JP5935546B2

JP5935546B2 - 偏光光照射装置

Info

Publication number: JP5935546B2
Application number: JP2012148483A
Authority: JP
Inventors: 貴章田中; 祥平前田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: JP2014010388A

Description

本発明の実施形態は、液晶表示素子の配向膜の光配向などに用いられる偏光光照射装置に関するものである。

偏光光照射装置は、ステージに配置された液晶表示素子などの被照射体に、偏光光を照射して配向膜の光配向などを行う装置である。配向膜の配向方向は、その配向膜に照射される偏光光の偏光方向に依存するため、偏光方向のばらつきが少ないことが重要である。そこで、検光子や受光子などで構成された偏光方向測定装置を用いて、偏光光の偏光方向の測定を行うのが一般的である。

しかし、偏光光の偏光方向を測定したにもかかわらず、実際に照射される偏光光の偏光方向にばらつきが生じる場合がある。

特開２００７−１２７５６７号公報特許第４５０６４１２号

本発明が解決しようとする課題は、偏光光の偏光方向にばらつきを抑制可能な偏光光照射装置を提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態の偏光光照射装置は、線状の光源と、前記光源の長手方向に沿って、前記光源に対向するように配置された複数の第１の偏光子と、互いに対向する載置面および裏面、さらに前記載置面の略中央部分に前記裏面まで貫通する貫通穴を備え、前記載置面に配置される前記被照射体に、前記第１の偏光子を介して出射した前記光源からの光を照射可能なステージと、前記貫通穴を塞ぐように、前記ステージに配置可能な第２の偏光子と、前記第２の偏光子を介して出射する前記光を受光可能に設けられた受光子を備え、前記ステージを前記裏面側から支持する測定器と、前記測定器と接続され、前記ステージ、前記第２の偏光子および前記測定器を、前記載置面に沿う任意の方向に移動可能、かつ前記ステージおよび前記第２の偏光子を回転可能に構成された駆動機構と、を具備する。

第１の実施形態の偏光光照射装置について説明するための図である。第１の実施形態の偏光光照射装置に使用されている偏光板について説明するための図である。第１の実施形態の偏光光照射装置に使用されている偏光方向測定器について説明するための図である。第１の実施形態の偏光光照射装置に使用されている駆動機構について説明するための図である。駆動機構によるステージおよび偏光方向測定器の移動および回転について説明するための図である。偏光光の偏光方向の測定について説明するための図である。偏光方向測定器による測定結果の一例について説明するための図である。駆動機構による他の搬送の例について説明するための図である。

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の偏光光照射装置について、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態の偏光光照射装置について説明するための図である。

図１の偏光光照射装置は、液晶表示素子の配向膜の光配向に用いられる装置であり、主要部としてステージ１を備えている。ステージ１は、金属からなる台であり、被照射体を配置する載置面１１と、載置面１１に対向する裏面１２を備えている。載置面１１の略中央部分には、裏面１２まで貫通する貫通穴１３が形成されている。貫通穴１３をステージ１の略中央に設けるのは、サイズが大きく重量のあるステージ１は、貫通穴１３付近において後述する偏光方向測定器と固定・支持されるためであり、すなわち偏光方向測定器にかかる重量的な負担を軽減するためである。よって、略中央とは、そのような重量的な負担を軽減可能なステージ１の中央領域程度の意味である。

被照射体の近傍には、光照射部２が配置されている。光照射部２は、リフレクタ２１とランプ２２とで構成されている。リフレクタ２１は、樋形状の反射鏡である。ランプ２２は、線状の光源であり、リフレクタ２１によって画定される空間に、リフレクタ２１の長手方向に沿うように配置されている。ランプ２２は、例えば、２５６ｎｍ付近の波長の紫外線を発生させるロングアーク型の高圧水銀ランプを使用することができる。

ステージ１と光照射部２の間には、偏光板３が配置されている。偏光板３は、図２に示すように、第１の偏光子３１と第１のフレーム３２と第２のフレーム３３と、を備えている。

