JPH10104626A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光手段を用いることなく、照射光によっ
て被照射物表面に偏光を吸収させ、該被照射物表面に異
方性を生じさせることが可能な光照射装置、大面積の
被照射物表面に偏光、特に偏光紫外光を吸収させ、該被
照射物表面に異方性を生じさせることが可能な光照射装
置の提供。 【解決手段】 偏光手段を用いることなく、照射光に
よって被照射物表面に偏光を吸収させ、該被照射物表面
に異方性を生じさせることが可能な光照射手段を有する
ものであることを特徴とする光照射装置、偏光手段と
して、積層板型偏光子あるいは色素付着板型偏光子を用
いることを特徴とする光照射装置、光照射手段が直線
偏光レーザーであることを特徴とする光照射装置による
被照射物の異方性化。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光照射装置、例えば
光書き込み型表示装置あるいは液晶配向膜の紫外光配向
処理装置に使用する光照射装置に関する。

【０００２】

【従来技術】小型コンピュータの著しい高性能化に伴
い、大容量表示が可能でかつコンパクトなディスプレイ
が強く望まれるようになってきた。しかしながら現在の
技術では高性能ディスプレイの代表ともいえるＣＲＴ
（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ）やＬＣＤ（Ｌｉ
ｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）であって
も、例えばＡ４サイズの紙数枚分の容量を表示するのは
全く不可能である。また高価であることや、場所を取る
などの理由で、数個のディスプレイを同時に表示した状
態で使用することは不可能である。このためワードプロ
セッサーによって文書を作成する場合など、１ページず
つプリントアウトしてレイアウトの様子を確認しながら
作業を進めているのが現状であり、非効率的であるとと
もに紙の消費量が増えてしまう結果となっている。この
ような作業環境を改善するためにも、また紙の消費量を
減らして地球環境を保護するためにも、紙のようにコン
パクトで表示容量が大きな大容量可逆性記録媒体が必要
とされる。

【０００３】従来の技術の中ではＬＣＤが最もこのよう
なものに近いが、上下電極のパターニングや上下基板の
張り合せ精度、電気光学特性における限界値などの制約
により、表示容量は６４０×４００画素程度よりはるか
に大きくするのは困難である。近年書き込み型の媒体は
メモリーとしての開発が盛んであるが、情報表示装置と
して用いる方法についての開発は低調である。そのなか
で光異性化する物質を液晶の配向制御に用いるコマンド
サーフェス型の方式〔Ｌａｎｇｍｕｉｒ，４，１２１４
（’８８）〕は、光書き込みであるために表示容量を大
きくでき、しかも電極に係る微細加工を必要としない、
などの優れた特徴を多く持つ。ただしその多くは保存安
定性に乏しく、書き込み状態が自然に消えてしまうなど
の欠点も合わせ持っていた。

【０００４】コマンドサーフェスの提唱者でもある市村
らによる方法（特開平５−２４１１５１）はこの欠点を
克服するとされており、特定の化学構造を持つ二色性分
子を基板に結合させ、この二色性色素の吸収する波長域
の偏光によって、液晶の配向方向を制御し表示を行うこ
とが可能である。これによりフォトンモードの可逆性光
書き込み型表示装置の実現可能性が大きくなったが、特
に二色性色素が吸収する波長域が紫外部にある場合、紫
外光を偏光させる手段が非常に限られるために、書き込
み／消去系を構成するのが困難となる。

【０００５】また、従来のＬＣＤ製造工程においては、
電極付き基板の表面に液晶配向膜とよばれる高分子薄膜
を成膜し、その表面をこする「ラビング」という工程が
あり、ダストや静電気の発生という問題を持っている。
近年ラビングのかわりに配向膜面に直線偏光した紫外光
を照射して液晶を配向させるという方法が発表され（特
開平０５−０３４６９９）、上記のような問題が解決で
きるものとして注目されている。後に新規な光重合性物
質でこのような液晶配向膜を作製する方法も発表されて
いる（特開平０７−０４１５１５）。

【０００６】これら配向膜の偏光紫外光による配向処理
は、ラビングと異なり、例えば１画素内を部分的に異な
った方向に配向規制力を持たせることが可能となり、画
素内の液晶の配向方向を２方向以上にすることができる
ために、ＬＣＤの表示特性の視角依存性を低減すること
も可能となる。しかし、紫外光の偏光手段は限られてお
り、わずかにプリズム偏光子のみが実用的に使用されて
いるが、これでは１０ｍｍ径程度までの面積の照射が可
能であって、ディスプレイ全面を照射できるようなもの
はない。

