KR20150093200A - 광 조사 장치 - Google Patents

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Abstract

조사면 위의 소정의 조사 위치에, 제 1 방향으로 연장되고, 또한 제 2 방향으로 소정의 선폭을 갖는 라인 형상의 광을 조사하는 광 조사 장치가, 기판 위에 제 1 방향을 따라 나열된 복수의 광원과, 각 광원으로부터의 광을 평행광이 되도록 정형하는 복수의 광학 소자를 갖고, 조사면에 대하여 제 1 방향에 평행한 라인 형상의 광을 출사하는 광학 유닛을 복수 구비한다. 복수의 광학 유닛은 N 종류(N은 2 이상의 정수)의 다른 파장의 광을 출사하는 N×M개(M은 1 이상의 정수)의 광학 유닛으로 이루어지고, N×M개의 광학 유닛은, 제 1 방향에서 보았을 때, N 종류의 상이한 파장의 광의 광로가 조사 위치를 중심으로 하는 원주 방향으로 소정의 순서로 나열되고, 또한 N×M개의 광학 유닛으로부터 출사되는 각 파장의 광은 제 2 방향으로 조사하는 범위가 각각 소정의 선폭 내가 되도록 배치된다.

Description

광 조사 장치{LIGHT IRRADIATION DEVICE}
본 발명은 라인 형상의 조사광을 조사하는 광 조사 장치에 관한 것으로, 특히 복수의 파장의 광이 혼합된 조명광을 라인 형상으로 조사하는 광 조사 장치에 관한 것이다.
종래, 오프셋 낱장 인쇄용의 잉크로서 자외광의 조사에 의해 경화하는 자외선 경화형 잉크가 사용되고 있다. 또한 액정 패널이나 유기 EL(Electro Luminescence) 패널 등, FPD(Flat Panel Display) 주위의 접착제로서 자외선 경화 수지가 사용되고 있다. 이러한 자외선 경화형 잉크나 자외선 경화 수지의 경화에는, 일반적으로, 자외광을 조사하는 자외광 조사 장치가 사용되는데, 특히 오프셋 낱장 인쇄나 FPD의 용도에서는, 폭이 넓은 조사 영역을 조사할 필요가 있기 때문에, 라인 형상의 조사광을 조사하는 자외광 조사 장치가 사용된다.
자외광 조사 장치로서는 종래부터 고압 수은 램프나 수은 크세논 램프 등을 광원으로 하는 램프형 조사 장치가 알려져 있지만, 최근, 소비전력의 삭감, 장기 수명화, 장치 사이즈의 컴팩트화의 요청으로, 종래의 방전램프 대신에, LED(Light Emitting Diode)를 광원으로서 이용한 자외광 조사 장치가 개발되었다(예를 들면, 특허문헌 1).
특허문헌 1에 기재된 자외광 조사 장치(LED 유닛)는 복수의 LED 모듈(LED칩)이 길이 방향(제 1 방향)으로 일정 간격으로 나열되어, 라인 형상의 광을 출사하는 기대(基臺) 블록을 복수 구비하고 있다. 각 기대 블록은 각 기대 블록으로부터 출사되는 라인 형상의 광이 소정의 조사 위치에서 1라인으로 집광되도록 소정의 각도로 경사져 있고, 폭 방향(제 2 방향)으로 소정의 간격을 두고 나열되어 배치되어 있다.
일본 특개 2011-146646호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
오프셋 낱장 인쇄에서는, 잉크의 종류(예를 들면, 색)에 따라 흡수하는(즉, 경화하는) 자외광의 피크 파장이 다르기 때문에, 복수의 파장이 혼합된 자외광을 조사 가능한 자외광 조사 장치가 요구되고 있다.
또한 FPD에서도, 기종에 따라 사용하는 접착제가 다르기 때문에, 여러 접착제에 대응할 수 있도록, 복수의 파장이 혼합된 자외광을 조사 가능한 자외광 조사 장치가 요구되고 있다.
특허문헌 1에 기재된 자외광 조사 장치는 365nm의 파장의 라인 형상의 광을 출사하는 2개의 기대 블록과, 385nm의 파장의 라인 형상의 광을 출사하는 2개의 기대 블록을 구비하고, 이것들로부터 출사되는 광을 소정의 조사 위치에서 1라인으로 집광하도록 구성함으로써 2파장의 광을 혼합하여, 이러한 문제를 해결했다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 자외광 조사 장치는 365nm의 파장의 라인 형상의 광을 출사하는 2개의 기대 블록을 LED 유닛의 중앙 근처에 나열하여 배치하고, 그 외측에(즉, 365nm의 파장의 기대 블록을 끼우도록) 385nm의 파장의 라인 형상의 광을 출사하는 2개의 기대 블록을 배치하는 구성을 채용하고 있기 때문에, 조사 위치에서의 365nm의 광의 입사각과 385nm의 광의 입사각과는 크게 상이하다. 이와 같이, 조사 위치에서의 광의 입사각이 상이하면, 조사 위치에서의 빔 직경이 상이한 결과, 조사 위치에서의 365nm의 광의 광량 분포(빔 프로필)와 385nm의 광의 광량 분포가 상이해 버린다고 하는 문제가 있다. 조사 위치에서 365nm의 광의 광량 분포와 385nm의 광의 광량 분포가 상이하면, 파장에 따라 광의 라인 폭(라인 형상의 광의 폭 방향의 길이) 및 조사 강도(에너지)가 바뀌어 버려, 잉크의 건조 상태에 불균일이 생기거나, 의도한 접착제의 경화가 얻어지지 않는다고 하는 문제가 생긴다.
본 발명은 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 광량 분포가 거의 동일한 복수의 파장의 광을 라인 형상으로 조사할 수 있는 광 조사 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 광 조사 장치는 조사면 위의 소정의 조사 위치에, 제 1 방향으로 연장되고, 또한 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 소정의 선폭을 갖는 라인 형상의 광을 조사하는 광 조사 장치로서, 기판 위에 제 1 방향을 따라 소정 간격마다 나열되고, 기판면과 직교하는 방향으로 광축의 방향을 일치시켜 배치된 복수의 광원과, 각 광원의 광로 상에 배치되고, 각 광원으로부터의 광을 거의 평행광이 되도록 정형하는 복수의 광학 소자를 갖고, 조사면에 대하여 제 1 방향에 평행한 라인 형상의 광을 출사하는 광학 유닛을 복수 구비하고, 복수의 광학 유닛은 N 종류(N은 2 이상의 정수)의 상이한 파장의 광을 출사하는 N×M개(M은 1 이상의 정수)의 광학 유닛으로 이루어지고, N×M개의 광학 유닛은 제 1 방향에서 보았을 때, N 종류의 상이한 파장의 광의 광로가 조사 위치를 중심으로 하는 원주 방향으로 소정의 순서로 나열되고, 또한 N×M개의 광학 유닛으로부터 출사되는 각 파장의 광은 제 2 방향으로 조사하는 범위가 각각 소정의 선폭 내가 되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, N×M개의 광학 유닛으로부터 출사되는 각 파장의 광의 광량 분포가 조사면상에서 거의 일치하기 때문에, 경화 파장이 상이한 여러 자외선 경화형 잉크나 자외선 경화 수지를 안정하게(경화 상태에 불균일이 생기지 않도록) 경화시키는 것이 가능하게 된다.
