JP5245165B2 - 光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数本の低圧放電灯を並列に配列した光源装置に関する。

従来より、液晶パネルの製造工程等においては、液晶パネル等に対して紫外線を照射（露光）するための各種光源装置が用いられている。この種の光源装置の１つとして、例えば、紫外線放射型熱陰極低圧水銀ランプ等の低圧放電灯を光源として並列に複数本配列したものが知られている。

ところで、この種の低圧放電灯は、一般に、高圧放電灯等に比べて出力が小さい。従って、低圧放電灯を光源として用いた光源装置において、十分な照射強度を確保するためには、各低圧放電灯を十分に密集させて配列するとともに、各低圧放電灯を照射対象に対して十分に接近させて配置する必要がある。

その一方で、液晶パネル等に対する露光工程では、均斉度の高い紫外線を照射することが要求されるが、各低圧放電灯を照射対象に対して接近させた場合、当該低圧放電灯自体の発光特性が露光に対して影響を及ぼすこととなる。特に、低圧放電灯のような光源では、一般に、バルブ内に蛍光体溶液を一端側から流し込むことによって蛍光体層が形成されるが、このように形成された蛍光体層の膜厚及び組成は長さ方向に所定の勾配を有するため、この膜厚及び組成の勾配に応じて、低圧放電灯の輝度特性には長さ方向の差異が生じ、均斉化がより困難なものとなる。

これに対処し、例えば、特許文献１に開示された技術のように、各低圧放電灯の配列に際し、蛍光体層の膜厚が小さい側の端部と大きい側の端部とが互い違いとなるよう、各低圧放電灯を配置することで照度の均斉化を図ることも考えられる。

特開平８−９４９４５号公報

ところで、近年では、液晶パネル等が大型化する傾向にあり、これに伴い、光源装置においても、各低圧放電灯の長さ方向の有効照射範囲を限界付近まで利用して露光することが要求される場合がある。

しかしながら、このように低圧放電灯の長さ方向の有効照射範囲を限界付近まで利用する場合、上述の特許文献１に開示された技術を採用したとしても、必要とされる照射範囲全域に渡って十分な均斉度を得ることが困難な場合がある。この場合、特に、配列端部に位置する低圧放電灯の低輝度側の端部が対向された照射領域上のコーナ部において、暗部が生じ易く、均斉度向上のための更なる改善が求められていた。

本発明は、低圧放電灯の長さ方向の有効照射範囲を限界付近まで利用して照射対象を近距離から露光する場合においても、照射領域全域に渡って十分な均斉度を実現することができる光源装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による光源装置は、一端側と他端側とで長さ方向の輝度分布に勾配を有する直管形の低圧放電灯を光源として並列に複数配列し、当該複数の低圧放電灯によって照射対象を露光する光源装置であって、相対的に低輝度側の端部と高輝度側の端部とが交互に配置されるよう前記各低圧放電灯を配列し、前記各低圧放電灯から前記照射対象までの照射距離を、前記各低圧放電灯の配列間隔に対して１．５倍乃至３倍の範囲内に設定するとともに、少なくとも、前記低圧放電灯の長さ方向の両端側に対応する前記照射領域の両端部に、前記低圧放電灯から前記照射領域外に向けて放射される光を反射する側面反射板を設けたものである。

本発明の光源装置によれば、低圧放電灯の長さ方向の有効照射範囲を限界付近まで利用して照射対象を近距離から露光する場合においても、照射領域全域に渡って十分な均斉度を実現することができる。

紫外線照射装置の概略構成を示す分解斜視図 紫外線照射装置を低圧放電灯の配列方向に沿って示す要部断面図 紫外線照射装置を低圧放電灯の長さ方向に沿って示す要部断面図 光源ユニットの要部を下方から見た平面図 低圧放電灯の長さ方向に沿う相対輝度分布を示す図表 （ａ）は照射領域内の照度分布を示す図表であって（ｂ）は低圧放電灯の配列方向及び長さ方向に沿う紫外線照度曲線を示す図表 本実施形態の比較例に係る紫外線照射装置を低圧放電灯の配列方向に沿って示す要部断面図 本実施形態の比較例に係り、（ａ）は照射領域内の照度分布を示す図表であって（ｂ）は低圧放電灯の配列方向及び長さ方向に沿う紫外線照度曲線を示す図表 本実施形態の比較例に係る紫外線照射装置を低圧放電灯の配列方向に沿って示す要部断面図 本実施形態の比較例に係り、（ａ）は照射領域内の照度分布を示す図表であって（ｂ）は低圧放電灯の配列方向及び長さ方向に沿う紫外線照度曲線を示す図表

