JP2015050278A - 光照射デバイスおよび光照射モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 ２枚の板状部材の間に介在する紫外線硬化型樹脂に対して、２枚の板状部材の端部から光を照射することができる光照射デバイスを提供する。
【解決手段】 上面１１ａに開口部１３を有する基体１０と、開口部１２に配置されるとともに一方向に配列した複数の発光素子２０と、複数の発光素子２０の上方に複数の発光素子２０の列に沿って一方向に配列した複数の第１レンズ１６とを有することから、紫外線硬化型樹脂にできるだけ近い位置に光源を配置可能で、紫外線硬化型樹脂に対して照射される紫外線の光の入射角を浅くすることが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶とカバーガラスおよびタッチパネルなどの接着に用いる紫外線硬化型樹脂の硬化に使用される光照射デバイスおよび光照射モジュールに関する。

従来、紫外線照射装置は、医療やバイオ分野での蛍光反応観察、殺菌用途、電子部品の接着や紫外線硬化型樹脂およびインクの硬化などを目的に広く利用されている。特に、電子部品の分野などで小型部品の接着などに使われる紫外線硬化型樹脂の硬化や、印刷の分野で使われる紫外線硬化型インクの硬化などに用いられる紫外線照射装置のランプ光源には、高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどが使用されている。

近年、世界規模で地球環境負荷の軽減が切望されていることから、比較的長寿命、省エネルギーおよびオゾン発生を抑制することができる紫外線発光素子をランプ光源に採用する動きが活発になってきている。

ところが、紫外線発光素子の放射照度は比較的低いため、例えば特許文献１に記載されているように、複数の発光素子を１つの基板に搭載することによって紫外線硬化型インクの硬化に必要な紫外線放射照度を確保している。

このようなデバイスは、広い領域に紫外線を照射するのに適しており、デバイスに対して移動可能な照射物に対しては、放射照度が積算されることから放射照度を確保することができる。

しかしながら、例えば板状部材である液晶とカバーガラスおよびタッチパネルなどの接着を紫外線硬化型樹脂によって行なう場合には、カバーガラスやタッチパネルの外周部に紫外線を透過しない黒色などのデザインが施されることがある。このデザインに対応する位置に配置された紫外線硬化型樹脂に対しては、カバーガラスおよびタッチパネル側から紫外線を照射することができず、紫外線硬化型樹脂の硬化が行なえない。すなわち液晶とカバーガラスおよびタッチパネルとの接着が行なえないという問題があった。

そこで、液晶とカバーガラスおよびタッチパネルの端部から液晶とカバーガラスおよびタッチパネルの間隙に位置する紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射することが考えられる。しかし、通常は液晶とカバーガラスおよびタッチパネルの大きさが異なることから、大きいサイズの板状部材の端部から紫外線硬化型樹脂までの距離が長くなる。または、光源を紫外線硬化型樹脂に近づけようとすれば、デバイスを紫外線硬化型樹脂に対して斜めに配置しなければならず、紫外線硬化型樹脂に照射される紫外線の入射角が深くなる。結果として紫外線硬化型樹脂に対して照射される紫外線の放射照度を高くすることができなかった。よって、２枚の板状部材の大きさが異なる場合であっても、紫外線硬化型樹脂にできるだけ近い位置に光源を配置可能で、紫外線硬化型樹脂に対して照射される紫外線の光の入射角を浅くすることが可能な装置が望まれていた。

特開２０１０−２１９１６３号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、２枚の板状部材の間に介在する紫外線硬化型樹脂に対して、２枚の板状部材の端部から光を照射することができ、紫外線硬化型樹脂にできるだけ近い位置に光源を配置可能で、紫外線硬化型樹脂に対して照射される紫外線の光の入射角を浅くすることが可能なる光照射デバイスおよび光照射モジュールを提供することを目的とする。

本発明の光照射デバイスは、２枚の板状部材の間に介在する紫外線硬化型樹脂に対して、前記２枚の板状部材の端部から光を照射する光照射デバイスであって、上面に開口部を有する基体と、前記開口部に配置されるとともに一方向に配列した複数の発光素子と、前記複数の発光素子の上方に前記複数の発光素子の列に沿って一方向に配列した複数の第１レンズとを有することを特徴とする。

