CN101566762A - 光取向用偏振光照射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了光取向用偏振光照射装置，其即使在300nm以下的波长区域也能得到良好的消光比的偏振光，此外，在该波长区域中，即使入射到偏振元件的光的角度不相同，透射率也不会变化，而且偏振轴也不会旋转。工件(4)朝图中箭头方向被搬运，来自光照射部(6)的光通过线栅型偏振元件(1)被偏振，照射于被搬运到光照射部(6)下的工件(4)上，进行光取向处理。线栅型偏振元件(1)的栅极由氧化钛(TiO_x)形成，在波长为240nm～300nm的范围中，能得到消光比为15∶1以上的偏振光，在波长为300nm以下的区域中，即使入射到偏光元件的光的角度不相同，透射率也不会变化，即使入射到线栅型偏振元件的光的角度不相同，偏振轴也不会旋转。

Description

光取向用偏振光照射装置

技术领域

本发明涉及向液晶面板的取向膜或视野角补偿薄膜的取向层等照射规定波长的偏振光而进行取向的光取向用偏振光照射装置，尤其涉及将作为线状光源的棒状灯与线栅型偏振元件组合而得到的光取向用偏振光照射装置。

背景技术

近年来，关于液晶面板的取向膜或视野角补偿薄膜的取向层的取向处理，开始采用将规定波长的偏振光照射在取向膜上来进行取向的被称为光取向的技术。

以下，将设置有通过上述光进行取向的取向膜或取向层的薄膜总称为光取向膜。光取向膜随着液晶面板的大型化而进行大面积化(例如一边为2m以上的四边形)，与此同时，将偏振光照射于光取向膜的偏振光照射装置也变得大型化。

近年来，为了对此种大面积的光取向膜进行光取向，提出了一种将棒状灯与具有线栅状的栅极的偏振元件(以下，称为线栅型偏振元件)组合而得到的光照射装置(例如参照专利文献1或专利文献2)。

在光取向膜用的偏振光照射装置中，棒状灯能制作发光长度较长的光。因此，如果使用具备与取向膜的宽度对应的发光长度的棒状灯，一边照射来自该灯的光，一边将取向膜朝正交于灯的长度方向的方向移动，则能以较短时间对大面积的取向膜进行光取向处理。

图8表示将线状光源的棒状灯与线栅型偏振元件组合而得到的偏振光照射装置的构成例。

在同图中，作为光取向膜的工件40是例如视野角补偿薄膜那样的带状的纵长工件，由送出辊R1送出，朝图中箭头方向搬运，如下述地通过偏振光照射进行光取向处理，并通过卷取辊R2被卷取。

偏振光照射装置的光照射部20具备棒状灯21和聚光镜22，所述棒状灯21放射在光取向处理中所需的波长的光(紫外线)，例如高压水银灯或在水银中加入了其它金属的金属卤化物灯，所述聚光镜22将来自棒状灯21的紫外线朝工件40反射来进行聚光。如上所述，棒状灯21使用发光部具备同与工件40的搬运方向正交的方向的宽度相对应的长度的棒状灯。光照射部20以灯21的长度方向为工件40的宽度方向(相对于搬运方向为正交方向)的方式来配置。

在光照射部20的光出射侧设有作为偏振元件的线栅型偏振元件10。来自光照射部20的光通过线栅型偏振元件10进行偏振，并照射于被搬运到光照射部20下的工件40，进行光取向处理。

对于线栅型偏振元件，例如在专利文献3或专利文献4中详细地进行了表示。

图9表示线栅型偏振元件的概略的构造。

线栅型偏振元件10在透射欲偏振的光的波长(光取向的情况下为进行光取向所必需的紫外线的波长)的基板(例如石英)10b的表面，以间距P的等间隔平行地配置长度远比宽度长的多个直线状的电导体(例如铬或铝等的金属线，以下称为栅极10a)。