또한 M은 2 이상이며, N×M개의 광학 유닛은, 제 1 방향에서 보았을 때, N 종류의 상이한 파장의 광 중, 어느 1개의 파장의 광의 광로가 조사 위치에서의 수선을 대칭축으로 하여 선대칭이 되도록 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 어느 1개의 파장의 광은 N 종류의 상이한 파장의 광 중 가장 파장이 짧은 광인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 효율(즉, 소비전력에 대한 발광 강도)이 나쁜 광원의 소비전력을 억제하고, 또한 발열을 억제할 수 있다.
또한 N×M개의 광학 유닛은 어느 1개의 파장의 광의 제 2 방향으로 조사하는 범위의 총합과, 다른 파장의 광의 제 2 방향으로 조사하는 범위의 총합과의 차가 소정값 이하가 되도록 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 어느 1개의 파장의 광의 조사면에 대한 각 입사각을 θi(i는 1부터 M까지의 정수), 어느 1개의 파장의 광의 제 2 방향으로 조사하는 범위의 총합을 α0, 다른 파장의 광의 조사면에 대한 각 입사각을 θk(k는 1부터 M까지의 정수), 다른 파장의 광의 제 2 방향으로 조사하는 범위의 총합을 α1, 제 2 범위를 β로 했을 때에, 다음 조건식을 만족하도록 구성할 수 있다.
[수1]
Figure pct00001
또한 각 광학 유닛은, 제 1 방향에서 보았을 때, 조사 위치에서의 수선을 대칭축으로 하여 선대칭이 되도록 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 각 광학 유닛은, 제 1 방향에서 보았을 때, 조사 위치를 중심으로 한 원호 위에 배치되는 것이 바람직하다.
또한 M은 짝수이며, N×M개의 광학 유닛 중, N 종류의 상이한 파장의 광을 출사하는 M/2개의 광학 유닛이, 다른 M/2개의 광학 유닛에 대하여, 소정 간격의 1/2의 거리만큼 제 1 방향으로 벗어나 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 광 조사 장치로부터 출사되는 광의 제 1 방향의 조사 강도 분포가 거의 균일하게 된다.
또한 복수의 광원은, 기판 위에서, 제 1 방향과 직교하는 방향으로 2열로 나뉘어서 배치되어 있고, 제 1 방향에서 보았을 때, 일방의 열의 광원으로부터 출사된 광과 타방의 열의 광원으로부터 출사된 광이 조사 위치에서 집광되도록, 각 광학 소자의 광축과 각 광원의 광축이 벗어나도록 구성할 수 있다.
또한 일방의 열의 광원이, 타방의 열의 광원에 대하여, 소정 간격의 1/2의 거리만큼 제 1 방향으로 벗어나서 배치되는 구성으로 할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 광 조사 장치로부터 출사되는 광의 제 1 방향의 조사 강도 분포가 거의 균일하게 되고, 또한 각 광학 유닛의 부착 위치 조정 등이 간략하게 된다.
또한 복수의 광원은 대략 정방 형상의 발광면을 갖는 면 발광 LED이며, 이 발광면의 일방의 대각선이 제 1 방향과 평행하게 되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
또한 N 종류의 상이한 파장의 광은 파장마다 상이한 강도로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명의 광 조사 장치에 의하면, 광량 분포가 거의 동일한 복수의 파장의 광을 라인 형상으로 조사하는 것이 가능하게 되기 때문에, 경화 파장이 상이한 여러 자외선 경화형 잉크나 자외선 경화 수지를 안정하게 경화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광 조사 장치의 외관도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광 조사 장치에 탑재되는 LED 유닛의 구성 및 배치를 설명하는 확대도이다.
도 3은 도 2a에 나타내는 LED 유닛의 구성을 설명하는 확대도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 LED 유닛의 내부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광 조사 장치에 탑재되는 LED 유닛으로부터 출사되는 자외광의 광로도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광 조사 장치에 탑재되는 LED 유닛으로부터 출사되는 자외광의 광량 분포를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광 조사 장치에 탑재되는 LED 유닛의 배치와 광량 분포의 관계를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 ±35°의 위치에 각각 배치했을 때의 광량 분포를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 ±40°의 위치에 각각 배치했을 때의 광량 분포를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 ±45°의 위치에 각각 배치했을 때의 광량 분포를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 ±50°의 위치에 각각 배치했을 때의 광량 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 ±55°의 위치에 각각 배치했을 때의 광량 분포를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 ±60°의 위치에 각각 배치했을 때의 광량 분포를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 6, 도 8∼도 13에 나타낸 각 파장의 광량 분포의 일치 정도(γ)와, LED 유닛의 배치에 의해 정해지는 선폭(LW)의 변동폭(β)과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광 조사 장치에 구비되는 LED 유닛의 구성을 설명하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 광 조사 장치에 구비되는 LED 유닛의 부착 구조를 설명하는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
(제 1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광 조사 장치(1)의 외관도이다. 본 실시형태의 광 조사 장치(1)는 오프셋 낱장 인쇄용의 잉크로서 사용되는 자외선 경화형 잉크나, FPD(Flat Panel Display) 등에서 접착제로서 사용되는 자외선 경화 수지를 경화시키는 광원 장치에 탑재되는 장치이며, 후술하는 바와 같이 조사 대상물의 상방에 배치되어, 조사 대상물에 대하여 라인 형상의 자외광을 출사한다(도 2b). 본 명세서에서는, 광 조사 장치(1)로부터 출사되는 라인 형상의 자외광의 길이(선 길이) 방향을 X축 방향(제 1 방향), 폭(선 폭) 방향을 Y축 방향(제 2 방향), X축 및 Y축과 직교하는 방향(즉, 연직 방향)을 Z축 방향으로 정의하여 설명한다. 도 1a는 Y축 방향에서 보았을 때의 광 조사 장치(1)의 정면도이다. 도 1b는 Z축 방향에서 보았을 때(도 1a의 하측에서 상측으로 보았을 때)의 광 조사 장치(1)의 저면도이다. 도 1c는 X축 방향에서 보았을 때(도 1a의 우측에서 좌측으로 보았을 때)의 광 조사 장치(1)의 측면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 광 조사 장치(1)는 케이스(10)와, 기대 블록(20)과, 2개의 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 2개의 제 2 LED 유닛(200a, 200b), 2개의 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로 구성된 LED 유닛(50)을 구비하고 있다. 케이스(10)는 기대 블록(20), LED 유닛(50)을 수용하는 케이스이다. 또한 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)은 모두 X축에 평행한 라인 형상의 자외광을 출사하는 유닛이다(상세한 것은 후술).
기대 블록(20)은 LED 유닛(50)을 고정하기 위한 지지 부재이며, 스테인리스강 등의 금속에 의해 형성되어 있다. 도 1b 및 c에 도시하는 바와 같이, 기대 블록(20)은 X축 방향으로 연장되는 대략 직사각형의 판 형상의 부재이며, 하면은 Y축 방향을 따라 움푹 들어가는 부분 원통면으로 되어 있다. 기대 블록(20)의 하면(즉, 부분 원통면)에는, X축 방향으로 연장되는 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)이 Y축 방향을 따라(즉, 부분 원통면을 따라) 나열되어 배치되고, 나사 고정이나 납땜 등에 의해 고착되어 있다.
케이스(10)의 하면(광 조사 장치(1)의 하면)은 개구부(10a)를 가지고 있고, 이 개구부(10a)를 통과하여, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터의 자외광이 조사 대상물을 향하여 출사하도록 구성되어 있다.
도 2는 본 실시형태에 따른 광 조사 장치(1)에 탑재되는 LED 유닛(50)의 구성 및 배치를 설명하는 확대도이다. 도 2a는 도 1b의 확대도이며, 설명의 편의를 위해, 기대 블록(20)을 생략하고, 도 1b에 나타내는 LED 유닛(50)을 90° 회전시킨 뒤에, 기대 블록(20)의 부분 원통면을 평면으로 전개하여(즉, 좌우로 잡아 늘여서) 나타내고 있다. 또한 도 2b는, 도 1c의 확대 단면도이며, X축 방향에서 보았을 때의 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)의 배치를 나타내고 있다.
도 3은 도 2a에 나타내는 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)의 구성을 설명하는 확대도이다. 또한 도 4는 도 3에 도시하는 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)의 내부의 구성을 설명하는 도면으로, 도 3의 A-A' 단면도이다. 또한, 본 실시형태의 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)은 각 LED 유닛이 출사하는 자외광의 파장만이 상이하고, 그 밖의 구성에 대해서는 공통되기 때문에, 이하에, 대표하여 동일 파장의 자외광을 출사하는 제 1 LED 유닛(100a, 100b)에 대하여 설명한다.
도 2a, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)의 각각은 X축 방향으로 연장되는 직사각형 형상의 기판(101)과, 복수의 LED 모듈(110)을 구비하고 있다. 또한, 본 실시형태의 제 1 LED 유닛(100a, 100b)에는, 각각 40개의 LED 모듈(110)이 탑재되어 있지만, 도 2a 및 도 3에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위하여, 일부를 생략하여 나타내고 있다.
제 1 LED 유닛(100a, 100b)의 LED 모듈(110)은 X축 방향으로 연장되는 기판(101)의 중심선(CL1)을 끼고 2열(Y축 방향)×20개(X축 방향)의 2차원 정방 격자 형상으로 조밀하게 기판(101) 위에 배치되고, 기판(101)과 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 LED 유닛(100a, 100b)의 기판(101)은 도시하지 않은 LED 구동 회로에 접속되어 있고, 각 LED 모듈(110)에는 기판(101)을 통하여 LED 구동 회로로부터의 구동 전류가 공급되게 되어 있다. 각 LED 모듈(110)에 구동 전류가 공급되면, 각 LED 모듈(110)로부터는 구동 전류에 따른 광량의 자외광이 출사되고, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터는 X축에 평행한 라인 형상의 자외광이 출사된다. 또한, 본 실시형태의 각 LED 모듈(110)은 대략 동일한 광량의 자외광을 출사하도록 각 LED 모듈(110)에 공급되는 구동 전류가 조정되어 있고, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 출사되는 라인 형상의 자외광은 X축 방향에서 거의 균일한 광량 분포를 가지고 있다. 또한, 도 2a, 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 각 LED 모듈(110)의 간격(P)은 약 12mm로 설정되어 있다.
도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)의 각 LED 모듈(110)은 LED(Light Emitting Diode) 소자(111)(광원), 렌즈(113) 및 렌즈(115)(광학 소자)를 구비하고 있다.
LED 소자(111)는 대략 정방형의 발광면을 구비하고, LED 구동 회로로부터 구동 전류의 공급을 받아, 파장 365nm의 자외광을 출사한다. LED 소자(111)는 발광면의 2개의 대각선이 각각 X축 방향 및 Y축 방향을 향하도록 45° 기울어서 기판(101) 위에 부착되어 있다. 이 때문에, 인접하는 LED 모듈(110)의 각 LED 소자(111)는 발광면의 각 변이 X축 방향 또는 Y축 방향을 향하도록(즉, 45° 기울이지 않고) 배치한 경우에 비해, 서로 근접하여 배치되어, 인접하는 LED 모듈(110)로부터의 자외광도 서로 근접한 상태에서 출사된다.
LED 모듈(110)의 각 LED 소자(111)의 광축 위에는, 도시하지 않은 렌즈 홀더에 유지된 렌즈(113) 및 렌즈(115)가 배치되어 있다(도 4). 렌즈(113)는, 예를 들면, 실리콘 수지의 사출 성형에 의해 형성된, LED 소자(111)측이 평면의 평볼록 렌즈이며, LED 소자(111)로부터 확산하면서 입사되는 자외광을 집광하여 후단의 렌즈(115)로 도광한다. 렌즈(115)는, 예를 들면, 실리콘 수지의 사출 성형에 의해 형성된, 입사면 및 출사면이 모두 볼록면인 양쪽 볼록 렌즈이며, 렌즈(113)로부터 입사되는 자외광을 거의 평행광으로 정형한다. 따라서, 렌즈(115)(즉, 각 LED 모듈(110))로부터는 소정의 빔 직경을 갖는 거의 평행한 자외광이 출사된다. 또한, 본 실시형태의 렌즈(113) 및 렌즈(115)는 출사되는 자외광의 X축 방향 빔 직경이 약 18mm(반값폭), Y축 방향 빔 직경이 약 12mm(반값폭)가 되도록 설계되어 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시형태의 LED 모듈(110)은 기판(101) 위에 2열(Y축 방향)×20개(X축 방향)의 2차원 정방 격자 형상으로 조밀하게 배치되어, 인접하는 각 LED 모듈(110)로부터의 자외광이 근접한 상태에서 출사되도록 구성되어 있다. 이 때문에, 각 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터는 X축 방향으로 연장되는 라인 형상의 자외광이 Y축 방향으로 2열 나열되어 출사된다.
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 렌즈(113)와 렌즈(115)의 광축이 일치하고, 또한 렌즈(113)와 렌즈(115)의 광축이 LED 소자(111)의 광축(발광면의 중심을 통과하는 중심축)에 대하여 Y축 방향으로 오프셋 되어 배치되어 있다. 즉, 각 LED 모듈(110)의 렌즈(113)와 렌즈(115)의 광축은 기판(101)의 중심(중심선(CL1)) 근처에 소정의 거리만큼 오프셋 되어 있다. 이 때문에, LED 소자(111)로부터 출사되는 자외광의 광로는 렌즈(113) 및 렌즈(115)에 의해 내측(중심선(CL1)측)으로 구부려진다. 후술하는 바와 같이, 본 실시형태의 제 1 LED 유닛(100a, 100b)은 기판(101)의 중심선(CL1)을 통과하는 기판(101)의 수선(VL1)(가상선)이 집광 위치(F1)를 통과하도록 배치되어 있고(도 2b, 도 4), 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 출사되는 2열의 라인 형상의 자외광은 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 벗어남에 따라 서서히 수선(VL1)에 근접하여, 집광 위치(F1)에서 교차하도록 구성되어 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시형태의 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)은, 출사되는 자외광의 파장이 상이한 점에서만, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)과는 상이하다. 구체적으로는, 제 2 LED 유닛(200a, 200b)은 파장 385nm의 자외광을 출사하는 LED 소자(211)를 가진 LED 모듈(210)을 구비하고 있고, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)과 마찬가지로, 각 제 2 LED 유닛(200a, 200b)으로부터는, X축 방향으로 연장되는 라인 형상의 자외광이 Y축 방향으로 2열 나열되어 출사된다. 그리고, 각 제 2 LED 유닛(200a, 200b)으로부터 출사되는 2열의 라인 형상의 자외광은 집광 위치(F1)에서 교차하도록 구성되어 있다. 또한 제 3 LED 유닛(300a, 300b)은 파장 405nm의 자외광을 출사하는 LED 소자(311)를 가진 LED 모듈(310)을 구비하고 있고, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)과 마찬가지로, 각 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터는, X축 방향으로 연장되는 라인 형상의 자외광이 Y축 방향으로 2열 나열되어 출사된다. 그리고, 각 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 2열의 라인 형상의 자외광은 집광 위치(F1)에서 교차하도록 구성되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 3개의 상이한 파장의 자외광이 집광 위치(F1)에서 집광되도록 구성되어 있기 때문에, 집광 위치(F1)상에서는 3개의 파장이 혼합된 1개의 라인 형상의 광이 형성된다. 또한, JIS Z8120에 의하면, 파장 405nm의 광은 가시광으로서 정의되어 있지만, 본 실시형태에서는, 설명의 편의를 위해, 자외광으로서 설명한다.
다음에 상술한 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)의 배치에 대하여 설명한다. 도 2b에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 광 조사 장치(1)에서는, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b), 제 3 LED 유닛(300a, 300b)이, X축 방향에서 보았을 때, 기대 블록(20)의 하면(즉, 부분 원통면)을 따라, 원호 형상으로 배치된다. 그리고, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터의 자외광이 기준의 조사면(R) 위의 집광 위치(F1)를 향하여 출사되고, 기준의 조사면(R)상에서 집광 위치(F1)를 중심으로 하는 선폭(LW)의 범위를 조사하도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 자외광의 선폭(LW)은 집광 위치(F1)에 대하여 ±약 20mm로 설정되어 있고, 선 길이(LL)(X축 방향의 길이)는 약 200mm로 설정되어 있다.
또한 본 실시형태의 광 조사 장치(1)에서는, 케이스(10)의 하단으로부터 하방(Z축 방향)으로 90mm 떨어진 위치(즉, 워킹 디스턴스 90mm의 위치(도 2b 중, 「WD90」으로 나타냄))에서의 X-Y 평면을 기준의 조사면(R)으로 하고, 조사 대상물은 도시하지 않은 반송 장치에 의해 기준의 조사면(R) 위를 Y축 방향을 따라 오른쪽에서 왼쪽으로 반송되도록 구성되어 있다. 따라서, 조사 대상물이 기준의 조사면(R) 위를 오른쪽에서 왼쪽으로 차례차례 반송됨으로써, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 자외광이 조사 대상물 위를 차례차례 이동하여, 조사 대상물 위의 자외선 경화형 잉크나 자외선 경화 수지를 차례차례 경화(정착)시킨다. 또한, 도 2b에서는, 설명의 편의를 위해, 집광 위치(F1)를 통과하는 기준의 조사면(R)의 수선을 광 조사 장치(1)로부터 출사되는 자외광의 광로의 중심선(O)으로서 나타내고 있다.
또한 도 2a에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 광 조사 장치(1)를 Z축 방향에서 보았을 때, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)은 우측에서 좌측을 향하여(즉, Y축을 따라), 제 3 LED 유닛(300a), 제 1 LED 유닛(100a), 제 2 LED 유닛(200a), 제 3 LED 유닛(300b), 제 1 LED 유닛(100b), 제 2 LED 유닛(200b)의 순서로 배치되어 있다. 그리고, 우측에서 2번째에 배치된 제 1 LED 유닛(100a)은 우측에서 5번째에 배치된 제 1 LED 유닛(100b)에 대하여, X축 방향으로 P/2(즉, LED 모듈(110)의 간격(P)의 1/2)의 거리만큼 오프셋되어 배치되어 있다. 상기한 바와 같이, 각 제 1 LED 유닛(100a, 100b)의 LED 모듈(110)은 X축 방향으로 조밀하게 20개 나열되어 있지만, 각 LED 모듈(110)로부터 출사되는 자외광은 거의 평행광이기 때문에, 인접하는 LED 모듈(110)로부터 출사되는 자외광이 X축 방향에서 오버랩되지 않고, 빗살 모양의 광량 분포가 된다. 그래서, 본 실시형태에서는, 우측에서 2번째에 배치된 제 1 LED 유닛(100a)을, 우측에서 5번째의 제 1 LED 유닛(100b)에 대하여 P/2의 거리만큼 비켜서 배치함으로써 광량 분포가 낮아지는 부분을 서로 상쇄하여, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터의 자외광이 조사 대상물 위에 조사되었을 때에 X축 방향에서 거의 균일한 광량 분포가 되도록 하고 있다.
마찬가지로, 우측에서 3번째에 배치된 제 2 LED 유닛(200a)은 우측에서 6번째에 배치된 제 2 LED 유닛(200b)에 대하여, X축 방향으로 P/2의 거리만큼 오프셋되어 배치되어, 제 2 LED 유닛(200a, 200b)으로부터의 자외광이 조사 대상물 위에 조사되었을 때 X축 방향에서 거의 균일한 광량 분포가 되도록 되어 있다. 또한 가장 우측에 배치된 제 3 LED 유닛(300a)은, 우측에서 4번째에 배치된 제 3 LED 유닛(300b)에 대하여, X축 방향으로 P/2의 거리만큼 오프셋되어 배치되고, 각 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터의 자외광이 조사 대상물 위에 조사되었을 때에 X축 방향에서 거의 균일한 광량 분포가 되도록 되어 있다.
이와 같이, 본 실시형태의 광 조사 장치(1)는 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 3개의 파장의 라인 형상의 자외광이, 집광 위치(F1)을 중심으로 하는 원주 방향으로 소정의 순서로 나열되어, 조사 대상물 위(즉, 기준의 조사면(R) 위의 집광 위치(F1))에 조사됨으로써, 조사 대상물 위의 자외선 경화형 잉크나 자외선 경화 수지를 경화(정착)시킨다. 예를 들면, 오프셋 낱장 인쇄의 용도에 사용하는 경우, 잉크의 종류(예를 들면, 색)에 따라 흡수하는(즉, 경화하는) 자외광의 피크 파장이 다르지만, 이와 같이 3개의 파장이 혼합된 자외광에 의하면, 여러 종류(적어도 3종류 이상)의 잉크에 대응할 수 있고, 또한 복수의 잉크가 적층된 조사 대상물이어도, 한 번의 노광(조사)에 의해 정착시키는 것이 가능하게 된다. 또한 FPD에서의 접착 용도에 사용하는 경우에도, 경화 파장이 상이한 여러 접착제에 대응할 수 있어, 사용하는 접착제에 따라 광원이나 광 조사 장치를 구별하여 사용하거나, 교체할 필요가 없어진다.
