CN108906541A - 一种led固化装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LED固化装置及其使用方法,该LED固化装置包括基板、多个透镜以及固定在所述基板上的多组LED光源,每组LED光源包含同种波长且阵列排布的多个LED光源,不同组LED光源的波长不同;所述多个透镜与所述基板相对设置,且所述多组LED光源位于所述基板与所述多个透镜之间,所述多个透镜与所述多组LED光源中至少一组LED光源对应。本发明可以使用不同的波长进行固化,并且还可以提升光斑辐照强度。
Description
技术领域
本发明涉及固化装置技术领域,尤其涉及一种LED固化装置及其使用方法。
背景技术
与传统固化光源相比,紫外LED(Light Emitting Diode,发光二极管)具有体积小、响应速度快、节能、环保、无热辐射等优点。随着LED光效的不断增大,其应用的领域也在不断的扩大。
传统面固化光学系统存在辐照强度低、固化光斑均匀性差、光能利用率低、热辐射严重等问题。辐照强度低会使固化时间变长,固化光斑均匀性差会使被固化对象的固化效果不一致,并且光能利用率低,浪费电能,热辐射等因素会影响器件性能。
固化对象不一样时,所需光源波长也不一样,传统固化设备通过增加滤光装置来改变波长,但是这种方法存在两个问题:
第一、一种光源的光谱范围有限,难以满足多种固化对象的要求;
第二、一种光源在各个波段的光强大小不一样,光强小的波段须增大功率达到固化要求,这样会增加能耗。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种LED固化装置及其使用方法,可以使用不同的波长进行固化,并且还可以提升光斑辐照强度。
本发明提供的一种LED固化装置,包括基板、多个透镜以及固定在所述基板上的多组LED光源,每组LED光源包含同种波长且阵列排布的多个LED光源,不同组LED光源的波长不同;所述多个透镜与所述基板相对设置,且所述多组LED光源位于所述基板与所述多个透镜之间,所述多个透镜与所述多组LED光源中至少一组LED光源对应。
优选地,当所述透镜的数量少于所述LED光源的数量时,所述多个透镜在所述基板的平面方向上可移动的固定在所述基板的相对位置,或者所述多个透镜位于同一平面,且所述基板在所述多个透镜的平面方向上可移动的固定在所述多个透镜的相对位置。
优选地,在同组LED光源中,同一行或者同一列的LED光源之间呈等间距排布,同一行且相邻的两个LED光源之间的间距与同一列相邻的两个LED光源之间的间距相同。
优选地,还包括在所述基板垂直方向上可移动的固定在所述基板相对位置的固化平台,所述多个透镜位于所述多组LED光源与所述固化平台之间。
优选地,所述多组LED光源之间相互交叉且均匀排布;所述LED固化装置中,同一行且相邻的两个LED光源的波长不同,同一列且相邻的两个LED光源的波长不同。
优选地,所述LED固化装置包含有四组LED光源,任意相邻两行或者相邻两列的LED光源中均包含四种不同波长的LED光源。
优选地,所述透镜为近朗伯光型LED透镜。
优选地,所述LED光源均为紫外LED光源或者可见光LED光源。
本发明还提供一种LED固化装置的使用方法,应用于上述的LED固化装置中,其特征在于,包括下述步骤:
打开一组LED光源,当多个透镜不与所述一组LED光源相对应时,平移所述多个透镜或者基板,使得所述一组LED光源与所述多个透镜相对应;
将待固化物体与所述一组LED光源相对设置,且所述多个透镜位于所述待固化物体与所述一组LED光源之间。
优选地,还包括下述步骤:
调节待固化物体表面与所述一组LED光源之间的间距,使得所述待固化物体表面的光斑照度均匀性最佳;
待固化物体表面的光斑照度均匀性最佳时,所述待固化物体表面与所述一组LED光源之间的间距,根据所述一组LED光源中相邻两个LED光源之间的间距以及所述一组LED光源的半值角计算得到。
实施本发明,具有如下有益效果:本发明提供的LED固化装置中,在基板上设置有多组LED光源,不同组LED光源发出不同波长的光,可以实现不同波长需求的固化,即可以使用不同的波长进行固化。LED固化装置中还设置了与LED光源相对的透镜,可以控制LED光源光束的发散,提高光斑辐照强度,这样就不需要采用增加光源功率的方式增加光源的光强,因此不会增加耗能。本发明的LED固化装置采用LED作为光源,不是采用传统的汞灯,更加节能环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的LED固化装置的俯视图
图2是本发明提供的LED固化装置的侧视图。
具体实施方式
