CN207065156U - 一种uvled线光源及应用该光源的紫外光照装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种UVLED线光源及应用该光源的紫外光照装置，该光源包括PCB基板、UVLED芯片和准直透镜，其中PCB基板为长条形，在PCB板的前表面沿其横轴线开设有芯片安装槽，多个UVLED芯片在芯片安装槽内线性排列，梯形的准直透镜安装在UVLED芯片的前方。应用该光源的紫外光照装置包括该光源、透镜支架、冷却装置和封装外壳，冷却装置、UVLED光源、透镜支架固定在封装外壳内，其中封装外壳固定透镜支架的一面为开放式，UVLED光源的出光面架设在透镜支架上，透镜支架上开有与准直透镜出光面相配合的开口。这种光源及光照装置的光线准直程度好、光损小、能源利用率高、制作简单、成本低廉，适宜推广。

Description

一种UVLED线光源及应用该光源的紫外光照装置

技术领域

本发明涉及LED光源领域，更具体地说，涉及一种UVLED线光源及应用该光源的紫外光照装置。

背景技术

紫外固化是利用紫外光为能源，引发具有化学活性的液体配方，在基体表面实现快速反应的固化过程。由于紫外固化不含有任何有机溶剂或惰性的稀释剂，固化是不需要加热且具有速率快费用低的显著优势，近些年在印刷工业、金属装饰、机械以及医疗等方面逐步取代传统固化方法，并已开始广泛应用于光学透镜、电子器件、光纤涂层等精密工业，按其功能主要应用于三大领域：涂料、油墨和胶黏剂。

其中在印刷工业中主有各种纸质，纤维，PVC等，显像介质主要为各种油墨和光油，在印刷过程中，有一个主要及重要的环节就是显像介质文字、图案等的快速固化，目前，油墨的固化主要还是采用汞灯及红外热辐射，这种方式存在很多缺点：寿命短，能耗大、污染大、对工作人员的身心健康有较大的不良影响等问题。相对于传统紫外固化中采用的汞灯，UVLED，以其能耗小，能源利用率高，寿命长，响应速度快，安全性高等显著优点在紫外固化光源领域得到了广泛应用，已经逐渐将汞灯淘汰。

大多数LED光源，包括UVLED光源，其光强呈朗伯型分布，发光角度较大，因此，需要对其岀射光线进行准直处理。目前普遍采用在LED光源外部安装二次光学镜头(即准直镜头)的方法时限LED光源出射光的准直。传统上常采用多个曲面透镜或平面透镜对光线进行汇聚、折射处理，最终实现准直的目的。这样的做法有明显的缺点，如：平面透镜、圆柱透镜、半圆柱透镜等曲面透镜只能利用到光源的正面辐射，两侧的光线只能浪费，造成能源损失；如果仅采用平面透镜，那就只能起到保护光源不受损伤，而不能起到准直的作用，光线穿过透镜时还存在光损；曲面透镜有一定的聚光作用，但是由于这种透镜厚度较厚，光损也比较大，尤其在采用多个透镜组成的准直光学系统时更加明显；采用多个透镜需要设计安装其位置，曲面透镜往往需要较高精度的同轴度，且曲面透镜的加工工艺复杂，成本较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种结构简单、光损小、成本低且紫外线照射强度和聚光度都较好的UVLED线光源以及应用这种线光源的紫外光照装置。

为了达到这个发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种UVLED线光源，包括PCB基板、UVLED芯片和准直透镜，其中PCB基板为长条形，以与PCB板的长边平行的中轴线为横轴线，在PCB板的前表面沿其横轴线开设有芯片安装槽，多个UVLED芯片在芯片安装槽内沿横轴线的方向线性排列，准直透镜安装在UVLED芯片的前方，其特征在于：以平行于PCB板面的平面为纵向截面，垂直于纵向截面的平面为横截面，准直透镜横截面是梯形的梯形准直透镜，梯形透镜的上底面作为光线入射面固定在UVLED的前方，梯形透镜的下底面作为出光面朝向外侧。这种设计的UVLED光源，结构简单，方便集成加工，UVLED可以采用集成封装工艺大批量生产，降低成本。梯形的准直透镜结构简单，几个面都是平面结构，非常方便加工成型，比起经过复杂计算的曲面准直透镜，可以大幅度降低加工成本。而梯形的上底面和侧斜面之间的夹角，可以根据产品对光形的要求采用光学模拟软件进行设计，达到最优选择。

作为优选方案，准直透镜的横截面为等腰梯形。虽然准直透镜可以采用不对称的梯形结构，但是对于大多数产品来讲，由于UVLED芯片所发出的光线是朗伯型分布，以芯片为中心对称发射的，因此，采用等腰梯形的准直透镜结构会起到更好的整理光型的技术效果。此外，等腰梯形的准直透镜为对称结构，易于设计(只需要设计一个角度)和加工成型，较之不对称的结构有更高的成本优势。

准直透镜采用光学石英材料制作。石英玻璃是二氧化硅单一成分的非晶态材料，其微观结构是一种由二氧化硅四面结构体结构单元组成的单纯网络，由于Si-O化学键能很大，结构很紧密，所以石英玻璃具有独特的性能，尤其透明石英玻璃的光学性能非常优异，在紫外到红外辐射的连续波长范围都有优良的透射比。同时，石英玻璃具有极低的热膨胀系数，高的耐温性，极好的化学稳定性，优良的电绝缘性，低而稳定的超声延迟性能，最佳的透紫外光谱性能以及透可见光及近红外光谱性能，并有着高于普通玻璃的机械性能。因此它是近代尖端技术中空间技术、原子能工业、国防装备、自动化系统，以及半导体、冶金、化工、电光源、通讯、轻工、建材等工业中不可缺少的优良材料之一。本实用新型采用光学石英玻璃正是应用了其这鞋优良特性。

更优选地，芯片安装槽为直槽。采用直槽更方便加工、对齐和排列光源芯片。

UVLED芯片在芯片安装槽内是沿PCB板横轴线的方向等距线性排列。线性排列，使得光形更容易整理，排列好的UVLED最好位于PCB板横轴线上，而梯形准直透镜的上底面横轴线与PCB板横轴线重合，可以取得最优的光形整理效果。

上述UVLED线光源可以应用在紫外光照装置上，这种光照装置包括该UVLED线光源、透镜支架、冷却装置和封装外壳，冷却装置、UVLED光源、透镜支架固定在封装外壳内，其中封装外壳固定透镜支架的一面为开放式，UVLED光源的出光面架设在透镜支架上，透镜支架上开有与准直透镜出光面相配合的开口。冷却装置用来对PCB板进行降温，延长UVLED的使用寿命，透镜支架固定准直透镜，并使光线经准直透镜的出光面和透镜支架的开口透射而出，未被整理好的光线则被封装外壳和透镜支架封闭在装置内部，进一步起到了光线整形的作用。

UVLED光源的出光面卡合在透镜支架开口内侧的阶梯槽内。阶梯槽的设计优点是方便加工、易于安装，且具有较高的安装精度。

冷却装置采用风冷或水冷装置。风冷和水冷装置都属于目前行业内比较常用的冷却装置，在实际设计中可以根据照明装置的功率大小选择合适的冷却装置。

综上所述，本实用新型的有益之处在于：

1.光线利用度高，相较之于平面透镜和曲面透镜，不仅可以利用正面光线辐射，还可以将斜射光线经过整形后变成平行光线射出；

2.成本低廉，本实用新型只需要一个准直透镜，而不需要数个透镜组成会聚光学系统，透镜数量少了，成本上大大降低，操作上省略了同轴对准侧步骤，技术上减少了光损，提高了能源利用率；

3.设计制作简单，与复杂精密的光学整形系统，有利于形成规模化生产，普及到市场应用，进一步加速高能耗、高污染、寿命短的汞灯的被替代。

附图说明

图1是本实用新型所述UVLED线光源的主视图；

图2是所述UVLED线光源的左视图；

图3是所述UVLED线光源的光线路径示意图；

图4是根据光线入射角度设计UVLED光源准直透镜角度的计算示意图；

图5是本实用新型所述紫外光照装置的结构示意图；

图6是紫外光照装置的立体图。

图例说明：1-PCB基板 2-UVLED芯片 3-准直透镜 4-透镜支架 5-冷却装置 6-封装外壳

具体实施方式

如图1及图2所示的UVLED线光源，包括PCB基板1、UVLED芯片2和准直透镜3，其中PCB基板1为长条形，以与PCB板的长边平行的中轴线为横轴线，在PCB板的前表面沿其横轴线开设有直线型芯片安装槽，多个UVLED芯片2在芯片安装槽内沿PCB基板1横轴线的方向线性排列，准直透镜3安装在UVLED芯片2的前方，以平行于PCB板面的平面为纵向截面，垂直于纵向截面的平面为横截面，准直透镜3是纵向截面为长方形而其横截面是等腰梯形的梯形准直透镜，梯形透镜的上底面作为光线入射面固定在UVLED的前方，梯形透镜的下底面作为出光面朝向外侧。其中准直透镜3采用光学石英材料制作。

本实施例中的准直透镜的横截面为等腰梯形，上底面的长和宽略大于芯片安装槽的尺寸，上底面和侧斜面的夹角根据需要设计。本实施例中需要将准直透镜设计成内全反射透镜，光路图如图3所示，需要尽可能将散射光线都反射出去。而光线在不同密度介质的相接面发生折射和反射的关系如图4所示。其中n为折射率，α为入射角，β为反射角，γ为折射角，n，α、β和γ的关系式为

n＝sinγ/sinα

α＝β

为了达到内全反射的目的，设折射角γ＝90°，此时计算出的入射角α就是全反射临界角。Sin(90°)＝1，因此折射率与入射角之间的关系为

n*sinα＝1

此时我们可以根据选定的石英玻璃的折射率来求得入射角α的值，也可以根据结构需要确定的入射角α的范围来挑选相应折射率的石英玻璃材料。同时可以根据入射角α的值求得准直镜头的上底面与下地面之间的夹角值，确定准直透镜的形状。这属于几何学范畴，此处不再赘述。

实际应用时，光源出光线路不变，只要设计透镜就可达到光线全反射的目的，从而更好的利用光源，提高光源利用率，同时对光线整形，更利于实际生产。

如图5及图6所示的应用了上述UVLED线光源的紫外光照装置该UVLED线光源、透镜支架4、冷却装置5和封装外壳6，冷却装置5、UVLED光源、透镜支架4固定在封装外壳6内，其中封装外壳6固定透镜支架的一面为开放式，UVLED光源的出光面架设在透镜支架4上，透镜支架4上开有与准直透镜3出光面相配合的开口。冷却装置5用来对PCB板进行降温，延长UVLED的使用寿命，透镜支架4固定准直透镜，并使光线经准直透镜3的出光面和透镜支架4的开口透射而出，未被整理好的光线则被封装外壳和透镜支架封闭在装置内部，进一步起到了光线整形的作用。

UVLED光源的出光面卡合在透镜支架开口内侧的阶梯槽内。阶梯槽的设计优点是方便加工、易于安装，且具有较高的安装精度。

冷却装置可以采用风冷或水冷装置。风冷和水冷装置都属于目前行业内比较常用的冷却装置，在实际设计中可以根据照明装置的功率大小选择合适的冷却装置。

以上实施例是供理解本实用新型之用，并非是对本实用新型的限制，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变型，这些变化或变型应当理解为仍属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种UVLED线光源，包括PCB基板、UVLED芯片和准直透镜，其中PCB基板为长条形，以与PCB板的长边平行的中轴线为横轴线，在PCB板的前表面沿其横轴线开设有芯片安装槽，多个UVLED芯片在芯片安装槽内沿横轴线的方向排列，所述准直透镜安装在UVLED芯片的前方，其特征在于：以平行于PCB板面的平面为纵向截面，垂直于纵向截面的平面为横截面，所述准直透镜为纵向截面是长方形而其横截面是梯形的梯形准直透镜，所述梯形透镜的上底面作为光线入射面固定在所述UVLED的前方，梯形透镜的下底面作为出光面朝向外侧。

2.根据权利要求1所述的UVLED线光源，其特征在于：所述准直透镜的横截面为等腰梯形。

3.根据权利要求1或2所述的UVLED线光源，其特征在于：所述准直透镜采用光学石英材料制作。

4.根据权利要求3所述的UVLED线光源，其特征在于：所述芯片安装槽为直槽。

5.根据权利要求4所述的UVLED线光源，其特征在于：所述UVLED芯片在芯片安装槽内是沿所述PCB板横轴线的方向线性排列。

6.一种采用权利要求1所述UVLED线光源的紫外光照装置，其特征在于：所述光照装置包括权利要求1所述的UVLED线光源、透镜支架、冷却装置和封装外壳，冷却装置、UVLED光源、透镜支架固定在封装外壳内，其中封装外壳固定透镜支架的一面为开放式，UVLED光源的出光面架设在透镜支架上，透镜支架上开有与所述准直透镜出光面相配合的开口。

7.根据权利要求6所述的紫外光照装置，其特征在于：所述UVLED光源的出光面卡合在透镜支架开口内侧的阶梯槽内。

8.根据权利要求6所述的紫外光照装置，其特征在于：所述冷却装置采用风冷或水冷装置。