JP6269159B2 - 照射器 - Google Patents

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Description

本発明は、線状光源及び反射鏡を備えた照射器に関する。
反射鏡と、反射鏡と被対象物の被照射面との間に複数並列された線状光源とを備えた照射器が知られている(例えば、特許文献1参照)。この照射器においては、線状光源が等間隔で配列されている。
特開2004−273943号公報
しかしながら、上述した従来の構成では、被照射面のうちランプの直下では照度が高くなり、ランプ間では照度が低くなるので、均斉度を高くすることが困難であった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、被照射面の均斉度を向上可能な照射器を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明の照射器は、並列された複数の線状光源と、この線状光源から照射された光を被対象物に向けて反射する反射鏡とを備えた照射器において、中央の前記線状光源の間隔を空けてスペースを形成し、前記反射鏡は、前記スペースに対向する位置に、前記線状光源側に突出する突出反射面を有するとともに、前記線状光源の並列方向の両側に、側面反射面を有し、前記反射鏡は、中央部に貫通孔を有し、前記貫通孔は、前記線状光源の並列方向に延び、前記線状光源の並列方向に単数または複数で配置し、前記線状光源の長手方向において、前記スペースに対向する位置の前記貫通孔の両側に、前記突出反射面が形成されていることを特徴とする。
上述の構成において、複数の前記線状光源は、前記スペース側よりも前記並列方向外側の間隔を狭く配置されていてもよい。
上述の構成において、前記被対象物を囲む補助反射鏡を備えてもよい。
本発明によれば、中央の線状光源の間隔を空けてスペースを形成し、前記反射鏡は、線状光源の間隔を空けた部分に、前記線状光源側に突出する突出反射面を有するとともに、線状光源の並列方向の両側に、側面反射面を有するため、被照射面の均斉度を向上できる。
本発明の実施形態に係る照射器を示す斜視図である。 照射器を示す図であり、(A)は平面図、(B)は正面図、(C)は側面図である。 紫外線ランプ、及び主反射板のみの照射によるワークの照度分布を模式的に示す図である。 照射器の構成図と、そのワークの照度分布、及びそのワークの並列方向における断面の照度分布を示すグラフである。 貫通孔がない部分の紫外線ランプの光路を示す図である。 貫通孔がある部分の紫外線ランプの光路を示す図である。 貫通孔がある場合とない場合の照度のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の変形例に係る照射器を示す図であり、(A)は平面図、(B)は正面図、(C)は側面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る照射器を示す斜視図である。図2は、照射器を示す図であり、図2(A)は平面図、図2(B)は正面図、図2(C)は側面図である。
照射器1は、図1及び図2に示すように、複数の紫外線ランプ(線状光源)10を内蔵し、ワーク(被対象物)2の全域を均一な照度(すなわち良好な均斉度)で照射する器具であり、筐体3と、紫外線ランプ10の放射光を制御する主反射板(反射鏡)12と、補助反射板(補助反射鏡)14とを備えている。本実施形態では、照射器1は、ウエハ等の基板をワーク2とし、当該ワーク2に光を照射することでワーク2を熱処理する器具として構成されている。
照射器1は、複数(本実施形態では、10本)の線状光源によりワーク2を照射するものであり、この照射器1では、紫外線光源として直管型の高出力な上記紫外線ランプ10が用いられている。
ワーク2は、図2(B)、及び図2(C)に示すように、補助反射板14の先端14Bの側の開口(以下、「照射開口」と称し、符号16を付す)の直下に、隙間δをあけた位置に設定され、照射開口16と略同じ大きさの領域である。この照射器1では照射開口16から比較的近接した位置にワーク2が設定される。本実施形態では、ワーク2の被照射面(受光面)の大きさは300mm×400mmに、紫外線ランプ10から被照射面までの照射距離が135mmに設定されている。
