[发明专利]UV LED固化组件

说明书

技术领域

本发明涉及诸如在用于多种衬底材料上的墨快速固化等的印刷和涂布行业中使用的固化组件。在固化过程期间，衬底在细长辐射源下面的路径中移动，使得衬底上的涂层被来自该源的辐射所照射以在连续的过程中使涂层固化。该衬底可以是连续的，或者包括连续地馈送通过源的多个片材(sheet)。 

背景技术

众所周知的是通过施加来自一个或多个中压汞蒸气紫外线灯的紫外线辐射来固化衬底上的墨。还众所周知的是在具有反射器的组件中提供每个灯，该反射器包括部分地围绕灯以便将来自灯的辐射反射到衬底上的反射表面。反射表面具有一般为椭圆形或抛物线形的凹剖面，灯被安装在剖面的对称中心线上并邻近于顶点。 

反射器增加由可固化涂层接收到的辐射的强度。辐射到涂层中的穿透是固化的重要因素，并且虽然穿透随着不同的色彩和材料而变，但强度越高，则穿透越好。 

汞灯的一个缺点是其产生大量的热量和IR辐射，这可能例如通过翘曲和/或变形而损坏正在被固化的衬底。另一缺点是汞灯的慢起动，其可能花费一至两分钟的时间达到工作温度。作为近年来的结果，对使用UVLED作为用于固化应用的UV辐射源已经存在很大兴趣，因为UV LED的性能已经增加至其为汞灯的可行的替换的程度。 

然而，UV LED本身具有问题，其中之一是将足够的辐射聚焦到正在被固化的衬底上的能力。在使用中的许多打印器中其中辐射源与衬底之间的距离在30至50mm范围并且一些情况下距离是100mm。因此，跨越至少50mm的间隙有效地提供辐射是必要的。 

已知使用具有与汞灯所采用的那些类似形式的UV LED的反射器。然而，这在诸如50mm的大间隙处未提供足够的辐射强度。一定距离处的光强度也是已知系统存在的问题，在所述已知系统中LED提供有单独透镜或LED被布置成行且为每行提供了透镜。 

发明内容

本发明提供了固化组件，其包括UV LED的至少一个阵列、部分地围绕该阵列并具有用于朝向衬底(其被支撑在接收通过开口发射的辐射以便固化其上面的涂层的位置)的辐射发射的开口的具有细长反射表面的反射器、以及在所述阵列与所述开口之间的透镜。 

已经发现，反射器和透镜的组合使得即使在高的源-衬底距离下也能够高效地产生辐射密集射束。该组合得到非常紧凑的高效光学系统。 

在一个优选实施例中，反射表面具有两个焦点，并且阵列位于一个焦点处且衬底支撑位置在另一个焦点处。这产生来自阵列的辐射到衬底支撑位置上的良好聚焦。然而，连续地发散的直接射束不来到反射表面焦点。透镜为这些直接射束而提供，并且优选地其和反射表面在衬底支撑位置处具有公共焦点。 

反射表面被成形并定位为使得不通过透镜的辐射的反射最大化并使得被反射回到透镜的辐射的量最小化。可以将反射表面设计为以椭圆或弧形的形式满足这些标准。 

透镜可以是圆柱棒。可替换地，透镜可以是半圆形截面的棒，其可以设置有邻近于阵列的曲面。在任一情况下，该棒优选地由石英形成(由于其高折射率和良好的UV光透射)。在两个替换的情况下，透镜在形式上是简单的，并且提供起来很便宜。 

可替换地，透镜可以是被布置为将辐射聚焦在衬底支撑位置处的会聚透镜。透镜将被打磨或成形为充当成对的眼镜式样。虽然这是更加昂贵的选择，但其能够产生大的固化效率。 

可以以外部区域中的LED比其它LED更紧密地在一起的图案来布置LED。可以存在中心区域，其中LED被相对于其它LED旋转(优选 地旋转45度)，和/或中心区域中的LED可以与其它LED更远地间隔开。 

在一个实施例中，外部区域可以包括两行或更多行LED，并且在每个外部区域与中心区域之间可以存在中间区域，在那里以交错的行布置LED。 

UV LED的使用存在的一个问题是LED的过热，因为其被以高电流驱动。一般地，LED仅有25％的效率，热量占另外的75％。另一个是在阵列的外部区域处发生的不可避免的UV减弱，这常常称为“末端效应”。 

优选模式克服了这些问题。外部区域中的LED或管芯的更紧密定位抵消了“末端效应”。使其它LED的间距更高产生更好的热传递和来自一个管芯的热量对相邻管芯的减少的影响。在中心定位的LED的旋转和间距允许敷设电路迹线并在中心提供最大热传递效率。 

阵列模式具有15％至50％之间、优选为20％至38％之间的封装密度，封装密度定义为：