(57)【要約】【課題】光量が均一で光源の消費電力に無駄のないパターン光照射装置を提案する。【解決手段】パターン光照射装置は光源装置と光インテグレータ１１と光インテグレータ１１から出射された光を液晶パネル２０の被照射面に向けて照射する結像光学系１５とから構成される。光インテグレータ１１は、外周面３５の内面が全反射面となる柱状のプリズム本体１４と、入射光が入射する透光窓３１が形成された第１反射層３２が成膜された光入射面１２と、出射光に田の字パターンを付与する透光パターン３３が形成された第２反射層３４が成膜された前記光出射面１３とを備えている。第１反射層３２及び第２反射層３４は真空蒸着あるいはスパッタによって成膜され、前記透光窓３１から入射した光が、第１反射層３２、第２反射層３４及び全反射面で全反射を繰り返し、照度分布が均一化されて透光パターン３３より出射される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端面が光入射面と、他方の端面が光出射面となり、外周面の内面で反射する柱状のプリズム本体と、
入射光が通過する透孔窓を一部に形成した反射面が前記光入射面に対面するように配置された入射側反射手段と、
出射光に所定の二次元パターンを付与する透孔パターンが形成された反射面が前記光出射面に対面するように配置された出射側反射手段と、
を備えたことを特徴とする光インテグレータ。
【請求項２】
前記プリズム本体の外周面の内面が全反射面であることを特徴とする請求項１記載の光インテグレータ。
【請求項３】
前記プリズム本体の外周面に反射層が成膜されたことを特徴とする請求項１記載の光インテグレータ。
【請求項４】
前記入射側反射手段及び出射側反射手段は、それぞれ光入射面および光出射面に成膜された反射層であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の光インテグレータ。
【請求項５】
前記出射側反射手段は、前記光出射面に対面する面に反射層が形成された反射板であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の光インテグレータ。
【請求項６】
一方の開口端が光入射端、他方の開口端が光出射端となり、中空部の内壁が反射面となった反射筒と、
前記一方の開口端を覆うように配置され、入射光が通過する透孔窓を一部に形成した反射面を前記中空部に向けた入射側反射部材と、
前記他方の開口端を覆うように配置され、出射光に所定の二次元パターンを付与する透孔パターンが形成された反射面を前記中空部に向けた出射側反射部材と、
を備えたことを特徴とする光インテグレータ。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれか記載の光インテグレータと、
前記透孔窓から入射光を入射させる光源装置と、
前記光出射面からの出射光がもつ二次元パターンを被照射面上に結像させる結像光学系と、
を備えたことを特徴とするパターン光照射装置。
【請求項８】
前記透孔パターンは、予め前記結像光学系の結像性能を考慮した補正パターンで形成されていることを特徴とする請求項７記載のパターン光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の形状に光硬化型樹脂によって囲まれた液晶パネルの封止や、ＩＣ回路パターンの焼付けなど、パターン状の光を照射する光インテグレータ及びパターン光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶パネルの製造工程では、所定圧力で加圧された２枚の基板の間に、未硬化のシール材によって仕切られた複数の液晶セルが形成され、前記シール材が硬化されて前記複数の液晶セルが封止された後に、１つ１つの液晶パネルに切断される。前記シール材には光硬化型樹脂が汎用され、その硬化用光源として高圧水銀ランプが用いられることが多く、前記シール材への光の照射の際には、前記液晶セルに紫外線光が当たらないようにカバーが被せられ、前記シール材へのみ光が照射される。照射される光の光量は均一であることが望ましく、下記特許文献１には、光源光束を均一化するための光インテグレータを備えた照明装置が記載されている。また、下記特許文献２には、光源を移動しながらライン状に形成された未硬化の前記シール材にレーザ光を照射し、シール材を順次に硬化させることで光利用効率を高め、光源の消費電力の効率アップを図った液晶パネルの製造装置が記載されている。下記特許文献３には、前記複数の液晶セルに形成された液晶注入口を紫外線硬化型樹脂によって一度に封止する方法が記載されている。また、下記特許文献４には、焼付け用マスクを用いて所定のパターンをウエハに焼付けるＩＣパターン焼付け装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２５３９２３号公報