여기에서, 경화 파장이 상이한 여러 자외선 경화형 잉크나 자외선 경화 수지를 안정하게(즉, 경화 상태에 불균일이 생기지 않도록) 경화시키기 위해서는, 파장이 상이한 복수의 라인 형상의 자외광을 조사 대상물 상에서 가능한 한 동일한 광량 분포가 되도록 집광시키는 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시형태에서는, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)을, Z축 방향에서 보았을 때, 우측에서 좌측으로(즉, Y축을 따라) 제 3 LED 유닛(300a), 제 1 LED 유닛(100a), 제 2 LED 유닛(200a), 제 3 LED 유닛(300b), 제 1 LED 유닛(100b), 제 2 LED 유닛(200b)의 차례로 나열되도록 배치하고, 또한 제 1 LED 유닛(100a, 100b)의 배치를 기준으로 하여 제 2 LED 유닛(200a, 200b)의 배치 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)의 배치를 결정하고 있다(후술).
도 5는 본 실시형태의 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 자외광의 광로도이다. 도 5a는 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 출사되는 자외광의 광로도를 나타내고 있고, 도 5b는 제 2 LED 유닛(200a, 200b)으로부터 출사되는 자외광의 광로도를 나타내고 있고, 도 5c는 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 자외광의 광로도를 나타내고 있다. 또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 자외광은 엄밀하게는 집광 위치(F1)에서 집광되도록 구성되어 있지만, 자외광의 Y축 방향 빔 직경에 대하여 워킹 디스턴스가 충분히 길어, 기준의 조사면(R)에 입사될 때는 거의 평행광에 근사할 수 있기 때문에, 도 5에서는, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 자외광을 평행광으로서 나타내고 있다.
도 5a에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 제 1 LED 유닛(100a, 100b)은, X축 방향에서 보았을 때, 집광 위치(F1)를 중심으로 하는 반경 125mm의 원주의 원호 형상의, 중심선(O)에 대하여 ±18°(중심선(O)에 대하여 시계 방향의 각도를 +, 반시계 방향의 각도를 -로 함)의 위치에 각각 배치된다. 즉, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)은, X축 방향에서 보았을 때, 중심선(O)을 대칭축으로 하여 선대칭으로 배치되어 있다. 또한 상기한 바와 같이, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 출사되는 2열의 라인 형상의 자외광은, X축 방향에서 보았을 때, 집광 위치(F1)에서 교차(집광)하도록 구성되어 있기 때문에, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 출사되는 합계 4개(4열)의 라인 형상의 자외광에 의해, 기준의 조사면(R)상의(즉, 조사 대상물상의) 선폭(LW)의 범위 내가 조사된다. 또한, 본 실시형태에서는, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)으로의 입사각은 모두 18°이기 때문에, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)은 모두 동일하며, 본 실시형태에는 12.55mm이다.
도 5b에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 제 2 LED 유닛(200a, 200b)은, X축 방향에서 보았을 때, 집광 위치(F1)를 중심으로 하는 반경 125mm의 원주의 원호 상의, 중심선(O)에 대하여 +6°, -30°의 위치에 각각 배치된다. 또한 상기한 바와 같이, 제 2 LED 유닛(200a, 200b)으로부터 출사되는 2열의 라인 형상의 자외광은, X축 방향에서 보았을 때, 집광 위치(F1)에서 교차(집광)하도록 구성되어 있기 때문에, 제 2 LED 유닛(200a, 200b)으로부터 출사되는 합계 4개(4열)의 라인 형상의 자외광에 의해, 기준의 조사면(R)상의(즉, 조사 대상물상의) 선폭(LW)의 범위 내가 조사된다. 또한, 본 실시형태에서는, 제 2 LED 유닛(200a, 200b)으로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)으로의 입사각은 6° 및 30°로 상이하기 때문에, 제 2 LED 유닛(200a, 200b)으로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)도 상이하다. 본 실시형태에서는, 중심선(O)에 대하여 +6°의 위치에 배치된 제 2 LED 유닛(200a)으로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)은 12.01mm이며, 중심선(O)에 대하여 -30°의 위치에 배치된 제 2 LED 유닛(200b)으로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)은 13.79mm이다.
도 5c에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 제 3 LED 유닛(300a, 300b)은, X축 방향에서 보았을 때, 집광 위치(F1)를 중심으로 하는 반경 125mm의 원주의 원호상의, 중심선(O)에 대하여 +30°, -6°의 위치에 각각 배치된다. 또한 상기한 바와 같이, 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 2열의 라인 형상의 자외광은, X축 방향에서 보았을 때, 집광 위치(F1)에서 교차(집광)하도록 구성되어 있기 때문에, 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 합계 4개(4열)의 라인 형상의 자외광에 의해, 기준의 조사면(R)상의(즉, 조사 대상물상의) 선폭(LW)의 범위 내가 조사된다. 또한, 본 실시형태에서는, 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)으로의 입사각은 30° 및 6°로 상이하기 때문에, 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)도 상이하다. 본 실시형태에서는, 중심선(O)에 대하여 +30°의 위치에 배치된 제 3 LED 유닛(300a)로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)은 13.79mm이며, 중심선(O)에 대하여 -6°의 위치에 배치된 제 3 LED 유닛(300b)으로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)은 12.01mm이다.