また、本発明の光照射デバイスは、上記構成において、前記複数の第１レンズは、前記開口部に接していることを特徴とする。

さらに、本発明の光照射デバイスは、上記構成において、前記開口部は、透光性部材で充填されていることを特徴とする。

また、本発明の光照射デバイスは、上記構成において、前記複数の第１レンズは、屈折率分布型レンズであることを特徴とする。

さらに、本発明の光照射デバイスは、上記構成において、前記開口部には、前記複数の発光素子が照射する光を集光するための第２レンズが収容されていることを特徴とする。

また、本発明の光照射デバイスは、上記構成において、前記複数の発光素子のそれぞれの中心を結んだ直線と、前記複数の第１レンズのそれぞれの中心を結んだ直線とは、前記基体の上面側から平面視して平行であり、前記第１レンズの長さは、π／（２×Ａ）以上（３×π）／（２×Ａ）以下（π：円周率、Ａ：屈折率分布定数）であることを特徴とする。

さらに、本発明の光照射デバイスは、上記構成において、前記基体の法線と前記複数の第１レンズのそれぞれの中心を結んだ直線とを含む平面は、前記基体の法線と前記複数の発光素子のそれぞれの中心を結んだ直線を含む平面よりも前記紫外線硬化型樹脂に近いことを特徴とする。

本発明の光照射モジュールは、放熱用部材に上記いずれかの本発明の光照射デバイスが配置されていることを特徴とする。

本発明の光照射デバイスによれば、上面に開口部を有する基体と、前記開口部に配置されるとともに一方向に配列した複数の発光素子と、前記複数の発光素子の上方に前記複数の発光素子の列に沿って一方向に配列した複数の第１レンズとを有することから、２枚の板状部材の間に介在する紫外線硬化型樹脂に対して、２枚の板状部材の端部から光を照射することができ、紫外線硬化型樹脂にできるだけ近い位置に光源を配置可能で、紫外線硬化型樹脂に対して照射される紫外線の光の入射角を浅くすることが可能になる。

（ａ）は本発明の光照射デバイスの実施の形態の例を示す平面図である。（ｂ）は（ａ）に示した光照射デバイスの第１レンズを取り外した状態を示す平面図である。 図１に示した光照射デバイスの１Ｉ−１Ｉ線に沿った断面図である。 図１に示した光照射デバイスを用いた光照射モジュールを示す平面図である。 図１に示した光照射デバイスの第１変形例を説明する図である。 図１に示した光照射デバイスの第２変形例を説明する図である。 図１に示した光照射デバイスの第３変形例を説明する図である。 （ａ）は図１に示した光照射デバイスの第４変形例を説明する上面図である。（ｂ）は（ａ）の７Ｉ−７Ｉ線に沿った断面図である。

以下、本発明の光照射デバイスおよび光照射モジュールの実施の形態の例について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の例は本発明の実施の形態を例示するものであって、本発明はこれらの実施の形態の例に限定されるものではない。

（光照射デバイスの実施の形態）
本発明の光照射デバイスの実施の形態の例を説明する。

図１（ａ），（ｂ）および図２に示すように、本例の光照射デバイス１は、液晶とカバーガラスおよびタッチパネルなどの接着に用いる紫外線硬化型樹脂の硬化させる紫外線発生光源として機能する。つまり、本例の光照射デバイス１は、２枚の板状部材の間に介在する紫外線硬化型樹脂に対して、２枚の板状部材の端部から光を照射する光照射デバイスである。

光照射デバイス１は、上面１１ａに開口部１２を有する基体１０と、開口部１２に配置されるとともに一方向に配列した複数の発光素子２０と、複数の発光素子２０の上方に複数の発光素子２０の列に沿って一方向に配列した複数の第１レンズ１６とを有している。

基体１０は、第１絶縁層４１および第２絶縁層４２が積層されてなる積層体４０と、発光素子２０と外部電源とを接続する電気配線５０とを備え、上面１１ａ側から平面視して矩形状であり、この上面１１ａに設けられた開口部１２内で発光素子２０を支持している。基体１０は、上面１１ａに発光素子２０を収容する開口部１２を有している。なお、本例の基体１０の形状は矩形状であるが、これに限定されるものではない。また、本例では開口部１２内に１つの発光素子２０を支持しているが、複数の発光素子２０を支持してもよい。つまり、複数の発光素子２０の列に沿った長尺の開口部１２としてもよい。

第１絶縁層４１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体およびガラスセラミックスなどのセラミックス、ならびにエポキシ樹脂および液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの樹脂などによって形成される。

電気配線５０は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）および銅（Ｃｕ）などの導電性材料によって所定のパターンに形成されており、発光素子２０への電流または発光素子２０からの電流を供給するための給電配線として機能する。

