VORRICHTUNG ZUR KONTAKTBELICHTUNG EINER DRUCKSCHABLONE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontaktbelichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der DE 20 2004 017 044 U1 ist eine Leuchte zur Belichtung von Siebdruckschablonen oder dergleichen bekannt, bei der als Lichtquelle neun in einer Reihe angeordnete Leuchtdioden verwendet werden, wobei jede Leuchtdiode ultraviolettes Licht abstrahlt. Dabei sind die einzelnen Leuchtdioden individuell oder abschnittsweise betätigbar. Diese Leuchte erzeugt durch die Anordnung der in Reihe vorgesehenen Leuchtdioden einen linienförmigen Lichtstrahl, der über die Druckschablone bewegbar ist um diese zu belichten. Aufgrund der Geometrie der Lichtquelle muss jede einzelne Leuchtdiode vergleichsweise lichtstark sein, damit der von der Lichtquelle zu beleuchtende linienförmige Bereich ausreichend erleuchtet wird. Eine solche entsprechend stark ausgelegte Leuchtdiode erzeugt auch nicht unerhebliche Mengen an Streulicht und Abwärme, so dass die Lichtquelle mit Kühlrippen ausgestattet werden muss. Andererseits kann das Streulicht nicht zur gezielten Belichtung der Druckschablone genutzt werden.
Außerdem wird in der DE 20 2005 017 044 U1 vorgeschlagen, monochromatisches Licht abstrahlende Leuchtdioden einzusetzen. Hierbei kann aber nur eine UV-Belichtung einer bestimmten Wellenlänge erfolgen, so dass der Einsatzbereich dieser Leuchte beschränkt ist.
Aus der DE 203 16241 U1 ist eine Belichtungsvorrichtung zur Belichtung einer Platine beschrieben, deren Lichtquelle aus einer Anzahl von Leuchtdioden gebildet ist, wobei die Leuchtdioden auf einer quadratischen Fläche angeordnet sind. Auch in dieser Schrift ist beschrieben, dass die Belicht- ungsvorrichtung als Lichtquellenzeile ausgebildet ist, wobei die einzelnen Leuchtdioden nebeneinander in der Reihe angeordnet sind. Letztere Lichtquellenzeile kann mittels einer Scanvorrichtung über die Druckschablone bewegt werden, um diese vollständig auszuleuchten. Sowohl in der Lichtquellenzelle, als auch in der Lichtquellenanordnung gemäß DE 203 16 241 LM müssen vergleichsweise lichtstarke Leuchtdioden eingesetzt werden, um ausreichend starkes Licht zur Belichtung der Druckschablone zur Verfügung zu stellen, was letztendlich zu einer hohen Wärmeentwicklung, hohen Kosten und zu einer nicht unerheblichen Menge von unerwünschtem Streulicht führt.
Bei den Belichtungssystemen nach den vorgenannten Druckschriften ist es notwendig, eine vergleichsweise lange Belichtungszeit vorzusehen, um die lichtempfindliche Emulsion der Druckschablone ausreichend zu belichten.
Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Kontaktbelichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die trotz energieärmerer Leuchtdioden der lichtempfindlichen Emulsion auf der Druckschablone ausreichend Energie zuführen, um diese auszubelichten.
Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Kontaktbelichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Eine nach dieser technischen Lehre ausgebildete Vorrichtung zur Kontaktbelichtung hat den Vorteil, dass durch die Verwendung verschiedener monochromatisch leuchtender Leuchtdioden ein genau definiertes Licht verschiedener Frequenzen zur Verfügung steht. Hierdurch ist es möglich, das Licht an die spezifischen Gegebenheiten der Emulsion anzupassen, so dass eine optimale und schnelle Belichtung und damit auch Aushärtung der Emulsion erreicht wird.
In einer vorteilhaften Anwendung werden Leuchtdioden mit zwei verschiedenen Frequenzen eingesetzt, wobei eine erste Frequenz zur Oberflächenhärtung optimiert ist, z. B. 395 nm, während die zweite Frequenz zur Tiefenhärtung optimiert ist, z. B. 365 nm.
In einer anderen, vorteilhaften Anwendung werden Leuchtdioden mit mehreren verschiedenen Frequenzen, insbesondere mit 355 nm, 365 nm, 375 nm, 385 nm, 395 nm, eingesetzt. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch ein ganzes Lichtspektrum von 350 nm bis 400 nm abgedeckt ist.
Um über die gesamt Länge der Lichtquelle ein möglichst gleichmäßiges Licht zu erhalten ist es vorteilhaft, die Leuchtdioden abwechselnd anzuordnen, so dass benachbarte Leuchtdioden eine unterschiedliche Frequenz aufweisen.
Die Anordnung der Leuchtdioden in einer Reihe hat den Vorteil, dass hierdurch ein linienförmiger Lichtstrahl entsteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Lichtquelle verschiedene Lichtfelder ausgebildet, wobei in jedem Lichtfeld eine Anzahl von Leuchtdioden vorgesehen sind. Insbesondere wenn in jedem Feld beispielsweise vier verschiedene, monochromatische Leuchtdioden vorgesehen sind, die UV-Licht in verschiedenen Wellenlängen abstrahlen,
kann hierdurch in präziser Weise das gewünschte Lichtspektrum eingesetzt werden, welches zu einer optimalen Belichtung der Emulsion der Druckschablone erforderlich ist.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, jede Leuchtdiode oder jede Leuchtdiodengruppe individuell ansteuerbar zu gestalten, so dass für jeden Anwendungszweck Licht der gewünschten Wellenlänge zur Verfügung gestellt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass zum einen das für die jeweilige Emulsion günstigste Licht verwendet werden kann, und zum anderen hat es den Vorteil, das Beispiel Licht einer bestimmten Wellenlänge zur Oberflächentrocknung und Licht einer anderen Wellenlänge zur Tiefentrocknung der Emulsion eingesetzt wird, so dass die Emulsion in kürzester Zeit ausgetrocknet ist.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die einzelnen Felder serienmäßig vorbereitet werden können, z. B. indem die gewünschten Leuchtdioden auf einer entsprechenden Platine montiert werden. Dann braucht lediglich diese vorbereitete Platine im Gehäuse der Lichtquelle montiert werden. Durch die Anordnung der einzelnen Felder in einer Reihe wird ein quasi linienförmiger Lichtstrahl erzeugt, der über die gesamte Breite der Druckschablone reicht.
Durch die Verwendung mehrerer verschiedener monochromatischer Leuchtdioden kann die Vorrichtung für ein großes Spektrum von Anwendungen eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Leuchtdioden einer Leuchtdiodengruppe nebeneinander in einer Reihe angeordnet. Hierdurch wird die linienförmige Abstrahlung des Lichtes unterstützt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die gezielte eingesetzte Wellenlänge Leuchtdioden geringerer Leistung eingesetzt werden können, was Kosten spart, was weniger Streulicht verursacht und was zu einer geringeren Wärmeentwicklung führt.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kontaktbelichtung ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Frontansicht; Fig. 2a eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in Seitenansicht;
Fig. 2b eine Detailvergrößerung der Vorrichtung gemäß Fig. 2a, entlang der Linie Il in Fig. 2a;
Fig. 3a eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht; Fig. 3b eine Detailvergrößerung der Vorrichtung gemäß Fig. 3a, entlang der Linie IM in Fig. 3a; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht; Fig. 5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht; Fig. 6 eine schematische Darstellung der Lichtquelle der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 in Unteransicht;
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Lichtquelle einer fünften
Ausfϋhrungsform in Unteransicht; Fig. 8 eine schematische Darstellung der Lichtquelle einer sechsten
Ausfϋhrungsform in Unteransicht.
In den Fig. 1 , 2a, 2b und 6 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kontaktbelichtung einer Druckschablone 102 dargestellt. Derartige Druckschablonen 102 werden beispielsweise im Siebdruck, Offsetdruck, Tampondruck, Flexodruck oder in ähnlichen Druck- verfahren verwendet. Diese Vorrichtung ist in der Zeichnung nur stark schematisch vereinfacht dargestellt, zeigt aber alle wesentlichen Details.
Die Vorrichtung 100 zur Kontaktbelichtung einer Druckschablone umfasst hier nicht näher dargestellte Mittel zur Aufnahme einer lichtempfindlichen Druckschablone 102, die mit einer lichtempfindlichen Emulsion versehen ist und hier ebenfalls nicht näher dargestellte Mittel zur Aufnahme eines das Motiv tragenden Films 104, sowie eine Lichtquelle 106. Die Lichtquelle 106 reicht in ihrer Breite über die gesamte Druckschablone 102 und ist der Länge nach über die Druckschablone 102 verfahrbar, so dass das von der Lichtquelle 106 ausgehende, im wesentlichen linienförmige Licht, die gesamte Druckschablone 102 überstreift. In der Regel wird der Film 104 mittels Vakuum auf die Druckschablone 102 gesaugt, um den Abstand zwischen Film 104 und Druckschablone 102 zu minimieren. Darüber hinaus ist oberhalb des Films 104 eine Glasscheibe 108 vorgesehen, die auf dem Film 104 aufliegt, um Wellenbildung im Film 104 zu vermeiden und um sicherzustellen, dass der auf der Druckschablone 102 aufliegende Film 104 eine plane Oberfläche bildet, so dass eine korrekte Ausbelichtung der Druckschablone 102 erfolgt.
Die Lichtquelle 106 umfasst in dieser Ausführungsform zwölf Lichtfelder 110, die nebeneinander in einer Reihe in einem Gehäuse 112 der
Lichtquelle 106 angeordnet sind. Jedes Lichtfeld 110 umfasst fünf Leuchtdiodengruppen 114 und jede Leuchtdiodengruppe 114 umfasst acht Leuchtdioden 116. Dabei sind die Leuchtdioden 116 einer einzelnen Leuchtdiodengruppe 114 nebeneinander in einer Reihe angeordnet. Folglich besteht die Leuchtdiodengruppe 114 aus fünf Reihen Leuchtdioden 116 mit insgesamt 40 Leuchtdioden 116.
Die hier verwendeten Leuchtdioden 116 sind sogenannte Laserdioden (LED) einer bestimmten Wellenlänge. Dabei haben moderne Laserdioden mittlerweile ein Wellenlängenspektrum von nur 10 nm mit einer Lichtverteilung entsprechend einer gausschen Kurve, wobei die höchste Lichtintensität in der Mitte des Spektrums liegt. Somit haben die Leuchtdioden 116 der ersten Leuchtdiodengruppe 114 eine Wellenlänge von 355 nm, die zweite Leuchtdiodengruppe 114 umfasst Leuchtdioden 116 mit einer Wellenlänge von 365 nm, die dritte 375 nm, die vierte 387 nm und die fünfte 395 nm, so dass das Lichtfeld 110 UV-Licht mit einem Wellenlängenspektrum von 350 nm bis 400 nm abdeckt.
Jede Leuchtdiodengruppe 114 lässt sich dabei einzeln schalten, so dass entweder nur eine einzelne Leuchtdiodengruppe 114 oder aber zwei oder mehr Leuchtdiodengruppen 114 gleichzeitig aktiviert sind. Dabei ist jede beliebige Kombination denkbar. In einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform ist jede Leuchtdiode einzeln ansteuerbar.
Die auf den Druckschablonen 102 verwendete Emulsion hat je nach Herstellerfirma unterschiedliche chemische Stabilisatoren, die auf Licht einer bestimmten Wellenlänge besonders gut reagieren. Wird die Druckschablone mit Licht dieser Wellenlänge belichtet, so härtet die Emulsion sehr viel schneller aus. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Wellenlänge des Lichtes für die eingesetzte Emulsion optimiert werden, so dass ein schnelleres Aushärten der Emulsion erfolgt. Alternativ
hierzu kann die Leistung der Leuchtdiode gesenkt werden, ohne dass einbüßen bei der Belichtung zu erwarten sind.
Auch ist es möglich, die Lichtfelder 114 mit ihren monochromatischen Leuchtdioden 116 mit zwei verschiedenen Wellenlängen zu betreiben, wobei eine bestimmte Wellenlänge in der Emulsion eine gewisse Tiefentrocknung hervorruft und eine andere Wellenlänge, die Oberflächentrocknung der Emulsion vorantreibt. Somit kann eine besonders gute Trocknung der Emulsion in sehr kurzer Zeit erreicht werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die gezielte Auswahl der wirkungsvollen Wellenlänge der Leuchtdioden 116 eine schnellere Belichtung erfolgt, so dass die Leuchtdioden 116 mit einer geringeren Leistung eingesetzt werden können. Dies spart nicht nur Geld, sondern reduziert auch die Wärmeentwicklung in der Lichtquelle.
In einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform können als Lichtquellen auch SMD-Bauelemente (Surface-Mounted Device) eingesetzt werden. In noch einer anderen Ausführungsform können als Lichtquellen auch Elektrolumineszenz-Dioden verwendet werden.
Das Gehäuse 112 der Lichtquelle 106 umschließt die Leuchtdioden 116 derart, dass zumindest eine Vorderwand 118 und eine Rückwand 120 in Richtung der Druckschablone 102 bis über die Leuchtdioden 116 hinausragen. Dabei sind die Vorder- 118 und die Rückwand 120 innenseitig reflektierend ausgebildet, um das von den Leuchtdioden 116 ausgehende Streulicht möglichst gut zu reflektieren.
Unterhalb der Lichtquelle 106 ist ein zylindrischer Vollglasstab 122 vorgesehen, wobei die Vorder- 118 und die Rückwand 120 der Lichtquelle 106 bis an den Vollglasstab 122 heranreichen. Das von den Lichtfeldern 110 ausgehende Licht trifft auf die Oberfläche des Vollglasstabes 122 und wird
von diesem annähernd parallelisiert, so dass auf der Glasscheibe 108 entsprechend parallel ausgerichtete Lichtstrahlen auftreffen. Diese Lichtstrahlen gehen parallel durch die Glasscheibe 118 hindurch und treffen wiederum parallel auf den Film 104 auf, wobei die Lichtstrahlen im Bereich des Motivs 124 absorbiert werden und nur in den motivfreien Bereichen durch den Film 104 hindurchgelangen und die Emulsion der Druckschablone 102 ausbelichten.
Durch den Vollglasstab 122 wird das von der Lichtquelle 106 ausgehende Licht stets parallel ausgerichtet, auch wenn die Lichtquelle 106 längs über die Druckschablone 102 bewegt wird. Wie insbesondere Fig. 2b zu entnehmen ist, erzeugt dieses parallele Licht sehr scharfe Druckkanten auf der Emulsion der Druckschablone 102, so dass hierdurch hochpräzise Bilder entstehen.
Eine in den Fig. 3a und 3b dargestellte zweite Vorrichtung 200 zur Kontaktbelichtung einer Druckschablone entspricht der oben beschriebenen ersten Vorrichtung 100 bis auf den Umstand, dass der Vollglasstab 222 der Vorrichtung 200 eine vergleichsweise großen Abstand zur Lichtquelle 206 aufweist. Aufgrund dieses großen Abstandes werden die von der Lichtquelle 206 ausgehenden Lichtstrahlen durch den Vollglasstab 222 auf einen quasi linienförmigen Bereich fokussiert, so dass dieser linienförmige Bereich mit Licht einer sehr hohen Intensität bestrahlt wird. Hierdurch ist es möglich, die Lichtquelle 206 mit einer höheren Geschwindigkeit über die Druckschablone 202 bewegen zu können, da dieses fokussierte Licht in kürzerer Zeit für eine Auswertung der Emulsion der Druckschablone 202 sorgt. Alternativ kann auch die Leistung der Leuchtdiode reduziert werden, was zu einer höheren Lebensdauer, geringeren Wärmeentwicklung und zu weniger Streulicht führt.
In einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform ist der Vollglasstab verschiebbar an der Lichtquelle gehalten, so dass der gewünschte Abstand des Vollglasstabes zur Lichtquelle individuell eingestellt werden kann. Dabei können auch Zwischenwerte eingestellt werden, um eine Teilfokussierung der Lichtstrahlen zu erreichen.
Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung 300 zur Kontaktbelichtung einer Druckschablone unterscheidet sich von der Vorrichtung 100 lediglich dadurch, dass hier ein Halbglasstab 326 verwendet wird, der das von den Lichtfeldern 310 ausgehende Licht parallelisiert.
Sowohl der Vollglasstab 122, 222, als auch der Halbglasstab 326, 426, sind auf ihrer der Lichtquelle 106, 206 zugewandten Oberfläche mittels einer Oberflächenbeschichtung entspiegelt, so dass UV - Licht der Wellenlänge von 350 nm bis 400 nm annährend vollständig in den Vollglasstab 122, 222, bzw. Halbglasstab 326, 426 eintreten kann. Hierdurch werden Spiegelungen und damit verbunden das Streulicht auf ein Minimum reduziert.
Die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung 400 zur Kontaktbelichtung einer Druckschablone unterscheidet sich von der in den Fig. 3a und 3b dargestellten Vorrichtung 200 lediglich dadurch, dass hier ein Halbglasstab 426 das von den Lichtfeldern 410 ausgehende Licht fokussiert.
Die in Fig. 7 schematisch dargestellte Lichtquelle 506 gehört zu einer hier nicht näher dargestellten fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kontaktbelichtung, wobei in der Lichtquelle 506 in einer Reihe abwechselnd Leuchtdioden 516 mit einer Frequenz von 365 nm und Leuchtdioden 516' mit einer Frequenz von 395 nm vorgesehen sind. Dabei werden die Leuchtdioden 516' (395 nm) zur Oberflächenhärtung der Emulsion eingesetzt, während die Leuchtdioden 516" (365 nm)
zur Tiefenhärtung der Emulsion verwendet werden. Durch das parallele Aushärten der Tiefe und der Oberfläche der Emulsion erfolgt einer sehr viel schnellere Ausbelichtung der Emulsion, bei gleichzeitig geringerer Leistung der Leuchtdiode, was neben der Energieersparnis auch zu einer geringeren Wärmeentwicklung führt.
Die in Fig. 8 schematisch dargestellte Lichtquelle 606 gehört zu einer hier nicht näher dargestellten sechsten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kontaktbelichtung, wobei in der Lichtquelle 606 in einer Reihe abwechselnd Leuchtdioden 616 mit einer Frequenz A von 365 nm, Leuchtdioden 616' mit einer Frequenz B von 375 nm, Leuchtdioden 616" mit einer Frequenz C von 385 nm und Leuchtdioden 616'" mit einer Frequenz D von 395 nm vorgesehen sind, so dass hierdurch ein breites Lichtspektrum abgedeckt ist.
Bei den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen sind die Leuchtdioden 516, 516', 616, 616", 616", 626'" jeweils einzeln ansteuerbar, so dass je nach Anwendungsfall Licht einer bestimmten Wellenlänge oder einer bestimmte Kombination zweier oder mehr Wellenlängen appliziert werden kann. Die Leuchtdioden 516, 516' und 616, 616', 616", 626'" sind monochrome Leuchtdioden mit einem Lichtfeld von etwa 2 bis 3 mm. Alternativ können auch monochrome Arrayleuchtdioden eingesetzt werden, deren Lichtfeld ca. 8 mm beträgt. Die in Reihe angeordneten Leuchtdioden haben einen Abstand von ca. 1 cm, jeweils vom Mittelpunkt aus gerechnet.
Bezugszeichenliste:
100 200 300 400 Vorrichtung
102 202 Druckschablone
104 Film 110066 220066 506 606 Lichtquelle
108 Glasscheibe
110 310 410 Lichtfeld
112 Gehäuse
114 Leuchtdiodengruppe 111166 516, 616, 616' Leuchtdiode
515' 616", 616'" Leuchtdiode
118 Vorderwand
120 Rückwand
122 222 Vollglasstab 112244 Motiv
326 426 Halbglasstab