JP2021162613A - Light source device, luminaire, and exposure device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置、照明装置、及び露光装置に関する。 The present invention relates to a light source device, a lighting device, and an exposure device.
半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ(FPD)の製造工程において露光装置が用いられている。露光装置は、リソグラフィ工程において、原版であるレチクルやマスクのパターンを、投影光学系を介して感光性の基板(例えば、表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート)に転写する。 Exposure devices are used in the manufacturing process of semiconductor devices and flat panel displays (FPDs). In the lithography process, the exposure apparatus transfers the pattern of the original reticle or mask to a photosensitive substrate (for example, a wafer or glass plate having a resist layer formed on the surface) via a projection optical system.
露光装置の光源として、例えば水銀ランプが用いられているが、近年、水銀ランプの代わりに、省エネルギーである発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)へ置換することが期待されている。LEDは発光を制御する基板回路に電流を流してから、光の出力が安定するまでの時間が短く、水銀ランプのように常時発光させる必要がないため、長寿命でもある。 For example, a mercury lamp is used as a light source of an exposure apparatus, but in recent years, it is expected to replace the mercury lamp with an energy-saving light emitting diode (LED: Light Emitting Diode). An LED has a long life because it takes a short time from when a current is passed through a substrate circuit that controls light emission until the light output stabilizes, and it is not necessary to constantly emit light unlike a mercury lamp.
ただし、LEDチップ1個当たりの光出力は極めて小さい。そこで、水銀ランプの代わりに光源としてLEDを用いる場合、複数のLEDチップ(一例としては1000個程度)を基板に整列させたLEDアレイを用いて光の総出力を大きくすることや、発熱したLEDチップを効率よく冷却するための技術が求められる。 However, the light output per LED chip is extremely small. Therefore, when an LED is used as a light source instead of a mercury lamp, the total output of light can be increased by using an LED array in which a plurality of LED chips (for example, about 1000) are arranged on a substrate, or an LED that generates heat can be used. Technology for efficiently cooling the chip is required.
また、同じ規格内のLEDチップであったとしても、LEDチップを製造する際の製造誤差によって発光効率に差がある場合がある。特許文献1は、LEDを光源としたバックライトについて開示しており、LEDチップの発光効率が良い場合には配置するLEDチップの数を減らしてコストを抑えることができる技術を開示している。
Further, even if the LED chips are within the same standard, there may be a difference in luminous efficiency due to a manufacturing error in manufacturing the LED chip.
複数のLEDチップを使用する場合、LEDチップの発熱によりLEDチップの許容温度を越えてしまい、LEDチップが不点灯となってしまうことが問題となる。特許文献1にはこのような課題認識が存在せず、LEDチップからの発熱に関する内容について開示していない。
When a plurality of LED chips are used, there is a problem that the heat generated by the LED chips exceeds the allowable temperature of the LED chips and the LED chips are not lit.
そこで、本発明は、LEDを光源とした光源装置において、光の総出力の低下を抑制するために有利な技術を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide an advantageous technique for suppressing a decrease in the total output of light in a light source device using an LED as a light source.
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての光源装置は、基板と、前記基板上に配置された発光効率が異なる複数のLEDチップを含む回路を備えたLEDアレイと、冷媒入口から冷媒出口に向かって流れる冷媒により、前記LEDアレイを冷却するための冷却器を有し、前記LEDアレイからの光を照明面に照明する光源装置において、前記冷却器の冷却力と前記LEDチップの発光効率を示す情報に基づいて、前記基板上に前記複数のLEDチップが配置されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the light source device as one aspect of the present invention comprises a substrate, an LED array having a circuit including a plurality of LED chips having different light emission efficiencies arranged on the substrate, and a refrigerant inlet. In a light source device that has a cooler for cooling the LED array by the refrigerant flowing toward the refrigerant outlet and illuminates the illumination surface with light from the LED array, the cooling power of the cooler and the LED chip. The plurality of LED chips are arranged on the substrate based on the information indicating the light emission efficiency.
本発明によれば、例えば、LEDを光源とした光源装置において、光の総出力の低下を抑制するために有利な技術を提供することができる。 According to the present invention, for example, in a light source device using an LED as a light source, it is possible to provide an advantageous technique for suppressing a decrease in the total output of light.
