Lackbeschichtungen dienen als Schutzschicht von Bauteiloberflächen und geben ihnen ein spezifisch gewünschtes Aussehen. Der Schutz der Oberflächen kann sowohl mechanischer Natur sein, z.B. Kratzfestigkeit der Oberflächen, aber auch chemische Resistenz oder Verhinderung von Alterungseffekten ausgelöst durch Umwelteinflüsse wie Licht oder Feuchtigkeit. Lacke werden besonders bei Bauteilen aus Materialien eingesetzt, deren Oberflächen bekannterweise weder mechanisch stark beanspruchbar sind noch sehr stabil gegenüber Alterungserscheinungen sind bei langfristigem Aussetzen an Umgebungsbedingungen wie Sonnenlicht und Feuchtigkeit. Solche Materialien können verschiedenste Kunststoffe oder Naturstoffe wie Holz sein. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich der Verständlichkeit wegen auf Kunststoffe, ohne andere Materialien damit auszuschliessen. Sowohl die Kunststoffbauteile wie auch die Lackbeschichtungen sind nur bedingt temperaturresistent, was besondere Beachtung bei Prozessschritten bei deren Verarbeitung erfordert, um sicherzustellen, dass kritische Umformungstemperaturen nie überschritten werden.

UV-härtende Lacke werden in vielen unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Unter Aushärtung ist dabei im Wesentlichen die Vernetzung von Polymerketten zu verstehen. Bei UV-härtenden Lacken wird diese Vernetzung durch UV-Strahlung induziert. UV-härtende Lackbeschichtungen haben den Vorteil gegenüber thermisch induzierten oder chemisch selbsthärtenden Lacken, dass die Aushärtungsreaktion über die photonische Induzierung wesentlich schneller und gezielter abläuft und kaum von Diffusionsprozessen im Lack abhängt, wie das bei thermisch und chemisch induzierten Reaktionen der Fall ist. Die Aushärtung der Lacke erfolgt in einer Aushärtevorrichtung, welche aus einer Belichtungsvorrichtung und verschiedenen Peripheriekomponenten, wie unter anderem der Kühlvorrichtung oder der Bauteilfördereinrichtung, besteht.

Bei vielen Lacken ist zur vollständigen Aushärtung eine bestimmte Minimaldosis erforderlich, die durch das Produkt aus Strahlungsintensität pro Fläche und Belichtungszeit (genauer durch das zeitliche Integral der Intensität) gegeben ist. Allerdings weisen viele gängige UV-Lacke ein nicht-lineares Aushärteverhalten bezüglich dieser Flächenintensität auf, weshalb der Aushärtegrad nicht allein

BESTÄTIGUNGSKOPIE proportional zur Belichtungsdosis ist, sondern ab einem bestimmten Schwellwert überproportional mit kleinerer Flächenintensität abnimmt und somit nicht mehr über die Belichtungszeit kompensiert werden kann. Es ist somit wünschenswert eine möglichst hohe Flächenintensität, also die Intensität pro Flächeneinheit, zu erreichen und dadurch die erforderliche Belichtungszeit so kurz wie möglich zu machen.

Hoch intensive UV-Strahlungsquellen basieren auf Gasentladungslampen, die neben der erwünschten UV-Strahlung auch grosse Anteile von sichtbarem Licht (VIS) und infrarote Strahlung (IR) aussenden. VIS und IR tragen bei der Aushärtung von Lacken zu einem wesentlichen Temperaturanstieg bei. Dabei muss aber vermieden werden, dass die Temperatur während des Aushärtungsvorgangs über die Glastemperatur der Kunststoff Bauteile und des Lackes ansteigt. Es ist wünschenswert, diesen VIS- & IR-Beitrag möglichst zu unterdrücken, dabei aber möglichst wenig UV-Strahlung zu verlieren.

Zu diesem Zweck hat sich die Verwendung von wellenlängenselektiven Spiegeln als sehr effizientes Mittel herausgestellt, um den Wellenlängenbereich im Vis- & IR-Bereich, also den Wärmeeintrag effizient zu reduzieren.

In US 4644899 A1 wird beispielsweise eine Vorrichtung beschrieben die über einen oder zwei teildurchlässige Spiegel verfügen kann, welche durch einfache oder mehrfache Strahlumlenkung den relativen UV-Anteil der am Substrat ankommenden Strahlung erhöhen. Durch die beschriebene Mehrspiegelanordnung wird zwar die IR-Strahlung im Aushärtungsbereich reduziert, jedoch gerade bei Mehrfachumlenkung auch die UV-Strahlungsdosis im Wirkungsbereich verringert. Die Erfinder haben weiters erkannt, dass die durch die transmittierte IR-Strahlung entstehende Wärme in der Belichtungseinrichtung ein Wärmeabfuhrproblem entsteht, wenn man eine kompakte Gesamtkonstruktion beabsichtigt. Als Lösung werden mit luft- oder flüssigkeitsgekühlte Kühlrippen, die in Hauptstrahlungsrichtung der UV-Quelle hinter dem teildurchlässigen Spiegel angeordnet sind, genannt. Diese Kühlstrategie birgt jedoch auf den ersten Blick erhebliche Nachteile. Zum einen wird hierbei lediglich eine indirekte Kühlung des Belichtungsapparats aber nicht des Spiegels oder der Strahlungsquelle bewirkt. Zum anderen muss eine Kühlvorrichtung hinter dem teildurchlässigen Spiegel angebracht werden, was die Vorrichtungsgröße sowie etwaige Wartungsarbeiten in der Belichtungsvorrichtung beeinträchtigt. In DE 69707539 T2 wird vorgeschlagen segmentierte UV-Umlenkspiegel zur Trennung des UV- vom VIS- & IR-Anteil der UV-Quelle zu verwenden um das UV-Licht in den Aushärtungsbereich umzuleiten. Darin sind die einzelnen Umlenkspiegel Segmente ohne Abstand aneinander anliegend angenommen und die Kühlung der UV-Quelle, sowie der Umlenkspiegel mittels eines Kühlgasstroms bewerkstelligt, welcher an dem Ende des zusammenhängenden Umlenkspiegels abgeführt wird, das von der UV-Quelle am weitesten entfernt ist. In diesen Fall schließt die ausführungsgemäße Kaltlichtspiegelanordnung einen plattenförmigen Wärme- Refraktionsfilter ein, der die Beleuchtungseinheit räumlich gegenüber dem Aushärtungsbereich abschirmt, und damit ein Ausströmen des aufgeheizten Gases gegenüber dem Substrat verhindert. Diese Aushärtevorrichtung birgt jedoch den entscheidenden Nachteil, dass eine gewisse Vorrichtungsgröße für eine genügende Kühlung durch die Gasströmung notwendig ist, welche einen verlängerten Lichtweg der UV-Strahlung zum Bauteil verursacht, was mit einer Reduktion der Flächenintensität einhergehen muss.

