CN112166381A - 用于固化机的光提取结构和照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于固化机的光提取结构和照明装置，其光提取结构作为用于固化机的照明装置使散射效果最大化，并且增强耐久性，并且表现出足够的能量均匀性。

Description

用于固化机的光提取结构和照明装置
技术领域
所公开的实施例涉及用于固化机的光提取结构和照明装置。
背景技术
固化机特别是通过使用紫外线来固化树脂材料等的，特别地，其主要用于半导体或显示器工艺的光刻工艺中。
在这样的固化机中，紫外线(Ultraviolet；UV)发光元件是核心的技术特征。
现有的固化机使用汞UV灯，其灯的更换周期快，在更换灯时可能会造成诸如工艺中断等的损失，并且由于灯本身的发热而必须建立冷却设备。
为了克服这种用于固化机的汞UV灯的局限性，近年来进行许多尝试来使用UV发光二极管(Light emitting diode；LED)。
但是，在UV LED的情况下，存在由于光的直进性强，能量不均匀地到达照射面而导致在固化时出现不良的问题。
发明内容
技术问题
为了解决如上所述的用于固化机的照明装置的局限性，本实施例的目的在于提供一种具有高可靠度和增强的耐久性的用于固化机的光提取结构和照明装置。
技术方案
为了达到如上所述的目标，根据本发明的实施例可以提供一种用于固化机的光提取结构，其包括：基材，其具有彼此面对的第一表面和第二表面，并且设置为使光入射到所述第一表面并朝所述第二表面出射；不规律地分布于所述基材的多个气孔；面向所述基材的第一表面的基座；以及密封部件，其面向所述基材的第二表面，并且与所述基座结合，其中，所述基材使所述光在透过所述基材时被散射，所述散射包括由所述气孔产生的第一散射和由所述第一表面和第二表面中的至少一个产生的第二散射，并且设置为由所述第一散射产生的第一散射度大于由所述第二散射产生的第二散射度。
当在由所述第一散射产生的第一散射度大于由所述第二散射产生的第二散射度时的气孔的直径为第一直径，并且在由所述第二散射产生的第二散射度大于由所述第一散射产生的第一散射度时的气孔的直径为第二直径时，所述第一直径可以设置为大于所述第二直径。
当在由所述第一散射产生的第一散射度大于由所述第二散射产生的第二散射度时的第一表面和第二表面中的至少一个的粗糙度为第一粗糙度，并且在由所述第二散射产生的第二散射度大于由所述第一散射产生的第一散射度时的所述第一表面和第二表面中的至少一个的粗糙度为第二粗糙度时，所述第一粗糙度可以设置为小于所述第二粗糙度。
根据本发明的另一些实施例，可以提供一种用于固化机的照明装置，其包括：基板；位于所述基板上的多个发光元件；以及设置为与所述发光元件彼此面对的光提取结构，其中，所述光提取结构包括基材，其具有彼此面对的第一表面和第二表面，并且设置为使光入射到所述第一表面并朝所述第二表面出射；不规律地分布在所述基材中的多个气孔；面向所述基材的第一表面的基座；以及密封部件，其面向所述基材的第二表面，并且与所述基座接合，其中，所述基材使所述光在透过所述基材时被散射，所述散射包括由所述气孔产生的第一散射和由所述第一表面和第二表面中的至少一个产生的第二散射，并且设置为由所述第一散射产生的第一散射大于由所述第二散射产生的第二散射度。
当在由所述第一散射产生的第一散射度大于由所述第二散射产生的第二散射度时的气孔的直径为第一直径，并且在由所述第二散射产生的第二散射度大于由所述第一散射产生的第一散射度时的气孔的直径为第二直径时，所述第一直径可以设置为大于所述第二直径。
当在由所述第一散射产生的第一散射度大于由所述第二散射产生的第二散射度时的第一表面和第二表面中的至少一个的粗糙度为第一粗糙度，并且在由所述第二散射产生的第二散射度大于由所述第一散射产生的第一散射度时的所述第一表面和第二表面中的至少一个的粗糙度为第二粗糙度时，所述第一粗糙度可以设置为小于所述第二粗糙度。
有益效果
根据如上所述的本发明的实施例，可以通过将光提取结构布置于发光元件的前面上来使具有直进性的光充分地扩散，因此，可以作为用于固化机的照明装置表现出足够的能量均匀性。
