TW201802393A - 用於窄寬度輻射的放射和經由窄寬度輻射的固化的方法和系統 - Google Patents

用於窄寬度輻射的放射和經由窄寬度輻射的固化的方法和系統 Download PDF

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TW201802393A
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Abstract

本發明提供一種邊緣固化裝置，其可包含一柱面透鏡、一發光元件線性陣列及一孔口，每一者在一外殼中相關於一縱向平面對稱地對準，其中該柱面透鏡定位於該發光元件線性陣列與該孔口之間，該孔口橫跨該柱面透鏡之長度且經定位成與該柱面透鏡之一發射面直接相鄰，且自該發光元件線性陣列發射且穿過該柱面透鏡的光係自該發射面發射且藉由以該縱向平面為中心的一光束寬度內之該孔口聚焦。

Description

用於窄寬度輻射的放射和經由窄寬度輻射的固化的方法和系統
本申請案係關於用於經由窄寬度輻射的固化的放射之方法和系統。
【相關申請案的交叉引用】
本申請案主張2016年4月15日申請之標題為「METHOD AND SYSTEM FOR EMISSION OF AND CURING VIA NARROW WIDTH RADIATION」的美國臨時申請案第62/323,474號之優先權，該申請案之全部內容出於所有目的在此以引用之方式併入。
諸如現代顯示器之裝置的製造使用光活化黏著劑將玻璃層與其他物件固化在一起以形成顯示器堆疊。光活化黏著劑之固化可藉由習知LED裝置進行，在裝置的正面上進行作為『區域(area)』固化及在裝置的側面上進行作為『邊緣(edge)』固化。邊緣固化製程的關鍵為在窄目標光束寬度線上方發射足夠高的輻照度以避免目標區外部的靈敏物件之『過度固化(over curing)』。實例目標區在10mm的工作距離下具有小於3mm之所需線寬。
Childers(美國專利9,109,777)描述具有與柱面透鏡對準且 穿過該柱面透鏡發射光的發光元件線性陣列之光源，其中該柱面透鏡減小光在線性陣列之橫向軸線上的角展度(angular spread)。
本文中的發明人已認識到關於以上方法的潛在問題。亦即，習知LED裝置為朗伯(Lambertian)發射器，且在較寬目標區上方在所有方向上發射具有角度內容之輻射。在接近LED的較小距離內，來自習知LED裝置之經發射光在橫向方向上快速擴展超出窄寬度目標區。此外，儘管使自朗伯發射器發射的光穿過柱面透鏡有助於使經發射光聚焦且減少經發射光之橫向分散，但自柱面透鏡發射的光仍發散超出窄光束寬度目標之邊界。因此，超出靈敏工件之目標區的過度固化可能未實質上減少。
至少部分解決上述問題之一種方法包括一種邊緣固化裝置，其包含柱面透鏡、發光元件線性陣列及孔口，每一者在外殼中相關於縱向平面對稱地對準，其中該柱面透鏡定位於該發光元件線性陣列與該孔口之間，該孔口橫跨該柱面透鏡之長度且經定位成與該柱面透鏡的發射面直接相鄰，且自該發光元件線性陣列發射且穿過該柱面透鏡之光係自該發射面發射且藉由以該縱向平面為中心的光束寬度內之孔口聚焦。
在另一具體實例中，一種使工件邊緣固化之方法可包含：使發光元件線性陣列、柱面透鏡及孔口中之每一者的縱向軸線在縱向平面上對準；在柱面透鏡的入射面處接收來自發光元件線性陣列之光；將孔口定位成與柱面透鏡的發射面直接相鄰，其中在入射面處接收的光藉由柱面透鏡變得準直且在發射面處經發射；以及藉由以縱向平面為中心的光束寬度內之孔口將發射光聚焦至在距發射面工作距離處沿該縱向平面定位之工件 上。
在另一具體實例中，一種邊緣固化系統可包含一外殼，該外殼包括安裝於其中之發光元件線性陣列、柱面透鏡及柱面透鏡，其中該柱面透鏡定位於該發光元件線性陣列與該孔口之間，該發光元件線性陣列、孔口及柱面透鏡中之每一者的長度相關於縱向平面對稱地對準，該孔口橫跨該柱面透鏡之長度及該等發光元件之長度且經定位成與該柱面透鏡之發射面直接相鄰，且自該發光元件線性陣列發射且穿過該柱面透鏡的光係自該發射面發射且藉由以該縱向平面為中心的光束寬度內之孔口聚焦。
以此方式，可達成發射用於使包含窄光束寬度目標區之工件邊緣固化的窄光束寬度輻射同時減少對該窄寬度區外部之工件的過度固化技術結果。此外，在一些具體實例中，孔口可以可拆卸方式安裝至外殼，從而便於現有照明裝置的改裝。另外，以可拆卸方式將孔口安裝至外殼可使得能夠調整邊緣固化裝置之孔口大小，從而使得邊緣固化裝置可更靈活地適應各種邊緣固化應用。
應理解，提供以上發明內容從而以簡化形式引入在實施方式中進一步描述的概念的選擇。其並不意欲確定所主張主題的關鍵或基本特徵，所主張主題之範圍唯一地由實施方式後之申請專利範圍進行定義。此外，所主張主題不限於解決上文所提及或本發明的任何部分中之任何缺點的實施方案。
10‧‧‧照明系統
24‧‧‧輻射輸出
25‧‧‧輻射輸出
100‧‧‧發射光譜
101‧‧‧z軸
102‧‧‧光源/照明裝置
104‧‧‧中心軸
108‧‧‧虛線
110‧‧‧外殼
120‧‧‧發光元件線性陣列
132‧‧‧恆定輻照度線
134‧‧‧恆定輻照度線
136‧‧‧恆定輻照度線
138‧‧‧恆定輻照度線
140‧‧‧防護玻璃罩
144‧‧‧發射面
192‧‧‧箭頭
200‧‧‧發光元件之高縱橫比線性陣列
210‧‧‧基板
220‧‧‧發光元件
240‧‧‧間距
300‧‧‧曲線圖
304‧‧‧主發光軸線
310‧‧‧曲線
320‧‧‧曲線
330‧‧‧曲線
340‧‧‧曲線
350‧‧‧曲線
360‧‧‧曲線
420‧‧‧等高線
430‧‧‧等高線
436‧‧‧感光器
440‧‧‧等高線/目標基板
450‧‧‧主發光軸線
470‧‧‧光線
500‧‧‧聚焦發射光譜
501‧‧‧軸
502‧‧‧邊緣固化裝置
508‧‧‧光束寬度邊界
510‧‧‧外殼
518‧‧‧透光窗
520‧‧‧發光元件線性陣列
521‧‧‧恆定輻照度線
522‧‧‧恆定輻照度線
524‧‧‧恆定輻照度線
526‧‧‧恆定輻照度線
527‧‧‧恆定輻照度線
530‧‧‧距離
540‧‧‧柱面透鏡
542‧‧‧入射面
544‧‧‧發射面
550‧‧‧整合式孔口
560‧‧‧邊界表面
590‧‧‧輻照度光譜
592‧‧‧箭頭
600‧‧‧邊緣固化裝置
610‧‧‧外殼
620‧‧‧發光元件線性陣列
624‧‧‧距離
640‧‧‧柱面透鏡
642‧‧‧入射面
644‧‧‧發光面
650‧‧‧整合式孔口
652‧‧‧寬度
800‧‧‧曲線圖
810‧‧‧趨勢線
820‧‧‧趨勢線
830‧‧‧趨勢線
900‧‧‧曲線圖
910‧‧‧趨勢線
920‧‧‧趨勢線
930‧‧‧趨勢線
1000‧‧‧邊緣固化裝置
1002‧‧‧管道
1008‧‧‧固定件
1010‧‧‧外殼
1012‧‧‧前部分
1013‧‧‧頂蓋
1014‧‧‧底蓋
1015‧‧‧後部分
1016‧‧‧後安裝部分
1018‧‧‧內表面
1020‧‧‧發光元件線性陣列
1040‧‧‧柱面透鏡
1042‧‧‧面向柱面透鏡之表面
1050‧‧‧整合式孔口
1060‧‧‧寬度
1070‧‧‧內部管道
1080‧‧‧電子裝置
1090‧‧‧前唇形邊緣
1100‧‧‧發射光譜
1102‧‧‧邊緣固化裝置
1108‧‧‧邊界
1112‧‧‧邊界
1144‧‧‧發射面
1200‧‧‧方法
1210‧‧‧步驟
1220‧‧‧步驟
1230‧‧‧步驟
1240‧‧‧步驟
1250‧‧‧步驟
1260‧‧‧步驟
1270‧‧‧步驟
1280‧‧‧步驟
1288‧‧‧步驟
1310‧‧‧邊緣固化裝置
1320‧‧‧邊緣固化裝置
1350‧‧‧發光元件
1354‧‧‧第一間距
1360‧‧‧發光元件
1364‧‧‧第二間距
1368‧‧‧第三間距
1374‧‧‧第四間距
1386‧‧‧外殼側壁
1400‧‧‧邊緣固化系統
1412‧‧‧發光子系統
1414‧‧‧控制器
1416‧‧‧電源
1418‧‧‧冷卻子系統
