CN1914456A - 照明装置、使用该照明装置的光照射设备、以及用该设备制造光反应生成物片的方法 - Google Patents

照明装置、使用该照明装置的光照射设备、以及用该设备制造光反应生成物片的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种照明装置、包括该照明装置的光照射设备、以及用该照射设备制造光反应生成物片的方法，该照明装置包括圆筒状光源和用于反射从该圆筒状光源发射的光的曲面镜，其中，该曲面镜具有光反射面，该光反射面在与该圆筒状光源的轴线方向垂直的截面上具有在基准轴线上有第一焦点和第二焦点的椭圆曲线的一部分的形状，并且该圆筒状光源被布置在该基准轴线上第一焦点和第二焦点之间。

Description

照明装置、使用该照明装置的光照射设备、以及用该设备制造光 反应生成物片的方法
技术领域
本发明涉及一种用于有效地发射光以在宽范围内获得均匀照度分布的照明装置。特别地，本发明涉及一种在粘着带的制造工艺期间在形成粘着剂层的光聚合中使用的照明装置，以及使用该照明装置的光照射设备。
背景技术
作为用于制造如粘着带等光反应生成物片的方法，已知以下方法。即，涂覆例如膜状的基片(substrate)以形成适宜厚度的光反应组合物层，通过用光照射设备进行光照射使如此涂覆的光反应组合物层发生反应，从而形成光反应生成物层。在许多情况下，这种类型的光照射设备采用圆筒状光源作为光源，该圆筒状光源在许多情况下相对于受照射的光反应生成物片(以下将该生成物片称作“被照射物”)的进给方向垂直地布置(例如，参见参考文献1)。
然而，圆筒状光源通过在其两侧的电极的放电来发射光。因此，光的照度可能在圆筒体的中央处均匀。然而，光的照度可能在两端的电极附近更稀疏地分布。为此，已公开了一种相对于受照射的光反应生成物片的进给方向平行地布置圆筒状光源的技术(例如，参见参考文献2)。
[参考文献1]JP 2000-86984A
[参考文献2]JP 07-275775A
然而，参考文献1和参考文献2中所采用的照明装置是以往使用的普通照明装置。图6示出了这种照明装置的一个实例的示意图。如图6所示，传统的普通聚光型照明装置包括：光源22和曲面镜20，该曲面镜20包括曲面21(即，光反射面)，该曲面21在与该光源的轴线方向垂直的截面上具有在该曲面的基准轴线上有第一焦点F1和第二焦点F2的椭圆曲线的一部分的形状。其中，光源22布置在第一焦点F1上。从光源22发射的光聚焦在第二焦点F2上。结果，如图7所示，随之获得的照度分布为在基准轴线的正下部分照度最高。即使采用平行光类型的曲面镜时，照度在基准轴线的正下方高而在其周边急剧下降的趋势也相同，并且获得均匀照度的范围也非常窄。在使用该照明装置的情况下，决定产品特性的光反应生成物的分子量不取决于光量而取决于光的照度。因此，在照射面上可以维持均匀照度的程度是决定产品品质的重要因素。由于这个原因，同样在如参考文献1和参考文献2所公开的相对于被照射物的进给方向垂直或者平行布置照明装置的情况下，为了在被照射物的表面上形成均匀的照度分布，必须以其间尽可能小的间隙布置照明装置。因此，使用相当多的照明装置，由此电力消耗增加，连同来自照明装置的发热量增加。另外，许多圆筒状光源是较高能量类型的，其照度高于光聚合所需的照度。因此，由于必须利用滤光器等使光衰减，致使圆筒状光源能量效率非常低。
考虑到上述情况而设计出本发明，并且本发明的目的在于提供一种能够用来自光源的光有效地照射被照射物并能够用均匀照度分布的光照射宽范围的照明装置、以及使用该照明装置的光照射设备。
发明内容
本发明者已积极调查和分析了该问题。结果，已发现通过以下照明装置、光照射设备和制造光反应生成物片的方法可以达到前述目的。利用该发现，完成了本发明。
为了解决上述问题，根据本发明的照明装置是包括圆筒状光源和用于反射从该圆筒状光源发射的光的曲面镜的照明装置，其中，该曲面镜具有光反射面，该光反射面在与圆筒状光源的轴线方向垂直的截面上具有在基准轴线上有第一焦点和第二焦点的椭圆曲线的一部分的形状，并且该圆筒状光源被布置在曲面形状的基准轴线上第一焦点和第二焦点之间。
