JP2005209865A - 面発光型紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線発光ダイオードを用いて面発光型の紫外線照射装置を実現し、発光面内の輝度分布を任意に制御する。
【解決手段】紫外線を発する複数の紫外線発光ダイオード１４を、複数行及び複数列のマトリックスを構成するように平面状に配置した面発光ユニット１１と、それら複数の紫外線発光ダイオード１４を個別に輝度制御可能に、かつ、個別のタイミングでオン・オフ制御可能に駆動するためのコントローラ部とを備えている。面発光ユニット１１を含むヘッド部に対してコントローラ部から送信される通信データは、面発光ユニット１１を構成する複数の紫外線発光ダイオード１４のそれぞれを指定する行番号及び列番号のデータ、そして指定された紫外線発光ダイオード１４のオン・オフ状態を含む輝度を示すデータを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線硬化型樹脂や塗料の硬化に使用される面発光型紫外線照射装置に関する。

紫外線硬化型の樹脂や塗料は、レジスト皮膜の形成や印刷の分野から光ピックアップ等の組立工程における小物部品の接着固定の分野まで広く使用されている。一般に、紫外線硬化型の樹脂は波長３６５ｎｍ付近の紫外線の照射によって硬化するように設計されている。硬化すべき紫外線硬化型の樹脂や塗料に紫外線を照射する紫外線照射装置の光源として一般に、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ等の蛍光ランプが使用されている。また、レジスト皮膜の形成や印刷の分野のように、広い面積にわたって紫外線を照射する必要がある場合は、光源を平面状に並べた面発光型紫外線照射装置が使用されている。

特許文献１には、窒素ガスを充満したチャンバー内で搬送されるシート状の対象物に紫外線を照射するために、その搬送方向に沿ってチャンバーの天井付近に複数の光源（蛍光ランプ）を並べた構成の紫外線照射装置が記載されている。なお、窒素ガス（他の不活性ガスでもよい）を充満したチャンバー内で対象物に紫外線を照射するのは、空気中の酸素分子の悪影響を抑制して樹脂の硬化を促進するためである。
特開平５−３０５２５９号公報

従来の蛍光ランプを用いた面発光型紫外線照射装置では、発光面内の輝度分布を制御することは困難であった。例えば、上記の特許文献１に記載された紫外線照射装置は、蛍光ランプを用いた光源を複数個並べて一定出力で駆動するものであり、チャンバー内の照度分布を任意に制御することはできなかった。

一方、紫外線硬化型樹脂や塗料に過大な熱ストレスを与えることなく良好に硬化させるには、紫外線の照射量を徐々に増加させればよいことが分かっている。しかし、チャンバー内を一定の速度で移動するシート状の対象物に紫外線を照射するような場合に、紫外線の照射量を徐々に増加させる制御を行うことは困難であった。

この場合に、対象物の移動方向に沿って面発光型紫外線照射装置の発光面内の輝度分布を変化させることができれば、対象物に対する紫外線の照射量を徐々に増加させることが可能になる。その他の用途にあっても、面発光型紫外線照射装置の発光面内の輝度分布を任意に制御できれば便利なことが多いと考えられる。

近年、蛍光ランプに代わる紫外線の光源として高出力の紫外線発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）が実用化されている。本発明は、この紫外線発光ダイオードを用いて面発光型の紫外線照射装置を実現し、発光面内の輝度分布を任意に制御することを目的とする。

本発明による面発光型紫外線照射装置（請求項１）は、紫外線を発する複数の紫外線発光ダイオードを、複数行及び複数列のマトリックスを構成するように平面状に配置した面発光ユニットと、該面発光ユニットを構成する複数の紫外線発光ダイオードを個別に輝度制御可能に、かつ、個別のタイミングでオン・オフ制御可能に駆動するためのコントローラ部とを備えていることを特徴とする。

好ましい実施形態（請求項２）において、前記面発光ユニットを含むヘッド部と前記コントローラ部とがシリアル通信によって接続され、前記コントローラ部から前記ヘッド部に対して前記面発光ユニットの制御のための通信データが送信され、該通信データは前記面発光ユニットを構成する複数の紫外線発光ダイオードのそれぞれを指定する行番号及び列番号のデータ、そして指定された紫外線発光ダイオードのオン・オフ状態を含む輝度を示すデータを含み、前記ヘッド部は、前記コントローラ部から受信した通信データをデコードすることによって、前記面発光ユニットを構成する複数の紫外線発光ダイオードを個別に駆動制御するように構成されている。

更に好ましい実施形態（請求項３）において、前記通信データは、オン・オフ状態又は輝度が変更される紫外線発光ダイオードのみについて、その行番号及び列番号のデータとオン・オフ状態を含む輝度を示すデータとを含む。換言すれば、オン・オフ状態又は輝度が変更されない紫外線発光ダイオードについてはデータを含まない。