1419‧‧‧半導體裝置
1420‧‧‧線性陣列
1422‧‧‧耦接電子裝置
1424‧‧‧輻射輸出
1426‧‧‧工件
1430‧‧‧耦合光學件
1432‧‧‧內部元件
1434‧‧‧外部元件
1464‧‧‧窗
圖1A繪示自發光元件線性陣列發射的近似朗伯發射光譜之實例。
圖1B繪示圖1之發射光譜的橫向截面平面處之輻照度光譜。
圖2為規律間隔開的發光元件線性陣列之實例的示意圖。
圖3為繪示圖2之規律間隔開的發光元件線性陣列之輻照度光譜的示意圖。
圖4為圖1之發光元件線性陣列之光發射光譜的側橫截面視圖。
圖5A繪示圖6及圖10A至圖10D之邊緣固化裝置之發射光譜的實例。
圖5B繪示圖5A之發射光譜的橫向截面平面處之輻照度光譜。
圖6繪示邊緣固化裝置之示意圖。
圖7為繪示包括邊緣固化系統的照明系統之實例的示意圖。
圖8至圖9為繪示光束大小及輻照度與圖6及圖10A至圖10D之邊緣固化裝置之孔口寬度之間的關係之實例曲線圖。
圖10A至圖10D分別繪示邊緣固化裝置之正視圖、俯視圖、側視圖及橫截面視圖。
圖11A及圖11B分別繪示不具有整合式孔口及具有整合式孔口的邊緣固化裝置之發射光譜。
圖12繪示使工件邊緣固化之實例方法的流程圖。
圖13為端對端串聯配置的兩個圖6之邊緣固化裝置之實例的示意圖。
本發明實施方式係關於用於將光以窄光束寬度發射至定位於距邊緣固化裝置及/或系統工作距離處之工件上的邊緣固化裝置、系統及方法。在習知輻射及固化系統中，可將自光源發射之光發射至較寬目標區上方之工件上。藉由包括柱面透鏡耦合光學件及整合式孔口，來自發光元 件線性陣列之輻射可被重定向且聚焦至窄寬度目標光束寬度，從而有利地增強窄寬度目標區內的固化且減少窄光束寬度目標區外部之區域中的工件之過度固化。
如圖1A及圖1B中所展示之習知LED照明系統發射輻射之寬朗伯光譜。舉例而言，具有如圖2中所展示的發光元件線性陣列之發光裝置具有如圖3中所展示的寬發射光譜。發光元件線性陣列之輻射發射光譜的橫截面繪示於圖4中。藉由將柱面透鏡及整合式孔口定位在發光元件線性陣列與目標工件之間，來自發光元件線性陣列之輻射可被重定向且聚焦至如圖5A及圖5B中所展示的窄寬度目標區中。包括用於窄光束寬度輻射放射之柱面透鏡及整合式孔口的邊緣固化裝置之實例繪示於圖6中。邊緣固化裝置可端對端串聯配置，且可包括邊緣加權的發光元件線性陣列，如圖13中所展示。圖7繪示包括圖6之邊緣固化裝置的實例邊緣固化系統之示意圖。可藉由改變孔口及/或柱面透鏡之大小來調整邊緣固化系統之目標光束寬度及輻照度，如由圖8至圖9之實例曲線圖所展示。實例邊緣固化系統之各種示意圖繪示於圖10A至圖10D中。圖11A及圖11B展示包括不具有及具有定位於柱面透鏡之發射面處的孔口之柱面透鏡的邊緣固化系統之發射光譜。最後，使工件邊緣固化之方法的流程圖繪示於圖12中。
現轉至圖1A，其繪示諸如LED型發光元件陣列之近似朗伯光源102的發射光譜100。在圖1A中，光源102圍繞平行於z軸(參見軸101)的中心軸104對稱地定位。中心軸104可定義在x方向上穿過中心軸104且垂直於y-z平面定向的縱向平面。光源102可包括發光元件線性陣列120、外殼110及防護玻璃罩140。發射光譜說明源自近似朗伯光源之光的 角展度較寬且圍繞與0掃描角重合之中心軸104對稱地分散。因此，具有LED線性陣列之標準LED光源在所有方向上發射具有角度內容之朗伯輻射。視防護玻璃罩140之尺寸(例如，在z方向上的厚度)而定，經發射輻射在距光源極短距離(沿z方向)內在y方向上廣泛地擴展。舉例而言，圖1A之發射光譜在短距離(在z方向上)內如此快速地在y方向上擴展，使得其甚至在玻璃表面之發射面144處涵蓋比3mm目標大得多的橫截面。發射光譜主要在如由虛線108所展示之+60度與-60度(106)之間的放射角內發射。如藉由發射光譜自綠色變成黃色變成紅色所指示，且如藉由恆定輻照度線132、134、136及138所展示，輻照度強度在更接近發射面144處最高(藍色)且隨著工作距離增加更遠離發射面144而降低。
現轉至圖1B，其繪示平行於圖1A之發射光譜之y-z平面的截面之輻照度強度。y座標值0對應於中心軸104的y座標。輻射係藉由朗伯發光裝置跨40mm(沿y軸之-20mm至+20mm)寬之寬目標區發射。此外，如箭頭192所指示，半高全寬(full width at half maximum；FWHM)輻照度約為25mm。顯然，具有標準朗伯發射光譜之LED照明系統超出窄目標光束寬度發射光，且可實質上使工件在窄寬度目標區外部之區域過度固化。
圖2繪示發光元件之高縱橫比線性陣列200之實例的簡單示意圖。在一個實例中，發光元件可包含朗伯發光元件。如圖2中所展示，高縱橫比線性陣列200包含規律間隔開36mm的十個發光元件220之線性陣列。規律間隔開意指每一發光元件之間的間距240可為相同的。發光元件可安裝於基板210(例如，印刷電路板(printed circuit board；PCB))上。 除發光元件線性陣列之外，高縱橫比陣列亦可包括發光元件之二維陣列。二維高縱橫比陣列可包含在第一維度上的第一數目個發光元件及在第二維度上的第二數目個發光元件，其中第一數目至少比第二數目大得多。舉例而言，發光元件之2×8二維陣列可被視為高縱橫比陣列。
圖3說明在z方向上距圖2中規律間隔開的發光元件線性陣列6mm遠的固定x-y平面處之輻照度光譜之曲線圖300。可使用諸如Zemax之光學模擬程式來產生曲線圖300之輻照度光譜。曲線310、320、330、340、350及360接近於與分別垂直於1.80W/cm2、1.65W/cm2、1.30W/cm2、0.90W/cm2、0.40W/cm2及0.20W/cm2之90°發射角定向的光源相距6mm之表面處之恆定輻照度線。圖3繪示自線性規律間隔開的陣列發射之光在橫向y軸及縱向x軸上的角展度。來自規律間隔開的陣列之輻照度在二維光譜上變化，自光譜中心朝向邊緣，強度在x方向及y方向兩者上降低。如圖3之輻照度光譜中所展示，光的分佈圍繞主發光軸線304廣泛地分散。經發射光之分散在y方向上超出將被稱作邊緣固化應用之窄目標光束寬度的邊界。因此，在不存在諸如柱面透鏡及整合式孔口之耦合光學件的情況下，發光元件之高縱橫比線性陣列可使工件位於由窄目標光束寬度照射之邊緣外部之區域處的靈敏區域過度固化。
圖4為展示沿發光元件之高縱橫比(例如，線性)陣列的縱向x軸之橫截面視圖的示意圖。類似於上文在圖2中所描述之高縱橫比陣列200，發光元件可發射具有圍繞主發光軸線450之近似朗伯特徵的光。圖4進一步繪示自光源102發射的光之輻照度強度光譜之光線470。輻照度強度大部分集中在距光源102之短距離內，且在距光源102更遠距離處快速分 散，如由恆定輻照度強度之等高線420、430及440所說明。光線470圍繞主發光軸線450兩側對稱地延伸。
現轉至圖5A及圖5B，其分別繪示邊緣固化裝置502之聚焦發射光譜500及該聚焦發射光譜500之截面(平行於y-z平面)的輻照度光譜590之實例。邊緣固化裝置502包括外殼510、發光元件線性陣列520、柱面透鏡540及整合式孔口550。發光元件線性陣列可包括插入在發光元件陣列與柱面透鏡之間的透光窗518。發光元件線性陣列520、柱面透鏡540及整合式孔口550中之每一者可在橫向方向上以中心軸104(平行於y軸)為中心，且在縱向方向上相關於一縱向平面平行且對稱地對準，該縱向平面穿過中心軸104且在平行於x軸之方向上延伸。整合式孔口550可經定位成與柱面透鏡540之發射面544的平面直接相鄰，且孔口(在y方向上)之寬度可小於柱面透鏡540之直徑。此外，整合式孔口550之長度可橫跨柱面透鏡540之長度及發光元件線性陣列520之長度。整合式孔口550可與外殼510整合，使得整合式孔口550係藉由將柱面透鏡540置放於外殼510中並組裝外殼510而形成且定位在發射面544處。柱面透鏡540可定位(或插入)在發光元件線性陣列520與目標工件之間，該目標工件沿z軸(參考軸501)定位距發光元件線性陣列520一距離。舉例而言，工件可以中心軸104為中心且經定位距邊緣固化裝置502一工作距離。此外，發光元件線性陣列520可經定位，使得發光元件線性陣列520與柱面透鏡之入射平面之間的距離530等效於柱面透鏡的後焦距(back focal length；BFL)。BFL可根據以下關係式計算：BFL=(2-N)*R/2*(N-1)；其中N為柱面透鏡折射率，且R為柱面透鏡之半徑。以此方式，實質上將所有自發光元件線性陣列520發 射的輻射導入柱面透鏡之入射面542。入射面542可包括柱面透鏡540之接觸窗518的外表面區域。窗518面向柱面透鏡540之表面可經塑形以貼合地安放柱面透鏡540，使得當柱面透鏡540貼合地安放於其中且安裝於外殼510中時，該柱面透鏡如上文所描述相對於發光元件線性陣列520及中心軸104定位。
柱面透鏡540之橫截面可以發光元件線性陣列520之中心軸104為中心，使得自發光元件線性陣列520進入柱面透鏡540之入射面542的輻射在柱面透鏡540內經折射及準直且自定位於發射平面544處的發射面經引導朝向整合式孔口550。整合式孔口550可定位在柱面透鏡540與目標工件之間且以中心軸104為中心，使得穿過整合式孔口550之輻射經聚焦至目標工件之窄寬度區上。柱面透鏡(例如，在圖5之頁面中的x方向上)之長度可橫跨發光元件線性陣列520之長度。柱面透鏡可吸收及/或反射且分散外殼之邊界表面560處之入射輻射，包括使輻射朝向整合式孔口550折射。邊界表面560可包括外殼510的接觸柱面透鏡540之外部或經定位成與該外部直接相鄰的內部表面，不包括柱面透鏡540之外表面的由於整合式孔口550而保持曝露的部分，且不包括柱面透鏡540之外表面的與窗518接觸的部分(例如，在自發光元件線性陣列520發射至柱面透鏡540的入射光之路徑中)。邊界表面560可包括可使入射光重新定向至柱面透鏡540中(包括使光朝向整合式孔口550重新定向)之反射性材料(包括反射性塗層)。邊界表面560可進一步包括可吸收入射光或輻射之吸收性材料(包括吸收性塗層)。使入射光自邊界表面560重新定向返回至柱面透鏡540雖然可有助於減少外殼內之熱積聚，但可增加自邊緣固化裝置502發射的雜散 光之量。自邊界表面560經重新定向的入射光可被視為雜散光，此係由於其可能未經引導至落入經發射光束寬度之邊界508內的位置。相反，吸收邊界表面560處之入射光雖然可減少自邊緣固化裝置502發射的雜散光之量，但可增加邊緣固化裝置之熱負荷。諸如風扇及冷卻片之額外熱管理裝置及結構可安裝於邊緣固化裝置502中以便使熱負荷消散。
如圖5中所展示，相對於不存在整合式孔口550及柱面透鏡540兩者的圖1A之光源102的發射光譜100，來自包括柱面透鏡及整合式孔口的邊緣固化裝置502之發射光譜500在較大工作距離上(在z方向上)在窄光束寬度上(在y方向上)聚焦得多。特定而言，發射光譜500主要在如由光束寬度邊界508所展示之間的以中心軸104為中心之窄發射角內發射。發射光譜之輻照度強度在以孔口550及發射面544為中心且與孔口550及發射面544相鄰的區域(藍色)中最高，且在距發射面544更遠工作距離處強度降低(綠色至黃色至橙色至紅色)，如藉由恆定輻照度線521、522、524、526及527所展示。
圖5B繪示圖5A之發射光譜沿y座標軸之截面的輻照度強度。y座標值0對應於中心軸104的y座標。輻射係藉由邊緣固化裝置502跨8mm寬(沿y軸之-2mm至+2mm)的經聚焦目標區發射。因此，藉由包括柱面透鏡540及整合式孔口550，邊緣固化裝置502能夠達成可使經定位離開一距離(沿z軸)的工件之窄寬度目標區固化同時減少窄寬度目標區外部之過度固化及照射的經聚焦發射光譜。此外，如由箭頭592所指示，半高全寬(FWHM)輻照度約為2.5mm，且在FWHM光束內，輻照度強度在接近7.0處達到峰值。對比而言，光源102僅達成25mm之FWHM光束 及3.0之輻照度強度峰值。顯然，併有柱面透鏡540及整合式孔口550的邊緣固化裝置502可達成高度聚焦之光束寬度，其可更容易地獲得與邊緣固化應用相關聯之較窄目標光束寬度，從而實質上減少(若不能避免)工件在窄寬度目標區外部之區域中的過度固化。此外，以較高輻照度強度(邊緣固化裝置502之7.0相對於照明裝置102之3.0)發射由邊緣固化裝置達成之較窄光束寬度，從而賦能邊緣固化系統之更快固化速率及經提高效能。
可適當地選擇柱面透鏡540、整合式孔口550及目標窄寬度區之相對尺寸。舉例而言，對於柱面透鏡540之尺寸相對於發光元件線性陣列過小(例如，半徑R過小)的情況，將無法把來自發光元件線性陣列之大部分輻射引導至柱面透鏡中。對於柱面透鏡540之尺寸相對於整合式孔口550過大的情況，大部分輻射將由於孔口而損失或「削減」(例如，未經引導)。在一個具體實例中，6mm直徑的柱面透鏡及4mm寬的孔口可用於發射輻射之3mm寬度窄光束(半高全寬FWHM)，以用於使經定位距整合式孔口550 10mm遠(沿z方向)之目標工件表面上的3mm區域固化。FWHM係指在其峰值輻照度之50%位置處量測的光束之寬度。減小小於3mm的窄寬度光束之寬度可導致損失較大輻射強度，此係因為柱面透鏡之BFL相對於發光元件線性陣列尺寸變得較小(由於柱面透鏡尺寸減小)。隨著整合式孔口之尺寸(例如，在y方向上的長度)增大，自孔口發射的光束之寬度增大。一般而言，隨著柱面透鏡之半徑增大，自孔口發射的光束之寬度增大。
現轉至圖6，其繪示實例邊緣固化裝置600之示意圖，該邊緣固化裝置包括外殼610，該外殼包括以穿過中心軸104之縱向平面為中心 的柱面透鏡640、發光元件線性陣列620及整合式孔口650。如圖6中所展示，整合式孔口650之長度及柱面透鏡640之長度分別橫跨發光元件線性陣列620之長度。此外，整合式孔口650、柱面透鏡640及發光元件線性陣列620平行於與中心軸104垂直的縱向軸線對準。以此方式，自發光元件線性陣列620之整個長度發射的光可在入射面642處穿過柱面透鏡540且經重新定向並在發射面644處經由整合式孔口650發射。
如先前所描述，發光元件線性陣列620可經定位距柱面透鏡640之入射面642一距離624，且距離624可對應於柱面透鏡之BFL。藉由將入射面642定位成距發光元件線性陣列BFL遠，自發光元件線性陣列620發射的更高比例的光可經引導至柱面透鏡640，且可經準直並自與發射面644相鄰定位的整合式孔口650發射。來自發光元件線性陣列620之輻射進入柱面透鏡640且藉由柱面透鏡朝向整合式孔口650折射。整合式孔口650可具有寬度652，其大小經設定以將窄寬度輻射光束聚焦至沿中心軸經定位距邊緣固化裝置600一距離之工件的目標表面上。舉例而言，孔口之寬度652可小於柱面透鏡640之直徑。具有小於柱面透鏡640之直徑的孔口寬度652可有助於使自整合式孔口650發射的光束寬度變窄，如參看圖8及圖9所描述。
如圖6中所展示，柱面透鏡640、整合式孔口650及發光元件線性陣列620可橫跨外殼610之長度，使得多個邊緣固化裝置600可經定位且端對端串聯對準以用於使比單個邊緣固化裝置600之長度更長的窄寬度區域固化，同時減少窄寬度目標區之畸變及跨多個裝置之輻照度強度的損失。為此目的，發光元件線性陣列可包括發光元件之邊緣加權線性陣列， 其包括在線性陣列之每一縱向邊緣處的兩個或多於兩個間隔更近的(例如，較高密度)發光元件。換言之，靠近邊緣加權線性陣列之中心部分的發光元件可比線性陣列之縱向邊緣處的間隔更近的發光元件間隔得更遠。發光元件之邊緣加權線性陣列可增加經發射光之均一性，尤其相鄰端對端邊緣固化裝置之間的區域中之經發射光均一性。
現轉至圖13，其繪示端對端串聯配置的兩個邊緣固化裝置1310、1320之部分正視圖。除了用發光元件之邊緣加權線性陣列替換均勻間隔開的發光元件線性陣列620外，邊緣固化裝置1310及1320可各自與邊緣固化裝置600相同。因此，邊緣固化裝置1310、1320可各自包含發光元件之邊緣加權線性陣列。發光元件之邊緣加權線性陣列可沿穿過中心軸104之縱向平面與柱面透鏡及整合式孔口(由1392、1394所指示)縱向對準，如上文參看圖6所描述。