根据上述构造，已从圆筒状光源直接发射的光和已由曲面镜反射的光可以在宽范围内形成照度分布均匀的区域。特别地，可以在垂直于基准轴线的方向上获得照度分布均匀的区域。在本发明中，基准轴线是指构成曲面镜的曲面的椭圆曲线的长轴。
另外，根据本发明的该照明装置优选具有：第一焦点和曲面镜的底部之间的距离L1为1～40mm；第一焦点和第二焦点之间的距离L2为50～200mm；圆筒状光源的光源中心和曲面镜的底部之间的距离L3为20～130mm，设置L3大于L1，L1与L2之和大于L3。
根据上述构造，照度分布呈在基准轴线的正下部分没有峰值的梯形形状。因此，可以在宽范围内获得照度分布均匀的区域。
另外，根据本发明的照明装置是包括圆筒状光源和用于反射从该圆筒状光源发射的光的曲面镜的照明装置，其中，该曲面镜具有光反射面，该光反射面在与圆筒状光源的轴线方向垂直的截面上具有在基准轴线上有焦点的抛物线的一部分的形状，并且该圆筒状光源被布置在曲面形状的基准轴线上曲面镜的底部和焦点之间。
根据上述构造，利用从圆筒状光源直接发射的光和由曲面镜反射的光可以在宽范围内形成照度分布均匀的区域。
另外，根据本发明的照明装置优选具有：焦点和曲面镜的底部之间的距离L4为40～200mm；圆筒状光源的光源中心和曲面镜的底部之间的距离L5为5～50mm，设置L4大于L5。
根据上述构造，利用从圆筒状光源直接发射的光和由曲面镜反射的光可以在宽范围内形成照度分布均匀的区域。
另外，根据本发明的照明装置优选具有被照射物上照度偏差落在±1mW/cm2范围内的照射区域的长度以该圆筒状光源为中心不小于1,000mm。
在本发明中，照度偏差落在±1mW/cm2范围内的照射区域意味着照射区域内的照度的平均值与测量点的测量值之间的差的绝对值不大于1mW/cm2的区域。
根据本发明的光照射设备采用上述的照明装置中的任一种。
通过采用该照明装置，可以在宽范围内获得均匀的照度分布。因此，可以形成具有均匀特性的光反应组合物。此外，由于可以在宽范围内获得均匀的照度分布，所以可以在其间有间隙地布置照明装置，从而与传统的光照射设备相比能够使光源的数量减少。因此，不仅可以使设备本身的制造成本降低，而且还可以使设备的运转成本降低。因此，也可以使作为最终产品的如粘着带等光反应生成物片的制造成本降低。
附图说明
图1是根据本发明的照明装置的一个实施例的示意性侧面截面图。
图2是示出图1所示的照明装置的照度分布的图。
图3是示出使用图1所示的照明装置的光照射设备的主要部分的示意图。
图4是示出由图3所示的照明装置照射的被照射物的表面上的照度分布的图。
图5是根据本发明的照明装置的另一个实施例的侧面截面图。
图6是传统的照明装置的示意性侧面截面图。
图7是示出图6所示的照明装置的照度分布的图。
具体实施方式
以下，将参照附图说明根据本发明的照明装置的实施例。顺便提及，根据本发明的照明装置不限于以下的实施例，而是可以在本发明的范围内进行修改。
图1是根据实施例的照明装置的示意性截面图。如图1所示，根据该实施例的照明装置包括圆筒状光源1和用于反射从圆筒状光源1发射的光的曲面镜2。
曲面镜2的光反射面(即，曲面6)在与光源的轴线方向垂直的截面上具有在基准轴线3上有第一焦点F1和第二焦点F2的椭圆曲线的一部分的形状，该基准轴线3是椭圆的长轴。使其曲面6已被加工成镜面的曲面镜2反射来自圆筒状光源1的光。关于此，曲面镜2的光反射率在300～400nm的波长范围中优选为大于等于80％。由此，来自圆筒状光源1的光可以被有效地反射。曲面镜2被优选地形成为所谓的冷光镜(cold mirror)，该冷光镜反射来自圆筒状光源1的紫外光并透过或吸收来自圆筒状光源1的红外光。由此，可以防止被照射物受到来自圆筒状光源的热的影响。
圆筒状光源1布置在曲面镜2的基准轴线3上第一焦点4和第二焦点5之间的位置。在本发明中，第一焦点4和曲面镜2的底部7之间的距离L1优选为1～40mm，更优选为10～30mm；焦点间距离L2，即第一焦点4和第二焦点5之间的距离优选为50～200mm，更优选为70～170mm；圆筒状光源1的光源中心和曲面镜2的底部7之间的距离L3优选为20～130mm，更优选为40～100mm；并且L3大于L1，L1与L2的和大于L3。由此，使从圆筒状光源1发射的光即使在由曲面镜2反射时该光也不会聚焦在第二焦点5上。
