紫外線照射装置
【課題】 被処理対象物の光照射面における紫外線照度の面内均一性が高く、しかも、被処理対象物の温度上昇が少なく、被処理対象物の光照射面における温度の面内均一性の高い紫外線照射処理を行うことのできる紫外線照射装置を提供すること。
【解決手段】 この紫外線照射装置は、光反応性物質を含む液晶パネルの製造工程において用いられるものにおいて、各々、波長３００ｎｍ〜４００ｎｍに発光ピークを有する光を放射する長尺状のランプおよび当該ランプが内部に挿通された状態で設けられた、光透過性を有する長尺状の外套管により構成された複数の光源エレメントが被処理対象物である液晶パネル材と対向して並列に配列されてなる光源ユニットと、前記光源エレメントの各々における外套管の内部に冷却風を供給する冷却機構とを備えてなる。
【解決手段】 この紫外線照射装置は、光反応性物質を含む液晶パネルの製造工程において用いられるものにおいて、各々、波長３００ｎｍ〜４００ｎｍに発光ピークを有する光を放射する長尺状のランプおよび当該ランプが内部に挿通された状態で設けられた、光透過性を有する長尺状の外套管により構成された複数の光源エレメントが被処理対象物である液晶パネル材と対向して並列に配列されてなる光源ユニットと、前記光源エレメントの各々における外套管の内部に冷却風を供給する冷却機構とを備えてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、液晶パネルの製造工程において用いられる紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネル７０は、図８に示すように、２枚のガラス板の間に液晶を封入した構造とされており、例えば、一面に、多数のアクティブ素子（例えば薄膜トランジスタ：ＴＦＴ）７２および液晶駆動用電極（透明電極：ＩＴＯ）７３が形成され、さらにその上に配向膜７４が形成された第１のガラス板７１と、一面に、カラーフィルター７６、透明電極７７および配向膜７８が形成された第２のガラス板７５とがスペーサ部材７９を介して一面同士が互いに対向するよう配置され、第１のガラス板７１および第２のガラス板７５の間に液晶層８０が形成されて、構成されている。
このような液晶パネル７０の製造工程において、紫外線に反応して重合する光反応性物質（モノマー）が含有された液晶を備えた液晶パネル材に対して紫外線を照射することにより、液晶パネル材の反応処理（プレチルト角発現処理，ＰＳＶＡ）を行う技術が知られている（特許文献１参照）。この技術においては、電圧を印加しながら、紫外線を液晶パネル材に照射することで、液晶を特定方向に配向させた状態で光反応性物質を重合させることができ、これにより、液晶にいわゆるプレチルト角を付与することができる、とされている。
【０００３】
このような紫外線を利用した液晶パネル材の反応処理（ＰＳＶＡ）においては、液晶における光反応性物質に対して、紫外線を高照度で照射することが必要とされる一方で、液晶における光反応性物質が高い温度に晒されることのないことが求められている。
光反応性物質の反応速度は温度依存性が高く、照射中の温度が高いと重合が進みすぎてポリマー粒の成長が大きくなりすぎる。すると均一なプレチルト角がつかないためにコントラストが悪くなったり、光漏れするようになってしまう。
さらに、液晶パネル材における光照射面において温度不均一が生じてしまうと、光反応性物質の反応に差（バラツキ）が生じ、液晶の傾き（プレチルト角）にムラを発生させてしまうこととなり、この液晶の傾きのムラは製品時に濃淡ムラとなって現れてしまう。
以上のように、液晶パネルの製造工程において、紫外線を利用した液晶パネル材の反応処理を行うに際しては、（イ）波長３００〜３５０ｎｍの紫外線が液晶パネル材に照射されること、（ロ）液晶パネル材の光照射面における紫外線照度の面内均一性が高いこと、（ハ）液晶パネル材の温度上昇が少なく、液晶パネル材の光照射面における温度の面内均一性が高いこと、が要求されるが、光反応性物質に悪影響を与えることなく、所望の液晶パネル材の反応処理を行うことのできる紫外線照射装置は知られていないのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７７４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであって、被処理対象物の光照射面における紫外線照度の面内均一性が高く、しかも、被処理対象物の温度上昇が少なく、被処理対象物の光照射面における温度の面内均一性の高い紫外線照射処理を行うことのできる紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の紫外線照射装置は、光反応性物質を含む液晶パネルの製造工程において用いられる紫外線照射装置において、
各々、波長３００ｎｍ〜４００ｎｍに発光ピークを有する光を放射する長尺状のランプおよび当該ランプが内部に挿通された状態で設けられた、光透過性を有する長尺状の外套管により構成された複数の光源エレメントが被処理対象物である液晶パネル材と対向して並列に配列されてなる光源ユニットと、
前記光源エレメントの各々における外套管の内部に冷却風を供給する冷却機構と
を備えてなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の紫外線照射装置においては、前記光源ユニットと被処理対象物との間に、内周面が反射面により形成された空間よりなるライトガイド部を具備した構成とされていることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の紫外線照射装置においては、前記ランプとしてエキシマランプが用いられた構成とされていることが好ましい。
【０００９】
さらにまた、本発明の紫外線照射装置においては、前記冷却機構は、放熱用の熱交換器を具備した構成とされていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の紫外線照射装置によれば、基本的には、複数の光源エレメントが並列に配置されて光源ユニットが構成されていることにより、被処理対象物に対して均一な照度分布で特定の波長域の紫外線を照射することができる。
しかも、各々の光源エレメントにおいては、外套管がその内部にランプが挿通された状態で設けられていることにより、外套管による冷却風導風機能によって、ランプの発光管を直接的に冷却することができるので、複数のランプがランプ毎に均一に冷却されてランプ自体からの被処理対象物に対する放射熱のバラツキを小さく抑制することができると共に熱線が被処理対象物に対して照射されることを抑制することができ、また、外套管それ自体も冷却風により冷却されるので被処理対象物に対する放射熱を抑制することができるので、被処理対象物の温度上昇を少なくすることができると共に被処理対象物の面内における温度不均一性を抑制することができ、例えば、液晶パネルの製造工程における液晶パネル材の反応処理（プレチルト角発現処理）において用いられる紫外線照射装置として好適なものとなる。
【００１１】
また、内周面が反射面により形成された空間よりなるライドガイド部をさらに具備した構成とされていることにより、被処理対象物に対する紫外線照射量は十分に確保しながら、光源ユニットと被処理対象物との間の離間距離を大きくすることができるので、光源ユニットの放射熱による影響を一層確実に抑制することができて、被処理対象物の温度上昇を少なくすることができると共に被処理対象物の面内における温度不均一性を抑制することができる。
【００１２】
さらに、エキシマランプが用いられた構成とされていることにより、余分な光成分が放射されることがないので、被処理対象物の温度上昇の程度を確実に小さくすることができる。
【００１３】
