JP6488964B2

JP6488964B2 - 紫外線照射装置

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Publication number: JP6488964B2
Application number: JP2015190882A
Authority: JP
Inventors: 弘喜日野; 祥平前田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2019-03-27
Anticipated expiration: 2035-09-29
Also published as: JP2017067896A

Description

本発明の実施形態は、紫外線照射装置に関する。

現在、液晶パネルの配向膜の配向処理であるラビング工程に変わる技術として、光配向技術（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）が注目されている。光配向技術で用いられる紫外線照射装置は、光源である棒状ランプと、偏光素子と、を備えている。この種の紫外線照射装置は、棒状ランプが照射する紫外線のうち所定方向の偏光軸の紫外線を偏光素子が通過させ、通過させた紫外線をワークに照射することなどにより配向膜の配向処理を行なう。

特開２００９−２６５２９０号公報特開２０１１−１４５３８１号公報

しかしながら、偏光素子を用いて消光比のよい偏光光を得ようとすると、偏光素子を複数枚重ねて用いる必要がある。偏光素子を複数枚重ねると、透過率が下がるため、好ましくない。

本発明は、偏光素子の透過率の低下と消光比の悪化を抑制する紫外線照射装置を提供することを目的とする。

実施形態の紫外線照射装置は、光源と、偏光素子と、を有する。光源は、紫外線を放出する。偏光素子は、光源から放出された光が照射され、照射された光のうち偏光成分を放出し、光源が設けられた側に反射防止膜が形成されている。

本発明によれば、偏光素子の透過率の低下と消光比の悪化を抑制する紫外線照射装置を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る紫外線照射装置の概略の構成を示す斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る紫外線照射装置に用いられる偏光素子２０をＹ軸方向から見た図である。図３は、第１の実施形態に係る紫外線照射装置において、透過率と消光比を比較した結果を示す図である。図４は、第１の実施形態に係る紫外線照射装置の変形例の概略の構成を示す斜視図である。図５は、第２の実施形態に係る紫外線照射装置に用いられる偏光素子２５をＹ軸方向から見た図である。

以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１、１−１は、紫外線Ｕを放出する光源１０と、光源１０から放出された光が照射され、照射された光のうち偏光光ＵＡを放出し、光源１０が設けられた側に反射防止膜２３が形成されている偏光素子２０、２５と、を有する。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１、１−１において、反射防止膜２３の膜厚は、４５〜９０μｍである。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１、１−１において、偏光素子２０は基板２１の一方にワイヤーグリッド２２が形成されているワイヤーグリッド偏光素子であり、反射防止膜は、基板２１の他方に形成されている。

また、以下で説明する実施形態に係る紫外線照射装置１、１−１において、偏光素子２５は吸収型偏光素子である。

（第１の実施形態）

次に、本発明の第１の実施形態に係る紫外線照射装置１を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係る紫外線照射装置の概略の構成を示す斜視図、図２は、実施形態に係る紫外線照射装置１の偏光素子２０をＹ軸方向から見た図である。

図１に示された実施形態の紫外線照射装置１は、配向処理の対象物としてのワークＷの表面に、予め決められた基準方向と平行な偏光軸ＰＡ（図１に矢印で示し、振動方向ともいう）の紫外線ＵＡを照射する装置である。実施形態の紫外線照射装置１は、例えば、液晶パネルの配向膜、視野角補償フィルムの配向膜や偏光フィルム等などの製造に用いられる。紫外線照射装置１は、主に、所望の波長としての波長が３６５（ｎｍ）の紫外線ＵＡをワークＷの表面に照射する。なお、本実施形態でいう「紫外線」とは、例えば、２４０（ｎｍ）から４５０（ｎｍ）までの波長帯の光のことである。

