CN102053473A

CN102053473A - 用于丝网印刷晒板机的uv led面光源及其制作方法

Info

Publication number: CN102053473A
Application number: CN2009102209542A
Authority: CN
Inventors: 谢林翰
Original assignee: EVER BRIGHT PRINTING MACHINE FACTORY Ltd
Current assignee: EVER BRIGHT PRINTING MACHINE FACTORY Ltd
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2011-05-11

Abstract

本发明涉及一种用于丝网印刷晒版机的UV LED面光源，是一种直接产生紫外光的半导体发光器件，属于丝网印刷晒版机制版领域，主要特点是按照一定的比例集成发光波长为200nm至450nm的大功率LED芯片形成峰值波长为200nm至450nm波段中某个波长的面光源或者线光源，光源的发射光谱同感光胶材料中的感光剂的吸收光谱相匹配，即UV LED面光源发射的波长较为集中地分布在感光剂吸收波长周围，可以有效地提高吸收率，高效的触发感光胶中的感光剂，通过感光剂和紫外光的作用，使得聚乙烯醇与感光剂相结合，便产生不溶于水的固体物质。由于面光源或者线光源是LED半导体光源组件，和超高压水银灯及碘镓灯相比，不会产生红外光造成得能量损失，耗损极小，而且温升不大，不用考虑温度对印刷材料的影响，无毒物，为绿色产品；在实际使用中可以根据需要设计成线、面以及立体等任何几何形状。本发明具有很强的使用性和显著的经济效益、产业革新效益和社会效益。

Description

用于丝网印刷晒板机的UV LED面光源及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种用于丝网印刷晒版机的UV LED面光源及其制作方法，其发出感光胶中感光剂敏感波长的紫外光，使得聚乙烯醇与敏感光剂相结合，产生不溶于水的固体物质。光源的光谱峰值波长为200nm～450nm紫外光区和紫光区的某个特定波长。

背景技术

目前，用于丝网印刷晒版机中感光胶制版工艺的紫外光源主要是碘镓灯、超高压水银灯等传统的紫外光源。随着在工业生产中广泛应用，传统的紫外固化光源日益暴露出一些缺点：

(1)碘镓灯、超高压水银灯等传统的紫外光源需采用高压驱动，耗电高，电源功率多为几十千瓦，并且开机后预热，寿命不长。一般工作1000小时左右就要更换灯管。而无极灯由于微波传送通道的需要，灯具体积较大，价格昂贵。

(2)碘镓灯、超高压水银灯等传统的紫外光源波长范围大，放热量大，固化效率较低。表面看来碘镓灯、超高压水银灯等传统的紫外光源产生的UV光亮度和热量很高，其实该光源光谱很宽，真正用于感光固化的紫外光谱段只占其中一部分能量，而很大一部分是可见光和红外辐射光，无功效光很多。

(3)碘镓灯、超高压水银灯等传统的紫外光源均需要配置冷却设备。冷却设备的体积往往大于光源本身，致使辅助装备多，操作复杂，同时提高了运行成本。另外，冷却设备的性能对光源的正常运行起着重要作用，并将直接影响固化效果。

(4)辐照不均匀。碘镓灯、超高压水银灯等传统的紫外光源灯管长度方向，两端的发光强度较中间部分弱，不能均匀发光，无法达到对平面物体均匀照射，使得固化材料吸收的光强不同，影响固化效果。

(5)可调性差。碘镓灯、超高压水银灯等传统的紫外光源辐照强度调节一般是通过改变多灯管光源中点亮灯管的数目来实现，相应辐照强度在有限几个值之间转变，应用不够灵活。例如，对于曲面物体各位置只能“一刀切”同等对待，发射固定的紫外光，致使曲面不同位置吸收的光强有明显差异；而针对不同辐照要求的UV材料，也无法依照材料的需求调整辐射强度。

