JP5978528B2 - 光照射装置 - Google Patents
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Description
光配向に用いる光照射装置は、一般に、光を放射する光源と、入射光を偏光する偏光子とを備え、光源の光を偏光子に通して偏光光を得る(例えば、特許文献1参照)。
光配向の品位に影響を与える偏光光のファクターとしては、消光比と、偏光軸分布のバラツキとの2つが知られており、光配向に使用される光照射装置としては、これらが高い精度で調整されていることが重要である。これら消光比や偏光軸を測定する技術としては、各種の技術が提案されている(例えば、特許文献2〜特許文献4参照)。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、対象物に照射する偏光光の偏光軸角度を精度良く測定可能な光照射装置を提供することを目的とする。
また、上述の構成において、前記検出側偏光子を回動して前記検出側偏光子の前記偏光軸角度を変えるためのロータリアクチュエータをさらに備えてもよい。
また、上述の構成において、前記偏光測定機構は、異なる偏光軸角度を有する複数の検出側偏光子を検出側に備え、前記装置側偏光子を透過した光が前記検出側偏光子の各々を順次通過するように前記複数の検出側偏光子を移動させることで、前記検出側の前記偏光軸角度を変えてもよい。
また、本発明の第2態様は、偏光した光を照射する光照射装置において、光源と、この光源の光を偏光し、光の一つ以上の波長において100:1以上10000:1以下の消光比を有する複数の装置側偏光子と、前記装置側偏光子で偏光した光を透過させる検出側偏光子と、前記装置側偏光子及び前記検出側偏光子を順に透過した光を、前記検出側偏光子の偏光軸角度を変えながら検出し、前記検出側偏光子の各偏光軸角度で検出した光の光量の周期的な変化を示す変化曲線を求め、この変化曲線から前記装置側偏光子の偏光軸の方向を求め、この方向を求める手順を繰り返して、複数の装置側偏光子の全ての偏光軸の方向を求める偏光軸検出器と、を有し、前記偏光軸検出器は、前記光照射装置から移動可能又は前記光照射装置と分離可能であることを特徴とする。
また、上述の構成において、前記偏光軸検出器は、異なる偏光軸角度を有する複数の検出側偏光子を検出側に備え、前記装置側偏光子を透過した光が前記検出側偏光子の各々を順次通過するように前記複数の検出側偏光子を移動させることで、前記検出側の前記偏光軸角度を変える駆動機構を備えてもよい。
また、上述の構成において、前記装置側偏光子は、所定の偏光方向に誤差0.1°以内で揃えられていてもよい。
以下の説明において、液晶膜等を光配向する光配向装置が、本発明の光照射装置として説明されている。しかしながら、本発明の光照射装置は、光配向装置に限定されるものではなく、偏光光を放射する装置であればどの装置であってもよい。
図1は、本実施形態に係る偏光測定機構(偏光測定システム)1を有する光配向装置2(光照射装置)を示す模試図である。
同図において、光配向装置(光照射装置)2は、帯状の光配向対象物の光配向膜に偏光光を照射して光配向する装置であり、偏光測定機構1は、光配向装置2の偏光光の偏光特性を測定するものである。偏光特性としては、光配向装置2の偏光光の偏光軸、及び消光比が測定される。
照射器設置架台4は、定盤3から所定距離離れた上方位置で定盤3の幅方向(後述する直動機構の直動方向Xに垂直な方向)に横架される箱体であり、その両端が定盤3に固定される。照射器設置架台4は照射器6を内蔵し、照射器6が直下に偏光光を照射する。なお、ワークステージ5の移動に伴う振動と照射器6の冷却に起因する振動とを分離するために、照射器設置架台4を定盤3に固定するのではなく当該定盤3と別置する構成でも良い。
