TL=450[mm]、A=400[mm]時的測定結果，且L/A=1.25，TL/A=1.13。而且，照度分布藉由以下的方法來進行測定。也就是，將偏光元件部20的X軸方向的中心點O定義為偏光軸測定位置：0mm，在該位置使用牛尾(Ushio)電機製造的照度計UIT-250來進行照度的測定。而且，將與表示X軸的箭頭相同的方向設為+側，將與表示X軸的箭頭相向的方向設為-側來測定照度，以照度測定位置：0mm的照度值而加以標準化。而且，相對照度[%]越接近100[%]則表示越均勻。
根據圖4可知，如果滿足L>A(L/A>1.00)的關係，則照射區域IA的端部的相對强度的下降得以减輕，可均勻地照射紫外線。這是因為在照射區域IA，相比於來自位於一端部的正上方的燈的光，而來自位於另一端部的正上方的燈的光的斜光更會產生影響。如果L=A(L/A=1.00)，則從位於照射區域IA的另一端部的正上方的燈照射至照射區域IA的一端部的光量會减少，因此在照射區域IA的端部相對照度會下降。另一方面，如果滿足L
>A(L/A>1.00)的關係，則從位於照射區域IA的另一端部的正上方的燈照射至照射區域IA的一端部的光量增多，照射區域IA的端部的相對强度的下降得以减輕，從而可均勻地照射紫外線。
然後，對作為本實施方式的一例的實施例2與比較例2的偏光軸進行比較。將測定部位表示於圖5中，測定結果表示於圖6中。實施例2為L=800[mm](與實施例1相同)、TL=550[mm]、A=400[mm]時的測定結果，且L/A=2.00，TL/A=1.13。而且，比較例2為L=800[mm](與實施例2相同)、TL=325[mm]、A=400[mm]時的測定結果，且L/A=2.00，TL/A=0.81。另外，圖5是從Z軸方向朝工件W觀察紫外線照射裝置1的示意圖。而且，偏光軸利用以下的方法來進行測定。也就是，與照度分布的測定同樣地使用牛尾電機製造的照度計UIT-250，以與照度計直接接觸的方式來使用檢偏光器進行照度測定，利用馬呂斯(Malus)的最小平方法的擬合(fitting)而求出偏光軸。另外，偏光軸越接近0°則表示偏光軸越一致，具體來說優選為0°±0.10°的範圍內。
根據圖6可知，如果滿足TL>A(TL/A>1.00)的關係，則照射區域IA內的偏光軸的不均少。
而且，將光源11的長度L、框架21的開口部的全長TL[mm]進行各種變更，並進行均勻度的測定。將結果表示於表1。表1是表示第一實施方式的紫外綫照射裝置中使L/A及TL/A進行各種變更時的均勻度的表格。
表1
另外，均勻度[%]是表示照度的均勻性的指標，均勻度的值越小則表示照度越均勻。均勻度由以下的式而求出，當均勻度[%]為10[%]以下時將判定設為“○”，大於10[%]時將判定設為“×”。根據表1可知，如果滿足L>TL>A、L/A≧1.50、TL/A≧1.13，則均勻度為10[%]以下，照度均勻。另外，發現如果L/A超過2則均勻度有改善的傾向，但如果L/A超過2，則照射區域IA的長度A為光源的長度L的一半以下。也就是說，因為若達光源的長度L的一半以上表示無法實質有效地利用光，所以理想的是L/A為2以下。
(變形例)
圖8是表示第一實施方式的紫外線照射裝置的變形例的概要的構成的示意性正面圖。
本變形例中，為將濾波器13設置於偏光元件部20、即框架21的構成的裝置。可知即便為該構成，也與實施方式1同樣地，只要滿足L>TL>A、L/A≧1.50、TL/A≧1.13，則均勻度為10[%]以下，照度均勻。而且，通過將濾波器13一體地設置於變更偏光元件部20，而可一體地管理濾波器13與線柵偏光元件22。即，在更換濾波器13與線柵偏光元件22時，因濾波器13與線柵偏光元件22一體地設置，所以可實現更換作業的效率化。
圖9(a)~圖9(c)是表示第一實施方式的紫外線照射裝置的另一變形例的概要的示意性正面圖。圖9(a)是表示框架21的變形例的示意性正面圖，圖9(b)是表示框架21及線柵偏光元件22的另一變形例的示意性正面圖，圖9(c)是表示框架21及線柵偏光元件22的另一變形例的示意性正面圖。
圖9(a)所示的變形例中，框架23在線柵偏光元件22與線柵偏光元件22的邊界部分，不具有用以保持線柵偏光元件22、線柵偏光元件22的過渡構成。即，開口部OM與線柵偏光元件22對應地一體地形成於框架23。通過設為該構成，例如可削减在線柵偏光元件22與線柵偏光元件22之間產生的邊界部分，從而可抑制均勻度或消光比的劣化。另外，本變形例中，框架23的開口部的全長TL[mm]如圖9(a)所示，為一體地設置於框架23的開口部OM的全長。
而且，如圖9(b)所示，框架25、框架25也可設為在X軸方向上分為多個的構成。通過設為該構成，即便在例如照射
區域A比第一實施方式寬大的情况下，通過將框架25、框架25分為多個，也可容易進行框架25、框架25的操作。另外，本變形例中，框架25的開口部的全長TL[mm]如圖9(b)所示，為全部的多個框架25、框架25中設置的開口部OM的全長。
而且，如圖9(c)所示，線柵偏光元件28也可設為單個的構成。通過設為該構成，例如與使用多個線柵偏光元件28時相比，不需要用以保持多個線柵偏光元件28的過渡構成，此外，因線柵偏光元件以單個而構成，所以可消除如包含多個線柵偏光元件22時在線柵偏光元件22與線柵偏光元件22之間產生的間隙，由此可削减例如在線柵偏光元件22與線柵偏光元件22之間產生的邊界部分，從而可進一步抑制均勻度或消光比的劣化。另外，本變形例中，框架27的開口部的全長TL[mm]如圖9(a)所示，為一體地設置於框架23的開口部OM的全長。
已對本發明的幾個實施方式及變形例進行了說明，但這些實施方式及變形例是作為示例而提示，並不意圖限定本發明的範圍。這些實施方式及變形例可由其他各種形態來實施，在不脫離本發明的主旨的範圍內，可進行各種省略、置換、變更。這些實施方式及變形例包含在本發明的範圍或主旨內，且同樣地包含在其均等的範圍內。
1‧‧‧紫外線照射裝置
10‧‧‧光源部
11‧‧‧光源
13‧‧‧濾波器
20‧‧‧偏光元件部
21‧‧‧框架
22‧‧‧線柵(wire grid)偏光元件
A‧‧‧照射區域的長度
IA‧‧‧照射區域
L‧‧‧光源的長度
O‧‧‧中心點
OM‧‧‧開口部
TL‧‧‧框架的開口部的全長
W‧‧‧工件
X、Z‧‧‧軸
Claims (4)
- 一種紫外線照射裝置，包括：光源部與偏光元件部，所述光源部包括光源，射出光；及濾波器，從所述光源而來的光入射至所述濾波器，並從所述濾波器出射紫外線；所述偏光元件部，設於所述光源部的外側，包括線柵偏光元件，且配置於所述濾波器的出射側，被照射所述紫外線，並射出所述紫外線的偏光的光；以及框架，配置著所述線柵偏光元件，對應於所述線柵偏光元件而設置著開口部；且所述紫外線照射裝置沿著所述光源而具有照射區域，當將所述光源的長度設為L mm、所述框架的所述開口部的全長設為TL mm、所述照射區域的長度設為A mm時，滿足L>TL>A的關係，並滿足1.50≦L/A≦2.00。
- 如申請專利範圍第1項所述的紫外線照射裝置，其中所述框架的所述開口部的全長TL及所述照射區域的長度A的關係為TL/A≧1.13。
- 一種紫外線照射裝置，包括：光源部與偏光元件部，所述光源部包括光源，射出光；所述偏光元件部，設於所述光源部的外側，包括：濾波器，從所述光源而來的光入射至所述濾波器，並從所述濾波器出射紫外線；線柵偏光元件，且配置於所述濾波器的出射側，被照射 所述紫外線，並射出所述紫外線的偏光的光；以及框架，配置著所述線柵偏光元件，對應於所述線柵偏光元件而設置著開口部；且所述紫外線照射裝置沿著所述光源而具有照射區域，當將所述光源的長度設為L mm、所述框架的所述開口部的全長設為TL mm、所述照射區域的長度設為A mm時，滿足L>TL>A的關係，並滿足1.50≦L/A≦2.00。
- 如申請專利範圍第3項所述的紫外線照射裝置，其中所述框架的所述開口部的全長TL及所述照射區域的長度A的關係為TL/A≧1.13。
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