JP2014011107A - Ｌｅｄ光源装置およびｌｅｄ光源を備えた露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ光源装置のレンズの温度上昇を抑制すると同時に、レンズの放熱特性も向上させる。
【解決手段】複数の発光素子搭載基板としての複数のＬＥＤ素子基板１０と、ＬＥＤ素子基板１０の上面に設けられたレンズアレイ２３と、ＬＥＤ素子基板１０の下面に設けられた接続基板３０と、接続基板３０の下面に設けられたヒートシンクなどの冷却部材４０と、レンズアレイ２３と冷却部材４０と間には、反射部６１と熱伝導部が接続した遮光部材６０を備えてＬＥＤ光源装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種照明用光源などに使用されるＬＥＤ光源装置、それを用いた露光機用光源装置などのバックライト装置、およびＬＥＤ光源を備えた露光装置に関する。

本発明に関するＬＥＤ光源装置の背景技術について図５、図６を用いて説明する。一般的な従来のＬＥＤ素子基板の構成例として、特許文献１には図５に示すようなＬＥＤ素子基板が開示されている。
図５において、ＬＥＤ素子基板１０は、セラミック基板１１の表面に凹部１１ａ が形成されている。その凹部１１ａ内には配線パターン１２が設けられ、その配線パターン１２に、１個または異なる発光色を有する複数のＬＥＤチップ１３が接着剤（図示せず）などによってダイボンドされている。このとき、ＬＥＤチップ１３は、発光面と反対側の面をセラミック基板凹部１１a側に向けて接着されている。そのＬＥＤチップ１３の電極（ 発光面側の電極 ）とセラミック基板凹部１１a上の配線パターン１２の所定位置とは、金などからなる接続用ワイヤ１４にてワイヤボンドされている。セラミック基板凹部１１ａの内部はシリコーン樹脂などのモールド樹脂１５により覆われて封止されているか、窒素などの不活性ガスが封入されてガラス基板(図示せず)などで封がされている。また、セラミック基板１１の一部側面から一部裏面に亘って、このＬＥＤ素子基板１０を外部と電気的に接続するための電極配線用端子１６が設けられている。

さらに、ＬＥＤチップ１３から発光される光を効率よく集光させる目的から、セラミック基板凹部１１ａの上面には、レンズ２０が設置される。レンズ２０は、透明ガラスまたは、透明樹脂製の材料にて構成されている。レンズ２０の上部には、球面または、非球面の凸型レンズ面２１が形成される。また、樹脂製レンズの場合は、ＬＥＤ素子基板１０との位置合わせを行うためにレンズ２０の下面には、窪み２２が形成されている。前記窪み２２にＬＥＤ素子基板１０を収容することで、ＬＥＤチップ１３からの発光光の光軸とレンズの光軸を合わせることが可能となる。あるいは、複数の凸型集光レンズが基材に乗せられた状態のレンズアレイを用いることで複数のレンズの光軸合わせを同時に行うことができる構造となっている。

上記したような従来のＬＥＤ素子基板１０を用いて照明用光源などのＬＥＤ光源装置を構成する場合には、複数のＬＥＤ素子基板１０を、図６に示すように、アルミや銅板などからなる接続基板３０に半田などによって例えば一列または複数列に並ぶようにそれぞれ取り付けられる。このとき、図６に示したようにＬＥＤ素子基板１０内において、ＬＥＤチップ１３は、発光面と反対側の面をセラミック基板凹部１１a側に向けて取り付けられている。レンズは、複数のＬＥＤ素子基板１０の配置に合わせて複数の凸型レンズ面を配置したレンズアレイ２３が形成されている。

さらに、例えば露光装置や各種照明装置などにＬＥＤ光源装置を用いる場合には、ＬＥＤ光源装置が大電流で駆動されるため、充分な放熱が必要となる。このような場合には、特許文献２、及び特許文献３には、図７に示すように、複数のＬＥＤ素子基板１０が取り付けられた接続基板３０のＬＥＤ素子基板取付面とは反対側の面（裏面）に、ヒートシンクなどのような冷却部材４０が取り付けられている。

