JP6012583B2 - Light irradiation device - Google Patents
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Description
本発明は、円柱状のドラムの外周面の一部分に沿って密着して移動するシート状の照射対象物に光を照射する光照射装置であって、特に複数の異なる波長の光を照射可能な光照射装置に関する。 The present invention is a light irradiation device that irradiates light to a sheet-like irradiation object that moves in close contact along a part of the outer peripheral surface of a cylindrical drum, and in particular, can irradiate light having a plurality of different wavelengths. The present invention relates to a light irradiation apparatus.
従来、ガラス基板、プラスチック基板又はフィルム基板上に所定のパターンや微細構造を形成するために紫外線硬化樹脂が広く使用されている。このような紫外線硬化樹脂は、例えば波長365nm付近の紫外光の照射によって硬化するように設計されており、紫外線硬化樹脂の硬化には、紫外光を照射する光照射装置(いわゆる紫外線照射装置)が用いられる。 Conventionally, an ultraviolet curable resin has been widely used to form a predetermined pattern or fine structure on a glass substrate, a plastic substrate, or a film substrate. Such an ultraviolet curable resin is designed to be cured by, for example, irradiation with ultraviolet light having a wavelength of around 365 nm. For curing of the ultraviolet curable resin, a light irradiation device that irradiates ultraviolet light (so-called ultraviolet irradiation device) is used. Used.
基板上に微細構造を形成する技術としては、ナノインプリント法が挙げられる。ナノインプリント法は、基板表面にナノサイズの微細構造パターンを生成する上で非常に優れており、特に量産性や離型性の観点から、微細構造パターンを転写複製するために、ロール形状のモールドを使用する構成が提案されている。このような構成のパターン形成装置は、例えば、特許文献1に記載されている。
An example of a technique for forming a fine structure on a substrate is a nanoimprint method. The nanoimprint method is very excellent in generating a nano-sized fine structure pattern on the substrate surface. In particular, from the viewpoint of mass productivity and releasability, a roll-shaped mold is used to transfer and reproduce the fine structure pattern. A configuration to use is proposed. A pattern forming apparatus having such a configuration is described in
特許文献1に記載のパターン形成装置は、表面に紫外線硬化樹脂が塗布されたフィルムを、外周面上に微細構造パターンが形成されたロール形状のモールドに巻き付け、光照射装置からモールドの外周面に対して紫外光を照射して樹脂を硬化させた後、モールドから引き離すことで、フィルム上に微細構造パターンを連続して(繰り返して)転写している。
In the pattern forming apparatus described in
このような方法で得られる微細構造パターンの転写品質は、紫外光による樹脂の硬化工程によって決まるため、転写品質を向上させるためには(つまり、正確な微細構造パターンを得るためには)、フィルムがモールドに密着している状態の時に確実に樹脂を硬化させることが要求される。そこで、より確実に樹脂を硬化させるために、複数の波長の紫外光を照射させる構成も提案されている(例えば、特許文献2)。 Since the transfer quality of the fine structure pattern obtained by such a method is determined by the resin curing process using ultraviolet light, in order to improve the transfer quality (that is, to obtain an accurate fine structure pattern), a film It is required to cure the resin surely when it is in close contact with the mold. Therefore, in order to cure the resin more reliably, a configuration in which ultraviolet light having a plurality of wavelengths is irradiated has been proposed (for example, Patent Document 2).
特許文献2に記載のパターン形成装置は、紫外線硬化樹脂を基板上にライン状に塗布し、これを紫外光によって硬化させる装置であり、先ず短波長の紫外光を照射して樹脂の表面部分のみを硬化させ、次いで、樹脂の内部にまで浸透し易い長波長の紫外光を照射して樹脂の内部を硬化させることで、ライン状に塗布された樹脂を確実に硬化させている。 The pattern forming apparatus described in Patent Document 2 is an apparatus in which an ultraviolet curable resin is applied in a line shape on a substrate and is cured by ultraviolet light. First, only the surface portion of the resin is irradiated by irradiating ultraviolet light with a short wavelength. Next, the resin coated in a line is surely cured by irradiating ultraviolet light having a long wavelength that easily penetrates into the resin to cure the interior of the resin.
特許文献1に記載のパターン形成装置のように、ロール形状のモールド(つまり、ドラム)によって微細構造パターンを生成する場合、所望する微細構造パターンや使用するフィルムに応じて、モールド自体を適宜付け替える必要がある。従って、様々な外径のモールドを取り付け可能にし、かつモールドの付け替え作業のスペースを確保するためには、モールドの外周面に対向する光出射面がフラットな形状の光照射装置が求められる。
When a fine structure pattern is generated by a roll-shaped mold (that is, a drum) as in the pattern forming apparatus described in
従って、特許文献1に記載のパターン形成装置に特許文献2に記載の構成(つまり、複数の波長の紫外光を照射させる構成)を適用する場合には、異なる波長の紫外光を出射する光学ユニットをモールドの外周面に対してフラットに並べるのが望ましい。
Accordingly, when the configuration described in Patent Document 2 (that is, the configuration in which ultraviolet light having a plurality of wavelengths is irradiated) is applied to the pattern forming apparatus described in
しかしながら、異なる波長の光学ユニットをモールドの外周面に対してフラットに並べると、各光学ユニットからモールドまでの距離がそれぞれ異なることとなり、モールド上の樹脂には波長毎にピーク強度が異なった紫外光が入射する。このように、波長毎にピーク強度の異なる紫外光が樹脂に入射した場合、樹脂の硬化は、ピーク強度の低い紫外光の影響を受け、微細構造パターンが精度良く転写されず、転写品質および製品の信頼性が著しく低下するといった問題があった。また、ピーク強度の低い紫外光に合わせて、転写速度を遅くし、積算光量を増加させることによって、転写品質を向上させることも可能であるが、この方法では生産効率が著しく低下するといった問題があった。 However, if optical units with different wavelengths are arranged flat with respect to the outer peripheral surface of the mold, the distance from each optical unit to the mold will be different, and the resin on the mold will have ultraviolet light with different peak intensity for each wavelength. Is incident. In this way, when ultraviolet light with different peak intensities for each wavelength is incident on the resin, the curing of the resin is affected by the ultraviolet light with low peak intensity, and the fine structure pattern is not accurately transferred. There was a problem that the reliability of the remarkably deteriorated. It is also possible to improve the transfer quality by slowing the transfer speed and increasing the integrated light amount in accordance with the ultraviolet light having a low peak intensity. However, this method has a problem that the production efficiency is remarkably lowered. there were.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、異なる波長の紫外光を出射する光学ユニットをモールド(つまり、ドラム)の外周面に対してフラットに並べた構成を採りつつも、各波長間でピーク強度が揃った紫外光を出射可能な光照射装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to arrange optical units that emit ultraviolet light of different wavelengths in a flat manner with respect to the outer peripheral surface of a mold (that is, a drum). It is to provide a light irradiation apparatus that can emit ultraviolet light having a uniform peak intensity between wavelengths while adopting the above-described configuration.
上記目的を達成するため、本発明の光照射装置は、円柱状のドラムの外周面の一部分に沿って密着して移動するシート状の照射対象物に光を照射する光照射装置であって、基板上にドラムの中心軸と平行な第1方向に沿って第1の所定間隔をおいてn個(nは2以上の整数)、第1方向と直交する第2方向に沿って第2の所定間隔をおいてm列(mは1以上の整数)に並べられ、基板面と直交する第3方向に光軸の向きを揃えて配置された複数の発光素子からなる光源部と、複数の発光素子の光軸を第2方向から挟むように第1方向及び第3方向に延び、反射面が対向するように配置された矩形状の一対の反射ミラーとを有し、光源部からの光を一対の反射ミラーで導光し、ドラムの外周面の一部分に対して所定の拡がり角及び光量の光を出射する光学ユニットを複数備え、複数の光学ユニットは、N種類(Nは2以上の整数)の異なる波長の光を出射するN×M個(Mは1以上の整数)の光学ユニットより成り、N×M個の光学ユニットの各出射面は、第1方向と第2方向とによって規定される所定の基準平面上に配置されており、各光学ユニットから出射される光のピーク強度が照射対象物上でそれぞれ略等しくなるように、各光学ユニットの一対の反射ミラー間の距離が、光軸の基準平面からドラムの外周面までの距離に基づいて設定されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the light irradiation apparatus of the present invention is a light irradiation apparatus that irradiates light to a sheet-like irradiation object that moves in close contact along a part of the outer peripheral surface of a cylindrical drum, On the substrate, n (n is an integer of 2 or more) at a first predetermined interval along a first direction parallel to the central axis of the drum, and a second along a second direction orthogonal to the first direction. A light source unit composed of a plurality of light emitting elements arranged in m rows (m is an integer equal to or greater than 1) at a predetermined interval and arranged in a third direction orthogonal to the substrate surface with the optical axes aligned; A pair of rectangular reflecting mirrors extending in the first direction and the third direction so as to sandwich the optical axis of the light emitting element from the second direction and arranged so that the reflecting surfaces face each other, and light from the light source unit Is guided by a pair of reflecting mirrors, and emits light with a predetermined divergence angle and light quantity to a part of the outer peripheral surface of the drum. A plurality of optical units, and each of the plurality of optical units includes N × M (M is an integer of 1 or more) optical units that emit light of N types (N is an integer of 2 or more). Each exit surface of the × M optical units is arranged on a predetermined reference plane defined by the first direction and the second direction, and the peak intensity of the light emitted from each optical unit is the object to be irradiated. The distance between the pair of reflecting mirrors of each optical unit is set based on the distance from the reference plane of the optical axis to the outer peripheral surface of the drum so as to be substantially equal to each other.
