立体リソグラフィ装置用の照明システム
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）（３４）であって、各ＬＥＤが、少なくとも一方が実質的に平坦である少なくとも１つの第１の発光面（３６）および第２の面（３７）を有する複数のＬＥＤと、各ＬＥＤを個々に制御することができるように、それぞれのＬＥＤに選択的に接続された複数の電気経路（５６）と、実質的に平坦な平準化面（４６、５２）であって、ＬＥＤの２次元配列が平準化面に対して平行な平面に広がるように、各ＬＥＤの少なくとも１つの実質的に平坦な面（３７、３６）と平準化接触する平準化面とを備える照明システム（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体リソグラフィの分野に関し、より具体的には立体リソグラフィ装置用の照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
３Ｄプリントとしても知られている立体リソグラフィは、部品を高精度で作製するためのラピッドプロトタイピング技術である。単純な実装においては、立体リソグラフィでは、液体の光硬化性フォトポリマー樹脂のタンクおよび１度に１つの層ずつ樹脂を硬化させるためのコンピュータ制御されたＵＶレーザを利用することができる。構築プロセスは、基本的に反復性である。作製される１スライスの部分に対応する各層に対して、レーザビームのスポットが、液体樹脂の表面のそれぞれの断面のパターンをトレースする。レーザ光線に露光すると、トレースされたパターンが硬化されるかまたは凝固されて下の層に付着する。一旦、１つの層が硬化されると、作製中の部分（フォトポリマー樹脂のタンクに沈められたエレベータの台上に静止し得る）は、その最上層が再び樹脂の表面のすぐ下に配置されて次の層の構築を可能するように、１つの層の厚さだけ低下されてよい。その部品が完成するまで、ステップのこのシーケンスが継続される。
【０００３】
レーザを用いる代わりに、立体リソグラフィ装置に、フォトポリマー樹脂の選択的照明をもたらすための２次元配列ＬＥＤおよびレンズを備えた照明システムを取り付けてよい。全体としての照明システムは、加工物の位置に対して移動可能に配置されてよく、ＬＥＤは、互いに剛結合され、レンズに対しても剛結合されてよい。レンズは、ＬＥＤの発光面をフォトポリマー樹脂の表面上へ結像する働きをすることができる。好ましくは、一定数のＬＥＤを備える配列が同数の結像スポットを生成することができるように、各ＬＥＤは、それ自体の共役像のスポットに関連づけられる。製作の期間中、照明システムは、フォトポリマー樹脂を保持するタンクに対して走査して移動されてよく、一方、個々のＬＥＤは凝固される層の断面のパターンに従って樹脂の表面を照光するように選択的にオンとオフを切り換えられてよい。レーザと比べて、ＬＥＤ照明に基づく照明システムは比較的廉価である。また、この照明システムは、より高い生産速度で同等の高精度を与える。
【０００４】
経済的なやり方で高信頼の照明システムを製造することは疑問視されていた。この主な理由は、加工物の非常に微細な細部さえ製作され得るように、フォトポリマー樹脂を高精度で照光することができる照明システムが、十分に画定された寸法ではっきり定められた位置に十分に明るい結像スポットを生成することができなければならないことである。光学システムは、より高い開口数によってＬＥＤからより多くの光を集めることができるので、十分な明るさの要件は、より高い開口数を有する光学システムをもたらす。しかし、開口数が高いと、精密なＬＥＤ位置に対する結像スポット寸法の高感度を伴うことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願第０７１５０４４７．６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、その設計により、高い開口数を有する光学システムと組み合わせて使用することができる経済的に製造可能なＬＥＤ照明システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的のために、本発明は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、各ＬＥＤが、少なくとも一方が実質的に平坦である少なくとも１つの第１の発光面および第２の面を有する複数のＬＥＤと、各ＬＥＤを個々に制御することができるように、それぞれのＬＥＤに選択的に接続された複数の電気経路と、実質的に平坦な平準化面（ｌｅｖｅｌｌｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）であって、ＬＥＤの２次元配列がこの平準化面に対して平行な平面に広がるように、各ＬＥＤの少なくとも１つの実質的に平坦な面と平準化接触する平準化面とを備える、立体リソグラフィ装置で使用するのに適切な照明システムを提供する。
【０００８】
ｚ方向で所望の精度を達成するために、ＬＥＤは、実質的に平坦な平準化面と平準化接触する。用語「実質的に平坦な」は、約１０μｍ未満、好ましくは５μｍ未満の面平坦度を有する面を指す。このような面平坦性の程度は、例えば光研磨によって達成することができる。平準化面は、例えば、機械的運搬台または支持体、あるいは以下で説明されるマルチレンズ配列によってもたらされ得る。１つの平準化面が、同一平面に広がる複数の別個の平準化面で構成され得ることに留意されたい。したがって、平準化面という用語は、必ずしも１つの連続的な面を意味するものと解釈されるべきではない。例えば、以下の図２およびその議論を参照されたい。
【０００９】
ｘｙ平面、すなわち２次元ＬＥＤ配列の平面で十分な位置精度を達成するために、または同平面における位置精度を改善するために、本発明による照明システムは、ダイシングされてはいるがパッケージ化されていないＬＥＤ、いわゆる裸ダイ（ｂａｒｅ ｄｉｅ）を使用して製造され得る。基本的な洞察は、共通の表面実装ＬＥＤがＩＣパッケージに埋め込まれていて、同パッケージがピックアンドプレースロボットによって扱われるときに基準として働く、という事実に関するものである。ＩＣパッケージの外部の寸法が、内側にパッケージ化されるＬＥＤに対する所望の位置的な公差をかなり上回るので、ロボットが所望の精度で表面実装ＬＥＤを位置決めすることが不可能なことがある。しかし、ピックアンドプレースロボットは、ＩＣパッケージの存在を不明瞭にすることなく裸ダイの精密な位置を求めることができ、したがって裸ダイを位置決めすることができる。例えばモノリシック配列を使用するのと比べて、ウェーハのダイシングが、ウェーハ材料の非常に効率的な使用を可能にし、したがって経済的生産プロセスに寄与する。ＩＣパッケージを排除することは、実際のＬＥＤとＬＥＤが熱的に結合される支持体との間に熱絶縁障壁を配置することも意味する。したがって、ＬＥＤの動作温度がより低くなり、このことはＬＥＤの寿命および光出力にとって有益である。
【００１０】
本発明の一態様によれば、平準化面は、少なくとも１つの第１の層を備える実質的に剛体の支持体によってもたらされ、この層が平準化面をもたらし、また、この層は少なくとも１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料を含む。
【００１１】
ＬＥＤが温度に対する光出力感度を示し、実際、過度の温度によって恒久的に劣化するという事実が知られている。ＬＥＤ配列の、期待寿命および同様に重要な光出力の均一性を増進するために、ＬＥＤが過度に、かつ／または不均等に加熱されないことを保証するように注意が払われる。この目的のために、ＬＥＤが熱的に結合される平準化面は、好ましくは、例えば銅またはアルミニウムなどの１５０Ｗ／ｍＫを超える、大きな熱伝導率を有する材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、支持体は複数の層を備えることができる。支持体は、例えば、平準化面をもたらす銅の比較的薄い層をのせたインバールのベースを備えてよい。１５０Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率を有する銅の層がＬＥＤの第２の表面に接触してよく、ＬＥＤの熱を放出することが可能になる。銅の層が、熱を分散させてインバールのベースに伝達することになり、同ベースは、熱伝導率がより小さいが、より都合の良い（すなわち、より小さい）熱膨張係数を有する。インバールのベースが、ＬＥＤによるベースの均一または不均一な加熱よってＬＥＤの相対位置が変化するのを制限することになる。一般に、いかなるこのようなベース層も、好ましくは５・１０−６／Ｋ以下の線熱膨張係数を有する（すなわち１度の温度変化につき長さがわずかに増加する）。
【００１２】
材料を選択する代わりに、あるいは材料を選択することに加えて、適切に熱を伝達することができる構造的特性を有する実質的に剛体の支持体が取り付けられてよい。支持体には、例えば使用中に冷却流体が通って循環する１つまたは複数の冷却チャンネルおよび／またはＬＥＤで発生した熱を放散することができる冷却フィンが備わっていてよい。
【００１３】
本発明の前述の特徴および利点ならびに他の特徴および利点は、本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明を、本発明を図示することを意味するものであり本発明を限定することを意味するものではない添付図面と一緒に解釈することにより、より十分に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による照明システムが使用され得る例示的立体リソグラフィ装置の概略断面図である。
【図２】本発明による照明システムの特定の実施形態の概略図である。
【図３】本発明による照明システムの特定の実施形態の概略図である。
【図４】本発明による照明システムの特定の実施形態の概略図である。
【図５Ａ】さらなる実施形態の概略側面図である。
【図５Ｂ】さらなる実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面では、同一の参照番号は同等の要素を同定する。図面における諸要素のサイズ、形状、相対位置および角度は、必ずしも原寸に比例して描かれておらず、これらの要素のうちいくつかは、図面の読みやすさを向上するために便宜的に拡大して配置されることがある。さらに、描かれた特定の要素の形状は、特定の要素の実際の形状に関するいかなる情報も伝えるようには意図されておらず、図面における認識の容易さのためにのみ選択されていることがある。
【００１６】
先ず図１を参照すると、これは、本発明による照明システムが実施され得る例示的立体リソグラフィ装置（ＳＬＡ） １の側断面である。ＳＬＡ １は、製品のプロトタイプまたはモデルなどの有形物体２の層方向式製作に使用され得る。ＳＬＡ １は、運搬プレート４、液体のリザーバ１０、および照明システム３０を備える。
【００１７】
製作を通じて、有形物体２は運搬プレート４から懸垂され、物体２の最初に構築された層が運搬プレート４に固着し、また、あらゆる後続の層も間接的に固着する。運搬プレート４は、駆動機構（図示せず）によって方向６に移動可能であり、新規の層が構築される度に上方へ１層の厚さ分だけ移動される。
【００１８】
液体のリザーバ１０は、液体の光硬化性樹脂１４で満たされている。液体のリザーバ１０の底板１２は、照明システム３０によって発せられる光に対して光学的に透明であり、これは今後説明されることになる。底板１２は、（部分的に）凝固される液体層１６の片面に境界をつける構築形状としても機能する。一旦１つの層が構築されると、運搬プレート４が１層の厚さ分だけ上方へ移動され、最後に構築された層と底板１２の間の空間が、前記液体層１６を形成するように樹脂１４で満たされることは明白であろう。
【００１９】
ＳＬＡ １は、液体層１６の所定の領域を選択的に照光するように適合された照明システム３０も備える。照射の結果、有形物体２の固体層１８が得られ、前記層１８は、与えられた照明パターンに従って所定の形状を有する。照明システム３０は、ＬＥＤ配列３２ならびに２つのマルチレンズ配列４０および４２を備えた結像システムを含む。他の実施形態では、結像システムは、所望の構成次第で、別の数、例えば１つだけのマルチレンズ配列および／または他の要素を備えてよい。
【００２０】
高い開口数、例えば０．３〜０．８の範囲、または０．８よりさらに高い開口数であると、ＬＥＤの位置のわずかな変化が、その共役像スポットの寸法に対して大きな影響を及ぼす可能性がある。一例として、対象となっている結像スポットが１００μｍ程度の直径を有することがあり、それによって５０μｍの有効なスポット分離距離が影響を受ける可能性がある。ＬＥＤが、その理想的位置から（光学システムの光学軸に対して平行な方向へ）１０μｍのところに配置されたとすると、この乖離により、結像スポット直径の約３０μｍの増加がもたらされる可能性がある。明らかに、これはかなりの収差であり、事実上容認できないものである。光学システムの光学軸に対して垂直な方向における理想的位置からのＬＥＤの乖離は、拡大されずに像を通過するだけであり得る。それでもなお、５０μｍ以下の有効なスポット分離距離を意図するとき、１０μｍの乖離によってシステムの分解能がひどく損なわれる恐れがある。
【００２１】
したがって、高い開口数を有する光学システムを使用するという願望は、とりわけ、ＬＥＤに対する相対的位置決めの公差に形を変える。図示のように、ＬＥＤに対して現在所望の位置的な公差は、ｘ、ｙおよびｚ方向のそれぞれで１０μｍ未満であり、ここでｘｙ平面は２次元ＬＥＤ配列の平面であって、ｚ方向はｘｙ平面に対して垂直な方向へ延びる。このような精密位置決めは、（多層の）プリント回路基板上に実装される共通の表面実装ＬＥＤを使用して達成するのは不可能であると思われる。ＬＥＤの寸法公差は、前述の１０μｍを容易に上回る可能性があり、ピックアンドプレースロボットがそれらを所望の精度で位置決めするのが不可能になり、その一方で、個々のＬＥＤに電気的接続をもたらす多層プリント回路基板は、特にＬＥＤ配列によって必要とされる比較的大きな表面積にわたって平らにするのが困難である。それと対照的に、ＬＥＤのモノリシック配列、すなわち複数のＬＥＤを備えた完全なウェーハ（部分）は、個々のＬＥＤの位置精度が優れる代替形態を与える。これは、ウェーハ製造プロセス自体が正確さを保証するからである。しかし、配列の隣接したＬＥＤ間の所望の分離距離が増加するとき、より貴重なウェーハ材料が基本的には浪費される。約１ｍｍ以上の一般的な分離距離でモノリシック配列を使用するコストは受け入れがたいほど高くなる。
【００２２】
ＬＥＤの位置精度は、それ自体が原理問題であるが、さらなる設計要件が同様に満たされなければならない。これらの要件は、各ＬＥＤへの個々の電気経路を必要とする各ＬＥＤの個々の可制御性、および高温に対するＬＥＤの好ましくない感応性によるＬＥＤの速くかつ／または不均一な劣化を防止する優れた熱管理システムを含んでいる。
【００２３】
ＬＥＤ配列３２は、複数のＬＥＤ ３４を備える。ＬＥＤ ３４は、ＬＥＤが、等距離で垂直に配向された行と列を構成し、各ＬＥＤがグリッドポイントを定義するように、好ましくはグリッド状の様式で２次元平面に配置される。ＬＥＤ ３４のそれぞれが、液体のリザーバ１０の底板１２と向かい合う発光面３６を有し、発光面３６は、ＬＥＤ配列３２の２次元平面に対して実質的に平行である。液体の樹脂層１６の上に投影され得る、点灯したＬＥＤの時間的に変化する２次元パターンを生成するために、配列３２の個々のＬＥＤ ３４を制御する、すなわちオフと（所望の強度の）オンとを切り換えるように、コントローラ３８が設けられてよい。
【００２４】
