特開 2023-146091 光源モジュール、それを備える光照射装置、および光源モジュールの冷却方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023146091

(43)【公開日】2023-10-12

(54)【発明の名称】光源モジュール、それを備える光照射装置、および光源モジュールの冷却方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20231004BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20231004BHJP

   F21V 29/56 20150101ALI20231004BHJP

   F21V 29/71 20150101ALI20231004BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20231004BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20231004BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20231004BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 521

F21V29/503

F21V29/56

F21V29/71

G03F7/20 501

H05K7/20 M

F21Y115:10

F21Y115:30

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022053088

(22)【出願日】2022-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】510138741

【氏名又は名称】フェニックス電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147706

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 裕司

(72)【発明者】

【氏名】井上 智彦

【テーマコード（参考）】

2H197

5E322

【Ｆターム（参考）】

2H197CA13

2H197CA16

2H197HA03

2H197HA05

2H197HA08

5E322AA01

5E322AA07

5E322AB01

5E322DA04

5E322DB06

5E322EA11

(57)【要約】

【課題】幅の広いワークに対応することができ、かつ、冷媒がワークに付着してしまう可能性を極小化できる光源モジュールを提供する。
【解決手段】光源モジュール１０を、複数の光源１２と、光源１２が表面に配置される基板１４と、基板１４の背面に配置されたヒートシンク１６とで構成する。そして、ヒートシンク１６に、内部を冷媒Ｌが通流する冷媒通流管５０が嵌められる冷媒通流管嵌込溝２０を形成する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光源と、
前記光源が表面に配置される基板と、
前記基板の背面に配置されたヒートシンクとを備えており、
前記ヒートシンクには、内部を冷媒が通流する冷媒通流管が嵌められる冷媒通流管嵌込溝が形成されている
光源モジュール。

【請求項2】

前記ヒートシンクには、複数の前記冷媒通流管嵌込溝が互いに平行に形成されている
請求項１に記載の光源モジュール。

【請求項3】

前記冷媒通流管嵌込溝は、前記ヒートシンクにおける前記基板とは反対側の表面に形成されており、
前記ヒートシンクとの間で前記冷媒通流管を挟んで保持する保持具をさらに備えている
請求項１または２に記載の光源モジュール。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の光源モジュールと、
前記冷媒通流管とを備える
光照射装置。

【請求項5】

複数の前記冷媒通流管を備えており、
前記光源モジュールの前記ヒートシンクには、前記各冷媒通流管が互いに平行に嵌め込まれる複数の前記冷媒通流管嵌込溝が形成されており、
前記各冷媒通流管のいずれか１本を中心軸として残りの前記各冷媒通流管を回動させることにより、前記光源モジュールによる照射角度を調整する冷媒通流管回動手段をさらに備えている
請求項４に記載の光照射装置。

【請求項6】

複数の光源と、
前記光源が表面に配置される基板と、
前記基板の背面に配置されており、内部を冷媒が通流する冷媒通流管が嵌められる冷媒通流管嵌込溝が形成されたヒートシンクとを備える光源モジュールについて、
前記冷媒通流管の内部に前記冷媒を通流させることによって前記光源モジュールを冷却する
光源モジュールの冷却方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、大型液晶パネルの配向膜露光や位相差フィルムなどの配向膜露光、あるいは、半導体等のスキャン露光に用いられる光源モジュール、それを備える光照射装置、および光源モジュールの冷却方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従前より、半導体等のスキャン露光にＬＥＤを光源とする光源モジュールが使用されている（例えば、特許文献１）。そして、複数の光源モジュールをワークＷの幅よりも長くなるように並べて配置することで、ひとつの光照射装置が構成されている。

【0003】

ＬＥＤ等の光源は、発光させると発熱し、その熱によって高温になると発光効率が低下する。そのため、光源モジュールを冷却する必要がある。

【0004】

光源モジュールの冷却方法として、例えば、図８に示すような冷却ユニット１に光源モジュールＭが接触配置されている。この冷却ユニット１は、本体部２と、この本体部２内に形成された冷媒流路３と、本体部２の両端部に配置される一対の継手接続部４とで構成されている。

【0005】

本体部２はアルミニウム等で形成された略矩形状の板材であり、本体部２における一方の側面と他方の側面とを連通するようにして複数の冷媒流路３がドリル等を用いて穿設されている。