曲面镜的宽度优选为80～260mm，更优选为100～200mm。
结果，与利用传统照明装置获得的、在基准轴线的正下部分具有峰值的峰形照度分布(参见图7)相比，如图2所示获得包括照度分布均匀的区域的基本上为梯形的照度分布。换句话说，通过将圆筒状光源1布置在上述范围内，可以在宽范围内获得照度分布均匀的区域。
圆筒状光源1优选反射包括紫外线范围的光。其例子包括低压汞灯、中压汞灯、高压汞灯、超高压汞灯、化学灯、黑光灯、微波激发汞灯、金属卤化物灯、受激准分子激光器等中的任一个或者组合。圆筒状光源1的照度优选为0.1～300mW/cm2，更优选为1～50mW/cm2。该照度的照明装置的使用使得能够充分地促进如光反应生成物片等的被照射物的光聚合。
光源和被照射物之间的距离优选为30～180cm，更优选为50～150cm。
接着，说明使用根据该实施例的照明装置2的光照射设备。图3是示出根据该实施例的光照射设备的主要部分的示意图。参照图3，光照射设备10包括未示出的照射室和照明装置2的主要部件。在照射室的内壁上施加增强反射和扩散的处理。照明装置2以预定间隔设置在照射室内，以用光照射被照射物8。
图4示出了在照明装置2之间的距离设定为3m、光源和被照射物8之间的距离设定为1.5m的情况下相对于被照射物8的进给方向的照度分布。如图4所示，根据该实施例的光照射设备10采用提供宽范围均匀照度分布的照明装置2。因此，可以使照度分布相对于被照射物8的进给方向基本均匀。因此，由于可以对被照射物8在宽范围内照射均匀光，所以可以获得均匀特性的光反应生成物片。
被照射物8包括例如片状材料和涂覆于其表面的光反应组合物。该片状材料的实例包括如聚酯薄膜等塑料膜、无纺布、织布、纸、或者金属箔。
光反应组合物包括光照射时由单体形成的那些以及含有单体或部分聚合单体和聚合引发剂的光可聚合组合物。对于上述光反应组合物，优选使用这样的光可聚合组合物，即其为是在光照射时聚合从而形成压敏粘合剂这样的材料，包括丙烯酸系、聚酯系、和环氧系光可聚合组合物。其中，尤其优选使用丙烯酸系光可聚合组合物。
作为光可聚合组合物，优选使用由作为主要成分的丙烯酸烷基酯单体和含有极性基团的可共聚单体组成的单体。用于本发明中的丙烯酸烷基酯单体的实例包括其主要成分是(甲基)丙烯酸酯的乙烯基单体。更具体地，选自其烷基具有1～14个碳原子的那些中的一种或者多种单体可用作主要成分，例如丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯，其中烷基可部分被羟基取代；这些单体中的每一种含有烷基，如甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、己基、庚基、辛基、异辛基、壬基、异壬基、癸基或异癸基。
含有极性基团的可共聚单体的实例包括不饱和酸，如(甲基)丙烯酸、衣康酸、或者2-丙烯酰胺丙(烷)磺酸；含有羟基的单体，如(甲基)丙烯酸2-羟乙基酯、或者(甲基)丙烯酸2-羟丙基酯；以及己内酯(甲基)丙烯酸酯。另外，可共聚单体不必是单体，而可以是二聚体，如(甲基)丙烯酸二聚体物。
包含作为主要成分的烷基丙烯酸单体和含有极性基团的可共聚单体的单体优选以70至99重量份比30至1重量份，更优选以80至96重量份比20至4重量份的比例使用。当以上述范围之内的比例使用单体时，可以获得在粘合性、粘结强度等方面良好的平衡。
光聚合引发剂的实例包括安息香醚，如安息香甲醚或安息香异丙醚；被取代的安息香醚，例如茴香醚甲醚；被取代的苯乙酮，例如二乙氧基苯乙酮，2，2-二乙氧基苯乙酮；或2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮；被取代的-α-酮醇，例如2-甲基-2-羟基苯基·乙基(甲)酮；芳香磺酰氯，如2-萘磺酰氯；和光敏肟，如1-苯基-1，1-丙二酮-2-(邻乙氧基羰基)-肟。该光聚合引发剂的用量优选为0.1至5重量份，更优选为0.1至3重量份，相对于100重量份的包含作为主要成分的丙烯酸烷基酯单体和含有极性基团的可共聚单体的单体总量。当光聚合引发剂的量降至上述范围以下时，聚合速度降低，由此单体趋于保持很大的量，这从工业的观点是不适宜的。相反，当该量超过此范围时，聚合物的分子量降低，这引起粘合剂的粘结强度聚力降低。结果，不能得到合适的粘合特性。
