CN102213867A - 紫外线照射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够进行被处理对象物的光照射面内紫外线照度的面内均匀性高，而且被处理对象物的温度上升少、被处理对象物的光照射面内温度的面内均匀性高的紫外线照射处理的紫外线照射装置。该紫外线照射装置在包含光反应性物质的液晶面板的制造工序中使用，具备由多个光源元件与作为被处理对象物的液晶面板材料相对地并列排列构成的光源单元、以及向上述光源元件的每一个中的外套管的内部供给冷却风的冷却机构，所述多个光源元件的每一个由放射在300nm～400nm的波长上具有发光峰值的光的长条状的灯、以及在内部穿插有该灯的状态下设置的具有光透射性的长条状的外套管构成。

Description

紫外线照射装置
技术领域
本发明涉及例如在液晶面板制造工序中使用的紫外线照射装置。
背景技术
如图8所示，液晶面板70采用在2枚玻璃板之间封入液晶的结构，例如，通过隔离部件79将在一个面上形成多个有源元件(例如薄膜晶体管，TFT)72和液晶驱动用电极(透明电极，ITO)73、再在其上面形成了取向膜74的第1玻璃板71，和在一个上面形成了滤色片76、透明电极77和取向膜78的第2玻璃板75，使一个面彼此相对地配置，在第1玻璃板71与第2玻璃板75之间形成液晶层80地构成。
在这样的液晶面板70的制造工序中，公知这样的技术：通过将紫外线照射到具备含有与紫外线反应而聚合的光反应性物质(单体)的液晶的液晶面板材料上，进行液晶面板材料的反应处理(预倾斜角发现处理，PSVA)(参照专利文献1)。在该技术中，通过在施加电压的同时将紫外线照射到液晶面板材料上，能够在使液晶朝特定方向取向的状态下使光反应性物质聚合，由此能够赋予液晶所谓的预倾斜角。
在这样的利用了紫外线的液晶面板材料的反应处理(PSVA)中，不仅需要对液晶中的光反应性物质以高的照度照射紫外线，而且要求液晶中的光反应性物质不暴露在高温下。
光反应性物质的反应速度对温度的依赖性高，如果照射中的温度高，则聚合进行过快，聚合物粒子的成长变得过大。这样一来，由于不能赋予均匀的预倾斜角，因此对比度变差，变得漏光。
而且，如果液晶面板材料中光照射面产生温度不均匀的话，则光反应性物质的反应产生偏差，液晶的倾斜(预倾斜角)产生不匀称，该液晶倾斜的不匀称在制品时浓淡不均匀地表现。
如上所述，在液晶面板的制造工序中，当进行利用了紫外线的液晶面板材料的反应处理时，要求(1)波长300～350nm的紫外线照射到液晶面板材料上；(2)液晶面板材料的光照射面中紫外线照度的面内均匀性高；(3)液晶面板材料的温度上升少，液晶面板材料的光照射面中温度的面内均匀性高；但实际情况是不会给光反应性物质带来不良影响、能够进行所希望的液晶面板材料的反应处理的紫外线照射装置并未公知。
[专利文献1]日本特开2003-177408号公报
发明内容
本发明就是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的是提供一种能够进行紫外线照射处理的紫外线照射装置，所述紫外线处理是这样的处理：被处理对象物的光照射面中紫外线照度的面内均匀性高，而且被处理对象物的温度上升少、被处理对象物的光照射面中温度的面内均匀性高。
本发明的紫外线照射装置为在包含光反应性物质的液晶面板的制造工序中使用的紫外线照射装置，其特征在于，具备：光源单元，由多个光源元件与作为被处理对象物的液晶面板材料相对地并列排列构成，所述多个光源元件的每一个由放射在300nm～400nm的波长上具有发光峰值的光的长条状的灯、以及在内部穿插有该灯的状态下设置的具有光透射性的长条状的外套管构成；冷却机构，向上述光源元件的每一个中的外套管的内部供给冷却风。
本发明的紫外线照射装置优选采用在上述光源单元与被处理对象物之间具备由内周面通过反射面形成的空间构成的光导部件的结构。