【０００７】一般的な偏光板は、ＰＶＡ（ポリビニルア
ルコール）にヨウ素や水溶性染料を含浸させ、ＴＡＣ
（トリアセチルセルロース）で挾み込んだものである
が、これらは一般に短波長の紫外光を透過せず、また熱
や強い紫外光に弱いため、紫外光の偏光板としては使用
できない。特開平０５−１７３０２２には、ポリエステ
ル系樹脂に非水溶性二色性色素を添加し、耐紫外光性を
向上させる技術が開示されているが、この場合でも耐紫
外光性を向上させるために二色性色素以外に紫外光の吸
収剤を併用しており、これらの系でも十分な耐紫外光性
を持っていない。またポリエステルは３３０ｎｍ以下の
波長の紫外光を吸収するためにやはり３３０ｎｍ以下の
波長の偏光板としては使用できない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】

１．本発明の１つの目的は、偏光手段を用いることな
く、照射光によって被照射物表面に偏光を吸収させ、該
被照射物表面に異方性を生じさせることが可能な光照射
装置を提供する。 ２．本発明の他の目的は、大面積の被照射物表面に偏光
を吸収させ、該被照射物表面に異方性を生じさせること
が可能な光照射装置を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の１つは、偏向手
段を用いることなく照射光によって被照射物表面に偏光
を吸収させ、該被照射物表面に異方性を生じさせること
が可能な光照射装置として、例えば被照射物表面に４５
゜以上の入射角で光照射させ、被照射物表面に異方性を
生じさせることが可能な光照射装置を提供することにあ
る。すなわち、図１に示すように空気層１から被照射物
２の表面３に照射光４を入射角θｉの角度で表面３に入
射させる。入射角θｉを大きくしていくと、反射光５に
は紙面に垂直な偏向成分が多くなり、逆に屈折光６には
紙面に平行な偏光成分が多くなる。従って、被照射物２
の表面３に照射光４の少なくとも１部を吸収するような
層、例えば液晶配向膜を設けると、照射光４が非偏光で
あっても、屈折光６に含まれる紙面に平行な偏光成分Ｂ
を、前記の層に選択的に吸収させ、前記層を異方性処理
することができる。前記入射角θｉは４５゜以上が好ま
しい。これよりも小さい場合には、屈折光６に含まれる
紙面に垂直な偏光成分Ａと平行な偏光成分Ｂの大きさに
あまり差がなくなってしまう。また、前記照射光４は、
例えば液晶配向膜の処理を行う場合には３５０ｎｍ以下
の短波長の紫外光が好ましく、また例えば光書き込み型
表示装置の場合には、強度の強い紫外光または可視光が
好ましい。なぜならば、一般の液晶配向膜は３５０ｎｍ
以上の光によっては配向処理されず、また光書き込み型
表示装置において書き込み速度は光強度に依存するから
である。

【００１０】前記光照射装置は、図３に示すように被照
射物表面全面を一度に照射できるように光源と光学系の
ユニットを組み合わせて構成された光照射手段を有する
ものであっても良いが、前記光照射手段が、光源からの
光を集光して被照射物を部分的に照射するように出射す
る構成のもの、例えば照射光をスリット状に出射する構
成のものが好ましく、この場合には光照射手段および被
照射物の少なくとも一方が、被照射物全体が照射される
ように移動可能な構成とするのがさらに好ましい。

【００１１】本発明の他の１つは、偏光手段を用いるこ
となく照射光によって被照射物表面に偏光を吸収させ、
該被照射物表面に異方性を生じさせることが可能な光照
射装置として、もともと偏光を照射する光照射手段、例
えば偏光発振レーザーを用いた光照射装置を提供し、前
記課題を解決したことにある。この光照射装置の場合に
は、レーザーから出射されたレーザービームを広げる必
要があるが、平面状に広げると、均一性をだすのが困難
で、しかも照射強度が極端に弱くなるので、レーザービ
ームを線状、または棒状に広げるのが好ましい。また、
レーザービームを線状、または棒状に広げる場合にも、
光照射手段および被照射物の少なくとも一方が、被照射
物全体が照射されるように移動可能な構成のものとする
のが更に好ましい。

【００１２】さらに、本発明の他の１つは、被照射物表
面に異方性を生じさせることが可能な光照射装置とし
て、大面積の被照射物表面に偏光を吸収させることが出
来、かつ通常偏光子の構成要素である光や熱に対して不
安定なヨウ素や色素を使用しない偏光子を採用すること
により、強い光を利用できるだけではなく高信頼性にし
た光照射装置を提供したことにある。