另外，作为交联剂，优选使用多功能丙烯酸酯单体。其实例包括含有两个或更多官能团的丙烯酸烷基酯单体，如三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、1，2-乙二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯和1，12-十二烷基二醇二丙烯酸酯。该多功能丙烯酸酯单体的用量依赖官能团的数量，优选为0.01至5重量份，更优选0.1至3重量份，相对于100重量份的包含作为主要成分的丙烯酸烷基酯单体和含有极性基团的可共聚单体的单体总量。当以上述范围之内的比例使用多功能丙烯酸酯单体时，可保持良好的粘聚力。
另外，根据粘合剂的用途，不同于多功能丙烯酸酯的另一交联剂可组合使用。组合使用的交联剂的实例包括常用的那些，如异氰酸酯交联剂，环氧交联剂，和氮丙啶交联剂。在本发明中，必要时可使用添加剂如增粘剂。
另外，除了其曲面6(光反射面)在垂直于光源的轴线方向的截面上具有一部分椭圆曲线的形状的上述曲面镜2之外，根据本发明的照明装置可以形成为，例如，如图5所示，具有其光反射面在垂直于光源的轴线方向的截面上有一部分抛物线的形状的曲面镜2。
在该情况下，圆筒状光源1布置在曲面镜2的底部7与焦点F之间的位置。在本发明中，焦点F和曲面镜2的底部7之间的距离L4优选为40～200mm，更优选为70～150mm；圆筒状光源1的光源中心和曲面镜2的底部7之间的距离L5优选为5～50mm，更优选为5～40mm；并且L4大于L5。通过在上述范围内构造曲面镜2和布置圆筒状光源1，使从圆筒状光源1发射的光在曲面镜2上被反射之后不会聚焦在焦点F上。结果，可以获得在基准轴线的正下部分没有峰值的照度分布基本均匀的区域。
顺便提及，当使用不具有足够高度尺寸的照射室时，优选该照射室具有：布置成使得从被照射物的下侧到上侧照射光的照明装置和布置在该室的上部内壁上的反射板，而不是布置照明装置使得从上侧到下侧照射光。从而，即使在照射室不具有足够高度尺寸的情况下，从圆筒状光源发射的光也可以由上部内壁或者反射板反射并照射到被照射物上。结果，光可以均匀照射在被照射物上。
实施例
现在参考实施例和对比例更加详细地说明本发明，但应该理解，本发明不限于此。
实施例1
设置PET片(由TORAY工业公司制造，Lumirror S10)作为被照射物；并且在距被照射物1m的位置处布置高压汞灯(120W/cm；发光长度(emission length)250mm)作为圆筒状光源。将光源设置成使基准轴线的方向垂直于该片的进给方向。设置椭圆形曲面镜，其中第一焦点和曲面镜的底部之间的距离为20mm，第一焦点和第二焦点之间的距离为150mm，光源中心和曲面镜的底部之间的距离为60mm。曲面镜宽度为117mm。在PET片上用照度计UVR-T1(由TOPCON CORPORATION制造；受光部UD-T36；测量波长300～390nm；峰值感应波长350nm)的照度测量示出照度偏差落在±1mW/cm2范围内的照射区域的长度(沿片的进给方向)是3,900mm。
实施例2
设置抛物线形的曲面镜，其中，曲面镜的底部和焦点之间的距离为100mm，光源中心和曲面镜的底部之间的距离为20mm，曲面镜的宽度为200mm。在所有其它方面，试验条件与实施例1的类似。在PET片上的照度测量示出照度偏差落在±1mW/cm2范围内的照射区域的长度(沿片的进给方向)是2,300mm。
比较例1
使用椭圆形曲面镜，并且圆筒状光源布置在更接近曲面镜的底部侧的焦点处，也就是说，布置在第一焦点处。在所有其它方面，试验条件与实施例1的类似。在PET膜上的照度测量示出照度偏差落在±1mW/cm2范围内的照射区域的长度(沿片的进给方向)是900mm。
