(57)【要約】【課題】            光エネルギーの利用効率が高く、熱の発生の低い電磁波照射装置を提供すること。【解決手段】        電磁波を放出する光源１と、光源１より放出された電磁波を対象物200に向けて反射させる曲面状のミラー２と、電磁波のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光Ａを透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Ｂを反射する偏光子３と、ミラー２と偏光子３との間に配置され、偏光Ｂを円偏光又は楕円偏光に変換する位相差素子４と、で構成される電磁波照射装置100。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を放出する光源と、
前記光源より放出された電磁波を対象物に向けて反射させる曲面状のミラーと、
前記電磁波のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光Ａを透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Ｂを反射する偏光子と、
前記ミラーと前記偏光子との間に配置され、前記偏光Ｂを円偏光又は楕円偏光に変換する位相差素子と、
を具備することを特徴とする電磁波照射装置。
【請求項２】
前記ミラーは、断面が楕円状又は放物線状であることを特徴とする請求項１記載の電磁波照射装置。
【請求項３】
前記位相差素子は、前記偏光子で反射され前記位相差素子を通過した電磁波の５０％以上が前記ミラーによる１回の反射で再度当該位相差素子を通過するように配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁波照射装置。
【請求項４】
前記位相差素子は、前記偏光子で反射され前記位相差素子を通過した電磁波の９０％以上が前記ミラーによる１回の反射で再度当該位相差素子を通過するように配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁波照射装置。
【請求項５】
前記位相差素子は、前記ミラーの焦点の位置に配置されることを特徴とする請求項２記載の電磁波照射装置。
【請求項６】
前記ミラーは、断面が楕円状であり、
前記偏光子は、前記楕円の二つの焦点より中心側に配置されることを特徴とする請求項１記載の電磁波照射装置。
【請求項７】
前記ミラーは金属からなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電磁波照射装置。
【請求項８】
前記位相差素子は、直線偏光した電磁波を透過させたときの電磁波の楕円率が０．７以上であることを特徴とする請求項１ないし７記載の電磁波照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶パネルの配向膜の配向処理としてラビング法が知られている。ラビング法とは、配向膜を塗布した基板に対してナイロンなどの布を巻いたローラを一定圧力で押し込みながら回転させ、配向膜表面を一定方向に擦る方法である。しかしながら、ラビング法は、ローラと高分子膜表面の摩擦によってパーティクルや静電気が生じるため、歩留まり等を左右する要因となっていた。
【０００３】
そこで近年では、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）が用いられるようになっている。この光配向技術で用いられる紫外線照射装置は、光源である棒状の直管ランプと、偏光子とで主に構成されている。そして、直管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子が通過させ、通過させた紫外線を対象物に照射することなどにより配向膜の配向処理を行なう。
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６５２９０
【特許文献２】特開２０１１−１４５３８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来の紫外線照射装置では、偏光子で所定方向の偏光軸の紫外線のみを利用するものであるため、光エネルギーの利用効率が低いという問題があった。また、利用できなかった光エネルギーは熱に変わるため、当該熱によって紫外線照射装置の寿命が短くなるという問題もあった。
【０００６】
そこで本発明は、光エネルギーの利用効率が高く、熱の発生の低い電磁波照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の電磁波照射装置は、電磁波を放出する光源と、前記光源より放出された電磁波を対象物に向けて反射させる曲面状のミラーと、前記電磁波のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光Ａを透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Ｂを反射する偏光子と、前記ミラーと前記偏光子との間に配置され、前記偏光Ｂを円偏光又は楕円偏光に変換する位相差素子と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