実質的に平面状のマルチレンズ配列４０、４２が、ＬＥＤ ３４の発光面３６と選択的に硬化されることになる液体層１６との間に配置される。配列４０、４２のそれぞれが、好ましくは各ＬＥＤ ３４につき１つ、複数のレンズ４４を備える。レンズ４４は、好ましくは配列３２のＬＥＤ ３４の配置と対応して配置されてよい。マルチレンズ配列４０、４２は平凸タイプでよく、したがってすべてのレンズ４４の平面側を画定する１つの平面側４６、および、各レンズ４２につき１つの部分的に回転楕円面形の区分４８の複数の凸面を有する。図１に示されるように、マルチレンズ配列４０、４２は相対して配向されてよい。マルチレンズ配列４０、４２は、点灯した各ＬＥＤ ３４が液体層１６の所定の領域に個別の共役スポットを生成するようなやり方で、点灯したＬＥＤのパターンを液体層１６上に結像するように適合された結像システムを一緒に形成する。マルチレンズ配列４０、４２は、ガラス、溶融石英およびプラスチックを含む様々な材料で作製され得る。
【００２５】
照明システム３０は、液体のリザーバ１０の底板１２の下に、液体のリザーバ１０の底板１２に対して平行な方向８に移動することができるように移動可能に配置されてよい。照明システム３０の運動は、ＬＥＤ ３４の点灯も制御する前述のコントローラ３８によって制御されてよい。使用するとき、照明システム３０は、システムの有効な分解能を高めるようなＬＥＤ配列３２の行および列の方向を有する角度で広がる方向へ直線的に移動されてよい。この技法は、この態様に関するさらなる情報のために参照によって本明細書に組み込まれている、本出願人の名前の同時係属出願である欧州特許出願第０７１５０４４７．６号により詳細に説明されている。
【００２６】
照明システム３０の動作する状況が明確になったので、照明システム３０の特定の実施形態を図解的により詳細に示す図２〜図４に注目する。
【００２７】
図２は、本発明による照明システム３０の実施形態の概略断面図である。図２は、既に図１に示されているＬＥＤ ３４およびマルチレンズ配列４０、４２に加えて支持体５０および電気経路５６を示す。
【００２８】
図２の実施形態では裸ダイであるＬＥＤ ３４は、それらの第２の面３７を介して支持体５０と機械的接触し、かつ熱的接触している。支持体５０は、プレートまたは適切な形状の物体でよく、アルミニウムまたは銅などの例えば１５０Ｗ／ｍＫを超える、大きな熱伝導率を有する材料で部分的に作製されてよい。熱伝導率が良いと、支持体がヒートシンクとして働いて、ＬＥＤ ３４の平均寿命を向上させ、かつＬＥＤ ３４の光出力の劣化を防止するためにＬＥＤ ３４から過度の熱を放出することができる。また、熱伝導率が良い支持体は、配列３２にわたって不均一な光生成にもたらす可能性があるＬＥＤ ３４の互いに不均一な加熱を防止することができる。製造の期間中、支持体の頂面は、滑らかで実質的に平坦な平準化面５２を得るために、例えば光学的に研磨される。研磨済みの平準化面５２の面平坦度は、１０μｍ未満、好ましくは５μｍ未満であり得る。研磨処理の後、支持体５０の上面に溝が機械加工されてよい。図２の実施形態では、溝が電気経路５６を収容し、溝の間のリブ５４がＬＥＤ ３４の機械的支持体をもたらす。構築の方法により、リブ５４は、すべてが同一平面に広がる実質的に平坦な頂面５２を有する。したがって、すべてのリブ５４が、一緒に、本説明の意味における「平準化面」と考えられ得る。ＬＥＤ ３４の実質的に平坦な第２の面３７は、接着剤の薄い層によって平準化面５２に取り付けられてよい。接着剤は、好ましくは熱伝導性であり得る。必要に応じて、接着剤は、平準化面５２とＬＥＤ ３４の第２の面３７の間の正確な距離設定を支援するためにガラスまたはポリスチレンの球体などのスペーサも含むことができる。分離距離が正確であると、ＬＥＤ ３４の位置的精度に貢献するばかりでなく、ＬＥＤと平準化面５２の間の接着材層の厚さを正確に画定する。接着材層の厚さが層の熱抵抗にほぼ比例するので、配列のすべてのＬＥＤ ３４に対する接着材層の厚さの安定性は、ＬＥＤ ３４の不均一な加熱および劣化を防止する機能である。
【００２９】
電気経路５６は、多層プリント回路基板（ＰＣＢ）の形でもたらされ得る。多層ＰＣＢにより、ＬＥＤ ３４の比較的コンパクトなパッキングのための実際的な要件である高密度の電気経路５６が可能になる。例えば、一般に、平準化面５２の１〜２ｍｍ２ごとにＬＥＤ ３４が備わっていてよく、一方、照明システム３０は、すべてが個々に制御可能な何千ものＬＥＤを備えることができる。前述のように、電気経路５６は、リブ５４の間の溝に少なくとも部分的に配置される。この構成により、ＬＥＤ ３４がマルチレンズ配列４０へ放射する光に対して経路５６が障害物を形成するのが防止される。ＬＥＤ ３４の電気経路５６への電気的接続は、ワイヤボンディング５８によって達成することができ、ワイヤボンディング５８は、裸ダイのＬＥＤの電気的接触パッドを電気経路５６に選択的に接続することができる。
【００３０】
図３は、照明システム３０の第２の代替実施形態を示す。この実施形態では、高い熱伝導率を有するセラミック支持体５０が使用される。熱の放出をさらに促進するために、冷却流体を通して循環させることができる、より多くのチャンネル６０のうちの１つが、支持体５０にさらに取り付けられてよい。図２の実施形態とは対照的に、図３に示されるセラミック支持体５０は、単一の連続した平準化面５２を有する。この平準化面５２は、所望の面平坦度を達成するように研磨されている。製造を通じて、電気経路５６を収容するための溝が支持体５０に機械加工されることはない。その代わりに、電気経路５６は、例えばスクリーン印刷によって平準化面５２に与えられ得る厚膜層によってもたらされる。図３に概略的に示された層のスタックは、交互に導電層と非導電層に作製されてよい。ワイヤボンディング５８は、裸ダイのＬＥＤ ３４の電気的接触パッドをそれぞれの導電層に選択的に接続するのに使用され得る。ＬＥＤ ３４は、図２の実施形態のように、好ましくは、スペーサを備えた熱伝導性接着剤またはスペーサを備えない熱伝導性接着剤によって平準化面５２に取り付けられてよい。
【００３１】
図２および図３の実施形態では、支持体５０は、ＬＥＤ ３４の機械的支持体および熱的冷却をもたらす。電力の供給は、電気経路５６が受け持つ。この状況は、３つの機能をすべて遂行するＰＣＢ上に表面実装ＬＥＤが単純に配置されるより従来的な機構と区別されるべきである。とりわけ、多層ＰＣＢは、通常、受け入れがたいほど大きなｚ公差を有するので、このような機構はＬＥＤの正確な位置決めが不可能である。
【００３２】
図４は、それにもかかわらず、支持体５０の上面に設けられた多層ＰＣＢ上にＬＥＤ ３４が配置された実施形態を示す。しかし、ＬＥＤ ３４の正確なｚ方向の位置合わせは、ＰＣＢによってではなく、平準化面として働くマルチレンズ配列４０の平面側４６にＬＥＤ ３４を取り付けることによって達成される。このような構成を可能にするために、使用されるＬＥＤ ３４は、好ましくはいわゆる（裸ダイ）フリップチップである。ＬＥＤ ３４の発光面３６には電気的接触パッドがなく、したがって実質的に平坦である。一実施形態では、フリップチップＬＥＤ ３４の発光面３６は、適切なｚ方向の位置合わせを達成するために、光学的に透明な接着剤を使用してマルチレンズ配列４０の実質的に平坦な平面側４６に付着されてよい。製造の期間中、ＬＥＤ ３４は、最初にマルチレンズ配列４０の平面側４６に取り付けられてよく、次いで、何らかの接着剤がセットされてＬＥＤ ３４の相対位置が固定された後に、ＰＣＢの電気経路５６に、例えば超音波はんだ付けまたは異方性の導電性接着剤を使用して接続される。代替実施形態では、ＬＥＤが、マルチレンズ配列に固着されなくてよい。ＬＥＤは、例えば、最初にＰＣＢの電気経路５６に接続され、それによってＬＥＤ ３４の第２の面３７とＰＣＢの頂面の間に可撓性接着剤が供給されてよい。続いて、マルチレンズ配列４０は、ＬＥＤ ３４をｚ方向に位置合わせするために、その平面側４６がＬＥＤ ３４の発光面３６にそっと押しつけられるように所定の位置に置かれてよい。ＬＥＤ ３４がすべて適切に位置合わせされたとき、可撓性接着剤は、ＬＥＤの相対的配向を恒久的に固定するために硬化されてよい。第１の実施形態の利点は、ＬＥＤ ３４が高い位置精度でマルチレンズ配列４０に固定されることである。したがって、ＬＥＤ ３４とマルチレンズ配列４０の個別の位置合わせが不要であり、また、一方のマルチレンズ配列と他方の支持体および／またはＰＣＢとの間の熱膨張係数の差が、もはやマルチレンズ配列に対するＬＥＤの位置合わせ不良をもたらす恐れがない。
