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Hintergrund und Zusammenfassung
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Festkörper-Lichtsender, wie etwa Leuchtdioden (LEDs) und Laserdioden, weisen gegenüber dem Verwenden von herkömmlicheren Bogenlampen während Härtungsprozessen, wie etwa Ultraviolett(UV)-Härtungsprozessen, mehrere Vorteile auf. Festkörper-Lichtsender verbrauchen im Allgemeinen weniger Strom, erzeugen weniger Wärme, produzieren eine höherwertige Härtung und weisen eine höhere Zuverlässigkeit als die herkömmlichen Bogenlampen auf. Während Festkörper-Lichtsender weniger Wärme als ihre Bogenlampenentsprechungen abgeben, können die von den Festkörper-Lichtsendern abgegebenen Temperaturen immer noch sehr hoch sein und können während Gebrauch ein Überhitzen der Festkörper-Lichtsender und im Laufe der Zeit eine Beschädigung der Komponenten der Festkörper-Lichtsender bewirken. Ein Überhitzen und eine Beschädigung der Komponenten der Festkörper-Lichtsender können Ausfallzeiten zwecks Reparatur sowie Einnahmenverlust hervorrufen.
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Manche Festkörper-Lichtsender integrieren Kühlsysteme, um einen Teil der Wärme abzuführen, die erzeugt wird, wenn der Festkörper-Lichtsender Licht emittiert. Häufig umfassen diese Kühlsysteme ein oder mehrere Wärmesenken, die dazu beitragen, von den Festkörper-Lichtsendern erzeugte Wärme durch Öffnungen oder andere Wärmeaustritte in dem Gehäuse von dem Gehäuse abzuführen, was zu einem Ausstoßen von Luft von dem Gehäuse führt. Diese Öffnungen oder Wärmeaustritte in dem Gehäuse befinden sich im Allgemeinen nahe dem Medium, an dem der Härtungsprozess erfolgt, und können ein Ausstoßen von Luft auf das Medium hervorrufen, was den Härtungsprozess stören kann und was die Herstellungskosten erhöhen und die Qualität und Effizienz mindern kann.
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Externe Luftdeflektoren werden genutzt, um Wärme effektiv weg von Festkörper-Lichtsendern zu leiten und eine Luftströmung weg von einer Härtungsfläche zu lenken. Der Deflektor kann an dem Gehäuse befestigt und so positioniert sein, dass er sich unter einen gewissen Teil des Wärmeaustritts erstreckt, wobei der Deflektor Luftströmung und Abwärme weg von dem Gehäuse leitet. Die aufgrund eines externen Deflektors erzwungene Luftströmung kann aber eine negative Auswirkung auf die Leistung des Festkörper-Lichtsenders haben, da der Deflektor ein Entweichen von Wärme blockieren, die Temperatur einer Wärmesenke anheben und LED-Effizienz senken kann. Weiterhin kann ein außen an einem Gehäuse für ein Beleuchtungsmodul positionierter Deflektor das Gehäuse vergrößern und/oder eine ungünstige Form erzeugen, die für ein bestimmtes Härtungssystem nicht förderlich ist. Dieses vergrößerte Format kann Probleme beim Integrieren, Montieren oder Anordnen des Beleuchtungsmoduls in bestehende Systeme hervorrufen.
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Eine Vorgehensweise, die die vorstehend erwähnten Probleme zumindest teilweise angehen kann, umfasst ein Beleuchtungsmodul, welches umfasst: ein Array von Licht emittierenden Elementen, die thermisch und/oder elektrisch mit einer Wärmesenke gekoppelt sind, und ein Gehäuse mit mehreren Wärmeaustritten. Die Wärmeaustritte können von Lüftungsschlitzen überdeckt sein. Zum Beispiel können die Lüftungsschlitze Luftströmung und Abwärme in einer Richtung entgegen der Richtung, in der das Array von Licht emittierenden Elementen Licht emittiert, weg von dem Gehäuse leiten. Auf diese Weise kann eine Störung des Härtungsprozesses an dem Medium durch von dem Beleuchtungsmodul ausgestoßene Wärme wesentlich reduziert werden, wodurch die Zuverlässigkeit des Härtungsprozesses gesteigert, die Herstellungskosten verringert und Qualität und Effizienz verbessert werden. Weiterhin können die Lüftungsschlitze aus einem das Gehäuse umfassenden Material gestanzt sein und dürfen sich nicht über die Ebene der Außenseite des Gehäuses hinaus erstrecken. Auf diese Weise können die Kosten sowie die Herstellung zusätzlicher Komponenten eingespart werden und die Form und Größe des Beleuchtungsmoduls kann im Wesentlichen unverändert bleiben.
