JP2018063831A - Led照射装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光量分布におけるバラツキが著しく小さいLED照射装置を提供する。【解決手段】LED照射装置は、複数のLED群と、制御ドライバ82と、光量検出部2と、算出部83と、制御部85と、を備える。制御ドライバ82は、複数のLED群のそれぞれに対し、個別に制御電流Iaを生成して印加する。光量検出部2は、所定方向における走査が可能であり、走査時において、複数のLED群のそれぞれと順に対向すると共に、対向したLED群が発する光量Qを検出する。算出部83は、複数のLED群がそれぞれ発する光量Qについて、所定光量Qtからのオフセット値ΔQを、光量検出部2の検出結果に基づいて個別に算出する。制御部85は、複数のLED群のそれぞれが発する光量が何れも所定光量Qtとなる様に、制御ドライバ82に、LED群ごとに生成する制御電流Iaを、対応するオフセット値ΔQに基づいて校正させる。【選択図】図3

Description

本発明は、光硬化処理、レジスト改質、表面改質等の処理に用いられる紫外線等の光を照射するLED(Light Emitting Diode)照射装置に関する。
精密部品を製造する技術分野において、光硬化処理、レジスト改質、表面改質等の様々な処理に紫外線が用いられる。紫外線を照射する光源として、従来、メタルハライドランプや高圧水銀ランプが用いられていた。近年、紫外線LED(UV−LED)が実用化され、これに伴い光源として紫外線LEDが使用されることが多くなってきている。
そして、LED照射装置には、処理対象に対して紫外線が均一に照射される様、処理対象の搬送方向に対して垂直な所定方向に複数のLEDを並べたものが多く存在する(例えば、特許文献1参照)。
特開2011−40605号公報
しかしながら、従来のLED照射装置では、上記所定方向における光量分布について、
平均値に対するバラツキを±10%程度に抑えることが限界であった。このため、従来のLED照射装置の用途は、光量分布において±10%程度のバラツキが許容される処理(例えば、電子部品を被覆する硬化樹脂の光硬化処理等)に限定されざるを得なかった。
その一方で、LED照射装置は、光源としてLEDを用いているため、長寿命、低消費電力、低発熱量、といった利点があり、高い精度が要求される処理へのLED照射装置の利用が望まれている。その様な処理には、例えば、数ミクロンオーダーのパターンが形成された半導体ウェハ表面の処理が挙げられる。
そこで本発明の目的は、光量分布におけるバラツキが著しく小さいLED照射装置を提供することである。
本発明に係るLED照射装置は、複数のLED群と、制御ドライバと、光量検出部と、算出部と、制御部と、を備える。複数のLED群は、所定方向に並べられており、それぞれが少なくとも1つのLED(Light Emitting Diode)を含んでいる。制御ドライバは、複数のLED群のそれぞれに対し、個別に制御電流を生成して印加する。光量検出部は、所定方向における走査が可能であり、走査時において、複数のLED群のそれぞれと順に対向すると共に、対向したLED群が発する光量を検出する。算出部は、複数のLED群がそれぞれ発する光量について、所定光量からのオフセット値を、光量検出部の検出結果に基づいて個別に算出する。制御部は、複数のLED群のそれぞれが発する光量が何れも所定光量となる様に、制御ドライバに、LED群ごとに生成する制御電流を、対応するオフセット値に基づいて校正させる。
上記LED照射装置によれば、複数のLED群のそれぞれが、所定光量を発することができる様に個別に制御されるため、簡易な制御であるにも拘らず、所定方向における光量分布の均一化が高い精度で実現される。
本発明によれば、光量分布におけるバラツキが著しく小さくなる。
第1実施形態に係るLED照射装置を概念的に示した斜視図である。 LED照射装置を概念的に示した底面図である。 LED照射装置の構成を示したブロック図である。 LED照射装置における光量制御を示したブロック図である。