このような構成によれば、N×M個の光学ユニットをドラムの外周面に対してフラットに並べた構成となるが、各光学ユニットの一対の反射ミラー間の距離が、光軸の基準平面からドラムの外周面までの距離に基づいてそれぞれ設定されるため、N種類の各波長間でピーク強度が揃った紫外光を出射することが可能となる。 According to such a configuration, N × M optical units are arranged flat with respect to the outer peripheral surface of the drum, but the distance between the pair of reflecting mirrors of each optical unit is the reference plane of the optical axis. Therefore, it is possible to emit ultraviolet light having uniform peak intensities among the N types of wavelengths.
また、N×M個の光学ユニットのうち、光軸の基準平面からドラムの外周面までの距離が最も長い光学ユニットを第1番目の光学ユニットとして、第2方向に沿って順番に第1番目から第N×M番目の光学ユニットを定めたとき、第i番目(iは、1以上N×M以下の整数)の光学ユニットの一対の反射ミラー間の距離をaiとし、光軸の基準平面からドラムの外周面までの距離をbiとし、光源部の第2方向のサイズをcとし、第2方向の両端に位置する反射ミラー間の距離をdとし、ドラムの直径をeとしたときに、下式(1)、(2)及び(3)を満たすことが望ましい。
ai>c ・・・(1)
ai×bi=k(kは所定の定数) ・・・(2)
d<e ・・・(3)
Also, among the N × M optical units, the optical unit having the longest distance from the reference plane of the optical axis to the outer peripheral surface of the drum is set as the first optical unit, and the first optical unit in order along the second direction. , The distance between the pair of reflecting mirrors of the i-th optical unit (i is an integer of 1 to N × M) is defined as a i , and the optical axis reference The distance from the plane to the outer peripheral surface of the drum is b i , the size of the light source part in the second direction is c, the distance between the reflecting mirrors located at both ends in the second direction is d, and the diameter of the drum is e. Sometimes it is desirable to satisfy the following expressions (1), (2) and (3).
a i > c (1)
a i × b i = k (k is a predetermined constant) (2)
d <e (3)
また、N×M個の光学ユニットのうち、光軸の基準平面からドラムの外周面までの距離が最も長い光学ユニットを第1番目の光学ユニットとして、第2方向に沿って順番に第1番目から第N×M番目の光学ユニットを定めたとき、第2方向の両端に位置する各反射ミラーの先端部からドラムの外周面の近傍に略平行に延び、第1番目及び第N×M番目の光学ユニットから出射される光をそれぞれ反射する一対の延長ミラーを備え、第1番目の光学ユニットの一対の反射ミラー間の距離をa1とし、第1番目の光学ユニットの光軸の基準平面からドラムの外周面までの距離をb1とし、第N×M番目の光学ユニットの一対の反射ミラー間の距離をa(N×M)とし、第N×M番目の光学ユニットの光軸の基準平面からドラムの外周面までの距離をb(N×M)とし、第i番目(iは、2以上(N×M−1)以下の整数)の光学ユニットの一対の反射ミラー間の距離をaiとし、第i番目の光学ユニットの光軸の基準平面からドラムの外周面までの距離をbiとし、光源部の第2方向のサイズをcとし、第2方向の両端に位置する反射ミラー間の距離をdとし、ドラムの直径をeとしたときに、下式(4)、(5)及び(6)を満たすことが望ましい。
a1、a(N×M)、ai>c ・・・(4)
a1×b1/2=a(N×M)×b(N×M)/2=ai×bi=k(kは所定の定数)
・・・(5)
d≦e ・・・(6)
Also, among the N × M optical units, the optical unit having the longest distance from the reference plane of the optical axis to the outer peripheral surface of the drum is set as the first optical unit, and the first optical unit in order along the second direction. To the N × M-th optical unit, the first and N × M-th optical units extend substantially parallel to the vicinity of the outer peripheral surface of the drum from the tip of each reflecting mirror located at both ends in the second direction. a pair of extension mirrors for reflecting the light emitted from the optical unit, respectively, the distance between the pair of reflecting mirrors of the first optical unit and a 1, a reference plane of the optical axis of the first optical unit The distance from the outer peripheral surface of the drum to b 1 is b 1 , the distance between the pair of reflecting mirrors of the N × Mth optical unit is a (N × M), and the optical axis of the N × Mth optical unit is The distance from the reference plane to the outer peripheral surface of the drum And (N × M), the i-th (i is 2 or more (N × M-1) an integer) the distance between the pair of reflecting mirrors of the optical unit and a i, of the i-th optical unit The distance from the reference plane of the optical axis to the outer peripheral surface of the drum is b i , the size of the light source section in the second direction is c, the distance between the reflecting mirrors located at both ends in the second direction is d, and the diameter of the drum It is desirable to satisfy the following expressions (4), (5) and (6), where e is e.
a 1 , a (N × M) , a i > c (4)
a 1 × b 1/2 = a (N × M) × b (N × M) / 2 = a i × b i = k (k is a predetermined constant)
... (5)
d ≦ e (6)
また、N×M個の光学ユニットの各出射面は、第2方向に沿って等間隔に配置されていることが望ましい。 In addition, it is desirable that the emission surfaces of the N × M optical units are arranged at equal intervals along the second direction.
また、N×M個の光学ユニットは、照射対象物が該照射対象物の移動に伴って、短波長から長波長の光を順番に受光するように、波長毎にグループ化されて配置されていることが望ましい。このような構成によれば、照射対象物の表面に紫外線硬化樹脂が塗布されている場合、当該紫外線硬化樹脂の表面を硬化させた後にその内部を硬化させることができる。 In addition, the N × M optical units are arranged in groups for each wavelength so that the irradiation object receives light from a short wavelength to a long wavelength in order as the irradiation object moves. It is desirable. According to such a structure, when the ultraviolet curable resin is apply | coated to the surface of the irradiation target object, the inside can be hardened after hardening the surface of the said ultraviolet curable resin.
また、複数の発光素子は、略正方形状の発光面を有するLED(Light Emitting Diode)であり、該発光面の2辺が第1方向と平行となるように配置されていることが望ましい。 The plurality of light emitting elements are LEDs (Light Emitting Diodes) having a substantially square light emitting surface, and it is desirable that the two sides of the light emitting surface are arranged in parallel to the first direction.
また、複数の発光素子は、略正方形状の発光面を有するLEDであり、該発光面の一方の対角線が第1方向と平行となるように配置されていることが望ましい。このような構成によれば、LEDから出射される光とLEDに隣接するLEDから出射される光とが第1方向及び第2方向において互いにオーバーラップするため、照射対象物上でさらに均一な光量分布が得られる。 The plurality of light emitting elements are LEDs having a substantially square light emitting surface, and it is desirable that one diagonal line of the light emitting surface is parallel to the first direction. According to such a configuration, the light emitted from the LED and the light emitted from the LED adjacent to the LED overlap each other in the first direction and the second direction. Distribution is obtained.