【００３３】
図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ、ＰＣＢ ５６を収容する溝５５を有するが、溝５５の間のリブ５４がＬＥＤ ３４の機械的支持体をもたらすさらなる実施形態の概略側面図および斜視図を示す。複数のＬＥＤ ３４が面５２上に設けられる得ることが示されており、ＬＥＤ ３４は、溝５５の中のＰＣＢ ５６上に配置された電気的回路によってグループで制御される。このことは、各ＬＥＤが、ＬＥＤの相互距離に寸法設定された狭いリブ上に配置されず、そうでなければ冷却チャンネル６０への熱伝導性が制限されることになるので、熱的利益をもたらす。
【００３４】
ＰＣＢ上の電気経路構造体５６は、垂直の構成に積層されてよく、すなわち、ＰＣＢは、平準化面５２に対して横方向の平面に広がる。このことは、続くＬＥＤ ３４の間で最小限に保たれ得る間隙距離を最適化する。
【００３５】
このようにして、ＰＣＢの平面状の領域を拡大するのに溝５５を使用することにより、ＬＥＤからＩＣ ５７へすべての電子的経路を設けるのに、単なる１層または２層のＰＣＢ構造体で十分である。
【００３６】
また、溝５５の中に駆動回路５７を配置することにより、駆動回路のＩＣ ５７とＬＥＤの間の距離を短縮することができる。好ましい実施形態では、図示のＰＣＢ構造体５６は、さらに、平準化面５６の平面に広がり、平準化面上に直接設けられたＬＥＤ ３４を収容するように開口５９を有する。
【００３７】
開口は、ＬＥＤに対するＰＣＢの位置の公差が大きいように、実質的にＬＥＤのサイズより大きくなる。ＰＣＢ ５６は可撓性タイプのＰＣＢであり、少なくともＩＣ ５７を有する部分が溝５５に入り、ＬＥＤ用の孔を有する部分が基板５０上に水平に置かれるように折り重ねられる。
【００３８】
本発明の例示的実施形態が添付図面を参照しながら説明されてきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことを理解されたい。当業者によって、様々な変更または改良が、特許請求の範囲で定義された本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく達成され得る。さらに、前述の照明システムの用途が立体リソグラフィの分野に限定されないことに留意されたい。この照明システムは、例えば印刷業の他の分野にも適用され得る。
【符号の説明】
【００３９】
１ 立体リソグラフィ装置（ＳＬＡ）
２ 有形物体
４ 運搬プレート
６ 運搬プレートの移動方向
８ 照明システムの移動方向
１０ 液体のリザーバ
１２ 液体のリザーバの底板
１４ 光硬化性樹脂
１６ 液体層
１８ 有形物体２の固体層
３０ 照明システム
３２ ＬＥＤ配列
３４ ＬＥＤ
３６ ＬＥＤの発光面
３８ コントローラ
４０ マルチレンズ配列
４２ マルチレンズ配列
４４ レンズ
４６ レンズの平面側
４８ レンズの凸面側
５０ 支持体
５２ 支持体の表面
５４ リブ
５６ 電気経路
５８ ワイヤボンディング
６０ 冷却チャンネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体リソグラフィの分野に関し、より具体的には立体リソグラフィ装置用の照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
３Ｄプリントとしても知られている立体リソグラフィは、部品を高精度で作製するためのラピッドプロトタイピング技術である。単純な実装においては、立体リソグラフィでは、液体の光硬化性フォトポリマー樹脂のタンクおよび１度に１つの層ずつ樹脂を硬化させるためのコンピュータ制御されたＵＶレーザを利用することができる。構築プロセスは、基本的に反復性である。作製される１スライスの部分に対応する各層に対して、レーザビームのスポットが、液体樹脂の表面のそれぞれの断面のパターンをトレースする。レーザ光線に露光すると、トレースされたパターンが硬化されるかまたは凝固されて下の層に付着する。一旦、１つの層が硬化されると、作製中の部分（フォトポリマー樹脂のタンクに沈められたエレベータの台上に静止し得る）は、その最上層が再び樹脂の表面のすぐ下に配置されて次の層の構築を可能するように、１つの層の厚さだけ低下されてよい。その部品が完成するまで、ステップのこのシーケンスが継続される。
【０００３】
レーザを用いる代わりに、立体リソグラフィ装置に、フォトポリマー樹脂の選択的照明をもたらすための２次元配列ＬＥＤおよびレンズを備えた照明システムを取り付けてよい。全体としての照明システムは、加工物の位置に対して移動可能に配置されてよく、ＬＥＤは、互いに剛結合され、レンズに対しても剛結合されてよい。レンズは、ＬＥＤの発光面をフォトポリマー樹脂の表面上へ結像する働きをすることができる。好ましくは、一定数のＬＥＤを備える配列が同数の結像スポットを生成することができるように、各ＬＥＤは、それ自体の共役像のスポットに関連づけられる。製作の期間中、照明システムは、フォトポリマー樹脂を保持するタンクに対して走査して移動されてよく、一方、個々のＬＥＤは凝固される層の断面のパターンに従って樹脂の表面を照光するように選択的にオンとオフを切り換えられてよい。レーザと比べて、ＬＥＤ照明に基づく照明システムは比較的廉価である。また、この照明システムは、より高い生産速度で同等の高精度を与える。
【０００４】
経済的なやり方で高信頼の照明システムを製造することは疑問視されていた。この主な理由は、加工物の非常に微細な細部さえ製作され得るように、フォトポリマー樹脂を高精度で照光することができる照明システムが、十分に画定された寸法ではっきり定められた位置に十分に明るい結像スポットを生成することができなければならないことである。光学システムは、より高い開口数によってＬＥＤからより多くの光を集めることができるので、十分な明るさの要件は、より高い開口数を有する光学システムをもたらす。しかし、開口数が高いと、精密なＬＥＤ位置に対する結像スポット寸法の高感度を伴うことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願第０７１５０４４７．６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、その設計により、高い開口数を有する光学システムと組み合わせて使用することができる経済的に製造可能なＬＥＤ照明システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的のために、本発明は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、各ＬＥＤが、少なくとも一方が実質的に平坦である少なくとも１つの第１の発光面および第２の面を有する複数のＬＥＤと、各ＬＥＤを個々に制御することができるように、それぞれのＬＥＤに選択的に接続された複数の電気経路と、実質的に平坦な平準化面（ｌｅｖｅｌｌｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）であって、ＬＥＤの２次元配列がこの平準化面に対して平行な平面に広がるように、各ＬＥＤの少なくとも１つの実質的に平坦な面と平準化接触する平準化面とを備える、立体リソグラフィ装置で使用するのに適切な照明システムを提供する。
【０００８】
ｚ方向で所望の精度を達成するために、ＬＥＤは、実質的に平坦な平準化面と平準化接触する。用語「実質的に平坦な」は、約１０μｍ未満、好ましくは５μｍ未満の面平坦度を有する面を指す。このような面平坦性の程度は、例えば光研磨によって達成することができる。平準化面は、例えば、機械的運搬台または支持体、あるいは以下で説明されるマルチレンズ配列によってもたらされ得る。１つの平準化面が、同一平面に広がる複数の別個の平準化面で構成され得ることに留意されたい。したがって、平準化面という用語は、必ずしも１つの連続的な面を意味するものと解釈されるべきではない。例えば、以下の図２およびその議論を参照されたい。
