KR101352908B1

KR101352908B1 - 노광용 조명장치 및 이를 이용한 노광장치

Info

Publication number: KR101352908B1
Application number: KR1020110139434A
Authority: KR
Inventors: 홍승호; 최종률; 박원덕; 김명관; 하철호
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2014-01-22
Also published as: KR20130071939A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 노광장치 및 노광용 조명장치는 LED를 사용하여 소비전력, 제품 비용을 낮출 수 있으며, 흡수막과 상기 흡수막에 부착된 집광렌즈를 통해 집광도를 높이고 조도를 향상시키는 효과가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르는 노광용 조명장치는 베이스기판; 상기 베이스기판의 전면에 배치되는 복수의 발광소자; 상기 복수의 발광소자가 출사한 광을 집광하는 복수의 집광렌즈; 및 상기 복수의 발광소자와 상기 복수의 집광렌즈 사이에 배치되어, 상기 발광소자에서 상기 집광렌즈를 벗어난 영역으로 향하는 광을 흡수하여 난반사를 방지하는 흡수막; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

노광용 조명장치 및 이를 이용한 노광장치{Lighting Device for exposure and Exposure Apparatus having thereof}

본 발명의 실시예들은 노광용 조명장치 및 이를 이용한 노광장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노광장치의 수명시간을 늘리고 효율적인 노광장치의 집광효율을 높이기 위한 노광용 조명장치 및 이를 이용한 노광장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 기존의 브라운관에 비해 시인성이 우수하고 평균소비전력도 같은 화면크기의 브라운관에 비해 작을 뿐만 아니라 발열량도 작기 때문에 최근에 차세대 표시장치로서 각광받고 있다.

상기 액정표시장치는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 화소들에 화상신호를 개별적으로 공급하여, 상기 화소들의 광투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한다. 이를 위해 액정표시장치는 박막 트랜지스터가 형성된 하부기판과, 컬러필터가 형성되어 있는 상부기판이 액정층을 사이에 두고 합착된 구조로 되어 있다.

상기 액정표시장치의 제조공정은 하부기판 형성공정, 상부기판 형성공정, 액정을 봉입하는 셀(cell) 공정, 편광판, 구동회로부, 백라이트 유닛 등을 부착, 조립하는 모듈 공정을 포함한다.

여기서 하부기판 형성공정과 상부기판 형성공정은 기판 상에 소정의 패턴을 형성하기 위해, 증착, 노광, 현상, 식각 등의 일련의 과정을 거치게 되는 데 이를 포토리소그래피 공정이라 한다.

한편, 상기 포토리소그래피 공정 중 노광 공정은 기판 상부에 감광막을 도포한 뒤, 패턴을 형성할 영역에 패턴과 동일한 모양의 마스크를 배치하고, 상기 마스크의 상부에 광을 주사하는 방식으로 진행된다. 이때, 상기 감광막의 성질에 따라 광에 노출된 부분 또는 광에 노출되지 않은 부분이 현상 공정에 의해 제거되어 원하는 패턴 형성의 준비단계에 들어간다.

따라서, 상기 노광 공정을 진행하기 위하여 광원, 상기 광원으로부터 출사된 광을 집광하기 위한 집광렌즈. 상기 집광된광의 방향을 바꾸는 반사거울 등을 포함하는 노광장치가 요구된다.

이때, 노광장치의 광원으로 수은램프를 이용하여 왔는바 수은 램프에 대하여 상세히 검토해 본다.

도 1은 종래기술에 따르는 수은 램프의 단면도이다.

상기 수은램프(13)는 반사경(12)과 램프(11)로 구성될 수 있다. 상기 램프(11)는 발광관(11a)과 발광관(11a)의 내부에 텅스텐으로 이루어지는 코일 형상 또는 봉(棒)형상의 한쌍의 방전전극(11b, 11c) 및 발광관(11a) 내부에 봉입된 수은(미도시) 및 희가스(미도시) 등으로 구성되어 있다. 이때, 봉입물질로 더욱이 할로겐 가스나, 브롬화(臭化) 메틸 등의 비금속 할로겐화물, 또는 브롬화 수은 등의 할로겐화 금속등이 봉입될 수 있다.

이때, 상기 램프(11)는 방전전극(11b, 11c)이 외부로부터 전압을 인가받고 봉입된 수은(미도시)을 통해 방전전극(11b, 11c) 사이에서 아크 방전을 형성함으로써 발광할 수 있다.

여기서 방전전극(11b, 11c)의 사이에 형성되는 아크에 의한 발광부(11d)가 반사경(12)의 초점에 위치하도록 설치된다. 상기 발광부(11d)는 사방으로 광을 방사하며, 상기 반사경(12)이 사방으로 방사된 광을 반사시켜 집광해주는 역할을 한다.

따라서, 상기 반사경(12)의 내부면 모양에 따라 발광부(11d)에서 출사된 광의 대부분이 반사경(12)에서 반사되어 반사경(12)의 광축에 거의 평행하게 출사되어 나갈 수 있다. 보다 상세하게는 발광부(11d)가 이상적인 점광원이라면, 반사경(12)으로부터 출사하는 광은 완전한 평행광으로 될 수 있다. 또는 상기 반사경(12)의 내부면 설계에 따라 반사경(12)으로부터 반사되어 나가는 빛을 한 점에 모으도록 집광하는 것도 가능하다.

그러나 상기 수은 램프(13)는 수명이 1500시간 정도되어 수명이 상당히 짧으며 수은이 고가이기 때문에 비용면에서 단점을 가진다.

