(57)【要約】【課題】  光配向用偏光光照射装置において、光照射面における偏光軸のばらつきを少なくすること。【解決手段】  ランプ１ａが放射する紫外線を含む光は、楕円集光鏡１ｂで集光され、第１の平面鏡２、フィルタ４を介し、レンズ移動機構により光軸方向の位置が調整可能なレンズ５によって平行光にされ偏光素子６に入射する。偏光素子６に入射した光は偏光分離され、インテグレータ７に入射して照度分布が均一化され、図示しない光照射面に配置されたワークに照射される。レンズ５の光軸方向の位置を調整可能としたので、偏光素子６やインテグレータ７に入射する主光線の光軸に対する平行度（テレセン度）を変えることができる。このため、光照射面において、偏光軸のばらつきが最も小さくなるようにレンズ５の位置を調整することができる。【選択図】          図１
2005128271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
光源からの光を主光線が光軸に対して平行となるよう成形するレンズと、
上記レンズの出射側に配置された偏光素子と、
上記偏光素子の出射側に配置され、光照射面での照度分布を均一にするインテグレータを備えた光配向用偏光光照射装置において、
上記光源に対する上記レンズの光軸方向の位置を調整可能に保持する保持手段を有している
ことを特徴とする光配向用偏光光照射装置。
【請求項２】
光源からの光をレンズに入射して、主光線が光軸に対して平行になるように成型し、
上記レンズから出射する光を偏光素子および光照射面での照度分布を均一にするインテグレータを介して光照射面に照射する光配向用偏光光照射装置における偏光軸の調整方法であって、
上記光照射面における偏光光の偏光軸のばらつきが少なくなるように、上記光源に対する上記レンズの光軸方向の位置を調整する
ことを特徴とする偏光軸の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子の配向膜や、液晶パネルに取り付ける視野角補償フィルムに偏光光を照射して、光配向を行なうための偏光光照射装置および偏光光照射装置における偏光軸の調整方法に関し、特に、被照射面における偏光光の偏光軸のばらつきを少なくすることができる光配向用偏光光照射装置および偏光光照射装置における偏光軸の調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は、透明基板の表面に形成した配向膜に、液晶を所望の方向に配向させる処理（配向処理）を施し、該透明基板を２枚、配向膜を内側にして、間に液晶をはさみこんで貼り合せたものである。
上記液晶表示素子の配向膜の配向処理に関し、配向膜に所定の波長の偏光光を照射し露光処理することにより配向を行なう、光配向と呼ばれる技術がある。
光配向用の偏光光照射装置としては、例えば特許文献１や特許文献２に記載されたものが知られている。
最近は、上記液晶表示素子の製作以外に、液晶パネルの表面に貼りつけて画質の低下を補償する、視野角補償フィルムの製作にも、上記偏光光照射装置が使用されるようになってきた。
視野角補償フィルムは、ベースフィルム上に、紫外線硬化液晶を塗布し、一定方向に液晶分子を配列（配向）させた後、紫外線を照射して液晶を硬化させ、液晶分子の方向を固定させたものである。以下、ここでは視野角補償フィルムも含めて、光配向を生じさせる膜を光配向膜と呼ぶ。
【０００３】
図５に従来の光配向用偏光光照射装置の構成を示す。
図５において、ランプ１ａと楕円集光鏡１ｂから構成される光源１に設けられたランプ１ａ（例えば５ｋＷの超高圧水銀ランプ）が放射する紫外線を含む光は、楕円集光鏡１ｂで集光され、第１の平面鏡２で反射され、レンズ３と光配向膜を配向させる波長を選択的に透過するフィルタ４を介し、インプットレンズ５（以下では、単にレンズ５とも言う）によって平行光にされ偏光素子６に入射する。
偏光素子６は、例えば複数のガラス板を光軸に対してブリュースタ角だけ傾けて設けたものである。偏光素子６の入射側に設けたレンズ５は、平行光が偏光素子６に入射するように、出射する光の主光線（principal ray ）が光軸に対して平行となるよう形成するレンズである。
偏光素子６に入射する光を平行光とする理由は、偏光素子６に入射する光の角度がブリュースタ角からずれると、偏光素子から出射する偏光光の消光比が悪くなるからである。  ここで主光線とは、光源中心を出て照射面の任意の点に入る光路線を言い、平行光とは、照射面の任意の各点に入る各光路線どうしが、照射面の入射側において互いに平行である光のことを言う。なお、図５においては、わかりやすいように、照射面の中心に入射する主光線（光軸と一致している）と、照射面の両端に入射する２本の主光線のみを示している。
【０００４】
偏光素子６に入射した光は偏光分離され、上記の偏光素子の場合はＰ偏光光のみが出射する。出射したＰ偏光光は光入射側のレンズ群７ａと光出射側のレンズ群７ｂとを離間して配置したインテグレータレンズ７（フライアレンズともいう、以下ではインテグレータ７と略記する）に入射する。
インテグレータ７は、光照射面での照度分布を均一にする光学素子である。具体的には、十数〜数十のレンズを縦横方向に並列配置したものであり、この各レンズが入射光を分割し、分割された光が光照射面で重ね合わされる。即ち、インテグレータ７に入射する光の照度分布が不均一であり、各レンズに入射する光の強さが異なっても、その分布が光軸に対して対称であれば、その出射光が同一照射面を重ねて照射することにより、均一な照度分布となる。
図５に示した例では、光入射側のレンズ群と、光出射側のレンズ群とを離間して配置したものを使用している。このような構造のインテグレータについては例えば特許文献３に記載されている。
インテグレータ７から出射したＰ偏光光は、光照射面２２での光照射を制御するシャッタ８を介し、第２平面鏡２０に入射する。第２平面鏡２０で反射された光は、光照射面２２に照射される光を平行光とするコリメータ２１を介して、光照射面２２に配置された、光配向膜が塗布された基板や視野角補償フィルム等であるワークＷに照射される。
なお、ワークＷに照射する光を平行光とする必要がない場合は、コリメータ２１は不要である。
【０００５】
ところで、光配向膜を光配向させるためには、所定の波長（例えば２８０〜３２０ｎｍの紫外線）であって、所定の値以上の消光比（例えばＰ偏光光に対しＳ偏光光の含まれる割合が１／１０〜１／１００）を有する偏光光が必要である。これは上記光配向膜の物性により決まる。消光比とは光に含まれるＰ偏光成分とＳ偏光成分の割合である。
最近、光配向を行なうためのパラメータとして、上記の波長と消光比に加えて、照射面内における偏光光の方向（以下偏光軸と呼ぶ）のばらつきが問題にされるようになってきた。
これは、偏光軸の面内ばらつきが大きい光で光配向を行なうと、製品である液晶表示素子（液晶パネルの画面）のコントラストが、場所によって異なってしまうという問題が生じるためである。
例えば、上記従来例の偏光光照射装置を用いると、光照射面における偏光軸の面内ばらつきは±０．５°程度になる。しかし、最近は偏光軸の面内ばらつきが±０．１°以内であることを要求するユーザもあり、さらなる改善が求められている。
【特許文献１】特許２９２８２２６号公報
【特許文献２】特許２９６０３９２号公報
【特許文献３】特開昭５８−５０５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光照射面における偏光軸のばらつきの原因として、光路内に配置したレンズの収差が考えられる。
例えば、図５のレンズ５は、偏光素子６に入射する光を平行光とするものである。
しかし、実際は球面収差により完全な平行光とはならない。レンズ５の周辺部に向かうほど出射する光の平行度はずれが大きくなる。
一方、偏光素子６を構成するガラス板は、光軸に対してブリュースタ角となるように斜めに配置されている。したがって、図６に示すように、レンズ５の周辺部から出射した平行ではない成分の光が偏光素子６に入射する時、レンズに近い側Ｂと遠い側Ｃとでは、入射する光の角度が非対称（∠Ｂ≠∠Ｃ）になる。これにより偏光素子６から出射する偏光光の偏光軸が回転し、照射面における偏光軸のばらつきの原因となる。
また、偏光素子６から出射した平行光ではない成分が、インテグレータ７に入射する際にも、同様に偏光軸の回転が生じ、照射面における偏光軸のばらつきの原因となる。
なお、偏光素子から出射する光の角度や、偏光光がインテグレータ７に入射する角度が非対称になると、偏光軸が回転する。