さらにまた、冷却機構が熱交換器を具備した構成とされていることにより、密閉系の冷却風循環供給路を形成することができ、紫外線照射装置を例えばクリーンルーム内で使用する場合であっても、ダクトなどを用意する必要がなく、コンパクトにランプを冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の紫外線照射装置の一構成例における内部構造の概略を示す、正面方向から見た説明図である。
【図２】図１に示す紫外線照射装置の内部構造の概略を示す、一側面方向から見た説明図である。
【図３】本発明に係る光源ユニットにおける光源エレメントの配置例を概略的に示す説明図である。
【図４】本発明の紫外線照射装置において用いられるランプに係るエキシマランプの一構成例を示す、（Ａ）斜視図、（Ｂ）ランプの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図５】ライトガイド部を構成するライトガイド部材の一構成例を示す、（Ａ）斜視図，（Ｂ）ライトガイド部材の側壁の端面図である。
【図６】比較実験例１において作製した比較用の紫外線照射装置における内部構造の概略を示す、一側面方向から見た説明図である。
【図７】比較実験例２において作製した比較用の紫外線照射装置における内部構造の概略を示す、一側面方向から見た説明図である。
【図８】液晶パネルの構造の概略を示す説明用断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の紫外線照射装置の一構成例における内部構造の概略を示す、正面方向から見た説明図、図２は、図１に示す紫外線照射装置の内部構造の概略を示す、一側面方向から見た説明図である。
この紫外線照射装置は、大別して、光源部１０、冷却部４０、ライトガイド部５０および電源部６０により構成されている。
【００１６】
光源部１０は、下方に開口する光照射用開口１２を有する全体が箱型形状の光源部ケーシング部材１１を備えており、この光源部ケーシング部材１１は、その内部空間が上下方向に区画されて下方側空間部が光源ユニット２０が配置される光源ユニット配置空間部１５とされていると共に上方側空間部が光源ユニット２０に対応した例えばトランス３５などの電装体が配置された電装体配置空間部１６とされている。
また、光源部ケーシング部材１１内における光源ユニット２０を構成するランプ２５の長手方向の一端側領域に、電装体配置空間部１６を構成する一端側隔壁１３と光源部ケーシング部材１１の一端壁１１Ａとにより区画されて形成された、電装体配置空間部１６および光源ユニット配置空間部１５のそれぞれに冷却風を導入するための共通の導風用空間部１８を有すると共に、光源部ケーシング部材１１内におけるランプの長手方向の他端側領域に、電装体配置空間部１６を構成する他端側隔壁１４と光源部ケーシング部材１１の他端壁１１Ｂとにより区画されて形成された共通の排風用空間部１９を有している。
電装体配置空間部１６を形成する一端側隔壁１３には、冷却風を電装体配置空間部１６に導入するための導風用通風口１３Ａが形成されており、電装体配置空間部１６を形成する他端側隔壁１４には、冷却風を電装体配置空間部１６から排出するための排風用通風口１４Ａが形成されている。
【００１７】
光源ユニット２０は、図３に示すように、各々、波長３００ｎｍ〜４００ｎｍに発光ピークを有する光を放射する長尺状のランプ２５およびこのランプ２５が内部に挿通された状態でランプ２５に沿って伸びるよう設けられた長尺状の外套管（筒状ジャケット）２４により構成された光源エレメント２１の複数が、例えば、各々のランプ２５の軸中心が同一平面内に位置されると共に互いに平行に伸びる状態で、等間隔毎に並列に配置されて構成されている。
各々の光源エレメント２１を構成するランプ２５は、ランプホルダー２２を介して光源部ケーシング部材１１に保持固定されており、また、外套管２４は、その一端開口が導風用空間部１８に位置された状態で、図示しない保持部材を介して、光源部ケーシング部材１１に固定保持されている。
光源ユニット２０を構成する光源エレメント２１の数は、例えば３２個であり、隣り合う光源エレメント２１の離間距離ｐは、例えば９０ｍｍである。
【００１８】
光源ユニット２０を構成するランプ２５は、例えば、エキシマランプにより構成されており、例えば、液晶パネル材における液晶に含まれる光反応性物質（モノマー）を重合するのに適した波長である３００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外光が放射される。
図４は、本発明の紫外線照射装置において用いられるランプに係るエキシマランプの一構成例を示す、（Ａ）斜視図、（Ｂ）ランプの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。
このエキシマランプ２５は、内部に放電空間Ｓが形成された断面矩形状の中空長尺状の放電容器２６を備えており、この放電容器２６の内部には、放電用ガスとして、例えばキセノンガスが封入されている。ここに、放電容器２６は、例えば石英ガラスよりなる。
放電容器２６における上壁２６Ａおよび下壁２６Ｂの各々の外表面には、一対のメッシュ状の電極、すなわち、高電圧給電電極として機能する一方の電極２７Ａおよび接地電極として機能する他方の電極２７Ｂが長手方向に伸びるよう互いに対向して配置されている。
また、放電容器２６の下壁２６Ｂを除く壁の内表面には、外面側から順に、反射材層３０、ガラス粉末層３１および蛍光体層３２が積層された状態で、設けられており、光出射部を形成する放電容器２６の下壁２６Ｂの内表面には、ガラス粉末層３１および蛍光体層３２が積層された状態で、設けられている。
【００１９】
反射材層３０は、例えば、シリカとアルミナの混合物により構成されている。
また、ガラス粉末層３１を構成するガラスとしては、例えば、ホウケイ酸ガラス（Ｓｉ−Ｂ−Ｏ系ガラス）およびアルミノケイ酸ガラス（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ系ガラス）、バリウムケイ酸ガラス、または、これらいずれかの組成を元にアルカリ土類酸化物やアルカリ酸化物、金属酸化物を添加したガラスなどを例示することができる。
また、蛍光体層３２を構成する蛍光体としては、例えばユーロピウム付活ホウ酸ストロンチウム（Ｓｒ−Ｂ−Ｏ：Ｅｕ（以下「ＳＢＥ」と称する。）、中心波長３６８ｎｍ）蛍光体、セリウム付活アルミン酸マグネシウムランタン（Ｌａ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｏ：Ｃｅ（以下、「ＬＡＭ」と称する。）、中心波長３３８ｎｍ（ただし、ｂｒｏａｄ））蛍光体、ガドリニウム、プラセオジム付活リン酸ランタン（Ｌａ−Ｐ−Ｏ：Ｇｄ，Ｐｒ（以下、「ＬＡＰ：Ｐｒ，Ｇｄ」と称する。）、中心波長３１１ｎｍ）蛍光体などを例示することができる。
【００２０】
外套管２４は、例えば３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の光を透過する光透過性材料、例えば石英ガラスよりなる円筒状のものであって、ランプ２５とほぼ同じ長さを有する。 また、外套管２４の内面とランプ２５の外面との間に形成される冷却風流通路２４Ａを構成する空隙の最小間隔部分の大きさは、例えば１６〜３０ｍｍである。
【００２１】
冷却部４０は、例えば、光源部ケーシング部材１１の上部における、光源エレメント２１の配列方向中央位置に設置された箱型形状の冷却部ケーシング部材４１を備えており、この冷却部ケーシング部材４１の内部には、例えば軸流ファンなどの冷却ファン４２と、当該冷却ファン４２の上流側において、例えば水冷ラジエータなどの放熱用の熱交換器４３とが配置されている。
この冷却部ケーシング部材４１の内部空間は、冷却部ケーシング部材４１の両側の各々に設けられた通風ダクト４５を介して光源部１０における導風用空間部１８および排風用空間部１９と連通しており、これにより、冷却ファン４２より供給される冷却風が光源部１０における導風用空間部１８を介して電装体配置空間部１６内に導入されると共に各々の光源エレメント２１における外套管２４内に導入され、排風用空間部１９を介して冷却部４０における放熱用の熱交換器４３に導入される、閉鎖された循環冷却風流通経路を形成する冷却機構が構成されている。