第１絶縁層４１上に積層された第２絶縁層４２には、第２絶縁層４２を貫通する開口部１２が形成されている。

開口部１２の各々の形状は、発光素子２０の載置面よりも基体１０の上面１１ａ側で孔径が大きくなるように、その内周面１４が傾斜しており、平面視すると、例えば円形状の
形状となっている。なお、開口形状は円形状に限られるものではなく、矩形状でもよい。

このような開口部１２は、その内周面１４で発光素子２０の照射した光を上方に反射し、光の取り出し効率を向上させる反射板としての機能を有する。

光の取り出し効率を向上させるため、第２絶縁層４２の材料として、紫外線領域の光に対して、比較的良好な反射性を有する多孔質セラミック材料、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、酸化ジルコニウム質焼結体および窒化アルミニウム質焼結体によって形成することが好ましい。また、光の取り出し効率を向上させるという観点では、開口部１２の内周面１４に金属製の反射膜を設けてもよい。

以上のような、第１絶縁層４１および第２絶縁層４２からなる積層体４０を備えた基体１０は、セラミックスなどからなる場合であれば、次のような工程を経て製造される。

まず、複数のセラミックグリーンシートを準備する。開口部１２に相当するセラミックグリーンシートには、開口部１２に対応する穴をパンチングやレーザー加工などの方法によって形成する。次に、電気配線５０となる金属ペーストをグリーンシート上に印刷（図示せず）した上で、この印刷された金属ペーストがグリーンシートの間に位置するようにグリーンシートを積層する。この電気配線５０となる金属ペーストとしては、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）および銅（Ｃｕ）などの金属を含有させたものが挙げられる。次に、上記積層体を焼成して、グリーンシートおよび金属ペーストを併せて焼成することによって、電気配線５０および開口部１２を有する基体１０を形成することができる。

また、第１絶縁層４１や第２絶縁層４２が樹脂からなる場合であれば、基体１０の製造方法は、例えば次のような方法が考えられる。

まず、熱硬化性樹脂の前駆体シートを準備する。次に、電気配線５０となる金属材料からなるリード端子を前駆体シート間に配置させ、かつリード端子を前駆体シートに埋設するように複数の前駆体シートを積層する。このリード端子の形成材料としては、例えば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金および鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金などの金属材料が挙げられる。そして、前駆体シートに開口部１２に対応する穴をレーザー加工やエッチングなどの方法によって形成した後、これを熱硬化させることにより、基体１０が完成する。なお、レーザー加工によって開口部１２を形成する場合には、前駆体シートを熱硬化させた後に加工してもよい。

一方、基体１０の開口部１２内には、発光素子２０に電気的に接続された複数の接続パッド１３と、この接続パッド１３にはんだ、金（Ａｕ）線、アルミ（Ａｌ）線などの接合材１５によって接続された発光素子２０とが設けられている。

接続パッド１３は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）および銅（Ｃｕ）などの金属材料からなる金属層によって形成されている。なお、必要に応じて、金属層上に、ニッケル（Ｎｉ）層、パラジウム（Ｐｄ）層および金（Ａｕ）層などをさらに積層してもよい。接続パッド１３は、はんだ、金（Ａｕ）線およびアルミ（Ａｌ）線などの接合材１５によって発光素子２０に接続される。

また、発光素子２０は、例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）などの半導体材料からなるｐ型半導体層およびｎ型半導体層をサファイア基板などの素子基板２１上に積層してなる発光ダイオードや、半導体層が有機材料からなる有機ＥＬ素子
などによって構成されている。

この発光素子２０は、発光層を有する半導体層２２と、基体１０上に配置された接続パッド１３にはんだ、金（Ａｕ）線およびアルミ（Ａｌ）線などの接合材１５を介して接続された、銀（Ａｇ）などの金属材料からなる素子電極２３，２４とを備えており、基体１０に対してワイヤボンディング接続されている。そして、発光素子２０は、素子電極２３，２４間に流れる電流に応じて所定の波長を持った光を所定の輝度で発する。なお、素子基板２１は省略することが可能である。また、発光素子２０の素子電極２３，２４と接続パッド１３との接続は、接合材１５にはんだなどを使用して、通常のフリップチップ接続技術によって行なってもよい。

本例では、発光素子２０が照射する光の波長のスペクトルのピークが、例えば２８０〜４４０ｎｍのＵＶ光を発するＬＥＤを採用している。つまり、本例では、発光素子２０としてＵＶ−ＬＥＤ素子を採用している。なお、発光素子２０は、通常の薄膜形成技術によって形成される。

そして、第１レンズ１６は、発光素子２０を覆うように配置されて、発光素子２０から照射される光を集光する機能を有する。なお、本例の第１レンズ１６は、発光素子２０のそれぞれに対応して設けられているが、１つの第１レンズ１６に対して、複数の発光素子２０が対応するように設けてもよい。なお、本例の複数の発光素子２０および複数の第１レンズ１６は一列上に配列されているが、複数列で配列してもよい。