定盤3には、直動方向Xに沿って定盤3の面上を照射器6の直下を通過するようにワークステージ5を移送する直動機構(図示せず)が内設されている。光配向対象物の光配向にあっては、ワークステージ5に載置された光配向対象物が、直動機構によってワークステージ5とともに移送されて照射器6の直下を通過し、この通過の際に偏光光に曝露されて光配向膜が配向される。
ランプ7には、放電灯が用いられてもよい。本実施形態では、少なくとも光配向対象物の幅と同等以上に延びる直管型(棒状)の紫外線ランプが用いられている。反射鏡8は、断面楕円形、かつランプ7の長手方向に沿って延びるシリンドリカル凹面反射鏡であり、ランプ7の光を集光して偏光子ユニット10に向けて照射する。
偏光子ユニット10は、反射鏡8と光配向対象物の間に配置され、光配向対象物に照射される光を偏光する。この偏光光が光配向対象物の光配向膜に照射されることで、当該光配向膜が偏光光の偏光軸角度(方向)に応じて配向される。
同図に示すように、偏光子ユニット10は、複数の単位偏光子ユニット12と、これら単位偏光子ユニット12を横並びに一列に整列するフレーム14とを備えている。フレーム14は、各単位偏光子ユニット12を連接配置する板状の枠体である。単位偏光子ユニット12は、略矩形板状に形成されたワイヤーグリッド偏光子(装置側偏光子)16を備えている。
本実施形態では、各単位偏光子ユニット12は、ワイヤーグリッド偏光子16をワイヤー方向Aが上記ワークステージ5の直動方向Xと平行になるように支持し、このワイヤー方向Aと直交する方向と、ワイヤーグリッド偏光子16の配列方向Bとが一致している。
ワイヤーグリッド偏光子16は、その法線方向を回動軸にして面内で回動させて偏光軸C1の方向を微調整できるように単位偏光子ユニット12に支持されている。全ての単位偏光子ユニット12について、ワイヤーグリッド偏光子16の偏光軸C1が配列方向Bに揃うように微調整されることで、偏光子ユニット10の長軸方向の全長に亘り偏光軸C1が高精度に揃えられた偏光光が得られ、高品位な光配向が可能となる。
測定ユニット30は、ワイヤーグリッド偏光子16ごとの個々の測定を容易にするために、図2に示すように、案内方向が配列方向Bと平行に設置され、検出部31を線(直線)に沿って案内するリニアガイド32を備えている。偏光光測定時には、リニアガイド32が上記ワークステージ5の進行方向側の側面5Aに連結されて偏光子ユニット10の直下に移送され、或いはリニアガイド32が偏光子ユニット10の直下に位置するように定盤3の面上に設置される。そして、微調整対象のワイヤーグリッド偏光子16の直下に位置するように検出部31をリニアガイド32に沿って移動、或いは自走させ、その位置で当該ワイヤーグリッド偏光子16を透過した偏光光を検出部31で検出し、偏光光を測定する。偏光測定機構1(偏光測定装置20)は、光配向装置2の他の部分から移動可能又は他の部分から分離可能である。
検出部31は、検出側偏光子33と、受光センサ34とを備えている。
検出側偏光子33は、偏光軸C2を有する板状(図示例では円盤状)の光検出用の直線偏光子であり検光子とも称される。この検出側偏光子33には、ワイヤーグリッド偏光子16を透過して直線偏光化された偏光光Fが入射され、この偏光光Fを直線偏光化する。検出側偏光子33には、直線偏光子であれば任意の偏光子を用いることができ、例えばワイヤーグリッド偏光子を用いても良い。
受光センサ34は、検出側偏光子33の偏光軸C2で直線偏光化された検出光Gを受光して検出光Gの光量Iを示す検出信号35を偏光測定装置20に出力する。
回転駆動制御部21は、検出部31の検出側偏光子33の回転を制御する。具体的には、検出部31は、検出側偏光子33を回動(回転)するロータリアクチュエータRAを備え、回転駆動制御部21がロータリアクチュエータを制御し検出側偏光子33を回動(回転)させることで偏光軸C2を所定の回動(回転)角度θの方向に合わせる。このときの回動角度θは変化曲線算出部23に出力される。
入力部22は、検出光Gの光量Iの検出値の入力を受光センサ34から受け付ける手段であり、この入力部22には検出部31の検出信号35が入力される。入力部22は、当該検出信号35から検出光Gの光量Iの検出値を取得し変化曲線算出部23に出力する。