本发明提供一种LED(Light Emitting Diode,发光二极管)固化装置,如图1和图2所示,该LED固化装置包括基板1、多个透镜3以及固定在基板1上的多组LED光源:第一组LED光源21、第二组LED光源22、第三组LED光源23、第四组LED光源24。每组LED光源包含同种波长且阵列排布的多个LED光源,不同组LED光源的波长不同;多个透镜3与基板1相对设置,且多组LED光源位于基板1与多个透镜3之间,多个透镜3与多组LED光源中至少一组LED光源对应,例如图1中,多个透镜3与第四组LED光源24对应。LED光源也即是一个LED芯片。透镜3的个数可以根据待固化物体4表面的面积来确定,如果待固化物体4表面的面积较大,则需要相应较多的透镜3。
需要说明的是,不同组LED光源的波长不同,但不同组LED光源的颜色可以相同或者不相同。例如,有两组LED光源的颜色相同且均为红色,但是这两组LED光源可以分别对应不同波长的红色。当然,不同组LED光源的颜色也可以不同,这样不同组LED光源的波长也会不相同。
进一步地,当透镜3的数量少于LED光源的数量时,多个透镜3在基板1的平面方向上可移动的固定在基板1的相对位置,或者多个透镜3位于同一平面,且基板1在多个透镜3的平面方向上可移动的固定在多个透镜3的相对位置。
进一步地,在同组LED光源中,同一行或者同一列的LED光源之间呈等间距排布,同一行且相邻的两个LED光源之间的间距与同一列相邻的两个LED光源之间的间距相同。
进一步地,多组LED光源之间相互交叉且均匀排布;LED固化装置上所有的LED光源呈矩形阵列排布;LED固化装置上所有的LED光源中,同一行或者同一列的LED光源之间呈等间距排布。LED固化装置中,同一行且相邻的两个LED光源的波长不同,同一列且相邻的两个LED光源的波长不同。
进一步地,LED固化装置包含有四组LED光源,任意相邻两行或者相邻两列的LED光源中均包含四种不同波长的LED光源。例如,这四组LED光源可以分别是红色LED光源、绿色LED光源、蓝色LED光源以及黑色LED光源。这四种不同波长的LED光源分别发出四种不同波长的光。
进一步地,透镜3用于控制LED光源光束的发散,透镜3可以为近朗伯光型LED透镜3,可以有效控制LED光源光束的发散。
进一步地,LED光源均为紫外LED光源或者可见光LED光源。例如,可以通过紫外LED光源对液晶进行固化。
进一步地,如图2所示,还包括在基板1垂直方向上可移动的固定在基板1相对位置的固化平台5,多个透镜3位于多组LED光源与固化平台5之间。固化平台5可以用来固定待固化的物体。
将待固化物体4固定在固化平台5上,通过移动固化平台5,可以调节待固化物体4表面与LED光源之间的间距。
当同一行或者同一列都是等间距排布,且同一行相邻的两个LED光源之间的间距与同一列相邻的两个LED光源之间的间距相同时,在一组LED光源中,其半值角设为θ0.5,同一行相邻两个LED光源之间的间距设为d,LED光源与待固化物体4表面的间距设为d,则当d和z之间满足下列关系时,待固化物体4表面的光斑照度的均匀性最佳:
其中,半值角θ0.5为LED光源发光的强度值为轴向强度值一半时,对应的发光方向与发光轴向(法线)的夹角。
在本发明提供的LED固化装置的另一实施例中,透镜3的高度为4mm,半径为3mm,理想朗伯型LED光源发出的光经过透镜3折射后,半值角从60°变为27.5°。
透镜3个数可以设定为36个,分为6行6列的矩形阵列排布,同一行或同一列相邻的两个LED光源之间的间距d为14.3mm。LED光源的个数可以选36个,每个LED光源对应一个透镜3。36个LED光源包含有红色LED光源、绿色LED光源、蓝色LED光源以及黑色LED光源。当选择红色的一组LED光源时,红色LED光源发出的光的波长为172nm,LED光源与待固化物体4表面的间距z为20mm,透镜3与待固化物体4表面的间距(固化距离)为16mm。其中,透镜3材料选择PC(聚碳酸酯),折射率为1.586。将以上参数导入到Tracepro光学仿真软件中,并结合间距d与间距z之间的计算公式,最终可以得到固化光斑照度均匀性大于95%。
本发明还提供一种LED固化装置的使用方法,应用于上述的LED固化装置中,该方法包括下述步骤:
打开一组LED光源,当多个透镜3不与一组LED光源相对应时,平移多个透镜3或者基板1,使得一组LED光源与多个透镜3相对应。
将待固化物体4与一组LED光源相对设置,且多个透镜3位于待固化物体4与一组LED光源之间。
上述的平移多个透镜3或者基板1,使得一组LED光源与多个透镜3相对应,例如,将图1中的透镜3均固定。图1中的第一组LED光源21、第二组LED光源22、第三组LED光源23、第四组LED光源24分别为红色LED光源、绿色LED光源、蓝色LED光源以及黑色LED光源,发出的光的波长分别为λ1、λ2、λ3、λ4。
在初始时刻,多个透镜3与第四组LED光源24对应;如果将基板1沿X轴正向移动距离d/2,可以使得多个透镜3与第三组LED光源23对应;如果将基板1沿Y轴负向移动距离d/2,可以使得多个透镜3与第二组LED光源22对应;如果将基板1沿X轴正向夹角45°且为Y轴负向45°夹角的方向移动距离时,可以使得多个透镜3与第一组LED光源21对应。