每一邊緣加權線性陣列包含在中間(中心)部分中以第一間距1354分佈的發光元件1350及在末端部分中以第二間距1364分佈的發光元件1360。此外，邊緣固化裝置1310及1320分別包含中間部分及末端部分之發光元件1350、1360之間的第三間距1368及第四間距1374。第三間距1368可大於第二間距1364且小於第一間距1354。如上文所描述，使發光元件之線性陣列邊緣加權增大自每一光源輸出的光之可用寬度。
此外，邊緣固化裝置1320及1310之末端部分中的第一發光元件及最後發光元件分別與窗(或外殼)側壁1386相鄰定位，其中外殼側壁1386橫跨每一光源外殼的前平面之長度。將線性陣列中之第一發光元件及最後發光元件定位成與外殼側壁1386相鄰可允許發光元件之線性陣列跨 邊緣固化裝置之整個長度更均一地輻射光。
另外，外殼側壁1386之厚度較薄，且外殼側壁1386可自外殼之前平面垂直地向後延伸，使得邊緣固化裝置可經定位成使得其相鄰外殼側壁在端對端串聯定位邊緣固化裝置時齊平地接觸。建構具有較薄窗側壁及外殼側壁之光源且將窗側壁對準成與外殼側壁齊平可減小跨並排配置的多個光源之輻射光之間的間距且可保持跨並排配置的多個光源之輻射光的連續性。以此方式，相比於自端對端串聯配置的習知光源輻射的光，自端對端串聯配置的邊緣固化裝置1320及1310輻射的光可更均一。
現參看圖7，其繪示邊緣固化系統1400之實例組態的方塊圖。在一個實例中，邊緣固化系統1400可包含發光子系統1412、控制器1414、電源1416及冷卻子系統1418。發光子系統1412可包含複數個半導體裝置1419。舉例而言，該複數個半導體裝置1419可為發光元件線性陣列1420(諸如LED裝置之線性陣列)，包括發光元件之邊緣加權線性陣列。半導體裝置可提供輻射輸出1424。輻射輸出1424可自邊緣固化系統1400經引導至位於固定平面處之工件1426。此外，發光元件線性陣列可為發光元件之邊緣加權線性陣列，其中採用一或多種方法以增加在工件1426處輸出的光的可用長度。舉例而言，可如上文所描述採用邊緣加權間距、為個別發光元件安裝透鏡(例如，提供耦合光學件)、提供具有不同強度之個別發光元件及為個別LED供應差動電流中之一或多者。舉例而言，靠近發光元件線性陣列之邊緣(例如，末端)的LED可經定位成具有比發光元件線性陣列之中心處的LED更密集的間距，使得自發光元件線性陣列發射的輻照度強度跨發光元件線性陣列之長度更均一，特定言之在發光元件線性陣列之末端 區域附近更均一。此外，當發光元件之多個線性陣列並排(例如，端對端)定位時，邊緣加權間距可減少畸變及來自該多個線性陣列的經發射光之非均一輻照度之區域，特定言之發光元件之相鄰線性陣列的兩端接合之區域中的畸變。
輻射輸出1424可經由包括柱面透鏡及整合式孔口的耦合光學件1430而被引導至工件1426。若經使用，則可不同地實施耦合光學裝置1430。作為一實例，耦合光學件可包括一或多個層、一或多種材料或插入於半導體裝置1419與窗1464之間且將輻射輸出1424提供至工件1426之表面的其他結構。作為一實例，耦合光學件1430可包括微透鏡陣列以增強輻射輸出1424之聚集、縮合、準直或者品質或有效數量。作為另一實例，耦合光學件1430可包括微反射器陣列。在採用此類微反射器陣列時，提供輻射輸出1424之每一半導體裝置可一對一地安置於各別微反射器(micro-relector)中。作為另一實例，提供輻射輸出24及25的半導體裝置1420之線性陣列可多對一地安置於宏反射器(macro-relector)中。以此方式，耦合光學件1430可包括微反射器陣列及宏反射器兩者，其中每一半導體裝置一對一地安置於各別微反射器中，且其中來自半導體裝置之輻射輸出1424的數量及/或品質藉由宏反射器進一步增強。
耦合光學件1430的各層、材料或其他結構中之每一者可具有經選擇之折射率。藉由恰當地選擇每一折射率，可選擇性地控制輻射輸出1424之路徑中的各層、材料及其他結構之間的界面處之反射。作為一實例，藉由控制安置於半導體裝置與工件1426之間的經選擇界面(例如，窗1464)處之此等折射率差異，可減少或增加該界面處之反射以便增強該界面 處之輻射輸出的透射以供最終傳送至工件1426。舉例而言，耦合光學件可包括二向色反射器，其中入射光之某些波長被吸收，而其他波長經反射且聚焦至工件1426之表面。
耦合光學件1430可用於各種目的。實例目的尤其包括：保護半導體裝置1419；保留與冷卻子系統1418相關聯之冷卻流體；使輻射輸出1424聚集、縮合及/或準直；或用於其他目的，該等目的呈單獨或組合形式。作為另一實例，邊緣固化系統1400可採用耦合光學件1430以便增強輻射輸出1424之有效品質、均一性或數量，特別是當傳遞至工件1426時。
作為又一實例，耦合光學件1430可包含柱面透鏡，自發光元件線性陣列發射的光經由該柱面透鏡引導。如先前所描述，自發光元件線性陣列發射的光可入射在柱面透鏡之入射面處，且可經準直且重新定向而自柱面透鏡之發射面離開。柱面透鏡可包括棒狀透鏡、半圓形透鏡、平凸透鏡、雙凸透鏡及多面體菲涅耳透鏡(faceted Fresnel lens)中之一或多者。柱面透鏡可包括具有柱面動力軸線及正交平軸線之柱面透鏡，以用於使自半導體裝置1419之線性陣列1420發射的光準直及/或聚焦。特定而言，柱面菲涅耳透鏡可與線性陣列1420對準，其中來自該線性陣列之發射光經發射穿過該柱面菲涅耳透鏡，且其中該柱面菲涅耳透鏡減小光在線性陣列之橫向軸線上的角展度，該線性陣列橫跨透鏡長度。柱面透鏡之發射面可橫跨整合式孔口之橫向尺寸。在柱面透鏡包括柱面菲涅耳透鏡的情況下，可利用單凹槽菲涅耳透鏡或多凹槽菲涅耳透鏡以相比於單柱面菲涅耳透鏡進一步減小經發射光在橫向軸線上的角展度。
作為又一實例，耦合光學件1430可包括與橫跨發光元件線 性陣列之長度的整合式孔口組合的柱面透鏡(如圖6中所展示)。當適用於邊緣固化應用時，整合式孔口可經定位於發射面處，以用於將自該發射面發射的光以較窄寬度光束聚焦至工件表面上。柱面透鏡可經定位距發光元件線性陣列一距離，該距離對應於柱面透鏡之BFL，其中自發光元件線性陣列發射的輻射進入柱面透鏡，該輻射在該柱面透鏡處被朝向整合式孔口折射。離開整合式孔口之輻射以窄寬度光束聚焦至目標工件表面上，以用於使目標工件表面上之窄寬度區域固化。柱面透鏡及整合式孔口兩者可圍繞發光元件線性陣列之中心軸對稱地定位，如圖5A、圖5B及圖6中所展示。
可經由耦接電子裝置1422將所選擇之該複數個半導體裝置1419耦接至控制器1414，以便將資料提供至控制器1414。如下文進一步描述，控制器1414亦可經實施以(例如)經由耦接電子裝置1422控制此等提供資料之半導體裝置。控制器1414可連接至電源1416及冷卻子系統1418，且可經實施以控制電源1416及冷卻子系統1418。舉例而言，控制器可將較大驅動電流供應至分佈於線性陣列1420之中間部分中的發光元件，且將較小驅動電流供應至分佈於線性陣列1420之末端部分中的發光元件，以便增加輻照在工件1426處的光之可用長度。此外，控制器1414可自電源1416及冷卻子系統1418接收資料。在一個實例中，在工件1426表面處之一或多個位置處的輻照度可藉由感測器偵測且在反饋控制流程中傳輸至控制器1414。在又一實例中，控制器1414可與另一照明系統(圖7中未圖示)之控制器通信以協調對兩個照明系統之控制。舉例而言，多個照明系統之控制器1414可以主從級聯控制演算法操作，其中該等控制器中之一者的設定 點由另一控制器之輸出設定。亦可使用用於操作與另一照明系統結合的照明系統10之其他控制策略。作為另一實例，並排配置之多個照明系統之控制器1414可以相同方式控制照明系統，以用於增加跨多個照明系統之經輻射光的均一性。