또한, 상기 수은 램프(13)는 오프 상태에서 온 된 후 노광에 적절한 조도의 광을 방사하는 데에 시간이 걸리기 때문에 기판이 반입되고 반출되는 순간마다 수은 램프(13)를 턴 오프한 후 다시 턴 온할 수 없다. 따라서, 상기 수은 램프(13)의 광이 발광하는 방향에 셔터를 설치하여 상기 셔터를 열고 닫음으로써 노광의 온/오프를 제어한다. 그러므로 수은 램프(13)가 항상 턴 온되어 있어 소비전력이 증가한다.

또한, 가시광선과 같은 불필요한 파장까지 출력하여 문제를 발생시킬 수 있으며, 수은이 환경 및 사람의 인체에 유해하여 환경오염을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다.

따라서 위와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예들은 노광장치 및 노광용 조명장치의 광원으로 LED를 이용함으로써 비용을 절감하고 소비전력을 낮추는 데에 목적이 있다.

그리고, LED와 집광렌즈 사이에 흡수막을 배치하여 난반사를 방지하는 데에 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명을 실시하기 위한 구체적 내용 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 노광용 조명장치는 베이스기판; 상기 베이스기판의 전면에 배치되는 복수의 발광소자; 상기 복수의 발광소자가 출사한 광을 집광하는 복수의 집광렌즈; 및 상기 복수의 발광소자와 상기 복수의 집광렌즈 사이에 배치되어, 상기 발광소자에서 상기 집광렌즈를 벗어난 영역으로 향하는 광을 흡수하여 난반사를 방지하는 흡수막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 흡수막은 내부가 개구된 통 모양으로 형성되어 상기 발광소자의 발광면과 상기 발광면에 대응되는 상기 집광렌즈의 배면에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡수막은 원 또는 다각형의 단면을 가지는 통 모양으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 집광렌즈는 상기 흡수막의 단면과 동일한 형상의 밑면을 가지는 반구형인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 집광렌즈는 상기 흡수막의 단면과 동일한 단면을 가지며 상기 흡수막으로부터 연장되는 제 1 영역과 상기 제 1 영역에서 연장되어 반구형의 곡면을 가지는 제 2 영역으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발광소자에서 상기 흡수막과 집광렌즈를 통하여 출사되는 광의 출사각도는 5°~20°인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 발광소자는 상기 베이스기판에서 탈착이 가능하도록 임의의 복수개가 셀 단위로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스기판은 상기 복수의 발광소자가 출사하는 목표 지점이 동일하도록 균일한 곡률을 가지며 굴곡된 구면형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스기판의 상부와 하부를 잇는 제 1 축과 상기 베이스기판의 좌측부와 우측부를 잇는 제 2 축이 정의될 때, 상기 베이스기판은 상기 제 1 축과 상기 제 2 축을 중심으로 굴곡된 구면형상인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 노광용 조명장치는 베이스기판; 상기 베이스기판의 전면에 배치되는 복수의 발광소자; 상기 복수의 발광소자가 출사한 광을 집광하는 복수의 집광렌즈; 및 상기 복수의 발광소자와 상기 복수의 집광렌즈 사이에 배치되어, 상기 발광소자에서 상기 집광렌즈를 벗어난 영역으로 향하는 광을 흡수하여 난반사를 방지하는 흡수막;을 포함하며, 서로 마주하는 제 1 노광용 조명장치와 제 2 노광용 조명장치; 및 상기 제 1 노광용 조명장치와 제 2 노광용 조명장치 사이에 배치되어, 상기 제 1 노광용 조명장치의 제 1 광을 반사하는 제 1 미러와 상기 제 2 노광용 조명장치의 제 2 광을 반사하는 제 2 미러;를 포함하며, 상기 제 1 미러와 제 2 미러는 제 1 광과 제 2 광을 동일한 방향으로 반사하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 노광장치는 베이스기판; 복수의 발광소자; 상기 복수의 발광소자가 출사한 광을 집광하는 복수의 집광렌즈; 및 상기 복수의 발광소자와 상기 복수의 집광렌즈 사이에 배치되어 난반사 광을 흡수하는 흡수막;을 포함하며 상기 베이스기판의 전면에 배치되는 복수의 발광부; 상기 발광부의 전방에 배치되어 상기 발광부에서 출사한 광의 조도를 균일하게 하는 조도균일부; 조도가 균일화 된 광을 일방향과 평행하게 출사시키는 평행광변환부; 및 상기 일방향과 평행하게 출사된 광이 입사하는 영역에 배치된 마스크를 포함하는 노광 스테이지; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복수의 발광부는 상기 조도균일부의 입광면 중심과의 거리가 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 발광부는 이웃하는 발광부가 상기 조도균일부의 입광면 중심에 대해 형성하는 사이각이 동일하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 발광부는 상기 베이스기판의 중심을 기준으로 대칭하는 최외곽 발광부가 상기 조도균일부의 입광면 중심에 대해 형성하는 사이각이 5°~15°가 되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 평행광변환부는 균일한 곡률로 휘어진 구면거울인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조도균일부의 입광면에 배치되어 난반사된 광을 제거하는 조리개를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노광 스테이지의 상부에 배치되어, 상기 평행광변환부로부터 입사된 광을 상기 노광 스테이지로 반사하는 반사거울을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 노광용 조명장치 및 노광장치는 수은 램프 대신 수명이 길고 단속적인 온/오프 제어가 가능한 LED를 사용함으로써 비용을 절감하고, 소비전력을 줄이며, 환경오염을 줄일 수 있다.