도 6은 본 실시형태의 광 조사 장치(1)로부터 출사되는 자외광의 파장마다의 광량 분포(빔 프로필)의 시뮬레이션 결과이다. 즉, 도 6은 X-Y 평면 위의 광 조사 장치(1)의 길이 방향의 중심 위치(즉, 자외광의 선 길이(LL)(X축 방향의 길이)의 1/2의 위치)에서의 Y축 방향의 광량 분포를 나타내고 있고, 각 분포(파형)는 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 출사되는 파장 365nm의 자외광의 광량 분포와, 제 2 LED 유닛(200a, 200b)으로부터 출사되는 파장 385nm의 자외광의 광량 분포와, 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 파장 405nm의 자외광의 광량 분포를 각각 나타내고 있다. 또한, 도 6에서는, 각 파장의 광량 분포를 비교하기 쉽도록, 각 파장의 자외광의 피크 강도가 1이 되도록 규격화하고, 세로축을 상대강도로서 나타내고 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)을 도 5에 도시하는 바와 같이 배치한 경우, 제 2 LED 유닛(200a, 200b)으로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)이 상이하고, 또한 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)이 상이하지만, 각 파장의 광량 분포(즉, 파장 385nm 및 405nm의 광량 분포)는 파장 365nm의 광량 분포와 대략 일치한다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)을, 집광 위치(F1)를 중심으로 하는 원주 방향으로 소정의 순서로, 또한 소정의 각도로 배치함으로써 기준의 조사면(R)상에서의 각 파장의 자외광의 선폭(LW)이 소정의 범위 내에 들어가고, 파장이 상이한 3개의 라인 형상의 자외광이 조사 대상물상에서 거의 동일한 광량 분포가 되도록 구성되어 있다. 따라서, 본 실시형태의 광 조사 장치(1)에 의하면, 경화 파장이 상이한 여러 자외선 경화형 잉크나 자외선 경화 수지를 안정하게(즉, 경화 상태에 불균일이 생기지 않도록) 경화시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 제 1 LED 유닛(100a, 100b) 사이의 각도, 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 사이의 각도, 제 3 LED 유닛(300a, 300b) 사이의 각도를 각각 일치시켜, 모두 36°가 되도록 구성하고 있지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니며, 파장이 상이한 3개의 라인 형상의 자외광이 조사 대상물상에서 거의 동일한 광량 분포가 되는 범위 내에서, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)의 배치를 변경할 수 있다. 파장이 상이한 3개의 라인 형상의 자외광이 조사 대상물상에서 거의 동일한 광량 분포가 되는 범위(즉, 조건)에 대해서는, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)의 배치와 광량 분포의 관계를 시뮬레이션함으로써 구할 수 있다. 도 7∼도 14는 발명자가 행한 광량 분포의 시뮬레이션을 설명하는 도면이다.
도 7은 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)의 배치와 광량 분포의 관계를 설명하는 도면이다. 도 7a는 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 출사되는 자외광의 광로도를 나타내고 있고, 도 7b는 제 2 LED 유닛(200a, 200b)으로부터 출사되는 자외광의 광로도를 나타내고 있으며, 도 7c는 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 자외광의 광로도를 나타내고 있다. 또한, 도 7에서는, 도 5와 마찬가지로, 설명의 편의를 위해, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 자외광을 평행광으로서 나타내고 있다.
도 7a∼c에 도시하는 바와 같이, 본 시뮬레이션에서는, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)을, 집광 위치(F1)를 중심으로 하는 반경 125mm의 원주의 원호 위의, 중심선(O)에 대하여 ±18°의 위치에 각각 배치하고(도 7a), 제 2 LED 유닛(200a) 및 제 3 LED 유닛(300b)을 중심선(O)에 대하여 +6°, -6°의 위치에 각각 배치하고, 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 -A°, ＋A°(A는 변수)의 위치에 각각 배치했을 때의 광량 분포를 구했다.
도 8은 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 ±35°의 위치에 각각 배치했을 때의 광 조사 장치(1)로부터 출사되는 자외광의 파장마다의 광량 분포이며, 도 6과 마찬가지로, X-Y 평면상의, 광 조사 장치(1)의 길이 방향의 중심 위치(즉, 자외광의 선 길이(LL)(X축 방향의 길이)의 1/2의 위치)에서의 Y축 방향의 광량 분포를 나타내고 있다. 마찬가지로, 도 9는 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 ±40°의 위치에 각각 배치했을 때의 광 조사 장치(1)로부터 출사되는 자외광의 파장마다의 광량 분포이다. 도 10은 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 ±45°의 위치에 각각 배치했을 때의 광 조사 장치(1)로부터 출사되는 자외광의 파장마다의 광량 분포이다. 도 11은 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 ±50°의 위치에 각각 배치했을 때의 광 조사 장치(1)로부터 출사되는 자외광의 파장마다의 광량 분포이다. 도 12는 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 ±55°의 위치에 각각 배치했을 때의, 광 조사 장치(1)로부터 출사되는 자외광의 파장마다의 광량 분포이다. 도 13은 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 ±60°의 위치에 각각 배치했을 때의 광 조사 장치(1)로부터 출사되는 자외광의 파장마다의 광량 분포이다. 또한, 도 8∼도 13에서는, 도 6과 마찬가지로, 각 파장의 광량 분포를 비교하기 쉽도록, 각 파장의 자외광의 피크 강도가 1이 되도록 규격화하고, 세로축을 상대강도로서 나타내고 있다.
도 8∼도 13에 도시하는 바와 같이, 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)의 배치 각도를 중심선(O)에 대하여 서서히 크게 해 가면(즉, 기준의 조사면(R)에 대한 입사각도를 크게 해 가면), 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)이 굵어지고, 또한 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 출사되는 자외광의 입사각도와의 차가 커진다. 이 때문에, 파장 385nm 및 405nm의 광량 분포는 특히 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 중심선(O)에 대하여 ±45°이상의 위치에 배치했을 때에 분포의 하측 부분(약 ±10mm의 위치)에서 파장 365nm의 광량 분포로부터 벗어난 것으로 된다(도 10∼도 13). 본 실시형태에서는, 파장 365nm의 광량 분포는 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 출사되는 자외광의 합이 되고, 파장 385nm의 광량 분포는 제 2 LED 유닛(200a, 200b)으로부터 출사되는 자외광의 합이 되고, 파장 405nm의 광량 분포는 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 자외광의 합이 되기 때문에, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)의 합에 의해 파장 365nm의 광량 분포가 정해지고, 제 2 LED 유닛(200a, 200b)의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)의 합에 의해 파장 385nm의 광량 분포가 정해지고, 제 3 LED 유닛(300a, 300b)의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)의 합에 의해 파장 405nm의 광량 분포가 정해진다. 즉, 각 파장의 자외광의 광량 분포가 거의 동일하게 되기 위해서는, 각 파장의 자외광의 기준의 조사면(R) 상에서의 선폭(LW)(즉, 빔 직경)의 총합이 각각 소정의 범위에 있는 것이 조건이 된다.
그래서, 각 파장의 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)의 총합을 일종의 비교 패러미터로 하여 본 시뮬레이션 결과를 검토한다. 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 자외광의 빔 직경(즉, 입사각 0°일 때의 Y축 방향의 빔 직경)을 「1」로 하고, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)에 대한 입사각을 각각 θ1a, θ1b로 하면, 파장 365nm의 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)의 합(α0)은 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
[수2]
Figure pct00002
또한 제 2 LED 유닛(200a, 200b)(또는 제 3 LED 유닛(300a, 300b))으로부터 출사되는 자외광의 기준의 조사면(R)에 대한 입사각을 각각 θ2a, θ2b로 하면, 파장 385nm(또는 파장 405nm)의 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)의 합(α1)은 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
[수3]
Figure pct00003
그리고, 파장 365nm의 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)의 합(α0)과, 파장 385nm(또는 파장 405nm)의 자외광의 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)의 합(α1)의 차를 β로 하여, 이하의 식과 같이 정의한다. 즉, β는 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)의 배치에 의해 정해지는, 선폭(LW)의 변동폭을 나타내는 지표이다.
