CN104428136A - 具有反射体的灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种灯，包括分别具有多个分布在模块面上的LED(3)的第一模块(1)和至少一个第二模块(1)，其中，这些模块(1)为排出损耗热而设置在至少一个冷却体(2)上，还包括反射体(5)，其中，由这些模块(1)之一发射的光通过反射体(5、5a、5b)偏转到灯的出射口内(6)，其中，在至少几个LED(3)与出射口(6)之间具有光学组件(8、9、11、12)，LED(3)的光通过该光学组件聚焦在目标面(10)中的定义结构内。

Description

具有反射体的灯
技术领域
本发明涉及一种灯，包括分别具有多个分布在模块面上的LED的第一模块和至少一个第二模块，其中，这些模块为排出损耗热而设置在至少一个冷却体上，以及该灯还包括反射体，其中，由这些模块之一发射的光通过反射体偏转到灯的出射口内。
背景技术
EP 2 375 133 A2描述了一种具有空气冷却的冷却体的灯，在该冷却体内彼此相对地设置两个LED模块。两个LED模块的光通过安放在LED上的各个准直仪准直并通过两个偏转反射镜分别以90°偏转到共同的出射方向上。离开灯的光完全发散。
发明内容
本发明的任务在于说明一种灯，利用这种灯在优化的结构形式情况下可以取得高的照射密度。
该任务通过一种灯得以解决，其包括
分别具有多个分布在模块面上的LED的第一模块和至少一个第二模块，
其中，这些模块为排出损耗热而设置在至少一个冷却体上，以及
反射体，其中，由这些模块之一发射的光通过反射体偏转到灯的出射口内，
其中，在至少几个LED与出射口之间具有光学组件，LED的光通过该光学组件聚焦在目标面中的定义结构内。
通过借助该光学组件的聚焦，可以将各个LED的大开口角聚焦到目标面的结构内。此外，通过借助反射体对光的偏转实现与灯的形状和尺寸相关的高度灵活性。
在此，特别是单个或多个冷却体的安装位置和尺寸可以被选择为，使灯的结构高度在光的出射方向上下降。出射方向在这里被理解为光在偏转以后和离开出射口时的几何主方向。
总体上有利的是，借助单个反射体或多个反射体可以使来自多个不同设置的和/或在不同主方向上进行发射的模块的光从灯偏转到同一出射方向上。该偏转特别是指具有相反发射方向的彼此相对模块的光的偏转，其中，单个或多个反射体设置在模块之间并将光以例如分别90°偏转到共同的出射方向上。
本发明意义上的光学组件被理解为处于光路内、被用于实现几何光射线的传播方向的定义改变的任何物体。该物体特别是对光路透过的透镜，也包括柱面透镜和菲涅尔透镜。但也可以是定义弯曲的反射体。偏转反射体的被用于实现向定义的结构内聚焦的定义弯曲也是本发明意义上的光学组件。
在本发明一种优选的实施方式中规定，光学组件包括用于聚焦发射光、直接设置在LED上的初级光学组件。通过这种初级光学组件可以传输由LED大多以大角度发射的光的特别大的立体角。例如可以是多个分别设置在LED上方的聚光透镜。
在优选的进一步构成中，初级光学组件作为施加在模块上、单块地搭接至少多个LED的透明聚合物层构成。这种聚合物层例如可以按照WO 2012/031703A1中所描述的光学组件的类型构成。在此，借助敞开的铸模利用抗UV的硅覆盖LED模块。
在本发明一个替换或补充的实施例中，光学组件包括次级光学组件，其空间上与模块分开地设置在光的光路内。与初级光学组件概念的区别在于，次级光学组件在这里总体上是指不直接安放在LED上的光学组件。因此包括次级光学组件但不包括初级光学组件的实施方式是可以的。在一种特别优选的实施方式中，在灯的光路内既设置初级光学组件，也设置次级光学组件，由此在高照度的情况下实现特别小的结构形式。
