JP2011146746A - 光照射装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】LEDの照度特性にばらつきがあっても、被照射面における照度を均一化することのできる光照射装置を提供する。
【解決手段】同一面上に紫外域の光を放射するLED23が複数配置されてなる光源部3を備え、光源部3からの出射光を前記同一面と対向位置にある照射領域6に対して照射する光照射装置であって、光源部3は、同一基板上に配置された複数のLED23と、複数のLED23からの光を混合して光出射面に導く1つの導光部24によってセグメント光源2を構成し、セグメント光源2を基板21が伸びる面方向に複数並べて配置して構成され、導光部24は、前記同一面から光出射面に至るまでの一定の長さを有するとともに、内部に反射面が形成された中空の筒体からなり、当該セグメント光源2内にあるLED23からの出射光を混合し、他のセグメント光源2の光出射面に光を照射することのないことを特徴とする光照射装置である。
【選択図】図1

Description

本発明は、光照射装置に係わり、特に、LEDを多数備えた線状ないし面状の光源を形成する光照射装置に関する。
LEDを備えた光照射装置としては、例えば、特許文献1に、多数のLEDを基板上に並べて配置した紫外線照射装置が記載されている。この装置は、液晶パネル基板の最大サイズに相当するような、大面積の基板の全面にLED素子を敷き詰めて配置し、予定されたシール剤の硬化に必要なLEDのみを点灯させて照射する装置である。また、特許文献2には、上記と同様に、同一基板上に発光ダイオードを配置し、その直下にある基板等のワークに対して光を照射する露光装置が記載されている。
図15は、LEDが基板上に並べて配列されてなる光照射装置の概念図であり、図15(a)は光源部分を正面から見た説明図、図15(b)は横方向から見た説明図である。
この光照射装置においては、光源100は多数の発光ダイオード(以下、LEDという)101によって構成されており、光源ステージ102上にLED101が敷き詰められるように配置されている。同装置には、LED101の各々に対してON/OFFを切り替える電源装置(不図示)を備えており、ワーク103の形状に合わせて点灯領域が選択、指定されて、電源装置よりLED101に電力が供給される。例えば、特許文献1に記載の技術では、ワーク103は液晶パネル基板である。この場合、2枚の基板の間にはシール剤が所定の画枠に沿って矩形形状に形成されており、その画枠内に液晶が充填されている。基板に挟まれたシール剤の硬化を行うために、矩形形状の点灯領域に対応したLED101にのみ電力を供給して点灯する。
特開2006−235617号公報 特開2002−303988号公報
しかしながら、上記のような、基板上にLED101を並べて配置した光照射装置では、個々のLED101間の照度のばらつきや、LED101間の劣化特性のばらつきに起因して、照射領域において、均一な光照射を実現できないことがある。それは、LED101の製造工程における素子の膜質(膜厚、組成)や成膜条件(温度分布、昇温速度)といった作製上のパラメータに由来して、1枚のウエハーから複数のLEDを作製する場合でもこのようなパラメータをウエハーの全体において均一化することは現実的には困難なためである。そのため、同一ウエハーから製作されたLEDであっても、微小な作製上のパラメータの相違に由来して特性上ばらつきが発生する。このような条件のもとで、図15に示した装置のように、多数のLED101を面上に並べて配置した装置では、例えば、LED101ごとに光量や、わずかであるが放射光のスペクトル(波長)にばらつきが生じる。そのため、照射領域において均一な照度を得ることが難しく、所望の光照射を行うことができないことがある。
上記の問題に対して、発光面積が小さい、照射角度範囲が狭いというLEDのデメリットを回避するため、LEDの前面に凹レンズを設ける等の対策を講じることが考えられる。しかしながら、このような技術によっても他のLEDによって補完可能な光量は限られている。よって、元々LEDの照度にばらつきがあったり、早期に照度が低下したり、不点灯のLEDが生じた場合、照射領域において照度を均一化したり、またこれを維持したりすることは困難である。とりわけ、予定された照射領域において、設定された照度分布を維持しなければならない用途においては、このような照度低下はワークやプロセスにおいて大きな影響を与えるため問題となる。