而且，本发明的紫外线照射装置优选采用使用准分子灯作为上述灯的结构。
而且，本发明的紫外线照射装置中上述冷却机构优选采用具备散热用的热交换器的结构。
发明的效果
根据本发明的紫外线照射装置，通过多个光源元件并列配置构成光源单元，基本上能够将特定波长范围的紫外线以均匀的照度分布照射到被处理对象物上。
而且，在各光源元件中由于通过在其内部穿插有灯的状态下设置外套管，所以能够利用外套管产生的冷却风导风功能直接冷却灯的发光管，因此多个灯的每一个灯被均匀地冷却，不仅能够将灯自身引起的对被处理对象物的辐射热的不均匀抑制在很小，而且能够抑制热线照射被处理对象物；而且，由于外套管自身被冷却风冷却，所以能够抑制对被处理对象物的辐射热，由此不仅能够减小被处理对象物的温度上升，而且能够抑制被处理对象物的面内的温度均匀性，适合作为例如在液晶面板的制造工序中的液晶面板材料的反应处理(预倾斜角发现处理)中使用的紫外线照射装置。
并且，通过采用还具备由内周面通过反射面形成的空间构成的光导部件的结构，能够充分确保对被处理对象物的紫外线照射量并能够增大光源单元与被处理对象物之间的间隔距离，因此能够进一步确实地抑制光源单元的辐射热造成的影响，不仅能够减少被处理对象物的温度上升，而且能够抑制被处理对象物面内的温度不均匀性。
而且，通过采用使用准分子灯的结构，由于其余的光成分不放射，因此能够确实地减小被处理对象物的温度上升。
而且，通过采用冷却机构具备热交换器的结构，能够形成密闭系冷却风循环供给路径，即使在例如在洁净室内使用紫外线照射装置的情况下，也不需要准备通道等，能够小型化地进行冷却灯。
附图说明
图1为表示本发明的紫外线照射装置的一个结构例的内部结构的概略图，为从正面方向看的说明图；
图2为表示图1的紫外线照射装置的内部结构的概略图，为从一个侧面方向看的说明图；
图3为概略地表示本发明的光源单元中光源元件的配置例的说明图；
图4为表示本发明的紫外线照射装置所使用的灯的准分子灯的一个结构例的图，(A)为立体图；(B)为表示与灯的长度方向垂直的剖面的剖视图；
图5为表示构成光导部的光导部件的一个结构例的图，(A)为立体图，(B)为光导部件的侧壁的端面图；
图6为表示比较实验例1中制作的比较用紫外线照射装置的内部结构的概略图，为从一个侧面方向看的说明图；
图7为表示比较实验例2中制作的比较用紫外线照射装置的内部结构的概略图，为从一个侧面方向看的说明图；
图8为表示液晶面板的结构的概略的说明用剖视图。
符号说明
10.光源部；11.光源部壳体部件；11A.一端壁；11B.另一端壁；12.光照射用开口；12A.透光窗；13.一端侧隔壁；13A.导风用通风口；14.另一端侧隔壁；14A.排风用通风口；15.光源单元配置空间；16.电装体配置空间；18.导风用空间；19.排风用空间；20、20A.光源单元；21.光源元件；22.灯座；24.外套管(筒状套管)；24A.冷却风流动路径；25.准分子放电灯(灯)；26.放电容器；26A.上壁；26B.下壁；27A.一个电极；27B.另一个电极；30.反射材料层；31.玻璃粉末层；32.荧光体层；35.变压器；S.放电空间；40.冷却部；41.冷却部壳体部件；42.冷却风扇；43.热交换器；45.通风通道；50.光导部；50A.壳体；51.光导部件；51A.辅助反射板；52A～52D.板状部件；53.底座部件；54.光反射性部件；55.开闭门；58.载物台；59.载物台架台；60.电源部；W.被处理对象物；70.液晶面板；71.第1玻璃板；72.有源元件；73.液晶驱动用电极；74.取向膜；75.第2玻璃板；76.滤色片；77.透明电极；78.取向膜；79.隔离部件；80.液晶层
具体实施方式
图1为表示本发明的紫外线照射装置的一个结构例的内部结构的概略图，为从正面方向看的说明图；图2为表示图1的紫外线照射装置的内部结构的概略图，为从一个侧面方向看的说明图。