【００２２】
ライトガイド部５０は、被処理対象物Ｗに対する紫外線照射量を十分に確保しながら、光源ユニット２０と被処理対象物Ｗとの間に十分な大きさの離間距離を確保するためのいわばスペーサとしての機能も有しており、光源部ケーシング部材１１における光照射用開口１２に対応した大きさを有し、内周面が反射面により形成された、例えば処理空間を区画する矩形枠状のライトガイド部材５１が光源部１０の下面から下方に伸びるように取り付けられて構成されている。
ライトガイド部材５１は、図５に示すように、４枚の板状部材５２Ａ〜５２Ｄが組み合わせられて構成されており、板状部材５２Ａ〜５２Ｄの各々は、例えばアルミニウムからなるベース部材５３と、例えば高輝アルミからなる光反射性部材５４とにより構成されている。
ライドガイド部材５１における一方の壁（一の板状部材５２Ａ）には、被処理対象物Ｗである例えば液晶パネル材をライトガイド部５０の下側レベルに位置される、載置面が水平とされたステージ５８に搬入、搬出する搬送ロボット（図示せず）の進入、退避のための開閉扉５５が形成されており、この開閉扉５５の開閉により、ライトガイド部５０内に溜まる熱を外部に解放することができる。図１および図２における符号５９はステージ架台である。
【００２３】
電源部６０は、各々のランプ２５を点灯制御するものであり、重量の点およびメンテナンス時の配慮から、通常、光源部１０と分離して配置される。ただし、トランス３５は高電圧を発生することから光源部ケーシング部材１１の内部に配置される。
【００２４】
上記の紫外線照射装置の動作について説明する。
この紫外線照射装置においては、平板状の被処理対象物Ｗ（例えば液晶パネル部材）が搬送ロボットによってライトガイド部材５１における開閉扉５５を介して搬入されてステージ５８上に載置された状態において、エキシマランプ２５における一方の電極２７Ａに、電源部６０より高周波電圧が電装体配置空間部１６に設けられたトランス３５によって昇圧されて供給されると、放電容器２６を構成する誘電体材料を介して放電空間Ｓ内で誘電体バリア放電が生じ、誘電体バリア放電によってエキシマ分子が形成され、エキシマ分子から放射される光（キセノンガスの場合１７５ｎｍの真空紫外光）によって蛍光体層３２を構成する蛍光体が励起されて３００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線が放電容器２６の下壁２６Ｂを透過すると共に他方の電極２７Ｂの開口を通過して放射される。
一方、冷却ファン４２が駆動されることより供給される冷却風が光源部１０における導風用空間部１８を介してその一部が電装体配置空間部１６内に導入されると共に他の全部が各々の光源エレメント２１における外套管２４内、具体的には、外套管２４の内面とエキシマランプ２５の外面との間に形成される冷却風流通路２４Ａ内に導入され、これにより、エキシマランプ２５および外套管２４が冷却され、その後、排風用空間部１９を介して熱交換器４３に導入されて冷却され、装置外部に排気されることなく、再び、冷却ファン４２により冷却風が供給される。
【００２５】
而して、上記構成の紫外線照射装置によれば、複数の光源エレメント２１が、各々のエキシマランプ２５の軸中心が同一の水平面内に位置されると共に互いに平行に伸びる状態で、並列に配置されて光源ユニット２０が構成されていることにより、基本的には、被処理対象物Ｗに対して均一な照度分布で３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の紫外線を照射することができ、しかも、被処理対象物Ｗの温度上昇を少なくすることができると共に被処理対象物Ｗの面内における温度不均一性を抑制することができる。すなわち、各々の光源エレメント２１においては、外套管２４がその内部にエキシマランプ２５が挿通された状態で設けられていることにより、外套管２４による冷却風導風機能（整風作用）によって、エキシマランプ２５の放電容器２６を直接的に冷却することができるので、複数のエキシマランプ２５が各ランプ毎に均一に冷却されてエキシマランプ２５自体による被処理対象物Ｗに対する放射熱のバラツキを小さく抑制することができると共に熱線が被処理対象物Ｗに対して照射されることを抑制することができ、しかも、外套管２４それ自体も冷却風により冷却されるので被処理対象物Ｗに対する放射熱を抑制することができ、これにより、被処理対象物Ｗの温度上昇を少なくすることができると共に被処理対象物Ｗの面内における高い温度均一性を得ることができる。
従って、例えば、液晶パネルの製造工程における液晶パネル材の反応処理（プレチルト角発現処理）において用いられる紫外線照射装置として好適なものとなる。
【００２６】
また、内周面が反射面により形成された空間よりなるライドガイド部５０を具備していることにより、被処理対象物Ｗに対する紫外線照射量は十分に確保しながら、光源ユニット２０と被処理対象物Ｗとの間の離間距離が大きくすることができるので、光源ユニット２０の放射熱による影響を一層確実に抑制することができ、被処理対象物Ｗの温度上昇を少なくすることができると共に被処理対象物Ｗの面内における高い温度均一性を得ることができる。
【００２７】
さらに、エキシマランプ２５が用いられ、このエキシマランプ２５の放電空間Ｓにおいて生ずる所定の波長域の紫外線（真空紫外線）が放電容器２６の内表面に設けられた蛍光体層３２の作用によって３００〜４００ｎｍの紫外線として放射される構成とされていることにより、余分な光成分が被処理対象物Ｗに放射されることがないので、被処理対象物Ｗの温度上昇を確実に少なくすることができる。
【００２８】
さらにまた、放熱用の熱交換器４３を具備した構成とされていることにより、閉鎖された（密閉系の）冷却風循環経路を形成することができ、紫外線照射装置を例えばクリーンルーム内で使用する場合であっても、装置の外部より冷却風を取り入れること、および、装置外部に冷却風を排気する必要がなくなるので、ダクトなどを接続する必要がなく、冷却機構をコンパクトに構成することができる。
また、空冷式であることにより、水冷式のものであれば生ずるおそれのある水漏れ等の問題が生ずることない。
【００２９】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００３０】
＜実験例１＞
図１および図２に示す構成に従って、以下の構成を有する本発明に係る紫外線照射装置を作製した。
光源ユニット（２０）は、光源エレメント（２１）の数が３２本、隣り合う光源エレメントの離間距離（ランプの軸中心間距離ｐ）が９０ｍｍである。
各光源エレメント（２１）を構成するランプ（２５）は、全長が２８００ｍｍ、縦横の寸法が４３ｍｍ×１５ｍｍ、ランプ出力が２ｋＷ、放電容器（２６）の材質が石英ガラス、蛍光体層（３２）を構成する蛍光体がＳＢＥ、放電用ガスとしてキセノンガスが封入されたエキシマランプであり、外套管（２４）の材質が石英ガラス、全長が２５００ｍｍ、内径が７６ｍｍ、肉厚が２．５ｍｍである円筒状のものである。
冷却ファン（４２）は、１つの光源エレメント（２１）に対して例えば４ｍ3 ／ｍｉｎの送風量（光源ユニット全体では１２８ｍ3 ／ｍｉｎ）の冷却風を供給することのできる送風能力を有する軸流ファンである。導風用空間部（１８）における圧力は、５００〜１０００Ｐａ，冷却風の温度が３０℃，排風用空間部（１９）における風の温度が６０℃程度である。
ライトガイド部材（５１）の高さは３００ｍｍである。
被処理対象物（Ｗ）は、縦横の寸法が２２００ｍｍ×２５００ｍｍである試験用液晶パネル材であり、光源ユニット（２０）と被処理対象物（Ｗ）との離間距離は４００ｍｍである。
【００３１】
この紫外線照射装置を用いて、各光源エレメント（２１）におけるランプ（２５）をすべて同一の点灯条件で点灯させて紫外線を被処理対象物（Ｗ）である試験用液晶パネル材に照射し、試験用液晶パネル材の光照射面上における任意の複数の測定箇所における照度および温度を測定し、試験用液晶パネル材の光照射面における照度均一性を求めたところ、照度均一度は±８．９％の範囲内にあることが確認された。