根据本发明的用于固化机的照明装置可以通过光提取结构来密封发光元件，从而不仅可以使前述的发光元件的光扩散，还可以提高短波长带中的UV LED光的透射率，并且在长时间使用时也可以防止光提取结构的基材被外部环境损坏，因此可以使性能下降最小化并且增强耐久性。
另外，由于光提取结构将空气气孔层用作光散射粒子，因此可以降低制造成本，并且可以通过前述的工艺来容易地实现大面积化。
附图说明
图1为概略地示出根据一实施例的光提取结构的一部分的剖面图。
图2为概略地示出图1所示的基材的一实施例的剖面图。
图3为对于实施例的截面扫描电子显微镜(scanning electron microsc ope；SEM)照片(a)和表面SEM照片(b)。
图4为对于比较例的截面SEM照片(a)和表面SEM照片(b)。
图5为概略地示出根据另一个实施例的光提取结构的剖面图。
图6为概略地示出根据另一个实施例的光提取结构的剖面图。
图7为示出对于图6的B部分的一实施例的放大剖面图。
图8为概略地示出根据另一些实施例的光提取结构的剖面图。
图9为示出具有根据一实施例的用于固化机的照明装置的光刻装置的示例的配置图。
具体实施方式
由于本发明允许各种改变和许多实施例，因此将在附图中示出并在详细说明中详细说明特定的实施例。参照以下详述的实施例以及附图，本发明的效果、特征以及实现该效果的方法将变得更加明确。但是，本发明不限于以下公开的实施例，而是可以以各种形式实现。
在下文中，将参照附图详细说明本发明的实施例，并且在参照附图说明时，将相同的附图标记赋予相同或对应的技术特征，并且将省略其重复的说明。
在以下实施例中，单数的表述包括复数的表述，除非上下文另有明确的说明。
在以下实施例中，术语“包括”或“具有”等意味着本说明书中记载的特征或技术特征存在，并不预先排除添加一个或多个其他特征或技术特征的可能性。
在以下实施例中，当诸如膜、区域和技术特征等的部分在另一部分之上或之上时，其不仅包括位于另一部分的正上方的情况，还包括在中间插入有另一膜、区域和技术特征等的情况。
在可以不同地实现某种实施例的情况下，特定的工程顺序可以与所说明的顺序不同地执行。例如，连续说明的两个工程可以实际同时执行，或可以与所说明的顺序相反的顺序进行。
在附图中，为了便于说明，技术特征的尺寸可以被放大或缩小。例如，为了便于说明，任意地示出了附图所示的每个技术特征的尺寸和厚度，因此以下实施例不限于所示出的内容。
图1为概略地示出根据一实施例的光提取结构1的一部分的剖面图。
参照图1，根据本发明的一实施例的光提取结构1可以包括基材101、基座100和密封部件110。
所述基材101可以由透光性聚合物材料组成，并且根据一实施例，可以包括聚酰亚胺。这种基材101可以具有可挠性。
所述基材101具有彼此面对的第一表面11和第二表面12，在此情况下，所述第一表面11可以成为光入射的入射表面，并且第二表面12可以成为光出射的出射表面。因此，光可以通过第一表面11入射到所述基材101，并且可以通过所述第二表面12出射。
所述基座100可以设置为面向和/或邻接所述基材101的第一表面11。这种基座100可以在制造所述基材101的过程中起到为形成基材101而支承的作用。
所述基座100可以设置为基板和/或膜的形状，并且可以设置为具有刚性(rigid)或可挠性，并且可以由光能够透过的石英(Quartz)、玻璃或聚合物组成。所述基座100可以布置为朝向发光元件，因此，其可以由具有耐热性的材料形成，以减少从发光元件发射的热量直接影响所述基材101。
所述密封部件110可以设置为面向和/或邻接所述基材101的第二表面12。这种密封部件110可以密封所述基材101，以从外部环境，尤其是氧气和/或湿气保护所述基材101。这种密封部件110位于基材101的出射表面的侧面，因此，发光元件的光可以透过密封部件110来出射到外侧。根据一实施例，所述密封部件110可以设置为基板的形式，并且可以由光能够透过的石英(Quartz)、玻璃或聚合物组成。
