WO2013157114A1 - 光配向照射装置 - Google Patents

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義和 大谷
一栄 内山
潔 立川
潤二 遠藤
川越　康弘
ヒョン・リョル ユン
橋詰　幸司
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信越エンジニアリング株式会社
株式会社エフケー光学研究所
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    • G02B7/003—Alignment of optical elements

Definitions

  • the present invention is used in the liquid crystal display panel manufacturing field, and in particular, on a substrate used in a liquid crystal display device, the alignment film is provided with alignment so that liquid crystal molecules align at a desired angle and direction.
  • the present invention relates to a light alignment irradiation apparatus.
  • cloth rubbing method as a method for imparting such orientation characteristics, but this method moves the substrate while rotating the cloth-wound roller to make the surface polymer layer stronger in one direction. It is a process of rubbing.
  • Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a liquid crystal display substrate in which a plurality of alignment regions having different alignment directions are separately formed using an exposure mask.
  • Patent Document 2 has a large area polarizing plate constituted of a plurality of quartz substrate parts and a polarizer holder holding the quartz substrate part, and by moving the polarizer holder, downward of the large area polarizing plate A polarization device is disclosed that can be uniformly illuminated.
  • the polarization device disclosed in Patent Document 2 can be used for polarization of a large-area liquid crystal display element by using a large-area polarization plate made of a plurality of quartz substrates.
  • a large-area polarization plate made of a plurality of quartz substrates it is difficult to arrange a plurality of quartz substrates exactly without gaps, and irradiation unevenness of polarized light occurs in the created gaps. Irradiation unevenness of such polarized light has a great influence on polarization characteristics, and becomes a problem in the image quality of the liquid crystal display device to be manufactured.
  • the photoalignment irradiation apparatus is Polarized light irradiation means, a stage, and scanning means;
  • the polarized light irradiation unit includes an ultraviolet irradiation unit and a polarization unit.
  • the polarizing means comprises a plurality of unitary polarizers arranged adjacent in an adjacent direction, The unit polarizer polarizes the ultraviolet light emitted from the ultraviolet light irradiation unit,
  • the stage makes it possible to mount a substrate having an alignment film formed on the surface,
  • the scanning means moves at least one of the stage or the polarized light irradiation means to scan ultraviolet light from the polarized light irradiation means in a predetermined scanning direction with respect to the substrate mounted on the stage.
  • the adjacent surface of the unitary polarizer and the adjacent direction of the unitary polarizer may be inclined with respect to the scanning direction.
  • the light alignment irradiation apparatus is It is characterized by comprising an alignment direction adjusting means capable of adjusting the alignment direction formed on the alignment film by rotating the stage or the polarized light irradiation means.
  • the unit polarizer has a rectangular shape.
  • An adjacent surface of the unitary polarizer may be inclined with respect to an adjacent direction of the unitary polarizer.
  • the unit polarizer has a parallelogram shape.
  • the polarized light irradiation means includes a light shielding mask that shields part of the ultraviolet light emitted from the polarization means.
  • the scanning means may move the stage using a linear motor.
  • the light alignment irradiation apparatus is It is characterized by comprising an extinction ratio adjusting means capable of adjusting the extinction ratio by rotating the polarizing means.
  • the unit polarizer is a wire grid polarizer.
  • the adjacent surface of the unit polarizer and the adjacent direction of the unit polarizer are inclined with respect to the scanning direction
  • substrate it becomes possible to aim at suppression of irradiation nonuniformity.
  • the alignment direction formed on the alignment film of the substrate can be adjusted in a desired direction.
  • the unit polarizer has a rectangular shape, and the adjacent surface of the unit polarizer is inclined with respect to the unit polarizer to use a unit polarizer of a rectangular shape that is easy to manufacture and handle, while using polarizing means It is possible to incline adjacent surfaces internally. Further, the inclination of the adjacent surface makes it possible to reduce the angle formed by the stage and the polarized light irradiation means.
  • the unit polarizer into a parallelogram shape, it is possible to use an oblique side of the parallelogram shape and to relax the angle formed by the stage and the polarized light irradiation means.
  • the extinction ratio adjusting means by rotating the polarizing means, it is possible to adjust the polarized ultraviolet light to be irradiated to an arbitrary extinction ratio.
  • the perspective view of the light alignment irradiation apparatus which concerns on embodiment of this invention Side cross-sectional view of the light alignment irradiation apparatus according to the embodiment of the present invention
  • Top view of the light alignment irradiation apparatus according to the embodiment of the present invention The schematic diagram which shows the mode of the ultraviolet-ray irradiation in the photo-alignment apparatus which concerns on embodiment of this invention
  • Block diagram showing a control configuration of the light alignment irradiation apparatus according to the embodiment of the present invention The figure for demonstrating the relationship between the polarization means and the scanning direction in the light alignment irradiation apparatus which concerns on other embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a view showing a configuration of a light alignment irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the light alignment and irradiation apparatus 1 of the present embodiment includes a polarized light irradiation unit 2 and a scanning unit as main components.
  • the polarized light irradiation means 2 is a means for imparting alignment characteristics to the alignment film by irradiating the alignment film formed on the surface of the substrate 9 with a beam of ultraviolet light, and in the present embodiment, the reflecting mirror 21 a
  • An ultraviolet irradiation unit 21 having an ultraviolet irradiation light source 21b and a polarization unit 3 are provided.
  • ultraviolet light is used as the irradiation light, but irradiation light of another wavelength band may be used. In that case, the irradiation light source according to the wavelength band to be used is used.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view of the photo-alignment irradiation apparatus according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a top view of the photo-alignment irradiation apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the scanning means is a means for scanning the beam irradiated from the polarized light irradiation means 2 onto the substrate 9 by moving the stage 4 in a predetermined moving direction (Y axis direction in the drawing).