또한, 상기 LED와 집광렌즈 사이에 흡수막을 배치하여 난반사를 방지함으로써 집광도를 높이고 조도를 상승시킬 수 있다.

또한, 불필요한 파장의 광을 제거하고 단일 파장을 사용함으로써 단일 파장 전용 감광막을 사용할 수 있게 되어, 공정 상 불량을 제거하고 노광 공정의 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 따르는 수은 램프의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 노광장치의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조명장치의 단면도이며, 도 3b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조명장치의 정면도이다.
도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조명장치와 조도균일부의 배치관계를 나타낸 개략 단면도이다.
도 4b는 상기 조도균일부의 입광면의 위치와 조도에 관한 그래프이다.
도 5a는 발광부의 광 발산거리와 사이각이 일치하지 않는 조명장치와 조도균일부의 배치관계를 나타낸 개략 단면도이다.
도 5b와 도 5c는 도 5a의 발광부 배치에 따른 조도균일부의 입광면의 위치와 조도에 관한 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 발광부의 사시도이다.
도 6b와 도 6c는 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 발광부의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 노광용 조명장치의 개략적인 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따르는 액정표시장치 및 액정표시장치 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

그리고, 본 명세서에 첨부된 도면의 구성요소들은 설명의 편의를 위해 확대 또는 축소되어 도시되어 있을수 있음이 고려되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될수 있으나 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되므로 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 노광장치의 개략적인 단면도이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따르는 노광장치는 발광하는 조명장치(110), 광을 집광하는 구면렌즈(120), 광을 확산시켜 조도를 균일하게 하는 조도균일부(130), 입사된 광을 평행광으로 변환하여 출사하는 평행광변환부(140), 상기 평행광을 노광 스테이지(160)로 반사하는 반사거울(150), 마스크(M)와 피노광체인 기판(S)이 배치된 노광 스테이지(160)로 구성될 수 있다.

후술하는 조명장치(110)는 기판(S)의 상부에 노광을 진행할 광을 출사하며, 전방에 적어도 하나의 광원을 장착할 수 있다.

상기 구면렌즈(120)는 상기 조명장치(110)에서 출사된 광을 집광시켜 제 1 방향으로 출사한다. 상기 구면렌즈(120)는 상기 조명장치(110)의 전방에 배치될 수 있으며, 구면으로 이루어질 수 있다.

상기 제 1 방향으로 출사된 광은 조도균일부(130)로 입사하게 되는데, 상기 조도균일부(130)의 입광면에는 광량을 조절하는 조리개(135)가 배치될 수 있다. 상기 조리개(135)는 조도균일부(130)에 입사되는 난반사된 광을 제거하는 역할을 한다.

상기 조도균일부(130)는 광을 확산시켜 광의 조도를 균일하게 할 수한 광을 있다.

상기 조도균일부(130)는 복수의 유닛의 집합체로 구성될 수 있으며, 한 개의 유닛은 복수의 제 1 렌즈(131)와 복수의 제 2 렌즈(132)를 구비할 수 있다. 상기 제 1 렌즈(131)와 제 2 렌즈(132)는 일정 간격만큼 이격하여 배치되어 있다. 이때, 상기 제 1 렌즈(131)는 구면렌즈(120)로부터 입사된 광을 받아들이고 제 2 렌즈(132) 방향으로 집광시킨다. 그리고 상기 집광된 광은 제 2 렌즈(132)를 통하여 입사각보다 큰 각으로 굴절되며, 결과적으로 제 2 렌즈(132)로 입사된 광이 확산되어 나가는 형태를 띈다. 상기 확산된 광은 조도균일부(130)의 출광면에서 서로 섞이며 균일한 조도를 가지게 된다. 여기서, 상기 조도균일부(130)는 플라이 아이 렌즈(fly eye lens)라고도 불리우며 상기 조도균일부(130)는 본 기술분야의 당업자가 실시할 수 있는 범위 내에서 다양하게 설계될 수 있다.

상기 평행광변환부(140)는 상기 조도가 균일화된 광을 제 2 방향과 평행한 광으로 변환하여 출사한다. 이때, 상기 제 2 방향은 제 1 방향이 아닌 다양한 방향이 될 수 있으며 본 발명의 제 1 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 상부 방향이 될 수 있다.

그리고 상기 평행광변환부(140)는 일정한 곡률로 굴곡된 구면거울의이 될 형태를 가질 수 있다. 이때, 상기 평행광변환부(140)는 곡률 중심을 기준으로 콜리메이션 각도(collimation angle)와 기울기 각도(declination angle)가 설정되며 상기 각도들을 기준으로 곡면이 형성되거나 기울어질 수 있다. 상기 콜리메이션 각도란 조도균일부(130)로부터 입사된 광을 제 2 방향과 평행하게 반사시키기 위한 각도이며 기울기 각도는 상기 입사된 광을 반사거울(150)로 입사시키기 위한 각도이다. 상기 콜리메이션 각도와 기울기 각도는 마스크(M)에 노광되는 광의 해상도를 결정할 수 있다. 여기서, 상기 평행광변환부(140)는 콜리메이션 미러라고도 호칭되며 상기 평행광변환부(140)은 본 기술분야의 당업자가 실시할 수 있는 범위 내에서 다양하게 설계될 수 있다.

상기 반사거울(150)은 평행광변환부(140)에서 제 2 방향을 향하는 상부에 배치되어 하부의 노광 스테이지(160)로 광을 반사한다. 이때, 상기 반사거울(150)은 평행광변환부(140)에 대해 소정의 각도로 기울어지며 반사면이 편평하게 형성될 수 있다.

상기 노광 스테이지(160)는 상면에 마스크(M)와 기판(S)이 배치되는 것으로서, 마스크(M)를 통해 기판(S) 상부에 노광을 진행한다. 이때, 상기 마스크(M)는 소정의 형상의 패턴홀을 포함하며, 상기 패턴홀을 기준으로 기판(S) 상부에 노광되는 노광영역과 비노광영역이 결정된다. 그리고 노광영역은 기판(S) 상부에 도포된 감광막의 특성에 따라 현상에 의해 제거되거나 남아있게 된다.

이때, 상기 노광 스테이지(160)는 마스크(M)와 기판(S) 외에 마스크(M)를 홀딩하는 마스크 홀더(미도시), 기판(S)을 반송하거나 반출하는 기판반송부(미도시), 반송된 기판(S)을 로딩하거나 노광된 기판(S)을 언로딩하는 리프트부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.

이하, 상기 조명장치(110)에 대하여 다른 도면을 통하여 구체적으로 설명한다.

도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조명장치의 단면도이며, 도 3b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조명장치의 정면도이다.

상기 조명장치(110)는 베이스기판(115), 발광부(111), 발광제어부(116), 냉각기판(117), 냉각제어부(118)로 구성될 수 있다.

상기 베이스기판(115)은 후술하는 발광부(111)를 구동하기 위하여 전면에 회로 배선이 형성되어 있다.

그리고 상기 베이스기판(115)은 도 3a를 참조하면 일정한 곡률로 굴곡될 수 있으며, 전면(前面)이 오목한 구면 형상이 될 수 있다. 그리고 도 3b를 참조하면, 사각형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 베이스기판(115)은 3차원적으로 굴곡된 형상을 가질 수 있다. 구체적으로 설명하면, 도 3b에서 상기 베이스기판(115)의 상부와 하부를 연결하는 축을 제 1 축이라하고, 상기 베이스기판(115)의 좌측부와 우측부를 연결하는 축을 제 2 축이라고 할 때, 도 3a의 베이스기판(115)는 제 2 축에 대하여만 굴곡된 구면 형상이 된다. 이때 베이스기판(115)이 제 1 축과 제 2 축에 대하여 동시에 굴곡될 경우 3차원적으로 굴곡되는 구면 형상이 될 수 있다.

상기 발광부(111)는 기판 상에 주사하기 위한 광을 발하는 것으로 상기 베이스기판(115)의 전면에 배치되며, 상기 베이스기판(115)의 오목한 형상에 의해 하나의 초점을 향해 광을 출사한다.

여기서 도 3b를 참조하면, 상기 발광부(111)는 서로 일정 간격 이격하여 배치될 수 있으며 4개의 발광부(111)가 하나의 셀(CL)을 이루도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 하나의 셀(CL)을 이루는 발광부(111)의 개수에는 한정이 없으며, 상기 발광부(111)는 셀(CL) 단위로 상기 베이스기판(115)으로부터 탈착이 가능하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 발광부(111)의 일부가 오작동이 발생하거나 수명이 다한 경우 전체의 발광부(111)를 탈착시켜 교체할 필요없이 해당하는 셀(CL)만 탈착하여 해당하는 발광부(111)를 교체할 수 있다.

그리고 상기 발광부는 발광소자(112)와 흡수막(미도시), 집광렌즈(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 발광소자(112)는 상기 베이스기판(115)의 전면에 배치되는 것으로 상기 베이스기판(115)에 형성된 회로에 의해 동작하여 광을 발할 수 있다. 상기 발광소자(112)는 도 3b를 참조하면 발광부(111) 내의 일 영역에 배치되는 작은 반도체소자가 될 수 있으며, 바람직하게는 LED(Light Emitting Diode)가 될 수 있다. 상기 LED는 저소비전력, 소형, 저비용, 긴 수명시간을 가지는 특징이 있으며, 수은램프에 비하여 환경오염을 일으키지 않는 다는 면에서 장점이 있다. 또한, 수은램프와 달리 LED 내부의 반도체가 노광에 적당한 조도로 발광하는 데에는 짧은 시간이 걸리므로, 기판이 로딩되거나 언로딩되는 과정에 따라 점등과 소등을 단속적으로 제어하여 소비전력을 단축시킬 수 있다. 또한, 수은램프와 달리 반도체소자의 설계특성에 따라 특정 파장대의 광을 발하게 할 수 있으므로, 불필요한 파장이 제거된 광을 발하게 할 수 있다. 이에 따라 특정파장에 대해 적용되는 감광막을 적용할 수 있으며 노광공정의 정확도를 높일 수 있다.

상기 흡수막(미도시)은 발광소자(112)에서 발한 광이 발광소자(112)의 측면에 부딪혀 발생시킬 수 있는 난반사를 제거하여 조도를 높이는 역할을 하며, 상기 집광렌즈(미도시)는 상기 발광소자(112)에서 발한 빛을 1차적으로 집광하는 역할을 하는 것으로서, 상기 흡수막(미도시)과 상기 집광렌즈(미도시)의 구체적인 구성과 기능에 대하여는 후술하도록 한다.

상기 발광제어부(116)는 상기 베이스기판(115)에 형성된 회로를 통해 상기 발광부(111)를 제어하는 것으로서, 상기 발광부(111)의 점등과 소등을 제어한다. 이때, 상기 발광제어부(116)는 상기 전체 발광부(111)를 한번에 점등시키거나 한번에 소등시킬 수 있으며, 단속적으로 점등과 소등을 제어할 수 있다. 한편, 발광부(111)의 점등 및 소등 제어는 노광 공정의 방식에 따라 달리할 수 있으며, 본 기술분야의 당업자가 유용하게 변경할 수 있는 범위 내의 제어방식은 모두 본 발명의 제 1 실시예로 포함한다.

