(57)【要約】薄膜を硬化させるための装置が、開示される。装置は、コンピュータ制御システムと、運搬システムと、閃光灯コントローラと、閃光灯と、を含む。硬化装置はまた、閃光灯コントローラと閃光灯との間に接続された高平均パワー低インダクタンスケーブルを含む。低インダクタンスケーブルは、先行技術より直径が小さく、より可撓性であって、各ワイヤが、少なくとも１つの冷却管および反対極性の少なくとも１つのワイヤに隣接するように、少なくとも１つの液体冷却管と、正六方稠密構成に交互配置された複数の往路および帰路ワイヤと、を含む。
2013523499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動基板上で薄膜を硬化させるための装置であって、
前記装置は、
基板上に搭載された薄膜の層を移動させるための運搬システムと、
前記薄膜が、閃光灯に関連して移動されている間、電磁パルスを前記薄膜に提供するための閃光灯と、
前記電磁パルスのパルス幅を変調させるための閃光灯コントローラと、
前記閃光灯と前記閃光灯コントローラとの間に接続された低インダクタンスケーブルであって、前記低インダクタンスケーブルは、
冷却コアと、
前記冷却コアに連結された複数の帰路ケーブルと、
前記冷却コアに連結された複数の往路ケーブルであって、前記往路ケーブルは、前記帰路ケーブルに交互に連結される、往路ケーブルと、
を含む、低インダクタンスケーブルと
を備える、装置。
【請求項２】
前記冷却コア、前記帰路ケーブル、および前記往路ケーブルは、六方稠密構成に交互配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記帰路ケーブルのうちの１つは、冷却コアと前記往路ケーブルのうちの１つとに隣接する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記往路ケーブルのうちの１つは、冷却コアと前記帰路ケーブルのうちの１つとに隣接する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
低インダクタンスケーブルであって、
冷却コアと、
前記冷却コアに連結された複数の帰路ケーブルと、
前記冷却コアに連結された複数の往路ケーブルであって、前記往路ケーブルは、前記帰路ケーブルに交互に結される、往路ケーブルと、
を備える、ケーブル。
【請求項６】
前記冷却コア、前記帰路ケーブル、および前記往路ケーブルは、六方稠密構成に交互配置される、請求項５に記載のケーブル。
【請求項７】
前記帰路ケーブルのうちの１つは、前記冷却コアと前記往路ケーブルのうちの１つとに隣接する、請求項５に記載のケーブル。
【請求項８】
前記往路ケーブルのうちの１つは、前記冷却コアと前記帰路ケーブルのうちの１つとに隣接する、請求項５に記載のケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権主張）
本願は、２０１０年４月８日出願の仮出願第６１／３２１，９１０に対する３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）（１）に基づく優先権を主張するものであり、その内容は、参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、概して、硬化システムに関し、具体的には、低温基板上で薄膜を硬化させるための装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
（関連技術の説明）
薄膜の熱処理は、多くの場合、基板の特性によって、制限される。基板のコストは、最終生成物の総コストの有意な部分となり得るため、安価な基板が、概して、好ましい。ポリマーまたはセルロース等の安価な基板は、ガラスまたはセラミック等のより高価な基板より低い最高使用温度を有する傾向にある。したがって、低温基板上で薄膜を熱的に処理する時、基板スタック全体が、典型的には、基板の最高使用温度まで加熱され、処理時間を最小限にする。
【０００４】
いくつかの薄膜材料は、低温基板と適合性がない、より高いレベルの熱処理を必要とする。解決策は、処理時間の延長または温度上昇の形でもたらされ得る。前者の解決策は、処理量を低減させることによって、コストを増加させ、依然として、多くの種類の薄膜に対して不適切であり得る。後者の解決策は、概して、より高い処理温度に耐えることが可能なより高価な基板の使用を必要とする。したがって、両解決策とも、経済的観点から、望ましくない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（発明の概要）
本発明の好ましい実施形態によると、硬化装置は、コンピュータ制御システムと、運搬システムと、閃光灯ドライバと、閃光灯と、を含む。硬化装置はまた、閃光灯ドライバと閃光灯との間に接続された低インダクタンスケーブルを含む。低インダクタンスケーブルは、各ワイヤが、少なくとも１つの冷却管および反対極性の少なくとも１つのワイヤに隣接するように、少なくとも１つの液体冷却管と、正六方稠密構成に交互配置された複数の往路および帰路ワイヤと、を含む。
【０００６】
本発明のすべての特徴および利点は、以下に詳述される説明において、明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明自体、ならびにその好ましい使用形態、さらなる目的、および利点は、付随の図面と併せて熟読されることによって、例証的実施形態の以下の発明を実施するための形態を参照することによって、最も理解されるであろう。
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態による、硬化装置の略図である。
【図２】図２は、図１の硬化装置内の閃光灯コントローラのブロック図である。
【図３】図３ａは、本発明の好ましい実施形態による、図１の硬化装置内の低インダクタンスケーブルの基礎的ケーブルユニットの断面図である。図３ｂ−３ｄは、本発明の好ましい実施形態による、図３ａの基礎的ケーブルユニットによって形成される、低インダクタンスケーブルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（好適な実施形態の詳細な説明）
次に、図面、特に、図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態による、硬化装置の略図が描写されている。示されるように、硬化装置１００は、運搬システム１１０と、閃光灯１５０を有する閃光灯ヘッド１２０と、閃光灯コントローラ１３０と、を含む。低インダクタンスケーブル１２５は、閃光灯コントローラ１３０と閃光灯ヘッド１２０との間に接続される。運搬システム１１０は、閃光灯コントローラ１３０が、成形パルスが、運搬システム１１０上の薄膜の運搬速度に同期されるように、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して、電流の成形パルスを閃光灯１５０に提供する間、閃光灯ヘッド１２０を越えて、薄膜スタック１４０を移動させる。薄膜スタック１４０は、ポリマーまたは紙等の低温基板上に堆積された薄膜を含む。好ましくは、閃光灯１５０は、キセノン、クリプトン、またはアルゴン等のガスで充填された、密閉閃光灯である。閃光灯１５０はまた、時として、指向性プラズマアーク（ＤＰＡ）ランプと称される、水冷壁閃光灯であることができる。
【０００９】
コンピュータ制御システム１６０は、閃光灯コントローラ１３０の機能性を制御するために利用される。コンピュータ制御システム１６０は、好ましくは、当業者に周知のように、処理ユニットと、キーボード、マウス、タッチスクリーン等の入力デバイスと、モニタ等の出力デバイスと、を含む。
【００１０】
次に、図２を参照すると、閃光灯コントローラ１３０のブロック図が描写されている。示されるように、閃光灯コントローラ１３０は、エンコーダ２１０と、任意の波形発生器２２０と、閃光灯ドライバ２３０と、を含む。運搬システム１１０（図１）から、運搬速度等の入力を受信後、エンコーダ２１０は、運搬システム１１０上に位置する薄膜を硬化させるための適切な時間において、トリガ信号を任意の波形発生器２２０に提供する。トリガ信号によって、任意の波形発生器２２０は、ユーザ入力に基づいて、種々の形状の波形およびタイミングを発生させることが可能である。任意の波形発生器２２０は、閃光灯１５０（図１）を駆動するための波形信号を増幅する閃光灯ドライバ２３０に、波形信号を送信する。
【００１１】
入力に応答して、閃光灯システムによって放出されるパルス列の形状をリアルタイムで変更し、可動薄膜スタック内に生成される熱勾配に影響を及ぼすために、閃光灯１５０へのパワーは、好ましくは、パルス幅変調される。ＰＷＭを行うために、低インダクタンス（少なくとも、１００ｎＨ／ｍ未満、好ましくは、５０ｎＨ／ｍ未満）ケーブルは、閃光灯ドライバ２３０から閃光灯１５０にパワーを伝送する必要がある。加えて、低インダクタンスケーブルは、水冷されるが、人間が持ち上げるために十分に軽量であって、工場環境に統合されることができるように、１フィート未満の最小曲げ半径を有するべきである。
【００１２】
理論的には、最適化された市販の同軸ケーブルのインダクタンスは、本願に対して十分に小さくあり得るが、同軸端コネクタは、水密アセンブリ内の内側および外側導体にハンダ付けされなければならないため、加工が困難である。加えて、市販の同軸ケーブルのインダクタンスおよび曲げ半径は両方とも、好ましいものより大きい。
【００１３】
捻転対合ケーブルは、本願に対して、最低限であるインダクタンスを有する。加えて、捻転対合ケーブル内の捻転の性質は、確実な冷却を個々のワイヤに提供することを困難にする。ワイヤが捻転されているため、ともに結束されると、非効率的に装填され、外径をより大きくし、したがって、曲げ半径が、所望よりも大きくなる。交互の往路ワイヤおよび帰路ワイヤから成る、リボンケーブルは、本願に対して、高過ぎるインダクタンスを有する。
【００１４】
低インダクタンス多重より線（ＬＩＭＳ）ケーブルと称され得る、低インダクタンスケーブル１２５は、複数の往路ワイヤと、帰路ワイヤと、冷却ラインと、を含み、すべて相互に交互配置され、六方稠密パターンを形成する。ＬＩＭＳケーブル１２５は、極低インダクタンスを有する（〜１６ｎＨ／ｍ）。ＬＩＭＳケーブル１２５は、システム全体に、２００ｎＨ未満のインダクタンスを追加する。ＬＩＭＳケーブル１２５は、１０ＭＷ超のピークパワー供給および１０ｋＷ長の平均パワー供給を伴う、最大２０ｋＡの電流を取り扱うことができる。ＬＩＭＳケーブル１２５の直径は、好ましくは、５．０ｃｍ未満であって、ＬＩＭＳケーブル１２５は、小半径（０．３ｍ未満）を中心として屈曲することができる。
【００１５】
所与の合計持続時間のパルス列をパルス幅変調するために、各個々のパルス、すなわち、マイクロパルスは、パルス成形を提供するために、パルス列より遥かに短くある必要がある。さらに、ＰＷＭシステムは、その時間の一部の間、オンにされないため、パルスは、パルス列と同一長の単一パルスを提供する源より強烈である必要がある。したがって、硬化装置１１０は、１００ｋＷ／ｃｍ２超のピークパワーを伴う、１０マイクロ秒程度の短いパルス長を提供可能である。加えて、パルスのためのＰＷＭ周波数は、５０ｋＨｚ程度である。
【００１６】
各パルス列は、成形パルスを形成する、少なくとも２つのマイクロパルスを含む。パルスの成形は、薄膜スタック１５０内の温度プロファイルを最適硬化のためにカスタマイズ可能にする。その最も単純な形態では、均一マイクロパルスを含む、成形パルスは、６つの変数または制御パラメータを有する：強度（電圧）、パルス長、薄膜スタック上の任意の所与の面積内の基板上に衝突した成形パルスの平均数、パルス繰り返し周波数、成形パルス内のマイクロパルスの数、およびマイクロパルスのデューティサイクル。マイクロパルスが、均一ではない時、各マイクロパルスの持続時間および遅延も、また、規定されるべきである。これは、任意の成形パルスの形成を可能にする。制御パラメータは、最初に、熱シミュレーションに入力され、これらのパラメータは、続いて、閃光灯コントローラ１３０への入力として使用される。
【００１７】
パルスパワー供給システム全体のインダクタンスが、約２μΗ未満である時、閃光灯１５０からの放出の立ち上がり時間は、プラズマが、閃光灯１５０を通過する電流によって、抵抗加熱され得る速度によって、制限された状態となる。同様に、閃光灯１５０からの放出の立ち下がり速度も、閃光灯１５０内のプラズマの放射冷却速度によって、制限された状態となる。パルスパワー供給システム全体のインダクタンスが、約２μΗ超の時、インダクタンスは、放出の最小立ち上がりおよび立ち下がり速度の加速を開始し、したがって、放出が、パルス幅変調され得る周波数を制限する。本発明におけるパルスパワー供給システムは、約１．２μΗの合計インダクタンスを有し、そのうちの約０．２ｍＨは、ＬＩＭＳケーブル１２５からであって、最大ＰＷＭが、インダクタンスによって制限されないことを意味する。硬化装置１００のためのＬＩＭＳケーブル１２５は、好ましくは、以下の要件を有する：
１．ユニット長あたりのインダクタンスが低い（５０ｎＨ／ｍ未満）
２．ユニット長あたりの抵抗が低い（１．０ｍΩ／ｍ未満）
３．長さが長い（最大１０メートル）
４．適度な電圧定格（最大約１，２００Ｖ）
５．能動的液体冷却
６．高電流容量（最大約２０ｋＡ）
７．取り扱いのための曲げ半径が小さい（０．３ｍ未満）
次に、図３ａを参照すると、本発明の好ましい実施形態による、ＬＩＭＳケーブル１２５を形成するための基礎的ケーブルユニットの断面図が例証される。示されるように、基礎的ケーブルユニット３００は、冷却チャネル３１３と、往路ケーブル３１１と、帰路ケーブル３１２と、を含む。好ましくは、往路ケーブル３１１および帰路ケーブル３１２は、銅から成る。
【００１８】
図３ｂは、３つの対合円形ケーブルが、いくつかの基礎的ケーブルユニット３００を組み合わせることによって、形成することができることを示す。示されるように、３つの対合円唇ケーブル３２０は、冷却チャネル３２３の周囲に形成される、往路ケーブル３２１ａ−３２１ｃと、帰路ケーブル３２２ａ−３２２ｃと、を含む。加えて、往路ケーブル３２１ａ−３２１ｃは、帰路ケーブル３２２ａ−３２２ｃと交互配置され、それに連結される。
【００１９】
入力に応答して、閃光灯１５０によって放出されるパルス列の形状をリアルタイムで変更し、毎分最大３００メートルの速度で可動する基板上の可動薄膜スタック硬化材料内に生成される熱勾配に影響を及ぼすために、図３ｃに示される１２の対合円唇ＬＩＭＳケーブル３３０および／または図３ｄに示される８つの対合平坦ＬＩＭＳケーブル３４０等の低インダクタンス水冷ケーブルアセンブリは、精密な時間的制御を提供するために不可欠である。
【００２０】
基板が可動しており、閃光灯１５０の成形パルス周波数が、運搬速度に同期されている時、周波数は、以下によって求められる。
【００２１】
【数１】
2013523499.tif 000003
式中、
ｆ＝閃光灯成形パルス繰り返し数［Ｈｚ］
Ｓ＝ウェブ速度［ｍ／分］
Ｏ＝重複係数（すなわち、任意の所与の点において、基板によって受容される閃光灯パルスの平均数）
Ｗ＝運搬方向における硬化ヘッド幅［ｃｍ］
例えば、運搬速度１００ｍ／分、重複係数４、および硬化ヘッド幅７ｃｍでは、光点の成形パルス繰り返し数は、９５．４Ｈｚである。
【００２２】
閃光灯１５０の閃光速度は、基板運搬速度に同期されるため、速度の小さな変化は、薄膜の硬化を著しく変化させない。
【００２３】
閃光灯１５０へのパワー供給システムの８つの変数は、継続的かつオンザフライで変更することができる。これは、硬化パラメータを、硬化前または後のセンサデータに応答して、薄膜または基板の変化にリアルタイムで適応可能にする。これらの２つの質は、最適かつ一貫した結果を伴う、硬化薄膜を生産し、システムが、任意のパルス特色を変更するために、数分間、電源を切る必要がある、先行技術を劇的に上回る収率を有する。さらに、パルス特色は、約０．１％以内の分解能に継続的に変更することができ、硬化の遥かに厳密な最適化制御をもたらす。先行技術は、離散変更を有していた。
【００２４】
説明されたように、本発明は、可動基板上の薄膜を硬化させるための硬化装置を提供する。
【００２５】
本発明は、特に、好ましい実施形態を参照して、図示および説明されたが、当業者は、発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細に、種々の変更を行ってもよいことを理解するであろう。
【図１】
2013523499.tif 000004
【図２】
2013523499.tif 000005
【図３】
2013523499.tif 000006
【国際調査報告】
2013523499.tif 000007