また、試験用液晶パネル材の光照射面における温度は、紫外線が照射され始めてから１２０秒間の時間が経過した時点で３０℃±２℃に達すること（温度上昇の程度）が確認された。ここに、紫外線を照射する前の試験用液晶パネル材の表面温度は２５℃である。
【００３２】
＜照度均一性＞
『照度均一度』は、試験用液晶パネル材の光照射面における複数の測定箇所において測定された照度の平均値をＥａ、複数の測定箇所の各々における照度測定値をＥｂとしたとき、
（式） （Ｅａ−Ｅｂ）／Ｅａ 〔％〕
により定義される。実験例１においては、試験用液晶パネル材の光照射面における平均照度（Ｅａ）は、約１９ｍＷ／ｃｍ2 であった。
【００３３】
さらにまた、カロリーメータにより、２００ｎｍ〜２００００ｎｍの波長域の光の総放射熱量を測定したところ、試験用液晶パネル材に対する総放射熱量は５７ｍＷ／ｃｍ2 であり、このうち、３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の紫外線以外の光（液晶パネル材における光化学反応に寄与しない光）による放射熱量は３８ｍＷ／ｃｍ2 であった。ここに、ランプの表面温度は２５０℃、外套管の表面温度は約６０℃であった。
【００３４】
＜比較実験例１＞
図６に示す構成に従って、比較用の紫外線照射装置を作製した。この紫外線照射装置は、冷却機構を備えていないものであって、上記実験例１において作製した紫外線照射装置の光源ユニットにおいて、外套管を有さないことの他は同一の構成を有する光源ユニット２０Ａを有する。図６において、符号５１Ａは補助反射板、５０Ａは内部に処理空間を区画するケーシングであり、上記図１および図２に示すものと同一の構成部材については同一の符号が付してある。
この紫外線照射装置を用いて、光源ユニット（２０Ａ）における各ランプ（２５）をすべて同一の点灯条件で点灯させて紫外線を試験用液晶パネル材に照射し、実験例１と同様に、試験用液晶パネル材の光照射面上における任意の複数の測定箇所における照度および温度を測定し、試験用液晶パネル材の光照射面における照度均一性を求めたところ、照度均一度が±１０．８％の範囲内にあることが確認された。なお、試験用液晶パネル材の光照射面における平均照度（Ｅａ）は、約２５ｍＷ／ｃｍ2 であった。
また、試験用液晶パネル材の光照射面における温度は、紫外線が照射され始めてから１２０秒間の時間が経過した時点で６０℃±１２℃に達すること（温度上昇の程度）が確認された。
【００３５】
さらにまた、カロリーメータにより、２００ｎｍ〜２００００ｎｍの波長域の光の総放射熱量を測定したところ、試験用液晶パネル材に対する総放射熱量は１７３ｍＷ／ｃｍ2 であり、このうち、３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の紫外線以外の光（液晶パネル材における光化学反応に寄与しない光）による放射熱量は１４８ｍＷ／ｃｍ2 であった。ここに、ランプの表面温度は約３００℃であった。
【００３６】
＜比較実験例２＞
図７に示す構成に従って、比較用の紫外線照射装置を作製した。この紫外線照射装置は、上記実験例１において作製した紫外線照射装置において、光源ユニットが外套管を有さない構成とされており、また、ライトガイド部に代えて、光照射用開口（１２）の開口縁部に補助反射板（５１Ａ）が設けられると共に光照射用開口（１２）に光透過窓（１２Ａ）が設けられた構成とされていることの他は、上記実験例１において作製した紫外線照射装置と同一の構成を有しており、同一の構成部材については、便宜上、同一の符号が付してある。図７において、符号５０Ａは内部に処理空間を区画するケーシングである。
この紫外線照射装置を用いて、光源ユニット（２０Ａ）における各ランプ（２５）をすべて同一の点灯条件で点灯させて紫外線を試験用液晶パネル材に照射し、実験例１と同様に、試験用液晶パネル材の光照射面上における任意の複数の測定箇所における照度および温度を測定し、試験用液晶パネル材の光照射面における照度均一性を求めたところ、照度均一度が±１１．２％の範囲内にあることが確認された。なお、試験用液晶パネル材の光照射面における平均照度（Ｅａ）は、約２１ｍＷ／ｃｍ2 であった。
また、試験用液晶パネル材の光照射面における温度は、紫外線が照射され始めてから１２０秒間の時間が経過した時点で４５℃±２０℃に達すること（温度上昇の程度）が確認された。
【００３７】
さらにまた、カロリーメータにより、２００ｎｍ〜２００００ｎｍの波長域の光の総放射熱量を測定したところ、試験用液晶パネル材に対する総放射熱量は１１０ｍＷ／ｃｍ2 であり、このうち、３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の紫外線以外の光（液晶パネル材における光化学反応に寄与しない光）による放射熱量は８９ｍＷ／ｃｍ2 であった。ここに、ランプの表面温度は約２８０℃、光透過窓の表面温度は１４７℃であった。
【００３８】
以上のように、本発明に係る紫外線照射装置によれば、被処理対象物の光照射面において、紫外線照度および温度について高い面内均一性を得ることができることが確認された。
また、紫外線照射による被処理対象物の温度上昇の程度を小さくすることができることが確認された。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、本発明の紫外線照射装置においては、光源ユニットを構成する光源エレメントの個数および配列方法は、上記実施例のものに限定されず、目的に応じて適宜に設計変更することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 光源部
１１ 光源部ケーシング部材
１１Ａ 一端壁
１１Ｂ 他端壁
１２ 光照射用開口
１２Ａ 光透過窓
１３ 一端側隔壁
１３Ａ 導風用通風口
１４ 他端側隔壁
１４Ａ 排風用通風口
１５ 光源ユニット配置空間部
１６ 電装体配置空間部
１８ 導風用空間部
１９ 排風用空間部
２０，２０Ａ 光源ユニット
２１ 光源エレメント
２２ ランプホルダー
２４ 外套管（筒状ジャケット）
２４Ａ 冷却風流通路
２５ エキシマ放電ランプ（ランプ）
２６ 放電容器
２６Ａ 上壁
２６Ｂ 下壁
２７Ａ 一方の電極
２７Ｂ 他方の電極
３０ 反射材層
３１ ガラス粉末層
３２ 蛍光体層
３５ トランス
Ｓ 放電空間
４０ 冷却部
４１ 冷却部ケーシング部材
４２ 冷却ファン
４３ 熱交換器
４５ 通風ダクト
５０ ライトガイド部
５０Ａ ケーシング
５１ ライトガイド部材
５１Ａ 補助反射板
５２Ａ〜５２Ｄ 板状部材
５３ ベース部材
５４ 光反射性部材
５５ 開閉扉
５８ ステージ
５９ ステージ架台
６０ 電源部
Ｗ 被処理対象物
７０ 液晶パネル
７１ 第１のガラス板
７２ アクティブ素子
７３ 液晶駆動用電極
７４ 配向膜
７５ 第２のガラス板
７６ カラーフィルター
７７ 透明電極
７８ 配向膜
７９ スペーサ部材
８０ 液晶層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、液晶パネルの製造工程において用いられる紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネル７０は、図８に示すように、２枚のガラス板の間に液晶を封入した構造とされており、例えば、一面に、多数のアクティブ素子（例えば薄膜トランジスタ：ＴＦＴ）７２および液晶駆動用電極（透明電極：ＩＴＯ）７３が形成され、さらにその上に配向膜７４が形成された第１のガラス板７１と、一面に、カラーフィルター７６、透明電極７７および配向膜７８が形成された第２のガラス板７５とがスペーサ部材７９を介して一面同士が互いに対向するよう配置され、第１のガラス板７１および第２のガラス板７５の間に液晶層８０が形成されて、構成されている。