特開２００４−３１１７９１号公報 特開２００９−１５８２７４号公報 特開２０１１−１４５９３号公報

しかしながら、上記図７の従来のＬＥＤ光源装置では、レンズの冷却については考慮されておらず、レンズの温度上昇に伴う問題がある。
図８に従い、従来のＬＥＤ光源装置における問題を説明する。ＬＥＤ素子13より配光角度(ＬＥＤ素子より発光される全ての光を対象として、鉛直上方の光の強度が最も強く、鉛直上方を基準として光の強度が例えば５０％以上となるところまでの角度を表す。)を持って発光した光がレンズアレイ２３にて所望の角度に集光され、凸型レンズ面より所定の方向に出射される。一方で、レンズアレイ２３内部では、レンズアレイ材料による光吸収があるために、光がレンズアレイを通過している途中において光吸収による温度上昇が起こる。

さらには、レンズに入射した光の一部はレンズと空気の界面にてレンズ内側に反射し、その光はレンズ裏面からＬＥＤ方向に戻ってしまう迷光が発生する。迷光の一部は、レンズの裏面を透過して、ＬＥＤ素子基板１０を搭載する接続基板３０の表面、若しくはＬＥＤ素子基板１０の外壁に当たり、そこで光吸収され、熱に変化する。ここで発生した熱は接続基板３０の表面やＬＥＤ素子基板１０の外壁に接する空気層２４の温度上昇をもたらす。
ここで、図８に示すように複数のＬＥＤ素子基板１０が高密度に接続基板３０上に実装され、複数のレンズがアレイ状に実装されたレンズアレイ２３を用いたＬＥＤ光源装置の場合、複数のＬＥＤ素子基板１０と接続基板３０とレンズアレイ２３によって周囲を取り囲まれた空気層２４の熱は、レンズアレイ２３に伝わり、温度上昇が大きくなる。

従来の構造においては、レンズアレイ２３はＬＥＤ素子基板１０表面に乗っている構造であるために、レンズアレイ２３に蓄積された熱はＬＥＤ素子基板１０を通して、接続基板３０を経て冷却部材４０に伝えられる。しかしながら、ＬＥＤ素子の発熱によりＬＥＤ素子基板は高温になっていることから、レンズの熱を冷却部材に伝えることができないといった問題があった。
その結果、大電流にて駆動される露光機用光源や照明用光源などのように、消費電流量が多くなってＬＥＤチップ１３からの発光量が増えると、迷光の光量が増加するために、さらにレンズの温度が上昇する。高温となった集光レンズでは、熱ストレスが増加してレンズの熱歪みによる光軸の変化などを生じて、信頼性の点からも問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、簡単な構成で、レンズを透過しなかった迷光が空気層に入り込むことを防ぐことで、レンズの温度上昇を抑制し、さらにレンズ内部にて発生した熱を効率よく放熱することができるＬＥＤ光源装置、これを用いたバックライト装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では、セラミックの基体上に形成した電極に発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを接続したＬＥＤ素子基板と、該ＬＥＤ素子基板を複数搭載してＬＥＤチップに電流を供給する配線パターンを有する接続基板と、前記ＬＥＤチップで発光した光を集光させるレンズと、前記ＬＥＤ素子基板で発生した熱を放熱する冷却部材とを有するＬＥＤ光源装置を、前記レンズの裏面に接触して、前記レンズを透過しなかった迷光をレンズ側へ反射させる反射部と、該反射部と、前記冷却部材とに接続して前記レンズに発生した熱を前記冷却部材へ伝導する熱伝導部とより成る遮光部材を、複数の前記ＬＥＤ素子基板の間の領域、および前記ＬＥＤ素子基板を挟む領域に設置して構成した。