Aus dem Stand der Technik ergeben sich demnach einige Anforderungen an eine wirtschaftliche und effiziente Aushärtungsvorrichtung, welche bis dato nicht hinreichend realisiert werden konnten. Diese sind unter anderem:

- Es soll eine möglichst hohe UV-Flächenintensität im Aushärtebereich erzielt werden. - Eine unerwünschte thermische Belastung der Substrate durch den VIS- & IR-Anteil der Strahlung soll vermieden werden

- Eine praktische Ausführung der Aushärtevorrichtung soll möglichst einfach sein damit und einfach zu warten und kostengünstig zu realisieren sein.

- Die Aushärtevorrichtung soll eine möglichst geringe geometrische Ausdehnung einnehmen und einfach für unterschiedliche Substratgeometrien adaptierbar sein.

- Eine Kühlung der Aushärtevorrichtung, und insbesondere der Belichtungsvorrichtung, sollte mit geringem Aufwand möglich sein, die Möglichkeit einer separaten Substratkühlung wäre erwünscht. Erfindungsgemäß wird eine UV-Aushärtevorrichtung mit geteilten UV-Umlenkspiegeln eingesetzt, welche den Lichtweg von der UV-Quelle zum Substrat signifikant verkürzt und dadurch sowohl eine entscheidende Erhöhung der Flächenintensität im Anwendungsbereich ermöglicht als auch gleichzeitig eine effiziente Kühlung der wärmeexponierten Komponenten der Vorrichtung gewährleistet. Dadurch können eine einfache Ausgestaltung der Aushärtevorrichtung, optimale Belichtungsbedingungen für hochintensive UV-Beaufschlagung der Substrate und die dadurch mögliche Verkürzung der Belichtungszeiten erreicht werden, welche dem wirtschaftlichen Aspekt der Erfindung entgegenkommen. Überdies wird es möglich die Substrate separat durch Kühlgas oder— luft zu kühlen und eine thermische Überbeanspruchung des Substrats bei erhöhter UV-Dosis auszuschließen.

Die Erfindung wird im Folgenden im Detail erläutert und anhand von Figuren und einer Tabelle beispielhaft ergänzt:

Figur 1 zeigt schematisch eine UV-Aushärtevorrichtung als Seitenschnitt mit einem planaren Umlenkspiegel 8 zur Trennung von UV-Licht vom VIS- & IR-Licht. Schematisch für den Strahlengang sind aus der UV-Quelle sind vereinfacht nur drei Strahlen gezeigt, wobei der mittlere Strahl dem Hauptstrahl entsprechen soll.

Figur 2 zeigt schematisch die Aushärtevorrichtung gemäss Figur 1 in Aufsicht mit einer Länge L, die im Wesentlichen beliebig sein kann. Dabei sind die seitlichen Reflektoren 18 anschliessend an die Enden des Umlenkspiegels 8 gezeigt, mit denen die Ausleuchtung im Prozessierungsbereich über die Länge der Quelle gleichmässiger gemacht wird.

Figur 3 zeigt schematisch eine typische Intensitätsverteilungen der UV-Strahlung über die Länge der Bestrahlungsvorrichtung im Prozessierungsbereich, in dem sich die Bauteile zur Belichtung befinden, mit, 182, und ohne, 181 , seitliche Reflektorelemente 18.

Figur 4 zeigt schematisch eine UV-Aushärtevorrichtung als Seitenschnitt mit einzelnen segmentierten, gegeneinander versetzten Umlenkspiegelelementen, zwischen denen das erhitzte Kühlgas von der UV-Quelle nach oben wegströmen kann. Diese Anordnung erlaubt eine Reduktion des Lichtwegs d zwischen UV-Quelle und Bauteilen bei gleichzeitiger Erhaltung des notwendigen Kühlgasflusses der UV-Quelle.

Figur 5 zeigt schematisch eine UV-Aushärtevorrichtung als Seitenschnitt mit einzelnen segmentierten, gegeneinander versetzten Umlenkspiegeln, die in unterschiedlichen Winkeln zum Hauptstrahl angeordnet sind, um die UV-Strahlung im Prozessierungsbereich zu konzentrieren und die UV-Strahlung der Quelle effizienter zu sammeln. Figur 6 zeigt eine UV-Aushärtevorrichtung als Seitenschnitt entsprechend Figur 5, wobei die Anordnung der Bauteile gegenüber der UV-Quelle relativ verschoben bzw. verkippt ist, um die direkte Einstrahlung von VIS&IR Licht aus der UV-Lampe auf die Bauteile zu minimieren.

Figur 7 zeigt eine UV-Aushärtevorrichtung als Seitenschnitt wie in Figur 5 mit zusätzlicher Blende 21 , welche eine Bestrahlung des Substrats mit direkter Strahlung der UV-Quelle verhindert.

