JP2016066754A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被照射物に対する紫外線の不均一な照射を抑制する光源装置を提供する。【解決手段】実施形態の光源装置１は発光部２０と制御手段５０と拡散板４１とを具備する。発光部２０は、複数の第１の発光素子２１と複数の第２の発光素子２２とを有する。第１の発光素子２１は、第１のピーク波長の紫外線を放出する。第２の発光素子２２は、第１のピーク波長と異なる第２のピーク波長の紫外線を放出し、第１の発光素子２１の周りに配置した。第１の発光素子２１の周りに第２の発光素子２２が少なくとも一つ位置するように、複数の第１の発光素子２１及び複数の第２の発光素子２２を面状もしくは直線状に配置する。制御手段５０は、発光部２０のうちの中央に位置する発光部２０の相対照度よりも外縁に位置する発光部２０の相対照度を大きくする。拡散板４１は、第１の発光素子２１と第２の発光素子２２が放出した紫外線を拡散させて被照射物Ｗに照射する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、液晶の硬化などに用いられ、複数の発光素子を備えた光源装置に関する。

現在、液晶パネルの硬化や重合、貼り合わせなどの光反応工程において、紫外線を放出する発光素子を有する光源装置が用いられる。

特開２０１０−１９７５４０号公報 国際公開第２０１０／１９７５４０号 特開２００７−３０５７０３号公報 特開２０１０−９３０９４号公報

ところで、光源装置においては、紫外線を照射する被照射物の不均一な反応、すなわち、被照射物に対する紫外線の不均一な照射を抑制することが求められる。

本発明は、被照射物に対する紫外線の不均一な照射を抑制する光源装置を提供することを目的とする。

実施形態の光源装置は、発光部と、調整手段と、光学部品とを具備する。発光部は、複数の第１の発光素子と、複数の第２の発光素子と、を有する。第１の発光素子は、第１のピーク波長の紫外線を放出する。第２の発光素子は、第１のピーク波長と異なる第２のピーク波長の紫外線を放出し、第１の発光素子の周りに配置した。第１の発光素子の周りに第２の発光素子が少なくとも一つ位置するように、複数の第１の発光素子及び複数の第２の発光素子を面状もしくは直線状に配置する。調整手段は、発光部のうちの中央に位置する発光部の相対照度よりも外縁に位置する発光部の相対照度を大きくする。光学部品は、第１の発光素子と第２の発光素子が放出した紫外線を拡散させて被照射物に照射する。

本発明によれば、被照射物に対する紫外線の不均一な照射を抑制する光源装置を提供することができる。

図１は、実施形態に係る光源装置を備えた紫外線照射装置の概略の構成を示す図である。 図２は、実施形態に係る光源装置の概略の構成を下方から示す平面図である。 図３は、実施形態に係る光源装置の各発光素子が放出する紫外線の波長に対する相対放射強度を示す図である。 図４は、実施形態に係る光源装置が放出する紫外線の波長に対する相対放射強度の一例を示す図である。 図５は、図１に示された紫外線照射装置のステージ上の相対照度と光源装置が放出する紫外線の相対照度を示す図である。 図６は、実施形態の変形例１に係る光源装置の概略の構成を下方から示す平面図である。 図７は、実施形態の変形例２に係る光源装置の概略の構成の要部を下方から示す平面図である。

以下で説明する実施形態、変形例１及び変形例２に係る光源装置１，１−１，１−２は、発光部２０と、制御手段５０と、拡散板４１とを具備する。発光部２０は、複数の第１の発光素子２１と、複数の第２の発光素子２２と、を有する。第１の発光素子２１は、第１のピーク波長の紫外線を放出する。第２の発光素子２２は、第１の発光素子２１の周りに配置した。第１の発光素子２１の周りに第２の発光素子２２が少なくとも一つ位置するように、複数の第１の発光素子２１及び複数の第２の発光素子２２を面状もしくは直線状に配置する。制御手段５０は、発光部２０のうちの中央に位置する発光部２０の相対照度よりも外縁に位置する発光部２０の相対照度を大きくする。拡散板４１は、第１の発光素子２１と第２の発光素子２２が放出した紫外線を拡散させて被照射物Ｗに照射する。

また、以下で説明する実施形態、変形例１及び変形例２に係る光源装置１，１−１，１−２において、第１の発光素子２１及び第２の発光素子２２は、ピーク波長が２４０ｎｍ以上４０５ｎｍ以下の紫外線を放出する。