【0006】

継手接続部４は、一端が冷媒流路３に接続され、他端がフランジ等の継手５に接続された内部流路６を有している。このような継手接続部４を本体部２の両端にそれぞれ配置することにより、一方の継手接続部４に配置された継手５から入った冷媒Ｌ（例えば、冷却水）が、内部流路６を経由して本体部２の冷媒流路３に入り、他方の継手接続部４に形成された内部流路６を経て、他方の継手５から出るようになっている。なお、本体部２と継手接続部４との接合面にはパッキン（あるいはＯリング）９が挟み込まれており、冷媒Ｌの漏えいを回避している。

【0007】

複数の光源モジュールＭを本体部２に接触配置することにより、各光源モジュールＭで生じた熱が本体部２に伝導し、本体部２の冷媒流路３を流れる冷媒Ｌによって排熱されるので、光源モジュールＭの光源が高温になるのを回避できるようになっている。

【0008】

なお、本体部２の構造については、上述のようにドリル等を用いて冷媒流路３を穿設してもよいが、本体部２を長尺にする場合はドリル等による加工が困難になることから、図９に示すように、本体部２を半割にして各パーツ７の表面に冷媒流路３となる凹所８を形成してもよい。この場合、両パーツ７の間にパッキン（あるいはＯリング）９を挟むことになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１９－１０１３６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、従来の冷却構造には冷媒Ｌの漏れに関する問題があった。すなわち、図８に示すような冷却ユニット１の場合、上述のようにドリル等による加工が困難になることから本体部２を長尺にできない。このため、この冷却ユニット１を幅の広いワークＷに用いると、パッキン９の不具合等によって本体部２と継手接続部４との間で冷媒Ｌの漏れが生じたとき、滴下等した冷媒ＬがワークＷに付着してしまうおそれがあった。

【0011】

また、図９に示すような冷却ユニット１の場合も同様に、パッキン９の不具合等によって本体部２を半割にした各パーツ７間から冷媒Ｌの漏れが生じたとき、滴下等した冷媒ＬがワークＷに付着してしまうおそれがあった。

【0012】

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、幅の広いワークＷに対応することができ、かつ、冷媒ＬがワークＷに付着してしまう可能性を極小化できる光源モジュール、それを備える光照射装置、および光源モジュールの冷却方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の一局面によれば、
複数の光源と、
前記光源が表面に配置される基板と、
前記基板の背面に配置されたヒートシンクとを備えており、
前記ヒートシンクには、内部を冷媒が通流する冷媒通流管が嵌められる冷媒通流管嵌込溝が形成されている
光源モジュールが提供される。

【0014】

好適には、
前記ヒートシンクには、複数の前記冷媒通流管嵌込溝が互いに平行に形成されている。

【0015】

好適には、
前記冷媒通流管嵌込溝は、前記ヒートシンクにおける前記基板とは反対側の表面に形成されており、
前記ヒートシンクとの間で前記冷媒通流管を挟んで保持する保持具をさらに備えている。

【0016】

本発明の別の局面によれば、
上述した光源モジュールと、
前記冷媒通流管とを備える
光照射装置が提供される。

【0017】

好適には、
複数の前記冷媒通流管を備えており、
前記光源モジュールの前記ヒートシンクには、前記各冷媒通流管が互いに平行に嵌め込まれる複数の前記冷媒通流管嵌込溝が形成されており、
前記各冷媒通流管のいずれか１本を中心軸として残りの前記各冷媒通流管を回動させることにより、前記光源モジュールによる照射角度を調整する冷媒通流管回動手段をさらに備えている。

【0018】

本発明の別の局面によれば、
複数の光源と、
前記光源が表面に配置される基板と、
前記基板の背面に配置されており、内部を冷媒が通流する冷媒通流管が嵌められる冷媒通流管嵌込溝が形成されたヒートシンクとを備える光源モジュールについて、
前記冷媒通流管の内部に前記冷媒を通流させることによって前記光源モジュールを冷却する
光源モジュールの冷却方法が提供される。

【発明の効果】

【0019】

本発明に係る光源モジュールによれば、表面に光源が配置された基板に取り付けられたヒートシンクに冷媒通流管が嵌められる冷媒通流管嵌込溝が形成されており、この冷媒通流管に冷媒を通流させることにより、光源で生じた熱を回収して当該光源を冷却することができる。幅の広いワークＷに対応するために多数の光源モジュールを一列に並べる場合であっても、冷媒通流管からの冷媒漏れ防止は容易であることから、当該冷媒がワークに付着してしまう可能性を極小化できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明が適用された実施形態に係る光照射装置１００を示す図である。