図1及び図2はそれぞれ、実施形態に係るLED照射装置を概念的に示した斜視図及び底面図である。図3は、LED照射装置の構成を示したブロック図である。図4は、LED照射装置における光量制御を示したブロック図である。図1及び図2に示される様に、LED照射装置は、LED照射部1と、光量検出部2と、冷却部3と、を備える。更に図3に示される様に、LED照射装置は、各部に電力を供給する電力供給部81と、制御ドライバ82と、算出部83と、電流検出部84と、制御部85と、を備える。尚、図1では、光量検出部2の図示が省略されている。
LED照射部1は、ハウジング11と、当該ハウジング11に収納されたLED搭載基板12と、を備える。ハウジング11の底壁11aには、LED搭載基板12のLED122が発した光を通す矩形状の開口部11bが形成されている。LED122の光が照射される照射対象は、ハウジング11の下方位置を水平方向(図2に示される搬送方向d1)に搬送され、当該下方位置を通過する際に、開口部11bから出射された光に晒される。
本実施形態では、開口部11bは、LED122が発した光を少なくとも透過させる透光板11cにより塞がれている。透光板11cは、そのクリーニングや取替えが可能又は容易になる様に、着脱可能に開口部11bに取り付けられていることが好ましい。尚、ハウジング11内には、LED122を冷却するための不活性ガスが導入されてもよい。
図2に示される様に、LED搭載基板12は、配線基板121と、当該配線基板121に搭載された複数のLED122と、を含んでいる。本実施形態では、LED122にはチップ型LEDが用いられており、LED搭載基板12は、チップオンボードタイプのLEDモジュールである。一例として、LED122は、200nm以上400nm以下の波長を持った紫外線を発するものである。尚、LED122は、これに限定されない波長の光を発するものであってもよい。又、LED122には、砲弾型LEDが用いられてもよい。配線基板121の形成材料には、例えばアルミニウムや銅等、熱伝導率の高い材料が用いられる。
ハウジング11内において、LED搭載基板12は、LED122の発光面が下方に向けられると共に、底面視(図2参照)において全てのLED122が開口部11b内に収まる様に配されている。
具体的には、LED122は、ハウジング11内に配された配線基板121の下面(照射対象と対向する面)において、マトリクス状に配されている。より具体的には、照射対象の搬送方向d1と同方向にLED122を一列に並べてLED列4a(特許請求の範囲に記載の「LED群」に相当)が形成されると共に、当該LED列4aが、水平方向であって且つ搬送方向d1に対して垂直な所定方向d2に複数並べられている。本実施形態では、各LED列4aは、5つのLED122を一列に並べて形成されている。尚、各LED列4aを形成するLED122の個数は5つに限定されるものではない。又、LED搭載基板12は、所定方向d2にLED列4aが複数並べられたものに限らず、所定方向d2にLED122が1つずつ並べられたものであってもよい。この場合、所定方向d2に並べられたLED122の各々が、特許請求の範囲に記載の「LED群」に相当したものとなる。
光量検出部2は、所定方向d2における走査が可能であり、走査時において、複数のLED列4a(1)〜4a(N)(Nは列数)のそれぞれと順に対向する(図2参照)と共に、対向したLED列4a(n)(nは、1≦n≦Nを満たす整数)が発する光量Q(n)を検出し、検出結果を実測値Qc(n)として出力する(図4参照)。
具体的には、光量検出部2は、ボールネジ21と、駆動部22と、光量センサ23と、導光部24と、を備える(図2参照)。ボールネジ21は、ネジ部211と、当該ネジ部211の延在方向においてネジ部211の回転に応じた移動が可能なナット部212と、を有する。本実施形態において、ボールネジ21は、ハウジング11の底壁11aの直下において、開口部11bの縁に沿ってネジ部211を所定方向d2に延在させた状態で配されている。又、ボールネジ21は、底面視(図2参照)において、開口部11bと重ならない様に(即ち、LED122が発した光を遮断しない様に)配されている。
駆動部22は、ボールネジ21のネジ部211を回転させる動力源である。一例として、駆動部22にはモータが用いられる。そして、駆動部22は、ボールネジ21のネジ部211を順回転又は逆回転させることにより、ボールネジ21のナット部212を、ネジ部211の延在方向(即ち、所定方向d2)において往復移動させることができる。