Ein typischer Aufbau einer UV-Aushärtevorrichtung ist in Figur 1 dargestellt. Hochintensive, breitbandige UV-Strahlungsquellen bestehen aus einer Gasentladungslampe 1 und einem Lampen-Reflektorelement 2, das in die dem Bauteil abgewandte Richtung ausgesandte UV-Strahlung sammelt und in Richtung den Bereich reflektiert, in dem sich die mit UV-härtendem Lack 11 beschichteten Bauteile 10 sich befinden. Dieser Bereich, im Folgenden als Prozessierungsbereich bezeichnet, wird daher mit einer Strahlung beaufschlagt, welche sich aus sich aus Direktstrahlung und reflektierter Strahlung zusammensetzt. Im Falle einer im Wesentlichen linearen Quelle ist die Gasentladungslampe 1 im Wesentlichen rohrförmig. Sie kann aber auch aus einer oder als Serie von einzelnen, im Wesentlichen punktförmigen Lampen bestehen, die in einer Reihe angeordnet sind.

Gasentladungslampen als UV-Strahlungsquelle bestehen aus einem für UV-Strahlung hoch-durchlässig, hermetisch geschlossenen Rohr l mit einer darin eingeschlossenen verdampfbaren Metallmenge und einer Edelgas Füllung. Letztere wird über eine elektrisch induzierte Gasentladung angeregt, womit es erhitzt wird und durch Wärmeübertrag zum Verdampfen der Metallmenge führt. Als Folge wird der gebildete Metalldampf ebenfalls elektrisch angeregt und das sich dabei bildende Metalldampf- Plasma emittiert Strahlung gemäss bekannten Anregungslinien, insbesondere UV-Licht. Neben der gewünschten Emission von UV-Licht emittiert das Plasma auch Strahlung im sichtbaren (VIS) und Infrarotbereich (IR) des elektromagnetischen Spektrums. Im Rohr der Gasentladungslampe, das gewöhnlich aus UV-durchlässigem Quarzglas besteht, wird ein Teil der vom Metalldampf Plasma emittierten Infrarotstrahlung absorbiert und führt zu einer Erhitzung des Rohrs. Ebenso überträgt das heisse Gas im Rohr Wärme auf die Rohrwände. Da dem Rohrmaterial aus Quarzglas durch deren Materialeigenschaften Grenzen betreffend der Temperatur gesetzt sind, bei deren Überschreiten sich die Festigkeit des Rohrs verloren geht, muss dieses Rohr gekühlt werden. Im technisch relevanten Anwendungsfall erfolgt die Kühlung durch Anströmung mit Gas 31 (im Normalfall Luft), das sich erwärmt und so die Energie vom Rohr abführt. Die Zuführung des Kühlgases erfolgt gewöhnlich aktiv mit Druck, um die Flussmenge und damit die Kühlleistung zu erhöhen über eine oder mehrere Zutrittsöffnungen 30.

Um möglichst viel emittiertes UV-Licht in den Prozessierungsbereich zu bringen, wird das Lampenrohr von einer Seite mit einem Lampen-Reflektorelement 2 teilweise umgeben, das die UV-Strahlung effizient in die Gegenseite in den Prozessierungsbereich reflektiert. Die Zuführung des Kühlgases 31 muss im Wesentlichen Lampen-Reflektorseitig erfolgen, da frontseitig die gewünschte UV-Strahlung sich ungehindert zum zu belichtenden Bauteil ausbreiten können soll. Konkret kann der Gasstrom durch Löcher im Lampen-Reflektorelement 2 zugeführt werden, durch die das Gas mit Druck auf das Lampenrohr 1 einströmt. Das erhitzte Gas muss Prozessierungsbereich-seitig möglichst ungehindert wegströmen können, um die Effektivität der Kühlung zu gewährleisten.

Um den unerwünschten VIS- & IR-Anteil der emittierten Strahlung der Lampe, die in den Prozessierungsbereichs fällt, abzuschwächen, kann das Lampen- Reflektorelement 2 mit einer Beschichtung versehen werden, die UV-Anteil der Strahlung gut reflektiert, den VIS- & IR-Anteil aber wenig reflektiert. Dies kann durch eine dichroitische Dünnfilm Beschichtung ausgeführt werden, die einerseits den UV-Anteil hoch reflektiert, und VIS- & IR-Anteil in den Lampen Reflektorkörper transmittiert, die vom darunterliegenden Reflektormaterial absorbiert werden. Der Lampen-Reflektor wird dabei erhitzt, und die resultierende Wärme muss über die IR-Strahlung und den Gasstrom abgeführt werden.

Die Direktstrahlung aus der rohrförmigen Gasentladungslampe, d.h. die Strahlung, die nicht via Lampen Reflektor in den Prozessierungsbereich gelangt, erfährt keine Abschwächung des VIS- und/oder IR-Anteils. Zudem gelangt auch noch ein Restanteil der VIS- & IR-Strahlung, die von der Beschichtung des Lampen Reflektors nicht transmittiert und im Reflektor nicht absorbiert -wird, in den Prozessierungsbereich. Eine weitere Unterdrückung der VIS- & IR-Strahlung kann durch einen zusätzlichen, im Strahlengang positionierten, Wellenlängen selektiven Umlenkspiegel 8 erreicht werden. Dieser Umlenkspiegel 8 soll den UV-Anteil in der Strahlung 5 von der Quelle möglichst gut reflektieren, den VIS- & IR-Anteil 7 hingegen möglichst schlecht reflektieren. Ein solcher Umlenkspiegel wird im einfachsten Falle als flacher Spiegel ausgeführt, der mit einer dichroitischer Dünnschicht Filterbeschichtung belegt ist. Dieser Spiegel wird gewöhnlich in einem Winkel von 45° zwischen der Normalen auf die Spiegelfläche zum Hauptstrahl der UV-Quelle angeordnet, wobei sich dann der Prozessierungsbereich mit den mit UV-aushärtbarem Lack 11 beaufschlagten Bauteilen 10 sich dann stromabwärts im Strahlengang der durch den Umlenkspiegel reflektierten UV Strahlung um 90° gedreht zum Hauptstrahl der UV-Quelle sich befindet. Der Umlenkspiegel kann auch in einem von 45° abweichenden Winkel a zur Spiegelnormalen angeordnet sein, wobei sich der Prozessierungsbereich dann um den Winkel 2 a gedreht relativ zum Hauptstrahl der UV-Quelle befindet.