したがって、検出側偏光子33の回転に伴う検出光Gの光量Iの変化曲線Qは、理想的には、図4に示すように、1周期がπ[rad](=180°)であって次式(1)に示す余弦波形となる(いわゆる、マリューの法則(Low of Malus))。このような余弦波形を有する変化曲線Qは、検出側偏光子33の偏光軸C2がワイヤーグリッド偏光子16の偏光光Fの偏光軸F1に平行である場合(本実施形態では回動角度θ=0°、180°(極大点))に最大光量Imax(極大値)を有し、偏光軸C2が偏光光Fの偏光軸F1に直交する場合(本実施形態では回動角度θ=90°、270°(極小点))に最小光量Imin(極小値)を有する。
ただし、αは振幅、βは周期、γは位相ズレ(基準位置P0に対する偏光光Fの偏光軸F1の位相差)、εはバイアス成分である。
偏光光Fの偏光軸F1が基準位置P0の方向からズレている場合、すなわちワイヤーグリッド偏光子16の偏光軸C1の方向が基準位置P0の方向である配列方向Bからズレている場合には、図4に仮想線(一点鎖線)で示すように、そのズレが変化曲線Qに位相ズレγ(>0)として現れることとなる。
具体的には、偏光特性特定部24は、図4に示すように、変化曲線Qにおいて、検出光Gの最大光量Imaxが得られる回動角度θ(極大点)である上記γを特定することで偏光軸C1の方向を特定し、また、変化曲線Qの最大光量Imaxと最小光量Iminの比(=最大光量Imax/最小光量Imin)に基づいて消光比(Imax/Imin)を特定する。変化曲線Qにおける最大光量Imaxは当該変化曲線Qに回動角度θ=γ(極大点)を代入して求められ、また最小光量Iminは回動角度θ=90°+γ(極小点)を代入して求められる。
ここで、偏光測定装置20の検出側偏光子33の特性ばらつきや経年劣化等に起因して、光の透過特性に個体差が生じる場合がある。透過特性のばらつきは、最大検出光量よりも最小検出光量のばらつきに顕著に現れ、この結果、消光比に大きな誤差を生じさせる。
したがって、偏光測定装置20による消光比の測定では、偏光測定装置20で測定された最小検出光量を、リファレンス用の偏光測定装置で予め測定された最小検出光量と同じになるように補正し、補正後の最小検出光量を用いて消光比を求めることが好ましい。
すなわち、測定対象となる偏光光の消光比が高い(ワイヤーグリッド偏光子16の消光比が高い)と偏光軸の測定精度が良くなる(偏光軸の誤差が小さくなる)。これは、以下の理由からである。
偏光光Fの偏光軸F1の角度(方向)は、上述したように、変化曲線Qにおいて最大光量Imaxの角度θを計算によって求めることで、ある基準位置P0(基準軸)に対する角度γとして求めることができる。
ここで、変化曲線Qは一定周期で変化しているため、最小光量Iminと最大光量Imaxとの差が小さいと、図5(A)に示すように、極大点における変化曲線Qの曲率が小さくなり変化曲線Qが丸みを帯び、極大点における角度θのばらつきの範囲が広くなる。図5(A)に示す例の場合、例えば、偏光光Fの偏光軸F1の真値が0.000°であるのに対し、偏光測定装置20による測定値は0.01°となってしまう。
一方、最小光量Iminと最大光量Imaxとの差が大きいと、図5(B)に示すように、極大点における変化曲線Qの曲率が大きくなり変化曲線Qがシャープになるため、極大点における角度θのばらつきの範囲が狭くなり、当該角度θを精度良く求められる。図5(B)に示す例の場合、例えば、偏光光Fの偏光軸F1の真値が0.000°であるのに対し、偏光測定装置20による測定値は0.003°となり、図5(A)の例に比べ、最大光量Imaxの角度θを精度良く求めることができる。
消光比は、最小光量Iminで最大光量Imaxを除算して求めることから、測定対象となる偏光光の消光比を高くするほど、角度θを精度良く求めることができ、ひいては、偏光光Fの偏光軸F1を精度良く求めることができることとなる。