これは、インテグレータ７を構成するレンズとして球面形状のレンズを使用した場合、各レンズの中心に入射する光の入射角度に対して、各レンズの四隅に入射する光の入射角度が、レンズの曲面に沿ってＸ方向、Ｙ方向（Ｘ，Ｙ方向は入射光に垂直な平面上の直交する２軸）に変化し、光が入射する面の法線方向と入射する光の方向とがなす面と、入射する光の偏向軸の方向とが０°もしくは９０°の関係でなくなり、入射する光の偏向軸が互いに直交する２成分に分かれて、偏向軸の向きが回転するためである（この詳細については、例えば、本出願人が先に出願した特願２００３−１４１６６５号等を参照）。
【０００７】
レンズの球面収差は一般に良く知られていることであり、したがって、レンズ５の球面収差を考慮し、照射面での偏光軸のばらつきが少なくなるように設計することができる。  しかし、そのように設計した偏光光照射装置を組み立てたところ、照射面での偏光軸のばらつきの値は設計値よりも悪くなり、偏光軸のばらつきを所望の値以下にすることはできなかった。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、光配向用偏光光照射装置において、光照射面における偏光軸のばらつきを少なくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、前記した光源からの光を主光線が光軸に対して平行となるよう成形するレンズと、上記レンズの出射側に配置された偏光素子と、上記偏光素子の出射側に配置され、光照射面での照度分布を均一にするインテグレータを備えた光配向用偏光光照射装置において、上記光源に対する上記レンズの光軸方向の位置を光軸方向に移動させることで、インテグレータに入射する主光線の角度を調整し、これにより光照射面における偏光軸のばらつきを調整する。
具体的には、上記レンズの位置を光軸方向に移動可能に保持する保持手段を設け、上記光照射面における偏光光の偏光軸のばらつきが少なくなるように、光源に対する上記レンズ位置を調整する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）光源側から、主光線が光軸に対して平行となるよう成形するレンズ、偏光素子、インテグレータの順に配置された偏光光照射装置において、上記レンズを光軸方向に移動可能とし、光源に対する上記レンズ位置を調整するようにしたので、レンズの加工精度や、光源の輝度分布といった設計時には予測できない要因があったとしても、インテグレータに入射する主光線の角度を調整して、光照射面における偏光軸のばらつきを少なくすることができる。
（２）偏光光を照射する面積に応じて、偏光軸のばらつきが最も少なくなるレンズの位置が変化するが、上記のようにレンズを移動可能としたので、レンズの移動により、偏光光の照射面積に応じた最適なレンズ位置を設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明者らは、実際に組み立てた偏光光照射装置において、照射面での偏光軸のばらつきが、設計値よりも大きくなる（悪くなる）原因を調べた。
その結果、以下の理由により、偏光軸がばらつくことがわかった。
（ａ）前記図５において、レンズ５を含む各光学素子の加工精度、歪み、または装置に取り付けるランプ１ａの輝度分布の個体差または変化といった、設計時には予測できない要因により、主光線の光軸に対する平行度のばらつきが生じ、照射面での偏光軸がばらつく。
例えば、レンズ５の表面加工精度には誤差が含まれている。この誤差により、レンズから出射する光の平行度（正確には主光線の光軸に対する平行度、テレセン度とも言う）が設計値に対して微妙に異なる。
このため、偏光素子６に入射する光の角度が設計値と異なり、偏光素子６から出射する角度の非対称性や、インテグレータに入射する光の角度も異なり、偏光軸のばらつきの大きさが違ってくる。
（ｂ）ランプ１ａの経時変化により輝度分布が変化すると、光源の光芒の中心位置、即ち各光学素子に入射する光軸の主光線位置や入射角度が変化し、したがって光学素子から出射する平行度も変化する。
光の平行度が変化すると、偏光素子６やインテグレータ７に入射する光が非対称になり、偏光軸が回転して光照射面での偏光軸のばらつきが生じる。
【００１１】
本発明者らが種々検討した結果、偏光素子６やインテグレータ７に入射する主光線の光軸に対する平行度（テレセン度）のばらつきを変化させることができれば、製作したレンズにおける設計値に対するずれや、光源の輝度分布の変化を補正することができ、光照射面での偏光軸のばらつきを小さくなるように調整することができるという結論に達した。  ここで、偏光素子６やインテグレータ７に入射する主光線の光軸に対する平行度（テレセン度）を変えるのには、偏光素子６の入射側に設けられたレンズ５を光軸方向に移動させ、光源との距離を変えることが最も簡便な方法であると考えられる。