第１の偏光子３１は、入射した光を、特定の偏光方向を持つ偏光光として出射させることが可能な偏光素子である。第１の偏光子３１は、例えば、石英板の表面にアルミニウムからなる金属線を等間隔かつ平行に設けてなるワイヤーグリッド型の偏光素子である。第１のフレーム３２は、第１の偏光子３１の端部を保持する枠である。第１のフレーム３２の一の端面３２１の略中央部には、半円柱状の凹部３２１１が形成されている。また、第１のフレーム３２の端面３２１に対向する他の端面３２２の端部には矩形状の凹部３２２１が形成されている。このような、第１の偏光子３１と第１のフレーム３２のセットが複数、多少の間隔を保って、ランプ２２の長手方向に沿って、ランプ２２に対向するように配置されている。なお、第１のフレーム３２は、端部等が欠損しやすい第１の偏光子３１を保護するものであるので、その恐れがないときは、第１のフレーム３２はなくてもよい。

第２のフレーム３３は、複数の第１のフレーム３２を保持する枠である。第２のフレーム３３は、支持部３３１と弾性部３３２と調整部３３３を備えている。支持部３３１は、端面３２１と対向する部分に設けられた突起状の接触体である。弾性部３３２は、端面３２２と対向する部分に設けられた弾性接触体である。弾性部３３２は、第２のフレーム３３に固定可能な基体と、その基体に支持される螺旋状のコイルからなるバネ部３３２１と、で構成されている。調整部３３３は、端面３２２と対向する部分に、弾性部３３２と離間して設けられた調整機構を備える接触体である。調整部３３３は、第２のフレーム３３に固定可能な基体と、その基体に支持されるとともに、端面３３２に対して略垂直な方向に、第２のフレーム３３の内壁面から突出する長さＤが段階的にスライドして変化する突出部３３３１と、で構成されている。第２のフレーム３３は、支持部３３１を凹部３２１１に接触、弾性部３３２のバネ３３２１部を凹部３２２１に接触、調整部３３３の突出部３３３１を端面３２２に接触させることで、複数ある第１のフレーム３２のそれぞれを三箇所で保持している。

ステージ１の載置面１１上には、貫通穴１３を塞ぐように、第２の偏光子４が配置されている。この第２の偏光子４は、一般に検光子と呼ばれる、第１の偏光子３１と同様の構成の偏光素子であり、その端部がフレームによって保持されている。また、第２の偏光子４は、その中心が、貫通穴１３の中心を通り、載置面１１に対して垂直な線上に配置されている。本実施形態では、第２の偏光子４は、偏光光照射装置に対して自由に配置・取り外し可能である。

ステージ１の貫通穴１３近傍の裏面１２側には、偏光方向測定器５が配置されている。偏光方向測定器５は、図３に示すように、パッケージ５１と受光子５２とで構成されている。パッケージ５１は、金属で構成された容器であり、ステージ１を配置する載置面５１１１を備えるメインパッケージ部５１１とサブパッケージ部５１２の２パーツで構成されている。受光子５２は、光量を受光可能な受光面５２１を備え、その光量に応じた信号を出力することが可能な機器であり、サブパッケージ部５１２に設けられている。なお、受光面５２１は、ステージ１の載置面１１と略同一面上に位置するように、配置されている。

偏光方向測定器５は、駆動機構６に配置されている。駆動機構６は、図４に示すように、第１の基体６１と第２の基体６２と、を備えている。第１の基体６１は、棒状であり、載置面１１と並行な面において、その軸がランプ２２の長手方向に対して垂直な方向（以下、Ｘ方向）に沿うように配置された軸体である。第２の基体６２は、棒状であり、載置面１１と並行な面において、ランプ２２の長手方向に平行な方向（以下、Ｙ方向）に沿うように、第１の基体６１上に配置された軸体である。すなわち、駆動機構６は、第１の基体６１と第２の基体６２とがクロスした形状になっている。