また、上記課題を解決するために本発明では、前記遮光部材の前記反射部が前記ＬＥＤ素子基板からの発光光を配光角度以内の領域で遮らず、前記遮光部材の前記熱伝導部が前記ＬＥＤ素子基板と接触しない条件を満たす領域に、前記遮光部材を設置した。

また、上記課題を解決するために本発明では、前記ＬＥＤ素子基板を挟む領域に設置された前記遮光部材は、前記ＬＥＤ素子基板の幅w_ｓと、前記ＬＥＤ素子基板を挟む領域に設置された前記遮光部材の反射部間の幅w_ ｒとの間に、w_ｓ≦w_ｒ の関係を満たすように、前記遮光部材を設置した。

また、上記課題を解決するために本発明では、複数の前記ＬＥＤ素子基板の間の領域、および前記ＬＥＤ素子基板を挟む領域に設置された前記遮光部材は、遮光部材高さｈ_rと、ＬＥＤ素子基板高さh_sと、接続基板の厚さh_cとの間に、
h_r＞h_s＋h_c の関係を満たすように、前記遮光部材を設置した。

また、上記課題を解決するために本発明では、光源部から発せられた光をインテグレータに入射し、該インテグレータから出射した光を、コリメータミラー、マスクを介して感光剤が塗布されたワークに照射して、マスクに形成されたパターンをワーク上の感光剤に露光するように各部を配置して構成した露光装置を、前記光源部は、所定数のＬＥＤ素子基板を配置して構成したLED光源装置を複数台、前記インテグレータに効率よく集光できるように傾斜角度を調整・配置して構成され、前記LED光源装置は、セラミックの基体上に形成した電極に発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを接続したＬＥＤ素子基板と、該ＬＥＤ素子基板を複数搭載してＬＥＤチップに電流を供給する配線パターンを有する接続基板と、前記ＬＥＤチップで発光した光を集光させるレンズと、前記ＬＥＤ素子基板で発生した熱を放熱する冷却部材とを備え、更に、前記レンズの裏面に接触して、前記レンズを透過しなかった迷光をレンズ側へ反射させる反射部と、該反射部と、前記冷却部材とに接続して前記レンズに発生した熱を前記冷却部材へ伝導する熱伝導部とより成る遮光部材を、複数の前記ＬＥＤ素子基板の間の領域、および前記ＬＥＤ素子基板を挟む領域に設置して構成されるようにした。

本発明の効果について以下に説明する。
本発明にあっては、遮光部材に接続したレンズアレイが発光素子の発光面上方に設置され、発光素子（例えば発光ダイオードチップ；これをＬＥＤチップという）が搭載された発光素子搭載基板（ 例えばセラミック基板）があり、この発光素子搭載基板が搭載された、金属製または樹脂製の接続基板があり、接続基板に接続した冷却部材を備えたＬＥＤ光源装置において、上記遮光部材は、反射部とその反射部に接続した熱伝導部を備えており、反射部はレンズアレイの底面に接続され、熱伝導部は冷却部材に接続されている構造をとっている。

このため、レンズアレイによって発生した迷光は、反射部での反射によりレンズアレイ上部に光の進行方向を変えられ、レンズ上面より放射されることで、発光素子搭載基板と接続基板とによって取り囲まれた空気層に入ることがなく、ゆえに温度上昇を低減することができる。さらにレンズアレイにて光吸収された熱は、遮光部材を経て冷却部材に熱的に接続しているために、効率よくレンズ冷却が可能となる。
これによって、高温となる発光素子への熱ストレスを低減できて、信頼性を向上させることができる。
さらに発光素子搭載基板として従来の樹脂基板に代えて熱伝導性の良いセラミック基板や金属ベース基板を用いれば、温度ばらつきはいっそう低減できる。

(a) 本発明のＬＥＤ光源装置の実施形態１における構成例を示す断面図であり、(b) 図１(a)のＡ−Ａ断面を表わす断面図であり、(c) 図１(a)のＢ−Ｂ断面を表わす断面図である。 本発明のＬＥＤ光源装置の実施形態２における構成例を示す断面図である。 本発明のＬＥＤ光源装置の実施形態３における構成例を示す断面図である。 本発明のＬＥＤ光源装置の実施形態４における構成例を示す断面図である。 従来のＬＥＤ素子基板およびレンズにおける構成を示す斜視図である。 従来のＬＥＤ素子基板を複数搭載した接続基板およびレンズアレイにおける構成を示す斜視図である。 従来のＬＥＤ光源装置の構成を示す断面図である。 従来のＬＥＤ光源装置において光の方向を示す断面図である。

以下に、本発明のＬＥＤ光源装置、これを用いたバックライト装置、およびこれを用いた露光装置の実施形態１〜３として、ＬＥＤ光源装置、これを用いたＬＥＤバックライト装置、およびこれを用いた露光装置に適用した場合について図面を参照しながら説明する。

図１(a)は、本発明のＬＥＤ光源装置の実施形態１における構成例を示す断面図である。図１(b)、(c)は、図１(a)におけるA−A断面、B−B断面を表わす断面図である。
図１(a)において、ＬＥＤ光源装置１００は、一列または複数列に所定間隔に配列された複数の発光素子搭載基板としての複数のＬＥＤ素子基板１０と、ＬＥＤ素子基板１０の上面に設けられたレンズアレイ２３と、ＬＥＤ素子基板１０の下面に設けられた接続基板３０と、接続基板３０の下面に設けられたヒートシンクなどの冷却部材４０と、レンズアレイ２３と冷却部材４０との間には、反射部６１と熱伝導部６２が接続した遮光部材６０を有する。

ＬＥＤ素子基板１０は、発光素子搭載用基板としてのセラミック基板１１と、セラミック基板１１に設けられた発光源の発光素子としての発光ダイオードチップであるＬＥＤチップ１３と、セラミック基板１１上の配線パターン（図示せず）の所定位置とＬＥＤチップ１３の電極とを接続するための接続用ワイヤ（図示せず）とを有している。

前記ＬＥＤ素子基板１０に搭載されているＬＥＤチップ１３の発光波長は、紫外線から赤外線までの波長である。さらには、前記ＬＥＤ素子基板に搭載されているＬＥＤチップは、光を発生しない素子、すなわち、熱を発生する素子であればよく、ＬＥＤ素子に限ったものではない。また、ＬＥＤ素子基板に搭載されるＬＥＤ素子の数は１個であっても複数であっても良い。

セラミック基板１１は熱伝導性がよく、セラミック基板１１には、その一方側の表面中央部に凹部１１ａが設けられている。凹部１１ａ内には１個または、異なる発光色の複数個のＬＥＤチップ１３が、発光面とは反対側の面(裏面)をセラミック基板１１に向けて搭載されて、凹部１１ａ内に設けられた配線パターン（図示せず）の所定位置上にダイボンドされている。

前記発光素子搭載基板は、たとえば、アルミナ、ＡｌＮ、ＳｉＣなどの熱伝導性の良い材料であることが好ましい。発光素子搭載基板の一部が熱伝導性の悪い樹脂製であってもＡｌやＣｕなど金属部材をリードフレームや、放熱用プレートとして複合させることで発光素子搭載基板の放熱性を高めた基板であっても良い。

接続基板３０は、図１(a)においては、１つのＬＥＤ素子基板１０を搭載しているように示しているが、奥行き方向には、図１(b)のA−A断面が示す通り、その上面に複数のＬＥＤ素子基板１０が配列されている。本実施例では、接続基板３０上には、複数のＬＥＤ素子基板１０が１列に、はんだ、または、導電樹脂によって周期的な間隔で接合されているが、複数列に接合されている場合も含む。この接続基板３０では、ＬＥＤチップ１３に電流を供給するための配線パターン（図示せず）と、セラミック基板１１の裏面に設けられた配線パターン（図示せず）とがはんだ１７などにより接続されている。

