專(zhuān)利名稱(chēng)：用于膠印機(jī)的uv led面光源及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于膠印機(jī)的UV LED面光源及其制作方法，其發(fā)出感光膠中感光 劑敏感波長(zhǎng)的紫外光，使得聚乙烯醇與敏感光劑相結(jié)合，產(chǎn)生不溶于水的固體物質(zhì)。光源的 光譜峰值波長(zhǎng)為200nm 450nm紫外光區(qū)和紫光區(qū)的某個(gè)特定波長(zhǎng)。
背景技術(shù)：
目前，用于膠印印刷的紫外光源主要是碘鎵燈、超高壓水銀燈等傳統(tǒng)的紫外光源。 隨著在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的紫外固化光源日益暴露出一些缺點(diǎn) (1)碘鎵燈、超高壓水銀燈等傳統(tǒng)的紫外光源需采用高壓驅(qū)動(dòng)，耗電高，電源功率 多為幾十千瓦，并且開(kāi)機(jī)后預(yù)熱，壽命不長(zhǎng)。 一般工作1000小時(shí)左右就要更換燈管。而無(wú) 極燈由于微波傳送通道的需要，燈具體積較大，價(jià)格昂貴。 (2)碘鎵燈、超高壓水銀燈等傳統(tǒng)的紫外光源波長(zhǎng)范圍大，放熱量大，固化效率較 低。表面看來(lái)碘鎵燈、超高壓水銀燈等傳統(tǒng)的紫外光源產(chǎn)生的UV光亮度和熱量很高，其實(shí) 該光源光譜很寬，真正用于感光固化的紫外光譜段只占其中一部分能量，而很大一部分是 可見(jiàn)光和紅外輻射光，無(wú)功效光很多。 (3)碘鎵燈、超高壓水銀燈等傳統(tǒng)的紫外光源均需要配置冷卻設(shè)備。冷卻設(shè)備的體 積往往遠(yuǎn)于光源本身，致使輔助裝備多，操作復(fù)雜，同時(shí)提高了運(yùn)行成本。另外，冷卻備的性 能對(duì)光源的正常運(yùn)行起著重要作用，并將直接影響固化效果。 (4)輻照不均勻。碘鎵燈、超高壓水銀燈等傳統(tǒng)的紫外光源燈管長(zhǎng)度方向，兩端的 發(fā)光強(qiáng)度較中間部分弱，不能均勻發(fā)光，無(wú)法達(dá)到對(duì)平面物體均勻照射，使得固化材料吸收 的光強(qiáng)不同，影響固化效果。 (5)可調(diào)性差。碘鎵燈、超高壓水銀燈等傳統(tǒng)的紫外光源輻照強(qiáng)度調(diào)節(jié)一般是通過(guò) 改變多燈管光源中點(diǎn)亮燈管的數(shù)目來(lái)實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)輻照強(qiáng)度在有限幾個(gè)值之間轉(zhuǎn)變，應(yīng)用不 夠靈活。例如，對(duì)于曲面物體各位置只能"一刀切"同等對(duì)待，發(fā)射固定的紫外光，致使曲面 不同位置吸收的光強(qiáng)有明顯差異；而針對(duì)不同輻照要求的UV材料，也無(wú)法依照材料的需求
調(diào)整輻射強(qiáng)度。 半導(dǎo)體發(fā)光器件大功率UV LED由于具有體積小、耗電少、壽命長(zhǎng)、放熱少且無(wú)需專(zhuān) 門(mén)配置冷卻設(shè)備、光譜集中、固化效率高和綠色環(huán)保等特性，可用于作為曬版機(jī)制版工藝的 理想光源，其發(fā)光原理為在以空穴為主的P型半導(dǎo)體和以電子為主的N型半導(dǎo)體之間有一 個(gè)過(guò)渡層，稱(chēng)為PN結(jié)。在PN結(jié)處，空穴和電子復(fù)合時(shí)以光子的形式把多余的能量釋放，發(fā) 出一定波長(zhǎng)的光。光的波長(zhǎng)與現(xiàn)成PN結(jié)的材料有關(guān)。為了提高感光膠的效率，同時(shí)降低能 耗，本發(fā)明提供一種輻照均勻穩(wěn)定并且靈活可調(diào)的基于大功率UV LED紫外光源，其主要發(fā) 出適合于感光膠中感光劑吸收的光(光譜為200 450nm的紫外光和紫光區(qū)，峰值波長(zhǎng)為 200nm 450nm區(qū)間的某個(gè)波長(zhǎng)，例如峰值波長(zhǎng)為403nm或者417nm的光源)，減少其它波 段的光，提高膠印機(jī)印刷效率，降低成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種輻照均勻穩(wěn)定并且靈活可調(diào)的用于膠印機(jī)的UV LED面光源系統(tǒng)， 其主要發(fā)出感光膠中感光劑敏感的光(位于光譜為200nm 450nm的紫外光和紫光區(qū))，減 少其它波段的光，提高膠印機(jī)印刷效率，降低固化成本。 本發(fā)明人為了達(dá)成上述目的而進(jìn)行專(zhuān)心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)一定的比例集成 200nm 450nm波段內(nèi)的發(fā)出某些特定波長(zhǎng)的光的大功率LED,所集成的各大功率LED采用 混聯(lián)的形式，并且采用有效的光學(xué)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)可以解決上述課題，從而 完成了本發(fā)明。 即，本發(fā)明用于膠印機(jī)的UV LED面光源系統(tǒng)，其特征在于，包括用于固定大功率UV LED芯片固定基板、在基板上側(cè)配置的驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)以及散熱系統(tǒng)。
同現(xiàn)有的固化光源相比，用膠印機(jī)的UV LED面光源系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)膠印機(jī)的 UV LED面光源既可以為點(diǎn)光源，也可以為線(xiàn)光源和面光源，主要發(fā)出適合感光膠中感光劑 吸收波長(zhǎng)的光，減少或者避免光感光劑不吸收的波段的光。具有壽命長(zhǎng)、能耗低、環(huán)保、高 效、無(wú)污染，基本上不發(fā)熱，發(fā)出的光基本上位于紫外光波段內(nèi)等特點(diǎn)。


圖1 :用于膠印機(jī)的UV LED面光源模組芯片固定基板
圖2 :用于膠印機(jī)的UV LED面光源模組硅樹(shù)脂密封框；
圖3用于膠印機(jī)的UV LED面光源封裝模組
圖4:散熱系統(tǒng)；
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明的
具體實(shí)施例方式
1、UV LED面光源芯片固定基板 UV LED面光源芯片固定基板用于固定發(fā)出位于200nm 450nm波段內(nèi)的各種波長(zhǎng) 的大功率LED芯片，為板狀部件。 UV LED面光源芯片固定基板的底部主體材料為鋁合金，也可以使用其它熱傳導(dǎo)性 能高的金屬材料或者復(fù)合材料，如紫銅，陶瓷等材料。UV LED面光源芯片固定基板上的芯片 固定位置稱(chēng)為金突點(diǎn)，金突點(diǎn)的基體材料為銅，表層鍍金，也可采用其它熱傳導(dǎo)性能高的材 料且表層鍍金的方式。金突點(diǎn)表層鍍金的作用是當(dāng)采用銀膠粘結(jié)大功率LED芯片時(shí)，可以 有效的增加大功率LED芯片的粘結(jié)效果。金突點(diǎn)和UV LED面光源芯片固定基板的底部主 體材料用耐高溫絕緣膠隔離，UV LED面光源芯片固定基板表層均勻涂敷硅樹(shù)脂膠。
2、驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)為可調(diào)的恒流源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本專(zhuān)利設(shè)計(jì)了負(fù)反饋放大器與恒流器件 相結(jié)合的壓控恒流源。恒流源是由放大器和調(diào)整管組成的電壓-電流變換模塊，采樣電阻 和基于差分大器的反饋網(wǎng)絡(luò)組成的負(fù)反饋回路。正常工作時(shí)，流過(guò)大功率LED的負(fù)載電流 I經(jīng)采樣電阻產(chǎn)生采樣電壓，通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)將其與輸入的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，二者不等時(shí)控 制電壓-電流變換器調(diào)整輸出電流信號(hào)，從而改變采樣電阻的壓降，直至采樣壓與基準(zhǔn)電 壓之差為零。恒流源的輸出電流僅由基準(zhǔn)電壓和采樣電阻決定，而和負(fù)載電阻的變化無(wú)關(guān)。單片機(jī)控制系統(tǒng)只需調(diào)整基準(zhǔn)電壓輸出電流。 采用集成運(yùn)算放大器和大功率管做主要器件。集成運(yùn)放工作在閉環(huán)狀態(tài)，外接少 數(shù)幾個(gè)電阻，構(gòu)成具有深度負(fù)反饋的放大器，因而可用作恒流源。用集成運(yùn)算放大器作比較 器，有助于提高恒流源的各項(xiàng)性能指標(biāo)。調(diào)整管采用大功率MOS增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。場(chǎng)效應(yīng) 管不同于三極管，采用半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行工作，是電壓控制器件，由于它的柵極處 于絕緣狀態(tài)，輸入電阻大大提高，可以有效的提高恒流源的輸出精度。
3、光學(xué)系統(tǒng) 光學(xué)系統(tǒng)可以將UV LED面光源發(fā)出的紫外光集中用于感光膠中感光劑吸收。從 大功率LED發(fā)出的紫外光本身為發(fā)散光，其發(fā)散角取決于選取的大功率LED技術(shù)參數(shù)，這時(shí) 輻射范圍較大，光功率密度低，單管大功率LED輻射功率一般很難滿(mǎn)足實(shí)用要求。因此，必 須對(duì)大功率LED陣列的發(fā)光進(jìn)行有效處理，以保證足夠的輻射強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)快速有效的膠印印 刷效率，是膠印機(jī)的UV LED面光源系統(tǒng)的重要組成部分。 本系統(tǒng)采用了兩片式準(zhǔn)直系統(tǒng)與陣列排布相結(jié)合的方式，利用空間大功率LED陣 列分布的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)全部大功率LED在輻照面上的光功率累加。將大功率LED排布 在基板上，采用材料為石英玻璃、形狀為橢圓面、具有角度調(diào)節(jié)功能的反射聚焦光學(xué)鏡面， 合理計(jì)算空間排布結(jié)構(gòu)尺寸可以有效地對(duì)輻照光斑尺寸及均勻性等光束質(zhì)量進(jìn)行控制。同 時(shí)，通過(guò)可控恒流源調(diào)節(jié)陣列中各大功率LED驅(qū)動(dòng)電流可以控制輻照面的形狀以及輻照面 上各處的光功率密度，實(shí)現(xiàn)輻照度可調(diào)的點(diǎn)光源，線(xiàn)光源和面光源。
4、散熱系統(tǒng) 散熱系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)膠印機(jī)的UV LED面光源的有效散熱，提高該新型紫外光源的壽 命和發(fā)光效率。在外加電場(chǎng)的作用下，電子與空穴復(fù)合時(shí)，只有20% 30%的能量轉(zhuǎn)化為 光能，其它能量以熱量的形式散發(fā)出去。散熱系統(tǒng)采用銅材料或者鋁材料或者陶瓷材料， 或者是以上幾種材料按照一定比例混合后形成的材料。本散熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式將大功率UV LED封裝模組通過(guò)螺釘緊密的固定在散熱基座上，在散熱基座的背面固定工作電壓為直流 或者交流的風(fēng)扇進(jìn)行吸風(fēng)或者吹風(fēng)、或者水循環(huán)進(jìn)行散熱。
權(quán)利要求
用于膠印機(jī)的UV LED面光源，是一種直接產(chǎn)生紫外線(xiàn)光的半導(dǎo)體發(fā)光器件，屬于膠印印刷領(lǐng)域，主要特點(diǎn)是按照一定的比例集成發(fā)光波長(zhǎng)為200nm至450nm的大功率LED芯片形成峰值波長(zhǎng)為400nm-420nm波段內(nèi)某個(gè)波長(zhǎng)的具有一定功率的面光源或者線(xiàn)光源。主要包括固態(tài)半導(dǎo)體發(fā)光面光源或者線(xiàn)光源、散熱基座、驅(qū)動(dòng)電源以及光學(xué)聚焦系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于膠印機(jī)的UV LED面光源，其特征是在配置發(fā)光層時(shí)，產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的大功率LED芯片按照一定的比例配置，主要以發(fā)光波長(zhǎng)為200nm至450nm波段內(nèi)某個(gè)波長(zhǎng)(比如403nm、417nm)的大功率LED芯片為主，200nm至450nm波段內(nèi)其它波長(zhǎng)的大功率LED芯片為輔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于膠印機(jī)的UV LED面光源，其特征是在配置發(fā)光層時(shí)，各種不同發(fā)光波長(zhǎng)的大功率LED芯片采用先串聯(lián)后并聯(lián)或者先并聯(lián)后串聯(lián)的形式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于膠印機(jī)的UV LED面光源，其特征是散熱基座采用紫銅材料或者鋁材料或者陶瓷材料，或者是以上幾種材料按照一定比例混合后形成的材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于膠印機(jī)的UV LED面光源，其特征是散熱基座后面固定有散熱風(fēng)扇進(jìn)行冷卻。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于膠印機(jī)的UV LED面光源，其特征是驅(qū)動(dòng)電源采用恒流源驅(qū)動(dòng)或者恒壓驅(qū)動(dòng)，可以根據(jù)固化材料的不同通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電源的輸出功率來(lái)調(diào)整UVLED面光源或者線(xiàn)光源的輻射強(qiáng)度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于膠印機(jī)的UV LED面光源，其特征是該光源的應(yīng)用對(duì)象是感光膠體對(duì)200nm至450nm波段內(nèi)的某個(gè)波長(zhǎng)的光比較敏感，如波長(zhǎng)為403nm、417nm、420nm的光波。感光膠中的感光劑吸收特定波長(zhǎng)的紫外光后迅速發(fā)生交聯(lián)聚合固化反應(yīng)，產(chǎn)生不溶于水的固體物質(zhì)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于膠印機(jī)的UV LED面光源，其特征是光學(xué)聚焦系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)固化光源系統(tǒng)輻射到被固化基材面的輻射強(qiáng)度，以及輻射面積的大小。本專(zhuān)利涉及用于膠印機(jī)的UV LED面光源及其制作方法，具有實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的人應(yīng)該懂得對(duì)本專(zhuān)利權(quán)利要求作適當(dāng)?shù)男薷?，也在本?zhuān)利保護(hù)之內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于膠印機(jī)的UV LED面光源，是一種直接產(chǎn)生紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光器件，屬于膠印機(jī)印刷領(lǐng)域，主要特點(diǎn)是按照一定的比例集成發(fā)光波長(zhǎng)為200nm至450nm的大功率LED芯片形成峰值波長(zhǎng)為200nm至450nm波段中某個(gè)波長(zhǎng)的面光源或者線(xiàn)光源，光源的發(fā)射光譜同感光膠材料中的感光劑的吸收光譜相匹配，即UV LED面光源發(fā)射的波長(zhǎng)較為集中地分布在感光劑吸收波長(zhǎng)周?chē)梢杂行У靥岣呶章?，高效的觸發(fā)感光膠中的感光劑，通過(guò)感光劑和紫外光的作用，使得膠體與感光劑相結(jié)合，便產(chǎn)生不溶于水的固體物質(zhì)。由于面光源或者線(xiàn)光源是LED半導(dǎo)體光源組件，和超高壓水銀燈及碘鎵燈相比，不會(huì)產(chǎn)生紅外光造成得能量損失，耗損及小，而且溫升不大，不用考慮溫度對(duì)印刷材料的影響，無(wú)毒物，為綠色產(chǎn)品；在實(shí)際使用中可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成線(xiàn)、面以及立體等任何幾何形狀。本發(fā)明具有很強(qiáng)的使用性和顯著的經(jīng)濟(jì)效益、產(chǎn)業(yè)革新效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)F21Y105/00GK101706065SQ200910199600
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者徐志平 申請(qǐng)人:徐志平