CN103065924A - 光照射装置、光照射方法、金属卤化物灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有金属卤化物灯、双层管、氧化膜的光照射装置。金属卤化物灯具有筒状、石英玻璃材料的发光管。双层管，具有筒状、石英玻璃材料的作为第一管的内管和筒状、石英玻璃材料的作为第二管的外管，所述内管设于筒状地包围所述金属卤化物灯的所述发光管的位置，所述外管设于筒状地包围该内管的位置，该第一管和该第二管之间的空间是被封闭的空间双层管，以使得在所述第一管和所述第二管之间的所述空间流体能够流通。氧化膜，设置在所述双层管的所述外管的外表面上、或者在所述双层管的所述内管的与所述金属卤化物灯相对的面上，膜厚在0.4μm以上、1.0μm以下，含有钛、硅、铋、和钽。

Description

光照射装置、光照射方法、金属卤化物灯

本申请以2011年10月24日申请的日本专利申请2011-232791为基础，要求该申请的优先权。本申请通过参照该申请而包括该申请的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及光照射装置、光照射方法以及金属卤化物灯，其用于例如制造液晶面板，用于对制造过程中的面板(被处理基板)照射规定波长的光。

背景技术

用于液晶面板制造的紫外线照射装置是用于向制造过程中的液晶面板照射该紫外线照射装置产生的紫外线、并使液晶面板制造中必要的密封剂(光硬化性树脂)硬化。密封剂含有光引发剂，并具有吸收规定波长的紫外线之后硬化的特性。

在这样的液晶面板的制造工序中，为了仅在密封剂的区域照射规定波长的紫外线，在除此之外的区域不照射该紫外线，一般在离开液晶面板的上方，设有形成为规定形状的遮光罩。这是因为照射紫外线会对除了密封剂区域的液晶面板区域照成损害。除了密封剂硬化这样特别的目的，应该尽可能避免紫外线的使用。又，遮光罩一般在维护上具有较大负担，妨碍液晶面板制造效率的提高。

[现有技术文献]

[专利文献1]特开平6-267509号公报

[专利文献2]特开2009-54460号公报

[专利文献3]特开2008-102197号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种光照射装置、光照射方法以及金属卤化物灯，即使是没有遮光罩，也可以对面板不造成损害地向面板照射必要波长的光。

实施方式的光照射装置包括：金属卤化物灯、双层管、氧化膜。金属卤化物灯具有筒状、石英玻璃材料的发光管。双层管具有筒状、石英玻璃材料的作为第一管的内管和筒状、石英玻璃材料的作为第二管的外管，所述内管设于筒状地包围所述金属卤化物灯的所述发光管的位置，所述外管设于筒状地包围该内管的位置，该第一管和该第二管之间的空间是被封闭的空间，以使得在所述第一管和所述第二管之间的所述空间流体能够流通。氧化膜是在所述双层管的所述外管的外表面上、或者在所述双层管的所述内管的与所述金属卤化物灯相对的面上设置的、膜厚为0.4μm以上、1.0μm以下的、含有钛、硅、铋、和钽的膜。

又，另一实施方式的光照射装置包括：金属卤化物灯、双层管、氧化膜。金属卤化物灯具有筒状、石英玻璃材料的发光管。双层管具有筒状、石英玻璃材料的作为第一管的内管和筒状、石英玻璃材料的作为第二管的外管，所述内管设于筒状地包围所述金属卤化物灯的所述发光管的位置，所述外管设于筒状地包围该内管的位置，该第一管和该第二管之间的空间是被封闭的空间，以使得在所述第一管和所述第二管之间的所述空间流体能够流通。氧化膜是在所述双层管的所述外管的外表面上、或者在所述双层管的所述内管的与所述金属卤化物灯相对的面上设置的、膜厚为0.4μm以上、1.0μm以下的、含有钛、硅、铈、和钽的膜。

