JP5205498B2

JP5205498B2 - 光照射装置

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Publication number: JP5205498B2
Application number: JP2011172610A
Authority: JP
Inventors: 登國松; 冨岡　　安; 園田英博
Original assignee: 株式会社ジャパンディスプレイイースト
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-08-08
Also published as: JP2013037158A; US20130039030A1

Description

本発明は、液晶パネルの光配向膜や位相差フィルムなどの製造のための光照射装置、および液晶パネルのカラーフィルタやＴＦＴの製造のための光照射装置に関し、特に、照射プロセスのプロセス時間を短縮した光照射装置に関する。

液晶表示素子において、配向膜に配向機能を付与するための処理方法として、光配向法が提案されている。光配向法は、ポリイミドなどの高分子膜に直線偏光された紫外線光（偏光ＵＶ光）等を照射することにより、偏光方向の高分子鎖を選択的に反応させて、高分子膜の分子の並びに異方性を発生させて液晶配向能を付与するものである。

光配向法による配向膜の製造においては、偏光ＵＶ光を発生する光源と未配向の高分子膜とを相対的に移動（スキャン）することにより、偏光露光を行う。

特許文献１には、「部分的に偏光させ且つ部分的に平行化した光で基材を整合するための露光システムにおいて、少なくとも一つの光線の源と、前記光線を部分的に平行化するための手段と、前記光線を部分的に偏光するための手段であって、部分的に偏光させた光線の偏光比が約１：１の状態が除外された１：１００乃至１００：１の範囲にある、前記手段と、前記部分的に平行化し且つ部分的に偏光させた光線に対して前記基材を移動させるための手段であって、前記部分的に偏光させた光線は、一つの次元に沿った発散角度が約５°以上であり且つ約３０°以下であり、前記一つの次元に直交する次元に沿った発散角度が限定されていない、前記手段と、を有する、露光システム。」（請求項１）、が記載されている。

特許第３９４６４４１号公報

従来技術に基づく光照射装置の光学系を、図５に示す。ロングアークランプ１から発生した紫外線光は反射ミラー２で集められ、偏光子３で直線偏光とされ、スリット４で幅を規制されて、未配向の高分子膜（基材）が形成された基板５上に照射される。特許文献１では、一つの次元に沿った発散角度が約５°以上であり且つ約３０°以下であるとされているので、図５の角度θは、その半分の、
２．５°≦θ≦１５° となる。
なお、θは、基板から見上げたときの、スリット４の開口の端を通して光源を見る角度である。
そして、図５に示すように、光源と基板の距離をＨ、スキャン方向の主照射エリア長をＸとすると、Ｈに対するＸの範囲は、ｔａｎθ＝（Ｘ／２）／Ｈの関係から、
０．０８７Ｈ≦Ｘ≦０．５３６Ｈとなる。

図６に、ロングアークランプ１を固定し、基材が形成された基板５を移動してスキャン照射を行った様子を示す。上段の図は照射開始時を、中段の図は照射中を、下段の図は照射終了時を示す。基板長をＬ、光照射装置の主照射エリア長をＸ、ランプからの直接照射光ではなく、反射ミラーからの反射光のみが照射される、反射光照射エリア長をＺ、基板のスキャン速度をＶ（一定）とすると、
スキャン距離＝基板長（Ｌ）＋主照射エリア長（Ｘ）＋反射光照射エリア長（Ｚ）×２
照射時間（Ｔ）＝スキャン距離／スキャン速度
＝（Ｌ＋Ｘ＋２Ｚ）／Ｖ
となる。

従来技術においては、主照射エリア長Ｘが大きいため、光照射プロセスにおける基板の移動距離が長く、基板に光を照射する時間が長くなり、プロセス時間が長くなる。すなわち、生産のスループットが低くなる。

本発明は、光照射装置において、照射エリア長を狭くすることによってスキャン距離を短縮し、光照射プロセスのプロセス時間を短縮することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光照射装置は、ロングアークランプを用いて基板に光を照射する光照射装置において、断面形状が楕円または放物線状であり、照射される光を基板面上に集光させるような形状となっている反射ミラーと、照射される光の照射エリアを限定するためのスリットと、を備えており、前記ロングアークランプの長軸に直交する断面において、前記ロングアークランプからの直接照射光が照射されるエリアの長さである主照射エリア長Ｘと、前記ロングアークランプと前記基板の間隔ＨとがＸ＜０．０８７Ｈの関係を満たし、前記スリットと前記基板の間隔ｈが、前記反射ミラーの開口端部のスキャン方向の長さをＹ、前記反射ミラーの開口端部と基板との間隔をＨ’としたとき、
ｈ＜ＸＨＨ’／（（６Ｈ−５Ｈ’）Ｘ＋５ＨＹ）
の関係を満たすことを特徴とするものである。