在优选的具体构成中，次级光学组件作为透明衬底上透明的聚合物层构成。次级光学组件在此可以按照WO 2012/031703 A1中所描述的光学组件的类型制造，其中，代替LED模块，将透明的衬底例如玻璃借助敞开的铸模利用抗UV的硅覆盖。
总体上具有优点的是，光学组件包括至少一个柱面透镜，借助其将多个排成行的LED的光聚焦。这种柱面透镜特别是可以在与LED有间距地设置的次级光学组件内构成。
在本发明优选的具体构成中，定义的结构作为直线构成。优选，但不是必须，灯在此平行于该线在纵向上延伸并在该方向上具有一种长度，该长度在与纵向垂直的竖直方向上为灯结构高度的至少两倍，优选至少三倍。
此外在此具有优点的是，反射体相对于LED模块以30°到60°之间的角度设置。特别是该角度可以约为45°，从而总体上光射线被偏转约90°，这样有利于灯的低结构高度。反射体的成角度设置在本发明的意义上涉及光束的主射线被偏转双倍的角度。在这种意义上，不仅平面的，而且弯曲的反射体也以确定的角度设置。
灯优选这样设计，使结构上的照射密度至少为2W/cm2。这一点特别是允许用于烘干应用，例如采用作为印刷法组成部分的UV光油墨烘干。
具有优点的是，LED所发射光的至少50％处于小于470nm的波长范围内。这一点可以使灯至少主要作为UV辐射器设计。通过本发明的特征的进一步组合，UV辐射器可以灵活地安装在例如印刷机的技术设备中。
作为对此的替换，LED所发射光的至少50％处于高于780nm的波长范围内。这一点可以使灯至少主要作为IR辐射器设计。通过本发明的特征的进一步组合，IR辐射器可以灵活地安装在例如印刷机的技术设备中。
印刷机的油墨或颜料烘干根据设计通过UV光进行，其中，所要烘干的物质大多进行交联，或也通过热进行，其中，优选使用IR辐射器。
总体上优选排出到冷却体上的热量通过液态冷却剂吸收，从而总体上在灯的安装比例不利的情况下也可以排出特别大量的废热。液态冷却剂的热容量高于气态冷却剂并允许高的冷却功率。该排出可以通过冷却剂转移成液相进行，例如借助再循环的冷却循环。作为替换或补充也可以使用热导管，在热导管中吸热首先导致液态冷却剂的相变。
本发明的任务此外通过一种用于烘干涂层、包括本发明的灯的装置得以解决。为此特别适用本发明的灯，因为它将高的照射密度与灵活的和特别紧凑的结构形式相结合。
在优选的进一步构成中，在此带有所要烘干涂层的平面衬底与灯在输送方向上可以彼此相对运动，其中，灯在横向方向上至少部分在衬底的宽度上延伸并以定义的距离设置在衬底上方。对此也被理解为衬底面在多个轨道中扫描移动。例如，衬底可以是印刷品，其在印刷机中被利用印刷上的油墨或其他物质涂层。
本发明的任务此外通过本发明的灯用于优选以印刷法烘干涂层的应用得以解决。
本发明的其他优点和特征来自下面描述的实施例以及从属权利要求。
附图说明
下面描述本发明的两个优选实施例并借助附图进行详细说明。其中：
图1示出本发明第一实施例的示意图；
图2示出本发明第二实施例的示意图。
具体实施方式
根据图1的本发明的灯包括两个LED模块1，其中，每个模块1以平面、导热连接的方式安装在冷却体2上。模块1分别包括多个LED 3，这些LED在网格内分布在垂直于图平面的模块面上。LED 3与其他电子部件(未示出)共同安装在平面载体4上，由此总体上分别构成Chip-On-Board-Modul(COB)(板上芯片模块)。模块1在垂直于图平面分布的纵向上和在图1中从上向下分布并与离开灯的出射方向相应的竖直方向上延伸。LED的主发射方向因此相应于图1中从左向右分布的横向方向。