根据上述结构的光照射装置，即使没有遮光罩，也可以对面板不造成损害地向面板照射必要波长的光。

附图说明

图1是表示一实施方式的光照射装置的结构的纵截面图。

图2是图1中示出的A-Aa位置的箭头方向的截面图。

图3是表示图1中示出的金属卤化物灯的结构的纵截面图。

图4是表示将图3的图示部分放大的纵截面图。

图5是表示图1中所示的金属卤化物灯放射的光的分光分布的实例的特性图。

图6是对于图1、图2中所示的氧化膜16，表示因其形成膜厚使分光透射特性如何变化的特性图。

图7是将图6所示的特性图的部分波长域放大示出的特性图。

图8是表示图1、图2所示的光照射装置放射的光的分光分布的实例的特性图。

图9是表示在波长380nm至440nm的范围具有吸收区域的光引发剂的光吸收度的实例的特性图。

图10是将图1、图2所示的光照射装置放射的光的分光分布的实例与其它的光照射装置的放射光的分光分布进行比较所示的特性图。

图11是表示另一实施方式的光照射装置的结构的截面图。

图12对于又一实施方式中使用的氧化膜16A，表示因其形成膜厚使分光透射特性如何变化的特性图。

图13是表示又一实施方式的光照射装置放射的光的分光分布的实例的特性图。

(符号说明)

12…内管、13…外管、15…冷却水、16、16A…氧化膜、30…放电空间、31…发光管、100…金属卤化物灯、111、112…支架、141、142…连接管、200…冷却单元、321、322…电极、331、332…内部导线、341、342…金属箔、351、352…插座、361、362…导线、400…反射板、401…板材、402…长波长侧的光的反射膜、500…面板。

具体实施方式

(实施例说明)

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示一实施方式的光照射装置的结构的纵截面图。图2是图1中示出的A-Aa位置的箭头方向的截面图。

如图1、图2所示，该光照射装置由金属卤化物灯100和冷却单元200构成。在金属卤化物灯100和冷却单元200(其双层管)之间，由安装有金属卤化物灯100的插座351、352的支架111，112设定出规定的间隔。

参照图3和图4，对金属卤化物灯100进行说明。图3是表示图1中示出的金属卤化物灯的结构的纵截面图。图4是表示将图3的图示部分放大的纵截面图。

如图3、图4所示，金属卤化物灯100具有以有光透射性的例如石英玻璃形成放电空间30的发光管31。发光管31具有筒状形状，在其长度方向两端的内部配置有例如钨制的电极321、322。

电极321、322分别介由内部导线331、332焊接于例如钼制金属箔341、342的一端。在金属箔341、342的另一端焊接有图未示的外部导线的一端。金属箔341、342的部分用于加热内部导线331、332和外部导线之间的发光管31、并密封发光管31。在发光管31的内部除了封入有稀有气体氩(封入压为例如1.33kPa(10torr))之外，还封入有例如水银(封入量为例如540mg(2.25mg/cm³))、镓、铅。对于镓，以碘化镓GaI₃封入时封入量为例如21mg(0.09mg/cm³)，对于铅，以碘化铅PbI₂封入时封入量为例如3mg(0.01mg/cm³)。

镓(Ga)产生的发光主波长为403nm、417nm，适合在波长380nm至440nm具有吸收区域的光引发剂。铅(Pb)产生的主发光波长为364nm、368nm、406nm，其中前两者被后述的氧化膜16充分地遮挡，剩下的波长406nm的光适合在波长380nm至440nm具有吸收区域的光引发剂。又，水银(Hg)产生的发光主波长为365nm、405nm，前者被后述的氧化膜16充分地遮挡，剩下的波长406nm的光适合在波长380nm至440nm具有吸收区域的光引发剂。该实施方式中，假设照射波长380nm至440nm的光作为使光硬化性树脂硬化的必要的光(后述)。

金属箔341、342只要是与形成发光管31的石英玻璃的热膨胀率接近的材料即可，作为适合该条件的材料使用了钼。分别连接于金属箔341、342的一端的外部导线的另一端，与绝缘密封在例如陶瓷制的插座351、352内的供电用导线361、362电连接，进一步地，导线线361、362连接于图未示的电源电路。

如上构成的金属卤化物灯100可以是例如与外径φ为27.5mm、发光长(大致L)为500mm的长弧对应的结构。图5是表示图1中所示的金属卤化物灯放射的光的光谱分布的实例的特性图。更具体来说，示出以灯电压为700V、灯电流为8.6A点亮的情况下的光谱分布。