このような液晶パネル７０の製造工程において、紫外線に反応して重合する光反応性物質（モノマー）が含有された液晶を備えた液晶パネル材に対して紫外線を照射することにより、液晶パネル材の反応処理（プレチルト角発現処理，ＰＳＶＡ）を行う技術が知られている（特許文献１参照）。この技術においては、電圧を印加しながら、紫外線を液晶パネル材に照射することで、液晶を特定方向に配向させた状態で光反応性物質を重合させることができ、これにより、液晶にいわゆるプレチルト角を付与することができる、とされている。
【０００３】
このような紫外線を利用した液晶パネル材の反応処理（ＰＳＶＡ）においては、液晶における光反応性物質に対して、紫外線を高照度で照射することが必要とされる一方で、液晶における光反応性物質が高い温度に晒されることのないことが求められている。
光反応性物質の反応速度は温度依存性が高く、照射中の温度が高いと重合が進みすぎてポリマー粒の成長が大きくなりすぎる。すると均一なプレチルト角がつかないためにコントラストが悪くなったり、光漏れするようになってしまう。
さらに、液晶パネル材における光照射面において温度不均一が生じてしまうと、光反応性物質の反応に差（バラツキ）が生じ、液晶の傾き（プレチルト角）にムラを発生させてしまうこととなり、この液晶の傾きのムラは製品時に濃淡ムラとなって現れてしまう。
以上のように、液晶パネルの製造工程において、紫外線を利用した液晶パネル材の反応処理を行うに際しては、（イ）波長３００〜３５０ｎｍの紫外線が液晶パネル材に照射されること、（ロ）液晶パネル材の光照射面における紫外線照度の面内均一性が高いこと、（ハ）液晶パネル材の温度上昇が少なく、液晶パネル材の光照射面における温度の面内均一性が高いこと、が要求されるが、光反応性物質に悪影響を与えることなく、所望の液晶パネル材の反応処理を行うことのできる紫外線照射装置は知られていないのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７７４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであって、被処理対象物の光照射面における紫外線照度の面内均一性が高く、しかも、被処理対象物の温度上昇が少なく、被処理対象物の光照射面における温度の面内均一性の高い紫外線照射処理を行うことのできる紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の紫外線照射装置は、光反応性物質を含む液晶パネルの製造工程において用いられる紫外線照射装置において、
各々、波長３００ｎｍ〜４００ｎｍに発光ピークを有する光を放射する長尺状のランプおよび当該ランプが内部に挿通された状態で設けられた、光透過性を有する長尺状の外套管により構成された複数の光源エレメントが被処理対象物である液晶パネル材と対向して並列に配列されてなる光源ユニットと、
前記光源エレメントの各々における外套管の内部に冷却風を供給する冷却機構と
を備えてなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の紫外線照射装置においては、前記光源ユニットと被処理対象物との間に、内周面が反射面により形成された空間よりなるライトガイド部を具備した構成とされていることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の紫外線照射装置においては、前記ランプとしてエキシマランプが用いられた構成とされていることが好ましい。
【０００９】
さらにまた、本発明の紫外線照射装置においては、前記冷却機構は、放熱用の熱交換器を具備した構成とされていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の紫外線照射装置によれば、基本的には、複数の光源エレメントが並列に配置されて光源ユニットが構成されていることにより、被処理対象物に対して均一な照度分布で特定の波長域の紫外線を照射することができる。
しかも、各々の光源エレメントにおいては、外套管がその内部にランプが挿通された状態で設けられていることにより、外套管による冷却風導風機能によって、ランプの発光管を直接的に冷却することができるので、複数のランプがランプ毎に均一に冷却されてランプ自体からの被処理対象物に対する放射熱のバラツキを小さく抑制することができると共に熱線が被処理対象物に対して照射されることを抑制することができ、また、外套管それ自体も冷却風により冷却されるので被処理対象物に対する放射熱を抑制することができるので、被処理対象物の温度上昇を少なくすることができると共に被処理対象物の面内における温度不均一性を抑制することができ、例えば、液晶パネルの製造工程における液晶パネル材の反応処理（プレチルト角発現処理）において用いられる紫外線照射装置として好適なものとなる。
【００１１】
また、内周面が反射面により形成された空間よりなるライドガイド部をさらに具備した構成とされていることにより、被処理対象物に対する紫外線照射量は十分に確保しながら、光源ユニットと被処理対象物との間の離間距離を大きくすることができるので、光源ユニットの放射熱による影響を一層確実に抑制することができて、被処理対象物の温度上昇を少なくすることができると共に被処理対象物の面内における温度不均一性を抑制することができる。
【００１２】
さらに、エキシマランプが用いられた構成とされていることにより、余分な光成分が放射されることがないので、被処理対象物の温度上昇の程度を確実に小さくすることができる。
【００１３】
さらにまた、冷却機構が熱交換器を具備した構成とされていることにより、密閉系の冷却風循環供給路を形成することができ、紫外線照射装置を例えばクリーンルーム内で使用する場合であっても、ダクトなどを用意する必要がなく、コンパクトにランプを冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の紫外線照射装置の一構成例における内部構造の概略を示す、正面方向から見た説明図である。
【図２】図１に示す紫外線照射装置の内部構造の概略を示す、一側面方向から見た説明図である。
【図３】本発明に係る光源ユニットにおける光源エレメントの配置例を概略的に示す説明図である。
【図４】本発明の紫外線照射装置において用いられるランプに係るエキシマランプの一構成例を示す、（Ａ）斜視図、（Ｂ）ランプの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図５】ライトガイド部を構成するライトガイド部材の一構成例を示す、（Ａ）斜視図，（Ｂ）ライトガイド部材の側壁の端面図である。
【図６】比較実験例１において作製した比較用の紫外線照射装置における内部構造の概略を示す、一側面方向から見た説明図である。
【図７】比較実験例２において作製した比較用の紫外線照射装置における内部構造の概略を示す、一側面方向から見た説明図である。
【図８】液晶パネルの構造の概略を示す説明用断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の紫外線照射装置の一構成例における内部構造の概略を示す、正面方向から見た説明図、図２は、図１に示す紫外線照射装置の内部構造の概略を示す、一側面方向から見た説明図である。
この紫外線照射装置は、大別して、光源部１０、冷却部４０、ライトガイド部５０および電源部６０により構成されている。
【００１６】
光源部１０は、下方に開口する光照射用開口１２を有する全体が箱型形状の光源部ケーシング部材１１を備えており、この光源部ケーシング部材１１は、その内部空間が上下方向に区画されて下方側空間部が光源ユニット２０が配置される光源ユニット配置空間部１５とされていると共に上方側空間部が光源ユニット２０に対応した例えばトランス３５などの電装体が配置された電装体配置空間部１６とされている。