模块1装备LED的侧面相对，其中，在模块之间设置反射体5。反射体5包括两个反射体面5a、5b，其中，每个反射体面在这里是平面的并以45°的角度向分别相对的模块的平面倾斜。因此由LED在90°下向各自的模块平面发出的光射线(主发射方向)被各自反射体面5a、5b以90°的角度偏转并通过出射口6在平行于竖直方向的出射方向上离开灯。反射体的构成可以任意进行，例如作为棱柱、玻璃反射镜或反射板。为使损失最小化，在此可以分别存在相应的表面补偿。
模块1上设置在这里作为模块1的整面涂层构成的初级光学组件8。初级光学组件直接在各个LED 3上分别具有透镜9，借助所述透镜聚焦发射光的大开口角并通过经由反射体5的偏转对准目标面10(参见图2中的图示和类似分布的光路)。在此，射线大部分聚焦到目标面10中纵向分布的直线形式的结构内。在该结构上，通过灯的照射密度明显高于2W/cm2。
出射口6通过在这里对光路没有偏转影响的透明保护片材7覆盖。但原则上该保护片材也可以作为光学组件的组成部分构成。
冷却体2分别具有加入和排出用于排热而流通冷却体的液态冷却剂的端子2a。冷却剂可以存在于闭合的循环中并将其他位置上的热通过换热器重新排出。在这里的灯中，所要排出的热功率在明显高于1kW的范围内出现。
根据图2的第二实施例与第一实施例的区别在于，除了初级光学组件8之外还在模块前面分别具有次级光学组件11，由此从LED射出的尽可能大的出射角向目标面上结构内的聚焦得到进一步改善。在此不言而喻的是，初级光学组件8根据与次级光学组件的组合作用，例如在透镜9的尺寸和焦距方面可以具有不同于第一实施例的设计，但其他方面按照同一原则构建。
次级光学组件11分别有间距地设置在模块1之一的前面，但是在该模块1与各自的反射体面5a、5b之间，以便尽可能早地影响对光路的聚焦。
次级光学组件分别包括在纵向上延伸的多个平行的柱面透镜12。因此分别至少一行的LED的光被柱面透镜12之一检测并聚焦到目标面10(印刷品)的线或结构内。在图2中，示范性地在分别不同的发射角下标注出三个LED的三个不同的光射线，这些光射线全部被聚焦到目标面中的结构内。
在这里，初级光学组件按照WO 2012/031703 A1原则上描述的方法制造，其方式是通过硅在敞开的铸模内给COB模块涂层。这里的次级光学组件按照类似的方法制造，其中代替COB模块利用抗UV的硅给透明的平面衬底13涂层，以产生光作用的结构12(柱面透镜)。
根据上述实施例的灯用于UV烘干印刷机中、在这里是单张胶板印刷机中的油墨或颜料目的。灯在纵向上的延伸典型地大于1米，在本例子中为1.6米，这样相应于印刷品的印张宽度。为实现这种长度，典型地分别将多个模块1和光学组件8在纵向上前后依次设置。
前面介绍的灯部件容纳在结构空间方面得到优化的外壳14内。
目标面上与纵向相关的照射密度在这里为每厘米约10瓦特。在此，光的主要部分处于小于470nm的波长范围内。
为制造具有非常高的光学输出功率的LED灯，以板上芯片方法(COB)构建0.1-200mm2，典型地1-2mm2大的LED。在此，多个LED，典型地4-200个芯片，在面积为5-50cm2数量级的共同衬底上汇集成一个模块。通过排列成行的装备LED的模块，产生所希望的灯尺寸。
由于LED非100％的效率(光输出功率与馈入的电功率之比＜100％，对于UV-A和蓝光LED芯片来说典型地5-60％)造成的运行中出现的损耗热必须通过作为冷却系统的冷却体排出。
采用液体冷却的冷却体8是三维体，其具有上面施加有衬底的平坦侧面。冷却体8在内部可以整体空心或具有通道或微型通道系统。冷却体8内部的结构越精细，冷却体与冷却液体之间的表面——热可以通过该表面从系统排出到冷却液体——就可以越大。