紫外線ランプ10は、ワーク2の真上に並列に延在しており、両端の紫外線ランプ10はワーク2の縁部の真上に配置されている。図2中、符号11は、紫外線ランプ10の電極を示し、紫外線ランプ10の管長Mは電極11間距離とする。また、紫外線ランプ10の管長M(図2(C))と略同じ長さ、或いは管長M以下の長さにワーク2の長辺Laが設定されており、管長Mが長いロングアークのランプを紫外線ランプ10に用いることでワーク2の大面積化が図られている。
図3は、紫外線ランプ10、及び主反射板12のみの照射によるワーク2の照度分布を模式的に示す図である。
照射器1は、上述の通り、主反射板12と補助反射板14とを備え、紫外線ランプ10の直射光と、主反射板12、及び補助反射板14の反射光とでワーク2を均一な照度で照射している。
ここで紫外線ランプ10の直射光のみによってワーク2を照射した場合、ワーク2の長軸Cを含む近傍の照度分布には、紫外線ランプ10のランプ管軸方向(長手方向)Nの輝度分布が略直接的に反映される。
そこで、紫外線ランプ10から放射されワーク2を外れる光を主反射板12、及び補助反射板14で反射し、ワーク2における直射光の照度分布を補うように照らすことで、ワーク2の均斉度が高められている。
主反射板12は、図3に示すように、紫外線ランプ10の上方に放射する光をワーク2に向けて反射して、被照射面の照度を向上するとともに、照度の均一化を図るものである。主反射板12は、複数の紫外線ランプ10のランプ管軸方向Nに沿って延びる平板30(図2)を備え、平板30の紫外線ランプ10と対向する面が反射面(平面反射面)12Aに形成されている。主反射板12の具体的形状については後述する。
補助反射板14は、主反射板12とワーク2の間に設けられ、ワーク2の外に漏れる光をワーク2に向けて反射することで、紫外線ランプ10、及び主反射板12の照射による照度分布を補うものである。
詳述すると、この照射器1では、紫外線ランプ10、及び主反射板12のみで照射した場合、紫外線ランプ10の両端部Qに対応する領域Xc、及び、紫外線ランプ10のランプ並列方向(光源並列方向)Pにおける領域Xaの両側の領域Xdで照度が不足する。この照射器1では、これら領域Xc、領域Xdの照度不足を反射光によって補うように補助反射板14が構成されている。
具体的には、補助反射板14は、紫外線ランプ10の両端に対面する一対の補助端板20と、紫外線ランプ10の両側に対面する一対の補助側板21とを有し、これらが紫外線ランプ10の四方を囲む四角筒状に組まれ、その内壁面が反射面として構成されている。補助反射板14の基端部14Aの側には主反射板12が設けられ、先端14Bの側が平面視矩形に開口し、この開口が上記照射開口16として構成されている。補助反射板14の先端14Bには、照射開口16を塞ぐ透過性の補助底板22が設けられている。この補助底板22は、補助反射板14の照射開口16が筐体3の開口3Aから露出するように、筐体3に支持される。
係る構成の下、一対の補助端板20は、上記領域Xcに向けて光を反射し、また一対の補助側板21は上記領域Xdに向けて光を反射し、これらの反射光によって領域Xc、Xdの照度が補われる。
また補助反射板14は、基端部14Aの側から先端14Bの側にかけて拡開するように補助端板20、及び補助側板21が傾斜することで、主反射板12が臨む基端部14Aの側の開口よりも広い範囲を照射する。
また、補助端板20、及び補助側板21の傾斜角度は、照度を補うべき領域Xc、Xdに反射光を照射するように調整され、これにより、均斉度が高められる。
このように、紫外線ランプ10の四方については、補助端板20及び補助側板21の角度調整によって照度ムラを比較的少なくすることは可能である。
しかしながら、従来のように紫外線ランプ10を等間隔に配置したのでは、被照射面のうち紫外線ランプ10の直下では照度が高くなり、紫外線ランプ10間では照度が低くなるので、均斉度を高くすることが困難である。
そこで、この照射器1では、紫外線ランプ10の間隔を異ならせるとともに、紫外線ランプ10の間隔に応じて主反射板12の形状を設定することで、ワーク2の均斉度が高められている。
図4は、照射器1の構成図と、そのワーク2の照度分布、及びそのワーク2のランプ並列方向Pにおける断面の照度分布を示すグラフであり、図4(A)は中央の紫外線ランプ10の間隔を空け、主反射板12に突出反射面12B、側面反射面12C、貫通孔32を形成した場合、図4(B)は紫外線ランプ10を等間隔に配置し、主反射板12を平板状に形成した場合、図4(C)は中央の紫外線ランプ10の間隔を空け、主反射板12を平板状に形成した場合、図4(D)は中央の紫外線ランプ10の間隔を空け、主反射板12に突出反射面12Bを形成した場合、図4(E)は中央の紫外線ランプ10の間隔を空け、主反射板12に貫通孔32を形成した場合、図4(F)は中央の紫外線ランプ10の間隔を空け、主反射板12に側面反射面12Cを形成した場合、図4(G)は中央の紫外線ランプ10の間隔を空け、主反射板12に突出反射面12B及び側面反射面12Cを形成した場合、図4(H)は紫外線ランプ10を等間隔に配置し、主反射板12に突出反射面12B、側面反射面12C、貫通孔32を形成した場合を示す。