在此描述的系统和方法涉及能够产生用于但不限于表面、粒状材料、膜和涂层的处理的辐射束的固态光源。固态紫外线源光学上组合至少两个且优选地多达四个独立可控离散固态光发射器的光输出，以在波长的大范围内（即深ＵＶ至接近ＩＲ）产生具有可控多波长光谱的光束。这种光源的具体特征允许光的光谱、空间和时间分布的变化以用在固化、表面改性和其他用途中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种提供充分改进的辐射束的装置和方法，以用于处理表 面、薄膜、涂层、流体或物体。更具体地，本专利技术涉及一种装置和方法，该 装置和方法用于光学上组合至少两个阵列的固态光发射器的光输出，以产生 具有被选择用于要求大范围波长的选定光谱的光束，从而改进或加速可控辐 照度下的处理过程。
技术介绍
辐射能用于处理表面、膜、涂层、覆盖层(over layer)、粒状材料(bulk material)的各种制造工艺。具体工艺包括但不限于固化、固定、聚合、氧 化、净化或消毒。作为例子，汽车部件的制造包括为了包括抗腐蚀、装饰或 表面防护(例如抗划伤)的各种目的而在车辆表面上应用底漆、涂漆或清漆。 涂层或漆是树脂或聚合物基材料，它们作为液体或粉末来应用且需要热或辐 射能处理来变成固体。通过热方法来处理涂层或涂漆很慢，且需要数分钟至 数小时的时间来完成。此外，某些材料(例如基底或涂层部件)可能热敏的， 且可能会被热处理破坏。使用辐射能来聚合或产生期望的化学改变的非热固化与热处理相比是 快速的。在固化优先可发生于应用辐射处的意义上，辐射固化还能够局部化。 固化还能够被局限在涂层或薄膜至界面区域的范围内或在大部分涂层或薄 膜内。固化工艺的控制可通过选择辐射源类型、物理性能(例如光谱特性)、 时间变化或固化化学性质(例如涂层组成)来实现。各种各样的辐射源用于各种目标的固化、固定、聚合、氧化、净化或消毒。这种源的实例包括但不限于光子、电子或离子束源。典型的光子束源包 括但不限于弧光灯、白炽灯、无电极灯以及各种电子源(即激光器)和固态 源(即固态激光器、发光二极管和二极管激光器)。具体辐射源对应用的选 择随处理工艺的要求和辐射源的特性而定。这些特性涉及但不限于源的物理 性能、它的效率、经济、或处理工艺或目标的特性。例如，弧光灯或射频或 微波驱动"无电极"紫外线源有效地产生应用于许多"工业"过程中的高能 级辐射功率，在这些"工业"过程中，需要在大面积上使用显著能级辐照度 或能量密度的快速处理。弧光灯或无电极灯需要高电压、微波或射频能量供 应以及在微波驱动系统情况下的微波管(即磁控管)。这些大功率灯也需要 冷却和排热系统。这种工作要求将这种光子源的应用限制到能满足这种需要 的场合。弧光灯和无电极灯的光谱发射由灯所工作的条件、用来填充灯泡的具体 气体、和置于灯泡中的各种添加物的选择来控制。本领域的技术人员配制了 满足许多光化工艺固化需要的具体灯填料，但是在某些光谱范围内，间隙存 在于谱段之中。固态光源例如但不限于发光二极管(LED)、 二极管激光器、二极管泵浦 激光器(diode pumped laser)和闪光灯泵浦固态激光器(flash lamp-pumped solid-state laser),这些固态光源提供能够调整到所需要的波长或能够被 组合成阵列以为需要宽带源的应用提供多波长源的发射源。固态源技术的发 展提供了适合作为辐射处理源的高亮度紫外线LED。目前，发射少至370nm输出的辐射的商业UV发射二极管可以从Nichia、 Cree 、 Agilent 、 Toyoda Gosei 、 Toshiba 、 L咖ileds 和 Uniroyal Optoelectonics (Norlux)得至lj。UV发射LED和激光二极管用大带隙基质材料来构成。InGaN基材料可用 于在370nm至520nm范围内的峰值波长(例如，从紫外线(UV-A)到可见绿 光)发射的LED。 GaN带隙是3.39eV且能够容纳大到363nm的发光跃迁。将 In置换到GaN基质内提供了可在少至370nm的紫外线下辐射的局部态。其他氮化物材料例如InAlGaN能够在短到315nm的波长下发射紫外线辐 射。InAlGaN已经用来制造在315rnn至370nm范围内工作的高亮度LED和激 光二极管。Hirayama等(Appl. Phys. Lett, 80， 207 (2002))报道了运用 InxGal-xN的分层结构或在AlxGal-xN ( x=0. 12-0. 4 )上生长的四元 InxAlyGal-x-yN的装置已经用在多量子阱结构中，以产生将在330nm的可比 通量发射到在415-430nm下工作的InGaN装置的源。Hirayama等(Hirayama 等，A卯l. Phys. Lett, 80， 1589 (2002))还报道了室温LED源，室温LED 源使用了改进的多量子阱(MQW)结构和InAlGaN材料，InAlGaN材料在320nm 发射强UV辐射和在300nm发射有效发射。Hirayama等(Appl. Phys. Lett, 80， 37 (2002))报道了 AlxGal-xN (A1N) /AlyGal-yNMQWs在230nm至280nm之间呈现有效的光致发光，且该 光致发光与用在目前商业上可得到的紫光二极管中的InGaN基材料的光致发 光一样高。A1N基材料是用于制造工作在UV-B或UV-C范围内的紫外线LED 的可能的候选材料。其他研究者正在研究碳化物和金刚石材料作为深UV基 质，这是基于它们的带隙和A1N的带隙一样大的事实。在蓝、紫和UV-A波长(390nm)下工作的LED的辐射率足以作为"点" 固化源而被用在紫外线和光化固化中。美国专利6,331,111 (Cao)和EP 0-780-1014 (Breuer等)描述了使用由发光二极管或二极管激光芯片(diode laser chip)组成的固态光源的手持便携式点固化光系统(hand held portable spot curing light system)。 Cao的光源可包括发射多、波长的源 以便在光起始剂对不同波长敏感的材料中的许多组分可被立刻固化。在Cao 所描述的优选的实施方案中，光直接传播到固化表面，并不穿过光学装置如 光导(light guide)或光纤。Breuer等描述了被优化来固化牙用树脂且也 扩充了对装置的权利要求的类似设备，其中辐照器是固定式固化装置，这种 固定式固化装置的光源芯片固定到固化室的壁。各种光源已经用于固化复合材料的目的。这些光源包括等离子体、卤素、 荧光和弧光灯。各种激光器已经结合到固化装置中。发射紫外线束的激光器 包括倍频源或再次倍频的源如266mn的Nd-YAG系统、氩离子系统和Nd-YAG泵浦0P0s (光参量振荡器)。Cao引用了美国专利5，420，768、 5,395,768、 5， 890， 794和5， 161,879，在这些专利中，LED已经用作固化光源。美国专利 Nos. 6， 127， 447和5, 169， 675也描述了应用于固化工艺的固态源。处理工艺中需要应用固态源的技术可在用于照明和固态显示的配备LED 和激光二级管的系统的发展中找到。这些系统包括可被结合到手持灯中的 LED照明装置，这些系统由电池产生动力且配备有电子设备，这种电子设备 提供脉冲功率来控制灯泡辐射并补偿在电池放电期间电池电压的减少。公布 的美国专利申请2002/0017844A1讲授了光学系统的使用以改变LED发射器 在显示器中的视域，其中视域受到限制。在已有技术中有许多使用以阵列形式的LED以合成多波长本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种固态光源，其包括： 发光阵列，每一个阵列包括固态光发射器，所述固态光发射器安装成使得每一个发射器离开表面的一侧发射光且具有至少一个波长； 至少一个光学混合器，每一个光学混合器相对于至少一对所述阵列对称设置、反射从所述至少一对对称设置的阵列中的一个发射的光的一部分、以及透射从所述至少一对对称设置的阵列中的另一个发射的光的一部分以混合来自所述至少一对对称设置的阵列的光，从而产生混合光，所述每一个光学混合器用所述混合光辐照表面；以及 外壳，其包括内部的弯曲反射表面，所述外壳包括所述发光阵列和所述至少一个光学混合器，并包括开口，所述混合光从所述开口发射，且所述内部的弯曲反射表面将从所述阵列的所述一侧发射的光的至少一部分向所述表面反射。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里奥卡米奇，米奥德拉格切凯西，鲍里斯盖勒，马克W拉克曼，
申请(专利权)人：熔融UV体系股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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