また、光源部ケーシング部材１１内における光源ユニット２０を構成するランプ２５の長手方向の一端側領域に、電装体配置空間部１６を構成する一端側隔壁１３と光源部ケーシング部材１１の一端壁１１Ａとにより区画されて形成された、電装体配置空間部１６および光源ユニット配置空間部１５のそれぞれに冷却風を導入するための共通の導風用空間部１８を有すると共に、光源部ケーシング部材１１内におけるランプの長手方向の他端側領域に、電装体配置空間部１６を構成する他端側隔壁１４と光源部ケーシング部材１１の他端壁１１Ｂとにより区画されて形成された共通の排風用空間部１９を有している。
電装体配置空間部１６を形成する一端側隔壁１３には、冷却風を電装体配置空間部１６に導入するための導風用通風口１３Ａが形成されており、電装体配置空間部１６を形成する他端側隔壁１４には、冷却風を電装体配置空間部１６から排出するための排風用通風口１４Ａが形成されている。
【００１７】
光源ユニット２０は、図３に示すように、各々、波長３００ｎｍ〜４００ｎｍに発光ピークを有する光を放射する長尺状のランプ２５およびこのランプ２５が内部に挿通された状態でランプ２５に沿って伸びるよう設けられた長尺状の外套管（筒状ジャケット）２４により構成された光源エレメント２１の複数が、例えば、各々のランプ２５の軸中心が同一平面内に位置されると共に互いに平行に伸びる状態で、等間隔毎に並列に配置されて構成されている。
各々の光源エレメント２１を構成するランプ２５は、ランプホルダー２２を介して光源部ケーシング部材１１に保持固定されており、また、外套管２４は、その一端開口が導風用空間部１８に位置された状態で、図示しない保持部材を介して、光源部ケーシング部材１１に固定保持されている。
光源ユニット２０を構成する光源エレメント２１の数は、例えば３２個であり、隣り合う光源エレメント２１の離間距離ｐは、例えば９０ｍｍである。
【００１８】
光源ユニット２０を構成するランプ２５は、例えば、エキシマランプにより構成されており、例えば、液晶パネル材における液晶に含まれる光反応性物質（モノマー）を重合するのに適した波長である３００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外光が放射される。
図４は、本発明の紫外線照射装置において用いられるランプに係るエキシマランプの一構成例を示す、（Ａ）斜視図、（Ｂ）ランプの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。
このエキシマランプ２５は、内部に放電空間Ｓが形成された断面矩形状の中空長尺状の放電容器２６を備えており、この放電容器２６の内部には、放電用ガスとして、例えばキセノンガスが封入されている。ここに、放電容器２６は、例えば石英ガラスよりなる。
放電容器２６における上壁２６Ａおよび下壁２６Ｂの各々の外表面には、一対のメッシュ状の電極、すなわち、高電圧給電電極として機能する一方の電極２７Ａおよび接地電極として機能する他方の電極２７Ｂが長手方向に伸びるよう互いに対向して配置されている。
また、放電容器２６の下壁２６Ｂを除く壁の内表面には、外面側から順に、反射材層３０、ガラス粉末層３１および蛍光体層３２が積層された状態で、設けられており、光出射部を形成する放電容器２６の下壁２６Ｂの内表面には、ガラス粉末層３１および蛍光体層３２が積層された状態で、設けられている。
【００１９】
反射材層３０は、例えば、シリカとアルミナの混合物により構成されている。
また、ガラス粉末層３１を構成するガラスとしては、例えば、ホウケイ酸ガラス（Ｓｉ−Ｂ−Ｏ系ガラス）およびアルミノケイ酸ガラス（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ系ガラス）、バリウムケイ酸ガラス、または、これらいずれかの組成を元にアルカリ土類酸化物やアルカリ酸化物、金属酸化物を添加したガラスなどを例示することができる。
また、蛍光体層３２を構成する蛍光体としては、例えばユーロピウム付活ホウ酸ストロンチウム（Ｓｒ−Ｂ−Ｏ：Ｅｕ（以下「ＳＢＥ」と称する。）、中心波長３６８ｎｍ）蛍光体、セリウム付活アルミン酸マグネシウムランタン（Ｌａ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｏ：Ｃｅ（以下、「ＬＡＭ」と称する。）、中心波長３３８ｎｍ（ただし、ｂｒｏａｄ））蛍光体、ガドリニウム、プラセオジム付活リン酸ランタン（Ｌａ−Ｐ−Ｏ：Ｇｄ，Ｐｒ（以下、「ＬＡＰ：Ｐｒ，Ｇｄ」と称する。）、中心波長３１１ｎｍ）蛍光体などを例示することができる。
【００２０】
外套管２４は、例えば３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の光を透過する光透過性材料、例えば石英ガラスよりなる円筒状のものであって、ランプ２５とほぼ同じ長さを有する。 また、外套管２４の内面とランプ２５の外面との間に形成される冷却風流通路２４Ａを構成する空隙の最小間隔部分の大きさは、例えば１６〜３０ｍｍである。
【００２１】
冷却部４０は、例えば、光源部ケーシング部材１１の上部における、光源エレメント２１の配列方向中央位置に設置された箱型形状の冷却部ケーシング部材４１を備えており、この冷却部ケーシング部材４１の内部には、例えば軸流ファンなどの冷却ファン４２と、当該冷却ファン４２の上流側において、例えば水冷ラジエータなどの放熱用の熱交換器４３とが配置されている。
この冷却部ケーシング部材４１の内部空間は、冷却部ケーシング部材４１の両側の各々に設けられた通風ダクト４５を介して光源部１０における導風用空間部１８および排風用空間部１９と連通しており、これにより、冷却ファン４２より供給される冷却風が光源部１０における導風用空間部１８を介して電装体配置空間部１６内に導入されると共に各々の光源エレメント２１における外套管２４内に導入され、排風用空間部１９を介して冷却部４０における放熱用の熱交換器４３に導入される、閉鎖された循環冷却風流通経路を形成する冷却機構が構成されている。
【００２２】
ライトガイド部５０は、被処理対象物Ｗに対する紫外線照射量を十分に確保しながら、光源ユニット２０と被処理対象物Ｗとの間に十分な大きさの離間距離を確保するためのいわばスペーサとしての機能も有しており、光源部ケーシング部材１１における光照射用開口１２に対応した大きさを有し、内周面が反射面により形成された、例えば処理空間を区画する矩形枠状のライトガイド部材５１が光源部１０の下面から下方に伸びるように取り付けられて構成されている。
ライトガイド部材５１は、図５に示すように、４枚の板状部材５２Ａ〜５２Ｄが組み合わせられて構成されており、板状部材５２Ａ〜５２Ｄの各々は、例えばアルミニウムからなるベース部材５３と、例えば高輝アルミからなる光反射性部材５４とにより構成されている。
ライドガイド部材５１における一方の壁（一の板状部材５２Ａ）には、被処理対象物Ｗである例えば液晶パネル材をライトガイド部５０の下側レベルに位置される、載置面が水平とされたステージ５８に搬入、搬出する搬送ロボット（図示せず）の進入、退避のための開閉扉５５が形成されており、この開閉扉５５の開閉により、ライトガイド部５０内に溜まる熱を外部に解放することができる。図１および図２における符号５９はステージ架台である。
【００２３】
電源部６０は、各々のランプ２５を点灯制御するものであり、重量の点およびメンテナンス時の配慮から、通常、光源部１０と分離して配置される。ただし、トランス３５は高電圧を発生することから光源部ケーシング部材１１の内部に配置される。
【００２４】
上記の紫外線照射装置の動作について説明する。
この紫外線照射装置においては、平板状の被処理対象物Ｗ（例えば液晶パネル部材）が搬送ロボットによってライトガイド部材５１における開閉扉５５を介して搬入されてステージ５８上に載置された状態において、エキシマランプ２５における一方の電極２７Ａに、電源部６０より高周波電圧が電装体配置空間部１６に設けられたトランス３５によって昇圧されて供給されると、放電容器２６を構成する誘電体材料を介して放電空間Ｓ内で誘電体バリア放電が生じ、誘電体バリア放電によってエキシマ分子が形成され、エキシマ分子から放射される光（キセノンガスの場合１７５ｎｍの真空紫外光）によって蛍光体層３２を構成する蛍光体が励起されて３００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線が放電容器２６の下壁２６Ｂを透過すると共に他方の電極２７Ｂの開口を通過して放射される。