  • the scanning means of the present embodiment is configured to have the stage 4, the movable stand 55, the ball screw 52, the LM guide 51, and the rotating unit 54.
  • the movable stand 55 is mechanically coupled to the stage 4 via the rotation unit 54.
  • the movable base 55 is movable in the scanning direction by the LM guide 51.
  • the LM blocks 51c and 51d can slide on the LM rails 51a and 51b.
  • a movable stand 55 is fixed to the LM blocks 51c and 51d.
  • the movable stand 55 is made movable by two LM guides 51a and 51b.
  • the movable base 55 has a screw hole corresponding to the ball screw 52. By passing the ball screw 52 through the screw hole and rotating the ball screw 52, the rotation of the ball screw 52 is converted into the movement of the movable base 55 in the scanning direction. Further, the movable base 55 is provided with a rotating portion 54 on the upper surface.
  • the rotation unit 54 can perform rotation within the XY plane shown in the figure, and can be used to adjust the polarization direction of the polarized light irradiated by the polarized light irradiation means 2 or the like.
  • the stage 4 may be moved using a linear motor. By using a linear motor, it is possible to move the stage quickly and with mechanical vibration suppressed.
  • the polarized ultraviolet light B irradiated from the polarized light irradiation means 2 can be moved by moving the polarized light irradiation means 2 or moving both the stage 4 and the polarized light irradiation means 2.
  • the substrate 9 may be scanned.
  • the polarized ultraviolet light B from the polarizing means 3 is directly irradiated to the substrate 9, but a shielding mask may be provided between the polarizing means 3 and the substrate 9 to limit the irradiation area to a slit shape.
  • a shielding mask may be provided between the polarizing means 3 and the substrate 9 to limit the irradiation area to a slit shape.
  • a substrate 9 to be exposed is placed on the stage 4.
  • the scanning direction of the substrate 9 is set to be the vertical direction or the horizontal direction when used as a liquid crystal display device.
  • a polymer made of a photoreactive polymer such as polyimide is formed in a film shape. Polarized ultraviolet light is irradiated on this alignment film to denature the polymer film, and liquid crystal molecules are applied on the polymer film in a later step (not shown). Align (orientate).
  • a polymer film having this orientation characteristic is called an orientation film, but a polymer film before giving orientation characteristics is also generally called an orientation film, and in this specification, it is also high before giving orientation characteristics.
  • the molecular film is also referred to as an alignment film.
  • the polarized light irradiation unit 2 is configured to include an ultraviolet irradiation light source 21 b including an ultraviolet irradiation light source 21 b and a reflecting mirror 21 a, and a polarization unit 3.
  • the ultraviolet irradiation light source 21 uses a linear light source having a major axis in the X-axis direction in FIGS. 2 and 3. Not only such a linear light source but also various light sources such as a point light source can be used as the ultraviolet irradiation light source 21.
  • the ultraviolet rays emitted from the ultraviolet ray irradiation light source 21b such as an ultraviolet ray lamp are arranged to be parallel light or partial parallel light by a reflecting mirror 21a such as a parabolic mirror. Irradiate.
  • the polarization means 3 is a means for taking out a linear polarization component in a predetermined direction from the non-polarization ultraviolet light A.
  • the polarized ultraviolet light B polarized in a predetermined direction from the non-polarized ultraviolet light A is taken out by the polarizing means 3 and becomes incident light on the substrate 9.
  • the polarized light irradiation means 2 is provided to be inclined with respect to the scanning direction by the scanning means.
  • FIG. 3 shows the state of inclination of the polarization means 3 which is a part of the polarized light irradiation means 2.
  • the polarization means 3 is inclined from the scanning orthogonal direction 33 orthogonal to the scanning direction by an amount indicated by the arrow.
  • the inclination with respect to the scanning orthogonal direction 33 is also performed for the ultraviolet irradiation light source 21 at an angle matched to the polarization means 3.
  • FIG. 4 schematically shows the state of ultraviolet irradiation by the polarizing means 3.
  • the parallel or partially parallel non-polarized ultraviolet light A emitted from the ultraviolet irradiation light source 21 transmits the unit polarizers 31a to 31f, and the polarized light is set for each unit polarizer 31a to 31f. It is polarized in the direction and converted into polarized ultraviolet rays Ba to Bf.
  • the polarized ultraviolet rays Ba to Bf are incident on the substrate 9 to orient the alignment film.
  • the polarization directions of the polarized ultraviolet rays Ba to Bf are schematically shown by arrows.
  • by changing the tilt direction of the polarized light irradiation means 2 it is possible to adjust the polarization direction shown in the irradiation area.
  • FIG. 5 shows the configuration of the polarization means according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view of the polarizing means 3 as viewed from above, that is, from the negative direction of the Z-axis shown in FIGS.
  • the polarization means 3 of the present embodiment is configured to have a plurality of unit polarizers 31a to 31f arranged adjacent to each other along the adjacent direction 33.
  • the unitary polarizers 31a to 31f are configured of Brewster polarizers or wire grid polarizers using dielectric multilayer films.
  • Such unit polarizers 31a to 31f are optical elements (polarizers) composed of quartz or the like, and in the present embodiment, rectangular ones are used. As shown in FIG.
  • polarization means 3 having a length from one side of the substrate 9 to the other side opposite to the other is required. Ru. At present, for the substrate 9 used in a large liquid crystal display device of 50 inches or more, the polarizing means 3 having a sufficient length is required. The production of large format polarizers is difficult and at present the price is expensive. In this embodiment, as shown in FIG. 5, by using the small-sized unit polarizers 31a to 31f adjacent to the adjacent direction 33, it is possible to suppress the cost of the photoalignment irradiation apparatus.