また、上記の各実施形態において、前記ヘッド部は、前記面発光ユニットの上面に取り付けられた冷却ユニットを更に備え、該冷却ユニットはヒートシンク及び電動ファンの少なくとも一方を有することが好ましい（請求項４）。

本発明による面発光型紫外線照射装置（請求項１）は、従来の蛍光ランプに代えて紫外線発光ダイオードを光源として使用するので、そのオン・オフタイミングや輝度を精密に制御することが可能になる。また、複数行及び複数列のマトリックスを構成するように複数の紫外線発光ダイオードを配置して面発光ユニットを構成し、それぞれの紫外線発光ダイオードを個別にオン・オフ制御すると共に輝度制御することができるので、発光面内での輝度分布を任意に変えることができる。したがって、例えば一定の速度で移動するシート状の対象物の進行方向に沿って輝度が徐々に増加するような輝度分布を有する面発光型紫外線照射が可能となり、そのような面発光型紫外線照射を行うことによって、紫外線硬化型樹脂や塗料に過大な熱ストレスを与えることなく良好に硬化させることが可能となる。

好ましい実施形態（請求項２）によれば、面発光ユニットを含むヘッド部とコントローラ部とを電気ケーブルで接続し、制御用のデータをシリアル通信でコントローラ部からヘッド部に送信する比較的簡単な構成によって、上記のような個別制御可能な複数の紫外線発光ダイオードを用いた面発光型紫外線照射装置を実現することができる。

更に好ましい実施形態（請求項３）によれば、上記の構成においてコントローラ部からヘッド部へ送信される面発光ユニットの制御のための通信データを必要最小限の情報で構成し、コントローラ部及びヘッド部の通信制御の負荷を軽減することができる。

別の好ましい実施形態（請求項４）によれば、ヒートシンク又は電動ファン、あるいはそれら両方を有する冷却ユニットがヘッド部に備えられているので、面発光ユニットを構成する複数の紫外線発光ダイオードの発生する熱を効果的に放熱し、面発光ユニットからの紫外線照射を安定したものとすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例に係る面発光型紫外線照射装置のヘッド部の外観図である。（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図をそれぞれ示している。ヘッド部１０は、面発光ユニット１１と、その上面に取り付けられたヒートシンク１２と、更にその上面に取り付けられた冷却用の電動ファン１３とを備えている。面発光ユニット１１には、紫外線を発する複数（図示の例では３５個）の紫外線発光ダイオード１４が、複数行（７行）及び複数列（５列）のマトリックスを構成するように平面状に配置されている。それぞれの紫外線発光ダイオード１４から発する紫外線は、面発光ユニット１１の下面１１ａから下方に照射される。

面発光ユニット１１の上面に取り付けられたヒートシンク１２及び電動ファン１３は、紫外線発光ダイオード１４を含む面発光ユニット１１の放熱を促進するための冷却ユニットを構成する。ヒートシンク１２のみ又は電動ファン１３のみで冷却ユニットを構成してもよい。面発光ユニット１１の内部には、複数の紫外線発光ダイオード１４を個別に駆動するためのＬＥＤ駆動回路等が内蔵されている。このような構造のヘッド部１０は、電気ケーブル１５を介してコントローラ部と接続されている。

図２は、本発明の実施例に係る面発光型紫外線照射装置の回路構成を示すブロック図である。ヘッド部１０（の面発光ユニット１１）には、通信制御部２１、デコード部２２、ＬＥＤ駆動部２３等が備えられている。通信制御部２１は、コントローラ部１（の通信制御部１ａ）との間でシリアル通信を行い、面発光ユニット１１の制御のための通信データをコントローラ部１から受信する。デコード部２２は、コントローラ部１から受信した通信データをデコードし、面発光ユニット１１を構成する各紫外線発光ダイオード１４の駆動データを生成する。ＬＥＤ駆動部２３は、生成された駆動データにしたがって、行ドライバ２４及び列ドライバ２５を介して、マトリックスＬＥＤ２６を駆動する。

このマトリックスＬＥＤ２６は、マトリックス状（図１の例では７行×５列）に配置された複数の紫外線発光ダイオード１４を意味する。ＬＥＤ駆動部２３が行ドライバ２４及び列ドライバ２５を介してマトリックスＬＥＤ２６を駆動することにより、マトリックスＬＥＤ２６を構成する複数の紫外線発光ダイオード１４ごとに、オン・オフタイミングと輝度が個別制御される。

