ES2902045T3

ES2902045T3 - Sistema de impresión y módulo de escritura del mismo

Info

Publication number: ES2902045T3
Application number: ES18762930T
Authority: ES
Inventors: Ben Haim Nir Rubin; Michael Nagler; Abraham Keren; Ofer Aknin; Benzion Landa
Original assignee: Landa Labs 2012 Ltd
Current assignee: Landa Labs 2012 Ltd
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2038-08-08
Also published as: CN110997330B; GB201712726D0; WO2019030694A9; WO2019030694A1; US20200406544A1; US11865782B2; JP2022188090A; CN110997330A; EP3665015A1; EP3665015B1; JP2020529940A

Abstract

Un sistema (10, 70, 80) de impresión que comprende un módulo (40, 82) de escritura y un miembro (20) que tiene una superficie (22) de formación de imágenes configurada para transportar un polímero y móvil con respecto al módulo de escritura, en el que el módulo de escritura está configurado para dirigir sobre la superficie de formación de imágenes una pluralidad de haces de luz controlables individualmente que están espaciados entre sí en una dirección (Y) transversal a la dirección (X) de movimiento de la superficie de formación de imágenes, sirviendo la incidencia de un haz de luz en un punto en la superficie de formación de imágenes para ablandar o licuar el polímero transportado por la superficie de formación de imágenes en el punto, comprendiendo el módulo de escritura una pluralidad de módulos (110) electrónicos integrados teniendo cada uno una matriz de fuentes (120) de luz controlables individualmente, produciendo cada fuente de luz una respectiva de los haces de luz, caracterizado porque cada fuente de luz comprende una cascada de al menos dos uniones (342, 452) de semiconductores emisores de luz de Láser Emisor de Luz de Cavidad Vertical (VCSEL) conectadas en serie entre sí y configuradas para emitir luz a lo largo de un eje común para dirigir una haz único en el mismo punto de la superficie de formación de imágenes.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de impresión y módulo de escritura del mismo

Esta solicitud reivindica la prioridad del Convenio de París del documento GB 1712726.7, presentado el 8 de agosto de 2017.

Campo

La presente divulgación se relaciona con un sistema de impresión digital que tiene un módulo de escritura que incluye una pluralidad de fuentes de luz y busca mitigar los problemas causados por la generación de calor por módulos de escritura de alta potencia que utilizan Láseres Emisores de Superficie de Cavidad Vertical (VCSEL) como fuentes de luz.

Antecedentes

La impresión digital ofrece la capacidad de imprimir un artículo deseado sin el uso de una plantilla física. En la impresión digital bidimensional (2D), una imagen, almacenada principalmente en un almacenamiento digital, se transfiere al sustrato mediante el control de la deposición de tinta para formar el artículo impreso sobre el mismo. La transferencia de imágenes puede efectuarse directamente sobre el sustrato o indirectamente, a un medio intermedio, tal como una manta, desde el cual se transfiere la imagen al sustrato. En la impresión tridimensional (3D) (que aquí se supone que es "aditiva"), el objeto impreso se genera capa tras capa, y cada capa se imprime como un elemento de impresión semi 2D sobre una capa anterior (un elemento de impresión semi 2D que indica un elemento impreso que tiene un grosor pequeño, pero que no se desvanece). En una tecnología de impresión divulgada recientemente, el proceso de transferir una imagen para formar finalmente una impresión sobre el sustrato implica un paso de irradiar un haz de luz estructurado sobre una superficie objetivo para formar la imagen deseada sobre ella. La superficie objetivo puede ser en algunos ejemplos el sustrato de impresión o un miembro de transferencia intermedio (a veces denominado mantilla), o cualquier material que se encuentre en dicho sustrato de impresión o miembro de transferencia intermedio, que puede ser modificado portal radiación.

El documento WO 2016/189512 del mismo solicitante (en lo sucesivo '512) divulga un aparato de impresión para imprimir una película hecha de un material polimérico sobre una superficie de un sustrato. El aparato de impresión comprende un miembro de transferencia móvil que tiene una superficie de formación de imágenes, que está configurada para ser recubierta, durante el funcionamiento, con una monocapa de partículas que comprende un polímero termoplástico y, cuando se desea, un agente colorante. De acuerdo con algunas realizaciones del '512, el aparato de impresión comprende además un dispositivo de formación de imágenes para proyectar haces láser controlables individualmente sobre la superficie de formación de imágenes, cuando la superficie de formación de imágenes se mueve en una dirección X de referencia con respecto al dispositivo. El dispositivo de formación de imágenes incluye una pluralidad de chips o troqueles semiconductores que tienen una pluralidad de elementos emisores de haces láser, montados sobre un soporte de tal manera que, cuando se activan continuamente, los haces láser emitidos trazan a través de la superficie de formación de imágenes un conjunto de líneas paralelas que se extienden en la dirección X, y están sustancialmente uniformemente espaciados en la dirección Y. De acuerdo con algunas realizaciones de '512, los elementos emisores de haces láser son láseres emisores de superficie de cavidad vertical (elementos VCSEL o VCSEL), y los chips semiconductores son conjuntos de chips VCSEL. Las señales suministradas a los chips semiconductores para la activación de uno o más elementos láser están sincronizadas con el movimiento del miembro de transferencia, para permitir que los haces láser emitidos tracen una imagen de alta resolución en la superficie de formación de imágenes. Durante el funcionamiento, las regiones seleccionadas de la superficie de formación de imágenes recubierta se exponen a haces láser de elementos láser activados, lo que hace que las partículas dentro de las regiones seleccionadas se vuelvan pegajosas. Al presionar la superficie de formación de imágenes recubierta y la superficie del sustrato una contra la otra, la película pegajosa formada en las regiones seleccionadas de la superficie de formación de imágenes puede transferirse a la superficie del sustrato.

Cabe señalar que la tecnología VCSEL actual se basa principalmente en semiconductores de arseniuro de galio (GaAs) (aunque existen excepciones), y un gran porcentaje de VCSEL disponibles comercialmente están configurados correspondientemente para irradiar en el intervalo de infrarrojos (IR). Por lo tanto, los términos "luz" o "radiación" en el presente documento, cuando se aplican a fuentes de luz (por ejemplo, los VCSEL), están destinados a incluir toda la radiación electromagnética (EM) capaz de ablandar un polímero, incluso si dicha radiación no está en el intervalo visible del espectro electromagnético. Un material (por ejemplo, un polímero termoplástico) expuesto a dicha radiación se dice que es irradiado o radiado.

La tecnología de los diodos láser, y en particular los VCSEL, está experimentando un progreso continuo, y actualmente se encuentran fácilmente disponibles matrices densas de elementos emisores de haces láser de alta potencia en un solo troquel. El documento US 2016/0072258 divulga un aparato de proyección para generar un patrón de iluminación estructurado de alta resolución. El aparato de proyección comprende una fuente óptica que incluye una o más matrices VCSEL, en la que cada matriz VCSEL incluye al menos 5,000, pero no más de 500,000 dispositivos VCSEL, cada uno separado de un dispositivo VCSEL adyacente por una distancia que no es más de 5 micrómetros (pm). El aparato de proyección está configurado para generar uno o más patrones de iluminación estructurados de alta resolución deseados, en el que cada matriz VCSEL tiene un área proporcional al tamaño de la matriz VCSEL. El aparato de proyección comprende además un dispositivo de proyección que incluye al menos un elemento óptico para ampliar y proyectar el uno o más patrones de iluminación deseados sobre un área distal a la fuente óptica.

Otro ejemplo de sistema de impresión que utiliza tecnología VCSEL se conoce por el documento WO 2016/189510.

Resumen

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de impresión como se expone a continuación en la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas.

Las realizaciones de la invención descritas en el presente documento se refieren a la mitigación de la corriente eléctrica y la mitigación del calor en módulos de escritura que utilizan VCSEL como fuentes de luz.

Cuando un proceso de impresión digital incluye un paso de uso de radiación para modificar directamente las propiedades físicas de un material polimérico en una superficie de imagen, normalmente se involucra una cantidad considerable de energía en el paso si el material irradiado se modificó en el proceso (por ejemplo, ablandado o licuado) es para transferirlo a un sustrato de impresión o ya recubrirlo. Como ejemplo ilustrativo no limitativo, se puede considerar ablandar o licuar una capa sólida de polímero inicialmente. En tal caso, una región cubierta con una capa sólida del polímero, que incluye, por ejemplo, una capa formada por partículas del polímero puede irradiarse para modificar el polímero y/o partículas del mismo para formar una tinta pegajosa y/o líquida para transferir el material ablandado o licuado sobre el sustrato de impresión. Se puede suponer que un miembro de transferencia que lleva la capa de polímero se desplaza a lo largo de una dirección Xmientras que una pluralidad de fuentes de luz distribuidas a lo largo de la dirección Y se emplean para irradiar la energía requerida.

Suponiendo un polímero que tiene una capacidad calorífica volumétrica de aproximadamente 10-12 J/pm3 °C (aquí J significa Joule, pm significa micrómetros y °C significa grados Celsius), y un espesor de capa de aproximadamente 2 pm, y suponiendo además que la impresión se realiza con un píxel cuadrado hipotético que tiene bordes de 50 pm y a una velocidad de impresión de 1 m/seg, luego elevar la temperatura del polímero en 100 °C, cada píxel requiere aproximadamente 10 mW de potencia (la energía real gastada en un píxel es la potencia multiplicada por el tiempo de duración del píxel). Suponiendo además una eficiencia de transferencia de energía de aproximadamente 20 % para la relación entre la energía utilizada para modificar el material y la energía irradiada desde la fuente, entonces se requieren 50 mW de potencia radiada en la fuente de luz por cada franja de 50 pm de ancho de sustrato impreso a lo largo de la dirección Y correspondiente a una densidad de potencia radiada de aproximadamente 20 MW/m2 de la fuente de luz.

Si se utilizan los VCSEL para las fuentes de luz, los VCSEL se distribuyen a lo largo de la dirección Y de modo que cada VCSEL esté asociado con una sola franja de píxeles (la franja que se extiende a lo largo de la dirección X), entonces la potencia eléctrica consumida por cada VCSEL está determinada por la eficiencia de radiación del VCSEL (también denominada eficiencia de conversión de potencia). Con fines ilustrativos, suponiendo que la eficiencia de radiación del VCSEL sea de aproximadamente 30 %, entonces se deberían conducir 150 mW de potencia a cada VCSEL para lograr la potencia radiada ejemplar antes mencionada.

El experto en la técnica apreciará que la potencia eléctrica que debería suministrarse preferiblemente a cada fuente de luz de un sistema de impresión en la práctica puede diferir de los valores ilustrativos ejemplares dados anteriormente, que dependen de las suposiciones específicas realizadas anteriormente. Por ejemplo: la potencia eléctrica entregada varía linealmente con la energía específica requerida para modificar el material que se va a transferir (por ejemplo, la capacidad calorífica volumétrica del material), y con el volumen del material en una unidad de área (por ejemplo, el espesor de la capa de material); además, depende linealmente de la velocidad de impresión del sistema de impresión; y la potencia entregada es inversamente proporcional a la eficiencia de transferencia de energía de radiación al calor del material modificado y a la eficiencia de radiación de la fuente de luz (por ejemplo, la eficiencia de radiación del VCSEL). Por lo tanto, se puede considerar que los sistemas de impresión que utilizan los principios descritos anteriormente pueden usar fuentes de luz que irradian a una densidad de potencia más baja o más alta que la establecida anteriormente. por ejemplo, a 30 o 40 o 50MW/m2 o incluso a 70 o 100 o 200 o incluso 400 MW/m2 (el último valor ejemplar es válido si la impresión se realiza, por ejemplo, a una velocidad de impresión de 5 m/seg, un ancho de píxel de 25 pm, la capacidad calorífica volumétrica del polímero es el doble y la eficiencia de transferencia es la mitad de los valores supuestos anteriormente).

Suministrar y consumir tal potencia con tal densidad espacial plantea varias barreras en la implementación real de un sistema de impresión, como se detalla y explica a continuación. Tales barreras pueden estar asociadas específicamente con el calor generado por las fuentes de luz y sus circuitos eléctricos de conducción; la densidad de corriente eléctrica necesaria para conducir las fuentes de luz; y la rata de conmutación de las fuentes de luz. La rata de conmutación, a su vez, impone limitaciones al propio circuito electrónico de conducción, el calor disipado con este y la distancia física a lo largo de la cual se pueden conducir las señales de conducción entre el circuito de conducción y las fuentes de luz. Cabe señalar a este respecto que la rata de conmutación discutida anteriormente depende linealmente de la velocidad de impresión del sistema de impresión, y es inversamente proporcional a la dimensión del píxel. En el ejemplo ilustrativo dado anteriormente, un tamaño/longitud de píxel de 50 pm y una velocidad de impresión de 1 m/seg implica una rata de conmutación de aproximadamente 20 kHz, que generalmente requiere un circuito de conducción que tenga un ancho de banda mayor en un orden de magnitud, es decir, aproximadamente 200 kHz. Cabe señalar que un tamaño de píxel más pequeño o una velocidad de impresión más alta pueden requerir respectivamente una rata de conmutación más alta, tal como 40 kHz o 80 kHz o 150 kHz o incluso aproximadamente 300 kHz, en un sistema de impresión que tiene un tamaño de píxel de aproximadamente 25 pm y una velocidad de impresión de 8 m/seg.

La tecnología VCSEL contemporánea se basa principalmente en uniones de GaAs dopadas en p y dopadas en n (posiblemente con pozos cuánticos de InGaAs definidos entre paredes de confinamiento de AlGaAs dentro de la región activa). La barrera de potencial de una unión de GaAs es de aproximadamente 1,2 V y, en consecuencia, la caída de voltaje operativa lásertípica en una unión de GaAs está en el intervalo de 1,2 a 4 V. Por ejemplo, un VCSEL monomodo comercial puede proporcionar aproximadamente 100 mW de luz de salida a un voltaje de funcionamiento de aproximadamente 3 V y una corriente de funcionamiento de aproximadamente 300 mA. Cabe señalar que la eficiencia resultante de aproximadamente 10 % es típica del punto de trabajo implícito de corriente relativamente alta, porque la eficiencia de conversión de potencia en los VCSEL tiende a disminuir cuando la corriente aumenta más allá de un nivel óptimo. Por lo tanto, dicho punto de trabajo es mucho menos que óptimo por varias razones: primero, la eficiencia relativamente baja implica una generación de calor relativamente alto durante el funcionamiento -aproximadamente 1W de calor generado por cada VCSEL durante la generación de 100 mW de luz-. El experto en la técnica apreciará que dicho calor debe eliminarse del entorno de los VCSEL, para evitar un aumento intolerable de la temperatura de los mismos. En segundo lugar, conducir 300 mA de corriente a una multitud de VCSEL que se distribuyen a lo largo de la dirección Y en espaciamientos de, por ejemplo, aproximadamente 50 pm como se supuso anteriormente, implica densidades de corriente muy altas en los conductores que conducen a los VCSEL. Dichas densidades de corriente pueden agregar una cantidad considerable de generación de calor (al calor generado por los propios VCSEL) en el entorno inmediato de los VCSEL, lo que agrega más dificultad al problema de rechazo de calor y/o puede requerir una configuración compleja de conductores para la conducción de la corriente, tal como conductores dispuestos en varias capas. Y tercero, conmutar los VCSEL requiere conductores de alta corriente y alta velocidad que, a su vez, requieren conmutadores de potencia en la etapa de salida del conductor, lo que indica componentes relativamente grandes que requieren un área de montaje relativamente grande. Dado que la superficie de montaje cerca de los VCSEL es escasa, la demanda de un área de montaje grande implica que al menos parte de la electricidad de conducción se monta a distancia de los VCSEL, que requieren, a su vez, líneas de conducción relativamente largas entre la electricidad de conducción y los VCSEL. Claramente, las líneas de conducción largas que transportan altas densidades de corriente a altas ratas de conmutación afectan negativamente al menos la calidad de las señales de conducción, es decir, limitan el ancho de banda de las señales y también contribuyen a aumentar la resistencia eléctrica de las líneas de conducción entre los conductores y los VCSEL, por lo tanto, aumentando la generación de calor cerca de los VCSEL.

En la Descripción detallada se proporcionan explicaciones más detalladas de las restricciones y limitaciones impuestas por los requisitos combinados, como se detalla anteriormente, sobre la configuración eléctrica y física general de los VCSEL y la electrónica de conducción en dicho sistema de impresión.

Con el fin de reducir el requisito de corriente de las fuentes de luz, cada fuente de luz en la presente invención se forma como una cascada de al menos dos uniones de semiconductores emisores de luz de Láser Emisor de Superficie de Cavidad Vertical (VCSEL) conectadas en serie entre sí y configurada para emitir luz a lo largo de un eje común para dirigir un solo haz sobre la superficie de formación de imágenes.

Con el fin de proporcionar una mejor gestión del calor, en una realización de la invención, los módulos electrónicos integrados están dispuestos en dos filas que están espaciadas entre sí en la dirección X, comprendiendo el sistema además dos o más paquetes separados que contienen circuitos de conductor electrónico para proporcionar potencia eléctrica a los módulos electrónicos integrados, en la que los módulos electrónicos integrados que están espaciados entre sí en la dirección X están conectados para ser alimentados por diferentes paquetes. Ventajosamente, tal disposición también proporciona relativamente más espacio para los conectores eléctricos que conducen a los elementos VCSEL individuales.

Los circuitos del conductor electrónico pueden conectarse eléctricamente de manera adecuada a los módulos electrónicos integrados mediante conductores en una placa de circuito flexible. Además, los módulos electrónicos integrados y dichos paquetes electrónicos de dicho circuito electrónico pueden acoplarse térmicamente a un disipador de calor común.