これら第１の基体６１、第２の基体６２には、それぞれレール６１１、６２１が設けられており、レール６１１には第２の基体６２が配置され、レール６２１には偏光方向測定器５が配置されている。これによって、図５（ａ）に示すように、第２の基体６２をレール６１１によってＸ方向に、偏光方向測定器５をレール６２１によってＹ方向に移動可能となる。例えば、被照射体に偏光光を照射する工程（光配向工程）では、偏光方向測定器５をＸ方向に移動させることで、その上に配置されているステージ１を搬送方向であるＸ方向に移動可能であり、偏光光を測定する工程（偏光方向測定工程）では、偏光方向測定器５をＸ方向およびＹ方向を組み合わせたあらゆる方向に移動可能である。すなわち、駆動機構６により、ステージ１および偏光方向測定器５を、載置面１１に沿う任意の方向に移動可能となる。

第２の基体６２および偏光方向測定器５を移動させる具体的な手段には、モータ６３が使用される。モータ６３は、駆動機構６に取り付けられている。このモータ６３は、レール６１１、６２１上を移動させるのみならず、図５（ｂ）に示すように、偏光方向測定器５のメインパッケージ部５１１を一方向または正逆方向に回転する機能も兼ねている。回転は、載置面５１１１（または受光面４２１）に対して垂直、かつ偏光方向測定器５（またはメインパッケージ５１１や受光子４２）の中心を通るＲ−Ｒ’軸を中心に行われる。

偏光光の偏光方向の測定について、図６を参照しながら、説明する。図６（ａ）は断面図、（ｂ）は簡略図である。

ランプ２２から発生した光Ｌは、直接またはリフレクタ２１の内面で反射して、リフレクタ２１の開口部２１１から出射し、第１の偏光子３２に入射し、そして出射する。開口部２１１から出射したときの光Ｌは、様々な方向、例えば、Ａ方向やＢ方向に振動する成分を含んだ光であるが、ワイヤーグリッド型の偏光素子は、その表面に形成された金属線に対して直交する方向に振動する光のみを透過させる特性をもつ。そのため、光は、第１の偏光子３２を出射すると、ほぼ一定の方向、図６（ｂ）においてはＢ方向に振動する成分のみを持つ偏光光となる。この第１の偏光子３２を出射した偏光光Ｌｐは、光配向工程では、ステージ１に配置されている被照射体Ｗに照射される。なお、この光配向工程においては、第２の偏光子４は、ステージ１の載置面１１上から取り外されている。

偏光方向測定工程では、被照射体Ｗはステージ１に配置されておらず、第２の偏光子はステージ１の載置面１１上に配置されているため、偏光光Ｌｐはステージ１に配置された第２の偏光子４に入射し、そして出射する。第２の偏光子４から出射した光は、さらに偏光した偏光光Ｌｐｐとなる。その偏光光Ｌｐｐは受光子５２に入射し、その受光量に応じた信号が表示機器等に出力され、照度が明らかとなる。

なお、上述したように、偏光方向測定器５のメインパッケージ部５１１は、Ｒ−Ｒ’軸を中心に回転可能である。したがって、メインパッケージ部５１１にステージ１、ステージ１に第２の偏光子４が配置されている偏光方向測定工程では、メインパッケージ部５１１の回転に伴って、ステージ１および第２の偏光子４もＲ−Ｒ’軸を中心に回転可能な状態である。第２の偏光子４が回転すると、透過可能な光の方向が変化する。例えば、θ＝０°とθ＝−２０°とθ＝９０°とでは、受光子５２で測定される偏光光Ｌｐｐの照度は異なってくる。図６（ｂ）の場合において、第２の偏光子４をＸ軸に対してθ＝−２０°、−１０°、０°、１０°、２０°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°の１０種の角度に回転させた場合には、図７（ａ）のように、θ＝０°で最大値、θ＝９０°で最小値を持つ結果となる。測定は、最大値と最小値の前後の照度を測定するだけで十分である。このような測定結果が得られた場合、第１の偏光子３２を介して出射した偏光光Ｌｐの偏光方向は、Ｙ方向に一致する方向であることがわかる。

次に、光配向工程を行うまでの工程について説明する。

まず、偏光光Ｌｐの偏光方向の測定を、載置面１１に沿う任意の複数箇所について行う。すなわち、ステージ１および偏光方向測定器５を載置面１１に沿う任意の方向に移動させるとともに、第２の偏光子４を回転ないし回転させて、光照射部２で発生し、第１の偏光子３１を介して出射した偏光光の偏光方向を複数箇所で測定する。なお、その測定は、Ｘ方向については搬送可能な範囲、Ｙ方向については少なくとも光照射部２の有効照射範囲について行うのが望まれる。