また、以下で説明する実施形態、変形例１及び変形例２に係る光源装置１，１−１，１−２において、拡散板４１は、ガラスで構成される。

［実施形態］
次に、本発明の実施形態に係る光源装置１を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係る光源装置を備えた紫外線照射装置の概略の構成を示す図、図２は、実施形態に係る光源装置の概略の構成を下方から示す平面図、図３は、実施形態に係る光源装置の各発光素子が放出する紫外線の波長に対する相対放射強度を示す図、図４は、実施形態に係る光源装置が放出する紫外線の波長に対する相対放射強度の一例を示す図、図５は、図１に示された紫外線照射装置のステージ上の相対照度と光源装置が放出する紫外線の相対照度を示す図である。

実施形態に係る光源装置１（以下、単に光源装置と記す）は、図１に示された紫外線照射装置１００を構成する。紫外線照射装置１００は、例えば、液晶パネルの硬化や重合、貼り合わせなどの光反応工程に用いられ、所定の波長の紫外線を被照射物Ｗ(図１に示す)に照射する装置である。

紫外線照射装置１００は、図１に示すように、光源装置１と、被照射物Ｗを載置面１０ａ上に載置するステージ１０などを備えている。光源装置１は、複数の発光部２０と、冷却部材としてのヒートシンク３０と、筺体４０と、制御手段５０（調整手段に相当）を具備する。

複数の発光部２０は、図１及び図２中の実装基板２４の表面と平行なＸ軸と、実装基板２４の表面と平行でかつＸ軸と直交するＹ軸との双方に沿って実装基板２４の表面に並べられて、面上に配置されている。また、実装基板２４の発光部２０を配置した表面は、Ｘ軸とＹ軸との双方に直交するＺ軸に沿って、ステージ１０の載置面１０ａと対向している。

発光部２０は、第１の発光素子２１と、第２の発光素子２２と、第３の発光素子２３とを具備する。即ち、光源装置１は、複数の第１の発光素子２１と、複数の第２の発光素子２２と、複数の第３の発光素子２３を具備する。実施形態では、発光部２０は、発光素子２１，２２，２３を三つずつ備えている。また、光源装置１は、第１の発光素子２１の周りに第２の発光素子２２が少なくとも一つ位置するように、複数の第１の発光素子２１と複数の第２の発光素子２２と複数の第３の発光素子２３を面状に配置している。

発光素子２１，２２，２３は、一様にあらゆる方向に振動した紫外線を放出するものであり、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）などで構成される。第１の発光素子２１は、第１のピーク波長Ｐ１（図３に示す）の紫外線を放出するものである。第２の発光素子２２は、第１のピーク波長Ｐ１と異なる第２のピーク波長Ｐ２（図３に示す）の紫外線を放出するものである。第３の発光素子２３は、第１のピーク波長Ｐ１と第２のピーク波長Ｐ２との双方と異なる第３のピーク波長Ｐ３（図３に示す）の紫外線を放出するものである。

なお、本明細書でいうピーク波長Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３とは、発光素子２１，２２，２３が放出する紫外線のうちの放射強度が最も強い紫外線の波長をいう。本実施形態で、第１のピーク波長Ｐ１は、３６５ｎｍである。第２のピーク波長Ｐ２は、３８５ｎｍである。第３のピーク波長Ｐ３は、４０５ｎｍである。即ち、第１の発光素子２１、第２の発光素子２２及び第３の発光素子２３は、ピーク波長が２４０ｎｍ以上４０５ｎｍ以下の紫外線を放出する。なお、図３の横軸は、発光素子２１，２２，２３が放出する紫外線の波長を示している。図３の縦軸は、発光素子２１，２２，２３が放出する各波長の紫外線の相対放射強度を示している。図３の縦軸の相対放射強度は、ピーク波長Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の放射強度を１．０としたものである。図３の実線は、第１の発光素子２１の放出する紫外線の波長の相対放射強度を示している。図３の一点鎖線は、第２の発光素子２２の放出する紫外線の波長の相対放射強度を示している。図３の二点鎖線は、第３の発光素子２３の放出する紫外線の波長の相対放射強度を示している。

このような構成により、発光部２０は、図４に示すように、波長が３５５ｎｍから４４０ｎｍの紫外線を放出することとなる。なお、図４の横軸は、発光部２０全体が放出する紫外線の波長を示している。図４の縦軸は、発光部２０全体が放出する各波長の紫外線の相対放射強度を示している。図４の実線は、発光素子２１，２２，２３の放出する紫外線の放射強度の比が１：１：１である場合を示している。図４の一点鎖線は、発光素子２１，２２，２３の放出する紫外線の放射強度の比が３：２：１である場合を示している。