El polímero irradiado selectivamente (o partículas del mismo) transferido, en una realización, desde una superficie de formación de imágenes a un sustrato de impresión (por ejemplo, como puntos de película fina) puede denominarse material de impresión. Mientras que, en la mayoría de los sistemas de impresión, el polímero en sí mismo proporciona el efecto de impresión deseado (por ejemplo, un efecto visual, incluyendo el polímero opcionalmente un agente colorante), el polímero puede constituir alternativamente sólo una parte del efecto de impresión. Por ejemplo, el polímero transferido al sustrato de impresión puede servir como adhesivo para un material de impresión distinto (por ejemplo, partículas de embellecimiento hechas de materiales poliméricos sólidos, por ejemplo, polímeros plásticos termoplásticos o termoestables -o de materiales no poliméricos, tales como metales, aleaciones, vidrios o cerámicas ). Las partículas de embellecimiento, que sirven como material de impresión aplicado posteriormente en tales realizaciones (por ejemplo, siendo depositado en una estación de embellecimiento sobre el adhesivo formado por el polímero que se hizo pegajoso), puede tener cualquier forma deseada. A modo de ejemplos no limitativos, las partículas de embellecimiento pueden tener una forma globular, una forma similar a barra, una forma similar a escamas o cualquier forma irregular que pueda adherirse adecuadamente a la capa adhesiva pegajosa formada por el polímero irradiado. Dicho material de impresión se puede seleccionar fácilmente de acuerdo con el efecto de impresión deseado y, por ejemplo, las escamas metálicas pueden ser apropiadas si el efecto deseado implica un aspecto metálico.

Se observa que, de acuerdo con algunos procesos de impresión adicionales, la formación selectiva de material de impresión sobre el sustrato puede efectuarse mediante el módulo de formación de imágenes dirigido directamente al sustrato, en lugar de un miembro de transferencia intermedio recubierto con un polímero transferible. Por ejemplo, se puede emplear radiación selectiva de acuerdo con los principios descritos anteriormente para modificar (por ejemplo, para "activar") regiones selectivas en una superficie de imagen que reside en el sustrato, de modo que el material de impresión (por ejemplo, partículas de embellecimiento) se pueden pegar sobre el sustrato en las regiones modificadas capaces de servir como adhesivo. El uso de polímero expuesto selectivamente a radiación en cualquier tipo de superficie de formación de imágenes para la transferencia y/o formación de una capa adhesiva para un material de impresión aplicado posteriormente se describe con más detalles en la solicitud pendiente GB 1809302.1 al mismo solicitante, presentado el 6 de junio de 2018.

Aunque los adhesivos activables sobre el sustrato pueden compartir propiedades físicas y/o químicas similares con los polímeros transferibles desde un miembro intermedio, no es necesario que sean iguales. Por ejemplo, aunque los polímeros transferibles o las partículas de los mismos son generalmente polímeros termoplásticos, los adhesivos activables también pueden estar hechos de polímeros termoendurecibles, siempre que su temperatura de transición vítrea (Tg) está por encima de la temperatura ambiente (por ejemplo, teniendo un Tg de 25 °C o más, 35 °C o más, o 45 °C o más). Por lo tanto, en vista de las diversas realizaciones en las que un módulo de imágenes de acuerdo con las presentes enseñanzas puede servir para producir un efecto de impresión deseado, el término "polímero" o "partículas de polímero" se refiere a cualquier material o materiales que estén destinados a ser modificados selectivamente mediante la radiación como se describe anteriormente para permitir la formación selectiva sobre el sustrato de un material de impresión durante el proceso de impresión, incluyendo la transferencia del polímero irradiado al mismo. Un polímero adecuado, que puede modificarse selectivamente mediante radiación usando un dispositivo de formación de imágenes de acuerdo con las presentes enseñanzas, puede absorber la radiación por sí mismo (por ejemplo., utilizando un polímero absorbente de radiación y/o un polímero que contiene inter alia un agente absorbente de radiación), o ser ablandado por la radiación absorbida por su soporte subyacente (por ejemplo, siendo la superficie de formación de imágenes un miembro de transferencia intermedio o un sustrato de impresión) o mediante una combinación de ambos.

Las partículas de polímero pueden estar formadas totalmente de un polímero o pueden ser partículas que solo tienen un recubrimiento de polímero. Cuando las partículas de polímero por sí mismas proporcionan el efecto de impresión, las partículas incluyen típicamente agentes colorantes tales como tintes o pigmentos, el polímero puede verse como una tinta de impresión o decirse que sirve como tinta. Esto no descarta la presencia de agentes colorantes en las partículas de polímero con fines alternativos, tal como para sobrerecubrimientos (por ejemplo, tal como se aplica para proteger el material impreso) o incluso para adhesivos.

Si bien la invención se ilustra en la presente descripción para obtener un efecto de impresión detectable visualmente (por ejemplo, el material de impresión que forma el contenido visual del texto y/o imágenes típicamente bajo luz visible), esto no debe interpretarse como una limitación. Los efectos de impresión deseados pueden incluir, alternativa o adicionalmente, un efecto táctil (detectable al tacto del material de impresión), un efecto olfativo (por ejemplo, el material de impresión o la tinta de impresión, incluyendo un aroma) o cualquier otro efecto funcional (por ejemplo, utilizando tintas antifalsificación, tintas luminiscentes, tintas eléctricamente conductoras y cualquiera de estas tintas funcionales fácilmente apreciadas por el experto en la técnica).

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método de impresión como se expone a continuación en la reivindicación 15 de las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

Algunas realizaciones de la divulgación se describirán ahora con más detalle, a modo de ejemplo, con referencia a las figuras adjuntas. La descripción, junto con las figuras, hace evidente para una persona que tiene conocimientos ordinarios en la técnica cómo se pueden poner en práctica algunas realizaciones de la divulgación. Las figuras tienen el propósito de una discusión ilustrativa y no se intenta mostrar detalles estructurales de una realización con más detalle de lo necesario para una comprensión fundamental de la divulgación. En aras de la claridad y la conveniencia de la presentación, algunos objetos representados en las figuras no se muestran necesariamente a escala.

En las Figuras:

La FIG. 1A representa esquemáticamente una realización de un sistema de impresión de acuerdo con las enseñanzas del presente documento;

La FIG. 1B representa esquemáticamente un sistema de impresión que tiene una arquitectura diferente a la de la FIG.

1A;

La FIG. 1C representa esquemáticamente otra realización de un sistema de impresión;

La FIG. 2A representa esquemáticamente una vista desde abajo de una realización ejemplar de un módulo de escritura que comprende diversos módulos electrónicos integrados, cada uno construido como un troquel electrónico que comprende una matriz de fuentes de luz;

La FIG. 2B representa esquemáticamente una vista detallada de una porción de un submontaje, mostrando matrices de almohadillas correspondientes a las matrices de fuentes de luz de la FIG. 2A, y sus conductores eléctricos;

La FIG. 3A representa esquemáticamente una realización de un módulo de escritura en una vista en perspectiva; La FIG. 3B representa esquemáticamente el módulo de escritura de la FIG. 3A en vista lateral;

La FIG. 3C representa esquemáticamente una realización de un circuito flexible doble de los módulos de escritura de las FIGs. 3A y 3B;

La FIG. 3D representa esquemáticamente una realización ejemplar de un módulo de escritura en el que el submontaje y las placas electrónicas se ensamblan en el disipador de calor para alinearse a lo largo de un plano común;

La FIG. 4A representa esquemáticamente un diagrama de bloques de una realización de un módulo de conducción, configurado para asociarse eléctricamente a una multitud de fuentes de luz que comprenden diodos emisores de luz para la activación individual de las mismas;

La FIG. 4B representa esquemáticamente una implementación particular de una etapa de conducción de corriente del módulo de conducción VCSEL de la FIG. 4A, configurada para conducir la corriente adecuada para activar algunas realizaciones de una fuente de luz con base en GaAs VCSEL;

La FIG. 5A ilustra los perfiles de puntos de la potencia de siete puntos de luz dispuestos a lo largo del eje Y, y un perfil combinado que representa la distribución de potencia total de las fuentes de luz, en comparación con un valor umbral h;

La FIG. 5B ilustra perfiles de puntos individuales y un perfil combinado de la potencia de siete puntos de luz como en el ejemplo de la FIG. 5A, en el que una de las fuentes de luz no funciona;

La FIG. 5C ilustra perfiles puntuales de las fuentes de luz de la FIG. 5B, en el que las fuentes de luz a ambos lados de la fuente de luz inoperante producen el doble de potencia de modo que un perfil combinado excede el umbral h; La FIG. 5D ilustra perfiles de puntos de siete fuentes de luz en los que el perfil de puntos en el lado derecho tiene la mitad de intensidad de modo que un perfil combinado cruza el umbral h en una distancia más corta, en comparación con la ilustración de la FIG. 5A;

La FIG. 6A representa una porción de una matriz de fuentes de luz, comprendiendo cada una de las cuales un grupo de VCSEL dispuestos adyacentes entre sí y conectados eléctricamente entre sí en serie;

La FIG. 6B representa esquemáticamente algunas realizaciones ejemplares diferentes de las fuentes de luz de la FIG.

6A, que comprende agrupaciones VCSEL;

La FIG. 6C representa esquemáticamente una vista lateral de dos grupos de VCSEL y haces de luz generados por los VCSEL;

La FIG. 6D representa esquemáticamente un circuito eléctrico equivalente de un grupo de VCSEL conectados eléctricamente en serie;

La FIG. 6E representa esquemáticamente una vista en sección transversal de dos VCSEL conectados en serie en un grupo de dos VCSEL;

La FIG. 7A representa en una vista en sección transversal una estructura de una cascada VCSEL;

La FIG. 7B representa esquemáticamente un circuito equivalente de la cascada VCSEL de la FIG. 7A; y

La FIG. 7C representa esquemáticamente una porción de un módulo electrónico integrado, que comprende una matriz de VCSEL en cascada de acuerdo con las enseñanzas en el presente documento.

Descripción detallada

A continuación, se describe un sistema de impresión que comprende un miembro móvil configurado para llevar sobre una superficie de formación de imágenes del mismo un polímero (por ejemplo, capaz de formar una tinta de impresión, un sobrerecubrimiento o un adhesivo), mientras se desplaza a una velocidad v a lo largo de una dirección X de un plano XY plano. El sistema de impresión comprende además un módulo de escritura configurado para producir una multitud de puntos de luz dispuestos en un patrón ordenado en el XY plano, siendo el módulo de escritura capaz de emitir una multitud de haces de luz paralelos (por ejemplo, espaciados entre sí en la dirección Y). El módulo de escritura comprende fuentes de luz controlables individualmente dispuestas en grupos en varios módulos electrónicos integrados y dispuestas en un patrón ordenado correspondiente al patrón de los puntos de luz. Cada fuente de luz comprende al menos dos uniones de semiconductores emisores de luz conectadas eléctricamente en serie y dispuestas en uno o más VCSEL. Los VCSEL de cada fuente de luz están dispuestos espacialmente y configurados ópticamente para producir, cuando se activan, un solo punto de luz en el XY plano. El módulo de escritura comprende además circuitos electrónicos desplegados en dos o más chips electrónicos, estando asociados eléctricamente los circuitos con las fuentes de luz y configurados para activar y desactivar individualmente las fuentes de luz.

Los módulos de escritura e inter alia sus módulos electrónicos, circuitos y ensamblaje asociados forman una estación del sistema de impresión que puede denominarse estación de escritura, que opcionalmente puede incluir además un sistema óptico. El sistema de impresión puede comprender además al menos uno de los siguientes: (a) una estación de recubrimiento, donde se puede aplicar polímero a la superficie de formación de imágenes, opcionalmente en forma de partículas de polímero, y además opcionalmente en forma de monocapa; (b) una estación de transferencia o estación de impresión, donde el polímero irradiado se puede transferir desde la superficie de formación de imágenes hasta un sustrato de impresión; (c) una estación de embellecimiento, donde se pueden aplicar partículas embellecedoras al polímero irradiado; (d) un transportador para entregar el sustrato de impresión al menos a la estación de escritura; y (e) una estación de acabado, donde el sustrato de impresión que lleva inter alia el polímero irradiado, se procesa adicionalmente (como es convencional en la industria de la impresión).

Los principios, usos e implementaciones de las enseñanzas en el presente documento pueden entenderse mejor con referencia a la descripción y las figuras adjuntas. Tras la lectura de la descripción y las figuras presentes en el presente documento, un experto en la técnica puede implementar la divulgación sin un esfuerzo o experimentación indebidos.

Un sistema de impresión ejemplar

La Figura 1A representa esquemáticamente una realización de un sistema 10 de impresión de acuerdo con las enseñanzas en el presente documento. El sistema 10 de impresión está configurado para imprimir en un sustrato, por ejemplo, hojas de papel, con hasta cuatro capas que pueden representar tintas de diferentes colores de impresión, tales como tintas cian, magenta, amarillo y negro (CMYK), o materiales de recubrimiento tales como lacas. El sistema 10 de impresión comprende cuatro estaciones 12 de transferencia o impresión, denotado específicamente 12a, 12b, 12c y 12d, cada estación de impresión está configurada para imprimir una de las hasta cuatro capas. Las estaciones 12 de impresión están dispuestas alrededor de un cilindro 14 de impresión, configurado para girar alrededor de un eje 16 de cilindro de acuerdo con la dirección indicada por la flecha 18. Las estaciones 12a, 12b, 12c y 12d de impresión y los elementos asociados con estas son sustancialmente idénticos entre sí. En consecuencia, en la explicación siguiente, las extensiones "a","B","C" o "D" generalmente se omiten de los respectivos números de estaciones 12 de impresión y los elementos asociados, cuando la descripción se refiere a un elemento en cualquiera o en todas las estaciones de impresión. Cuando la descripción se relaciona explícitamente con una estación de impresión específica o con un elemento asociado específico (por ejemplo, relacionado específicamente con la estación 12b de impresión, en lugar de relacionarse generalmente con las estaciones 12 de impresión), se incluye la extensión específica. Debe entenderse que el número de cuatro estaciones de impresión y, por lo tanto, cuatro colores es completamente arbitrario y se proporciona solo con fines ilustrativos, mientras que el sistema de impresión puede incorporar cualquier número de una o más estaciones 12 de impresión, siendo capaz de imprimir correspondientemente una o más capas (por ejemplo, colores).

Cada estación 12 de impresión incluye un miembro 20 de transferencia móvil que tiene una superficie 22 de formación de imágenes en una superficie externa del mismo. El miembro 20 de transferencia se forma como un tambor, estando configurado para girar alrededor de un eje 24 del tambor a lo largo de la dirección indicada por la flecha 26 (solo eje 24a y flecha 26a se indican explícitamente en la figura). Cada estación 12 de impresión está además asociada con un sistema 30 de recubrimiento, configurado para recubrir el miembro 20 de transferencia en la superficie 22 de formación de imágenes con partículas de polímero termoplástico que pueden servir como recubrimiento de material impreso (por ejemplo, una laca), como adhesivo (por ejemplo, para permitir que un recubrimiento de metalización se adhiera posteriormente a un sustrato sobre el que se transferiría) o como material de impresión en sí mismo (por ejemplo, incluyendo el polímero además un agente colorante, también denominado polímero pigmentado que sirve como tinta). El material polimérico que recubre el miembro de transferencia puede transferirse selectivamente al sustrato solo después de haber sido modificado por radiación como se explica y detalla a continuación. De acuerdo con algunas realizaciones, el recubrimiento de la superficie de formación de imágenes es uniforme, es decir, la superficie 22 de formación de imágenes está recubierta por el sistema 30 de recubrimiento con una capa uniforme de polímero. De acuerdo con algunas realizaciones, el polímero puede ser una capa de partículas sustancialmente uniforme, por ejemplo, que consiste en una monocapa de partículas nanométricas o microscópicas (por ejemplo, de tamaño entre aproximadamente 100 nm y 10 pm) que cubre la superficie de formación de imágenes. Por sustancialmente uniforme se entiende que la capa es uniforme en una escala macroscópica que puede estar en el intervalo entre el tamaño de una hoja de sustrato (o la anchura del formato de impresión) y la dimensión de un píxel del sistema 10 de impresión, pero puede que no sea uniforme en una escala microscópica menor que el tamaño de un píxel (pero mayor que la escala atómica). De acuerdo con algunas realizaciones, el polímero es sólido y puede modificarse mediante irradiación, por ejemplo, ser pegajoso o gelatinoso o ser líquido, haciendo así que el material modificado sea adecuado para su transferencia al sustrato. Los polímeros adecuados comprenden polímeros termoplásticos y pueden incluir además un agente colorante deseado.

Aunque generalmente se prefieren los polímeros en estado pegajoso, dado que los puntos formados a partir de ellos permanecen típicamente por encima de la superficie del sustrato de impresión, los polímeros que se vuelven más líquidos por exposición a la radiación también pueden ser adecuados. Los términos "pegajoso" y "suficientemente pegajoso" como se usan en el presente documento no pretenden indicar que los puntos irradiados de polímero en la superficie de formación de imágenes sean necesariamente pegajosos al tacto, sino solo que el polímero en estas regiones seleccionadas se ablande lo suficiente para permitir su adhesión a la superficie de un sustrato cuando se presiona contra este en la estación de transferencia o para permitir la adhesión de partículas de embellecimiento a su superficie en una estación de embellecimiento.

Cada estación 12 de impresión además incluye un módulo 40 de escritura, configurado para irradiar energía de forma controlable y selectiva en regiones seleccionadas de la superficie 22 de formación de imágenes del miembro 20 transferido, modificando así el polímero en las regiones seleccionadas radiadas, para permitir la transferencia al sustrato.

Durante el funcionamiento, el sistema de recubrimiento recubre la superficie de formación de imágenes del miembro de transferencia que se mueve (de forma continua o casi continua, como en un movimiento continuo hacia adelante y hacia atrás, o intermitentemente) con respecto al sistema de recubrimiento.