また、本例の第１レンズ１６のそれぞれは、開口部１２に接するように配置されている。そして、第１レンズ１６のレンズ径の長さを、開口部１２の開口径の長さ以上とすれば、発光素子２０が照射した光は、直接に、または内周面１４で反射されて第１レンズ１６に入射することになる。よって、発光素子２０で照射した光を効率よく第１レンズ１６に入射させることができる。なお、開口部１２が複数の発光素子２０を収容している長尺状のものである場合、第１レンズ１６のレンズ径の長さは、複数の発光素子２０の配列方向に直交する方向の開口部１２の開口寸法の長さ以上とすればよい。

本例の第１レンズ１６は柱状の屈折率分布型レンズである。そして、この第１レンズ１６は、発光素子２０を覆うように設けられ、発光素子２０に対応する位置に貫通孔を有する連結部材１８によって支持されている。連結部材１８は黒色のエポキシ樹脂などで形成されている。よって、第１レンズ１６の一方の端面から入射した光は、第１レンズ１６と連結部材１８との界面で反射されるため、連結部材１８内に出射されるのを抑制されて、第１レンズ１６の他方の端面から効率よく出射される。

本例の連結部材１８と、基体１０とは、図示はしないが接着剤を介して固定されている。

このように、本例の光照射デバイス１は、一方向に配列された複数の発光素子２０から照射された光が複数の第１レンズ１６で集光されることによって、線状の光を照射することができる。そして、発光素子２０から照射された光は、柱状の第１レンズ１６の他方の端面から出射されるため、２枚の板状部材の間に介在する紫外線硬化型樹脂に対して、できるだけ近い位置に光源を配置可能で、紫外線硬化型樹脂に対して照射される紫外線の光の入射角を浅くすることが可能になる。よって、紫外線硬化型樹脂に対して効率よく紫外線を照射することができることから、放射照度を高くすることができ、結果として効率よく紫外線硬化型樹脂を硬化させることが可能になる。

ここで放射照度とは、対象物上における単位面積当たりの光の強さのことであり、対象
物上に紫外線照度計の受光部を設置する通常の測定を行なえばよい。放射照度は単位面積当たりの光強度とも呼ばれ、単位としてはＷ／ｃｍ^２などが用いられる。

（光照射モジュール）
本例の光照射モジュール２は、図３に示すように、放熱用部材１１０と、この放熱用部材１１０に配置された光照射デバイス１とを備えており、光照射デバイス１はシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの接着材１２０を介して放熱用部材１１０の主面に載置されている。

放熱用部材１１０は、光照射デバイス１の支持体として、また光照射デバイス１が発する熱を外部へ放熱する放熱体として機能する。この放熱用部材１１０の形成材料としては、熱伝導率の大きい材料が好ましく、例えば種々の金属材料、セラミックス、樹脂材料が挙げられる。本例の放熱用部材１１０は、銅によって形成されている。

本例の光照射モジュール２によれば、光照射デバイス１の有する上述の効果を奏することができる。

以上、本発明の具体的な実施の形態の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、図４に示す第１変形例のように、開口部１２は透光性部材３０によって充填されていてもよい。透光性部材３０には、光透過性の樹脂材料などの絶縁材料が用いられる。そして、透光性部材３０の屈折率を、第１レンズ１６の屈折率（屈折率分布型レンズの場合には中心屈折率）および空気の屈折率（約１．０）の間にすれば、発光素子２０が照射した光が第１レンズ１６の一方の端面で反射するのを抑制して効率よく第１レンズ１６に入射させることができる。また、透光性部材３０は、発光素子２０を良好に封止することにより、外部からの水分の浸入を防止したり、あるいは外部からの衝撃を吸収したりして、発光素子２０を保護する機能を有する。なお、第１変形例の透光性部材３０の材料は屈折率が約１．４のシリコーン樹脂で形成されている。

また、図５に示す第２変形例のように、開口部１２には、発光素子２０が照射する光を集光するための第２レンズ１７が収容されていてもよい。第２変形例の第２レンズ１７は、両凸レンズである。第２レンズ１７によって発光素子２０の照射した光を集光することによって、第１レンズ１６から出射される光のピーク強度を高くすることができる。