本発明の目的は、LEDの照度特性にばらつきがあっても、被照射面における照度を均一化することのできる光照射装置を提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するために、請求項1は、同一面上に紫外域の光を放射するLEDが複数配置されてなる光源部を備え、該光源部からの出射光を前記同一面と対向位置にある照射領域に対して照射する光照射装置であって、前記光源部は、同一基板上に配置された複数のLEDと、該複数のLEDからの光を混合して光出射面に導く1つの導光部によってセグメント光源を構成し、該セグメント光源を前記基板が伸びる面方向に複数並べて配置して構成され、前記導光部は、前記同一面から光出射面に至るまでの一定の長さを有するとともに、内部に反射面が形成された中空の筒体からなり、当該セグメント光源内にあるLEDからの出射光を混合し、他のセグメント光源の光出射面に光を照射することのないことを特徴とする光照射装置である。
請求項1に記載の発明によれば、LEDに特性上の差異があっても、複数のLEDからの光を混ぜて放射するため、照射領域における照度のばらつきを抑えることができる。
本発明に係る光照射装置1の概略構成を示す図である。 図1に示したセグメント光源2の斜視図である。 図1に示したセグメント光源2の裏面側から見た図及び断面図である。 図2〜図3に示したセグメント光源2と異なる構成を有するセグメント光源2の構成を示す図である。 図2〜図4に示したセグメント光源2と異なる構成を有するセグメント光源2の構成を示す図である。 図2〜図5に示したセグメント光源2と異なる構成を有するセグメント光源2の構成を示す図である。 図2〜図6に示したセグメント光源2と異なる構成を有するセグメント光源2の構成を示す図である。 図2〜図7に示したセグメント光源2と異なる構成を有するセグメント光源2の構成を示す図である。 LED23を7個備えたセグメント光源2を示す図である。 図9と配置の異なるLED23を7個備えたセグメント光源2を示す図である。 セグメント光源2を多数並べて配置した光源ユニット群3の構成を示す斜視図である。 図13に示した光源ユニット群3を複数備えた光照射装置の構成を示す斜視図である。 シール剤の塗布パターンの異なるワーク(液晶パネル基板)の平面図及び断面図である。 基板サイズやマスクサイズの異なるワークの構成を示す平面図である。 LEDが基板上に並べて配列されてなる光照射装置の概念図である。
本発明の一実施形態を図を参照して説明する。
図1は、本実施形態の発明に係る光照射装置1の概略構成を示す図である。
同図に示すように、この光照射装置1は、セグメント光源2が複数並べて配置された光源ユニット群3(光源部)を備えており、光源ユニット群3の対向する面に、ステージ4に載置されたワーク5が配置された照射領域6が形成されている。
図2は、図1に示したセグメント光源2の斜視図、図3(a)は、図1に示したセグメント光源2を裏面側から見た図、図3(b)は、図3(a)のA−A切断面から見たセグメント光源2の断面図である。
これらの図に示すように、セグメント光源2は、同一基板21上に透光性樹脂22にモールドされたLED素子23(以下LED23という)を、例えば、5つ備えて構成されており、基板21と垂直かつ光放射方向に向かって導光部24が、一定長さに亘って伸びるように形成されている。LED23は、いずれも紫外域の光を放射するものであり、ほぼ同一波長域の光を放射するものである。なお、ここでいう「紫外域の光」とは、遠紫外光(波長約200〜300nmの光)、近紫外光(波長約300〜400nmの光)を含んでいる。また、実用上は、水銀ランプの主波長(365nm、405nm、436nm)も含まれるため、適宜、必要な波長域の光を放射するLEDが選択される(R,G,Bの光を予め混合して白色光とするものとは相違する。)。
このように、同一波長域のLED23を複数備えるのは、1つが仮に不点灯となった場合でも、他のLED23からの光出力でこれを補うためである。なお、同一波長域とはスペクトル分布が完全に一致することを意味するものではなく、1つのセグメント内においてLED23が互いに光を補うことができる程度であればばらつきがあっても構わない。導光部24は、角状に成形した中空の筒体からなり、LED23から放射された光を反射する反射面241をその内側面に有しており、導光部24の外方向には光が漏れないように構成されている。反射面は、金属板の表面を鏡面加工し、角状の筒体に成形した中空の筒体のもの、ガラス、樹脂等の基板表面に蒸着膜を形成して鏡面を形成したもの等、適宜のものを用いることができる。なお基板21の背面には、放熱用フィン25が設けられ、LED23から放射された熱を放熱可能に構成されている。