除電源1416、冷卻子系統1418及發光子系統1412之外，控制器1414亦可連接至內部元件1432及外部元件1434，且經實施以控制內部元件1432及外部元件1434。如所展示之元件1432可在邊緣固化系統1400的內部，而如所展示之元件1434可在邊緣固化系統1400的外部，但可與工件1426相關聯(例如，處置設備、冷卻設備或其他外部設備)，或可以其他方式與邊緣固化系統1400所支援之光反應(例如，固化)相關。
控制器1414自電源1416、冷卻子系統1418、發光子系統1412及/或元件1432及1434中之一或多者所接收之資料可具有各種類型。作為一實例，資料可表示與經耦接之半導體裝置1419相關聯的一或多個特徵。作為另一實例，資料可表示與提供該資料之各別發光子系統1412、電源1416、冷卻子系統1418、內部元件1432及外部元件1434相關聯的一或多個特徵。作為又一實例，資料可表示與工件1426相關聯之一或多個特徵(例如，表示經引導至工件之輻射輸出能量或頻譜分量)。此外，資料可表示此等特徵之某一組合。
接收到任何此類資料後，可實施控制器1414以回應於彼資料。舉例而言，回應於來自任何此類組件之此類資料，可實施控制器1414以控制電源1416、冷卻子系統1418、發光子系統1412(包括一或多個此類經耦接半導體裝置)及/或元件32及34中之一或多者。作為一實例，回應 於來自發光子系統之指示與工件相關聯之一或多個點處的光能量不足的資料，可實施控制器1414以：(a)增加電源對半導體裝置中之一或多者的電力供應；(b)經由冷卻子系統1418增加對發光子系統之冷卻(例如，某些發光裝置在經冷卻時提供更多輻射輸出)；(c)增加將電力供應至此等裝置之時間；或(d)上述之組合。
在印刷及固化系統包含邊緣固化系統1400之實例中，控制器1414亦可在印刷頭處自感光器436接收輸入。舉例而言，回應於自工件1426反射至印刷頭上的光之經量測強度，控制器1414可調整光學元件(例如，邊緣固化系統1400之耦合光學件1430)之橫向偏移，以便降低自工件1426反射至印刷頭的光之強度。
發光子系統1412之單獨半導體裝置1419(例如，LED裝置)可由控制器1414獨立控制。舉例而言，控制器1414可控制第一組一或多個單獨LED裝置發射具有第一強度、波長及其類似者的光，同時控制第二組一或多個單獨LED裝置發射具有不同強度、波長及其類似者的光。第一組一或多個單獨LED裝置可在半導體裝置之同一線性陣列1420內，或可來自多個邊緣固化系統1400之超過一個半導體裝置線性陣列1420。半導體裝置之線性陣列1420亦可獨立於其他照明系統中之其他半導體裝置線性陣列地由控制器1414控制。舉例而言，可控制第一線性陣列之半導體裝置發射具有第一強度、波長及其類似者之光，同時可控制另一照明系統中之第二線性陣列之半導體裝置發射具有第二強度、波長及其類似者之光。
作為又一實例，在第一條件集合下(例如，用於特定工件、光反應及/或操作條件設定)，控制器1414可操作邊緣固化系統1400實施第 一控制策略，而在第二條件集合下(例如，用於特定工件、光反應及/或操作條件設定)，控制器1414可操作邊緣固化系統1400實施第二控制策略。如上文所描述，第一控制策略可包括操作第一組一或多個單獨半導體裝置(例如，LED裝置)發射具有第一強度、波長及其類似者之光，而第二控制策略可包括操作第二組一或多個單獨LED裝置發射具有第二強度、波長及其類似者之光。第一組LED裝置可為與第二組相同的一組LED裝置且可橫跨一或多個LED裝置陣列，或可為與第二組不同的一組LED裝置，但該不同組LED裝置可包括來自第二組之一或多個LED裝置的一子集。
可實施冷卻子系統1418以管理發光子系統1412之熱行為。舉例而言，冷卻子系統1418可提供對發光子系統1412之冷卻，且更具體言之對半導體裝置1419之冷卻。亦可實施冷卻子系統1418以使工件1426及/或工件1426與邊緣固化系統1400(例如，發光子系統1412)之間的空間冷卻。舉例而言，冷卻子系統1418可包含空氣或其他流體(例如，水)冷卻系統。冷卻子系統1418亦可包括冷卻元件，諸如附接至半導體裝置1419或其線性陣列1420或附接至耦合光學件1430之冷卻片。舉例而言，冷卻子系統可包括在耦合光學件1430上方吹送冷卻空氣，其中耦合光學件1430配備有外部散熱片以增強熱傳遞。
邊緣固化系統1400可用於各種應用。實例包括(但不限於)介於顯示器、光敏性黏著劑及油墨印刷至DVD之製造及微影範圍內的固化應用。其中可採用邊緣固化系統1400之應用可具有相關聯之操作參數。亦即，應用可具有如下相關聯之操作參數：在一或多個波長下提供在一或多個時間段內施加之一或多個輻射功率位準。為了恰當地實現與該應用相關 聯之光反應，可在一個或複數個此等參數(及/或針對某一倍數、若干倍數或倍數範圍)之一或多個預定位準下或以上將光功率傳遞至工件1426處或附近。
為了遵循預定應用之參數，可根據與應用之參數(例如，溫度、頻譜分佈及輻射功率)相關聯的各種特徵操作提供輻射輸出1424之半導體裝置1419。同時，半導體裝置1419可具有某些操作規範，該等規範可與半導體裝置之製造相關聯，且尤其可遵循該等規範以便排除裝置之損壞及/或防止裝置之劣化。邊緣固化系統1400之其他組件亦可具有相關聯之操作規範。此等規範可包括操作溫度及所施加電功率之範圍(例如，最大值及最小值)以及其他參數規範。
因此，邊緣固化系統1400可支援對應用參數之監測。此外，邊緣固化系統1400可提供對半導體裝置1419(包括其各別特徵及規範)之監測。此外，邊緣固化系統1400亦可提供對邊緣固化系統1400之所選擇其他組件(包括該系統之各別特徵及規範)的監測。
提供此監測可使得能夠驗證系統之恰當操作，以使得可以可靠地評估邊緣固化系統1400之操作。舉例而言，參照應用參數(例如，溫度、頻譜分佈、輻射功率及其類似者)、與此等參數相關聯之任何組件特徵及/或任何組件之各別操作規範中之一或多者，邊緣固化系統1400可不恰當地操作。監測之提供可回應於控制器1414自系統組件中之一或多者接收的資料且根據該資料進行。
監測亦可支援對系統操作之控制。舉例而言，可經由控制器1414實施控制策略，控制器1414接收且回應於來自一或多個系統組件之資 料。如上文所描述，可直接(例如，藉由基於關於組件操作之資料經由引導至該組件之控制信號控制該組件)或間接地(例如，藉由經由經引導以調整其他組件之操作的控制信號控制組件之操作)實施此控制策略。作為一實例，可經由引導至電源1416的調整施加至發光子系統1412之功率的控制信號及/或經由引導至冷卻子系統1418的調整應用於發光子系統1412之冷卻的控制信號來間接地調整半導體裝置之輻射輸出。
可採用控制策略以實現及/或增強系統之恰當操作及/或應用之效能。在一更特定實例中，亦可採用控制以實現及/或增強線性陣列之輻射輸出與其操作溫度之間的平衡，以便(例如)防止將半導體裝置1419加熱至超出其規範，同時亦將充足的輻射能量引導至工件1426(例如)以進行應用之光反應。此外，在一些實例中，控制器可用於自動調整透鏡相對於光源之主發光軸線的偏移位置，以便調整自邊緣固化裝置1000朝向目標基板440發射的光之角偏轉。因此，印刷及固化系統可以持續方式自動地被調整為各種固化條件及目標基板而不必手動調整該印刷及固化系統。
在又一實例中，工件1426表面處之一或多個位置處的輻照度可藉由感測器偵測且在反饋控制流程中傳輸至控制器1414。在控制器1414偵測到邊緣固化應用處之輻照度不充足的情況下，可發送信號(例如，在操作員介面中之音頻報警或視覺報警)以調整柱面透鏡直徑或調整孔口寬度，從而增大或減小光束寬度或者增強或減弱輻照度。可根據孔口寬度、柱面透鏡直徑、輻照度與光束寬度之間的預定(經驗或其他)關係執行對柱面透鏡直徑或孔口寬度進行之調整，如參看圖8及圖9描述。此外，調整孔口寬度及/或柱面透鏡直徑可包括以可拆卸方式安裝整合式孔口(或與 其相關聯之外殼組件，如參看圖10A至圖10D所描述)及/或以可拆卸方式安裝柱面透鏡(或與其相關聯之外殼組件，如參看圖10A至圖10D所描述)。以可拆卸方式安裝柱面透鏡及/或整合式孔口之能力有助於在無需改變邊緣固化裝置與工件之間的定位或相對對準的情況下調整孔口寬度及柱面透鏡直徑(及隨之而來的光束寬度及輻照度)，其可減少製造停工時間且提高操作效率。