測定結果が、図７（ｂ）のような結果であった場合、測定範囲７内における測定箇所７１〜７９のうち、測定箇所７１〜７６では偏光光の偏光方向がそろっているが、測定箇所７７〜７９では偏光光の偏光方向がそろっておらず、全体としてばらつきがあることになる。

第１の偏光子３１を介して出射した偏光光の偏光方向がばらついている場合、その偏光方向にばらつきを生じさせたと考えられる位置、一般的には偏光方向のばらつきが測定された位置の直上ないしその近辺に位置する第１の偏光子３１の傾き等を調整する。その調整は、本実施の形態においては、図２に示すように、調整部３３３の突出部３３３１の突出長Ｄを変化させることで行うことができる。具体的には、支持部３３１を支点、弾性部３３２で第１のフレーム３２の位置のズレを弾性吸収しながら、調整部３３３の突出部３３３１の突出長Ｄを変化させることで、第１のフレーム３２の角度を容易に傾けることができる。

偏光光の偏光方向の調整後には、再度、偏光光の偏光方向を複数箇所で測定する。その測定の結果、ばらつきが未だあれば、調整および測定を繰り返してばらつきを解消し、ばらつきがなくなれば被照射体Ｗを配置して光配向工程を開始する。

このような構成であると、測定した偏光光の偏光方向と、実際に被照射体Ｗに照射するときの偏光光の偏光方向とが異なることはない。すなわち、偏光方向測定器５を偏光光照射装置に一体的に構成し、被照射体Ｗに偏光光を照射するときと同じ状態で偏光光の偏光方向を測定しているので、測定したときの偏光光の偏光方向と被照射体Ｗに照射するときの偏光光の偏光方向とが一致する。これに対して、従来のように、偏光方向測定装置と偏光光照射装置とが別体であるので、測定した偏光光の偏光方向と、実際に被照射体に照射するときの偏光光の偏光方向との相関がとれずに、わずかに偏光方向がばらついた偏光光を照射する場合が生じうる。ユーザーが求める偏光光の偏光方向のばらつきは非常にシビアであるので、このばらつきの影響は大きい。

この実施形態では、ステージ１の略中央部分に貫通穴１３を設け、載置面１１上に貫通穴１３を覆うように第１の偏光子４、貫通穴１３を介して偏光光を受光可能なように、かつステージ１を支持するように偏光方向測定器５を配置し、ステージ１および偏光方向測定器５を、駆動機構６によって載置面１１に沿う任意の方向に移動可能、かつステージ１および第２の偏光子４を、Ｒ−Ｒ’軸を中心に回転可能に構成したことで、測定した偏光光の偏光方向と、実際に被照射体Ｗに照射するときの偏光光の偏光方向とをほぼ一致させることができるため、偏光光の偏光方向のばらつきを抑制することができる。特に、受光面４２が載置面１１と略同一面上に位置するように、受光子４を配置することで、さらに偏光光の偏光方向のばらつきを抑制することができる。なお、第２の偏光子４は、ステージ１に対して配置・取り外し可能にしたため、光配向工程では、被照射体Ｗの配置の邪魔にならないよう、容易に取り外すことができる。

また、ステージ１や偏光方向測定器５の移動や回転は、ステージ１に配置される被照射体Ｗを搬送するために必要となるモータ６３によって行うようにしたことで、部品点数の増加等を極力少なくすることができる。

また、ステージ１を載置面１１に沿う任意の方向に移動可能、かつ回転可能に構成したことで、被照射体Ｗを従来とは異なる搬送をしながら、偏光光を照射することができる。例えば、図８（ａ）のように、Ｘ方向およびＹ方向の成分を含むような斜め方向に搬送しながら被照射体Ｗを照射することができ、光照射部２の長手方向の照射ムラの影響を抑制することができる。また、図８（ｂ）のように、被照射体Ｗを斜めに傾けた状態で搬送しながら偏光光を照射することができ、被照射体Ｗに対する偏光光の偏光方向を自在に設定することができる。