半导体发光器件大功率LED由于具有体积小、耗电少、寿命长、放热少且无需专门配置冷却设备、光谱集中、固化效率高和绿色环保等特性，可用于作为晒版机制版工艺的理想光源，其发光原理为在以空穴为主的P型半导体和以电子为主的N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在PN结处，空穴和电子复合时以光子的形式把多余的能量释放，发出一定波长的光。光的波长与现成PN结的材料有关。为了提高感光胶的效率，同时降低能耗，本发明提供一种辐照均匀稳定并且灵活可调的基于大功率UV LED紫外光源，其主要发出适合于感光胶中感光剂吸收的光(光谱为200～450nm的紫外光和紫光区，峰值波长为200nm～450nm区间的某个波长，例如峰值波长为403nm或者417nm的光源)，减少其它波段的光，提高晒版机制版效率，降低成本。

发明内容

本发明提供一种辐照均匀稳定并且灵活可调的用于丝网印刷晒版机的UVLED面光源系统，其主要发出感光胶中感光剂敏感的光(位于光谱为200nm～450nm的紫外光和紫光区)，减少其它波段的光，提高晒版机制版效率和制版质量，降低固化成本。

本发明人为了达成上述目的而进行专心研究，结果发现：通过一定的比例集成200nm～450nm波段内的发出某些特定波长的光的大功率LED，所集成的各大功率LED采用混联的形式，并且采用有效的光学系统、驱动电源系统和散热系统可以解决上述课题，从而完成了本发明。

即，本发明用于丝网印刷晒板机的UV LED面光源系统，其特征在于，包括用于固定大功率UV LED芯片固定基板、在基板上侧配置的驱动电源系统，光学系统以及散热系统。

同现有的固化光源相比，用丝网印刷晒板机的UV LED面光源系统具有以下优点：丝网印刷晒板机的UV LED面光源既可以为点光源，也可以为线光源和面光源，主要发出适合感光胶中感光剂吸收波长的光，减少或者避免光感光剂不吸收的波段的光。具有寿命长、能耗低、环保、高效、无污染，基本上不发热，发出的光基本上位于紫外光波段内等特点。

附图说明

图1：丝网印刷晒版机的UV LED面光源模组芯片固定基板示意图；

图2：丝网印刷晒版机的UV LED面光源模组硅树脂密封框示意图；

图3：丝网印刷晒版机的UV LED面光源封装模组示意图；

图4：光源散热结构示意图；

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的具体实施方式：

1、UV LED面光源芯片固定基板

UV LED面光源芯片固定基板用于固定发出位于200nm～450nm波段内的各种波长的大功率LED芯片，为板状部件。

UV LED面光源芯片固定基板的底部主体材料为铝合金，也可以使用其它热传导性能高的金属材料或者复合材料，如紫铜，陶瓷等材料。UV LED面光源芯片固定基板上的芯片固定位置称为金突点，金突点的基体材料为铜，表层镀金，也可采用其它热传导性能高的材料且表层镀金的方式。金突点表层镀金的作用是当采用银胶粘结大功率LED芯片时，可以有效的增加大功率LED芯片的粘结效果。金突点和UV LED面光源芯片固定基板的底部主体材料用耐高温绝缘胶隔离，UV LED面光源芯片固定基板表层均匀涂敷硅树脂胶。

2、驱动电源系统

驱动电源系统为可调的恒流源驱动系统。本专利设计了负反馈放大器与恒流器件相结合的压控恒流源。恒流源是由放大器和调整管组成的电压-电流变换模块，采样电阻和基于差分大器的反馈网络组成的负反馈回路。正常工作时，流过大功率LED的负载电流I经采样电阻产生采样电压，通过反馈网络将其与输入的基准电压进行比较，二者不等时控制电压-电流变换器调整输出电流信号，从而改变采样电阻的压降，直至采样压与基准电压之差为零。恒流源的输出电流仅由基准电压和采样电阻决定，而和负载电阻的变化无关。单片机控制系统只需调整基准电压输出电流。

采用集成运算放大器和大功率管做主要器件。集成运放工作在闭环状态，外接少数几个电阻，构成具有深度负反馈的放大器，因而可用作恒流源。用集成运算放大器作比较器，有助于提高恒流源的各项性能指标。调整管采用大功率MOS增强型场效应管。场效应管不同于三极管，采用半导体表面的电场效应进行工作，是电压控制器件，由于它的栅极处于绝缘状态，输入电阻大大提高，可以有效的提高恒流源的输出精度。

