光源设备、冷却方法和产品制造方法技术

公开了光源设备、冷却方法和产品制造方法。一种LED光源模块包括：电路板；固态发光元件，布置在电路板上；散热器，被部署为与电路板接触并具有在内部形成的制冷剂流过的通道；以及切换单元，被配置为将通过通道的制冷剂的流动方向切换到相反方向。动方向切换到相反方向。动方向切换到相反方向。

【技术实现步骤摘要】
光源设备、冷却方法和产品制造方法


[0001]实施例的一方面涉及光源设备、冷却方法和产品制造方法。

技术介绍

[0002]在制造诸如半导体器件和平板显示器(FPD)之类的设备的光刻工艺中，使用将掩模的图案转印到基板的曝光装置。例如，汞灯被用作曝光装置的光源。近年来，期望汞灯被比汞灯更节能的发光元件(LED)替换。LED从电流通过电路时到光输出稳定时花费较短时间，并且不需要像汞灯一样不断地发射光，因此LED的寿命较长。
[0003]由于每一个芯片的LED的亮度低，因此将使用多个LED芯片布置在电路板上的光源来获得目标照度。例如，获得与汞灯的照度等效的照度所需的LED芯片的数量为约数千个。在使LED芯片发射光时，LED芯片的温度升高，因此需要冷却LED芯片。
[0004]LED芯片的寿命(LED芯片的点亮时间)取决于LED芯片发射光时的LED芯片的温度，并且LED芯片的寿命随着LED芯片的温度升高而缩短。这里，例如，在使用多个LED芯片布置在电路板上的光源(LED光源模块)的曝光装置中，当LED芯片中的一部分达到寿命终结而没有获得目标光量时，LED芯片与电路板一起要被新的替换。换句话说，当在多个LED芯片之间存在温度变化时，LED光源模块的替换定时可能变早。日本专利公开No.2011
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165509描述了通过针对布置成一维阵列的多个LED芯片设置两个通道并使制冷剂在相反方向上流过通道，可以均匀地冷却该多个LED芯片。
[0005]当形成如日本专利公开No.2011
‑r/>165509中描述地配置的通道时，每个通道的宽度窄，其结果是制冷剂的冷却能力可能降低。当LED芯片被二维布置时，将形成许多通道以均匀地冷却多个LED芯片。当旨在提高制冷剂的冷却能力时，期望的是形成尽可能简单的通道，使得每个通道的宽度都不窄。当例如通道的数量为1个时，制冷剂每单位时间的流动速率提高。然而，在这种情况下，冷却LED芯片的冷却能力在通道的下游侧降低，多个LED芯片未被均匀地冷却。结果，与多个LED芯片被均匀地冷却时相比，LED光源模块的替换定时变早。