【００１３】前記偏光子の例としては、透明な板を数枚
はりあわせた積層板型偏光子、あるいは照射光を透過ま
たは反射する基板表面に光や熱に対して安定な染料や顔
料等の色素を異方的に付着させた色素付着板型偏光子等
が挙げられる。前記偏光子は、入射光の入射角θとなる
ように構成したものである。偏光角θは偏光子の屈折率
をｎとしたとき、ｎ＝ｔａｎθの関係を満足する角度で
ある。また、前記各偏光子は３５０ｎｍ以下の短波長の
紫外光を透過可能なものとすることにより、化学的効果
の大きい紫外光の偏光子として利用することができるの
で、短波長の紫外光を透過可能なものとするのが好まし
い。したがって、積層板型偏光子としては、特に紫外光
を透過可能な石英板の積層型が好ましい。

【００１４】前記のような染料付着板型偏光子は、例え
ばラングミュア・プロジェット法により石英基板に染料
分子を付着させることによって作製することができる。
この方法によると、水面に展開した染料分子を、水面か
ら石英基板を引上げることによって付着させているの
で、染料分子の付着は引上げ方向に対して一定の相関を
持って形成される。色素としては、従来の偏光子とは異
なり、ポリマーに溶解することが必要でないため、色素
の種類の選択の幅が広がるので、光や熱に対して安定な
染料や顔料を選択することが可能となるので、前記色素
としては、光や熱に対して安定な染料や顔料を選択する
ことが好ましい。

【００１５】以下、本発明の実施例を示す。 実施例１ 図２に示すような、ガラス基板７の表面に液晶駆動用電
極８が成膜され、更にその上にポリイミドで構成される
液晶配向膜９が成膜されている電極基板に、入射角５０
゜で照射光１０を照射した。照射光１０としては、短波
長の紫外光を含むものを使用した。この照射光照射によ
って、前記液晶配向膜９は紙面に平行でかつ屈折光１１
に垂直な共役部分が選択的に紫外光を吸収し、化学結合
の分解を起こし、このため分解した共役系とは垂直方向
の共役系が相対的に多くなり、この配向膜はその方向に
液晶分子を配向させるような規制力を持つことになる。
被照射物としては、前記の液晶配向膜９の代りに、例え
ばコマンドサーフェスや光重合性プレポリマーを用いた
場合でも同様の作用が得られる。ただし、被照射物の種
類に応じて、適切な波長の照射光を選択する必要があ
る。

【００１６】実施例２ 偏光子を用いることなく、被照射物表面全体を一度に光
照射することのできる光照射装置の１例を図３に示す。
該照射装置は、光源と光学系からなるユニット１３から
の照射光１４が、大きな入射角で、かつほぼ平行光で被
照射物１５の表面を照射することができる光源と光学系
のユニットを有するものである。なお、前記照射光１４
がほぼ平行でない場合には、被照射物１５の表面での照
射強度が場所により異なってしまうので好ましくない。

【００１７】実施例３ 本発明の光照射装置の別の例を図４に示す。実施例２で
示した図３のような照射装置は被照射物全体を１度に照
射が可能な構造のものであるので、該照射装置が必然的
に大型化してしまうが、本実施例の照射装置は、被照射
物表面を適当な手段、例えば掃引により移動可能なもの
とすることにより、小型の照射装置としたものである。
光源と光学系のユニットとしては円柱状のユニット１６
を使用する。該ユニット１６は、その一部に設けられた
スリット状の出射口１９から照射光を出すようになって
おり、ユニットを１８の方向に掃引することによって、
被照射物表面全体を照射できるようになっている。前記
ユニット１６のかわりに被照射物１７を１８とは反対方
向に移動させてもよい。

【００１８】実施例４ 図５に積層板型偏光子を示す。積層板型偏光子２０は普
通の透明な板を数枚はりあわせ、入射光２１の入射角が
偏光角θとなるように配置したものである。偏光角θ
は、積層板型偏光子材料の屈折率をｎとしたとき、ｎ＝
ｔａｎθの関係を満足する角度である。このとき入射光
２１が非偏光であっても、積層板型偏光子を透過した光
２２には紙面に平行な偏光成分が多く含まれ、逆に反射
光２３には紙面に垂直な偏光成分が多く含まれるように
なる。積層する板は合成石英２４などを用いれば、２０
０ｎｍ近くの短波長紫外線にも用いることができる。パ
イレックスでも３００ｎｍ付近まで利用することがで
き、どちらの場合も一般の偏光板に比較してはるかに高
い耐久性を持っている。偏光手段として、積層板型偏光
子２７を用いて光照射装置２６を構成した（図６）。光
源と光学系からなるユニット２５からの照射光３０を積
層板型偏光子２７を透過させ偏光させた入射光２８が被
照射物２９へ照射される。この場合は、照射光の入射角
は大きくする必要はない。この構成で、液晶配向膜を塗
布した基板に紫外線を照射し、ネマティック液晶を垂ら
して偏光板で観察すると、紙面に平行な方向に液晶が配
向していることが確認できた。

【００１９】実施例５ 石英基板の表面を特定方向にラビングし、紫外光を吸収
する染料の溶液に浸して、染料分子を基板表面に異方向
に付着させ、染料付着板型偏光子を作製した。高圧水銀
灯と東芝ガラスのバンドパスフィルターＵＶ−Ｄ３５
（商品名）を用いて紫外光を取り出し、前記染料付着板
型偏光子を通過させ、フォトマルで光強度をモニターし
ながら偏光プリズムを回転させると、紫外光が偏光して
いることを確認した。この偏光手段を用いて図７の光照
射装置を作製した。光源と光学源のユニット３１からの
光は、前記のような方法で染料分子を異方的に付着させ
た透明基板３２を透過することによって偏光され、被照
射物３３に照射される。前記ユニット３１からの光は紫
外線であり、被照射物３３は液晶配向膜をつけたガラス
基板である。前記の紫外線照射した液晶層を形成する
と、該ネマティック液晶層が配向していることが確認さ
れた。本実施例で用いる染料は、従来の偏光板とは違っ
て、ポリマーに溶ける必要がないため、材料を選択する
幅が広がり、例えば耐久性のある染料を選定することが
容易である。

【００２０】実施例６ 偏光発振レーザーのようにもともと偏光している光を出
すものを選択すれば、前記のような特殊な構成や部材を
用いる必要はなくなるが、このような光源として実用で
きるものは現在のところレーザーしかなく、この場合レ
ーザービームを広げることが必要となる。また、一般に
レーザービームを平面状に広げてしまえば、均一性を出
すのが困難で、しかも照射強度が極端に弱くなる。この
ため、レーザービームは線状、または棒状程度に広げる
のが好ましい。本実施例では、偏光発振型のエキシマレ
ーザーからのビームを、合成石英製のシリンドリカルレ
ンズで線状に広げ、実施例５と同様な被照射物の配向層
にネマティック液晶を垂らし、観察したところ、液晶層
が偏光していることが確認された。

【００２１】実施例７ 低圧水銀灯から波長が３５０ｎｍ以下と３５０ｎｍを超
えて長い輝線を取り出し、偏光手段として石英板の積層
板型偏光子を用いて実施例５の液晶配向膜をつけたガラ
ス基板の液晶配向膜面に照射した。前記液晶配向膜面に
前記実施例６と同様にしてネマティック液晶を垂らし、
観察したところ、３５０ｎｍ以下の輝線を用いた場合に
は液晶層が配向しているが、３５０ｎｍを超えて長い輝
線を用いた場合には液晶層が配向していないのが確認さ
れた。また３５０ｎｍ以下の輝線を用いた時でも、偏光
手段としてポリエステルを基材とする高耐紫外光型や一
般に市販されている偏光板を用いた場合には液晶分子が
配向しないことも確認された。以上の実施例では液晶配
向膜の配向処理について実施したものであるが、コマン
ドサーフェスに偏光を照射し、液晶の配向方法を制御す
る場合にも応用することができる。

【００２２】以下、本発明の実施の態様を示す。 １．偏光手段を用いることなく、照射光によって被照射
物表面に偏光を吸収させ、該被照射物表面に異方性を生
じさせることが可能な光照射手段を有するものであるこ
とを特徴とする光照射装置。 ２．光照射手段が、被照射物表面に４５゜以上の入射角
で照射させる構成のものである前記１の光照射装置。 ３．光照射手段が、被照射物表面全体を一度に照射する
ように出射する構成のものである前記１または２の光照
射装置。 ４．光照射手段が、光源からの光が被照射物を部分的に
照射するように出射する構成で、かつ光照射手段および
被照射物の少なくとも一方が、被照射物全体が照射され
るように移動可能な構成のものである前記１または２の
光照射装置。 ５．光照射手段が、照射光をスリット状に出射する構成
のものである前記４の光照射装置。

【００２３】６．偏光手段として積層板型偏光子を有す
ることを特徴とする被照射物表面に異方性を生じさせる
ことが可能な光照射装置。 ７．積層板型偏光子が石英の積層板型偏光子である前記
６の光照射装置。 ８．偏光手段として、照射光を透過または反射する基板
に色素を異方的に付着させた偏光子を有することを特徴
とする被照射物表面に異方性を生じさせることが可能な
光照射装置。 ９．照射光が３５０ｎｍ以下の紫外光である前記１〜８
の光照射装置。