此外，如图2所示，所述基材101可以包括在第一表面11和第二表面12之间不规律地分布的多个气孔102。所述气孔102可以用作光的散射粒子，其可以在内部形成空洞，并且可以在其中具有空气的折射率。
如上所述的基材101可以使光在透过基材101时被散射。
这种散射可以包括由所述气孔102产生的第一散射S1和由所述第一表面11和第二表面12中的至少一个产生的第二散射S2。
透过所述基材101的光与在其路径上不规律地分布的气孔102碰撞，并且由于形成气孔102的空气与组成基材101的聚合物之间的折射率的差异，因此光被散射。这种第一散射S1可以包括米氏散射(Mie Scattering)。所述第一散射S1的大部分可以以在光的前进方向上扩散的形式来形成光的散射。
此外，透过所述基材101的光可以由作为入射表面的第一表面11和作为出射表面的第二表面12中的至少一个产生第二散射S2。根据一实施例，所述第二散射S2可以包括由所述第二表面12产生的散射。这种第二散射S2可以包括表面散射(Surface Scattering)。在所述第二散射S2中，散射光不仅可以在光的前进方向上扩散，还可以在除了光的前进方向以外的方向上扩散得多，或可以在侧面的方向上扩散。
在根据一实施例的所述光提取结构1中，由所述第一散射S1产生的第一散射度和由所述第二散射S2产生的第二散射度都可以存在，在此情况下，所述第一散射度可以设置为大于所述第二散射度。
根据一实施例，在所述光提取结构1中，当由所述第一散射S1产生的第一散射度大于由所述第二散射S2产生的第二散射度时，对于所述光的波长的所述基材101的平均总透射率可以为等于或大于70％。在此情况下，对于所述光的波长的所述基材101的平均总反射率可以小于20％。对于所述光的波长的平均总透射率可以对应于在光的波长改变时出现的总积分透射率的平均值。对于所述光的波长的平均总反射率可以对应于在光的波长改变时出现的总积分反射率的平均值。
如上所述，对于光提取结构1，当由第一散射S1产生的第一散射度大于由所述第二散射S2产生的第二散射度时，可以获得具有高透明度和低反射度的光提取结构1。另外，在这种情况下，对于光的波长的平均光扩散(haze)值可以约为等于或大于80％。此外，当将所述光提取结构1安装于用于固化机的照明装置时，可以提高用于固化机的照明装置的光提取效率，并且可以提高电力效率。
当由所述第一散射S1产生的第一散射度大于由所述第二散射S2产生的第二散射度时，所述光提取结构1的光扩散值可以随着所述光的波长的增加而减小到第一角度，并且当由所述第二散射S2产生的第二散射度大于由所述第一散射S1产生的第一散射度时，所述光提取结构1的光扩散值可以随着所述光的波长的增加而减小到第二角度。在此情况下，第二角度可以大于第一角度。因此，对于根据光的波长的平均光扩散值，由所述第一散射S1产生的第一散射度大于由所述第二散射S2产生的第二散射度时的光提取结构1大于由所述第二散射S2产生的第二散射度大于由所述第一散射S1产生的第一散射度时的光提取结构1。换言之，就光扩散而言，比起由所述第二散射S2产生的第二散射度大于由所述第一散射S1产生的第一散射度时的光提取结构1，由所述第一散射S1产生的第一散射度大于由所述第二散射S2产生的第二散射度时的光提取结构1表现出相对优越的特征。
对于根据一实施例的光提取结构1，在由所述第一散射S1产生的第一散射度大于由所述第二散射S2产生的第二散射度时，所述气孔102具有第一直径，并且在由所述第二散射S2产生的第二散射度大于由所述第一散射S1产生的第一散射度时，所述气孔102具有第二直径，考虑到这一点，所述第一直径可以设置为大于所述第二直径。
可选地，当由所述第一散射S1产生的第一散射度大于由所述第二散射S2产生的第二散射度时，所述第一表面11和第二表面12中的至少一个的表面粗糙度可以成为第一粗糙度，并且当由所述第二散射S2产生的第二散射度大于由所述第一散射S1产生的第一散射度时，所述第一表面11和第二表面12中的至少一个的表面粗糙度可以成为第二粗糙度，在此情况下，所述第一粗糙度可以设置为小于所述第二粗糙度。
即，对于根据一实施例的光提取结构1，优选地将气孔102的尺寸加大，并且将第一表面11和第二表面12中的至少一个的表面粗糙度减小。