一方、冷却ファン４２が駆動されることより供給される冷却風が光源部１０における導風用空間部１８を介してその一部が電装体配置空間部１６内に導入されると共に他の全部が各々の光源エレメント２１における外套管２４内、具体的には、外套管２４の内面とエキシマランプ２５の外面との間に形成される冷却風流通路２４Ａ内に導入され、これにより、エキシマランプ２５および外套管２４が冷却され、その後、排風用空間部１９を介して熱交換器４３に導入されて冷却され、装置外部に排気されることなく、再び、冷却ファン４２により冷却風が供給される。
【００２５】
而して、上記構成の紫外線照射装置によれば、複数の光源エレメント２１が、各々のエキシマランプ２５の軸中心が同一の水平面内に位置されると共に互いに平行に伸びる状態で、並列に配置されて光源ユニット２０が構成されていることにより、基本的には、被処理対象物Ｗに対して均一な照度分布で３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の紫外線を照射することができ、しかも、被処理対象物Ｗの温度上昇を少なくすることができると共に被処理対象物Ｗの面内における温度不均一性を抑制することができる。すなわち、各々の光源エレメント２１においては、外套管２４がその内部にエキシマランプ２５が挿通された状態で設けられていることにより、外套管２４による冷却風導風機能（整風作用）によって、エキシマランプ２５の放電容器２６を直接的に冷却することができるので、複数のエキシマランプ２５が各ランプ毎に均一に冷却されてエキシマランプ２５自体による被処理対象物Ｗに対する放射熱のバラツキを小さく抑制することができると共に熱線が被処理対象物Ｗに対して照射されることを抑制することができ、しかも、外套管２４それ自体も冷却風により冷却されるので被処理対象物Ｗに対する放射熱を抑制することができ、これにより、被処理対象物Ｗの温度上昇を少なくすることができると共に被処理対象物Ｗの面内における高い温度均一性を得ることができる。
従って、例えば、液晶パネルの製造工程における液晶パネル材の反応処理（プレチルト角発現処理）において用いられる紫外線照射装置として好適なものとなる。
【００２６】
また、内周面が反射面により形成された空間よりなるライドガイド部５０を具備していることにより、被処理対象物Ｗに対する紫外線照射量は十分に確保しながら、光源ユニット２０と被処理対象物Ｗとの間の離間距離が大きくすることができるので、光源ユニット２０の放射熱による影響を一層確実に抑制することができ、被処理対象物Ｗの温度上昇を少なくすることができると共に被処理対象物Ｗの面内における高い温度均一性を得ることができる。
【００２７】
さらに、エキシマランプ２５が用いられ、このエキシマランプ２５の放電空間Ｓにおいて生ずる所定の波長域の紫外線（真空紫外線）が放電容器２６の内表面に設けられた蛍光体層３２の作用によって３００〜４００ｎｍの紫外線として放射される構成とされていることにより、余分な光成分が被処理対象物Ｗに放射されることがないので、被処理対象物Ｗの温度上昇を確実に少なくすることができる。
【００２８】
さらにまた、放熱用の熱交換器４３を具備した構成とされていることにより、閉鎖された（密閉系の）冷却風循環経路を形成することができ、紫外線照射装置を例えばクリーンルーム内で使用する場合であっても、装置の外部より冷却風を取り入れること、および、装置外部に冷却風を排気する必要がなくなるので、ダクトなどを接続する必要がなく、冷却機構をコンパクトに構成することができる。
また、空冷式であることにより、水冷式のものであれば生ずるおそれのある水漏れ等の問題が生ずることない。
【００２９】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００３０】
＜実験例１＞
図１および図２に示す構成に従って、以下の構成を有する本発明に係る紫外線照射装置を作製した。
光源ユニット（２０）は、光源エレメント（２１）の数が３２本、隣り合う光源エレメントの離間距離（ランプの軸中心間距離ｐ）が９０ｍｍである。
各光源エレメント（２１）を構成するランプ（２５）は、全長が２８００ｍｍ、縦横の寸法が４３ｍｍ×１５ｍｍ、ランプ出力が２ｋＷ、放電容器（２６）の材質が石英ガラス、蛍光体層（３２）を構成する蛍光体がＳＢＥ、放電用ガスとしてキセノンガスが封入されたエキシマランプであり、外套管（２４）の材質が石英ガラス、全長が２５００ｍｍ、内径が７６ｍｍ、肉厚が２．５ｍｍである円筒状のものである。
冷却ファン（４２）は、１つの光源エレメント（２１）に対して例えば４ｍ3 ／ｍｉｎの送風量（光源ユニット全体では１２８ｍ3 ／ｍｉｎ）の冷却風を供給することのできる送風能力を有する軸流ファンである。導風用空間部（１８）における圧力は、５００〜１０００Ｐａ，冷却風の温度が３０℃，排風用空間部（１９）における風の温度が６０℃程度である。
ライトガイド部材（５１）の高さは３００ｍｍである。
被処理対象物（Ｗ）は、縦横の寸法が２２００ｍｍ×２５００ｍｍである試験用液晶パネル材であり、光源ユニット（２０）と被処理対象物（Ｗ）との離間距離は４００ｍｍである。
【００３１】
この紫外線照射装置を用いて、各光源エレメント（２１）におけるランプ（２５）をすべて同一の点灯条件で点灯させて紫外線を被処理対象物（Ｗ）である試験用液晶パネル材に照射し、試験用液晶パネル材の光照射面上における任意の複数の測定箇所における照度および温度を測定し、試験用液晶パネル材の光照射面における照度均一性を求めたところ、照度均一度は±８．９％の範囲内にあることが確認された。
また、試験用液晶パネル材の光照射面における温度は、紫外線が照射され始めてから１２０秒間の時間が経過した時点で３０℃±２℃に達すること（温度上昇の程度）が確認された。ここに、紫外線を照射する前の試験用液晶パネル材の表面温度は２５℃である。
【００３２】
＜照度均一性＞
『照度均一度』は、試験用液晶パネル材の光照射面における複数の測定箇所において測定された照度の平均値をＥａ、複数の測定箇所の各々における照度測定値をＥｂとしたとき、
（式） （Ｅａ−Ｅｂ）／Ｅａ 〔％〕
により定義される。実験例１においては、試験用液晶パネル材の光照射面における平均照度（Ｅａ）は、約１９ｍＷ／ｃｍ2 であった。
【００３３】
さらにまた、カロリーメータにより、２００ｎｍ〜２００００ｎｍの波長域の光の総放射熱量を測定したところ、試験用液晶パネル材に対する総放射熱量は５７ｍＷ／ｃｍ2 であり、このうち、３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の紫外線以外の光（液晶パネル材における光化学反応に寄与しない光）による放射熱量は３８ｍＷ／ｃｍ2 であった。ここに、ランプの表面温度は２５０℃、外套管の表面温度は約６０℃であった。
【００３４】
＜比較実験例１＞
図６に示す構成に従って、比較用の紫外線照射装置を作製した。この紫外線照射装置は、冷却機構を備えていないものであって、上記実験例１において作製した紫外線照射装置の光源ユニットにおいて、外套管を有さないことの他は同一の構成を有する光源ユニット２０Ａを有する。図６において、符号５１Ａは補助反射板、５０Ａは内部に処理空間を区画するケーシングであり、上記図１および図２に示すものと同一の構成部材については同一の符号が付してある。
この紫外線照射装置を用いて、光源ユニット（２０Ａ）における各ランプ（２５）をすべて同一の点灯条件で点灯させて紫外線を試験用液晶パネル材に照射し、実験例１と同様に、試験用液晶パネル材の光照射面上における任意の複数の測定箇所における照度および温度を測定し、試験用液晶パネル材の光照射面における照度均一性を求めたところ、照度均一度が±１０．８％の範囲内にあることが確認された。なお、試験用液晶パネル材の光照射面における平均照度（Ｅａ）は、約２５ｍＷ／ｃｍ2 であった。