なお、ワークＷの表面に照射される紫外線ＵＡの偏光軸ＰＡは、ワークＷの構造、用途、または、要求される仕様に応じて適宜設定される。以下、ワークＷの幅方向をＸ軸方向といい、Ｘ軸方向に直交しかつワークＷの長手方向をＹ軸方向といい、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に直交する方向をＺ軸方向と呼ぶ。なお、Ｚ軸と平行な方向について、Ｚ軸の方向を示す矢印の先端の向かう方向を上方、Ｚ軸の方向を示す矢印の先端の向かう方向に対向する方向を下方と呼ぶ。

紫外線照射装置１は、図１に示すように、一様にあらゆる方向に振動しかつ波長が３６５（ｎｍ）程度の紫外線Ｕを放出する光源１０と、偏光素子２０と、を有する。

光源１０は、放電ランプ１１が用いられる。光源１０が放出する紫外線Ｕは、波長が２５４、３６５（ｎｍ）等の紫外線を含み、さまざまな偏光軸成分を有する、いわゆる非偏光の光である。本実施形態で、光源１０は、一つ設けられ、かつ、偏光素子２０及びワークＷの上方に配置されている。

第１の実施形態に係る紫外線照射装置１において、光源１０は、放電ランプ１１が設けられて構成される。

放電ランプ１１は、紫外線Ｕを放出する。放電ランプ１１は、少なくとも紫外線Ｕを放出するものである。なお、放電ランプ１１は紫外線Ｕ以外にも可視光線や赤外線を放出してもよい。放電ランプ１１は、円筒形状に延びて形成される。放電ランプ１１は、例えば内部に図示しない放電空間に水銀や希ガスなどの発光物質が封入され、両端に図示しない放電電極が封止された、発光長１００ｍｍ〜１０００ｍｍのいわゆる高圧水銀ランプである。なお、放電ランプ１１は、高圧水銀ランプに限定されない。放電ランプ１１は、高圧水銀ランプにメタルハライドを封入した、いわゆるメタルハライドランプであってもよい。

なお、光源１０として、放電ランプ１１の上方には、反射鏡１２を有していてもよい。反射鏡１２は、放電ランプ１１から放出された紫外線Ｕを効率よくワークＷに向けて照射する。反射鏡１２は、放電ランプ１１の延びる方向に沿って形成された樋状の形状を有している。反射鏡１２の、放電ランプ１１の延びる方向に垂直な断面で見たときの形状は、例えば楕円の形状や放物線の形状の一部であってもよいし、直線形状であってもよい。反射鏡１２は、例えば、基材であるガラスに、反射鏡１２の放電ランプ１１側に、例えば紫外線ＵをワークＷに向けて反射するコーティングが施されている。なお、反射鏡１２は、紫外線Ｕのみを反射して可視光線や赤外線を透過する、いわゆるコールドミラーであってもよい。また、反射鏡１２は、紫外線Ｕを反射させる金属材料を、放電ランプ１１の延びる方向に垂直な断面で見たときに楕円の形状や放物線の形状の一部となるように近似した直線形状で構成されてもよい。

偏光素子２０は、光源１０より放出された紫外線Ｕが照射される。偏光素子２０は、紫外線Ｕのうちの基準方向と平行な偏光軸ＰＡの偏光光（紫外線ＵＡ）をワークＷに向けて透過する。すなわち、偏光素子２０は、偏光軸ＰＡを有する紫外線Ｕから、基準方向のみに振動した偏光軸ＰＡの紫外線ＵＡを取り出すものである。なお、基準方向のみに振動した偏光軸ＰＡの紫外線ＵＡを、一般に直線偏光という。なお、紫外線ＵＡの偏光軸ＰＡとは、当該紫外線ＵＡの電場及び磁場の振動方向である。

本実施形態で、偏光素子２０は、光源１０の下方でかつワークＷの表面の上方に設けられている。偏光素子２０は、ガラス板に含まれる一定方向に揃ったワイヤーグリッドを形成したものであって、光源１０より放出される紫外線Ｕのうちの基準方向と交差する偏光軸の紫外線を吸収し、基準方向と平行な偏光軸ＰＡの紫外線ＵＡを透過する偏光素子である。

