JP7418128B2 - 光源装置、照明装置、及び露光装置。 - Google Patents
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Description
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、以下ではこれらをまとめて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る。
次に、上述した光源装置1と冷媒の熱交換と、LEDチップ3の寿命の関係について説明する。LEDチップの発光面の温度をジャンクション温度と呼ぶ。LEDチップ3の寿命は、アレニウスの式を用いて式(1)のように予測することができる。Lは寿命、Aは定数、Eは活性化エネルギー、Kはボルツマン定数、Tはジャンクション温度である。
式(1)より、活性化エネルギー(本実施形態における電流)が同じである場合、ジャンクション温度が低いほどLEDチップ3の寿命は長くなる。したがって、冷却器4の冷却力が高い領域では、冷却力が低い領域に比べてLEDチップ3の寿命が長くなる。本実施形態における冷却力が高い領域とは冷媒入口9付近の領域であり、冷却力が低い領域とは冷媒出口10付近の領域である。冷媒入口9付近に配列されたチップ列7aを構成しているLEDチップのジャンクション温度は、例えば、40℃前後である。一方、冷媒出口10付近に配列されたチップ列7lを構成しているLEDチップのジャンクション温度は、例えば90℃前後である。また、本実施形態のチップ列7a~7lにおけるLEDチップは、冷却器4の温度分布に基づき、等温部分に沿って配列されている。各チップ列内のLEDチップ3のジャンクション温度の差は、例えば、1℃前後である。
本実施形態での冷媒の流路の方向はY軸方向であり、チップ列におけるLEDチップが配列されるX軸方向に対して垂直に配置される。ここで、本実施例の比較例として、冷媒の流路の方向とチップ列におけるLEDチップの配列方向が共にX軸方向である場合を考える。図4(a)は、比較例における光源装置1の概略図であり、図4(b)は比較例における冷却器4の内部構造を示す図である。比較例における冷却器4では、冷却器4の冷媒入口9側から冷媒出口10側に向かってX軸方向に冷媒が流れる。冷媒はLEDアレイから熱を奪いながら、冷却器4の冷媒出口10側の方向に進んでいくため、上述したように冷却力が高い領域と冷却力が低い領域が存在する。
本実施形態では、LEDアレイを冷却するための冷媒が流れる方向が、チップ列7a~7lにおけるLEDチップの配列方向に対して垂直になるよう配置されている例について説明した。本実施形態はこれ以外にも、LEDアレイを冷却するための冷媒が流れる方向が、チップ列7a~7l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に配置されても良い。冷却器4を流れる冷媒の温度は、冷媒入口9側から冷媒出口10側の方向であるY方向に進むにつれて高くなる。そのため、最も冷却力が低い領域に位置するチップ列7lのLEDチップが、最も早く不点灯となる。
第1実施形態では、チップ列7a~7lに流れる電流がX方向である場合について説明した。これに対し、本実施形態では、チップ列9a~9lに流れる電流がX方向に流れない場合について説明する。図5は本実施形態における光源装置を示す図である。回路以外の基本的な構成については、第1実施形態と同様である。
第1実施形態及び第2実施形態では、1つのLEDアレイに対して1つの電気基板2がある場合について説明した。これに対し、本実施形態では、1つのLEDアレイに対して複数の電気基板2a~2lがある場合について説明する。図6は本実施形態における光源装置を示す図である。電気基板2以外の基本的な構成については、第1実施形態と同様である。
本実施形態では、LEDチップ3の寿命を予測する例について説明する。図7を用いて、光源装置1に記録部12が構成される場合について説明する。図7は本実施形態における光源装置を示す図である。記録部12以外の基本的な構成については、第1実施形態と同様である。記録部12は制御部5と接続されており、制御部5でチップ列7a~7lに供給された電流や点灯時間、電源に印加された電圧といった、LEDチップ3に関する蓄積データを記録部12で記録可能である。
次に、図9を用いて照明光学系の例を説明する。図9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9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。
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11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。
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。
2 電気基板
3 LEDチップ
4 冷却器
7a~7l チップ列
Claims (17)
- 基板と、前記基板上に配置された複数のLEDチップが直列接続されたチップ列とを含む回路を備えたLEDアレイと、
冷媒を用いて前記LEDアレイを冷却する冷却器を有し、
前記LEDアレイからの光を照明面に照明する光源装置であって、
前記チップ列は、前記冷却器の等温部分に沿って配列されていることを特徴とする光源装置。 - 前記チップ列は、前記LEDアレイを冷却する際の前記冷却器の温度分布に基づいて配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 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又は2に記載の光源装置。
- 前記回路は、前記チップ列を複数含み、
前記チップ列に含まれるLEDチップの数は、それぞれ等しい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。 - 前記冷却器は、前記基板における前記複数のLEDチップが配置されている面とは反対側の面に接して配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記冷却器は、前記冷媒が流れる流路を形成するための仕切りを更に有し、
前記仕切りは、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方向に延在していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光源装置。 - 電源を含む制御部を更に有し、
前記制御部は、前記照明面が目標照度になるように、前記チップ列に流れる電流及び前記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6のいずれか1項に記載の光源装置。 - 前記制御部は、前記チップ列に流れる電流、前記電源に印加する電圧、前記チップ列の点灯時間のうち少なくとも1つの蓄積データを記録可能であることを特徴とする請求項7に記載の光源装置。
- 前記冷媒の温度を計測する計測部を更に含み、
前記制御部は、前記計測部の計測結果に基づいて、前記LEDチップのジャンクション温度を推定することを特徴とする請求項8に記載の光源装置。 - 前記制御部は、前記蓄積データ及び前記ジャンクション温度に基づいて、前記チップ列が不点灯となるタイミングを予測することを特徴とした請求項9に記載の光源装置。
- 前記冷媒は、主成分がオイルである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。
- 前記冷媒は、主成分が水である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。
- 照明装置であって、
請求項1乃至12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。 - 前記オプティカルインテグレータはレンズ群を有することを特徴とする請求項13に記載の照明装置。
- 基板を露光する露光装置であって、
マスクを照明する照明装置であり、請求項13又は14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。 - 表示部を更に有し、
前記LEDアレイに配置されているチップ列が不点灯となるタイミングを予測し、前記チップ列が不点灯となる前に、前記表示部に前記チップ列又は前記LEDアレイの交換時期を示す情報、及びユーザに対して前記チップ列又は前記LEDアレイの交換を促す情報の少なくとも一方を表示することを特徴とする請求項15に記載の露光装置。 - 物品の製造方法であって、
請求項15又は16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。
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