  • the unit polarizers 31a to 31f are fixed by the fixing unit 32 in the direction in which the predetermined polarization component is emitted.
  • the polarization means 3 in which a plurality of unit polarizers 31a to 31f are adjacent to each other, the polarization means 3 with a sufficient length can be realized even when a large substrate 9 of 50 inches or more is used. Is possible.
  • the polarization means 3 is formed with the unit polarizers 31a to 31f adjacent to each other, the joint between the adjacent unit polarizers 31a to 31f irradiates the substrate 9 with the polarized ultraviolet light. It is conceivable to form a discontinuous state at In order to solve such a problem, in the present embodiment, as described above, the polarized light irradiation unit 2 including the polarization unit 3 is inclined with respect to the scanning direction. Therefore, as shown in FIG. 5, the adjacent direction 33 of the unitary polarizers 31a to 31f is inclined with respect to the scanning orthogonal direction 35.
  • the adjacent surface 34 of the unit polarizers 31a to 31f is inclined with respect to the scanning direction along with the inclination of the polarization means 3. .
  • the inclination of the adjacent surface 34 with respect to such a scanning direction will form an overlapping region in which polarized ultraviolet light is irradiated by both of the adjacent unit polarizers 31, and the polarized ultraviolet light irradiated from the seam to the substrate 9 It is possible to relax (average) over the region.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a control configuration of the light alignment irradiation apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the light alignment irradiation apparatus of the present embodiment is configured to have a control unit 81 and a ball screw drive unit 82 as its control means.
  • the control unit 81 is connected to a display unit 83 and an input unit 84 for exchanging various information with the user. Further, the control unit 81 is connected to the rotating unit 54 and the ultraviolet irradiation light source 21 b, and can control these various configurations.
  • control unit 81 rotates the ball screw 6 a by the ball screw driving unit 82 to move the stage 4 in a desired scanning direction. At that time, the control unit 81 turns on the ultraviolet irradiation light source 21 b, whereby the polarized ultraviolet light B is scanned with respect to the substrate 9 placed on the stage 4.
  • control unit 81 can also rotate the stage 4 (rotation within the XY plane in FIGS. 1 to 3) by the rotating unit 54. It is also possible to adjust the polarization direction of the polarized ultraviolet light B with respect to the substrate 9 by changing the inclination angle between the substrate 9 installed on the stage 4 and the polarized light irradiation means 2 by the rotation of the stage 4 . It becomes possible to realize polarization characteristics according to the product to be manufactured.
  • the polarizing means 3 can adopt various forms other than the form using such rectangular unit polarizers 31a to 31f.
  • FIG. 7 shows the configuration of the polarization means 3 according to another embodiment.
  • the unitary polarizers 31a to 31f have a parallelogram shape having sides inclined to the scanning direction.
  • Each of the unitary polarizers 31a to 31f forms an acute angle ⁇ as one unit polarizer 31c is described as an example.
  • the adjacent direction 33 of the unitary polarizers 31a to 31f is inclined with respect to the scanning orthogonal direction 35, that is, by the inclination of the polarized light irradiation means 2 itself.
  • the adjacent surface 34 between 31f is inclined with respect to the scanning direction.
  • the oblique sides of the unitary polarizers 31a to 31f have an inclination with respect to the scanning direction because the unitary polarizers 31a to 31f in the parallelogram shape have acute angles.
  • the adjacent surface 34 is inclined with respect to the scanning direction by using two inclinations, that is, the inclination of the polarized light irradiation means 2 itself and the oblique sides of the unit polarizers 31a to 31f having the acute angle ⁇ . It is possible to reduce the inclination angle of the two because it is determined.
  • the length in the longitudinal direction of the polarized light irradiation means 2 is required as the inclination angle becomes larger. .
  • the angle of the acute angle portion becomes smaller.
  • FIG. 7 the overlapping area formed by the adjacent unit polarizers 31b and 31c is shown.
  • acute angle ⁇ > sharp angle ⁇ as shown in the unit polarizer 31z described as reference.
  • the unitary polarizer 31 as the angle of the acute angle portion becomes smaller, the manufacture becomes difficult and the cost becomes higher.
  • the acute angle portion is easily damaged and handling becomes difficult.
  • the unitary polarizers 31a to 31f are fixed to the fixing portion 32 as in the present embodiment, the possibility of the loss of the acute angle portion is further increased by the heat from the ultraviolet irradiation light source 21.
  • the adjacent surface 34 is inclined in the polarization means 3 as in FIG. 7.
  • rectangular unit polarizers 31a to 31f are used as in FIG. However, they differ in the fixed direction with respect to the fixed portion 32. That is, by fixing the rectangular unit polarizers 31a to 31f to the fixed portion 32 so as to incline with respect to the scanning direction, the inclined adjacent surface 34 is formed in the polarization means 3 as in FIG. . At that time, it is preferable to provide a rectangular slit in the fixed portion 32 as shown in FIG.
  • each unit polarizer 31a to 31f decreases, the influence of the joint can be suppressed, and the manufacture and handling of the unit polarizers 31a to 31f can be facilitated. It becomes.
  • FIG. 9 shows the relationship between the polarization means and the scanning direction in the light alignment and irradiation apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the polarized light irradiation unit 2 is rotated relative to the stage 4, whereas in the present embodiment, polarization is achieved by rotating the stage 4 by the rotating unit 54.
  • the light irradiation means 2 and the substrate 9 placed on the stage 4 are inclined. Also in the present embodiment, it is possible to adjust the polarization direction of the polarized ultraviolet light B irradiated to the substrate 9 to an arbitrary direction by changing the rotation angle of the rotating portion 54.
