CN114424123A - 用于曝光凸版前体的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于曝光凸版前体(P)的装置，凸版前体包括基板层和至少一个光敏层，所述装置包括：承载结构(10)，其用于承载凸版前体；LED阵列(20)，其构造成照射由承载结构承载的凸版前体的光敏层，所述LED阵列构造成同时照射至少900cm2的预定表面区域，所述LED阵列包括一个或多个LED(21)的多个子集(25)，各个子集是单独可控的；以及控制单元(40)，其单独地控制多个子集(25)，并且使得预定表面区域中的照射强度差在预定范围内。

Description

用于曝光凸版前体的装置和方法
技术领域
本发明领域涉及用于曝光凸版前体(relief precursor)、特别是印刷版前体且更特别地是用于背面曝光印刷版前体的装置和方法。
背景技术
凸版结构可以通过将图像信息转移到可成像层上并去除部分可成像层而制得。然后，所形成的凸版可以用于在印刷步骤中将信息转移到基板上。凸版前体的示例是印刷版前体。可数字成像的柔性印刷版前体是已知的，并且通常至少包括尺寸稳定的支撑层、可光聚合层和可数字成像层。可数字成像层可以是例如可激光烧蚀层。在常规印刷版前体的情况下，用贴附于可光聚合层的掩模代替可数字成像层。
为了由印刷版凸版前体生产印刷版，根据现有方法，首先基于待印刷的图像数据将掩模写入可数字成像层中。在写入掩模之后，通过掩模用辐射曝光该版，使得可光聚合层在未被掩模覆盖的区域中经历聚合。在曝光之后，必须去除掩模和未聚合部分的残留物。这可以在清洗装置中用一种或多种液体来进行。
用于印刷版前体的曝光装置是已知的。曝光装置可以包括用于正面曝光的照射装置和用于背面曝光的照射装置。背面曝光通常使用一组UV(紫外)灯管进行。背面曝光产生上面生成凸版结构的固体层(底层)。正面曝光也可以使用一组UV灯管进行，或者可以使用可移动UV光源(例如可移动激光器或LED(发光二极管)条)进行。根据需要，一些曝光装置仅进行正面曝光或仅进行背面曝光。在一些情况下，曝光装置能够从两侧曝光，其中，翻转版，或者一侧通过透明支撑物曝光。当使用UV管时，整个前体同时曝光，这通常称为整片曝光。这种类型的曝光的重要特征是光输出在整个曝光区域上的均匀性。UV管的强度输出沿着其轴线相当均匀，并且通过管的密集堆积，均匀性足以生产印刷版。
LED由于其高能量输出、窄发射光谱和低能量消耗而被使用。由于LED的高强度，在现有的解决方案中，LED以线性方式安装到所谓的LED条中，该LED条跨越印刷版的宽度。然后，条跨版移动，由此，该移动导致光输出在扫描方向上的均匀化。由于单个LED的不同强度输出，迄今为止使用LED进行整片曝光的尝试都失败了。为了提高均匀性，在LED阵列与基板之间施加相对运动(参见例如WO2016160301A1)，或者利用光学器件和/或反射镜改变强度分布(参见例如WO2017192499A1)。这些方法复杂、易出错且昂贵。
US 2018/0210345 A1公开了从主侧(顶部)以预定辐射密度和从背侧(底部)以预定辐射密度对光敏印刷版进行曝光的方法和装置。该方法包括在背面曝光之后以一定的时间延迟执行主曝光。优化背面曝光与主曝光之间的时间延迟，以在处理之后在光敏印刷版上产生更小的稳定的单点元素，并且产生在印刷基板上印刷的更小的单元素点尺寸。可以通过在以该时间延迟执行组合的背面和主曝光之前执行仅背面曝光来调节版底层。
发明内容
本发明的实施例的目的是提供用于曝光凸版前体的装置和方法，其允许在使用LED时改进对待曝光区域的控制。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于曝光凸版前体(P)的装置，凸版前体包括基板层和至少一个光敏层。装置包括用于承载凸版前体的承载结构、LED阵列和控制单元。LED阵列构造成照射由承载结构承载的凸版前体的光敏层，优选地通过凸版前体的基板层。LED阵列构造成同时照射至少900cm2、优选至少1000cm2、更优选至少2000cm2、最优选至少5000cm2的预定表面区域。LED阵列包括一个或多个LED的多个子集，各个子集是单独可控的。控制单元构造成单独地控制多个子集，并且使得预定表面区域中的照射强度变化在预定范围内。
通过使用具有单独可控的LED子集的LED阵列，可以调节子集的照射强度，以获得待照射表面区域的差不多均匀的照射。这样，可以实现具有大致恒定厚度的底层。进一步地，当LED失效时，通过具有构造成单独控制子集的控制单元，可以控制子集，以补偿失效的LED，使得均匀性不会受到显著影响，同时可以不需要更换失效的LED。
而且，通过具有覆盖大区域的LED阵列，装置可以设计成使得可以通过激活LED阵列在单个步骤中使凸版前体经受背面或正面曝光。注意，可以针对最大的凸版前体设计装置，并且当必须曝光(例如背面曝光)较小的凸版前体时，可以仅激活LED阵列的一部分LED。尽管装置优选地旨在通过凸版前体的透明基板层进行背面曝光，但是本发明的实施例还覆盖其中LED阵列用于直接正面曝光而没有光穿过凸版前体和承载结构的装置。
通过执行控制使得预定表面区域中的照射强度变化在一定范围内，可以实现准确地控制底层的厚度变化。
进一步地，与使用例如UV灯管的背面曝光的现有解决方案相比，通过使用LED阵列，本发明的实施例的能耗和成本可以更低。而且，由于不需要像UV灯管那样进行预热，因此该方法可以更快。而且，因为LED阵列的子集可以根据凸版前体的尺寸单独激活，所以与所有UV灯管都被激活而与尺寸无关的现有解决方案相比，更小的版的能耗将更小。
预定表面区域的点中的照射强度可以是在该点中在一个时刻测量的光强度，并以W/cm2表示。优选地，照射强度是在预定波长范围内测量的UV光强度，例如使用如下所述的传感器。当预定表面区域中的照射强度变化在预定范围内时，这意味着预定表面区域的任何两点之间的差在预定范围内。