以下に本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<第1実施形態>
図1を用いて光源装置1について説明する。図1は本実施形態の光源装置1の平面図である。光源装置1は、電気基板2、LEDチップ3、冷却器4、及び制御部5を有する。電気基板2上には、複数のLEDチップ3が配置されており、以下では、電気基板2と複数のLEDチップ3をまとめてLEDアレイと呼ぶ。電気基板2には銅配線がLEDチップ3に接続・実装されており、LEDチップ3を駆動するための回路が形成されている。回路に電流を流すことで、LEDチップ3から所定の波長の光が出力され、LEDチップ3が発熱する。
<First Embodiment>
The
本実施形態におけるLEDアレイは、複数のLEDチップ3が電気的に直列に配置されたチップ列を形成している。図1に示すようにチップ列を複数含んでLEDアレイが形成されても良く、チップ列は、コネクタ6a、6bを介して制御部5に接続されている。
The LED array in this embodiment forms a chip array in which a plurality of
制御部5は、電源を含み、LEDチップ3に流れる電流や電源に印加する電圧を制御し、LEDチップ3から出力される光量を制御する。制御部5は、光学装置1で照明する照明面で目標照度となるようにLEDチップ3に流れる電流や電源に印加する電圧を制御しても良い。制御部5は、1つの制御部が複数のチップ列に接続されても良いし、複数の制御部がチップ列のまとまり毎に接続されて、制御部毎にLEDチップに流れる電流や電源に印加する電圧を制御しても良い。
The
冷却器4は、電気基板2のLEDチップ3が配置されている面とは反対側の面に接している。冷却器4は、冷却器4内部を冷媒が流れることにより、電気基板2から熱を奪ってLEDアレイを冷却する。図2は冷却器4の内部構造を示す図である。冷却器4は、冷凍機7に接続されており、冷却器4の冷媒入口8から冷媒出口9に向かって冷媒が流れる。電気基板2から熱を奪った後の冷媒は、冷却器出口9から冷凍機7へと循環することで、再びLEDアレイを冷却する。
The
冷媒が単位時間あたりにLEDアレイから除去できる熱量で定義される冷却力を向上させるため、冷却器4には冷媒入口側から冷媒出口側の方向に沿って複数の仕切り10が延在している。これにより、冷却器4全体に冷媒を行き届かせる流路を形成する。冷媒は仕切り10間を流れて、熱交換により電気基板2から熱を奪い、LEDアレイを冷却する。冷媒には、例えば、冷却力が優れている水を主成分とする液体や、電気絶縁性に優れたオイルを主成分する液体が用いられる。
In order to improve the cooling force defined by the amount of heat that the refrigerant can remove from the LED array per unit time, the
上記の冷却力を向上させるために、熱伝導率の良い素材を電気基板2や冷却器4に用いることが好ましい。電気基板2の基材としては、例えば、熱伝導率の高い窒化アルミニウムを用いると良い。冷却器4の素材としては、例えば、銅やアルミニウムなどを用いると良い。
In order to improve the cooling power, it is preferable to use a material having good thermal conductivity for the
(LEDチップの発光効率と発熱量)
LEDチップの発光効率について説明する。図3はLEDチップ3に流す電流とLEDチップ3にかかる電力量(光出力量と発熱量の和で表せる)の関係を示す図である。LEDチップ3に電流が流れると、電流の大きさに応じて、LEDチップ3から光が出力される。電流に対するLEDチップ3の光出力量は、LEDチップ3の発光効率により決まる。LEDチップ3の発光効率は、LEDチップ3にかかる電力に対するLEDチップ3の光出力の大きさの割合で定義され、
図3(a)は発光効率が低い例であり、LEDチップ3にかかる電力に対してLEDチップの光出力が小さく、LEDチップの発熱量が大きい。一方、図3(b)は発光効率が高い例であり、LEDチップ3にかかる電力に対してLEDチップの光出力が大きく、LEDチップの発熱量が小さい。即ち、発光効率が異なるLEDチップで同じ光出力を得るためには、発光効率が低いLEDチップに流す電流を大きくする必要がある。この時、発光効率が低いLEDチップでは、発光効率が高いLEDチップに比べて発熱量が大きくなる。
(Luminous efficiency and calorific value of LED chip)
The luminous efficiency of the LED chip will be described. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the current flowing through the
FIG. 3A shows an example in which the luminous efficiency is low, the light output of the LED chip is small with respect to the electric power applied to the
また、図3に示すように、LEDチップからの光出力を大きくするには、LEDチップに流す電流を大きくする必要がある。電流を大きくすると、LEDチップの発光効率に応じてLEDチップが発熱する。LEDチップには許容可能なLEDチップの許容温度があり、LEDチップの温度がその許容温度を超えると、LEDチップが不点灯となる。LEDチップの温度は、LEDチップの発熱量と冷媒の冷却力に依存して決まる。そのため、LEDチップに流す電流は、LEDチップの発熱量によって制限される。 Further, as shown in FIG. 3, in order to increase the light output from the LED chip, it is necessary to increase the current flowing through the LED chip. When the current is increased, the LED chip generates heat according to the luminous efficiency of the LED chip. The LED chip has an allowable allowable temperature of the LED chip, and when the temperature of the LED chip exceeds the allowable temperature, the LED chip is turned off. The temperature of the LED chip depends on the calorific value of the LED chip and the cooling power of the refrigerant. Therefore, the current flowing through the LED chip is limited by the amount of heat generated by the LED chip.