[수4]
Figure pct00004
표 1은, 도 6, 도 8∼도 13에 나타낸 광량 분포와 β와의 관계를 나타낸 표이다. 표 1 중, 각도(A)는 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300a)의 배치 각도를 나타내고 있으며, 각도(A)=30°는 도 6에 대응하고, 각도(A)=35°∼60°는 도 8∼13에 각각 대응하고 있다. 또한 표 1 중, γ는 각 도면의 파장 365nm의 분포와 파장 385nm의 분포의 차를 ±30mm(가로축)의 범위에서 구하고, 그 2승평균 평방근의 값(표 1의 「385nm」)과, 각도의 파장 365nm의 분포와 파장 405nm의 분포의 차를 ±30mm(가로축)의 범위에서 구하고, 그 2승평균 평방근의 값(표 1의 「405nm」)이다. 즉, γ는 파장 365nm의 분포에 대한 파장 385nm의 분포 및 파장 405nm의 분포의 일치 정도를 나타내는 지표이다. 또한 β는 각 도면에서의 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)의 배치로부터 구한 상기 β의 값이다. 또한 표 1 중의 「판정」은 각 도면에서의 각 파장의 자외광의 광량 분포가 거의 동일하다고 할 수 있는지의 여부를, 자외선 경화형 잉크나 자외선 경화 수지의 특성의 관점에서 평가한 결과이다. 「○」는 광량 분포가 거의 동일하다고 할 수 있는 경우를 나타내고, 「×」는 광량 분포가 거의 동일하다고 할 수 없는 경우를 나타내고, 「△」는 광량 분포가 거의 동일하다고 할 수 있는 한계를 나타내고 있다.
[표 1]
Figure pct00005
도 14는 표 1의 β와 γ의 관계를 나타낸 그래프이다. 표 1 및 도 14로부터 명확한 바와 같이, β의 값이 커짐에 따라, γ의 값이 커진다. 그리고, γ가 약 0.03일 때(즉, 각도(A)=40°일 때)를 경계로, 각 파장의 자외광의 광량 분포의 동일성이 현저하게 악화되는 것을 알았다. 즉, 각 파장의 자외광의 광량 분포가 대략 동일하게 되기 위한 조건으로서는 적어도 β의 값이 0.21 이하(즉, 각도(A)≤40°)일 필요가 있어, 다음 식이 성립한다.
[수5]
Figure pct00006
또한, 표 1에 나타내는 바와 같이, β의 값이 0.12 이하(즉, 각도(A)≤35°)이면 보다 바람직하다.
이상이 본 실시형태의 설명이지만, 본 발명은 상기의 구성에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 여러 변형이 가능하다.
본 실시형태에서는, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)을 중심선(O)에 대하여 ±18°의 위치에 각각 배치하고, 제 2 LED 유닛(200a, 200b)을 중심선(O)에 대하여 +6°, -30°의 위치에 각각 배치하고, 제 3 LED 유닛(300a, 300b)을 중심선(O)에 대하여 +30°, -6°의 위치에 각각 배치했지만, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)은 상호 교체하여 배치해도 된다. 또한, 일반적으로, 짧은 파장의 광을 출사하는 LED일수록 효율(즉, 소비전력에 대한 발광 강도)이 나쁘기 때문에, 소비전력을 억제하여, 발열을 더욱 억제하기 위해서는, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)의 출력을 가능한 한 낮게 억제할 필요가 있다. 따라서, 본 실시형태와 같이, 가장 파장이 짧은 광을 발하는 LED를 구비한 제 1 LED 유닛(100a, 100b)을 중심선(O)을 대칭축으로 하여 선대칭으로 밸런스 좋게 배치하여, 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)이 가능한 한 확장되지 않도록(즉, 단위면적당의 광량이 저하되지 않도록) 배치하는 것이 바람직하다.
또한 본 실시형태에서는, 3개의 상이한 파장의 자외광을 조사하는 구성으로 했지만, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 N 종류(N은 2 이상의 정수)의 상이한 파장의 자외광을 조사하는 광 조사 장치에 적용하는 것이 가능하다. 또한 본 실시형태에서는, 2개의 제 1 LED 유닛(100a, 100b)이 파장 365nm의 자외광을 출사하고, 2개의 제 2 LED 유닛(200a, 200b)이 파장 385nm의 자외광을 출사하고, 2개의 제 3 LED 유닛(300a, 300b)이 파장 405nm의 자외광을 출사하는 구성으로 했지만, 각 파장의 자외광을 출사하는 LED 유닛은 1개이어도 되고, 또한 3개 이상으로 구성해도 된다. 즉, LED 유닛(50)은 N×M개(M은 1 이상의 정수)의 LED 유닛으로 구성할 수 있다.
또한, 이 경우, 각 파장의 자외광의 광량 분포가 거의 동일하게 되기 위해서는, 수학식 2 및 수학식 3을 일반화하고, 이하의 조건식을 충족시키는 것이 조건이 된다. 즉, N 종류(N은 2 이상의 정수)의 상이한 파장의 자외광 중, 어느 1개의 파장의 자외광의, 기준의 조사면(R)에 대한 각 입사각을 θi(i는 1부터 M까지의 정수)로 하고, 어느 1개의 파장의 광의, 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)의 총합을 α0으로 하고, 다른 파장의 자외광의, 기준의 조사면(R)에 대한 각 입사각을 θk(k는 1부터 M까지의 정수)로 하고, 다른 파장의 자외광의, 기준의 조사면(R)상에서의 선폭(LW)의 총합을 α1로 하고, α0과 α1의 차를 β로 했을 때에, 이하의 조건식을 충족시킬 필요가 있다.
[수6]
Figure pct00007
또한 본 실시형태에서는, 각 파장의 광량 분포를 비교하기 쉽도록, 각 파장의 자외광의 피크 강도가 1이 되도록 규격화하여 설명했지만, 각 파장의 자외광의 피크 강도는 조사 대상물의 감도에 따라 각각 상이하도록 구성해도 된다.
(제 2 실시형태)
도 15는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광 조사 장치(2)에 구비되는, 제 1 LED 유닛(100aA, 100bA), 제 2 LED 유닛(200aA, 200bA) 및 제 3 LED 유닛(300aA, 300bA)의 구성을 설명하는 도면이다. 본 실시형태의 제 1 LED 유닛(100aA, 100bA), 제 2 LED 유닛(200aA, 200bA) 및 제 3 LED 유닛(300aA, 300bA)에서는, LED 모듈(110)이 지그재그 형상으로(즉, 1열×20개의 일방의 LED 모듈(110)이 1열×20개의 타방의 LED 모듈(110)에 대하여 간격(P)의 1/2의 거리만큼 오프셋 되어 엇갈려서) 조밀하게 배치되어 있는 점에서 제 1 실시형태의 광 조사 장치(1)와 상이하다.