セグメント光源2に内蔵される各LED23からの放射光は、導光部24において反射が繰り返されることにより混合され、導光部24の光出射面242から出射されると、セグメント光源2が照射する予定の、照射領域6におけるセグメントを照射する。このとき、隣接するセグメント光源2における照射領域6を部分的に照射する構成とすることによって、セグメントの切れ目部分においても照度を落とさず、照射領域6を照射することができる。導光部24の長さは、LED23(基板21)から光出射面242に至るまで一定の長さを備えて構成されており、この全長および、導光部24から照射領域6までの長さを変化させることによって、照度の均一性を所望の通りに変化させることができる。セグメント光源2により、複数のLED23から出射した光を混合してから、対応した照射領域6(セグメント領域)を照射するので、LED23の特性による照度のばらつきが抑えられ、ワーク5に対して所望の照度で光を照射することができる。
また、図1に示すように、この光照射装置1は、ON/OFF制御部71及び電力制御部72を備える制御部7を有しており、セグメント光源2は、ON/OFF制御部71により個別に点灯、消灯の切り替えが可能であり、ワーク5の大きさや必要な照射領域6に応じた部分のみを点灯することができる。また、電力制御部72により、LED23の特性に由来して任意のセグメント光源2からの光量が不足する場合は、そのセグメント光源2の電流値を大きくすることにより、当該セグメント光源2の照度を上げることができ、所望の照度を得ることができる。具体的には、セグメント光源2内において5つのLED23を直列に接続し、セグメント光源2に投入する電力量を変える。ここで、セグメント光源2の電流値を任意に変えたとしても、主にそのセグメント領域が照射する照射領域6は予め決められたセグメント領域であって、他の照射領域6に対する影響が少ない。よって、照射領域6全体における照度を所期の状態に維持することができる。
図4は、図2〜図3に示したセグメント光源2と異なる構成を有するセグメント光源2の構成を示す図であり、図4(a)は、セグメント光源2の断面図、図4(b)は、セグセグメント光源2を裏面側から見た図である。
これらの図に示すように、このセグメント光源2は、セグメント光源2内に光量検出手段としてのフォトダイオード(PD)26を備えている。ここでは、フォトダイオード26が、各LED23に隣接して基板21に実装されている。フォトダイオード26は各々のLED23からの出射光を検出すると、光量を電気信号に変換して図1に示した制御部(フィードバック制御部)7に送信し、初期の値と比較して差異に応じて、電流量を変化させるよう電力制御部72に指示を出力する。仮に1つのLED23が不点灯になった場合でも、セグメント光源2の電流を大きくすると、不点灯になったもの以外のLED23はそれぞれ光量が増大し、導光部24内において混合した状態で、光出射面242から光が放射されるため、照射領域6の照度を初期の状態に維持することができる。一方で、タクト時間の制約が無く、LEDの交換が容易な装置、又は低コストの制約が強い装置においては、大掛かりなフィードバック制御や電力制御を必要としないことがある。この場合、フォトダイオードのみを実装しておけば、LEDが不点灯になったり、光量低下が起こった場合でもその検知は可能であるため、装置を停止してLEDの交換が可能となる。したがって、LEDの不点灯や光量低下に起因する不良を極力低減することが可能となる。
図5は、図2〜図4に示したセグメント光源2と異なる構成を有するセグメント光源2の構成を示す図であり、図5(a)は、セグメント光源2の断面図、図5(b)は、セグメント光源2を裏面側から見た図である。
これらの図に示すように、このセグメント光源2は、導光部24の光出射面242側に、光量検出手段としての1つのフォトダイオード26を備えている。このフォトダイオード26は各LED23から放射された光の混合光を検出する。混合光を検出するためには、フォトダイオード26は光出射面242近傍に配置されるのが好ましい。
図6は、図2〜図5に示したセグメント光源2と異なる構成を有するセグメント光源2の構成を示す図であり、図6(a)は、セグメント光源2を裏面側から見た図、図6(b)は、図6(a)のA−A切断面から見たセグメント光源2の断面図である。
これらの図に示すように、このセグメント光源2は、導光部24の中間位置に、光量検出手段としてのフォトダイオード26を備えている。これらのフォトダイオード26は各LED23から放射された光の混合光を検出する。