また、第１の偏光子３１を第１のフレーム３２によって保持し、第１のフレーム３２を支持部３３１と弾性部３３２と突出部３３３１を有する調整部３３３と、を備える第２のフレームによって、三箇所で保持することで、突出部３３３１の突出長Ｄを変化させると、支持部３３１を支点に第１のフレーム３２が傾斜するが、その傾斜による位置のズレを弾性部３３２で吸収しながら保持することができるため、第１のフレーム３２を介して、第１の偏光子３１の傾きを容易に調整することができる。

本発明は上記実施態様に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、光照射部２は、ロングアーク型のメタルハライドランプや蛍光ランプなど線状光源を使用してもよい。長尺の基板上に、その長手方向に沿って複数、発光ダイオード（ＬＥＤ）を配置したり、レーザダイオード（ＬＤ）からの光を導光板で導光することで、線状光源としたものを使用してもよい。なお、ショートアーク水銀ランプのように、点状の光源を使用してもよい。

調整部３３３は、第２のフレーム３３と同一構成であってもよい。すなわち、第２のフレーム３３が調整部３３３の基体を兼ね、突出部３３３１の突出長を変化させてもよい。また、調整部３３３の突出部３３３１は、ネジのように螺旋状に回転しながら突出長が変化するものであってもよい。この形態では無段階の調整が可能であるので、段階的に調整するものよりも第１の偏光子３１の微調整が可能になる。

第２の偏光子４は、偏光方向測定器５に一体的に構成してもよい。

偏光方向測定工程は、測定した偏光光の偏光方向と、被照射体Ｗに照射するときの偏光光の偏光方向とが、ステージ１の有無に関係なくほぼ一致するときは、ステージ１を外して行ってもよい。この場合、偏光方向測定工程において、ステージ１が移動・回転するために偏光光照射装置の周囲に必要なスペースを確保する必要がなくなり、省スペース化が可能となる。また、偏光方向測定工程では、受光子５２も第２の偏光子４とともに回転させてもよい。

この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１ステージ
１１載置面
２光照射部
３偏光板
３１第１の偏光子
４第２の偏光子
５偏光方向測定器
５２受光子
６駆動機構

Claims

線状の光源と、
前記光源の長手方向に沿って、前記光源に対向するように配置された複数の第１の偏光子と、
互いに対向する載置面および裏面、さらに前記載置面の略中央部分に前記裏面まで貫通する貫通穴を備え、前記載置面に配置される前記被照射体に、前記第１の偏光子を介して出射した前記光源からの光を照射可能なステージと、
前記貫通穴を塞ぐように、前記ステージに配置可能な第２の偏光子と、
前記第２の偏光子を介して出射する前記光を受光可能に設けられた受光子を備え、前記ステージを前記裏面側から支持する測定器と、
前記測定器と接続され、前記ステージ、前記第２の偏光子および前記測定器を、前記載置面に沿う任意の方向に移動可能、かつ前記ステージおよび前記第２の偏光子を回転可能に構成された駆動機構と、
を具備する偏光光照射装置。
前記受光子は、前記光を受光する受光面を備えており、前記受光面が前記載置面と略同一面上に配置されてなる請求項１に記載の偏光光照射装置。
前記第２の偏光子は、前記載置面に前記被照射体が配置されるときは、前記ステージ上から取り外される請求項１または請求項２に記載の偏光光照射装置。
前記第１の偏光子は、第１のフレームによって保持され、前記第１のフレームは、前記第１のフレームの一方の端面と接触する支持部と、前記第１のフレームの他方の端面と弾性的に接触する弾性部と、前記他方の端面と接触する突出部を有し、前記突出部の突出する長さを調整可能な調整部と、を備える第２のフレームによって、少なくとも三箇所で保持されている請求項１〜請求項３の何れか一に記載の偏光光照射装置。
前記駆動機構は、その長手方向が互いに交わるように配置された棒状の第１、第２の基体と、前記第１の基体または前記第２の基体の何れか一方、および前記測定器を、任意の方向に移動させるとともに、前記第２の偏光子を回転させるモータと、を備える請求項１〜請求項４の何れか一に記載の偏光光照射装置。