以上に基づき、偏光素子の入射側に設けられた、主光線が光軸に対して平行となるよう形成するレンズ５を光軸に沿って移動可能とし、上記光源に対する上記レンズの光軸方向の位置を調整することで、偏光素子６やインテグレータ７に入射する主光線の角度を調整できるようにした。
そして、上記レンズ５の光軸方向の光源に対する距離を調整して、光照射面における偏光軸のばらつきを測定した。その結果、後述するように、光照射面の偏光軸のばらつきが最も小さくなるレンズ位置があり、この位置にレンズ５の位置を調整することで、偏光軸のばらつきを小さくすることが可能であることがわかった。これは、レンズ５の位置を調整することで、インテグレータ７に入射する主光線の光軸に対する平行度のばらつきが変化し、インテグレータ７で偏光軸の傾きが互いに打ち消しあうようになるためであると考えられる。
【実施例】
【００１２】
図１に本発明の実施例の偏光光照射装置の構成例を示す。同図（ａ）は本実施例の装置を上から見た図、（ｂ）は横から見た図（前記図５に対応）である。
同図は前記図５に示した偏光光照射装置において光源１からインテグレータ７までの構成を示しており、その他の構成は省略されている。図１の光出射側には、前記したようにシャッタ、第２平面鏡、コリメータレンズ等が設けられてもよく、インテグレータ７から出射した偏光光は、上記光学素子等を介して、光照射面に設置されたワークに照射される。なお、上記第２平面鏡、コリメータレンズ等は必要に応じて設けられる。
図１において、ランプ１ａが放射する紫外線を含む光は、楕円集光鏡１ｂで集光され、第１の平面鏡２で反射され、レンズ３と光配向膜を配向させる波長を選択的に透過するフィルタ４を介し、レンズ５によって平行光にされ偏光素子６に入射する。偏光素子６の入射側に設けたレンズ５には、レンズ５を光軸方向に移動させるレンズ移動機構１１が設けられており、レンズ移動機構１１により、光源１とレンズ５の距離が調整可能である。
偏光素子６は、前記したように例えば複数のガラス板を光軸に対してブリュースタ角だけ傾けて設けたものであり、偏光素子６に入射した光は偏光分離される。
偏光素子６から出射したＰ偏光光は光入射側のレンズ群７ａと光出射側のレンズ群７ｂとを離間して配置したインテグレータ７に入射し、照度分布が均一化される。インテグレータ７から出射した偏光光は、前記したように、光照射面に配置された、光配向膜が塗布された基板や視野角補償フィルム等であるワークに照射される。
【００１３】
図２に上記レンズ５を光軸方向に移動させるレンズ移動機構１１の構成例を示す。同図（ａ）は光軸方向からレンズ保持枠およびレンズ移動機構を見た図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は、レンズ保持枠およびレンズ移動機構を（ａ）のＢ方向から見た図、（ｄ）は（ｃ）に示すレンズ移動機構１１ｃの部分拡大図である。
同図に示すように、レンズ５はレンズ保持枠１１ａに保持され、レンズ保持枠１１ａは、レンズ台１１ｃ上に移動可能に載せられ、レンズ保持枠１１ａの上部には、取っ手１１ｂが取り付けられている。
図２（ｃ）および（ｄ）の部分拡大図に示すように、レンズ保持枠１１ａの両側には、長穴１１１が設けられた案内部材１１２が取り付けられ、該長穴１１１には、レンズ台１１ｃに取り付けられたねじ１１３が貫通している。このため、レンズ保持枠１１ａは、長穴１１１に沿ってレンズ５の光軸方向に移動可能である。
さらに、レンズ保持枠１１ａの両側には突起部１１４が設けられ、また、レンズ台１１ｃには固定部材１１５が設けられており、固定部材１１５に設けられたねじ穴にはねじ１１６が取り付けられている。上記固定部材１１５は、上記突起部材１１４の両側に設けられており、上記ねじ１１６は、突起部１１４の両側から突起部１１４に当接している。
レンズ５の光軸方向の位置を調整するには、固定部材１１５に取り付けられた一方のねじ１１６を緩め、他方のねじ１１６を締め付ける。これにより、レンズ保持枠１１ａ、すなわちレンズ５は、光軸方向に微動する。