また、mは、2以上であり、複数の発光素子のうち、第2方向のv列目(vは、1以上(m−1)以下の整数)の発光素子は、(v+1)列目の発光素子に対して、第1の所定間隔の1/2の距離だけ第1方向にずれて配置されていることが望ましい。このような構成によれば、v列目の各ライン状の光と(v+1)列目の各ライン状の光とが互いに光量分布の低くなる部分打ち消し合うため、照射対象物上で第1方向に略均一な光量分布が得られる。 In addition, m is 2 or more, and among the plurality of light emitting elements, the light emitting elements in the second column in the second direction (v is an integer of 1 to (m−1)) are in the (v + 1) th column. It is desirable that the light emitting elements are arranged so as to be shifted in the first direction by a distance that is ½ of the first predetermined interval. According to such a configuration, each line-shaped light in the v-th column and each line-shaped light in the (v + 1) -th column cancel each other partially in the light amount distribution, so that the first direction on the irradiation object A substantially uniform light amount distribution can be obtained.
また、発光素子が、少なくとも1つ以上のLEDチップを有する構成とすることが望ましい。 Further, it is desirable that the light emitting element has at least one LED chip.
また、N種類の異なる波長の光は、照射対象物の表面に塗布された紫外線硬化型樹脂に作用する波長を含む光であることが望ましい。 Moreover, it is desirable that the light of N different wavelengths is light including a wavelength that acts on the ultraviolet curable resin applied to the surface of the irradiation object.
また、一対の反射ミラーは、第2方向から見たときに、それぞれ矩形状の形状を有していることが望ましい。 In addition, it is desirable that each of the pair of reflection mirrors has a rectangular shape when viewed from the second direction.
以上のように、本発明の光照射装置によれば、異なる波長の紫外光を出射する光学ユニットをドラムの外周面に対してフラットに並べた構成でありながらも、各波長間でピーク強度が揃った紫外光をドラムに対して出射することが可能となる。 As described above, according to the light irradiation device of the present invention, the optical units that emit ultraviolet light having different wavelengths are arranged flat with respect to the outer peripheral surface of the drum, but the peak intensity between the wavelengths is high. It is possible to emit uniform ultraviolet light to the drum.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part in a figure, and the description is not repeated.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光照射装置100の正面図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係る光照射装置100の左側面図である。また、図3は、図1のAで示す領域の拡大図である。本実施形態の光照射装置100は、パターン形成装置等(以下、「本体装置」という。)に組み込まれて、照射対象物の表面に塗布された紫外線硬化樹脂を硬化させる装置であり、後述するように、本体装置に配置されたドラムの外周面の一部分に沿って密着して移動するシート状の照射対象物に光を照射する。本体装置に配置されるドラムは、所望する微細構造パターンや使用するフィルムの特性・仕様に応じて、交換可能に構成されており、図2に示すように、本実施形態の光照射装置100は、大径ドラムD1に沿って密着して移動するシート状の照射対象物P1や小径ドラムD2に沿って密着して移動するシート状の照射対象物P2に光を照射する。なお、図2に示すように、本実施形態においては、照射対象物P1、P2は、大径ドラムD1、D2上を矢印の方向に(つまり、反時計回りに)一定速度で移動するものとして以下説明する。また、本明細書においては、大径ドラムD1及び小径ドラムD2を総称して「ドラム」といい、照射対象物P1及びP2を総称して「照射対象物」という。
(First embodiment)
FIG. 1 is a front view of a
図1〜3に示すように、光照射装置100は、大径ドラムD1の中心軸O1(図1において不図示)及び小径ドラムD2の中心軸O2に沿って平行に延びる矩形状の基板101と、該基板101上に等間隔に並べて配置され、それぞれライン状の紫外光を出射する第1LED(Light Emitting Diode)ユニット110、第2LEDユニット120及び第3LEDユニット130と、カバーガラス105等を備えている。なお、実際の光照射装置100においては、基板101、第1LEDユニット110、第2LEDユニット120、第3LEDユニット130及びカバーガラス105は、ケース(不図示)に収容されて固定されているが、図1〜3においては、図面を見易くするためにケースを省略して示している。なお、本明細書においては、光照射装置100の基板101の長手方向をX軸方向(第1方向)、短手方向をY軸方向(第2方向)、X軸及びY軸と直交する方向(すなわち、基板101の表面に垂直な方向)をZ軸方向(第3方向)と定義し説明する。
As shown in FIGS. 1-3, the
また、本実施形態の第1LEDユニット110、第2LEDユニット120及び第3LEDユニット130(以下、これらを総称して「LEDユニット」という場合がある。)は、各LEDユニットが出射する紫外光の波長と、各LEDユニットが有する一対の反射ミラー(詳細は後述)の間隔が異なるものの、その他の構成については共通するため、以下、代表して第1LEDユニット110の構成を主に説明する。
In addition, the
第1LEDユニット110は、X軸方向に延びる基板101上に配置される光源部112と、光源部112をY軸方向から挟むように配置され、X軸方向に長く延びる一対の反射ミラー114a、114bとを備えている。
The
図1及び図3に示すように、本実施形態の第1LEDユニット110の光源部112は、中心部に正方形状の発光面113aを有する、6.8mm(X軸方向長さ)×6.8mm(Y軸方向長さ)の矩形の複数のLED素子(発光素子)113から構成されている。本実施形態のLED素子113は、その2辺がX軸方向に平行となるような向きで、2列(Y軸方向)×85個(X軸方向)の2次元正方格子状に基板101上に配置され、基板101と電気的に接続されている。基板101は、ガラスエポキシ樹脂、セラミックス等から成る電子回路基板であり、不図示のLED駆動回路に接続されており、各LED素子113には、基板101を介してLED駆動回路からの駆動電流が供給されるようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
図3に示すように、本実施形態のLED素子113は、その内部に正方格子状に配置された4つのLEDチップ113bを備えている。各LED素子113に駆動電流が供給されると、各LEDチップ113bが駆動電流に応じた光量で発光し、各LED素子113からは所定の光量の紫外光が出射される。なお、本実施形態においては、各LEDチップ113bは、LED駆動回路から駆動電流の供給を受けて、波長365nmの紫外光を出射するように構成されている。つまり、各LED素子113からは波長365nmの紫外光が所定の光量で出射されるようになっている。
As shown in FIG. 3, the
なお、本実施形態の各LED素子113は、略一様な光量の紫外光を出射するように各LED素子113に供給される駆動電流が調整されており、第1LEDユニット110から出射されるライン状の紫外光は、X軸方向において略均一な光量分布を有している。また、図3に示すように、本実施形態においては、各LEDモジュール110のX軸方向のピッチPH、及びY軸方向のピッチPVは、共に約8mmに設定されている。
In addition, the drive current supplied to each
一対の反射ミラー114a、114bは、それぞれX―Z平面上に配置され、光源部112から出射された紫外光を導光するミラーであり、反射面を内側に向け(つまり、反射面が対向し)、光源部112をY軸方向から挟むように、間隔a1を空けて平行に配置されている(図3)。また、図2に示すように、X軸方向から見たときに、一対の反射ミラー114a、114bの基端側は、光源部112に近接して配置され、先端側は、カバーガラス105に近接して配置されており、光源部112から出射された紫外光は、一対の反射ミラー114a、114bによって導光され、カバーガラス105から(つまり、第1LEDユニット110から)は、Z軸方向に所定の拡がり角を有し、X軸に平行なライン状の紫外光が出射される。なお、上述のように、本実施形態の一対の反射ミラー114a、114bは、X軸方向に平行に配置されているため、カバーガラス105から出射される紫外光のZ軸方向の拡がり角は、LED素子113から出射される紫外光のZ軸方向の拡がり角と略等しく、本実施形態においては、Z軸方向を0°として±約50°の拡がり角の紫外光が出射されるようになっている。なお、図2のAX1は、第1LEDユニット110の光軸(つまり、第1LEDユニット110から出射される紫外光の光路中心)を示している。また、詳細は後述するが、第1LEDユニット110の一対の反射ミラー114a、114bの間隔a1は、第2LEDユニット120の一対の反射ミラー124a、124bの間隔a2よりも狭く設定されている(図3)。
The pair of reflecting