另参照图1、图2，冷却单元200是具有内管12(内径32mm、外径36mm)和外管13(内径64mm、外径70mm)的双层管，内管12是具有与金属卤化物灯100的发光管31同样的光透射性的石英玻璃制的结构，外管13是设于内管12的外侧、具有与发光管31同样的光透射性的石英玻璃制的结构。内管12设于筒状地包围发光管31的位置，外管13设于筒状地包围内管12的位置。在内管12和外管13之间，形成流体可以流动的被封闭的空间。通过该空间，使来自外部的、温度25℃左右的、作为冷却介质的冷却水15，从设于外周端部的连接管141向连接管142循环。冷却水15最好使用光透射性良好的纯水等。

更具体来说，冷却单元200整体是如下的循环构造：从连接管141流入温度低的冷却水15，从连接管142流出进行了对金属卤化物灯100的冷却而变暖了的冷却水15。变暖了的冷却水15被再次冷却，再次从连接管141流入。

外管13形成为例如至少含有50％以上的SiO₂的石英玻璃制结构，进一步地，在外管13的外表面上形成有氧化膜16，该氧化膜16含有Ti、Si、Bi、Ta作为主要成分。其中，Ti、Bi是为获得遮挡规定波长光的特性而被加入的。氧化膜16，通过浸渍作为原料的氧化物溶液等的方法来涂布，然后，以例如800℃左右以下的高温进行加热处理(烧制、烧成)，并在外管13的外表面上均匀地被固定、粘附。以800℃左右以下的温度进行处理是因为，氧化铋(Bi₂O₃)的熔点约为820℃，达到该熔点的话，可能使外管13的石英玻璃白浊。

通过浸渍进行溶液涂布按照如下方法进行：在冷却单元200的双层管的长度方向改变冷却单元200的朝向，并从装有氧化物溶液的槽内多次提起该冷却单元200。由此，使涂布的膜厚一样，形成厚度均匀的氧化膜16。氧化膜16是为了从金属卤化物灯100放射的光中遮挡波长360nm附近的不要的紫外线而设置的。

氧化膜16一般因成膜原料的比率、溶液的涂布厚度条件、其加热处理条件等而使其紫外线遮挡特性发生变动。对此进行利用，在某种程度内可以得到的具有期望的紫外线遮挡特性的分光滤光膜。为了得到期望的紫外线遮挡特性，有必要较厚地形成氧化膜16的膜厚的话，增加原料溶液的涂布次数即可。又，关于提高形成厚的膜厚的氧化膜16的机械强度，最好添加Ta作为成膜原料。形成膜厚采用例如SEM(透射型电子显微镜)进行测定。

作为特性例，TiO₂、SiO₂、Bi₂O₃、Ta₂O₅的质量比为TiO₂∶SiO₂∶Bi₂O₃∶Ta₂O₅＝31∶31∶31∶7的氧化膜16中，形成规定的膜厚，波长360nm附近透射率为例如22％左右以下，得到具有充分的紫外线遮挡特性的分光滤光膜。

更加具体地，图6是表示因氧化膜16的形成膜厚使分光透射特性如何变化的特性图。图7是将图6所示的特性图的部分波长域放大示出的特性图。如这些图所示可知，通过改变氧化膜16的膜厚，可以具有控制性地使紫外线遮挡特性变动，通过使膜厚从膜厚0.2μm增至膜厚1.0μm，使遮挡波长360nm的紫外线的特性单调增强。膜厚达到1.2μm的话，脱离该倾向，遮挡波长360nm的紫外线的特性极度恶化。该恶化是因为形成的氧化膜16的机械强度劣化、产生细的裂缝，从裂缝处泄漏紫外线。

根据该图6、图7所示的结果可知，作为氧化膜16的膜厚，若从0.4μm至1.0μm，则能够得到充分的紫外线遮挡特性。尤其是在0.6μm左右的情况下，如图8所示，与使必要的光透射的特性的平衡也变好，可以判断为理想膜厚。图8是表示图1、图2所示的光照射装置放射的光的分光分布的实例的特性图。此时的氧化膜16的膜厚为0.6μm。