【特許文献２】特開２００８−０７０６７９号公報
【特許文献３】特開２００２−３７２７１８号公報
【特許文献４】特開昭６３−１７３３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献３記載の装置は複数の光照射部を備えているので、それぞれの間に存在する光量のバラツキによって硬化の状態にバラツキが生じる。また、この方法で液晶板の全面に亘って所定のパターンに形成された未硬化のシール材を照射すると硬化の状態にバラツキが生じるだけでなく不要な部分にまで照射することになり、光源の消費電力に大きな無駄が生じる。前記特許文献１記載のように光インテグレータを用いて光源光束の均一化を図っても、不要な個所への光の照射による無駄は排除できない。前記特許文献２記載の装置は、消費電力の無駄に対しては改善されているが、レーザヘッドがライン状のシール材に沿って移動するので装置が大掛かりになってしまうだけでなく、シール材を順次に硬化させていくために、硬化の状態にバラツキが生じる点は改善されていない。また、前記特許文献４記載のＩＣパターン焼付け装置は、マスクが覆っている焼付け不要部分への照射は無駄であり、省エネ構成になっていない。
【０００５】
上記問題点に鑑み、本発明は、光量が均一でムラがなく、且つ、光源の消費電力に無駄のないパターン光を生成する光インテグレータ及びパターン光照射装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による光インテグレータは、一方の端面が光入射面と、他方の端面が光出射面となり、外周面の内面で反射する柱状のプリズム本体と、入射光が通過する透孔窓を一部に形成した反射面が前記光入射面に対面するように配置された入射側反射手段と、出射光に所定の二次元パターンを付与する透孔パターンが形成された反射面が前記光出射面に対面するように配置された出射側反射手段と、を備えたことを特徴とする。前記プリズム本体の外周面の内面は全反射面となるようにすると良い。もしくは、前記外周面に反射層を成膜して、入射した光が内面で反射するようにすると良い。また、前記入射側反射手段及び出射側反射手段は、それぞれ光入射面および光出射面に成膜された反射層であることが好ましく、前記出射側反射手段として、前記光出射面に対面する面に反射層が形成された反射板を用いても良い。
【０００７】
あるいは、一方の開口端が光入射端、他方の開口端が光出射端となり、中空部の内壁が反射面となった反射筒と、前記一方の開口端を覆うように配置され、入射光が通過する透孔窓を一部に形成した反射面を前記中空部に向けた入射側反射部材と、前記他方の開口端を覆うように配置され、出射光に所定の二次元パターンを付与する透孔パターンが形成された反射面を前記中空部に向けた出射側反射部材と、を備えるようにしても良い。
【０００８】
本発明によるパターン光照射装置は、前記光インテグレータのうちのいずれか１つと、前記透孔窓から入射光を入射させる光源装置と、前記光出射面からの出射光がもつ二次元パターンを被照射面上に結像させる結像光学系と、を備えたことを特徴とする。前記透孔パターンは、予め前記結像光学系の結像性能を考慮した補正パターンで形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による光インテグレータ及びパターン光照射装置は、簡単な構成でありながら、液晶パネルの封止など所定のパターンに形成された部分にのみ均一な光量の光を照射し、不要な光を出射しないので、光源の消費電力に無駄が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるパターン光照射装置の模式図である。
【図２】本発明による光インテグレータの斜視外観図である。
【図３】光インテグレータの作用を説明する図である。
【図４】別の実施形態を説明する斜視外観図である。
【図５】第３の実施形態を説明する斜視外観図である。
【図６】光インテグレータから出射された光の像が歪む場合の説明図である。
【図７】補正パターンが形成され光インテグレータの説明図である。
【図８】別のパターン光照射装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示すように、本発明によるパターン光照射装置１０は、一方の端面に光入射面１２、他方の端面に光出射面１３を有する光インテグレータ１１と、前記光出射面１３から出射された光を液晶パネル２０の被照射面上に向けて照射する結像光学系１５と、前記光入射面１２に紫外線光（以下、単に光という）を入射させる光源装置１６とから構成される。前記光源装置１６は、前記光を発生する光源ランプ１７と、光源ランプ１７から出射された光の一部を反射し集光するリフレクタ１８と、光源ランプ１７から出射された光とリフレクタ１８で反射された光が入射され、前記光インテグレータ１１に向けて出射させる入射用光学系１９とから構成される。
【００１２】
図２に示すように、本発明による光インテグレータ１１は、矩形断面を有するとともに外周面３５の内面が全反射面となる柱状のプリズム本体１４と、前記光入射面１２に成膜され入射光が入射する透光窓３１が中央部分に形成された第１反射層（入射側反射手段）３２と、前記光出射面１３に成膜され出射光に所定の二次元パターンを付与する透光パターン３３が形成された第２反射層（出射側反射手段）３４とを備えている。前記第１反射層３２及び第２反射層３４は、真空蒸着あるいはスパッタによって成膜され、前記第１反射層３２の一部に形成された前記透光窓３１から入射した光は、前記第１反射層３２、第２反射層３４及び前記全反射面で全反射を繰り返し、照度分布が均一化されて前記透光パターン３３より出射される。前記透光パターン３３は、例えば、田の字形状（所定の二次元パターン）に形成される。
【００１３】
図３に示すように、前記結像光学系１５は、前記透光パターン３３による照度分布が均一化された前記田の字形状のパターン像を前記液晶パネル２０に結像する。なお、前記外周面３５に、真空蒸着やスパッタリング、あるいは化学メッキによって金属薄膜からなる反射層を形成して、内面が反射面となるようにしても良い。これらの反射層はできるだけ透過率を低くして、反射率を高くするのが好ましい。また、光が通過する前記透光窓３１及び前記透光パターン３３に、反射防止コートを施しておけば、より効率アップとなるので好ましい。なお、前記透光パターン３３は、田の字形状に限るものではなく、照射面に必要とされる所望の形状に形成すれば良い。プリズム本体１４は、断面が矩形をした細長い柱状に形成されるとしたが、断面が矩形であることが好ましいのであって、矩形に限るものではなく、例えば、円形であっても良い。
【００１４】
次に本発明による作用・効果について説明する。前記光インテグレータ１１は、前記透光窓３１と前記透光パターン３３を除く全周が反射面で構成され、透光窓３１から入射した光は透光パターン３３から出射されるが、前記光出射面１３では透光パターン３３を除く部分に設けられた第２反射層３４で多くが反射され、前記プリズム本体１４の内部で繰り返し反射される。このように繰り返し反射されることによって前記透光パターン３３から出射される光の光量は、透光パターン３３の全ての位置においてほぼ均一となる。透光パターン３３から出射された田の字形状の光は前記結像光学系１５に入射し、前記液晶パネル２０に向けて拡大されて出射される。出射された光は、前記液晶パネル２０に田の字形状に形成された未硬化の光硬化型シール材２２のみを照射し、それ以外のところには照射されないので、パターン光照射装置１０から出射される前記光の全てが有効に作用することになる。これによって、前記光を生成する前記光源装置１６の稼動効率が高まる。
【００１５】
次に、別の実施形態について説明する。図４に示すように、光インテグレータ４０は、外周面４４の内面が全反射面となる柱状のプリズム本体３８と、前記プリズム本体３８一方の端面である光入射面４３に成膜され入射光が入射する透光窓４１が中央部分に形成された第１反射層（入射側反射手段）４２と、プリズム本体３８の他方の端面である光出射面４５に密着面４６を密着させて取り付けられるパターン光形成部材４７とから構成される。前記パターン光形成部材４７の前記密着面４６には、出射光に田の字形状（所定の二次元パターン）を付与する透光パターン４８が形成された第２反射層（出射側反射手段）４９が真空蒸着やスパッタによって成膜される。第２反射層４９が前記光出射面４５に密着して設けられているため、前記光出射面４５から出射しようとする光は、一部が前記透光パターン４８から出射されるが、多くは前記第２反射層４９で反射されて前記プリズム本体３８の内部に戻され、プリズム本体３８の内面で繰り返し反射される。このように繰り返し反射されることによって前記透光パターン４８を通過する光の光量は、前記透光パターン４８の全ての位置においてほぼ均一となる。なお、前記パターン光形成部材４７に形成される透光パターン４８は田の字形状に限るものではなく、照射面に必要とされる所望の形状に形成すれば良く、異なる複数の二次元パターンをそれぞれ形成した複数の前記パターン光形成部材４７を準備し、これを交換するだけで様々なパターンに対応させることができる。
【００１６】
次に、第３の実施形態について説明する。図５に示すように、光インテグレータ５０は、４枚の長方形ミラー５２が長手方向を接触させるようにして形成され、中空部の内壁面５３が反射面となるように前記ミラー５２の反射面を内側にして矩形に組み合わされた反射筒５５と、前記反射筒５５の一方の開口端である光入射端５６を塞ぐように設けられ、入射光が入射する透光窓６３が中央部分に形成された第１反射層（入射側反射手段）６４を有する入射側ミラー６１と、前記反射筒５５の他方の開口端である光出射端５７を塞ぐように設けられ、出射光に田の字形状（所定の二次元パターン）を付与する透光パターン６５が形成された第２反射層（出射側反射手段）６６が成膜された出射側ミラー６２とによって構成される。前記透光窓６３から入射した光は、前記反射面及び第１反射層６４，第２反射層６６で繰り返し反射され、繰り返し反射されることによって光量が均一化されて前記透光パターン６５から出射される。前記ミラー５２，６１，６２はガラスやプラスチックの基板に真空蒸着やスパッタによって反射層をコートしたものであるが、反射層を化学メッキなどによって形成したものであっても良い。
【００１７】
図６に示すように、前記実施形態における前記結像光学系１５は、例えば大きな樽型ディストーション（歪み、歪曲収差）を含むことがあり、その場合には、光インテグレータ１１の透光パターン３３によって形成された前記田の字のパターン光が、結像光学系１５を透過して液晶パネル２０に結像されるときには樽型に歪んで像７０のように結像するので、田の字形状に形成された未硬化のシール材２２に対して位置がずれてしまう。このような場合には、前記透光パターン３３を予め前記結像光学系１５の結像性能を考慮した補正パターンで形成すると良い。図７示すように、前記結像光学系１５が樽型ディストーションを含む場合は、田の字形状の透光パターン３３に前記樽型ディストーションを相殺する糸巻き型ディストーションを加味した補正パターン７５を光インテグレータ１１の光出射面１３に形成する。このようにすることで、前記補正パターン７５から出射された糸巻き型ディストーションを含んだ光は、前記結像光学系１５を透過するときに樽型方向に補正されて、所望する田の字形状となって前記液晶パネル２０に結像する。なお、補正可能な前記結像光学系１５による歪みは樽型ディストーションに限るものではなく、結像する像の形状が歪むものであれば、その形状の補正は可能である。
【００１８】
前記実施形態は、１つの液晶パネルに設けられた未硬化のシール材を、パターン光によって１度に硬化させるものについて説明したが、前記光インテグレータと結像光学系とを複数本束にして纏め、前記光源装置の少なくとも光ファイバと入射用光学系とを複数本備えて、複数個の液晶パネルに設けられた未硬化のシール材を、１度の光照射で同時に硬化させる方法を用いることも可能である。この場合は、光の照射が同時に行われるので前記シール材の硬化にバラツキが生じないから、製造品質上好ましい。
【００１９】
また、前記実施形態は、液晶パネルに所定の形状で形成された未硬化のシール材に、硬化のための光を照射する場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、所定の形状をしたパターン光を有するものであれば良く、例えば、ＩＣ回路基板の製造などで回路パターンをエッチングによって形成するときのフォトリソグラフィによるパターン露光装置として用いても良い。
【００２０】
図８に示すように、前記光源装置１６は、前記光源ランプ１７及び前記リフレクタ１８と前記入射用光学系１９との間に光ファイバ７８を設けても良い。光ファイバ７８は、入射側端面に前記光源ランプ１７から出射された光と前記リフレクタ１８で反射され集光された光が入射され、照度分布が略均一化されて出射側端面より出射される。出射された光は、前記入射用光学系１９を介して前記光インテグレータ１１に入射される。なお、光源ランプ１７の発生する光はランプ光に限らず、レーザ光であっても良いし、適宜、目的に合わせて必要なものを準備すればよい。照度分布が比較的均一で明るい方が良く、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の高輝度放電ランプなどを光源とした光源装置を備えたものであっても良い。
【符号の説明】
【００２１】
１０  パターン光照射装置
１１，４０，５０  光インテグレータ
１２，４３  光入射面
１３，４５  光出射面
１４，３８  プリズム本体
１５  結像光学系
１６  光源装置
１７  光源ランプ
１８  リフレクタ
１９  入射用光学系
２０  液晶パネル
２２  シール材
３１，４１，６３  透光窓
３２，４２，６４  第１反射層（入射側反射手段）
３３，４８，６５  透光パターン
３４，４９，６６  第２反射層（出射側反射手段）
３５，４４  外周面
４６  密着面
４７  パターン光形成部材
５２  ミラー
５３  内壁面
５５  反射筒
５６  光入射端
５７  光出射端
６１  入射側ミラー
６２  出射側ミラー
７０  像
７５  補正パターン
７８  光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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