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JP5121783B2 - Ｌｅｄ光源およびその製造方法ならびにｌｅｄ光源を用いた露光装置及び露光方法 - Google Patents

Ｌｅｄ光源およびその製造方法ならびにｌｅｄ光源を用いた露光装置及び露光方法 Download PDF

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Description

本発明は、各種照明用光源などに使用されるＬＥＤ光源、それを用いた バックライトモジュールなどのバックライト装置に関する。
一般的な従来のＬＥＤ（発光ダイオード）素子基板における構成例として、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、この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、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いる。また、セラミック基板１１の一部側面から一部裏面にわたって、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。
さらに特許文献１には、上記図５に示すようなＬＥＤ素子基板１０を用いて照明用光源などのＬＥＤ光源を構成する場合に、複数のＬＥＤ素子基板１０を、図６に示すように、ガラスエポキシ樹脂などからなる接続基板１７に半田１７ａ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る構成が開示されている。このとき、ＬＥＤチップ１３ａ〜ｃは、発光面と反対側の面をセラミック基板凹部１１a〜ｃ側に向けて取り付けられている。
さらに、特許文献１には、例えば露光装置や各種照明装置などにＬＥＤ光源を用いる場合には、ＬＥＤ光源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、図６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１７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放熱素子１８が取り付けられている。これらのＬＥＤ光源は、図７に示すように、バックライト装置の導光板１９の側面（光入射端面）に沿って、導光板１９内に光が入射されるように設置される。
そのほかにも、特許文献１には、ＬＥＤ光源における放熱構造として図８に示すような構造が提案されている。発光素子搭載基板１１として表面に凹部１１aが設けられたセラミック基板１１上の配線パターンにＬＥＤチップ１３が発光面とは反対側をセラミック基板凹部１１aに向けてダイボンドされており、セラミック基板の発光面とは反対側の面にヒートシンクなどの放熱素子１８が直接接合されている。接続基板１７はその下方に配置されている複数のセラミック基板１１に対応してＬＥＤ素子基板１０から光を通過させるための光透過部としての窓部２１がそれぞれ設けられている。また、接続基板１７には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の上面に設けられた配線パターン(図示せず)とがはんだ２０などにより接続されている構造が提案されている。
この特許文献１のＬＥＤ表示装置によれば、電流が流れることによってＬＥＤチップ１３から発せられた熱は、ＬＥＤチップ１３をセラミック基板１１にダイボンドする接着剤およびセラミック基板１１のみを経て放熱素子１８に伝えられるため、ＬＥＤチップ１３から放熱を効率よく行うことができる。
また、特許文献２には、図９で示すように図５のＬＥＤ素子基板１０の変形例として、ＬＥＤチップ１３の発光面とは反対側に、内部に液相気相放熱装置２３を有する金属ハウジング２２と接続された放熱構造が開示されている。
特許文献２での放熱構造においては、ＬＥＤチップ１３での発熱は金属ハウジング２２に伝導し、高熱伝導性を有した液相気相放熱装置２３を通して速やかにＬＥＤチップ１３から熱を離すことが可能となるため、ＬＥＤチップの温度上昇を抑制することができる。
更に、特許文献３には、マスクレス露光装置について記載されている。
特開２００４−３１１７９１号公報 特開２００８−１７２１７７号公報 特開２００６−２５０９８２号公報