なお、ヘッド部１０には、電源回路２７が備えられ、図示の例ではコントローラ部１からヘッド部１０へＤＣ電流が供給される。その供給用電線も電気ケーブル１５に含まれている。コントローラ部１からヘッド部１０へ供給されるＤＣ電流は、電源回路２７を介して、通信制御部２１、デコード部２２、ＬＥＤ駆動部２３、その他の電気回路部に与えられる。また、ヘッド部１０に取り付けられた冷却用の電動ファン１３にも電源回路２７を介してＤＣ電流が供給される。もちろん、ヘッド部１０で消費するＤＣ電流をコントローラ部１から供給する代わりに、外部（ＡＣ電源又はＤＣ電源）から直接ヘッド部１０に供給するように構成してもよい。

図３は、コントローラ部１からヘッド部１０に送信される面発光ユニット１１の制御のための通信データの構成例を示す図である。（ａ）は複数の紫外線発光ダイオード１４の輝度を変える場合の一般的な通信データの構成例を示し、（ｂ）は１個の紫外線発光ダイオード１４の輝度を変える場合の通信データの構成例を示している。

図３（ａ）に示すように、面発光ユニット１１の制御のための通信データは、面発光ユニット１１の制御データであることを示すコマンドとデータの終了を示すエンドコードとの間に、輝度変更対象の紫外線発光ダイオード１４の行番号、列番号、及び変更後の輝度（階調）をそれぞれ示す３つのデータのセットが繰り返されるデータ構造を有する。例えば、図１に示した面発光ユニット１１の例では、行番号は１〜７の値をとり、列番号は１〜５の値をとり得る。

輝度（階調）データは、例えば８ビットで０〜２５５の値をとり得る。例えば、輝度（階調）データ０（ゼロ）の指定は、該当する紫外線発光ダイオード１４をオフにすることを意味し、それ以外のデータ値は該当する紫外線発光ダイオード１４をオンにすることを意味すると定める。こうすることにより、紫外線発光ダイオードのオン・オフ制御のデータを輝度（階調）データに含ませることができる。この場合、輝度（階調）データ２５５の指定は、該当する紫外線発光ダイオード１４を最大輝度でオンにすることを意味する。実際には２５６段階もの階調制御が必要になることはまれで、高々１０段階程度の階調で輝度制御を行えば十分な用途が多いであろう。

一つの制御方法として、輝度を変更すべき紫外線発光ダイオードのみについて、その行番号及び列番号のデータとオン・オフ状態を含む輝度（階調）を示すデータとを通信データに含ませる。つまり、マトリックスＬＥＤ２６を構成するすべての紫外線発光ダイオード１４のうちの１又は複数の紫外線発光ダイオード１４のオン・オフ状態又は輝度に変更が生じた時点で、変更対象の紫外線発光ダイオードの行番号、列番号、及び輝度（階調）を含む通信データをコントローラ部１からヘッド部１０に送信する。オン・オフ状態又は輝度に変更が無い紫外線発光ダイオード１４に関するデータは通信データに含めない。

図３（ｂ）に示す通信データの例では、３行目と２列目の交点に配置された紫外線発光ダイオード１４のみが輝度（又はオン・オフ状態）の変更対象であり、変更後の輝度の階調は２５５（最大輝度）となる。このように、変更対象の紫外線発光ダイオードのみについて行番号、列番号、及び輝度（階調）のデータを通信データに含ませることにより、通信データの情報量が少なくなり、コントローラ部１及びヘッド部１０の通信制御やデコード処理等の負荷が軽減される。また、いずれかの紫外線発光ダイオード１４のオン・オフ状態又は輝度に変更が生じた時点で通信データをコントローラ部１からヘッド部１０に送信することとし、変更が生じない限り通信データを送信しないことによっても、コントローラ部１及びヘッド部１０の通信制御やデコード処理等の負荷を軽減することができる。

図４は、本実施例による面発光型紫外線照射装置の適用例を示す図である。図４（ａ）に示す例では、ワーク（紫外線照射の対象物）ＷＫとして、フォトリソグラフィプロセスにおけるレジスト膜のように全面に紫外線硬化型塗料が塗布された基板又はフィルムを想定している。このワークＷＫは例えば窒素ガスが充満されたチャンバー内でコンベア（図示せず）によって矢印で示す方向に一定速度で搬送される。このとき、ワークＷＫの上方に設置された面発光型紫外線照射装置のヘッド部１０から下方へワークＷＫに向けて紫外線が照射される。

この例では、ヘッド部１０（の面発光ユニット１１）に７行５列のマトリックス状に配置された３５個の紫外線発光ダイオード１４の輝度が、ワークＷＫの進行方向（矢印）に沿って列毎に段階的に高くなるように設定されている。例えば、第１列から第５列へ、最も輝度の低いレベル１から最も輝度の高いレベル５まで５段階に輝度が上昇するように設定されている。こうすることにより、面発光型紫外線照射装置のヘッド部１０の下方を矢印方向に通過するワークＷＫに照射される紫外線の強さが徐々に（段階的に）高くなる。その結果、ワークＷＫの表面に塗布された紫外線硬化型塗料に与える熱ストレスをできるだけ小さくして、良好に硬化させることが可能となる。

