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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontaktbelichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Aus
der
DE 20 2004
017 044 U1 ist eine Leuchte zur Belichtung von Siebdruckschablonen oder
dergleichen bekannt, bei der als Lichtquelle neun in einer Reihe
angeordnete Leuchtdioden verwendet werden, wobei jede Leuchtdiode
ultraviolettes Licht abstrahlt. Dabei sind die einzelnen Leuchtdioden
individuell oder abschnittsweise betätigbar. Diese Leuchte erzeugt
durch die Anordnung der in Reihe vorgesehenen Leuchtdioden einen
linienförmigen Lichtstrahl, der über die Druckschablone
bewegbar ist, um diese zu belichten. Aufgrund der Geometrie der
Lichtquelle muss jede einzelne Leuchtdiode vergleichsweise lichtstark
sein, damit der von der Lichtquelle zu beleuchtende linienförmige
Bereich ausreichend erleuchtet wird. Eine solche entsprechend stark
ausgelegte Leuchtdiode erzeugt auch nicht unerhebliche Mengen an
Streulicht und Abwärme, so dass die Lichtquelle mit Kühlrippen
ausgestattet werden muss. Andererseits kann das Streulicht nicht
zur gezielten Belichtung der Druckschablone genutzt werden.
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Außerdem
wird in der
DE
20 2005 017 044 U1 vorgeschlagen, monochromatisches Licht
abstrahlende Leuchtdioden einzusetzen. Hierbei kann aber nur eine
UV-Belichtung einer bestimmten Wellenlänge erfolgen, so
dass der Einsatzbereich dieser Leuchte beschränkt ist.
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Aus
der
DE 203 16 241
U1 ist eine Belichtungsvorrichtung zur Belichtung einer
Platine beschrieben, deren Lichtquelle aus einer Anzahl von Leuchtdioden
gebildet ist, wobei die Leuchtdioden auf einer quadratischen Fläche
angeordnet sind. Auch in dieser Schrift ist beschrieben, dass die
Belichtungsvorrichtung als Lichtquellenzeile ausgebildet ist, wobei
die einzelnen Leuchtdioden nebeneinander in der Reihe angeordnet
sind. Letztere Lichtquellenzeile kann mittels einer Scanvorrichtung über die
Druckschablone bewegt werden, um diese vollständig auszuleuchten.
Sowohl in der Lichtquellenzelle, als auch in der Lichtquellenanordnung
gemäß
DE
203 16 241 U1 müssen vergleichsweise lichtstarke
Leuchtdioden eingesetzt werden, um ausreichend starkes Licht zur
Belichtung der Druckschablone zur Verfügung zu stellen,
was letztendlich zu einer hohen Wärmeentwicklung, hohen
Kosten und zu einer nicht unerheblichen Menge von unerwünschtem
Streulicht führt.
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Bei
den Belichtungssystemen nach den vorgenannten Druckschriften ist
es notwendig, eine vergleichsweise lange Belichtungszeit vorzusehen,
um die lichtempfindliche Emulsion der Druckschablone ausreichend
zu belichten.
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Davon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde,
eine Vorrichtung zur Kontaktbelichtung der eingangs genannten Art
zu schaffen, die trotz energieärmerer Leuchtdioden der lichtempfindlichen
Emulsion auf der Druckschablone ausreichend Energie zuführen,
um diese auszubelichten.
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Als
technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine
Vorrichtung zur Kontaktbelichtung mit den Merkmalen des Anspruches
1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Eine
nach dieser technischen Lehre ausgebildete Vorrichtung zur Kontaktbelichtung
hat den Vorteil, dass durch die Verwendung verschiedener monochromatisch
leuchtender Leuchtdioden ein genau definiertes Licht verschiedener
Frequenzen zur Verfügung steht. Hierdurch ist es möglich,
das Licht an die spezifischen Gegebenheiten der Emulsion anzupassen,
so dass eine optimale und schnelle Belichtung und damit auch Aushärtung
der Emulsion erreicht wird.
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In
einer vorteilhaften Anwendung werden Leuchtdioden mit zwei verschiedenen
Frequenzen eingesetzt, wobei eine erste Frequenz zur Oberflächenhärtung
optimiert ist, z. B. 395 nm, während die zweite Frequenz
zur Tiefenhärtung optimiert ist, z. B. 365 nm.
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In
einer anderen, vorteilhaften Anwendung werden Leuchtdioden mit mehreren
verschiedenen Frequenzen, insbesondere mit 355 nm, 365 nm, 375 nm,
385 nm, 395 nm, eingesetzt. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch
ein ganzes Lichtspektrum von 350 nm bis 400 nm abgedeckt ist.
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Um über
die gesamt Länge der Lichtquelle ein möglichst
gleichmäßiges Licht zu erhalten ist es vorteilhaft,
die Leuchtdioden abwechselnd anzuordnen, so dass benachbarte Leuchtdioden
eine unterschiedliche Frequenz aufweisen.
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Die
Anordnung der Leuchtdioden in einer Reihe hat den Vorteil, dass
hierdurch ein linienförmiger Lichtstrahl entsteht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Lichtquelle
verschiedene Lichtfelder ausgebildet, wobei in jedem Lichtfeld eine
Anzahl von Leuchtdioden vorgesehen sind. Insbesondere wenn in jedem
Feld beispielsweise vier verschiedene, monochromatische Leuchtdioden
vorgesehen sind, die UV-Licht in verschiedenen Wellenlängen
abstrahlen, kann hierdurch in präziser Weise das gewünschte Lichtspektrum
eingesetzt werden, welches zu einer optimalen Belichtung der Emulsion
der Druckschablone erforderlich ist.
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Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, jede Leuchtdiode oder jede Leuchtdiodengruppe
individuell ansteuerbar zu gestalten, so dass für jeden
Anwendungszweck Licht der gewünschten Wellenlänge zur
Verfügung gestellt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass
zum einen das für die jeweilige Emulsion günstigste
Licht verwendet werden kann, und zum anderen hat es den Vorteil,
das Beispiel Licht einer bestimmten Wellenlänge zur Oberflächentrocknung und
Licht einer anderen Wellenlänge zur Tiefentrocknung der
Emulsion eingesetzt wird, so dass die Emulsion in kürzester
Zeit ausgetrocknet ist.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die einzelnen Felder serienmäßig
vorbereitet werden können, z. B. indem die gewünschten
Leuchtdioden auf einer entsprechenden Platine montiert werden. Dann
braucht lediglich diese vorbereitete Platine im Gehäuse
der Lichtquelle montiert werden. Durch die Anordnung der einzelnen
Felder in einer Reihe wird ein quasi linienförmiger Lichtstrahl
erzeugt, der über die gesamte Breite der Druckschablone
reicht.
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Durch
die Verwendung mehrerer verschiedener monochromatischer Leuchtdioden
kann die Vorrichtung für ein großes Spektrum von
Anwendungen eingesetzt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Leuchtdioden
einer Leuchtdiodengruppe nebeneinander in einer Reihe angeordnet.
Hierdurch wird die linienförmige Abstrahlung des Lichtes
unterstützt.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die gezielte eingesetzte
Wellenlänge Leuchtdioden geringerer Leistung eingesetzt
werden können, was Kosten spart, was weniger Streulicht
verursacht und was zu einer geringeren Wärmeentwicklung
führt.
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Weitere
Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Kontaktbelichtung ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung
und den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso
können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten
Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder
in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten
Ausführungsformen sind nicht als abschließende
Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften
Charakter. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung in Frontansicht;
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2a eine
schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß 1 in
Seitenansicht;
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2b eine
Detailvergrößerung der Vorrichtung gemäß 2a,
entlang der Linie II in 2a;
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3a eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht;
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3b eine
Detailvergrößerung der Vorrichtung gemäß 3a,
entlang der Linie III in 3a;
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4 eine
schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht;
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5 eine
schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht;
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6 eine
schematische Darstellung der Lichtquelle der ersten Ausführungsform
gemäß 1 in Unteransicht;
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7 eine
schematische Darstellung der Lichtquelle einer fünften
Ausführungsform in Unteransicht;
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8 eine
schematische Darstellung der Lichtquelle einer sechsten Ausführungsform
in Unteransicht.
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In
den 1, 2a, 2b und 6 ist eine
erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Kontaktbelichtung einer Druckschablone 102 dargestellt.
Derartige Druckschablonen 102 werden beispielsweise im
Siebdruck, Offsetdruck, Tampondruck, Flexodruck oder in ähnlichen Druckverfahren
verwendet. Diese Vorrichtung ist in der Zeichnung nur stark schematisch
vereinfacht dargestellt, zeigt aber alle wesentlichen Details.
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Die
Vorrichtung 100 zur Kontaktbelichtung einer Druckschablone
umfasst hier nicht näher dargestellte Mittel zur Aufnahme
einer lichtempfindlichen Druckschablone 102, die mit einer
lichtempfindlichen Emulsion versehen ist und hier ebenfalls nicht näher
dargestellte Mittel zur Aufnahme eines das Motiv tragenden Films 104,
sowie eine Lichtquelle 106. Die Lichtquelle 106 reicht
in ihrer Breite über die gesamte Druckschablone 102 und
ist der Länge nach über die Druckschablone 102 verfahrbar,
so dass das von der Lichtquelle 106 ausgehende, im wesentlichen
linienförmige Licht, die gesamte Druckschablone 102 überstreift.
In der Regel wird der Film 104 mittels Vakuum auf die Druckschablone 102 gesaugt, um
den Abstand zwischen Film 104 und Druckschablone 102 zu
minimieren. Darüber hinaus ist oberhalb des Films 104 eine
Glasscheibe 108 vorgesehen, die auf dem Film 104 aufliegt,
um Wellenbildung im Film 104 zu vermeiden und um sicherzustellen,
dass der auf der Druckschablone 102 aufliegende Film 104 eine
plane Oberfläche bildet, so dass eine korrekte Ausbelichtung
der Druckschablone 102 erfolgt.
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Die
Lichtquelle 106 umfasst in dieser Ausführungsform
zwölf Lichtfelder 110, die nebeneinander in einer
Reihe in einem Gehäuse 112 der Lichtquelle 106 angeordnet
sind. Jedes Lichtfeld 110 umfasst fünf Leuchtdiodengruppen 114 und
jede Leuchtdiodengruppe 114 umfasst acht Leuchtdioden 116.
Dabei sind die Leuchtdioden 116 einer einzelnen Leuchtdiodengruppe 114 nebeneinander
in einer Reihe angeordnet. Folglich besteht die Leuchtdiodengruppe 114 aus
fünf Reihen Leuchtdioden 116 mit insgesamt 40
Leuchtdioden 116.
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Die
hier verwendeten Leuchtdioden 116 sind sogenannte Laserdioden
(LED) einer bestimmten Wellenlänge. Dabei haben moderne
Laserdioden mittlerweile ein Wellenlängenspektrum von nur
10 nm mit einer Lichtverteilung entsprechend einer gausschen Kurve,
wobei die höchste Lichtintensität in der Mitte
des Spektrums liegt. Somit haben die Leuchtdioden 116 der
ersten Leuchtdiodengruppe 114 eine Wellenlänge
von 355 nm, die zweite Leuchtdiodengruppe 114 umfasst Leuchtdioden 116 mit
einer Wellenlänge von 365 nm, die dritte 375 nm, die vierte
387 nm und die fünfte 395 nm, so dass das Lichtfeld 110 UV-Licht
mit einem Wellenlängenspektrum von 350 nm bis 400 nm abdeckt.
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Jede
Leuchtdiodengruppe 114 lässt sich dabei einzeln
schalten, so dass entweder nur eine einzelne Leuchtdiodengruppe 114 oder
aber zwei oder mehr Leuchtdiodengruppen 114 gleichzeitig
aktiviert sind. Dabei ist jede beliebige Kombination denkbar. In
einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform
ist jede Leuchtdiode einzeln ansteuerbar.
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Die
auf den Druckschablonen 102 verwendete Emulsion hat je
nach Herstellerfirma unterschiedliche chemische Stabilisatoren,
die auf Licht einer bestimmten Wellenlänge besonders gut
reagieren. Wird die Druckschablone mit Licht dieser Wellenlänge
belichtet, so härtet die Emulsion sehr viel schneller aus.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die
Wellenlänge des Lichtes für die eingesetzte Emulsion
optimiert werden, so dass ein schnelleres Aushärten der
Emulsion erfolgt. Alternativ hierzu kann die Leistung der Leuchtdiode
gesenkt werden, ohne dass einbußen bei der Belichtung zu erwarten
sind.
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Auch
ist es möglich, die Lichtfelder 114 mit ihren
monochromatischen Leuchtdioden 116 mit zwei verschiedenen
Wellenlängen zu betreiben, wobei eine bestimmte Wellenlänge
in der Emulsion eine gewisse Tiefentrocknung hervorruft und eine
andere Wellenlänge, die Oberflächentrocknung der
Emulsion vorantreibt. Somit kann eine besonders gute Trocknung der
Emulsion in sehr kurzer Zeit erreicht werden. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, dass durch die gezielte Auswahl der wirkungsvollen
Wellenlänge der Leuchtdioden 116 eine schnellere
Belichtung erfolgt, so dass die Leuchtdioden 116 mit einer
geringeren Leistung eingesetzt werden können. Dies spart nicht
nur Geld, sondern reduziert auch die Wärmeentwicklung in
der Lichtquelle.
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In
einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform
können als Lichtquellen auch SMD-Bauelemente (Surface-Mounted
Device) eingesetzt werden. In noch einer anderen Ausführungsform
können als Lichtquellen auch Elektrolumineszenz-Dioden
verwendet werden.
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Das
Gehäuse 112 der Lichtquelle 106 umschließt
die Leuchtdioden 116 derart, dass zumindest eine Vorderwand 118 und
eine Rückwand 120 in Richtung der Druckschablone 102 bis über
die Leuchtdioden 116 hinausragen. Dabei sind die Vorder- 118 und
die Rückwand 120 innenseitig reflektierend ausgebildet,
um das von den Leuchtdioden 116 ausgehende Streulicht möglichst
gut zu reflektieren.
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Unterhalb
der Lichtquelle 106 ist ein zylindrischer Vollglasstab 122 vorgesehen,
wobei die Vorder- 118 und die Rückwand 120 der
Lichtquelle 106 bis an den Vollglasstab 122 heranreichen.
Das von den Lichtfeldern 110 ausgehende Licht trifft auf
die Oberfläche des Vollglasstabes 122 und wird
von diesem annähernd parallelisiert, so dass auf der Glasscheibe 108 entsprechend
parallel ausgerichtete Lichtstrahlen auftreffen. Diese Lichtstrahlen
gehen parallel durch die Glasscheibe 118 hindurch und treffen
wiederum parallel auf den Film 104 auf, wobei die Lichtstrahlen
im Bereich des Motivs 124 absorbiert werden und nur in
den motivfreien Bereichen durch den Film 104 hindurchgelangen
und die Emulsion der Druckschablone 102 ausbelichten.
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Durch
den Vollglasstab 122 wird das von der Lichtquelle 106 ausgehende
Licht stets parallel ausgerichtet, auch wenn die Lichtquelle 106 längs über die
Druckschablone 102 bewegt wird. Wie insbesondere 2b zu
entnehmen ist, erzeugt dieses parallele Licht sehr scharfe Druckkanten
auf der Emulsion der Druckschablone 102, so dass hierdurch
hochpräzise Bilder entstehen.
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Eine
in den 3a und 3b dargestellte zweite
Vorrichtung 200 zur Kontaktbelichtung einer Druckschablone
entspricht der oben beschriebenen ersten Vorrichtung 100 bis
auf den Umstand, dass der Vollglasstab 222 der Vorrichtung 200 eine
vergleichsweise großen Abstand zur Lichtquelle 206 aufweist.
Aufgrund dieses großen Abstandes werden die von der Lichtquelle 206 ausgehenden
Lichtstrahlen durch den Vollglasstab 222 auf einen quasi
linienförmigen Bereich fokussiert, so dass dieser linienförmige
Bereich mit Licht einer sehr hohen Intensität bestrahlt
wird. Hierdurch ist es möglich, die Lichtquelle 206 mit
einer höheren Geschwindigkeit über die Druckschablone 202 bewegen
zu können, da dieses fokussierte Licht in kürzerer
Zeit für eine Auswertung der Emulsion der Druckschablone 202 sorgt.
Alternativ kann auch die Leistung der Leuchtdiode reduziert werden,
was zu einer höheren Lebensdauer, geringeren Wärmeentwicklung
und zu weniger Streulicht führt.
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In
einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform
ist der Vollglasstab verschiebbar an der Lichtquelle gehalten, so
dass der gewünschte Abstand des Vollglasstabes zur Lichtquelle
individuell eingestellt werden kann. Dabei können auch
Zwischenwerte eingestellt werden, um eine Teilfokussierung der Lichtstrahlen
zu erreichen.
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Die
in 4 dargestellte Vorrichtung 300 zur Kontaktbelichtung
einer Druckschablone unterscheidet sich von der Vorrichtung 100 lediglich
dadurch, dass hier ein Halbglasstab 326 verwendet wird,
der das von den Lichtfeldern 310 ausgehende Licht parallelisiert.
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Sowohl
der Vollglasstab 122, 222, als auch der Halbglasstab 326, 426,
sind auf ihrer der Lichtquelle 106, 206 zugewandten
Oberfläche mittels einer Oberflächenbeschichtung
entspiegelt, so dass UV-Licht der Wellenlänge von 350 nm
bis 400 nm annährend vollständig in den Vollglasstab 122, 222, bzw.
Halbglasstab 326, 426 eintreten kann. Hierdurch
werden Spiegelungen und damit verbunden das Streulicht auf ein Minimum
reduziert.
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Die
in 5 dargestellte Vorrichtung 400 zur Kontaktbelichtung
einer Druckschablone unterscheidet sich von der in den 3a und 3b dargestellten
Vorrichtung 200 lediglich dadurch, dass hier ein Halbglasstab 426 das
von den Lichtfeldern 410 ausgehende Licht fokussiert.
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Die
in 7 schematisch dargestellte Lichtquelle 506 gehört
zu einer hier nicht näher dargestellten fünften
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Kontaktbelichtung, wobei in der Lichtquelle 506 in
einer Reihe abwechselnd Leuchtdioden 516 mit einer Frequenz
von 365 nm und Leuchtdioden 516' mit einer Frequenz von
395 nm vorgesehen sind. Dabei werden die Leuchtdioden 516' (395
nm) zur Oberflächenhärtung der Emulsion eingesetzt,
während die Leuchtdioden 516'' (365 nm) zur Tiefenhärtung
der Emulsion verwendet werden. Durch das parallele Aushärten
der Tiefe und der Oberfläche der Emulsion erfolgt einer
sehr viel schnellere Ausbelichtung der Emulsion, bei gleichzeitig
geringerer Leistung der Leuchtdiode, was neben der Energieersparnis
auch zu einer geringeren Wärmeentwicklung führt.
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Die
in 8 schematisch dargestellte Lichtquelle 606 gehört
zu einer hier nicht näher dargestellten sechsten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kontaktbelichtung,
wobei in der Lichtquelle 606 in einer Reihe abwechselnd Leuchtdioden 616 mit
einer Frequenz A von 365 nm, Leuchtdioden 616' mit einer
Frequenz B von 375 nm, Leuchtdioden 616'' mit einer Frequenz
C von 385 nm und Leuchtdioden 616''' mit einer Frequenz
D von 395 nm vorgesehen sind, so dass hierdurch ein breites Lichtspektrum
abgedeckt ist.
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Bei
den in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen
sind die Leuchtdioden 516, 516', 616, 616', 616'', 626''' jeweils
einzeln ansteuerbar, so dass je nach Anwendungsfall Licht einer
bestimmten Wellenlänge oder einer bestimmte Kombination
zweier oder mehr Wellenlängen appliziert werden kann. Die
Leuchtdioden 516, 516' und 616, 616', 616'', 626''' sind
monochrome Leuchtdioden mit einem Lichtfeld von etwa 2 bis 3 mm.
Alternativ können auch monochrome Arrayleuchtdioden eingesetzt werden,
deren Lichtfeld ca. 8 mm beträgt. Die in Reihe angeordneten
Leuchtdioden haben einen Abstand von ca. 1 cm, jeweils vom Mittelpunkt
aus gerechnet.
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- 100
200 300 400
- Vorrichtung
- 102
202
- Druckschablone
- 104
- Film
- 106
206 506 606
- Lichtquelle
- 108
- Glasscheibe
- 110
310 410
- Lichtfeld
- 112
- Gehäuse
- 114
- Leuchtdiodengruppe
- 116
516, 616, 616'
- Leuchtdiode
- 515'
616'', 616'''
- Leuchtdiode
- 118
- Vorderwand
- 120
- Rückwand
- 122
222
- Vollglasstab
- 124
- Motiv
- 326
426
- Halbglasstab
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202004017044
U1 [0002]
- - DE 202005017044 U1 [0003]
- - DE 20316241 U1 [0004, 0004]