しかしながら、上記図５に示したような特許文献１に開示されているＬＥＤ光源では、複数のＬＥＤ素子基板１１が取り付けられた接続基板１７のＬＥＤ素子基板取り付け面とは反対側の面（裏面）に、ヒートシンクなどのような放熱素子１８が取り付けられている。このため、ＬＥＤチップ１３にて発生した熱は、ＬＥＤ素子基板１０を構成するセラミック基板１１と接続基板１７を経て放熱素子１８に伝えられる。
ここで、図１０に示すように複数のＬＥＤ素子基板１０が高密度に接続基板１７上に実装されている場合、ＬＥＤ素子基板１０ｂを囲む複数のＬＥＤ素子基板１０ａ内のＬＥＤ素子から発生した熱は、ＬＥＤ素子基板１０ａからはんだ１７aと接続基板１７とを経由して放熱素子１８に伝導する。放熱素子１８内では、ＬＥＤ素子基板１０ａの直下に当る放熱素子１８の温度を上昇させ、面内周辺方向に行くに従って温度が下がる温度分布を形成する。
ＬＥＤ素子基板１０ｂから、はんだ１７aと接続基板１７とを経由して放熱素子１８へ伝達した熱は、すでに温度が上昇している放熱素子１８内では、前術のＬＥＤ素子基板１０ａより発生した熱と同様に拡散することができないため、ＬＥＤ素子基板１０ｂの直下に位置する接続基板周辺領域１７ｂと放熱素子の周辺領域１８ｂは、局所的に温度が上昇する。それに伴い、ＬＥＤ素子基板１０ｂで発生した熱は、接続基板１７に十分に伝達することができないため、ＬＥＤ素子基板１０ｂの温度は上昇する。したがって、ＬＥＤ素子基板１０ｂの温度は、ＬＥＤ素子基板４０ａの温度と異なる状態となる。よって、接続基板１７上に実装されているＬＥＤ素子基板１０においてばらつきが発生する問題が発生する。
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からの発熱量が増えると、温度ばらつきは拡大する。
さらに、ＬＥＤ素子基板の実装間隔幅が狭くなることによっても、温度ばらつきは拡大する。高温となったＬＥＤ素子基板１０ａでは、LEDチップ１３ａも高温となる。LEDチップは、温度上昇と共に発光効率が悪くなるため、発光出力は小さくなる。さらに高温環境に置かれたLEDチップの劣化は早まるためにLEDの寿命は短くなる。このことから、温度ばらつきの拡大は、光度の低下や光度のばらつき、LEDの寿命低下などの問題が生じる。
一方、上記特許文献１のＬＥＤ表示装置では、発光素子搭載基板と放熱素子までの放熱性は向上しているが、発光素子搭載基板間の温度ばらつきの問題は考慮されておらず、前述したように上記従来の構成による問題と同様の問題が生じる。
特許文献２についても同様に、上記従来の構成による問題と同様の問題が生じる。
特許文献３はマスクレス露光装置に関する発明で、光源として半導体レーザ又は水銀ランプやキセノンランプなどの放電ランプを用いることが記載されているが、ＬＥＤを光源として用いることについては触れられていない。
本発明の目的は、上記した従来の問題を解決して、簡単な構成で、また簡単な製造方法によって、ＬＥＤ発光素子を高密度に実装した発光素子搭載基板間の温度ばらつきを低減してより均一な照明を実現できるＬＥＤ光源、及びこの光源を用いた露光装置を提供することを目的とする。
上記した目的を達成するために、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素子体と、ＬＥＤ素子体を複数搭載したＬＥＤ素子搭載基板と、ＬＥＤ素子搭載基板で発生した熱を放熱する放熱素子とを備えたＬＥＤ光源において、ＬＥＤ素子搭載基板と放熱素子との間に熱伝導樹脂を介在させ、この熱伝導樹脂の一部はＬＥＤ素子搭載基板に設けられた貫通穴を介してＬＥＤ素子搭載基板のＬＥＤ素子体が搭載されている面の側に延在して複数のＬＥＤ素子体と接合している構成とした。
また、本発明では、ＬＥＤ光源の製造方法において、放熱素子上に熱伝導樹脂を供給し、表面にＬＥＤ素子体を複数搭載したＬＥＤ素子搭載基板の裏面側を熱伝導樹脂が供給された放熱素子に所定の間隔になるまで押付けて熱伝導樹脂を放熱素子とＬＥＤ素子搭載基板との間に広がらせ、ＬＥＤ素子搭載基板に設けた貫通穴を介して放熱素子とＬＥＤ素子搭載基板との間にある熱伝導樹脂の一部をＬＥＤ素子搭載基板の表面に押出して表面に搭載された複数のＬＥＤ素子体の間に充填し、熱伝導樹脂を放熱素子とＬＥＤ素子搭載基板との間に広がらせてその一部を貫通穴を介して放熱素子とＬＥＤ素子搭載基板との間に充填させた状態で加熱して硬化させるようにした。
また、本発明では、露光光源手段と、露光パターンを形成する露光パターン形成部と、基板を載置して少なくとも一方向に移動可能なテーブル手段と、露光光源手段と露光パターン形成部とテーブル手段とを制御する制御手段とを備えた露光装置において、露光光源手段はＬＥＤ光源を備え、ＬＥＤ光源は、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素子体と、ＬＥＤ素子体を複数搭載したＬＥＤ素子搭載基板と、ＬＥＤ素子搭載基板と接してＬＥＤ素子体で発生した熱を放熱する放熱素子とを有し、ＬＥＤ素子搭載基板と放熱素子とは熱伝導樹脂を介して接続されており、この熱伝導樹脂の一部はＬＥＤ素子搭載基板に設けられた貫通穴を介してＬＥＤ素子搭載基板のＬＥＤ素子体が搭載されている面の側に延在して複数のＬＥＤ素子体と接合するようにした。
本発明によれば、基板に搭載した複数の発光素子は熱伝導樹脂によって熱的に接続されているために発光素子（ＬＥＤ）搭載基板間の温度ばらつきは軽減される。これに加えて、熱伝導性樹脂は、発光素子搭載基板と放熱素子との間には熱伝導樹脂を通して接続しているために従来技術と比べると発光素子搭載基板から放熱素子への放熱をより効率良く行うことが可能となる。
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、温度ばらつきは一層低減できる。
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。
また、上記のＬＥＤ光源構造においては、従来の製造工程と同一工程にて製造できるために、新たな工程を新設する必要もなく、製造装置の導入も必要ない。このため製造コストを抑制することができる。
更に、本発明によるＬＥＤ光源を露光装置に適用することにより、より少ない消費電力でパターンの露光を行うことが可能になる。
本発明のＬＥＤ光源の実施形態１における構成例を示す断面図である。 実施例１における接続基板と放熱素子の接合工程を示した図で、放熱素子４に熱伝導樹脂５が所定の量供給された状態を示す図である。 実施例１における接続基板と放熱素子の接合工程を示した図で、接続基板３を押下げていって放熱素子４との間に熱伝導樹脂５を挟みこんだ状態を示す図である。 実施例１における接続基板と放熱素子の接合工程を示した図で、接続基板３を所定の位置まで押下げて放熱素子４との間に挟みこんだ熱伝導樹脂５の一部を貫通穴３０と通して接続基板３の上面でＬＥＤ素子基板の隙間に回りこんだ状態を示す図である。 本発明のＬＥＤ光源の実施形態２における構成例を示す断面図である。 本発明の実施形態３を示す露光機用ＬＥＤ光源の断面図である。 従来のＬＥＤ光源素子基板における構成を示す斜視図である。 従来のＬＥＤ光源の構成を示す断面図である。 従来のＬＥＤバックライトモジュールの構成を示す断面図である。 従来のＬＥＤ光源における他の構成を示す断面図である。 従来のＬＥＤ光源における他の構成を示す断面図である。 従来のＬＥＤ光源において熱の流れを示す断面図である。 本発明の実施形態4を示す露光機装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の実施形態4を示す露光機装置の露光条件を示すグラフである。
以下に、本発明のＬＥＤ光源、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１〜４として、ＬＥＤ光源、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は、本発明のＬＥＤ光源の第１の実施例における構成例を示す断面図である。
図１において、このＬＥＤ光源１は、接続基板３とこの接続基板３の上に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２と、接続基板３の下面に設けられたヒートシンクなどの放熱部材である放熱素子４と、ＬＥＤ素子基板２間と接続基板３と放熱素子４の隙間にはシリコーン接着剤などの熱伝導樹脂５が備えてある。
ＬＥＤ素子基板２ａ〜ｃは、図５に示したＬＥＤ素子基板１０と同じ構成を有しており、発光素子搭載用基板としての２ｍｍ〜７ｍｍ角で厚さが１.５〜３ｍｍのセラミック基板２０１ａ〜ｃと、セラミック基板２０１に設けられた発光源の発光素子としての０.２mm〜２mm角の発光ダイオードチップであるＬＥＤチップ２０２と、セラミック基板２０１上の最表面が０.３μm以上のＡｕ、またはＡｇまたはＡｌなど反射率の高い金属で覆われた配線パターン（ 図示せず）の所定位置とＬＥＤ チップ２０２の電極とを接続するための接続用ワイヤ２０３（または配線ワイヤ）とを有している。
セラミック基板２０１はアルミナや窒化アルミにより構成されているために熱伝導性がよく、セラミック基板２０１には、その一方、表面中央部に凹部が設けられている。凹部内には１個または、異なる発光色の複数個のＬＥＤチップ２０２が、発光面とは反対側の面(裏面)をセラミック基板２０１に向けて配置されて、凹部２０１ａ内に設けられた配線パターン（図５参照）の所定位置上にダイボンドされている。ＬＥＤチップ２０２の発光面側の電極は、凹部上に設けられた配線パターン（ 図示せず） の所定位置と接続用ワイヤ２０３ によってワイヤボンドされている。
接続基板３は、その上面に複数のセラミック基板２０１が配列されている。接続基板３は、ＬＥＤチップ２０２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２０１の裏面に設けられた配線パターン（ 図示せず）とがはんだ３２や導電性ペーストにより接続されている。
厚さ０.５ｍｍから５ｍｍの接続基板３には、その表裏を貫通するように直径が０．５ ｍｍから２ｍｍの複数の貫通穴３０が設けられている。貫通穴３０の設置位置は、セラミック基板２０１を載置する位置の近傍に置かれることにより、熱伝導樹脂５を効率よくセラミック基板２０１の側面に供給することができる。
アルミまたは、銅製の熱伝導性の優れた金属によって構成された放熱素子４は、その上面に配置した接続基板３と熱伝導樹脂５を介して接合されている。
熱伝導樹脂５は、シリコーン樹脂またはエポキシ系樹脂に熱伝導のためにアルミナ、カーボン、酸化チタン、シリカなどの絶縁体フィラ剤を混ぜ合わせたもので、熱伝導率が ０．５〜１０W/mKであり、熱膨張率２〜１００ｐｐｍの粘度１０〜１００Pa sとした熱塑性樹脂または光塑性樹脂である。熱伝導樹脂５は、複数のセラミック基板２０１a〜cの裏面または側面に接触しており、さらに、接続基板３の貫通穴３０を埋めるように配置されている。さらに、熱伝導樹脂５は、接続基板３の裏面と放熱素子４とを接合している。
図１のＬＥＤ光源の構成によれば、複数のセラミック基板２０１ａ〜ｃの側面または裏面が熱伝導樹脂５に接続しているために高温のセラミック基板２０１Ｂの熱は、熱伝導樹脂５を通して低温のセラミック基板２０１aおよび２０１ｃに伝導し、セラミック基板２０１bとセラミック基板２０１ａおよび２０１ｃの温度差は小さくなる。このため、複数のセラミック基板２０１ａ〜ｃでの温度のばらつきは減少する。LED1個当り２Wの投入電力に対して図６に示した従来の構成ではセラミック基板２０１bとセラミック基板２０１ａ、ｃ間の温度差が７℃であったものが、図１の構成において、充填高さｈ（熱伝導樹脂５が接続基板３の表面から上に出た部分の高さ）を１ｍｍ程度とすると、セラミック基板２０１ｂとセラミック基板２０１ａの温度差は３℃以内となった。
さらに、熱伝導樹脂５の充填高さｈを高めることで、熱伝導樹脂５とセラミック基板２０１ａ〜ｃとの接続面積を拡大することができるため、セラミック基板２０１ａ〜ｃから熱伝導樹脂５への熱伝導性は向上する。その結果として、セラミック基板２０１ａとセラミック基板２０１bの温度差をより小さくできる。
次に、ＬＥＤ光源の製造工程について説明する。
図２Ａから図２Ｃには、接続基板と放熱素子の接着工程を示した。
図２Ａに示した工程では、接続基板３にはリフローによるはんだによるセルフアライメントによって位置決めされた複数のＬＥＤ素子基板２ａ〜ｃが搭載されている。
また、熱伝導樹脂５は、たとえば、ディスペンサ（図示せず）を使って塗布量が調節された状態で放熱素子４に塗布されている。
図２Ｂに示した工程では、放熱基板４と接続基板３は、張り合わせ時に位置ズレしないように、たとえば、位置あわせのガイド(図示せず)などを通して位置あわせを行った後に、放熱基板４と接続基板３の裏面が、熱伝導樹脂５によって接合されるように上方から圧力をかける。圧力によって放熱基板４と接続基板３との間に挟みこまれた熱伝導樹脂５は厚さが薄くなりながら、水平面内方向に広がる。放熱基板４と接続基板３との間隔が所定の値になった時点で加圧をストップする。
接続基板３上には、ＬＥＤ素子２ａ〜ｃのセラミック基板２１１ａ〜ｃの近くに貫通穴３０が設置されているため、圧力印加と共に、熱伝導樹脂５が、貫通穴３０を通して、接続基板３の表面に押し出されてくる。
図２Ｃでは、さらに圧力を加え接続基板３の表面に押し出された熱伝導樹脂５が、セラミック基板２１１ａ〜ｃの裏面または、複数のセラミック基板２１１ａ〜ｃ間の隙間に回りこみ、複数のセラミック基板２１１ａ〜ｃ間に熱伝導樹脂５で充填された状態となり、セラミック基板２１１ａ〜ｃの側面または、裏面を熱伝導性樹脂５によって接合することができる。ここで、接続基板３の表面に押し出される熱伝導樹脂５の量は、複数のセラミック基板２１１ａ〜ｃ間に充填された熱伝導樹脂５の表面の高さがでセラミック基板２１１ａ〜ｃの高さよりも高くならないような量に設定する。
その後、熱伝導性樹脂５を、たとえば、１５０℃程度の高温に１時間放置する熱処理によって固化する。固化によって熱伝導性樹脂５の体積変化はほとんどないため、固化による熱伝導性樹脂５のはがれや、亀裂は起こらない。ここでは、熱硬化樹脂について述べたが、固化方法は、熱伝導性樹脂５の材料に依存するものであるから、熱伝導性樹脂５の材料に応じて熱硬化以外の光硬化や常放置による硬化方法が適用される。ここで述べた製造工程は、従来の工程と同一工程にて製造できるために、新たに接着工程を新設する必要もなく、製造装置の導入も必要ない。このため製造コストを抑制することができる。
さらに、上記の製造方法によれば、熱伝導樹脂５をセラミック基板２１１ａ〜ｃの裏面から上面(表面)に向けて供給できるために、ＬＥＤ素子基板２ａ〜ｃの発光面を熱伝導性樹脂５によって汚すことがなく、熱伝導性樹脂５を供給することができる。これにより、光源装置としての光照射量の低減が防止できる。
さらには、複数のＬＥＤ素子基板２ａ〜ｃが、狭い間隔にて実装された接続基板においても、熱伝導樹脂５は液体であるため狭い隙間にも入り込むことができ、セラミック基板の側面に隙間なく接着することができる。このために、接続基板３への実装密度を上げてもセラミック基板と熱伝導樹脂の接触面積が広がることで熱伝導性が向上し、セラミック基板２１１の温度ばらつきは縮小する。
図３は、本発明のＬＥＤ光源の第２の実施例における構成例を示す断面図である。
第２の実施例では、放熱素子３０４の上面に突起３０７が設置されており、接続基板３０３には、前述の突起３０７に合致する位置に位置あわせ穴３０８が設けられている。突起３０７と位置あわせ穴３０８とを合致させることで放熱素子３０４と接続基板３０３の相対位置を決めることができる。
突起３０７の高さは、接続基板３０３の厚さよりも高くすることで、突起の先端３０７aは、接続基板においてセラミック基板３０１ａ及びｂが実装された面(表面)から突き出た構造となっている。
このような構成においても実施形態１で図２Ａから図２Ｃを用いて説明したのと同様な工程を経ることにより、図３に示したように放熱素子３０４と接続基板３０３との間に供給された熱伝導樹脂３０５は、接続基板３０３の貫通穴３０９を通って接続基板３０３の表面（ＬＥＤ素子基板３００ａ，３００ｂが搭載されている面）に押し出され、複数のＬＥＤ素子基板３００ａ，３００ｂのセラミック基板３０１の裏面または側面さらには放熱素子３０４の突起３０７aにも回り込んで接触している。
この構造によれば、セラミック基板３０１ａ及びｂと放熱素子３０４との間を熱伝導樹脂３０５を介して接続しているため、ＬＥＤ素子基板３００ａ，３００ｂで発生した熱は実施形態１で説明した放熱経路に加えて、セラミック基板３０１ａ及びｂの側面から突起７０を通して放熱素子３０４に伝導する熱伝導経路を経由することで放熱することができることからＬＥＤ光源の放熱性を高めることができる。よって、複数のＬＥＤ素子基板３００ａ，３００ｂのセラミック基板３０１ａ及びｂの温度ばらつきが減少することに加えてセラミック基板３０１ａ及びｂの温度を低減することが可能となる。
図４は本発明の第３の実施例を示す露光機用ＬＥＤ光源の断面図である。
図４において、このＬＥＤ光源１Ａは、ＬＥＤ素子基板４１０のセラミック基板４０１の上面にレンズ基板４０２が設置され、このレンズ基板４０２に窓部４１１が設けられて光分散防止用のレンズ機能素子４１２が嵌め込まれている点で実施形態１及び２と異なる。レンズ機能素子４１２はＬＥＤ素子基板４１０からの発射され放射状に拡散して入射した光を平行な光に変換する。
レンズ機能素子４１２は、ＬＥＤ素子から発せられた光の波長において透過率５０％以上を有しており、石英などの無機ガラス材のほかにも、シリコーン樹脂、アクリル、エポキシ樹脂など有機樹脂を用いてレンズ形状に成型したものを用いる。レンズ機能素子４１２としては、球面レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズなどを用いることができる。
本実施例においても第１の実施例で図２Ａから図２Ｃを用いて説明したのと同様な工程を経ることにより、図４に示したような構成とすることができる。本実施形態においては、まず予めレンズ機能素子４１２が嵌め込まれたレンズ基板４０２と複数のＬＥＤ素子基板４１０がリフロー半田付けされた接続基板４０３とを接合した状態で、熱伝導樹脂４０５が供給された放熱素子４０４に接続基板４０３を図示していないガイドを用いて位置合わせを行った後に押付けて圧力をかける。この圧力をかけ続けることにより、放熱素子４０４と接続基板４０３との間に供給された熱伝導樹脂４０５は接続基板４０３の貫通穴４０９を通って接続基板４０３の表面（複数のＬＥＤ素子基板４１０が搭載されている面）に押し出される。この、接続基板４０３の表面に押し出された熱伝導樹脂４０５は複数のＬＥＤ素子基板４１０セラミック基板４０１の裏面または側面に回り込む。
このようにして熱伝導樹脂４０５が複数のＬＥＤ素子基板４１０のセラミック基板４０１の裏面または側面に回り込ませた状態で１５０℃程度の高温に１時間放置する加熱処理を施すことにより熱伝導樹脂４０５は固化する。熱伝導樹脂４０５は固化することによる体積の変化がほとんど無いため、固化により熱伝導樹脂４０５が放熱素子４０４や接続基板４０３、ＬＥＤ素子基板４１０とはがれや亀裂が発生せず、放熱素子４０４や接続基板４０３、ＬＥＤ素子基板４１０の間の熱伝達を向上させることができる。
なお、上記した工程において、レンズ機能素子４１２が嵌め込まれたレンズ基板４０２とＬＥＤ素子基板４１０がリフロー半田付けされた接続基板４０３とを接合することを、ＬＥＤ素子基板４１０がリフロー半田付けされた接続基板４０３と放熱素子４０４との間で熱伝導樹脂４０５を加熱固化してから行っても良い。
この構造によれば、ＬＥＤ素子基板４１０のセラミック基板４０１と放熱素子４０４との間を熱伝導樹脂３０５を介して接続しているため、ＬＥＤ素子基板４１０で発生した熱は実施形態１で説明した放熱経路を経由することで放熱することができることからＬＥＤ光源の放熱性を高めることができる。よって、複数のＬＥＤ素子基板４１０セラミック基板４０１の温度ばらつきが減少することに加えてセラミック基板３０１の温度を低減することが可能となる。
なお、本実施例３ においてこの場合のレンズ機能素子４１２は、例えばコリメートレンズが窓部４１１に嵌め込まれていてもよい．また、本実施例３に拠れば、ＬＥＤ素子基板４１０から発射した光が上方照射面に対して放射状に広がってしまうのを、図４に示すように、接続基板４０３の窓部４１１内にレンズ機能素子４１２を設けることによって、ＬＥＤ素子基板４１０からの光の方向を変化させて上方照射面に対して広がらずに垂直に照射させることが可能になり、ＬＥＤ光源に対向した光照射平面（図示せず）に対して照射強度ばらつきのない面内均一な照射光を得ることができる。
図１１は本発明によるＬＥＤ光源をマスクレスの露光機装置に適用した第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５００、インテグレータ５０３、コリメータミラー５０４、パターン生成部５０５、パターン生成部５０５を駆動するパターン生成駆動部５０５０、被露光基板であるワーク５０６を載置するワーク用テーブル５０６０、パターン生成駆動部５０５０及びワーク用テーブル５０６０、光源部５００を制御する制御部５１０を備えて構成されている。
露光光を放射する光源部５００は、複数の光源装置５００１，５００２，５００３から構成されており、各光源装置５００１，５００２，５００３は、発熱を効率よく放熱するために水冷ジャケット５０１に取り付けられている。各光源装置５００１，５００２，５００３の接続基板上に設けられた配線はハーネス５０２１，５０２２，５０２３を通して、電力を供給する点灯電源５０２４，５０２５，５０２６に接続されている。
光源装置５００１，５００２，５００３の配置または傾斜角度は、光源装置５００１，５００２，５００３から発せられた光が、効率よくインテグレータ５０３に入射できるように設計されている。光源装置５００１，５００２，５００３及びインテグレータ５０３の各素子は図１１の紙面に垂直な方向に２次元状に配置されている。
本実施例においては、露光用の光源部５００に実施例１乃至３で説明したような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になり、大面積を均一に露光することができる。
また、照明の幅に方向に渡ってほぼ同じ出射光量にすることができ、各ＬＥＤ光源の寿命もほぼ同じにすることができ、光源部５００を長寿命化することができる。
上記した構成において、光源部５００から発射されてインテグレータ５０３を透過した露光光は、コリメータミラー５０４でマスク５０５に形成された露光パターン面に沿って線状に集光（図面に垂直な露光パターン面の長手方向に線状）され、パターン生成部５０５を介してレジスト等の感光剤が塗布されたワーク５０６に照射されることによりパターン生成部５０５に形成されたパターンによる光像がワーク５０６上に塗布された感光剤（レジスト）に結像されて感光剤が露光される（なお、図１１に示した露光装置の構成においては、説明を簡略化するために結像光学系の記載を省略している。）。
ここでパターン生成部５０５はパターン生成駆動部５０５０で駆動されてワーク用テーブル５０６０により一方向に一定の速度で移動するワーク５０６の位置に応じて露光用パターンを形成する。マスクレス露光装置の具体的な構成については、たとえば特開２００６−２５０９８２号公報に記載されているような構成を用いればよい。
本実施例においては集光光学系に光透過型のレンズではなくコリメータミラー５０４を用いているために露光光の色収差の問題を発生することが無く、ＬＥＤ光源として多波長光を用いる場合に、より微細なパターン、よりシャープなパターンを露光することが可能になる。
露光時の光源装置への露光条件を図１１(ｂ)に示す。露光機における露光工程には、ワークの搬入、所定位置へのワークの固定、マスクとワークとの位置あわせ、露光、ワークの固定解除、ワークの搬出の工程がある。露光工程は、１０〜１２０秒が必要となるが、実際にワークに光が露光される時間は、おおよそ５〜６０秒である。
従来の水銀ランプ光源を用いた露光機においては、水銀ランプへの通電直後においては、ランプの温度の変動により出射光度が安定しない。そのために、安定するまで３０分程度待たなければならない。したがって、従来の水銀ランプ光源の露光機を用いる場合、露光工程では出射光度を安定させるために水銀ランプは常に通電して点灯させておく必要がある。しかし、本発明によるLED光源を用いれば、通電直後でも数ミリ秒以内に出射光度が安定するために、露光工程においては露光時間にだけLED光源に通電すればよいことから、露光機の消費電力の大幅な低減が可能となる。
１、１A・・・ＬＥＤ光源 ２・・・ＬＥＤ素子基板 ３・・・発光素子搭載基板 ４・・・放熱素子 ５・・・熱伝導性樹脂 １０、１０ａ、１０ｂ・・・ＬＥＤ素子基板 １１・・・セラミック基板 １１a・・・凹部 １２・・・基板配線
１３・・・ＬＥＤ素子 １４・・・接続用ワイヤ １５・・モールド樹脂
１６・・・電気配線用端子 １７・・・発光素子搭載用基板 １７a・・・はんだ
１８・・・放熱素子 １９・・・導光板 ２０・・・窓部 ２１・・・はんだ
２２・・・金属ハウジング ２３・・・液相気相放熱装置 ３０・・・貫通穴
３２・・・はんだ ２０１、２０１A、２０１B、２１１・・・セラミック基板
２０１a ・・・凹部 ２０２・・・ＬＥＤチップ ３０１・・・セラミック基板
３０３・・・接続基板 ３０４・・・放熱素子 ３０５・・・熱伝導樹脂 ３０７・・・突起 ３０７a・・・突起の先端 ３０８・・・位置あわせ穴
４０１・・・セラミック基板 ４０２・・・レンズ基板 ４０３・・・接続基板
４０４・・・放熱素子 ４０５・・・熱伝導樹脂 ４１０・・・ＬＥＤ素子基板
４１１・・・窓部 ４１２・・・レンズ機能素子 ５００、５０１・・・冷却ジャケット ５０２・・・点灯電源 ５０３・・・インテグレータ ５０４・・・コリメータミラー ５０５・・・マスク ５０６ワーク ５０７・・・露光時間 ５０８・・・露光していない時間 ５０９・・・露光工程時間。

Claims (13)

  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ＬＥ
    Ｄ素子体と、該ＬＥＤ素子体を複数搭載したＬＥＤ素子搭載基板と、該ＬＥＤ素子搭載基
    板で発生した熱を放熱する放熱素子とを有するＬＥＤ光源であって、前記ＬＥＤ素子搭載
    基板と前記放熱素子との間には熱伝導樹脂が介在し、該熱伝導樹脂の一部は前記ＬＥＤ素
    子搭載基板に設けられた貫通穴を介して該ＬＥＤ素子搭載基板の前記ＬＥＤ素子体が搭載
    されている面の側に延在して前記複数のＬＥＤ素子体と接合していることを特徴とするＬ
    ＥＤ光源。
  2. 前記発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを、前記セラミック基体に形成した凹部の内部で
    前記セラミックの基体上に形成した電極にワイヤボンディングにより接続されていること
    を特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源。
  3. 前記ＬＥＤ素子搭載基板に設けられた貫通穴を介して該ＬＥＤ素子搭載基板の前記ＬＥ
    Ｄ素子体が搭載されている面の側に延在した前記熱伝導樹脂は前記複数のＬＥＤ素子体間
    に該ＬＥＤ素子体よりも低い高さで充填されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥ
    Ｄ光源。
  4. 前記ＬＥＤ素子体から発光された光を平行光に変換するレンズ手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源。
  5. 前記熱伝導樹脂の熱伝導率は、前記ＬＥＤ素子搭載基板の熱伝導率よりも大きいことを
    特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源。
  6. 露光光源手段と、露光パターンを形成する露光パターン形成部と、基板を載置して少な
    くとも一方向に移動可能なテーブル手段と、前記露光光源手段と前記露光パターン形成部
    と前記テーブル手段とを制御する制御手段とを備えた露光装置であって、前記露光光源手
    段はＬＥＤ光源を備え、該ＬＥＤ光源は、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素子体と、該ＬＥＤ素子体を複数搭載したＬＥ
    Ｄ素子搭載基板と、該ＬＥＤ素子搭載基板と接して前記ＬＥＤ素子体で発生した熱を放熱
    する放熱素子とを有し、前記ＬＥＤ素子搭載基板と前記放熱素子とは熱伝導樹脂を介して
    接続されており、該熱伝導樹脂の一部は前記ＬＥＤ素子搭載基板に設けられた貫通穴を介
    して該ＬＥＤ素子搭載基板の前記ＬＥＤ素子体が搭載されている面の側に延在して前記複
    数のＬＥＤ素子体と接合していることを特徴とするＬＥＤ光源を備えた露光装置。
  7. 前記露光パターン形成部は、前記テーブル手段で駆動される基板の位置に応じて該基板
    を露光するパターンの形状を変えることを特徴とする請求項６記載のＬＥＤ光源を備えた
    露光装置。
  8. 前記露光光源手段は水冷ジャケットを備え、該水冷ジャケットで前記ＬＥＤ光源を冷却
    することを特徴とする請求項６記載のＬＥＤ光源を備えた露光装置。
  9. 放熱素子上に熱伝導樹脂を供給し、表面にＬＥＤ素子体を複数搭載したＬＥＤ素子搭載基
    板の裏面側を前記熱伝導樹脂が供給された放熱素子に所定の間隔になるまで押付けて前記
    熱伝導樹脂を前記放熱素子と前記ＬＥＤ素子搭載基板との間に広がらせ、前記ＬＥＤ素子
    搭載基板に設けた貫通穴を介して前記放熱素子と前記ＬＥＤ素子搭載基板との間にある前
    記熱伝導樹脂の一部を前記ＬＥＤ素子搭載基板の表面に押出して該表面に搭載された複数
    のＬＥＤ素子体の間に充填し、前記熱伝導樹脂を前記放熱素子と前記ＬＥＤ素子搭載基板
    との間に広がらせてその一部を前記貫通穴を介して前記放熱素子と前記ＬＥＤ素子搭載基
    板との間に充填させた状態で加熱して硬化させることを特徴とするＬＥＤ光源の製造方法
    。
  10. 前記ＬＥＤ素子体は、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）
    チップをワイヤボンディングにより接続して形成されたことを特徴とする請求項９記載の
    ＬＥＤ光源の製造方法。
  11. 前記熱伝導樹脂の熱伝導率は、前記ＬＥＤ素子搭載基板の熱伝導率よりも大きいことを
    特徴とする請求項９記載のLED光源の製造方法。
  12. 露光光源手段から発射された露光光を露光パターン形成部に照射し、該露光光が照射さ
    れた露光パターン形成部により成形された光パターンを表面にレジストが塗布された基板
    上に結像し、該結像させた光パターンにより前記レジストを露光する方法であって、
    前記露光光は前記露光光源手段のＬＥＤ光源から発射された光であり、該ＬＥＤ光源を搭載する前記ＬＥＤ素子搭載基板は水冷ジャケットで冷却されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のＬＥＤ光源を用いた露光方法。
  13. 前記基板は少なくとも一方向に移動可能なテーブルに載置され、前記露光パターン形成
    部は、前記テーブルにより一方向に移動する基板の位置に応じて該基板を露光するパター
    ンの形状を変えることを特徴とする請求項１２記載のＬＥＤ光源を用いた露光方法。
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