Una porción recubierta de la superficie de formación de imágenes se desplaza debido al movimiento del miembro de transferencia -por ejemplo, la rotación continua del tambor- en una posición alineada con el módulo de escritura, en la que una región seleccionada de la porción recubierta de la superficie de formación de imágenes, de forma selectiva y sincrónica con el desplazamiento de la superficie de imagen, es irradiada por el módulo de escritura para ablandar el polímero sobre la misma (por ejemplo, haciéndolo lo suficientemente pegajoso para transferirlo a un sustrato). Cabe señalar que la modificación del polímero no necesita ser necesariamente directa y puede ser indirecta. Por ejemplo, la energía radiada puede, en algunas realizaciones, ser absorbida por el polímero, modificando así el polímero directamente. En otras realizaciones, la radiación puede ser absorbida principalmente por la superficie de formación de imágenes sobre la que está dispuesto el polímero, o por capas inferiores del miembro de transferencia, propagándose el calor posteriormente hacia la superficie de formación de imágenes, después de lo cual el polímero se calienta "indirectamente". El hecho de que el polímero sea modificado por la radiación "directa" o "indirectamente" puede tener consecuencias considerables en la eficiencia de conversión de energía (la modificación indirecta implica típicamente una menor eficiencia). Por tanto, cuando se trata de un calentamiento indirecto, la radiación puede ser absorbida en parte o completamente por una capa delgada del miembro de transferencia adyacente a la superficie de formación de imágenes, calentando así la superficie de formación de imágenes -y el polímero sobre la misma- en regiones bien definidas. El espesor bajo o incluso desvanecido de la capa delgada del miembro de transferencia en el que se puede absorber la radiación asegura que los bordes de las regiones radiadas en la superficie de formación de imágenes no se modifiquen indebidamente debido a la difusión de calor a lo largo del miembro de transferencia.

Después de la radiación, la parte del miembro de transferencia sometida a la activación selectiva del módulo de escritura se mueve más para que la región radiada alcance una línea 46 de contacto de la estación 12 de impresión. Debe entenderse que la Figura 1A (así como las Figuras 1B y 1C descritas a continuación) representa esquemáticamente una vista lateral del sistema 10 de impresión, de ahí la línea 46 de contacto es la línea de contacto entre el miembro de transferencia y el cilindro de impresión, que se extiende generalmente en paralelo al eje del cilindro de rotación 16. Para simplificar la explicación a continuación, se define un sistema de coordenadas local (cartesiano) de modo que el plano XY es tangencial a la superficie de formación de imágenes, en el que el X eje (o dirección X) coincide con la dirección local de movimiento del miembro de transferencia, el eje Y (o dirección Y) es paralelo a la línea 46 de contacto, y el eje Z se dirige perpendicular a la superficie de imagen. Cabe señalar que si bien la realización ilustrada en la figura se refiere a un sistema de impresión en el que el sustrato está en movimiento con respecto a los módulos de escritura y sus respectivas estaciones de impresión, que pueden verse como "cabezales de impresión" de los sistemas de impresión tradicionales, cualquier otra disposición que provoque un movimiento relativo entre el "cabezal de impresión" capaz de formar una imagen y el sustrato sobre el que se puede formar la imagen es igualmente factible. Por ejemplo, la estación de impresión puede moverse sobre una plataforma estacionaria en las coordenadas X y Y sobre las que se puede colocar el sustrato. El cilindro de la estación de impresión puede tener la anchura o la longitud del sustrato sobre el que se va a imprimir, su movimiento con respecto a la plataforma permite formar la impresión deseada en una pasada. Alternativamente, el cilindro de la estación de impresión puede ser más corto / más estrecho que el área del sustrato que se va a imprimir, en cuyo caso la estación de impresión se puede mover en hilera en las direcciones X y Y para cubrir toda el área imprimible del sustrato en múltiples pasadas.

La longitud de la línea de contacto representada por la línea 46 de contacto está relacionada con el formato de impresión, es decir, la anchura del sustrato, que puede ser una banda continua o en forma de hojas separadas. El formato de impresión en el sistema 10 de impresión puede adaptarse a la anchura del sustrato que se va a imprimir en la máquina y puede estar en el intervalo de unos pocos centímetros a unos pocos metros. En otras palabras, el sistema 10 de impresión se puede configurar para imprimir sustratos con un tamaño máximo de unos pocos cm, tal como tarjetas de negocios o sobres; o unas pocas decenas de cm, por ejemplo, aproximadamente 20 cm como la anchura de las páginas estándar A4 o Carta; o ser de aproximadamente 1 metro, estando configurado para imprimir en sustratos de tamaño A0 (o B0 o C0); o incluso ser tan grande como unos pocos metros, por ejemplo, aproximadamente 5 metros, por lo que es adecuado para la impresión de gran formato. por ejemplo, carteles callejeros o paquetes de gran formato.

Sincrónicamente con el desplazamiento del miembro de transferencia, un sustrato 50 puede introducirse en el sistema 10 de impresión y se lleva al cilindro 14 de impresión. El sustrato 50 puede estar hecho de un material adecuado tal como papel, cartón, plástico, tela etc. El sustrato se puede alimentar al sistema 10 de impresión en forma continua en algunas realizaciones, y en algunas realizaciones en forma de hojas discretas. El sustrato se puede transportar en un cilindro 14 de impresión hasta la línea 46 de contacto, donde el miembro de transferencia y el sustrato se presionan entre sí, efectuando así la transferencia de polímero en las regiones radiadas desde la superficie de formación de imágenes hasta el sustrato. Después de la transferencia de polímero desde dichas regiones seleccionadas en la superficie de formación de imágenes hasta el sustrato, las regiones seleccionadas en la superficie de formación de imágenes están desprovistas de partículas de polímero. El movimiento continuo del miembro 20 transferido (por ejemplo, la rotación continua del tambor) lleva la superficie de imagen, incluyendo las regiones agotadas, nuevamente debajo del sistema 30 de recubrimiento, donde estas regiones se rellenan con partículas de polímero para formar de nuevo una capa uniforme o sustancialmente uniforme sobre el miembro de transferencia.

La alimentación del sustrato 50 hacia la línea 46 de contacto es sincrónico con el desplazamiento de la superficie 22 de formación de imágenes porque el sustrato y el miembro 20 de transferencia se mueven juntos, es decir, no hay un desplazamiento relativo entre el sustrato y el miembro de transferencia en la línea de contacto. La alimentación del sustrato hacia la línea 46 de contacto y el desplazamiento de la superficie de imagen son sincrónicos también porque una ubicación del sustrato en el cilindro de impresión y una ubicación de una región modificada radiada específica en la superficie de formación de imágenes están alineadas de modo que el polímero en la región radiada se transfiera a una región predefinida en el sustrato. Así, los desplazamientos de los miembros 20a, 20b, 20c y 20d transferidos están todos sincronizados con el avance del sustrato desde una estación de impresión hasta la siguiente estación de impresión -por lo general están vinculados con la rotación del cilindro 14 de impresión- y, por lo tanto, todos están sincronizados entre sí. En consecuencia, la impresión sobre el sustrato en la estación 12d de impresión se alinea con precisión con la impresión en el sustrato en las estaciones 12c y 12b de impresión y en la estación 12a de impresión, lo que permite la impresión coalineada de píxeles de, por ejemplo, 4 colores tal como CMYK o cualquier otra combinación de colores básicos, para crear el tono deseado en el sustrato.

La Figura 1B representa esquemáticamente una realización alternativa de un sistema 70 de impresión. El sistema 70 de impresión difiere del sistema 10 de impresión en que el sistema 70 de impresión carece de un solo cilindro de impresión alrededor del cual se disponen las estaciones de impresión y alrededor del cual se transporta el sustrato. En cambio, el sistema 70 de impresión consiste en un número de cilindros 74a, 74b y 74c de impresión en correspondencia con el número de estaciones 72a, 72b y 72c de impresión dispuestas a lo largo de un soporte 76 de sustrato. En la realización ilustrada en la figura, donde el soporte del sustrato es plano en el segmento en el que se colocan las estaciones de impresión y los respectivos cilindros de impresión, el sistema 70 de impresión puede ser adecuado para imprimir sobre sustratos planos rígidos o semirrígidos.

Se puede emplear un proceso de impresión diferente mediante una variación de la realización del sistema 70 de impresión, donde, por ejemplo, los módulos 40 de escritura se dirigen hacia el soporte 76 del sustrato para modificar el propio sustrato 50 o algún material que recubre la superficie superior del sustrato. Por ejemplo, el sustrato se puede recubrir con pegamento que se puede activar selectivamente (por ejemplo, calentado hasta volverse pegajoso en regiones selectivas) por la radiación de los módulos 40 de escritura. Por tanto, cuando el sustrato se presiona contra el miembro de transferencia en la línea de contacto, el material de impresión puede transferirse desde el miembro de transferencia sólo hasta las regiones radiadas selectivamente sobre el sustrato. Como en las alternativas anteriores, el polímero que sirve como adhesivo en la presente realización, puede ser capaz de absorber directamente la radiación, o ablandarse indirectamente por el calortransferido desde un sustrato de impresión que absorbe la radiación debajo, o volverse lo suficientemente pegajoso para unir un material de impresión aplicado posteriormente mediante una combinación de ambos mecanismos.

La Figura 1C representa esquemáticamente otra realización de un sistema 80 de impresión. El sistema 80 de impresión difiere del sistema 10 de impresión en que un modulo 82 de escritura está posicionado, alineado y configurado para radiar una superficie 84 posterior de un miembro 86 transferido, estando la superficie 84 posterior opuesta a una superficie 88 de formación imágenes recubierta con el polímero. En el ejemplo que se muestra en la Figura 1C, el módulo de escritura se coloca dentro de un tambor 90, que radia sobre una superficie interior del tambor, mientras que el polímero está dispuesto sobre la superficie de formación de imágenes de la superficie exterior del tambor. De acuerdo con algunas realizaciones, el miembro 86 de transferencia o porciones de los mismos y/o el tambor 90 o porciones de los mismos, son transparentes a la radiación del módulo 82 de escritura. Por lo tanto, la radiación puede alcanzar más eficazmente el polímero o ser absorbida en el miembro de transferencia cerca de la superficie de formación de imágenes sobre la que está dispuesto el polímero, para afectar indirectamente al polímero y modificarlo sustancialmente en la línea de contacto donde el polímero se transfiere al sustrato. Por ejemplo, el miembro de transferencia puede ser transparente en toda su sección transversal o al menos en la mayor parte de su sección transversal a dicha radiación, lo que permite que la radiación del módulo de escritura sea absorbida por el polímero para calentar el polímero (por ejemplo, haciéndolo convenientemente pegajoso para la transferencia). De acuerdo con algunas realizaciones, el tambor y el miembro de transferencia pueden configurarse de modo que la radiación pueda ser absorbida en parte o completamente por una capa delgada del miembro de transferencia adyacente a la superficie de formación de imágenes, minimizando o previniendo así la difusión de calor a lo largo del miembro de transferencia mientras calienta el polímero, como se describió anteriormente. Por lo tanto, en el sistema 80 de impresión el polímero puede ser modificado por la radiación - por ejemplo, se puede ablandar o licuar -en una línea 92 de contacto o muy cerca de la línea 92 de contacto entre el cilindro 14 de impresión y el miembro 86 transferido. Los sistemas de impresión ejemplares en los que los dispositivos de formación de imágenes y los módulos de escritura de acuerdo con las presentes enseñanzas pueden servir para radiar selectivamente la superficie posterior de un miembro de transferencia recubierto con polímero en la superficie de imágenes, se detallan con más detalle en los documentos WO 2018/100412 y WO 2018/100528, siendo todas las solicitudes anteriores del mismo Solicitante publicadas el 7 de junio de 2018.

En el proceso de impresión descrito en el presente documento, es deseable que la irradiación del polímero por el módulo de escritura se realice a lo largo de una región a una distancia bien definida de la línea de contacto. Tal distancia bien definida puede ser cero o muy cercana a cero como se ejemplifica en el sistema 80 de impresión, o puede ser sustancialmente diferente de cero, como se ejemplifica en los sistemas 10 y 70 de impresión. En otras palabras, es deseable en algunas realizaciones que la radiación se realice a través del miembro de transferencia a lo largo de una región que generalmente se extiende paralela a la línea de contacto y es lo más estrecha posible. Una distancia bien definida entre la región de irradiación en el miembro de transferencia y la línea de contacto indica un intervalo de tiempo bien definido entre el paso de formación de imágenes y el paso de impresión, porque los pasos de recubrimiento, formación de imágenes e impresión se realizan de manera ventajosa mientras se mueve el miembro de transferencia. A la inversa, una región amplia sobre la que se irradia el miembro de transferencia, es decir, distancias distribuidas (a través del miembro de transferencia) entre las ubicaciones de irradiación y la línea de contacto, implica una amplia gama de intervalos de tiempo entre el evento de irradiación y el evento de impresión. En algunas realizaciones, la modificación del polímero es temporal y depende del tiempo-por ejemplo, cuando la irradiación ablanda o licua el polímero por el calor- y, por lo tanto, una amplia distribución de intervalos de tiempo entre la irradiación y la impresión podría causar una calidad de impresión irregular. Por lo tanto, se concluye que la irradiación del miembro de transferencia se realiza ventajosamente a lo largo de una región a través del miembro de transferencia que es lo más estrecha posible, lo que generalmente implica que las fuentes de luz deben ensamblarse preferiblemente a lo largo de una región alargada en una dirección paralela a la línea de contacto (en la dirección Y) y estar tan apretadas como sea posible a lo largo de una dirección perpendicular (a lo largo del movimiento del miembro de transferencia en la dirección X).

Módulo de escritura

El módulo de escritura comprende una multitud de fuentes de luz controlables individualmente dispuestas en un patrón ordenado y configuradas para producir haces de luz paralelos. En algunas realizaciones (en general, en las que los haces de luz se caracterizan por ángulos de divergencia relativamente grandes) el módulo de escritura puede comprender además un sistema óptico, que generalmente comprende una multitud de lentes, configurados para enfocar los haces de luz para obtener imágenes de las fuentes de luz (o enfocar los haces de luz) sobre la superficie de formación de imágenes del miembro de transferencia del sistema de impresión.

La Figura 2A representa esquemáticamente un lado de un módulo 100 de escritura que mira hacia la superficie de imagen. El módulo 100 de escritura puede ejemplificar algunas realizaciones de módulos 40 y 82 de escritura es representado en las Figuras 1A-1C. EL módulo 100 de escritura comprende varios módulos 110 electrónicos integrados (designado específicamente 110a, 110b, etc.), cada uno construido como un troquel o chip electrónico y que comprende una matriz 112 de fuentes 120 de luz. Los módulos 110 electrónicos integrados están montados, directa o indirectamente, en un disipador de calor o un enfriador (no se muestra en esta figura), configurados para eliminar el exceso de calor de los módulos 110 electrónicos integrados durante el funcionamiento, como se explica en detalle más adelante. La superficie de los módulos 110 electrónicos integrados que mira hacia el disipador térmico se denomina en el presente documento la superficie trasera (o lado trasero) del módulo, mientras que la otra superficie (que se ve en la figura) se identifica en el presente documento como el lado delantero o el lado emisor de luz.

Los módulos 110 electrónicos integrados son troqueles de VCSEL, como se detalla más adelante. Cada matriz 112 comprende filas 114 y columnas 116, y está dispuesta para estar sesgada de modo que las filas 114 son paralelas a la dirección Y y las columnas 116 están inclinadas en ángulo 0 relativo a la dirección X. El ángulo 0 se determina de modo que las ubicaciones de las fuentes 120 de luz a lo largo de la dirección Y están igualmente espaciadas, es decir, la proyección en el eje Y de las ubicaciones de las fuentes 120 de luz en cada matriz forman una cuadrícula igualmente espaciada. En la forma de realización de la Figura 2A, las matrices 112 son similares entre sí, cada una con un número igual, cinco, de filas y columnas. Debe entenderse que se contemplan otras realizaciones, incluyendo las realizaciones que tienen matrices con filas perpendiculares a las columnas y tanto las filas como las columnas están inclinadas en ángulo con los ejes XY; o realizaciones que tienen matrices no idénticas, o matrices con un número de filas y columnas diferente de cinco, o matrices con un número de filas diferente del número de columnas.

Cabe señalar además que los módulos 110 electrónicos integrados pueden comprender fuentes de luz adicionales (no representadas aquí) a las fuentes de luz en las matrices 112. Dichas fuentes de luz adicionales pueden emplearse como redundancia, o de repuesto, para puentear las brechas en la cuadrícula de puntos de luz a lo largo de la dirección Y debido a, por ejemplo, fuentes de luz fallidas dentro de la matriz, o debido a, por ejemplo, dislocaciones menores (por ejemplo, resultante de un extravío) de un módulo 110 electrónico integrado en relación con otro durante el ensamblaje.

Las matrices 112 están dispuestas en la figura ilustrativa a lo largo de dos líneas 118a y 118b, las líneas que se extienden paralelas a la dirección Y, y que están espaciadas entre sí a lo largo de la dirección X. Las matrices están dispuestas a lo largo de las líneas 118 a y 118b en una disposición escalonada de modo que las matrices vecinas a lo largo de la dirección Y se colocan en diferentes líneas alternativamente. En otras palabras, las matrices vecinas (a lo largo de la dirección Y) una matriz en línea 118a están ubicados en línea 118b y, a la inversa, matrices vecinas a una matriz en línea 118b están en línea 118a.

El módulo 100 de escritura además comprende un sistema 128 óptico configurado para enfocar los haces de luz de las fuentes 120 de luz sobre una superficie de imagen (por ejemplo, superficie 22 o 88 de formación de imágenes como se ejemplifica respectivamente en las Figuras 1A y 1C -la superficie de formación de imágenes no se muestra en la Figura 2A-). De acuerdo con algunas realizaciones, el sistema 128 óptico está configurado para generar imágenes de fuentes 120 de luz en la superficie 22 de formación de imágenes. De acuerdo con algunas realizaciones, el sistema 128 óptico comprende lentes 130, estando cada lente 130 asociado con una matriz 112 de fuentes de luz. También se contempla un sistema óptico que comprende microlentes en el que cada lente está asociado con una fuente de luz, y preferiblemente fabricado junto con la fuente de luz. Además, o alternativamente, de acuerdo con algunas realizaciones, un sistema óptico puede comprender elementos ópticos (por ejemplo, lentes), de modo que un solo lente pueda representar un grupo de matrices VCSEL en la superficie de imagen, y los lentes adyacentes estén alineados en la dirección Y.