  • FIG. 10 shows the configuration of a light alignment irradiation apparatus according to another embodiment.
  • the extinction ratio also referred to as the polarization ratio
  • the extinction ratio also referred to as the polarization ratio
  • the polarization ratio of the irradiated ultraviolet light B irradiated to the substrate 9 is configured to be adjustable by the polarization means 3.
  • a Brewster polarizer is adopted as the unit polarizer 31 constituting the polarization means 3.
  • This Brewster polarizer is a polarizer composed of a dielectric multilayer film, and can be separated into p-wave polarization component and s-wave polarization component using Brewster's angle, and can set the extinction ratio high.
  • the extinction ratio can be adjusted by changing the incident angle of the nonpolarizing ultraviolet light A incident on the unit polarizer 31.
  • the extinction ratio of polarized ultraviolet light B is arbitrarily set by rotating the polarization means 3 with the longitudinal direction of the polarization means 3 (the X direction which is the depth direction in the drawing) as the axis. It is possible to adjust.
  • the rotation of the polarization means is performed manually or by the extinction ratio adjustment means for rotating the polarization means 3 under the control of the control unit 81.
  • a wire grid polarizer for unit polarizer 31 other than such a Brewster polarizer.
  • the wavelength band can be arbitrarily changed by the distance between the metal wires (grids) disposed inside.
  • the wire grid polarizer can be manufactured by a simple process by pattern transfer.
  • a polarizer having a length of more than 2000 mm can not be realized, and it is effective to configure a combination of a plurality of unit polarizers 31 as in this embodiment.
  • SYMBOLS 1 light orientation irradiation apparatus, 2 ... polarized light irradiation means, 21a ... reflecting mirror, 21b ... ultraviolet irradiation light source, 3 ... polarization means, 31 ... unit polarizer, 32 ... fixing part, 33 ... adjacent direction of unit polarizer, 34: Adjacent surface of unit polarizer, 35: Scanning orthogonal direction, 4: Stage, 51a, b: LM rail, 51c, d: LM block, 54: rotation part, 55: movable base, 52: ball screw, 81: control 82, ball screw drive, 83, display, 84, input, 9, board, 9a, board installation area

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Abstract

　隣接方向に隣接して配置された複数の単位偏光子（３１ａ～ｆ）を備えた偏光手段（３）と、ステージ（４）もしくは偏光光照射手段（２）の少なくとも一方を移動させることで前記ステージ（４）に載置された基板（９）に対して前記偏光光照射手段（２）からの紫外線を所定の走査方向に走査する走査手段を備え、前記単位偏光子（３１ａ～ｆ）の隣接面及び単位偏光子（３１ａ～ｆ）の隣接方向が走査方向に対して傾斜していることにより、良好な配向特性の実現を図る、光配向照射装置。

Description

光配向照射装置