上述したように、第2LEDユニット120は、第1LEDユニット110と同様の構成であり、第1LEDユニット110からY軸方向に所定の距離をおいて配置されている。第2LEDユニット120は、基板101上に配置される光源部122と、光源部122をY軸方向から挟むように配置され、X軸方向に長く延びる一対の反射ミラー124a、124bとを備えている。光源部122も、光源部112と同様、2列(Y軸方向)×85個(X軸方向)のLED素子123から構成されているが、各LED素子123(つまり、光源部122)からは波長405nmの紫外光が出射されるように構成されている点で、光源部112とは異なっている。つまり、光源部122から出射される波長405nmの紫外光は、一対の反射ミラー124a、124bによって導光され、カバーガラス105から(つまり、第2LEDユニット120から)は、Z軸方向に±約50°の拡がり角を有し、X軸に平行なライン状の紫外光が出射される。なお、図2のAX2は、第2LEDユニット120の光軸(つまり、第2LEDユニット120から出射される紫外光の光路中心)を示している。また、詳細は後述するが、第2LEDユニット120の一対の反射ミラー124a、124bの間隔a2は、第1LEDユニット110の一対の反射ミラー114a、114bの間隔a1、及び第3LEDユニット130の一対の反射ミラー134a、134bの間隔a3よりも広く設定されている(図3)。また、一般に、紫外光とは、波長360〜400nmまでの光をいうが、本明細書においては、波長405nmの波長の光も紫外光に含まれるものとする。
As described above, the
また、第3LEDユニット130も、第1LEDユニット110及び第2LEDユニット120と同様の構成であり、第2LEDユニット120からY軸方向に所定の距離をおいて配置されている。第3LEDユニット130は、基板101上に配置される光源部132と、光源部132をY軸方向から挟むように配置され、X軸方向に長く延びる一対の反射ミラー134a、134bとを備えている。光源部132も、光源部112、122と同様、2列(Y軸方向)×85個(X軸方向)のLED素子133から構成されているが、各LED素子133(つまり、光源部132)からは波長385nmの紫外光が出射されるように構成されている点で、光源部112、122とは異なっている。つまり、光源部132から出射される波長385nmの紫外光は、一対の反射ミラー134a、134bによって導光され、カバーガラス105から(つまり、第3LEDユニット130から)は、Z軸方向に±約50°の拡がり角を有し、X軸に平行なライン状の紫外光が出射される。なお、図2のAX3は、第3LEDユニット130の光軸(つまり、第3LEDユニット130から出射される紫外光の光路中心)を示している。また、詳細は後述するが、第3LEDユニット130の一対の反射ミラー134a、134bの間隔a3は、第2LEDユニット120の一対の反射ミラー124a、124bの間隔a2よりも狭く、第1LEDユニット110の一対の反射ミラー114a、114bの間隔a1と略等しくなるように設定されている(図3)。
The
このように、本実施形態の第1LEDユニット110、第2LEDユニット120及び第3LEDユニット130は、Y軸方向に沿って等間隔に配置され、それぞれ異なる波長の紫外光をZ軸方向に沿って平行に出射するように構成されている。従って、第1LEDユニット110、第2LEDユニット120及び第3LEDユニット130の光路上に配置されたドラムの外周面に沿って密着して移動するシート状の照射対象物には、異なる波長の紫外光が順番に照射される。このため、照射対象物の表面に塗布された紫外線硬化樹脂は、その表面から内部まで確実に硬化する。
Thus, the
また、本実施形態の第1LEDユニット110、第2LEDユニット120及び第3LEDユニット130の各出射面は、X−Y平面(つまり、カバーガラス105)に沿ってフラットに配置されている。このため、外径の異なる様々なドラムに対応することができ、またドラムを交換する際の作業スペースも十分に確保される。
In addition, the emission surfaces of the
しかしながら、本実施形態のように、第1LEDユニット110、第2LEDユニット120及び第3LEDユニット130をY軸方向に沿ってフラットに配置すると、各LEDユニットから照射対象物までの距離が一定とはならないため、各LEDユニットから出射される紫外光の強度を揃えたとしても、照射対象物には波長毎にピーク強度が異なった紫外光が入射することとなる。そこで、本実施形態においては、各LEDユニットと照射対象物(つまり、ドラム)との間の距離に基づいて、各LEDユニットの一対の反射ミラーの間隔を調整することで、かかる問題を解決している。
However, as in the present embodiment, when the
図4は、かかる問題を説明するための図面であり、第1LEDユニット110、第2LEDユニット120及び第3LEDユニット130の一対の反射ミラーを同じ間隔に設定した場合の、光照射装置100の左側面図である。なお、図4においては、説明の便宜上、基板101及び照射対象物P1を省略している。また、図4においては、第1LEDユニット110によって照射される大径ドラムD1の外周面の領域を領域E1(太い実線で示す部分)、第2LEDユニット120によって照射される大径ドラムD1の外周面の領域を領域E2(太い破線で示す部分)、第3LEDユニット130によって照射される大径ドラムD1の外周面の領域を領域E3(太い実線で示す部分)として模式的に示している。
FIG. 4 is a diagram for explaining such a problem, and the left side surface of the
図4においては、第1LEDユニット110、第2LEDユニット120及び第3LEDユニット130は、Y軸方向に32mmの間隔で配置されている。また、一対の反射ミラー114aと114b、124aと124b、134aと134bの間隔は、それぞれ23mmに設定されている。また、大径ドラムD1の直径はφ400mmであり、第2LEDユニット120の光軸AX2が、大径ドラムD1の外周面の法線と略一致するように配置されている。また、第2LEDユニット120の光軸AX2の出射面(つまり、カバーガラス105の先端面)から大径ドラムD1の外周面までの距離(以下、各光軸AX1、AX2、AX3のカバーガラス105の先端面から大径ドラムD1の外周面までの距離を「ワーキングディスタンスWD」という。)は、5.0mmに設定されており、第1LEDユニット110及び第3LEDユニット130のワーキングディスタンスWDは、7.6mmになっている。
In FIG. 4, the
図4中、点線の矢印で示すように、第1LEDユニット110、第2LEDユニット120及び第3LEDユニット130が、Z軸方向に±約50°の拡がり角を有する紫外光をそれぞれ大径ドラムD1の外周面に向けて出射すると、第1LEDユニット110によって大径ドラムD1の外周面の領域E1が照射され、第2LEDユニット120によって大径ドラムD1の外周面の領域E2が照射され、第3LEDユニット130によって大径ドラムD1の外周面の領域E3が照射されるが、上述したように、第2LEDユニット120のワーキングディスタンスWDが最も短いため、領域E2の周方向の長さは、領域E1及び領域E3の周方向の長さよりも短くなる。従って、第1LEDユニット110、第2LEDユニット120及び第3LEDユニット130から同じ強度の紫外光が出射された場合、単位面積当たりの紫外光の強度は、領域E2において最も高くなり、またピーク強度も領域E2において最も高くなる。つまり、第2LEDユニット120から出射される波長405nmの紫外光のピーク強度が、第1LEDユニット110から出射される波長365nmの紫外光のピーク強度、及び第3LEDユニット130から出射される波長385nmの紫外光のピーク強度よりも高くなる。
As shown by the dotted arrows in FIG. 4, the
図5は、図4の大径ドラムD1上における紫外光の強度分布をシミュレーションによって求めた結果である。図5(a)は、各波長の紫外光のX軸方向における強度分布であり、横軸は大径ドラムD1上のX軸方向の位置(600mmの長さの大径ドラムD1の中心位置を0mmとしたときの位置)を示し、縦軸は紫外光の強度(mW/cm2)を示している。また、図5(b)は、大径ドラムD1の周方向における強度分布であり、横軸は大径ドラムD1の外周面の周方向の位置(第2LEDユニット120の光軸AX2が大径ドラムD1の外周面と交わる位置を0mmとしたときの位置)を示し、縦軸は紫外光の強度(mW/cm2)を示している。図5(a)及び(b)に示すように、第2LEDユニット120から出射される波長405nmの紫外光のピーク強度が、第1LEDユニット110から出射される波長365nmの紫外光のピーク強度、及び第3LEDユニット130から出射される波長385nmの紫外光のピーク強度よりも高くなっているのが分かる。
FIG. 5 shows the result of obtaining the intensity distribution of ultraviolet light on the large-diameter drum D1 of FIG. 4 by simulation. FIG. 5A shows the intensity distribution in the X-axis direction of ultraviolet light of each wavelength, and the horizontal axis indicates the position in the X-axis direction on the large-diameter drum D1 (the center position of the large-diameter drum D1 having a length of 600 mm). The position when 0 mm is shown), and the vertical axis shows the intensity of ultraviolet light (mW / cm 2 ). FIG. 5B shows the strength distribution in the circumferential direction of the large-diameter drum D1, and the horizontal axis indicates the circumferential position of the outer peripheral surface of the large-diameter drum D1 (the optical axis AX2 of the
このように、波長毎にピーク強度の異なる紫外光がドラムに照射され、ドラムに密着して配置される照射対象物(図4において不図示)の表面の紫外線硬化樹脂に入射した場合、樹脂の硬化は、ピーク強度の低い紫外光の影響を受け、微細構造パターンが精度良く転写されず、転写品質および製品の信頼性が著しく低下するといった問題が発生する。また、ピーク強度の低い紫外光に合わせて、転写速度を遅くし、積算光量を増加させることによって、転写品質を向上させることも可能であるが、この方法では生産効率が著しく低下するといった問題が発生する。そこで、本実施形態においては、かかる問題を解決するため、各LEDユニットと照射対象物(つまり、ドラム)との間の距離に基づいて、各LEDユニットの一対の反射ミラーの間の距離を調整している。具体的には、領域E1及び領域E3の単位面積当たりの紫外光の強度が、領域E2の単位面積当たりの紫外光の強度と略等しくなるように、一対の反射ミラー114a、114bの間隔a1と、一対の反射ミラー134a、134bの間隔a3を狭め、領域E1及び領域E3の周方向の長さが、領域E2の周方向の長さと略等しくなるように調整している。