De acuerdo con algunas realizaciones, las lentes 130 comprenden lentes Gradient Index (GRIN). Se prefieren los lentes GRIN en comparación con los lentes esféricos, porque los lentes GRIN, que están construidos como barras 132 alargadas que se extiende a lo largo del eje Z, se pueden autoalinear durante el ensamblaje como se describe a continuación en el presente documento. En la figura, se presente una vista inferior de las barras 132. De acuerdo con algunas realizaciones las barras 132 son de idéntico diámetro y están dispuestas (en el plano XY) en una disposición compacta en dos líneas de barras 134a y 134b, correspondiente a las líneas 118a y 118b, respectivamente. En tal disposición, las barras 132 están autoalineadas (en el Z dirección) paralelas entre sí, por lo que los haces de luz enfocados por diferentes barras también están alineados sustancialmente paralelos entre sí.

Se observa que las matrices 112 están espaciadas a lo largo de las líneas 118a y 118b, en correspondencia 1 a 1 con las posiciones de las barras 132 a lo largo de las líneas 134a y 134b de barras, respectivamente. En otras palabras, las matrices están ubicadas de manera que los haces de luz producidos por cada matriz puedan ser enfocados por una barra 132 GRIN. (sobre la superficie 22 de formación de imágenes). Si las matrices 112 son idénticas entre sí, entonces la distancia entre los puntos correspondientes de las matrices vecinas a lo largo de cualquiera de las líneas (118a o 118b) es igual al diámetro de las barras 132.

La ampliación del sistema 128 óptico puede ser 1 o -1 o cualquier otro número, teniendo preferiblemente un valor absoluto menor que 2, siendo aún preferiblemente relativamente cercano a 1. Si el aumento es 1 o -1, entonces los haces de luz de cada matriz generan una matriz de puntos en la superficie 22 de formación de imágenes, sustancialmente idéntica a la matriz 112. Por lo tanto, cuando la ampliación del sistema 128 óptico es 1 o -1, las matrices 112 están espaciadas a lo largo de las líneas 118a y 118b, de modo que las ubicaciones a lo largo de la dirección Y de las fuentes de luz de dos matrices vecinas están igualmente espaciadas. En otras palabras, la distancia, a lo largo de la dirección Y, de, por ejemplo, una fuente de luz más a la izquierda en una matriz en línea 118a y una fuente de luz más a la derecha en una matriz vecina en línea 118b, es igual a la distancia entre dos ubicaciones a lo largo de la dirección Y de las fuentes de luz vecinas en una misma matriz.

De acuerdo con algunas realizaciones, el valor absoluto de la ampliación del sistema 128 óptico puede ser diferente de 1, es decir, mayor o menor que 1 y, en consecuencia, una matriz visualizada de puntos de luz en la superficie de formación de imágenes es más grande o más pequeña que la matriz 112 correspondiente, respectivamente. Así, por ejemplo, si el aumento es mayor que 1, entonces la imagen de cada matriz se aumenta a través del sistema 128 óptico, por lo tanto, para obtener en la superficie de formación de imágenes una cuadrícula de puntos de luz igualmente espaciados a lo largo de la dirección Y, las matrices vecinas deben tener una brecha entre sus fuentes de luz más cercanas, que es mayor que la brecha a lo largo de la dirección Y entre fuentes de luz vecinas en una misma matriz. El experto en la técnica apreciará que el espaciado a lo largo de la dirección Y de las fuentes de luz en un troquel específico en tal caso debe ser menor que el espaciado previsto entre los puntos de luz visualizados (que se relaciona con la resolución de dirección del sistema de impresión). Y viceversa -si el valor absoluto de la ampliación es menor que 1, entonces la imagen de cada matriz se reduce a través del sistema 128 óptico, por lo tanto, para obtener una cuadrícula de puntos de luz igualmente espaciados a lo largo de la dirección Y, las matrices vecinas deben superponerse parcialmente a lo largo de la dirección Y.

Además, se observa que un aumento de 1 por el sistema 128 óptico (y aumento positivo en general), se prefiere en algunas realizaciones. Si el aumento es positivo, una dislocación de un lente con respecto a la matriz relacionada puede ser compensada, al menos parcialmente, por el lente, ya que la dislocación de los puntos de luz resultantes en la superficie 22 de formación de imágenes está disminuido. En comparación, en el caso de un aumento negativo, tal desalineación de un lente puede aumentarse de modo que la dislocación de los puntos de luz resultantes en la superficie 22 de formación de imágenes está mejorado.

Las realizaciones del módulo 100 de escritura pueden comprender módulos 110 electrónicos integrados en diversas formas y tamaños, como se muestra en la Figura 2A. Por ejemplo, los módulos 110a y 110b electrónicos integrados incluye cada uno una sola matriz 112. El módulo 110c electrónico integrado está dispuesto como un rectángulo que incluye dos matrices 112. Otras realizaciones pueden incluir módulos 110 electrónicos integrados rectangulares que tienen más de dos matrices dispuestas en una línea. El módulo 110d electrónico integrado comprende cuatro matrices 112, dos de las cuales están dispuestas en línea 118a y dos en línea 118b. Cabe señalar que la inclusión en un solo troquel de matrices de módulos 110 electrónicos integrados de ambas líneas 118a y 118b puede requerir que la línea del borde del troquel no sea rectangular ni cuadrilátero, lo que implica una técnica de corte más complicada (en comparación con un troquel de forma rectangular).

Diversas e incluso contradictorias consideraciones se aplican a la selección del tamaño y la forma de los módulos 110 electrónicos integrados. Un módulo 110 electrónico integrado relativamente grande, incluyendo varias matrices 112, contribuye a disminuir la falta de coincidencia entre las ubicaciones de las matrices 112 vecinas en un solo módulo 100 de escritura durante el ensamblaje y, por lo tanto, contribuye a una eventual mayor calidad de escritura en el sistema de impresión. Además, un módulo 110 electrónico integrado relativamente grande permite una configuración más compacta de las matrices, minimizando el espacio muerto que generalmente está asociado con el borde del troquel. Por otro lado, grandes módulos 110 electrónicos integrados tienden a ser muy frágiles. Las limitaciones operativas y de fabricación actuales suelen limitar el espesor de los módulos 110 electrónicos integrados a no más de unos pocos cientos de micrómetros y posiblemente incluso 100 pm o menos, porque un gran espesor podría afectar negativamente la eficiencia del rechazo de calor del módulo, la calidad del haz de luz o ambos. Así, en una configuración preferida, un módulo 110 electrónico integrado puede incluir una o dos o incluso más matrices 112, pero sus dimensiones generales pueden limitarse preferiblemente a menos de unos pocos centímetros y, de acuerdo con algunas realizaciones, incluso a menos de un centímetro.

No obstante, se observa que otra limitación en el tamaño total del módulo 110 electrónico integrado surge de la técnica de fabricación. Los láseres semiconductores se fabrican típicamente en obleas, lo que limita el tamaño teórico máximo de un módulo electrónico integrado al diámetro de la oblea, y prácticamente a no más de la mitad del diámetro de la oblea, siendo típicamente menor que 20 cm e incluso menor que 10 cm. Además, grandes módulos 110 electrónicos integrados pueden resultar en un rendimiento reducido de fabricación, ya que un solo troquel que incluye varias matrices incluye más fuentes de luz, lo que aumenta la probabilidad de que falle una fuente de luz en un troquel específico. Porque el formato de impresión típico en el sistema 10 de impresión puede ser mayor que aproximadamente 10 cm o incluso 20 cm, y en algunas realizaciones el formato de impresión puede ser típicamente mayor que 1 metro, se concluye que el módulo 100 de escritura normalmente puede comprender varios módulos 110 electrónicos integrados y posiblemente decenas o incluso cientos de módulos 110 electrónicos integrados ensamblados uno al lado del otro.

También pueden aplicarse consideraciones diversas e incluso contradictorias a la técnica de montaje de los módulos 110 electrónicos integrados. De acuerdo con algunas realizaciones, los módulos 110 electrónicos integrados pueden comprender contactos eléctricos en la superficie frontal (emisora de luz) del mismo, lo que permite alimentar señales eléctricas a las fuentes de luz a través del lado frontal y, por lo tanto, permite el montaje de los módulos 110 electrónicos integrados directamente sobre una superficie eléctricamente aislante del disipador de calor, lo que permite una eliminación eficiente del calor del módulo durante el funcionamiento. El disipador de calor puede ser pasivo o activo, según la cantidad de calor que se necesite eliminar en determinadas condiciones de funcionamiento. Se observa que los contactos eléctricos del circuito integrado en el lado frontal se pueden colocar de acuerdo con técnicas de fabricación comunes en la periferia del troquel, por lo que se necesita una red de conductores en el troquel que conecte eléctrica y exclusivamente cada fuente de luz con al menos un contacto. La experiencia demuestra que, debido a la fragilidad del troquel, la densidad de los contactos en la periferia del troquel y la densidad de los troqueles dispuestos uno al lado del otro en el módulo de escritura, el cableado del módulo 110 electrónico integrado de acuerdo con esta realización puede ser menos preferido. De acuerdo con algunas realizaciones, el módulo 110 electrónico integrado se puede montar en un submontaje usando contactos en la parte posterior del troquel para conexiones eléctricas. Dichos contactos - por ejemplo, empleando una Matriz de Rejilla de Bolas (BGA) u otra tecnología de salientes de soldadurapueden colocarse cada uno en la parte posterior directamente opuesta a la ubicación de una fuente de luz, eliminando así la necesidad de una red de conductores a través del propio módulo 110 electrónico integrado. Se observa que el manejo y ensamblaje (montaje) del módulo 110 electrónico integrado usando un submontaje como se describe en el presente documento puede ser un método más eficaz en comparación con el montaje directo en el disipador de calor como se describe anteriormente; sin embargo, la eliminación de calor del módulo 110 electrónico integrado a través del submontaje hacia el disipador de calor puede ser inferior.

El módulo 100 de escritura comprende submontajes 140 (por ejemplo, 140a, 140b etc.) para el montaje de módulos 110 electrónicos integrados allí como se explicó anteriormente. Preferiblemente, el submontaje 140 puede comprender un sustrato hecho de un material eléctricamente aislante altamente conductor térmico. De acuerdo con algunas realizaciones, el sustrato puede seleccionarse del grupo que comprende nitruro de aluminio (A1N), que tiene una conductividad térmica de 170 W/ (m- °K) y un coeficiente de expansión térmica de 4,6^10'®-°C'1; óxido de berilio (BeO), que tiene una conductividad térmica de 270 W /(m°K) y un coeficiente de expansión térmica de 9^10'®-°C'1; y diamante CVD, que tiene una conductividad térmica de 1.000 W/(m°K) y un coeficiente de expansión térmica de V10'6- °C'1. Pueden aplicarse diversas e incluso contradictorias consideraciones a la selección de un material de sustrato para el submontaje. El diamante CVD muestra la conductividad térmica más alta; sin embargo, el coeficiente de expansión térmica es el más distante, dentro del grupo de materiales enumerados anteriormente, del coeficiente de expansión térmica de GaAs, 5,73^10'6 °C'1 (GaAs es el sustrato típico en los troqueles de VCSEL). En este grupo, el nitruro de aluminio tiene el coeficiente de expansión térmica más cercano al de GaAs, pero la conductividad térmica más baja.

La Figura 2A representa esquemáticamente varios ejemplos ilustrativos de submontajes que tienen diversos tamaños y formas. Los submontajes 140a y 140b secundarios son similares entre sí, estando cada uno dimensionado y configurado para conectarse a matrices 112 individuales. En la Figura 2A, el módulo 110c electrónico integrado, que comprende dos matrices 112, está conectado eléctricamente a submontajes 140a y 140b, estando cada matriz conectada a uno de los dos submontajes, respectivamente. El submontaje 140c está dimensionado y configurado para ser conectado a dos matrices 112, colocadas una al lado de la otra a lo largo de una de las líneas 118a o 118b. En la Figura 2A, el módulo 110a electrónico integrado y módulo 110b electrónico integrado están ambos ensamblados en un submontaje. 140c. El submontaje 140d está dimensionado y configurado para ser conectado a cuatro matrices 112, posicionado como un cuarteto vecino en ambas líneas 118a y 118b. En la Figura 2A, el módulo 110d electrónico integrado (que comprende cuatro matrices 112) se ensambla en el submontaje 140d.

Los submontajes de acuerdo con la descripción anterior se pueden proporcionar dentro de un intervalo de espesores, por ejemplo, entre aproximadamente 100 pm y aproximadamente 1 mm. Por lo tanto, existen diversas e incluso contradictorias consideraciones que pueden aplicarse a la selección del tamaño y espesor de los submontajes 140. Un submontaje 140 relativamente grande, que permite el ensamblaje de varias matrices 112 allí, contribuye a disminuir la falta de coincidencia entre las ubicaciones de las matrices 112 vecinas en un solo módulo 100 de escritura durante el ensamblaje y, por lo tanto, contribuye a una eventual mayor calidad de escritura en el sistema de impresión. Además, un submontaje 140 relativamente grande permite una configuración más compacta de las matrices, minimizando el espacio muerto que generalmente está asociado con el borde del submontaje. Sin embargo, en algunas realizaciones, la eliminación del calor puede ser una consideración dominante, favoreciendo un submontaje delgado y, por lo tanto, permitiendo una eliminación de calor más eficiente del módulo 110 electrónico integrado a través del submontaje hacia el disipador de calor. Dado que un submontaje delgado tiende a ser muy frágil, puede ser preferible proporcionar conexiones a una pequeña cantidad de matrices 112 -por ejemplo, cuatro matrices o dos matrices o incluso solo una matriz-. Además, como un mayor número de matrices se ensamblan en un solo submontaje (más grande), también es mayor la probabilidad de falla (ya sea durante el ensamblaje o más tarde durante el funcionamiento de la máquina) que requiera el reemplazo de una gran fracción de las fuentes de luz en el módulo de escritura. Cabe señalar que, para minimizar la resistencia térmica entre las matrices VCSEL y el enfriador debajo, se puede depositar en la superficie del enfriador metálico una capa delgada (por ejemplo, de unos pocos micrómetros, típicamente menos de 2 pm) de material eléctricamente aislante y térmicamente conductor. Por ejemplo, la superficie del enfriador se puede recubrir (por ejemplo, por pulverización) con una fina capa de nitruro de aluminio, sobre la que posteriormente se aplican conductores eléctricos para transmitir individualmente las señales de conducción a cada elemento emisor de luz.

Las conexiones eléctricas a las matrices se pueden proporcionar normalmente mediante líneas metalizadas dispuestas en la superficie del submontaje, que normalmente conectan un conjunto de contactos (por ejemplo, dispuestos en un conector o matriz de contactos 138) y una serie de almohadillas en el submontaje configuradas para soldarse a los salientes de soldadura del módulo 110 electrónico integrado (tales líneas se ilustran explícitamente en la Figura 2B). Se observa que la densidad lateral de las líneas de conducción en el submontaje a lo largo de la dirección Y corresponde al menos aproximadamente a la densidad de las fuentes de luz a lo largo de la dirección Y, dividida por 2. El siguiente es un ejemplo numérico no limitativo que ilustra las estrictas restricciones asociadas con las líneas de conducción de corriente del submontaje. De acuerdo con el ejemplo, el espaciado lateral de las fuentes de luz a lo largo de la dirección Y es de aproximadamente 50 pm, por lo tanto, aproximadamente 20 fuentes de luz se distribuyen a lo largo de cada 1 mm a lo largo de la dirección Y y se pueden proporcionar aproximadamente 20 líneas conductoras a lo largo de cada uno de dichos 1 mm para conectar cada fuente de luz. Las líneas de conducción a las matrices 112 en línea 118a y a las matrices 112 en línea 118b pueden dirigirse desde direcciones opuestas (es decir, desde la parte superior e inferior de la Figura 2A), por lo que la anchura total de cada línea junto con un espacio adyacente a la siguiente línea conductora puede ser alrededor de aproximadamente 100 pm. Suponiendo un espaciado de aproximadamente 30 pm, una anchura de línea de conducción de aproximadamente 70 pm y un espesor de metal de aproximadamente 10 pm, entonces una corriente de 300 mAmps genera un aumento de temperatura de aproximadamente 60 °C en el conductor (en el aire ambiente, e independiente de la longitud del conductor). Se observa a este respecto que el espesor de la línea de conducción está limitado tanto en valor absoluto como en relación de aspecto. El espesor absoluto puede limitarse a varias decenas de pm (por ejemplo, 10 o 20 o incluso 30 pm) mientras que la relación de aspecto de la sección transversal de la línea de conducción puede limitarse a 1:1 o incluso menos (por lo tanto, el espesor de una línea de 20 pm de anchura, por ejemplo, no puede ser mayor de 20 pm, y normalmente puede ser incluso menor). 500mAmps de corriente generan en la misma configuración un aumento de temperatura de 170 °C y una pérdida de potencia de aproximadamente 30 mW en un conductor de 3 mm de longitud. Debe entenderse que si el espaciamiento de las fuentes de luz a lo largo de la dirección Y es menor que 50 pm (posiblemente permitiendo una resolución de dirección más alta del sistema de impresión), entonces la anchura de la línea de conducción debería ser preferiblemente menor, dando como resultado restricciones aún más estrictas en la corriente permitida a través del conductor.