상기 냉각기판(117)은 상기 베이스기판(115)의 배면에 배치되어 상기 발광소자(112)로부터 발생된 열을 낮추는 역할을 한다. 상기 발광소자(112)는 광을 발하기 때문에 많은 열을 발생하게 되며 상기 열은 베이스기판(115)으로 전달된다. 이때, 베이스기판(115)이 상기 열을 제대로 방출하지 못한다면 발광소자(112)의 내구성에 영향을 끼쳐 발광소자(112)의 수명이 단축될 수 있다. 그러나 상기 냉각기판(117)에 의해 발광소자(112)의 장시간 유지시킬 수 있다.

상기 냉각제어부(118)는 상기 냉각기판(117)을 제어하는 것으로서 냉각기판(117)의 내부 또는 외부에 배치되어 상기 냉각기판(117)의 냉각 온도, 냉각 시간 등을 제어할 수 있다.

이하, 상기 발광부(111)가 상기 베이스기판(115)에 배치되는 모양에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 4a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조명장치와 조도균일부의 배치관계를 나타낸 개략 단면도이며, 도 4b는 상기 조도균일부의 입광면의 위치와 조도에 관한 그래프이다.

도 4a를 참조하면, 상기 발광부(111)는 조도균일부(130) 입광면의 중심에 광을 집중하도록 배치될 수 있다.

이때, 상기 각각의 발광부(111)와 상기 조도균일부(130) 중심 사이의 거리는 모두 동일하게 설정될 수 있다. 그에 따라 모든 발광부(111)에서 출사하여 조도균일부(130) 중심으로 향하는 광의 발산거리는 동일하게 될 수 있다. 예를 들면 임의의 두 발광부(111)가 조도균일부(130)의 중심과 이루는 광 발산거리(D1, D2)는 동일하다.

그리고 이웃하는 발광부(111)가 상기 조도균일부(130) 중심과 이루는 사이각은 모든 발광부(111)에 대하여 동일하게 설정될 수 있다. 예를 들면, 두 개의 이웃하는 발광부(111)가 조도균일부(130) 중심과 이루는 사이각은 θ1, θ2, θ3, θ4가 될 수 있으며, 상기 θ1, θ2, θ3, θ4은 모두 동일한 각도가 될 수 있다.

이때, 상기 최외곽 발광부(111)들이 상기 조도균일부(130)의 중심에 대하여 형성하는 사이각은 5°~ 15°가 될 수 있다. 예를 들면 도 4a에 나타난 발광부(111)가 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광부(111) 전체를 도시한 것이라고 가정할 때 θ1, θ2, θ3, θ4를 모두 합한 값은 5°~ 15°가 될 수 있다.

그 결과 상기 조도균일부(130)의 입광면의 광량 분포는 도 4b와 같이 입광면의 중심을 대칭으로 한 가우시안 분포가 될 수 있다. 이때, 상기 그래프에 나타난 상부, 하부, 중심이란 용어는 조도균일부(130)의 상부, 하부, 중심을 뜻한다. 상기 도 4b에서 각 발광부(111)가 조도균일부(130)의 입광면에 대해 형성하는 광량 분포 그래프는 C1이 될 수 있으며, 복수의 C1이 합해지면 B1과 같은 그래프가 될 수 있다. 이때, 상기 B1의 최고값은 A1이 된다.

즉, 본 발명의 제 1 실시예는 조도균일부(130)의 입광면에서 광분포가 가우시안 분포를 가지도록 형성될 수 있다.

그러나 상기 광 발산거리와 상기 사이각이 일치하지 않는 경우 조도균일부(130)의 입광면에 가우시안 형상의 광량 분포가 형성될 수 없다.

도 5a는 발광부의 광 발산거리와 사이각이 일치하지 않는 조명장치와 조도균일부의 배치관계를 나타낸 개략 단면도이며, 도 5b와 도 5c는 도 5a의 발광부 배치에 따른 조도균일부의 입광면의 위치와 조도에 관한 그래프이다.

도 5a를 참조하면, 각 발광부(111)와 조도균일부(130) 중심 사이의 광 발산거리는 다르게 배치되어 있으며, 각 사이각이 다르도록 배치되어 있다. 예를 들면, 임의의 두 개의 발광부의 광 발산거리(D11, D12)는 서로 다르게 배치되며, 이웃하는 두 개의 발광부(111)가 조도균일부(130) 중심에 대해 형성하는 사이각인 θ11, θ12, θ13, θ14는 서로 다르게 되어 있다.

도 5b의 그래프는 광 발산거리가 다른 경우의 그래프이다. 구체적으로, C2는 한 개의 임의의 발광부(111)가 조도균일부(130)에 대해 형성하는 광량 분포 그래프이며, 다른 발광부(111)의 광량 분포 그래프와 다른 위치에 배치되어 있다. 이때, 각 발광부(111)의 광량 분포 그래프의 합은 B2로 나타나며, B2는 최고값이 A1보다 낮은 가우시안 분포를 가지는 그래프가 된다.

도 5c의 그래프는 이웃하는 발광부(111)의 사이각이 다른 경우의 그래프이다. C3는 한 개의 임의의 발광부(111)가 조도균일부(130)에 대해 형성하는 광량 분포 그래프이며, 다른 발광부(111)의 광량 분포 그래프와 최고값이 다르며 다른 위치에 배치되어 있다. 이때, 각 발광부(111)의 광량분포 그래프의 합은 B3로 나타나며 가우시안 분포의 그래프가 나타나지 않을 수 있다. 그리고 B3의 최고값은 A1보다 낮게 나타날 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 1 실시예는 조도균일부에 입사되는 광량분포가 가우시안 분포가 되도록 각 발광부의 광 발산거리와 이웃하는 발광부의 사이각이 모두 동일하도록 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광부(111)를 종래기술과 대비하여 보다 상세히 검토한다.

도 6a는 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 발광부의 사시도이고, 도 6b와 도 6c는 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 발광부의 단면도이다.

먼저 도 6a 를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 발광부(111)는 발광소자(112), 흡수막(113), 집광렌즈(114)를 포함한다.

상기 발광소자(112)는 전술한 바와 같이 회로배선이 전면에 형성된 베이스기판(115)의 전면에 배치되며, 반도체 소자로 구성될 수 있다.

상기 흡수막(113)은 상기 내부가 개구된 통 형상으로 형성될 수 있는 것으로서 상기 발광소자(112)가 발광하는 방향에 배치된다. 그리고, 상기 흡수막(113)은 발광소자(112)의 주변을 둘러싼 채 발광방향으로 연장되는 형태가 되므로, 발광소자(112)에서 발하는 광의 광 경로를 정의하는 역할을 한다.

이때, 도면에서 상기 흡수막(113)은 사각통 형상으로 되어 있으나, 단면이 다각형이거나 원형인 통 형상이 될 수 있으며 본 기술분야의 당업자가 유용하게 변경할 수 있는 범위내의 흡수막 형상은 모두 본 발명의 제 1 실시예로 포함한다.

그리고 상기 집광렌즈(114)는 발광소자(112)가 광을 발하는 방향에 배치되며, 흡수막(113)에 부착된다. 상기 집광렌즈(114)는 제 1 영역(114a)과 제 2 영역(114b)으로 구성될 수 있으며, 상기 제 1 영역(114a)은 상기 흡수막(113)의 단면과 동일한 단면을 가진 채 발광방향으로 연장된 부분이며, 상기 제 2 영역(114b)은 일정한 곡률을 가지며 형성된 반구 형상이다. 따라서, 상기 도 6a에서 상기 제 1 영역(114a)의 단면과 제 2 영역(114b)의 밑면은 사각형이 될 수 있다.

여기서 도 6b와 도 6c를 참조하면, 상기 발광소자(112)는 모든 방향으로 광을 출사할 수 있며, 상기 베이스기판(115)의 전면에는 반사막(미도시)이 배치될 수 있으므로 상기 발광소자(112)가 발광하는 영역은 발광소자 전방의 일 영역으로 정의될 수 있다.

이때, 상기 발광부(111)에서 발하는 광을 제 1 광(L1), 제 2 광(L2), 제 3 광(L3), 제 4 광(L4), 제 5 광(L5), 제 6 광(L6)이라고 정의할 때, 제 1 광 내지 제 5 광(L1~L5)은 집광렌즈(114)로 입사되며, 제 6 광(L6)은 집광렌즈(114)를 향하여 직접적으로 입사하지 못한다. 이때, 상기 제 6 광(L6)은 발광소자(112)와 집광렌즈(114) 사이에 배치되는 구성과 부딪혀 반사에 의해 상기 집광렌즈(114)로 입사할 수 있는데 이때, 제 6 광의 방향은 다양하게 정의되기 때문에 난반사가 발생될 수 있다. 또한, 매질로 입사하는 광의 입사각이 수직이 아닐 경우 반사되는 광량이 많아지게 되는데 상기 집광렌즈(114)의 배면에서 반사된 광이 발광소자(112)와 집광렌즈(114) 사이에 배치되는 구성과 부딪히는 경우도 난반사가 발생할 수 있다.

여기서 상기 흡수막(113)은 난반사를 방지하는 재질과 모양으로 구성되어 상기 발광소자(112)와 집광렌즈(114) 사이에서 발생할 수 있는 난반사를 방지할 수 있다. 그 결과 집광렌즈(114)로 향하는 광과 난반사된 광의 간섭을 막음으로써 광 손실을 방지하게 되므로 효율적인 광선다발의 사용과 좁은 광발산각의 확보로 조명장치의 조도를 향상시킬 수 있다.

이때, 상기 흡수막(113)의 재질과 모양은 본 기술분야의 당업자가 유용하게 채택할 수 있는 범위에서 본 발명의 제 1 실시예로서 포함한다.

한편, 상기 집광렌즈(114)는 도 6b와 같이 제 1 영역(114a)과 제 2 영역(114b)으로 구성 될 수 있으며, 상기 도 6c와 같이 반구형상으로만 이루어진 구성이 될 수 있다. 상기 도 6c의 반구형상은 도 6b의 제 2 영역(114b)과 동일한 모양이다.

이때, 상기 집광렌즈(114)로 입사하는 제 1 광 내지 제 5 광(L1~L5)은 두 번 굴절하게 되여 입사한 각도보다 더욱 작은 각으로 발산되어 나간다. 여기서 상기 흡수막(113)에 의해 상기 흡수막(113)을 통과한 광은 상기 집광렌즈(114)에 대해 작은 각도로 입사하게 되므로 광발산각은 더욱 작아진다. 바람직하게는, 상기 제 1 광 내지 제 5 광(L1~L5)의 광발산각(φ3, φ4)은 각각 5°~ 20°가 될 수 있다.

