Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestrahlen eines flächigen Sub strats mit zwei nebeneinander und beabstandet von dem Substrat angeordne ten elektrisch betriebenen Strahlungsquellen.

Derartige Vorrichtungen werden eingesetzt, um ein Substrat bzw. eine auf dem Substrat angeordnete Funktionsschicht mit Hilfe der Strahlungsquellen im Rahmen von Herstellungsprozessen zu bearbeiten oder zu modifizieren. Die Strahlungsquellen können beispielsweise Heizstrahler, also Infrarot- Strahlungsquellen, sein, die eingesetzt werden um das Substrat oder die auf gebrachte Funktionsschicht zu trocknen. Ein anderes Einsatzgebiet sind Schichten, die mit Ultraviolett-Strahlung bestrahlt werden, um sie chemisch zu modifizieren, beispielsweise auszuhärten.

Dabei ist es häufig wichtig, dass über die möglichst gesamte Oberfläche des Substrats eine gleichmäßige Strahlungsintensität erzielt wird. Zwei oder mehr Strahlungsquelle werden dann eingesetzt, wenn die Substratbreite zu groß ist, um mit einer Strahlungsquelle allein das Substrat ausreichend homogen zu be strahlen zu können.

Wenn zwei Strahlungsquellen nebeneinander bei einem stationären Substrat oder nebeneinander in Hinblick auf eine Durchlaufrichtung eines bewegten Substrats in einem kontinuierlichen Prozess eingesetzt werden, ist zum Errei chen einer homogenen Strahlungsintensität zum einen die Positionierung der Strahlungsquellen in Hinblick auf ihren Abstand untereinander und vom Sub strat unter Berücksichtigung von abbildenden Elementen wie Reflektoren und/oder Linsen zu optimieren. Herstellungstoleranzen, insbesondere bei der Drahtstärke und/oder Länge eine Wendel der Strahlungsquellen können jedoch auch bei theoretisch optimal positionierten Strahlungsquellen zu einer nicht homogenen Bestrahlung des Substrats führen. Zudem ist auch noch zu be rücksichtigen, dass die Strahlungsquellen im Laufe der Zeit unterschiedlich al tern können, so dass trotz anfänglich optimaler Anordnungsgeometrie der Strahlungsquellen ein Ausgleich der Strahlungsintensität der beiden Strah lungsquellen untereinander notwendig sein kann.

Dazu bietet sich eine elektrische oder elektronische Intensitätsregelung der beiden Strahlungsquellen, bzw. zumindest die Möglichkeit einer Intensitätsab- Senkung bei einer der beiden Strahlungsquellen, an. Werden beide Strahlungs quellen parallel geschaltet von einer Spannungsquelle versorgt, kann eine sol che Intensitätseinstellung oder -absenkung durch Vorschalten einer entspre chenden Leistungssteuerung vor zumindest eine der Strahlungsquellen erfol gen. Bei Einsatz einer Wechselspannungsquelle können beispielsweise eine Phasenanschnittsteuerung oder eine Gruppenwellensteuerung verwendet wer den.

Nachteilig ist dabei - insbesondere beim Einstellen einer sehr kleinen Intensität der Strahlungsquellen - eine möglicherweise zu geringe Einstellgenauigkeit bei Verwendung einer Gruppenwellensteuerung oder eine erhöhte Abgabe von elektromagnetischer Störstrahlung bei Verwendung einer Phasenanschnitt steuerung.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu beschreiben, bei der die beiden Strahlungsquellen auch mit geringerer Intensität betrieben werden können und ihre Intensität rela tiv zueinander eingestellt werden kann, ohne dass ein Übermaß an elektro magnetischer Störstrahlung entsteht.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängi gen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass die Strahlungsquellen elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei mindestens einer der Strahlungsquellen eine veränderbare Impedanz parallel geschaltet ist.

Durch die elektrische Reihenschaltung werden die Strahlungsquellen prinzipiell gegenüber einer Parallelschaltung bei gleicher Versorgungsspannung mit ge ringerer Intensität betrieben. Ein Vorschalten einer Leistungssteuerung ist je doch bei in Serie geschalteten Strahlungsquellen nicht möglich, da ein vorge schaltetes Leistungssteuerungsgerät sich gleichermaßen auf beide Strahlungs quellen auswirken würde. Durch die erfindungsgemäß einer Strahlungsquelle parallel geschalteten veränderbaren Impedanz kann jedoch eine Leistungsvari ation der Strahlungsquellen untereinander erfolgen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die veränderbare Impedanz eine Reihenschaltung einer Impedanz und eines getaktet betreibba ren Schaltorgans. Die Impedanz wird durch das vorschaltbare getaktet betreib bare Schaltorgan effektiv in ihrem Impedanzwert variiert.

Werden die Strahlungsquellen an einer Wechselspannungsquelle betrieben, kann dazu bevorzugt eine Phasenanschnittsteuerung oder eine Gruppenwel lensteuerung eingesetzt werden. Beim Betreiben der Strahlungsquellen mit ei ner Gleichspannungsquelle kann eine Pulsweiten-Modulationssteuerung (PWM) eingesetzt werden. Entsprechend wird als Schaltorgan bevorzugt ein Halbleiterschalter, insbesondere ein Triac, ein MOSFET (Metal Oxide Semi- conductor Field Effekt Transistor), ein Bipolartransistor oder ein IGBT (Insula- ting Gate Bipolar Transistor) eingesetzt werden. Anders als beim Betreiben der Strahlungsquellen über zum Beispiel einer Phasenanschnittsteuerung führt das Betreiben der Impedanz über eine Phasenanschnittsteuerung nicht zu einer Abgabe übermäßiger Störstrahlung, da Zuleitungen zur Impedanz kurz und die Impedanz selbst geometrisch klein gehalten werden und damit gut abgeschirmt werden können, was bei den Strahlungsquellen selbst nicht so einfach möglich ist.

Die veränderbare Impedanz kann als Impedanz einen ohmschen Widerstand, einen Kondensator oder eine Induktivität, sowie Verschaltungen von zwei oder mehreren dieser Elemente umfassen. Dabei kann jede Anordnung mit einer veränderbaren Impedanz, über die eine Leistungsaufnahme der parallel ge schalteten Strahlungsquelle variiert werden kann, geeignet sein. Bei einem Be treiben der Strahlungsquellen mit einer Gleichspannungsquelle ist ein ohm scher Widerstand als Impedanz bevorzugt. Insbesondere bei einem Betreiben der Strahlungsquellen mit einer Wechselspannungsquelle kann auch ein Ein satz kapazitiver oder induktiver Elemente bei der Impedanz sinnvoll sein. Die ses gilt auch, wenn die Strahlungsquellen zwar mit Gleichspannung betrieben werden, die veränderbare Impedanz jedoch z.B. eine PWM-Steuerung umfasst.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung weist diese ein Relais auf, um die veränderbare Impedanz wahlweise parallel zu einer der bei den Strahlungsquellen zu schalten. Dabei kann in einer Ausgestaltung das Re lais zwei Umschaltkontakte aufweisen, die jeweils mit ihrem Mittelanschluss mit je einem Anschluss der veränderbaren Impedanz verbunden sind, und die mit ihren Schaltanschlüssen jeweils mit einem der Endanschlüsse der Reihen schaltung der Strahlungsquellen und mit deren Mittelabgriff verbunden sind. AI- ternativ kann auch ein Relais mit einem Umschaltkontakt eingesetzt werden, wobei in dem Fall die veränderbare Impedanz mit einem Anschluss mit einem Mittelabgriff der Reihenschaltung der Strahlungsquellen verbunden ist und mit ihrem anderen Anschluss mit einem Mittelanschluss des Umschaltkontakts, wobei Schaltanschlüsse des Umschaltkontakts mit jeweils einem Endanschluss der Reihenschaltung der Strahlungsquellen verbunden sind.

Bei beiden genannten Ausgestaltungen kann durch das Relais die veränderba re Impedanz der einen oder andere Strahlungsquelle parallel geschaltet wer den, wobei die Strahlungsquelle, zu der die Impedanz parallel geschaltet ist, in ihrer Intensität gegenüber der anderen Strahlungsquelle abgesenkt werden kann. Die veränderbare Impedanz wird somit bevorzugt der intensiveren der Strahlungsquellen parallel geschaltet, um diese auf die Intensität der weniger intensiven Strahlungsquelle absenken zu können.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung sind weitere Relais vorgesehen, über die die Reihenschaltung der Strahlungsquellen aufge trennt werden kann und die Strahlungsquellen parallel geschaltet werden kön nen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung auch wahlweise mit höheren Strah lungsintensitäten genutzt werden. Um auch in dem Fall einen Intensitätsaus gleich zwischen den Strahlungsquellen vornehmen zu können, ist in Reihe zu zumindest einer der beiden Strahlungsquellen ein weiteres getaktet betreibba res Schaltorgan angeordnet, das wiederum Teil einer Phasenanschnittsteue rung, einer Gruppenwellensteuerung oder einer Pulsweiten- Modulationssteuerung (PWM) sein kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Strah lungsquellen Fleizstrahler. Die Vorrichtung kann dann beispielsweise Verwen dung finden in Prozessen, in denen ein Substrat oder eine aufgelegte Funkti onsschicht bevorzugt in einem Durchlaufverfahren getrocknet und/oder che misch oder physikalisch verbunden werden. Ein möglicher Anwendungsfall ist die Trocknung einer Tintenschicht, insbesondere auf nicht-saugendem Unter grund. Ein solcher Anwendungsfall ist beispielsweise bei sogenannten Markie rungsdruckern gegeben, das sind Drucker, die einen Tinten-Aufdruck auf Kunststoffmarkierer aufbringen, die zur Markierung von elektrischen Leitungen oder Geräten eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel mit Hil fe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen: Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Bestrah len eines unterliegenden flächigen Substrats; und

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Bestrahlen eines flächi gen Substrats 7 mit zwei nebeneinander und beabstandet von dem Substrat 7 angeordneten elektrisch betrieben Strahlungsquellen 1, 2.

Das Substrat 7 ist beispielsweise ein Kunststoffsubstrat, das mit einer Funkti onsschicht 8, beispielsweise einer Tintenschicht bedruckt wurde. Zum Trock nen der Tintenschicht auf dem nicht oder wenig saugenden Substrat 7 ist die Anordnung der beiden Strahlungsquellen 1 , 2 vorgesehen.

Bei den Strahlungsquellen 1 , 2 handelt es sich um Fleizstrahler, konkret Heiz stäbe, die in einer Richtung senkrecht zur dargestellten Zeichnungsebene aus gedehnt sein können, so dass ihre Länge in dieser Richtung den in Fig. 1 sicht baren Durchmesser um ein Mehrfaches übersteigt. Es wird angemerkt, dass die Verwendung von Fleizstrahlern, also Infrarotstrahlungsquellen, zur Trock nung einer Tintenschicht als Funktionsschicht 8 rein beispielhaft ist. Die darge stellte Anordnung kann auch andere Strahlungsquellen 1 , 2, beispielsweise Ult raviolett-Strahlungsquellen, aufweisen, die einer chemischen Modifikation der Funktionsschicht 8 oder auch des Substrats 7 selbst dienen.

Die gezeigte Anordnung ist Teil eines kontinuierlichen Prozesses, bei dem das Substrat 7 mit der Funktionsschicht 8 in einer Richtung senkrecht zur Zeichen ebene unter den nebeneinander angeordneten Strahlungsquellen 1, 2 durch fährt. Bei dieser Anordnung ist eine Flomogenität der Strahlungsintensität über die Breite des dargestellten Substrats 7 zunächst durch die geometrische An ordnung der beiden Strahlungsquellen 1 , 2 zu erreichen. Den Strahlungsquel len 1 , 2 ist jeweils ein Reflektor 3, 4 zugeordnet, der ebenfalls einen Einfluss auf ein von der jeweiligen Strahlungsquelle 1 , 2 in Richtung des Substrats 7 abgestrahlten Strahlungsfelds 5, 6 hat. Die Strahlungsfelder 5, 6 sind in der Fig. 1 durch ihre Ränder symbolisiert. Die Strahlungsquellen 1 , 2 werden so vonei nander und zum Substrat 7 beabstandet angeordnet, dass sich die Strahlungs felder 5, 6 möglichst mit einer über die Breite des Substrats 7 homogenen In tensität überlagern. Die geometrische Anordnung der Strahlungsquellen 1, 2 ist dabei insbesondere so gewählt, dass in einem mittleren Bereich des Substrats, der Strahlungsintensität beider Strahlungsquellen 1 , 2 ausgesetzt ist, die Strah- lungsintensität homogen und gleich der Strahlungsintensität in anderen Berei chen des Substrats 7 ist.

Weiter kann die Homogenität auch durch eine Variation der elektrischen Leis tung, die die Strahlungsquellen 1 , 2 aufnehmen, beeinflusst werden. Zum Aus gleich von bereits bestehenden Intensitätsunterschieden und/oder zum Aus gleich von unterschiedlichen Alterungsprozessen der Strahlungsquellen 1 , 2 durch eine Variation der elektrischen Leistung dient die anmeldungsgemäße Vorrichtung, von der ein Ausführungsbeispiel im Schaltplan der Fig. 2 näher dargestellt ist.

Die Strahlungsquellen 1 , 2, im Beispiel der Fig. 1 also die (Widerstands-) Heiz strahler werden zur Stromversorgung mit Netzspannung 9 gespeist. In der dar gestellten Schaltung sind drei Stromzweige vorhanden, von denen zwei jeweils eine der Strahlungsquellen 1 , 2 umfasst. Der dritte Stromzweig umfasst einen veränderbaren Widerstand 10 als veränderbare Impedanz. Der veränderbare Widerstand 10 ist durch eine Serienschaltung eines ohmschen Widerstands 11 und eines getaktet schaltbaren Schaltorgans 12 gebildet. Es wird angemerkt, dass die veränderbare Impedanz ggf. zusätzlich zu dem ohmschen Widerstand 11 auch ein kapazitives und/oder induktives Element wie einen Kondensator bzw. eine Spule aufweisen kann.

Durch unterschiedliche Taktung des Schaltorgans 12, entweder im Rahmen ei ner Phasenanschnittsteuerung oder einer Gruppenwellensteuerung oder auch - bei Versorgung der Vorrichtung durch Gleichspannung - durch eine pulsweiten- Modulationssteuerung wird der ohmsche Widerstand 11 nur zeitweise im Strompfad aktiv, so dass sein effektiver Widerstand abhängig von einem Ver hältnis einer Einschaltzeit zu einer Ausschaltzeit des Schaltorgans 12 ist. Die ses Verhältnis wird auch Tastverhältnis genannt. In dem Prinzipschaltbild der Fig. 2 ist eine Steuerschaltung zur Ansteuerung des Schaltorgans 12 (und wei terer nachfolgend beschriebener ansteuerbarer Komponenten) nicht darge stellt. Ein Steuereingang ansteuerbarer Komponenten ist jeweils durch zwei Steueranschlüsse symbolisiert, die in Anschlusspunkten enden, von denen ei ner z.B. einen Masseanschluss darstellt (in der Figur durch einen dreieckigen Pfeil wiedergegeben) und einer einen Verbindungspunkt zur Steuerschaltung darstellt (in der Figur durch ein Sechseck wiedergegeben).

In einer Grundstellung der Vorrichtung sind die beiden Zweige, in denen die Strahlungsquellen 1 , 2 angeordnet sind, serienverschaltet. In jedem der Zweige mit den Strahlungsquellen 1 , 2 ist ein weiteres Schaltor gan 14, 15 angeordnet, das ebenfalls angesteuert getaktet betrieben werden kann. Wenn beide Strahlungsquellen 1 , 2 in einer Serienschaltung betrieben werden, kann ihre Intensität jedoch nicht unabhängig voneinander eingestellt werden, da jegliche Taktung eines der beiden weiteren Schaltorgane 14, 15 beide Strahlungsquellen 1 , 2 betrifft. Um eine Intensität der Gesamtanordnung der Strahlungsquellen 1 , 2 in der Serienschaltung zu variieren, ist es somit aus reichend, eines der weiteren Schaltorgane 14, 15 dauerhaft eingeschaltet zu lassen und das andere der Schaltorgane getaktet zu betreiben.

Um in dem Fall die Intensität der Strahlungsquellen 1 , 2 untereinander variieren zu können, wird der veränderbare Widerstand 10 parallel zu einer der Strah lungsquellen 1 , 2 bzw. parallel zur Reihenschaltung der Strahlungsquelle 1 , 2 und dem entsprechenden weiteren Schaltorgan 14, 15 geschaltet. Wird der veränderbare Widerstand 10 mit einem endlichen effektiven Widerstand betrie ben, d.h. dass das Schaltorgan 12 zumindest zeitweise eingeschaltet ist, nimmt es in der Parallelschaltung zu einer der Strahlungsquellen 1 , 2 einen Teilstrom auf, der dieser Strahlungsquelle 1 , 2 nicht mehr zur Verfügung steht aber noch durch die andere der Strahlungsquellen 1 , 2 fließt.

Zur Parallelschaltung des veränderbaren Widerstands 10 zu einem der Zweige mit den Strahlungsquellen 1 , 2 ist ein Relais 13 mit zwei Umschaltkontakten vorgesehen, über die der veränderbare Widerstand 10 entweder dem einen oder dem anderen Zweig mit den Strahlungsquellen 1 , 2 parallel geschaltet werden kann. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ist der veränderbare Wi derstand 10 parallel zum Zweig mit der Strahlungsquelle 1 geschaltet. Entspre chend wird beim Betreiben des veränderbaren Widerstands 10 mit einem effek tiven endlichen Widerstand die Intensität der Strahlungsquelle 1 abgemindert und die Intensität der Strahlungsquelle 2 angehoben.

Wenn ein Ausgleich benötigt wird, bei dem umgekehrt die Strahlungsintensität der Strahlungsquelle 1 angehoben werden muss und die der Strahlungsquelle 2 abgesenkt werden muss, wird das Relais 13 in der anderen Schalterstellung betrieben, so dass der veränderbare Widerstand 10 dann parallel zum Zweig der Strahlungsquelle 2 geschaltet ist.

Die Vorrichtung weist ein weiteres Relais 16 auf, mit dem die Reihenschaltung der Strahlungsquellen 1 , 2 aufgehoben werden kann und die Strahlungsquellen 1 , 2 stattdessen parallel schaltet werden können. Im dargestellten Beispiel weist das weitere Relais 16 zu diesem Zweck zwei Umschaltkontakte auf. In al ternativen Ausgestaltungen können stattdessen auch zwei einzelne Relais ein gesetzt werden, von denen eines einen Umschaltkontakt und das andere nur einen einfachen Schaltkontakt benötigt.

In diesem Betriebsmodus werden höhere Intensitäten der Strahlungsquellen 1 , 2 erreicht, wobei der veränderbare Widerstand 10 nicht benötigt wird und durch Nichtbetätigen des Schaltorgans 12 stromfrei geschaltet wird. Eine Intensitäts absenkung beider Strahlungsquellen 1, 2 bzw. ein Intensitätsausgleich 1 , 2 kann durch entsprechende Ansteuerung der weiteren Schaltorgane 14, 15 in diesem Betriebsmodus erreicht werden.

Bezugszeichen

1 , 2 Strahlungsquelle

3, 4 Reflektor 5, 6 Strahlungsfeld

7 Substrat

8 Funktionsschicht

10 veränderbarer Widerstand

11 ohmscher Widerstand

12 Schaltorgan

13 Relais

14, 15 weiteres Schaltorgan

16 weiteres Relais