(57)【要約】【課題】照射幅が非常に大きく、照度分布が良好で、かつ、照度が高い光照射装置を提供する。【解決手段】光照射装置１は、マイクロ波発生手段５と、マイクロ波発生手段５からのマイクロ波によって発光する棒状の無電極ランプ６と、無電極ランプ６の光を集光して照射する集光ミラー７とを備える灯具４を、無電極ランプ６の長手方向に複数連結した光照射部２と、集光ミラー７の照射方向に配置され、光照射部２における無電極ランプ６の長手方向に沿って所定の長さ（Ｌ）で延設する１対の反射ミラー８、８を備え、反射ミラー８、８の反射面が所定の間隔（Ｄ）を隔てて対面する光均一化部３とを有し、集光ミラー７からの照射光の焦点位置が、反射ミラー８、８の上端部で、かつ、反射ミラー８、８の間の中央であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段からのマイクロ波によって発光する棒状の無電極ランプと、前記無電極ランプの光を集光して照射する集光ミラーとを備える灯具を、前記無電極ランプの長手方向に複数連結した光照射部と、
前記集光ミラーの照射方向に配置され、前記光照射部における無電極ランプの長手方向に沿って所定の長さ（Ｌ）で延設する１対の反射ミラーを備え、前記反射ミラーの反射面が所定の間隔（Ｄ）を隔てて対面する光均一化部とを有し、
前記集光ミラーからの照射光の焦点位置が、前記反射ミラーの上端部で、かつ、当該反射ミラーの間の中央であることを特徴とする光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイ等に使用される光学機能性フィルムを製造するための光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラットパネルディスプレイ（液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等）の大型化・低価格化が進み、それにともなって、製造時のディスプレイ基板も大型化し、液晶ディスプレイ基板においては、幅を２ｍ以上（第７世代では１８７０×２２００ｍｍ、第７．５世代では２２００×２４００ｍｍ）とする計画が進んでいる。これらのディスプレイ基板は、構成要素として、反射防止フィルム等の光学機能性フィルム（以下、フィルムと称す）を必要とするが、このフィルムも当然幅広である必要がある。従って、このフィルムを製造する場合に必要な光（主に紫外線）照射装置も幅の広い照射面を必要とする。
【０００３】
幅広の照射面を得るためには、光照射装置に使用されるランプの発光長を長くするのが一般的である。しかしながら、長い発光長のランプ、特に有電極ランプの場合には、ランプ両端に電極を設置し、電極間で放電させて発光させるランプであるため、種々の問題が発生する。すなわち、ランプの性能上の問題としては、ランプの発光長が長いと、入力密度が高い場合にはランプが自重で垂れ下がったり、ランプのアークが安定しない等の問題が発生する。また、ランプの安全上の問題として、ランプの発光長に比例して、ランプの電圧が上昇するため、発光長が長い場合には非常な高電圧が必要となる等の問題が発生する。ランプの製造上の問題としては、ランプが長いため、製造設備が巨大化する等の問題が発生する。従って、有電極ランプにおいては、その発光長には限界がある。
【０００４】
そのため、特に照射幅が１５００ｍｍを超える場合には、光照射装置として、無電極ランプを備えた灯具を使用し、その灯具を複数連結した光照射装置が使用されるようになってきた。なお、このような灯具としては、特許文献１では、図９に示すような構成を備えた灯具３１が記載されている。すなわち、灯具３１は、灯具筐体３２内に、発振周波数が２．４５ＧＨｚのマグネトロン３３と、発生したマイクロ波を伝達する導波管３４と、伝達されたマイクロ波を共振させるマイクロ波共振器３５と、共振したマイクロ波によって発光する無電極ランプ３６と、発光した光の焦点位置ＦＰが外部となるように集光させるリフレクタ（集光ミラー）３７とを備える。
【０００５】
そして、無電極ランプ３６の場合は、電極が存在しないために、灯具を連結して使用しても、連結部（発光していない部分）の長さが２０〜３０ｍｍ程度と短いために、連結部における照度の低下が実用範囲（２０％程度）となる。したがって、無電極ランプ３６は１灯の長さが短いが（一般的には２５０ｍｍ程度、一般に使用されているマイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚの２波長分）、灯具３１を複数連結することにより、幅広の照射面を得ることができる。
【０００６】
一方、有電極ランプの場合は、ランプの長手方向両端部に電極およびそれを機密シールするための金属箔が存在する。したがって、灯具を連結して使用すると、最小でも１００ｍｍ程度の連結部が必要となり、連結部における照度の低下が実用範囲を大きく超えるものとなる。