　本発明は、液晶表示板製造分野にて使用されるものであって、特に、液晶表示装置に用いられる基板上において、液晶分子が望ましい角度と方向に整列するよう配向膜に配向性を付与するための光配向照射装置に関するものである。
　近年の液晶表示分野の利用が拡大し需要が増大するに従って、旧来の液晶表示装置の欠点であった視野角、コントラスト比、動画性能表示などの改善が強く求められている。特に液晶表示基板上にて、液晶分子に配向性を付与する配向膜においては、配向方向の均一化、プレチルト角の付与、単一画素内での複数領域の形成（マルチドメイン）など各種改善が進められている。
　従来、液晶表示基板上に形成されたポリマー層（配向膜）に配向特性を付与することの利点並びにそのための技術は広く知られている。このような配向特性を付与する方法として布ラビング法と称される方法があるが、この方法は、布を巻き付けたローラーを回転させつつ、基板を移動させて、表面のポリマー層を強く一方向に擦る処理である。
　しかしながら、この布ラビング法では、静電気の発生、配向膜表面に生じる傷、粉じんの発生など様々な欠点が指摘されている。この布ラビング法の問題を回避するため、配向膜に紫外領域の偏光光を照射して配向特性を付与する光ラビング法が知られている。
　特許文献１には、このような光ラビング法を使用した方法について、露光マスクを利用し、配向方向が異なる複数の配向領域を分割形成する液晶表示用基板の製造方法が開示されている。
　特許文献２には、複数の石英基板部と、石英基板部を保持する偏光子ホルダで構成された大面積偏光板を有し、偏光子ホルダを移動させることで、大面積偏光板の下方へ均一に光照射することのできる偏光装置が開示されている。
特開２００７－２１９１９１号公報 特開２０１０－９１９０６号公報
　特許文献２に開示される偏光装置では、複数の石英基板からなる大面積偏光板を使用することで、大面積の液晶表示素子の偏光に使用することを可能としている。しかしながら、複数の石英基板をぴったりと隙間無く配置することは困難であり、生じた隙間部分において偏光光の照射ムラが生じることとなる。このような偏光光の照射ムラは、偏光特性に大きな影響を及ぼすこととなり、製造する液晶表示装置の画像品質において問題となる。
　そのため、本発明に係る光配向照射装置は、
　偏光光照射手段と、ステージと、走査手段を備え、
　前記偏光光照射手段は、紫外線照射手段と、偏光手段を備え、
　前記偏光手段は、隣接方向に隣接して配置された複数の単位偏光子を備え、
　前記単位偏光子は、前記紫外線照射手段から出射される紫外線を偏光させ、
　前記ステージは、配向膜が表面に形成された基板を載置可能とし、
　前記走査手段は、前記ステージもしくは前記偏光光照射手段の少なくとも一方を移動させることで、前記ステージに載置された前記基板に対して、前記偏光光照射手段からの紫外線を所定の走査方向に走査し、
　前記単位偏光子の隣接面及び前記単位偏光子の隣接方向は、走査方向に対して傾斜していることを特徴とする。
　さらに本発明に係る光配向照射装置は、
　前記ステージもしくは前記偏光光照射手段を回動させることで、配向膜に形成する配向方向を調整可能な配向方向調整手段を備えたことを特徴とする。
　さらに本発明に係る光配向照射装置において、
　前記単位偏光子は、矩形形状であることを特徴とする。
　さらに本発明に係る光配向照射装置において、
　前記単位偏光子の隣接面は、前記単位偏光子の隣接方向に対して傾斜していることを特徴とする。
　さらに本発明に係る光配向照射装置において、
　前記単位偏光子は、平行四辺形形状であることを特徴とする。
　さらに本発明に係る光配向照射装置において、
　前記偏光光照射手段は、前記偏光手段から出射される紫外線の一部を遮光する遮光マスクを備えたことを特徴とする。
　さらに本発明に係る光配向照射装置において、
　前記走査手段は、リニアモーターを使用して前記ステージを移動させることを特徴とする。
　さらに本発明に係る光配向照射装置は、
　前記偏光手段を回動させることで消光比を調整可能とする消光比調整手段を備えたことを特徴とする。
　さらに本発明に係る光配向照射装置において、
　前記単位偏光子は、ワイヤーグリッド偏光子であることを特徴とする。
　本発明の光配向照射装置によれば、複数の単位偏光子を含んで構成された偏光手段を使用する際、単位偏光子の隣接面及び単位偏光子の隣接方向を、走査方向に対して傾斜させたことで、単位偏光子の隣接面から照射される偏光紫外線を、基板上の所定領域にわたって分散させ、照射ムラの抑制を図ることが可能となる。
　さらに、ステージもしくは偏光光照射手段を回動させる配向方向調整手段を設けたことで、ことで、基板の配向膜に形成する配向方向を所望の方向に調整可能としている。
　さらに、単位偏光子は矩形形状であり、単位偏光子の隣接面は、単位偏光子に対して傾斜させることで、製造並びに取り扱いが容易な矩形形状の単位偏光子を使用ししつつ、偏光手段内部で隣接面を傾斜させることが可能となる。また、この隣接面の傾斜によって、ステージと偏光光照射手段の形成する角度を緩和することが可能となる。
　さらに、単位偏光子を平行四辺形形状とすることで、平行四辺形形状の斜辺を使用し、ステージと偏光光照射手段の形成する角度を緩和することが可能となる。
　さらに、偏光手段から出射される紫外線の一部を遮光する遮光マスクを設けたことで、偏光紫外線の照射領域の適正化及び全照射領域の光量の均一化を図ることが可能となる。
　さらに、走査手段にリニアモーターを使用することで、迅速に、かつ、機械的な振動を抑制した状態でステージを移動させることが可能となる。
　さらに、偏光手段を回動させることで消光比調整手段を備えることで、照射する偏光紫外線を任意の消光比に調整することが可能となる。
本発明の実施形態に係る光配向照射装置の斜視図 本発明の実施形態に係る光配向照射装置の側断面図 本発明の実施形態に係る光配向照射装置の上面図 本発明の実施形態に係る光配向装置における紫外線照射の様子を示す模式図 本発明の実施形態に係る光配向照射装置における偏光手段と走査方向の関係を説明するための図 本発明の実施形態に係る光配向照射装置の制御構成を示すブロック図 本発明の他の実施形態に係る光配向照射装置における偏光手段と走査方向の関係を説明するための図 本発明の他の実施形態に係る光配向照射装置における偏光手段と走査方向の関係を説明するための図 本発明の他の実施形態に係る光配向照射装置における偏光手段と走査方向の関係を説明するための図 本発明の他の実施形態に係る光配向照射装置における消光比の可変形態の構成を示す図