另外，基本上，若将栅极10a的间距P变狭窄，则偏振的光的波长变短。

若将该偏振元件插入到光路中，则平行于栅极的长度方向的偏振成分大部分被反射，而正交的偏振成分通过。因此，通过了线栅型偏振元件的光成为具有正交于偏振元件的栅极的长度方向的方向上的偏振轴的偏振光。

另外，对于形成栅极的制造方法或材质，进行了改良或提出了新的方案，这样的改良或方案例如有专利文献5。

以往，作为光取向膜用的偏振光照射装置，将作为线状光源的棒状灯与线栅型偏振元件组合的方法基于如下理由。

来自棒状灯的光是发散光，即使在灯的射出侧配置偏振元件而欲得到偏振光，也有各种角度的光会入射到偏振元件中。

作为偏振元件，已知有利用了蒸镀膜或布儒斯特角(Brewster angle)的偏振元件。

但是，这些偏振元件只能对以由偏振元件所决定的角度入射的光进行偏振，而以除此以外的角度入射的光，几乎不偏振地通过。因此，如果在光源为发散光的情况下使用利用了蒸镀膜或布儒斯特角的偏振元件，则与使入射到偏振元件中的光为平行光来使入射角度一致的情况相比较，所得到的偏振光的消光比变差。

此外，也有利用了有机膜的偏振元件，其由于在长时间照射用于光取向的紫外区域的光时，特性会劣化，因而难以在工业上使用。

相对于此，线栅型偏振元件的射出的偏振光的消光比相对于入射到偏振元件的光的角度的依赖性较小。因此，即使是如从棒状灯发出的光那样的发散光，若入射角度为±45°的范围，则遍及光所照射的区域全体，可得到较优异的消光比的偏振光。

因此，只要对应于光取向膜的宽度来设置棒状灯的长度，并将光取向膜相对于偏振光照射装置朝一方向相对地移动，则原理上能够通过1个灯进行大面积的光取向膜的取向处理。

若将棒状灯与线栅型偏振元件组合，则不需要用于使来自光源的光成为平行光的光学元件，能低成本地制作装置全体。

专利文献1：日本特开2004-163881号公报

专利文献2：日本特开2004-144884号公报

专利文献3：日本特开2002-328234号公报

专利文献4：日本特表2003-508813号公报

专利文献5：日本特开2007-178763号公报

非专利文献1：H.Shitomi.et al.“Optically Controlled Alignment ofLiquid Crystal on Polyimide Films Exposed to Undulator Radiation”Proc.Int.Conf.SRMS-2Jpn.J.Appl.Phys.Vol.38(1999).pp.176-179

以往，以波长为300nm～500nm的偏振光进行取向的光取向膜较多。但是，最近，也开始制作以波长为300nm以下(200nm～300nm)的偏振光进行取向的光取向膜(参照非专利文献1)。

因此，作为偏振光照射装置，要求射出波长为300nm以下(200nm～300nm)的偏振光的装置，尤其是在260nm±10nm(较佳是260nm±20nm)的波长区域可得到消光比为15∶1以上的偏振光的装置。

但是，通过将棒状灯与线栅型偏振元件组合来制作此种装置，则有如下问题。

线栅型偏振元件的栅极通过蚀刻形成。因此，作为栅极的材料，以往多使用容易加工的铝。但是，用铝形成栅极时，本发明人发现会发生以下的3个问题。

(1)：在波长为300nm以下的区域，偏振光的消光比降低，而在大约250nm以下的波长区域，消光比成为1∶1(变得不偏振)。

(2)：在波长为340nm以下的区域，根据入射到线栅型偏振元件的光的角度，透射率会变化。如上所述，来自棒状灯的光是发散光。因此，入射到偏振元件的光的角度根据场所而不相同(在灯的正下方即偏振元件的中央部，入射角度小的光的成分较多，而在周边部，入射角度大的光的成分较多)。因此，在根据入射到偏振元件的光的角度而使透射率发生变化时，则在射出的偏振光中产生照度不均匀(偏振光照射区域的照度分布变大)。