当由第一散射S1产生的第一散射度大于由所述第二散射S2产生的第二散射度时，所述气孔102的尺寸可以给第一散射S1带来更大的影响。根据一实施例，当由所述第一散射S1产生的第一散射度大于由所述第二散射S2产生的第二散射度时，所述气孔102的尺寸可以具有等于或大于0.5μm的半径。在此情况下，所述气孔102的半径可以基于长轴。更具体地，所述气孔102的尺寸可以具有等于或大于1μm的半径。并且，在这种情况下，第一表面11和第二表面12中的至少一个的表面粗糙度以均方根(Root mean square；rms)为准，可以是等于或小于20nm。
如上所述的光提取结构1的更具体的实施例如下。
准备涂料组合物溶液。
根据一实施例，所述涂料组合物溶液可以包括无色聚酰胺酸。
可以通过将4,4-氧双邻苯二甲酸酐(oxydiphthalic anhydride)和2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷(2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluoropropane)在二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中以1：1的摩尔比混合，并且在搅拌24小时后通过用3wt％的DMAc溶剂稀释来制造所述涂料组合物。
接下来，将涂料组合物溶液涂覆在基座上。所述基座可以成为如图1所示的基座100，但不必限于此，并且可以成为密封部件110。
将涂覆涂料组合物溶液的基座浸没在用于形成气孔的溶剂中。
所述用于形成气孔的溶剂可以使用极性质子性溶剂(Polar protic solvents)，并且可以包括醇。
作为所述用于形成气孔的溶剂，实施例使用100％的去离子水(De-IonizedWater；DIW)。比较例使用100％的乙醇。
通过对由此形成的实施例和比较例进行在170℃下进行热干燥的步骤来形成聚酰亚胺类基材101。
图3为实施例的截面扫描电子显微镜(scanning electron microscope；SEM)照片(a)和表面SEM照片(b),并且图4为比较例的截面SEM照片(a)和表面SEM照片(b)。图3所示的实施例为由气孔产生的第一散射度大于由表面产生的第二散射度的光提取结构。图4所示的实施例为由表面产生的第二散射度大于由气孔产生的第一散射度的光提取结构。
作为所形成的膜的基材的厚度在实施例中为3.1μm，而在比较例中为1.3μm。如上所述，可以得知对于相同组成的膜，实施例的膜厚度大于比较例的膜厚度。
对于所形成的气孔的尺寸，在实施例中的最大的气孔的尺寸(以长轴为准)约为3μm，而在比较例中约为1.3μm。可以得知实施例的气孔的尺寸明显大于比较例的气孔的尺寸。
表面粗糙度(以均方根为准)在实施例中为3.6nm，而在比较例中为68nm。可以得知实施例的表面粗糙度明显小于比较例的表面粗糙度。
具有如上所述的结构的用于固化机的光提取结构1可以如图5至图8所示地实现。
图5为概略地示出根据一实施例的光提取结构1的剖面图。
根据图5所示的实施例，在所述用于固化机的光提取结构1中，基材101可以位于基座100和密封基板111之间。所述基座100和密封基板111可以由光能够透过的石英(Quartz)、玻璃或聚合物组成。
这种基座100和密封基板111可以设置为彼此面对，并且可以通过至少位于边缘的密封材料112来彼此接合。由所述密封材料112接合的基座100和密封基板111可以维持其内部被密封的状态。作为密封材料112可以使用树脂，但不必限于此，并且可以使用能够使彼此面对的基板接合的多种材质的密封剂。
如上所述，所述基材101可以位于由基座100和密封基板111密封的内部区域中。根据一实施例，所述基材101可以形成为被涂覆在基座100的一个表面上，但不必限于此，并且可以形成为被涂覆在密封基板111的一个表面上。这可以同样适用于以下本说明书的所有实施例。