在一些應用中，可將較高輻射功率傳遞至工件1426，且工件1426可包含光可固化材料，包括其上印刷有光可固化材料之基板。因此，可使用發光半導體裝置線性陣列1420來實施發光子系統1412。舉例而言，可使用高密度發光二極體(light-emitting diode；LED)陣列來實施發光子系統1412。儘管可使用發光元件線性陣列且其在本文中得以詳細描述，但應理解，可使用其他發光技術實施半導體裝置1419及其線性陣列1420而不背離本發明之原理；其他發光技術之實例包括(但不限於)有機LED、雷射二極體、其他半導體雷射。
現轉至圖8及圖9，其繪示展示光束寬度與3mm棒狀透鏡(趨勢線810)、4mm棒狀透鏡(趨勢線820)及5mm棒狀透鏡(趨勢線830)之孔口寬度之間的關係的曲線圖，及展示輻照度與3mm棒狀透鏡(趨勢線930)、4mm棒狀透鏡(趨勢線920)及5mm棒狀透鏡(趨勢線910)之孔口寬度之間的關係的曲線圖。在邊緣固化應用中，柱面透鏡直徑及孔口寬度可經選擇以達成在工件之表面處發射的所需光束寬度及所需輻照度。參看圖8，對於給定柱面透鏡直徑，直至臨界孔口寬度，經發射光束寬度隨孔口寬度增大，超過該臨界孔口寬度，光束寬度趨平。舉例而言，對 於3mm之棒狀透鏡直徑，直至接近0.5mm之臨界孔口寬度，光束寬度(趨勢線810)增大，超過該臨界孔口寬度，光束寬度保持在約3.5mm。類似地，對於4mm之棒狀透鏡直徑，直至接近0.8mm之臨界孔口寬度，光束寬度(趨勢線820)增大，超過該臨界孔口寬度，光束寬度保持在約3.0mm，且對於5mm之棒狀透鏡直徑，直至接近01.0mm之臨界孔口寬度，光束寬度(趨勢線830)增大，超過該臨界孔口寬度，光束寬度保持在約2.4mm。如藉由比較曲線(趨勢線810)、(趨勢線820)及(趨勢線830)所展示，對於給定孔口寬度，光束寬度可隨增加之柱面透鏡直徑而減小。此外，超過其光束寬度趨平之臨界孔口寬度可隨增加之棒狀透鏡直徑而增大。換言之，採用較大柱面透鏡直徑之邊緣固化裝置600可有助於達成較窄光束寬度，且可藉由調整孔口寬度而使得能夠在較大範圍內切換光束寬度。然而，採用較大柱面透鏡直徑之邊緣固化裝置可遭受較大大小之外殼610的問題，較大大小之外殼可增加總體邊緣固化裝置之大小及負擔，且使該邊緣固化裝置更難以用於受限空間中或涉及較小組件之固化的邊緣固化應用。此外，在任何特定邊緣固化應用中，孔口寬度可經選擇對應於所需光束寬度及柱面透鏡直徑。
參看圖9，對於給定柱面透鏡直徑，直至臨界孔口寬度，工件之表面處的經發射輻照度可增加，超過該臨界孔口寬度，輻照度可趨平。舉例而言，對於3mm之棒狀透鏡直徑，直至接近0.5mm之臨界孔口寬度，輻照度(趨勢線910)增加，超過該臨界孔口寬度，輻照度保持在約1.3W/cm2。類似地，對於4mm之棒狀透鏡直徑，直至接近0.9mm之臨界孔口寬度，輻照度(趨勢線920)增加，超過該臨界孔口寬度，輻照度保持在約 2.3W/cm2。如藉由比較曲線(趨勢線910)、(趨勢線920)及(趨勢線930)所展示，對於給定孔口寬度，工件之表面處發射的輻照度可隨之增加之柱面透鏡直徑而增加。此外，超過其輻照度趨平之臨界孔口寬度可隨增加之棒狀透鏡直徑而增加。換言之，採用較大柱面透鏡直徑之邊緣固化裝置600可有助於達成較高輻照度位準，且可藉由調整孔口寬度而使得能夠在較大範圍內切換輻照度。然而，如上文所描述，採用較大柱面透鏡直徑之邊緣固化裝置可遭受較大大小之外殼610的問題，較大大小之外殼可增加總體邊緣固化裝置之大小及負擔，且使該邊緣固化裝置更難以用於受限空間中或涉及較小組件之固化的邊緣固化應用。此外，在任何特定邊緣固化應用中，孔口寬度可經選擇對應於所需輻照度位準及柱面透鏡直徑。
現轉至圖10A至圖10D，其繪示邊緣固化裝置1000之正視圖、俯視圖、側視圖及橫截面視圖，該邊緣固化裝置包括發光元件線性陣列1020、柱面透鏡1040及整合式孔口，每一者相關於縱向平面平行且對稱地縱向對準而穿過中心軸104且在平行於x軸之方向上延伸。邊緣固化裝置可進一步包括用於將邊緣固化裝置之電子裝置1080以及發光元件線性陣列1020的電線電連接至邊緣固化系統(諸如，邊緣固化系統1400)之控制器、人機介面及其類似物的一或多個管道1002。內部管道1070可有助於電線及組件在外殼1010內之縱向分佈，以用於沿邊緣固化裝置1000之整個長度形成電連接。展示管道1002自邊緣固化裝置1000之後側朝向底部方向延伸，然而，管道1002亦可自邊緣固化裝置1000之後側朝向頂部方向延伸。
柱面透鏡1040及發光元件線性陣列1020可包括於外殼1010內，包含經定位朝向邊緣固化裝置1000之發光側的前部分1012以及後部分 1015。前部分1012可包括頂蓋1013及底蓋1014，其可以可拆卸方式安裝或藉助於固定件1008以可拆卸方式固定。固定件1008可包括螺釘、夾鉗、托架及可以可拆卸方式固定而不會損壞外殼1010且無需相對於工件表面再定位邊緣固化裝置1000的其他類型之固定件。可拆卸式頂蓋1013及底蓋1014可包括前唇形邊緣1090，其橫跨外殼1010之長度(及柱面透鏡1040之長度以及整合式孔口1050之長度)且在橫向方向上朝向彼此懸垂於頂蓋1013及底蓋1014上。唇形邊緣1090可相對於頂蓋1013及底蓋1014之後安裝部分1016懸垂於頂蓋1013及底蓋1014上。此外，當柱面透鏡1040以及頂蓋1013及底蓋1014以可拆卸方式安裝至邊緣固化裝置1000之外殼1010時，頂蓋1013及底蓋1014之內表面1018可經塑形以貼合地容納柱面透鏡1040。以此方式，頂蓋1013及底蓋1014可為用於柱面透鏡1040之透鏡固持器。另外，發光元件線性陣列1020的面向柱面透鏡之表面1042可經塑形(例如，經打孔、經開槽及其類似者)以沿其長度及寬度貼合地接觸且容納柱面透鏡1040之入射面，使得以可拆卸方式將柱面透鏡1040安裝於外殼1010中包括抵靠發光元件線性陣列貼合地安放柱面透鏡1040，從而使兩個組件相對於彼此縱向對準，如上文所描述。
整合式孔口1050可描述為與外殼1010整合，此係因為當頂蓋及底蓋以可拆卸方式安裝至外殼1010時，整合式孔口1050可經形成為與發射面1044直接相鄰且在頂蓋1013及底蓋1014之前唇形邊緣1090之間。隨後可藉由設計唇形邊緣1090之懸垂的尺寸或量來調整整合式孔口1050之寬度1060，增加懸垂的量以減小孔口寬度1060。舉例而言，降低唇形邊緣1090之懸垂程度可增加其間的間隙，從而增加整合式孔口之寬度1060。 替代地，對於給定柱面透鏡直徑及形狀(例如，棒狀、菲涅耳狀、雙凸狀及其類似者)，可製造一組頂蓋及底蓋以產生一系列孔口寬度。因此，可藉由移除第一組頂蓋及底蓋並用具有不同唇形邊緣1090之第二組可以可拆卸方式安裝的頂蓋及底蓋替換該第一組頂蓋及底蓋來調整孔口寬度1060。以此方式，柱面透鏡1040及整合式孔口1050兩者可以可拆卸方式經安裝、調整及/或選擇大小及形狀(例如，如參看圖8至圖9所描述)，以便在工件之表面處達成自邊緣固化裝置發射的光之所需輻照度及光束寬度。
在一些情況下，唇形邊緣1090之懸垂可為對稱的，而在其他情況下，唇形邊緣1090之懸垂可為不對稱的，且整合式孔口可自中心軸104偏移離開中心。使孔口偏移離開中心(以及使面向透鏡之表面1042偏移離開中心)可允許柱面透鏡1040及整合式孔口中之一者或兩者經定位自中心軸104偏離中心，其可允許相對於中心軸104調整自邊緣固化裝置發射的光束寬度之角度，此情形可有助於受限空間中之工件的更容易固化。
現轉至圖11A及圖11B，其分別繪示對應於不具有整合式孔口及具有整合式孔口之邊緣固化裝置1102及502的發射光譜1100及500。特定而言，除邊緣固化裝置1102不包括整合式孔口550外，邊緣固化裝置1102可與邊緣固化裝置502相同。換言之，穿過邊緣固化裝置1102之柱面透鏡540的光可自邊緣固化裝置之發射面1144發射。儘管柱面透鏡540有助於使經發射光之一部分更接近地以中心軸104為中心聚焦(例如，在邊界1108內)，但相比於邊界508所描繪的來自包括柱面透鏡540及整合式孔口550兩者之邊緣固化裝置502的經發射光之光束寬度，邊界1108描繪的光束寬度在z方向上距邊緣固化裝置1102(不存在整合式孔口550)對應的 工作距離處更寬。此外，由於不存在整合式孔口550，額外經發射光自邊緣固化裝置1102之發射面1144更廣泛地經散射(如由邊界1112所描繪)。因此，藉由包括具有小於柱面透鏡之直徑的孔口寬度之整合式孔口550，可自邊緣固化裝置發射較窄光束寬度，該邊緣固化裝置可提供對工件之邊緣固化同時減少對目標較窄光束寬度外部之表面的過度固化。
現轉至圖12，其繪示使工件邊緣固化之方法1200的流程圖。圖12中所繪示之步驟中的一些可經執行為邊緣固化系統之電腦控制器(諸如，邊緣固化系統1400之控制器1414)上的指令。方法1200可在1210處開始，其中判定諸如所需光束寬度、邊緣固化裝置與待邊緣固化之工件的表面之間的工作距離、工件處之所需輻照度及其類似者之操作條件。在1220處，方法1200繼續，其中將發光元件線性陣列定位於邊緣固化裝置之外殼內。在一個實例中，發光元件線性陣列可包括發光元件之高縱橫比一維或二維陣列，且可進一步包括發光元件之邊緣加權陣列，如參看圖13所論述。接著，在1230及1240處，方法1200藉由選擇對應於諸如輻照度及光束寬度之所需操作參數的柱面透鏡大小及孔口寬度而繼續。舉例而言，可基於諸如曲線圖800及900之預定關係來選擇柱面透鏡大小及孔口寬度。此外，可基於所需輻照度及光束寬度來選擇柱面透鏡之類型(例如，菲涅耳透鏡、棒狀透鏡、雙凸透鏡、平凸透鏡及其類似者)。另外，柱面透鏡之大小可經選擇以符合邊緣固化系統之組態；例如，在極受限的邊緣固化系統中，可利用較小柱面透鏡。如上文所描述，選擇孔口寬度可包括選擇外殼1010之前部分1012的頂蓋1013及底蓋1014。頂蓋1013及底蓋1014包括具有適當大小之懸垂量的縱向唇形邊緣1090，以使得當頂蓋1013及底蓋1014 以可拆卸方式安裝至外殼1010時，該等唇形邊緣形成(具有所需孔口寬度之)整合式孔口。因此，步驟1240可進一步包括以可拆卸方式將整合式孔口安裝於外殼中。類似地，步驟1230可進一步包括以可拆卸方式將所選擇之柱面透鏡安裝於外殼中。所選擇之柱面透鏡可定位於發光元件線性陣列與整合式孔口之間。此外，以可拆卸方式將柱面透鏡安裝於外殼中可包括將柱面透鏡貼合地安放於發光元件線性陣列(或其窗)之符合柱面透鏡之入射面的外表面中。以此方式，可在邊緣固化系統之操作期間穩固地保持發光元件線性陣列相對於柱面透鏡之對準。
接著，在1250處，方法1200藉由將整合式孔口定位成與柱面透鏡之發射面直接相鄰而繼續。如上文所描述，頂蓋1013及底蓋1014之內表面可經塑形以符合柱面透鏡之外表面。由此，以可拆卸方式將頂蓋1013及底蓋1014安裝至外殼自動地將整合式孔口定位成與柱面透鏡之發射表面直接相鄰，包括不具有插入於柱面透鏡與頂蓋1013及底蓋1014之間的任何間隙。換言之，可藉由以可拆卸方式安裝之頂蓋1013及底蓋1014貼合地安放柱面透鏡。以此方式，可在邊緣固化系統之操作期間穩固地保持整合式孔口相對於柱面透鏡之對準。
在1260處，方法1200將光自發光元件線性陣列發射至抵靠發光元件之符合表面貼合定位的柱面透鏡之入射表面。經發射光接著可穿過柱面透鏡，在該柱面透鏡內光可經準直且聚焦，隨後自該柱面透鏡之發射表面發射。在1270處，自柱面透鏡之發射表面發射的光可藉由整合式孔口進一步聚焦，該整合式孔口藉由貼合地安放於彼處之頂蓋1013及底蓋1014定位成與發射表面直接相鄰。整合式孔口可以穿過邊緣固化裝置之中 心軸104的縱向平面為中心，且因此，自整合式孔口離開的經發射光可包括到達工件之表面上的以此縱向平面為中心之窄光束寬度。
接著，在1280處，方法1200可基於一或多個準則調整光束寬度及/或輻照度。舉例而言，可回應於光束寬度小於待固化邊緣之尺寸而增加光束寬度，或可回應於光束寬度大於待固化邊緣之尺寸而減小光束寬度。作為另一實例，可回應於對所需光束寬度之邊界外部的工件之過度固化而減小光束寬度。作為又一實例，可調整光束寬度及/或輻照度以增加或減小工件處之固化速率。在準則指示光束寬度及/或輻照度待調整的情況下，方法1200可返回至1230。如上文所描述，可藉由改變整合式孔口之大小及/或柱面透鏡之大小來調整光束寬度及/或輻照度，其可包括選擇新的柱面透鏡及/或整合式孔口大小。選擇新的柱面透鏡及/或整合式孔口大小可包括在1288處移除現有的可拆卸安裝的柱面透鏡及/或整合式孔口而不重新定位邊緣固化裝置，及在1230及1240處以可拆卸方式安裝新的可拆卸安裝的柱面透鏡及/或整合式孔口以達成所需光束寬度及/或輻照度。
以此方式，邊緣固化裝置可包含柱面透鏡、發光元件線性陣列及整合式孔口，每一者相關於縱向平面在外殼中對稱地對準。柱面透鏡可定位於發光元件線性陣列與整合式孔口之間。此外，整合式孔口可橫跨柱面透鏡之長度且可經定位成與柱面透鏡之發射面直接相鄰。另外，自發光元件線性陣列發射且穿過柱面透鏡之光可係自發射面發射且藉由以縱向平面為中心的光束寬度內之孔口聚焦。在一個實例中，自柱面透鏡發射的光可藉由光束寬度內之整合式孔口聚焦在大於透鏡之焦距的工作距離處。此外，在不存在整合式孔口的情況下，自柱面透鏡發射的光將發散超出光 束寬度。在另一實例中，柱面透鏡可包括具有柱面動力軸線及正交平軸線之透鏡。此外，柱面透鏡可包括棒狀透鏡、半圓形透鏡、平凸透鏡、雙凸透鏡或多面體菲涅耳透鏡中之一者。此外，發光元件線性陣列可定位於距柱面透鏡後焦距處。在另一實例中，發光元件線性陣列可包括發光元件之邊緣加權線性陣列。
以此方式，一種使工件邊緣固化之方法可包含：使發光元件線性陣列、柱面透鏡及整合式孔口中之每一者的縱向軸線在縱向平面上對準；在柱面透鏡之入射面處接收來自發光元件線性陣列之光；將整合式孔口定位成與柱面透鏡之發射面直接相鄰，其中在入射面處接收的光藉由柱面透鏡經準直且在發射面處經發射；以及藉由以縱向平面為中心的光束寬度內之整合式孔口將經發射光聚焦至沿縱向平面定位在距發射面工作距離處之工件上。在一個實例中，光束寬度在工作距離處可對應於半高全寬(FWHM)光束寬度。在另一實例中，使發光元件線性陣列、柱面透鏡及整合式孔口中之每一者相關於縱向平面對稱地對準可包含將發光元件線性陣列、柱面透鏡及孔口中之每一者安裝於外殼中。此外，柱面透鏡可插入於發光元件線性陣列與整合式孔口之間。在又一實例中，將整合式孔口安裝於外殼中可包含以可拆卸方式將整合式孔口安裝於外殼中，以使得孔口鄰近於柱面透鏡之發射面定位。該方法可進一步包括藉由增加整合式孔口寬度來增加光束寬度，以及藉由減小整合式孔口寬度來減小光束寬度。此外，增加整合式孔口寬度可包含用具有增加之整合式孔口寬度的另一可拆卸安裝的孔口替換該孔口，且減小孔口寬度可包含用具有減小之整合式孔口寬度的另一可拆卸安裝的整合式孔口替換該整合式孔口。在另一實例 中，該方法可包含藉由減小柱面透鏡之直徑來增加光束寬度。
以此方式，一種邊緣固化系統可包含外殼，該外殼包括安裝於其中之發光元件線性陣列、柱面透鏡及整合式孔口。柱面透鏡可定位於發光元件線性陣列與整合式孔口之間，且發光元件線性陣列、整合式孔口及柱面透鏡中之每一者之長度可相關於縱向平面對稱地對準。此外，整合式孔口可橫跨柱面透鏡之長度及發光元件之長度，且可經定位成與柱面透鏡之發射面直接相鄰。另外，自發光元件線性陣列發射且穿過柱面透鏡之光可係自發射面發射且藉由以縱向平面為中心的光束寬度內之整合式孔口聚焦。在一個實例中，外殼可包括定位於外殼之發光側處的透鏡固持器，該透鏡固持器具有頂蓋及底蓋，該頂部及該底蓋中之每一者具有唇形縱向邊緣，該等唇形縱向邊緣當在縱向平面之相對側上以可拆卸方式安裝至外殼時向內朝向彼此。在另一實例中，整合式孔口寬度可小於柱面透鏡之直徑。在又一實例中，唇形縱向邊緣之面向柱面透鏡的內表面可經塑形以貼合地無間隙地容納柱面透鏡之外表面，該等唇形邊緣藉此在以可拆卸方式安裝至外殼時固定柱面透鏡之位置。
此外，柱面透鏡可貼合地無間隙地安放於發光元件線性陣列之發射側上的經開槽表面內，藉此使柱面透鏡之縱向軸線相關於縱向平面對稱地對準。此外，頂蓋及底蓋可具有相同的形狀及尺寸。
以此方式，可達成發射用於使包含窄光束寬度目標區之工件邊緣固化的窄光束寬度輻射同時減少對該窄寬度區外部之工件的過度固化技術結果。此外，在一些具體實例中，孔口可以可拆卸方式安裝至外殼，從而便於現有照明裝置的改裝。另外，以可拆卸方式將孔口安裝至外殼可 使得能夠調整邊緣固化裝置之孔口大小，從而使得邊緣固化裝置可更靈活地適應各種邊緣固化應用。
應注意，包括在本文中之實例控制及估計常式可與各種照明源及照明系統組態一起使用。本文中所揭示之控制方法及常式可以可執行指令形式儲存於非暫時性記憶體中。本文中所描述之特定常式可表示任何數目之處理策略(諸如，事件驅動、中斷驅動、多任務、多執行緒及其類似者)中之一或多者。因此，所說明之各種動作、操作及/或功能可以所說明順序執行、並行執行或在一些情況下被省略。類似地，處理之次序對於達成本文中所描述之實例具體實例之特徵及優點並非必需的，而是便於說明及描述而提供。取決於所使用之特定策略，可重複地執行所說明動作、操作及/或功能中之一或多者。另外，所描述動作、操作及/或功能可以圖形方式表示待程式化至引擎控制系統中之電腦可讀儲存媒體之非暫時性記憶體中的程式碼。
應理解，本文中所揭示之組態及常式在本質上係例示性的，且此等特定具體實例不應在限制性意義上加以考慮，此係因為大量變化係有可能的。舉例而言，上述技術可應用於各種朗伯光源或近似朗伯光源。本發明之主題包括本文中所揭示之各種系統及組態以及其他特徵、功能及/或特性之所有新穎及非顯而易見的組合及子組合。
以下申請專利範圍特別指出被視為新穎及非顯而易見的某些組合及子組合。此等申請專利範圍可提及「一(an)」元件或「一第一(a first)」元件或其等效物。應瞭解，此等申請專利範圍包括一或多個此等元件之併入，既不要求亦不排除兩個或多於兩個此等元件。所揭示特徵、功 能、元件及/或特性之其他組合及子組合可經由本發明申請專利範圍之修正案或經由此申請案或相關申請案中之新申請專利範圍之呈現來加以主張。無論在範疇上與原始申請專利範圍相比係更寬泛、更狹窄、相同還是不同，此等申請專利範圍亦被視為包括在本發明之主題內。
104‧‧‧中心軸
600‧‧‧邊緣固化裝置
610‧‧‧外殼
620‧‧‧發光元件線性陣列
624‧‧‧距離
640‧‧‧柱面透鏡
642‧‧‧入射面
644‧‧‧發光面
650‧‧‧整合式孔口
652‧‧‧寬度

Claims (20)

  1. 一種邊緣固化裝置，其包含：一柱面透鏡、一發光元件線性陣列及一整合式孔口，每一者相關於一縱向平面在一外殼中對稱地對準，其中，該柱面透鏡定位於該發光元件線性陣列與該整合式孔口之間，該整合式孔口橫跨該柱面透鏡之長度，且經定位成與該柱面透鏡之一發射面直接相鄰，且自該發光元件線性陣列發射且穿過該柱面透鏡的光是從該發射面發射且藉由以該縱向平面為中心的一光束寬度內的該孔口聚焦。
  2. 如申請專利範圍第1項之邊緣固化裝置，其中自該柱面透鏡發射的該光係藉由該光束寬度內之該整合式孔口聚焦在大於該透鏡之一焦距的一工作距離處。
  3. 如申請專利範圍第2項之邊緣固化裝置，其中自該柱面透鏡發射的該光在不存在該整合式孔口的情況下將發散超出該光束寬度。
  4. 如申請專利範圍第3項之邊緣固化裝置，其中該柱面透鏡包含具有一柱面動力軸線及一正交平軸線的一透鏡。
  5. 如申請專利範圍第4項之邊緣固化裝置，其中該柱面透鏡包含一柱面透鏡、半圓形透鏡、一平凸透鏡、一雙凸透鏡或一多面體菲涅耳(Fresnel)透鏡中之一者。
  6. 如申請專利範圍第5項之邊緣固化裝置，其中該發光元件線性陣列定位於距離該柱面透鏡一後焦距處。
  7. 如申請專利範圍第6項之邊緣固化裝置，其中該發光元件線性陣列包 含一發光元件邊緣加權線性陣列。
  8. 一種使一工件邊緣固化之方法，其包含：使一發光元件線性陣列、一柱面透鏡及一整合式孔口中之每一者之縱向軸線在在一外殼中的一縱向平面上對準，在該柱面透鏡之一入射面處接收來自該發光元件線性陣列的光，將該整合式孔口定位成與該柱面透鏡之一發射面直接相鄰，其中在該入射面處接收的該光藉由該柱面透鏡經準直且在該發射面處經發射，以及藉由以該縱向平面為中心的一光束寬度內之該整合式孔口將該經發射光聚焦至沿該縱向平面定位在距該發射面一工作距離處之該工件上。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該光束寬度在該工作距離處對應於一半高全寬(full width at half maximum；FWHM)光束寬度。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中使該發光元件線性陣列、該柱面透鏡及該整合式孔口中之每一者相關於該縱向平面對稱地對準包含將該發光元件線性陣列、該柱面透鏡及該孔口中之每一者安裝於一外殼中，其中該柱面透鏡插入於該發光元件線性陣列與該整合式孔口之間。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中將該整合式孔口安裝於該外殼中包含以可拆卸方式將該整合式孔口安裝於該外殼中，以使得該孔口鄰近於該柱面透鏡之該發射面定位。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其進一步包含藉由增加一整合式孔口寬度來增加該光束寬度，以及藉由減小該整合式孔口寬度來減小該光 束寬度。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中增加該整合式孔口寬度包含用具有增加之整合式孔口寬度的另一可拆卸安裝的孔口替換該孔口，且減小該孔口寬度包含用具有減小之整合式孔口寬度的另一可拆卸安裝的整合式孔口替換該整合式孔口。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其進一步包含藉由減小該柱面透鏡之一直徑來增加該光束寬度。
  15. 一種包含一外殼的邊緣固化系統，其包括安裝於其中之一發光元件線性陣列、一柱面透鏡及一整合式孔口，其中該柱面透鏡定位於該發光元件線性陣列與該整合式孔口之間，且該發光元件線性陣列、該整合式孔口及該柱面透鏡中之每一者的一長度相關於一縱向平面對稱地對準，該整合式孔口橫跨該柱面透鏡之該長度及該等發光元件之該長度，且經定位成與該柱面透鏡之一發射面直接相鄰，且自該發光元件線性陣列發射且穿過該柱面透鏡的光係自該發射面發射且藉由以該縱向平面為中心的一光束寬度內之該整合式孔口聚焦。
  16. 如申請專利範圍第15項之邊緣固化系統，其中該外殼包括定位於該外殼之一發光側處的一透鏡固持器，該透鏡固持器具有一頂蓋及一底蓋，該頂部及該底蓋中之每一者具有唇形縱向邊緣，該等唇形縱向邊緣當在該縱向平面之相對側上以可拆卸方式安裝至該外殼時向內朝向彼此。
  17. 如申請專利範圍第16項之邊緣固化系統，其中該整合式孔口寬度小於該柱面透鏡之一直徑。
  18. 如申請專利範圍第17項之邊緣固化系統，其中該等唇形縱向邊緣之面向該柱面透鏡的一內表面經塑形以貼合地無間隙地容納該柱面透鏡之該外表面，該等唇形邊緣藉此在以可拆卸方式安裝至該外殼時固定該柱面透鏡之一位置。
  19. 如申請專利範圍第18項之邊緣固化系統，其中該柱面透鏡貼合地無間隙地安放於該發光元件線性陣列之該發射側上的一經開槽表面內，藉此使該柱面透鏡之該縱向軸線相關於該縱向平面對稱地對準。
  20. 如申請專利範圍第19項之邊緣固化系統，其中該頂蓋及該底蓋具有相同的形狀及尺寸。
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