JP5802739B2 - 可動基板上に過渡熱プロファイル処理を提供するための装置 - Google Patents
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Description
本願は、2010年4月8日出願の仮出願第61/321,910に対する35 U.S.C.§119(e)(1)に基づく優先権を主張するものであり、その内容は、参照により本明細書中に援用される。
本発明は、概して、基板上の薄膜を硬化させるための装置に関し、具体的には、可動基板上の薄膜のための過渡熱プロファイル処理を提供するための装置に関する。
薄膜の熱処理は、多くの場合、基板の特性によって、制限される。基板のコストは、最終生成物の総コストの有意な部分となり得るため、安価な基板が、概して、好ましい。ポリマーまたはセルロース等の安価な基板は、ガラスまたはセラミック等のより高価な基板より低い最高使用温度を有する傾向にある。したがって、低温基板上で薄膜を熱的に処理する時、基板スタック全体が、典型的には、基板の最高使用温度まで加熱され、処理時間を最小限にする。
ある特性が、特定の用途に対して要求され得るため、低温基板を使用することが実践的ではない時、依然として、材料を迅速に処理することが望ましい。例えば、熱応力によって、材料に損傷を及ぼすことを回避するために、高速処理の間、過渡熱プロファイルを制御することが必要である。その結果、損傷を及ぼすことなく、比較的に高速で、薄膜スタックを熱的に処理するための装置を提供することが望ましいであろう。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
可動基板上で薄膜を硬化させるための装置であって、
前記装置は、
基板上に搭載された薄膜の層を移動させるための運搬システムと、
ユーザが、前記薄膜を硬化させるために、特定の熱プロファイルを設計可能なデータ処理システムと、
最適熱プロファイルに従って、パルスのパルス幅を変調させるための閃光灯コントローラと、
前記薄膜が、閃光灯に関連して移動されている間、パルス幅変調された電磁パルスを前記薄膜に提供するための閃光灯と
を備える、装置。
(項目2)
前記パルス幅変調された電磁パルスは、成形パルスを形成するために、少なくとも2つのマイクロパルスを含む、項目1に記載の装置。
(項目3)
前記基板は、450°C未満の分解温度を有する、項目1に記載の装置。
(項目4)
前記基板は、プラスチックから成る、項目1に記載の装置。
(項目5)
前記基板は、紙から成る、項目1に記載の装置。
(項目6)
前記基板は、ポリマーから成る、項目1に記載の装置。
(項目7)
硬化システムの瞬間パワーは、5MW超である、項目1に記載の装置。
(項目8)
前記パルス幅変調された電磁パルスのタイミングは、前記装置の電源を切ることなく、センサからの入力に応答して、変更される、項目1に記載の装置。
パルス光によって、低温基板上の薄膜を過渡的に処理する時、基板への熱プロファイルを制御することが望ましい。過渡的に加熱されると、低温基板が、急加熱され、急冷却される場合、損傷を伴うことなく低温基板上の薄膜を、低温基板の最高使用温度を遥かに超えて、加熱することが可能である。これによって、ほぼ常に、より高価である、高温基板より遥かに低い最高使用温度を伴う基板を選択可能となる。テレフタル酸ポリエチレン(PET)は、例えば、150°Cの最高使用温度を有する。薄膜は、加熱時間が、非常に短く、冷却速度が、非常に高速である場合、PETの表面上において、1,000°Cを超えて加熱することができる。加熱時間および冷却速度は両方とも、硬化光パルスの形状ならびに薄膜および基板の物理的特性と寸法によって、決定される。熱処理の最適化は、概して、熱プロファイルの制御を伴う。
f=閃光灯成形パルス繰り返し数[Hz]
S=ウェブ速度[m/分]
O=重複係数(すなわち、任意の所与の点において、基板によって受容される閃光灯パルスの平均数)
W=運搬方向における硬化ヘッド幅[cm]
例えば、運搬速度100m/分、重複係数4、および硬化ヘッド幅7cmでは、光点の成形パルス繰り返し数は、95.4Hzである。
十分な強度を伴う、急速パルス加熱源は、連続源より遥かに高速に非破壊的に、低温基板上の薄膜を乾燥させることができる。図4の個々のパルスが、図5の複数のパルスに分割されると、薄膜は、急速加熱プロセスの間、呼吸することができ、それによって、薄膜の凝集破壊を防止する一方、依然として、薄膜を非常に急速に乾燥させる。本発明の背景において、「呼吸」とは、発生気体の非破壊的対流輸送のための適切な時間をもたらすことを意味する。成形パルスは、図6におけるような可動ウェブに同期することができる。