(3)：如果入射到线栅型偏振元件的光的角度变大，则从偏振元件射出的偏振光的方向会变化。即，随着朝向偏振元件的入射角度变大，射出的偏振光的偏振轴的旋转角度变大。

如上所述，关于入射到偏振元件的光的角度，在偏振元件的中央部，则入射角度小的光的成分较多，而在周边部，则入射角度大的光的成分较多。所以在偏振光所照射的照射区域的中央部，即使偏振光的偏振轴的方向朝向所期望的方向，在周边部，偏振光的偏振轴的方向从所期望的方向旋转偏离。即，在偏振光的照射区域中，偏振轴的方向产生偏差。

在偏振光的照射区域中，若在偏振光的照度不均匀或在偏振轴的方向有偏差的状态进行处理，则有时取向膜中产生无法得到所期望的取向特性的部分。

发明内容

本发明是根据上述情况而作出的，其目的在于提供一种光取向用偏振光照射装置，在将线状光源与线栅型偏振元件组合而对光取向膜照射偏振光的偏振光照射装置中，即使在300nm以下的波长区域中也能得到良好的消光比的偏振光，此外，在波长为300nm以下的区域中，即使入射到偏振元件的光的角度不相同，透射率也不会变化，而且，即使入射到线栅型偏振元件的光的角度不相同，射出的偏振光的方向也不会变化(偏振轴旋转)。

本发明人进行了深入研究，其结果发现利用氧化钛(TiOx)形成线栅型偏振元件的栅极，能解决上述的问题。

即，若使用具有由氧化钛(TiOx)形成的栅极的偏振元件，则在300nm以下的波长区域也能得到良好的消光比的偏振光，即使光取向膜的感度为200～300nm的范围的工件，也能有效地进行光取向处理。

基于以上内容，在本发明中，光取向用偏振光照射装置具备将来自线状光源的光利用线栅型偏振元件进行偏振而射出的光照射部，将来自该光照射部的偏振光照射至取向膜，其中，上述线栅型偏振元件的栅极利用氧化钛(TiOx)形成。

在本发明中，能得到以下的效果。

(1)利用氧化钛(TiOx)形成线栅型偏振元件的栅极，由此即使在300nm以下的波长区域，也可以得到良好的消光比的偏振光。

具体地说，在260nm±20nm的范围中，能得到15∶1以上的消光比。

因此，通过使用上述线栅型偏振元件与线状光源来构成光取向用偏振光照射装置的光照射部，从而可有效地进行光取向膜的感度为200～300nm的范围的工件的光取向。

(2)通过使用上述线栅型偏振元件，在波长为300nm以下的区域中，即使入射到偏振元件的光的角度不相同，透射率也几乎没有变化。

(3)此外，通过使用上述线栅型偏振元件，即使入射到线栅型偏振元件的光的角度不相同，也几乎不存在射出的偏振光的方向变化(偏振轴旋转)的情况。

附图说明

图1是表示本发明的实施例的偏振光照射装置的构成例的图。

图2是表示本发明的实施例的线栅型偏振元件的构成例的图。

图3是表示将多个偏振元件排列配置而得到的线栅型偏振元件的构成例的图。

图4是表示入射到线栅型偏振元件的非偏振光的波长与射出的偏振光的消光比的关系的图。

图5是表示入射到线栅型偏振元件的非偏振光的角度与在该角度入射的光的分光透射率的图。

图6是表示入射到线栅型偏振元件的非偏振光的角度与射出的偏振光的偏振轴的旋转量的关系的图。

图7是表示本发明的偏振光照射装置的其它构成例的图。

图8是表示将棒状灯与线栅型偏振元件组合而得到的偏振光照射装置的构成例的图。

图9是表示线栅型偏振元件的概略构造的图。

符号说明

1线栅型偏振元件，1a栅极，1b基板，1c框，2棒状灯，3反射镜，4工件，4a光取向膜，5工件平台，6光照射部

具体实施方式

图1表示本发明的实施例的偏振光照射装置的构成例。

在光照射部6中，与图8同样，内设有作为线状的光源的高压水银灯或在水银中添加有金属的金属卤化物灯等棒状灯2和反射来自灯2的光的槽状反射镜3。此外，在光射出侧设有线栅型偏振元件1。在此，棒状高压水银灯或金属卤化物灯是公知的作为放射波长为300nm以下的光的光源。