As described above, when ultraviolet light having a different peak intensity for each wavelength is irradiated onto the drum and incident on the ultraviolet curable resin on the surface of the irradiation object (not shown in FIG. 4) arranged in close contact with the drum, Curing is affected by ultraviolet light having a low peak intensity, and the fine structure pattern is not accurately transferred, resulting in a problem that transfer quality and product reliability are significantly reduced. It is also possible to improve the transfer quality by slowing the transfer speed and increasing the integrated light amount in accordance with the ultraviolet light having a low peak intensity. However, this method has a problem that the production efficiency is remarkably lowered. Occur. Therefore, in this embodiment, in order to solve such a problem, the distance between the pair of reflecting mirrors of each LED unit is adjusted based on the distance between each LED unit and the irradiation object (that is, the drum). doing. Specifically, the distance a 1 between the pair of reflecting
ここで、領域E1及び領域E3の周方向の長さが、領域E2の周方向の長さと等しくなるための条件を検討すると、先ず、各LEDユニットの光源部から出射される紫外光が全て一対の反射ミラーの間に入る必要があることから、第1LEDユニット110、第2LEDユニット120、第3LEDユニット130の各一対の反射ミラーの間隔をそれぞれa1、a2、a3とし、光源部のY方向のサイズ(つまり、1列目のLED素子の上端から2列目のLED素子の下端までの距離)をcとすると、以下の条件式(7)が導かれる。
a1、a2、a3>c ・・・(7)
Here, considering the conditions for the circumferential lengths of the region E1 and the region E3 to be equal to the circumferential length of the region E2, first, all of the ultraviolet light emitted from the light source unit of each LED unit is a pair. The distance between each pair of reflecting mirrors of the
a 1 , a 2 , a 3 > c (7)
また、各LEDユニットからは同じ拡がり角の紫外光がZ軸方向に平行に出射されることから、各領域E1〜E3の周方向の長さは、各LEDユニットのワーキングディスタンスWDに比例し、かつ各一対の反射ミラーの間隔(つまり、a1〜a3)に比例することとなる。従って、第1LEDユニット110、第2LEDユニット120、第3LEDユニット130のワーキングディスタンスWDをそれぞれb1、b2、b3とすると、以下の条件式(8)が導かれる。
a1×b1=a2×b2=a3×b3=k(kは所定の定数) ・・・(8)
Moreover, since the ultraviolet light of the same divergence angle is emitted in parallel with the Z-axis direction from each LED unit, the circumferential length of each region E1 to E3 is proportional to the working distance WD of each LED unit, and a proportional to spacing between the pair of reflecting mirrors (i.e., a 1 ~a 3). Therefore, when the working distances WD of the
a 1 × b 1 = a 2 × b 2 = a 3 × b 3 = k (k is a predetermined constant) (8)
また、各LEDユニットから出射される紫外光が全てドラムに入射する必要があることから、Y軸方向の両端に位置する反射ミラー間の距離(つまり、第1LEDユニット110の反射ミラー114aと第3LEDユニット130の反射ミラー134bとの間の距離)をdとし、ドラムの直径をeとすると、以下の条件式(9)が導かれる。
d<e ・・・(9)
Further, since all ultraviolet light emitted from each LED unit needs to enter the drum, the distance between the reflection mirrors located at both ends in the Y-axis direction (that is, the
d <e (9)
つまり、条件式(7)、(8)及び(9)を満たすとき、第1LEDユニット110から出射される波長365nmの紫外光のピーク強度、及び第3LEDユニット130から出射される波長385nmの紫外光のピーク強度は、第2LEDユニット120から出射される波長405nmの紫外光のピーク強度と略等しくなる。
That is, when the conditional expressions (7), (8), and (9) are satisfied, the peak intensity of ultraviolet light having a wavelength of 365 nm emitted from the
図6は、図4の構成において、第1LEDユニット110の一対の反射ミラー114a、114bの間隔a1、及び第3LEDユニット130の一対の反射ミラー134a、134bの間隔a3を調整したときの、光照射装置100の左側面図であり、第1LEDユニット110の一対の反射ミラー114a、114bの間隔a1、及び第3LEDユニット130の一対の反射ミラー134a、134bの間隔a3が、上記条件式(7)、(8)及び(9)に基づいて、15mmに設定されている点で図4の構成とは異なっている。つまり、図6の構成においては、領域E1及び領域E3の単位面積当たりの紫外光の強度が、領域E2の単位面積当たりの紫外光の強度と略等しくなるように(つまり、領域E1及び領域E3の周方向の長さが、領域E2の周方向の長さと略等しくなるように)、一対の反射ミラー114a、114bの間隔a1及び一対の反射ミラー134a、134bの間隔a3が調整されている。
FIG. 6 illustrates a case where the distance a 1 between the pair of reflection mirrors 114 a and 114 b of the first
図7は、図6の大径ドラムD1上における紫外光の強度分布をシミュレーションによって求めた結果である。図7(a)は、各波長の紫外光のX軸方向における強度分布であり、横軸は大径ドラムD1上のX軸方向の位置(600mmの長さの大径ドラムD1の中心位置を0mmとしたときの位置)を示し、縦軸は紫外光の強度(mW/cm2)を示している。また、図7(b)は、大径ドラムD1の周方向における強度分布であり、横軸は大径ドラムD1の外周面の周方向の位置(第2LEDユニット120の光軸AX2が大径ドラムD1の外周面と交わる位置を0mmとしたときの位置)を示し、縦軸は紫外光の強度(mW/cm2)を示している。図7(a)及び(b)に示すように、本実施形態の第1LEDユニット110から出射される波長365nmの紫外光のピーク強度、及び第3LEDユニット130から出射される波長385nmの紫外光のピーク強度は、第2LEDユニット120から出射される波長405nmの紫外光のピーク強度と略等しくなっているのが分かる。
FIG. 7 shows the result of the simulation of the intensity distribution of ultraviolet light on the large-diameter drum D1 in FIG. FIG. 7A shows the intensity distribution in the X-axis direction of ultraviolet light of each wavelength, and the horizontal axis indicates the position in the X-axis direction on the large-diameter drum D1 (the center position of the large-diameter drum D1 having a length of 600 mm). The position when 0 mm is shown), and the vertical axis shows the intensity of ultraviolet light (mW / cm 2 ). FIG. 7B shows the strength distribution in the circumferential direction of the large-diameter drum D1, and the horizontal axis indicates the circumferential position of the outer peripheral surface of the large-diameter drum D1 (the optical axis AX2 of the
このように、本実施形態の光照射装置100においては、第1LEDユニット110、第2LEDユニット120及び第3LEDユニット130をY軸方向に沿ってフラットに配置し、かつ第1LEDユニット110の一対の反射ミラー114a、114bの間隔a1、及び第3LEDユニット130の一対の反射ミラー134a、134bの間隔a3を調整することにより、各LEDユニットから出射される紫外光のピーク強度が照射対象物上で略等しくなるように構成されている。従って、本実施形態の光照射装置100をパターン形成装置に適用すれば、生産効率を低下させることなく、微細構造パターンを精度良く転写することができる。
Thus, in the
以上が本実施形態の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。 The above is the description of the present embodiment, but the present invention is not limited to the above configuration, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.