図7は、図2〜図6に示したセグメント光源2と異なる構成を有するセグメント光源2の構成を示す図であり、図7(a)は、セグメント光源2を裏面側から見た図、図7(b)は、図7(a)のA−A切断面から見たセグメント光源2の断面図である。
これらの図に示すように、このセグメント光源2も、導光部24の中間位置に、光量検出手段としてのフォトダイオード26を備えている。これらのフォトダイオード26は各LED23から放射された光の混合光を検出する。
図8は、図2〜図7に示したセグメント光源2と異なる構成を有するセグメント光源2の構成を示す図であり、図8(a)は、セグメント光源2の断面図、図8(b)は、図8(a)のA−A切断面から見たセグメント光源2の断面図である。
これらの図に示すように、このセグメント光源2は、各LED23が、透光性レンズ体27にモールドされており、透光性レンズ体27は、LED23から放射された光を、例えば、平行光として放射する機能を有し、透光性レンズ体27から放射された光は、例えば、インテグレータレンズ28(281,282)により混合されて導光部24の光出射面2821より出射される。すなわち、このセグメント光源2においては、透光性レンズ体27と、インテグレータレンズ28が、LED23からの光を混合して光出射面2821に導光するための機能を備えている。この例においては、フォトダイオード23は、例えば、基板21上に配置されており、透光性レンズ体27の出射面271において境界反射した反射光を検出するように配置されている。なお、透光性レンズ体27を設けた場合でも、フォトダイオード26の配置パターンは、図4〜図7で示したものを採用することができる。
上記のごとく、セグメント光源2は、図1〜図8に示したように、複数のLED23からの光を混合して照射領域6に導く導光部24の構成は適宜のものとすることができる。また、1つのセグメント光源2におけるLED23の個数も5つである場合に限定されず、それ以上でもよく、例えば、図9又は図10に示すように、LED23を7個備えたセグメント光源2としてもよく、又それ以外でも可能である。
図11はセグメント光源2を多数並べて配置した光源ユニット群3の構成を示す斜視図である。
同図に示すように、セグメント光源2は、個別に給電が可能となるリード線(不図示)が形成された支持板8上に並べて配置して固定され、多数並べて配置されたセグメント光源2は一体にユニット化され光源ユニット群3を構成している。支持板8には背面に水冷孔91が形成された水冷板9が設けられ、更にその背面部分には、前記リード線に接続される電源ユニット10が配置されている。この光源ユニット群3の大きさ(d×e)は、例えば、約1130mm×510mmである。
図12は、図11に示した光源ユニット群3を複数備えた光照射装置1の構成を示す斜視図である。
同図に示すように、この光照射装置1の被照射領域の大きさ(f×g)は、例えば、液晶パネル基板のG8基板では、約2200mm×2500mmという、大面積を形成することができる。この光照射装置1においては、光源ユニット群3ごとに着脱取替えが可能であり、LED23の劣化状況によって光源ユニット群3を交換することにより、光照射装置1において常に均一照度を有する面状光源を構成することができる。この実施例では、光源ユニット群3を5×2ユニット、つまり全10ユニット配置して構成されている。
次に、本発明に係る光照射装置を液晶パネル基板の貼り合せに適用した場合について説明する。
図13(a)、(b)は、各々シール剤の塗布パターンの異なるワーク(液晶パネル基板)の平面図、図13(c)は、図13(a)のA−A切断面から見たワーク(液晶パネル基板)の断面図である。
これらの図に示すように、液晶パネル基板の貼り合せの用途においては、ワーク(液晶パネル基板)5は、液晶パネルの大きさ(画枠)に合わせて未硬化のシール剤11が塗付された2枚のガラス基板12である。ワーク5の中で光照射が必要な箇所はシール剤11部分のみである。上記用途では効率よく液晶画面を生産するため、同じ規格のガラス基板12でも中に形成される液晶画面のインチ数やそれらの配置パターンは様々であり、同じライン(搬送系)でも、ワーク毎にシール剤11の塗布領域、すなわち光照射領域が変わることは一般的である。セグメント光源毎にON/OFF制御部を切り替えるスイッチがない場合は、シール剤11部分のみ光を照射するため、全面積の光源を点灯してマスクで遮光する必要があり、シール剤11以外の領域にもセグメント光源に電力が投入されるため電力損が大きい。