図4中、符号E1〜E6は照度を示しており、照度E1〜E6の順に照度が低くなっている。なお、各図4(A)〜図4(G)では、最も高い照度を100%とし、照度E1は90−100%、照度E2は90−95%、照度E3は85−90%、照度E4は80−85%、照度E5は75−80%、照度E6は70−75%を示す。但し、図4(A)、(C)〜(H)では紫外線ランプ10から被照射面までの照射距離は135mmであり、図4(B)では紫外線ランプ10から被照射面までの照射距離は50mmである。
紫外線ランプ10を等間隔に配置し、主反射板12を平板状に形成した場合、図4(B)に示すように、ワーク2の中央で照度が高くなるとともに、紫外線ランプ10の直下では照度が高く、紫外線ランプ10間では照度が低い。図4(B)の例においては、均斉度が67.1%である。なお、均斉度は照度最大値をSmax、照度最小値をSminとしたとき、(Smax−Smin)/(Smax+Smin)×100%で定義されるが、図4及び明細書中に記載した均斉度は、その効果について数値的に理解し易くするため、Smin/Smax×100%の相対値で示している。
そこで、図4(B)の構成に対し、中央の紫外線ランプ10の間隔を空けてスペースSを形成するとともに、両側5本の紫外線ランプ10の間隔を、ワーク2の中央では疎に、ワーク2のランプ並列方向Pでは密に配置する。具体的には、図2(B)に示すように、紫外線ランプ10を、ランプ並列方向Pにおいてワーク2の中央から端部に向けて紫外線ランプ10A〜10Eとすると、中央の紫外線ランプ10A,10Aの間隔(本実施形態では、112mm)を空けている。また、ワーク2の中央に近い紫外線ランプ10A〜10Cの間隔(本実施形態では、25mm)を、ワーク2の端部に近い紫外線ランプ10C〜10Eの間隔(本実施形態では、22mm)よりも大きくしている。ここで、中央の紫外線ランプ10A,10Aの間隔は、紫外線ランプ10を等間隔に配置した場合の間隔よりも大きく、紫外線ランプ10A〜10Eの間隔は、所定の大きさのワーク2に対し、紫外線ランプ10を等間隔に配置した場合の間隔より狭いものとする。この構成では、図4(C)に示すように、紫外線ランプ10の直下と紫外線ランプ10間での照度差は抑えられるものの、ワーク2の中央で照度が比較的高く、ワーク2のランプ並列方向Pの両端で照度が比較的低い。図4(C)の例においては、均斉度が82.7%である。
そこで、図4(C)の構成に対し、スペースSに対向する位置の主反射板12に紫外線ランプ10側に突出する突出反射面12Bを形成する。具体的には、図2(B)に示すように、主反射板12は、平板30のランプ並列方向Pの中央に、ランプ管軸方向Nに亘って延在する突出部31を備え、この突出部31の紫外線ランプ10と対向する面が突出反射面12Bに形成されている。突出反射面12Bは、紫外線ランプ10側に三角形状に突出して楔状に形成されている。この構成では、図4(D)に示すように、ワーク2のランプ並列方向Pの中央でランプ管軸方向Nに亘って照度が高くなるものの、ワーク2のランプ並列方向Pの両端で照度がさらに低くなる。図4(D)の例においては、均斉度が79.9%である。
また、図4(C)の構成に対し、主反射板12の中央部に貫通孔32を形成した場合を図4(E)に示す。貫通孔32は、具体的には、平面反射面12Aのランプ並列方向Pの長さに略亘って形成されるとともに、ランプ管軸方向Nに所定の幅Wを有している。この構成では、図4(E)に示すように、ワーク2のランプ管軸方向Nの中央部で照度が低くなり、ランプ管軸方向Nにおいて照度ムラが比較的少なくなる。一方、ワーク2のランプ並列方向P両端では、照度が比較的低い。図4(E)の例においては、均斉度が85.4%である。
また、図4(C)の構成に対し、主反射板12のランプ並列方向P両端に側面反射面12Cを形成した場合を図4(F)に示す。具体的には、主反射板12は、平板30のランプ並列方向Pの両側に設けられた矩形状の側板33を備え、この側板33の紫外線ランプ10と対向する面が側面反射面12Cに形成されている。この構成では、図4(F)に示すように、ワーク2のランプ並列方向Pの両端で照度が高くなるものの、ワーク2のランプ並列方向Pの中央で照度が比較的低い。図4(F)の例においては、均斉度が84.7%である。