通过这种包括COB模块1直至冷却系统和为了防止灯在运行中过热而必要的结构，产生灯的一种在模块的发射平面直至冷却体8的封闭平面之间由技术造成的结构高度。这一点在对灯的光功率给定要求的情况下导致模块1的发射方向上典型地最大20cm的最小结构高度。在很多应用中，例如在借助UV硬化的颜料和墨水的单张印刷中，不能使用这种结构高度的灯，因为机器中可供使用的结构空间不够，例如因为输送印张的送纸系统限制了结构空间。
通过模块1和反射体5的上述依据本发明的设置，可以明显降低具有所要求的功率密度的灯的结构高度。本发明的灯满足用于实现具有高单位光功率(每厘米长度＞10瓦的发射总功率)的LED烘干器(LED灯)的预定值，所述LED烘干器集高效冷却和高效光学组件的需求为一体，以实现高的峰值照射密度(在＞40mm距离时＞2W/cm2，其中在灯与目标面之间的距离为40-100mm的情况下目标值为4-10W/cm2)，并在此在出射方向上具有＜80mm的尽可能小的结构高度。

Claims (16)

1.灯，包括
分别具有多个分布在模块面上的LED(3)的第一模块(1)和至少一个第二模块(1)，其中，这些模块(1)为排出损耗热而设置在至少一个冷却体(2)上，以及
反射体(5)，其中，由这些模块(1)之一发射的光通过反射体(5、5a、5b)偏转到灯的出射口内(6)，
其特征在于，在至少几个LED(3)与出射口(6)之间具有光学组件(8、9、11、12)，LED(3)的光通过该光学组件聚焦在目标面(10)中的定义结构内。
2.按权利要求1所述的灯，其特征在于，光学组件包括用于聚焦发射光并且直接设置在LED(3)上的初级光学组件(8、9)。
3.按权利要求2所述的灯，其特征在于，初级光学组件(8、9)作为施加在模块上、单块地搭接至少多个LED(3)的透明聚合物层构成。
4.按前述权利要求之一所述的灯，其特征在于，光学组件包括次级光学组件(11、12)，所述次级光学组件空间上与模块(1)分开地设置在光的光路内。
5.按权利要求4所述的灯，其特征在于，次级光学组件(11、12)作为透明衬底(13)上透明的聚合物层构成。
6.按前述权利要求之一所述的灯，其特征在于，光学组件包括至少一个柱面透镜(12)，借助该至少一个柱面透镜将多个排成行的LED(3)的光聚焦。
7.按前述权利要求之一所述的灯，其特征在于，定义的结构作为直线构成。
8.按权利要求7所述的灯，其特征在于，灯平行于该线在纵向上延伸并在该方向上具有一种长度，该长度在与纵向垂直的竖直方向上为灯结构高度的至少两倍。
9.按权利要求7或8所述的灯，其特征在于，反射体(5a、5b)相对于模块(1)以30°到60°之间的角度设置。
10.按前述权利要求之一所述的灯，其特征在于，所述结构上的照射密度至少为2W/cm2。
11.按前述权利要求之一所述的灯，其特征在于，LED(3)所发射光的至少50％处于小于470nm的波长范围内。
12.按权利要求1-10之一所述的灯，其特征在于，LED(3)所发射光的至少50％处于高于780nm的波长范围内。
13.按前述权利要求之一所述的灯，其特征在于，排出到冷却体(2)上的热量通过液态冷却剂吸收。
14.用于烘干涂层的装置，包括按前述权利要求之一所述的灯。
15.按权利要求14所述的装置，其特征在于，带有所要烘干涂层的平面衬底与灯在输送方向上能够彼此相对运动，其中，灯在横向方向上在衬底的宽度上延伸并以定义的距离设置在衬底上方。
16.按前述权利要求1至13之一所述的灯用于特别是以印刷法烘干涂层的应用。
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