また、LEDチップがチップ列を構成する場合には、1つのLEDチップが不点灯となると、同じチップ列の他のLEDチップも不点灯となってしまう。したがって、チップ列へ投入可能な最大の電流は、LEDチップの発光効率に依存する。(同様に、冷媒による冷却力にも依存する。)
上記のようなLEDチップの発光効率の違いは、同じ規格のLEDチップの間にも製造誤差等により生じる。LEDチップは、予め発光効率を示す情報に基づいてランクの分類がされており、発光効率が高いLEDチップを、高いランクのLEDチップと呼ぶ。
Further, when the LED chips form a chip row, if one LED chip is turned off, the other LED chips in the same chip row are also turned off. Therefore, the maximum current that can be applied to the chip row depends on the luminous efficiency of the LED chip. (Similarly, it depends on the cooling power of the refrigerant.)
The difference in luminous efficiency of LED chips as described above occurs due to manufacturing errors and the like even between LED chips of the same standard. The LED chips are classified in rank based on the information indicating the luminous efficiency in advance, and the LED chip having high luminous efficiency is called a high rank LED chip.
(比較例)
本実施例の比較例として、LEDチップのランクを考慮せずに、LEDチップがランダムに配置される場合について説明する。図4は異なるランクのLEDチップ3a〜3cがランダムに配置されている光源装置の図である。LEDチップ3a〜3cにおけるランクの高い順番は、3c、3b、3aとなる。
(Comparison example)
As a comparative example of this embodiment, a case where the LED chips are randomly arranged without considering the rank of the LED chips will be described. FIG. 4 is a diagram of a light source device in which
また、冷却器4は、冷媒入口8付近の領域と冷媒出口9付近の領域とでは冷却力が異なる。冷媒出口9付近の領域では既に熱交換が繰り返されている冷媒が流入してくるために、冷媒入口8付近の領域に比べて冷却力が低い。比較例では、冷却器4内での冷却力の違いを考慮せずにLEDチップ3a〜3cが配置されている。
Further, the cooling power of the
冷却器4の冷却力が一様であれば、LEDチップ3a〜3cがランダムに配置されても良い。しかしながら、比較例のように、冷却器4の冷却力が領域により異なる場合にはLEDチップ3a〜3cがランダムに配置されることは好ましくない。冷却力が低い冷媒出口9付近の領域に発光効率が低いLEDチップ3aが配置された場合、LEDチップ3b、3cと比較して発熱量が大きいにもかかわらず、冷却器4の冷却力は低い。このようにLEDチップの温度が上昇しやすい場合には、LEDチップが不点灯とならない範囲で電流を流さなければならず、十分な光出力を得ることができない。
If the cooling power of the
(本実施例でのLEDチップの配置)
本実施例では、LEDチップの発光効率のランクを考慮して、LEDチップの配置を決定している。図5は、異なるランクのLEDチップ3a〜3cが、冷却器4の冷却力を考慮して配置されている光源装置の図である。冷却器4の冷媒が流れる方向はチップ列におけるLEDチップの配列方向と平行であり、比較例と同様に、冷媒出口9付近の領域では既に熱交換が繰り返されている冷媒が流入してくるために、冷媒入口8付近の領域に比べて冷却力が低い。
(Arrangement of LED chips in this embodiment)
In this embodiment, the arrangement of the LED chips is determined in consideration of the rank of the luminous efficiency of the LED chips. FIG. 5 is a diagram of a light source device in which
本実施形態では、冷却力が高い冷媒入口8付近の領域には低いランクであるLEDチップ3aを配置している。LEDチップ3aは、LEDチップ3bや3cと比較してLEDチップの発熱量が大きいため、冷却力が高い基板領域に配置している。冷却力が高い基板領域にLEDチップ3aを配置する理由は、冷却力が低い基板領域にLEDチップ3aを配置する場合に比べて、電流を大きくすることが可能となるためである。即ち、発光効率が低いLEDチップ3aにおいても、光出力を大きくすることができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、冷却力が低い冷媒出口9付近の領域には高いランクのLEDチップ3cを配置している。LEDチップ3cは、LEDチップ3aや3bと比較してLEDチップの発熱量が小さいため、冷却力が低い基板領域に配置している。冷却力が低い基板領域にLEDチップ3cを配置することにより、LEDチップ3cより発光効率が低いLEDチップ3aや3bを冷却力が高い基板領域に配置できるため、LEDチップが不点灯とならない範囲で最大の電流を流すことができる。
Further, in the present embodiment, the high-ranked
そのため、LEDアレイ全体としては光出力を大きくすることができる。したがって、比較例よりもLEDチップの光出力を向上させることができる。 Therefore, the light output of the LED array as a whole can be increased. Therefore, the light output of the LED chip can be improved as compared with the comparative example.
本実施形態では、冷却器4の冷媒が流れる方向が、チップ列におけるLEDチップの配列方向と平行である形態について説明したが、完全に平行でなくても良い。例えば、冷却器4の冷媒が流れる方向が、チップ列におけるLEDチップの配列方向に対して、水平な成分を含むような配置であれば良い。
In the present embodiment, the direction in which the refrigerant of the
本実施形態では、1つのチップ列に対して3つのLEDチップ3a〜3cで構成されているが、これに限らず3つ以外の個数のLEDチップで構成されても良い。また、1つのチップ列に3つ以上のLEDチップを使用する場合、冷媒入口側から冷媒出口側に向かって発光効率の低いLEDチップから順番に配置してもよい。また、LEDチップのランクが3段階である場合について説明したが、2段階でも良いし4段階以上のランクに分類しても良い。
In the present embodiment, one chip row is composed of three
本実施形態では、電気基板2にLEDチップ3a〜3cを直接実装した形態で説明しているが、回路への接続が容易であるLEDパッケージを使用してもよい。また、同一チップ列内のLEDチップ3a〜3cの配置は等間隔と不等間隔のどちらでも良いし、チップ列間の配置も等間隔と不等間隔のどちらでも良い。
In the present embodiment, the
<第2実施形態>
第1実施形態では、冷却器4の冷媒が流れる方向が、チップ列におけるLEDチップの配列方向と平行である形態について説明した。本実施形態では、LEDチップの発光効率のランクを考慮してLEDチップの配置を決定しているという点では第1実施形態と同じだが、冷却器4の冷媒が流れる方向が、チップ列におけるLEDチップの配列方向と垂直である形態について説明する。図5は、異なるランクのLEDチップ3a〜3cが、冷却器4の冷却力を考慮して配置されている光源装置の図である。
<Second Embodiment>
In the first embodiment, the mode in which the direction in which the refrigerant of the
本実施形態では、1つのチップ列に同一のランクのLEDチップが構成される。冷却力が高い冷媒入口8付近の領域には、低いランクであるLEDチップ3aで構成されるチップ列が配置される。また、冷却力が低い冷媒入口8付近の領域には、高いランクであるLEDチップ3cで構成されるチップ列が配置される。
In the present embodiment, LED chips of the same rank are configured in one chip row. In the region near the
第1実施形態の説明でも述べたように、低いランクであるLEDチップ3aは、LEDチップ3bや3cと比較してLEDチップの発熱量が大きいため、冷却力が高い基板領域に配置している。冷却力が高い基板領域にLEDチップ3aを配置する理由は、冷却力が低い基板領域にLEDチップ3aを配置する場合に比べて、電流を大きくすることが可能となるためである。即ち、発光力が低いLEDチップ3aにおいても、光出力を大きくすることができる。
As described in the description of the first embodiment, the low
また、冷却力が低い冷媒出口9付近の領域には、高いランクであるLEDチップ3cを配置している。LEDチップ3cは、LEDチップ3aや3bと比較してLEDチップの発熱量が小さいため、冷却力が低い基板領域に配置している。冷却力が低い基板領域にLEDチップ3cを配置することにより、LEDチップ3cより発光効率が低いLEDチップ3aや3bを冷却力が高い基板領域に配置できるため、LEDチップが不点灯とならない範囲で最大の電流を流すことができる。そのため、LEDアレイ全体としては光出力を向上させることができる。
Further, the
本実施形態では、冷却器4の冷媒が流れる方向が、チップ列におけるLEDチップの配列方向と垂直である形態について説明したが、完全に垂直でなくても良い。例えば、冷却器4の冷媒が流れる方向が、チップ列におけるLEDチップの配列方向に対して、垂直な成分を含むような配置であれば良い。
In the present embodiment, the direction in which the refrigerant of the
本実施形態では、1つのチップ列に対して3つのLEDチップ3a〜3cで構成されているが、これに限らず3つ以外の個数のLEDチップで構成されても良い。また、LEDアレイは6つのチップ列で構成されているが、これに限らず6つ以外のチップ列で構成されても良い。また、違うチップ列に同じランクのLEDチップが配置されても良く、冷媒入口側から冷媒出口側に向かって発光効率が高くなるようにLEDチップを配置してもよい。また、LEDチップのランクが3段階である場合について説明したが、2段階でも良いし4段階以上のランクに分類しても良い。
In the present embodiment, one chip row is composed of three
本実施形態では、電気基板2にLEDチップ3a〜3cを直接実装した形態で説明しているが、回路への接続が容易であるLEDパッケージを使用してもよい。また、同一チップ列内のLEDチップ3a〜3cの配置は等間隔と不等間隔のどちらでも良いし、チップ列間の配置も等間隔と不等間隔のどちらでも良い。
In the present embodiment, the
<第3実施形態>
第1実施形態と第2実施形態では、冷媒の流路が1方向である場合について説明した。本実施形態では、冷媒の流路が複数方向存在するものについて説明する。図7(a)、図7(b)は、2つの冷媒入口8a、8bと、2つの冷媒出口9a、9bを有する光源装置1の図である。冷媒の流路は、冷媒入口8a側から冷媒出口9a側の方向と、冷媒入口8b側から冷媒出口9b側の方向の2つの流路が形成される。
<Third Embodiment>
In the first embodiment and the second embodiment, the case where the flow path of the refrigerant is in one direction has been described. In the present embodiment, a refrigerant flow path existing in a plurality of directions will be described. 7 (a) and 7 (b) are views of the
図7(a)、図7(b)では、2つの電気基板2a、2bに複数のLEDチップ3a〜3cが配置されており、2つのLEDアレイによって光源装置1が構成されている。それぞれのLEDアレイには、電源を含む制御部5a、5bが独立して接続されており、LEDチップ3a〜3cに流れる電流や電源に印加する電圧を制御し、LEDチップ3a〜3cから出力される光量を制御する。制御部5a、5bは、光学装置1で照明する照明面で目標照度となるようにそれぞれのLEDアレイを独立して制御できる。
In FIGS. 7A and 7B, a plurality of
本実施形態では、冷却力が高い冷媒入口8a、8b付近の領域には、低いランクのLEDチップ3aが配置される。また、冷却力が低い冷媒出口9a、9b付近の領域には、高いランクのLEDチップ3cが配置される。
In the present embodiment, the low
第1実施形態の説明でも述べたように、低いランクであるLEDチップ3aは、LEDチップ3bや3cと比較してLEDチップの発熱量が大きいため、冷却力が高い冷媒入口8a、8b付近の領域に配置している。冷却力が高い基板領域にLEDチップ3aを配置する理由は、冷却力が低い基板領域にLEDチップ3aを配置する場合に比べて、電流を大きくすることが可能となるためである。即ち、発光効率が低いLEDチップ3aにおいても、光出力を大きくすることができる。
As described in the description of the first embodiment, the
また、冷却力が低い冷媒出口9a、9b付近の領域には発光効率が高いランクのLEDチップ3cを配置している。LEDチップ3cは、LEDチップ3aや3bと比較してLEDチップの発熱量が小さいため、冷却力が低い基板領域に配置している。冷却力が低い基板領域にLEDチップ3cを配置することにより、LEDチップ3cより発光効率が低いLEDチップ3aや3bを冷却力が高い基板領域に配置できるため、LEDチップが不点灯とならない範囲で最大の電流を流すことができる。そのため、LEDアレイ全体としては光出力を向上させることができる。
Further,
本実施形態では、冷媒の流路が反対方向に2つである場合について説明したが、これに限らない。冷媒の流路が3つ以上形成されても良いし、流路の方向が本実施形態と異なるものでも良い。 In the present embodiment, the case where the refrigerant has two flow paths in opposite directions has been described, but the present invention is not limited to this. Three or more flow paths of the refrigerant may be formed, or the directions of the flow paths may be different from those of the present embodiment.
本実施形態では、1つのチップ列に対して6つのLEDチップ3a〜3cで構成されているが、これに限らず6つ以外の個数のLEDチップで構成されても良い。また、1つのチップ列に3つ以上のLEDチップを使用する場合、冷媒入口側から冷媒出口側に向かって発光効率の低いLEDチップから順番に配置してもよい。また、LEDチップのランクが3段階である場合について説明したが、2段階でも良いし4段階以上のランクに分類しても良い。
In the present embodiment, one chip row is composed of six
本実施形態では、電気基板2a、2bにLEDチップ3a〜3cを直接実装した形態で説明しているが、回路への接続が容易であるLEDパッケージを使用してもよい。また、同一チップ列内のLEDチップ3a〜3cの配置は等間隔と不等間隔のどちらでも良いし、チップ列間の配置も等間隔と不等間隔のどちらでも良い。
In the present embodiment, the
<照明光学系の実施形態>
次に、図8を用いて照明光学系の例を説明する。図8は照明光学系の概略断面図である。照明光学系50は、光源部51、コンデンサレンズ52、インテグレータ光学系53、コンデンサレンズ54を有する。光源部51から出た光束は、コンデンサレンズ52を通過して、インテグレータ光学系53に至る。コンデンサレンズ52は、光源部51の射出面位置とインテグレータ光学系53の入射面位置が、光学的にフーリエ共役面になるように設計されている。このような照明系をケーラー照明とよぶ。コンデンサレンズ52は、図8では平凸レンズ1枚を描いているが、実際は複数のレンズ群で構成されることが多い。インテグレータ光学系53を用いることにより、インテグレータ光学系53の射出面位置には、光源部51の射出面と共役な複数の二次光源像が形成される。インテグレータ光学系53の射出面から射出された光は、コンデンサレンズ54を介して照明面55に至る。
<Illumination Optical System Embodiment>
Next, an example of the illumination optical system will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the illumination optical system. The illumination
図9を用いて光源部51を説明する。図9は、光源部51の概略図である。光源部51は、光源装置1、集光レンズ56、集光レンズ57を有する。図9では光源装置1の一部として、電気基板2、LEDチップ3を図示している。集光レンズ56、57は、各LEDチップ3に対応して設けられた各レンズを有するレンズアレイである。集光レンズ56の各レンズは各LEDチップ3上に設けられている。レンズは、図9のような平凸レンズであっても良いし、その他のパワーがついた形状をとっても良い。レンズアレイとしては、エッチングや切削等で連続的にレンズを形成したレンズアレイや、個々のレンズを接合したレンズアレイを用いることができる。LEDチップ3から出た光は、半角で50°〜70°程度の広がりを持っているが、集光レンズ56、57によって、それらは30°以下程度に変換される。集光レンズ56はLEDチップから所定の間隔だけ離されて設けられ、電気基板2とともに一体的に固定されていてもよい。
The
図8の説明に戻る。インテグレータ光学系53は、光強度分布を均一化させる機能を有する。インテグレータ光学系53には、オプティカルインテグレータレンズやロッドレンズが用いられ、照射面55の照度均一度を改善する。
Returning to the description of FIG. The integrator
コンデンサレンズ54は、インテグレータ光学系53の射出面と照明面55が光学的にフーリエ共役面になるように設計されており、インテグレータ光学系53の射出面またはその共役面は照明光学系の瞳面となる。その結果、照明面55において、ほぼ均一な光強度分布を作成することができる。
The
本発明において、光源装置1におけるLEDチップ3の発光効率が異なるため、LEDアレイ全面での照度は不均一となる。しかしながら、照明光学系50には、上述した光強度分布を均一化させるインテグレータ光学系53が備えられているため、光源装置1から出射された不均一な光は、照明面55において均一な照度を得ることができる。
In the present invention, since the luminous efficiency of the
上記の光源装置1や照明光学系50は各種照明装置に適用でき、光硬化性樹脂を照明する装置、被検物を照明して検査する装置、リソグラフィ装置などにも用いることができる。例えば、マスクのパターンを基板に露光する露光装置、マスクレス露光装置、型を用いて基板にパターンを形成するインプリント装置、又は、平坦層形成装置に適用することできる。
The
<露光装置の実施形態>
本実施形態では、上記の光源装置1や照明光学系50を露光装置に適用した場合について説明する。図10は、露光装置100の構成を示す概略図である。露光装置100は、半導体素子や液晶表示素子の製造工程であるリソグラフィ工程に採用され、基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置である。露光装置100は、マスクを介して基板を露光して、マスクのパターンを基板に転写する。露光装置100は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置、所謂、走査型露光装置であるが、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式を採用してもよい。
<Embodiment of exposure apparatus>
In the present embodiment, the case where the
露光装置100は、マスク101を照明する照明光学系50、マスク101のパターンを基板102上に投影する投影光学系103を有する。投影光学系103はレンズからなる投影レンズや、ミラーを用いた反射型投影系でもよい。
The
照明光学系50は、光源装置1からの光をマスク101に照明する光学系である。マスク101には、基板102に形成すべきパターンに対応するパターンが形成されている。マスク101は、マスクステージ104に保持されており、基板102は、基板ステージ105に保持されている。
The illumination
マスク101と基板102とは、投影光学系103を介して、光学的にほぼ共役な位置に配置されている。投影光学系103は、物体を像面に投影する光学系である。投影光学系103には、反射系、屈折系、反射屈折系を適用することができる。投影光学系103は、本実施形態では、所定の投影倍率を有し、マスク101に形成されたパターンを基板102に投影する。そして、マスクステージ104及び基板ステージ105を、投影光学系103の物体面と平行な方向に、投影光学系103の投影倍率に応じた速度比で走査する。これにより、マスク101に形成されたパターンを基板102に転写することができる。
The
<物品の製造方法の実施形態>
本実施形態では、上記の露光装置を利用した物品の製造方法について説明する。物品とは、例えば、フラットパネルディスプレイ(FPD)である。物品の製造方法は、基板上に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程(基板を露光する工程)と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
<Embodiment of manufacturing method of article>
In this embodiment, a method of manufacturing an article using the above-mentioned exposure apparatus will be described. The article is, for example, a flat panel display (FPD). The method for manufacturing an article includes a step of forming a latent image pattern on a photosensitive agent applied on the substrate using the above-mentioned exposure apparatus (a step of exposing the substrate) and a substrate on which the latent image pattern is formed in such a step. Includes a step of developing. Further, such a manufacturing method includes other well-known steps (oxidation, film formation, vapor deposition, doping, flattening, etching, resist peeling, dicing, bonding, packaging, etc.). The method for producing an article of the present embodiment is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of the article as compared with the conventional method.
1 光源装置
2 電気基板
3 LEDチップ
4 冷却器
8 冷媒入口
9 冷媒出口
1
Claims (20)
冷媒入口から冷媒出口に向かって流れる冷媒により、前記LEDアレイを冷却するための冷却器を有し、
前記LEDアレイからの光を照明面に照明する光源装置において、
前記冷却器の冷却力と前記LEDチップの発光効率を示す情報に基づいて、前記基板上に前記複数のLEDチップが配置されていることを特徴とする光源装置。 A substrate, an LED array having a circuit including a plurality of LED chips having different luminous efficiencies arranged on the substrate, and the like.
It has a cooler for cooling the LED array by the refrigerant flowing from the refrigerant inlet to the refrigerant outlet.
In the light source device that illuminates the illumination surface with the light from the LED array.
A light source device characterized in that a plurality of LED chips are arranged on the substrate based on information indicating the cooling power of the cooler and the luminous efficiency of the LED chips.
前記第1のLEDチップは、第1基板領域に配置され、
前記第2のLEDチップは、前記第1基板領域より前記冷却器で冷却されにくい第2基板領域に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の光源装置。 The plurality of LED chips include a first LED chip and a second LED chip having higher luminous efficiency than the first LED chip.
The first LED chip is arranged in the first substrate region and
The light source device according to claim 2, wherein the second LED chip is arranged in a second substrate region which is harder to be cooled by the cooler than the first substrate region.
前記発光効率を示す情報は、前記LEDチップのランクであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光源装置。 The plurality of LED chips are classified into at least two ranks so that the higher the luminous efficiency, the higher the rank.
The light source device according to any one of claims 1 to 3, wherein the information indicating the luminous efficiency is the rank of the LED chip.
前記第1のランクのLEDチップは、第3基板領域に配置され、
前記第2のランクのLEDチップは、前記第3基板領域より前記冷却器で冷却されにくい第4基板領域に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の光源装置。 The plurality of LED chips include a first rank LED chip and a second rank LED chip having a rank higher than the first rank.
The first rank LED chip is arranged in the third substrate region.
The light source device according to claim 4, wherein the LED chip of the second rank is arranged in a fourth substrate region which is harder to be cooled by the cooler than the third substrate region.
冷媒入口から冷媒出口に向かって流れる冷媒により、前記LEDアレイを冷却するための冷却器を有し、
前記LEDアレイからの光を照明面に照明する光源装置において、
前記冷媒入口側から前記冷媒出口側に向かって発光効率が高くなるように、前記基板上に前記複数のLEDチップが配置されていることを特徴とする光源装置。 A substrate, an LED array having a circuit including a plurality of LED chips having different luminous efficiencies arranged on the substrate, and the like.
It has a cooler for cooling the LED array by the refrigerant flowing from the refrigerant inlet to the refrigerant outlet.
In the light source device that illuminates the illumination surface with the light from the LED array.
A light source device characterized in that the plurality of LED chips are arranged on the substrate so that the luminous efficiency increases from the refrigerant inlet side to the refrigerant outlet side.
前記第1のLEDチップは、前記第2のLEDチップよりも前記冷却器の冷媒入口側に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の光源装置。 The plurality of LED chips include a first LED chip and a second LED chip having higher luminous efficiency than the first LED chip.
The light source device according to claim 6, wherein the first LED chip is arranged closer to the refrigerant inlet side of the cooler than the second LED chip.
前記複数のLEDチップは、前記LEDチップのランクが低いほど、前記冷却器の冷媒入口側に配置されていることを特徴とする請求項6又は7に記載の光源装置。 The plurality of LED chips are classified into at least two ranks so that the higher the luminous efficiency, the higher the rank.
The light source device according to claim 6 or 7, wherein the plurality of LED chips are arranged on the refrigerant inlet side of the cooler as the rank of the LED chips decreases.
前記第1のランクのLEDチップは、前記第2のランクのLEDチップよりも前記冷却器の冷媒入口側に配置されていることを特徴とする請求項8に記載の光源装置。 The plurality of LED chips include a first rank LED chip and a second rank LED chip having a rank higher than the first rank.
The light source device according to claim 8, wherein the LED chip of the first rank is arranged closer to the refrigerant inlet side of the cooler than the LED chip of the second rank.
前記冷媒が流れる方向は、前記チップ列におけるLEDチップの配列方向に対して、水平な成分を含むことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光源装置。 The LED array includes a plurality of chip rows in which the LED chips are connected in series.
The light source device according to any one of claims 1 to 10, wherein the direction in which the refrigerant flows includes a component horizontal to the arrangement direction of the LED chips in the chip row.
前記冷媒が流れる方向は、前記チップ列におけるLEDチップの配列方向に対して、垂直な成分を含むことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光源装置。 The LED array includes a plurality of chip rows in which the LED chips are connected in series.
The light source device according to any one of claims 1 to 10, wherein the direction in which the refrigerant flows includes a component perpendicular to the arrangement direction of the LED chips in the chip row.
前記チップ列には同じランクのLEDチップが配置されていることを特徴とする請求項12に記載の光源装置。 The plurality of LED chips are classified into at least two ranks so that the higher the luminous efficiency, the higher the rank.
The light source device according to claim 12, wherein LED chips of the same rank are arranged in the chip row.
前記制御部は、前記照明面が目標照度になるよう前記LEDチップに流れる電流、及び電源に印加する電圧の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光源装置。 It also has a control unit that includes a power supply
The control unit according to any one of claims 1 to 13, wherein the control unit controls at least one of a current flowing through the LED chip and a voltage applied to a power source so that the illumination surface reaches a target illuminance. Light source device.
請求項1乃至16のいずれか1項に記載の光源装置と、
コンデンサレンズと、
オプティカルインテグレータを有し、
前記光源装置の複数のLEDチップのそれぞれからの光強度分布を、前記コンデンサレンズを介して、前記オプティカルインテグレータの入射面において重ね合わせることを特徴とする照明装置。 It ’s a lighting device,
The light source device according to any one of claims 1 to 16.
With a condenser lens
Has an optical integrator and
A lighting device characterized in that light intensity distributions from each of a plurality of LED chips of the light source device are superposed on an incident surface of the optical integrator via the condenser lens.
マスクを照明する照明装置であり、請求項17又は18に記載された照明装置と、
前記マスクのパターンを基板に露光する露光手段を有することを特徴とする露光装置。 An exposure device that exposes a substrate
A lighting device that illuminates a mask, and the lighting device according to claim 17 or 18.
An exposure apparatus comprising an exposure means for exposing the mask pattern to a substrate.
請求項19に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
露光された基板を現像する工程と、を有し、
現像された基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。
It is a manufacturing method of goods
A step of exposing a substrate using the exposure apparatus according to claim 19.
It has a process of developing the exposed substrate and
A method for producing an article, which comprises producing an article from a developed substrate.
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