そこで、図4(F)の構成に対し、主反射板12に突出反射面12Bを形成した場合、図4(G)に示すように、ワーク2のランプ並列方向Pの両端で照度が高くなり、かつ、ワーク2のランプ並列方向Pの中央で照度が高くなり、ワーク2のランプ並列方向Pにおいて照度ムラが比較的少なくなる。図4(G)の例においては、均斉度が89.4%である。一方、ワーク2のランプ管軸方向Nでは、中央で照度が比較的高い。
そこで、図4(G)の構成に対し、主反射板12に貫通孔32を形成した場合、図4(A)に示すように、ワーク2の全域で照度が略均一となる。図4(A)の例においては、均斉度が91.9%である。
なお、主反射板12に突出反射面12B、側面反射面12C、貫通孔32を形成しても、紫外線ランプ10を等間隔に配置した場合、図4(H)に示すように、ワーク2のランプ並列方向Pの中央で照度が高くなる。図4(H)の例においては、均斉度が82.3%である。
すなわち、照射器1では、中央の紫外線ランプ10の間隔を空けてスペースSを形成するとともに、両側5本の紫外線ランプ10の間隔を、ワーク2の中央では疎に、ワーク2のランプ並列方向Pでは密に配置している。その上で、照射器1では、主反射板12に、ワーク2のランプ並列方向Pの中央で照度を高める突出反射面12Bと、ワーク2のランプ並列方向Pの両端(図3中領域Xdの両側の領域Xb)で照度を高める側面反射面12Cと、ワーク2のランプ管軸方向Nの中央で照度を抑える貫通孔32を形成している。この主反射板12は、貫通孔32を形成した一枚の板を折り曲げることで、突出反射面12B及び側面反射面12Cを形成している。
なお、突出反射面12Bの形状(本実施形態では、楔型を形成する面12B1,12B2の角度)、側面反射面12Cの傾斜角度、貫通孔32の形状、並びに、これら突出反射面12B、側面反射面12C及び貫通孔32の大きさは、ワーク2の均斉度が高まるように適宜調整される。
図5は、貫通孔32がない部分の紫外線ランプ10の光路を示す図であり、図5(A)は紫外線ランプ10A、図5(B)は紫外線ランプ10B、図5(C)は紫外線ランプ10C、図5(D)紫外線ランプ10D、図5(E)は紫外線ランプ10Eを示す。なお、図5では、左側の紫外線ランプ10A〜10Eについては、ワーク2のランプ並列方向Pの中央に向かう光の光路を、右側の紫外線ランプ10A〜10Eについては、ワーク2のランプ並列方向Pの両端に向かう光の光路を示している。
図5に示すように、紫外線ランプ10の光は、ワーク2の中央に近い紫外線ランプ10ほど、主反射板12の中央の突出反射面12Bによってワーク2の中央付近に入射している。また、主反射板12の平面反射面12A、主反射板12の両端の側面反射面12Cの順に反射した光は、ワーク2のランプ並列方向Pの両端付近及びワーク2外に入射している。さらに、平面反射面12Aに反射してワーク2に入射する光は、ワーク2の全体に広がっている。
図6は、貫通孔32がある部分の紫外線ランプ10の光路を示す図であり、図6(A)は紫外線ランプ10A、図6(B)は紫外線ランプ10B、図6(C)は紫外線ランプ10C、図6(D)紫外線ランプ10D、図6(E)は紫外線ランプ10Eを示す。なお、図6においても、左側の紫外線ランプ10A〜10Eについては、ワーク2のランプ並列方向Pの中央に向かう光の光路を、右側の紫外線ランプ10A〜10Eについては、ワーク2のランプ並列方向Pの両端に向かう光の光路を示している。
図6に示すように、貫通孔32が位置する主反射板12では光が通過することで反射光が生じないから、ワーク2のランプ管軸方向N中央で生じる高照度箇所の照度が低められる。また、ワーク2のランプ並列方向Pの両端に向かう光は、ワーク2の両端に近い紫外線ランプ10ほど、側面反射面12Cに反射されてワーク2に入射している。
図7は、貫通孔32がある場合とない場合の照度のシミュレーション結果を示すグラフであり、図7(A)はランプ管軸方向Nにおける照度、図7(B)はランプ並列方向Pにおける照度を示す。図7中、線R1は貫通孔32がある場合の結果、線R2は貫通孔32ない場合の結果を示す。
図7に示すように、貫通孔32がない場合より、貫通孔32がある場合の方が、ランプ管軸方向N及びランプ並列方向Pの両方で、照度差が小さくなっており、均斉度が高められている。