预定表面区域是在LED阵列的一定距离处的、平行于LED阵列的平面的表面区域。优选地，LED阵列与预定表面区域之间的距离至少为35mm。预定表面区域的尺寸与LED阵列的尺寸大致相同。然而，如果仅使用LED阵列的一部分LED，则预定表面区域的形状和尺寸将大致对应于LED阵列的所使用的部分的形状和尺寸。待曝光的凸版前体可以被布置成使得预定表面区域位于凸版前体中，并且特别是位于至少一个光敏层中，但是预定表面区域也可以位于距离凸版前体的较小距离处，因为对于LED阵列的特定距离范围内的多个平行表面区域，照射强度变化将差不多相同。
优选地，预定表面区域中的照射强度变化在预定范围内的条件对于平行于LED阵列的平面的任何表面区域是有效的，该表面区域在LED阵列的第一距离(d1)与第二距离(d2)之间的距离处，其中，第二距离与第一距离之间的差(d2-d1)为至少1mm，更优选地至少2mm，甚至更优选地至少5mm，并且最优选地7mm。
优选地，一个或多个LED的多个子集的各个子集包括至少四个LED，更优选地包括至少两行和至少两列的LED阵列。优选地，各个子集包括少于十七个LED，更优选地少于十三个LED，甚至更优选地少于十个LED。例如，各个子集可包括串联连接的2×2个LED的阵列，使得由四个LED一起递送的强度得到控制。通过保持子集相对较小并且通过使用LED阵列，可以获得良好的均匀性。在可能的实施例中，相同子集的两个相邻LED之间的距离小于来自不同子集的两个相邻LED之间的距离。
优选地，控制单元构造成控制多个子集，使得预定表面区域中的照射强度差小于标称值的10％，优选地小于5％，更优选地小于4％，最优选地小于1.5％。
通过执行控制使得预定表面区域中的照射强度差小于10％，可以实现经曝光和显影的凸版前体的底层的厚度变化小于平均底层的厚度的10％，更优选小于4％，最优选小于1.5％。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于曝光凸版前体的装置，凸版前体包括至少一个光敏层。装置包括用于承载凸版前体的承载结构、LED阵列、至少一个传感器和控制单元。LED阵列构造成照射由承载结构承载的凸版前体的光敏层。LED阵列包括一个或多个LED的多个子集，各个子集是单独可控的。至少一个传感器构造成在由LED阵列照射的表面区域的多个地点中测量表示照射强度的值。控制单元构造成基于由至少一个传感器测量的值来单独地控制多个子集。
通过使用一个或多个传感器来测量照射强度，可以以改进的方式控制子集，以获得预定的照射图案，通常是均匀的照射图案。例如，当至少一个传感器检测到LED中的一个损坏时，可以控制相邻LED的驱动，以补偿损坏的LED。而且，例如，LED可能以不同的方式老化，并且这种老化差异可以基于由至少一个传感器测量的值来补偿。
至少一个传感器构造成测量表示照射强度的值。该值可以是例如在预定曝光时段期间的UV光强度(单位为mW/cm2)和/或UV辐射的总量(即辐射剂量)(单位为mJ/cm2)。可选地，至少一个传感器可以构造成测量覆盖多个平行的预定表面区域的3D分布。另外或替代性地，至少一个传感器可安装成使得LED阵列与至少一个传感器之间的距离可调节。
在优选实施例中，LED阵列和承载结构是固定的，使得在通过LED阵列曝光期间，凸版前体不相对于LED阵列移动。
在优选实施例中，各个子集由一个、两个、三个、四个或五个LED构成。通过保持子集足够小，可以实现均匀性的准确控制。子集的一个或多个LED可以相同或不同。
在优选实施例中，LED阵列构造成通过凸版前体的基板层曝光凸版前体。然而，在其他实施例中，装置可以用于直接正面曝光，而没有光穿过凸版前体或承载结构。
优选地，装置还包括移动器件，其构造成移动至少一个传感器，以便在多个地点中执行测量。移动器件可以包括例如皮带、轨道、导螺杆、缓行驱动器、直线电机等。
优选地，移动器件包括驱动器，其构造成在与由承载结构承载的凸版前体平行的表面中移动至少一个传感器。
优选地，控制单元构造成基于至少一个传感器在多个地点中的测量值来控制LED，使得多个地点中的照射强度的差在预定范围内。
多个地点可以沿着网格布置，该网格可以独立于LED的位置来选择。替代性地，在LED的位置与多个地点之间可以存在相关性。优选地，多个地点的数量等于或大于多个子集的数量。例如，各个子集可以包括一个LED，并且可以针对各个LED执行传感器测量。然而，取决于布置LED所根据的图案，地点的数量可小于多个子集的数量。
根据示例性实施例，控制单元构造成将一个或多个LED与多个地点中的一个地点相关联。通常，在测量地点附近的一个或多个LED将影响所测量的照射强度，并且控制单元将能够使用多个地点与LED阵列的LED之间的关联来调节需要调节以实现期望照射的LED的照射强度。例如，三个或更多个LED可以最靠近多个地点中的一个地点，并且这三个或更多个LED可以与该地点相关联。控制器能够将在第一地点附近的LED的照射强度调节成与在另一地点测量的照射强度类似。而且，控制器能够调节LED的照射强度，使得多个地点中的照射强度与第一地点中测量的值类似。
根据示例性实施例，控制器构造成控制子集，使得多个地点之间的照射强度差小于10％，优选地小于5％，更优选地小于4％，最优选地小于1.5％。
根据示例性实施例，至少一个传感器包括相机、光传感器、对温度敏感的传感器、或它们的组合。这样的传感器可以包括例如光电二极管，其包括雪崩光电二极管、光电晶体管、光电导检测器、线性传感器阵列、CCD(电荷耦合器件)检测器、CMOS(互补金属氧化物半导体)光学检测器(包括CMOS阵列检测器)、光电倍增器和光电倍增器阵列。根据某些实施例，传感器(例如光电二极管或光电倍增器)可以包含额外的信号调节或处理电子器件。例如，传感器可以包括至少一个前置放大器、电子滤波器或集成电路。合适的前置放大器包括积分、互阻抗和电流增益(电流镜)前置放大器。
优选地，装置还包括距离调节器件，其构造成调节承载结构与LED阵列之间的距离。注意，LED阵列和/或承载结构可以移动。
使用这样的调节器件，可以进一步提高期望平面中的照射均匀性。例如，根据凸版前体的透明层的厚度，可以调节承载结构与LED阵列之间的距离。
