(57)【要約】【課題】  超高圧水銀ランプを用いた従来装置の問題点を解決し、しかも均一な光を取り出すことができる露光装置用光源を安価に提供する。【解決手段】  複数の紫外線波長域のＬＥＤを平面基板上に配置したＬＥＤ発光部８を内側を完全反射とした楕円面反射鏡８の第１焦点より楕円面反射鏡８の頂点側に配置し、且つＬＥＤ発光部８の発光面の前方にＬＥＤ発光部８の発光面が球面レンズ９の焦点付近になるよう、球面レンズ９を配置し、前記ＬＥＤ発光部８からの発散光とＬＥＤからの発散光が楕円面反射鏡８の内側で反射した光束が入射するように透光性ロッド１１を配置し、その透光性ロッド１１の出射光をコンデンサーレンズ１２及びリレーレンズ１３を介して露光面１４に出射させるように構成する。【選択図】  図２
2007041467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の紫外線波長域のＬＥＤを平面基板上に配置すると共に、そのＬＥＤ組を内側を完全反射とした楕円面反射鏡の第１焦点より楕円面反射鏡の頂点側に配置し、且つＬＥＤ組の発光面の前方にＬＥＤ組の発光面が球面レンズの焦点付近になるよう、球面レンズを配置し、前記ＬＥＤからの発散光とＬＥＤからの発散光が楕円面反射鏡内側で反射した光束が入射するように均一光化光学系を配置し、その均一光化光学系の出射光をコンデンサーレンズ及びリレーレンズ等を介して被露光面に出射させるように構成したことを特徴とする露光装置用光源。
【請求項２】
ＬＥＤ組の設定位置を調節可能にする距離調節手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の露光装置用光源。
【請求項３】
ＬＥＤ組から出射され楕円面反射鏡で反射されなかったＬＥＤの発散光や楕円面反射鏡での反射光の内、球面レンズに入射しない光束を均一光化光学系に取りこむための円錐反射鏡を球面レンズの外側に配置したことを特徴とする請求項１または２記載の露光装置用光源。  
【請求項４】
球面レンズの径を楕円面反射鏡の内径と等しいか又は小さくしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の露光装置用光源。
【請求項５】
球面レンズの材質を合成石英で製作したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の露光装置用光源。
【請求項６】
楕円面反射鏡の材質をパイレックス（登録商標）で製作したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の露光装置用光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硝子基板上のレジストに光を照射して露光し、前記硝子基板のトリミングや区劃線等の形成に用いられる露光装置用光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は現在、液晶用周辺露光装置として用いられている露光装置の主要部の構成を示す模式図で、光源としてｇ線，ｈ線，ｉ線波長付近にＵＶ強度を持つ超高圧水銀ランプ１を用い、その発光部である電極を楕円面反射鏡２の第１焦点に配置し、第２焦点付近に四角柱等の透光性ロッド３と複数の球面レンズを組み合わせたコンデンサーレンズ等で構成されたレンズユニット４とリレーレンズ５を配置し、前記超高圧水銀ランプ１らから放射された紫外線で硝子基板６上のレジストを露光していた。
【０００３】
しかし、超高圧水銀ランプは一般に７５０Ｗから２ｋＷのものを使用するため発熱量が極めて高く次のような問題があった。  
【０００４】
１）高熱対策として、熱の効果的排気のため、光源ユニットにダクトを設けて大型なファ    ンで排熱しなければならなかった。
２）また、光源ユニット内は高温のため、使用する部品が高温になり楕円ミラーの耐久性    が問題となっていた。
３）超高圧水銀ランプ１の電極を精度よく楕円面反射鏡２の第１焦点に配置しないと柱状    ロッド３に効率よく入射しないという問題があった。
４）ランプ寿命が１０００ｈ〜２０００ｈと短いので、ランプ交換の為に装置停止回数が    多く、また、ランプ交換はランプが充分冷却してから交換しないといけないので、ラ    ンプ交換時間が長時間になった。またランプ取替えが頻繁で煩わしいという問題があ    った。