Die VIS- & IR-Strahlung 7 wird durch die spezifische Wahl der dichroitischen Filterbeschichtung mehrheitlich transmittiert. Um eine übermässige Erhitzung des Umlenkspiegels zu vermeiden, die durch Absorption dieser VIS- & IR-Strahlung im Umlenkspiegelsubstrat erfolgen würde und die wiederum IR-Strahlung in den Prozessierungsbereich werfen würde, wird für den Umlenkspiegel ein geeignetes VIS- & IR-durchlässiges Spiegelsubstratmaterial gewählt und dafür gesorgt, dass die VIS- & IR-Strahlung 7 weiter durch den Spiegel möglichst transmittiert und so vom Prozessierungsbereich weggehalten wird. Als Spiegelsubstrat eignen sich insbesondere Gläser mit hoher VIS- & IR-Transparenz. Borsilikatglas oder Quarzglas sind besonders geeignet dafür, jedoch ist die Transparenz auch für diese Gläser im IR-Bereich beschränkt auf Wellenlängen kleiner als 2800 nm, respektive 3500 nm. Für die transmittierte VIS- & IR-Strahlung 7 muss gesorgt sein, dass sie im Rest des Aufbaus so weiter weggelenkt und schliesslich absorbiert wird, dass sie in keinem beträchtlichen Anteil mehr über Mehrfachreflektionen an Teilen des Aufbaus weder in den Prozessierungsbereich noch in die UV-Quelle selber gelangen kann, um in beiden Fällen unerwünschte Erwärmungen zu vermeiden.

Die Dimension des Umlenkspiegels 8 soll so gewählt werden, dass ein möglichst großer Anteil des von der Quelle emittierten Lichts auf den Spiegel trifft und in den Prozessierungsbereich lenkt. Mit der Grösse dieses UV-Umlenkspiegels steigt allerdings der Lichtweg d zwischen der UV-Quelle und dem Prozessierungsbereich, womit die UV-Lichtintensität in diesem Bereich sinkt. Des Weiteren muss der Kühlgasstrom aus der UV-Quelle am Umlenkspiegel vorbei abgeführt werden. Die Strömung dieses Kühlgases sollte möglichst laminar sein, um einen effizienten und wenig gehinderten Abfluss zu gewährleisten. Der Kühlgasstrom verläuft üblicherweise, wie dem Stand der Technik zu entnehmen ist und in Figur 1 dargestellt, entlang einer geschlossenen Linie und strömt durch eine Öffnung mit der Breite a an dem Ende des UV-Umlenkspiegels, das von der UV-Quelle am weitesten entfernt ist, aus.

Unerwarteter Weise kann jedoch der Kühlgasstrom ebenso über mehrere Öffnungen entlang einer gedachten Linie vom Ende des Lampenreflektors 2 bis zum Ende der geteilten UV-Umlenkspiegel 81 bis 83 in Figur 4 erfolgen. Wie in Figur 4 ersichtlich, sind minimale Öffnungen mit den Querschnittsbreiten b1 bis b4 zwischen den geteilten UV-Umlenkspiegeln, sowie den Umlenkspiegeln und dem Reflektorelement 2 bzw. dem Scheibenelement 9, ausreichend damit sich der Kühlgasstrom in die Bereiche 41 bis 44 aufteilen kann. Es ist somit möglich das Scheibenelement 9 näher an die geteilten Spiegelelemente heranzuführen, was eine Verkürzung des gesamten Lichtweges d von der UV-Quelle zur Oberfläche des beschichteten Substrats bewirkt. Damit der erhitzte Kühlgasstrom des Lampenrohrs und des Lampen Reflektors nicht direkt in den Prozessierungsbereich fliesst und zu einer unerwünschten Erwärmung der zu belichtenden Bauteile führt, wird der Gasstrom vom Prozessierungsbereich mit Hilfe eines optischen Scheibenelements 9 abgetrennt, das die gewünschte UV-Strahlung möglichst gut transmittiert. In einfachster Ausführung wird dafür ein Scheibenelement aus Quarzglas verwendet.

Weiters ist es durch die oben beschriebene räumliche Trennung des Prozessierungsbereiches von der Belichtungsvorrichtung durch ein optisches Scheibenelement 9 möglich, eine separate Substratkühlung mittels Kühlgas auszuführen, was zu eine Erhöhung der zulässigen Belichtungsdosis erlaubt.

Mit aktiven Absaugvorrichtungen im abgewandten Bereich des Umlenkspiegels könnte zwar der notwendige Kühlgasstrom bei reduzierter Querschnittsbreite« a und b erreicht werden, jedoch erfordert dies zusätzliche Pumpen und strömungstechnisch vorteilhafte Anordnungen des Spiegels und deren Halterungen, um ein über die Länge L des Spiegels gleichmässige Absaugströmung zu gewährleisten. Mit der Länge L des Spiegels ist die Dimension senkrecht zur Ebene von Figur 1 bezeichnet und ist in Figur 2 als Aufsicht auf die Anordnung gezeigt. Solche strömungstechnisch optimierte Anordnungen stellen aber eine ungewollte Einschränkungen betreffend möglichst effizienter UV-Lichtführung in den Prozessierungsbereich dar.

Die Ableitung der Kühlgasströmung könnte zumindest bei beschränkter Länge der UV-Quelle und des Umlenkspiegels seitlich erfolgen, d.h. senkrecht zur Ebene von Figur 1. Mit zunehmender Länge L der Quelle müsste aber ein immer grösserer Kühlgasstrom über diese beiden seitlichen Öffnungen abgeführt werden, was der Kühleffizienz mit zunehmender Länge L Grenzen setzt, insbesondere im Bereich der Mitte der UV-Quelle.