そこで、本実施形態では、ワイヤーグリッド偏光子16の消光比を高くし、偏光測定装置20に入射して測定される偏光光の消光比を高くしている。なお、本実施形態においても、当然に、検出側偏光子33の消光比は、ワイヤーグリッド偏光子16の消光比よりも高く設定される。
ここで、消光比は、比ではなく、デシベル(dB)でも表現され、消光比のdB値は、比ETを用いて次に示す換算式(2)により算出される。
消光比,dB=10・1og10ET・・・(2)
図6〜図8に示す結果の測定においては、検出側偏光子33の消光比が50(dB)、P偏光透過率が60(%)、偏光軸の誤差を求めるための計算試行回数が100(回)である。図6はノイズフロアが35(dB)の場合、図7はノイズフロアが45(dB)の場合、図8はノイズフロアが50(dB)の場合の結果を示す。図6〜図8において、横軸はワイヤーグリッド偏光子16の消光比を、縦軸は真値に対する偏光光Fの偏光軸F1の誤差(位相差γの誤差)を示す。また、図6〜図8中、線L1、L2、L3は前述した消光比及び偏光軸を求めるために算出する変化曲線Qの実測点の角度方向の分割数が異なる場合の結果(偏光軸の測定誤差)であり、線L1は分割数(すなわち、図4、5A及び5Bでの曲線に使用された点の数)が30、線L2は分割数が240、線L3は分割数が810のときの結果を示す。したがって、当業者には、100:1以上の消光比を有する装置側偏光子が測定速度も向上させることは明らかである。
図6〜図8に示すように、ワイヤーグリッド偏光子16の消光比が高くなるほど、測定された偏光光Fの偏光軸F1の誤差が小さくなっている。消光比が約20dB(100:1)以上となると、測定された偏光光Fの偏光軸F1の誤差の変化量が緩やかになっている。
また、偏光軸を誤差0.1°以内の精度で調整するためには測定精度として誤差0.01°以内を要求されるが、図7及び図8では、消光比が約20dB(100:1)以上となると、目標とする誤差(0.01°)以下となっている。
これにより、偏光子16の消光比が高いと、極大点における角度θのばらつきの範囲が狭くなるので、偏光光Fの偏光軸F1の角度(方向)を精度良く測定できる。
作業者は、先ず、測定ユニット30を光配向装置2に設置する。この設置に際し、作業者は、リニアガイド32の案内方向が上記ワイヤーグリッド偏光子16の配列方向Bと平行になり、かつ、偏光子ユニット10の直下に位置するようにリニアガイド32を設置する。次いで、作業者は、検出部31をリニアガイド32で案内して測定対象のワイヤーグリッド偏光子16の直下に配置し、偏光測定機構1を用いて、このワイヤーグリッド偏光子16から出射される偏光光Fを検出し、そのワイヤーグリッド偏光子16の偏光軸C1、及び消光比を測定する。作業者は、偏光光Fの偏光軸F1の測定結果に基づき、必要に応じてワイヤーグリッド偏光子16の回動(回転)を微調整することで、偏光軸C1の方向を所定方向(本実施形態では配列方向B)に合わせる。
作業者は、偏光子ユニット10が備える全てのワイヤーグリッド偏光子16について同様に偏光光Fの測定し、この測定結果に基づき、偏光軸C1の方向を配列方向Bに合わせる作業を行うことで、全てのワイヤーグリッド偏光子16の偏光軸C1の方向が配列方向Bに揃えられる。
また例えば、上述した実施形態では、測定対象の偏光光を得る偏光子の一例として、ワイヤーグリッド偏光子16を例示したが、偏光子はこれに限定されるものではない。すなわち、偏光子は、直線偏光された偏光光が得られる偏光子であれば任意である。
また例えば、上述した実施形態では、検出部31の検出信号35を偏光測定装置20に入力することで、偏光測定装置20が検出光Gの光量を取得する構成としたが、これに限らない。すなわち、回動(回転)角度θと検出光Gの光量との対応が記録された記録データを、例えば他の電子機器や記録媒体(例えば、半導体メモリ等)から取得しても良い。