なお、第２レンズ１７は、図６に示す第３変形例のように、第１変形例で用いた透光性部材３０を開口部１２に充填させずに、上面１１ａの法線方向に凸状の凸部３０ａを有するものとすることによって、発光素子２０が照射する光を集光するための第２レンズとして機能させることもできる。つまり、凸部３０ａは、発光素子２０に対応して設けられ、上面１１ａの法線方向に沿って発光素子２０側から断面積が漸次小さくなっている。このような構成とすることによって、透光性部材３０が、発光素子２０の封止材および発光素子２０の照射する光を集光する第２レンズ１７としての機能を併せ持つことから、部品点数を少なくすることが可能となることによって光照射デバイス１の製造工程削減および製造コストの削減に貢献する。

さらに、図７に示す第４変形例のように、複数の発光素子２０のそれぞれの中心を結んだ直線Ｌ２と、複数の第１レンズ１６のそれぞれの中心を結んだ直線Ｌ３とは、基体１０の上面１１ａ側から平面視して平行であってもよい、この場合には、第１レンズ１６の長さはπ／（２×Ａ）以上（３×π）／（２×Ａ）以下（π：円周率、Ａ：屈折率分布定数）とする。

このような構成とすることによって、発光素子２０が照射する光のピークは、第１レンズ１６のそれぞれの中心を結ぶ直線よりも、発光素子２０のそれぞれの中心を結んだ直線の反対側に位置することになる。よって、２枚の板状部材のうち、一方の板状部材の大きさが大きい場合、２枚の板状部材の間に介在する紫外線硬化型樹脂に対して、近い位置に第１レンズ１６からの紫外線の出射位置を配置することができるとともに、紫外線硬化型樹脂に対して紫外線の入射角を浅くすることができる。つまり、基体１０の法線と複数の第１レンズ１６のそれぞれ恩中心を結んだ直線とを含む平面を、基体１０の法線と複数の発光素子２０のそれぞれの中心を結んだ直線を含む平面よりも紫外線硬化型樹脂に近い位置に配置すれば、紫外線硬化型樹脂にできるだけ近い位置に光源を配置可能で、紫外線硬化型樹脂に対して照射される紫外線の光の入射角を浅くすることが可能なため、紫外線硬化型樹脂に照射される紫外線の放射強度を高くすることができる。

なお、第４変形例の場合、発光素子２０を発光素子２０の中心が開口部１２の中心よりも外側に配置している。そのため、開口部１２内に配置される接続パッド１３および接合材１５を発光素子２０の配列方向に沿って配置している。

１ 光照射デバイス
２ 光照射モジュール
１０ 基体
１１ａ 上面
１２ 開口部
１３ 接続パッド
１４ 内周面
１５ 接合材
１６ 第１レンズ
１７ 第２レンズ
２０ 発光素子
２１ 素子基板
２２ 半導体層
２３，２４ 素子電極
３０ 透光性部材
３０ａ 第１凸部
４０ 積層体
４１ 第１絶縁層
４２ 第２絶縁層
５０ 電気配線
１１０ 放熱用部材
１２０ 接着剤

Claims (8)

1. ２枚の板状部材の間に介在する紫外線硬化型樹脂に対して、前記２枚の板状部材の端部から光を照射する光照射デバイスであって、
   上面に開口部を有する基体と、前記開口部に配置されるとともに一方向に配列した複数の発光素子と、前記複数の発光素子の上方に前記複数の発光素子の列に沿って一方向に配列した複数の第１レンズとを有することを特徴とする光照射デバイス。
2. 前記複数の第１レンズは、前記開口部に接していることを特徴とする請求項１に記載の光照射デバイス。
3. 前記開口部は、透光性部材で充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光照射デバイス。
4. 前記複数の第１レンズは、屈折率分布型レンズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光照射デバイス。
5. 前記開口部には、前記複数の発光素子が照射する光を集光するための第２レンズが収容されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光照射デバイス。
6. 前記複数の発光素子のそれぞれの中心を結んだ直線と、前記複数の第１レンズのそれぞれの中心を結んだ直線とは、前記基体の上面側から平面視して平行であり、
   前記第１レンズの長さは、π／（２×Ａ）以上（３×π）／（２×Ａ）以下（π：円周率、Ａ：屈折率分布定数）であることを特徴とする請求項４または５に記載の光照射デバイス。
7. 前記基体の法線と前記複数の第１レンズのそれぞれの中心を結んだ直線とを含む平面は、前記基体の法線と前記複数の発光素子のそれぞれの中心を結んだ直線を含む平面よりも前記紫外線硬化型樹脂に近いことを特徴とする請求項６に記載の光照射デバイス。
8. 放熱用部材に請求項１〜７のいずれか１項に記載の光照射デバイスが配置されていることを特徴とする光照射モジュール。

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