该光照射装置，通过规定膜厚、规定成分的氧化膜16，可以充分遮挡紫外线地照射光。因此，即使没有遮光罩，也可以对液晶面板不造成损害地向液晶面板照射必要波长的光。作为该必要波长的光的照射对象，可以设想为含有光引发剂的树脂组成物，该光引发剂在波长380nm至440nm具有吸收区域(尤其是其峰值)。该特性的光引发剂可以例举为例如、苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化磷(Phenylbis(2，4，6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide)。其光吸收特性如图9所示。通过本实施方式的光照射装置，向使用含有该光引发剂的树脂组成物的面板照射光时，即使不使用遮光罩，也可以对液晶不造成损害地使树脂组成物硬化。

与含有铁作为发光金属这一公知的金属卤化物灯相比，该硬化的效率为何种程度在下面示出。又，这样的含有铁的金属卤化物灯具有波长380nm至440nm的发光光谱，使含有在同一波长域具有吸收区域的光引发剂的树脂组成物硬化的灯都可以先作为候选。对应的硬化效率按下式求出：

【数1】

$\underset{x}{\overset{y}{\∫}}\mathrm{\α}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\φ}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\α}\left({\mathrm{\λ}}_m\right)\mathrm{\φ}\left({\mathrm{\λ}}_n\right),{\mathrm{\λ}}_1=x,{\mathrm{\λ}}_N=y$

这里，α(λ)是照射光的光谱、φ(λ)は光引发剂的吸收光谱(图9所示的光谱)、λ是波长。计算中，对x代入波长下限380nm，对y代入波长上限440nm。本实施方式的α(λ)，包含氧化膜16(膜厚0.6μm)在内，即如图10中“本实施方式”所示。另一方面，使用含有铁的金属卤化物灯时的α(λ)，包含氧化膜16(膜厚0.6μm)在内，即图10中“铁卤化物灯”所示。

按照上式计算的话，根据其结果，与含有铁的金属卤化物灯相比，本实施方式中，使上述的光引发剂硬化的效率大约高3.4倍。

以上说明的实施方式中，作为紫外线遮挡滤光膜的氧化膜16的形成于双层管的外管13的外表面上，在大面积照射时，对成为课题的相接面漏光、热产生的膨胀收缩引起的滤光膜之间的抵接导致的开裂等问题具有抑制效果。又，紫外线遮挡滤光膜可以通过在各种形状物的表面涂布原料溶液并加热处理而形成，因此其具有形成自由度较高，且便宜等优点。形成自由度高的意思是，氧化膜16的紫外线遮挡滤光膜也可以形成在双层管的内管12的与金属卤化物灯100相对的面上。进一步，也可以形成在其二者上。

又，也可以考虑使氧化膜16形成在内管12、外管13的面向冷却液的表面上。这些情况下，作为氧化膜16的形成方法，也可以采用以浸渍原料溶液等方法进行涂布，之后通过加热处理使其固定的方法。

以上这样的，氧化膜16设在双层管的外管13或者内管12的外侧或者内侧的表面上的情况下，由于双层管是为了冷却功能而设置的结构，对于含有熔点低的铋的氧化膜16的冷却，也是比较理想的结构。虽然不如这样理想的结构，也可以使氧化膜16形成在金属卤化物灯100的发光管31的外侧的表面上。即使是这样也可以充分地遮挡波长不到380nm的紫外线，即使是没有遮光罩，也可以对面板不造成损害地照射必要波长的光，这一效果没有改变。

进一步地，可采用在设于金属卤化物灯100和作为光照射对象物的面板之间的板材上形成氧化膜的结构。作为参考，若图示这样的构成例的话，即为图11所示。图11是表示另一实施方式的光照射装置的结构的截面图。该图中，与已经说明了的图中所示的构成要素相同或者相当于相同的结构都附加相同的符号。省略该部分的说明。