另外，在图1中，与图8不相同的是，形成有光取向膜的工件4并不是带状工件，而是在光透射性的基板上形成有光取向膜4a的面板基板，被载于工件平台5上。该光取向膜4a的感度例如在200～300nm的范围内。

在面板基板的情况下，也与带状工件的情况相同，使用具备与面板基板的宽度对应的发光长度的灯，相对于偏振光可照射的区域，使工件4在相对于灯2的长度方向为正交的方向上相对地移动而进行光取向处理。

即，工件4朝图中箭头方向被搬运，而来自光照射部6的光通过线栅型偏振元件1被偏振，并照射于被搬运到光照射部6下的工件4而进行光取向处理。

以下，作为线状光源以棒状灯作为例子加以说明，但是，近年来，放射紫外光的LED或LD也逐渐被实用化，也可以直线状地排列配置此种LED或LD来作为线状光源。另外，此时，排列LED或LD的方向相当于灯的长度方向。

图2表示本发明的实施例的线栅型偏振元件的构成。

如图2所示，通过氧化钛(TiOx)形成线栅型偏振元件的栅极。

氧化钛的栅极1a形成于透射200nm～300nm的波长的光的基板(例如石英或氟化镁等)1b的表面。栅极的间距为150nm。此外，栅极1a的高度为100nm以上。

另外，由于线栅型偏振元件无法制作大型的元件，因而实际上在配置于光照射部6的光射出侧时，如图3所示，将多个相同种类的线栅型偏振元件1排列于框1c中而构成。偏振元件的个数根据照射偏振光的区域的大小而适当地选择。

图4表示入射到线栅型偏振元件的非偏振光的波长与射出的偏振光的消光比的关系。在同图中，横轴表示光的波长(nm)，而纵轴以对数表示消光比。

在图4中，A(菱形标记)是以氧化钛形成栅极的情形，而B(三角标记)是以铝形成栅极的情形。此外，栅极的间距两者都是150nm。

如同图所示，以铝形成栅极时，在波长为300nm以上的区域，可得到50∶1以上的良好的消光比。但是，在波长为300nm以下的区域，消光比降低，而在波长为约270nm处，消光比成为大约10∶1，在波长为约250nm处，消光比成为约1∶1，无法得到偏振光。

与此相对，以氧化钛形成栅极时，在波长为300nm以下的区域中的消光比与铝的情况相比较好，而在波长为240nm～300nm的范围下，能得到消光比为15∶1以上的偏振光。另外，240nm以下的虚线是推测值。

如上所述，目前正在寻求在260nm±10nm(优选为260nm±20nm)的波长区域下可得到消光比为15∶1以上的偏振光的装置，但是只要使用以氧化钛形成栅极的线栅型偏振元件就能响应该要求。

另外，理论上，即使以铝形成栅极，若将间距变狭窄，也应当能将短波长的光偏振。但是，实际上如果将间距变狭窄，则栅极欠缺或弯曲，从而使射出的偏振光的品质降低，其结果是，无法得到消光比为15∶1以上的偏振光。在现状中，作为比150nm还要狭窄的间距的线栅型偏振元件，很难制作出工业上能使用的元件。

图5表示入射到线栅型偏振元件的非偏振光的角度与以该角度入射的光的分光透射率。图5(a)是表示以氧化钛形成栅极时的实验结果，而图5(b)是以铝形成栅极时的实验结果。

两个图中，横轴均表示入射到线栅型偏振元件的光的波长(nm)，而纵轴表示光的透射率(％)。分别对入射到线栅型偏振元件的光的角度(入射角)为0°(垂直入射)的情况、30°的情况、45°的情况进行测定。