La Figura 2B representa esquemáticamente una vista detallada de una porción del submontaje 140, mostrando una matriz de almohadillas 142 correspondiente a la matriz 112 con 5 filas y 5 columnas de fuentes de luz (solo el contorno de la matriz 112 se muestra en la figura). Cada almohadilla 142 está conectada eléctricamente a una línea 144 de conducción. Cabe señalar que pueden aplicarse diversas consideraciones, e incluso contradictorias, a la dimensión física de la matriz 112 y al número total de fuentes de luz en cada matriz. Se observa a este respecto que la matriz 112 preferiblemente forma aproximadamente una forma de cuadrilátero con cuatro lados sustancialmente iguales. La razón es que la calidad óptica del lente130 es típicamente más baja hacia la periferia del lente, es decir, el punto de imagen de una fuente de luz cerca de la periferia de la matriz (alejado del centro del lente y cerca de la periferia del lente) es típicamente más grande que el punto de una fuente de luz central. Por lo tanto, una matriz cuadrada permite producir puntos de luz con imágenes más uniformes, en comparación con una matriz rectangular. Una pequeña matriz de fuentes de luz es difícil de implementar por al menos dos razones. Primero, una pequeña cantidad de fuentes de luz en una columna implica una pequeña distancia entre dos fuentes de luz vecinas en una misma fila, y pequeñas dimensiones generales del troquel. Por ejemplo, en una matriz de 2x2 en la que la distancia entre dos proyecciones adyacentes en el eje Y de las ubicaciones de las fuentes de luz (es decir la distancia entre dos puntos de luz adyacentes, en caso de que el aumento sea ± 1 )es de aproximadamente 50 pm, la distancia entre dos fuentes de luz vecinas en una fila es dos veces mayor, es decir, aproximadamente 100 pm, lo que puede ser difícil de fabricar. La dimensión total del troquel en este caso puede ser aproximadamente de 0,3-0,4 mm, lo que puede ser, en algunas realizaciones, más costoso de fabricar debido al gran número de troqueles y difícil de manipular y ensamblar. En comparación, en una matriz de 5x5 con el mismo espaciado de fuentes de luz a lo largo del eje Y, la distancia entre dos fuentes de luz vecinas en una fila puede ser de aproximadamente 250 pm y la dimensión total (longitud lateral) del troquel puede ser de aproximadamente 1,5 mm. Una segunda dificultad asociada con las matrices pequeñas es el pequeño diámetro resultante de los lentes 130. Por ejemplo, en el caso de una matriz de 2x2 especificada anteriormente, el diámetro del lente puede ser de aproximadamente 0,7 mm, lo que puede ser difícil de manipular y alinear con las matrices de fuentes de luz vecinas. En comparación, en el caso de una matriz de 5x5 mencionada anteriormente, el diámetro del lente puede ser de aproximadamente 5 mm, lo que se presta para un manejo y alineación mucho más simples.

Por otro lado, una serie de una gran cantidad de fuentes de luz también puede ser difícil de implementar. Inicialmente se observa que cuando la matriz se selecciona para que comprenda un mayor número de fuentes de luz, la dimensión física de la matriz debería ser preferiblemente mayor. En primer lugar, asumiendo que la distancia entre las fuentes de luz vecinas en una columna permanece constante, la dimensión general del tamaño de la matriz se agranda, a medida que se incluyen más fuentes de luz en la matriz. En segundo lugar, a medida que se incluyen más fuentes de luz en la matriz, la distancia entre las fuentes de luz vecinas en una columna debe aumentar preferiblemente, para permitir que más líneas conductoras se extiendan entre las fuentes de luz vecinas en la periferia de la matriz y alcancen las fuentes de luz en las porciones internas de la matriz. Por lo tanto, como regla general, las dimensiones de la matriz (es decir, la longitud del lado de la matriz para una matriz de forma aproximadamente cuadrada) se correlacionan aproximadamente con el número total de fuentes de luz en la matriz (y no con la raíz cuadrada del número total, como podría ser especulado).

Una matriz grande puede ser difícil de implementar por al menos dos razones: primero, una matriz grande implica una matriz grande que puede ser extremadamente frágil debido al tamaño. Por ejemplo, una matriz de fuentes de luz de 50x50 con el mismo espaciado de la rejilla del eje Y especificado anteriormente de 50 pm, puede tener una longitud lateral de aproximadamente 40-60 mm. Como se explicó anteriormente con respecto al módulo 110 electrónico integrado dimensiones generales, una matriz correspondiente que tenga una longitud lateral de aproximadamente 4 6 cm podría ser demasiado grande para fabricar, demasiado grande para manipular y demasiado grande para ensamblar de manera confiable. Además, una matriz grande implica necesariamente un rendimiento menor durante la fabricación (ya que cualquier fuente de luz defectuosa o un defecto local en la oblea puede descalificar todo el troquel). Una segunda dificultad en la implementación de matrices grandes en el módulo 100 de escritura está asociado con la gran distribución resultante de ubicaciones de fuentes de luz a lo largo del eje X. Como se explicó anteriormente, una gran distribución de ubicaciones de fuentes de luz a lo largo del eje X implica una gran distribución de distancias entre los puntos de irradiación de la superficie de formación de imágenes y la línea de contacto, lo que, a su vez, da como resultado un gran intervalo de tiempo entre el evento de modificación del polímero en la superficie de formación de imágenes por las fuentes de luz y el evento de impresión.

Por tanto, se concluye que la matriz de módulo 110 electrónico integrado puede ser (es decir, tener una longitud lateral) mayor que aproximadamente 0,5 mm y menor que aproximadamente 25 mm, estando preferiblemente entre 0,8 mm y 20 mm, todavía preferiblemente entre 1 mm y 10 mm y más preferiblemente entre 1 mm y 5 mm. Además, la matriz 112 de fuentes de luz puede, de acuerdo con algunas realizaciones, ser mayor que aproximadamente 2x2 y menor que aproximadamente 50x50, estando preferiblemente entre aproximadamente 3x3 y aproximadamente 30x30, más preferiblemente entre aproximadamente 5x5 y aproximadamente 20x20. Se enfatiza que, de acuerdo con algunas realizaciones, específicamente realizaciones que requieren una resolución de impresión mayor o menor en comparación con la resolución de impresión discutida explícitamente aquí pueden contemplarse matrices más grandes o más pequeñas.

Ensamblaje del módulo de escritura

El módulo de escritura comprende además un circuito de conductor electrónico, asociado eléctricamente con las fuentes de luz y configurado para activar y desactivar individualmente las fuentes de luz. Las Figuras 3A y 3B representar esquemáticamente una realización de un módulo 200 de escritura como se puede ensamblar, en vista en perspectiva y en vista lateral, respectivamente. El módulo 200 de escritura puede comprender el módulo 100 de escritura como se describe anteriormente, unido por su parte trasera a una cara 212 inferior de un disipador 210 de calor (representado explícitamente en la Figura 3B). En aras de la claridad, los lentes no se muestran en estas figuras y el disipador de calor no se muestra en la Figura 3A. El módulo 200 de escritura además comprende circuitos 200 electrónicos desplegado desde dos lados del módulo 100 de escritura. De acuerdo con la realización representada en las Figuras 3A y 3B, los circuitos 200 electrónicos se implementan en al menos dos placas 222a y 222b electrónicas (por ejemplo, Placas de Circuito Impreso, PCB) unidas a dos caras 214 y 216 laterales, respectivamente, del disipador de calor.

El circuito electrónico de las placas 222a y 222b, está conectado a los módulos 110 electrónicos integrados dispuestos a lo largo de líneas 118a y 118b, respectivamente, a través de circuitos 230 flexibles. El circuito 230 flexible comprende una multitud de líneas de conducción, eléctricamente aisladas entre sí y asociadas mecánicamente entre sí para formar un ensamblaje de conductores flexible, preferiblemente plano. El circuito 230 flexible, por lo tanto, está configurado para proporcionar una conducción eléctrica mecánicamente flexible y masivamente paralela para conducir las señales de conducción a las fuentes de luz controladas individualmente. De acuerdo con algunas realizaciones, el circuito 230 flexible comprende también una línea conductora común, configurada para conducir comúnmente la corriente de retorno de todas o al menos algunas de las fuentes de luz en el módulo 110 electrónico integrado. La línea común puede tener una sección transversal mayor que una sola línea de conducción de señales para transportar la corriente de retorno de al menos algunas o todas las fuentes de luz.

Un circuito 230 flexible puede comprender un Cable Plano Flexible (FFC) que comprende una multitud de líneas de conducción planas paralelas dispuestas sobre una capa dieléctrica delgada y flexible o laminadas entre dos capas dieléctricas delgadas y flexibles. Alternativamente, un circuito 230 flexible puede comprender un Circuito Impreso Flexible (FPC), típicamente fabricado mediante fotolitografía, como es bien conocido en la técnica. Un FPC típico puede comprender conductores metálicos planos fotolitografiados típicamente hechos de cobre u otro metal bien conductor, unidos o depositados sobre un sustrato dieléctrico delgado y flexible, por ejemplo, fabricados con poliimidas o poliésteres, tal como Naftalato de Polietileno (PEN) o Tereftalato de Polietileno (p Et ).

En algunas realizaciones, un circuito 230 flexible está asociado con un submontaje 140, sin embargo, dicha correspondencia no es obligatoria. En el módulo 200 de escritura de las Figuras 3A y 3b , el submontaje 140 se ha ensamblado sobre el mismo, comprendiendo un módulo 110 electrónico integrado una sola matriz 112 de fuentes de luz, y está asociado eléctricamente con un solo circuito 230 flexible.

La Figura 3C representa esquemáticamente una realización de un circuito 232 flexible doble, ejemplificando el circuito 230 flexible. El circuito 232 flexible doble comprende un FFC de doble cara, que comprende una capa 234 dieléctrica que se extiende entre un primer extremo 236a y un segundo extremo 236b. El circuito 232 flexible doble además comprende múltiples líneas 238 de conducción dispuestas sobre una primera superficie de la capa dieléctrica, estando configurada para conducir las señales de conducción a las fuentes de luz controladas individualmente. Múltiples líneas 238 de conducción se extienden desde una primera matriz de almohadillas 242 en el primer extremo 236a hasta una segunda matriz de almohadillas (no se muestra aquí) en el segundo extremo 236b. La primera serie de almohadillas 242 está configurada para conectarse (por ejemplo, soldando) a una matriz correspondiente de almohadillas en un PCB que lleva los circuitos electrónicos, mientras que la segunda matriz de almohadillas (no se muestra aquí) está configurada para conectarse (por ejemplo, mediante soldadura) a una matriz correspondiente de almohadillas en el submontaje (tal como la matriz de almohadillas 138 en la Figura 2A) o en el módulo 110 electrónico integrado. Cada línea 238 de conducción conecta eléctricamente una sola almohadilla en la primera matriz a una sola almohadilla en la segunda matriz.

El circuito 232 flexible doble además comprende una sola línea 240 de conducción dispuesta en la segunda superficie de la capa dieléctrica y configurada para conducir comúnmente la corriente de retorno desde las fuentes de luz, funcionando, así como una línea común. La línea 240 común se extiende desde el primer extremo 236a hasta el segundo extremo 236b y conecta eléctricamente una almohadilla 244 en la primera superficie de la capa dieléctrica a una o más almohadillas 246 en el segundo extremo 236b. La almohadilla 244 puede estar conectada eléctricamente a la línea 240 común, por ejemplo, a través de orificios (no representados aquí), desde la primera superficie hasta la segunda superficie. La almohadilla 244 puede estar configurada para conectarse (por ejemplo, mediante soldadura) a una almohadilla común correspondiente en las PCB que llevan los circuitos electrónicos. Uno o más cables 248 pueden usarse para conectar una o más almohadillas 246 en el segundo extremo 236b, a un contacto común del módulo 110 electrónico integrado (no se muestra aquí), por ejemplo, utilizando la técnica de unión por cable.

Se observa que cuando el módulo 110 electrónico integrado, tiene fuentes de luz formadas por los VCSEL, el contacto común está convenientemente dispuesto en la superficie del troquel opuesto a la superficie de los contactos de control individuales para los VCSEL. Por lo tanto, si los troqueles VCSEL se ensambla con la matriz de contactos individuales mirando hacia el submontaje, entonces el contacto común puede mirar en la dirección opuesta, estando dispuesto en el lado frontal del troquel, siendo así accesible para tal unión de cables. La línea común se puede conectar eléctricamente a una almohadilla (no se muestra aquí) en la primera superficie del circuito 232 flexible doble, que está configurado, a su vez, para ser soldado al submontaje (o al troquel de las fuentes de luz) eliminando así la necesidad de unir cables. Los cables 248 pueden ser relativamente delgados, teniendo un diámetro menor que, por ejemplo, aproximadamente 200 pm o menor que aproximadamente 100 pm o incluso menor que aproximadamente 25 pm. En consecuencia, varios cables (en lugar de un solo cable) pueden conectar la línea 240 común al contacto común en el módulo 110 electrónico integrado, para mantener una trayectoria de conducción mecánicamente flexible pero buena, proporcionando así una caída de voltaje relativamente pequeña en dicha conexión durante el funcionamiento. Cabe señalar que se puede utilizar la técnica de unión de cables, de acuerdo con algunas realizaciones, para conectar los circuitos electrónicos en las placas 222 y el submontaje (o el módulo 110 electrónico integrado) mediante una conexión mecánicamente flexible. Se observa además que pueden contemplarse variaciones de la tecnología descrita anteriormente. Por ejemplo, de acuerdo con algunas realizaciones, se puede usar un circuito flexible multicapa para conectar los circuitos 220 electrónicos y las fuentes de luz. Alternativamente, es posible que el contacto común y los contactos de señales estén dispuestos en el mismo lado del troquel de fuentes de luz, permitiendo así la conexión al troquel desde un solo lado de la misma.

El uso de circuitos 230 flexibles para la conexión eléctrica entre el submontaje 140 y las placas 222 permite una conexión eléctrica relativamente simple, masivamente paralela sobre las "esquinas" entre la cara 212 inferior y las caras 214 y 216 laterales del disipador 210 de calor. Además, los circuitos 230 flexibles permiten una conexión relativamente simple entre dos sustratos diferentes del módulo -es decir, el submontaje y las placas electrónicaspuesto que el módulo 110 electrónico integrado puede, preferiblemente, no ser ensamblado en una placa tal como una PCB y los circuitos 200 electrónicos preferiblemente, no se pueden instalar directamente en el submontaje 140. La Figura 3D representa esquemáticamente una realización de un módulo 250 de escritura donde el submontaje 140 y las placas 222 electrónicas se ensamblan en un disipador 252 de calor alineando a lo largo de un mismo plano. El submontaje 140 y las placas 222 electrónicas están conectados a través de una conexión flexible masivamente paralela, por ejemplo, circuitos 232 flexibles dobles. Se observa que, incluso en la configuración del módulo 250 de escritura, una conexión rígida entre las placas 222 electrónicas y el submontaje (o con el troquel de módulo 110 electrónico integrado), en lugar de circuitos 232 flexibles dobles (o, para el caso, cualquier tipo de circuito flexible), podría ser menos que óptimo. En primer lugar, la inevitable desalineación mecánica y las tolerancias de las posiciones mutuas del submontaje (o el troquel) y las placas de los circuitos electrónicos pueden disminuir o poner en peligro la fiabilidad o durabilidad de una conexión tan rígida. Además, debido a diferentes temperaturas y diferentes coeficientes de expansión de temperatura de los submontajes 140 y las placas 222, una conexión rígida entre ellos podría afectar negativamente a la integridad mecánica de uno, o ambos, durante el funcionamiento.

Sin embargo, se observa que la densidad relativamente alta de conductores en el circuito 230 flexible plantea un límite superior o al menos una barrera en la sección transversal de conducción disponible de cada línea de conducción, lo que implica un límite superior o al menos una barrera en la corriente que puede ser conducida de manera confiable en dicha línea conde conducción. El siguiente es un ejemplo numérico no limitativo que ilustra las estrictas restricciones asociadas con las líneas de conducción del circuito 230 flexible. El ejemplo emplea algunas suposiciones comunes como se detalla anteriormente con respecto a las líneas de conducción de corriente en el submontaje 140. De acuerdo con el ejemplo, el espaciado lateral de las fuentes de luz a lo largo de la dirección Y es de aproximadamente 50 pm, por lo que la anchura total de cada línea de conducción junto con un espaciado adyacente a una línea de conducción siguiente puede ser aproximadamente de 100 pm. Suponiendo una anchura de línea de conducción de aproximadamente 70 pm, un espaciado de aproximadamente 30 pm entre líneas de conducción y un espesor de metal de aproximadamente 10 pm, entonces una corriente de 300 mAmps genera un aumento de temperatura de aproximadamente 60 °C en el conductor (en el aire ambiente, e independiente de la longitud del conductor). Se observa a este respecto que, de acuerdo con la tecnología actualmente disponible, el espesor de una línea de conducción que tiene una anchura de varias decenas de micrómetros, en un circuito flexible, no puede exceder típicamente 10 pm, e incluso puede limitarse a un valor aún menor. 500 mAmps de corriente generan en la misma configuración un aumento de temperatura de 170 °C, una pérdida de potencia de aproximadamente 300 mW y una caída de voltaje de aproximadamente 0,6 V en un conductor de 30 mm de longitud. Debe notarse que una pérdida de potencia de 300 mW es equivalente, es decir, aproximadamente igual, a una potencia de luz requerida de cada fuente de luz de acuerdo con algunas realizaciones. En otras palabras, una corriente de conducción de 500 mA a través de las líneas de conducción del presente ejemplo puede dar como resultado una pérdida significativa de eficiencia y, por lo tanto, un tremendo problema de eliminación de calor. Además, una caída de voltaje de unas pocas décimas de voltio en las líneas de conducción (por ejemplo, aproximadamente 0,6 V como en el ejemplo anterior) puede plantear dificultades en la calibración de la salida de potencia de cada fuente de luz. Además, debe entenderse que si el espaciado de las fuentes de luz a lo largo de la dirección Y es menor de 50 pm (posiblemente permitiendo una resolución de dirección más alta y, por lo tanto, una resolución de impresión más alta), entonces la anchura de la línea de conducción debe ser preferiblemente menor, resultando en restricciones aún más estrictas sobre la corriente permitida a través del conductor.