【特許文献１】特開２００３−６８４９０号公報（段落００２２〜００２５、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、最近になってフラットパネルディスプレイの肉薄化、軽量化要求に伴い光学機能性フィルムもより薄膜化（厚さ１０μｍ程度のものもある）してきたため、灯具の連結部の照度低下が問題となってきている。すなわち、無電極ランプを使用した灯具を使用しても、灯具の連結部における照度低下が原因で、フィルムにシワが発生する場合がある。そして、フィルムの照射面位置を灯具の焦点位置より離せば、照度分布が改善され、連結部の照度低下も小さくなるが、照度が低下する（図６〜図８参照）。
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題を解決すべく創案されたもので、その目的は、照射幅が非常に大きく、照度分布が良好で、かつ、照度が高い光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、マイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段からのマイクロ波によって発光する棒状の無電極ランプと、前記無電極ランプの光を集光して照射する集光ミラーとを備える灯具を、前記無電極ランプの長手方向に複数連結した光照射部と、前記集光ミラーの照射方向に配置され、前記光照射部における無電極ランプの長手方向に沿って所定の長さ（Ｌ）で延設する１対の反射ミラーを備え、前記反射ミラーの反射面が所定の間隔（Ｄ）を隔てて対面する光均一化部とを有し、前記集光ミラーからの照射光の焦点位置が、前記反射ミラーの上端部で、かつ、当該反射ミラーの間の中央である光照射装置として構成したものである。
【００１０】
前記構成によれば、光照射部を複数の灯具を連結した構成とすることによって、照射幅が拡がる。また、光照射部の照射方向に光均一化部（１対の反射ミラー）を備え、かつ、光照射部（集光ミラー）からの照射光の焦点位置が所定位置であることによって、集光ミラーからの照射光が反射ミラー間で反射して、灯具の連結部に対応した位置での照射面の照度低下が抑制され、照度分布が向上すると共に、照射面全域での照度も高いレベルが維持される。さらに、光照射部が無電極ランプを備えることによって、光照射部からの照射光の集光性が向上して、１対の反射ミラー間の間隔を狭くできるため、光均一化部（反射ミラー）での照度低下が抑制される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る光照射装置によれば、照射幅が非常に大きく、照射分布が良好で、かつ、照度が高いものとなる。また、反射ミラー間の間隔を限定することによって、照度分布がより一層良好となり、照度もより一層高いものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る光照射装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は光照射装置の部分切断斜視図、図２は光照射装置の長手方向に沿った断面図、図３は図２のＺ−Ｚ線断面図である。
【００１３】
図１〜図３に示すように、光照射装置１は、光照射部２と、光均一化部３とを備える。以下、各構成について説明する。
＜光照射部（灯具）＞
光照射部２は、マイクロ波発生手段５と、無電極ランプ６と、集光ミラー７とを備える灯具４を、無電極ランプ６の長手方向に複数連結したものである。
【００１４】
（マイクロ波発生手段）
マイクロ波発生手段５は、マイクロ波を発生できれば、その構成は特に限定されない。例えば、マイクロ波発生手段５は、マグネトロン９と、導波管１０と、マイクロ波共振器１１とを備える。
【００１５】
マグネトロン９は、通常、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するものが使用され、発生したマイクロ波を導波管１０に放射するためのアンテナ（図の形状はアンテナのカバー）１４を備えている。そして、マグネトロン９は、アンテナ１４を導波管１０の一端部１０ａに挿設した状態で固定されている。また、アンテナ１４は、セラミック、好ましくはアルミナ：９２質量％以上を含有するセラミックで成形された中空管であって、その先端部が半球形に成形されていることが好ましい。なお、アルミナを含有することで、誘電体損失を小さくできるため、無電極ランプ６の立ち上げ時に発生するアンテナ１４の急激な温度上昇を抑制できる。また、先端部を半球形に成形することで、応力の集中を防ぎ、加熱により生じる歪みによって、アンテナ１４が破損することを抑制できる。その結果、光照射装置１は、無電極ランプ６の瞬時点滅使用が可能となる。
【００１６】
導波管１０は、マグネトロン９で発生したマイクロ波をマイクロ波共振器１１に伝達するもので、アルミニウムで成形された中空管である。そして、導波管１０の他端部１０ｂと、マイクロ波共振器１１の閉口面１１ａとを接合することで、マイクロ波を伝達している。なお、導波管１０とマイクロ波共振器１１の接合部分で発生するマイクロ波の電場の放電、またはマイクロ波の漏れを防止するために、導波管１０とマイクロ波共振器１１とを連続して一体に成形することが好ましい。その結果、光照射装置１は、灯具４ごとの光出力のばらつき、光出力の経時的な低下を抑制でき、光出力の安定化が図れる。