该紫外线照射装置按大件分由光源部10、冷却部40、光导部50和电源部60构成。
光源部10具备具有下方开口的光照射用开口12的、整体为箱型形状的光源部壳体部件11，该光源部壳体部件11的内部空间被沿上下方向划分，下方侧空间部作为配置光源单元20的光源单元配置空间部15，并且上方侧空间部作为配置有与光源单元20相对应的例如变压器35等电装体的电装体配置空间部16。
并且，在光源部壳体部件11内的构成光源单元20的灯25的长度方向的一端侧区域，具有由构成电装体配置空间部16的一端侧隔壁13和光源部壳体部件11的一端壁11A划分而形成的、将冷却风分别导入电装体配置空间部16和光源单元配置空间部15的共同的导风用空间部18；并且，在光源部壳体部件11内的灯的长度方向的另一端侧区域，具有由构成电装体配置空间部16的另一端侧隔壁14和光源部壳体部件11的另一端壁11B划分而形成的共同的排风用空间部19。
在形成电装体配置空间部16的一端侧隔壁13上，形成有用于将冷却风导入电装体配置空间部16的导风用通风口13A，在构成电装体配置空间部16的另一端侧隔壁14上，形成有用于从电装体配置空间部16排出冷却风的排风用通风口14A。
如图3所示，光源单元20由多个光源元件21例如在使各灯25的轴中心位于同一个平面内并且互相平行延伸的状态下等间隔并列配置而构成，每个光源元件21分别由放射在300nm～400nm的波长上具有发光峰值的光的长条状的灯25、以及在内部穿插有该灯25的状态下沿灯25延伸设置的长条状的外套管(筒状套管)24构成。
每个构成光源元件21的灯25通过灯座22保持固定在光源部壳体部件11上，并且，外套管24在其一端开口位于导风用空间部18内的状态下，通过图中没有表示的保持部件固定保持在光源部壳体部件11上。
构成光源单元20的光源元件21的数量为例如32个，相邻的光源元件21的间隔距离p为例如90mm。
构成光源单元20的灯25例如由准分子灯构成，例如放射适合于使液晶面板材料中的液晶所包含的光反应性物质(单体)聚合的波长即300nm～400nm的紫外光。
图4为表示关于本发明的紫外线照射装置中使用的灯的准分子灯的一个结构例的图，(A)为立体图，(B)为表示与灯的长度方向垂直的剖面的剖视图。
该准分子灯25具备内部形成了放电空间S的截面为矩形的中空长条状的放电容器26，在该放电容器26的内部封入有例如氙气作为放电用气体。其中，放电容器26由例如石英玻璃构成。
在放电容器26的上壁26A及下壁26B各自的表面上，沿长度方向延伸地彼此相对地配置有一对网状电极，即起高电压供给电极作用的一个电极27A和起接地电极作用的另一个电极27B。
并且，在放电容器26的除下壁26B以外的壁的内表面上，在层叠的状态下从外面侧依次设置有反射材料层30、玻璃粉末层31和荧光体层32，在形成光出射部的放电容器26的下壁26B的内表面上，在层叠的状态下设置有玻璃粉末层31和荧光体层32。
反射材料层30例如用二氧化硅和氧化铝的混合物构成。
并且，作为构成玻璃粉末层31的玻璃，可以举例如硼硅酸盐玻璃(Si-B-O系玻璃)、铝硅酸盐玻璃(Si-Al-O系玻璃)、钡硅酸盐玻璃，或者以这些物质中的某一种组成为基础添加了碱土类氧化物或碱氧化物、金属氧化物的玻璃等。
并且，作为构成荧光体层32的荧光体，可以举例如铕激活硼酸锶(Sr-B-O：Eu(以下称为“SBE”)、中心波长368nm)荧光体，铈激活铝酸镁镧(La-Mg-Al-O：Ce(以下称为“LAM”)、中心波长338nm(大概))荧光体，钆、镨激活磷酸镧(La-P-O：Gd，Pr(以下称为“LAP：Pr，Gd”)、中心波长311nm)荧光体等。
外套管24为由透射例如300nm～400nm波长范围的光的光透射性材料，例如石英玻璃构成的圆筒状部件，具有与灯25大致相同的长度。
并且，构成外套管24的内周面与灯25的外周面之间形成的冷却风流动路径24A的空隙的最小间隙部分的大小为例如16～30mm。