比较例2
使用抛物线形曲面镜，并且圆筒状光源布置在曲面镜的焦点处。在所有其它方面，试验条件与实施例2的类似。在PET膜上的照度测量示出照度偏差落在±1mW/cm2范围内的照射区域的长度(沿片的进给方向)是400mm。
如上所述，根据本发明的照明装置能够提供在宽范围内照度分布均匀的区域。因此，即使在使用该照明装置，例如，作为用于形成光反应生成物片的光照射设备的光源时，也不必如传统技术的情况那样，为了获得均匀的照度分布而在其间没有间隙地布置照明装置。因此，可减少布置的照明装置的数量。由此，可以使光照射设备小型化，从而能够使制造成本大幅降低。
根据本发明，可以在宽范围内获得照度分布均匀的区域。结果，例如，当将照明装置用作用于生产如粘着带等光反应生成物片的光照射设备的光源时，可在其间按所希望的间隙布置照明装置。因此，可使采用的光源的数量减少。因而，可以使设备的制造成本降低，连同作为最终产品的光反应生成物片的制造成本降低。
尽管已经参考本发明的特定实施例详细说明了本发明，但是对于本领域的技术人员来说，显然可以在不脱离本发明的精神和范围下进行各种变化和修改。
本申请基于2004年2月4日提交的日本专利申请No.2004-027542，其内容包含于此以供参考。
工业适用性
通过本发明，可以在宽范围内获得均匀的照度分布。因此，当被用作用于形成如压敏粘着带等光反应生成物片的照明装置的光源时，可在其间按任意间隙布置光源，从而能够使光源数量减少。因此，不仅可以使设备本身的制造成本下降，而且还可以使作为最终产品的如压敏粘着带等光反应生成物片的制造成本降低。

Claims (10)

1.一种照明装置，其包括圆筒状光源和用于反射从所述圆筒状光源发射的光的曲面镜，
所述曲面镜具有光反射面，所述光反射面在与所述圆筒状光源的轴线方向垂直的截面上具有在基准轴线上有第一焦点和第二焦点的椭圆曲线的一部分的形状，以及
所述圆筒状光源被布置在所述曲面形状的基准轴线上，且在所述第一焦点和所述第二焦点之间。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述第一焦点和所述曲面镜的底部之间的距离L1为1～40mm；所述第一焦点和所述第二焦点之间的距离L2为50～200mm；所述圆筒状光源的光源中心和所述曲面镜的底部之间的距离L3为20～130mm；并且，L3大于L1，L1与L2之和大于L3。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，被照射物上照度偏差落在±1mW/cm2范围内的照射区域的长度以所述圆筒状光源为中心不小于1,000mm。
4.一种照明装置，其包括圆筒状光源和用于反射从所述圆筒状光源发射的光的曲面镜，
所述曲面镜具有光反射面，所述光反射面在与所述圆筒状光源的轴线方向垂直的截面上具有在基准轴线上有焦点的抛物线的一部分的形状，以及
所述圆筒状光源被布置在所述曲面形状的基准轴线上，且在所述曲面镜的底部和所述焦点之间。
5.根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于，所述焦点和所述曲面镜的底部之间的距离L4为40～200mm；所述圆筒状光源的光源中心和所述曲面镜的底部之间的距离L5为5～50mm；并且L4大于L5。
6.根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于，被照射物上照度偏差落在±1mW/cm2范围内的照射区域的长度以所述圆筒状光源为中心不小于1,000mm。
7.一种光照射设备，其包括如权利要求1所述的照明装置。
8.一种光照射设备，其包括如权利要求4所述的照明装置。
9.一种制造光反应生成物片的方法，其特征在于，利用如权利要求7所述的光照射设备向光反应组合物照射光。
10.一种制造光反应生成物片的方法，其特征在于，利用如权利要求8所述的光照射设备向光反应组合物照射光。
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