また、本発明の光照射装置は、ロングアークランプを用いて基板に光を照射する光照射装置において、光源の照射方向を概略制御する反射ミラーと、前記反射ミラーの基板側端面と基板との間に配置された側面反射ミラーと、を備えており、前記ロングアークランプの長軸に直交する断面において、前記ロングアークランプからの直接照射光が照射されるエリアの長さである主照射エリア長Ｘと、前記ロングアークランプと前記基板の間隔ＨとがＸ＜０．０８７Ｈの関係を満たすことを特徴とするものである。

また、本発明の光照射装置は、ロングアークランプを用いて基板に光を照射する光照射装置において、光源の照射方向を概略制御する反射ミラーと、前記反射ミラーの基板側端面に設けられ、光を反射しつつ、開口部により光を通過させるミラースリットと、照射される光の照射エリアを限定するためのスリットと、を備えており、前記ロングアークランプの長軸に直交する断面において、前記ロングアークランプからの直接照射光が照射されるエリアの長さである主照射エリア長Ｘと、前記ロングアークランプと前記基板の間隔ＨとがＸ＜０．０８７Ｈの関係を満たすことを特徴とするものである。

また、本発明の光照射装置は、ロングアークランプを用いて基板に光を照射する光照射装置において、光源の照射方向を概略制御する反射ミラーと、前記ロングアークランプの長軸に直交する断面において光をコリメート化するシリンドリカルレンズと、照射される光の照射エリアを限定するためのスリットと、を備えており、前記ロングアークランプの長軸に直交する断面において、主照射エリア長Ｘと、前記ロングアークランプと前記基板の間隔ＨとがＸ＜０．０８７Ｈの関係を満たすことを特徴とするものである。

本発明によれば、光配向膜などの製造において、光照射プロセスのプロセス時間を短縮し、生産のスループットを向上させることができる。

本発明の実施例１の光照射装置を示す図である。本発明の実施例２の光照射装置を示す図である。本発明の実施例３の光照射装置を示す図である。本発明の実施例４の光照射装置を示す図である。従来の光照射装置を示す図である。スキャン照射を説明する図である。

本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。各図面において、同一の構成要素には同一の番号を付し、繰り返しの説明は省略する。

図１に、本発明の実施例１の光照射装置を示す。図1（ａ）は、光配向膜の製造などに用いるものである。基板５の幅と同程度の長さを有するロングアークランプ１に対し、基板５と反対側に、ロングアークランプ１を覆うように反射ミラー２が設けられている。ロングアークランプ１は、紫外線光などの光を発生する。反射ミラー２は、その断面形状が楕円または放物線状であり、ロングアークランプ１から照射される光を基板面上に集光させるような形状となっている。反射ミラー２で集光された光は、偏光子３により、直線偏光された光となる。直線偏光とされた光は、基板５の近くに配置されたスリット４により、端部の強度の弱い光がカットされて、未配向の高分子膜（基材）が形成された基板５上に照射される。
この実施例において、発散角（２θ）は５°未満、すなわち基板からスリット４の開口の端部を通ってロングアークランプ１を見上げた角度θが２．５°未満であり、したがって、スキャン方向の断面において、主照射エリア長Ｘと、ロングアークランプと基板の間隔Ｈとは次の関係を満たす。

Ｘ＜０．０８７Ｈ
実際には、このように発散角（２θ）で定義される主照射エリア長Ｘ（ランプから直接照射されるエリア長）の外側に、反射ミラー２の反射光のみが照射されるエリアが存在する。そのうち、反射ミラー端部２’を経由して反射された光がエリアの最も外側になる。この反射光のみにより照射されるエリア長を、反射光照射エリア長Ｚとすると、全照射エリア長はＸ＋２Ｚとなる。プロセス時間を短縮するには、ＸだけでなくＺも限りなく小さくする必要がある。そこで、Ｚが主照射エリア長Ｘの1／10以下となるように、スリット４と基板５の間隔ｈを調整した。
反射ミラー２の開口幅をＹ、前記反射ミラーの開口端部と基板との間隔をＨ’とすると、反射光照射エリア長Ｚは、
Ｚ＝（（Ｈ−Ｈ’）Ｘ＋ＨＹ）ｈ／２Ｈ（Ｈ’−ｈ）
となり、ＺをＸの１／１０、すなわち
Ｚ＜Ｘ／１０
とすると、スリット４と基板５の間隔ｈは、次の関係を満たす。

