CN103513518B - 紫外led曝光机光学曝光照明系统及紫外led曝光机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种紫外LED曝光机光学曝光照明系统以及应用该系统的LED曝光机，包括至少一个光源安装板、准直透镜以及用于固定准直透镜与光源安装板上光源距离的曝光照明矩阵排布器，所述光源安装板上依次排列多行等距排列的紫外LED光源，所述每行相邻两颗紫外LED光源的中心之间的距离为A，相邻两行同一列的紫外LED光源的中心距离为B，B=A/行数，相邻两颗紫外LED光源之间等距排列，本发明以提高曝光均匀度及降低光源发散角度为前提，避免由于光学曝光照明系统辐照度不均匀,导致线条粗细不均匀,整块板上的分辨力不一致,或有断线等现象的发生。

Description

紫外LED曝光机光学曝光照明系统及紫外LED曝光机

技术领域

本发明涉及一种曝光机曝光照明的技术改进方法，特别是用于接近式大面积紫外均匀辐照曝光的方法，其涉及一种紫外LED曝光机光学照明系统及紫外LED曝光机。

背景技术

有效均匀辐照面积与曝光均匀度是紫外曝光机的两个重要技术指标。已有的紫外曝光机因其用途不同，或者是曝光分辨率高而其结构复杂，光能效利用率低，能耗高及使用维护成本高使得其在倡导节能环保的今日，日益成为亟须替代或改良的设备。

由于光学曝光照明系统辐照度不均匀,导致线条粗细不均匀,整块板上的分辨力不一致,或有断线等现象的发生,这在PCB或液晶显示器的生产过程中是不允许的。传统的曝光机的光学曝光照明光源多采用金属卤化物（如溴化汞）作为受激电离发光材料，属于高强度气体放电灯，内部均含有高压、高温和有毒物质，高压汞灯从长波紫外到可见光都有很强的辐射，但只有一部分UVA-UVB段的光谱是可作用于紫外曝光用途的，其他光谱波段的辐射均会以光能及辐射能的方式散发至空间其他物体上，造成环境温度升高；高压汞灯的发光角度为360度，需要相当大面积的反射罩及较远的距离来进行光束整形以满足应用需求，但会使得曝光系统的光强度损失50-70%。综上所述，，传统的曝光机的光学曝光照明系统存在光效能低下，且能耗高，所使用材料不利于环保等缺点。而本发明中的光学曝光照明系统所具备的特征是：使用LED作为发光体，辅以准直透镜及矩阵排布器实现发光光谱单一，光能量利用率高，可达到85%以上，所组成的使用材料为玻璃，GaN类半导体，铜铝合金等金属；具有对环境友好，减少电力消耗，节约能源等优点。

采用LED进行曝光，由于LED存在发光强度随发光角度变化而变化的方式，其排列方式造成了LED在曝光上可能出现光源强度强的地方曝光过度，而光源强度低的地方曝光不足的问题，如何去设计LED排列方式，使曝光均匀化亟待解决。

发明内容

为了解决上述技术的不足，本发明的目的是提供一种紫外LED曝光机曝光照明系统，其有效的提高了接近式大面积紫外均匀辐照曝光的均匀度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种紫外LED曝光机光学曝光照明系统，包括至少一个光源安装板、准直透镜以及用于固定准直透镜与光源安装板上光源距离的曝光照明矩阵排布器，所述光源安装板上依次排列多行等距排列的紫外LED光源，所述每行相邻两颗紫外LED光源的中心之间的距离为A，相邻两行同一列的紫外LED光源的中心距离为B，B=A/行数，相邻两颗紫外LED光源之间等距排列。

其包括多个依次纵向排列所述光源安装板，相邻两个光源安装板上首颗紫外LED光源的中心距离为C，C=A/2。

所述准直透镜采用高次非球面或复合高次非球面准直镜。

所述紫外LED光源为余弦发光体。

将有效辐照面积大与曝光均匀度高两者统一于一体。寻找一种在增大有效辐照面积的同时，提高曝光均匀度的方法与途径，本发明还提供了一种有效辐照面积大、曝光均匀度高、简单实用的紫外LED曝光机。

一种采用上述光学曝光照明系统的紫外LED曝光机，其包括光源安装台面和曝光台面，所述光源安装台面与曝光台面构成平移配合，所述光源安装台面上设有上述的紫外LED曝光机光学曝光照明系统。

所述紫外LED曝光机包括两个分别位于曝光台面上下位置的光源安装台面。

所述光源安装台面一侧设有驱动光源安装台面相对与曝光台面平移的皮带轮传动机构。

所述曝光台面一侧设有用于驱动曝光台面相对于光源安装台面平移的驱动装置。

本发明以提高曝光均匀度及降低光源发散角度为前提，避免由于光学曝光照明系统辐照度不均匀,导致线条粗细不均匀,整块板上的分辨力不一致,或有断线等现象的发生。

附图说明

图1是本发明的光源安装台面的结构示意图。

图2是本发明紫外LED光源排列分布图。

图3是紫外LED光源的辐射发散角分布图。

图4是紫外LED光源的光谱波长分布图。

图5是复合高次非球面准直镜光路模拟图。

图6是紫外LED光源的光束经过透镜准直后的平面强度分布图。

图7是单颗紫外LED光源经过准直后的光辐照强度分布图。

图8是曝光照明矩阵排布器上矩形通道排列图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

参见图1和图2，一种紫外LED曝光机光学曝光照明系统，包括至少一个光源安装板、准直透镜2以及用于固定准直透镜2与光源安装板上光源距离的曝光照明矩阵排布器3，所述光源安装板上依次排列多行等距排列的紫外LED光源1，所述每行相邻两颗紫外LED光源1的中心之间的距离为A，相邻两行同一列的紫外LED光源1的中心距离为B，B=A/行数，相邻两颗紫外LED光源1之间等距排列。当设计成5行时，第一行第一颗紫外LED光源1的中心与第二行第一颗紫外LED光源1的中心距离为A/5，第三行第一颗紫外LED光源1的中心到第二行第一颗紫外LED光源1的中心距离为A/5，余下几行依次排列，形成具有倾斜角度排列的平行四边形，相邻两行每颗对应的紫外LED光源1相差A/5距离。

其包括多个依次纵向排列所述光源安装板，相邻两个光源安装板上首颗紫外LED光源1的中心距离为C，C=A/2,第偶数个光源安装板的首颗光源位于第奇数个光源安装板的A/2处，即两颗光源的中心线上，光源安装架依次按照此规则排列。

所述准直透镜2采用高次非球面或复合高次非球面准直镜，所述紫外LED光源为余弦发光体。

紫外LED光源1发出的辐射通量，准直透镜2会聚后，形成一个辐照分布。该辐照分布在曝光照明矩阵排布器3中经各并列光通道分割，叠加成像，形成一个辐照度均匀分布的有效辐照面。该有效辐照面经过菲林Film4投影成像在曝光台面的曝光基片上。准直透镜2投影出具有特定准直角的准直光束。

如图3和图4所示，本发明采用的紫外LED光源1其光源强度随着发散角的变化而变化；呈现中间强,两端逐渐减弱,具有100度的发光半衰角的变化，因此采用此紫外LED光源1，其光源强度中间较四周要强的多，因此，在排列该光源时，要针对其光源强度的变化，针对性的排列，使其光源强度较低的位置重叠进行补偿，提高该位置的光源强度，通过如图2所示的排列方式，能极大的将每颗光源进行有效的补偿，并且通过对紫外LED曝光机光学曝光照明系统的平移与摆动，达到更佳的光源分布排列，有效的提高了系统中的有效辐射通量和对辐射通量的利用率。且通过多组光源安装板的排列方式，增大光源照射范围，同时采用较大的准直透镜的设计，增大紫外LED光源之间的排列距离，首先降低了光源的发热程度，有利于散热，其次，通过较大的准直透镜的准直，使光源产生的光斑较大，降低了其光源强度，在结合大面积的光源照射范围，实现对PCB板进行5秒长时间曝光，满足PCB板的理论曝光时长，提高曝光质量。

其光源排列方式通过准直透镜2的曲率得出其发散的角度，并且根据光源本身辐射发散角分布图和光谱波长分布图，通过计算得出光源之间的排列距离，并根据其本神辐射发散角分布图的衰减角度，对衰减部位进行重叠，提高其衰减部分的光强，实现光源辐照强度均匀分布。

参考图6、图7和图8，本发明采用曝光照明矩阵排布器3其排列规则与紫外LED光源1辐照强度分布相匹配，用以提高有效区域内的辐照均匀度补偿。在光源为面光源的情况下，通光口径采用正方形的形式，达到辐照度匀化的效果，排列规则与紫外LED光源1辐照强度分布相匹配，提高辐照均匀度补偿，它们的组合排列方式，都与紫外LED光源辐照分布的形状相同，以最大限度地匀化整个辐射面，具有很好的曝光照明均匀性。

所述准直透镜2采用与余弦发光体相关的高次非球面或复合高次非球面准直镜，充分会聚光源发出的辐射能量，使得出光发散角趋于垂直，且能量利用率高。如图5所示，当紫外LED光源的光束经过准直透镜2准直后，呈准平行光出射，发散角<=3度（0.052rad）。且经过曝光照明矩阵排布器3和准直透镜2的共同作用，能有效的对紫外LED光源1强度较低的位置进行补偿，极大提高了其曝光的均匀度。

一种采用上述光学曝光照明系统的紫外LED曝光机，其包括光源安装台面和曝光台面，所述光源安装台面与曝光台面构成平移配合，所述光源安装台面上设有上述的紫外LED曝光机光学曝光照明系统。所述紫外LED曝光机包括两个分别位于曝光台面上下位置的光源安装台面，采用双面曝光的方式，对PCB板进行双面同时曝光，提高工作效率。

本发明光源安装台面与曝光台面的平移配合可以采用光源安装台面平移的方式，所述光源安装台面一侧设有驱动光源安装台面相对与曝光台面平移的皮带轮传动机构，通过皮带轮带动光源安装台面沿曝光台面方向平移，对曝光台面进行曝光。

本发明光源安装台面与曝光台面的平移配合可以采用曝光台面平移的方式，所述曝光台面一侧设有用于驱动曝光台面相对于光源安装台面平移的驱动装置，所述驱动装置可以采用皮带轮传动机构或电机传动机构，通过带动曝光台面运动，实现均匀曝光。

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种紫外LED曝光机光学曝光照明系统，其特征在于：包括至少一个光源安装板、准直透镜以及用于固定准直透镜与光源安装板上光源距离的曝光照明矩阵排布器，所述光源安装板上依次排列多行等距排列的紫外LED光源，所述每行相邻两颗紫外LED光源的中心之间的距离为A，相邻两行同一列的紫外LED光源行方向的中心距离为B，B=A/行数，相邻两颗紫外LED光源之间等距排列，其包括多个依次纵向排列所述光源安装板，相邻两个光源安装板上首颗紫外LED光源行方向的中心距离为C，C=A/2。

2.根据权利要求1所述的紫外LED曝光机光学曝光照明系统，其特征在于，所述准直透镜采用高次非球面或复合高次非球面准直镜。

3.根据权利要求1所述的紫外LED曝光机光学曝光照明系统，其特征在于，所述紫外LED光源为余弦发光体，紫外LED光源的光束经过准直透镜2准直后，呈准平行光出射，发散角<=3度。

4.一种采用权利要求1所述的光学曝光照明系统的紫外LED曝光机，其包括光源安装台面和曝光台面，其特征在于：所述光源安装台面与曝光台面构成平移配合，所述光源安装台面上设有上述的紫外LED曝光机光学曝光照明系统。

5.根据权利要求4所述的紫外LED曝光机，其特征在于，所述紫外LED曝光机包括两个分别位于曝光台面上下位置的光源安装台面。

6.根据权利要求4所述的紫外LED曝光机，其特征在于，所述光源安装台面一侧设有驱动光源安装台面相对与曝光台面平移的皮带轮传动机构。

7.根据权利要求4所述的紫外LED曝光机，其特征在于，所述曝光台面一侧设有用于驱动曝光台面相对于光源安装台面平移的驱动装置。