　図１は、本発明の実施形態に係る光配向照射装置の構成を示す図である。本実施形態の光配向照射装置１は、偏光光照射手段２、走査手段を主な構成要素として有する。偏光光照射手段２は、基板９の表面に形成された配向膜に対して紫外線のビームを照射することで、配向膜に配向特性を付与する手段であって、本実施形態では、反射鏡２１ａ、紫外線照射光源２１ｂを有する紫外線照射手段２１と、偏光手段３を備えて構成されている。なお、本実施形態では、照射光として紫外線を使用しているが、他の波長帯の照射光を使用することとしてもよい。その場合、使用する波長帯に応じた照射光源が用いられる。
　図２には、本発明の実施形態に係る光配向照射装置の側断面図が、図３には本発明の実施形態に係る光配向照射装置の上面図が示されている。走査手段は、ステージ４を所定の移動方向（図ではＹ軸方向）に移動させることで、偏光光照射手段２から照射されるビームを基板９上に走査させる手段である。本実施形態の走査手段は、ステージ４、可動台５５、ボールネジ５２、ＬＭガイド５１、回転部５４を有して構成されている。可動台５５は、回転部５４を介してステージ４と機械的に結合されている。また、可動台５５は、ＬＭガイド５１にて走査方向に移動可能とされている。このＬＭガイド５１は、ＬＭレール５１ａ、５１ｂ上を、ＬＭブロック５１ｃ、５１ｄが摺動可能とされている。ＬＭブロック５１ｃ、５１ｄには可動台５５が固定されている。本実施形態では、図３に示すように２本のＬＭガイド５１ａ、５１ｂによって可動台５５を移動可能としている。
　可動台５５には、ボールネジ５２に対応したネジ穴が切られている。このネジ穴にボールネジ５２を通し、ボールネジ５２を回転させることで、ボールネジ５２の回転を走査方向に対する可動台５５の移動に変換している。また、可動台５５には、上面に回転部５４が設けられている。この回転部５４は、図に示されるＸＹ平面内における回転を実行可能としており、偏光光照射手段２にて照射される偏光光の偏光方向の調整などに使用することが可能としている。
　走査手段としては、本実施形態のようにＬＭガイド５１、ボールネジ５２を使用する以外に、リニアモーターを使用してステージ４を移動させることとしてもよい。リニアモーターを使用することで、迅速に、かつ、機械的な振動を抑制した状態でステージを移動させることが可能となる。また、ステージ４を移動させる以外に、偏光光照射手段２を移動させる、あるいは、ステージ４と偏光光照射手段２の両方を移動させることで、偏光光照射手段２から照射される偏光紫外線Ｂを基板９に走査することとしてもよい。
　本実施形態では偏光手段３からの偏光紫外線Ｂを基板９に直接照射しているが、偏光手段３と基板９の間に照射領域をスリット状に制限する遮蔽マスクを設けることとしてもよい。マスクを設けることで、照射領域を制限し、有効な照射光のみを基板９に露光させることが可能となり、配向性能の向上を図ることが可能となる。
　ステージ４には、露光対象となる基板９が設置される。本実施形態では、基板９の走査方向が、液晶表示装置としての利用時における縦方向または横方向となるように設置される。露光対象となる基板９の表面には、ポリイミドなどの光反応性高分子からなる高分子が膜状に形成されている。この配向膜上に偏光紫外線を照射して高分子膜を変性せしめ、図示されていない以降の工程で高分子膜上に液晶分子を塗布すると、液晶分子が高分子膜から作用を受け特定の方向に整列（配向）する。本来は、この配向特性を有する高分子膜を配向膜と称するが、一般に配向特性を付与する以前の高分子膜も配向膜と称しており、本明細書においても配向特性を付与する以前の高分子膜も含めて配向膜と称する。
　偏光光照射手段２は、紫外線照射光源２１ｂ、反射鏡２１ａを含む紫外線照射光源２１と、偏光手段３を含んで構成されている。紫外線照射光源２１は、図２、図３におけるＸ軸方向に長軸を有する線光源を使用している。紫外線照射光源２１には、このような線光源のみならず点光源など各種光源を使用することも可能である。紫外線ランプなどの紫外線照射光源２１ｂから照射された紫外線は、放物面鏡などの反射鏡２１ａなどで平行光もしくは部分的な平行光となるように整えられ、無偏光紫外線Ａとして偏光手段３側に照射する。偏光手段３は、無偏光紫外線Ａから所定方向の直線偏光成分を取り出す手段である。本実施形態では、この偏光手段３によって無偏光紫外線Ａから所定方向に偏光した偏光紫外線Ｂが取り出され、基板９への入射光となる。
　また、本実施形態において偏光光照射手段２は、走査手段による走査方向に対して傾斜するように設けられている。図３には偏光光照射手段２の一部である偏光手段３の傾斜の様子が示されている。偏光手段３は、走査方向に直交する走査直交方向３３から、矢印で示される分だけ傾斜している。走査直交方向３３に対する傾斜は、紫外線照射光源２１についても、偏光手段３に合わせた角度で実行される。なお、偏光光照射手段２の傾斜角度を手動、あるいは、モーターなどによる駆動で自由に変更可能とする配向方向調整手段を設けることとしてもよい。製造する製品に応じて傾斜角度を変更することで、基板９に対する偏光方向を変更し、製品に応じた偏光特性を実現することが可能となる。
　図４には、この偏光手段３による紫外線照射の状況が模式的に示されている。紫外線照射光源２１から出射された平行、あるいは、部分的に平行な無偏光紫外線Ａは、各単位偏光子３１ａ～３１ｆを透過することで、各単位偏光子３１ａ～３１ｆ毎に設定されている偏光方向に偏光され、偏光紫外線Ｂａ～Ｂｆに変換される。各偏光紫外線Ｂａ～Ｂｆは、基板９上に入射して配向膜を配向させる。図４の照射領域には、各偏光紫外線Ｂａ～Ｂｆの偏光方向が矢印で模式的に示されている。本実施形態では、偏光光照射手段２の傾斜方向を変更することで、この照射領域中に示される偏光方向を調整することが可能となっている。
　図５には、本発明の実施形態に係る偏光手段の構成が示されている。図５は、偏光手段３を上方、すなわち、図１～図３に示されるＺ軸の負の方向から眺めた図となっている。本実施形態の偏光手段３は、隣接方向３３に沿って隣接配置された複数の単位偏光子３１ａ～３１ｆを有して構成されている。単位偏光子３１ａ～３１ｆは、誘電多層膜を使用したブリュースター偏光子やワイヤーグリッド偏光子にて構成される。このような単位偏光子３１ａ～３１ｆは、石英などを成分として構成された光学素子（偏光子）であり、本実施形態では矩形状のものを使用している。図１に示すように、基板９に照射領域を形成する際、基板９にムラ無く偏光紫外線を照射するには、基板９の一辺から対向する他辺にわたる長さの偏光手段３が必要とされる。現在、５０インチ以上の大型の液晶表示装置にて使用される基板９においては、十分な長さを有する偏光手段３が求められている。大判の偏光子の製造は困難であるとともに、現状、その価格は高価なものとなっている。本実施形態では、図５に示されるように小判の単位偏光子３１ａ～３１ｆを、隣接方向３３に隣接させて使用することで、光配向照射装置のコストを抑えることが可能となる。
　これら単位偏光子３１ａ～３１ｆは、固定部３２によって所定の偏光成分を出射する方向に固定されている。このように複数の単位偏光子３１ａ～３１ｆを隣接させた偏光手段３を用いることで、５０インチ以上の大型の基板９を使用した場合においても、十分な長さの偏光手段３を実現することが可能となっている。
　ところで、本実施形態では、偏光手段３を単位偏光子３１ａ～３１ｆを隣接させて形成させているため、隣り合う単位偏光子３１ａ～３１ｆの間で発生するつなぎ目が、基板９に照射する偏光紫外線に不連続状態を形成することが考えられる。このような問題を解決するため、本実施形態では、前述したように、偏光手段３を含む偏光光照射手段２を走査方向に対して傾斜させている。したがって、図５に示されるように、単位偏光子３１ａ～３１ｆの隣接方向３３は、走査直交方向３５に対して傾斜することとなる。
　本実施形態では、矩形の単位偏光子３１ａ～３１ｆを使用しているため、この偏光手段３の傾斜に伴い、単位偏光子３１ａ～３１ｆの隣接面３４が走査方向に対して傾斜することとなる。このような走査方向に対する隣接面３４の傾斜は、隣接する単位偏光子３１の両方によって偏光紫外線が照射される重複領域を形成することとなり、基板９につなぎ目から照射される偏光紫外線を、この重複領域にわたって緩和（平均化）することが可能となる。
　図６は、本発明の実施形態に係る光配向照射装置の制御構成を示すブロック図である。本実施形態の光配向照射装置は、その制御手段として、制御部８１、ボールネジ駆動部８２を有して構成されている。制御部８１には、ユーザーに対する各種情報のやりとりを行うための表示部８３、入力部８４が接続されている。また、制御部８１は、回転部５４、紫外線照射光源２１ｂと接続されており、これら各種構成を制御することを可能としている。
　このような制御構成により、制御部８１は、ボールネジ駆動部８２によってボールネジ６ａを回転駆動することで、ステージ４を所望の走査方向に移動させる。その際、制御部８１は、紫外線照射光源２１ｂを点灯することで、ステージ４に設置された基板９に対して、偏光紫外線Ｂが走査されることとなる。
　また、制御部８１は、回転部５４によってステージ４を回転させる（図１～図３におけるＸＹ面内での回転）ことも可能である。ステージ４の回動によって、ステージ４上に設置された基板９と、偏光光照射手段２との傾斜角度を変更することで、基板９に対する偏光紫外線Ｂの偏光方向を調整することも可能である。製造する製品に応じた偏光特性を実現することが可能となる。
　偏光手段３には、このような矩形状の単位偏光子３１ａ～３１ｆを用いる形態の他、各種形態を採用することが可能である。図７には他の実施形態に係る偏光手段３の構成が示されている。本実施形態では、各単位偏光子３１ａ～３１ｆが、走査方向に対して傾斜した辺を有する平行四辺形形状となっている。各単位偏光子３１ａ～３１ｆは、単位偏光子３１ｃを例として記載するように１つの角度は鋭角αを形成している。
　本実施形態においても前述した実施形態と同様、単位偏光子３１ａ～３１ｆの隣接方向３３を走査直交方向３５に対して傾斜させる、すなわち、偏光光照射手段２自体の傾斜により、単位偏光子３１ａ～３１ｆ間の隣接面３４は走査方向に対して傾斜する。さらに、本実施形態では、平行四辺形形状の各単位偏光子３１ａ～３１ｆが鋭角を有することで、単位偏光子３１ａ～３１ｆの斜辺が走査方向に対して傾斜を持つこととなる。このように
本実施形態では、この偏光光照射手段２自体の傾斜と、鋭角αを有する単位偏光子３１ａ～３１ｆの斜辺という、２つの傾斜を利用して隣接面３４を走査方向に対して傾斜させることとしているため、両者の傾斜角度の緩和を図ることが可能となる。
　すなわち、偏光光照射手段２のみを傾斜させた場合、基板９の全幅にわたって偏光紫外線Ｂを照射するには、傾斜角度が大きくなるほど、偏光光照射手段２の長手方向の長さが必要とされる。このような偏光光照射手段２の傾斜角度を抑えることで、偏光光照射手段２の長手方向の長さを短くすることが可能となる。
　一方、単位偏光子３１ａ～３１ｆの斜辺が走査方向となす角度を大きくする場合、鋭角部分の角度はさらに小さくなる。図７において、隣接する単位偏光子３１ｂと３１ｃとで形成される重複領域が示されている。同じ長さの重複領域を単位偏光子３１の斜辺のみで実現する場合、参考として記載した単位偏光子３１ｚに示されるように、鋭角α＞鋭角βとなることが分かる。単位偏光子３１において、鋭角部分の角度が小さくなるにつれ、その製造は製造は困難になると共に、コスト高となる。さらに、鋭角部分に欠損を生じやすくなり、取り扱いが困難になることが考えられる。特に本実施形態のように、単位偏光子３１ａ～３１ｆを固定部３２に固定した場合、紫外線照射光源２１からの熱により、鋭角部分の欠損の可能性はさらに大きくなる。
　本実施形態では、このような偏光光照射手段２の傾斜角度と、単位偏光子３１の斜辺の傾斜角度の両方を利用することで、両者の傾斜角度の緩和を図りつつ、有効となる重複領域を形成することとしている。