ｈ＜ＸＨＨ’／（（６Ｈ−５Ｈ’）Ｘ＋５ＨＹ）
実施例１において、ロングアークランプと基板の間隔Ｈを１５０ｍｍ、反射ミラー開口端部と基板との間隔Ｈ’を１１０ｍｍ、反射ミラーの開口幅Ｙを１５０ｍｍ、θを２°、スリット４と基板５の間隔ｈを１．４ｍｍとすると、主照射エリア長Ｘは１０．５ｍｍ、反射光照射エリア長Ｚは１．０ｍｍとなる。基板の長さＬを９２０ｍｍ、基板の速度Ｖを２０ｍｍ／ｓとして照射時間Ｔを求めると、照射時間は４６．６ｓとなる。この場合のＸは０．０６９８Ｈとなり、よりスループットを高めるために理想的には、Ｘ＜０．０７Ｈを実現するものがよい。

これに対し、従来技術である、θを１５°、スリット４と基板５の間隔ｈを２０ｍｍとし、他の条件は同様とすると、主照射エリア長Ｘは８０ｍｍ、反射光照射エリア長Ｚは１９ｍｍとなり、照射時間は５１．９ｓとなる。尚、θが小さくなり過ぎると照射効率が低下するため、θは０．２５以上を確保することが望ましい。

図１（ｂ）は、図１（ａ）において偏光子３を有しないものであり、液晶パネルのカラーフィルタやＴＦＴの製造などに用いるものである。偏光子の有無以外は、図１（ａ）と同様の構成を備え、同様の効果を奏する。

図２に、本発明の実施例２の光照射装置を示す。図２（ａ）は、光配向膜の製造などに用いるものである。基板５の幅と同程度の長さを有するロングアークランプ１に対し、基板５と反対側に、ロングアークランプ１を覆うように反射ミラー２が設けられている。ロングアークランプ１は、紫外線光などの光を発生する。反射ミラー２は、その断面形状が楕円または放物線状であり、ロングアークランプ１から照射される光を基板面上に照射するような形状となっている。反射ミラー２の基板側端面と基板５との間には、スキャン方向の両側に、側面反射ミラー６が設けられている。２つの側面反射ミラー６の、基板側の端面の距離は、主照射エリア長Ｘとなっている。ロングアークランプ１からの直接光、或いは反射ミラー２によって反射された光は、偏光子３で直線偏光とされ、側面反射ミラー６で反射されて、或いは直接に、未配向の高分子膜（基材）が形成された基板面上に照射される。

本実施例においても、スキャン方向の断面において、主照射エリア長Ｘと、ロングアークランプと基板の間隔Ｈとは次の関係を満たしている。

Ｘ＜０．０８７Ｈ
したがって、主照射エリア長Ｘは、従来技術に比べて短くなっており、スキャン距離を短縮し、プロセス時間を短縮することができる。

実施例２では、光源からの光をスリットでカットすることなく、側面反射ミラー６で反射することにより、ほぼ全ての光を基板面上に照射することができるので、効率良く光配向膜の配向を行うことができる。

実施例２において、ロングアークランプと基板の間隔Ｈを１５０ｍｍ、θを２°とすると、主照射エリア長Ｘは１０．５ｍｍとなる。基板の長さＬを９２０ｍｍ、基板の速度Ｖを２０ｍｍ／ｓとして照射時間Ｔを求めると、照射時間は４６．５ｓとなる。この場合のＸは０．０６９８Ｈとなり、よりスループットを高めるために理想的には、Ｘ＜０．０７Ｈを実現するものがよい。但し、θが小さくなり過ぎると照射効率が低下するためθは０．２５以上を確保することが望ましいが、実施例１に比べて反射光の利用率が高いため、θを０．０２５以上を確保する構成であってもよい。

図２（ｂ）は、図２（ａ）において偏光子３を有しないものであり、液晶パネルのカラーフィルタやＴＦＴの製造に用いるものである。偏光子の有無以外は、図２（ａ）と同様の構成を備え、同様の効果を奏する。

図３に、本発明の実施例３の光照射装置を示す。図３（ａ）は、光配向膜の製造などに用いるものである。基板５の幅と同程度の長さを有するロングアークランプ１に対し、基板５と反対側に、ロングアークランプ１を覆うように反射ミラー２が設けられている。ロングアークランプ１は、紫外線光などの光を発生する。反射ミラー２は、その断面形状が楕円または放物線状であり、ロングアークランプ１から照射される光を基板面上に照射するような形状となっている。反射ミラー２の基板側端面には、開口を有するミラースリット７が設けられている。ミラースリット７は、光源からの光を直接開口を通して出射し、或いは、反射ミラー２及びミラースリット７で反射して、開口を通して出射する。ミラースリット７からの光は、偏光子３により直線偏光とされ、スリット４で、端部の強度の弱い光はカットし、中央部の光は開口を通して未配向の高分子膜（基材）が形成された基板面上に照射される。

Ｘ＜０．０８７Ｈ
実際には、このように発散角（２θ）で定義される主照射エリア長Ｘ（ランプから直接照射されるエリア長）の外側に、反射ミラー２の反射光のみが照射されるエリアが存在する。そのうち、ミラースリット７端部を経由して反射された光がエリアの最も外側になる。この反射光のみにより照射されるエリア長を、反射光照射エリア長Ｚとすると、全照射エリア長はＸ＋２Ｚとなる。プロセス時間を短縮するには、ＸだけでなくＺも限りなく小さくする必要がある。そこで、Ｚが主照射エリア長Ｘの１／１０以下となるように、スリット４と基板５の間隔ｈを調整した。
ミラースリット７の開口幅をＳ、前記反射ミラーの開口端部と基板との間隔をＨ’とすると、反射光照射エリア長Ｚは、
Ｚ＝（（Ｈ−Ｈ’）Ｘ＋ＨＳ）ｈ／２Ｈ（Ｈ’−ｈ）
となり、ＺをＸの１／１０、すなわち
Ｚ＜Ｘ／１０
とすると、スリット４と基板５の間隔ｈは、次の関係を満たす。

ｈ＜ＸＨＨ’／（（６Ｈ−５Ｈ’）Ｘ＋５ＨＳ）
実施例３では、反射ミラー２の基板側端面に、開口を有するミラースリット７を設けている。光源からの光を反射ミラー２とミラースリット７で反射して、ミラースリットの中央部の開口から出射しているので、光源からの光の多くを主照射エリア長Ｘの範囲に照射することができ、効率良く光配向膜の配向を行うことができる。

実施例３において、ロングアークランプと基板の間隔Ｈを１５０ｍｍ、反射ミラー開口端部と基板との間隔Ｈ’を１１０ｍｍ、ミラースリットの開口幅Ｓを５０ｍｍ、θを２°、スリット４と基板５の間隔ｈを４ｍｍとすると、主照射エリア長Ｘは１０．５ｍｍ、反射光照射エリア長Ｚは１．０ｍｍとなる。基板の長さＬを９２０ｍｍ、基板の速度Ｖを２０ｍｍ／ｓとして照射時間Ｔを求めると、照射時間は４６．６ｓとなる。この場合のＸは０．０６９８Ｈとなり、よりスループットを高めるために理想的には、Ｘ＜０．０７Ｈを実現するものがよい。但し、θが小さくなり過ぎると照射効率が低下するためθは０．２５以上を確保することが望ましいが、実施例１に比べて反射光の利用率が高いため、θを０．０２５以上を確保する構成であってもよい。

図３（ｂ）は、図３（ａ）において偏光子３を有しないものであり、液晶パネルのカラーフィルタやＴＦＴの製造に用いるものである。偏光子の有無以外は、図３（ａ）と同様の構成を備え、同様の効果を奏する。

図４に、本発明の実施例４の光照射装置を示す。図４（ａ）は、光配向膜の製造などに用いるものである。基板５の幅と同程度の長さを有するロングアークランプ１に対し、基板５と反対側に、ロングアークランプ１を覆うように反射ミラー２が設けられている。ロングアークランプ１は、紫外線光などの光を発生する。反射ミラー２は、その断面形状が楕円または放物線状であり、ロングアークランプ１から照射される光を基板面上に照射するような形状となっている。反射ミラー２の基板側には、シリンドリカルレンズ８が設けられている。シリンドリカルレンズは、半円柱状のレンズを複数平行に並べたもので、光源からの発散光、或いは反射ミラーで反射された光は、シリンドリカルレンズ８で平行光に変換される。シリンドリカルレンズ８からの光は、偏光子３で直線偏光とされ、スリット４の開口を通して未配向の高分子膜（基材）が形成された基板面上に照射される。

実施例４では、シリンドリカルレンズによって、発散光が平行光に変換されるため、有効照射エリア長を短縮することができる。
したがって、照射エリア長Ｘは、従来技術に比べて短くなっており、スキャン距離を短縮し、プロセス時間を短縮することができる。

実施例４において、ロングアークランプと基板の間隔Ｈを１５０ｍｍ、照射エリア長Ｘを１０．５ｍｍとする。基板の長さＬを９２０ｍｍ、基板の速度Ｖを２０ｍｍ／ｓとして照射時間Ｔを求めると、実施例２と同様に、照射時間は４６．５ｓとなる。

図４（ｂ）は、図４（ａ）において偏光子３を有しないものであり、液晶パネルのカラーフィルタやＴＦＴの製造に用いるものである。偏光子の有無以外は、図４（ａ）と同様の構成を備え、同様の効果を奏する。

以下の表１に、実施例１〜４の具体的な数値の例と、従来技術の比較例を、対比して記載する。Ｘ＜０．０８７Ｈの関係を満たす照射エリア長Ｘとすることにより、この例では、照射時間Ｔを、従来技術では５１．９ｓであったのを４６．５〜４６．６ｓに短縮することができる。

本発明によれば、光の照射エリアを狭くすることによってスキャン距離が短縮され、プロセス時間を短縮することができる。本発明は、液晶パネル用の光配向膜の製造、液晶パネル用の位相差フィルムの製造、３Ｄ液晶用のパタン付き位相差板の製造のみならず、液晶パネル用のカラーフィルタやＴＦＴなど、大面積の基板に光を照射するあらゆる製造プロセスに用いることができる。

１ロングアークランプ
２反射ミラー
３偏光子
４スリット
５基板
６側面反射ミラー
７ミラースリット
８シリンドリカルレンズ

Claims

ロングアークランプを用いて基板に光を照射する光照射装置において、
断面形状が楕円または放物線状であり、照射される光を基板面上に集光させるような形状となっている反射ミラーと、
照射される光の照射エリアを限定するためのスリットと、を備えており、
前記ロングアークランプの長軸に直交する断面において、
前記ロングアークランプからの直接照射光が照射されるエリアの長さである主照射エリア長Ｘと、前記ロングアークランプと前記基板の間隔Ｈとが
Ｘ＜０．０８７Ｈ
の関係を満たし、
前記スリットと前記基板の間隔ｈが、前記反射ミラーの開口幅をＹ、前記反射ミラーの開口端部と基板との間隔をＨ’としたとき、
ｈ＜ＸＨＨ’／（（６Ｈ−５Ｈ’）Ｘ＋５ＨＹ）
の関係を満たすことを特徴とする光照射装置。
請求項１記載の光照射装置において、
前記ロングアークランプと前記基板の間に偏光子を備えていることを特徴とする光照射装置。
ロングアークランプを用いて基板に光を照射する光照射装置において、
光源の照射方向を概略制御する反射ミラーと、
前記反射ミラーの基板側端面と基板との間に配置された側面反射ミラーと、を備えており、
前記ロングアークランプの長軸に直交する断面において、
前記ロングアークランプからの直接照射光が照射されるエリアの長さである主照射エリア長Ｘと、前記ロングアークランプと前記基板の間隔Ｈとが
Ｘ＜０．０８７Ｈ
の関係を満たすことを特徴とする光照射装置。
請求項３記載の光照射装置において、
ロングアークランプと基板の間に偏光子を備えていることを特徴とする光照射装置。
ロングアークランプを用いて基板に光を照射する光照射装置において、
光源の照射方向を概略制御する反射ミラーと、
前記反射ミラーの基板側端面に設けられ、光を反射しつつ、開口部により光を通過させるミラースリットと、
照射される光の照射エリアを限定するためのスリットと、を備えており、
前記ロングアークランプの長軸に直交する断面において、
前記ロングアークランプからの直接照射光が照射されるエリアの長さである主照射エリア長Ｘと、前記ロングアークランプと前記基板の間隔Ｈとが
Ｘ＜０．０８７Ｈ
の関係を満たすことを特徴とする光照射装置。
請求項５記載の光照射装置において、
ロングアークランプと基板の間に偏光子を備えていることを特徴とする光照射装置。