また、試験用液晶パネル材の光照射面における温度は、紫外線が照射され始めてから１２０秒間の時間が経過した時点で６０℃±１２℃に達すること（温度上昇の程度）が確認された。
【００３５】
さらにまた、カロリーメータにより、２００ｎｍ〜２００００ｎｍの波長域の光の総放射熱量を測定したところ、試験用液晶パネル材に対する総放射熱量は１７３ｍＷ／ｃｍ2 であり、このうち、３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の紫外線以外の光（液晶パネル材における光化学反応に寄与しない光）による放射熱量は１４８ｍＷ／ｃｍ2 であった。ここに、ランプの表面温度は約３００℃であった。
【００３６】
＜比較実験例２＞
図７に示す構成に従って、比較用の紫外線照射装置を作製した。この紫外線照射装置は、上記実験例１において作製した紫外線照射装置において、光源ユニットが外套管を有さない構成とされており、また、ライトガイド部に代えて、光照射用開口（１２）の開口縁部に補助反射板（５１Ａ）が設けられると共に光照射用開口（１２）に光透過窓（１２Ａ）が設けられた構成とされていることの他は、上記実験例１において作製した紫外線照射装置と同一の構成を有しており、同一の構成部材については、便宜上、同一の符号が付してある。図７において、符号５０Ａは内部に処理空間を区画するケーシングである。
この紫外線照射装置を用いて、光源ユニット（２０Ａ）における各ランプ（２５）をすべて同一の点灯条件で点灯させて紫外線を試験用液晶パネル材に照射し、実験例１と同様に、試験用液晶パネル材の光照射面上における任意の複数の測定箇所における照度および温度を測定し、試験用液晶パネル材の光照射面における照度均一性を求めたところ、照度均一度が±１１．２％の範囲内にあることが確認された。なお、試験用液晶パネル材の光照射面における平均照度（Ｅａ）は、約２１ｍＷ／ｃｍ2 であった。
また、試験用液晶パネル材の光照射面における温度は、紫外線が照射され始めてから１２０秒間の時間が経過した時点で４５℃±２０℃に達すること（温度上昇の程度）が確認された。
【００３７】
さらにまた、カロリーメータにより、２００ｎｍ〜２００００ｎｍの波長域の光の総放射熱量を測定したところ、試験用液晶パネル材に対する総放射熱量は１１０ｍＷ／ｃｍ2 であり、このうち、３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の紫外線以外の光（液晶パネル材における光化学反応に寄与しない光）による放射熱量は８９ｍＷ／ｃｍ2 であった。ここに、ランプの表面温度は約２８０℃、光透過窓の表面温度は１４７℃であった。
【００３８】
以上のように、本発明に係る紫外線照射装置によれば、被処理対象物の光照射面において、紫外線照度および温度について高い面内均一性を得ることができることが確認された。
また、紫外線照射による被処理対象物の温度上昇の程度を小さくすることができることが確認された。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、本発明の紫外線照射装置においては、光源ユニットを構成する光源エレメントの個数および配列方法は、上記実施例のものに限定されず、目的に応じて適宜に設計変更することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０ 光源部
１１ 光源部ケーシング部材
１１Ａ 一端壁
１１Ｂ 他端壁
１２ 光照射用開口
１２Ａ 光透過窓
１３ 一端側隔壁
１３Ａ 導風用通風口
１４ 他端側隔壁
１４Ａ 排風用通風口
１５ 光源ユニット配置空間部
１６ 電装体配置空間部
１８ 導風用空間部
１９ 排風用空間部
２０，２０Ａ 光源ユニット
２１ 光源エレメント
２２ ランプホルダー
２４ 外套管（筒状ジャケット）
２４Ａ 冷却風流通路
２５ エキシマ放電ランプ（ランプ）
２６ 放電容器
２６Ａ 上壁
２６Ｂ 下壁
２７Ａ 一方の電極
２７Ｂ 他方の電極
３０ 反射材層
３１ ガラス粉末層
３２ 蛍光体層
３５ トランス
Ｓ 放電空間
４０ 冷却部
４１ 冷却部ケーシング部材
４２ 冷却ファン
４３ 熱交換器
４５ 通風ダクト
５０ ライトガイド部
５０Ａ ケーシング
５１ ライトガイド部材
５１Ａ 補助反射板
５２Ａ〜５２Ｄ 板状部材
５３ ベース部材
５４ 光反射性部材
５５ 開閉扉
５８ ステージ
５９ ステージ架台
６０ 電源部
Ｗ 被処理対象物
７０ 液晶パネル
７１ 第１のガラス板
７２ アクティブ素子
７３ 液晶駆動用電極
７４ 配向膜
７５ 第２のガラス板
７６ カラーフィルター
７７ 透明電極
７８ 配向膜
７９ スペーサ部材
８０ 液晶層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反応性物質を含む液晶パネルの製造工程において用いられる紫外線照射装置において、
各々、波長３００ｎｍ〜４００ｎｍに発光ピークを有する光を放射する長尺状のランプおよび当該ランプが内部に挿通された状態で設けられた、光透過性を有する長尺状の外套管により構成された複数の光源エレメントが被処理対象物である液晶パネル材と対向して並列に配列されてなる光源ユニットと、
前記光源エレメントの各々における外套管の内部に冷却風を供給する冷却機構と
を備えてなることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記光源ユニットと被処理対象物との間に、内周面が反射面により形成された空間よりなるライトガイド部を具備することを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記ランプは、エキシマランプであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
前記冷却機構は、放熱用の熱交換器を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の紫外線照射装置。
【請求項１】
光反応性物質を含む液晶パネルの製造工程において用いられる紫外線照射装置において、
各々、波長３００ｎｍ〜４００ｎｍに発光ピークを有する光を放射する長尺状のランプおよび当該ランプが内部に挿通された状態で設けられた、光透過性を有する長尺状の外套管により構成された複数の光源エレメントが被処理対象物である液晶パネル材と対向して並列に配列されてなる光源ユニットと、
前記光源エレメントの各々における外套管の内部に冷却風を供給する冷却機構と
を備えてなることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記光源ユニットと被処理対象物との間に、内周面が反射面により形成された空間よりなるライトガイド部を具備することを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記ランプは、エキシマランプであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
前記冷却機構は、放熱用の熱交換器を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の紫外線照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２１５４６３（Ｐ２０１１−２１５４６３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８５００５（Ｐ２０１０−８５００５）
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１日（２０１０．４．１）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]