(57)【要約】【課題】比較的簡単な構造で、露光エネルギー量が大きく、大面積の露光が可能な偏光露光装置を提供する。【解決手段】光源としてロングアークの放電ランプを用い、該ランプから放射する光を反射し集光するための集光鏡、無機多層膜を利用した偏光素子ないしはブルースター角を利用した偏光素子、更には、それらを組み合わせた偏光素子、必要に応じて放電ランプと偏光素子の間に、ルーバー、ハニカムボード、レンズなどの平行光取り出し手段を設けた構成によって、比較的簡単な構造で、露光エネルギー量が大きく、大面積の露光が可能な配向膜、位相差フィルムの製造に用いることのできる偏光露光装置を提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶配向膜、位相差フィルムの製造において、材料となる感光性化合物膜に位相差を付与するための偏光露光方法において、非平行成分を含む出射光を出射する光源と、前記光源の前方に配置され、前記出射光の非平行成分を主に吸収ないし遮断するフィルター手段と、前記フィルター手段を透過した透過光を偏光変換する変換手段とをもって、前記感光性化合物膜に、Ｓ偏光とＰ偏光の比Ｓ／ＰまたはＰ／Ｓが０．５以下である偏光を照射することを特徴とする偏光露光方法。
【請求項２】
前記光源が、単一の長尺状光源ないし、長尺状に配置された複数の点光源であることを特徴とする、請求項１に記載の偏光露光方法。
【請求項３】
前記フィルター手段が、光源に対して略平行する立壁で仕切られた複数のセルをもって構成されることを特徴とする、請求項１に記載の偏光露光方法。
【請求項４】
前記セルの短径と立壁の長さの比率が、１：３〜１：２０の範囲にあることを特徴とする、請求項３に記載の偏光露光方法。
【請求項５】
前記セルの立壁表面を光吸収材で構成することを特徴とする、請求項３に記載の偏光露光方法。
【請求項６】
前記感光性化合物膜の前記偏光が照射される部位が、３ｍ／分以上の速度で連続的に平行移動することを特徴とする、請求項１に記載の偏光露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配向膜、位相差フィルムの材料となる重合体膜に偏光を照射して位相差を付与する偏光露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルにおける液晶配向膜は、基板にポリイミドなどの高分子化合物（重合体）を塗布し、表面をナイロンやポリエステル繊維を植毛した布を巻きつけたドラムで擦ることにより重合体表面に異方的な表面形状や分子構造を誘起し作製されてきた。このような高分子化合物（重合体）表面を植毛した布で物理的に擦るラビング方法は、配向膜の表面に微細な埃が付着したり静電気による放電が生じて、液晶パネルの製造工程において問題となっていた。  近年、上記のような問題点を解決するために、感光性化合物（感光性の重合体など）の表面に非接触に（ノンラビング配向膜の製法）直線偏光性の紫外光を露光して液晶配向膜を製造する光配向技術が注目されてきている。
【０００３】
この光配向技術では、感光性化合物が有する、２量化、光異性化、光分解などの光反応の２色性を利用することにより、感光性化合物の膜に異方性が発現して液晶配向能が得られる。  また、本発明者は、特開２００２−２０２４０９号公報などに、偏光露光と加熱冷却により複屈折誘起を利用した位相差フィルムを提案している。この位相差フィルムでは、感光性の重合体が有する２量化反応の２色性と加熱冷却により分子の配向を促進し、３次元の分子配向を制御できる特徴を有している。  これら配向膜、位相差フィルムを製造するには、基板などに塗布した（感光性の）重合体の膜に、感光性の重合体が光反応し得る波長の光（＝紫外線）を偏光素子により直線偏光に（偏光）変換して露光する装置が必要となる。
【０００４】
このような用途に供される装置として、特開平１０−９０６８４号公報、特許２９６０３９２号公報や特許２９２８２２６号公報にその構成が提案されている。  これら装置は図２に示すように、高圧水銀ランプのようなショートアークの放電ランプ（２１）、該ランプから放射する光を集光するための楕円集光鏡（２２）、レンズセル像の重ね合わせにより露光斑を改善するためのインテグレータレンズ〔多眼レンズ〕（２３）、平行光を得るためのコリメーターレンズ（２４）、前述楕円集光鏡で集光した光をインテグレータレンズに入射させるための第１の平面反射鏡（２５）、インテグレーターから出射した光をコリメーターレンズに入射させるための第２の平面反射鏡（２６）および非偏光である放電ランプの光を偏光に変換する偏光素子（２７）から構成されている。  偏光素子としては、無機多層膜を利用した偏光素子、ブリュースター角を利用した偏光素子、更には、それらを組み合わせたものが用いられ、放電ランプとコリメーターレンズの光路中の何処かないしは被露光物（２８）とコリメーターレンズの間に挿入された構成が提案されている。