【００２４】10．光照射手段がレーザービームを出射す
る直線偏光レーザーであり、かつ該レーザーから出射さ
れたレーザービームを広げて被照射物を照射する手段を
有することを特徴とする被照射物表面に異方性を生じさ
せることが可能な光照射装置。 11．レーザーから出射されたレーザービームを広げて被
照射物を照射する手段が、レーザービームを線状、また
は棒状に広げるものである前記１０の光照射装置。 12．光照射手段および被照射物の少なくとも一方が、被
照射物全体が照射されるように移動可能な構成のもので
ある前記１０〜１１の光照射装置。 13．被照射物が基板上に液晶膜を形成されたものである
前記１〜１２の光照射装置。

【００２５】

【効果】

１．請求項１〜３ 偏光手段を用いないため、高強度の光や短波長の紫外光
を被照射物、特に大面積の被照射物表面に照射して前記
被照射物表面を異方性化することができる。 ２．請求項４、５および７ 偏光手段として積層板型偏光子あるいは色素付着板型偏
光子、または光源として直線偏光レーザーを用いたた
め、高強度の光や短波長の紫外光を被照射物、特に大面
積の被照射物表面に照射して前記被照射物表面を異方性
化することができる。 ３．請求項６ 被照射物に異方性を付与するための光源として、短波長
の紫外光が使用可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】照射光によって被照射物表面に偏光を吸収させ
ることを説明した図である。

【図２】図１において、被照射物としてガラス基板表面
の液晶配向膜を使用した場合の図である。

【図３】被照射物表面全体を一度に光照射することので
きる光照射装置の１例である。

【図４】光照射装置のスリット状の光出射口から光照射
し、該光照射装置を被照射物表面と掃引することを示す
図である。

【図５】積層型偏光子を示す図である。

【図６】図５の積層型偏光子を使用した光照射装置の１
例の構成を示す図である。

【図７】色素付着板型偏光子を使用した光照射装置の１
例の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 空気層 ２ 被照射物 ３ 被照射物表面 ４ 照射光 ５ 反射光 ６ 屈折光 ７ ガラス基板 ８ 電極 ９ 液晶配向膜 １０ 照射光 １１ 屈折光 １２ 反射光 １３ 光照射手段（光源と光学系のユニット） １４ 照射光 １５ 被照射物 １６ 光照射手段（光源と光学系のユニット） １７ 被照射物 １８ 掃引方向 １９ 出射口 ２０ 積層板型偏光子 ２１ 入射光 ２２ 透過光 ２３ 反射光 ２４ 石英板 ２５ 光照射手段（光源と光学系のユニット） ２６ 光照射装置 ２７ 積層板型偏光子 ２８ 入射光 ２９ 被照射物 ３０ 照射光 ３１ 光照射手段（光源と光学系のユニット） ３２ 染料を異方的に付着させた透明基板 ３３ 被照射物 θｉ 入射角 θ_R 屈折角 Ａ 紙面に垂直な偏光成分 Ｂ 紙面に平行な偏光成分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮垣 一也 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 松本 文直 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 亀山 健司 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏光手段を用いることなく、照射光によ
   って被照射物表面に偏光を吸収させ、該被照射物表面に
   異方性を生じさせることが可能な光照射手段を有するも
   のであることを特徴とする光照射装置。
2. 【請求項２】 光照射手段が、被照射物表面に４５゜以
   上の入射角で照射させる構成のものである請求項１記載
   の光照射装置。
3. 【請求項３】 光照射手段が、光源からの光をスリット
   状に出射する構成で、かつ光照射手段および被照射物の
   少なくとも一方が、被照射物全体が照射されるように移
   動可能な構成のものである請求項１または２記載の光照
   射装置。
4. 【請求項４】 偏光手段として、積層板型偏光子を有す
   ることを特徴とする被照射物表面に異方性を生じさせる
   ことが可能な光照射装置。
5. 【請求項５】 偏光手段として、照射光を透過または反
   射する基板に色素を異方的に付着させた偏光子を有する
   ことを特徴とする被照射物表面に異方性を生じさせるこ
   とが可能な光照射装置。
6. 【請求項６】 照射光が３５０ｎｍ以下の紫外光である
   請求項４または５記載の光照射装置。
7. 【請求項７】 光照射手段がレーザービームを出射する
   直線偏光レーザーであり、かつ該レーザーから出射され
   たレーザービームを広げて被照射物を照射する手段を有
   することを特徴とする被照射物表面に異方性を生じさせ
   ることが可能な光照射装置。