ヒートシンク３０は、図１中の下方に位置するステージ１０の載置面１０ａとＺ軸に沿って対向する外表面に実装基板２４を介して発光素子２１，２２，２３が取り付けられている。ヒートシンク３０は、アルミニウム合金などの熱抵抗の低い材料（金属など）で構成されている。本実施形態で、ヒートシンク３０は、ヒートシンク３０の上方に突出し、かつ空気などの冷媒が吹き付けられるフィン３１を一体に備えて構成されている。また、本発明で、ヒートシンク３０は、内側が密閉されて、内側に液体などの冷媒が循環される箱状に形成されてもよい。

筺体４０は、ヒートシンク３０の発光素子２１，２２，２３が取り付けられた外表面を覆うものである。本実施形態で、筺体４０は、ヒートシンク３０のフィン３１を露出させる。筺体４０は、箱状に形成されて、ヒートシンク３０の外表面及び発光部２０全体を収容して、これらを覆っている。筺体４０には、発光素子２１，２２，２３が取り付けられたヒートシンク３０の外表面と対向し、かつ発光素子２１，２２，２３が放出する紫外線を透過する拡散板４１（光学部品に相当）が設けられている。即ち、光源装置１は、拡散板４１を備えている。

拡散板４１は、発光部２０即ち発光素子２１，２２，２３が放出した紫外線を拡散させて、ステージ１０の載置面１０ａ上の被照射物Ｗに照射するものである。拡散板４１は、平板状に形成されている。拡散板４１は、石英ガラスやテンパックス（登録商標）などの酸化ケイ素を主成分とするガラスに、例えばフロスト加工やレーザー加工が施されることで得られる。

制御手段５０は、紫外線照射装置１００による紫外線の照射動作を制御するものである。制御手段５０は、例えばＣＰＵ等で構成された演算処理装置やＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える図示しないマイクロプロセッサを主体として構成されており、処理動作の状態を表示する表示手段や、オペレータが処理内容情報などを登録する際に用いる操作手段と接続されている。

制御手段５０は、各発光部２０の発光素子２１，２２，２３が放出する紫外線の放射強度を制御し、発光部２０の相対照度を調整する。制御手段５０は、複数の発光部２０のうちの実装基板２４のＸ軸方向及びＹ軸方向の中央に位置する発光部２０よりも実装基板２４の外縁に位置する発光部２０の相対照度が大きくなるように、各発光部２０に供給される電力を制御する。即ち、制御手段５０は、図２に示された矢印Ｌの先端に向かうにしたがって発光部２０に供給される電力が大きくなるように制御する。なおここでいう「相対照度」とは、発光素子２１，２２，２３が放出する紫外線の放射強度を相対的に数値化した指標であり、照度の測定には照度計として紫外線積算光量計ＵＩＴ−２５０（ウシオ電機製）を用い、受光器としてＵＶＤ−Ｓ３１３（ウシオ電機製）を用いる。また、照度計は上記に限定されず、例えばオーク製作所製のＵＶ−ＭＯ３Ａ、受光器ＵＶ−ＳＮ３５を用いてもよい。また、相対照度は、例えば被照射物が置かれる位置に、紫外光を受光して電気信号を出力する受光素子を用いて相対的に紫外光の強度の変化を検出するものでもよい。

本実施形態で、制御手段５０は、図５に二点鎖線で示すように、実装基板２４の外縁に向かうにしたがって発光部２０の発光素子２１，２２，２３が放出する紫外線の相対照度が強くなるように、発光部２０に供給される電力を制御する。図５の横軸は、ステージ１０の載置面１０ａ上のＹ軸方向の中央のＸ軸方向の各位置、すなわち、図２における一点鎖線Ａ−Ａに対応する各位置であり、０が光源装置１のＸ軸方向の中央のＺ軸方向の真下の位置を示している。図５の横軸の範囲Ｈは、発光部２０が存在する範囲を示している。図５の縦軸は、各発光部２０の放出する紫外線の相対照度と、ステージ１０の載置面１０ａ上の相対照度を示している。

また、図５の二点鎖線は、各発光部２０単体が放出する紫外線の相対照度を示している。図５の実線は、図５の二点鎖線で示す相対照度で各発光部２０が紫外線を放出した時の載置面１０ａ上の最も大きな相対照度を１．０としてステージ１０の載置面１０ａ上の各位置の照度を示している。図５の一点鎖線は、複数の発光部２０が放出する紫外線の相対照度を等しくした時の載置面１０ａ上の最も大きな照度を１．０としてステージ１０の載置面１０ａ上の各位置の照度を示している。本実施形態で、制御手段５０は、載置面１０ａ上の被照射物Ｗに照射される紫外線の照度が均一となる（即ち、各位置で等しくなる）ように、各発光部２０に供給される電力を制御する。また、制御手段５０は、各発光部２０の発光素子２１，２２，２３の放出する紫外線の相対照度を被照射物Ｗに応じて適宜変更してもよい。さらに、制御手段５０は、各発光部２０の発光素子２１，２２，２３の放出する紫外線の放射強度の比を被照射物Ｗに応じて適宜変更してもよい。

次に、紫外線照射装置１００の被照射物Ｗの処理動作を説明する。まず、オペレータが処理内容情報を制御手段５０に登録し、処理動作の開始指示があった場合に、処理動作を開始する。処理動作が開始されると、制御手段５０は、光源装置１のヒートシンク３０のフィン３１に冷媒を吹き付ける。

そして、紫外線照射装置１００は、ヒートシンク３０のフィン３１に冷媒を吹き付けてから所定時間経過すると、ステージ１０の載置面１０ａ上に被照射物Ｗを載置し、各発光部２０の発光素子２１，２２，２３から紫外線を放出して、載置面１０ａ上の被照射物Ｗに紫外線を照射する。一定時間、紫外線が照射された被照射物Ｗは、ステージ１０の載置面１０ａ上から取り外され、紫外線照射前の被照射物Ｗがステージ１０の載置面１０ａに載置される。前述した工程と同様に、紫外線を照射する。

本発明の紫外線照射装置１００は、必要に応じて、光源装置１とステージ１０との間にフィルタや光学素子を設けてよい。

前述した構成の実施形態に係る光源装置１は、ピーク波長Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の異なる発光素子２１，２２，２３で構成される発光部２０を備えている。また、光源装置１は、発光部２０即ち発光素子２１，２２，２３が放出した紫外線を拡散させて被照射物Ｗに照射する拡散板４１を備えているので、被照射物Ｗに照射される紫外線の波長のムラを抑制できる。

また、光源装置１は、ピーク波長Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の異なる発光素子２１，２２，２３で構成される発光部２０がＸ軸方向とＹ軸方向に沿って配置されて面状に配置されている。さらに、制御手段５０が、中央に位置する発光部２０の相対照度よりも外縁に位置する発光部２０の相対照度を大きくする。したがって、被照射物Ｗに照射される紫外線の照度のムラを抑制できる。よって、光源装置１は、被照射物Ｗに対する紫外線の不均一な照射を抑制することができる。

また、光源装置１は、制御手段５０が各発光部２０の相対照度を制御する。さらに、制御手段５０は、各発光部２０の相対照度の比を被照射物Ｗに応じて適宜変更できる。したがって、光源装置１は、被照射物Ｗに対する紫外線の不均一な照射を抑制することができる。

さらに、光源装置１は、制御手段５０がステージ１０の載置面１０ａ上の紫外線の相対照度が均一になるように各発光部２０を制御する。したがって、光源装置１は、被照射物Ｗに均一の照度の紫外線を照射でき、被照射物Ｗに対する紫外線の不均一な照射を抑制することができる。

また、光源装置１は、ガラスで構成される拡散板４１が配置されている。拡散板４１は、各発光部２０の発光素子２１，２２，２３が放出する紫外線を拡散することができる。したがって、光源装置１は、被照射物Ｗに対する紫外線の不均一な照射を抑制することができる。また、拡散板４１がガラスで構成されることにより、ガラスの紫外線による経年劣化が抑えられるため、拡散板４１が光源部２０から照射される紫外線の元に長時間暴露されても、紫外線による拡散板４１の透過率の低下を抑制することができる。

［変形例１］
次に、本発明の実施形態の変形例１に係る光源装置１−１を図面に基づいて説明する。図６は、実施形態の変形例１に係る光源装置の概略の構成を下方から示す平面図である。図６において、前述した実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

実施形態の変形例１に係る光源装置１−１は、図６に示すように、複数の発光部２０即ち複数の発光素子２１，２２，２３をＸ軸方向に沿って直線上に配置している。また、光源装置１−１は、ステージ１０の載置面１０ａに載置される被照射物ＷをＹ軸方向に移動させる図示しない移動手段を備えている。光源装置１−１は、制御手段５０が所定の速度でステージ１０の載置面１０ａに載置される被照射物ＷをＹ軸方向に移動させながら複数の発光部２０即ち複数の発光素子２１，２２，２３が放出する紫外線を被照射物Ｗに照射する。

実施形態の変形例１に係る光源装置１−１は、複数の発光素子２１，２２，２３をＸ軸方向に沿って直線上に配置し、各実装基板２４に一つの発光部２０を実装し、拡散板４１を備えて、被照射物ＷをＹ軸方向に移動させながら複数の発光素子２１，２２，２３が放出する紫外線を被照射物Ｗに照射する。したがって、光源装置１−１は、実施形態と同様に、被照射物Ｗに対する紫外線の不均一な照射を抑制することができる。

［変形例２］
次に、本発明の実施形態の変形例２に係る光源装置１−２を図面に基づいて説明する。図７は、実施形態の変形例２に係る光源装置の概略の構成の要部を下方から示す平面図である。図７において、前述した実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

実施形態の変形例２に係る光源装置１−２は、図７に示すように、全ての発光部２０即ち全ての発光素子２１，２２，２３を一つの実装基板２４上に実装して、面上に配置している。

実施形態の変形例２に係る光源装置１−２は、実施形態と同様に、被照射物Ｗに対する紫外線の不均一な照射を抑制することができる。さらに、変形例２に係る光源装置１−２は、実装基板２４を一体で設けることにより、被照射物Ｗが大面積となっても均一に光を照射することができる。

前述した実施形態、変形例１及び変形例２の光源装置１，１−１，１−２は、液晶パネルの硬化や重合、貼り合わせなどの光反応工程に用いられる紫外線照射装置１００を構成する例を示している。しかしながら、本発明の光源装置１，１−１，１−２は、例えば、半導体製造装置や化学物質の光化学反応などの多種多様な装置を構成してもよい。

また、実施形態及び変形例の光源装置１，１−１は、発光部２０が発光素子２１，２２，２３で構成されている。しかしながら、本発明では、発光部２０が、二つの発光素子で構成されてもよく、四つ以上の発光素子で構成されてもよい。要するに、本発明で、光源装置１，１−１は、少なくとも複数の第１の発光素子２１と、複数の第２の発光素子２２とを備えていればよい。また、発光部２０の内部に、発光素子２１，２２，２３のいずれか、または発光素子２１，２２，２３の少なくとも二つの発光素子を一体的に設けた、いわゆるパッケージで構成されてもよい。

また、制御装置５０は、図２に示された矢印Ｌの先端に向かうにしたがって発光部２０に供給される電力が大きくなるように制御されることに限定されない。例えば、複数の発光部２０に供給される電力がすべて同じとなるように制御されるとき、複数の発光部２０のうちの実装基板２４のＸ軸方向及びＹ軸方向の中央に位置する発光部２０よりも実装基板２４の外縁に位置する発光部２０の相対照度が大きくなるように、放射強度が高い発光素子２１，２２，２３を用いてもよい。

本発明の実施形態及び変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及び変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 光源装置
２１ 第１の発光素子
２２ 第２の発光素子
４１ 拡散板（光学部品）
５０ 制御手段（調整手段）
Ｐ１ 第１のピーク波長
Ｐ２ 第２のピーク波長

Claims (3)

1. 第１のピーク波長の紫外線を放出する複数の第１の発光素子と、前記第１のピーク波長と異なる第２のピーク波長の紫外線を放出し、前記第１の発光素子の周りに配置した、複数の第２の発光素子と、を有し、前記第１の発光素子の周りに前記第２の発光素子が少なくとも一つ位置するように、前記複数の第１の発光素子及び前記複数の第２の発光素子を面状もしくは直線状に配置する発光部と；
   前記発光部のうちの中央に位置する発光部の相対照度よりも、外縁に位置する発光部の相対照度を大きくする調整手段と；
   前記第１の発光素子と前記第２の発光素子が放出した紫外線を拡散させて被照射物に照射する光学部品と；
   を具備する光源装置。
2. 前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子は、ピーク波長が２４０ｎｍ以上４０５ｎｍ以下の紫外線を放出する請求項１に記載の光源装置。
3. 前記拡散板は、ガラスで構成される
   請求項１又は請求項２に記載の光源装置。

Images