【図2】本発明が適用された実施形態に係る光源モジュール１０を示す（ａ）正面図、（ｂ）右側面図である。

【図3】変形例１に係る光源モジュール１０を示す（ａ）正面図、（ｂ）右側面図である。

【図4】変形例２に係る光源モジュール１０を示す右側面図である。

【図5】変形例３に係る光源モジュール１０および冷媒通流管回動手段７２を示す（ａ）正面図、（ｂ）右側面図である。

【図6】変形例３に係る光源モジュール１０および冷媒通流管回動手段７２を示す（ａ）正面図、（ｂ）右側面図である。

【図7】変形例４に係る光源モジュール１０他を示す図である。

【図8】従来技術に係る光源モジュールＭおよび冷却ユニット１を示す図である。

【図9】従来技術に係る光源モジュールＭおよび冷却ユニット１を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

（光照射装置１００の構成）
本発明が適用された実施形態に係る光源モジュール１０について以下に説明する。一例に係る光照射装置１００は、図１に示すように、大略、複数の光源モジュール１０と、冷媒通流管５０と、冷媒通流装置６０とを備えている。

【0022】

光源モジュール１０は、図２に示すように、大略、光源１２と、基板１４と、ヒートシンク１６と、保持具１８とを備えている。

【0023】

光源１２は、電力の供給を受けることによって所定の波長の光を放射するものであり、本実施形態では、ＬＥＤ（発光ダイオード）が使用されている。なお、光源１２の種類としてはＬＥＤに限定されるものではなく、ＶＣＳＥＬ素子のようなＬＤ（レーザーダイオード）等であってもよい。

【0024】

基板１４は、複数の光源１２がその表面に配置される略矩形の板材である。なお、基板１４の表面には、光源１２の他、当該光源１２に給電するための給電端子や給電回路も配置されている。

【0025】

ヒートシンク１６は、銅・ステンレス・アルミニウム等の熱伝導性の高い材質で形成された厚みのある板状の部材である。本実施形態に係るヒートシンク１６の場合、表面側に基板１４の背面が当接配置されており、背面側（基板１４が配置された面とは反対側の面）には、２本の冷媒通流管嵌込溝２０が互いに平行となるように形成されている。

【0026】

これら冷媒通流管嵌込溝２０は、冷媒通流管５０が嵌め込まれる溝である。なお、図示するように、冷媒通流管嵌込溝２０に対して冷媒通流管５０を直接嵌め込んでもよいし、冷媒通流管嵌込溝２０の表面と冷媒通流管５０の表面との間に、熱伝導性の高いグリースやシート等を挟んでもよい。

【0027】

保持具１８は、ヒートシンク１６との間で冷媒通流管嵌込溝２０に嵌め込まれた冷媒通流管５０を挟んで保持する役割を有する板材であり、本実施形態では、ビス１９等によってヒートシンク１６に対して固定されている。

【0028】

図１に戻り、冷媒通流管５０は、銅・ステンレス・アルミニウム等の熱伝導性の高い材質で形成されたパイプ材であり内部を冷媒Ｌが通流するようになっている。本実施形態では、２本の冷媒通流管５０が互いに平行となるようにして、各光源モジュール１０におけるヒートシンク１６の冷媒通流管嵌込溝２０に嵌め込まれている。なお、冷媒Ｌの種類は特に限定されるものではないが、水道水や精製水（蒸留水、イオン交換水、純水）、あるいは、エタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、またそれらを水で希釈したもの等が考えられる。

【0029】

冷媒通流装置６０は、各冷媒通流管５０に対して冷媒Ｌを通流・循環させるための装置であり、本実施形態では、大略、チラー６２と、冷媒供給マニホールド６４と、冷媒回収マニホールド６６とを備えている。

【0030】

チラー６２は、各光源モジュール１０からの熱を回収して暖まった冷媒Ｌを受け入れて冷却し、再び各光源モジュール１０に供給する装置である。なお、工場循環水等のように、冷却された冷媒Ｌを利用できる場合は、チラー６２を設ける必要はない。

【0031】

冷媒供給マニホールド６４は、チラー６２から供給配管６８を介して供給された冷媒Ｌを各冷媒通流管５０に供給する役割を有する部材であり、供給配管６８と各冷媒通流管５０とが接続されている。

【0032】

本実施形態では、複数の光源モジュール１０が２つのグループに分けられており、各グループで５つの光源モジュール１０が一例に並べて配置されている。これらグループごとに２本の冷媒通流管５０が配置されているので、冷媒供給マニホールド６４には４本の冷媒通流管５０が接続されている。また、１つのグループにおいて、各冷媒通流管５０には、互いに対向するようにして冷媒Ｌが流れるようになっている。