LED 모듈(110)을 이와 같이 배치하면, 제 1 LED 유닛(100aA, 100bA), 제 2 LED 유닛(200aA, 200bA) 및 제 3 LED 유닛(300aA, 300bA)으로부터 출사되는 2열의 라인 형상의 자외광이 각각 LED 모듈(110)의 간격(P)의 1/2의 거리만큼 X축 방향으로 상대적으로 오프셋된다. 따라서, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 각 라인 형상의 자외광은 광량 분포가 낮아지는 부분을 서로 상쇄하여, 조사 대상물상에서 X축 방향으로 거의 균일한 광량 분포가 된다. 본 실시형태의 구성에 의하면, 제 1 실시형태의 광 조사 장치(1)와 같이, 제 1 LED 유닛(100a), 제 2 LED 유닛(200a) 및 제 3 LED 유닛(300a)을 제 1 LED 유닛(100b), 제 2 LED 유닛(200b) 및 제 3 LED 유닛(300b)에 대하여 오프셋하여 배치할 필요가 없어지기 때문에, 이들 기대 블록(20)에 대한 부착 위치 조정 등이 간략하게 된다.
(제 3 실시형태)
도 16은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 광 조사 장치(3)에 구비되는, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)의 부착 구조를 설명하는 도면이다. 본 실시형태의 광 조사 장치(3)는 하면에 부분 원통면을 구비하는 제 1 실시형태의 기대 블록(20) 대신에, 하면에 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)을 고정하기 위한 부착 경사면(20Ma∼20Mf)을 구비한 기대 블록(20M)을 구비하는 점에서 제 1 실시형태의 광 조사 장치(1)와 상이하다. 본 실시형태의 부착 경사면(20Ma∼20Mf)은 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사되는 자외광이 제 1 실시형태와 동일한 입사각으로 기준의 조사면(R) 위에 입사하도록 구성되어 있다. 즉, 본 실시형태의 제 1 LED 유닛(100a, 100b)을 고정하는 20Mb, 20Me는, 제 1 LED 유닛(100a, 100b)으로부터 출사된 자외광이 ±18°의 입사각으로 기준의 조사면(R) 위의 집광 위치(F1)에 입사되도록 구성되어 있다. 또한 본 실시형태의 제 2 LED 유닛(200a, 200b)을 고정하는 20Ma, 20Md는 제 2 LED 유닛(200a, 200b)으로부터 출사된 자외광이 +6°, -30°의 입사각으로 기준의 조사면(R) 위의 집광 위치(F1)에 입사되도록 구성되어 있다. 또한 본 실시형태의 제 3 LED 유닛(300a, 300b)을 고정하는 20Mc, 20Mf는 제 3 LED 유닛(300a, 300b)으로부터 출사된 자외광이 +30°, -6°의 입사각으로 기준의 조사면(R) 위의 집광 위치(F1)에 입사되도록 구성되어 있다.
이와 같이, 기대 블록(20M)에 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)을 고정하기 위한 부착 경사면(20Ma∼20Mf)을 형성하면, 제 1 LED 유닛(100a, 100b), 제 2 LED 유닛(200a, 200b) 및 제 3 LED 유닛(300a, 300b)을 기대 블록(20M)에 대하여 정확하게 부착하는 것이 가능하게 되고, 또한 이들 부착 각도의 조정이 불필요하게 된다.
또한, 이번 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 설명이 아니라, 특허청구범위에 의해 나타내어지며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims (12)

  1. 조사면 위의 미리 정해진 조사 위치에, 제 1 방향으로 연장되고, 또한 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 미리 정해진 선폭을 갖는 라인 형상의 광을 조사하는 광 조사 장치로서,
    기판 위에 상기 제 1 방향을 따라 미리 정해진 간격마다 나열되고, 상기 기판면과 직교하는 방향으로 광축의 방향을 일치시켜 배치된 복수의 광원과, 상기 각 광원의 광로 상에 배치되고, 상기 각 광원으로부터의 광을 거의 평행광이 되도록 정형하는 복수의 광학 소자를 갖고, 상기 조사면에 대하여 상기 제 1 방향에 평행한 라인 형상의 광을 출사하는 광학 유닛을 복수 구비하고,
    상기 복수의 광학 유닛은 N 종류(N은 2 이상의 정수)의 상이한 파장의 광을 출사하는 N×M개(M은 1 이상의 정수)의 광학 유닛으로 이루어지고,
    상기 N×M개의 광학 유닛은, 상기 제 1 방향에서 보았을 때, 상기 N 종류의 상이한 파장의 광의 광로가 상기 조사 위치를 중심으로 하는 원주 방향으로 미리 정해진 순서로 나열되고, 또한 상기 N×M개의 광학 유닛으로부터 출사되는 각 파장의 광은 상기 제 2 방향으로 조사하는 범위가 각각 상기 미리 정해진 선폭 내가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 M은 2 이상이며,
    상기 N×M개의 광학 유닛은, 상기 제 1 방향에서 보았을 때, 상기 N 종류의 상이한 파장의 광 중, 어느 1개의 파장의 광의 광로가 상기 조사 위치에서의 수선을 대칭축으로 하여 선대칭이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 어느 1개의 파장의 광은 상기 N 종류의 상이한 파장의 광 중 가장 파장이 짧은 광인 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 N×M개의 광학 유닛은 상기 어느 1개의 파장의 광의 상기 제 2 방향으로 조사하는 범위의 총합과, 다른 파장의 광의 상기 제 2 방향으로 조사하는 범위의 총합의 차가 미리 정해진 값 이하가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 어느 1개의 파장의 광의 상기 조사면에 대한 각 입사각을 θi(i는 1부터 M까지의 정수), 상기 어느 1개의 파장의 광의 상기 제 2 방향으로 조사하는 범위의 총합을 α0, 상기 다른 파장의 광의 상기 조사면에 대한 각 입사각을 θk(k는 1부터 M까지의 정수), 상기 다른 파장의 광의 상기 제 2 방향으로 조사하는 범위의 총합을 α1, 상기 미리 정해진 값을 β로 했을 때에, 다음 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
    [수1]
    Figure pct00008
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 광학 유닛은, 상기 제 1 방향에서 보았을 때, 상기 조사 위치에서의 수선을 대칭축으로 하여 선대칭이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 각 광학 유닛은, 상기 제 1 방향에서 보았을 때, 상기 조사 위치를 중심으로 한 원호 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 M은 짝수이며,
    상기 N×M개의 광학 유닛 중, 상기 N 종류의 상이한 파장의 광을 출사하는 M/2개의 광학 유닛이, 다른 M/2개의 광학 유닛에 대하여, 상기 미리 정해진 간격의 1/2의 거리만큼 상기 제 1 방향으로 벗어나서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 광원은, 상기 기판 위에서, 상기 제 1 방향과 직교하는 방향으로 2열로 나뉘어서 배치되어 있고, 상기 제 1 방향에서 보았을 때, 일방의 열의 광원으로부터 출사된 광과 타방의 열의 광원으로부터 출사된 광이 상기 조사 위치에서 집광되도록, 상기 각 광학 소자의 광축과 각 광원의 광축이 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 일방의 열의 광원이, 상기 타방의 열의 광원에 대하여, 상기 미리 정해진 간격의 1/2의 거리만큼 상기 제 1 방향으로 벗어나 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 광원은 대략 정방 형상의 발광면을 갖는 면 발광 LED이며, 이 발광면의 일방의 대각선이 상기 제 1 방향과 평행하게 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 N 종류의 상이한 파장의 광은 파장마다 상이한 강도로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.
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