CN205539935U - Uv led光源结构及平行光曝光机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种UV LED光源结构及平行光曝光机，包括UV LED光源模块、复眼透镜匀化系统与主反射镜，沿UV LED光源模块的光路方向，复眼透镜匀化系统与主反射镜依序布置，UV LED光源模块用于射出紫外光线，UV LED光源模块与复眼透镜匀化系统相邻平行设置，主反射镜将平行紫外光线反射至掩膜版。光源模块采用UV LED灯珠阵列作为照明光源，在UV LED灯珠阵列上使用自由曲面准直透镜产生平行光束，且每个所述自由曲面准直透镜一一对应覆盖于所述UV LED灯珠阵列中的单个灯珠上，解决了UVLED光源发散角大的问题；通过复眼透镜匀化系统及主反射镜，提高了平行光线的均匀度和平行度。基于UV LED光源结构的平行光曝光机，具有结构简单、能耗少、成本低和寿命长等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及曝光机曝光照明的技术领域，特别是涉及一种UV LED光源结构及包含该UV LED光源结构的平行光曝光机。
背景技术
曝光机主要应用于PCB线路板制造、半导体生产及高精密细线路曝光。随着触控屏等平面显示电子产品的大力发展，作为实现高精度加工复制的重要装备的紫外平行光曝光装置的需求量正在逐年增加。
平行光曝光机是通过平行光将掩膜上的图形转移到掩膜下面的菲林上，再通过腐蚀或者刻蚀，将菲林上的图形转移到基片上，完成产品的制作。为实现高精度加工，平行光曝光机采用了350nm-410nm之间的紫外光源作为照明光源。同时要求照明光具有较高的平行度(小于±2.5°)，这使得光线经过掩模后不会很快扩散，可以很好的保证加工精度。
然而，目前的平行光曝光机大都是使用汞灯作为光源，汞灯产生的光谱比较复杂，一方面，其包含多条谱线，还有大量的红外辐射，效率低；另一方面，汞灯的寿命非常短，一般只有800小时，而且大功率的汞灯价格都在几万元人民币，导致造价成本高。
UV-LED(紫外发光二极管)具有效率高、寿命长和谱线窄等优点，是替换汞灯的理想光源。然而，单个UV-LED灯珠光功率低，要达到与汞灯相当的功率密度，需要多个灯珠一起工作。但目前UV-LED的发散角很大，同时多个灯珠排布的点阵属于面光源，能量很难有效利用。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种UV LED光源结构及平行光曝光机，用于解决现有技术中UV LED光源及平行光曝光机在曝光时，射出的光线发散角度大和强度不均匀的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种UV LED光源结构，包括：
UV LED光源模块、复眼透镜匀化系统与主反射镜，沿所述UV LED光源模块的光路方向，所述复眼透镜匀化系统与所述主反射镜依序布置，所述UV LED光源模块用于射出平行紫外光线，所述UV LED光源模块与所述复眼透镜匀化系统相邻平行设置，所述主反射镜将平行紫外光线反射至掩膜版。
优选地，所述UV LED光源模块包括UV LED灯珠阵列以及与所述UV LED灯珠阵列的灯珠数量等同的自由曲面准直透镜，且每个所述自由曲面准直透镜一一对应覆盖于所述UVLED灯珠阵列中的单个灯珠上。
优选地，所述UV LED灯珠阵列的排布的形状呈六边形。
优选地，所述UV LED灯珠阵列所设置的基板底部设有水冷模式的散热装置。
优选地，所述散热装置为沟槽，所述沟槽通过水冷循环进行散热。
优选地，所述UV LED光源模块射出紫外光线的中心波长为350-410纳米。
优选地，所述复眼透镜匀化系统包含多个微透镜，多个所述微透镜以正六边形或平方点阵的方式分布于所述复眼透镜匀化系统内。
优选地，所述UV LED光源模块还包括控制器，所述控制器与所述UV LED灯珠阵列相连，以控制UV LED灯珠阵列开启或关闭。
本实用新型的另一目的在于还提供一种平行光曝光机，包括上述UV LED光源结构。
如上所述，本实用新型的UV LED光源结构及平行光曝光机，具有以下有益效果：
所述UV LED光源模通过其内部的UV LED灯珠阵列射出的紫外光线，在UV LED灯珠阵列上使用自由曲面准直透镜产生平行光束，且每个所述自由曲面准直透镜一一对应覆盖于所述UV LED灯珠阵列中的单个灯珠上，解决了光源发散角度大的问题；在自由曲面准直透镜的基础上使用复眼透镜匀化系统与主反射镜，提高了平行光线的均匀度和平行度。同时，基于UV LED光源结构的平行光曝光机，相对于汞灯而言，具有结构简单、能耗少、成本低和寿命长等优点。
附图说明
图1显示为本实用新型的UV LED光源机构的结构示意图；
图2显示为本实用新型的单个UV LED灯珠的自由曲面准直透镜的结构示意图；
图3显示为本实用新型的UV LED灯珠阵列的自由曲面准直透镜的结构示意图；
图4显示为本实用新型的UV LED灯珠阵列排列的结构示意图；
图5显示为本实用新型的复眼透镜匀化系统中微透镜所形成的复眼透镜阵列结构示意图。
元件标号说明：
1 UV LED光源模块
2 复眼透镜匀化系统
3 主反射镜
4 掩膜版
5 控制器
6 UV LED灯珠阵列
7 自由曲面准直透镜
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
如图1所示，为本实用新型提供一种UV LED光源机构的结构示意图，包括：
UV LED光源模块1、复眼透镜匀化系统2与主反射镜3，沿所述UV LED光源模块1的光路方向，其中，所述UV LED光源模块1包括UV LED灯珠阵列6以及与所述UV LED灯珠阵列的灯珠数量等同的自由曲面准直透镜7，且每个所述自由曲面准直透镜7一一对应覆盖于所述UV LED灯珠阵列6中的单个灯珠上；所述复眼透镜匀化系统2与所述主反射镜3依序布置，所述UV LED光源模块1用于射出平行紫外光线，所述UV LED光源模块1与所述复眼透镜匀化系统2相邻平行设置，所述主反射镜3将平行紫外光线反射至掩膜版4，所述主反射镜3可为球面反射镜，通过保持主反射镜3与掩膜版4之间较远的距离，使输出的光束平行度更高。
上述提供的UV LED光源结构，其采用UV LED光源模块1，所述自由曲面准直透镜7底部与所述UV LED灯珠阵列6紧密贴合，其中，如图2所示，为UV LED光源模组中自由曲面准直透镜的结构示意图，所述自由曲面准直透镜7用于对UV LED灯珠阵列6发出的紫外线进行配光，以将UV LED灯珠阵列6发出的光线进行初步准直，使其收窄到预定的角度，如图3所示，为本实用新型的UV LED灯珠阵列的自由曲面准直透镜的结构示意图，针对于UV LED灯珠阵列6中每个灯珠进行配光，由于单个UVLED灯珠的配光曲线容易测量，能采用自由曲面进行精确配光。单个的准直透镜尺寸更小，更易加工，当自由曲面准直透镜完全覆盖UV LED灯珠阵列中单个灯珠时，提高了UV LED光源模组的能量利用率，所述UV LED光源模块1设置在复眼透镜匀化系统2前方，UV LED光源模块1发出的光线通过所述复眼透镜匀化系统2，再通过所述主反射镜3反射出平行光，用于对掩膜版4进行曝光。
其中，所述UV LED光源模块射出紫外光线的中心波长为350-410纳米。
如图4所示，为本实用新型的UV LED灯珠阵列排列的结构示意图，且所述UV LED灯珠阵列6的在基板上排布的形状呈六边形，相比矩阵排布的UV LED灯珠阵列而言，六边形排布的UV LED灯珠阵列中各个灯珠排布更为紧密，占空比更高，使得UV LED光源模组的功率密度更高。
具体地，所述UV LED灯珠阵列所设置的基板底部设有水冷模式的散热装置。
在本实施例中，所述散热装置为沟槽，所述沟槽通过设置在所述UV LED灯珠阵列6所在基板的底部，通过水冷机构往沟槽输送循环液体(水)达到降低UV LED灯珠阵列6温度的目的。或者，所述散热装置还可以设置为风冷模式的散热鳍片和风扇，特别地，散热鳍片和风扇尺寸在150mm*150mm*50mm以内。
具体地，所述复眼透镜匀化系统2包含多个微透镜，多个所述微透镜以正六边形或平方点阵的方式分布于所述复眼透镜匀化系统2，通过复眼透镜匀化系统进行匀化，提高了光束强度均匀性。
图5为多个所述微透镜以正六边形的方式形成于所述复眼透镜匀化系统2的实施例结构示意图，所述透镜为光学石英制成。
作为本方案的一个优选实施例，所述UV LED光源模块1还包括控制器5，所述控制器5与所述UV LED灯珠阵列6相连，根据所述控制器5发出的控制信号控制所述UV LED灯珠阵列6是否处于工作状态，即开启或关闭状态。
本实施例还提供一种平行光曝光机，包括上述UV LED光源结构，将上述的UV LED光源结构运用在现有的平行光曝光机中，不用客户更新换代设备、也不用大规模改造设备、花最少的代价即可以使得热量大、功耗高、有污染的采用超高压汞灯的曝光机改造成低温、节能、环保、安全的采用UV LED光源结构的曝光机，因此其是传统平行光曝光机改造最佳的解决方案。
综上所述，本实用新型通过UV LED光源模内部的UV LED灯珠阵列射出的紫外光线，且在所述UV LED灯珠阵列上采用自由曲面准直透镜，所述UV LED光源结构采用UV LED灯珠阵列和自由曲面准直透镜，所述自由曲面准直透镜对紫外光线进行初步准直，使射出的光源角度缩小到预定窄度，解决了发散角度大的问题；在其输出的平行光束上使用复眼透镜匀化系统进行校验，提高了输出光束的均匀度。同时，基于UV LED光源结构的平行光曝光机，相对于汞灯而言，具有结构简单、能耗少、成本低和寿命长等优点。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种UV LED光源结构，其特征在于，包括UV LED光源模块、复眼透镜匀化系统与主反射镜，沿所述UV LED光源模块的光路方向，所述复眼透镜匀化系统与所述主反射镜依序布置，所述UV LED光源模块用于射出紫外光线，所述UV LED光源模块与所述复眼透镜匀化系统相邻平行设置，所述主反射镜将平行紫外光线反射至掩膜版。
2.根据权利要求1所述的UV LED光源结构，其特征在于，所述UV LED光源模块包括UVLED灯珠阵列以及与所述UV LED灯珠阵列的灯珠数量等同的自由曲面准直透镜，且每个所述自由曲面准直透镜一一对应覆盖于所述UV LED灯珠阵列中的单个灯珠上。
3.根据权利要求2所述的UV LED光源结构，其特征在于，所述UV LED灯珠阵列排布的形状呈六边形。
4.根据权利要求2所述的UV LED光源结构，其特征在于，所述UV LED灯珠阵列所设置的基板底部设有水冷模式的散热装置。
5.根据权利要求4所述的UV LED光源结构，其特征在于，所述散热装置为沟槽，所述沟槽通过水冷循环进行散热。
6.根据权利要求1所述的UV LED光源结构，其特征在于，所述UV LED光源模块射出紫外光线的中心波长为350-410纳米。
7.根据权利要求1所述的UV LED光源结构，其特征在于，所述复眼透镜匀化系统包含多个微透镜，多个所述微透镜以正六边形或平方点阵的方式分布于所述复眼透镜匀化系统内。
8.根据权利要求2所述的UV LED光源结构，其特征在于，所述UV LED光源模块还包括控制器，所述控制器与所述UV LED灯珠阵列相连，以控制UV LED灯珠阵列开启或关闭。
9.一种平行光曝光机，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的UV LED光源结构。
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