Circuito eléctrico del módulo de escritura

En algunas realizaciones, los circuitos 200 electrónicos puede comprender una etapa de conducción de corriente configurada como una fuente de voltaje a una fuente 120 de luz. Además, o alternativamente, los circuitos 200 electrónicos pueden comprender una etapa de conducción de corriente configurada como una fuente de corriente a una fuente l20 de luz. Cabe señalar que dos VCSEL pueden diferir en la resistencia eléctrica cuando se activan y son conducidas con la misma corriente o con el mismo voltaje. Además, las resistencias eléctricas de dos líneas de conducción diferentes entre dos VCSEL y las etapas de conducción asociadas pueden ser diferentes entre sí. Por lo tanto, una misma corriente conducida en dos VCSEL puede requerir un voltaje diferente en el puerto de salida de las etapas de activación asociadas. Se observa además que diferentes VCSEL individuales pueden requerir diferentes niveles de corriente para producir un mismo nivel de potencia luminosa. Por lo tanto, se puede establecer una función de calibración individual para cada VCSEL, la función que define la corriente (o voltaje, en algunas realizaciones) que debe proporcionarse a la salida de la etapa de conducción asociada, para producir una potencia de luz predeterminada por un VCSEL particular. Debe entenderse que debido a los cambios temporales que pueden ocurrir en el VCSEL y/o en las líneas de conducción del mismo, la función de calibración puede actualizarse preferiblemente de forma periódica o intermitente, empleando un proceso de calibración.

La Figura 4A representa esquemáticamente un diagrama de bloques de una realización de un módulo 270 de conducción, configurado para conectarse eléctrica e individualmente a una multitud de fuentes 280 de luz que comprenden VCSEL y, por lo tanto, conducen corrientes adecuadas a las fuentes de luz (anteriormente ilustradas esquemáticamente por puntos 120 en la Figura 2A). El módulo 270 de conducción comprende un módulo 272 de control, configurado para recibir comandos para activar o desactivar cualquier fuente de luz única o cualquier combinación de fuentes 280 de luz. El módulo 272 de control además está configurado para recibir datos de calibración, asociando, para cada una de las fuentes 280 de luz, una corriente de conducción (o un voltaje de entrada, de acuerdo con algunas realizaciones) con una potencia de salida de luz. El módulo 270 de conducción además comprende un módulo 274 de etapa de conducción, que comprende una multitud de etapas 276 de conducción. Cada etapa 276 de conducción está configurada para recibir desde el módulo 272 de control una señal que indica una corriente (o un voltaje) que debe conducirse a una fuente 280 de luz asociada. La etapa 276 de conducción está configurada además para generar la corriente requerida (o, en algunas realizaciones, el voltaje requerido), para producir una salida de luz deseada de la fuente de luz asociada.

La Figura 4B representa esquemáticamente una implementación particular de una etapa 284 de conducción de corriente configurada para conducir la corriente adecuada para activar algunas realizaciones de una fuente 286 de luz GaAs VCSEL. La etapa 284 de conducción de corriente puede configurarse para conmutar la fuente 286 de luz VCSEL entre dos niveles de potencia de luz de salida, es decir, entre un estado ON y un estado OFF (equivalente a potencia de salida cero), generalmente requiriendo que se suministren diferentes niveles de corriente a los diferentes VCSEL (al menos en el estado ON) para producir una misma potencia de salida de luz, como se explicó anteriormente. Alternativamente, la etapa 284 de conducción de corriente se puede configurar para activar la fuente 286 de luz VCSEL a más de dos niveles de potencia de luz de salida, es decir, para activar la fuente 286 de luz VCSEL para producir una potencia intermedia de salida de luz, además de producir un nivel de salida de potencia máxima y un nivel de salida de potencia cero. De acuerdo con algunas realizaciones, la etapa 284 de conducción de corriente puede activar la fuente 286 de luz VCSEL a más de cuatro niveles diferentes de potencia de salida, o más de seis o más de diez, o incluso más de quince niveles diferentes de potencia de salida de luz. El uso de varios niveles calibrados de potencia de luz de salida es ventajoso en un sistema de impresión, para permitir el ajuste fino de las anchuras de línea impresa y el ajuste fino de las líneas de borde de las regiones impresas. Además, o alternativamente, diversos niveles calibrados de potencia de luz de salida pueden permitir, respectivamente, la impresión de diversos tamaños de puntos dentro de un píxel o dentro de un área predefinida que comprende varios píxeles, permitiendo así controlar el nivel de gris de una región impresa. Además, de acuerdo con algunas realizaciones, el uso de varios niveles calibrados de potencia de luz de salida puede permitir compensar una fuente de luz defectuosa mediante el uso de fuentes de luz vecinas, como se ejemplifica a continuación en las Figuras 5A - 5D.

En algunas realizaciones, la etapa 276 de conducción o la etapa 284 de conducción de corriente está configurada para conducir en una fuente de luz VCSEL una corriente superior a aproximadamente 50 mA, o superior a aproximadamente 100 mA o superior a aproximadamente 150 mA. En algunas realizaciones, la etapa 276 de conducción o la etapa 284 de conducción de corriente está configurada para conducir a una fuente de luz VCSEL una corriente de menos de aproximadamente 200 mA. En algunas realizaciones, la etapa 276 de conducción o la etapa 284 de conducción de corriente está configurada para suministrar a una fuente de luz VCSEL un voltaje de conmutación que se determina de acuerdo con el número de uniones de semiconductores conectadas en serie en la fuente de luz. Por ejemplo, para una fuente de luz que tiene dos uniones semiconductoras de GaAs (cada una funcionando como una región activa), la etapa 276 de conducción o la etapa 284 de conducción de corriente se puede configurar para suministrar un voltaje de conducción máximo entre 3 V y 8 V. Para accionar una fuente de luz que tiene tres uniones semiconductoras de GaAs que funcionan en serie, la etapa 276 de conducción o la etapa 284 de conducción de corriente se puede configurar para suministrar un voltaje de conducción máximo entre 5V y 15V.

Las Figuras 5A-5D ilustran esquemáticamente perfiles de potencia de puntos de luz generados por un grupo de fuentes de luz vecinas, y el perfil de potencia combinado resultante entregado por el grupo. Se enfatiza que, en aras de la explicación, las figuras se refieren a un ejemplo simplista y unidimensional de puntos de luz idealizados dispuestos a lo largo de una línea, mientras que un análisis más realista y cuantitativo debería tener en cuenta la naturaleza bidimensional de los puntos de luz en la superficie de formación de imágenes durante el funcionamiento del sistema de impresión.

La Figura 5A ilustra perfiles 502a - 502g de punto de la potencia de siete puntos de luz dispuestos a lo largo del eje Y. Se supone que los perfiles de puntos tienen una forma gaussiana de intensidad máxima seleccionada arbitrariamente de aproximadamente 1 y media anchura a la mitad del máximo de aproximadamente 1. Un perfil 504 combinado representa la potencia total, es decir, la suma de las potencias de los perfiles de punto, a lo largo del eje Y. Se supone que el polímero en la superficie de formación de imágenes está modificado (por ejemplo, sea ablandado o licuado) por la radiación en puntos donde el perfil 504 de potencia combinado excede un valor de h (seleccionado en este ejemplo para que sea igual a 1,4). En consecuencia, el polímero se modifica a lo largo de una línea 508 de impresión de longitud 6, entre aproximadamente y= 0 y aproximadamente y= 6.

En la Figura 5B se muestra una situación donde una fuente de luz no funciona. La Figura 5B ilustra perfiles 522a -522d y 522f- 522g de puntos, de la potencia de 6 puntos de luz dispuestos a lo largo del eje Y como en el ejemplo de la Figura 5A. Se observa que un perfil 522e de punto está ausente, lo que representa una séptima fuente de luz inoperante. Como resultado, un perfil 524 combinado no supera el umbral h entre aproximadamente y= 3 y y= 5, resultando en una línea 528 de impresión fragmentada en dos fragmentos es decir 528a y 528b. Se podría haber obtenido un resultado similar si la fuente de luz no operativa estuviera simplemente defectuosa, de modo que su perfil de punto reducido no fuera suficiente para permitir alcanzar el umbral, incluso en combinación con perfiles vecinos de fuentes de luz operativas.

Para superar el problema de una línea de impresión fragmentada como resultado de una fuente de luz inoperante o defectuosa, se puede aumentar la potencia de las fuentes de luz vecinas a la fuente de luz defectuosa, como se demuestra en Figura 5C. En este ejemplo, los perfiles 542d y 542f de punto (a ambos lados de un perfil 542e de punto ausente) se duplican en potencia, alcanzando una intensidad máxima de 2. Un perfil 544 combinado excede el umbral h continuamente en la sección entre aproximadamente y= 0 y aproximadamente y= 6,2, por lo tanto, una línea 548 de impresión puede formarse continuamente a lo largo de dicha sección. Por lo tanto, el aumento de la potencia de luz de salida de una fuente de luz más allá de un nivel nominalmente estándar puede usarse para compensar una fuente de luz vecina que no funcione o sea defectuosa. Cabe señalar que debido al aumento en la amplitud del perfil 542f de punto, línea 548 de impresión se extiende más allá del punto de y= 6 demostrado en la Figura 5A. Sin embargo, el ajuste fino de la ubicación del final de la línea de impresión, es decir, el ajuste fino la ubicación donde el perfil 544 combinado cruza el umbral h, se puede lograr ajustando finamente la intensidad del perfil 544g de punto, como se demuestra en la Figura 5D.

La Figura 5D ilustra perfiles 562a-562g de punto mientras que los perfiles 562a-562f de punto tienen una intensidad nominalmente estándar de 1, y un perfil 562g de punto tiene la mitad de la intensidad, es decir, una intensidad máxima de 0,5. Como resultado, un perfil 564 combinado cruza el umbral h en el lado derecho de la gráfica ilustrativa en aproximadamente y= 5,5. En consecuencia, una línea 568 de impresión se extiende entre aproximadamente y= 0 y y= 5,5 siendo más corta en aproximadamente 0,5 unidades de longitud en comparación con la línea 508 de impresión en el ejemplo demostrado en la Figura 5A. Debe entenderse que incluso un ajuste más fino de la longitud de la línea 568 de impresión (es decir, el ajuste fino de la ubicación de uno de sus extremos) se puede obtener ajustando la intensidad de los perfiles de puntos cerca de estos extremos, es decir 562a y/o 562g, a niveles intermedios entre 0 y la intensidad máxima, distintos de 0,5. Por lo tanto, se concluye que al controlar adecuadamente los niveles de potencia de los perfiles de puntos, la resolución de impresión que es considerablemente más alta que la resolución de la dirección (es decir, el espacio entre las fuentes de luz en el eje Y ) puede alcanzarse.

Como se discutió anteriormente con referencia a las Figuras 2, 3 y 4, las etapas de conducción de los circuitos electrónicos se colocan preferiblemente cerca de las fuentes de luz. Por ejemplo, las etapas 276 de conducción se colocan preferiblemente cerca de fuentes 280 de luz en la Figura 4A. Al minimizar la longitud de las líneas de conducción entre las etapas de conducción y las fuentes de luz, se minimiza la pérdida de potencia y la disipación de calor en dichas líneas de conducción, se minimizan las distorsiones de señal debido a la inductancia parásita y la capacitancia mutua de las líneas de conducción, y se maximiza el ancho de banda de conmutación del módulo 270 de conducción. Volviendo a las Figuras 3Ay 3B, las etapas de conducción (tales como las etapas 276 de conducción de la Figura 4A, por ejemplo) para conducir corriente a la multitud de fuentes de luz en matrices 112, están dispuestas en chips 290 electrónicos (representado aquí dentro de paquetes 292 electrónicos convencionales), desplegados en placas 222. En la realización de las Figuras 3A y 3B, cada chip 290 electrónico está asociado eléctricamente con las fuentes de luz en dos matrices 112 vecinas a lo largo de una de las líneas 118a o 118b. Así, por ejemplo, si una sola matriz 112 comprende cinco filas y cinco columnas de fuentes de luz con un espaciado de rejilla de 50 pm a lo largo del eje Y, entonces cada matriz comprende veinticinco fuentes de luz, capaces de irradiar a lo largo de un segmento continuo de aproximadamente una longitud de 1,25 mm a lo largo de la dirección Y. En consecuencia, un solo chip electrónico está asociado eléctricamente con cincuenta fuentes de luz individuales, que abarcan dos de estos segmentos no consecutivos a lo largo del eje Y. Por lo tanto, dos chips 290 electrónicos, colocados de manera opuesta entre sí en las dos placas 222a y 222b, están eléctricamente asociados con un centenar de fuentes de luz, que abarcan un segmento consecutivo de aproximadamente 5 mm de longitud a lo largo de la dirección Y. Así, una fila de chips 290 electrónicos, empaquetados en paquetes 292 electrónicos, cada uno con una anchura (medida a lo largo de la dirección Y) de aproximadamente 4,5 mm se pueden instalar uno al lado del otro con un espaciado de 0,5 mm en el medio, en cada una de las placas 222a y 222b. Cada paquete electrónico puede tener además una longitud (medida a lo largo de la dirección Z) de aproximadamente 1 cm o 2 cm o incluso 3 cm, y un área consecuente de aproximadamente 0,5 cm2 o 1 cm2 o incluso 1,5 cm2, estando dicha área configurada para permitir la disipación de calor del chip electrónico al disipador 210 de calor.

Como ejemplo ilustrativo, el chip 290 electrónico puede configurarse para conmutar ("encendido" y "apagado" solamente) 50 VCSEL de GaAs individuales, en los que la corriente máxima ("encendida") es aproximadamente 50 mA y la caída de voltaje en cada etapa de conducción durante el tiempo "encendido" es aproximadamente 2V. Por lo tanto, el chip electrónico puede consumir una potencia máxima de aproximadamente 5 W y puede abarcar un área de aproximadamente 70 mm.2. Como se explicó anteriormente, la modificación de un polímero para realizar el proceso de impresión normalmente requiere una densidad de energía predeterminada definida como la energía por unidad de longitud del formato de impresión. Por lo tanto, la densidad de potencia requerida para el proceso, derivada de la densidad de energía, depende linealmente de la velocidad de impresión. En otras palabras, si se duplica la velocidad de impresión, entonces la densidad de potencia requerida para el proceso de impresión generalmente también debería duplicarse, necesitando duplicar la corriente máxima de VCSEL y el consumo de potencia por parte de los circuitos electrónicos de control. Además, el experto en la técnica de la electrónica y, en particular, en la técnica del diseño de circuitos y empaquetado microelectrónico puede apreciar que la densidad de las fuentes de luz VCSEL, es decir el número de fuentes por unidad de área, puede ser mayor en algunas realizaciones -por ejemplo, el espaciado de la rejilla de las fuentes de luz VCSEL a lo largo de la dirección Y puede ser menor que 50 pm, siendo por ejemplo 40 pm o 30 pm o incluso 20 pm-. Cada chip 290 electrónico entonces se configura preferiblemente para conmutar un número correspondientemente mayor de fuentes de luz VCESL, por ejemplo, aproximadamente 60, o aproximadamente 80 o aproximadamente 120 fuentes de luz VCESL individuales. Como resultado, el área de cada chip puede ser correspondientemente mayor, ya que se integran más conmutadores en un solo chip, y la disipación de calor en el chip durante el funcionamiento también puede ser mayor. Además, si la etapa de conducción está configurada para conducir la corriente en varios niveles de corriente distintos de cero para obtener radiación de luz en varios niveles distintos de cero (como se ejemplifica, por ejemplo, en las Figuras 5C y 5D), entonces también la disipación de calor promedio en el chip es mayor, y el área del chip también debería ser preferiblemente mayor (en comparación con una realización configurada solo para conmutar entre encendido y apagado). Una persona experta en la técnica también puede apreciar que un diseño de circuitos 200 electrónicos puede realizarse mediante muchas realizaciones distintas de las que se detallan explícitamente anteriormente. Por ejemplo, los chips electrónicos tales como 290 pueden configurarse para asociarse a un número diferente de matrices 112, en particular a un número mayor que 2 matrices, por ejemplo, a 3 o 4 matrices o más, reduciendo así el espacio muerto en las placas 222 debido a espacios entre paquetes 292, lo que permite una mayor área de chip para la eliminación del calor.

Fuentes de luz del módulo de escritura

Las Figuras 6A a 6E representan algunas realizaciones de una fuente 300 de luz que comprende un grupo 310 de VCSEL dispuestos adyacentes entre sí y conectados eléctricamente entre sí en serie. La Figura 6A representa una porción de una matriz 312 de fuentes 300 de luz, que comprende filas 314 y columnas 316, sesgada para que las filas 314 sean paralelas a la dirección Y mientras que las columnas 316 están inclinadas en ángulo 0 con relación a la dirección X, como se describe anteriormente con respecto a la matriz 112. En la matriz, se marca como D una distancia entre las fuentes de luz vecinas (indicada aquí a lo largo de la columna 316). Un espaciado de rejilla a lo largo de la dirección Y -es decir, la distancia entre proyecciones vecinas en el eje Y de las ubicaciones de las fuentes de luz- se denota r. Como se explicó anteriormente, r determina la resolución de la dirección, que se relaciona con (y en algunas realizaciones es igual a) la resolución de impresión del sistema de impresión. La distancia D, en algunas realizaciones, está determinada por diversas consideraciones de fabricación, algunas de las cuales se explicaron anteriormente. En algunas realizaciones, la distancia entre las fuentes de luz vecinas a lo largo de la fila 314 es aproximadamente igual o exactamente igual a la distancia entre las fuentes de luz vecinas a lo largo de la columna 316.

La Figura 6B representa esquemáticamente cinco realizaciones diferentes de fuente 300 de luz, que comprende grupos 310a, 310b... 310e, de tres, cuatro, cinco, seis y siete VCSEL 320, respectivamente. VCSEL 320 en cada grupo están configurados y son operables para radiar juntos, y están dispuestos espacialmente y configurados ópticamente para producir un único punto de luz en la superficie de formación de imágenes del sistema de impresión cuando se activan, como se explica con más detalle a continuación. Un diámetro (o dimensión) de la fuente 300 de luz se denota d y está determinado por el diámetro de un círculo 324 que abarca el grupo 310 de VCSEL 320 de la única fuente de luz. Correspondientemente, d puede ser más pequeño o más grande que r y típicamente es aproximadamente igual a r, mientras que d es típicamente más grande que D.