【0033】

冷媒回収マニホールド６６は、各冷媒通流管５０から戻ってきた冷媒Ｌを集めて、回収配管７０を介してチラー６２に冷媒Ｌを戻す役割を有する部材であり、回収配管７０と各冷媒通流管５０とが接続されている。

【0034】

上述のように、本実施形態では、５つの光源モジュール１０を有する２つのグループがあり、これらグループごとに２本の冷媒通流管５０が配置されているので、冷媒回収マニホールド６６には４本の冷媒通流管５０が接続されている。

【0035】

（光照射装置１００の特徴）
本実施形態に係る光源モジュール１０では、表面に光源１２が配置された基板１４に取り付けられたヒートシンク１６に冷媒通流管５０が嵌められる冷媒通流管嵌込溝２０が形成されており、チラー６２で冷却された冷媒Ｌを各冷媒通流管５０に通流させることにより、光源１２で生じた熱を回収して当該光源１２を冷却することができる。幅の広いワークＷに対応するために多数の光源モジュール１０を一列に並べる場合であっても、冷媒通流管５０からの冷媒漏れ防止は容易であることから、当該冷媒ＬがワークＷに付着してしまう可能性を極小化できる。

【0036】

（変形例１）
上述した実施形態に係る光源モジュール１０では、ヒートシンク１６の背面側（基板１４が配置された面とは反対側の面）に２本の冷媒通流管嵌込溝２０が互いに平行となるように形成されていたが、ひとつのヒートシンク１６に形成される冷媒通流管嵌込溝２０の数は、１本でもよいし、３本以上であってもよい。

【0037】

例えば、ひとつのヒートシンク１６に３本の冷媒通流管嵌込溝２０を形成する場合、つまり、ひとつの光源モジュール１０のグループに対して３本の冷媒通流管５０を取り付ける場合は、図３に示すような態様となる。この場合、各冷媒通流管５０内を通流する冷媒Ｌの通流方向については、２本の冷媒通流管５０において同じ方向とし、残りの１本の冷媒通流管５０において逆の方向とするのが好適である。もちろん、３本すべての冷媒通流管５０において同じ方向に冷媒Ｌを通流させてもよい。

【0038】

（変形例２）
また、上述した実施形態に係る光源モジュール１０では、ヒートシンク１６との間で冷媒通流管嵌込溝２０に嵌め込まれた冷媒通流管５０を挟んで保持する役割を有する保持具１８を使用していたが、例えば、図４に示すように、ヒートシンク１６に冷媒通流管５０を挿通させる冷媒通流管挿通孔２２を形成する場合や、ヒートシンク１６と基板１４との間に冷媒通流管５０を配置する場合（図示せず）には、保持具１８が不要となる。

【0039】

（変形例３）
さらに、図５に示すように、光照射装置１００に、各冷媒通流管５０のいずれか１本を中心軸として残りの冷媒通流管５０を回動させることにより、光源モジュール１０による照射角度を調整する冷媒通流管回動手段７２をさらに設けてもよい。なお、この図５には、ひとつの光源モジュール１０のグループに対して２本の冷媒通流管５０を取り付けた場合を示している。

【0040】

冷媒通流管回動手段７２により、図中下側の冷媒通流管５０を中心軸として、図中上側の冷媒通流管５０を回動させることにより、光源モジュール１０による照射角度を調整変更することができる。

【0041】

なお、ひとつの光源モジュール１０のグループに対して３本の冷媒通流管５０を取り付ける場合は、図６に示すようになり、図中最下側の冷媒通流管５０を中心軸として、図中中段および図中最上段の冷媒通流管５０をそれぞれ同じ角度で回動させることにより、光源モジュール１０による照射角度を調整変更することができる。

【0042】

（変形例４）
また、変形例３で説明したように光源モジュール１０の照射角度を調整できるようにしたとき、これに加えて、図７に示すように、ワークＷの露光に使用される偏光子Ａ、透光板Ｂ、光学フィルタＣ、およびカバーガラスＤ等の位置をワークＷの配置面に対して平行に調整できるようにしてもよい。

【0043】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0044】

１０…光源モジュール、１２…光源、１４…基板、１６…ヒートシンク、１８…保持具、１９…ビス
２０…冷媒通流管嵌込溝、２２…冷媒通流管挿通孔
５０…冷媒通流管
６０…冷媒通流装置、６２…チラー、６４…冷媒供給マニホールド、６６…冷媒回収マニホールド、６８…供給配管、７０…回収配管、７２…冷媒通流管回動手段
１００…光照射装置
Ｌ…冷媒、Ｗ…ワーク、Ａ…偏光子、Ｂ…透光板、Ｃ…光学フィルタ、Ｄ…カバーガラス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】