JP3603758B2 - 液晶配向膜の光配向用偏光光照射装置の偏光素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子の配向膜に偏光光を照射して液晶を光配向させるための光照射装置の偏光素子に関し、特に、本発明は、視野角補償フィルムの光配向に好適な偏光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、所定の間隔の隙間を保つように貼り合せ、該隙間に液晶を注入したものである。
上記液晶表示素子の配向膜の配向処理に関し、配向膜に偏光光を照射し露光処理することにより行なう、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、例えば本出願人が先に提案した特開平１０−９０６８４号公報がある。
【０００３】
最近、上記液晶表示素子の製作以外に、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ＵＶ硬化液晶を塗布し、一定方向に液晶分子を配向させた後、ＵＶ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り、液晶パネルに視野角補償フィルムを貼ることで画質の低下を補償することができる。
従来上記の「一定方向に液晶分子を配向させる」工程は、ラビングにより行われていたが、最近上記偏光光照射を使用し、光配向により行われるようになってきた。
【０００４】
図７に、視野角補償フィルムを光配向する偏光光照射装置の構成例を示す。 同図に示すように、偏光光照射装置は、超高圧水銀ランプ等の放電ランプ１と、楕円集光鏡２と、第１の平面鏡３と、偏光素子８と、インテグレータレンズ４とシャッタ５と第２の平面鏡６とコリメータレンズ７とから構成されている。
偏光素子８は、入射する光芒の光軸に対して、ブリュースタ角だけ傾け間隔をおいて平行配置した複数枚のガラス板を、それぞれＶ字形に組み合わせ、光の出射側が凸になるように配置したものである。
Ｖ字形に組み合わせた偏光素子を用いる利点として、次のようなことが上げられる。まず、Ｖの字にしない場合に比べると、偏光素子全体の大きさ（光軸に対して長さ方向の大きさ）を小型化できる。また、１枚１枚のガラス板の大きさが小さくなり、ガラス１枚あたりの製作コストが安くなる。
Ｖ字形に組み合わせて配置した偏光素子を配置する方向は、出射側に凸、入射側に凸の２つが考えられる。図７に示したものでは、出射側に凸（ガラス板が「谷」を形成する方向から光が入射する場合）の偏光素子を用いている。
なお、偏光素子に使用するガラス板の枚数は、図中に示した枚数に限られるものではなく、照射面での所望の照度、消光比に応じ、適宜調整することができる。
【０００５】
同図において、放電ランプ１が放射する紫外光を含む光は、楕円集光鏡２で集光され、第１の平面鏡３で反射し偏光素子８に入射する。偏光素子８は、Ｐ偏光を透過させＳ偏光の大部分を反射するので、偏光素子８から出射する光は主としてＰ偏光となる。偏光素子８から出射した光は、インテグレータレンズ４に入射する。
インテグレータレンズ４から出た光は、シャッタ５を介してさらに第２の平面鏡６で反射し、コリメータレンズ７で平行光にされ、ＵＶ硬化液晶を塗布した視野角補償フィルム１０に照射される。
以下、視野角補償フィルム１０と表記したものは、ＵＶ硬化液晶が塗布されているものとする。
【０００６】
視野角補償フィルム１０は、長尺の連続ワークとして、巻き出しローラ１１ａにロール状に巻かれている。そして、同図に示すように、巻き出しローラ１１ａに巻かれた視野角補償フィルムを引き出し、偏光光を照射した後、巻き取りローラ１１ｂに巻き取る。偏光光は、フィルム１０を搬送しつつ、フィルム１０に対してあらかじめ設定された角度で照射する。
なお、上記の視野角補償フィルムは、偏光光の消光比が悪くても（例えばＰ偏光：Ｓ偏光＝３：１〜２：１）配向することが知られている。このような消光比の偏光光は、コリメータ等の光学素子を用いないでも得ることができる。
なお、図７では、偏光素子８を第１平面鏡３とインテグレータレンズ４の間に設けたが、図８に示すように、偏光素子８をコリメータレンズ７の出射側に設けてもよい。