Um eine hohe Gleichförmigkeit der Ausleuchtung über die Länge L der UV-Quelle zu erhalten, werden vorzugsweise flächige Reflektorelemente 18 seitlich anschliessend an den Umlenkspiegel angebracht. Diese seitlichen Reflektorelemente lenken Lichtstrahlen der UV-Quelle, die eine wesentliche Komponente seitlich entlang der Länge L der UV-Quelle haben und mehrheitlich in diese Richtungen ausbreiten, in den Prozessierungsbereich, der sich im Wesentlichen über die Länge L der UV-Quelle erstreckt. Mit diesen Seitenreflektoren 18 wird eine bessere Gleichförmigkeit der Ausleuchtung des Prozessierungsbereichs mit UV-Licht erzielt.

In Figur 3 sind Intensitätsverteilungskurven über die Länge L der UV Quelle schematisch gezeigt. Die Kurve 181 zeigt den Fall ohne seitliche Reflektorelemente 18, die Kurve 182 zeigt den Fall mit seitlichen Reflektorelementen 18, mit der verbesserten Ausleuchtung gegenüber der Kurve 181.

Diese seitlichen Reflektorelemente 18 erstrecken sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe von Oberkante des Umlenkspiegels 8 bis zum Scheibenelement 9 in Figur 1 und 4 bis 7, um eine möglichst homogene Ausleuchtung über die Länge L zu erhalten. Mit dem vorzugsweisen Einsatz dieser seitlichen Reflektorelemente 18 wird jedoch das Kühlgas daran gehindert, seitlich abfliessen zu können. Damit muss in dieser, für die Ausleuchtung des Prozessierungsbereichs vorteilhaften Konfiguration gewährleistet sein, dass der Kühlgasstrom ausschliesslich über die Querschnittsöffnungsbreite a in den Bereich 4 ausströmen kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform der gegenständlichen Erfindung ist mit einer Lösung zur möglichst effizienten Führung des UV-Lichts in den Prozessierungsbereich, bei gleichzeitig effizienter Abführung des Kühlgasstroms von der UV-Quelle, in Figur 4 schematisch dargestellt. Durch Unterteilung des Umlenkspiegels in einzelne, voneinander getrennte und gegeneinander in Richtung des Hauptstrahls versetzte Segmente kann das Kühlgas zwischen den Spiegelsegmenten in einzelne Kühlgasstromsegmente 41 , 42, 43, 44 aufgetrennt werden. Die in Figur 4 dargestellte Unterteilung in drei Spiegelsegmente ist beispielhaft zu verstehen, Unterteilungen in mehr als zwei, also N, Segmente sind möglich, wobei N eine ganze Zahl grösser oder gleich zwei sein kann. Um zumindest dieselbe Kühleffizienz gewährleisten zu können, wie bei oben beschriebener Anordnung mit nur einer oder zwei Öffnungen, muss die Summe der Öffnungsbreiten b1, b2, b3, b4 in Figur 4 im Wesentlichen gleich sein wie die Breite a in Figur 1 . Mit dieser Forderung ergeben sich dieselben Querschnittsflächen für den Austritt des Kühlgasstroms und damit im Wesentlichen dieselbe Kühlleistung für unterschiedliche Konfigurationen. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn sowohl die Breite b1 und b4 möglichst klein gehalten werden um den Lichtweg d zwischen Quelle und Prozessierungsbereich möglichst kurz zu gestalten. Um den notwendigen Kühlgasstrom zu erhalten, ergeben sich daraus die Spaltbreiten b2 und b3 als Versatz der Umlenkspiegel Segmente. Insbesondere mit der Minimierung von b4 können sowohl das optischen Scheibenelement 9 als auch entsprechend die r

lackbeschichteten Bauteile 10 wesentlich näher an die Umlenkspiegel herangebracht werden. Damit wird der Lichtweg d zwischen UV-Quelle und Bauteilen verkürzt, was zu einer vorteilhaft höheren Intensität des UV-Lichts führt, das auf diese Bauteile fällt. Dies hat zur Konsequenz, dass bei gleichbleibender UV-Dosis (=UV-lntensität multipliziert mit Belichtungszeit) zur Aushärtung des Lacks die Belichtungszeit verkürzt werden kann, womit in dieser Anordnung eine höhere Produktivität im Belichtungsprozess erzielt wird.

Der Reduktion des Abstands b1 vom Spiegelsegment 81 von der UV-Quelle sind aber natürliche Grenzen gesetzt. Bei zu geringem Abstand wird ein Teil des am Spiegelsegment 81 reflektierten UV Lichts in die UV Quelle zurückgeworfen und gelangt nicht wie erwünscht in den Prozessierungsbereich.

Eine besonders bevorzugte Ausführung ist in Figur 5 dargestellt, worin die Kippwinkel α1, α2, a3 der einzelnen Umlenkspiegelsegmente 81 , 82, 83 unterschiedlich sein können. Dementsprechend können diese Winkel einzeln der Situation angepasst werden. Durch beispielsweise Vergrössern des Kippwinkels ct1 des Segments 81 auf einen Wert grösser als a2 von Segment 82, der dem Winkel α in Figur 1 entspricht, kann das reflektierte UV-Licht 61 von Segment 81 mit höherer Effizienz in den Prozessierungsbereich gelenkt werden. Ebenso kann beispielsweise der Winkel cr3 von Segment 83 verkleinert werden, um das reflektierte UV-Licht 63 näher in den Bereich des UV-Lichts 62 von Segment 82 gebracht werden. Durch Anpassen dieser Winkel α1, α2, a3 kann nicht nur das UV-Licht effizienter gesammelt werden, es kann auch in einen Bereich kleinerer geometrischer Ausdehnung gebracht werden, womit die vorhandene Intensität in diesem Bereich weiter gesteigert wird, was aufgrund der oben genannten Intensitätsabhängigkeit der Aushärtedosis des Lacks vorteilhaft ist. Dieses Sammeln des UV-Lichts in einen Bereich kleinerer Ausdehnung entspricht einer Fokussierung des UV-Lichts in den Prozessierungsbereich.