优选地，LED阵列的LED构造成发射波长在200至2000nm范围内、更优选地从250至500nm、甚至更优选地从300至450nm、最优选地从270至410nm(例如主要在365nm)的电磁辐射。然后，至少一个传感器可以对对应的波长区域(例如200nm至2000nm)敏感。
优选地，由LED在预定表面区域中递送的照射强度在0.1到2000mW/cm2的范围内。对于背面曝光，优选地，由LED在预定表面区域中递送的照射强度在5至100mW/cm2之间，更优选地在8至60mW/cm2之间，最优选地在10至50mW/cm2之间。对于正面曝光，优选地，由LED在预定表面区域中递送的照射强度在30至500mW/cm2之间，更优选地在50至450mW/cm2之间，最优选地高于100mW/cm2。优选地，LED阵列与预定表面区域之间的距离至少为35mm。预定表面区域可以是当安装在承载结构上/中时的凸版前体中的表面区域或者在距离凸版前体较小距离处的表面区域。
优选地，由LED在预定表面区域中递送的辐射剂量在0.01至200J/cm2的范围内。对于背面曝光，优选地，由LED在预定表面区域中递送的剂量在0.1至100J/cm2的范围内，更优选地在0.5至50J/cm2的范围内，最优选地在0.5至30J/cm2的范围内。对于正面曝光，优选地，由LED在预定表面区域中递送的剂量高于10J/cm2，更优选地高于20J/cm2。
LED阵列可以布置在一个或多个载体(例如PCB(印刷电路板))上。例如，LED阵列可以由布置在多个LED PCB上的多组较小阵列组成，多个LED PCB在相同平面中彼此相邻布置。用于驱动LED阵列的驱动器电路可以布置在一个或多个单独的驱动器PCB上。一个或多个驱动器PCB可以布置在与其中布置多个LED PCB的平面平行且与该平面相距一定距离的平面中。当凸版前体面向多个LED PCB的第一侧时，则一个或多个驱动器PCB可面向多个LEDPCB的另一侧。
优选地，LED阵列的各个LED之间的距离至少为5mm，更优选地至少为7mm，并且优选地小于100mm，更优选地小于30mm。这样的距离允许在平行于其中布置LED阵列的平面的预定平面中获得足够均匀的照射强度。
优选地，装置还包括构造成冷却LED阵列的冷却器件。冷却器件可以是例如构造成生成气体流(通常是空气流)的冷却器件。另外或替代性地，可以使用具有液体冷却剂的冷却器件。
优选地，装置还包括驱动器件，其构造成用于优选地通过脉宽调制(Pulse WidthModulation，PWM)信号来驱动LED阵列。如上所述，驱动器件可以包括布置在一个或多个单独的驱动器PCB上的驱动器电路，并且一个或多个驱动器PCB可以布置在与其中布置多个LED PCB的平面平行且与该平面相距一定距离的平面中。更特别地，控制单元可以构造成改变PWM信号的占空比，以便改变一个或多个LED的子集所生成的照射强度。驱动器件可以使用电流或电压来驱动子集。
优选地，承载结构包括支撑结构，凸版前体可以支撑在该支撑结构上，并且该支撑结构对于由LED阵列生成的光至少部分透明。
优选地，承载结构包括以下结构中的任何一者：玻璃板、聚合物板、网状物、一组辊、鼓、被构造成用于悬挂凸版前体的结构、被构造成用于张紧凸版前体的结构。
在示例性实施例中，装置可以包括具有入口和出口的壳体，并且可选地，凸版前体可以自动地通过入口送到承载结构上的位置，被照射，接下来通过出口从装置去除。换言之，本发明的实施例允许构建完全自动化的在线系统。
入口和出口可以在同一侧或在相对侧。入口和出口可以构造成连接到其他单元。
装置可以包括用于自动输送凸版前体通过装置的输送系统。
输送系统可包括输送器件，其选自包括环形带、一对链条或带(具有推块)、一对导螺杆、缓行驱动器、摩擦驱动器、及它们的组合的组。
输送系统还可以包括至少一个附接器件，以将凸版前体附接到输送器件。附接器件可以是具有多个销的输送杆，销延伸穿过凸版前体的边缘。替代性地，可以使用用于夹紧凸版前体的夹紧器件。输送杆可以构造成联接到凸版前体的前缘，其中，输送系统构造成拉动具有联接的凸版前体的输送杆通过壳体。当输送系统包括两个导螺杆时，输送杆的端部可以设置有适于联接到导螺杆的凹部。
额外部件可以是装置的一部分。这些额外部件可以选自包括电源、用于正面曝光的额外光源、额外输送装置、电机、传感器、及它们的组合的组。额外光源可以选自包括LED、荧光灯、闪光灯、以线性方式布置的一组灯管、(扫描)激光器、LCD(液晶显示)屏幕、投影系统(例如具有可移动反射镜)、激光器、及它们的组合(这些部件可以是固定的和/或可移动的)的组。
在可能的实施例中，额外光源可以是另外的LED阵列，优选地是如上定义的另外的LED阵列。换言之，本发明覆盖了如上定义的LED阵列用于背面曝光的实施例、如上定义的LED阵列用于正面曝光的实施例、以及如上定义的第一LED阵列用于背面曝光且如上定义的第二LED阵列用于正面曝光的实施例。
在优选实施例中，背面曝光与正面曝光同时执行。例如，可以使用根据上述实施例中任一实施例的LED阵列执行背面曝光，并且可以在背面曝光的同时使用LED阵列或其他合适的光源执行正面曝光，即，可以从背面和正面两者曝光凸版前体的相同的点。
可选地，控制单元控制装置的部件以及过程链中的其他单元的部件。这样，需要在凸版前体上执行的各种操作可以由单个控制单元协调。注意，控制单元也可以是具有以独立或从属方式执行控制的多个控制模块的分布式控制器件。
控制单元还可以构造成控制正面曝光和背面曝光的定时，使得使用根据上述实施例中任一实施例的LED阵列执行背面曝光，并且在背面曝光的同时使用LED阵列或其他合适的光源执行正面曝光，即，可以从背面和正面两者曝光凸版前体的相同的点。
根据示例性实施例，将照射表面区域分成至少两个区域，该至少两个区域用不同的照射强度照射，并且其中，优选地，在各个区域内的不同位置处的照射强度差小于10％，优选地小于5％，更优选地小于4％，最优选地小于1.5％；或者其中，经曝光和显影的凸版前体的底层的厚度差小于底层厚度的10％，优选地小于5％，更优选地小于4％，最优选地小于1.5％。
通过将照射表面区域分成至少两个区域，可以在这些区域中使用不同的照射强度，使得可以获得具有不同厚度的至少两个底层。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于曝光凸版前体的方法，该凸版前体包括基板层(优选为透明基板层)和至少一个光敏层。方法包括以下步骤：使用LED阵列(可选地为根据前述实施例中任一实施例的装置的LED阵列)来优选地通过凸版前体的基板层向凸版前体的光敏层发射辐射，使得同时辐射至少900cm2的光敏层的预定表面区域，所述LED阵列包括一个或多个LED的多个子集，各个子集是单独可控的；单独控制多个子集，并且使得预定表面区域中的照射强度变化在预定范围内，并且优选地使得照射强度差小于10％，优选地小于5％，更优选地小于4％，最优选地小于1.5％。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于校准包括LED阵列的曝光装置(例如根据上述实施例中任一实施例的曝光装置)的校准方法。方法包括以下步骤：使用LED阵列来在预定表面区域中发射辐射；所述LED阵列包括一个或多个LED的多个子集，各个子集是单独可控的；在预定表面区域的多个地点测量表示照射强度的值；基于由至少一个传感器测量的值来确定用于控制多个子集的控制方案，以获得预定表面区域中的期望照射图案。
校准方法可以不时地重复，并且能够补偿LED阵列的老化或失效的LED。优选地，保存用于各个LED的照射强度设置和/或将其应用于另外的凸版前体的曝光，其中，优选地，在再次执行校准过程之前曝光大量的凸版前体。
优选地，期望的照射图案是大致均匀的照射图案。
优选地，多个地点中的测量通过移动至少一个传感器使得该至少一个传感器在多个地点中执行测量来进行。多个地点可以如上结合本发明的另一方面所解释的那样选择。
在示例性实施例中，测量和控制包括以下步骤：
1.将至少一个传感器定位在平行于LED阵列的平面中的第一位置，所述第一位置与LED阵列的一个或多个第一相邻LED相关联；
2.测量与至少一个传感器的第一位置相关联的第一地点处的照射；
3.将至少一个传感器定位在所述平面中的另外位置处，所述另外位置与LED阵列的一个或多个另外的相邻LED相关联；
4.测量与至少一个传感器的另外位置相关联的另外地点处的照射强度；
5.调节第一和/或另外的相邻LED中的一者或多者的照射，使得第一地点和另外的地点中的照射强度之间的差减小；
6.其中，可选地，对相同和/或其它地点重复上述步骤。
可选地，照射区域可以用网格覆盖，其中，网格线的距离等于或大于LED阵列的LED之间的最小距离，并且至少一个传感器可以定位于网格线的交点处。
优选地，选择至少一个传感器的第一位置和另外的位置，使得第一位置的至少一个相邻LED是另外位置的相邻LED。
根据示例性实施例，收集并存储多个地点中的测量辐射值，并且使用算法来将各个LED的强度调节到目标值，使得不同地点之间的差低于第一地点处的照射强度的10％，优选地低于5％，更优选地低于4％，最优选地低于1.5％。
本发明还涉及一种用于曝光凸版前体的方法，该凸版前体包括基板层和至少一个光敏层，所述方法包括上述实施例中任一实施例的校准方法、以及使用所确定的控制方案以期望的照射图案照射凸版前体的光敏层的步骤。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于校准包括LED阵列的曝光装置(例如根据上述实施例中任一实施例的曝光装置)的校准方法。该方法包括以下步骤：使用LED阵列来在凸版前体的光敏层的预定区域中发射辐射，使得所述预定区域固化；所述LED阵列包括一个或多个LED的多个子集，各个子集是单独可控的；去除凸版前体的未固化部分；测量固化区域的厚度变化；基于所测量的厚度变化确定用于控制多个子集的控制方案，以在预定区域中获得期望的照射图案。
校准过程可以不时地重复，并且能够补偿LED阵列的老化或失效的LED。优选地，保存用于各个LED的照射强度设置和/或将其应用于另外凸版前体的曝光。
可以通过溶剂或通过热显影来进行凸版前体的未固化部分的去除。
可选地，照射区域可以用网格覆盖，其中，网格线的距离等于或大于LED之间的最小距离，并且厚度可以在网格线的交点处测量。可以选择厚度测量的位置，使得与第一位置相关联的至少一个相邻LED也是另外位置的相邻LED。
根据示例性实施例，收集并存储测量的厚度值，并且使用算法来将各个LED的强度调节到目标值，使得在未来的凸版前体内，不同厚度之间的差小于第一位置处的厚度的10％，优选地小于5％，更优选地小于4％，最优选地小于1.5％。
本发明还涉及一种用于曝光凸版前体的方法，该凸版前体包括基板层和至少一个光敏层，所述方法包括上述实施例中任一实施例的校准方法、以及使用所确定的控制方案以期望的照射图案照射另外凸版前体的光敏层的步骤。
根据本发明的另外方面，提供了一种用于曝光凸版前体的方法，包括以下步骤：
a)提供根据上述实施例中任一实施例的装置；
b)执行根据上述实施例中任一实施例的校准过程；
c)提供包括基板层和至少一个光敏层的凸版前体；
d)可选地用额外光源执行预曝光；
e)可选地将凸版前体定位在至少部分透明的支撑物上；
f)用步骤b)中获得的强度设置执行凸版前体的曝光；
g)可选地用额外的光源执行曝光；
h)可选的另外步骤。
步骤b)可以在步骤c)、d)或e)之后执行。
步骤f)可以通过凸版前体的基板层来执行。步骤f)和步骤g)可以同时或连续执行。步骤f)可以是背面曝光，步骤g)可以是正面曝光，反之亦然。
步骤d)的预曝光可以使用光源来执行，该光源选自包括LED、荧光灯、闪光灯、以线性方式布置的一组灯管、(扫描)激光器、LCD屏幕、光投影系统(例如具有可移动反射镜)、及它们的组合的组。在预曝光步骤期间，以成像方式(包括烧蚀和透射率改变)改变凸版前体层的透射率。