図４（ｂ）に示す例では、面発光型紫外線照射装置のヘッド部１０の発光面の面積より小さい面積（波線で示す矩形）のワークＷＫに紫外線照射を行うことを想定している。この例では、ヘッド部１０（の面発光ユニット１１）に７行５列のマトリックス状に配置された３５個の紫外線発光ダイオード１４のうち、中央部の３行３列（計９個）の紫外線発光ダイオード１４ａのみをオンにしてワークＷＫに紫外線照射を行う。このように、ワークＷＫのサイズ（面積）に応じて必要最小限の紫外線発光ダイオード１４ａのみをオンにすることにより、無駄な消費電力を無くすると共に、ワークに照射する紫外線の量が過大になることを回避することができる。

また、図４（ｂ）に示す例では、中央部の９個の紫外線発光ダイオード１４ａの上下に位置する２個の紫外線発光ダイオード１４ｂから仮止め接着のための紫外線を照射する。つまり、中央部の９個の紫外線発光ダイオード１４ａからの紫外線照射の前に、その上下の２個の紫外線発光ダイオード１４ｂから仮止め接着のための紫外線を照射する。

例えば、液晶表示器の製造工程において２枚のガラス板を貼り合わせる際に、位置決めのための仮止め接着をした後に本接着を行うことが多い。このような場合に、従来は仮止め接着はスポット照射型の紫外線照射装置を用いて行い、本接着は紫外線照射用のチャンバー内で面発光型紫外線照射装置を用いて行うというように、仮止め接着と本接着を２工程に分けて行うことが一般的であった。本実施例の面発光型紫外線照射装置を用いれば、仮止め接着と本接着を２工程に分けて行う必要はなく、複数の紫外線発光ダイオード１４のオン・オフタイミングを変えるだけでよい。つまり、上記のように仮止め接着用の紫外線発光ダイオード１４ｂを先にオンにして仮止め接着を行った後に本接着用の紫外線発光ダイオード１４ａをオンにすればよい。

以上、本発明の実施例とその変形例を説明したが、本発明は上記の実施例及び変形例に限らず、種々の形態で実施することができる。例えば、コントローラ部１とヘッド部１０は必ずしも分離している必要はなく、両者を一体に構成してもよい。

本発明の実施例に係る面発光型紫外線照射装置のヘッド部の外観図である。 本発明の実施例に係る面発光型紫外線照射装置の回路構成を示すブロック図である。 コントローラ部からヘッド部に送信される発光ユニットの制御のための通信データの構成例を示す図である。 本実施例による面発光型紫外線照射装置の適用例を示す図である。

符号の説明

１ コントローラ部
１０ ヘッド部
１１ 面発光ユニット
１２ ヒートシンク（冷却ユニット）
１３ 電動ファン（冷却ユニット）
１４ 紫外線発光ダイオード
１５ 電気ケーブル

Claims (4)

1. 紫外線を発する複数の紫外線発光ダイオードを、複数行及び複数列のマトリックスを構成するように平面状に配置した面発光ユニットと、該面発光ユニットを構成する複数の紫外線発光ダイオードを個別に輝度制御可能に、かつ、個別のタイミングでオン・オフ制御可能に駆動するためのコントローラ部とを備えていることを特徴とする面発光型紫外線照射装置。
2. 前記面発光ユニットを含むヘッド部と前記コントローラ部とがシリアル通信によって接続され、前記コントローラ部から前記ヘッド部に対して前記面発光ユニットの制御のための通信データが送信され、該通信データは前記面発光ユニットを構成する複数の紫外線発光ダイオードのそれぞれを指定する行番号及び列番号のデータ、そして指定された紫外線発光ダイオードのオン・オフ状態を含む輝度を示すデータを含み、前記ヘッド部は、前記コントローラ部から受信した通信データをデコードすることによって、前記面発光ユニットを構成する複数の紫外線発光ダイオードを個別に駆動制御するように構成されていることを特徴とする
   請求項１記載の面発光型紫外線照射装置。
3. 前記通信データは、オン・オフ状態又は輝度が変更される紫外線発光ダイオードのみについて、その行番号及び列番号のデータとオン・オフ状態を含む輝度を示すデータとを含むことを特徴とする
   請求項２記載の面発光型紫外線照射装置。
4. 前記ヘッド部は、前記面発光ユニットの上面に取り付けられた冷却ユニットを更に備え、該冷却ユニットはヒートシンク及び電動ファンの少なくとも一方を有することを特徴とする
   請求項１、２又は３記載の面発光型紫外線照射装置。

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