【０００５】
上記従来技術において、ショートアークの放電ランプが用いられる理由は、点光源として光学系を設計し易いためであるが、このような設計の露光装置は構造が複雑なうえ、大面積を露光する場合には装置が急激に大型化してしまい低コストで偏光露光装置を作製することは困難であった。  また、上記の従来技術による偏光露光装置では、光源にショートアークの放電ランプが用いられるために、全光束量が限られており、大面積を露光する場合には単位面積当たりの露光エネルギー量を高めるのが困難なため、配向膜、位相差フィルムの製造に用いた場合、露光時間が長時間となり製造ラインスピードが大幅に低下し実用的ではなかった。
【特許文献１】特開２００２−２０２４０９号（特願２０００−４００３５６号）
【特許文献２】特開平１０−９０６８４号公報（特願平８−２４２１２１号）
【特許文献３】特許２９６０３９２号公報（特願平１０−９８８７５号）
【特許文献４】特許２９２８２２６号公報（特願平１０−９８８７４号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、これら課題を鑑みて、比較的簡単な構造で、露光エネルギー量が大きく、大面積の露光が可能な偏光露光方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明においては、液晶配向膜、位相差フィルムの製造において、材料となる感光性化合物膜に位相差を付与するための偏光露光の方法において、非平行成分を含む出射光を出射する光源と、前記光源の前方に配置され、前記出射光の非平行成分を主に吸収ないし遮断するフィルター手段と、前記フィルター手段を透過した透過光を偏光変換する変換手段とをもって、前記感光性化合物膜に、Ｓ偏光とＰ偏光の比 
Ｓ／ＰまたはＰ／Ｓが０．５以下である偏光を照射することを特徴とする偏光露光方法により、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
光配向技術を用いた液晶配向膜では、液晶パネルのディスクリネーションを防止するために必要な液晶のチルト角を付与するのにガラス基板法線に対して斜め方向からの露光が必要になる。また、本発明者が提案している偏光露光と加熱冷却により複屈折誘起を利用した位相差フィルムでも３次元の分子配向を制御するには斜め方向からの露光が必要になる。本発明の偏光露光装置では、光源部（１ａ）を傾斜させることによって、所望の角度からの露光を達成できる。また、液晶パネルにおけるガラス基板内の液晶の配向方向や位相差フィルムにおけるフィルム面内の遅相軸の方向も、被露光物の移動方向に対し光源の配置を必要な角度だけ回転させ露光することによって所望の方向に設定することもできる。 
本発明により、従来のように点光源からの出射光を特殊なレンズを介して平行化することが不要になり、比較的簡単な構造で露光エネルギー量が大きく、大面積の露光が可能であり、配向膜、位相差フィルムの製造に好適に用いることができる。 
長尺の光源を用いることが可能であり、大面積の液晶配向膜、位相差フィルムの製造に適用するに特に好適なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に本発明の実施に好ましい偏光露光装置の構成を示す。 
本発明の偏光露光装置（１０）は、光源（１１）と、集光鏡（１２）と、フィルター手段（１３）と、偏光素子（１４）を主要な構成要素として構成してなり、コンベア（１５）上を定速で移動する被露光物（１６）に所要の偏光を露光するものである。
【００１０】
本発明では、光源（１１）として長尺状の光源を用いることが可能であり、このランプから放射する出射光は非偏光であり、非平行に出射する。  光源（１１）から放射される出射光は、被露光物（感光性の重合体）を感光し得る波長を含むものである。配向膜、位相差フィルムに用いられる材料（感光性化合物）では、その用途の多くが液晶ディスプレイなど表示分野であることから着色を避けるため一般的に可視光領域より短波長の光（紫外光）に感光性を有する。このような紫外光領域の光を高照度で得られる適宜用いられる。  好ましい装置の光源（１１）としては、ロングアーク紫外線ランプ、ロングアークの高圧水銀ランプ、キセノンランプなどの棒状ランプがある。  また、上記のような棒状ランプを用いる代りに、複数の点状光源を長尺状に配置することも可能である。  本発明では長尺状光源を用いることから光源（１１）からの出射光は方向性のない発散した光となる。
【００１１】
集光鏡（１２）を光源（１１）の後背部に配置し、出射光を光源の前方に反射、集光することが適する。集光鏡（１２）の形状は、光源からの出射光の利用効率を高めるために、出射光を整列し、平行度をあるレベルで高める形状であるが、長尺光源（１１）の長手方向の光の広がりや光源（１１）から直接出射される出射光は発散した光のままである。
【００１２】
光源（１１）と集光鏡（１２）から出射された出射光は、光源（１１）の前方に配置したフィルター手段（１３）に入射する。フィルター手段（１３）は、上記の発散した出射光を、長尺光源の長手方向の広がり角にして約±２０°以下に平行化する作用をなす。  本発明のフィルター手段（１３）として好ましいものは、光源に対して略平行する立壁で仕切られた複数のセルをもって構成される、たとえばルーバーやハニカムボードである。この種のフィルター手段を、光源の前方に配置することにより、光源からの出射光のうち、非平行な成分はセルの立壁に当たって遮断ないし吸収され、平行成分のみがフィルター手段を透過することにより、出射光の平行度が高められる。好ましくは、前記セルの立壁の表面を光吸収材で構成して、ないしは黒色塗装をほどこして、非平行光が立壁の表面に反射して、乱反射を引き起こすのを回避する。
【００１３】
図３には、本発明のフィルター手段の一実施例（部分）を示す。  図においてフィルター手段（１３）は、全体として、六角形のセル（１３０）を多数集合形成してなるハニカムボードである。各セル（１３０）の向きは、相対する光源（１１）と、被露光物（感光性化合物膜）を結ぶ向きに並列配置される。セルを構成する立壁（１３１）の内側表面（１３１ａ）は光吸収材で構成するか、または黒色塗装等を施して、光吸収性を付与することが適する。 
フィルター手段（１３）に入射した光のうち、セルの立壁（１３１）に対する平行度の低い光成分（Ｌ１）は立壁の内側表面（１３１ａ）に吸収され、セルの立壁（１３１）に対する平行度が一定度以上高い光成分（Ｌ０）はフィルター手段（１３）を透過する。 
フィルター手段（１３）を通りぬける光成分（Ｌ０）の平行度は、セル（１３０）の短径（ｒ）と立壁の長さ（ｈ）の比率で調節可能であり、実験の結果、セルの短径（ｒ）と立壁の長さ（ｈ）の比率は１：３〜１：２０の範囲にあることが好ましいとわかった。これ以上に比率が小さいと通りぬける光成分の長尺光源の長手方向における広がり角が±２０°より大きくなるため平行度が不足し、これ以上に比率が大きいと平行度は高くなるが、光源光の利用効率が極端に悪くなるため好ましくない。
【００１４】
フィルター手段（１３）を透過した透過光は、偏向変換手段としての偏光素子（１４）に入射する。  偏光素子（１４）は、無機誘電体多層膜を蒸着した偏光素子または光透過性の平面基板を複数枚重ね合わせブルースター角だけ傾けて配置した偏光素子ないしはそれらが併用される。偏光素子（１４）において、入射光のうちＳ偏光成分はある程度反射され、偏光素子（１４）からの出射光はＰ偏光が多くなる。  また、反対に分離したＳ偏光成分を照射光として用いることもできる。
【００１５】
偏光素子（１４）の第１の例として、紫外光を透過する石英ガラス板のような平面基板に無機誘電体を多層にコーティングしたものが挙げられる。  この無機誘電体多層膜を蒸着した偏光素子では、光干渉効果により非偏光をＳ偏光とＰ偏光に分離するものであり、無機誘電体のコーティングには真空蒸着が用いられ、光反応に利用される波長の光に対し光吸収しない誘電体物質の内、屈折率の高い物質と低い物質を交互にコーティングし、その誘電体物質の種類やコーティングの厚みおよび積層回数により、露光光の偏光度を制御することができる。この偏光素子では、入射光の波長、入射角度、必要とする偏光度によってコーティングの設計が異なり、光学シミュレーションを用い最適な構成を求めることができる。蒸着に用いられる誘電体物質としては、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化フハニウム（ＨｆＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、弗化マグネシウム（ＭｇＦ２）などが挙げられる。
【００１６】