【００１７】
マイクロ波共振器１１は、導波管１０から伝達されたマイクロ波を共振によって無電極ランプ６に放射するもので、アルミニウムで成形された箱形成形品であり、光照射方向に開口した開口面１１ｂと、導波管１０の他端部１０ｂと接合する閉口面１１ａとを有する。そして、開口面１１ｂには、マイクロ波を無電極ランプ６側に反射させるマイクロ波反射メッシュ１２が配設されている。
【００１８】
また、マイクロ波共振器１１は、無電極ランプ６へのマイクロ波の放射効率を向上させるために、アンテナ１５を備えることが好ましい。アンテナ１５は、導波管１０の他端部１０ｂ側からマイクロ波共振器１１に延設され、その一部を無電極ランプ６と集光ミラー７に平行して配置される。そして、アンテナ１５の一端はマイクロ波共振器１１に接続され、他端は導波管１０内に固定されている。なお、アンテナ１５を設けないように構成することも可能である。
【００１９】
（無電極ランプ）
無電極ランプ６は、マイクロ波共振器１１内に固定されている。そして、無電極ランプ６は、マイクロ波共振器１１内のマイクロ波によって、無電極ランプ６の内部に封入された発光媒体が励起し発光する。無電極ランプ６は、石英などで成形された筒形のガラス管であり、発光媒体として水銀等が封入される。
【００２０】
（集光ミラー）
集光ミラー７は、断面形状が半楕円形の半割り筒形凹面鏡であり、マイクロ波を透過する硬質ガラスで成形されている。また、集光ミラー７は、無電極ランプ６で発生した光を反射させ、その光をマイクロ波共振器１１の開口面１１ｂへ導き、外部の焦点位置ＦＰで集光するように、マイクロ波共振器１１内に配設されている。
【００２１】
光照射部２は、無電極ランプ６の冷却を目的として、冷却ファン１７を備えてもよい。冷却ファン１７は、導波管１０の上方（マグネトロン９側）に配設されている。そして、この冷却ファン１７から送出された冷却風を無電極ランプ６の表面に吹き付けるために、通風穴１６が導波管１０に形成され、ランプ冷却用ノズル１３がマイクロ波共振器１１の閉口面１１ａと集光ミラー７を貫通して配設されている。
【００２２】
光照射部２は、灯具筐体４ａ内に光強度検知センサー１８を備えてもよい。光強度検知センサー１８は、無電極ランプ６からの光の強度、すなわち、無電極ランプ６内に封入した発光媒体の発光状態を検知し、マグネトロン９の駆動を制御するものである。
【００２３】
＜光均一化部＞
光均一化部３は、集光ミラー７の照射方向に配置され、光照射部２の長手方向に所定の長さ（Ｌ）で延設する１対の反射ミラー８、８を備え、１対の反射ミラー８、８の反射面は、所定の間隔（Ｄ）を隔てて対面している。そして、光均一化部３の光照射部２に対する配置は、集光ミラー７からの照射光の焦点位置ＦＰで規定され、その焦点位置ＦＰが、反射ミラー８の集光ミラー側の上端部８ａで、かつ、反射ミラー８、８の間の中央である必要がある。１対の反射ミラー８、８をこのように配置することによって、集光ミラー７からの照射光が１対の反射ミラー間で反射して、光照射部２の発光していない部分である灯具４の連結部に対応する照射面の照度低下が抑制され、長手方向の照度が均一化する。
【００２４】
反射ミラー８の所定の長さ（Ｌ）は、照射幅を出来るだけ大きく確保するために、光照射部２の長手方向の長さと略同じに設定される。また、１対の反射ミラー８、８の間の距離を規定した所定の間隔（Ｄ）は、２０〜３５ｍｍであることが好ましい。間隔（Ｄ）が２０ｍｍ未満であると、ミラー間に入る光線の割合が減少するため照射面への総エネルギーが減る。また、間隔（Ｄ）が３５ｍｍを超えると照射面照度が低下する。
【００２５】
なお、反射ミラー８は、反射方向が一定である平面鏡が好ましいが、凹面鏡の使用を妨げるものではない。また、反射ミラー８は１枚の鏡で構成されていることが好ましいが、複数の鏡を組み合わせることで、所定の大きさ（長さ（Ｌ）×高さ（Ｈ））の鏡を構成してもよい。さらに、光均一化部３は、光照射部２側およびワークＷ側に開口部を有する箱形のハウジング１９の内部に１対の反射ミラー８、８を備えたものでもよい。
【００２６】
以上のように構成された光照射装置１の作動原理について説明する。図３に示すように、光照射装置１において、灯具筐体４ａ内に収納されたマグネトロン９で発生したマイクロ波は、マグネトロン９のアンテナ１４から導波管１０に放射される。導波管１０に放射されたマイクロ波は、導波管１０を伝わり、アンテナ１５（図２参照）からマイクロ波共振器１１に放射される。アンテナ１５から放射されたマイクロ波は、マイクロ波共振器１１で共振して、無電極ランプ６に吸収される。吸収されたマイクロ波によって、無電極ランプ６内に封入された水銀などがプラズマとなる。無電極ランプ６内でプラズマが発生すると、無電極ランプ６から紫外線を含む光が放射される。この光は、集光ミラー７で反射して、マイクロ波共振器１１の開口面１１ｂの下方の焦点位置ＦＰで集光する。焦点位置ＦＰで集光した光は、１対の反射ミラー８、８に投入され、反射ミラー８、８間で反射することによって、灯具４の連結部の照度低下を抑制しながら、ワークＷに照射される。なお、反射ミラー８、８は、反射率を高くするためＵＶコールドミラーと称する誘電体多層膜によるものが最も適している（図４参照）。
【実施例】
【００２７】
本発明の実施例について説明する。
（実施例）
実施例では、図１〜図３に示した光照射装置を使用して、ワークに紫外線を照射した。そのときのワーク照射面での照度（波長３６５ｎｍ近傍）を測定して照度分布を確認した。その結果を図５に示す。図５は光照射装置の照度分布を示すグラフ図である。
【００２８】
実施例の光照射装置は、光照射部として灯具を３灯並べたものを使用し、マイクロ発生手段におけるマイクロ波発振源としてマグネトロン９（１灯分で２台、発振周波数は約２．４５ＧＨｚ、マイクロ波の総エネルギーは１灯分で約６ｋＷ）を使用した。また、無電極ランプの発光長は２５０ｍｍのものを使用し、灯具の全長としては２６５ｍｍとなった。さらに、灯具（集光ミラー）の照射方向に、光均一化部として箱形のハウジングを設置し、図１に示すように、ハウジング１９の内部に長手方向（Ｘ方向）に対向する１対の反射ミラー８（長さ（Ｌ）７００×高さ２００ｍｍ、反射ミラー間の間隔（Ｄ）２０ｍｍ）を収納した。また、ハウジング１９の短手方向（Ｙ方向）にも対向する一対の反射ミラー８Ａ（長さ２０ｍｍ×高さ２００ｍｍ）を収納した。
【００２９】
（比較例１〜３）
比較例１〜３では、図９に示す灯具を３灯並べた光照射装置を使用して、ワークに紫外線を照射した。そして、実施例と同様にして照度を測定して照度分布を確認した。その結果を図６〜図８に示す。図６〜図８は光照射装置の照度分布を示すグラフ図である。
【００３０】
比較例１〜３の光照射装置は、光均一化部（１対の反射ミラー）を設置しなかったこと以外は実施例と同様とした。また、比較例１では照射面位置を焦点位置とし、比較例２では照射面位置を焦点位置からＡ＝１７ｍｍ離れた位置とし、比較例３では照射面位置を焦点位置からＡ＝２７ｍｍ離れた位置とした。
【００３１】
実施例の光照射装置では、図５に示すように、照射面での照度分布は９０％以上、照度は２０００ｍＷ／ｃｍ2以上と高照度が得られた。なお、有電極ランプを使用した光照射装置では、照射面での照度は１０００ｍＷ／ｃｍ2程度であり、２０００ｍＷ／ｃｍ2は充分な高照度である。
【００３２】
比較例１の光照射装置では、図６に示すように、照射面での照度は高いが照度分布が悪かった（８０％程度）。また、比較例２、３の光照射装置では、図７、図８に示すように、照度分布は改善されたが、照度２０００ｍＷ／ｃｍ2以下に低下した。
【００３３】
従って、本発明に係る光照射装置（実施例）は、従来の光照射装置（比較例１〜３）に比べて、高い照度を維持しながら、良好な照度分布を得られることが確認された。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明に係る光照射装置は、前記実施形態（実施例）に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で変更することができる。例えば、導波管およびマイクロ波共振器の構成材料として、アルミニウム以外の材料を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る光照射装置の部分切断斜視図である。
【図２】本発明に係る光照射装置の長手方向に沿った断面図である。
【図３】図２のＺ−Ｚ線断面図である。
【図４】本発明に係る光照射装置に使用されるＵＶコールドミラーの反射率と波長の関係を示すグラフ図である。
【図５】本発明に係る光照射装置の照度分布を示すグラフ図である。
【図６】従来の光照射装置の照度分布を示すグラフ図である。
【図７】従来の光照射装置の照度分布を示すグラフ図である。
【図８】従来の光照射装置の照度分布を示すグラフ図である。
【図９】従来の光照射装置に使用される灯具の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      光照射装置
２      光照射部
３      光均一化部
４      灯具
５      マイクロ波発生手段
６      無電極ランプ
７      集光ミラー
８      反射ミラー
Ｌ      長さ
Ｗ      間隔
【図１】
2008053014.tif 000003
【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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【図９】
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