以氧化钛形成栅极时，或是以铝形成栅极时，在波长为340nm以上的区域，即使入射到偏振元件的光的角度发生变化，透射率都不变。

但是，如图5(b)所示，以铝形成栅极时，则在波长为340nm以下的区域中，当入射角变大，则在特定的波长区域中，透射率降低。

例如，入射到偏振元件的角度为30°的光的透射率在波长为270nm～300nm的区域中，与入射角度为0°的光相比较，透射率降低大约10％。此外，在入射到偏振元件的角度为45°的光的透射率在波长为280nm～340nm的区域中，与入射角度为0°的光相比较，透射率降低约15％。

如上所述，使用棒状灯作为光源时，来自棒状灯的光是发散光，而在灯的正下方亦即在偏振元件的中央部，入射角度小的光的成分较多，而在周边部，则入射角度大的光的成分较多。

因此，如上所述，当光的入射角度变大而降低光的透射率时，则在偏振光所照射的区域的周边部，偏振光的照度变小。因此，在偏振光照射区域的周边部，无法充分地进行光取向膜的光取向处理。

与此相对，如图5(a)所示，以氧化钛形成栅极时，在入射角为0°、30°、45°的任一情况下，在200nm～300nm的波长区域中，透射率也几乎没有差别。因此，在偏振光所照射的照射区域，能进行没有偏振光的照度不均匀(照度均匀度高)的照射。因此，在偏振光所照射的整个区域，能充分地进行光取向膜的光取向处理。

图6表示入射到线栅型偏振元件的非偏振光的角度与射出的偏振光的偏振轴的旋转量的关系。横轴是入射到线栅型偏振元件的光的角度(°)，而纵轴是射出的偏振光的偏振轴的旋转量(°)。

偏振轴的旋转量表示以入射角度为0°时的偏振轴的方向为基准、并从该基准开始的旋转角度。

另外，入射到线栅型偏振元件的光的波长在以氧化钛形成栅极的偏振元件的情况下为254nm，而在以铝形成栅极的偏振元件的情况下为365nm。

如同图所示，在以铝形成栅极的情况下，随着光的射角度变大，射出的偏振光的偏振轴的旋转量变大，在入射角度为45°的情况下，偏振轴旋转约6°。

如上所述，由于在偏振元件的中央部入射角度小的光的成分较多，而在周边部入射角度大的光的成分较多，因而如果通过光的入射角度变大而使偏振光的偏振轴的旋转量变大，则在偏振光所照射的区域的周边部，偏振光的偏振轴的方向从所期望的方向会旋转很大(会偏离)。因此，在偏振光照射区域的周边部，无法将光取向膜朝所期望的方向进行光取向处理。

与此相对，以氧化钛形成栅极时，即使光的入射角度变化，射出的偏振光的偏振轴是几乎不会旋转。

因此，遍及偏振光所照射的区域全体，能进行没有偏振轴的偏差的照射。因此，在偏振光所照射的整个区域中能将光取向膜朝所期望的方向进行光取向处理。

图7表示本发明的偏振光照射装置的其它构成例。

同图是将多个具备棒状灯2与聚光镜3、及以氧化钛形成栅极的线栅型偏振元件1的光照射部6排列设置在工件4被搬运的方向上的例子。形成有光取向膜4a的工件4被载置于工件平台5上，朝同图的箭头方向被搬运。

通过设置多个光照射部6，能增加在工件4上的光取向膜4a上所照射的偏振光的照射量，从而能加快工件4的搬运速度。因此，能提高光取向的生产能力(每单位时间的处理枚数)。

Claims (1)

1、一种光取向用偏振光照射装置，其具备通过线栅型偏振元件对来自线状光源的光进行偏振而射出的光照射部，用来自该光照射部的偏振光对取向膜进行照射，其特征在于，所述线栅型偏振元件的栅极由氧化钛形成。

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