接続基板３０は、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂など樹脂を用いた基板であるが、放熱性を高めたＡＬやＣｕを使った金属ベース基板であれば、さらに好ましい。

冷却部材４０は、その上面に配置された複数の接続基板３０と接合されている。冷却部材４０は、フィンなどを持ったヒートシンクや水冷ジャケット、ヒートパイプ、ペルチェ素子などの放熱特性を高めた部材を備えたものである。あるいは、ＬＥＤ光源装置の筐体構成部材を冷却部材として用いる。

遮光部材６０は、反射部６１と熱伝導部６２とにより構成されており、反射部６１はレンズアレイ２３の裏面に接触しており、さらに熱伝導部６２は冷却部材４０に直接接続されている。遮光部材６０の熱伝導部６２は、図１(b)のA−A断面では、ＬＥＤ素子基板１０の間を、接続基板３０の上を跨いで接続されている例が示されている。また、熱伝導部６２は、図１(c)のB−B断面では、ＬＥＤ素子基板１０の間を、反射部６１を介してレンズアレイ２３の裏面と冷却部材４０とを接続している。

反射部６１は、セラミック基板１１の凹部１１ａの上面の発光面（幅w_s）を覆わないように穴径w_rの穴が、
（数１） w_s ≦ w_r
の関係を満たすように設けられており、ＬＥＤ素子基板１０より取り出された発光光が、レンズアレイに入射することを妨げない構造となっている。反射部６１の材料は、高熱伝導特性と高反射率の両方の特性が求められる。材料としては、アルミ、銀や酸化アルミなどがよい。

図１(a)、(b)、(c)に示すＬＥＤ光源装置の構成例によれば、レンズアレイ２３の裏面が反射部６１に接続しているために、レンズアレイを透過できずに下方向に向かった迷光はレンズ下部に接触している反射部６１により反射され、レンズアレイ２３の上面方向に進行方向を変えるために、複数のＬＥＤ素子基板１０にて囲われた空気層に迷光が入ることがない。
さらに、レンズ２３での光吸収によって発生するレンズ内部での熱は、レンズアレイ２３に接触した反射部６１を経て、熱伝導部６２が冷却部材４０に接続していることから、効率よくレンズアレイ２３を冷却することが可能である。(図１(b)のA−A断面で、熱伝導部６２が接続基板３０の上を跨いで接続されている箇所は、接続基板３０を通して冷却部材４０へ熱を逃がすことになる。)
さらには、遮光部材高さh_rとセラミック基板高さh_s、接続基板の厚さh_cでは、
（数２） h_r ＞ h_s ＋ h_c
の関係を満たすことにより、レンズアレイ２３をセラミック基板１１に接触しない状態に保持できる。これにより、セラミック基板１１の熱がレンズアレイ２３に伝わることがなく、レンズアレイ２３の温度上昇を防ぐことができる。

遮光部材６０の反射部６１の材料としては、表面がアルミや銀などの反射率の高い金属膜もしくは、酸化チタンや酸化ケイ素などの酸化物にて覆われているのが好ましい。また、遮光部材６０の熱伝導部６２の材料としては、アルミや銅など熱伝導率の高い金属や、熱伝導性フィラーを充填することで熱伝導率が高い樹脂などが好ましい。

遮光部材６０とセラミック基板１１との間には空気層３３が存在している。そのため、遮光部材６０がセラミック基板１１の側面に直接に接触することがない構造である。そのために発光素子１３より発熱した熱がセラミック基板１１を経て遮光部材６０に伝導することがない。そのためレンズアレイ２３内部にて発生した熱を冷却部材４０に直接放熱させることができるために、レンズアレイの温度をセラミック基板温度よりも低温にすることが可能となる。これにより、ＬＥＤチップ１３の点灯と不点灯によるセラミック基板１１の温度変化に影響されることがなく、レンズアレイ２３の温度を一定に保つことが可能となる。
また、空気層３３は、空気層に限らず遮光部材６０を構成する材料よりも熱伝導率の低い材料であればよい。