【０００７】
図９に、視野角補償フィルムを光配向する偏光光照射装置の別の構成例を示す。この構成例において、ランプ２１は、棒状の直管ランプであり、例えば高圧水銀ランプ、メタルハライドランプである。
該棒状ランプ２１は、断面が放物線である樋状ミラー２２の焦点に配置される。偏光素子８は、図７に示したものと同様、入射する光芒の光軸に対して、ブリュースタ角だけ傾け間隔をおいて平行配置した複数枚のガラス板を、それぞれＶ字形に組み合わせ、光の出射側が凸になるように配置したものである。
視野角補償フィルム１０は、前記したように長尺の連続ワークとして、巻き出しローラ１１ａにロール状に巻かれている。そして、同図に示すように、巻き出しローラ１１ａに巻かれた視野角補償フィルムを引き出し、偏光光を照射した後、巻き取りローラ１１ｂに巻き取る。偏光光は、フィルム１０を搬送しつつ、フィルム１０に対してあらかじめ設定された角度で照射する。
【０００８】
図９に示した偏光光照射装置においては、ランプからの直射光は発散光なので、偏光素子にはブリュースタ角ではない角度で光が入射し、偏光分離されないまま偏光素子を通過する光もある。
しかし、樋状ミラー２２で反射した光は略平行光になり、ブリュースタ角で偏光素子に入射するので、偏光分離され、Ｐ偏光光が出射される。したがって、偏光素子からは、全体としてＰ偏光光の成分の多い光が出射し、視野角補償フィルム１０に照射される。
このような棒状ランプを使う理由は、図７、図８に示した点光源のランプを用いた場合に比べて、広い面積を強い照度で照射でき、フィルムの露光処理スピードが早くなり、スループットが良くなるためである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、入射する光芒の光軸に対して、ブリュースタ角だけ傾け間隔をおいて平行配置した複数枚のガラス板を、それぞれＶ字形に組み合わせて配置した偏光素子を用いれば、偏光素子全体の大きさを小型化でき、また、１枚１枚のガラス板の大きさが小さくなり、ガラス１枚あたりの製作コストが安くすることができる。
ガラス板をＶ字形に組み合わせた偏光素子を用い、該偏光素子を出射側に凸になるように配置した場合、次のような問題が生ずる。
図１０は、ガラス板をＶ字形に組み合わせた偏光素子を示す図であり、同図は、Ｖ字形に組み合わせたガラス板８ａを４組用いて偏光素子を構成した場合を示しており、各ガラス板８ａは入射光に対してブリュースタ角だけ傾けて、出射側が凸になるように配置されている。なお、図１０において、上下方向の矢印、黒丸を付けた丸印は、それぞれＰ偏光光、Ｓ偏光光の偏光方向を示しており、また、ガラス板の屈折により偏光素子８の出射側には、同図に示すように影が生ずる。なお、実際はガラス板を１５組使用しているが、図１０においては、ガラス板を４組に省略して示している。
【００１０】
図１０に示すように、ガラス板にブリュースタ角で入射した光は、Ｐ偏光光とＳ偏光光とに分離する。Ｐ偏光光はガラス板を透過するが、Ｓ偏光光は反射する。ここで、ガラス板の表面で反射したＳ偏光光が、対向するガラス板に入射する。該反射光（Ｓ偏光光）の該ガラス板への入射光はブリュースタ角ではないので、Ｓ偏光光であるが、ガラス板を通過する。
このガラス板を通過したＳ偏光光は、２枚目・３枚目…のガラス板の表面で、同様の反射・透過し、これを繰り返して、最終的に偏光素子を通過するＳ偏光光が生じる。その結果、この光がノイズとなり、偏光素子から出射される偏光光の消光比が低下する。
本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、ガラス板の表面で反射したＳ偏光光が、対向するガラス板に入射しないようにすることにより、偏光素子を通過するＳ偏光光を少なくし、偏光素子から出射する偏光光の消光比を上げることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）入射する光芒の光軸に対して、ブリュースタ角だけ傾け、間隔をおいて平行配置した複数枚のガラス板を、それぞれＶ字形に組み合わせ、光の出射側が凸になるように配置した偏光素子を用い、該偏光素子の光入射側に、上記Ｖ字形の２枚のガラス板の光入射面が交わる稜線に沿って遮光部材を設ける。そして、遮光部材を上記ガラス板にブリュースタ角で入射する光を妨げないように入射光の光軸に略平行に配置し、上記ガラス板で反射するＳ偏光光を遮光する。