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。
図１において、符号１は光源装置の一例としての紫外線照射装置を示し、この紫外線照射装置１は、例えば、大画面テレビジョン装置用の液晶パネル１００の配向膜形成工程等に好適に用いられるものである。ここで、本実施形態の紫外線照射装置１は、例えば、図１乃至図３に示すように、ステージ１０１上に載置された２×２個の比較的大型な液晶パネル１００に対して同時に紫外線を照射するためのものである。従って、この紫外線照射装置１のステージ１０１上に設定される照射領域Ａとしては、広範な領域が設定されており、本実施形態において、具体的には、一方（Ｘ方向）の辺の長さｘ０＝２５００［ｍｍ］、他方（Ｙ方向）の辺の長さｙ０＝２２００［ｍｍ］の矩形領域が設定されている。

紫外線照射装置１は、光源ユニット１０を有する。光源ユニット１０は、例えば、平面視略矩形形状をなす枠体１１の下面側に、光源として複数（例えば、４４本）の低圧放電灯１５が架設されて要部が構成されている。

具体的に説明すると、本実施形態において、低圧放電灯１５は、例えば、１１０［Ｗ］の紫外線放射型熱陰極低圧水銀ランプで構成されている。この低圧放電灯１５は、例えば、全長２３６７［ｍｍ］、有効発光長２３２０［ｍｍ］の長尺な直管形の放電灯で構成され、両端部に口金１６を有する。また、一対の口金１６間に形成されるランプバルブ１７は、例えば、外径３８［ｍｍ］、厚さ０．８５［ｍｍ］のガラス管で構成されている。ランプバルブ１７の内周には、例えば、電子線励起によって紫外線光を発光する蛍光体層１８が形成されている。この蛍光体層１８は、例えば、ランプバルブ１７内に蛍光体溶液を流し込むことによって塗布した蛍光体を、乾燥、焼成等することにより形成されている。従って、蛍光体層１８は、一端側から他端側にかけて、その膜厚及び組成について所定の勾配を有する。そして、この膜厚等の勾配により、例えば、図５に示すように、低圧放電灯１５は、長さ方向の相対輝度に勾配を有し、一端側の輝度が他端側の輝度よりも相対的に高くなっている。ここで、このような輝度勾配を有する低圧放電灯１５において、高輝度側と低輝度側とを容易に識別可能とするため、本実施形態の低圧放電灯１５は、例えば、高輝度側の端部に、識別用マーク１９が付されている。

枠体１１は、中央が矩形に開口した略平板状の部材で構成されている。この枠体１１において、互いに対向する一対の辺部は配線基板１２として構成され、これら配線基板１２の下面には、互いに対向する複数対（例えば、４４対）のソケット１３が等ピッチＰ毎に配置されている。ここで、各ソケット１３の配列間隔（ピッチ）Ｐは、例えば、５８［ｍｍ］に設定されている。

そして、各対のソケット１３に各対の口金１６がそれぞれ嵌合され、枠体１１の下面側に各低圧放電灯１５が等ピッチＰ（例えば、Ｐ＝５８［ｍｍ］）毎に平行配置されることにより、光源ユニット１０が構成される。この場合において、低圧放電灯１５自体の長さ方向の輝度勾配に起因する照度の偏りを防止するため、例えば、図４に示すように、各低圧放電灯１５は、低輝度側の端部と高輝度側の端部とが交互に配置されるようソケット１３に取り付けられる。

このように構成された光源ユニット１０は、露光時においては、照射対象としてステージ１０１上に載置された液晶パネル１００に対し、近接する位置で対向配置される。

この場合における照射距離（低圧放電灯１５の下端から液晶パネル１００（照射対象）までの距離）ｄは、例えば、各低圧放電灯１５の配列間隔（ピッチ）Ｐとの関係に基づいて規定されている。すなわち、照射距離ｄは、低圧放電灯１５の配列間隔との関係において、例えば、ある低圧放電灯１５の低輝度側の端部から液晶パネル１００への照射光に起因する照度のリップルを、隣接する低圧放電灯１５の高輝度側の端部からの照射光による補完によって低減可能な距離に設定されている。より具体的には、照射距離ｄは、各低圧放電灯１５の配列間隔Ｐに対して１．５倍乃至３倍の範囲内に設定されていることが望ましく、各低圧放電灯１５の配列間隔Ｐが５８［ｍｍ］に設定されている本実施形態において、照射距離ｄは、例えば、１１０［ｍｍ］に設定されている。