光量センサ23は、検出面23aを有し、当該検出面23aでの受光量を出力するセンサである。本実施形態では、光量センサ23は、LED列4a(n)でのLED122の配列方向と同方向へ検出面23aを向けた状態で、ボールネジ21のナット部212に設置されている。
導光部24は、走査時においてLED列4a(n)に対向すると共に、対向したLED列4a(n)が発する光を光量センサ23へ導くものである。本実施形態では、導光部24は、石英ロッドであり、光量センサ23の検出面23aから、LED列4a(n)の上記配列方向と同方向へ延びている。より具体的には、底面視(図2参照)において、導光部24は、開口部11bの短手方向において当該開口部11bを跨ぐ様に、光量センサ23から延びている。
上記光量検出部2によれば、導光部24には、これと対向するLED列4a(n)から発せられた光が入射し、導光部24に入射した光は、導光部24内で乱反射されて光量センサ23へ導かれる。従って、LED列4a(n)を形成しているLED122が発する光の積算値が、LED列4a(n)が発する光量Q(n)として、光量センサ23で検出される。
そして、所定方向d2における光量センサ23の走査時において、後述する制御部85が、光量センサ23の位置をロータリエンコーダ等で検出し、LED列4a(n)ごとに、そのLED列4a(n)と対向したときの光量センサ23の位置と、その位置での光量センサ23の検出結果(実測値Qc(n))とを対応付ける。よって、上記光量検出部2によれば、1つの光量センサ23で、LED列4a(1)〜4a(N)の全てについての実測値Qc(n)を収集することができる。
冷却部3は、LED122の発光時におけるLED122の温度上昇を防止するべく、LED搭載基板12を冷却する。具体的には、LED122の発光時において、配線基板121とLED122との接合部において熱が生じ、当該熱がLED122の温度(ジャンクション温度)を上昇させる。そして、LED122の温度上昇は、LED122の発光効率を低下させる原因となる。そこで、配線基板121の背面(LED122の搭載面とは反対側の面)に冷却部3の冷却面(不図示)を接触させることにより、LED搭載基板12が冷却され、その結果として、LED122の温度上昇が抑制される。冷却部3の冷却面は、例えばアルミニウム等、熱伝導率の高い材料から形成される。
LED搭載基板12から冷却部3への熱伝導性を高めるべく、配線基板121の背面と冷却部3の冷却面との間には、放熱シートやシリコングリースを介在させることが好ましく、熱伝導性を著しく高めるものとしてインジウムペーストや銀ペーストを介在させることがより好ましい。
制御ドライバ82(図4参照)は、LED列4a(1)〜4a(N)のそれぞれに対し、個別に制御電流Ia(1)〜Ia(N)を生成して印加する。具体的には、制御ドライバ82は、制御電流Ia(1)〜Ia(N)をPWM(Pulse Width Modulation)制御で生成する。本実施形態では、制御ドライバ82は、LED列4a(1)〜4a(N)の全てを制御する1つの制御ドライバで構成されている。尚、制御ドライバ82の構成は、これに限定されるものではない。例えば、LED列4a(n)ごとに、これを制御する制御ドライバ82が設けられてもよいし、LED列4a(1)〜4a(N)を幾つかのグループに分け、グループごとに、これを制御する制御ドライバ82が設けられてもよい。
制御ドライバ82は更に、後述する制御部85からの指令に応じて、制御電流Ia(1)〜Ia(N)のそれぞれのデューティ比D(1)〜D(N)を個別に調整することができ、当該デューティ比D(1)〜D(N)の調整により制御電流Ia(1)〜Ia(N)の実効値Ib(1)〜Ib(N)を調整することができる。制御ドライバ82は、この様に制御電流Ia(1)〜Ia(N)の実効値Ib(1)〜Ib(N)を調整することにより、LED列4a(n)ごとにLED122の輝度を調整することができる。尚、LED列4a(1)〜4a(N)に対して制御ドライバ82が個別に行う制御には、PWM制御に限らず、アナログ制御が用いられてもよい。
算出部83(図4参照)は、LED列4a(1)〜4a(N)がそれぞれ発する光量Q(1)〜Q(N)について、所定光量Qtからのオフセット値ΔQ(1)〜ΔQ(N)を、光量検出部2の検出結果(実測値Qc(1)〜Qc(N))に基づいて個別に算出する。一例として、算出部83は、オフセット値ΔQ(n)を、ΔQ(n)=Qc(n)−Qtの計算式により算出する。尚、計算式には、オフセット値を規定することができる他の計算式が用いられてもよい。本実施形態では、算出部83は、オフセット値ΔQ(1)〜ΔQ(N)の全てを算出する1つの算出部で構成されている。尚、算出部83の構成は、これに限定されるものでない。例えば、オフセット値ΔQ(n)ごとに、これを算出する算出部83が設けられてもよい。
電流検出部84(図4参照)は、LED列4a(1)〜4a(N)のそれぞれについて、発光時に印加される制御電流Ia(1)〜Ia(N)の実効値Ib(1)〜Ib(N)を個別に検出し、検出結果を実測値Ic(1)〜Ic(N)として出力する。本実施形態では、電流検出部84は、制御電流Ia(1)〜Ia(N)の全てを検出する1つの検出部で構成されている。尚、電流検出部84の構成は、これに限定されるものではない。例えば、制御電流Ia(n)ごとに、これを算出する電流検出部84が設けられてもよい。
制御部85(図4参照)は、電流検出部84の検出結果(実測値Ic(1)〜Ic(N))に基づいて、制御ドライバ82をフィードバック制御する。具体的には、制御部85は、実測値Ic(n)の値と、その値のときに補正させるべきデューティ比D(n)の補正後の値(補正デューティ比Dc(n))と、を対応付けたテーブルデータを有している。そして、制御部85は、電流検出部84から得た実測値Ic(n)に対応する補正デューティ比Dc(n)を、テーブルデータを参照して取得する。その後、制御部85は、制御ドライバ82に、LED列4a(n)ごとに生成する制御電流Ia(n)のデューティ比D(n)を、補正デューティ比Dc(n)に変更させる。
制御電流Ia(n)の実測値Ic(n)の変化は、LED列4aを形成しているLED122の温度変化に伴って生じるものである。具体的には、LED122の温度上昇に伴い、実測値Ic(n)は上昇し、その一方でLED122の輝度が低下する。これとは逆に、LED122の温度低下に伴い、実測値Ic(n)は低下し、その一方でLED122の輝度は上昇する。そこで、上述したフィードバック制御が実行されることにより、温度変化に伴う実測値Ic(n)の変化に応じて制御電流Ia(n)が補正され、その結果として、温度変化に伴う光量Q(n)の変化が精度良く抑制される。
上記フィードバック制御に加えて、制御部85(図4参照)は、LED列4a(1)〜4a(N)のそれぞれが発する光量Q(1)〜Q(N)(具体的には、実測値Qc(1)〜Qc(N))が何れも所定光量Qtとなる様に、制御ドライバ82に、LED列4a(n)ごとに生成する制御電流Ia(n)を、対応するオフセット値ΔQ(n)に基づいて校正させる。具体的には、制御部85は、制御ドライバ82に、LED列4a(n)ごとに生成する制御電流Ia(n)のデューティ比D(n)を、対応するオフセット値ΔQ(n)に基づいて校正させる。
所定光量Qtからの光量Q(n)のずれ(オフセット)は、例えば、LED122や透光板11cへの汚れの付着により光の透過率が低下することで生じるものであり、上述した温度変化とは別の要因で生じるものである。この様に温度変化とは別の要因で生じた光量Q(n)のずれは、上述したフィードバック制御では補正することが難しい。そこで、フィードバック制御に加えて、オフセット値ΔQ(n)に基づく制御電流Ia(n)の校正が実行されることにより、温度変化とは別の要因(LED122や透光板11cへの汚れの付着等)で生じた光量Q(n)のずれに応じて制御電流Ia(n)が補正(校正)され、その結果として、温度変化とは別の要因で生じ得る光量Q(n)のずれが精度良く抑制される。
算出部83及び制御部85は、CPU(Central Processing Unit)やマイクロコンピュータ等、様々な制御処理装置で構成される。また、算出部83及び制御部85の各々が行う処理は、対応する一連のプログラムをLED照射装置に実行させることにより、実現されてもよい。そして、そのようなプログラムは、読み取り可能な状態で記憶媒体(例えば、フラッシュメモリ等)に記憶されていてもよいし、装置内の設けられた記憶部に記憶されていてもよい。
上記LED照射装置によれば、LED列4a(1)〜4a(N)のそれぞれが、所定光量Qtを発することができる様に個別に制御されるため、簡易な制御であるにも拘らず、所定方向d2における光量分布の均一化が高い精度で実現される。即ち、LED列4a(n)を形成しているLED122が発する光の積算値が、全てのLED列4a(1)〜(N)で均一化される。
そして、本実施形態では、制御電流Ia(1)〜Ia(N)がPWM(Pulse Width Modulation)制御で生成されるため、LED122の調光をデジタル制御で行うことが可能となっている。従って、光量分布の均一化をより高い精度で実現することが可能となっている。
よって、上記LED照射装置によれば、光量分布におけるバラツキが著しく小さくなる。具体的には、上記LED照射装置によれば、所定方向d2における光量分布のバラツキを±1%程度まで抑えることが可能となる。よって、上記LED照射装置は、例えば、数ミクロンオーダーのパターンが形成された半導体ウェハ表面の処理等、高い精度が要求される処理に利用することができる。
尚、上記LED照射装置は、フィードバック制御を行わずに、オフセット値ΔQ(n)に基づく制御電流Ia(n)の校正を実行するものに変形されてもよい。
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。更に、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
1 LED照射部
2 光量検出部
3 冷却部
4a LED列
11 ハウジング
11a 底壁
11b 開口部
11c 透光板
12 LED搭載基板
21 ボールネジ
22 駆動部
23 光量センサ
23a 検出面
24 導光部
81 電力供給部
82 制御ドライバ
83 算出部
84 電流検出部
85 制御部
121 配線基板
122 LED
211 ネジ部
212 ナット部
d1 搬送方向
d2 所定方向
D デューティ比
Dc 補正デューティ比
Ia 制御電流
Ib 実効値
Ic 実測値
Q 光量
Qc 実測値
Qt 所定光量
ΔQ オフセット値

Claims (6)

  1. 所定方向に並べられており、それぞれが少なくとも1つのLED(Light Emitting Diode)を含む複数のLED群と、
    前記複数のLED群のそれぞれに対し、個別に制御電流を生成して印加する制御ドライバと、
    前記所定方向における走査が可能であり、走査時において、前記複数のLED群のそれぞれと順に対向すると共に、対向したLED群が発する光量を検出する光量検出部と、
    前記複数のLED群がそれぞれ発する光量について、所定光量からのオフセット値を、前記光量検出部の検出結果に基づいて個別に算出する算出部と、
    前記複数のLED群のそれぞれが発する光量が何れも前記所定光量となる様に、前記制御ドライバに、前記LED群ごとに生成する前記制御電流を、対応する前記オフセット値に基づいて校正させる、制御部と、
    を備える、LED照射装置。
  2. 前記制御ドライバは、前記制御電流をPWM(Pulse Width Modulation)制御で生成し、
    前記制御部は、前記制御ドライバに、前記LED群ごとに生成する前記制御電流のデューティ比を、対応する前記オフセット値に基づいて校正させる、請求項1に記載のLED照射装置。
  3. 前記複数のLED群は、各々が、前記所定方向に対して垂直な方向に複数のLEDが一列に並んで構成されたLED列であり、
    前記光量検出部は、光量センサと、導光部と、を有し、当該導光部は、走査時において前記LED列に対向すると共に、対向したLED列が発する光を前記光量センサへ導く、請求項1又は2に記載のLED照射装置。
  4. 前記導光部は、前記LED列と同方向に前記光量センサから延びた石英ロッドである、請求項3に記載のLED照射装置。
  5. 前記光量検出部は、ボールネジを更に備え、
    ボールネジは、前記所定方向に延在したネジ部と、当該ネジ部の延在方向において前記ネジ部の回転に応じた移動が可能なナット部と、を有し、当該ナット部に前記光量センサが設置されている、請求項3又は4に記載のLED照射装置。
  6. 前記複数のLED群のそれぞれについて、発光時に印加される前記制御電流の実効値を個別に検出する電流検出部を更に備え、
    前記制御部は、前記電流検出部の検出結果に基づいて、前記制御ドライバをフィードバック制御する、請求項1〜5の何れかに記載のLED照射装置。
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