여기서, 도 6b의 제 1 영역(114a)은 집광렌즈(114)로 입사한 광이 집광렌즈(114) 내에서 직진하는 광 경로를 더욱 확보해주는 역할을 하는 것으로서 제 1 영역(114a)의 존재로 인해 도 6c의 집광렌즈(114)보다 더욱 작은 광발산각을 형성할 수 있다.

예를 들어, 도 6b와 도 6c에서 제 1 광(L1)과 제 5 광(L5)이 P1과 P3 지점에 동일한 각으로 입사하지만 도 6b의 P2, P4에 입사하는 제 1 광(L1)과 제 5 광(L5)의 입사각이 도 6c의 P2, P4에 입사하는 제 1 광(L1)과 제 5 광(L5)의 입사각보다 크므로 굴절되는 각도도 커지게 된다. 따라서, 제 1 영역(114a)을 포함한 집광렌즈(114)가 더욱 좁은 광발산각을 형성 할 수 있다.

종래기술의 경우 LED 자체의 광발산각은 100°가 넘으며, 상기 LED의 둘레에 구면렌즈를 씌운 경우는 상기 구면렌즈의 집광역할에 의해 광발산각이 약 40°가 된다.

그러나 본 발명의 제 1 실시예는 흡수막(113)과 집광렌즈(114)에 의해 5°~ 15°정도의 광발산각을 가지게 된다. 따라서 수은램프의 경우 반사경 구조에 의해 광발산각이 좁아 집광도가 높은 구조를 가짐에 비하여 LED의 경우 광발산각을 좁힐 수 있는 구조가 제시되지 않아 문제가 되어 왔으나, 본 발명의 제 1 실시예는 LED의 이러한 단점을 보완 할 수 있다. 그에 따라, 구면렌즈 내지 조도균일부로 향하는 광의 집광을 더욱 효율적으로 제어할 수 있으며, 노광장치의 조도를 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 조명장치 및 노광장치에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 조명장치의 개략적인 단면도이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따르는 조명장치는 제 1 실시예와 동일한 조명장치가 2개로 구성되는 듀얼 조명장치가 될 수 있다. 그리고 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 노광장치는 제 1 실시예의 조명장치만 듀얼 조명장치로 바꾼 것과 동일하므로 조명장치 이외의 나머지 구성에 대한 설명은 제 1 실시예의 것으로 갈음한다.

제 2 실시예에 따르는 조명장치는 제 1 조명장치(210a), 제 2 조명장치(210b), 제 1 미러(219a), 제 2 미러(219b)로 구성될 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 조명장치(210a, 210b)는 각각 제 1 베이스기판 (215a), 제 1 발광부(211a) 및 제 2 베이스기판(215b), 제 2 발광부(211b)를 포함하며, 상기 베이스기판들(215a, 215b)과 발광부(211a, 211b)들은 제 1 실시예의 것과 동일한 것으로 이에 대한 설명은 제 1 실시예의 것으로 갈음한다.

상기 제 1 및 제 2 조명장치(210a, 210b)는 서로 마주보는 방향으로 배치될 수 있다.

그리고 상기 제 1 및 제 2 조명장치(210a, 210b)의 사이에 제 1 미러(219a)와 제 2 미러(219b)가 배치되어 상기 제 1 및 제 2 조명장치(210a, 210b)에서 출사된 광을 구면렌즈(220)를 향하여 일 방향으로 반사시킬 수 있다.

이때, 상기 제 1 미러(219a)와 제 2 미러(219b)는 동일한 방향으로 광을 반사하도록 배치되며, 상기 제 1 미러(219a)가 상기 제 1 조명장치(210a)에 대하여 배치되는 각도와 상기 제 2 미러(219b)가 상기 제 2 조명장치(210b)에 대하여 배치되는 각도는 동일 할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 미러(219a) 및 제 2 미러(219b)는 서로 배면을 마주한채 배치되는 모양이 될 수 있으며, 이때, 상기 제 1 미러(219a)와 제 2 미러(219b)는 도 7과 같이 일체로 구성될 수도 있다.

이와 같이 조명장치를 듀얼로 구성할 경우, 한 개를 사용하는 경우보다 조도를 향상시킬 수 있으며, 향상된 조도만큼 정밀하고 빠른 노광 공정을 진행할 수 있다.

이때, 상기 도면에서는 제 1 미러(219a)와 제 2 미러(219b)로부터 반사되는 광이 상부를 향하도록 도시되었으나, 이는 본 기술분야의 당업자가 유용하게 변경할 수 있는 범위 내에서 다양한 방향으로 광을 반사하도록 설계될 수 있다.

또한, 제 2 실시예는 2개의 조명장치가 함께 이용되는 경우만을 설명하였으나, 조명장치의 개수에는 한정됨이 없으며, 3개 이상의 경우라도 조명장치의 개수에 대응하는 미러를 이용하여 광을 반사시켜 집광할 수 있는 구성이라면 모두 본 발명의 제 2 실시예로서 포함한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

110 : 노광용 조명장치 111: 발광부
112 : 발광소자 113 : 흡수막
114 : 집광렌즈 115 : 베이스기판
116 : 발광 제어부 117 : 냉각기판
118 : 냉각 제어부 120 : 제 2 집광렌즈
130 : 조도균일부 140 : 평행광변환부
150 : 반사거울 160 : 노광 스테이지