【特許文献１】特開2003−309060号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、上記の問題点を解決し、しかも照度を均一にした照射光を得ることができる低温、高均一照度、高集光性の露光装置用光源を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、第１の発明は、複数の紫外線波長域のＬＥＤを平面基板上に配置すると共に、そのＬＥＤ組を内側を完全反射とした楕円面反射鏡の第１焦点より楕円面反射鏡の頂点側に配置し、且つＬＥＤ組の発光面の前方にＬＥＤ組の発光面が球面レンズの焦点付近になるよう、球面レンズを配置し、前記ＬＥＤからの発散光とＬＥＤからの発散光が楕円面反射鏡内側で反射した光束が入射するように均一光化光学系を配置し、その均一光化光学系の出射光をコンデンサーレンズ及びリレーレンズ等を介して被露光面に出射させるように構成したことを特徴とする露光装置用光源である。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、ＬＥＤ組の設定位置を調節可能にする距離調節手段を設けたことを特徴とする露光装置用光源である。
【０００８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、ＬＥＤ組から出射され楕円面反射鏡で反射されなかったＬＥＤの発散光や楕円面反射鏡での反射光の内、球面レンズに入射しない光束を均一光化光学系に取りこむための円錐反射鏡を球面レンズの外側に配置したことを特徴とする露光装置用光源である。
【０００９】
第４の発明は、第１ないし第３のいずれかの発明において、球面レンズの径を楕円面反射鏡の内径と等しいか又は小さくしたことを特徴とする露光装置用光源である。
【００１０】
第５の発明は、第１ない第４のいずれかの発明において、球面レンズの材質を合成石英で製作したことを特徴とする露光装置用光源である。
【００１１】
第６の発明は、第１ないし第５のいずれかの発明において、楕円面反射鏡の材質をパイレックス（登録商標）で製作したことを特徴とする露光装置用光源である。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、ＬＥＤは寿命が長く、発熱量も少ないので、従来の超高圧水銀ランプに比べて大型の冷却用ファンや高価な楕円ミラーが必要でなく安価な露光装置用光源を提供することができると共に頻繁なランプの取替え作業の煩わしさから開放される。また、均一光化光学系、例えば透光性ロッドやコンデンサーレンズ等の照度不均一な光束を照度均一にする光学系を設けることによって前記ＬＥＤから照射する光束を照度が均一な光束にすることができる。
【００１３】
又、球面レンズによりＬＥＤから放射された発散光束をできるだけ均一光化光学系に取込める。
【００１４】
球面レンズは両凸又は平凸レンズとし、ＬＥＤ組からの光束を放射する側の曲率半径が小さい形となる。そしてこの球面レンズの曲率半径は使用するＬＥＤの指向特性、即ち放射角度に依存することになるが、一般的にレンズのついていない平面発光型のＬＥＤの場合、放射角度は±４５度から±７０度程度である。従って、ＬＥＤ組から放射される光束をロッドレンズに取込むため、ＬＥＤ組は球面レンズの焦点位置に配置する必要がある。
【００１５】
そのため、第２の発明では、ＬＥＤ組を球面レンズの焦点位置（レンズの軸方向）に調整可能としてものである。
【００１６】
第３の発明は、球面レンズの外側を光源から離れるに従い、光軸中心から拡がる方向へ傾きが１５度以下の円錐反射鏡で覆い、かかる円錐反射鏡で覆うことでＬＥＤ組からの放射光の内、楕円面反射鏡で反射されなかった部分の光を反射して、均一光化光学系に取込みＬＥＤ出射光の有効利用を図ったものである。
【００１７】
点光源を使用しても、楕円面反射鏡の光束の集光率は最大でも約８割であるのが、ＬＥＤ組のように光源部分が広い場合は、光束の集光率が更に落ちるため、円錐反射鏡で覆うことは均一光化光学系に集光するために非常に効果的である。
【００１８】
この円錐反射鏡は、金属の板をカーリング加工により円錐状に製作し、内面に鍍金を施し、反射率を上げて製作すれば安価に製作できるが、板の継ぎ目が残るので反射率を上げたい時には、高価となるが、絞り加工のものとするか、或いは、円柱状の硝子を円錐状に削って穴を空け、内面に鍍金を施した構造のものとしてもよい。尚、集光効率を気にしない場合は、この円錐反射鏡を設置しなくてもよいことは勿論である。
【００１９】
第４の発明は、ＬＥＤ組から出射する光以外の光が均一光化光学系に入射しないようにするための構成である。
【００２０】
第５の発明は、ＬＥＤの紫外線波長域の光を用いる場合に、硝子レンズであると、ソラリゼーションにより、黄色又は茶色に変色する現象が発生するが、合成石英であるとそれが防止されると共に、紫外線の透過率が高くなる効果がある。
【００２１】
第６の発明の構成は、通常必要としないが、ＬＥＤ組の数が多くなって高温になった場合、コスト的に許せるならば有用な構成である。
【実施例１】
【００２２】