ここで、上述の光源ユニット１０において、配列方向の両端部に位置する各２本〜４本程度の低圧放電灯１５を、他の低圧放電灯１５よりも相対的に液晶パネル１００側にオフセットさせることも可能である。このオフセットは、上述した各低圧放電灯１５の配列間隔Ｐと照射距離ｄとの所定の関係を維持する範囲内で行われることが好ましく、本実施形態においては、例えば、図２に示すように、配列方向両端部に位置する各２本の低圧放電灯１５が、オフセット量Δｄ＝５［ｍｍ］だけオフセットされている。

また、紫外線照射装置１は、光源ユニット１０の露光側に、反射枠２０を有する。この反射枠２０は、低圧放電灯１５の長さ方向の両端側に対応する照射領域Ａの両端部（図１のＸ方向両端部）に配設された第１の側面反射板２１と、低圧放電灯１５の配列方向の両端側に対応する照射領域Ａの両端部（図１のＹ方向の両端部）に配設された第２の側面反射板２２とを有し、これらが一体に連結されて要部が構成されている。この反射枠２０は、例えば、ステージ１０１に対し、光源ユニット１０と一体に昇降動作するよう構成され、露光時にステージ１０１上に降下されると、各低圧放電灯１５とステージ１０１との間隙において、照射領域Ａを囲繞する。

また、紫外線照射装置１は、光源ユニット１０の反露光側に、反射板２５を有する。この反射板２５は、例えば、８５％程度の反射率を有する平面視略矩形形状のアルミニウム板で構成され、光源ユニット１０の上側において、枠体１１の開口部を閉塞する位置に配置されている。この反射板２５は、例えば、ステージ１０１に対し、光源ユニット１０と一体に昇降動作するよう構成され、露光時に、各低圧放電灯１５から反露光側に放射された光を反射して、液晶パネル１００側へと導く。

このような実施形態によれば、相対的に低輝度側の端部と高輝度側の端部とが交互に配置されるよう各低圧放電灯１５を配置することにより、低圧放電灯１５自身による輝度勾配の影響を低減して照射領域Ａの均斉度を向上することができる。その上で、各低圧放電灯１５の配列間隔Ｐと各低圧放電灯１５から液晶パネル１００までの照射距離ｄとの関係を、低輝度側の端部から液晶パネル１００への照射光を隣接する高輝度側の端部からの照射光によって補完可能な必要最小限の照射距離ｄに設定するとともに、照射領域Ａを囲繞する反射枠２０によって、低圧放電灯１５から照射領域Ａ外に向けて放射される光を反射することにより、低圧放電灯１５の長さ方向の有効照射範囲を限界付近まで利用して液晶パネル１００を近距離から露光する場合においても、当該低圧放電灯１５を可能な限り液晶パネル１００側に接近させつつ、反射枠２０による反射光を照度の均斉化に有効に寄与させ、照射領域Ａ全域に渡って十分な均斉度を実現することができる。

その際、光源ユニット１０上の配列方向の各両端部に位置する低圧放電灯１５を、他の低圧放電灯１５よりも相対的に液晶パネル１００側にオフセットさせることにより、特に、照射領域Ａのコーナ部における均斉度をより効率的に向上させることができる。

また、光源ユニット１０の反露光側に反射板２５を配設し、この反射板２５によって各低圧放電灯１５からの放射光を液晶パネル１００側に反射することにより、各低圧放電灯１５から反露光側（上側）に放射される光を有効利用して、液晶パネル１００に対する露光時の平均照度を向上させることができる。

これにより、図６（ａ），（ｂ）に示すように、照射領域Ａのコーナ部等においても暗部を発生させることなく、照射領域Ａ全域に渡って十分な均斉度を実現することができる。

ここで、上述の構成において、照射領域Ａ上で得られる最小照度は６．９６３３ｅ^−６［Ｗ／ｍｍ^２］であり、最大照度は８．７１６０ｅ^−６［Ｗ／ｍｍ^２］である。そして、これらを用いて以下の（１）式から求まる均斉度は１１．２％となる。