　ところで、図７のような鋭角部分を有する平行四辺形形状の単位偏光子３１ａ～３１ｆを精度良く製造することは困難であると共に、コスト高となることは説明した通りである。図８には、図７と同様、偏光手段３において隣接面３４を傾斜させた構成となっている。この実施形態では、図５と同様、矩形状の単位偏光子３１ａ～３１ｆを使用している。ただし、固定部３２に対する固定方向の点において異なっている。すなわち、矩形状の単位偏光子３１ａ～３１ｆを、走査方向に対して傾斜するように固定部３２に固定することで、図７と同様、偏光手段３において傾斜した隣接面３４が形成されている。その際、偏光紫外線の出射領域が不均衡とならないように、図８に示すように固定部３２に矩形状のスリットを設ける、あるいは、不要な領域を遮蔽する遮蔽マスクを設けることが好ましい。このような形態によれば、各単位偏光子３１ａ～３１ｆの使用割合は減少するものの、つなぎ目の影響を抑制すると共に、単位偏光子３１ａ～３１ｆの製造、並びに、取り扱いを容易にすることが可能となる。
　図９には、本発明の他の実施形態に係る光配向照射装置における偏光手段と走査方向の関係が示されている。図３などで説明した実施形態では、偏光光照射手段２をステージ４に対して回動させる形態であったのに対し、本実施形態では、回転部５４によりステージ４を回転させることで、偏光光照射手段２とステージ４に載置される基板９を傾斜させることとしている。本実施形態においても回転部５４の回転角度を変更することで、基板９に対して照射される偏光紫外線Ｂの偏光方向を任意の方向に調整することが可能である。
　図１０には、他の実施形態に係る光配向照射装置の構成が示されている。本実施形態では、基板９に照射する照射紫外線Ｂの消光比（偏光比ともいう）を、偏光手段３にて調整可能な構成としている。本実施形態では、偏光手段３を構成する単位偏光子３１にブリュースター偏光子を採用している。このブリュースター偏光子は、誘電多層膜からなる偏光子であって、ブリュースター角度を用いてｐ波偏光成分とｓ波偏光成分に分離するとともに、消光比を高く設定することが可能である。
　このようなブリュースター偏光子を単位偏光子３１に使用する場合、単位偏光子３１に入射させる無偏光紫外線Ａの入射角度を変更することで、消光比を調整することが可能である。具体的には、図１０に示されるように偏光手段３の長手方向（紙面奥行き方向であるＸ方向）を軸として、偏光手段３を回動させることで、偏光紫外線Ｂの消光比を任意に調整することが可能である。偏光手段の回動は、手動、もしくは、制御部８１の制御によって偏光手段３を回動させる消光比調整手段によって行われる。
　なお、単位偏光子３１には、このようなブリュースター偏光子以外に、ワイヤーグリッド偏光子を使用することも可能である。ワイヤーグリッド偏光子は、内部に配設された金属ワイヤー（グリッド）の間隔によって、波長帯域を任意に変更することが可能である。ワイヤーグリッド偏光子は、パターン転写による簡易なプロセスで製造することが可能である。しかしながら、このワイヤーグリッド偏光子においても、例えば、２０００ｍｍを超える長さの偏光子は実現出来ておらず、本実施形態のような複数の単位偏光子３１の組み合わせで構成することが有効となる。
　なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
１…光配向照射装置、２…偏光光照射手段、２１ａ…反射鏡、２１ｂ…紫外線照射光源、３…偏光手段、３１…単位偏光子、３２…固定部、３３…単位偏光子の隣接方向、３４…単位偏光子の隣接面、３５…走査直交方向、４…ステージ、５１ａ、ｂ…ＬＭレール、５１ｃ、ｄ…ＬＭブロック、５４…回転部、５５…可動台、５２…ボールネジ、８１…制御部、８２…ボールネジ駆動部、８３…表示部、８４…入力部、９…基板、９ａ…基板設置領域

Claims (9)

  1. 　偏光光照射手段と、ステージと、走査手段を備え、
    　前記偏光光照射手段は、紫外線照射手段と、偏光手段を備え、
    　前記偏光手段は、隣接方向に隣接して配置された複数の単位偏光子を備え、
    　前記単位偏光子は、前記紫外線照射手段から出射される紫外線を偏光させ、
    　前記ステージは、配向膜が表面に形成された基板を載置可能とし、
    　前記走査手段は、前記ステージもしくは前記偏光光照射手段の少なくとも一方を移動させることで、前記ステージに載置された前記基板に対して、前記偏光光照射手段からの紫外線を所定の走査方向に走査し、
    　前記単位偏光子の隣接面及び前記単位偏光子の隣接方向は、走査方向に対して傾斜していることを特徴とする
    及び前記単位偏光子の隣接方向は、走査方向に対して傾斜していることを特徴とする
    　光配向照射装置。
  2. 　前記ステージもしくは前記偏光光照射手段を回動させることで、配向膜に形成する配向方向を調整可能な配向方向調整手段を備えたことを特徴とする
    　請求項１に記載の光配向照射装置。
  3. 　前記単位偏光子は、矩形形状であることを特徴とする
    　請求項１または請求項２に記載の光配向照射装置。
  4. 　前記単位偏光子の隣接面は、前記単位偏光子の隣接方向に対して傾斜していることを特徴とする
    　請求項３に記載の光配向照射装置。
  5. 　前記単位偏光子は、平行四辺形形状であることを特徴とする
    　請求項１または請求項２に記載の光配向照射装置。
  6. 　前記走査手段は、リニアモーターを使用して前記ステージを移動させることを特徴とする
    　請求項１から請求項４の何れか１項に記載の光配向照射装置。
  7. 　前記偏光光照射手段は、前記偏光手段から出射される紫外線の一部を遮光する遮光マスクを備えたことを特徴とする
    　請求項１から請求項６の何れか１項に記載の光配向照射装置。
  8. 　前記偏光手段を回動させることで消光比を調整可能とする消光比調整手段を備えたことを特徴とする
    　請求項１から請求項７の何れか１項に記載の光配向照射装置。
  9. 　前記単位偏光子は、ワイヤーグリッド偏光子であることを特徴とする
    　請求項１から請求項７の何れか１項に記載の光配向照射装置。
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