日本京瓷:最快打印用UV硬化系統 借助紫外LED芯片的高密度封裝實現
摘要: 京瓷面向商務打印機開發出了采用紫外LED的UV硬化系統“KVL-G3系列”,已從2011年7月8日開始銷售。將用于照射紫外線(UV)以硬化和穩定油墨的用途。
據京瓷介紹,與光源采用金屬鹵化物燈(Metal Halide Lamp)的方式相比,新產品可將耗電量削減約70%(100%驅動時),而且外殼容積可降至1/4左右。與京瓷的商用打印機噴頭組合使用后,可以實現 80m/分這一“業界最快的標簽打印”(京瓷)。在光源采用金屬鹵化物燈的方式中,“打印速度最快也只有20~30m/分”(京瓷)。
京瓷首先將面向標簽打印設備,成套銷售噴頭(參閱本站報道)和UV硬化系統,接下來的目標是取代膠印設備的金屬鹵化物燈系統。與金屬鹵化物燈系統相比,雖然新產品的價格較高,但光源壽命長,因此幾乎不會產生燈泡更換費用。另外由于耗電量較低,還可以降低電費,因此可以壓縮運轉成本(Running Cost)。包括初期成本和運轉成本在內的總成本“將在3~4年內低于金屬鹵化物燈的系統”(京瓷)。
圖:左側是UV硬化系統(照射范圍為110mm×48mm),右側是噴頭
據京瓷介紹,由于發熱量較少,可以簡化廢棄設備等的附帶設備。在易用性方面,紫外LED也處于有利地位。金屬鹵化物燈在發光特性穩定之前,從通電開始 “需要20分鐘左右,因此除了使打印機長時間停止工作外,還需要將其維持在點亮狀態。而LED在通電之后,發光特性會立即穩定,可以頻繁地熄燈。所以可以進一步降低打印機的耗電量”(京瓷)。
高密度封裝紫外LED芯片
金屬鹵化物燈的發光光譜范圍較大,從紫外區到紅外區,而此次采用的紫外LED的發光光譜,只在適合UV硬化油墨的385nm附近。因此,能源效率較高,可大幅削減耗電量。另外,京瓷還新開發出了可高密度封裝紫外LED芯片的紫外LED,并提高了光密度。由此,可以縮短UV硬化所需要的時間從而實現高速印刷,并且可以實現外殼容積的小型化。
紫外LED在外形尺寸大概為22mm×24mm(《日經電子》的推算值)的專用陶瓷基板上,封裝了多個紫外LED芯片。這些紫外LED芯片,每個都組合使用了1個微透鏡。每個紫外LED都按照5×4的矩陣狀配置了20個微透鏡。UV照射范圍為寬110mm×長48mm的“KLV-S05E-G3”,將這種紫外LED按照5×2列的方式排列了10個,寬度擴大至兩倍達到220mm×48mm的“KLV-S09E-G3”,按照10×2列的方式排列了20 個紫外LED,220mm×24mm的“KLV-S09E-G3S”單列排列了10個紫外LED,從而獲得了照射面積。
陶瓷基板由京瓷制造。關于外部采購的紫外LED芯片,京瓷沒有公布詳細情況,但已得知,在微透鏡下面“采用了對于LED業界相關人士來說不合常理的高密度來封裝紫外LED芯片”(京瓷)。紫外LED芯片在藍寶石基板上,設置了GaN類半導體層作為發光層。采用了將GaN類半導體層作為表面,將藍寶石基板緊貼在陶瓷基板上的面朝上(Face Up)封裝方式,因此用引線與紫外LED芯片連接。另外,據京瓷介紹,為了提高紫外LED芯片的散熱性,采用陶瓷基板與水冷散熱片融為一體的構造,從而抑制了因溫度上升導致的壽命下降現象。
另外,關于微透鏡方面,為了抑制照射范圍外的漏光現象,并使照射面的光強度變得均勻,京瓷運用了光學仿真方式。光學設計在京瓷公司內部進行。
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