油墨固化用紫外LED曝光设备取得重要进展
【中科院重庆绿色智能技术研究院尹韶云研究员团队】



        紫外固化油墨具有抗污染、抗磨损、可快速固化、生产效率高、印刷适应性好等优点,在印刷行业中得到了广泛的应用。在紫外光的照射下,油墨中的可固化物质发生交联聚合反应,在极短时间内由液态转变成固态。这一过程中,光引发剂是引发油墨固化的关键,其紫外吸收光带为250 nm~400 nm,目前印刷机通常用汞灯照射来引发固化,其光谱覆盖200  nm~400 nm的几乎全紫外波段。然而,汞灯有污染,寿命短,有效的紫外线产生效率很低,而且售价高,功耗大。紫外LED作为一种新兴的紫外光源,具有发光效率高、寿命长、绿色环保等诸多优点,替代汞灯光源指日可待。但LED为窄带光源(±5 nm),光谱难以与紫外油墨的光引发剂完全兼容,如何将多种波长的紫外LED发出的紫外线进行均匀混光是紫外LED光源实现高效油墨固化的关键。


        中国科学院重庆绿色智能技术研究院尹韶云研究员团队致力于UVLED光刻和固化光源系统的研究,将微光学多自由曲面LED精确配光技术应用于紫外光学系统,突破了LED光学扩展量求解与束角变换理论、微光学/自由曲面紫外光学元件批量加工、检测技术等多项关键技术,将UVLED成功应用于紫外光刻和油墨固化领域,研制了用于PCB/触摸屏/液晶屏制造的平行光曝光设备汞灯替换用UVLED光源、掩模对准光刻机用4~12英寸UVLED曝光模组、基于DMD投影光刻的UVLED照明头和多波长紫外投影镜头以及手机曲面屏油墨固化用UVLED光源模组等多种产品,在多家上市公司和研究院所获得成功应用。相对于汞灯光源,研制的产品不仅加工能力和稳定性获得大幅提升,还有效避免了汞对环境的污染,光源寿命延长为原来的二十倍以上,耗电量降为原来的十分之一,为用户节约了大量的生产成本。相关研究发表文章8篇,申请专利12项,成果有效推动了UVLED在光刻曝光、油墨固化等领域的应用,对完全淘汰汞灯光源,使我国相关产业的制造生产满足《水俣公约》具有重要意义。


    

团队研发的部分UVLED曝光固化产品照片。(a)研制的掩模对准光刻机用4英寸UVLED平行光曝光头;(b)用于替换平行光曝光机用5 kW、8 kW汞灯的UVLED光源模组;(c)研制的手机曲面屏油墨固化用UVLED光源模组

 

研究团队简介
中国科学院重庆绿色智能技术研究院集成光电技术研究中心主要从事微纳光学与自由曲面光学研究,目前中心有四名高级职称人员和多名中初级科研人员,专业方向涉及光学、机械和电子,研究应用领域包括LED照明与应用、光刻曝光装备与工艺、轻量化光学系统和生物医疗装备等。承担了院企合作、国家自然基金、西部之光、国防预研、重庆市重点产业专项等项目,目前发表文章50余篇,申请专利20余项。

相关论文
陈忠雨, 江海波, 孙秀辉, 等. 阵列型多波长紫外LED油墨固化系统设计[J]. 光电工程, 2019, 46(2): 180252.
DOI: 10.12086/oee.2019.180252