それに対して、本発明のように、セグメント毎に、図1に示すようなON/OFF制御部7を備え、切り替えスイッチで点灯、消灯を選択可能とすることにより、ワーク5毎に照射領域を選択して点灯し、光照射が不要な領域においては消灯にして使用することにより電力損失を軽減することができる。また、全領域が点灯される場合はマスクが必須であったが、本発明によれば、シール剤11部分のみの点灯により光照射が可能となるため、マスク自体も不要とすることができ、生産コストを低減化することができる。このような硬化(キュア)にかかる用途では、完全にシール剤11を硬化させるために一定以上の光照射が必要であり、照度不足が発生してはならない。そのため、フォトダイオード26による光検出により、光量をモニタし、必要に応じてLEDやセグメント光源を交換したり、フィードバック制御したりすることにより、硬化不良を低減することが可能となり、信頼性を高めることができる。
次に、本発明に係る光照射装置を露光装置に適用した場合について説明する。
図14は、基板サイズやマスクサイズの異なるワーク5の構成を示す平面図である。
同図に示すように、例えば、スクリーン印刷用の製版露光の分野では、用途によって使用するワーク5の基板サイズ(版サイズ)が異なる。基板サイズは、汎用されている320mm×320mmのものから、大物では3300mm×3700mmのものまで幅広い。また基板の中には実際の製品に使用される配線等のパターンが描写されたスクリーンマスク13が配置されるが、スクリーンマスク13も1個取りから、複数のスクリーンマスク13を1枚の基板上に並べた多面取りと呼ばれるものまで広く実用化されている。昨今の少量多品種の流れの中に、このような多面取りによる製造方法は広く普及している。多面取りの方式では、同図に示すように、実際に使用する基板上に複数のスクリーンマスク13が隣り合うスクリーンマスク13同士一定の間隔をおいて並べられる。このような場合、露光が必要な領域はスクリーンマスク13部分のみであり、スクリーンマスク13が配置されていない間隙部分においては光を照射する必要はない。本発明の光照射装置において、セグメント毎に、図1に示すように、ON/OFF制御部71において切り替えスイッチを制御することにより、照射領域よりも小さいサイズの基板を露光する場合、又は多面取り用の最大サイズの基板を露光する場合のいずれの場合でも、処理する基板の露光部分(マスク部分)に対応したセグメント光源2のみを点灯し、その他については消灯して使用することにより、無駄に光を放射することなく様々なワーク5に対応して発光処理することができる。このように、基板の露光用途においても、基板サイズや使用するスクリーンマスク13のサイズによって点灯するセグメントを指定することにより、大幅に電力量消費を軽減することができる。なお、露光用途においても複数の製品間でのバラツキを低減させる観点から光量の均一性は非常に重要である。そのため、更に光量をモニタし、必要に応じてLEDやセグメント光源を交換したり、フィードバック制御したりすることにより不良を低減することが可能となり、信頼性を高めることができる。
1 光照射装置
2 セグメント光源
21 基板
22 透光性樹脂
23 LED
24 導光部
241 反射面
242 光出射面
25 放熱用フィン
26 フォトダイオード
27 透光性レンズ体
271 出射面
28,281,282 インテグレータレンズ
2821 光出射面
3 光源ユニット群(光源部)
4 ステージ
5 ワーク
6 照射領域
7 制御部
71 ON/OFF制御部
72 電力制御部
8 支持板
9 水冷板
91 水冷孔
10 電源ユニット
11 シール剤
12 ガラス基板
13 スクリーンマスク

Claims (1)

  1. 同一面上に紫外域の光を放射するLEDが複数配置されてなる光源部を備え、該光源部からの出射光を前記同一面と対向位置にある照射領域に対して照射する光照射装置であって、
    前記光源部は、同一基板上に配置された複数のLEDと、該複数のLEDからの光を混合して光出射面に導く1つの導光部によってセグメント光源を構成し、該セグメント光源を前記基板が伸びる面方向に複数並べて配置して構成され、
    前記導光部は、前記同一面から光出射面に至るまでの一定の長さを有するとともに、内部に反射面が形成された中空の筒体からなり、当該セグメント光源内にあるLEDからの出射光を混合し、他のセグメント光源の光出射面に光を照射することのないことを特徴とする光照射装置。
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