Im Falle der Bewegung der Bauteile auf einer Kreisbahn 102 wie in Figuren 1 und 4 bis 7 angedeutet, skaliert die geometrische Ausdehnung des nutzbaren Prozessierungsbereichs mit dem Radius der Kreisbewegungsbahn. Diese Bewegungsbahn sollte bei maschinentechnisch vorteilhafter Auslegung nicht grösser als für die jeweilige Bauteilgröße minimal notwendig gehalten werden. Mit Hilfe der geeigneten Verkippungen a1 bis aN der einzelnen Umlenkspiegelsegmente gegenüber dem Hauptstrahl erlangt man den Vorteil, dass eine Belichtungsanlage damit geometrisch kleiner und somit kostengünstiger gebaut werden kann.

Weiters ist es möglich, bei hoher UV-Intensität die Temperatur der lackbeschichteten Bauteile unter ihrem kritischen Anwendungsbereich zu halten, da die gegenständliche Erfindung ermöglicht, die Bauteile 10 sehr nahe am Prozessierungsbereich in einer Einfachbewegung oder auch wechselweisen Vor-Zurück-Bewegung linear 101 bzw. auf einer Kreisbahn rotierend 102, für die Dauer der Aushärtung vorbeizuführen.

In den bisherigen Ausführungen wurde die Annahme gemacht, dass die Umlenkspiegel in drei Segmenten ausgeführt sind. Erfindungsgemäss kann diese Aufteilung des Umlenkspiegels in mindestens zwei bis zu N Segmenten erfolgen, wobei N eine ganze Zahl darstellen soll.

Im Folgenden soll die Erfindung an einem konkreten Beispiel dargelegt werden. Als UV-Strahlungsquelle soll eine FusionUV-Heraeus Typ LH10 Quelle verwendet werden, die mit einer H13plus Quecksilber Metallhalid Gasentladungslampe ausgerüstet ist. Diese Quelle hat eine Länge L von ca. 25 cm. Die gesamte Strahlungsleistung beträgt nominal 6 kW und benötigt einen Kühlgasstrom von minimal 150 L/s Umgebungsluft, die mit rund 2500 Pa Überdruck der UV-Quelle über den dazu vorgesehenen Anschluss zugeführt werden muss. Entsprechend der Situation in Figur 1 wird dieser Kühlgasstrom in einer laminaren Strömung am UV-Umlenkspiegel vorbei abgeführt. Dies wird erreicht, indem die Querschnittsöffnungsbreite mit a = 80 mm dimensioniert wird, woraus eine Ausströmungsgeschwindigkeit des Kühlgases von rund 7 m/s resultiert, womit um die Querschnittsöffnungen im Wesentlichen noch laminare Strömung oder schwach turbulente Strömung erhalten werden kann. Die Bauteile werden zyklisch in den Prozessierungsbereich auf einer Kreisbahn mit Durchmesser von 220 mm geführt, wobei sie sich am Scheitelpunkt der Drehbewegung in einer Distanz von 20 mm zum Scheibenelement 9 befinden. Unter diesen Bedingungen ergibt sich mit einem einzelnen Umlenkspiegel eine Intensität für die UVA-Strahlung (Mittelwert über Wellenlängenbereich 320...400nm) am Scheitelpunkt der Kreisbahn von 290 mW/cm ² und eine UVA-Dosisleistung von 48 mJ/cm ² /s, wobei die Dosisleistung die Dosis bezeichnet, die die ein flaches Bauteiloberflächenelement während einer Umdrehung auf der Kreisbahn bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 1 Rotation pro Sekunde erfährt. Wird in ähnlicher Konfiguration, aber mit zusammenhängenden, segmentierten Umlenkspiegeln entsprechend oben beschriebenem Stand der Technik gearbeitet bei dem die Querschnittsöffnungsbreite mit a =80 mm gleich gehalten wird, kann eine UVA-Intensität im Scheitelpunkt von 390 mW/cm ² und eine UVA-Dosisleistung für die Rotationsbewegung der Bauteile von 58 mJ/cm ² /s erreicht werden. Die Länge des Lichtwegs d des Hauptstrahls, von der Gasentladungslampe zum Scheitelpunkt der Rotationsbewegung der Bauteile, beträgt bei einer Gesamtbreite des Umlenkspiegels von 175 mm in beiden Fällen gerundet d = 285 mm.

In der erfindungsmässigen Konfiguration entsprechend Figur 5 werden die Abstandsgrössen b1 = 5 mm, b2 - 30 mm, b3 - 40 mm und b4 = 5 mm gewählt, so dass in Summe b1+b2+b3+b4 = 80 mm wie in den oben dargestellten Fällen mit a = 80 mm ergibt. Damit sinkt der Lichtweg d des Hauptstrahls von 285 mm auf 250 mm, d.h. der Lichtweg verkürzt sich um 35 mm. Die Winkel der Umlenkspiegel werden dabei erfindungsgemäß so angepasst, dass maximale UV-Lichtintensität im Prozessierungsbereich erreicht wird. Im vorliegenden Beispiel sind ct1 = 60°, a2 = 45° und a3 = 25° gewählt. Mit dieser Anordnung wird im Scheitelpunkt eine UVA-Intensität von rund 510 mW/cm ² und eine Dosisleistung für die zyklische Drehbewegung der Bauteile von 72 mJ/cm ² /s, also eine Erhöhung der Intensität um rund 30 % und der Dosisleistung um 24 % gegenüber dem Fall des segmentierten, aber zusammenhängenden Umlenkspiegels erreicht. Diese Verbesserungen werden allein wird im Besonderen durch die Trennung und Ausrichtung der Umlenkspiegelsegmente erreicht, bei gleichbleibender Leistung der UV-Quelle.

Mit dem in dieser Konfiguration verkürzten Lichtweg können nun Lichtstrahlen auf direktem Weg von der UV-Lampe auf die zu belichtenden Bauteile im Prozessierungsbereich fallen. Da bei diesen Lichtstrahlen keine Unterdrückung der VIS- & IR-Strahlung erfolgt, führen diese zu einer stärkeren Erwärmung der Bauteile. Die eingestrahlte Dosisleistung von VIS- & IR-Strahlung auf die Bauteile pro Rotationszyklus beträgt im dargestellten Fall rund 60 mJ/cm ² /s, während dieser Wert nur 27 mJ/cm ² /s für den dem Stand der Technik entsprechenden Fall mit zusammenhängendem, segmentierten Umlenkspiegel beträgt. Das VIS- & IR-Licht steigt auf mehr wie das Zweifache in dieser Konfiguration mit dem geringeren Lichtweg und teilweise direkter VIS- & IR-Einstrahlung, während die erwünschte UV-Strahlung um 24 % in der Dosisleistung ansteigt.

Eine weitere Ausführungsform wird in Figur 6 dargestellt. Im Vergleich zu Figur 4 oder Figur 5 ist die Rotationsachse der Bauteilbewegung relativ zur UV-Quelle hin so verschoben, dass keine Lichtstrahlen mehr direkt von der UV-Lampe zu den Bauteilen gelangen können. Gleichzeitig sind die UV-Umlenkspiegel in einem Winkel <45° gegenüber dem Hauptstrahl angeordnet, wodurch eine UVA-Dosisleistung im vorliegenden Fall von rund 62 mJ/cm ² /s erzielt werden, bei für VIS- & IR-Dosisleistung von 31 mJ/cm ² /s, was etwa gleich wie im Fall des segmentierten und zusammenhängenden Spiegels ist. Damit wird eine Erhöhung der UV-Dosisleistung gegenüber dem Stand der Technik mit zusammenhängend segmentierten UV-Umlenkspiegeln erreicht, die aber unter der UVA-Dosisleistung wie mit separierten UV-Umlenkspiegeln wie in Figur 5 dargestellt liegt.

Alternativ dazu kann anstatt einer Positionierung der Rotationsachse der Substrate näher zur UV-Quelle, eine Verkippung der UV-Quelle derart erfolgen, dass sie weggeneigt von den Substraten 10 ist und somit die Einhausung der UV-Quelle die direkte Strahlung der UV-Quelle zum Substrat hin abschirmt und demnach die Substrate nur noch von der reflektierten Strahlung vom Reflektorelement 2 und/oder den geteilten Spiegelelementen belichtet werden.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel wird anhand Figur 7 verdeutlicht. Wird entsprechend der Konfiguration aus Figur 5 ein Blendenelement 21 mit der Länge von 25 mm am unteren Ende des Reflektorelements 2 eingeführt, die alle direkten Strahlen von der UV-Lampe zu den Bauteilen im Prozessierungsbereich blockiert, kann die Wärmebelastung durch direkt eingestrahltes VIS- & IR-Licht eliminiert werden. Das Blendenelement 21 kann, ebenso wie das Reflektorelement 2, beschichtet sein, um die UV Reflektion zu erhöhen, für die VIS- & IR-Strahlung muss das Blendenelement jedoch zwingend undurchlässig sein. Die ungewollt mit diesem Blendenelement stattfindende Blockierung von UV-Licht, das vom UV-Umlenkspiegel Segment reflektiert in den Prozessierungsbereich fallen sollte, ist vergleichsweise gering. Mit einer UVA-Dosisleistung von 69 mJ/cm ² /s fällt diese nur um rund 3 % im Vergleich zur Anordnung in Figur 5 ab, während sich der VIS- & IR-Anteil mit 32 mJ/cm ² /s beinahe auf den Wert reduziert, der sich auch mit dem Stand der Technik mit zusammenhängenden segmentierten UV-Umlenkspiegeln von 27 mJ/cm ² /s ergibt. Damit kann in der dargestellten Konfiguration von Figur 7 im vorliegenden Fall eine Erhöhung der UVA-Dosisleistung von rund 19% erzielt werden, wobei der Relativ- Anteil von VIS- & IR-Licht zum UV-Licht gleich bleibt wie im Falle der zusammenhängend segmentierten UV-Umlenkspiegel.

In Tabelle 1 sind die angebenen Daten von UVA-Intensität, UVA-Dosisleistung, sowie den entsprechenden Dosisleistungen für das eingestrahlte VIS- & IR-Licht für die hier dargestellten Fälle von Figur 1 , 5, 6 und 7, zusammengefasst. Als 100%-Referenzwert für die Vergleiche der UVA-Intensität und -Dosisleistung wurde der Fall des dem Stand der Technik entsprechenden, zusammenhängend segmentiertem UV- Umlenkspiegel angenommen.

Eine lineare Bauteilbewegung durch den Prozessierungsbereich ist in allen oben genannten Ausführungsformen möglich, wobei die Bauteile in den Konfigurationen von Figur 5, 6 und 7 geringfügig der direkten Einstrahlung der UV-Lampe ausgesetzt sind. Eine völlige Unterdrückung ist in realer Anwendung häufig nicht erforderlich und dieser Effekt kann aus wirtschaftlicher Sicht durch die verbesserte UV-Dosisleistung, wie auch die Möglichkeit einer zusätzlichen Substratkühlung durch die räumliche Anordnung, und damit kürzeren Belichtungszyklen leicht kompensiert werden.

Durch die erfindungsgemäße Aushärtungsvorrichtung mit voneinander getrennt angeordneten Spiegelsegmenten wird neben der Verringerung des Lichtweges d und der dadurch erhöhten Flächenintensität am Bauteil, ein optimaler Abfluss des Kühlgases erreicht. Die der Erfindung inhärente Optimierung der Kühlung der Belichtungsvorrichtung erlaubt zudem eine zuvor unmögliche Erhöhung der Leistung der UV Quelle ohne eine negative Beeinflussung der lackbeschichteten Substrate zu riskieren, was einer gesamtheitlichen Effizienzsteigerung der UV-Intensität im Aushärtebereich entspricht.

Die einzelnen voneinander getrennten Spiegelelemente können von der Seite betrachtet, also parallel zum Hauptstrahl, so verschoben sein, dass die Oberkante eines Spiegelelementes gegenüber der Unterkante des benachbarten Spiegelelementes übersteht, was von der UV-Quelle aus gesehen als„blickdicht" und somit durchgehende Spiegelfläche wahrgenommen wird, wodurch ein Intensitätsverlust der UV-Strahlung vermieden wird.

Es wurde eine Aushärtevorrichtung für mit einem aushärtbaren Lack (1 1 ) beschichtete Bauteile (10) vorgestellt, umfassend zumindest eine Strahlungsquelle (1 ), zumindest ein die Strahlungsquelle umgebendes Reflektorelement (2), zumindest zwei geteilte der Strahlungsquelle gegenüberliegende dichroitische Spiegelelemente welche den VIS-&IR-Anteil der Strahlungsquelle größtenteils transmittieren und von einem Prozessierungsbereich fernhalten und gleichzeitig den UV-Anteil der Strahlungsquelle in Richtung eines Prozessierungsbereichs reflektieren, zumindest ein optisches Scheibenelement (9) das die Kühlgasströmung in der Belichtungsvorrichtung vom Prozessierungsbereich trennt, dadurch gekennzeichnet dass die zumindest zwei dichroitischen Spiegelelemente derart angeordnet sind dass sie voneinander getrennt und gegeneinander in Richtung des Hauptstrahls versetzt sind und parallel zum Hauptstrahl verschoben somit gegenüber dem Hauptstrahl blickdicht sind, so dass durch die entstandenen Öffnungen Kühlgas ausströmen kann, es jedoch nicht zu einem Intensitätsverlust der UV-Strahlung kommt.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zumindest zwei geteilten dichroitischen Spiegelelemente um jeweilige Winkel cr1 bis orN zwischen der Spiegelnormalen und der Hauptstrahlungsrichtung der UV-Quelle derart zueinander verkippt sind dass die UV-Strahlung im Prozessierungsbereich zusammengeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Winkel cr1 bis σΝ der Umlenkspiegelelemente in der Art unterschiedlich, dass der grösste Winkel a1 von dem Spiegelelement eingenommen wird das dem Reflektorelement (2) am nächsten ist, und die Winkel der weiteren Spiegelelemente kleiner sind als α1 , wobei der Winkel des Spiegelsegmentes das dem Scheibenelement (9) am nächsten ist σΝ ist und den kleinsten der Winkel a1 bis crN darstellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Aushärtevorrichtung werden Reflektorelemente (18) seitlich an die Beleuchtungsvorrichtung über die gesamte Höhe von der Oberkante der zumindest zwei Spiegelelemente bis zum Scheibenelement (9) angebracht.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die UV-Quelle und die zumindest zwei geteilten dichroitischen Spiegelelemente derart angeordnet dass sowohl direkte Strahlung als auch reflektierte Strahlung in den Prozessierungsbereich gelenkt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ausschließlich reflektierte Strahlung in den Prozessierungsbereich gelenkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die UV-Quelle derart geneigt, dass keine direkte Strahlung in den Prozessierungsbereich fällt.

In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt von allen Öffnungen mit den Querschnittsbreiten (b1 ) bis (bN), die sich zwischen den einzelnen Spiegelelementen, sowie zwischen dem Spiegelelement das dem Reflektorelement am nächsten angeordnet ist und dem Reflektorelement (2), sowie zwischen jenem Spiegelelement welches dem Scheibenelement (9) am nächsten angeordnet ist und dem Scheibenelement (9) befinden, jene Öffnung zwischen Spiegelelement (9) und dem nächstliegenden Spiegelelement die geringste Querschnittsbreite, bN ein.

Weiters wurde ein Verfahren zur Aushärtung von lackbeschichteten Substraten vorgestellt, das eine Aushärtevorrichtung verwendet bei der die Kühlgasabfuhr über Öffnungen zwischen den Spiegelelementen wie oben beschrieben erfolgt und eine Erhöhung der UV-Intensität im Prozessierungsbereich durch Verkürzung des Lichtweges d von der Quelle zur Oberfläche des beschichteten Substrates durch geeignete Anzahl und Anordnung der Spiegelelemente hinsichtlich Abstand, Winkel, und dergleichen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich zur Kühlung der Belichtungsvorrichtung eine separate Kühlung der lackierten Bauteile mittels Kühlgas erfolgt.

Gasentladungslampe: 1

Lampenreflektor: 2

Kühlgaszuführung: 30

Kühlgaszustrom: 31

Kühlgasabstrom-/ströme: 4, 41 , 42, 43, 44

Emittierte Strahlung der UV-Quelle: 5, 51 , 52, 53, 54

Durch UV-Umlenkspiegel reflektierte Strahlung

(vornehmlich UV): 6, 61 , 62, 63

Durch UV-Umlenkspiegel transmittierte Strahlung

(vornehmlich VIS&IR): 7, 71 , 72, 73

Umlenkspiegel, Umlenkspiegel Segmente: 8, 81 , 82, 83

Optisches Scheibenelement zur

Trennung des Kühlgasstroms: 9

Bauteile: 10

Lackbeschichtung der Bauteile: 11

Lineare Bauteilbewegung: 101

Rotierende Bauteilbewegung: 102

Blende 21

Seitliches Reflektorelement 18

UV-intensitätsverteilung ohne seitliche Reflektorelemente 181

UV-intensitätsverteilung mit seitlichen Reflektorelementen 182

Öffnungsquerschnittbreite jeweils:

- zwischen Scheibenelement 9 und Umlenkspiegel 8: a

- zwischen Reflektorelement 2 und Spiegelsegment 81 : b1

- zwischen Spiegelsegmenten 81-82 und 82-83: b2, b3

- zwischen Scheibenelement 9 und Spiegelsegment 83: b4

Winkel der Oberflächennormalen des Umlenkspiegels 8 gegenüber Hauptstrahlachse der UV-Quelle: a

Winkel der Oberflächennormalen der Umlenkspiegelsegmente 81 , 82, 83 gegenüber

Hauptstrahlungsachse der UV-Quelle: a1, a2, a3:

Länge der Belichtungsvorrichtung: L

Lichtweg des Hauptstrahls von der UV-Quelle

zur Oberfläche des Bauteils 10: