CN104396012A - 具有led和圆柱形透镜的发光体 - Google Patents

具有led和圆柱形透镜的发光体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种发光体，该发光体包括至少一个具有多个分布在模块面（2）之上的LED（3）的模块（1），其中在模块（1）的纵向（L）上多个LED以列（R）来布置，并且其中在模块（1）的与所述纵向（L）垂直的横向（W）上所述列（R）中的多个并排地被布置，并且其中所述LED发光体包括用于对由LED所发射的光进行聚束的光学系统（5、8），其中所述光学系统（5、8）包括至少一个在所述纵向上延伸的第一圆柱形透镜（9），其中所述列（3）中的第一列的LED（3）中的至少一些LED的光借助所述第一圆柱形透镜（9）被聚束到目标面上的线中。

Description

具有LED和圆柱形透镜的发光体
技术领域
本发明涉及一种发光体，该发光体包括至少一个具有多个分布在模块面之上的LED的模块，其中在该模块的纵向上多个LED以列来布置，并且其中在该模块的与该纵向垂直的横向上所述列中的多个并排地被布置，并且其中该LED发光体包括用于对由LED所发射的光进行聚束的光学系统。
背景技术
WO 2012/031703 A1描述一种用于板上芯片模块的制造方法，在所述板上芯片模块中衬底包括具有多个LED的板状载体，其中该衬底的表面在开放式铸模中以覆盖的方式配备用于构造光学系统的层。
发明内容
本发明的任务是说明一种LED发光体，利用该LED发光体可以在所定义的结构中获得均匀的照射密度。
该任务通过一种发光体来解决，该发光体包括：
至少一个具有多个分布在模块面之上的LED的模块，
其中在该模块的纵向上多个LED以列来布置，并且
其中在该模块的与该纵向垂直的横向上所述列中的多个并排地被布置，
并且其中该LED发光体包括用于对由LED所发射的光进行聚束的光学系统，
其中该光学系统包括至少一个在该纵向上延伸的第一圆柱形透镜，
其中所述列中的第一列的LED中的至少一些LED的光借助该第一圆柱形透镜被聚束到目标面上的线中。
通过在至少多个LED之上连续地延伸的圆柱形透镜的使用，可以有效地并且以少量的器件实现各个LED的光的均匀的聚束。
在本发明的意义上的模块应被理解为多个LED的任何空间固定的布置。模块面在此应被理解为连接所有LED的面。模块面在本发明的意义上也可以具有拱顶、例如在横向上的桶状拱顶。但是，模块面优选地是平坦的。
该模块一般有利地、但是不是必需被构造为集成的板上芯片模块（COB），在该板上芯片模块中LED并且必要时其它的电子器件被布置在平面的载体上。
完全一般地，根据本发明的发光体可以特别是在纵向上任意地延伸。在横向上的延伸首先依赖于对目标面上的线的数量、功率和强度的要求。关于在纵向上的延伸，可以根据所要求的长度直接连续地布置多个模块，这类似地也适用于必要时所使用的光学系统。
在本发明的一种一般有利的改进方案中，该光学系统包括至少一个在纵向上延伸的第二圆柱形透镜，其中所述列中的第二列的LED中的至少一些LED的光借助该第二圆柱形透镜被聚束到目标面上的线中。以该方式可以将模块的多列LED聚束到线中，其中光的大的张角也可以分别在横向上被检测和被传输。
在优选的、但是不是必需的细节设计中，在此第一圆柱形透镜和第二圆柱形透镜将光聚束到目标面上的相同的线中。这导致目标面中的特别大的亮度。沿着该线的光强度的均匀性在此可以以简单的方式例如通过以下方式进一步被改进，即两列的LED在纵向上相互偏移地被布置。对此替代或补充地，均匀性的进一步的优化也可以通过聚束光学系统侧的措施来实现。
在本发明的一个优选的实施例中，该光学系统包括用于对所辐射的光进行聚束的初级光学系统，其中该初级光学系统包括多个直接被布置在LED上的透镜。通过这样的初级光学系统，由LED大多大角度地辐射的光的特别大的立体角可以被传输。例如在此可以涉及多个分别在LED之上所布置的聚光透镜。圆柱形透镜原则上也可以是初级光学系统的组成部分并且直接被布置在LED中的多个之上。
替代或补充于聚光透镜或圆柱形透镜，该初级光学系统也可以包括反射器，所述反射器直接被布置在LED的侧面并且进一步改进所传输的光的可用的立体角范围。例如可以涉及旋转对称的、分别被分配给各个LED的反射器。
在一种优选的改进方案中，该初级光学系统被构造为被施加到模块上的、透明的聚合物层，该聚合物层一体式地搭接至少多个LED。这样的聚合物层例如可以像在WO 2012/031703 A1中所描述的光学系统那样来构造。在此LED模块借助开放式铸模利用抗UV的硅树脂来覆盖。
在初级光学系统的一种优选的改进方案中，被布置在LED之上的透镜相对于LED的中心在横向上以侧向偏移来定位。如果目标面的线不处于该列的LED的几何辐射方向上，那么这能够在横向上实现大的张角的好的聚束。因此，在优选的改进方案中，LED列在横向上越远离该线，例如该偏移可能就越大。特别是可以存在中央LED列，该中央LED列的几何辐射方向与该线相交，其中该列的一个或多个透镜没有偏移。
有利地，由LED所发射的光的至少50％存在于小于470nm的波长范围内。这能够实现发光体作为UV辐射器的至少主要的设计。通过根据本发明的特征的进一步的组合，该UV辐射器可以灵活地被装入技术装置、例如印刷机中。
对此替代地，由LED所发射的光的至少50％存在于大于780nm的波长范围内。这能够实现发光体作为IR辐射器的至少主要的设计。通过根据本发明的特征的进一步的组合，IR辐射器可以灵活地被装入技术装置、例如印刷机中。
在本发明的一种特别优选的实施方式中，该光学系统包括次级光学系统，该次级光学系统在空间上与模块分离地被布置在光的光路中。与初级光学系统的概念划界，次级光学系统当前一般被理解为不直接紧贴在LED上的光学系统。因此包括次级光学系统、但是不包括初级光学系统的实施方式是可能的，以及反之亦然。在一种特别优选的实施方式中，不仅初级光学系统而且次级光学系统被布置在发光体的光路中，由此导致在高的并且均匀的照明强度的情况下特别小的结构形式。
在优选的细节设计中，次级光学系统被构造为透明衬底上的透明聚合物层。该次级光学系统在此可以像在WO 2012/031703 A1中所描述的光学系统那样来制造，其中代替LED模块，透明衬底、例如玻璃借助开放式铸模利用抗UV的硅树脂来覆盖。
在特别优选的细节设计中，圆柱形透镜被构造在次级光学系统处，由此特别有效地实现由LED所辐射的光到线中的均匀的聚束。特别优选地，在此该次级光学系统可以包括多个在一个平面内并排地被布置的圆柱形透镜。因此圆柱形透镜可以分别对LED的列之一的光或者也可以对多个并排的列的光进行聚束，使得大量的LED列总体上可以有助于发光体的总强度。特别是不同的圆柱形透镜可以将LED的光分别聚束到相同的线中。
在本发明的一种可能的实施方式中，圆柱形透镜的平面相对于模块面和/或相对于目标面倾斜。因此可以以简单的方式补偿在横向上在该线和模块的位置之间的偏移。因此例如可以在横向上在该线的每一侧设置模块，所述模块相对于次级光学系统以分别相反的倾斜方向被调整并且因此允许特别有效地聚束到线中。次级光学系统或者还有模块和次级光学系统相对于目标面的倾斜的布置也是可能的。
在本发明的另一种实施方式中规定，LED列的中心平面和对该列的光进行聚束的圆柱形透镜的与该中心平面平行的光学中央平面在横向上相互具有偏移。特别是当该线在横向上相对于LED的中心平面偏移地被布置时，由此可以获得大的张角到线中的简单并且有效的聚束。在进一步的优化中，针对LED的不同列，根据该线在横向上与LED列具有哪个间隔，这种相对于所分配的圆柱形透镜的偏移可以是不同大的。
一般有利地规定，LED在纵向上的充填密度大于在横向上的充填密度。在横向上的较小的充填密度可以通过优化的根据本发明的传输光学系统来补偿，使得总体上利用少量的LED可以达到目标面上的相同的强度。例如该模块可以是COB模块，在该COB模块中在纵向上的充填密度是最大的。这经常受这样的模块的技术装备可能性限制。在纵向上最大的充填密度同时对于线上的强度分布的均匀性是最优的。在横向上的充填密度例如可以仅仅具有在纵向上的充填密度的80％、优选地不大于在纵向上的充填密度的60％。
本发明的任务此外通过一种用于干燥涂层的装置来解决，该装置包括根据本发明的发光体。根据本发明的发光体对此特别好地适用，因为该发光体将高的照射强度与灵活的并且特别是紧凑的结构形式相组合。
在优选的改进方案中，在此具有要干燥的涂层的平面的衬底和发光体在输送方向上是可相互移动的，其中该发光体在横向上至少部分地在衬底的宽度上延伸并且以所定义的间隔被布置在该衬底之上。这也应被理解为在多个轨迹中衬底面的扫描（rasterndes Abfahren）。例如衬底可以是印刷品，该印刷品在印刷机中利用被印上的漆或另外的物质来涂覆。
本发明的任务此外通过将根据本发明的发光体用于优选地在印刷方法中干燥涂层来解决。
本发明的其它优点和特征由随后描述的实施例以及从属权利要求得出。
附图说明
随后描述并且借助附图进一步解释本发明的多个优选的实施例。
图1示出根据本发明的发光体的第一实施例的示意图。
图2示出根据图1的发光体的LED模块中的LED的示意性布置。
图3示出图1中的发光体在纵向上的截面图。
图4示出图1中的发光体的变型。
图5示出本发明的第二实施例的图示。
图6示出本发明的第三实施例的图示。
图7示出本发明的第四实施例的图示。
具体实施方式
根据图1的根据本发明的发光体包括具有分别多个LED 3的LED模块1，所述LED分布在垂直于图平面伸展的模块面2之上的光栅中。所述LED 3与其它的电子组件（未被示出）共同地被施加在平坦的载体4上，由此总体上构造有板上芯片模块（COB）。模块1在图1中垂直于图平面伸展的纵向L上并且在横向W上延伸，该横向在图1的图中从上向下伸展。LED 3的几何的主辐射方向H垂直于该纵向L和该横向W伸展。
被布置在光栅中的LED 3在纵向上以列R伸展，在所述列中所述LED具有第一重复间隔a。在横向上，列R相互平行并且具有重复间隔b。当前，大约10列R的 LED并排地被布置，所述列在图中没有全部被示出。
LED在各个方向上的充填密度通过重复间隔a、b的倒数来定义。当前，该间隔a根据细节设计为2mm至5mm，其中LED具有大约1mm2的数量级的辐射面。间隔b典型地在5mm和10mm之间并且大概是间隔a的两倍。因此横向W上的充填密度仅仅大约是纵向L上的一半。
特别是在纵向上，在需要时但是也在横向上，可以根据发光体的结构大小的要求分别连续地布置多个模块1。适宜地，相继的模块在此因此装备有LED 3或连续地布置，使得LED的间隔是相同的或在模块边界的范围内尽可能不存在所辐射的光的分布的变化。
在模块1上布置有初级光学系统5，该初级光学系统当前被构造为模块1的整面的涂层。该初级光学系统5直接在各个LED 3上分别具有透镜6、当前平凸的聚光透镜，所辐射的光的大的张角借助所述聚光透镜被聚束。在此实现射束到目标面（未被示出）中的直的、在纵向上伸展的线形式的结构中的主要的聚束。在该线上，通过发光体的照射强度当前明显大于2W/cm2。
为了阐明，在图1中画入了两个在边缘侧极端的光路7，所述光路会聚并且进一步在未被示出的线或目标面之上相遇。
模块1可以被布置在冷却体（未被示出）上。该冷却体优选地具有用于液体冷却剂进入和排出的端子，该冷却剂为了运走热量而流过该冷却体。该冷却剂可以存在于闭合回路中并且在另外的部位处通过热交换又放出热量。在当前的发光体中，要导出的热功率出现在显著地大于1kW的范围内。
除了初级光学系统1之外，次级光学系统8被设置在模块1之前，由此来自LED的尽可能大的出射角到目标面上的结构中的聚束被进一步改进。该次级光学系统8在模块1之前间隔地、但是在模块1和目标面之间被布置。在次级光学系统8和模块面2之间的间隔显著地小于次级光学系统8与目标面的间隔，以便尽可能早地对光路产生聚束的影响。
次级光学系统8分别包括多个平行的圆柱形透镜9，所述圆柱形透镜在纵向L上延伸并且在横向W上相互平行地并且在一个平面内被布置。因此至少各一列LED 3的光被圆柱形透镜12之一所检测并且被聚束到目标面10的线或结构（印刷品）中。示范性地在图1中画入了在分别不同的辐射角的情况下两个LED的不同的光束，所述光束全部被聚束到目标面中的相同的线状结构中。该线在此具有在横向上的宽度Q，该宽度显著地小于外侧列R的LED 3在横向上的间隔。
在本发明的一种简化的、未被示出的实施方式中，可以舍弃次级光学系统，其中圆柱形透镜直接被构造在初级光学系统中并且在LED 3的各个列R之上延伸。
如在图1中通过所画入的对称线可识别的，当前在横向上存在LED 3的中心3a相对于初级光学系统5的其透镜6的中心6a的侧向偏移V1。
此外，透镜6的中心6a以及该列LED 3的中心平面或中心3a在横向上相对于对该列R的光进行聚束的圆柱形透镜9的光学中央平面9a具有侧向间隔或偏移V1+V2。V2在此是初级光学系统的透镜6的中心6a相对于圆柱形透镜的光学中央平面9a的偏移。各个列R在横向上相对于中央的、与目标面的线重合的中心平面Z偏移越远，该偏移V1+V2就越大。对于在中心平面Z上对称地被布置的列R（参见图1中的中间列R）相应地不存在偏移。
在图1中画入的、LED 3的左侧的外侧的列R和中间的在中央平面Z上被布置的列R的光路的比较阐明这一点。边缘侧的LED的光束必须相对于主辐射方向（到模块面上的垂直线）以一个角度被聚束，以便射中目标面中的线。通过相应的侧向偏移V1、V2，外侧的LED 3的尽可能大的张角到该光路中的聚束被优化。
在图4中所示出的变型中不存在LED 3或透镜6、9的偏移，因此实现列R分别到目标面上的并排的线中的聚束。但是，根据聚束的锐度，这些线也可以强烈地重叠，使得总体上形成相对宽的线，该线也可以在横向上具有好的均匀性。
在本发明的图5中所示出的实施例的情况下，次级光学系统8如在第一实施例中那样被构造，其中全部的圆柱形透镜9位于与目标面平行的平面中。在该次级光学系统之前，在横向上并排地布置有两个具有初级光学系统5的模块1，所述两个模块分别以相反的方向相对于该次级光学系统倾斜相同的角度值。中央平面Z在此对称地在两个圆柱形透镜9之间或分别在左侧模块的左侧的里面的LED 3和右侧模块的右侧的里面的LED 3之间伸展。模块1如在第一实例中那样的倾斜导致全部的LED列R到目标面中的相同线上的聚束。
在根据图6的实例中，与根据图5的实例不同地规定，将第一次级光学系统8设置在中央平面Z的左侧并且将第二次级光学系统8设置在中央平面Z的右侧。所述次级光学系统8在此情况下与初级光学系统5同样地相反地倾斜地被布置，以便有利于在同时尽可能大的张角的情况下LED列R的光到相同的线中的聚束。当前，相互被分配的初级光学系统5和次级光学系统分别又相互平行地伸展，其中根据优化和要求在此也可以设置倾斜的布置。
在根据图7的实施例中，不同于第一实施例，直接在LED 3的侧面布置附加的反射器11。由此以很大的角度所辐射的光也被转入到可用的光路中。当前，反射器11作为棱柱体在模块1的纵向上延伸，其中反射侧壁凹形弯曲地被成型。
当前，初级光学系统根据在WO 2012/031703 A1中原则上所描述的方法通过以下方式来制造，即COB模块通过硅树脂在开放式铸模中被涂覆。当前的次级光学系统根据类似的方法来制造，在该方法中代替COB模块，透明的平的衬底10利用抗UV的硅树脂来涂覆，以便产生光学有效的结构9（圆柱形透镜）。
根据前面所描述的实施例的发光体被用于在印刷机、当前胶版印刷机（Offset-Bodendruckmaschine）中漆或颜料的UV干燥。发光体在纵向上的延伸典型地大于1米、在当前的实例中为1.6米，这对应于印刷品的单张纸宽度。为了实现这样的长度，典型地分别连续地在纵向上布置多个模块1和次级光学系统8。
发光体的前面所描述的组件被容纳在关于结构空间被优化的壳体（未被示出）中。
目标面上的关于纵向的照射强度当前大概为10 Watt/cm。在此，光的主要部分位于小于470nm的波长范围内。
为了制造具有很高的光学输出功率的LED发光体，0.1-200mm2、典型地1-2mm2大的LED以板上芯片方法（COB）来建造。在此，多个LED、典型地4-200个芯片在具有5至50cm2的数量级的面积的共同衬底上被组装成一个模块。通过装备有LED的模块的接连排列产生所期望的灯大小。

Claims (17)

1.发光体，包括：
至少一个模块（1），该模块具有多个分布在模块面（2）之上的LED（3），
其中在所述模块（1）的纵向（L）上多个LED以列（R）来布置，并且其中在所述模块（1）的与所述纵向（L）垂直的横向（W）上所述列（R）中的多个并排地被布置，
并且其中所述LED发光体包括用于对由所述LED所发射的光进行聚束的光学系统（5、8），
其特征在于，
所述光学系统（5、8）包括至少一个在所述纵向上延伸的第一圆柱形透镜（9），其中所述列（3）中的第一列的LED（3）中的至少一些LED的光借助所述第一圆柱形透镜（9）被聚束到目标面上的线中。
2.根据权利要求1所述的发光体，其特征在于，所述光学系统（5、8）包括至少一个在所述纵向上延伸的第二圆柱形透镜（9），其中所述列（3）中的第二列的LED（3）中的至少一些LED的光借助所述第二圆柱形透镜（9）被聚束到目标面上的线中。
3.根据权利要求2所述的发光体，其特征在于，所述第一圆柱形透镜（9）和所述第二圆柱形透镜（9）将所述光聚束到所述目标面上的相同的线中。
4.根据上述权利要求之一所述的发光体，其特征在于，所述光学系统包括用于对所辐射的光进行聚束的初级光学系统（5），其中所述初级光学系统包括多个直接被布置在LED上的透镜（6）。
5.根据上述权利要求之一所述的发光体，其特征在于，所述初级光学系统（5）包括反射器（11），所述反射器直接被布置在所述LED（3）的侧面。
6.根据权利要求4或5所述的发光体，其特征在于，所述初级光学系统（5）被构造为施加到所述模块（1）上的透明的聚合物层，所述聚合物层一体式地搭接至少多个LED（3）。
7.根据权利要求4至6之一所述的发光体，其特征在于，被布置在所述LED（3）之上的透镜（6）在横向上相对于所述LED的中心（3a）以侧向偏移（V1）被定位。
8.根据上述权利要求之一所述的发光体，其特征在于，所述光学系统包括次级光学系统（8），所述次级光学系统在空间上与所述模块（1）分离地被布置在光的光路中。
9.根据权利要求8所述的发光体，其特征在于，所述次级光学系统（8）被构造为透明衬底（10）上的透明的聚合物层。
10.根据权利要求8或9所述的发光体，其特征在于，所述圆柱形透镜（9）被构造在所述次级光学系统（8）处。
11.根据权利要求10所述的发光体，其特征在于，所述次级光学系统（8）包括多个并排地被布置在一个平面内的圆柱形透镜（9）。
12.根据权利要求11所述的发光体，其特征在于，所述圆柱形透镜（9）的平面相对于所述模块面（2）和/或相对于所述目标面倾斜。
13.根据上述权利要求之一所述的发光体，其特征在于，LED列（R）的中心平面（3a）和对所述列的光进行聚束的圆柱形透镜（9）的与该中心平面平行的光学中央平面（9a）在横向上相互具有偏移（V2+V1）。
14.根据上述权利要求之一所述的发光体，其特征在于，所述LED在纵向（L）上的充填密度大于在横向（W）上的充填密度。
15.用于干燥涂层的装置，包括根据上述权利要求之一所述的发光体。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，具有要干燥的涂层的平面的衬底和所述发光体在输送方向上是能相互移动的，其中所述发光体在横向上至少部分地在所述衬底的宽度上延伸并且以所定义的间隔被布置在所述衬底之上。
17.根据权利要求1至14之一所述的发光体的使用，特别是在印刷方法中用于干燥涂层。
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