前記ミラーは、断面が放物線状又は楕円状に形成することができる。この場合、前記位相差素子は、前記偏光子で反射され前記位相差素子を通過した電磁波の５０％以上、好ましくは７５％以上、更に好ましくは９０％以上が前記ミラーによる１回の反射で再度当該位相差素子を通過するように配置される方が良い。更に好ましくは、前記位相差素子は、前記ミラーの焦点の位置に配置される方が良い。
【０００９】
また、前記ミラーの断面が楕円状である場合には、前記偏光子は、前記楕円の二つの焦点より中心側に配置される方が好ましい。
【００１０】
また、前記ミラーは金属からなるものを用いることができる。
【００１１】
また、前記位相差素子は、直線偏光した電磁波を透過させたときの電磁波の楕円率が０．７以上である方が好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電磁波照射装置は、偏光子で反射された電磁波の偏光軸を変化させて当該偏光子を透過させるので、光エネルギーの利用効率を高めることができる。また、熱の発生を押さえることができるので、電磁波照射装置の寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の電磁波照射装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明の別の電磁波照射装置を示す概略断面図である。
【図３】シミュレーション１の電磁波照射装置を説明するための（ａ）概略斜視図及び（ｂ）概略断面図である。
【図４】シミュレーション２の電磁波照射装置を説明するための（ａ）概略斜視図及び（ｂ）概略断面図である。
【図５】シミュレーション３の電磁波照射装置を説明するための（ａ）概略斜視図及び（ｂ）概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の電磁波照射装置について説明する。本発明の電磁波照射装置100は、図１に示すように、光源１と、ミラー２と、偏光子３と、位相差素子４とで主に構成される。
【００１５】
まず、本発明の電磁波照射装置100の原理を、図１を用いて説明する。
【００１６】
光源１から照射された電磁波Ｘは、偏光子３によって、所定の基準方向と平行な偏光軸の偏光Ａが透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Ｂが反射される。透過した偏光Ａは、対象物200に照射される。一方、反射された偏光Ｂは位相差素子４を通過すると円偏光（又は楕円偏光）の電磁波βに変換される。続いて当該電磁波βがミラー２で反射されると、反射前とは逆回転の円偏光（又は楕円偏光）である電磁波αになる。この電磁波αが再度位相差素子４を通過すると、ミラー２によって反射される前の電磁波βとは逆回転であるために、偏光Ｂとは偏光軸の角度が異なる線偏光となる。この電磁波は再び偏光子３で偏光Ａが透過し偏光Ｂが反射される。これを繰り返すことにより、光源１から照射された電磁波は、偏光Ａとして効率良く取り出すことができる。特に、電磁波に対して位相差素子４で付与される位相差が１／４波長である場合、図１に示すように、電磁波をミラー２によって位相差素子４に再通過させれば一回で電磁波をほぼ偏光Ａに変換し偏光子３を透過させることができる。したがって、吸収による損失を最小限に抑えることができる。
【００１７】
次に、本発明の電磁波照射装置100の各構成要素について説明する。
【００１８】
光源１は、電磁波を放出するためのものである。当該電磁波としては、用途に応じて選択すれば良いが、例えば、紫外線、可視光線、赤外線等が該当する。当該光源１は、特定波長の電磁波のみを放出するものであっても良いが、用途に応じた特定波長の電磁波を含む所定範囲の波長を有する電磁波を放射するものであっても良い。この場合には、特定波長の電磁波のみを透過するフィルタ等によって目的の電磁波のみを分離しても良い。液晶パネルの配向膜の配向処理に用いる紫外線照射装置の場合には、例えば、紫外線透過性のガラス管内に水銀、アルゴン、キセノンなどの希ガスが封入された水銀ランプや、水銀ランプに鉄やヨウ素などのメタルハライドが更に封入されたメタルハライドランプなどを光源として用いることができる。
【００１９】
ミラー２は、内面が光源１を内包するように曲面状に形成され、電磁波を偏光子３側に反射させるためのものである。当該ミラー２の材料としては、反射によって円偏光（又は楕円偏光）の電磁波の回転方向を反射前とは逆回転にできるものであればどのようなものでも良く、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）等の金属を用いることができる。また、ミラー２の形状は、光源１が放出する電磁波を対象物200に集光できる断面が楕円状のものや、光源１の放出する電磁波を対象物200に平行に集光できる放物線状のものを用いることができる。この場合、光源１は楕円又は放物線の焦点の位置に配置すれば良い。なお、光源１の放出する電磁波を対象物200に照射できるものであれば、ミラー２の形状は、これらに限られるものではない。また、電磁波照射装置100は、光源１が放出する電磁波を特定の位置に集光できるレンズと組み合わせることも可能である。
【００２０】
偏光子３は、電磁波のうち予め定められた基準方向と平行な偏光軸の偏光Ａを透過し、当該基準方向と垂直な偏光軸の偏光Ｂを反射するものである。偏光子３としては、いわゆる反射型の偏光子３であればどのようなものでも良い。例えば、基部の表面上にラインアンドスペース状に互いに平行に形成された凸部を有する反射型のワイヤグリッドを用いることができる。当該凸部の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）、アモルファスシリコン等の金属又は金属酸化物を用いることができる。また、当該凸部は、複数の材料からなる複層構造であっても良い。また、基部の材料としては、偏光Ａが透過できるものであればどのようなものでも良く、ガラスや透明な樹脂等を用いることができる。液晶パネルの配向膜の配向処理に用いる紫外線照射装置の場合には、耐熱性および透過性を考慮すると、基部の材料は石英ガラスが適している。なお、偏光子３は、凸部同士の間まで基部の誘電体が充填されたものや、凸部が基部に内包されていても良い。これにより、強度を高めたり、金属線の腐食を防止したりすることができる。
【００２１】
また、偏光子３は、凸部のピッチが狭いほど、またアスペクト比が高いほど、広い波長域、特に短波長域に亘り高い消光比が得られる点で好ましい。
【００２２】
なお、ミラー２の断面が楕円状である場合には、偏光子３は、楕円の二つの焦点より中心側に配置するのが良く、好ましくは楕円の中心からいずれかの焦点までの距離の半分以内に配置するのが良く、更に好ましくは、焦点間の中央に配置されるのが好ましい。
【００２３】
位相差素子４は、ミラー２と偏光子３との間に配置され、偏光Ｂを円偏光又は楕円偏光に変換するものである。原理の説明において上述したように、当該位相差素子４は、透過した電磁波に１／４波長の位相差を付与するものが好ましい。ただし、位相差素子４が凹凸構造からなるものである場合、アスペクト比によっては、位相差素子４の加工が難しい場合もある。そこで、位相差素子４で付与される位相差を１／４ｎ波長にしても良い（ｎは２以上の自然数）。この場合、電磁波を総て偏光Ａに変換するためにはミラー２によって位相差素子４へ再照射させる回数がｎ回必要となるが、位相差素子４の凹凸構造のアスペクト比は、位相差を１／４波長与える凹凸構造に比べて１／ｎに小さくすることができ、加工が容易となる。例えば、位相差素子４で付与される位相差を１／８波長にすると、ミラー２によって位相差素子４へ再照射させる回数は２回必要になるが、凹凸構造のアスペクト比は、位相差を１／４波長与える凹凸構造に比べて半分にすることができる。なお、位相差素子４で付与される位相差の誤差は、１／４波長又は１／４ｎ波長に対してプラスマイナス１０％以下が良く、更に好ましくは５％以下が良い。
【００２４】
また、図２に示すように、位相差素子４の位置がミラー２の開口部21側に近いと、位相差素子４を通過した電磁波βが再度位相差素子４を通過するまでに、ミラー２によって２回反射することになる。この場合、電磁波の回転は元に戻ってしまうため、位相差素子４を通過した電磁波は元の偏光Ｂに戻ってしまい、偏光子３をほとんど通過できない。つまり、電磁波が再度位相差素子４を通過する際に電磁波の回転方向を反射前と逆回転にするためには、位相差素子４を通過してから再度位相差素子４を通過するまでのミラー２による反射を奇数回にする必要がある。したがって、偏光子３で反射され位相差素子４を通過した電磁波の５０％以上、好ましくは７５％以上、更に好ましくは９０％以上がミラー２による１回の反射で再度位相差素子４を通過するように位相差素子４を配置するのが良い。例えば、ミラー２の断面が楕円状のものや放物線状のものである場合、当該位相差素子４の位置は、当該楕円又は放物線の焦点の位置又はできる限り焦点に近い位置に配置するのが好ましい。これにより、位相差素子４を通過した後、再度位相差素子４を通過するまでに、電磁波がミラー２によって反射される回数を１回にすることができる。
【００２５】
位相差素子４の特性としては、変換後の楕円率が０．６以上、好ましくは０．７以上である方が良い。
【００２６】
このような位相差素子４としては、偏光Ｂを円偏光又は楕円偏光に変換できればどのようなものでも良いが、例えば、凹凸構造を有し、当該構造を通過した電磁波に位相差を与えるものを用いることができる。凹凸構造は、例えば、波長λより小さい幅の凸部および凹部を有するラインアンドスペース状に形成される。また、凹凸構造は基部と同一の物質で一体に形成しても良いし、基部とは異なる物質で形成しても良い。凹凸構造の凸部に用いる材料としては、石英や無アルカリガラス等の無機化合物や、銀、金、アルミニウム、ニッケル、銅等の金属、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の金属酸化物、樹脂等を用いることができる。また、当該材料としては、波長λの電磁波によって電子が励起しないものの方が好ましく、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の金属酸化物が該当する。
【００２７】
次に、シミュレーションを用いて本発明の電磁波照射装置の効果を説明する。シミュレーションには、シノプシス社（synopsys, Inc）製のソフトDiffractMODとLightToolsを用いた。
【００２８】
［シミュレーション１］
まず、ミラーの断面が楕円状である場合についてシミュレーションをした。シミュレーションに用いた電磁波照射装置のモデルを、図３を用いて説明する。
【００２９】
光源１は、直径５ｍｍ、長さ５００ｍｍの円柱状で、放出する電磁波の波長を２５４ｎｍとした。
【００３０】
ミラー２は、図３（ａ）に示すように、光源１を内包する形状であって、楕円の一部を光源１の長手方向に５００ｍｍ連続させた形状とした。当該楕円は、図３（ｂ）に示すように、二つの焦点間の距離が２４１ｍｍ、頂点と焦点の距離が２１．１ｍｍの楕円を当該楕円の短軸方向で切断した形状である。切断した開口部21の大きさは１４５ｍｍとした。光源１は、この楕円に内包される焦点の位置に配置した。ミラー２の材料はアルミニウムとした。
【００３１】
偏光子３は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）の基板上に、ピッチが１００ｎｍで、凸部の高さが１８０ｎｍ、凸部の幅が３０ｎｍ又は４０ｎｍ、凸部の材料がアモルファスシリコン又はアルミニウムである４種類のワイヤグリッドとした。また、偏光子の位置は、上述したミラーを構成する楕円の内包されていない側の焦点の位置に、ミラーの開口部21と平行に配置した。
【００３２】
位相差素子は、通過する電磁波に１／４波長の位相差を付与するものを、光源１と０．５ｍｍの隙間を空けて、ミラーの開口部21と平行に配置した。
【００３３】
これらについて光源１の放出する光量に対する偏光子３を透過した光量の比である受光量を計算した。また、位相差素子４の有無による向上率についても計算した。その結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
2018072567.tif 000003
【００３５】
表１より、ミラー２と偏光子３の間に位相差素子４を配置すると受光量が向上することがわかる。また、凸部の材料は、アモルファスシリコンよりもアルミニウムの方が、受光量が高くなることがわかる。
【００３６】
［シミュレーション２］
次に、図４に示すように、シミュレーション１の偏光子３の位置をミラー２の楕円の二つの焦点間の中央に配置した。この場合についてシミュレーション１と同様の計算をした。その結果を表２に示す。
【００３７】
【表２】
2018072567.tif 000004
【００３８】
表２より、偏光子３の位置は、ミラーを構成する楕円の焦点位置に配置するよりも、焦点間の中央に配置する方が受光量が高く、位相差素子による効果も高いことがわかる。
［シミュレーション３］
次に、ミラーの断面が放物線状である場合についてもシミュレーションをした。シミュレーションに用いた電磁波照射装置のモデルを、図５を用いて説明する。
【００３９】
光源１は、直径５ｍｍ、長さ５００ｍｍの円柱状で、放出する電磁波の波長を２５４ｎｍとした。
【００４０】
ミラー２は、図５（ａ）に示すように、光源１を内包する形状であって、放物線を光源１の長手方向に５００ｍｍ連続させた形状とした。当該放物線は、図５（ｂ）に示すように、頂点と焦点の距離が１０．２ｍｍ、開口部21の大きさは１２４．５ｍｍとした。光源１は、この放物線の焦点の位置に配置した。ミラー２の材料はアルミニウムとした。
【００４１】
偏光子３は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）の基板上に、ピッチが１００ｎｍで、凸部の高さが１８０ｎｍ、凸部の幅が３０ｎｍ又は４０ｎｍ、凸部の材料がアモルファスシリコン又はアルミニウムである４種類のワイヤグリッドとした。また、偏光子の位置は、上述したミラーを構成する放物線の開口部２１に配置した。
【００４２】
位相差素子４は、通過する電磁波に１／４波長の位相差を付与するものを、光源１と０．５ｍｍの隙間を空けて、ミラーの開口部21と平行に配置した。
【００４３】
これらについて光源１の放出する光量に対する偏光子３を透過した光量の比である受光量と、位相差素子４の有無による向上率の結果を表３に示す。
【００４４】
【表３】
2018072567.tif 000005
【００４５】
表３より、ミラー２と偏光子３の間に位相差素子４を配置すると受光量が向上することがわかる。また、凸部の材料は、アモルファスシリコンよりもアルミニウムの方が、受光量が高くなることがわかる。
【符号の説明】
【００４６】
１  光源
２  ミラー
３  偏光子
４  位相差素子
100  電磁波照射装置
200  対象物
Ａ  直線偏光（電磁波）
Ｂ  直線偏光（電磁波）
Ｘ  電磁波
α  電磁波
β  電磁波
【図１】
2018072567.tif 000006
【図２】
2018072567.tif 000007
【図３】
2018072567.tif 000008
【図４】
2018072567.tif 000009
【図５】
2018072567.tif 000010