进一步地,LED固化装置的使用方法还包括下述步骤:
调节待固化物体4表面与一组LED光源之间的间距,使得待固化物体4表面的光斑照度均匀性最佳;
待固化物体4表面的光斑照度均匀性最佳时,待固化物体4表面与一组LED光源之间的间距,根据一组LED光源中相邻两个LED光源之间的间距以及一组LED光源的半值角计算得到。
综上所述,本发明提供的LED固化装置中,在基板1上设置有多组LED光源,不同组LED光源发出不同波长的光,可以实现不同波长需求的固化。LED固化装置中还设置了与LED光源相对的透镜3,可以控制LED光源光束的发散,提高光斑辐照强度,这样就不需要采用增加光源功率的方式增加光源的光强,因此不会增加耗能。其次,LED光源都是均匀排布,当LED光源之间的间距、LED光源的半值角以及LED光源与待固化物体4表面之间的间距满足上述特定的关系时,可以使得待固化物体4表面的光斑照度均匀性好。并且,本发明的LED固化装置采用LED作为光源,不是采用传统的汞灯,更加节能环保。
针对以上问题,本发明提出一种多波长紫外LED固化装置。该装置可以实现多种不同波长需求的固化,节能、光斑辐照强度强且均匀性好,节能环保。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种LED固化装置,其特征在于,包括基板、多个透镜以及固定在所述基板上的多组LED光源,每组LED光源包含同种波长且阵列排布的多个LED光源,不同组LED光源的波长不同;所述多个透镜与所述基板相对设置,且所述多组LED光源位于所述基板与所述多个透镜之间,所述多个透镜与所述多组LED光源中至少一组LED光源对应。
2.根据权利要求1所述的LED固化装置,其特征在于,当所述透镜的数量少于所述LED光源的数量时,所述多个透镜在所述基板的平面方向上可移动的固定在所述基板的相对位置,或者所述多个透镜位于同一平面,且所述基板在所述多个透镜的平面方向上可移动的固定在所述多个透镜的相对位置。
3.根据权利要求1所述的LED固化装置,其特征在于,在同组LED光源中,同一行或者同一列的LED光源之间呈等间距排布,同一行且相邻的两个LED光源之间的间距与同一列相邻的两个LED光源之间的间距相同。
4.根据权利要求3所述的LED固化装置,其特征在于,还包括在所述基板垂直方向上可移动的固定在所述基板相对位置的固化平台,所述多个透镜位于所述多组LED光源与所述固化平台之间。
5.根据权利要求3所述的LED固化装置,其特征在于,所述多组LED光源之间相互交叉且均匀排布;所述LED固化装置中,同一行且相邻的两个LED光源的波长不同,同一列且相邻的两个LED光源的波长不同。
6.根据权利要求5所述的LED固化装置,其特征在于,所述LED固化装置包含有四组LED光源,任意相邻两行或者相邻两列的LED光源中均包含四种不同波长的LED光源。
7.根据权利要求1所述的LED固化装置,其特征在于,所述透镜为近朗伯光型LED透镜。
8.根据权利要求1所述的LED固化装置,其特征在于,所述LED光源均为紫外LED光源或者可见光LED光源。
9.一种LED固化装置的使用方法,应用于权利要求1~8任一项所述的LED固化装置中,其特征在于,包括下述步骤:
打开一组LED光源,当多个透镜不与所述一组LED光源相对应时,平移所述多个透镜或者基板,使得所述一组LED光源与所述多个透镜相对应;
将待固化物体与所述一组LED光源相对设置,且所述多个透镜位于所述待固化物体与所述一组LED光源之间。
10.根据权利要求9所述的LED固化装置的使用方法,其特征在于,还包括下述步骤:
调节待固化物体表面与所述一组LED光源之间的间距,使得所述待固化物体表面的光斑照度均匀性最佳;
待固化物体表面的光斑照度均匀性最佳时,所述待固化物体表面与所述一组LED光源之间的间距,根据所述一组LED光源中相邻两个LED光源之间的间距以及所述一组LED光源的半值角计算得到。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: No.9-2 Tangming Avenue, Guangming New District, Shenzhen, Guangdong 518000 Applicant after: TCL Huaxing Photoelectric Technology Co.,Ltd. Address before: No.9-2 Tangming Avenue, Guangming New District, Shenzhen, Guangdong 518000 Applicant before: Shenzhen China Star Optoelectronics Technology Co.,Ltd. |
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CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |