TW202123787A - 用於光聚合物曝光之紫外光發光二極體輻射源 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於使印刷板固化之光化輻射源。該源包含具有一散熱片之一基座且具有大於其寬度之一長度。經安裝於該基座上之一或多個電路板提供分佈於該基座之該長度上方的複數個發光二極體(LED)。一透明或半透明罩蓋連同該基座一起界定用於該複數個LED之一圍封件。在垂直於該基座之軸之一平面中、在含有該基座之該軸或平行於該基座之該軸且垂直於目標照明平面之一平面中，或其等之一組合中，該源以大於一單個LED之發射角之一發射角提供輻射。該源可經組態以替換一螢光燈泡。亦描述使用此等源用於印刷板之排曝光的方法及系統。

Description

用於光聚合物曝光之紫外光發光二極體輻射源
螢光管在光聚合物固化領域中已使用數十年。在大多數實施例中，此等管中大約10個至30個在緊靠並平行於光聚合物板之一個平面中彼此緊挨地組合以建置覆蓋整個光聚合物板之一光源。此等系統通常被稱為「排燈(bank light)系統」或「泛光(flood)」燈系統。例如，一常見標準系統係來自DuPont之ECDFL 1000系統。例如，用於此目的之一常見螢光管係來自Philips之TL 80W/10-R SLV/25。此一先前技術螢光管之一例示性圖式係在圖8中進行描繪。如此項技術中熟知，例示性螢光管具有相對端帽810 (其等通常為金屬)、自各端帽延伸之兩個接針連接器812及該等端帽之間的一發光部分814。此等管可特徵為其等直徑D、相對端帽810之間的長度A、自端帽延伸之插腳812之端部之間的長度C，其中各插腳具有一長度(C至B)。係在下表1展示TL 80W/10-R SLV/25型管之例示性公佈尺寸： 表1
D ( 最大 ) A ( 最大 ) B ( 最大 ) B ( 最小 ) C ( 最大 )
40.5 mm 1500 mm 1507.1 mm 1504.7 mm 1514.2 mm
前述尺寸僅為一個實例，且各種管製造商及排燈系統可採用具有不同尺寸之管。接針之間的間距及接針之幾何形狀亦可具有一預定尺寸(未展示)。
具有螢光管之排燈系統具有包含以下之缺點： ●   相較於LED，耗電量較高； ●   在開燈之後，短期輸出經常漂移； ●   為避免輸出漂移，管通常操作在待用模式中，此消耗額外能量； ●   在燈泡之整個使用壽命(lifetime)內，光輸出不恆定； ●   在500個及1000個小時之後，UV輸出可下降使得固化結果變得不可接受； 頻繁更換管增加成本； 管之汞含量存在環境問題。
LED具有優於螢光管之優點，包含(但不限於)更低耗電量、更慢老化、在整個溫度範圍內更穩定UV輸出及無暖機階段。雖然LED之UV輸出亦在一LED之整個使用壽命內衰減，但一LED之使用壽命係比螢光管高約一個數量級。在開啟之後，LED輸出更加穩定。因此，為獲得此等優點之益處，撓性版印刷領域中之幾乎所有系統製造商已引入其等自身的使用LED之商用UV LED曝光系統。此等商用系統通常基於光聚合物板與光源之間的相對運動。通常，LED配置成在板之一個維度上延伸之一列，而其他維度藉由光源與板之間的相對移動而曝光。此等系統之大部分成本係與產生板與UV源之間的相對移動所需之力學有關。由於需要冷卻集中於相當小區域中之LED，引起進一步成本。平衡及控制LED之UV輸出所需之複雜驅動電子器件引發又更多成本。
隨著UV LED變得愈來愈便宜，現在以具有至少與待曝光之印刷板之尺寸一樣大的一長度及寬度之一陣列使用UV LED在經濟上更加有利，例如，諸如描述於由共同申請人申請為本申請案之日期為2017年5月4日之PCT公開專利申請案第WO2017072588A1號中。
雖然此項技術中(例如，諸如以引用的方式併入本文中之美國專利第7,507,001號中)已描述出於照明目的用含有可見光範圍中之LED之管直接替換螢光管，但鑑於LED之優點及其等成本降低，現在人們對將UV LED併入於光聚合物固化應用中之興趣亦愈來愈高。
本發明之一態樣包括一種用光化輻射使一光聚合物印刷板固化之輻射源。該源包含包括一散熱片且具有沿著一軸之一寬度及一長度之一基座，其中該長度大於該寬度。一或多個電路板安裝於該基座上，該一或多個電路板共同具有分佈於該基座之該長度上方之複數個發光二極體(LED)，各LED經組態以在朝向一目標照明平面之一方向以一發射角發射光化輻射。對該光化輻射透明或半透明且安裝於該基座上之一罩蓋連同該基座一起界定用於該複數個LED之一圍封件。該源可經組態以在垂直於該基座之該軸之一第一平面中依大於一單個LED之一發射角、在含有該基座之該軸或平行於該基座之該軸且垂直於該目標照明平面之一第二平面中依大於一單個LED之一發射角、或其等之一組合的一發射角提供該光化輻射。在一項實施例中，該罩蓋可包括一或多個稜鏡及/或折射結構(諸如呈菲涅爾透鏡之形式)。該源可經組態以替換具有一指定長度及在相對端處之經組態以安裝於各自插座中之一組電連接器的一螢光燈泡，該源具有該指定長度及經組態以安裝於該等各自插座中之該組電連接器。該源可包含用於控制安置於該源中之該複數個LED之輸出的控制電子器件，諸如(但不限於)連接至控制電子器件且經組態以接收用於操作控制電子器件之一信號的一遠端控制接收器。
在一項實施例中，該基座可包括相對於彼此成角度且平行於該基座之該軸安置之複數個表面，其中該複數個LED之一子組及對應之一或多個電路板或其等之一部分安裝於該複數個表面之各者上。該複數個表面之至少一者平行於該目標照明平面安置。在一項實施例中，三個此表面可以一反射角(例如，諸如210度至240度角度)相對於彼此成角度。
該基座可具有平行於該目標照明平面的用於接納該罩蓋之一對應表面的一平面罩蓋安裝區域。該基座及該罩蓋可具有一介面，該介面包括經組態以與該基座中之一或多個嵌合特徵嵌合的該罩蓋之一或多個正或負特徵。一或多個夾箝可依一壓縮關係固持該罩蓋及該基座。
該基座可包括面向該印刷板的用於接納包括該複數個LED之該一或多個電路板的至少一矩形LED安裝表面。該散熱片可包括連接至該矩形安裝表面之一下側的一下側部分，其中該矩形安裝表面具有大於該下側部分之一寬度的一寬度，且該等LED係以包含跨該矩形安裝表面之該寬度分佈的複數個LED之一陣列(諸如以五個LED寬之一陣列)予以分佈。在其中該輻射源經組態以替換包括具有一直徑之一管之一螢光燈泡之一實施例，該矩形安裝表面之該寬度可大於該管之該直徑。
該基座可包括面向該目標照明平面之一前部分，及背對該目標照明平面之一下側部分，其中該下側部分具有界定一半圓柱體之一幾何形狀。在一項實施例中，該散熱片可界定用界定該半圓柱形幾何形狀之徑向邊緣彼此間隔開的複數個鰭片。
本發明之另一態樣包括一種曝光系統，其包括如本文中所描述之複數個輻射源。該曝光系統可包含用於在對應於該複數個輻射源之目標照明平面中接納一印刷板之一基板。該曝光系統可包括經組態以搭配螢光管使用之一外殼，其中該等源替換該等螢光管。一遠端控制傳輸器可經組態以發送信號至該複數個輻射源中之複數個遠端控制接收器，且可具有用於接收待傳輸至該等遠端控制接收器之資訊的一或多個輸入端。該一或多個輸入端可包括用於設定該等輻射源之一所欲照明強度之一控制面板。一或多個光電偵測器可經組態用於偵測藉由該複數個輻射源之一或多者發射之一輻射強度，各光電偵測器經組態以提供一回饋信號至該遠端控制傳輸器的該一或多個輸入端，其中該等控制電子器件經組態以使用該回饋信號用於控制藉由該複數個輻射源之該一或多者發射之該強度。
該曝光系統可包含：在該基板之一第一表面上方間隔的一第一組源，且視需要，該基板可對光化輻射透明或半透明；與在該基板之與該第一表面相對之一第二表面下方間隔的一第二組源。
在其中該等源替換螢光管之系統中，該等源具有介於相鄰源之軸之間的一預定間距，該預定間距界定相鄰源之相鄰邊緣之間的一間隙，其中該等源之間的該間隙係小於該等源替換之該等螢光管之間的一對應間隙。
本發明之又另一態樣係一種使印刷板曝光之方法，該方法包括：將一印刷板放置於如本文中所描述之一曝光系統中之目標照明平面上；及啟動輻射源以提供引導於該板處之光化輻射。該方法可包括：量測該目標照明平面處之輻照度；及基於該經量測之輻照度控制該等輻射源之一或多者中的複數個LED之強度。控制該複數個LED之該強度可包含補償由該複數個LED老化引起之輸出功率衰減。控制一第一源中之該複數個LED之該強度亦可或代替性地包含補償該第一源中之該等LED之效能特性相對於一第二源中之各自複數個LED之效能特性的差異。控制該複數個LED之該強度亦可或代替性地包含根據應用要求調整輻射輸出，諸如提供用於在該印刷板中產生圓形頂部點之一第一曝光特性及用於在該印刷板中產生平坦頂部點之一第二曝光特性。
本申請案主張2019年8月29日申請之標題為UV LED RADIATION SOURCES FOR USE IN PHOTOPOLYMER EXPOSURE之美國臨時申請案第62/893,395號的優先權，該案之全文係以引用的方式併入本文中。
本申請案之態樣係關於使用LED來代替排燈台中之螢光管以使光聚合物印刷板曝露於光化UV輻射的設備及方法。以最簡單方式，此可係藉由提供含有半導體LED且與現有螢光管電及機械地相容之外殼來建立，該外殼包含適於用作排燈台中之現有螢光管之替換物之基於LED的光化輻射源。覆蓋整個印刷板表面之LED光源陣列並不需要相對運動以輻照整個前或後板表面。當藉由LED光源產生之熱量被散佈於近似板之尺寸之一寬廣區域上方，而非以高強度集中於一較小相對線性區域上以最小化達成完全曝光的行進時間時，冷卻要求降低。
本發明之一態樣包括：一UV LED光源，其用配備有UV LED之螢光管替換物來覆蓋一光聚合物印刷板之整個表面；及藉由用如本文中所描述之替換管來替換一排燈曝光單元中之所有螢光管以改裝排燈曝光單元的方法。雖然已知螢光管之LED替換物用於照明應用，但光聚合物板曝光可能會帶來不同要求，且提供使用不同結構之機會。
圖1展示一簡單實施例，其展示根據本發明之一態樣之一例示性LED輻射曝光源實施例之一橫截面。LED晶片101係定位於沿著該源之長度延伸之一電路板102上。該電路板較佳地被安裝於包含一散熱片之諸如由金屬(較佳為鋁)製成之一基座103上。LED較佳地經串聯連接，且源之相對端具有經組態以允許各源被安裝於經組態以接納一螢光管之一插座中的連接器。因此，如此構造之一源陣列可被安裝於一排燈台內部且被供應電力。源之發光側係藉由一UV透射罩蓋104覆蓋，UV透射罩蓋104使灰塵及溶劑遠離UV LED之敏感輸出窗口。構造罩蓋104之合適材料包含塑膠，諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) (亦稱為丙烯酸、丙烯酸玻璃或塑膠玻璃)，諸如(但不限於)由Arkema France製造之Plexiglas®丙烯酸及由德國埃森之Evonik製造之PMMA，或同業中之其後繼者(successor)。如圖1中所展示，罩蓋具有經連接至基座之面向照明平面之一平面上表面之一半圓柱形形狀。罩蓋可係以此項技術中已知之任何方式附接至基座，包含(但不限於)用一黏合劑，例如，諸如一UV可固化黏合劑。
雖然圖1示意性地描繪基座103之散熱片，但應理解，散熱片可具有適於在使用中提供所欲程度之熱傳遞之任何幾何形狀。圖2描繪包括具有複數個冷卻鰭片206a至206i之一散熱片之一例示性鋁基座203。大多數排燈台配備有自螢光管之後側移除廢熱之風扇，此意謂藉由該等風扇供應之對流氣流可能特別適於冷卻具有包括複數個鰭片之一散熱片之一源。儘管在包括發源於基座208之一水平表面207的鰭片之一半圓柱形分佈的一設計中展示(其中各鰭片沿著一半徑延伸)，但散熱片並不限於任何特定幾何形狀。然而，在一例示性幾何形狀中，一些或所有半徑可發源於在鰭片的中心線(諸如所描繪的鰭片206c、206e的各自中心線216c、216e)交會處的一共同中心點210，其間隔於水平表面上方。鰭片之一或多者(諸如中心鰭片206e)可比其他鰭片206b至206d、206f至206h相對較厚，且端部鰭片206a、206i可在一側上附接至基座之水平表面207且具有使其等與相對側上之相鄰鰭片206b、206h分離之一間隙。儘管經展示其中基座208具有一多邊形上表面209 (如參考圖3所論述之實施例進一步描述)，但上表面可為平坦的(如針對圖1中之基座103示意性地描繪)。基座之上表面可包含相對側上的用於接納罩蓋之連接區域220，各連接區域界定平行於目標照明平面之一平面。
螢光管優於LED之一個優點係其等廣泛光發射角範圍。螢光管之壁處之發螢光塗層在所有方向上發射光子，從而使螢光管成為一幾乎理想面源，在透過一遮罩曝光光聚合物印刷板時，此係可取的。LED具有點源性質且因此從此角度來看不太理想，因為各LED以一相對較窄發射角β朝向目標照明平面X (例如，一印刷板110之頂表面)發射輻射，如圖1中所描繪。
可採用特定措施來充分克服此缺陷且擴大輻射之角分佈，包含(但不限於)： ●   使用相對較大數目個均勻分佈、相對較低功率之LED，來代替相對較小數目個相對較高功率之LED； ●   將LED配置成不同傾斜角之群組； ●   使用反射光學器件(包含但不限於一萬花筒)以將點源轉換成面源； ●   使用透射光學器件(諸如但不限於菲涅爾透鏡或擴散板)。
每管長度之LED之數目係可用於特性化光沿著源之長度軸之分佈的一參數。額定輸送20瓦特UV電力之一源可(例如)包括沿著源長度配置之各具有1瓦特之一輸出的20個LED，或更佳地各具有0.5瓦特之一輸出的40個LED，或甚至更佳地各具有0.33瓦特之一輸出的60個LED。
圖3描繪其中LED 301a至301c配置於相對於彼此成角度地安置於基座303之一上表面上之對應電路板302a至302c上之一實施例。此一組態改善垂直於管之長度軸Z之照明平面Y中之角分佈，而對平行於或包含管長度軸之平面(該等平面垂直於板所在之平面Y及平面X兩者)中之角分佈影響最小或沒有影響。因此，雖然各源301a至301c仍僅具有一發射角β，但三個源共同產生源之大於β之一總發射角θ。如圖3中所描繪之散熱片之上表面之形狀係半六邊形的，其中三個成角度表面各相對於彼此以一反射角(例如，較佳以其中Ф = 210-240度之一角度，如圖3中所描繪)偏移。可提供相對於彼此成角度之三個以上表面。然而，較佳地，無關於表面之數目，表面之至少一者平行於目標照明平面。用於接納罩蓋304之相對邊緣之連接區域320亦較佳為平行於目標照明平面X之平面表面且經組態以接納罩蓋304之對應平面表面。然而，罩蓋與基座之間的介面並不限於任何特定組態。因此，奇數數目個成角度表面係較佳的。基座較佳經組態使得所有電路板平放在基座之對應表面上以用於透過散熱片進行最大熱傳導。雖然基座303較佳經組態使得電路板302a及302c以相等角度與電路板302b相交，在其他實施例中，Ф可大於或小於120度至150度之範圍內。Θ可為等於表面數目之β之倍數，或β之某一分率。Θ較佳小於180度，以增加LED朝向印刷板發射之總輻射之百分比。
圖4描繪其中基座403及電路板402在基座之正面側上分別具有大於源經設計以替換之螢光管之原始直徑之寬度W1 及W 2 之一實施例。本質上罩蓋404可呈大體上矩形，但並不限於任何特定幾何形狀。此組態亦包含在一寬度上方以一陣列組態之複數個LED 401a至401e，該陣列包含在源替換之螢光管之間的間隙中之位置中之至少一些LED (例如，401a、401e)。出於比較目的，基座之其連接至矩形部分403r處之半圓形下側部分403s之尺寸D經描繪為與其替換之螢光管之原始直徑近似相同大小。尺寸D可為小於半圓形部分之實際直徑及/或螢光管之原始直徑之一弦。散熱片可具有擁有小於或大於原始螢光管之一直徑的一半圓形部分。然而，下側部分之幾何形狀並不受限，且一些實施例可能根本不具有一半圓形幾何形狀。源之經擴展寬度可經設計使得相鄰源以一對一比率替換相鄰管，而在相鄰源之相鄰橫向邊緣之間幾乎沒有間隙，或各源可經設計以代替多個螢光管(例如，1個LED源對2個螢光管、1對3等)。此組態亦具有提供來自源的大於各LED之個別發射角β的一發射角θ之效應。
為改善平行於或含有管長度軸之平面中之角分佈，圖1中所展示之罩蓋104在LED定位所處之位置上方可包括稜鏡或其他折射結構(諸如複數個圓柱形菲涅爾透鏡)。圖5A及圖5B描繪具有在藉由箭頭510a至510e表示之五個LED線性位置上方對準之五個圓柱形菲涅爾透鏡之此一罩蓋500的一例示性部分。如本文中所使用，術語「圓柱形菲涅爾透鏡」係指具有將光聚集或擴散至一線(例如，LED源分佈所沿著之軸)或自該線聚集或擴散光之折射力之一透鏡幾何形狀，如與將光聚集或擴散至一點或自該點聚集或擴散光之一球面菲涅爾透鏡相反。各LED線性位置可表示一個以上LED，諸如在圖2中所描繪之三個LED之成角度分佈中。罩蓋500中之結構可包括不完全符合一菲涅爾透鏡之數學精度但仍以引起比不具有此等結構之情況下更寬之一角分佈之一方式折射UV輻射之稜鏡結構。因此，透鏡罩蓋中之稜鏡、折射結構並不限於任何特定幾何形狀。
顯著地，如圖5B中所描繪之罩蓋500具有相對端上之經組態以與如圖2及圖3中所描繪之平面安裝區域220、320介接的平面表面502。因此，當經組裝至一對應基座時，平面表面502平行於目標照明平面。罩蓋之端上之平面表面可存在於任何罩蓋結構中，諸如本文中所論述之其他實施例之任一者中所描繪之罩蓋結構之任一者。在替代組態中，罩蓋可具有與基座中之嵌合凹槽或孔介接的一或多個突部。例如，在圖5C中所描繪之一替代組態中，基座550可具有經組態以接納自罩蓋540之端部徑向向內延伸之一唇緣552之一凹槽551。該凹槽及該對應唇緣可延伸源之整個長度，或可僅存在於選擇嵌合位置中。可藉由在唇緣及凹槽之嵌合表面上使用黏合劑來增強凹槽與唇緣之間的實體連接之強度。凹槽及唇緣之幾何形狀可具有此項技術中已知之任何幾何形狀且並不限於所描繪之彼等幾何形狀。罩蓋與基座之間的介面並不限於任何特定結構。作為非限制性實例，可提供額外介面(諸如圖5D至圖5H中所描繪之介面)。
如圖5D中所描繪，基座560可具有一或多個凹槽或孔561，自罩蓋564突出之插腳或突片562插入至一或多個凹槽或孔561中。此等介面可用黏合劑加強。儘管基座及罩蓋之寬度經描繪為在圖5D中之介面處實質上相同，但基座590在介面處可具有大於罩蓋594之一寬度(諸如圖5G中所展示)，其中插腳或突片592包括以與罩蓋相同之寬度或直徑自罩蓋594延伸之突部且基座在經組態以接納對應插腳或突片之基座之相對較大平台區域中具有對應凹槽或孔591。
在另一實施例中，夾箝576 (諸如由彈簧鋼製成)可圍繞罩蓋574之部分安置且在基座570下方延伸，如圖5E中所描繪。此等夾箝可較佳地定位於圖8中展示之先前技術燈泡上的端帽810之位置，使得固化曝光不需要藉由夾箝阻擋之任何輻射。
在又諸如圖5F中所描繪之其他組態中，罩蓋584可包括在橫截面中延伸超過180度之一塑膠玻璃之一部分，其中管587中之後開口經提供用於冷卻。管可具有在管之正面部分中之一第一厚度及與基座580之周邊接觸之一較小厚度，諸如以提供如圖5F中之右側上所描繪之與正面表面585介接的一唇緣588，或管可具有接觸基座之正面表面之一突部589。儘管經描繪在圖5F中之右側及左側上具有不同結構，但應理解，圖式僅出於闡釋性目的，且罩蓋及基座之相對側通常具有相同結構特徵，儘管結構可包括壁厚度及突部之變化之一組合且一些實施例可在一側上相對另一側具有不同結構以促進組裝。
儘管經描繪為罩蓋上之與基座中之孔、凹槽或其他負特徵介接的突部或其他正特徵，但亦可提供其中罩蓋與基座上之正特徵介接的實施例(諸如圖5H中所描繪)，其中來自基座595之突部597接納罩蓋596之邊緣。突部可延伸罩蓋及基座之整個長度，或可包括一系列離散突部。罩蓋可具有始終相同厚度之一連續邊緣，或可具有相對較薄及較厚壁厚度之凹口或區域以與來自基座之對應突部嵌合。一黏合劑層可提供於基座與罩蓋之嵌合表面之間。
夾箝及/或黏合劑可與如本文中所描述之介面之任一者組合，且可組合罩蓋之與基座之對應嵌合特徵介接的負、正或中性特徵之組合，包含(但不限於)如本文中所描述之以下之任一者或所有者。如本文中所使用，術語「正」意欲係指自一邊緣或表面突出之一特徵，術語「負」意欲係指相對於一邊緣或一表面凹陷之一特徵，且「中性」意欲係指既非正亦非負之一特徵，諸如與一對應特徵平面接觸之一特徵。例如，一「嵌合」特徵可包括適配於一負特徵(諸如一孔561)中之一正特徵(諸如一插腳562)，或一正特徵589或負特徵588 (例如，減小壁厚度之一區域)，或產生接納一中性表面(例如，基座正面表面585)之一唇緣之其等之組合。儘管經描繪具有圖5C至圖5H中之半圓柱形罩蓋，但應理解，罩蓋與基座之間的介面之任一者亦可適用於具有其他形狀之實施例，諸如(但不限於)圖4中所描繪之矩形罩蓋幾何形狀。
較佳地，自相同生產批次選擇各單個源中之LED使得該等LED之光輸出性質(及任何其他材料特性)充分相同以在源之整個長度內獲得一恆定UV輸出。並非一個排曝光單元中之所有源中之所有LED可自相同LED批次生產，因此可期望具有維持通過LED之一所欲電流以補償每單位電流自不同LED批次發射之不同輸出強度之控制電子器件。使用此等控制電子器件，可將所有管之總UV輸出調整至一預定容限內之一共同強度位準使得板上之所有位置曝露於在所欲容限內之相同強度位準之UV輻射。
照明技術領域中熟知用於控制LED及LED強度之合適控制電子器件，諸如使用脈衝寬度調變用於獲得UV輸出相對控制信號的可接受線性度。遠端控制信號可用於設定LED源之輸出，諸如以補償由老化引起之輸出功率衰減。諸如藉助於紅外光(IR)或射頻(RF)信號，可將控制信號傳輸至經定位於各源中之個別功率控制器。對輻射強度之遠端控制亦可允許根據應用要求調整輻射輸出，諸如在圓形頂部對平坦頂部模式中使高度敏感之聚合物板(例如，DuPont® EFX板)曝光，如此項技術中已知。根據應用要求調整輻射輸出亦可包含提供具有低強度之一第一曝光其後接著為具有較高強度之一第二曝光以使印刷板完全固化。該第一曝光可提供所需總固化之一第一分率，其中該第二曝光提供所需總固化之剩餘分率，使得第一曝光及第二曝光一起共同提供使板固化所需之總能量。
為補償電子器件中之非線性度或使LED源變暗之控制曲線，在曝光期間被整合於固持光聚合物板之支撐平面中或被放置於該支撐平面上的一或多個光電偵測器可提供回饋至UV輸出控制器，使得提供於一預定容限內之一精確量的UV強度。圖6示意性地繪示一例示性此回饋迴路，以及用於控制如本文中所描述之一例示性LED源之一總體示意圖。電源供應器601對控制各LED源603中之LED的控制電子器件602供電。各源中之個別LED可係個別地可控制的，或更佳地，可作為一整體控制。光電偵測器606量測在經校準以表示由印刷板接收之該輻射之一位置處接收的輻射，接著將來自光電偵測器之一信號提供至一遠端控制傳輸器605，遠端控制傳輸器605發送一信號至經連接至控制電子器件之遠端控制接收器604，控制電子器件使用該回饋信號作為用於判定是否應增加、減少電流或使電流維持無變化之一輸入。控制面板607可提供一所欲強度位準指令至遠端控制傳輸器，該遠端控制傳輸器可使用此資訊作為一前饋信號，以設定接著使用回饋來調整之一適當電流位準。
圖9描繪併入有複數個源902之一例示性輻射系統900，該等源可為如本文中所描述的用於替換一螢光管之組態之任一者。例如，該系統可為經設計以搭配螢光燈泡使用、用本發明之源改裝之一預先存在系統，源視需要亦可包含如本文中所描述之額外控制器及感測器之任一者。系統亦可為搭配如本文中所描述之源使用之一最新設計系統。例示性系統包括通常藉由一鉸鏈913或其他構件附接至一基座914之一蓋子912，鉸鏈913或其他構件允許該蓋子相對於該基座移動以將一印刷板(未展示)插入於用於接納該板之支撐表面916上。支撐表面916通常經設定尺寸以具有至少與單元被額定曝光之最大印刷板相同大小(且較佳大於最大印刷板一預定裕度)之一寬度及長度。輻射源陣列相應地經組態以在單元被額定曝光之板之整個長度及寬度上提供光，且因此亦較佳經設定大小以跨略大於最大板尺寸達一預定裕度之一區域提供排光或泛光。
在所展示之例示性組態中，以一開啟組態描繪之蓋子已在其中安裝相對於源之軸在中心具有一間距S之第一複數個上輻射源902。經展示之上輻射源902之數目並不意欲表示一典型系統中之源之一實際數目或源之相對大小，而僅為參考而示意性地展示。此外，如所描繪，源之寬度/直徑經描繪為在相鄰源之間留下一間隙G。如本文中參考圖4中所描繪之實施例論述，在其中源替換具有直徑D之一螢光燈泡之實施例中，其中間隙G之尺寸具有一第一值，源之寬度可大於D使得間隙G之尺寸具有一第二、小於該第一值之一值。
如所描繪，各上源經電連接且實體地接納於左側上之安裝單元910ul及右側上之安裝單元910ur中。各安裝單元附接至一電源供應器及安裝於基座914中之藉由區塊918共同表示之其他控制件。如圖9之放大部分中所展示，各源902具有經組態以與電插座954相容之端連接器958，該等插座可能最初經組態以接納先前技術管800之接針812。各插座連接至電配線，該電配線連接至一電源之相對極點956、957。各源902可具有用於調節至LED 950之電力之一本端控制器952。儘管經描繪為定位於管之一端上之一方框952，但控制器之組件可安置於兩端中，或控制器可包括容置於LED安裝所至之電路板上之組件且可能並非為如所描繪之一離散組件。然而，如此項技術中已知，螢光燈泡之端帽810通常為金屬且因此不發光，因此替換管並不一定需要在此區域中提供照明以複製螢光管效能。此使得管之此部分成為以一所欲方式控制電力或操作LED可能所需之電子組件之一理想位置。此項技術中通常已知用於操作在經組態以接納螢光管之一系統內改裝之一LED源之控制件以及對通常用於對此等LED源供電之系統之任何其他修改，諸如美國專利第7,507,001號中所描述。儘管如放大部分中所描繪之源902具有與圖3中所描繪之實施例一致之一組態，然源可具有符合如本文中所描述之源之任一者之一設計。
一例示性控制系統可包含用圖6中所描繪及本文上面所描述之一些或所有特徵共同程式化之一或多個控制器。電源供應器及控制件之位置並不限於放置於基座中，且可定位於別處，包含在其中控制系統之一些部分安裝於基座中，一些安裝於蓋子中且一些安裝於源中之一分佈式配置中，如本文中所描述。經展示連接區塊918之線表示電連接(其等係有線連接)以及控制信號連接(其等可為有線或無線的)。如所描繪，蓋子中之源902可較佳用於安裝於支撐表面916上之一板之前側曝光。
基座中之支撐表面916視需要可對光化輻射透明或半透明，且一組額外選用源902可安裝於支撐表面下方之左下側插座910ll與右下側插座910lr之間以用於提供背側曝光。控制系統可具有一控制器，該控制器經程式化以對板提供背側及前側曝光之一組合，其中在前面曝光與背面曝光之間具有一預定延遲，包含在複數個分率曝光週期中及/或包含一或多個僅背側曝光步驟，通常如列出本申請案之共同申請人，以引用的方式併入本文中之標題為PROCESS AND APPARATUS FOR CONTROLLED EXPOSURE OF FLEXOGRAPHIC PRINTING PLATES AND ADJUSTING THE FLOOR THEREO之美國公開專利申請案第20180210345A1號中所描述。
因此，一使用者可使用例示性曝光系統藉由將板放置於支撐表面上、關閉蓋子及啟動上源及選用下源持續一所欲時間量(包含以如下文進一步描述之一所欲曝光型樣)來使一印刷板曝光。該曝光方法可包含出於如本文中所論述之原因之任一者使用如圖6中所描繪之控制系統控制藉由LED發射之強度。
在其他實施例中，UV LED701可配置成如圖7中所描繪之一平面陣列，該陣列可與待輻照之光聚合物印刷板相同大小或較佳地至少略大於待輻照之光聚合物印刷板。為維持LED陣列之邊緣處之輻照度，可藉由鏡像壁702圍繞陣列，諸如通常揭示於以引用的方式併入本文中之美國專利第8,578,854號中。如所描繪，鏡像壁係針對一平面陣列之大小調適。一萬花筒方法亦揭示於由本申請案之共同申請人所擁有且以引用的方式併入本文中之美國專利第8578854號中。美國專利第8,578,854號及對應本發明之圖3至圖6繪示使用一面源用於使光聚合物板中之印刷點固化之優點。面源使一較寬支撐插座在板頂表面處之印刷細節下固化。較寬支撐插座允許在溶劑清洗程序期間將較小印刷細節保留於板上且亦在點破裂之前提供在按壓中之板之較長運行時間。
儘管本文中主要在紫外光(UV)發射範圍(例如，具有在紫外光UV光譜中之一中心發射波長，較佳在320 nm至420 nm之一範圍中，更佳在360 nm至420 nm之一範圍中)中之LED之背景內容中進行論述，但LED之輻射輸出並不限於任何特定波長，只要其係相對於尋求固化之光聚合物板之光化輻射。亦應理解，儘管矩形陣列經描繪為圖7中之列及行之一規則陣列，但LED陣列可具有自列至列或行至行之一交錯組態。此外，各源可包含LED之一個以上物種，各物種具有一不同共同中心發射波長，其中各自物種以一重複序列彼此鄰近安置。例如，LED可以型樣分佈及/或具有波長特性，如2020年4月26日申請之PCT申請案序列號PCT/EP20/061556中所描述，該案主張來自2019年4月26日申請之美國臨時專利申請案序列號62/839,171之優先權，該兩案標題皆為APPARAUS AND METHOD FOR EXPOSING PRINTING PLATES USING LIGHT EMITTING DIODES，由本發明之共同申請人申請，以引用的方式併入本文中。因此，根據前文併入之參考，源可包括配置成行及列之一陣列之複數個發光二極體(LED)，該複數個LED包括複數個物種(例如，2個、3個、4個等)之LED，各物種具有擁有不同於任何其他物種之成員的一共同中心發射波長之複數個成員。LED之各物種較佳具有在UV光譜中、更佳在範圍320 nm至420 nm中、最佳360 nm至420 nm (例如，在一3物種組態中，為365 nm、395 nm及415 nm)之一中心發射波長。陣列可經組態為其中各自物種以一重複序列(諸如其中交替列由列中之單個物種組成之一型樣，視需要依一交錯組態，或其中各列中之交替物種經分佈使得相鄰列中之相同物種之相鄰成員對角地對準之一型樣)彼此鄰近安置。陣列之控制器可經組態以獨立地控制各物種且引起複數個物種同時發射使得LED之各自物種之相鄰成員之發射型樣在板上彼此重疊。可調諧不同物種以提供不同於各自物種之不同共同發射強度或相對發射強度之不同混合物。LED之各物種之成員可電連接至經組態以引起物種中之經電連接成員之各者以一共同強度發射之一共同驅動器。包括此一陣列之各源可具有一或多個使用者可調整發射特性(諸如一使用者可調整發射強度)。在一些實施方案中，複數個源可經組態以允許一個源同時發射不同於另一源之一發射特性及/或允許相同源在一曝光持續時間之不同部分期間發射不同發射特性。亦可調諧LED之各自物種之相對強度以補償不同批次之板中之一曝光敏感性差異或補償各自曝光系統之間的差異。使用如前文中所描述之不同物種或分佈型樣可用於本文中所描繪之實施例之任一者中。因此，舉例而言，雖然對圖1、圖3及圖4中所描繪之實施例僅提供橫截面圖式，但應理解，LED係沿著各源之長度分佈，且此分佈可呈一規則矩形陣列，或呈據發現具有操作優點之任何其他間隔型樣，包含(但不限於)根據前文62/839,171申請案中所揭示之型樣之任一者之單個或多個物種之型樣。
儘管本文中參考使用源作為螢光燈泡之替換物及用如本文中所揭示之源改裝預先存在之排燈系統以用於使光聚合物板曝光進行論述，但應理解，源及使用其等之系統可包括經設計用於任何用途(但不限於改裝應用)之原始設備。
儘管本文中參考特定實施例繪示及描述本發明，但本發明並不意欲限於所展示之細節。實情係，可在發明申請專利範圍之等效物之範疇及範圍內且在不偏離本發明之情況下對細節進行各種修改。