なお、図9の例では、偏光軸C2が例えば10°ずつ異なる複数の検出側偏光子133を同一直線上に一列に並べてフレーム136に配置し、このフレーム136を配列方向Bに直線移動させる構成とした。しかしながら、検出側偏光子133の偏光軸C2の角度、配列方向及び移動方向は図9の例に限定されるものではない。例えば、複数の検出側偏光子を同一円状に並べてフレームに配置し、このフレームを回転(回動)させてもよい。
複数の検出側偏光子の移動の態様は特別の態様に限定されない。例えば、ロータリアクチュエータ、ギアとモータとを組み合わせたもの、あるいは他の周知の移動装置等の駆動機構DMにより、複数の検出側偏光子を順次(連続、あるいは、間欠的に)移動させることで偏光軸C2の角度を変化させてもよい。
7 ランプ(光源)
10 偏光子ユニット
16 ワイヤーグリッド偏光子(装置側偏光子)
20 偏光測定装置(測定器、偏光軸検出器)
33 検出側偏光子
C1 偏光軸
Claims (7)
- 偏光した光を照射する光照射装置において、
光源と、
この光源の光を偏光し、光の一つ以上の波長において100:1以上10000:1以下の消光比を有する複数の装置側偏光子と、
検出側偏光子を有する偏光測定機構とを備え、
前記偏光測定機構は、前記装置側偏光子及び前記検出側偏光子を順に透過した光を、前記検出側偏光子の偏光軸角度を変えながら検出し、前記検出側偏光子の前記偏光軸角度を変えながら検出した光の光量の周期的な変化を示す変化曲線を求め、この変化曲線から前記装置側偏光子の偏光軸の方向を求め、この方向を求める手順を繰り返して、複数の装置側偏光子の全ての偏光軸の方向を求め、
前記偏光測定機構は、前記光照射装置から移動可能又は前記光照射装置と分離可能であることを特徴とする光照射装置。 - 前記偏光測定機構は、前記検出側偏光子を回動させることで、当該検出側偏光子の前記偏光軸角度を変えることを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。
- 前記検出側偏光子を回動して前記検出側偏光子の前記偏光軸角度を変えるためのロータリアクチュエータをさらに備えたことを特徴とする請求項2に記載の光照射装置。
- 前記偏光測定機構は、異なる偏光軸角度を有する複数の検出側偏光子を検出側に備え、前記装置側偏光子を透過した光が前記検出側偏光子の各々を順次通過するように前記複数の検出側偏光子を移動させることで、前記検出側の前記偏光軸角度を変えることを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。
- 偏光した光を照射する光照射装置において、
光源と、
この光源の光を偏光し、光の一つ以上の波長において100:1以上10000:1以下の消光比を有する複数の装置側偏光子と、
前記装置側偏光子で偏光した光を透過させる検出側偏光子と、
前記装置側偏光子及び前記検出側偏光子を順に透過した光を、前記検出側偏光子の偏光軸角度を変えながら検出し、前記検出側偏光子の各偏光軸角度で検出した光の光量の周期的な変化を示す変化曲線を求め、この変化曲線から前記装置側偏光子の偏光軸の方向を求め、この方向を求める手順を繰り返して、複数の装置側偏光子の全ての偏光軸の方向を求める偏光軸検出器と、を有し、
前記偏光軸検出器は、前記光照射装置から移動可能又は前記光照射装置と分離可能であることを特徴とする光照射装置。 - 前記偏光軸検出器は、異なる偏光軸角度を有する複数の検出側偏光子を検出側に備え、前記装置側偏光子を透過した光が前記検出側偏光子の各々を順次通過するように前記複数の検出側偏光子を移動させることで、前記検出側の前記偏光軸角度を変える駆動機構を備えたことを特徴とする請求項5に記載の光照射装置。
- 前記装置側偏光子は、所定の偏光方向に誤差0.1°以内で揃えられていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の光照射装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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