步骤h)的可选的另外步骤可以选自未固化材料的去除、清洗、干燥、加热、后曝光、研磨、及它们的组合的组。
根据本发明的另外方面，提供了一种用于曝光凸版前体的方法，包括以下步骤：
a)提供具有基板层和至少一个光敏层的凸版前体；
b)用由LED阵列发射穿过基板层的均匀辐射曝光凸版前体；
c)可选的另外步骤，
其中，在步骤b)中不使用掩模或成像器件，并且其中，在凸版前体中不同地点处的照射强度差小于10％。
上述任何特征都可以在可能的情况下与该方法组合。优选地，均匀化的照射强度在0.1到2000mW/cm2的范围内。优选地，步骤b)中递送的辐射剂量在0.01至200J/cm2的范围内。
可选地，预曝光可以使用光源在步骤b)之前执行，该光源选自包括LED、荧光灯、闪光灯、以线性方式布置的一组灯管、(扫描)激光器、LCD屏幕、光投影系统(例如具有可移动反射镜)、及它们的组合的组。可选地，可以执行另外的步骤(例如选自未固化材料的去除、未固化材料的去除、清洗、干燥、加热、后曝光、研磨、及它们的组合的组的步骤)。
凸版前体可以是用于元件的前体，该元件选自包括以下的组：柔性版印刷版、凸版印刷版、活字版、凹版、(柔性)印刷电路板、电子元件、微流体元件、微反应器、泳动池、光子晶体和光学元件、菲涅耳透镜。
附图说明
附图用于说明本发明的装置和方法的当前优选的非限制性示例性实施例。当结合附图阅读时，从以下详细描述中，本发明的特征和目的的上述和其它优点将变得更加明显，并且本发明将被更好地理解，在附图中：
图1是用于曝光凸版前体的装置的示例性实施例的示意性透视图；
图1A是凸版前体的横截面；
图1B是LED阵列的视图，例示了在LED阵列的一定距离处的预定表面区域的位置；
图2A是LED阵列的示例性实施例的顶视图；
图2B是LED阵列的另一示例性实施例的顶视图；
图3是用于曝光凸版前体的装置的示例性实施例的透视图；
图4是图3的示例性实施例的详细透视图；
图5是图3的示例性实施例的传感器装置的详细透视图；
图6是图3的示例性实施例的LED和驱动器PCB的详细透视图；以及
图7A和图7B以示意性横截面例示了本发明的两个另外的示例性实施例。
具体实施方式
图1示意性地例示了用于曝光凸版前体P的装置。凸版前体P在图1A中以横截面示出，并且包括基板层Ls(在此为对于LED的照射透明的基板层，参见另外内容)和至少一个光敏层Lp。装置包括用于承载凸版前体P的承载结构10、LED阵列20、用于驱动LED阵列20的驱动器件30、用于控制驱动器件30的控制单元40、以及至少一个传感器50。LED阵列20构造成照射由承载结构10承载的凸版前体P的光敏层Lp。
承载结构10提供凸版前体的水平支撑，并且可以是例如透明板。然而，在其他实施例中，承载结构10可以构造成用于提供倾斜支撑或用于竖直悬挂凸版前体或用于张紧凸版前体，使得凸版前体在平面中延伸。承载结构10布置成使得由承载结构承载的凸版前体大致平行于其中布置LED阵列20的平面延伸。
LED阵列20构造成同时照射至少900cm2的预定表面区域S，也参见图1B。LED阵列20包括一个或多个LED 21的多个子集25，各个子集25在由第一子集25递送的照射强度可以独立于另一子集25的强度控制的意义上是单独可控的。在图1和图2A的示例性实施例中，各个子集25包括一个单独可控的LED 21。然而，如图2B例示，多个LED 21可分组为子集25(例如串联连接的多个LED21)，其中，子集25是单独可控的。在图2B的示例中，各个子集25包括四个LED 21，并且可以控制由四个LED一起递送的强度。
LED阵列20布置成通过凸版前体P的基板层Ls照射凸版前体P的光敏层Lp，即，该装置旨在用于背面曝光。然而，如图7A的示意图所示，也可以实现具有用于正面曝光的LED21’的LED阵列20’，或者如图7B所示，实现用于正面曝光和背面曝光的两个LED阵列20、20’。LED 21可以布置在一个或多个LED PCB上。
控制单元40构造成单独地控制多个子集25，并且使得预定表面区域中的照射强度变化在预定范围内。预定表面区域可以例如与凸版前体的支撑平面相对应或者与在所述支撑平面上方的较小距离处的平面相对应。理想地，预定表面区域对应于要被照射的光敏层Lp所位于的平面。
具有LED 21的单独可控子集25的LED阵列20允许调节子集21的照射强度，以获得受控照射，并且特别地，获得对要照射的预定表面区域S的差不多均匀的照射。这样，可以实现具有受控厚度的底层，特别是具有大致恒定厚度的底层。进一步地，当LED 21失效时，通过具有构造成单独控制子集21的控制单元40，可以控制子集21，以补偿失效的LED，使得均匀性不会受到显著影响。
如图1B所示，预定表面区域S是在LED阵列20的一定距离处的、平行于LED阵列的平面的表面区域。优选地，LED阵列20与预定表面区域S之间的距离ds至少为35mm。预定表面区域S的尺寸与LED阵列20的尺寸大致相同。然而，如果仅使用LED阵列20的一部分LED 21，则预定表面区域S的形状和尺寸将大致对应于LED阵列20的所使用的部分的形状和尺寸。待曝光的凸版前体P可以被布置成使得预定表面区域S位于凸版前体P中，并且特别是位于至少一个光敏层Lp中，但是预定表面区域也可以位于距离凸版前体的较小距离处，因为对于LED阵列的特定距离范围内的多个平行表面区域，照射强度变化将差不多相同。优选地，预定表面区域S中的照射强度变化在预定范围内的条件对于平行于LED阵列20的平面的任何表面区域是有效的，该表面区域在LED阵列的第一距离d1与第二距离d2之间的距离处，其中，第二距离与第一距离之间的差(d2-d1)为至少1mm，更优选地至少2mm，甚至更优选地至少5mm，并且最优选地7mm。这在图1B中例示，对于S1与S2之间的所有表面区域S，该条件是有效的。这样，在待固化的整个层Lp中可以容易地满足该条件。