所述基材101的面积A2优选设置为比从基座100的外侧照射的照射光的面积A1宽。因此，可以使所有的照射光都透过基材101。
此外，基材101和密封基板111可以以预定的间隔d彼此间隔开。但是，不必限于此，并且密封基板111可以在没有所述间隔d的情况下与基材101紧密接触。
如上所述，根据所述光提取结构1，由于基材101通过密封部件110来与外部环境隔绝并密封，因此，可以防止由聚合物材质形成的基材101因外部环境而变性。
图6为概略地示出根据另一实施例的用于固化机的光提取结构1的剖面图。
根据图6所示的实施例，结合于所述基座100的密封部件110可以是密封膜113，其边缘接合于所述基座100以覆盖所述基材101。
所述密封膜113可以是由无机物或有机物形成的单一膜。所述无机物可以包括光能够透过的氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或玻璃熔块。所述有机物可以包括丙烯酸和聚合物。
但是，不必限于此，并且所述密封膜113可以如图7所示包括其中多个膜叠层的结构。图7示出顺序地叠层的第一膜1131、第二膜1132和第三膜1133，但不必限于此，并且可以具有更多层的膜结构。在这种叠层结构的膜结构中，所述密封膜113可以包括其中有机膜和无机膜顺序地叠层的结构。例如，所述第一膜1131和第三膜1133可以为有机膜，并且第二膜1132可以为无机膜。可选地，所述第一膜1131和第三膜1133可以为无机膜，并且第二膜1132可以为有机膜。由于这种顺序地叠层的结构使湿气或氧气的渗透路径变得复杂，因此可以进一步改善密封特性。
图8为概略地示出根据另一实施例的用于固化机的光提取结构1的剖面图。
根据图8所示的实施例，结合于所述基座100的密封部件110可以包括边缘接合到底材100以覆盖所述基材101的密封膜113以及通过密封材料112结合于所述基座100的密封基板111。
在这种结构的情况下，由于光能够透过的密封膜113被光能够透过的密封基板111额外密封，因此可以进一步增强密封部件110本身的耐久性。因此，可以从根本上阻止基材101露出于外部环境，并且可以更牢固地保护基材101。
如上所述的用于固化机的光提取结构1可以适用于如图9所示的用于固化机的照明装置2。图9为示出具有根据本发明的一实施例的用于固化机的照明装置2的光刻装置3的示例的图。
根据一实施例的用于固化机的照明装置2可以包括基板21、位于基板21上的多个发光元件22以及设置为与发光元件22彼此面对的光提取结构1。
所述基板21可以包括在其表面上形成有导线图案的印制电路板(PrintedCircuit Board；PCB)基板，并且尽管在图中未示出，可以在与安装有发光元件22的表面相反的表面上进一步包括冷却器具。
所述发光元件22可以为用于固化机的发光元件，并且根据一实施例，其可以为UVLED元件。多个这样的发光元件22可以安装于基板21的表面上，并且可以设置为通过将彼此的发光角度一定程度地重叠而形成均匀的发光源。
特别地，即使适用UV LED元件的发光元件22设置为使光角度重叠，但由于LED光的直进性而使能量不均匀地到达照射表面，因此在固化工艺中使用时可能会出现不良。
在使用这种UV LED元件的固化机中，如果使用在可见光区域中使用的扩散板的话，由于UV LED的短的波长，因此光不会透过，反而被反射和/或内部吸收，从而导致效率降低的问题。
在根据本发明的用于固化机的照明装置2中，可以通过将光提取结构1布置于发光元件22的前面上来使具有直进性的光充分地扩散，因此，可以作为用于固化机的照明装置表现出足够的能量均匀性。
如上所述的光提取结构1可以通过密封支承件23来固定于基板21，并且发光元件22可以由密封支承件23和光提取结构1密封。
根据本发明的用于固化机的照明装置2可以通过根据一实施例的光提取结构1来密封发光元件22，从而不仅可以使前述的发光元件22的光扩散，还可以提高短波长带中的UV LED光的透射率，并且在长时间使用时也可以防止光提取结构1的基材被外部环境损坏，因此可以使性能下降最小化并且增强耐久性。
另外，由于光提取结构将空气气孔层用作光散射粒子，因此可以降低制造成本，并且可以通过前述的工艺来容易地实现大面积化。
如上所述的用于固化机的照明装置2的前面上可以布置有组成光学系统31的多个构件。所述光学系统31可以进一步包括扩散膜，其可以根据设计条件在需要附加的光扩散时被适用。
所述光学系统31可以进一步包括准直仪和/或积分器。准直仪是将从发光元件22放射的紫外线光线转换成平行光并输出的光学系统，例如，当将针孔或狭缝放置在球面像差和色像差被校正的镜头的焦点面之前，并且用光源照射时，镜头发出的光线可以是平行光。此外，准直仪可以由多个准直仪组成，以对应于所述多LED芯片的数量，并且每个多LED芯片和准直仪可以布置于所述积分器的中心。积分器是一个光学系统，其接收通过准直仪出射的紫外线光线并提高均匀性来输出。
通过光学系统31的光可以经过球面镜32来照射到放置在镜台33上的光刻对象34。作为所述球面镜32可以使用改变光路径的镜。
尽管参考附图中示出的一实施例描述了本发明，但该描述仅是示例性的，并且本领域的通常技术人员应当理解可以根据本发明实施各种变形和等同的其他实施例。因此，本发明的真正技术保护范围应取决于附加的权利要求书。
工业实用性
本发明的实施例可以适用于光刻装置和固化机等。

Claims (6)

1.一种用于固化机的光提取结构包括：基材，其具有彼此面对的第一表面和第二表面，并且设置为使光入射到所述第一表面并朝所述第二表面出射；不规律地分布于所述基材的多个气孔；面向所述基材的第一表面的基座；以及密封部件，其面向所述基材的第二表面，并且与所述基座结合，其中，所述基材使所述光在透过所述基材时被散射，所述散射包括由所述气孔产生的第一散射和由所述第一表面和第二表面中的至少一个产生的第二散射，并且设置为由所述第一散射产生的第一散射度大于由所述第二散射产生的第二散射度。
2.根据权利要求1所述的用于固化机的光提取结构，其中，当在由所述第一散射产生的第一散射度大于由所述第二散射产生的第二散射度时的气孔的直径为第一直径，并且在由所述第二散射产生的第二散射度大于由所述第一散射产生的第一散射度时的气孔的直径为第二直径时，所述第一直径设置为大于所述第二直径。
3.根据权利要求1所述的用于固化机的光提取结构，其中，当在由所述第一散射产生的第一散射度大于由所述第二散射产生的第二散射度时的第一表面和第二表面中的至少一个的粗糙度为第一粗糙度，并且在由所述第二散射产生的第二散射度大于由所述第一散射产生的第一散射度时的所述第一表面和第二表面中的至少一个的粗糙度为第二粗糙度时，所述第一粗糙度设置为小于所述第二粗糙度。
4.一种用于固化机的照明装置包括：基板；位于所述基板上的多个发光元件；以及设置为与所述发光元件彼此面对的光提取结构，其中，所述光提取结构包括基材，其具有彼此面对的第一表面和第二表面，并且设置为使光入射到所述第一表面并朝所述第二表面出射；不规律地分布于所述基材的多个气孔；面向所述基材的第一表面的基座；以及密封部件，其面向所述基材的第二表面，并且与所述基座结合，其中，所述基材使所述光在透过所述基材时被散射，所述散射包括由所述气孔产生的第一散射和由所述第一表面和第二表面中的至少一个产生的第二散射，并且设置为由所述第一散射产生的第一散射度大于由所述第二散射产生的第二散射度。
5.根据权利要求4所述的用于固化机的照明装置，其中，当在由所述第一散射产生的第一散射度大于由所述第二散射产生的第二散射度时的气孔的直径为第一直径，并且在由所述第二散射产生的第二散射度大于由所述第一散射产生的第一散射度时的气孔的直径为第二直径时，所述第一直径设置为大于所述第二直径。
6.根据权利要求4所述的用于固化机的照明装置，其中，当在由所述第一散射产生的第一散射度大于由所述第二散射产生的第二散射度时的第一表面和第二表面中的至少一个的粗糙度为第一粗糙度，并且在由所述第二散射产生的第二散射度大于由所述第一散射产生的第一散射度时的所述第一表面和第二表面中的至少一个的粗糙度为第二粗糙度时，所述第一粗糙度设置为小于所述第二粗糙度。
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