[發明專利]用于固化和表面改性的固態光源

有效

• 申請號: 200680028627.1
• 申請日: 2006-06-06
• 公開（公告）號: CN101238324A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 杰弗里·奧卡米奇;米奧德拉格·切凱西;鮑里斯·蓋勒;馬克·W.·拉克曼
• 申請（專利權）人: 熔融UV體系股份有限公司
• 主分類號: F21K7/00
• 分類號: F21K7/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 李玲

技術領域

本發明涉及一種提供充分改進的輻射束的裝置和方法，以用于處理表面、薄膜、涂層、流體或物體。更具體地，本發明涉及一種裝置和方法，該裝置和方法用于光學上組合至少兩個陣列的固態光發射器的光輸出，以產生具有被選擇用于要求大范圍波長的選定光譜的光束，從而改進或加速可控輻照度下的處理過程。

背景技術

輻射能用于處理表面、膜、涂層、覆蓋層(over?layer)、粒狀材料(bulkmaterial)的各種制造工藝。具體工藝包括但不限于固化、固定、聚合、氧化、凈化或消毒。作為例子，汽車部件的制造包括為了包括抗腐蝕、裝飾或表面防護(例如抗劃傷)的各種目的而在車輛表面上應用底漆、涂漆或清漆。涂層或漆是樹脂或聚合物基材料，它們作為液體或粉末來應用且需要熱或輻射能處理來變成固體。通過熱方法來處理涂層或涂漆很慢，且需要數分鐘至數小時的時間來完成。此外，某些材料(例如基底或涂層部件)可能熱敏的，且可能會被熱處理破壞。

使用輻射能來聚合或產生期望的化學改變的非熱固化與熱處理相比是快速的。在固化優先可發生于應用輻射處的意義上，輻射固化還能夠局部化。固化還能夠被局限在涂層或薄膜至界面區域的范圍內或在大部分涂層或薄膜內。固化工藝的控制可通過選擇輻射源類型、物理性能(例如光譜特性)、時間變化或固化化學性質(例如涂層組成)來實現。

各種各樣的輻射源用于各種目標的固化、固定、聚合、氧化、凈化或消毒。這種源的實例包括但不限于光子、電子或離子束源。典型的光子束源包括但不限于弧光燈、白熾燈、無電極燈以及各種電子源(即激光器)和固態源(即固態激光器、發光二極管和二極管激光器)。具體輻射源對應用的選擇隨處理工藝的要求和輻射源的特性而定。這些特性涉及但不限于源的物理性能、它的效率、經濟、或處理工藝或目標的特性。例如，弧光燈或射頻或微波驅動“無電極”紫外線源有效地產生應用于許多“工業”過程中的高能級輻射功率，在這些“工業”過程中，需要在大面積上使用顯著能級輻照度或能量密度的快速處理?；」鉄艋驘o電極燈需要高電壓、微波或射頻能量供應以及在微波驅動系統情況下的微波管(即磁控管)。這些大功率燈也需要冷卻和排熱系統。這種工作要求將這種光子源的應用限制到能滿足這種需要的場合。

弧光燈和無電極燈的光譜發射由燈所工作的條件、用來填充燈泡的具體氣體、和置于燈泡中的各種添加物的選擇來控制。本領域的技術人員配制了滿足許多光化工藝固化需要的具體燈填料，但是在某些光譜范圍內，間隙存在于譜段之中。

固態光源例如但不限于發光二極管(LED)、二極管激光器、二極管泵浦激光器(diode?pumped?laser)和閃光燈泵浦固態激光器(flash?lamp-pumpedsolid-state?laser)，這些固態光源提供能夠調整到所需要的波長或能夠被組合成陣列以為需要寬帶源的應用提供多波長源的發射源。固態源技術的發展提供了適合作為輻射處理源的高亮度紫外線LED。

目前，發射少至370nm輸出的輻射的商業UV發射二極管可以從Nichia、Cree、Agilent、Toyoda?Gosei、Toshiba、Lumileds和UniroyalOptoelectonics(Norlux)得到。

UV發射LED和激光二極管用大帶隙基質材料來構成。InGaN基材料可用于在370nm至520nm范圍內的峰值波長(例如，從紫外線(UV-A)到可見綠光)發射的LED。GaN帶隙是3.39eV且能夠容納大到363nm的發光躍遷。將In置換到GaN基質內提供了可在少至370nm的紫外線下輻射的局部態。

其他氮化物材料例如InAlGaN能夠在短到315nm的波長下發射紫外線輻射。InAlGaN已經用來制造在315nm至370nm范圍內工作的高亮度LED和激光二極管。Hirayama等(Appl.Phys.Lett，80，207(2002))報道了運用InxGa1-xN的分層結構或在AlxGa1-xN(x＝0.12-0.4)上生長的四元InxAlyGa1-x-yN的裝置已經用在多量子阱結構中，以產生將在330nm的可比通量發射到在415-430nm下工作的InGaN裝置的源。Hirayama等(Hirayama等，Appl.Phys.Lett，80，1589(2002))還報道了室溫LED源，室溫LED源使用了改進的多量子阱(MQW)結構和InAlGaN材料，InAlGaN材料在320nm發射強UV輻射和在300nm發射有效發射。