至少一个传感器50构造成在由LED阵列20照射的表面区域的多个地点L1、L2、L3、L1’、L2’、L3’等(参见图2A)中测量表示所述多个地点L1、L2、L3、L1’、L2’、L3’中的照射强度的值。该表面区域可以与上述预定表面区域相同，或者可以位于与LED阵列20的平面平行的另一平面中。控制单元40然后可以构造成基于由至少一个传感器测量的值来单独地控制多个子集25。多个地点可对应于如图2A例示的多个LED 21上方的位置，但测量也可在如图2B例示的其它地点L1、L2、L3中进行。更一般地，可以使用允许获得相关表面区域中的照射的代表性图像的任何地点图案。装置包括移动器件(未示出)，其构造成在平行于LED阵列20的平面中在X方向和Y方向上移动至少一个传感器50，以便在多个地点中执行测量。移动器件可以包括驱动器，其构造成在与由承载结构10承载的凸版前体P平行的平面中移动至少一个传感器50。至少一个传感器50在其中移动的平面可以是凸版前体P的平面、在所述凸版前体P上方一定距离处或在所述凸版前体P下方一定距离处的平面。可选地，至少一个传感器50可以构造成测量覆盖S1与S2之间的多个平行的预定表面区域S的3D分布。另外或替代性地，至少一个传感器50可安装成使得LED阵列20与至少一个传感器50之间在Z方向上的距离可调节。
控制单元40可构造成基于至少一个传感器50在多个地点中的测量值来控制LED21，使得当期望获得大致均匀的照射并因此获得聚合光敏层Lp的大致恒定的层厚度时，多个地点中的照射强度差在预定范围内。
可选地，装置还包括距离调节器件(未示出)，其构造成调节承载结构10与LED阵列20之间的距离d。这样，可以优化距离d，使得照射在待曝光区域中最大。
优选地，LED阵列20的LED 21构造成发射波长在270至410nm范围内的电磁辐射。优选地，LED 21发射UV光。优选地，由LED在预定表面区域中递送的照射强度在1到200mW/cm2的范围内，和/或由LED 21递送的辐射剂量在1到100J/cm2之间。参见图2A，LED阵列20的各个LED 21之间的距离dl可以至少为5mm，优选至少为7mm，并且优选小于100mm。
装置还包括构造成冷却LED阵列20的冷却器件60。冷却器件60可以构造成在LED阵列20下方、特别是在上面安装LED 21的一个或多个LED PCB下方发送气流。
驱动器件30构造成用于优选地通过脉宽调制信号来驱动LED阵列20。驱动器件30可以包括一个或多个驱动器PCB，驱动器电路安装到驱动器PCB上。驱动器PCB可以定位于平行于LED PCB的平面中，在LED PCB之下。
通过使用具有单独可控的LED子集的LED阵列，可以调节子集的照射强度，以获得待照射表面区域的差不多均匀的照射。这样，可以实现具有大致恒定厚度的底层。进一步地，当LED失效时，通过具有构造成单独控制子集的控制单元，可以控制子集，以补偿失效的LED，使得均匀性不会受到显著影响，同时可以不需要更换失效的LED。
而且，通过具有覆盖大区域的LED阵列，装置可以设计成使得可以通过激活LED阵列在单个步骤中使凸版前体经受背面曝光。注意，可以针对最大的凸版前体设计装置，并且当必须曝光(例如背面曝光)较小的凸版前体时，可以仅激活LED阵列的一部分LED(足以覆盖较小版的尺寸)。尽管装置优选地旨在通过凸版前体的透明基板层进行背面曝光，但是本发明的实施例还覆盖其中LED阵列用于正面曝光的装置。
通过执行控制使得预定表面区域中的照射强度变化在一定范围内，可以实现准确地控制底层的厚度变化。
进一步地，与使用例如UV灯管的背面曝光的现有解决方案相比，通过使用LED阵列，本发明的实施例的能耗和成本可以更低。而且，由于不需要像UV灯管那样进行预热，因此该方法可以更快。而且，因为LED阵列的子集可以根据凸版前体的尺寸单独激活，所以与所有UV灯管都被激活而与尺寸无关的现有解决方案相比，更小的版的能耗将更小。
根据示例性实施例，图1的装置可以如下使用。控制LED阵列20，以通过凸版前体的基板层向凸版前体P的光敏层发射辐射，使得同时辐射预定表面区域，其中，多个子集单独控制，并且使得预定表面区域中的辐射强度变化在预定范围内。
在使用装置之前，可以使用以下方法中的任何一者来校准该装置。根据第一可能实施例，校准方法包括：使用LED阵列20在预定表面区域中发射辐射；使用至少一个传感器50在预定表面区域的多个地点L1、L2、L3等中测量表示照射强度的值；基于测量值确定用于控制多个子集21的控制方案，以获得预定表面区域中的期望照射图案。期望的照射图案可以是大致均匀的照射图案，以便获得具有大致恒定厚度的底层，但是也可以是具有不同照射区的图案，以便获得不同的底层厚度。
多个地点L1、L2、L3等中的测量可通过移动至少一个传感器50使得该至少一个传感器在多个地点中执行测量来进行。例如，测量和控制可以包括：
将至少一个传感器50定位在平行于LED阵列的平面中的第一位置，所述第一位置与LED阵列的一个或多个第一相邻LED相关联；
测量与至少一个传感器50的第一位置相关联的第一地点L1处的照射强度；
将至少一个传感器50定位在所述平面中的另外位置处，所述另外位置与LED阵列的一个或多个另外的相邻LED相关联；
测量与至少一个传感器的另外位置相关联的另外地点L2处的照射强度；
调节第一和/或另外的相邻LED中的一者或多者的照射强度，使得第一地点L1和另外的地点L2中的照射强度之间的差减小；
可以对相同的地点L1、L2和/或其它地点L3等重复上述步骤，直到实现期望的照射图案为止。
根据另一可能的实施例，校准方法包括：
使用LED阵列20在凸版前体的光敏层的预定区域中发射辐射，使得所述预定区域固化；
去除凸版前体的未固化部分；
测量固化区域的厚度变化；
基于所测量的厚度变化确定用于控制多个子集的控制方案，以获得预定区域中的期望照射图案。
图3至图6详细例示了使用与图1的实施例相同的主要部件的示例性实施例，并且将不再描述这些部件。装置包括壳体100，其具有包括背面曝光器件的下壳体部130和包括正面曝光器件的上壳体部110。凸版前体P可以手动或自动地被带到承载结构10上，使得凸版前体位于下壳体部130中的背面曝光器件与上壳体部110中的正面曝光器件之间。可选地，装置可以包括额外的正面曝光器件120，其包括可移动的LED条。可移动LED条结构120可以从右向左和向后移动。
图4例示了下壳体部130的横截面。LED阵列20布置在下壳体部130中，并且包括在平行于支撑凸版前体P的玻璃板10的平面中彼此相邻布置的多个LED PCB 22(在此为3×6个LED PCB 22)。图4和图6还示出了包括承载驱动器电路的多个驱动器PCB 32的驱动器件30。驱动器PCB 32布置在LED PCB22下方的平面中。多个电缆31将驱动器PCB 32上的驱动器电路连接到上方的LED PCB 22上的连接器，以便连接布置在LED PCB 22上的LED 21。LEDPCB22和驱动器PCB 32安装在支撑结构65(优选地由导热材料制成)的相对侧上。冷却器件(未示出)可以构造成生成通过支撑结构65的通道61的气流，以便冷却LED PCB 22和相关联的LED 21。
上壳体部130容纳多个主UV管112，其用于以本领域技术人员已知的方式正面曝光凸版前体P。
图5详细示出了传感器装置50。传感器装置50包括可移动的支撑结构51，其承载传感器支撑板52，在该支撑板上安装有多个传感器，通常为UV传感器，例如二极管(在图5中不可见，因为传感器安装在传感器支撑板52的下侧)。支撑结构51在平行于LED阵列20的平面中可在X方向和Y方向上移动。可选地，支撑结构51可以可移动地附接到可在X方向上移动的正面曝光器件120，其中，支撑结构可在Y方向上相对于正面曝光器件120移动。
以上结合先前实施例解释的方法也可以用图3至图6的装置来执行。
在未例示的实施例中，可以提供后处理，以对凸版前体执行后处理，例如清洗、干燥、后曝光、加热、冷却、材料的去除等。进一步地，在未例示的实施例中，可以提供预处理，以对凸版前体执行预处理，所述预处理选自包括以下的组：切割、烧蚀、暴露于电磁辐射、及它们的组合。
凸版前体通常包括支撑层和至少一个光敏层。支撑层可以是柔性金属、天然或人造聚合物、纸、或它们的组合物。优选地，支撑层是柔性金属或聚合物膜或片。在柔性金属的情况下，支撑层可以包括薄膜、筛状结构、网状结构、织造或非织造结构、或它们的组合。钢、铜、镍或铝板是优选的，并且可以是约50至1000μm厚。在聚合物膜的情况下，该膜是尺寸稳定的但可弯曲的，并且可以例如由聚烯烃(polyalkylene)、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺和聚碳酸酯、用织造、非织造或层状纤维(例如玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维)增强的聚合物、或它们的组合物制成。优选地，使用聚乙烯和聚酯箔，并且它们的厚度可以在大约100至300μm的范围内，优选地在100至200μm的范围内。
除了光敏层和支撑层之外，凸版前体还可以包括一个或多个另外的额外层。例如，另外的额外层可以是以下层中的任何一者：可直接雕刻(例如通过激光)的层、可溶剂或水显影的层、可热显影的层、掩模层、覆盖层、阻挡层等。在上述不同层之间可以定位一个或多个粘合层，其确保不同层的适当粘合。
虽然上面已经结合具体实施例阐述了本发明的原理，但是应当理解，该描述仅作为示例，而不是作为对由所附权利要求书确定的保护范围的限制。

Claims (27)

1.一种用于曝光凸版前体(P)的装置，所述凸版前体(P)包括基板层和至少一个光敏层，所述装置包括：
承载结构(10)，其用于承载凸版前体；
LED阵列(20)，其构造成照射由所述承载结构承载的所述凸版前体的光敏层，所述LED阵列构造成同时照射至少900cm2的预定表面区域，所述LED阵列包括一个或多个LED(21)的多个子集(25)，各个子集是单独可控的；以及
控制单元(40)，其单独地控制所述多个子集(25)，并且使得所述预定表面区域中的照射强度差在预定范围内。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基板层是透明基板层，并且其中，所述LED阵列布置成通过所述凸版前体的所述基板层来照射所述凸版前体的所述光敏层。
3.一种用于曝光凸版前体的装置，所述凸版前体包括至少一个光敏层，所述装置包括：
承载结构(10)，其用于承载凸版前体；
LED阵列(20)，其构造成照射由所述承载结构承载的所述凸版前体的光敏层，所述LED阵列包括一个或多个LED的多个子集，各个子集是单独可控的；
至少一个传感器(50)，其构造成在由所述LED阵列照射的预定表面区域的多个地点(L1、L2、L3)中测量表示照射强度的值；以及
控制单元(40)，其基于由所述至少一个传感器测量的值来单独地控制所述多个子集。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括移动器件，其构造成移动所述至少一个传感器，以便在所述多个地点中执行测量。
5.根据前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述移动器件包括驱动器，其构造成在与由所述承载结构承载的所述凸版前体平行的表面中移动所述至少一个传感器。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制单元构造成基于所述至少一个传感器在所述多个地点中的测量值来控制所述LED，使得所述多个地点中的照射强度的差在预定范围内。