図7は、図5におけるものと同一熱スタックの熱プロファイルを示す。達成されるピーク温度およびエンベロープパルス長は、2つの場合において等しい。しかしながら、図7では、漸増速度は、遥かに高速であって、ピーク温度は、パルスの持続時間の間、維持される。これが行われるとき、12%超のエネルギーを、同一の1ms間隔以内に、薄膜に送達することができる。金属インクを焼結し、導体を形成すると、この小さな改良は、薄膜の伝導性を2倍にすることができる。これは、成形パルス内の各個々のマイクロパルスの持続時間および遅延を調節することによって、行われる。薄膜の表面は、依然として、ちょうど1,000°Cに到達するため、本硬化プロファイルは、脆弱基板を損傷せずに、薄膜のより優れた効果をもたらす。
水性銅前駆体インクを、エチレングリコールおよびグリセロールを含有する基剤中、10.0重量%の酸化銅(II)、4.5重量%の酢酸銅(II)を含むように調合した。トレースを、Epson Stylus C88インクジェットプリンタを使用して、125ミクロン厚PETシート上に印刷した。閃光灯による硬化に応じて、酸化銅および酢酸銅は、エチレングリコールおよびグリセロールによって還元され、伝導性銅金属の膜を形成する。還元反応は、適度な量のガスを発生させる。
薄膜が、ガラス上において、閃光灯によって、あまり強烈に加熱され過ぎると、ガラスは、界面近傍で亀裂し得る。これは、ガラス内の強烈な熱勾配によって、ガラスに拡張差を生じさせるためである。ガラス内の応力が、ガラスの降伏強度を超えると、破損する。熱パルスを成形することによって、ガラス内の臨界温度勾配を超えずに、薄膜の集中した硬化を達成することができる。本技法は、より脆弱(および、より安価)である形態のガラスをより強力(および、より高価)なものに代用可能にする。
1.生成物空間パターン、温度、印刷厚、または乾燥の程度等の未処理生成物内の意図的または非意図的のいずれかの変動を監視する、上流センサ
2.トレース伝導性または基板損傷等の処理された生成物の性能におけるドリフトを検出する、下流センサ
3.閃光灯の光出力における長期変動および光出力における短期変動を検出し、生成物に対する時間依存熱入力を正確にモデル化する、閃光灯放出センサ
4.制御ソフトウェアに、閃光灯ドライバ能力の限度に適応し、最適駆動波形を生成可能にする、閃光灯ドライバ状態センサ(例えば、電源の充電率は、高速動作の間の利用可能なパルスエネルギーを制限する)
以下は、これらの種類のセンサが、実際に、どのように利用されるかの実施例を与える。基本的フィードバック用途は、自動的に、フォトダイオードセンサに応答して、システム出力強度を調節し、数百万ものパルスにわたって、閃光灯出力の不可避の漸次かつ連続的劣化を補償する。これは、生成物の質を改良し、有用な閃光灯の耐用年数を延長させる。本同一アプローチは、窓の曇りを含む、光点システムにおける何らかの正常変化を補償するためにも拡張され得る。
Claims (8)
- 可動基板上で薄膜を硬化させるための装置であって、
前記装置は、
前記基板上に搭載された前記薄膜を移動させるための運搬システムと、
前記薄膜を硬化させるために特定の熱プロファイルを設計するために前記薄膜の所望の処理レベルおよびスタック特性をユーザが入力することを可能にするためのデータ処理システムと、
前記特定の熱プロファイルに従ってパルスのパルス幅を変調させるための閃光灯コントローラであって、前記閃光灯コントローラは、
コンピュータと、
任意の波形発生器と、
前記任意の波形生成器に制御信号を送信して前記運搬システム上に位置する前記薄膜を硬化させるための適切な時間に種々の形状およびタイミングの波形を発生させる前記コンピュータにトリガ信号を提供するためのエンコーダと
を含む、閃光灯コントローラと、
閃光灯であって、前記薄膜が前記閃光灯に関連して移動されている間、パルス幅変調された電磁パルスを前記薄膜に提供するための閃光灯と
を備える、装置。 - 前記パルス幅変調された電磁パルスは、成形パルスを形成するために、少なくとも2つのマイクロパルスを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記基板は、450°C未満の分解温度を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記基板は、プラスチックから成る、請求項1に記載の装置。
- 前記基板は、紙から成る、請求項1に記載の装置。
- 前記基板は、ポリマーから成る、請求項1に記載の装置。
- 硬化システムの瞬間パワーは、5MW超である、請求項1に記載の装置。
- 前記パルス幅変調された電磁パルスのタイミングは、前記装置の電源を切ることなく、センサからの入力に応答して、変更される、請求項1に記載の装置。
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