【０００９】
ｘｙ平面、すなわち２次元ＬＥＤ配列の平面で十分な位置精度を達成するために、または同平面における位置精度を改善するために、本発明による照明システムは、ダイシングされてはいるがパッケージ化されていないＬＥＤ、いわゆる裸ダイ（ｂａｒｅ ｄｉｅ）を使用して製造され得る。基本的な洞察は、共通の表面実装ＬＥＤがＩＣパッケージに埋め込まれていて、同パッケージがピックアンドプレースロボットによって扱われるときに基準として働く、という事実に関するものである。ＩＣパッケージの外部の寸法が、内側にパッケージ化されるＬＥＤに対する所望の位置的な公差をかなり上回るので、ロボットが所望の精度で表面実装ＬＥＤを位置決めすることが不可能なことがある。しかし、ピックアンドプレースロボットは、ＩＣパッケージの存在を不明瞭にすることなく裸ダイの精密な位置を求めることができ、したがって裸ダイを位置決めすることができる。例えばモノリシック配列を使用するのと比べて、ウェーハのダイシングが、ウェーハ材料の非常に効率的な使用を可能にし、したがって経済的生産プロセスに寄与する。ＩＣパッケージを排除することは、実際のＬＥＤとＬＥＤが熱的に結合される支持体との間に熱絶縁障壁を配置することも意味する。したがって、ＬＥＤの動作温度がより低くなり、このことはＬＥＤの寿命および光出力にとって有益である。
【００１０】
本発明の一態様によれば、平準化面は、少なくとも１つの第１の層を備える実質的に剛体の支持体によってもたらされ、この層が平準化面をもたらし、また、この層は少なくとも１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料を含む。
【００１１】
ＬＥＤが温度に対する光出力感度を示し、実際、過度の温度によって恒久的に劣化するという事実が知られている。ＬＥＤ配列の、期待寿命および同様に重要な光出力の均一性を増進するために、ＬＥＤが過度に、かつ／または不均等に加熱されないことを保証するように注意が払われる。この目的のために、ＬＥＤが熱的に結合される平準化面は、好ましくは、例えば銅またはアルミニウムなどの１５０Ｗ／ｍＫを超える、大きな熱伝導率を有する材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、支持体は複数の層を備えることができる。支持体は、例えば、平準化面をもたらす銅の比較的薄い層をのせたインバールのベースを備えてよい。１５０Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率を有する銅の層がＬＥＤの第２の表面に接触してよく、ＬＥＤの熱を放出することが可能になる。銅の層が、熱を分散させてインバールのベースに伝達することになり、同ベースは、熱伝導率がより小さいが、より都合の良い（すなわち、より小さい）熱膨張係数を有する。インバールのベースが、ＬＥＤによるベースの均一または不均一な加熱よってＬＥＤの相対位置が変化するのを制限することになる。一般に、いかなるこのようなベース層も、好ましくは５・１０−６／Ｋ以下の線熱膨張係数を有する（すなわち１度の温度変化につき長さがわずかに増加する）。
【００１２】
材料を選択する代わりに、あるいは材料を選択することに加えて、適切に熱を伝達することができる構造的特性を有する実質的に剛体の支持体が取り付けられてよい。支持体には、例えば使用中に冷却流体が通って循環する１つまたは複数の冷却チャンネルおよび／またはＬＥＤで発生した熱を放散することができる冷却フィンが備わっていてよい。
【００１３】
本発明の前述の特徴および利点ならびに他の特徴および利点は、本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明を、本発明を図示することを意味するものであり本発明を限定することを意味するものではない添付図面と一緒に解釈することにより、より十分に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による照明システムが使用され得る例示的立体リソグラフィ装置の概略断面図である。
【図２】本発明による照明システムの特定の実施形態の概略図である。
【図３】本発明による照明システムの特定の実施形態の概略図である。
【図４】本発明による照明システムの特定の実施形態の概略図である。
【図５Ａ】さらなる実施形態の概略側面図である。
【図５Ｂ】さらなる実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面では、同一の参照番号は同等の要素を同定する。図面における諸要素のサイズ、形状、相対位置および角度は、必ずしも原寸に比例して描かれておらず、これらの要素のうちいくつかは、図面の読みやすさを向上するために便宜的に拡大して配置されることがある。さらに、描かれた特定の要素の形状は、特定の要素の実際の形状に関するいかなる情報も伝えるようには意図されておらず、図面における認識の容易さのためにのみ選択されていることがある。
【００１６】
先ず図１を参照すると、これは、本発明による照明システムが実施され得る例示的立体リソグラフィ装置（ＳＬＡ） １の側断面である。ＳＬＡ １は、製品のプロトタイプまたはモデルなどの有形物体２の層方向式製作に使用され得る。ＳＬＡ １は、運搬プレート４、液体のリザーバ１０、および照明システム３０を備える。
【００１７】
製作を通じて、有形物体２は運搬プレート４から懸垂され、物体２の最初に構築された層が運搬プレート４に固着し、また、あらゆる後続の層も間接的に固着する。運搬プレート４は、駆動機構（図示せず）によって方向６に移動可能であり、新規の層が構築される度に上方へ１層の厚さ分だけ移動される。
【００１８】
液体のリザーバ１０は、液体の光硬化性樹脂１４で満たされている。液体のリザーバ１０の底板１２は、照明システム３０によって発せられる光に対して光学的に透明であり、これは今後説明されることになる。底板１２は、（部分的に）凝固される液体層１６の片面に境界をつける構築形状としても機能する。一旦１つの層が構築されると、運搬プレート４が１層の厚さ分だけ上方へ移動され、最後に構築された層と底板１２の間の空間が、前記液体層１６を形成するように樹脂１４で満たされることは明白であろう。
【００１９】
ＳＬＡ １は、液体層１６の所定の領域を選択的に照光するように適合された照明システム３０も備える。照射の結果、有形物体２の固体層１８が得られ、前記層１８は、与えられた照明パターンに従って所定の形状を有する。照明システム３０は、ＬＥＤ配列３２ならびに２つのマルチレンズ配列４０および４２を備えた結像システムを含む。他の実施形態では、結像システムは、所望の構成次第で、別の数、例えば１つだけのマルチレンズ配列および／または他の要素を備えてよい。
【００２０】
高い開口数、例えば０．３〜０．８の範囲、または０．８よりさらに高い開口数であると、ＬＥＤの位置のわずかな変化が、その共役像スポットの寸法に対して大きな影響を及ぼす可能性がある。一例として、対象となっている結像スポットが１００μｍ程度の直径を有することがあり、それによって５０μｍの有効なスポット分離距離が影響を受ける可能性がある。ＬＥＤが、その理想的位置から（光学システムの光学軸に対して平行な方向へ）１０μｍのところに配置されたとすると、この乖離により、結像スポット直径の約３０μｍの増加がもたらされる可能性がある。明らかに、これはかなりの収差であり、事実上容認できないものである。光学システムの光学軸に対して垂直な方向における理想的位置からのＬＥＤの乖離は、拡大されずに像を通過するだけであり得る。それでもなお、５０μｍ以下の有効なスポット分離距離を意図するとき、１０μｍの乖離によってシステムの分解能がひどく損なわれる恐れがある。
【００２１】
したがって、高い開口数を有する光学システムを使用するという願望は、とりわけ、ＬＥＤに対する相対的位置決めの公差に形を変える。図示のように、ＬＥＤに対して現在所望の位置的な公差は、ｘ、ｙおよびｚ方向のそれぞれで１０μｍ未満であり、ここでｘｙ平面は２次元ＬＥＤ配列の平面であって、ｚ方向はｘｙ平面に対して垂直な方向へ延びる。このような精密位置決めは、（多層の）プリント回路基板上に実装される共通の表面実装ＬＥＤを使用して達成するのは不可能であると思われる。ＬＥＤの寸法公差は、前述の１０μｍを容易に上回る可能性があり、ピックアンドプレースロボットがそれらを所望の精度で位置決めするのが不可能になり、その一方で、個々のＬＥＤに電気的接続をもたらす多層プリント回路基板は、特にＬＥＤ配列によって必要とされる比較的大きな表面積にわたって平らにするのが困難である。それと対照的に、ＬＥＤのモノリシック配列、すなわち複数のＬＥＤを備えた完全なウェーハ（部分）は、個々のＬＥＤの位置精度が優れる代替形態を与える。これは、ウェーハ製造プロセス自体が正確さを保証するからである。しかし、配列の隣接したＬＥＤ間の所望の分離距離が増加するとき、より貴重なウェーハ材料が基本的には浪費される。約１ｍｍ以上の一般的な分離距離でモノリシック配列を使用するコストは受け入れがたいほど高くなる。
【００２２】
ＬＥＤの位置精度は、それ自体が原理問題であるが、さらなる設計要件が同様に満たされなければならない。これらの要件は、各ＬＥＤへの個々の電気経路を必要とする各ＬＥＤの個々の可制御性、および高温に対するＬＥＤの好ましくない感応性によるＬＥＤの速くかつ／または不均一な劣化を防止する優れた熱管理システムを含んでいる。
【００２３】
ＬＥＤ配列３２は、複数のＬＥＤ ３４を備える。ＬＥＤ ３４は、ＬＥＤが、等距離で垂直に配向された行と列を構成し、各ＬＥＤがグリッドポイントを定義するように、好ましくはグリッド状の様式で２次元平面に配置される。ＬＥＤ ３４のそれぞれが、液体のリザーバ１０の底板１２と向かい合う発光面３６を有し、発光面３６は、ＬＥＤ配列３２の２次元平面に対して実質的に平行である。液体の樹脂層１６の上に投影され得る、点灯したＬＥＤの時間的に変化する２次元パターンを生成するために、配列３２の個々のＬＥＤ ３４を制御する、すなわちオフと（所望の強度の）オンとを切り換えるように、コントローラ３８が設けられてよい。
【００２４】
実質的に平面状のマルチレンズ配列４０、４２が、ＬＥＤ ３４の発光面３６と選択的に硬化されることになる液体層１６との間に配置される。配列４０、４２のそれぞれが、好ましくは各ＬＥＤ ３４につき１つ、複数のレンズ４４を備える。レンズ４４は、好ましくは配列３２のＬＥＤ ３４の配置と対応して配置されてよい。マルチレンズ配列４０、４２は平凸タイプでよく、したがってすべてのレンズ４４の平面側を画定する１つの平面側４６、および、各レンズ４２につき１つの部分的に回転楕円面形の区分４８の複数の凸面を有する。図１に示されるように、マルチレンズ配列４０、４２は相対して配向されてよい。マルチレンズ配列４０、４２は、点灯した各ＬＥＤ ３４が液体層１６の所定の領域に個別の共役スポットを生成するようなやり方で、点灯したＬＥＤのパターンを液体層１６上に結像するように適合された結像システムを一緒に形成する。マルチレンズ配列４０、４２は、ガラス、溶融石英およびプラスチックを含む様々な材料で作製され得る。
【００２５】
照明システム３０は、液体のリザーバ１０の底板１２の下に、液体のリザーバ１０の底板１２に対して平行な方向８に移動することができるように移動可能に配置されてよい。照明システム３０の運動は、ＬＥＤ ３４の点灯も制御する前述のコントローラ３８によって制御されてよい。使用するとき、照明システム３０は、システムの有効な分解能を高めるようなＬＥＤ配列３２の行および列の方向を有する角度で広がる方向へ直線的に移動されてよい。この技法は、この態様に関するさらなる情報のために参照によって本明細書に組み込まれている、本出願人の名前の同時係属出願である欧州特許出願第０７１５０４４７．６号により詳細に説明されている。
【００２６】
照明システム３０の動作する状況が明確になったので、照明システム３０の特定の実施形態を図解的により詳細に示す図２〜図４に注目する。
【００２７】
図２は、本発明による照明システム３０の実施形態の概略断面図である。図２は、既に図１に示されているＬＥＤ ３４およびマルチレンズ配列４０、４２に加えて支持体５０および電気経路５６を示す。
【００２８】
図２の実施形態では裸ダイであるＬＥＤ ３４は、それらの第２の面３７を介して支持体５０と機械的接触し、かつ熱的接触している。支持体５０は、プレートまたは適切な形状の物体でよく、アルミニウムまたは銅などの例えば１５０Ｗ／ｍＫを超える、大きな熱伝導率を有する材料で部分的に作製されてよい。熱伝導率が良いと、支持体がヒートシンクとして働いて、ＬＥＤ ３４の平均寿命を向上させ、かつＬＥＤ ３４の光出力の劣化を防止するためにＬＥＤ ３４から過度の熱を放出することができる。また、熱伝導率が良い支持体は、配列３２にわたって不均一な光生成にもたらす可能性があるＬＥＤ ３４の互いに不均一な加熱を防止することができる。製造の期間中、支持体の頂面は、滑らかで実質的に平坦な平準化面５２を得るために、例えば光学的に研磨される。研磨済みの平準化面５２の面平坦度は、１０μｍ未満、好ましくは５μｍ未満であり得る。研磨処理の後、支持体５０の上面に溝が機械加工されてよい。図２の実施形態では、溝が電気経路５６を収容し、溝の間のリブ５４がＬＥＤ ３４の機械的支持体をもたらす。構築の方法により、リブ５４は、すべてが同一平面に広がる実質的に平坦な頂面５２を有する。したがって、すべてのリブ５４が、一緒に、本説明の意味における「平準化面」と考えられ得る。ＬＥＤ ３４の実質的に平坦な第２の面３７は、接着剤の薄い層によって平準化面５２に取り付けられてよい。接着剤は、好ましくは熱伝導性であり得る。必要に応じて、接着剤は、平準化面５２とＬＥＤ ３４の第２の面３７の間の正確な距離設定を支援するためにガラスまたはポリスチレンの球体などのスペーサも含むことができる。分離距離が正確であると、ＬＥＤ ３４の位置的精度に貢献するばかりでなく、ＬＥＤと平準化面５２の間の接着材層の厚さを正確に画定する。接着材層の厚さが層の熱抵抗にほぼ比例するので、配列のすべてのＬＥＤ ３４に対する接着材層の厚さの安定性は、ＬＥＤ ３４の不均一な加熱および劣化を防止する機能である。
【００２９】
電気経路５６は、多層プリント回路基板（ＰＣＢ）の形でもたらされ得る。多層ＰＣＢにより、ＬＥＤ ３４の比較的コンパクトなパッキングのための実際的な要件である高密度の電気経路５６が可能になる。例えば、一般に、平準化面５２の１〜２ｍｍ２ごとにＬＥＤ ３４が備わっていてよく、一方、照明システム３０は、すべてが個々に制御可能な何千ものＬＥＤを備えることができる。前述のように、電気経路５６は、リブ５４の間の溝に少なくとも部分的に配置される。この構成により、ＬＥＤ ３４がマルチレンズ配列４０へ放射する光に対して経路５６が障害物を形成するのが防止される。ＬＥＤ ３４の電気経路５６への電気的接続は、ワイヤボンディング５８によって達成することができ、ワイヤボンディング５８は、裸ダイのＬＥＤの電気的接触パッドを電気経路５６に選択的に接続することができる。
【００３０】
図３は、照明システム３０の第２の代替実施形態を示す。この実施形態では、高い熱伝導率を有するセラミック支持体５０が使用される。熱の放出をさらに促進するために、冷却流体を通して循環させることができる、より多くのチャンネル６０のうちの１つが、支持体５０にさらに取り付けられてよい。図２の実施形態とは対照的に、図３に示されるセラミック支持体５０は、単一の連続した平準化面５２を有する。この平準化面５２は、所望の面平坦度を達成するように研磨されている。製造を通じて、電気経路５６を収容するための溝が支持体５０に機械加工されることはない。その代わりに、電気経路５６は、例えばスクリーン印刷によって平準化面５２に与えられ得る厚膜層によってもたらされる。図３に概略的に示された層のスタックは、交互に導電層と非導電層に作製されてよい。ワイヤボンディング５８は、裸ダイのＬＥＤ ３４の電気的接触パッドをそれぞれの導電層に選択的に接続するのに使用され得る。ＬＥＤ ３４は、図２の実施形態のように、好ましくは、スペーサを備えた熱伝導性接着剤またはスペーサを備えない熱伝導性接着剤によって平準化面５２に取り付けられてよい。