均斉度＝（（最大照度−最小照度）／（最大照度＋最小照度））×１００ …（１）
このように、数値上においても、十分に良好な均斉度であることを確認することができる。

ここで、比較例として、例えば、本実施形態の光源装置１から、反射枠２０を省略すると共に、配列方向両端部における低圧放電灯１５のオフセットを廃止した構成の光源装置１Ａを図７に示す。また、図７の光源装置１Ａから、更に、反射板２５を省略した光源装置１Ｂを図９に示す。

図８（ａ），（ｂ）に示すように、図７の光源装置１Ａを用いた露光では、本実施形態による光源装置１を用いた露光に比し、照射領域Ａの縁辺部に沿って顕著な暗部が現出する。この場合において、照射領域Ａ上で得られる最小照度は６．３０２３ｅ^−６［Ｗ／ｍｍ^２］であり、最大照度は９．４３５５ｅ^−６［Ｗ／ｍｍ^２］である。そして、これらを用いて（１）式から求まる均斉度は１９．９％となり、本実施形態の光源装置１に比べ大幅に悪化する。

その一方で、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、図９の光源装置１Ｂを用いた露光では、照射領域Ａの縁辺部の暗部が比較的軽減され、これにより得られる最小照度は５．８５６７ｅ^−６［Ｗ／ｍｍ^２］であり、最大照度は８．３６２７ｅ^−６［Ｗ／ｍｍ^２］である。そして、これらを用いて（１）式から求まる均斉度は、１７．６％となり、光源装置１Ａに比べて均斉度がやや向上する。しかしながら、この均斉度は、本実施形態による光源装置１には及ばず、しかも、反射板２５の省略によって平均照度についても３％程度低下する。

なお、上述の実施形態で説明した光源装置１では、特に、配列間隔Ｐとの関係に基づいて照射距離ｄを規定した上で、低圧放電灯１５の長手方向の両端側に対応する照射領域Ａの両端部に側面反射板（第１の側面反射板２１）を配設することが、均斉度の向上に最も有効に寄与することが本発明者らによる実験やシミュレーション等によって確認されている。そこで、光源装置１に要求される均斉度等によっては、構造の簡素化等の観点から、第２の側面反射板２２を適宜省略することが可能であり、また、配列方向両端部における低圧放電灯１５のオフセットを適宜廃止することも可能である。

その一方で、上述の実施形態において、照射領域Ａのコーナ部における均斉度の向上を更に効率的に実現するため、配列方向両端部に配置される低圧放電灯１５の配列間隔を、他の配列間隔Ｐよりも小さくしてもよい。

１…紫外線照射装置、１０…光源ユニット、１１…枠体、１２…配線基板、１３…ソケット、１５…低圧放電灯、１６…口金、１７…ランプバルブ、１８…蛍光体層、１９…識別用マーク、２０…反射枠、２１…第１の側面反射板、２２…第２の側面反射板、２５…反射板、１００…液晶パネル、１０１…ステージ、Ａ…照射領域、ｄ…照射距離、Ｐ…配列間隔、Δｄ…オフセット量

Claims (4)

1. 一端側と他端側とで長さ方向の輝度分布に勾配を有する直管形の低圧放電灯を光源として並列に複数配列し、当該複数の低圧放電灯によって照射対象を露光する光源装置であって、
   相対的に低輝度側の端部と高輝度側の端部とが交互に配置されるよう前記各低圧放電灯を配列し、
   前記各低圧放電灯から前記照射対象までの照射距離を、前記各低圧放電灯の配列間隔に対して１．５倍乃至３倍の範囲内に設定するとともに、
   少なくとも、前記低圧放電灯の長さ方向の両端側に対応する前記照射領域の両端部に、前記低圧放電灯から前記照射領域外に向けて放射される光を反射する側面反射板を設けたことを特徴とする光源装置。
2. 複数の前記低圧放電灯の配列方向の両端側に対応する前記照射領域の両端部に、前記低圧放電灯から前記照射領域外に向けて放射される光を反射する側面反射板を設けたことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記低圧放電灯から反露光側に向けて放射される光を反射する反射板を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
4. 前記配列の端部に位置する前記低圧放電灯を、他の前記低圧放電灯よりも相対的に前記照射対象側にオフセットさせたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光源装置。