La Figura 6C representa esquemáticamente una vista lateral de haces 330 de luz generados por dos grupos 310 de VCSEL 320. El ángulo de divergencia de los haces de luz producidos por los VCSEL de acuerdo con las tecnologías actualmente disponibles está típicamente en el intervalo de 5-25 grados (medio ángulo). Por tanto, la distancia s entre un plano 332 de la región activa de los VCSEL y un plano 334 donde los haces de luz adyacentes se fusionan (coinciden) es aproximadamente de 1,5 a 5 veces la distancia entre los VCSEL vecinos en un grupo (aquí s se mide a lo largo del eje óptico de los VCSEL, coincidiendo con el eje Z). Si la distancia entre los VCSEl vecinos es, por ejemplo, 10 pm, entonces la distancia entre los planos 332 y 334 puede ser de aproximadamente 15-50 pm.

El grupo 310 puede producir un solo punto de luz en la superficie de formación de imágenes usando el sistema óptico (no mostrado aquí) del sistema de impresión. De acuerdo con algunas de estas realizaciones, el sistema óptico -tal como, por ejemplo, el sistema 128 óptico en la Figura 2A- se puede configurar para obtener imágenes en la superficie de formación de imágenes del plano 334 u otro plano que esté distal del plano 332 de fuentes de luz. En otras palabras, el sistema óptico se puede sintonizar con fuentes 300 de luz de imagen en la superficie de formación de imágenes con un poco de desenfoque -normalmente un ligero desenfoque, lo que hace que la imagen de las fuentes de luz en la superficie de la imagen se vuelva borrosa y, por lo tanto, se forme a partir de los haces de luz de cada grupo 310 un solo punto de luz-. Además, o alternativamente, la borrosidad inevitable del sistema óptico, resultante, por ejemplo, de aberraciones o difracción, puede provocar la formación de imágenes del grupo en la superficie de formación de imágenes como un solo punto, incluso sin desenfoque.

En algunas realizaciones, la disposición y orientación de los VCSEL 320 en el grupo 310 se determina preferiblemente en relación con la dirección X de modo que los trazos de los VCSEL activados (en un solo grupo) se superpongan y se fusionen en un solo punto de luz en la superficie de formación de imágenes (no representada aquí) durante la duración de la formación de un solo píxel. En otras palabras, dentro de la duración de un solo píxel en el que la fuente 300 de luz se activa, cada haz de luz que emerge de un VCSEL traza una línea corta en la superficie de formación de imágenes debido al movimiento continuo de la superficie de imagen. Por lo tanto, cada VCSEL deja en la superficie de formación de imágenes un trazo, cuya longitud está determinada por la duración del píxel y la velocidad de la superficie de formación de imágenes, y cuya anchura está determinada por el diámetro del haz de luz en la superficie de formación de imágenes. La superposición parcial y la fusión de los haces de luz de cada grupo 310, junto con el movimiento de la superficie de formación de imágenes durante la duración del píxel, producen un único punto de luz del grupo de VCSEL.

La Figura 6D representa esquemáticamente un circuito 340 eléctrico equivalente de un grupo de VCSEL conectados eléctricamente en serie. El circuito 340 comprende, como ejemplo ilustrativo no limitativo, tres VCSEL 320 representados como diodos 342a, 342b y 342c emisores de luz, respectivamente, conectados en serie, cada uno de los cuales tiene una región activa que comprende una unión. En un punto de trabajo seleccionado, un solo VCSEL 320 puede producir una potencia de salida de luz de

P = T) • I • V, (1)

dónde I y V son la corriente y el voltaje de funcionamiento, respectivamente, y n es la eficiencia de conversión de potencia. Un grupo de VCSEL representado por circuito 340 puede producir la suma de potencias de salida de luz, es decir PAG3 = I ■ (V1 ■ H1 V2 ■ H2 V3 ■ H3), donde los subíndices 1,2 y 3 representan los tres VCSEL diferentes. P3 puede presentarse además en una fórmula más simplista, asumiendo una caída de voltaje promedio V en el que cada uno de los tres VCSEL y una eficiencia de conversión de potencia promedio n, PA3 = n ■ I ■ 3V. En otras palabras, dicho grupo de tres VCSEL puede generar aproximadamente tres veces la potencia de salida de luz de un solo VCSEL, a la misma corriente de funcionamiento.

De manera más general, una fuente 300 de luz, que comprende un grupo 310 de VCSEL se pueden configurar (por ejemplo, se determinará el número de VCSEL en el grupo) en un proceso de acuerdo con la siguiente secuencia de pasos: primero, se puede seleccionar una corriente de operación deseada para la fuente de luz. Tal corriente de operación deseada puede seleccionarse para determinar un punto de trabajo relativamente altamente eficiente para un solo VCSEL en el grupo, y también considerando las limitaciones de las líneas de conducción de corriente y la frecuencia de conmutación de los circuitos asociados con el VCSEL, como se explica y se detalla en el presente documento anteriormente. Entonces, la potencia de salida de luz de un solo VCSEl en el punto de trabajo seleccionado puede estimarse usando la ecuación de potencia de salida de luz (1) dada anteriormente. Luego, la potencia de salida de luz deseada de una sola fuente de luz se puede dividir por la potencia de salida de luz del VCSEL único, para determinar el número requerido de VCSEL en el grupo.

La Figura 6E representa esquemáticamente una vista en sección transversal de dos VCSEL, 320a y 320b, respectivamente, conectados en serie en un grupo de dos VCSEL 346 (los sufijos 'a' y 'b' a los números de esta figura que representan elementos en los respectivos VCSEL 320a y 320b). Los VCSEL se construyen sobre un sustrato 348, estando aislado del mismo por una fina capa 350 aislante. Cada VCSEL comprende un reflector 352 Bragg inferior, un reflector 356 Bragg superior parcialmente reflectante encima del reflector 352 Bragg inferior y una región 354 activa entre los reflectores Bragg inferior y superior. Los VCSEL típicamente comprenden además una capa oxidada que tiene una abertura conductora (que no se representa explícitamente aquí) para confinar la corriente y definir de ese modo el ancho del haz. Un contacto 360 eléctrico positivo generalmente puede residir sobre el sustrato 350, estando eléctricamente separado de este por la capa 350 aislante. Un conductor 362a eléctrico (por ejemplo, un canal metálico) se puede sacar del contacto 360 eléctrico positivo por encima del reflector 356a Bragg superior. El conductor 362a eléctrico entra en contacto eléctricamente con el reflector 356a Bragg superior de VCSEL 320a, y además está eléctricamente aislado de otras partes de VCSEL 320a por una capa 358a dieléctrica. Asimismo, un conductor 362b eléctrico puede conectar eléctricamente el reflector 352a Bragg inferior con el reflector 356b Bragg superior de VCSEL 320b, estando aislado de otras partes de VCSEL 320b por una capa 358b dieléctrica. Un contacto 370 metálico negativo del grupo puede entrar en contacto con un reflector 352b Bragg inferior, posiblemente residiendo en un mismo plano con este (generalmente coincidiendo con el plano del reflector 352a Bragg inferior). Tanto el contacto 370 metálico negativo como el reflector 352b Bragg inferior están eléctricamente aislados del sustrato 348 por la capa 350 aislante. Por lo tanto, el grupo de la Figura 6E puede activarse aplicando un voltaje entre los contactos 360 y 370 metálicos positivos y negativos respectivamente, mientras que la caída de voltaje entre los contactos es la suma de las caídas de voltaje en los VCSEL 320a y 320b, y mientras que la corriente a través de los dos VCSEL es la misma.

Se observa que un módulo de escritura de acuerdo con las enseñanzas en el presente documento, que incorpora el grupo conectado en serie, tal como los grupos 310 o grupo 346, es ventajoso sobre un módulo de escritura alternativo que incorpora un grupo de VCSEL conectados en paralelo entre sí (en el presente documento denotados conectados en paralelo, y no representados aquí ya que cae fuera del alcance de la invención como se reivindica). En primer lugar, se observa que un punto de trabajo deseado, que implica una potencia luminosa de salida total y una corriente VCSEL óptima o cercana a una óptima, puede emplearse con un grupo conectado en paralelo tanto como con un grupo conectado en serie. En otras palabras, una vez que se selecciona una corriente deseada (por ejemplo, eficiencia óptima) para un solo VCSEL, el número de VCSEL en el grupo se puede seleccionar como se describe anteriormente dividiendo la potencia total requerida del grupo por la potencia de luz entregada por un solo VCSEL en un punto de trabajo óptimo. Además, todo el grupo puede recibir un voltaje que determina dicha corriente óptima, obteniendo así de un grupo conectado en paralelo, que tiene el mismo número de VCSEL que un grupo conectado en serie, la misma potencia de luz total.

Se reconoce que, en algunos aspectos, un grupo conectado en paralelo, por sí mismo, puede tener ciertas ventajas sobre un grupo de VCSEL conectados en serie. Una de tales ventajas es que la construcción de un grupo conectado en paralelo es más simple que el grupo conectado en serie descrito, por ejemplo, en la Figura 6E y es más simple de construir porque los respectivos elementos conectados de los VCSEL se encuentran en el mismo plano. Otra ventaja de un grupo conectado en paralelo es una mayor confiabilidad, porque una desconexión (ruptura eléctrica) dentro de uno de los VCSEL en un grupo conectado en serie deja todo el grupo inoperativo, mientras que, en un grupo conectado en paralelo, una desconexión dentro de uno de los VCSEL hace que sólo el VCSEL defectuoso no funciona.

A pesar de las posibles ventajas mencionadas anteriormente de los grupos conectados en paralelo sobre los grupos conectados en serie, se considera que el módulo de escritura que incorpora el grupo conectado en serie es el más ventajoso. Una razón es que los grupos conectados en paralelo requieren una corriente relativamente alta (a un voltaje relativamente bajo), lo que impone una gran complejidad en la disposición de las líneas de conducción de corriente al módulo integrado electrónico VCSEL, como se explicó en detalle anteriormente. En segundo lugar, la conmutación del grupo conectado en paralelo podría requerir circuitos electrónicos más complejos y/o una superficie mucho mayor debido a la mayor corriente requerida por el grupo conectado en paralelo.

Los VCSEL en cascada utilizan una disposición adicional de uniones de semiconductores emisores de luz conectadas en serie de acuerdo con las enseñanzas en el presente documento. La Figura 7A representa en una vista en sección transversal una estructura de una realización ejemplar de un VCSEL 400 en cascada, y la Figura 7B muestra esquemáticamente un circuito equivalente 450 del mismo. El VCSEL 400 en cascada comprende dos regiones 410a y 410b activas respectivamente, dispuestas en dos planos paralelos entre sí a lo largo de un eje 412 óptico del VCSEL en cascada. Un reflector 414 inferior Bragg debajo de la región 410a activa y un reflector 416 Bragg superior parcialmente reflectante por encima de la región 410b activa determina entre ellos una cavidad 420 de VCSEL 400 en cascada. De acuerdo con algunas realizaciones, el reflector 414 inferior Bragg puede comprender convenientemente un GaAs dopado en n, que se construye a partir de capas epitaxiales sobre un sustrato 424 dopado en n de VCSEL 400, mientras que el reflector 416 Bragg superior en consecuencia, puede comprender un GaAs dopado en p. El VCSEL 400 en cascada puede activarse conduciendo una corriente entre un contacto 430 superior (contacto positivo) unido al reflector 416 Bragg superior y un contacto 432 de fondo (contacto negativo) unido al sustrato 424 (o al reflector 414 inferior Bragg).

Dos capas 436a y 436b oxidadas, respectivamente, están dispuesta sobre las regiones 410a y 410b activas, respectivamente y en paralelo allí. Cada capa 436a y 436b oxidada, tiene una abertura 438a y 438b de conducción de electricidad sin oxidar, respectivamente, centrada alrededor del eje 412 óptico para confinar la corriente eléctrica a través de las regiones 410a y 410b activas dentro de las aberturas y determinando así el diámetro efectivo del haz de luz producido por el VCSEL en cascada. El contacto 430 superior comprende una abertura que define una abertura 448 centrada alrededor del eje 412 óptico, permitiendo así el VCSEL 400 en cascada para emitir radiación desde la superficie superior (por ejemplo, reflector 416 Bragg superior) del mismo. De acuerdo con algunas realizaciones, un diodo 440 tunelizador puede construirse entre cada dos regiones activas en el VCSEL en cascada-específicamente entre regiones 410a y 410b activas en VCSEL 400 en cascada- para regenerar portadores de carga a partir de pares combinados de electrones y huecos.

Llamando la atención sobre Figura 7B, el circuito 450 equivalente comprende dos uniones representadas como diodos 452a y 452b emisores de luz, respectivamente, conectados en serie, correspondientes a las regiones 410a y 410b activas, respectivamente. Un diodo 454 tunelizador está conectado en serie entre diodos 452a y 452b, correspondiente al diodo 440tunelizador en la Figura 7A entre las regiones 410a y 410b activas. En un punto de trabajo seleccionado caracterizado por una corriente I, VCSEL 400 en cascada puede producir una potencia de salida de luz de

Aquí I es la corriente de funcionamiento, Var1 y Var2 son las caídas de tensión en las regiones 410a y 410b activas, respectivamente, y n (que normalmente puede depender de la corriente I) es una eficiencia de conversión de potencia combinada de las regiones activas. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la potencia total consumida por VCSEL 400 (excluyendo las caídas de voltaje en la resistencia óhmica dentro del VCSEL) es Pt = I ■ (Var1 Var2 VTun), donde VTun es la caída de voltaje en el diodo tunelizador. En otras palabras, n anterior no representa la eficiencia total de conversión de potencia de VCSEL 400 y la eficiencia total es aún menor que n.

Un VCSEL en cascada como el VCSEL 400 en cascada se puede configurar -es decir, se puede determinar un número requerido de regiones de semiconductores conectadas en serie, llevando a cabo pasos similares a los descritos anteriormente o mediante los siguientes pasos: primero, se puede seleccionar un punto de trabajo eficiente, que indica una corriente de operación deseada I y determinar una eficiencia de conversión de potencia de las regiones activas n. Entonces, se puede estimar la potencia luminosa de salida producible de un VCSEL en cascada que tiene N regiones activas (N siendo 2, 3, 4 o más). Puede seleccionarse una configuración de VCSEL en cascada, que comprende un número seleccionado de regiones activas en su interior, para permitir producir una potencia de luz de salida igual o mayor que la potencia de luz requerida. Se observa que un voltaje operativo típico para tal VCSEL en cascada que comprende N regiones activas puede estimarse usando la fórmula Vt = N ■ Var (N — 1) ■ VTun, donde Var es una caída de voltaje promedio en una sola región activa, que se encuentra en el intervalo de 1,5V - 4V como se discutió anteriormente, y VTun es una caída de voltaje promedio sobre los diodos tunelizadores en el VCSEL.

Como se indicó anteriormente, el uso de un VCSEL en cascada implica cierta pérdida de potencia (en comparación con el uso de VCSEL discretos, tal como en un grupo, como se describe anteriormente) debido a la caída de voltaje VTun en el diodo tunelizador, lo que genera pérdida de potencia y reduce la eficiencia de conversión de potencia. En algunas realizaciones, VTun puede ser comparable a la caída de voltaje en las regiones activas de VCSEL, estando en el intervalo de 1-2V. Además, la estructura de un VCSEL en cascada de acuerdo con las enseñanzas en el presente documento es considerablemente más compleja en comparación con la construcción de los VCSEL convencionales, lo que da como resultado una mayor tasa de fallos durante la fabricación y durante el funcionamiento y, en general, un coste más elevado. No obstante, en algunas realizaciones, un módulo de escritura que comprende matrices VCSEL de VCSEL en cascada como se describe en el presente documento puede ser ventajoso sobre las alternativas que no incorporan VCSEL en cascada. Una razón es que el VCSEL en cascada puede proporcionar una mayor densidad de luz (en comparación, por ejemplo, con un grupo de VCSEL ordinarios, como los grupos 310 o 346). En consecuencia, se puede lograr un tamaño de punto más pequeño .es decir, un tamaño de píxel más pequeño- en algunas realizaciones utilizando un módulo de escritura que incorpora matrices de VCSEL en cascada. Por ejemplo, los VCSEL en cascada pueden ser preferidos para imprimir con un tamaño de punto menor que 100 pm o menor que 80 pm o incluso menor que 50 pm. La Figura 7C muestra esquemáticamente una porción de un módulo 470 electrónico integrado, que comprende una matriz 472 de VCSEL 474 en cascada de acuerdo con las enseñanzas en el presente documento. Por lo tanto, el módulo 470 electrónico integrado se puede utilizar en cualquiera de los módulos de escritura descritos anteriormente, por ejemplo, en módulos 100 y/o 200 de escritura.

Los términos "partículas termoplásticas" o "partículas de polímero termoplástico" se usan indistintamente para referirse a todas las partículas que comprenden un polímero termoplástico, ya sea que recubren la partícula o que formen sustancialmente toda la partícula, incluyendo cualquier intervalo intermedio de presencia del polímero que permita las partículas termoplásticas. para servir a los propósitos previstos. En los últimos casos, en los que el o los polímeros termoplásticos pueden estar presentes de forma homogénea en la partícula completa, sin estar particularmente restringido a un recubrimiento externo, también se puede decir que las partículas están hechas de un polímero termoplástico. A menos que se indique lo contrario o quede claro por el contexto, los términos "partículas poliméricas" o "partículas poliméricas" se refieren a las partículas antes mencionadas que comprenden un polímero termoplástico. El polímero, o las partículas de polímero, deben ser compatibles con la radiación emitida por las fuentes de luz del dispositivo de formación de imágenes / módulo de escritura.

Por ejemplo, si se usa un láser para emitir luz de una longitud de onda particular, entonces el polímero o las partículas formadas con este deberían poder convertir la radiación entrante en energía térmica. Si es necesario, se pueden incluir en las partículas termoplásticas agentes capaces de lograr o facilitar dicha conversión. Los ejemplos no limitantes de agentes absorbentes de radiación incluyen tintes, rellenos, pigmentos orgánicos o inorgánicos que pueden ser incoloros o teñidos. Alternativa, o adicionalmente, los agentes absorbentes de radiación pueden estar presentes en la superficie de formación de imágenes, como se detalla adicionalmente en el documento WO 2018/100541 del mismo solicitante, publicado el 7 de junio de 2018.

Los polímeros termoplásticos son materiales plásticos formados por unidades repetidas (monómeros), donde las cadenas de polímero se asocian entre sí a través de fuerzas intermoleculares que se debilitan con el aumento de temperatura. Por encima de su temperatura de transición vítrea (Tg), los polímeros termoplásticos se ablandan lo suficiente y se vuelven flexibles para darles forma, mediante una variedad de técnicas de procesamiento, solidificándose al enfriarse. Dependiendo de su morfología por debajo de sus respectivas Tg, los polímeros termoplásticos se clasifican en plásticos amorfos, semiamorfos (o semicristalinos) y cristalinos. Se cree que los polímeros termoplásticos amorfos y cristalinos, que tienen típicamente menos del 30 % o más del 70 % de componentes cristalinos respectivamente, típicamente tienen un tiempo abierto más corto que los polímeros termoplásticos semiamorfos. El grado de amorfismo/cristalinidad de un polímero termoplástico específico puede depender de su familia química, el grado de ramificación, el grado de entrecruzamiento, el número y tipo de monómeros presentes (que afectan también al peso molecular promedio del polímero, ya sea que es un homopolímero o un copolímero, su afinidad hacia otros constituyentes del sistema y factores similares fácilmente apreciados por un experto en química de polímeros).

Para los copolímeros, la relación entre los monómeros de diferentes familias químicas y/o su distribución a lo largo de la cadena del polímero (copolímeros aleatorios o de bloques) también pueden influir en las propiedades de los polímeros formados a partir de estos, incluyendo inter alia en su tiempo abierto, tal como dentro de un sistema de impresión como se divulga en el presente documento. Además, los monómeros pueden tener fracciones funcionalizadas que también afectan al tiempo abierto del polímero o copolímero funcionalizado con estos. Además, dado que los polímeros o copolímeros termoplásticos pueden presentar cada uno una variedad de tiempos abiertos, se puede obtener un valor particular mezclando dos o más materiales termoplásticos en cantidades respectivas que permitan la adaptación de un tiempo abierto deseado.

Los polímeros termoplásticos pueden seleccionarse, por ejemplo, de compuestos de poliacrilato (PAN), poliamidas (PA), policarbonatos (PC), poliésteres (por ejemplo, PET), polietilenos (PE), polipropilenos (PP), poliestirenos (PS), poliuretanos (PUR) y cloruros de polivinilo (PVC), por nombrar algunos. Los copolímeros con base en dicha química también pueden proporcionar polímeros termoplásticos adecuados. Los grupos funcionales que pueden usarse para modular los polímeros y/o copolímeros antes mencionados (ya sean aleatorios o en bloque), y que a su vez pueden modificar el tiempo abierto de las partículas termoplásticas, incluyen grupos amina, grupos epoxi, grupos ácidos, tales como grupos carboxílicos o grupos acrílicos, grupos hidroxilo y sales.

Las partículas pueden formarse a partir de los polímeros termoplásticos adecuados mencionados anteriormente mediante cualquier método apropiado conocido por el experto en la técnica. Por ejemplo, las partículas de polímero termoplástico se pueden preparar mediante un primer paso de composición de plástico (por ejemplo, mezclando, amasando, extrudiendo y procedimientos similares, típicamente bajo temperaturas elevadas ablandando adecuadamente el polímero) y un segundo paso de reducción de tamaño (por ejemplo, por molienda, atrición, sonicación, mezcla por cizallamiento, microemulsificación, etc.).

Los métodos ejemplares enumerados anteriormente pueden generar partículas de diversos tamaños y formas. Las partículas termoplásticas pueden tener aproximadamente una forma globular / esférica, pero también pueden tener una forma de laminillas en forma de escamas o cualquier forma intermedia no esférica. En otras palabras, la relación de aspecto adimensional entre la dimensión más pequeña de la partícula y su dimensión más larga en el plano más grande ortogonal a la dimensión más pequeña puede variar desde aproximadamente 1:1 para partículas que tienen una forma casi esférica, hasta al menos 1: 5 (por ejemplo, partículas en forma de frijol) o al menos 1:10 para formas no esféricas (por ejemplo, partículas en forma de barra), y algunas partículas en forma de escamas que tienen una relación de aspecto de al menos 1:15, de al menos 1:20, al menos 1:40, al menos 1:60, o incluso de al menos 1: 100.

En una realización particular, las partículas poliméricas tienen aproximadamente una forma globular/ esférica con una relación de aspecto adimensional entre una dimensión más pequeña y una dimensión ortogonal más larga que no excede 1:10, siendo típicamente no más de 1: 5, 1: 4 o 1: 3, teniendo las partículas casi esféricas una relación de aspecto de menos de 1: 2, menos de 1: 1,5 y aproximadamente 1:1. Dependiendo de la forma de las partículas, las dimensiones de caracterización de una partícula pueden ser al menos una de la dimensión más larga, la dimensión más pequeña y el diámetro, proporcionándose tales dimensiones típicamente como valores promedio para una población de partículas representativas.

La dimensión o diámetro promedio más largo de las partículas termoplásticas generalmente no excede de 10 micrómetros (|-im), siendo como máximo 5 pm, como máximo 4 pm, como máximo 3 pm o como máximo 2 pm. En algunas realizaciones, la dimensión o diámetro promedio más largo de las partículas termoplásticas no excede de 1.500 nm, siendo de como máximo 1.000 nm o como máximo de 750 nm. La dimensión o diámetro promedio más pequeño de las partículas de polímero es típicamente de al menos 100 nm, 200 nm o 300 nm. En realizaciones particulares, el diámetro promedio de las partículas de polímero está entre aproximadamente 100 nm y aproximadamente 4 pm, o entre aproximadamente 300 nm y aproximadamente 2 pm, o entre aproximadamente 500 nm y aproximadamente 1.500 nm.

El tamaño promedio de las partículas puede evaluarse mediante cualquier técnica conocida, tal como la microscopía o la Dispersión Dinámica de Luz (DLS), siendo esta última particularmente adecuada para partículas que tienen una forma casi esférica. En una realización, el tamaño de las partículas se evalúa en una muestra de la población de partículas suspendidas en un líquido adecuado (por ejemplo, agua opcionalmente suplementada con un dispersante), en cuyo caso el diámetro promedio de las partículas se estima mediante Dv50 (diámetro hidrodinámico máximo de partícula por debajo del cual existe el 50 % del volumen de muestra) medido por DLS, Dv10 y Dv90 proporcionando el intervalo dentro del cual existe una porción predominante de la población de partículas. En una realización particular, el tamaño promedio de las partículas poliméricas (o su diámetro promedio cuando se refiere a las esféricas) es relativamente uniforme. Se cree que dicha uniformidad de tamaño relativo aumenta la correlación entre un nivel particular de irradiación de partículas y el resultado de la transformación térmica resultante en partículas de tamaño similar, facilitando, en otras palabras, la capacidad de reproducción del sistema de impresión. Sin embargo, la uniformidad de tamaño no es esencial ya que algunas variaciones pueden ayudar a lograr un mejor empaque de las partículas en la superficie de formación de imágenes, las más pequeñas pueden llenar los vacíos entre las más grandes, dando como resultado una mayor cobertura del miembro de transferencia.

A menos que se indique lo contrario, el uso de la expresión "o" es inclusivo y no exclusivo (por lo tanto, "A" o "B" incluye "A" y "B"). A menos que se indique lo contrario, el uso de la expresión "y/o" entre los dos últimos miembros de una lista de opciones para la selección indica que una selección de una o más de las opciones enumeradas es apropiada y puede realizarse.

En la discusión, a menos que se indique lo contrario, los adjetivos como "sustancialmente" y "aproximadamente" que modifican una condición o relación característica de una característica o características de una realización de la presente tecnología, deben entenderse en el sentido de que la condición o característica es definida dentro de las tolerancias que son aceptables para el funcionamiento de la realización para una aplicación para la que está destinada.

Se aprecia que ciertas características de la divulgación, que, para mayor claridad, se describen en el contexto de realizaciones separadas, también se pueden proporcionar en combinación en una única realización. A la inversa, diversas características de la divulgación, que, por brevedad, se describen en el contexto de una única realización, también pueden proporcionarse por separado o en cualquier subcombinación adecuada o como adecuadas en cualquier otra realización descrita de la divulgación. Ciertas características descritas en el contexto de diversas realizaciones no deben considerarse características esenciales de esas realizaciones, a menos que la realización no sea operativa sin esos elementos.

Aunque la presente divulgación se ha descrito con respecto a diversas realizaciones específicas presentadas de la misma con fines ilustrativos únicamente, dichas realizaciones divulgadas específicamente no deben considerarse limitantes.

En la descripción y las reivindicaciones de la presente divulgación, cada uno de los verbos "comprender", "incluir" y "tener", y sus conjugados, se utilizan para indicar que el objeto u objetos del verbo no son necesariamente una lista completa de características, miembros, pasos, componentes, elementos o partes del sujeto o sujetos del verbo.

Como se usa en el presente documento, la forma singular "un", "una" y "el/la" incluyen referencias en plural e indican "al menos uno" o "uno o más" a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Al menos uno de A y B pretende indicar A o B, y puede indicar, en algunas realizaciones, A y B.

Términos posicionales o de movimiento como "superior", "inferior", "derecha", "izquierda", "inferior", "inferior", "rebajado", "bajo", "superior", "encima", "elevado", "alto", "vertical", "horizontal", "hacia atrás", "hacia adelante", "corriente arriba" y "corriente abajo", así como variaciones gramaticales de los mismos, se pueden usar en el presente documento solo a modo de ejemplo, para ilustrar el posicionamiento relativo, colocación o desplazamiento de ciertos componentes, para indicar un primer y un segundo componente en las presentes ilustraciones o para hacer ambos. Estos términos no necesariamente indican que, por ejemplo, un componente "inferior" está debajo de un componente "superior", ya que tales direcciones, componentes o ambos pueden ser volteados, rotados, movidos en el espacio, colocados en una posición u orientación diagonal, colocados horizontal o verticalmente, o modificado de manera similar.

Como se usa en el presente documento, a menos que se indique lo contrario, los adjetivos tales como "sustancialmente" y "acerca de" que modifican una condición o relación característica de una característica o características de una realización de la presente tecnología, deben entenderse en el sentido de que la condición o característica es definida dentro de las tolerancias que son aceptables para el funcionamiento de la realización para una aplicación para la que está destinada, o dentro de las variaciones esperadas de la medición que se está realizando y/o del instrumento de medición que se está utilizando. Además, a menos que se indique lo contrario, los términos utilizados en esta divulgación deben interpretarse como que tienen tolerancias que pueden apartarse del significado preciso del término relevante, pero que permitirían que la invención o la poción relevante de la misma operen y funcionen como se describe, y como se entiende por una persona experta en la técnica.

Cuando el término "aproximadamente" precede a un valor numérico, se pretende que indique /-10 %, o /-5 %, o incluso solo /-1 %, y en algunos casos el valor exacto.

Si bien esta divulgación se ha descrito en términos de ciertas realizaciones y métodos generalmente asociados, las alteraciones y permutaciones de las realizaciones y métodos serán evidentes para los expertos en la técnica. Debe entenderse que la presente divulgación no está limitada por las realizaciones específicas descritas en el presente documento.

La citación o identificación de cualquier referencia en esta solicitud no se interpretará como una admisión de que dicha referencia está disponible como técnica anterior a la divulgación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (10, 70, 80) de impresión que comprende un módulo (40, 82) de escritura y un miembro (20) que tiene una superficie (22) de formación de imágenes configurada para transportar un polímero y móvil con respecto al módulo de escritura, en el que el módulo de escritura está configurado para dirigir sobre la superficie de formación de imágenes una pluralidad de haces de luz controlables individualmente que están espaciados entre sí en una dirección (Y) transversal a la dirección (X) de movimiento de la superficie de formación de imágenes, sirviendo la incidencia de un haz de luz en un punto en la superficie de formación de imágenes para ablandar o licuar el polímero transportado por la superficie de formación de imágenes en el punto, comprendiendo el módulo de escritura una pluralidad de módulos (110) electrónicos integrados teniendo cada uno una matriz de fuentes (120) de luz controlables individualmente, produciendo cada fuente de luz una respectiva de los haces de luz, caracterizado porque cada fuente de luz comprende una cascada de al menos dos uniones (342, 452) de semiconductores emisores de luz de Láser Emisor de Luz de Cavidad Vertical (VCSEL) conectadas en serie entre sí y configuradas para emitir luz a lo largo de un eje común para dirigir una haz único en el mismo punto de la superficie de formación de imágenes.

2. El sistema de impresión de la reivindicación 1, en el que un diodo tunelizador está conectado en serie entre cada par de VCSEL en cada fuente de luz.

3. El sistema de impresión de la reivindicación 1 o 2, en el que dicho miembro móvil es un miembro de transferencia sin fin, que se puede mover cíclicamente a través de una estación de recubrimiento en el que la superficie de formación de imágenes se recubre con partículas del polímero, una estación de escritura en la que se irradian puntos en la superficie de formación de imágenes por el módulo de escritura y una estación de transferencia en la que solo las partículas de polímero que residen en los puntos irradiados por el módulo de escritura, y ablandadas o licuadas allí, se transfieren desde la superficie de formación de imágenes a un sustrato.

4. El sistema de impresión de la reivindicación 3, en el que la superficie de formación de imágenes está dispuesta en un primer lado del miembro de transferencia y los haces de luz del módulo de escritura se dirigen sobre un segundo lado del miembro de transferencia, opuesto al primer lado.

5. El sistema de impresión de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el polímero está pigmentado y sirve como tinta.

6. El sistema de impresión de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el polímero ablandado o licuado sirve como adhesivo.

7. El sistema de impresión de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la intensidad de cada haz de luz es controlable y es capaz de adoptar al menos tres niveles de intensidad diferentes.

8. El sistema de impresión de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dichas fuentes de luz emiten energía a una densidad de potencia total mayor que 20 MW/m2.

9. El sistema de impresión de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dichas fuentes de luz en cada módulo electrónico integrado están dispuestas en una matriz que tiene filas y columnas.

10. El sistema de impresión de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que los módulos electrónicos integrados están dispuestos en dos filas que están espaciadas entre sí en la dirección del movimiento de la superficie de formación de imágenes, comprendiendo el sistema además dos o más paquetes separados que contienen un circuito conductor electrónico para proporcionar energía eléctrica a los módulos electrónicos integrados, en el que los módulos electrónicos integrados que están espaciados entre sí en la dirección del movimiento de la superficie de formación de imágenes están conectados para ser alimentados por diferentes paquetes.

11. El sistema de impresión de la reivindicación 10, en el que el circuito conductor electrónico está conectado eléctricamente a módulos electrónicos integrados mediante conductores en un circuito flexible.

12. El sistema de impresión de la reivindicación 10 u 11, en el que dichos módulos electrónicos integrados y dichos paquetes de dicho circuito conductor electrónico están acoplados térmicamente a un disipador de calor.

13. El sistema de impresión de uno cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende además un sistema óptico para enfocar los haces de luz emitidos por las fuentes de luz sobre la superficie de formación de imágenes.

14. El sistema de impresión de la reivindicación 13, en el que dicho sistema óptico comprende un conjunto de lentes ópticos, formados como barras GRIN, estando configurado cada lente para enfocar sobre dicha superficie de formación de imágenes los haces de luz de todas las fuentes de luz en un único módulo electrónico integrado.

15. Un método de impresión para ablandar o licuar un recubrimiento de polímero sobre una superficie (22) de formación de imágenes de un miembro (20), comprendiendo el método:

a) mover el miembro con relación a un módulo (40, 82) de escritura, en el que el módulo de escritura está configurado para dirigir sobre la superficie de formación de imágenes una pluralidad de haces de luz controlables individualmente que están espaciados entre sí en una dirección (Y) transversal a la dirección (X) del movimiento de la superficie de formación de imágenes, donde la incidencia de un haz de luz en un punto de la superficie de formación de imágenes que sirve para ablandar o licuar el polímero transportado por la superficie de formación de imágenes en el punto, comprendiendo el módulo de escritura una pluralidad de módulos (110) electrónicos integrados teniendo cada uno una matriz de fuentes (120) de luz controlables individualmente, produciendo cada fuente de luz uno de los haces de luz respectivos, y

b) desplazar el miembro que tiene puntos de polímero ablandado o licuado a al menos una estación de procesamiento seleccionada entre:

i. una estación (12) de transferencia, en la que el método comprende transferir los puntos de polímero ablandado o licuado desde la superficie de formación de imágenes a un sustrato (50) de impresión;

ii. una estación de embellecimiento directo, en la que el método comprende aplicar partículas de embellecimiento a los puntos de polímero ablandado o licuado en la superficie de formación de imágenes;

iii. una estación de embellecimiento indirecto, en la que el método comprende aplicar partículas de embellecimiento a los puntos de polímero ablandado o licuado transferidas desde la superficie de formación de imágenes a un sustrato de impresión en una estación de transferencia; y

iv. una estación de acabado ubicada corriente abajo de la última de una estación de transferencia, una estación de embellecimiento directo y una estación de embellecimiento indirecto, con respecto a una dirección de desplazamiento, en la que el método comprende aplicar pasos de acabado convencionales al sustrato de impresión;

caracterizado porque cada fuente de luz del módulo de escritura comprende una cascada de al menos dos uniones (342, 452) de semiconductores emisores de luz de Láser Emisor de Superficie de Cavidad Vertical (VCSEL) conectadas en serie entre sí y configuradas para emitir luz a lo largo de un eje común de manera que dirija un solo haz sobre el mismo punto en la superficie de formación de imágenes.