Claims

베이스기판;
상기 베이스기판의 전면(前面)에 배치되는 복수의 발광소자;
상기 복수의 발광소자가 출사한 광을 집광하는 복수의 집광렌즈; 및
상기 복수의 발광소자와 상기 복수의 집광렌즈 사이에 배치되며, 상기 발광소자에서 출사되어 상기 집광렌즈를 벗어난 영역으로 향하거나 상기 집광렌즈에서 반사된 광을 흡수하여 난반사를 방지하는 흡수막을 포함하여 구성되며,
상기 흡수막은 내부가 개구된 통 모양으로 형성되어 상기 발광소자의 주변을 둘러싼채 발광방향으로 연장되어 있으며 상기 발광소자의 발광면과 상기 발광면에 대응되는 상기 집광렌즈의 배면에 부착된 것을 특징으로 하는 노광용 조명장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 흡수막은 원형 또는 다각형의 단면을 가지는 통 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 노광용 조명장치
제 3 항에 있어서,
상기 집광렌즈는 상기 흡수막의 단면과 동일한 형상의 밑면을 가지는 반구형인 것을 특징으로 하는 노광용 조명장치.
제 3 항에 있어서,
상기 집광렌즈는 상기 흡수막의 단면과 동일한 단면을 가지며 상기 흡수막으로부터 연장되는 제 1 영역과 상기 제 1 영역에서 연장되어 반구형의 곡면을 가지는 제 2 영역으로 구성되는 것을 특징으로 하는 노광용 조명장치.
제 1 항에 있어서,
상기 발광소자에서 상기 흡수막과 집광렌즈를 통하여 출사되는 광의 출사각도는 5°~20°인 것을 특징으로 하는 노광용 조명장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 발광소자는 상기 베이스기판에서 탈착이 가능하도록 복수개가 셀 단위로 형성되는 것을 특징으로 하는 노광용 조명장치.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스기판은 상기 복수의 발광소자가 출사하는 목표 지점이 동일하도록 균일한 곡률을 가지며 굴곡된 구면형상인 것을 특징으로 하는 노광용 조명장치.
제 8 항에 있어서,
상기 베이스기판의 상부와 하부를 잇는 제 1 축과 상기 베이스기판의 좌측부와 우측부를 잇는 제 2 축이 정의될 때, 상기 베이스기판은 상기 제 1 축과 상기 제 2 축을 중심으로 굴곡된 구면형상인 것을 특징으로 하는 노광용 조명장치.
베이스기판; 상기 베이스기판의 전면에 배치되는 복수의 발광소자; 상기 복수의 발광소자가 출사한 광을 집광하는 복수의 집광렌즈; 및 상기 복수의 발광소자와 상기 복수의 집광렌즈 사이에 배치되되, 내부가 개구된 통 모양으로 형성되어 상기 발광소자의 주변을 둘러싼 채 발광방향으로 연장되어 있으며 상기 발광소자의 발광면과 상기 발광면에 대응되는 상기 집광렌즈의 배면에 부착되며, 상기 발광소자에서 출사되어 상기 집광렌즈를 벗어난 영역으로 향하거나 상기 집광렌즈에서 반사된 광을 흡수하여 난반사를 방지하는 흡수막을 포함하며, 서로 마주하는 제 1 노광용 조명장치와 제 2 노광용 조명장치; 및
상기 제 1 노광용 조명장치와 제 2 노광용 조명장치 사이에 배치되어, 상기 제 1 노광용 조명장치의 제 1 광을 반사하는 제 1 미러와 상기 제 2 노광용 조명장치의 제 2 광을 반사하는 제 2 미러;를 포함하며,
상기 제 1 미러와 제 2 미러는 제 1 광과 제 2 광을 동일한 방향으로 반사하는 것을 특징으로 하는 듀얼 노광용 조명장치.
베이스기판;
복수의 발광소자; 상기 복수의 발광소자가 출사한 광을 집광하는 복수의 집광렌즈; 및 상기 복수의 발광소자와 상기 복수의 집광렌즈 사이에 배치되되, 내부가 개구된 통 모양으로 형성되어 상기 발광소자의 주변을 둘러싼 채 발광방향으로 연장되어 있으며 상기 발광소자의 발광면과 상기 발광면에 대응되는 상기 집광렌즈의 배면에 부착되며, 상기 발광소자에서 출사되어 상기 집광렌즈를 벗어난 영역으로 향하거나 상기 집광렌즈에서 반사된 광을 흡수하여 난반사를 방지하는 흡수막을 포함하며, 상기 베이스기판의 전면에 배치되는 복수의 발광부;
상기 발광부의 전방에 배치되어 상기 발광부에서 출사한 광의 조도를 균일하게 하는 조도균일부;
조도가 균일화 된 광을 일방향과 평행하게 출사시키는 평행광변환부; 및
상기 일방향과 평행하게 출사된 광이 입사하는 영역에 배치된 마스크를 포함하는 노광 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 11 항에 있어서,
상기 복수의 발광부는 상기 조도균일부의 입광면 중심과의 거리가 동일한 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 11 항에 있어서,
상기 복수의 발광부는 이웃하는 발광부가 상기 조도균일부의 입광면 중심에 대해 형성하는 사이각이 동일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 11 항에 있어서,
상기 복수의 발광부는 상기 베이스기판의 중심을 기준으로 대칭하는 최외곽 발광부가 상기 조도균일부의 입광면 중심에 대해 형성하는 사이각이 5°~15°가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 11 항에 있어서,
상기 평행광변환부는 균일한 곡률로 굴곡된 구면거울인 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 11 항에 있어서,
상기 조도균일부의 입광면에 배치되어 난반사된 광을 제거하는 조리개를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 11 항에 있어서,
상기 노광스테이지의 상부에 배치되어, 상기 평행광변환부로부터 입사된 광을 상기 노광스테이지로 반사하는 반사거울을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.