本実施形態においては、第1LEDユニット110の光源部112、第2LEDユニット120の光源部122及び第3LEDユニット130の光源部132は、それぞれ2列(Y軸方向)×85個(X軸方向)のLED素子113、123、133を備えるものとしたが、このような構成に限定されるものではなく、X軸方向に沿って所定間隔をおいてn個(nは2以上の整数)、Y方向に沿って所定間隔をおいてm列(mは1以上の整数)に並べられた構成であればよい。
In the present embodiment, the
本実施形態においては、3つの異なる波長の紫外光を照射する構成としたが、このような構成に限定されるものではなく、本発明はN種類(Nは2以上の整数)の異なる波長の紫外光を照射する光照射装置100に適用することが可能である。また、本実施形態においては、1個の第1LEDユニット110が波長365nmの紫外光を出射し、1個の第2LEDユニット120が波長405nmの紫外光を出射し、1個の第3LEDユニット130が波長385nmの紫外光を出射する構成としたが、このような構成に限定されるものではなく、各波長の紫外光を出射するLEDユニットを複数個で構成してもよい。つまり、本実施形態の光照射装置100は、N種類(Nは2以上の整数)の異なる波長の光を出射するN×M個(Mは1以上の整数)のLEDユニットを備える構成とすることができる。また、この場合において、N×M個のLEDユニットは、Y軸方向に沿って並び、上記条件式(7)、(8)及び(9)を満たす限り、本実施形態と同様の効果を生じ、特に等間隔に並べられる必要はない。つまり、上記条件式(7)、(8)及び(9)は、以下の条件式(10)、(11)及び(12)のように一般化できる。
ai>c ・・・(10)
ai×bi=k(kは所定の定数) ・・・(11)
d<e ・・・(12)
ここで、aiは、N×M個の光学ユニットのうち、ワーキングディスタンスWDが最も長い光学ユニット(つまり、Y軸方向の両端に位置する光学ユニットのいずれか一方)を第1番目の光学ユニットとして、Y軸方向に沿って順番に第1番目から第N×M番目の光学ユニットを定めたときに、第i番目(iは、1以上N×M以下の整数)のLEDユニットの一対の反射ミラーの間隔である。また、biは第i番目のLEDユニットのワーキングディスタンスWD(つまり、LEDユニットの光軸の出射面からドラムの外周面までの距離)であり、cは光源部のY軸方向のサイズである。また、dはY軸方向の両端に位置する反射ミラー間の距離であり、eはドラムの直径である。
In the present embodiment, it is configured to irradiate ultraviolet light of three different wavelengths, but is not limited to such a configuration, and the present invention has N types (N is an integer of 2 or more) of different wavelengths. It is possible to apply to the
a i > c (10)
a i × b i = k (k is a predetermined constant) (11)
d <e (12)
Here, a i represents the optical unit having the longest working distance WD among the N × M optical units (that is, one of the optical units located at both ends in the Y-axis direction) as the first optical unit. When the first to N × M-th optical units are determined in order along the Y-axis direction, a pair of i-th (i is an integer of 1 to N × M) LED units This is the distance between the reflecting mirrors. Further, b i is the working distance WD of the i-th LED unit (i.e., the distance from the exit surface of the optical axes of the LED unit to the outer peripheral surface of the drum) is, c is is the size of the Y-axis direction of the light source unit . D is the distance between the reflecting mirrors located at both ends in the Y-axis direction, and e is the diameter of the drum.
また、本実施形態においては、Y軸方向に沿って第1LEDユニット110、第2LEDユニット120及び第3LEDユニット130を順番に配し、照射対象物が移動に伴って、波長365nmの紫外光、波長405nmの紫外光、波長385nmの紫外光を順番に受光する構成としたが、照射対象物上に塗布された紫外線硬化樹脂を確実に硬化できればよく、この順番に限定されるものではない。なお、本実施形態の光照射装置100が搭載されるパターン形成装置においては、紫外線硬化樹脂の表面を硬化させた後にその内部を硬化させた方が、高精度なパターンを形成できるため、照射対象物が短波長から長波長の光を順番に受光するように、各LEDユニットを配置するのが望ましく、上述したN×M個のLEDユニットを用いる場合には、波長毎に(つまり、N個の種類に)グループ化して配置するのが望ましい。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態のLED素子113は、正方格子状に配置された4つのLEDチップ113aを備えているとしたが、この構成に限定されるものではなく、少なくとも1つ以上のLEDチップを備えていればよい。
Moreover, although the
(第2の実施形態)
図8は、本発明の第2の実施形態に係る光照射装置200の構成を説明する左側面図である。本実施形態の光照射装置200は、小径ドラムD2に対して紫外光を照射する装置であり、カバーガラス105から小径ドラムD2の外周面に向かって延びる一対の延長ミラー210、230を備え、第2LEDユニット120の一対の反射ミラー124a、124bの間隔が25mmに設定されている点で第1の実施形態の光照射装置100と異なる。本実施形態においては、小径ドラムD2の直径はφ100mmであり、第2LEDユニット120のワーキングディスタンスWDは5.0mm、第1LEDユニット110及び第3LEDユニット130のワーキングディスタンスWDは16.6mmである。なお、図8においては、図6と同様、説明の便宜上、基板101及び照射対象物P1を省略している。また、図8においても、図4と同様、第1LEDユニット110によって照射される小径ドラムD2の外周面の領域を領域E1(太い実線で示す部分)、第2LEDユニット120によって照射される小径ドラムD2の外周面の領域を領域E2(太い破線で示す部分)、第3LEDユニット130によって照射される小径ドラムD2の外周面の領域を領域E3(太い実線で示す部分)として模式的に示している。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a left side view illustrating the configuration of the
第1LEDユニット110、第2LEDユニット120及び第3LEDユニット130から出射される紫外光は所定の拡がり角を有しているため、本実施形態のように、小径ドラムD2の直径が細く、第2LEDユニット120のワーキングディスタンスWD2と、第1LEDユニット110及び第3LEDユニット130のワーキングディスタンスWD1、WD3との差が大きくなると、第1LEDユニット110及び第3LEDユニット130から出射される紫外光の一部は小径ドラムD2の外側に照射されてしまう。そこで、本実施形態においては、Y軸方向において最も外側に位置する第1LEDユニット110の反射ミラー114aと第3LEDユニット130の反射ミラー134bとを、カバーガラス105を挟んでそれぞれ延長するように、一対の延長ミラー210、230を設けている。
Since the ultraviolet light emitted from the
延長ミラー210は、X軸方向に長く延びる矩形状の反射ミラーであり、反射面を第1LEDユニット110の光軸AX1側に向け、反射ミラー114aと同一平面上に配置されている。X軸方向から見たとき、延長ミラー210の基端部はカバーガラス105に近接して配置され、先端部は小径ドラムD2の外周面近傍に配置されている。従って、上述したように、第1LEDユニット110から出射される紫外光は、Z軸方向に沿って所定の拡がり角で拡がるが、反射ミラー114a側(つまり、図8の上側)に拡がろうとする紫外光は延長ミラー210によって小径ドラムD2の外周面に反射され(図8:R1)、領域E1を照射する。このように、領域E1には、第1LEDユニット110からの直接光と延長ミラー210からの反射光とが入射する。ここで、第1LEDユニット110から出射される紫外光は、一対の反射ミラー114a、114bによってミキシングされて、均一な強度となっているから、第1LEDユニット110からの直接光と延長ミラー210からの反射光は同じ強度である。従って、第1LEDユニット110からの直接光と延長ミラー210からの反射光とが領域E1に入射すると、そのピーク強度は、約2倍となる。つまり、本実施形態の領域E1に入射する紫外光のピーク強度は、第1の実施形態の領域E1に入射する紫外光のピーク強度の約2倍となる。
The
延長ミラー230も、反射ミラー210と同様、X軸方向に長く延びる矩形状の反射ミラーであり、反射面を第3LEDユニット130の光軸AX3側に向け、反射ミラー134bと同一平面上に配置されている。X軸方向から見たとき、延長ミラー230の基端部はカバーガラス105に近接して配置され、先端部は小径ドラムD2の外周面近傍に配置されている。従って、上述したように、第3LEDユニット130から出射される紫外光は、Z軸方向に沿って所定の拡がり角で拡がるが、反射ミラー134b側(つまり、図8の下側)に拡がろうとする紫外光は延長ミラー230によって小径ドラムD2の外周面に反射され(図8:R3)、領域E3を照射する。このように、領域E3には、第3LEDユニット130からの直接光と延長ミラー230からの反射光が入射する。従って、上述した領域E1と同様、本実施形態の領域E3に入射する紫外光のピーク強度は、第1の実施形態の領域E3に入射する紫外光のピーク強度の約2倍となる。
Similarly to the
このように、本実施形態の第1LEDユニット110及び第3LEDユニット130から出射される紫外光の、小径ドラムD2の外周面上におけるピーク強度は、第1の実施形態のそれと比較して、約2倍となる。このため、本実施形態においては、上記の条件式(7)及び(8)を以下の条件式(13)及び(14)に変更し、第2LEDユニット120の一対の反射ミラー124a、124bの間隔a2を条件式(13)及び(14)に基づいて設定することにより、各LEDユニットから出射される紫外光のピーク強度が略等しくなるようにしている。
a1、a2、a3>c ・・・(13)
a1×b1/2=a2×b2=a3×b3/2=k(kは所定の定数) ・・・(14)
As described above, the peak intensity of the ultraviolet light emitted from the
a 1 , a 2 , a 3 > c (13)
a 1 × b 1/2 = a 2 × b 2 = a 3 × b 3/2 = k (k is a predetermined constant) (14)
また、本実施形態の光照射装置200によれば、一対の延長ミラー210、230によって、本来小径ドラムD2の外側に照射されてしまう紫外光が小径ドラムD2側に折り返されるため、一対の延長ミラー210、230の間隔までドラム径を細くすることができる。つまり、一対の延長ミラー210、230の間隔(つまり、第1LEDユニット110の反射ミラー114aと第3LEDユニット130の反射ミラー134bとの間の距離)をdとし、ドラムの直径をeとすると、以下の条件式(15)が導かれる。
d≦e ・・・(15)
In addition, according to the
d ≦ e (15)
このように、本実施形態においては、条件式(13)、(14)及び(15)を満たすとき、第1LEDユニット110から出射される波長365nmの紫外光のピーク強度、第2LEDユニット120から出射される波長405nmの紫外光のピーク強度、及び第3LEDユニット130から出射される波長385nmの紫外光のピーク強度がそれぞれ略等しくなる。
As described above, in this embodiment, when the conditional expressions (13), (14), and (15) are satisfied, the peak intensity of ultraviolet light having a wavelength of 365 nm emitted from the
図9は、図8の小径ドラムD2上における紫外光の強度分布をシミュレーションによって求めた結果である。図9(a)は、各波長の紫外光のX軸方向における強度分布であり、横軸は小径ドラムD2上のX軸方向の位置(600mmの長さの小径ドラムD2の中心位置を0mmとしたときの位置)を示し、縦軸は紫外光の強度(mW/cm2)を示している。また、図9(b)は、小径ドラムD2の周方向における強度分布であり、横軸は小径ドラムD2の外周面の周方向の位置(第2LEDユニット120の光軸AX2が小径ドラムD2の外周面と交わる位置を0mmとしたときの位置)を示し、縦軸は紫外光の強度(mW/cm2)を示している。図9(a)及び(b)に示すように、第1の実施形態と同様、本実施形態の第1LEDユニット110から出射される波長365nmの紫外光のピーク強度、第2LEDユニット120から出射される波長405nmの紫外光のピーク強度、及び第3LEDユニット130から出射される波長385nmの紫外光のピーク強度は、それぞれ略等しくなっているのが分かる。
FIG. 9 shows the result of obtaining the intensity distribution of the ultraviolet light on the small diameter drum D2 of FIG. 8 by simulation. FIG. 9A shows the intensity distribution in the X-axis direction of ultraviolet light of each wavelength, and the horizontal axis indicates the position in the X-axis direction on the small-diameter drum D2 (the center position of the small-diameter drum D2 having a length of 600 mm is 0 mm). The vertical axis represents the intensity of ultraviolet light (mW / cm 2 ). FIG. 9B shows the intensity distribution in the circumferential direction of the small-diameter drum D2, and the horizontal axis indicates the circumferential position of the outer circumferential surface of the small-diameter drum D2 (the optical axis AX2 of the
このように、本実施形態の光照射装置200においても、第1の実施形態と同様、各LEDユニットから出射される紫外光のピーク強度が照射対象物上で略等しくなるように構成されている。従って、本実施形態の光照射装置200をパターン形成装置に適用すれば、生産効率を低下させることなく、微細構造パターンを精度良く転写することができる。
Thus, also in the
なお、本実施形態の光照射装置200は、一対の延長ミラー210、230を備え、第2LEDユニット120の一対の反射ミラー124a、124bの間隔が異なる点で第1の実施形態の光照射装置100と相違する。従って、一対の延長ミラー210、230を着脱可能に構成し、かつ第2LEDユニット120の一対の反射ミラー124a、124bを調整可能に構成すれば、使用するドラムの外径に応じて、本実施形態の光照射装置200と第1の実施形態の光照射装置100とを切り換えて使用することも可能となる。
In addition, the
なお、本実施形態の光照射装置200も、第1の実施形態の光照射装置100と同様、N種類(Nは2以上の整数)の異なる波長の光を出射するN×M個(Mは1以上の整数)のLEDユニットを備える構成とすることができる。従って、第1の実施形態に倣って上記条件式(13)、(14)及び(15)を一般化すると、以下のようになる。
a1、a(N×M)、ai>c ・・・(16)
a1×b1/2=a(N×M)×b(N×M)/2=ai×bi=k(kは所定の定数)
・・・(17)
d≦e ・・・(18)
ここで、a1は、N×M個の光学ユニットのうち、ワーキングディスタンスWDが最も長い光学ユニットを第1番目の光学ユニットとして、Y軸方向に沿って順番に第1番目から第N×M番目の光学ユニットを定めたときの、第1番目のLEDユニットの一対の反射ミラー間の間隔である。また、b1は、第1番目のLEDユニットのワーキングディスタンスWDである。また、a(N×M)は、第N×M番目のLEDユニットの一対の反射ミラー間の間隔であり、b(N×M)は、第N×M番目のLEDユニットのワーキングディスタンスWDである。また、aiは、第i番目(iは、2以上(N×M−1)以下の整数)のLEDユニットの一対の反射ミラー間の間隔であり、biは、第i番目のLEDユニットのワーキングディスタンスWDである。また、dはY軸方向の両端に位置する反射ミラー間の距離であり、eはドラムの直径である。
In addition, the
a 1 , a (N × M) , a i > c (16)
a 1 × b 1/2 = a (N × M) × b (N × M) / 2 = a i × b i = k (k is a predetermined constant)
... (17)
d ≦ e (18)
Here, a 1 is an N × M optical unit having the longest working distance WD as the first optical unit, and the first to N × M in order along the Y-axis direction. The distance between the pair of reflecting mirrors of the first LED unit when the first optical unit is determined. B 1 is a working distance WD of the first LED unit. Further, a (N × M) is a distance between the pair of reflecting mirrors of the N × M-th LED unit, and b (N × M) is a working distance WD of the N × M-th LED unit. is there. A i is the distance between the pair of reflecting mirrors of the i-th LED unit (i is an integer not less than 2 (N × M−1)), and b i is the i-th LED unit. Working distance WD. D is the distance between the reflecting mirrors located at both ends in the Y-axis direction, and e is the diameter of the drum.