【００３１】
図２および図３の実施形態では、支持体５０は、ＬＥＤ ３４の機械的支持体および熱的冷却をもたらす。電力の供給は、電気経路５６が受け持つ。この状況は、３つの機能をすべて遂行するＰＣＢ上に表面実装ＬＥＤが単純に配置されるより従来的な機構と区別されるべきである。とりわけ、多層ＰＣＢは、通常、受け入れがたいほど大きなｚ公差を有するので、このような機構はＬＥＤの正確な位置決めが不可能である。
【００３２】
図４は、それにもかかわらず、支持体５０の上面に設けられた多層ＰＣＢ上にＬＥＤ ３４が配置された実施形態を示す。しかし、ＬＥＤ ３４の正確なｚ方向の位置合わせは、ＰＣＢによってではなく、平準化面として働くマルチレンズ配列４０の平面側４６にＬＥＤ ３４を取り付けることによって達成される。このような構成を可能にするために、使用されるＬＥＤ ３４は、好ましくはいわゆる（裸ダイ）フリップチップである。ＬＥＤ ３４の発光面３６には電気的接触パッドがなく、したがって実質的に平坦である。一実施形態では、フリップチップＬＥＤ ３４の発光面３６は、適切なｚ方向の位置合わせを達成するために、光学的に透明な接着剤を使用してマルチレンズ配列４０の実質的に平坦な平面側４６に付着されてよい。製造の期間中、ＬＥＤ ３４は、最初にマルチレンズ配列４０の平面側４６に取り付けられてよく、次いで、何らかの接着剤がセットされてＬＥＤ ３４の相対位置が固定された後に、ＰＣＢの電気経路５６に、例えば超音波はんだ付けまたは異方性の導電性接着剤を使用して接続される。代替実施形態では、ＬＥＤが、マルチレンズ配列に固着されなくてよい。ＬＥＤは、例えば、最初にＰＣＢの電気経路５６に接続され、それによってＬＥＤ ３４の第２の面３７とＰＣＢの頂面の間に可撓性接着剤が供給されてよい。続いて、マルチレンズ配列４０は、ＬＥＤ ３４をｚ方向に位置合わせするために、その平面側４６がＬＥＤ ３４の発光面３６にそっと押しつけられるように所定の位置に置かれてよい。ＬＥＤ ３４がすべて適切に位置合わせされたとき、可撓性接着剤は、ＬＥＤの相対的配向を恒久的に固定するために硬化されてよい。第１の実施形態の利点は、ＬＥＤ ３４が高い位置精度でマルチレンズ配列４０に固定されることである。したがって、ＬＥＤ ３４とマルチレンズ配列４０の個別の位置合わせが不要であり、また、一方のマルチレンズ配列と他方の支持体および／またはＰＣＢとの間の熱膨張係数の差が、もはやマルチレンズ配列に対するＬＥＤの位置合わせ不良をもたらす恐れがない。
【００３３】
図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ、ＰＣＢ ５６を収容する溝５５を有するが、溝５５の間のリブ５４がＬＥＤ ３４の機械的支持体をもたらすさらなる実施形態の概略側面図および斜視図を示す。複数のＬＥＤ ３４が面５２上に設けられる得ることが示されており、ＬＥＤ ３４は、溝５５の中のＰＣＢ ５６上に配置された電気的回路によってグループで制御される。このことは、各ＬＥＤが、ＬＥＤの相互距離に寸法設定された狭いリブ上に配置されず、そうでなければ冷却チャンネル６０への熱伝導性が制限されることになるので、熱的利益をもたらす。
【００３４】
ＰＣＢ上の電気経路構造体５６は、垂直の構成に積層されてよく、すなわち、ＰＣＢは、平準化面５２に対して横方向の平面に広がる。このことは、続くＬＥＤ ３４の間で最小限に保たれ得る間隙距離を最適化する。
【００３５】
このようにして、ＰＣＢの平面状の領域を拡大するのに溝５５を使用することにより、ＬＥＤからＩＣ ５７へすべての電子的経路を設けるのに、単なる１層または２層のＰＣＢ構造体で十分である。
【００３６】
また、溝５５の中に駆動回路５７を配置することにより、駆動回路のＩＣ ５７とＬＥＤの間の距離を短縮することができる。好ましい実施形態では、図示のＰＣＢ構造体５６は、さらに、平準化面５６の平面に広がり、平準化面上に直接設けられたＬＥＤ ３４を収容するように開口５９を有する。
【００３７】
開口は、ＬＥＤに対するＰＣＢの位置の公差が大きいように、実質的にＬＥＤのサイズより大きくなる。ＰＣＢ ５６は可撓性タイプのＰＣＢであり、少なくともＩＣ ５７を有する部分が溝５５に入り、ＬＥＤ用の孔を有する部分が基板５０上に水平に置かれるように折り重ねられる。
【００３８】
本発明の例示的実施形態が添付図面を参照しながら説明されてきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことを理解されたい。当業者によって、様々な変更または改良が、特許請求の範囲で定義された本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく達成され得る。さらに、前述の照明システムの用途が立体リソグラフィの分野に限定されないことに留意されたい。この照明システムは、例えば印刷業の他の分野にも適用され得る。
【符号の説明】
【００３９】
１ 立体リソグラフィ装置（ＳＬＡ）
２ 有形物体
４ 運搬プレート
６ 運搬プレートの移動方向
８ 照明システムの移動方向
１０ 液体のリザーバ
１２ 液体のリザーバの底板
１４ 光硬化性樹脂
１６ 液体層
１８ 有形物体２の固体層
３０ 照明システム
３２ ＬＥＤ配列
３４ ＬＥＤ
３６ ＬＥＤの発光面
３８ コントローラ
４０ マルチレンズ配列
４２ マルチレンズ配列
４４ レンズ
４６ レンズの平面側
４８ レンズの凸面側
５０ 支持体
５２ 支持体の表面
５４ リブ
５６ 電気経路
５８ ワイヤボンディング
６０ 冷却チャンネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）（３４）であって、各ＬＥＤが、少なくとも一方が実質的に平坦である少なくとも１つの第１の発光面（３６）および第２の面（３７）を有する複数のＬＥＤと、
各ＬＥＤを個々に制御することができるように、それぞれの前記ＬＥＤに選択的に接続された複数の電気経路（５６）と、
実質的に平坦な平準化面（４６、５２）であって、ＬＥＤの２次元配列が前記平準化面に対して平行な平面に広がるように、各ＬＥＤの少なくとも１つの実質的に平坦な面（３７、３６）と平準化接触する平準化面とを備える照明システム（３０）。
【請求項２】
前記平準化面（４６、５２）が、少なくとも１０μｍ、より好ましくは少なくとも５μｍの面平坦度を有する請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記ＬＥＤ（３４）が裸ダイである請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項４】
各ＬＥＤ（３４）の少なくとも１つの実質的に平坦な面が、接着剤によって前記平準化面（４６、５２）に接続される請求項１から３のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項５】
前記接着剤がスペーサを備え、前記スペーサがガラスまたはポリスチレンの球体を備える請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
前記平準化面（５２）が実質的に剛体の支持体（５０）によってもたらされる請求項１から５のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項７】
前記支持体（５０）が、少なくとも１つの第１の層を備え、前記第１の層が前記平準化面（５２）をもたらし、前記第１の層が少なくとも１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料を含む請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記支持体（５０）が、５・１０−６／Ｋ以下の線熱膨張係数を有する材料を含む第２の層を備える請求項７に記載の照明システム。
【請求項９】
前記電気経路（５６）が前記ＬＥＤ（３４）の間に少なくとも部分的に広がるように、前記ＬＥＤおよび前記電気経路の両方が、前記平準化面上に設けられ、それによって前記電気経路が厚膜技術、例えばスクリーン印刷によってもたらされる請求項６から８のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記支持体（５０）の表面に中間リブ（５４）によって画定された溝が備わっており、前記溝に前記電気経路（５６）が少なくとも部分的に埋め込まれており、前記ＬＥＤ（３４）が、前記平準化面（５２）をもたらす前記中間リブ（５４）上に配置される請求項６から８のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１１】
前記電気経路（５６）がプリント回路基板の形でもたらされる請求項１０に記載の照明システム。
【請求項１２】
前記ＬＥＤ（３４）が、実質的に平坦な発光面（３６）を有し、前記ＬＥＤのそれぞれの第２の面（３７）上に電気的接続を有するフリップチップタイプであり、前記ＬＥＤの前記発光面（３６）がマルチレンズ配列（４０）の平面側と平準化接触するように、前記マルチレンズ配列の前記平面側（４６）が前記平準化面（４６）をもたらす請求項１から６のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１３】
前記ＬＥＤ（３４）が前記ＬＥＤ（３４）の第２の面（３７）において接続される、前記電気経路（５６）が、少なくとも部分的にプリント回路基板（５０）の形でもたらされる請求項１２に記載の照明システム。
【請求項１４】
各ＬＥＤの前記発光面（３６）が主として前記マルチレンズ配列（４０）の１つのレンズ（４４）と関連づけられるように、前記マルチレンズ配列（４０）の前記レンズ（４４）が、前記ＬＥＤ（３４）の配置と対応して配置される請求項１２または１３に記載の照明システム。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の照明システム（３０）を備える立体リソグラフィ装置（１）。
【請求項１】
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）（３４）であって、各ＬＥＤが、少なくとも一方が実質的に平坦である少なくとも１つの第１の発光面（３６）および第２の面（３７）を有する複数のＬＥＤと、
各ＬＥＤを個々に制御することができるように、それぞれの前記ＬＥＤに選択的に接続された複数の電気経路（５６）と、
実質的に平坦な平準化面（４６、５２）であって、ＬＥＤの２次元配列が前記平準化面に対して平行な平面に広がるように、各ＬＥＤの少なくとも１つの実質的に平坦な面（３７、３６）と平準化接触する平準化面とを備える照明システム（３０）。
【請求項２】
前記平準化面（４６、５２）が、少なくとも１０μｍ、より好ましくは少なくとも５μｍの面平坦度を有する請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記ＬＥＤ（３４）が裸ダイである請求項１または２に記載の照明システム。
【請求項４】
各ＬＥＤ（３４）の少なくとも１つの実質的に平坦な面が、接着剤によって前記平準化面（４６、５２）に接続される請求項１から３のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項５】
前記接着剤がスペーサを備え、前記スペーサがガラスまたはポリスチレンの球体を備える請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
前記平準化面（５２）が実質的に剛体の支持体（５０）によってもたらされる請求項１から５のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項７】
前記支持体（５０）が、少なくとも１つの第１の層を備え、前記第１の層が前記平準化面（５２）をもたらし、前記第１の層が少なくとも１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料を含む請求項６に記載の照明システム。
【請求項８】
前記支持体（５０）が、５・１０−６／Ｋ以下の線熱膨張係数を有する材料を含む第２の層を備える請求項７に記載の照明システム。
【請求項９】
前記電気経路（５６）が前記ＬＥＤ（３４）の間に少なくとも部分的に広がるように、前記ＬＥＤおよび前記電気経路の両方が、前記平準化面上に設けられ、それによって前記電気経路が厚膜技術、例えばスクリーン印刷によってもたらされる請求項６から８のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１０】
前記支持体（５０）の表面に中間リブ（５４）によって画定された溝が備わっており、前記溝に前記電気経路（５６）が少なくとも部分的に埋め込まれており、前記ＬＥＤ（３４）が、前記平準化面（５２）をもたらす前記中間リブ（５４）上に配置される請求項６から８のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１１】
前記電気経路（５６）がプリント回路基板の形でもたらされる請求項１０に記載の照明システム。
【請求項１２】
前記ＬＥＤ（３４）が、実質的に平坦な発光面（３６）を有し、前記ＬＥＤのそれぞれの第２の面（３７）上に電気的接続を有するフリップチップタイプであり、前記ＬＥＤの前記発光面（３６）がマルチレンズ配列（４０）の平面側と平準化接触するように、前記マルチレンズ配列の前記平面側（４６）が前記平準化面（４６）をもたらす請求項１から６のいずれか一項に記載の照明システム。
【請求項１３】
前記ＬＥＤ（３４）が前記ＬＥＤ（３４）の第２の面（３７）において接続される、前記電気経路（５６）が、少なくとも部分的にプリント回路基板（５０）の形でもたらされる請求項１２に記載の照明システム。
【請求項１４】
各ＬＥＤの前記発光面（３６）が主として前記マルチレンズ配列（４０）の１つのレンズ（４４）と関連づけられるように、前記マルチレンズ配列（４０）の前記レンズ（４４）が、前記ＬＥＤ（３４）の配置と対応して配置される請求項１２または１３に記載の照明システム。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の照明システム（３０）を備える立体リソグラフィ装置（１）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【公表番号】特表２０１２−５１６５３９（Ｐ２０１２−５１６５３９Ａ）
【公表日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４７８４２（Ｐ２０１１−５４７８４２）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２０１０／０５００４３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８７７０８
【国際公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（５１１０９５８５０）ネーデルランドセ・オルガニサティ・フォール・トゥーヘパスト−ナトゥールウェテンスハッペライク・オンデルズーク・テーエヌオー (16)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２０１０／０５００４３
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０８７７０８
【国際公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（５１１０９５８５０）ネーデルランドセ・オルガニサティ・フォール・トゥーヘパスト−ナトゥールウェテンスハッペライク・オンデルズーク・テーエヌオー (16)
【Ｆターム（参考）】
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