101:發光二極體(LED)晶片 102:電路板 103:基座 104:紫外光(UV)透射罩蓋/罩蓋 110:印刷板 203:鋁基座 206a:冷卻鰭片/頂部鰭片 206b:冷卻鰭片/鰭片 206c:冷卻鰭片 206d:冷卻鰭片 206e:冷卻鰭片/中心鰭片 206f:冷卻鰭片 206g:冷卻鰭片 206h:冷卻鰭片/鰭片 206i:冷卻鰭片/頂部鰭片 207:水平表面 208:基座 209:多邊形上表面 210:共同中心點 216c:中心線 216e:中心線 220:連接區域/平面安裝區域 301a至301c:發光二極體(LED)/源 302a至302c:電路板 303:基座 304:罩蓋 320:連接區域/平面安裝區域 401a至401e:發光二極體(LED) 402:電路板 403:基座 403r:矩形部分 403s:半圓形下側部分 404:罩蓋 500:罩蓋 502:平面表面 510a至510e:箭頭 540:罩蓋 550:基座 551:凹槽 552:唇緣 560:基座 561:凹槽或孔 562:插腳或突片 564:罩蓋 570:基座 574:罩蓋 576:夾箝 580:基座 584:罩蓋 585:正面表面/基座正面表面 587:管 588:唇緣/負特徵 589:突部/正特徵 590:基座 591:凹槽或孔 592:插腳或突片 594:罩蓋 595:基座 596:罩蓋 597:突部 601:電源供應器 602:控制電子器件 603:發光二極體(LED)源 604:遠端控制接收器 605:遠端控制傳輸器 606:光電偵測器 607:控制面板 701:UV LED 702:鏡像壁 800:先前技術管 810:端帽 812:接針連接器/插腳/接針 814:發光部分 900:輻射系統 902:源/上輻射源 910ll:左下側插座 910lr:右下側插座 910ul:安裝單元 910ur:安裝單元 912:蓋子 913:鉸鏈 914:基座 916:支撐表面 918:區塊 950:發光二極體(LED) 952:本端控制器/方框 954:電插座 956:極點 957:極點 A:長度 B:長度 C:長度 D:尺寸/直徑 G:間隙 S:間距 W1 :寬度 W2 :寬度 X:目標照明平面 Y:照明平面 Z:長度軸 β:發射角 θ:總發射角/發射角 Ф:反射角
圖1係展示本發明之一例示性源之一橫截面示意圖，該例示性源相對於定位於用於來自該源之曝光輻射之一照明平面上之一例示性板之一部分並列。 圖2係具有用於LED之一成角度安裝表面之一例示性鰭式散熱片設計之一透視示意圖。 圖3係具有安裝於一成角度安裝表面上之LED之一例示性源之一橫截面示意圖，該例示性源相對於定位於用於來自該源之曝光輻射之一照明平面上之一例示性板之一部分並列。 圖4係具有一相對較寬矩形LED陣列之一例示性源之一橫截面示意圖，該例示性源相對於定位於用於來自該源之曝光輻射之一照明平面上之一例示性板之一部分並列。 圖5A係體現複數個圓柱形菲涅爾透鏡之一例示性罩蓋之一示意性平面視圖。 圖5B係圖5A之罩蓋之一透視圖。 圖5C至圖5H繪示罩蓋與基座結構之間的例示性介面之示意性平面視圖。 圖6係用於控制併入有如本文中所描述之源之例示性系統之一例示性控制系統的一示意圖。 圖7係一矩形LED陣列之一示意性透視圖，該矩形LED陣列具有圍繞該陣列之反射側壁。 圖8係先前技術之一例示性螢光燈泡之一示意性平面視圖。 圖9係其中安裝有複數個例示性源之一例示性排曝光系統之一示意性前視圖，包含展示源與系統組件之間的一例示性介面之一放大部分。
101:發光二極體(LED)晶片
102:電路板
103:基座
104:紫外光(UV)透射罩蓋/罩蓋
110:印刷板
X:目標照明平面
β:發射角

Claims (44)

  1. 一種用光化輻射使一光聚合物印刷板固化之輻射源，該源包括： 一基座，其包括一散熱片，該基座具有沿著一軸之一寬度及一長度，其中該長度大於該寬度； 一或多個電路板，其等經安裝於該基座上，該一或多個電路板共同具有分佈於該基座之該長度上方之複數個發光二極體(LED)；及 一罩蓋，其對該光化輻射透明或半透明，且經安裝於該基座上，該罩蓋連同該基座一起界定用於該複數個LED之一圍封件。
  2. 如請求項1之輻射源， 其中各LED經組態以在朝向一目標照明平面之一方向上依一發射角發射光化輻射，且該源經組態以：在垂直於該基座之該軸之一第一平面中依大於一單個LED之一發射角、在含有該基座之該軸或平行於該基座之該軸且垂直於該目標照明平面之一第二平面中依大於一單個LED之一發射角，或其等之一組合之一發射角，提供該光化輻射。
  3. 如請求項1或2之輻射源，其中該等LED具有一紫外光中心發射波長。
  4. 如請求項1或2之輻射源，其中該基座包括相對於彼此成角度且以平行於該基座之該軸安置的複數個表面，其中該複數個LED之一子組及對應之一或多個電路板或其等之一部分係安裝於該複數個表面的各者上。
  5. 如請求項4之輻射源，其中該複數個表面之至少一者係平行於該目標照明平面安置。
  6. 如請求項5之輻射源，其中該複數個表面包括三個表面。
  7. 如請求項6之輻射源，其中該三個表面係以一反射角相對於彼此成角度。
  8. 如請求項7之輻射源，其中該反射角係在210度至240度之範圍中。
  9. 如請求項2之輻射源，其中該基座包括用於接納該罩蓋之一對應表面之一平面罩蓋安裝區域，其中該平面罩蓋安裝區域平行於該目標照明平面。
  10. 如請求項1或2之輻射源，其中該基座及該罩蓋具有一介面，該介面包括經組態以與該基座中之一或多個嵌合特徵嵌合的該罩蓋之一或多個正或負特徵。
  11. 如請求項1或2之輻射源，進一步包括經組態以依一壓縮關係固持該罩蓋及該基座之一或多個夾箝。
  12. 如請求項1或2之輻射源，其中罩蓋包括一或多個稜鏡及/或折射結構。
  13. 如請求項12之輻射源，其中該罩蓋包括一或多個圓柱形菲涅爾透鏡。
  14. 如請求項1或2之輻射源，其中該基座包括面向該印刷板之用於接納包括該複數個LED之該一或多個電路板之一矩形LED安裝表面。
  15. 如請求項14之輻射源，其中該散熱片包括經連接至該矩形安裝表面之一下側之一下側部分，其中該矩形安裝表面具有大於該下側部分之一寬度之一寬度，且該等LED係以包含跨該矩形安裝表面之該寬度分佈之複數個LED之一陣列分佈。
  16. 如請求項15之輻射源，其中該陣列係五個LED寬。
  17. 如請求項15之輻射源，其中該源經組態以替換包括具有一直徑之一管之一螢光燈泡，且該矩形安裝表面之該寬度大於該管之該直徑。
  18. 如請求項2之輻射源，其中該基座包括面向該目標照明平面之一前部分，及背對該目標照明平面之一下側部分，其中該下側部分具有界定一半圓柱體之一幾何形狀。
  19. 如請求項18之輻射源，其中該散熱片界定彼此經以界定該半圓柱形幾何形狀之徑向邊緣來間隔開的複數個鰭片。
  20. 如請求項1或2之輻射源，其中該源經組態以替換具有一指定長度及在相對端處之經組態以被安裝於各自插座中之一組電連接器的一螢光燈泡，該源具有該指定長度及經組態以被安裝於該等各自插座中之該組電連接器。
  21. 如請求項20之輻射源，進一步包括用於控制經安置於該源中之該複數個LED之輸出的控制電子器件。
  22. 如請求項21之輻射源，進一步包括經連接至該等控制電子器件且經組態以接收用於操作該等控制電子器件之一信號之一遠端控制接收器。
  23. 如請求項1之輻射源，其中該等LED具有一紫外光中心發射波長，該基座包括面向該印刷板之用於接納包括該複數個LED之該一或多個電路板之一矩形LED安裝表面，該複數個LED係以跨該矩形安裝表面之該長度及該寬度之一陣列來分佈，該罩蓋係矩形的，且該輻射源具有經組態以與一第二組嵌合電連接器介接之一第一組電連接器，用於將該輻射源連接至一電源及與一電源斷開連接。
  24. 一種包括複數個如請求項1至23中任一項之輻射源之曝光系統。
  25. 如請求項24之曝光系統，進一步包括用於在對應於該複數個輻射源之該目標照明平面中接納一印刷板之一基板。
  26. 如請求項25之曝光系統，進一步包括用於發送信號至該複數個輻射源中之複數個遠端控制接收器之一遠端控制傳輸器，該遠端控制傳輸器具有用於接收待傳輸至該等遠端控制接收器之資訊的一或多個輸入端。
  27. 如請求項26之曝光系統，其中該一或多個輸入端包括用於設定該等輻射源之一所欲照明強度之一控制面板。
  28. 如請求項26或27之曝光系統，進一步包括用於偵測藉由該複數個輻射源之一或多者發射之一輻射強度的一或多個光電偵測器，各光電偵測器經組態以提供一回饋信號至該遠端控制傳輸器的該一或多個輸入端，其中該等控制電子器件經組態以使用該回饋信號用於控制由該複數個輻射源之該一或多者發射的該強度。
  29. 如請求項24或25之曝光系統，其包括在該基板之一第一表面上方間隔之一第一組源。
  30. 如請求項29之曝光系統，其中該基板係對光化輻射透明或半透明，該曝光系統進一步包括與在該基板之與該第一表面相對之一第二表面下方間隔之一第二組源。
  31. 如請求項24或25之曝光系統，其中該曝光系統包括經組態以搭配螢光管使用之一外殼，其中該等源替換該等螢光管。
  32. 如請求項31之曝光系統，其中該等源具有介於相鄰源之軸之間之一預定間距，該預定間距界定相鄰源之相鄰邊緣之間之一間隙，其中該等源之間的該間隙係小於該等源替換之該等螢光管之間的一對應間隙。
  33. 一種使一印刷板曝光之方法，該方法包括：將一印刷板放置於如請求項20至29中任一項之曝光系統中之目標照明平面上；及啟動該等輻射源以提供引導於該板處之光化輻射。
  34. 如請求項33之方法，進一步包括：量測該目標照明平面處之輻照度；及基於該經量測之輻照度來控制該等輻射源之一或多者中的複數個LED的強度。
  35. 如請求項34之方法，其中控制該複數個LED之該強度包含：補償由該複數個LED老化引起之輸出功率衰減。
  36. 如請求項34或35之方法，其中控制一第一源中之該複數個LED之該強度包含：補償該第一源中之該等LED之效能特性相對於一第二源中之各自複數個LED之效能特性的差異。
  37. 如請求項34或35之方法，其中控制該複數個LED之該強度包含：根據應用要求來調整輻射輸出。
  38. 如請求項37之方法，其中根據應用要求來調整輻射輸出包含：提供用於在該印刷板中產生圓形頂部點之一第一曝光特性及用於在該印刷板中產生平坦頂部點之一第二曝光特性。
  39. 如請求項37之方法，其中根據應用要求來調整輻射輸出包含：提供具有一第一強度之一第一曝光，其後接著為具有高於該第一強度之一第二強度之一第二曝光。
  40. 如請求項39之方法，其中該第一曝光結合該第二曝光一起提供使該板固化所需之能量之一總量。
  41. 一種包括如請求項1至23中任一項之輻射源之一或多者之曝光系統，其進一步包括：一感測器，其經組態以量測由該一或多個輻射源之各者發射的輻照度；及一控制器，其經組態以基於該經量測之輻照度來控制該一或多個輻射源之各者的強度。
  42. 如請求項41之曝光系統，其中該控制器經組態以控制一第一源之該強度，以補償該第一源之效能特性相對於一第二源之效能特性之一差異。
  43. 如請求項41之曝光系統，其中該控制器經組態以控制一第一源之該強度以補償該第一源之效能特性隨時間之一變化。
  44. 如請求項41之曝光系統，其中該曝光系統包括第二組電連接器及電源。
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