冷却部40例如具有在光源部壳体部件11的上部的设置在光源元件21的排列方向的中央位置上的箱型形状的冷却部壳体部件41，在该冷却部壳体部件41的内部配置有例如轴流风扇等冷却风扇42、和在该冷却风扇42的上游侧的例如水冷冷却器等散热用的热交换器43。
该冷却部壳体部件41的内部空间，通过在冷却部壳体部件41的两侧分别设置的通风通道45与光源部10中的导风用空间部18和排风用空间部19连通，由此构成形成封闭的循环冷却风流动路径的冷却机构，所述循环冷却风流动路径中由冷却风扇42供给的冷却风通过光源部10中的导风用空间部18导入电装体配置空间部16内，并且导入各光源元件21中的外套管24内，通过排风用空间部19导入冷却部40中的散热用热交换器43内。
光导部50在充分确保对被处理对象物W的紫外线照射量的同时，具有用于在光源单元20与被处理对象物W之间确保足够大小的间隔距离的所谓隔离部件的作用，具有与光源部壳体部件11中的光照射用开口12相对应的大小，内周面由反射面形成的例如划分处理空间的矩形框形状的光导部件51，从光源部10的下表面向下方延伸地安装而构成。
如图5所示，光导部件51用4枚板状部件52A～52D组合而构成，板状部件52A～52D分别用例如由铝构成的底座部件53、和例如由高辉度氧化铝构成的光反射性部件54构成。
在光导部件51的一个壁(一个板状部件52A)上，形成有供将作为被处理对象物W的液晶面板材料搬入、搬出位于光导部50下侧的高度上、放置面水平的载物台58上的搬送机械臂(图中没有表示)的进入、退避的开闭门55，通过该开闭门55的开闭，能够使滞留在光导部50内的热量散发到外部。图1和图2中的标记59为载物台架台。
电源部60为控制各灯25亮灯的单元，出于重量和维护保养时的考虑，一般与光源部10分开配置。但是，变压器35由于产生高电压，因此配置在光源部壳体部件11的内部。
对于上述紫外线照射装置的动作进行说明。
在该紫外线照射装置中，在平板状的被处理对象物W(例如液晶面板部件)被搬送机械臂通过光导部件51中的开闭门55搬入而放置在载物台58上的状态下，当高频电压从电源部60被电装体配置空间部16中设置的变压器35升压、供给准分子灯25中的一个电极27A时，通过构成放电容器26的电介质材料在放电空间S内产生电介质阻挡放电，通过电介质阻挡放电形成准分子，由从准分子放射的光(氙气时为175nm的真空紫外光)激励构成荧光体层32的荧光体，300nm～400nm的紫外线透射放电容器26的下壁26B，并且经过另一个电极27B的开口而放射。
另一方面，通过驱动冷却风扇42提供的冷却风的一部分，经过光源部10中的导风用空间18被导入电装体配置空间部16内，并且其他全部被导入各光源元件21的外套管24内，具体为导入外套管24的内周面与准分子灯25的外周面之间形成的冷却风流动路径24A内，由此，准分子灯25和外套管24被冷却，然后通过排风用空间部19导入热交换器43中被冷却，不会排出到装置外部，而是再次通过冷却风扇42供给冷却风。
但是，如果采用上述结构的紫外线照射装置，通过在各个准分子灯25的轴中心位于同一个平面内并且互相平行地延伸的状态下并列配置多个光源元件21而构成光源单元20，基本上能够以均匀的照度分布将波长范围为300nm～400nm的紫外线照射到被处理对象物W上，而且能够在减小被处理对象物W的温度上升的同时抑制被处理对象物W面内的温度不均匀性。即，各光源元件21中由于通过在其内部穿插有准分子灯25的状态下设置外套管24，因此能够利用外套管24产生的冷却风导风功能(整风作用)直接冷却准分子灯25的放电容器26，因此多个准分子灯25的每一个灯被均匀地冷却，不仅能够将准分子灯25自身引起的对被处理对象物W的辐射热的不均匀抑制在很小，而且能够抑制热线照射被处理对象物W；而且，由于外套管24自身也被冷却风冷却，所以能够抑制对被处理对象物W的辐射热，由此不仅能够减小被处理对象物W的温度上升，而且能够获得在被处理对象物W面内的高的温度均匀性。