本実施形態では、主反射板12の上方には、ワーク2のランプ管軸方向Nの中央に対応する位置に、排気用のファン(不図示)が配置されている。主反射板12にはランプ管軸方向Nの中央に貫通孔32が形成されているため、図2(C)に矢印で示すように、冷却風が紫外線ランプ10の両端部Q側から主反射板12の下方を通り、貫通孔32から上方に排気される。すなわち、貫通孔32は、主反射板12の通気孔としても機能しており、貫通孔32を設けることにより、紫外線ランプ10、主反射板12、補助反射板14及び等の光学部品を効果的に冷却できる。また、ランプ管軸方向Nの中央に貫通孔32を形成し、貫通孔32に対応する位置にファンを配置することで、簡単な構成で、ランプ管軸方向Nに亘って光学部品を均一に冷却することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、中央の紫外線ランプ10の間隔を空けてスペースSを形成し、主反射板12は、スペースSに対向する位置に、紫外線ランプ10側に突出する突出反射面12Bを有するとともに、紫外線ランプ10のランプ並列方向Pの両側に、側面反射面12Cを有する構成としたため、被照射面の均斉度を向上できる。また、被照射面のサイズに比べ少ない本数の紫外線ランプ10で被照射面の均斉度を向上できる。
また、本実施形態によれば、複数の紫外線ランプ10は、スペースS側よりもランプ並列方向P外側の間隔を狭く配置されているため、ランプ並列方向Pの中央の照度を抑えて、ランプ並列方向Pの照度を高めることができるので、ランプ並列方向Pの照度ムラを抑えることができる。
また、本実施形態によれば、ワーク2を囲む補助反射板14を備えたため、照度を補うべき領域Xc、Xdに反射光を照射できるので、均斉度を高めることができる。
また、本実施形態によれば、主反射板12は、中央部に貫通孔32を有するため、紫外線ランプ10、主反射板12、補助反射板14及び等の光学部品を効果的に冷却できる。
但し、上述の実施形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上述の実施形態では、主反射板12の貫通孔32を単数で形成したが、図8に示すように、貫通孔132は複数の孔132Aの組み合わせにより構成してもよい。例えば、各紫外線ランプ10の上方に紫外線ランプ10の管径の幅以下で桟134を設けて、当該桟134を平面反射面12Aと繋げる構成としてもよい、この構成によれば、均斉度を保ったままで主反射板12の剛性を高める上で有利となる。
また、主反射板12の貫通孔32を形成したが、必要とする均斉度に応じて貫通孔32は省略してもよい。
また、上述した実施形態では、突出反射面12Bを楔状に形成したが、突出反射面12Bの形状はこれに限定されるものではない。紫外線ランプ10からの直接光および平面反射面12Aからの反射光が照度を補うべき領域Xc、Xdに反射できる傾斜面が形成されればよい。
また、上述した実施形態では、線状光源に10本の紫外線ランプ10を用いていたが、線状光源の本数はこれに限定されない。また紫外線ランプ10に代えて、紫外線LED等の発光素子を直線状に配列した線状光源を用いることもできる。また、線状光源が照射する光は紫外線に限定されるものではない。
また、上述した実施形態では、照射器1をウエハ等の熱処理用の照射器として説明したが、本発明は、種々の照射器に適用可能である。
1 照射器
2 ワーク(被対象物)
10 紫外線ランプ(線状光源)
12 主反射板(反射鏡)
12B 突出反射面
12C 側面反射面
14 補助反射板(補助反射鏡)
32 貫通孔
S スペース

Claims (3)

  1. 並列された複数の線状光源と、この線状光源から照射された光を被対象物に向けて反射する反射鏡とを備えた照射器において、
    中央の前記線状光源の間隔を空けてスペースを形成し、
    前記反射鏡は、前記スペースに対向する位置に、前記線状光源側に突出する突出反射面を有するとともに、前記線状光源の並列方向の両側に、側面反射面を有し、
    前記反射鏡は、中央部に貫通孔を有し、
    前記貫通孔は、前記線状光源の並列方向に延び、前記線状光源の並列方向に単数または複数で配置し、
    前記線状光源の長手方向において、前記スペースに対向する位置の前記貫通孔の両側に、前記突出反射面が形成されていることを特徴とする照射器。
  2. 複数の前記線状光源は、前記スペース側よりも前記並列方向外側の間隔を狭く配置されていることを特徴とする請求項1に記載の照射器。
  3. 前記被対象物を囲む補助反射鏡を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の照射器。
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