なお、レンズ移動機構は上記構造に限定されるわけではなく、レンズ５を光軸方向に移動できる構造であれば、その他の種々の構造とすることができる。
【００１４】
本発明の効果を検証するため、レンズ５を光軸方向に移動させ、偏光軸のばらつきの変化を調べた。
図３（ａ）に示すように、偏光素子６の光入射側にレンズ５を設け、偏光素子６の出射側にインテグレータ７を設けて、インテグレータ７から出射する偏光光を光照射面（図示せず）に照射し、レンズ５を光軸方向に移動させながら、光照射面における偏光軸のばらつきを調べた。
図３（ｂ）に測定結果を示す。同図の横軸はレンズ５の光軸方向の相対位置（ｍｍ）、縦軸は偏光軸のばらつき（偏光軸むら：±ｄｅｇ）であり、横軸の０ｍｍの位置は設計位置である。ここでは９２０ｍｍ×９２０ｍｍの範囲における偏光軸のばらつきを調べた。  図３（ｂ）に示すように、レンズ５が設計位置（位置の０ｍｍ）にあるときの偏光軸のばらつきは、±０．０４６°である。これに対して、レンズ５を偏光素子６に接近させていくと、徐々に偏光軸のばらつきが小さくなり、設計値に対して２０ｍｍ接近した位置で最小となる（±０．００５°）。さらに接近させると、ばらつきは再び大きくなる。
即ち、レンズ５を光軸方向に移動させることにより、光照射面での偏光軸のばらつきを調整できることが示された。
実際には、偏光光照射装置の光学特性を調整する段階で、レンズ５の位置を移動させながら、光照射面での偏光軸のばらつきを測定し、ばらつきが最小になった位置で固定する。また、装置を使用しているユーザにおいて、定期的に偏光軸のばらつきを測定し、ばらつきの値が設定している所望の範囲から外れた場合は、レンズ移動機構によりレンズ５を移動させて、偏光軸のばらつきを調整する。
【００１５】
図４に、複数の照射領域について、レンズ５を光軸方向に移動させたときの、光照射面での偏光軸のばらつきの変化を示す。
同図において、横軸はレンズ５の位置（ｍｍ）を、縦軸は光照射面における偏光軸のばらつき（偏光軸むら：±ｄｅｇ）を示している。
ここでは、偏光光を照射する照射領域が、４００ｍｍ×３２０ｍｍ、４００ｍｍ×１６０ｍｍ、２００ｍｍ×３２０ｍｍ、２００ｍｍ×１６０ｍｍの４つの場合において、レンズ５の光軸方向の位置と、光照射面での偏光軸のばらつきの関係を調べた。
照射領域が４００ｍｍ×３２０ｍｍでのレンズ５の最適位置を０とすると、照射領域４００ｍｍ×１６０ｍｍでのレンズ５の最適位置は、約０．５ｍｍインテグレータ７の方向に移動した位置であり、以下同様に、２００ｍｍ×３２０ｍｍでは約０．８ｍｍ、２００ｍｍ×１６０ｍｍでは約１ｍｍインテグレータ７の方向に移動した位置が、偏光軸のばらつきが最も少なくなるレンズ５の位置である。
このように、偏光光を照射する面積が異なると、偏光軸のばらつきを最小にするレンズ５の位置も異なる。しかし、このような場合、即ち処理する配向膜の大きさが変わり、偏光光を照射する面積が変更された場合であっても、レンズ移動機構によりレンズ５を移動させることにより、偏光軸のばらつきを少なくすることができる。  
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例の光配向用偏光光照射装置の構成を示す図である。
【図２】レンズを光軸方向に移動させるレンズ移動機構の構成例を示す図である。
【図３】偏光軸のばらつきの測定結果を示す図である。
【図４】複数の照射領域について偏光軸のばらつきの測定結果を示す図である。
【図５】光配向用偏光光照射装置の構成を示す図である。
【図６】偏光素子を構成するガラス板に入射する光の角度を説明する図である。
【符号の説明】
【００１７】
１      光源
１ａ    ランプ
１ｂ    楕円集光鏡
２      第１の平面鏡
３      レンズ
４      フィルタ
５      レンズ（インプットレンズ）
６      偏光素子
７      インテグレータ
８      シャッタ
１０    光照射装置
１１    レンズ移動機構
１１ａ  レンズ保持枠
１１ｂ  取っ手
１１ｃ  レンズ台
【図１】
2005128271.tif 000003
【図２】
2005128271.tif 000004
【図３】
2005128271.tif 000005
【図４】
2005128271.tif 000006
【図５】
2005128271.tif 000007
【図６】
2005128271.tif 000008