ここで、偏光素子２０について、図２を用いて更に詳しく説明する。

偏光素子２０は、例えば、基板２１の一方の面にワイヤーグリッド２２を形成した、いわゆるワイヤーグリッド偏光素子である。また、基板２１の、ワイヤーグリッド２２が形成された側と反対の面には、反射防止膜２３が形成されている。

ワイヤーグリッド２２は、基板２１の一方の面に、幅が２５ｎｍ〜５０ｎｍで、隣接するワイヤーグリッド２２同士が５０ｎｍ〜１５０ｎｍの間隔を開けて一方向に延びて形成されている。ワイヤーグリッド２２は、例えば、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム合金（Ａｌ）、モリブデンシリコン合金（ＭｏＳｉｘ）、およびシリコン（Ｓｉ）により形成される。

反射防止膜２３は、偏光素子２０に入射する紫外線Ｕの反射を、反射率１０％以下、好ましくは反射率２％以下に抑制する。なおここでいう「反射率」とは、偏光素子２０に入射する紫外線Ｕが偏光素子２０の表面ですべて反射したときに反射率１００％とする。還元すると、反射率０％のときには、偏光素子２０に入射する紫外線Ｕがすべて偏光素子２０に入射することを示す。つまり、反射率は少なければ少ないほどよい。

反射防止膜２３は、偏光素子２０の他方の面に形成され、偏光素子２０の表面、具体的には偏光素子２０の光源１０と対向した面、すなわち、紫外線照射装置１の内部に存在する空気（図示しない）と偏光素子２０との界面において、紫外線Ｕの反射を抑制する。反射防止膜２３は、基板２１の、ワイヤーグリッド２２が形成された側と反対の面に、膜厚が４５〜９０μｍで、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより形成されている。反射防止膜２３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）などの誘電体により構成される。反射防止膜２３は、例えば、エドモンド・オプティクス社のＵＶマルチコートにより形成されている。なお、反射防止膜２３の膜厚が４５μｍよりも小さくなると、２５４ｎｍの反射による損失が発生し、反射防止膜の効果が得られなくなるため、好ましくない。一方、反射防止膜２３の膜厚が９０μｍよりも大きくなると、３６５ｎｍの反射による損失が発生し、反射防止膜の効果が得られなくなるため、好ましくない。

次に、実施形態に係る紫外線照射装置１の作用について説明する。前述した構成の実施形態に係る紫外線照射装置１は、ワークＷを偏光素子２０の下方に位置付けて、光源１０から紫外線Ｕを放出する。すると、光源１０が放出した紫外線Ｕが直接偏光素子２０に向けて放出される。また、紫外線照射装置１は、偏光素子２０が紫外線Ｕのうちの基準方向と平行な偏光軸ＰＡの紫外線ＵＡをワークＷの表面の光照射領域に向けて透過して、ワークＷの表面に配向処理を施す。

前述した構成の実施形態に係る紫外線照射装置１において、反射防止膜２３が形成されていない偏光素子２０を用いる場合に比べて、反射防止膜２３が形成されている偏光素子２０を用いた場合では、透過率が低下することなく、消光比の悪化を抑制することができる。反射防止膜２３の有無による透過率および消光比への影響に関するメカニズムについては不明であるが、偏光素子２０は反射防止膜２３が形成されていることが望ましい。よって、偏光素子２０に反射防止膜２３が形成されることにより、偏光素子２０の透過率の低下と消光比の悪化を抑制することができる。

また、紫外線照射装置１において、偏光素子２０に反射防止膜２３が形成されることで、偏光素子２０の透過率の低下が抑制できるため、例えば光源１０の出力を上げる必要がなくなる。ワークＷに対して紫外線ＵＡの光量をより増やすためには、偏光素子２０の透過率を上げることや、光源１０の出力を上げることが考えられるが、光源１０の出力を上げると反射防止膜２３に対して紫外線Ｕがより多く照射されることによる。反射防止膜２３の劣化の程度は紫外線Ｕの積算光量により類推することができる。よって、光源１０の出力を上げることで、例えば偏光素子２０に形成された反射防止膜２３が紫外線Ｕにより劣化することが懸念される。また、偏光素子２０の透過率を上げると、光源１０の出力を上げることなく、ワークＷに対して紫外線ＵＡの光量を増やすことができるため、望ましい。