図２は、本発明のＬＥＤ光源装置の実施形態２における構成例を示す断面図である。
本実施形態２では、冷却部材４０の上面に複数の接続基板３０が設置されている。
遮光部材６０には接続基板３０の厚さh_cと外形形状に合わせた切り欠け部分６３があり、切り欠け部分６３を接続基板３０の外周部分に合わせることで遮光部材６０と接続基板３０上に実装されている複数のＬＥＤ素子基板１０の相対的な位置決めが可能となる。さらに、切り欠け部分の高さＬを、
（数３） Ｌ ≦ ｈ_c
とすることで、遮光部材６０を冷却部材４０とネジなどの取り付け部材を用いて固定する場合に、接続基板３０を冷却部材４０に押し付けることが可能となるため、接続基板３０の放熱性も向上する。さらには、上記構造においては、遮光部材６０の位置決めと固定ができていることから、接続基板３０自体を固定する必要がない。そのため簡単な組み立て工程で光源を組み立てることが可能となる。

図２において、例えば接続基板３０の上面にＬＥＤ素子基板１０が複数列配置された場合には、複数のＬＥＤ素子基板１０の間を遮光部材６０で埋める方法として、例えば以下の方法が考えられる。
接続基板３０のＬＥＤ素子基板１０配置領域間に、遮光部材６０の熱伝導部６２を貫通させる穴部３１を形成して、遮光部材６０を穴部３１を介して冷却部材４０に固定する。この遮光部材６０の反射部６１の形状は、ＬＥＤ素子基板１０より取り出された発光光が、レンズアレイに入射することを妨げない範囲で、ＬＥＤ素子基板１０の間を最大限占有するように形状が決められるのが望ましい。例えば、ＬＥＤ素子基板１０からの配光角度以内の発光光を遮らない範囲で、ＬＥＤ素子基板１０の間を最大限占有するように形状が決められるのが望ましい。なお、前記した接続基板３０に開けられる穴部３１の形状は、接続基板３０に敷設される配線パターンを損なわず、接続基板３０の強度に影響の無い範囲で、最大限の穴部を形成して、穴部を貫通する遮光部材６０の熱伝導部６２の断面形状を大きくすることが、レンズアレイの冷却の上で望ましい。

図３は、本発明のＬＥＤ光源装置の実施形態３における構成例を示す断面図である。
本実施形態３では、冷却部材４０の上面に複数の接続基板３０が設置されている。
遮光部材６０の熱伝導部６２において冷却部材４０と接合する部分において突起６４が形成されており、それに対して冷却部材４０には、前述の突起６４に合致する位置に位置あわせ穴４１が設けられている。突起６４と位置あわせ穴４１が合致することで冷却部材４０と接続基板３０の相対位置を決めることができる。

また、遮光部材６０の反射部６１においても突起６５を設置し、前記突起６５に合致するレンズの位置に穴２５が設けられている。突起６５と位置合わせ穴２５を合致することで、遮光部材６０とレンズアレイ２３の相対位置を決めることができる。

従って、冷却部材４０と接続基板３０と、遮光部材６０とレンズ２３の相対位置を一意に決めることが可能となる。
また、反射部６１の突起６５によって、反射部６１とレンズ２３との接触面積を増やすことができるため、レンズ２３から反射部６１への熱伝導性を高めることが可能となる。

図４は本発明によるＬＥＤ光源装置を露光装置に適用した第４の実施例を示す露光装置の概略構成を示す図である。
本実施例における露光装置は、光源部５０、点灯電源部５２、インテグレータ５３、コリメータミラー５４、マスク５５、ワーク５６を備えて構成される。

露光光を放射する光源部５０は、複数のＬＥＤ光源装置５１から構成される。実施例１乃至３で説明した本発明のＬＥＤ光源装置を、例えばＬＥＤ素子基板１０を１００個単位に纏めて、冷却部材４０上に配置された接続基板３０上に搭載して、１枚のタイル状に構成する。このように構成された複数のＬＥＤ光源装置を、各ＬＥＤ光源装置から発せられた光が、効率よくインテグレータ５３に入射できるように、光源部５０における配置、傾斜角度を設計する。図４に示すＬＥＤ光源装置５１、及びインテグレータ５３の各素子は紙面に垂直な方向に２次元状に配置されている。

各ＬＥＤ光源装置５１を構成する冷却部材４０は、発熱を効率よく放熱するためにチラー装置(図示せず)に接続されている。各ＬＥＤ光源装置５１の接続基板上に設けられた配線はハーネスを通して、電力を供給する点灯電源５２に接続されている。

ＬＥＤ光源装置５１のレンズアレイ２３にて集光された光は、インテグレータ５３に入射するが、集光効率の向上や集光光の輝度むらを解消するためにＬＥＤ光源装置５１の配置または傾斜角度を調整することで、ＬＥＤ光源装置５１から発せられた光が、効率よくインテグレータ５３に入射できるように設計されている。
インテグレータ５３から出射した光は、コリメータミラー５４、マスク５５を介してレジスト等の感光剤が塗布されたワーク５６に照射されマスク５５に形成されたパターンがワーク５６上の感光剤に露光形成される。

本実施例においては、液晶テレビ用パネルの露光用の光源としてＬＥＤ光源を採用する。このようなＬＥＤ光源を採用することにより、比較的大きな領域を均一に照明することが可能となり、大面積を均一に露光することができる。

また、本実施例のような露光機の光源は、従来からランプ(水銀灯、蛍光灯)が主流であるが、従来の露光機の光源にはシャッター機構が不可欠であるのに対して、ＬＥＤ光源はオン・オフの応答性が非常に高いために、オン・オフの制御によりシャッター機構を不要とできる特徴がある。従って、消費電力、光源の寿命の点で大変優れたものである。

１０ ＬＥＤ素子基板
１１ セラミック基板
１１a 凹部
１２ 配線パターン
１３ ＬＥＤチップ
１４ 接続用ワイヤ
１５ モールド樹脂
１６ 電極配線用端子
１７ はんだ
２０ レンズ
２１ 凸型レンズ面
２２ 窪み
２３ レンズアレイ
２４ 空気層
２５ 位置合わせ穴
３０ 接続基板
３３ 空気層
４０ 冷却部材
５０ 光源部
５１ ＬＥＤ光源装置
５２ 点灯電源
５３ インテグレータ
５４ コリメータミラー
５５ マスク
５６ ワーク
６０ 遮光部材
６１ 反射部
６２ 熱伝導部
６３ 遮光部材の切り欠け部分
６４ 熱伝導部の突起
６５ 反射部の突起
１００ ＬＥＤ光源装置
h_r 遮光部材高さ
h_s セラミック基板高さ
h_c 接続基板の厚さ
Ｌ 遮光部材切りかけ高さ
w_s 発光面の幅
w_r 穴径

Claims (10)

1. セラミックの基体上に形成した電極に発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを接続したＬＥＤ素子基板と、該ＬＥＤ素子基板を複数搭載してＬＥＤチップに電流を供給する配線パターンを有する接続基板と、前記ＬＥＤチップで発光した光を集光させるレンズと、前記ＬＥＤ素子基板で発生した熱を放熱する冷却部材とを有するＬＥＤ光源装置であって、
   前記レンズの裏面に接触して、前記レンズを透過しなかった迷光をレンズ側へ反射させる反射部と、
   該反射部と、前記冷却部材とに接続して前記レンズに発生した熱を前記冷却部材へ伝導する熱伝導部とより成る遮光部材を、複数の前記ＬＥＤ素子基板の間の領域、および前記ＬＥＤ素子基板を挟む領域に設置したことを特徴とするＬＥＤ光源装置。
2. 前記遮光部材の前記反射部が前記ＬＥＤ素子基板からの発光光を配光角度以内の領域で遮らず、前記遮光部材の前記熱伝導部が前記ＬＥＤ素子基板と接触しない条件を満たす領域に、前記遮光部材を設置したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
3. 前記接続基板には、前記ＬＥＤ素子基板が所定間隔で一列または複数列に配置した状態で実装されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
4. 前記ＬＥＤ素子基板を挟む領域に設置された前記遮光部材は、前記ＬＥＤ素子基板の幅w_ｓと、前記ＬＥＤ素子基板を挟む領域に設置された前記遮光部材の反射部間の幅w_ ｒとの間に、
   w_ｓ≦w_ｒ
   の関係を満たすように、前記遮光部材を設置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ光源装置。
5. 複数の前記ＬＥＤ素子基板の間の領域、および前記ＬＥＤ素子基板を挟む領域に設置された前記遮光部材は、遮光部材高さh_rと、ＬＥＤ素子基板高さh_sと、接続基板の厚さh_cとの間に、
   h_r＞h_s＋h_c
   の関係を満たすように、前記遮光部材を設置したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源装置。
6. 前記遮光部材の前記熱伝導部に、切り欠け部分の高さＬ≦接続基板の厚さh_c、となる切り欠け部を設けて、前記切り欠け部を接続基板の外周部分に合わせるように、前記遮光部材を設置したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
7. 前記遮光部材の前記熱伝導部の前記冷却部材と接合する部分に突起を形成し、それに対して前記冷却部材の前記突起に合致する位置に位置あわせ穴を形成して、前記突起と前記位置あわせ穴を合致させるように前記遮光部材を設置したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
8. 前記遮光部材の前記反射部のレンズ裏面と接合する部分に突起を形成し、それに対して前記レンズの前記突起に合致する位置に位置あわせ穴を形成して、前記突起と前記位置あわせ穴を合致させるように前記遮光部材を設置したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
9. 前記遮光部材の前記反射部は、表面を反射率の高い金属膜、若しくは酸化チタン、酸化ケイ素、または酸化物にて覆われるように構成し、前記遮光部材の前記熱伝導部は、アルミ、銅、または熱伝導率の高い金属、または熱伝導性フィラーを充填した熱伝導率が高い樹脂にて構成することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源装置。
10. 光源部から発せられた光をインテグレータに入射し、該インテグレータから出射した光を、コリメータミラー、マスクを介して感光剤が塗布されたワークに照射して、マスクに形成されたパターンをワーク上の感光剤に露光するように各部を配置して構成された露光装置において、
    前記光源部は、所定数のＬＥＤ素子基板を配置して構成したＬＥＤ光源装置を複数台、前記インテグレータに効率よく集光できるように傾斜角度を調整・配置して構成され、
    前記ＬＥＤ光源装置は、
    セラミックの基体上に形成した電極に発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを接続したＬＥＤ素子基板と、該ＬＥＤ素子基板を複数搭載してＬＥＤチップに電流を供給する配線パターンを有する接続基板と、前記ＬＥＤチップで発光した光を集光させるレンズと、前記ＬＥＤ素子基板で発生した熱を放熱する冷却部材とを備え、更に、
    前記レンズの裏面に接触して、前記レンズを透過しなかった迷光をレンズ側へ反射させる反射部と、
    該反射部と、前記冷却部材とに接続して前記レンズに発生した熱を前記冷却部材へ伝導する熱伝導部とより成る遮光部材を、複数の前記ＬＥＤ素子基板の間の領域、および前記ＬＥＤ素子基板を挟む領域に設置して構成されている、
    ことを特徴とするＬＥＤ光源を備えた露光装置。

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