7.根据权利要求3至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述多个地点的数量等于或大于所述多个子集的数量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，还包括距离调节器件，其构造成调节所述承载结构与所述LED阵列之间的距离(d)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述LED阵列的所述LED构造成发射波长在200nm至2000nm的范围内、优选地从270nm至410nm的电磁辐射。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，由所述LED在所述预定表面区域中递送的所述照射强度在0.1至2000mW/cm2的范围内，优选地对于背面曝光在5至50mW/cm2之间，并且优选地对于正面曝光在30至500mW/cm2之间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述预定表面区域(S)与所述LED阵列20之间的距离(ds)为至少35mm。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，对于在所述LED阵列的第一距离(d1)与第二距离(d2)之间的距离处的任何预定表面区域(S)，所述预定表面区域S中的照射强度变化在所述预定范围内，其中，所述第二距离与所述第一距离之间的差(d2-d1)为至少1mm，更优选地为至少2mm，甚至更优选地为至少5mm，并且最优选地为7mm。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述LED阵列的各个LED之间的距离为至少5mm，优选地为至少7mm，并且优选地小于100mm。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，还包括构造成冷却所述LED阵列的冷却器件(60)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，还包括驱动器件，其构造成用于优选地通过脉宽调制信号来驱动所述LED阵列。
16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述承载结构包括支撑结构，其对于由所述LED阵列生成的光至少部分地透明。
17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述承载结构包括以下结构中的任何一者：玻璃板、聚合物板、网状物、一组辊、鼓、被构造成用于悬挂所述凸版前体的结构、被构造成用于张紧所述凸版前体的结构。
18.一种用于曝光凸版前体的方法，所述凸版前体包括透明基板层和至少一个光敏层，所述方法包括：
使用LED阵列，可选地为根据权利要求1至16中任一项所述的装置的LED阵列，来优选地通过所述凸版前体的所述基板层向所述凸版前体的光敏层发射辐射，使得同时辐射至少900cm2的所述光敏层的预定表面区域，所述LED阵列包括一个或多个LED的多个子集，各个子集是单独可控的；以及
单独地控制所述多个子集，并且使得所述预定表面区域中的照射强度变化在预定范围内。
19.一种用于校准曝光装置的校准方法，所述曝光装置包括LED阵列，可选地为根据权利要求1至16中任一项所述的装置的LED阵列，所述方法包括：
使用所述LED阵列在预定表面区域中发射辐射；所述LED阵列包括一个或多个LED的多个子集，各个子集是单独可控的；
在所述预定表面区域的多个地点中测量表示照射强度的值；以及
基于测量值确定用于控制所述多个子集的控制方案，以获得所述预定表面区域中的期望照射图案。
20.根据前述权利要求所述的校准方法，其特征在于，期望的照射图案是大致均匀的照射图案。
21.根据权利要求19或20所述的校准方法，其特征在于，多个地点中的测量通过移动至少一个传感器使得所述至少一个传感器在所述多个地点中执行测量来进行。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的校准方法，其特征在于，测量和控制包括：
将至少一个传感器定位在平行于LED阵列的平面中的第一位置，所述第一位置与所述LED阵列的一个或多个第一相邻LED相关联；
测量与所述至少一个传感器的所述第一位置相关联的第一地点处的所述照射强度；
将所述至少一个传感器定位在所述平面中的另外位置处，所述另外位置与所述LED阵列的一个或多个另外的相邻LED相关联；
测量与所述至少一个传感器的所述另外位置相关联的另外地点处的所述照射强度；以及
调节所述第一和/或另外的相邻LED中的一者或多者的所述照射强度，使得所述第一地点和所述另外的地点中的照射强度之间的差减小；
其中，可选地，对相同和/或其它地点重复上述步骤。
23.根据前述权利要求所述的校准方法，其特征在于，选择所述至少一个传感器的所述第一位置和所述另外的位置，使得所述第一位置的至少一个相邻LED是所述另外位置的相邻LED。
24.一种用于曝光凸版前体的方法，所述凸版前体包括基板层和至少一个光敏层，所述方法包括根据权利要求19至23中任一项所述的校准方法、以及用所获得的期望的照射图案照射所述凸版前体的光敏层的步骤。
25.一种用于校准曝光装置的校准方法，所述曝光装置包括LED阵列，可选地为根据权利要求1至16中任一项所述的装置的LED阵列，所述方法包括：
使用所述LED阵列在所述凸版前体的光敏层的预定区域中发射辐射，使得所述预定区域固化；所述LED阵列包括一个或多个LED的多个子集，各个子集是单独可控的；
去除所述凸版前体的未固化部分；
测量固化区域的厚度变化；以及
基于所测量的厚度变化确定用于控制所述多个子集的控制方案，以获得所述预定区域中的期望照射图案。
26.一种用于曝光凸版前体的方法，所述凸版前体包括基板层和至少一个光敏层，所述方法包括根据前述权利要求所述的校准方法、以及用所获得的期望的照射图案照射另一凸版前体的光敏层的步骤。
27.根据前述权利要求中任一项所述的装置或方法，其特征在于，所述凸版前体是用于元件的前体，所述元件选自包括柔性版印刷版、凸版印刷版、活字版、凹版、(柔性)印刷电路板、电子元件、微流体元件、微反应器、泳动池、光子晶体和光学元件、菲涅耳透镜的组。
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