符号400是抛物线形的反射板。设于金属卤化物灯100和面板500之间的板材401(例如石英板)上层叠有以下的膜。一个是反射长波长侧(波长超过440nm)的光的反射膜402(例如分色膜)，其贴在金属卤化物灯100侧的面上，另一个是已经说明了的氧化膜16，其贴在面板500侧的面，各自层叠。反射膜402为了防止板材401过热，具有反射功能(即不是规定波长域的吸收膜)。即使是这样也可以充分地遮挡波长不到380nm的紫外线，即使是没有遮光罩，也可以对面板不造成损害地照射必要波长的光，这一效果没有改变。

接着，对又一实施方式进行如下说明。该实施方式与参照图1至图10说明了的实施方式不同之处在于，封入发光管31的内部的发光金属中没有放入铅，进一步，改变除去紫外线的氧化膜16的组成，包含Ti、Si、Ce、Ta作为主要成分的氧化膜16A(使用Ce代替Bi)。因此，图1至图4所示的结构是相同的。

氧化膜16A，也是通过浸渍于作为原料的氧化物溶液等的方法来涂布，并进行后加热处理(烧制、烧成)，并在外管13的外表面上同样地被固定、粘附。只是，此时以超过800℃在1000℃左右以下的温度下进行加热处理(只是低于玻璃的软化温度1100℃)。这是因为氧化铋(Bi₂O₃)的熔点约为820℃，而氧化铈(CeO₂)的熔点在1000℃以上，因此使这样的高温成为可能。以这样的高温进行加热处理，换而言之，金属卤化物灯100点亮，对该氧化膜16A进行紫外线照射时，烧成后的氧化膜16A直至较高的高温也是稳定的，可以保持其性质。

作为特性例，TiO₂、SiO₂、CeO₂、Ta₂O₅的质量比为TiO₂∶SiO₂∶CeO₂∶Ta₂O₅＝31∶31∶31∶7的氧化膜16A中，设定形成规定的膜厚，波长360nm附近透射率为例如22％左右以下，得到具有充分的紫外线遮挡特性的分光滤光膜。

更加具体地，图12是表示因氧化膜16A的形成膜厚使分光透射特性如何变化的特性图。如图12所示可知，通过改变氧化膜16A的膜厚，可以具有控制性地使紫外线遮挡特性变动，通过使膜厚从膜厚0.2μm增至膜厚1.0μm，使遮挡波长360nm的紫外线的特性单调增强。膜厚为1.2μm的话，脱离该倾向，遮挡波长360nm的紫外线的特性极度恶化。该恶化与氧化膜16一样，是因为机械强度劣化、产生细的裂缝，从裂缝处泄漏紫外线。

根据该图12所示的结果可知，作为氧化膜16A的膜厚，若从0.4μm至1.0μm，则能够得到充分的紫外线遮挡特性。尤其是在0.6μm左右的情况下，如图13所示，与使必要的光透射的特性的平衡也变好，可以判断为理想膜厚。图13是表示本实施方式的光照射装置放射的光的分光分布的实例的特性图。此时的氧化膜16A的膜厚为0.6μm。

又，作为该实施方式的变形例，将氧化膜16A形成在金属卤化物灯100的发光管31的外侧的表面上这样的结构，是使用氧化膜16时比较容易采用的结构。这是因为如上所述，对氧化膜16A进行紫外线照射时，氧化膜16直至比较高温都保持稳定，可以保持其性质。进一步是因为，使发光管31的石英玻璃白浊的可能性也非常小。

将以上的各实施方式的光照射装置提供给液晶面板的制造工序时，可以避免使光硬化性树脂硬化的密封工序带来如下的弊端。即，一般在密封工序之后，进行聚合作为液晶材料的单体，形成作为取向维持层的聚合物层的工序，对于该液晶材料，在波长300nm至360nm为吸收主波长。因此，将实施方式的光照射装置提供给密封工序的情况下，对波长360nm附近的紫外线充分的抑制并照射，因此，即使不使用遮光罩，可以避免在密封工序使液晶材料的单体反应的弊端。

对本发明的多个实施形态进行了说明，这些实施形态是作为实例而被提出的，其并非用于限定发明的范围。这些新的实施形态能够以其他的各种形态来实施，在不脱离发明的宗旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施形态及其变形包含于发明的范围、要旨内的同时，也包含于记载于专利权利要求书的发明及其同等的范围内。

Claims (8)

1.一种光照射装置，其特征在于，包括：

具有筒状、石英玻璃材料的发光管的金属卤化物灯；

双层管，该双层管具有筒状、石英玻璃材料的作为第一管的内管和筒状、石英玻璃材料的作为第二管的外管，所述内管设于筒状地包围所述金属卤化物灯的所述发光管的位置，所述外管设于筒状地包围该内管的位置，该第一管和该第二管之间的空间是被封闭的空间，以使得在所述第一管和所述第二管之间的所述空间流体能够流通；和，

在所述双层管的所述外管的外表面上、或者在所述双层管的所述内管的与所述金属卤化物灯相对的面上设置的、膜厚为0.4μm以上、1.0μm以下的、含有钛、硅、铋、和钽的氧化膜。

2.如权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，

所述金属卤化物灯是在所述发光管中封入镓的灯。

3.一种光照射方法，其特征在于，包括：

准备树脂组成物的步骤，该树脂组成物含有在波长380nm至440nm具有吸收区域的光引发剂；和

从光照射装置向所述树脂组成物照射光的步骤，

该光照射装置包括：

具有筒状、石英玻璃材料的发光管的金属卤化物灯；

双层管，该双层管具有筒状、石英玻璃材料的作为第一管的内管和筒状、石英玻璃材料的作为第二管的外管，所述内管设于筒状地包围所述金属卤化物灯的所述发光管的位置，所述外管设于筒状地包围该内管的位置，该第一管和该第二管之间的空间是被封闭的空间，以使得在所述第一管和所述第二管之间的所述空间流体能够流通；和，

在所述双层管的所述外管的外表面上、或者在所述双层管的所述内管的与所述金属卤化物灯相对的面上设置的、膜厚为0.4μm以上、1.0μm以下的、含有钛、硅、铋、和钽的氧化膜。

4.一种金属卤化物灯，其特征在于，具有：

筒状、石英玻璃材料的发光管；和

形成在所述发光管的外侧的面上的、膜厚为0.4μm以上、1.0μm以下的、含有钛、硅、铋、和钽的氧化膜。

5.一种光照射装置，其特征在于，包括：

具有筒状、石英玻璃材料的发光管的金属卤化物灯；

双层管，该双层管具有筒状、石英玻璃材料的作为第一管的内管和筒状、石英玻璃材料的作为第二管的外管，所述内管设于筒状地包围所述金属卤化物灯的所述发光管的位置，所述外管设于筒状地包围该内管的位置，该第一管和该第二管之间的空间是被封闭的空间，以使得在所述第一管和所述第二管之间的所述空间流体能够流通；和，

在所述双层管的所述外管的外表面上、或者在所述双层管的所述内管的与所述金属卤化物灯相对的面上设置的、膜厚为0.4μm以上、1.0μm以下的、含有钛、硅、铈、和钽的氧化膜。

6.如权利要求5所述的光照射装置，其特征在于，

所述金属卤化物灯是在所述发光管中封入镓的灯。

7.一种光照射方法，其特征在于，包括：

准备树脂组成物的步骤，该树脂组成物含有在波长380nm至440nm具有吸收区域的光引发剂；和

从光照射装置向所述树脂组成物照射光的步骤，

该光照射装置包括：

具有筒状、石英玻璃材料的发光管的金属卤化物灯；

双层管，该双层管具有筒状、石英玻璃材料的作为第一管的内管和筒状、石英玻璃材料的作为第二管的外管，所述内管设于筒状地包围所述金属卤化物灯的所述发光管的位置，所述外管设于筒状地包围该内管的位置，该第一管和该第二管之间的空间是被封闭的空间，以使得在所述第一管和所述第二管之间的所述空间流体能够流通；和，

在所述双层管的所述外管的外表面上、或者在所述双层管的所述内管的与所述金属卤化物灯相对的面上设置的、膜厚为0.4μm以上、1.0μm以下的、含有钛、硅、铈、和钽的氧化膜。

8.一种金属卤化物灯，其特征在于，具有：

筒状、石英玻璃材料的发光管；和

形成在所述发光管的外侧的面上的、膜厚为0.4μm以上、1.0μm以下的、含有钛、硅、铈、和钽的氧化膜。

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