3、光学系统

光学系统可以将UV LED面光源发出的紫外光集中用于感光胶中感光剂吸收。从大功率LED发出的紫外光本身为发散光，其发散角取决于选取的大功率LED技术参数，这时辐射范围较大，光功率密度低，单管大功率LED辐射功率一般很难满足实用要求。因此，必须对大功率LED阵列的发光进行有效处理，以保证足够的辐射强度实现快速有效的制版质量，同时提高制版效率，是丝网印刷晒版机的UV LED面光源系统的重要组成部分。

本系统采用了两片式准直系统与阵列排布相结合的方式，利用空间大功率LED阵列分布的光学结构设计实现全部大功率LED在辐照面上的光功率累加。将大功率LED排布在基板上，采用材料为石英玻璃、形状为椭圆面、具有角度调节功能的反射聚焦光学镜面，合理计算空间排布结构尺寸可以有效地对辐照光斑尺寸及均匀性等光束质量进行控制。同时，通过可控恒流源调节阵列中各大功率LED驱动电流可以控制辐照面的形状以及辐照面上各处的光功率密度，实现辐照度可调的点光源，线光源和面光源。

4、散热系统

散热系统主要实现丝网印刷晒版机的UV LED面光源的有效散热，提高该新型紫外光源的寿命和发光效率。在外加电场的作用下，电子与空穴复合时，只有20％～30％的能量转化为光能，其它能量以热量的形式散发出去。散热系统采用铜材料或者铝材料或者陶瓷材料，或者是以上几种材料按照一定比例混合后形成的材料。本散热系统实现方式：将大功率UV LED封装模组通过螺钉紧密的固定在散热基座上，在散热基座的背面固定工作电压为直流或者交流的风扇进行吸风或者吹风散热。

Claims

1.用于丝网印刷晒版机的UV LED面光源，是一种直接产生紫外线光的半导体发光器件，属于丝网印刷晒版的感光制版领域，主要特征是按照一定的比例集成发光波长为200nm至450nm的大功率LED芯片形成峰值波长为400nm-420nm波段内某个波长的具有一定功率的面光源或者线光源。主要包括固态半导体发光面光源或者线光源、散热基座、驱动电源以及光学聚焦系统。

2.根据权利要求1所述的用于丝网印刷晒版机的UV LED面光源，其特征是：在配置发光层时，产生不同波长的大功率LED芯片按照一定的比例配置，主要以发光波长为200nm至450nm波段内某个波长(比如403nm、417nm)的大功率LED芯片为主，200nm至450nm波段内其它波长的大功率LED芯片为辅。

3.根据权利要求1所述的用于丝网印刷晒版机的UV LED面光源，其特征是：在配置发光层时，各种不同发光波长的大功率LED芯片采用先串联后并联或者先并联后串联的形式。

4.根据权利要求1所述的用于丝网印刷晒版机的UV LED面光源，其特征是：散热基座采用紫铜材料或者铝材料或者陶瓷材料，或者是以上几种材料按照一定比例混合后形成的材料。

5.根据权利要求1所述的用于丝网印刷晒版机的UV LED面光源，其特征是：散热基座后面固定有散热风扇进行冷却。

6.根据权利要求1所述的用于丝网印刷晒版机的UV LED面光源，其特征是：驱动电源采用恒流源驱动或者恒压驱动，可以根据固化材料的不同通过调节驱动电源的输出功率来调整UV LED面光源或者线光源的辐射强度。

7.根据权利要求1所述的用于丝网印刷晒版机的UV LED面光源，其特征是：该光源的应用对象是感光胶体对200nm至450nm波段内的某个波长的光比较敏感，如波长为403nm、417nm、420nm的光波。感光胶中的感光剂吸收特定波长的紫外光后迅速发生交联聚合固化反应，产生不溶于水的固体物质。

8.根据权利要求1所述的用于丝网印刷晒版机的UV LED面光源，其特征是：光学聚焦系统具有调节功能，实现固化光源系统辐射到被固化基材面的辐射强度，以及辐射面积的大小。

本专利涉及用于丝网印刷晒版机的UV LED面光源及其制作方法，具有实验室或生产研发经验的人应该懂得对本专利权利要求作适当的修改，也在本专利保护之内。