偏光素子（１４）の第２の例として、石英ガラス板のような光透過性の平面基板を複数枚重ね合わせ、該重ね合わせた基板へ光源からの光をブルースター角（偏光角）で入射させる方法が挙げられる。  透明体表面に光が斜めに入射する場合、入射面に垂直な面内に振動面内に振動面をもつ直線偏光（Ｓ偏光）と入射面内に振動面をもつ直線偏光（Ｐ偏光）では反射率が異なるため反射光または透過光は部分偏光となる。ブルースター角は、基板表面においてＰ偏光が表面での反射損失なしに透過する光の入射角度であり、入射光をブルースター角で平面基板に入射させることにより反射光はＳ偏光成分のみとなり高い偏光度の偏光が得られる。また、透過光も平面基板を複数枚重ね合わせることにより、Ｐ偏光に対するＳ偏光の透過光強度を抑え、偏光度をある程度高めることができる。  このような平面基板としては、光反応に利用される波長の光に対し光吸収のないものが用いられ、配向膜、位相差フィルムの製造に好適に用いられる高圧水銀灯のような紫外域の波長の光では、この波長域に光吸収が殆どない石英ガラスを用いることができる。屈折率が１．４５程度の石英ガラスを平面基板として用いた場合、ブルースター角は５６度近辺であり、８枚重ね合わせここに平行光が入射した場合を想定すると、偏光度（＝Ｓ偏光／Ｐ偏光の比）は、０．１程度が得られる。  前述の無機誘電体多層膜を蒸着した偏光素子では、特定の条件で光が入射した場合に高い偏光度が得られるものの、波長や入射角に対する依存性が顕著なため、光源がある程度の波長幅を有する場合や光源からの光がある程度の広がりを有する場合には、上記光透過性の平面基板を複数枚重ね合わせた偏光素子を併用することによって、露光光の偏光度を高めることもできる。
【００１７】
偏光素子によって偏光変換された光の露光領域（ｍ）を、被露光物としての感光性化合物膜（１６）がコンベア（１５）で一定速度に通過し露光される。感光性化合物膜がフィルムのような可撓性で連続したものであればコンベア搬送に替えて、ロールからロールへ巻き取るような方法が採用される。  被露光物への露光エネルギー量は、被露光物の移動速度、放電ランプへの入力電力によって調節される。一般的にロングアークの放電ランプでは、光源の端部と中心部では露光エネルギー量が異なるため、ランプ長を被露光物より十分長くすることや被露光物の移動方向で露光領域の開口幅を調整することにより大面積の均一露光が達成できる。
【００１８】
本発明の偏光露光装置の実施例について以下に説明する。（実施例１）  図１に示す構成と同等の構成の露光装置にて、有効発光長が５００mmのロングアーク紫外線ランプを光源として用い、ウシオ電機株式会社製の電源ユニット（型式：ＶＢ−８０２０３ＢＹ）にてランプ入力１６０Ｗ／ｃｍで点灯した。  被露光物の温度上昇を防止するためにランプ前面にはコールドフィルターを配置した。フィルター手段としてのハニカムボードは、セルサイズ１／２ｉｎｃｈで高さ５０ｍｍ（ｒ／ｈ＝３．９）のものを壁面を黒色に塗装して用いた。  偏光素子には、ＨｆＯ２とＳｉＯ２を所定の厚みで交互に４０層蒸着した石英ガラス板と、蒸着していない石英ガラス板８枚を重ね、５６°の角度で挿入したものを用いた。  このような構成で、コンベア上に紫外線積算光量計（ウシオ電機株式会社製ＵＩＴ−１５０、受光器ＵＶＤ−Ｃ３６５）を置き、コンベアスピードを３ｍ／ｍｉｎで駆動し露光量を測定したところ６５ｍＪ／ｃｍ２であり、光源の幅方向約４００ｍｍ幅でほぼ均一であった。
【００１９】
ガラス基板に液晶配向膜用の感光性化合物を６００Åの厚みでスピンコートし、実施例の露光装置にてコンベアスピードを３ｍ／ｍｉｎ、露光角度４５°で露光し、セルギャップ５．４μｍのＴＮ型の液晶セルを作製し、液晶材料：メルク株式会社製ＭＬＣ−６４１８を充填し、液晶の等方相転移温度以上の８０℃まで過熱後、室温まで除冷すると、配向欠陥のない液晶セルであることが確認できた。  また、ＴＡＣフィルム上に位相差フィルム用の感光性材料を１μｍの厚みで塗布し、コンベアスピードを３ｍ／ｍｉｎで露光し、等方相まで過熱後、室温まで除冷すると、フィルム面内に８５．８ｎｍのリタデーションが発現することも確認できた。 
上記実施例により、本発明により配向膜、位相差フィルムの製造に用いることのできる偏光露光装置を提供できることが立証できた。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の偏光露光装置を示す説明図
【図２】従来の偏光露光装置を示す説明図
【図３】フィルター手段の機能を示す説明図
【符号の説明】
【００２１】
１０ 
偏光露光装置
１１ 光源（棒状光源）
１２ 集光鏡
１３ フィルター手段
１４ 偏光素子（偏光変換手段）
１５ 
コンベア
１６ 被露光物（感光性化合物膜）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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