よって、偏光素子の透過率の低下と消光比の悪化を抑制する紫外線照射装置を提供することができる。

ここで、偏光素子２０に対する反射防止膜２３の有無による消光比と透過率について評価を行った。なお、透過率は、例えば照度計としてＯＲＣ製紫外線照度計ＵＶ−Ｍ０３Ａ、センサとしてＯＲＣ製センサＵＶ−３５Ｎ、偏光素子２０としてワイヤーグリッド２２を設け、反射防止膜２３を設けていない偏光素子２０を用いて測定した照度を１００%として規格化した。また、消光比ＥＲとは、偏光の質を表す数値であり、Ｐ偏光強度ＩｐとＳ偏光強度Ｉｓを用いてＥＲ＝Iｐ／Ｉｓで表され、Ｐ偏光強度ＩｐとＳ偏光強度Ｉｓを照度計としてＯＲＣ製紫外線照度計ＵＶ−Ｍ０３Ａ、センサとしてＯＲＣ製センサＵＶ−３５Ｎを用いて測定した。

また、偏光素子２０の条件は以下のとおりである。本発明として、反射防止膜２３をワイヤーグリッド２２が形成された側と反対の面に設けた偏光素子２０とした。また、従来品として、反射防止膜２３を設けていない偏光素子２０を用いた。また、比較例１として、反射防止膜２３をワイヤーグリッド２２が形成された面側に設けた偏光素子２０を用いた。また、比較例２として、反射防止膜２３をワイヤーグリッド２２が形成された面側およびワイヤーグリッド２２が形成された側と反対の面の両方に設けた偏光素子２０を用いた。

透過率と消光比について結果を図３に示す。図３から明らかであるとおり、本発明が示すように、ワイヤーグリッド２２が形成された側と反対の面に反射防止膜２３を設けた偏光素子２０は、従来品と比べて、透過率は変化が見られないが、消光比が３０％向上している。一方、比較例１は、透過率、消光比とも従来品と変化が見られない。また、比較例２は、いずれも、透過率が１０％、消光比が４０％悪化している。よって、偏光素子２０にワイヤーグリッド２２が形成された面と反対の面に反射防止膜２３を設けることで、透過率および消光比の悪化を抑制することができる。

なお、反射防止膜２３は、光源１０と対向する側に形成されることが望ましい。これは、光源１０と対向する側の反対の面に反射防止膜２３を設けても、消光比の改善に影響しないためである。また、偏光素子２０において、ワイヤーグリッド２２は光源１０と対向する側の反対側に設けられることが望ましい。ワイヤーグリッド２２が光源１０と対向する側の反対側に設けられることで、ワイヤーグリッド２２が直接光源１０側の紫外線Ｕに暴露されることを抑制することができ、紫外線Ｕによるワイヤーグリッド２２の劣化を抑制することができるためである。

なお、本実施形態では、偏光素子２０以外に光学素子を設けていないが、上記の構成に限定されない。例えば、光源１０と偏光素子２０の間に、所望の紫外線よりも長波長側の可視光線や赤外線をカットするフィルタを設けてもよい。また、偏光素子２０とワークＷの間に、所望の紫外線よりも長波長側の可視光線や赤外線をカットするフィルタを設けてもよい。また、偏光素子２０とワークＷの間に、更に偏光素子２０を設けてもよい。
（変形例）