図２は本発明の一実施例を示す側面図で、７はＬＥＤ発光部、８は楕円面反射鏡、９は球面レンズ、１０は円錐反射鏡、１１は四角柱状の透光性ロッド、１２はコンデンサーレンズ、１３リレーレンズ、１４は露光面である。
【００２３】
図３及び図４は前記ＬＥＤ発光部７の詳細を示すもので、図３は平面図、図４は側面図である。
【００２４】
図３及び図４において、１５は平面基板、１６は紫外線波長域の表面発光型のチップＬＥＤ、１７，１７，１７は位置調整用のネジ、１８，１８は基板固定用のナット、１９，１９はコイルバネ、２０，２０はワッシャー、２１，２１は位置調整用のナット、２２は図示していないケースと一体のブラケット、２３はチップＬＥＤ２の裏側の位置で平面基板１に設けられたアルミニウム又は銅製のヒートシンク、２４はＬＥＤに電流を流すケーブルである。
【００２５】
上記チップＬＥＤ１６は、図３に示すように均一光を照射する装置に使用する際便利なように、平面基板１５上に縦、横に複数個（実施例１では２１個）均等に全体として図の２５に示す円内に納まるように配置する。また平面基板１５にはチップＬＥＤ１６を実装できるように絶縁物で被われたパターンと半田部分が露出したランド部分が設けられている。
【００２６】
また、平面基板１５の裏側に設けてあるヒートシンク２３は、チップＬＥＤ１６からの発熱を自然空冷又はファンを使用して風をヒートシンク２３に通し熱を奪う強制空冷により放熱する。
【００２７】
位置調整用のネジ１７は、平面基板１５とブラケット２２に設けられた挿入孔に挿通され、ナット１８で平面基板１５に固定され、そしてナット２１でブラケット２２に取りつけられており、ワッシャー２０とブラケット２２間のネジ１７に設けられた圧縮バネ１９の弾性力によりブラケット２２に対する平面基板１５の位置を保持している。
【００２８】
従って、ナット２１を弛める方向に回転させると平面基板１５が圧縮バネ１９の力により表面側（チップＬＥＤ１６が設けられている側）、即ちブラケット２２に対して平面基板１が離れる方向に移動し、ナットを締めつける方向に回転させると平面基板１５の裏側（ヒートシンク２３が設けられている側）、即ちブラケット２２に対して平面基板１５が近づく方向に移動し、平面基板１５の位置調整を行うことができる。
【００２９】
尚、上記実施例では複数のチップＬＥＤを円内に配置したが、四角形状内に収まるように配置してもよいことは勿論である。
【００３０】
以上、図２ないし図４に示すように構成された露光装置用光源は、平面基板１５上に配置されたＬＥＤ１６が図３および図４に示す距離調節手段によって設定位置を調整することにより、楕円面反射鏡８及び円錐反射鏡１０による反射光と球面レンズ９を透過した平行光が有効に透光性ロッド１１に入射し、放射強度を均一化して透光性ロッド１１の他端より放射される。
【００３１】
なお、実施例のでは均一光化光学系として合成石英等で製作された中実品の透光性ロッド１１を用いたが、カレイドスコープのように内面を鏡面とした中空のものを使用してもよいことは勿論である。
【００３２】
透光性ロッド１１は照射光を均一化するためには長さが長いほうがよいが、長くするとロッドレンズの値段も上昇することになる。本発明ではＬＥＤ組からの放射光を球面レンズ９で平行光にすることによりＬＥＤの照度を均一化しているので、従来のように均一化させるために透光性ロッドに長いものを使用したり、或いはコンデンサーレンズを追加して均一化しなくともよく、従ってコストダウンを図ることができる。
【００３３】
この実施例の場合、四角柱の透光性ロッドを使用しているのは、四角形状に光束を放射させるためであり、丸形状が欲しい場合は円柱状の透光性ロッドを使用し、或いは六角形に露光したい場合は六角柱状の透光性ロッドを使用する。
【００３４】
透光性ロッドから出射される光束は、透光性ロッドから放射後広がりを持つため、正確な寸法で四角く露光するためには、透光性ロッドの出射端を露光基板に近づけて露光するか、図５に示すように透光性ロッドの出射端と露光基板の間に四角く穴を空けたアパーチャ１５を配置し、四角く露光することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の露用光源の縦断面図。
【図２】本発明の第１の実施例の側面図。
【図３】ＬＥＤ発光部の平面図。
【図４】ＬＥＤ発光部の側面図。
【図５】本発明の他の実施例の側面図。
【符号の説明】
【００３６】
７  ＬＥＤ発光部
８  楕円面反射鏡
９  球面レンズ
１０  円錐反射鏡
１１  透光性ロッド
１２  コンデンサーレンズ
１３  リレーレンズ
１４  露光面
【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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