因此，适用于例如液晶面板制造工序中的液晶面板材料的反应处理(预倾斜角发现处理)中使用的紫外线照射装置。
并且，通过具备由内周面通过反射面形成的空间构成的光导部50，能够在充分地确保对被处理对象物W的紫外线照射量的同时，能够增大光源单元20与被处理对象物W之间的间隔距离，因此能够进一步确实地抑制光源单元20的辐射热造成的影响，不仅能够减少被处理对象物W的温度上升，而且能够获得在被处理对象物W面内的高的温度均匀性。
而且，使用准分子灯25，在该准分子灯25的放电空间S中生成的规定波长范围的紫外线(真空紫外线)通过在放电容器26的内表面上设置的荧光体层32的作用而放射300～400nm的紫外线，通过采用这样的结构，由于其余的光成分不放射到被处理对象物W上，因此能够确实地减小被处理对象物W的温度上升。
而且，通过采用具备散热用的热交换器43的结构，能够形成封闭的(密闭系的)冷却风循环路径，即使在例如在洁净室内使用紫外线照射装置的情况下，也不需要从装置的外部获取冷却风以及将冷却风排出到装置外部，因此不需要连接通道等，能够紧凑地构成冷却机构。
并且，由于是空冷式，不会产生如果是水冷式有可能产生的漏水等问题。
下面说明为了确认本发明的效果进行的实验例。
<实验例1>
根据图1和图2的结构制作了具有以下结构的本发明的紫外线照射装置。
光源单元20中光源元件21的数量为32个，相邻的光源元件的间隔距离(灯的轴中心间距离p)为90mm。
构成各光源元件21的灯25为，全长2800mm、纵横尺寸为43mm×15mm、灯的功率为2KW、放电容器26的材质为石英玻璃、构成荧光体层32的荧光体为SBE、封入氙气作为放电用气体的准分子灯，是外套管24的材质为石英玻璃、全长为2500mm、内径为76mm、壁厚为2.5mm的圆筒状灯。
冷却风扇42为具有对一个光源元件21能够提供例如4m3/min的送风量(整个光源单元为128m3/min)的冷却风的送风能力的轴流风扇。导风用空间部18内的压力为500～1000Pa，冷却风的温度为30℃；排风用空间部19内的风的温度为60℃左右。
光导部件51的高度为300mm。
被处理对象物W为纵横尺寸为2200mm×2500mm的实验用液晶面板材料，光源单元20与被处理对象物W之间的间隔距离为400mm。
当使用该紫外线照射装置使各光源元件21中的灯25全部以相同的亮灯条件亮灯，将紫外线照射到作为被处理对象物W的实验用液晶面板材料上，测量实验用液晶面板材料的光照射面上任意的多个测量部位的照度和温度，求出实验用液晶面板材料的光照射面中的照度均匀性时，确认照度均匀度在±8.9％的范围内。
并且确认出，实验用液晶面板材料的光照射面的温度在从紫外线照射开始以后经过了120秒时间的时刻达到30℃±2℃(温度上升的程度)。其中，照射紫外线前实验用液晶面板材料的表面温度为25℃。
<照度均匀性>
在假定实验用液晶面板材料的光照射面中的多个测量部位测量的照度的平均值为Ea、多个测量部位中每个测量部位的照度测量值为Eb时，“照度均匀性”通过(Ea-Eb)/Ea[％]定义。实施例1中实验用液晶面板材料的光照射面中的平均照度(Ea)约为19mW/cm2。
并且，当通过热量计测量200nm～20000nm波长范围的光的总辐射热量时，对实验用液晶面板材料的总辐射热量为57mW/cm2，其中300nm～400nm波长范围的紫外线以外的光(对液晶面板材料中的光化学反应不起作用的光)产生的辐射热量为38mW/cm2。其中，灯的表面温度为250℃，外套管的表面温度为约60℃。
<比较实验例1>
根据图6所示的结构制作了比较用的紫外线照射装置。该紫外线照射装置为不具备冷却机构的装置，具有除了没有上述实验例1中制作的紫外线照射装置的光源单元中的外套管以外，其他结构相同的光源单元20A。图6中标记51A为辅助反射板，50A为在内部划分处理空间的壳体，对于与上述图1和图2中相同结构的部件，添加相同的标记。
当使用该紫外线照射装置使各光源元件21A中的各灯25全部以相同的亮灯条件亮灯，将紫外线照射到实验用液晶面板材料上，与实验例1一样，测量实验用液晶面板材料的光照射面中任意多个测量部位的照度和温度，求出实验用液晶面板材料的光照射面中照度均匀性时，确认了照度均匀度在±10.8％的范围内。另外，实验用液晶面板材料的光照射面的平均照度Ea约为25mW/cm2。
并且确认出，实验用液晶面板材料的光照射面的温度在从紫外线照射开始以后经过了120秒时间的时刻达到60℃±12℃(温度上升的程度)。
并且，当通过热量计测量200nm～20000nm波长范围的光的总辐射热量时，对实验用液晶面板材料的总辐射热量为173mW/cm2，其中300nm～400nm波长范围的紫外线以外的光(对液晶面板材料中的光化学反应不起作用的光)产生的辐射热量为148mW/cm2。其中，灯的表面温度约为300℃。
<比较实验例2>
根据图7所示的结构制作了比较用的紫外线照射装置。该紫外线照射装置采用上述实验例1中制作的紫外线照射装置中光源单元没有外套管的结构，并且采用在光照射用开口12的开口边缘设置辅助反射板51A、同时在光照射用开口12设置了透光窗12A取代光导部件的结构，除此以外具有与上述实施例1中制作的紫外线照射装置相同的结构，对于相同的结构部件，为了方便添加相同的标记。图7中标记50A为在内部划分处理空间的壳体。
在使用该紫外线照射装置使光源元件20A中的各灯25全部以相同的亮灯条件亮灯，将紫外线照射到实验用液晶面板材料上，与实验例1一样，测量实验用液晶面板材料的光照射面中任意多个测量部位的照度和温度，求出实验用液晶面板材料的光照射面中照度均匀性时，确认了照度均匀度在±11.2％的范围内。另外，实验用液晶面板材料的光照射面的平均照度Ea约为21mW/cm2。
并且确认出，实验用液晶面板材料的光照射面的温度在从紫外线照射开始以后经过了120秒时间的时刻达到45℃±20℃(温度上升的程度)。
并且，当通过热量计测量200nm～20000nm波长范围的光的总辐射热量时，对实验用液晶面板材料的总辐射热量为110mW/cm2，其中300nm～400nm波长范围的紫外线以外的光(对液晶面板材料中的光化学反应不起作用的光)产生的辐射热量为89mW/cm2。其中，灯的表面温度约为280℃，透光窗的表面温度为147℃。
如上所述，如果采用本发明的紫外光照射装置，确认了在被处理对象物的光照射面内对于紫外线照度和温度能够获得高的面内均匀性。
并且，确认了能够减小紫外线照射引起的被处理对象物的温度上升的程度。
虽然以上说明了本发明的实施方式，但本发明并不局限于上述实施方式，能够加以种种变更。
例如，本发明的紫外线照射装置中构成光源单元的光源元件的个数及排列方法并不局限于上述实施例，能够根据目的适当设计变更。

Claims (4)

1.一种在包含光反应性物质的液晶面板的制造工序中使用的紫外线照射装置，其特征在于，具备：
光源单元，由多个光源元件与作为被处理对象物的液晶面板材料相对地并列排列构成，所述多个光源元件的每一个由放射在300nm～400nm的波长上具有发光峰值的光的长条状的灯、以及在内部穿插有该灯的状态下设置的具有光透射性的长条状的外套管构成；以及
冷却机构，向上述光源元件的每一个中的外套管的内部供给冷却风。
2.如权利要求1所述的紫外线照射装置，其特征在于，在上述光源单元与被处理对象物之间，具备由内周面通过反射面形成的空间构成的光导部。
3.如权利要求1或2所述的紫外线照射装置，其特征在于，上述灯为准分子灯。
4.如权利要求1或2所述的紫外线照射装置，其特征在于，上述冷却机构具备散热用的热交换器。
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