図４は、第１の実施形態に係る紫外線照射装置の変形例の概略の構成を示す斜視図である。

本実施形態では、光源１０として複数の発光素子１４を有する紫外線照射装置１−１を示す。

光源１０は、基体１３に発光素子１４が複数設けられて構成される。基体１３は、複数の発光素子１４を保持する。また、基体１３は、複数の発光素子１４から放出される熱を紫外線照射装置１−１の外部へ伝えることで、複数の発光素子１４の温度上昇を抑制する。なお、基体１３は、アルミニウムなどの金属や、セラミックス基板などの放熱性のよい材料で構成されてもよい。また、基体１３の内部には、複数の発光素子１４から放出される熱を素早く伝えるための図示しない放熱媒体を流す放熱媒体流路を有してもよい。また、放熱媒体を、図示しない放熱媒体を供給する放熱媒体供給口と放熱媒体を放出する放熱媒体放出口を有してもよい。また、放熱媒体を、図示しない循環機構により放熱媒体を循環させてもよい。

発光素子１４は、基体１３に設けられ、紫外線Ｕを放出する。発光素子１４は、少なくとも紫外線Ｕを放出するものであって、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や、ＬＤ（Laser Diode）などの半導体で構成される。発光素子１４は、第１のピーク波長の紫外線を放出する第１の発光素子（図示しない）と、第１のピーク波長と異なる第２のピーク波長の紫外線を放出する第２の発光素子（図示しない）と、を有する。発光素子１４は、第１の発光素子から放出される第１のピーク波長の紫外線と第２の発光素子から放出される第２のピーク波長の紫外線とが混合されて、紫外線Ｕを放出する。なお、第１の発光素子と、第２の発光素子の配置様式は限定されない。例えば、第１の発光素子と第２の発光素子とが一方の方向に延びるように基体１３の一方の面に配置されてもよいし、第１の発光素子の四辺を取り囲むように第２の発光素子が配置された、いわゆる市松模様で配置されてもよい。

このような構成でも、第１の実施形態と同様に、紫外線照射装置において透過率および消光比の悪化を抑制することができる。

（第２の実施形態）

図５は、第２の実施形態に係る紫外線照射装置の変形例に用いられる偏光素子２５をＹ軸方向から見た図である。

本実施形態では、吸収型偏光素子である偏光素子２５を示す。

偏光素子２５は、光源１０の下方でかつワークＷの表面の上方に設けられている。偏光素子２５は、吸収型偏光素子と呼ばれるものであって、ガラス板に含まれる一定方向に揃った金属ナノ粒子を形成したものであり、光源１０より放出される紫外線Ｕのうちの基準方向と交差する偏光軸の紫外線を吸収し、基準方向と平行な偏光軸ＰＡの紫外線ＵＡを透過する偏光素子である。吸収型偏光素子２５としては、例えば、ＣＯＤＩＸＸ社製のｃｏｌｏｒｐｏｌ（登録商標）ＵＶ３７５ＢＣ５を用いることができる。

このような構成でも、第１の実施形態と同様に、透過率および消光比の悪化を抑制することができる。

また、偏光素子２５において、反射防止膜２３は、光源１０と対向する側に形成されることが望ましい。これは、光源１０と対向する側の反対の面に反射防止膜２３を設けても、消光比の改善に影響しないためである。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この実施形態は、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。この実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１、１−１紫外線照射装置
１０光源
１１放電ランプ
１２反射鏡
１３基体
１４発光素子
２０、２５偏光素子
２１基体
２２ワイヤーグリッド
２３反射防止膜
２６基体
Ｕ光
ＵＡ紫外線（光）
ＰＡ偏光軸
Ｗワーク（対象物）

Claims

紫外線を放出する光源と；
前記光源から放出された光が照射され、照射された光のうち偏光光を放出し、前記光源が設けられた側に反射防止膜が形成されている偏光素子と；
を有し、
前記偏光素子は基板の一方にワイヤーグリッドが形成されているワイヤーグリッド偏光素子であり、前記反射防止膜は、前記基板の他方に形成されている紫外線照射装置。
前記反射防止膜の膜厚は、４５〜９０μｍである請求項１記載の紫外線照射装置。
前記偏光素子は吸収型偏光素子である請求項１または２記載の紫外線照射装置。