技术实现思路

[0006]一种设备包括电路板；多个发光元件LED，部署在电路板上；以及散热器，被配置为冷却多个LED，其中，通过散热器中的通道的制冷剂的流动方向能够在第一方向和与第一方向相反的第二方向之间切换。
[0007]从以下参考附图对示例性实施例的描述中，本公开的其他特征将变得清楚。
附图说明
[0008]图1A至图1C是示出了光源设备的配置的示意图。
[0009]图2是示出了LED芯片之间的温度分布的视图。
[0010]图3是示出了LED芯片的寿命与温度之间的关系的曲线图。
[0011]图4是第一实施例的第一示例中的光源设备的示意图。
[0012]图5是第一实施例的第二示例中的光源设备的示意图。
[0013]图6A和图6B是第一实施例的第三示例中的光源设备的示意图。
[0014]图7是第一实施例的第四示例中的光源设备的示意图。
[0015]图8是示出了多个LED光源模块并联连接的光源设备的图。
[0016]图9是第一实施例的变形例中的光源设备的示意图。
[0017]图10是照明光学系统的示意图。
[0018]图11是光源单元的示意图。
[0019]图12是曝光装置的示意图。
[0020]图13是照射装置的示意图。
具体实施方式
[0021]下文中，将参考附图来详细描述本公开的实施例。类似的参考符号表示图中的相同组件，并且省略重复的描述。
[0022]第一实施例
[0023]将参考图1A至图1C来描述根据本实施例的光源设备10。图1A是示出了光源设备10的整体配置的图。光源设备10包括LED芯片11(固态发光元件)、电路板12、电源13和控制部14。多个LED芯片布置在电路板12上的模块也被称为LED光源模块。光源设备10还包括散热器15、制冷机16(也被称为冷冻机)和切换机构17(切换单元)以冷却LED芯片11。在本实施例中，布置LED芯片11的平面被定义为XY平面，并且垂直于XY平面的方向被定义为Z轴方向。
[0024]图1B是示出了光源设备10的发光表面的配置的图。在电路板12中安装铜线，并且形成用于使LED芯片11发射光的电路。用于电路布线的材料可以是除了铜以外的材料。当电流流过电路时，从LED芯片11输出具有预定波长的光。在本实施例中，将描述多个LED芯片11布置成二维阵列的示例；然而，该配置不限于此。LED芯片11可以布置成一维阵列。电源13连接到电路板12的电路，并供应用于使LED芯片11发射光的电力。电源13连接到控制部14，并根据来自主机控制系统(未示出)的命令来控制LED芯片11的照度等。
[0025]在LED芯片11发射光时，LED芯片11产生热，并且LED芯片11的温度升高。将描述用于冷却由于LED芯片11的发射而产生的热的光源设备10的配置。在本实施例中，通过使制冷剂流过光源设备10来执行制冷剂与电路板12之间的热交换。利用热交换，LED芯片11被冷却。为了增加热交换的效率，导热率高的材料可以被用于电路板2。例如，导热率高的铜或铝可以被用作电路板2的材料。例如，包含冷却能力优异的水作为主要成分的液体或者包含电绝缘性质优异的油作为主要成分的液体可以被用作制冷剂。在本实施例中，将描述LED芯片11被液体冷却的示例；然而，该配置不限于此。例如，LED芯片11可以通过吹送低温气体被空气冷却。
[0026]图1C是示出了光源设备10的散热器15的截面图的图。散热器15吸收在LED芯片11发射光时释放的热。散热器15保持与电路板12的后表面(与布置有LED芯片11的表面相对的表面)接触。用于流动制冷剂的通道18成直线地设置在散热器15内部。通道18经由管道连接到制冷机16，并且从通道18排出的制冷剂被输送到制冷机16进行冷却。制冷机16通过冷却制冷剂来使制冷剂的温度控制到一定温度(例如，20℃)并且使制冷剂循环以再次与电路板
12执行热交换。例如，包含冷却能力优异的水作为主要成分的液体或者包含电绝缘性质优异的不旋光石油作为主要成分的液体可以被用作制冷剂来冷却LED芯片11。
[0027]在本实施例中，提供了例如通过在散热器15和制冷机16之间设置切换机构17来实现的切换单元，并且切换单元被配置为能够切换通过通道18的制冷剂的流动方向。将参考第一示例至第四示例(随后描述)来描述切换单元的具体示例。
[0028]LED芯片的寿命
[0029]将参考图2描述由于多个LED芯片11的温度变化而引起的影响。图2是示出了光源设备10中的多个LED芯片11之中的温度分布的视图。图2的曲线图中由连续线表示的温度是当制冷剂从X轴方向上的负侧朝向正侧流过通道18时的温度分布。图2中的曲线图中由虚线表示的温度是当制冷剂从X轴方向上的正侧朝向负侧流过通道18本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备，包括：电路板；多个发光元件LED，部署在电路板上；以及散热器，被配置为冷却所述多个LED，其中，通过散热器中的通道的制冷剂的流动方向能够在第一方向和与第一方向相反的第二方向之间切换。2.根据权利要求1所述的设备，还包括切换单元，所述切换单元被配置为在第一方向和第二方向之间切换所述流动方向。3.根据权利要求1所述的设备，还包括：制冷机，被配置为冷却从所述通道排出的制冷剂，其中，制冷剂通过所述通道和制冷机循环。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个LED以二维阵列布置在电路板上。5.根据权利要求1所述的设备，其中，电路板包括所述多个LED串联布置的芯片阵列，以及芯片阵列中的所述多个LED的排列方向具有与第一方向和第二方向水平的分量。6.根据权利要求2所述的设备，其中，切换单元包括第一多个阀和第二多个阀，所述第一多个阀包括被配置为控制流过与散热器的一端连接的管道的制冷剂的第一阀和第二阀，所述第二多个阀包括被配置为控制流过与散热器的另一端连接的管道的制冷剂的第三阀和第四阀，以及通过控制所述第一多个阀以及包括第三阀和第四阀的所述第二多个阀，在第一方向和第二方向之间切换所述流动方向。7.根据权利要求6所述的设备，还包括：制冷机，被配置为冷却从所述通道排出的制冷剂，其中，第一阀是将与制冷机的制冷剂出口连接的管道连接到与所述通道的制冷剂入口连接的管道的阀，第二阀是将与制冷机的制冷剂出口连接的管道连接到与所述通道的制冷剂出口连接的管道的阀，第三阀是将与制冷机的制冷剂入口连接的管道连接到与所述通道的制冷剂入口连接的管道的阀，第四阀是将与制冷机的制冷剂入口连接的管道连接到与所述通道的制冷剂出口连接的管道的阀，以及通过从第一阀和第四阀打开且第二阀和第三阀关闭的状态切换到第一阀和第四阀关闭且第二阀和第三阀打开的状态来在第一方向和第二方向之间切换所述流动方向。8.根据权利要求2所述的设备，其中，切换单元包括电磁阀，所述电磁阀被配置为切换分别与所述通道的制冷剂入口和制冷剂出口连接的管道以及分别与制冷机的制冷剂入口和制冷剂出口连接的管道的组合。9.根据权利要求1所述的设备，还包括：存储部，被配置为记录部署在电路板上的所述LED中的每一个的点亮时间，其中，根据点亮时间来确定切换通过所述通道的制冷剂的所述流动方向的定时。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括：传感器，被配置为记录所述LED中的每一个的温度和流过所述通道的制冷剂的温度中的至少一个，以及根据测量的温度和点亮时间来确定切换所述流动方向的定时。11.根据权利要求10所述的设备，其中，计算通过累积测量的温度的值和点亮时间的值而获得的确定值，并且当确定值超过阈值时，确定切换所述流动方向的定时。12.一种方法，包括：第一冷却，使制冷剂在第一方向上流过对冷却目标进行冷却的散热器中的通道；控制将通过所述通道的制冷剂的流动方向切换到与第一方向相反的第二方向；以及第二冷却，使制冷剂在第二方向上流过所述通道。13.根据权利要求12所述的方法，其中，冷却目标是多个发光元件LED在电路板上以二维阵列布置的光源。14.根据权利要求12所述的方法，其中，在第一冷却和第二冷却中，通过制冷机冷却从所述通道排出的制冷剂，以及制冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：三浦孝夫，春见和之，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：