上記遮光部材を設けることにより、ガラス板の表面で反射したＳ偏光光が、遮光板により吸収または反射され、対向するガラス板に入射しない。その結果、偏光素子を通過するＳ偏光光を少なくすることができ、上記反射光による消光比への悪影響を小さくすることができる。
（２）上記（１）において、上記遮光部材を、Ｖ字形に組み合わせた複数枚のガラス板の全てに対して設ける。
これにより、Ｖ字形に組み合わせた複数枚のガラス板で反射するＳ偏光光を全て遮光することができ、一層、上記反射光による消光比への影響を小さくすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施例の偏光素子を示す図であり、同図は、前記図１０と同様、Ｖ字形に組み合わせたガラス板８ａを４組用いて偏光素子を構成した場合を示しており、各ガラス板８ａは入射光に対してブリュースタ角だけ傾けて、出射側が凸になるように配置されている。
なお、以下では、遮光板を備えた偏光素子についてのみ説明するが、以下に示す各実施例の遮光板を備えた偏光素子は、前記図７〜図９に示した偏光光照射装置の偏光素子として使用することができる。
なお、ガラス板を実際は図１０と同様に１５組使用したが、図１では４組に省略している。
上記構成の偏光素子において、本実施例では図１に示すように、偏光素子８を構成するガラス板８ａで反射する光を遮光する遮光板８ｂを設ける。該遮光板８ｂは、その一辺がＶ字形に組み合わせたガラス板の接合部分に沿って配置され、ブリュースタ角でガラス板８ａに入射する光を妨げないように、入射する光芒の光軸に略平行に配置されている。
【００１３】
上記遮光板としては、例えばアルミ板に黒アルマイト処理をしたものを用いることができ、ガラス板８ａにより反射した光は、該遮光板８ｂにより吸収される。
このような遮光板８ｂを設けることにより、ガラス板８ａの表面で反射したＳ偏光光は、図１に示すように遮光板８ｂで遮光され対向するガラス板に入射しない。これにより、前記図１０に示した遮光板を設けない場合に比べ、偏光素子から出射する偏光光の消光比が、ガラス板を１５組使用した時、１５：１から２０：１に上昇した。
上記実施例では遮光板として平板状のものを用いる場合について示したが、遮光板の形状としては種々の形状のものを用いることができる。
【００１４】
図２は遮光板８ｂとして、表面が針山状になったものを用いた場合を示しており、このような形状の遮光板を用いることにより、遮光板に入射する光を効果的に吸収することができる。
また、遮光板としては光を吸収するものだけでなく、ミラーを用いることもできる。
図３は表面に反射面を有する遮光板を用いた場合に示しており、同図に示すよう、遮光板の反射面は、ガラス板８ａで反射したＳ偏光光が、再度ガラス板８ａに入射しない方向に反射させるように形成されている。このような反射面を持つ遮光板を用いても図１、図２に示したものと同様の効果を得ることができる。
【００１５】
遮光板８ｂは、図１〜図３に示すようにガラス板による反射光の強度が大きい、偏光素子の入射側に設けるのが最も効果的であるが、この遮光板を出射側に延長し、Ｖ字形を構成する全てのガラス板の間に遮光板８ｂを設ければ、更に消光比への影響を小さくすることができる。
すなわち、図４に示すように、ガラス板８ａ−１の入射側だけでなく、遮光板を偏光素子の２枚目のガラス板８ａ−２、３枚目のガラス板８ａ−３、４枚目のガラス板８ａ−４の間に設ければ、これらのガラス板の表面で反射するＳ偏光光をも遮光することができるので、消光比への悪影響をさらに小さくすることができる。
なお、本発明の遮光板は、ガラス板８ａで反射したＳ偏光光の全部または一部を吸収して、高温となる場合がある。この場合には、空冷または水冷手段を用いて遮光板を冷却すると良い。
【００１６】
本発明は、Ｖ字形に組み合わせたガラス板から構成される偏光素子を、複数組み合わせた種々の形状の偏光素子にも適用することができる。
図５は、ガラス板を出射側が凸になるように配置した第１の偏光素子８−１と、ガラス板を入射側が凸になるように配置した第２の偏光素子８−２を用い、第１の偏光素子を入射側に設け、第２の偏光素子を出射側に設けた場合を示している。
この場合には、第１の偏光素子８−１の入射側に、前記したように遮光板を配置する。これにより、偏光素子８−１のガラス板で反射するＳ偏光光を遮光することができ、前記したように偏光光の消光比の低下を小さくすることができる。
【００１７】
図６は、上記第１の偏光素子８−１を出射側に設け、第２の偏光素子を入射側に設けた場合を示している。
この場合には、第１の偏光素子８−１の入射側に、前記したように遮光板を配置する。これにより、偏光素子８−１のガラス板で反射するＳ偏光光を遮光することができ、前記したように偏光光の消光比の低下を小さくすることができる。なお、図５、図６においても、前記図４に示したように第１の偏光素子８−１に設けた遮光板を出射側に延長し、出射側が凸になるようにＶ字形に組み合わせた全ての各ガラス板の間に遮光板を設けるようにしてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、偏光素子の光入射側に、遮光部材を設けたので以下の効果を得ることができる。
（１）ガラス板の表面で反射したＳ偏光光が、遮光板により吸収または反射され、対向するガラス板に入射しない。このため、偏光素子を通過するＳ偏光光を少なくすることができ、偏光素子から出射する偏光光の消光比を上げることができる。
（２）Ｖ字形に組み合わせた複数枚のガラス板の全てに対して、上記遮光部材を設けることにより、全てのガラス板で反射するＳ偏光光を遮光することができ、一層、偏光素子から出射する偏光光の消光比を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の偏光素子を示す図である。
【図２】遮光板として表面が針山状になったものを用いた実施例を示す図である。
【図３】遮光板として表面に反射面を有するものを用いた実施例を示す図である。
【図４】全てのガラス板の間に遮光板を設けた実施例を示す図である。
【図５】その他の構成の偏光素子への適用例を示す図（１）である。
【図６】その他の構成の偏光素子への適用例を示す図（２）である。
【図７】視野角補償フィルムを光配向する偏光光照射装置の構成例（１）を示す図である。
【図８】視野角補償フィルムを光配向する偏光光照射装置の構成例（２）を示す図である。
【図９】視野角補償フィルムを光配向する偏光光照射装置の他の構成例を示す図である。
【図１０】光入射側が凸になるようにガラス板をＶ字形に組み合わせた偏光素子を示す図である。
【符号の説明】
１，２１ 放電ランプ
２ 楕円集光鏡
３ 第１の平面鏡
８ 偏光素子
４ インテグレータレンズ
５ シャッタ５
６ 第２の平面鏡
７ コリメータレンズ
８，８−１，８−２ 偏光素子
８ａ ガラス板
８ｂ 遮光板
１０ 視野角補償フィルム
２２ 樋状ミラー

Claims (2)

1. ランプと、該ランプの光を集光する集光鏡と偏光素子を備えた、液晶配向膜の光配向用偏光光照射装置において、
   該偏光素子は、入射する光芒の光軸に対して、ブリュースタ角だけ傾け、間隔をおいて平行配置した複数枚のガラス板を、それぞれＶ字形に組み合わせ、光の出射側が凸になるように配置したものであって、
   上記偏光素子の光入射側に、上記Ｖ字形の２枚のガラス板の光入射面で形成される稜線に沿って遮光部材を設け、
   該遮光部材を、入射する光芒の光軸に対して略平行に配置し、上記ガラス板で反射する光を遮光する
   ことを特徴とする液晶配向膜の光配向用偏光光照射装置の偏光素子。
2. Ｖ字形に組み合わせた複数枚のガラス板の全てに対して、上記遮光部材を設けた
   ことを特徴とする請求項１の液晶配向膜の光配向用偏光光照射装置の偏光素子。

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