(第3の実施形態)
図10は、本発明の第3の実施形態に係る光照射装置300に備えられる、第1LEDユニット110A、第2LEDユニット120A、及び第3LEDユニット130Aの構成を説明する図である。本実施形態の第1LEDユニット110A、第2LEDユニット120A、及び第3LEDユニット130Aにおいては、各LEDユニット上に配置されるLED素子113、123、133が千鳥状に(つまり、1列目の85個のLED素子が、2列目の85個のLED素子に対して間隔PHの1/2の距離だけオフセットされて互い違いに)配置されている点で第1の実施形態の光照射装置100と異なる。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a diagram illustrating the configuration of the
LED素子113、123、133をこのように配置すると、第1LEDユニット110A、第2LEDユニット120A、及び第3LEDユニット130Aから出射される2列のライン状の紫外光が、それぞれLED素子113、123、133の間隔PHの1/2の距離だけX軸方向に相対的にオフセットする。従って、各ライン状の紫外光が光量分布の低くなる部分を互いに打ち消し合うため、照射対象物上でX軸方向に略均一な光量分布が得られる。
When the
(第4の実施形態)
図11は、本発明の第4の実施形態に係る光照射装置400に備えられる、第1LEDユニット110B、第2LEDユニット120B、及び第3LEDユニット130Bの構成を説明する図である。本実施形態の第1LEDユニット110B、第2LEDユニット120B、及び第3LEDユニット130Bにおいては、各LEDユニット上に配置されるLED素子113、123、133が、その一方の対角線がX軸方向と平行となるように配置されている点で第1の実施形態の光照射装置100と異なる。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a diagram illustrating the configuration of the
LED素子113、123、133をこのように配置すると、各LED素子から出射される紫外光と各LED素子に隣接するLED素子から出射される紫外光とがX軸方向及びY軸方向において互いにオーバーラップするため、照射対象物上でさらに均一な光量分布が得られる。
When the
なお、今回開示された実施の形態は、全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、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100、200、300、400 光照射装置
101 基板
105 カバーガラス
110、110A、110B 第1LEDユニット
112、122、132 光源部
113、123、133 LED素子
113a 発光面
113b LEDチップ
114a、114b、124a、124b、134a、134b 反射ミラー
120、120A、120B 第2LEDユニット
130、130A、130B 第3LEDユニット
100, 200, 300, 400
Claims (11)
基板上に前記ドラムの中心軸と平行な第1方向に沿って第1の所定間隔をおいてn個(nは2以上の整数)、前記第1方向と直交する第2方向に沿って第2の所定間隔をおいてm列(mは1以上の整数)に並べられ、前記基板面と直交する第3方向に光軸の向きを揃えて配置された複数の発光素子からなる光源部と、前記複数の発光素子の光軸を前記第2方向から挟むように前記第1方向及び前記第3方向に延び、反射面が対向するように配置された一対の反射ミラーとを有し、前記光源部からの光を前記一対の反射ミラーで導光し、前記ドラムの外周面の一部分に対して所定の拡がり角及び光量の光を出射する光学ユニットを複数備え、
前記複数の光学ユニットは、N種類(Nは2以上の整数)の異なる波長の光を出射するN×M個(Mは1以上の整数)の光学ユニットより成り、
前記N×M個の光学ユニットの各出射面は、前記第1方向と前記第2方向とによって規定される所定の基準平面上に配置されており、
前記各光学ユニットから出射される光のピーク強度が前記照射対象物上でそれぞれ略等しくなるように、前記各光学ユニットの前記一対の反射ミラー間の距離が、前記光軸の前記基準平面から前記ドラムの外周面までの距離に基づいて設定されていることを特徴とする光照射装置。 A light irradiation device for irradiating light onto a sheet-like irradiation object that moves in close contact with a part of the outer peripheral surface of a cylindrical drum,
N (n is an integer of 2 or more) at a first predetermined interval along a first direction parallel to the central axis of the drum on the substrate, and along a second direction orthogonal to the first direction. A light source unit composed of a plurality of light emitting elements arranged in m rows (m is an integer of 1 or more) at a predetermined interval of 2 and arranged with the direction of the optical axis aligned in a third direction orthogonal to the substrate surface; A pair of reflecting mirrors extending in the first direction and the third direction so as to sandwich the optical axes of the plurality of light emitting elements from the second direction, and arranged so that the reflecting surfaces face each other, A plurality of optical units that guide light from the light source unit with the pair of reflection mirrors and emit light with a predetermined divergence angle and light amount to a part of the outer peripheral surface of the drum,
The plurality of optical units includes N × M (M is an integer of 1 or more) optical units that emit light of N types (N is an integer of 2 or more) of different wavelengths,
Each exit surface of the N × M optical units is disposed on a predetermined reference plane defined by the first direction and the second direction,
The distance between the pair of reflecting mirrors of each optical unit is from the reference plane of the optical axis so that the peak intensity of the light emitted from each optical unit is approximately equal on the irradiation object. A light irradiation apparatus characterized in that the light irradiation apparatus is set based on a distance to an outer peripheral surface of the drum.
ai>c ・・・(1)
ai×bi=k(kは所定の定数) ・・・(2)
d<e ・・・(3)
Among the N × M optical units, the optical unit having the longest distance from the reference plane of the optical axis to the outer peripheral surface of the drum is set as the first optical unit in order along the second direction. When the first to N × M-th optical units are determined, the distance between the pair of reflecting mirrors of the i-th (i is an integer of 1 to N × M) optical unit is defined as a i . The distance from the reference plane of the optical axis to the outer peripheral surface of the drum is b i , the size of the light source unit in the second direction is c, and the distance between reflection mirrors located at both ends in the second direction is d. The light irradiation apparatus according to claim 1, wherein the following expressions (1), (2), and (3) are satisfied when the diameter of the drum is e.
a i > c (1)
a i × b i = k (k is a predetermined constant) (2)
d <e (3)
前記第1番目の光学ユニットの前記一対の反射ミラー間の距離をa1とし、前記第1番目の光学ユニットの前記光軸の前記基準平面から前記ドラムの外周面までの距離をb1とし、前記第N×M番目の光学ユニットの前記一対の反射ミラー間の距離をa(N×M)とし、前記第N×M番目の光学ユニットの前記光軸の前記基準平面から前記ドラムの外周面までの距離をb(N×M)とし、第i番目(iは、2以上(N×M−1)以下の整数)の光学ユニットの前記一対の反射ミラー間の距離をaiとし、前記第i番目の光学ユニットの前記光軸の前記基準平面から前記ドラムの外周面までの距離をbiとし、前記光源部の前記第2方向のサイズをcとし、第2方向の両端に位置する反射ミラー間の距離をdとし、前記ドラムの直径をeとしたときに、下式(4)、(5)及び(6)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。
a1、a(N×M)、ai>c ・・・(4)
a1×b1/2=a(N×M)×b(N×M)/2=ai×bi=k(kは所定の定数)
・・・(5)
d≦e ・・・(6)
Among the N × M optical units, the optical unit having the longest distance from the reference plane of the optical axis to the outer peripheral surface of the drum is set as the first optical unit in order along the second direction. When the first to (N × M) th optical units are defined, they extend substantially in parallel to the vicinity of the outer peripheral surface of the drum from the front ends of the reflecting mirrors located at both ends in the second direction, and the first And a pair of extension mirrors that respectively reflect the light emitted from the N × Mth optical unit,
The distance between the pair of reflecting mirrors of the first-th optical unit and a 1, a distance from the reference plane of the optical axis of the first-th optical unit to the outer circumferential surface of the drum and b 1, The distance between the pair of reflecting mirrors of the N × Mth optical unit is a (N × M), and the outer peripheral surface of the drum from the reference plane of the optical axis of the N × Mth optical unit. B (N × M), and the distance between the pair of reflecting mirrors of the i-th optical unit (i is an integer not less than 2 (N × M−1)) is a i , The distance from the reference plane of the optical axis of the i-th optical unit to the outer peripheral surface of the drum is b i , the size of the light source unit in the second direction is c, and the distance is located at both ends in the second direction. The distance between the reflection mirrors is d, and the diameter of the drum is e. The light irradiation apparatus according to claim 1, wherein the following expressions (4), (5), and (6) are sometimes satisfied.
a 1 , a (N × M) , a i > c (4)
a 1 × b 1/2 = a (N × M) × b (N × M) / 2 = a i × b i = k (k is a predetermined constant)
... (5)
d ≦ e (6)
前記複数の発光素子のうち、前記第2方向のv列目(vは、1以上(m−1)以下の整数)の発光素子は、(v+1)列目の発光素子に対して、前記第1の所定間隔の1/2の距離だけ前記第1方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の光照射装置。 M is 2 or more,
Among the plurality of light emitting elements, the light emitting elements in the v-th column (v is an integer of 1 to (m−1)) in the second direction are 8. The light irradiation device according to claim 1, wherein the light irradiation device is arranged so as to be shifted in the first direction by a distance of ½ of a predetermined interval of 1.
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