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Es versteht sich, dass die vorstehende Zusammenfassung vorgesehen ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der eingehenden Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie dient nicht dazu, ausschlaggebende oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu benennen, dessen Schutzumfang allein durch die Ansprüche festgelegt wird, die auf die eingehende Beschreibung folgen. Der beanspruchte Gegenstand ist ferner nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung genannte Nachteile lösen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine perspektivische Vorderansicht eines beispielhaften Beleuchtungsmoduls mit Lüftungsschlitzen.
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2 zeigt eine perspektivische Rückansicht des in 1 gezeigten beispielhaften Beleuchtungsmoduls mit den Lüftungsschlitzen.
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3 zeigt eine Seitenansicht des beispielhaften Beleuchtungsmoduls, das in 1 gezeigt ist.
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4 zeigt eine auseinandergezogenen Teilansicht von beispielhaften Lüftungsschlitzen und des Abschnitts des Beleuchtungsmoduls, an dem es befestigt ist.
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5A und 5B zeigen Unteransichten einer oberen Fläche eines Beleuchtungsmodulgehäuses, das Lüftungsschlitze umfasst.
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6 zeigt eine Draufsicht im Teilquerschnitt eines beispielhaften Beleuchtungsmoduls mit Lüftungsschlitzen und Wärmeaustritten benachbart zu einer Wärmesenke.
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7 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren zum Bestrahlen einer härtbaren Werkstückfläche mit dem in 1 gezeigten Beleuchtungsmodul.
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8 zeigt ein beispielhaftes Schaubild eines Beleuchtungssystems.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Beschreibung betrifft ein Beleuchtungsmodul, das eine Wärmesenke zum Abführen von Wärme, die von einem Array von Licht emittierenden Elementen erzeugt wird, und Lüftungsschlitze zum Leiten der dissipierten Wärme und einer Luftströmung in einer Ablenkungsrichtung weg von der Richtung emittierten Lichts weg von dem Beleuchtungsmodul umfasst. 1–2 sind perspektivische Vorder- und Rückansichten eines beispielhaften Beleuchtungsmoduls, das Lüftungsschlitze zum Leiten von Luftströmung und Abwärme weg von dem Beleuchtungsmodul umfasst. 3 veranschaulicht eine Seitenansicht eines Beleuchtungsmoduls, wobei sie eine Ablenkungsrichtung der erwärmten Luft weg von dem Beleuchtungsmodul zeigt. 4 zeigt eine auseinandergezogene Teilansicht von Komponenten mit einem Beleuchtungsmodul mit Lüftungsschlitzen der vorliegenden Offenbarung. 5A und 5B zeigen eine obere Fläche des Gehäuses eines Beleuchtungsmoduls mit Lüftungsschlitzen. Die Lüftungsschlitze können benachbart zu der Wärmesenke positioniert werden, wie in 6 gezeigt ist. 4–6 sind maßstabgetreu gezeichnet, während es sich versteht, dass andere geeignete Maßstäbe verwendet werden können. In 7 ist ein Verfahren zum Bestrahlen einer härtbaren Werkstückfläche mit dem Beleuchtungsmodul gezeigt. 8 zeigt schließlich ein beispielhaftes Schaubild eines Beleuchtungssystems.
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1 und 2 zeigen ein Beleuchtungsmodul 100, das ein Gehäuse 102, ein Array von Licht emittierenden Elementen 104 und mehrere Wärmeaustritte 106 umfasst. Das Gehäuse 102 ist in diesem Beispiel eine rechteckige kastenförmige Struktur, doch soll das in 1–2 gezeigte beispielhafte Gehäuse nicht einschränkend sein. Somit kann das Gehäuse 102 in anderen Beleuchtungsmodulkonfigurationen jede andere geeignete Form und Größe aufweisen. Das Gehäuse 102 ist eine Schutzkonstruktion zum Aufnehmen des Arrays von Licht emittierenden Elementen 104 und kann alle geeigneten Schutzmaterialien umfassen. Das Gehäuse 102 in 1 und 2 weist eine Vorderfläche 108, eine Rückfläche 110, zwei gegenüberliegende Seitenflächen 112, 114, eine obere Fläche 116 und eine untere Fläche (nicht gezeigt) auf. Die Vorderfläche 108 umfasst ein Fenster 118, durch das das Array von Licht emittierenden Elementen 104 Licht emittiert. Das Fenster 118 kann in anderen Konfigurationen an einer anderen geeigneten Fläche des Gehäuses 102 positioniert sein. Das Fenster 118 kann ein Glas-, Kunststoff- oder anderes Material umfassen, das zum Durchlassen oder Bündeln von Licht von den Licht emittierenden Elementen geeignet ist. Das Fenster kann andere bauliche Konfigurationen als die in 1 gezeigte annehmen. In der beispielhaften Ausführungsform von 4 und 6 ist eine andere bauliche Konfiguration gezeigt.
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Das Fenster 118 des Beleuchtungsmoduls 100 ist so positioniert, dass das Array von Licht emittierenden Elementen 104 Licht in einer Richtung emittierten Lichts 111 hin zu einem Medium mit einer Art von lichthärtbarem Material, wie etwa einer härtbaren Werkstückfläche, emittiert. Zum Beispiel ist das Beleuchtungsmodul 100 vertikal positioniert und ein Träger, wie etwa Papier oder Kunststoff, ist unter dem Beleuchtungsmodul 100 positioniert, so dass die Vorderfläche 108 des Beleuchtungsmoduls 100 mit dem Fenster 118, durch das das Licht emittiert wird, dem Träger zugewandt ist. Die härtbare Werkstückfläche des lichthärtbaren Materials ist so an dem Träger positioniert, dass das emittierte Licht das lichthärtbare Material härtet, wenn durch das Fenster 118 Licht emittiert wird. Das Beleuchtungsmodul 100 ist in einigen Konfigurationen bezüglich des Mediums beweglich und kann in jeder geeigneten Richtung verstellbar sein, um das lichthärtende Material an das Medium zu härten. Das Array von Licht emittierenden Elementen 104 kann Leuchtdioden (LEDs) umfassen. Diese LEDs können Licht in einem Bereich von Wellenlängen emittieren. Zum Beispiel können die LEDs sichtbares Licht und UV-Licht in dem Wellenlängenbereich von 10–400 Nanometern emittieren. Es können andere Arten von Vorrichtungen als Leuchtdioden verwendet werden, die abhängig von der härtbaren Werkstückfläche Licht unterschiedlicher Wellenlängenbereiche emittieren.
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Während des Härtungsprozesses kann das Array von Licht emittierenden Elementen 104 eine wesentliche Wärmemenge erzeugen, wenn die Elemente Licht emittieren, wobei die Wärme das Beleuchtungsmodul 100 beschädigen kann. Es wurden verschiedene Wärmemanagementsysteme entwickelt, um die während dieses Prozesses erzeugte Wärme steuern zu helfen, etwa Aufnehmen einer oder mehrerer Wärmesenken 120 in dem Beleuchtungsmodul 100, wie in 3 ersichtlich ist und später näher beschrieben wird. Die eine oder die mehreren Wärmesenken 120, die in dem Beleuchtungsmodul 100 enthalten sind, werden häufig so positioniert, dass sie die in dem Gehäuse 102 erzeugte Wärme abführen, so dass die Wärme durch einen oder mehrere Wärmeaustritte 106 oder andere Arten von Öffnungen in dem Gehäuse 102 des Beleuchtungsmoduls 100 ausgestoßen werden kann. Die Wärmesenken 120 können zum Beispiel mit dem Array Licht emittierender Elemente 104 thermisch und/oder elektrisch gekoppelt sein. Auf diese Weise kann durch das Array Licht emittierender Elemente erzeugte Wärme durch Leitung durch die Wärmesenken 120 und durch Konvektion und Abstrahlung an die Luft, die die Außenflächen der Wärmesenken 120 umgibt, abgeführt werden. Zum Beispiel kann die Außenfläche der Wärmesenken 120 gerippt sein, wobei sich eine oder mehrere erhabene Rippen 123 (in 4 ersichtlich) von der Außenfläche der Wärmesenken 120 erstrecken. Die Rippen 123 vergrößern die äußere Wärmeübertragungsfläche der Wärmesenken und können dazu beitragen, verglichen mit dem Fall einer Wärmesenke mit einer glatten, nicht gerippten Fläche die Wärmedissipation von den Wärmesenken 120 zu steigern.
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Weiterhin können ein oder mehrere Wärmeaustritte 106 benachbart zu den Wärmesenken 120 positioniert werden, wobei die Wärmeaustritte 106 Öffnungen in der oberen Fläche 116 des Gehäuses 102 umfassen. In einigen Beispielen wird die erwärmte Luft, die die von der Wärmesenke/den Wärmesenken 120 dissipierte Wärme enthält, durch ein Gebläse oder eine andere Ausstoßvorrichtung durch die Wärmeaustritte 106 ausgestoßen. Bei anderen Konfigurationen wird die erwärmte Luft in einer passiven Weise ohne die Verwendung eines Gebläses oder einer anderen Art von Ausstoßvorrichtung durch die Wärmeaustritte 106 ausgestoßen. Die Erwähnung des Ausstoßens von Wärme von dem Gehäuse 102 des Beleuchtungsmoduls 100 umfasst sowohl das aktive Ausstoßen der Wärme durch eine Ausstoßvorrichtung, wie etwa ein Gebläse, als auch das passive Ausstoßen von Wärme, das nicht eine Art von Hilfsvorrichtung umfassen könnte, um das Austreten der Wärme aus dem Gehäuse 102 herbeizuführen. Beispiele der Wärmeaustritte 106 und eine beispielhafte Wärmesenke 120 sind in 3, 4 und 6 gezeigt.
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Die Wärmesenke(n) 120 dissipieren in dem Gehäuse 102 erzeugte warme oder heiße Luft, die dann durch die Wärmeaustritte 106 oder andere geeignete Öffnungen, die an der oberen Fläche 116 des Gehäuses 102 positioniert sind, aus dem Gehäuse 102 austritt, wie in 1 und 2 gezeigt ist. In manchen Beispielen sind die Wärmesenke(n) von den Wärmeaustritten 106 beabstandet, dazu benachbart positioniert oder anderweitig als getrenntes Element von diesen zu sehen. Warme oder heiße erwärmte Luft wird durch die Wärmeaustritte 106 ausgestoßen. Die Kombination von Wärmeaustritten 106 und ablenkenden Flächen 124 kann eine Reihe von Lüftungsschlitzen 122 bilden. Ohne die in 1 und 2 gezeigten Lüftungsschlitze kann die erwärmte Luft von dem Gehäuse 102 in verschiedenen Richtungen ausgestoßen werden, einschließlich hin zur Vorderfläche 108 und dem Fenster 118 des Gehäuses 102 und somit hin zu dem Medium, an dem Härten erfolgt. Wenn man ein Ausstoßen von Luft in der Richtung des Mediums, wo Härten erfolgt, zulässt, kann dies den Härtungsprozess stören. Die in 1 und 2 gezeigten Lüftungsschlitze 122 leiten die erwärmte Luft in einer Richtung weg von dem Medium, an dem Härten erfolgt, weg von dem Gehäuse 102. In diesen Beispielen lenken die Lüftungsschlitze 122 die Luftströmung und die Abwärme in einer Ablenkungsrichtung weg vom Fenster 118, durch das das Licht in einer Richtung emittierten Lichts 111 emittiert wird, weg von dem Gehäuse 102. Daher wird die Wärme weg von dem Medium ausgestoßen, da das Medium benachbart zu oder anderweitig nahe dem Fenster 118 positioniert ist. Selbst wenn die Wärmeaustritte nahe dem Fenster 118 der Vorderfläche 1108 positioniert sind, wie in 1–2 gezeigt ist, können auf diese Weise durch Leiten der erwärmten Luft durch Lüftungsschlitze 122 Störungen der härtenden Werkstückfläche durch die erwärmte Luft wesentlich reduziert werden.
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Unter Bezugnahme auf 2 kann das Beleuchtungsmodul 100 weiterhin an seiner Rückfläche 110 einen Lufteinlass 103 umfassen, wobei der Lufteinlass 103 ein oder mehrere Öffnungen in dem Gehäuse zum Befördern von Luft in das Beleuchtungsmodul umfasst. Weiterhin kann das Beleuchtungsmodul 100 auch eine Einlassabdeckplatte 105 umfassen. Die Einlassabdeckplatte 105 kann den einen oder die mehreren Lufteinlässe 103 zum Leiten von Einlassluft in das Gehäuse 102 ausbilden. Die Einlassabdeckplatte kann die Rückfläche 110 des Gehäuses 102 umfassen. Zum Beispiel kann Einlassluft mittels eines (nicht gezeigten) Gebläses aktiv oder mittels natürlicher Konvektion passiv in das Gehäuse 102 befördert werden.
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In anderen Ausführungsformen kann eine Gebläserichtung umgekehrt werden und Luft kann aus dem Beleuchtungsmodulgehäuse heraus befördert werden, wobei sie durch die Rückfläche 110 austritt. Die Rückfläche 110 des Gehäuses 102 kann weiterhin elektrische oder andere Eingänge umfassen. In anderen Ausführungsformen kann die Rückfläche 110 ein offenes Gitter umfassen, um Luftzutritt zu internen Gebläsen (nicht abgebildet) zu ermöglichen. Weiterhin können verschiedene Muster und eine unterschiedliche Positionierung des Lufteinlasses 103 möglich sein, während sie innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung bleiben.
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3 veranschaulicht eine Seitenansicht des beispielhaften Beleuchtungsmoduls von 1. Wie durch Pfeil 127 gezeigt ist, kann Luft mittels Lufteinlässen 103 an der Rückfläche 110 in das Beleuchtungsmodul 100 eindringen. In dem Beleuchtungsmodul kann die Luft dann über die Wärmesenken 120 strömen, wodurch die von dem Array Licht emittierender Elemente erzeugte Wärme dissipiert wird. Auch wenn sich die Wärmesenke 120 in dem Gehäuse 102 befindet, ist sie in 3 mit gestricheltem Umriss gezeigt, um ihre Positionierung in dem Gehäuse zu veranschaulichen. Die erwärmte Luft tritt dann mittels der Wärmeaustritte 106 aus dem Beleuchtungsmodul aus. Die obere Fläche 116 des Gehäuses 102 kann im Wesentlichen eben sein, da die Ablenkungsfläche 124 der Lüftungsschlitze 122 in den Innenraum des Gehäuses 102 gestanzt wird, was die Außenform des Gehäuses im Wesentlichen unverändert belässt. Diese im Allgemeinen rechteckige Außenform des Gehäuses 102 kann ein einfaches Anbringen oder Ausrichten des Beleuchtungsmoduls 100 mit vorhandenen Systemen ermöglichen.
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Die Lüftungsschlitze 122 können die erwärmte Luft in einer Richtung, die in etwa 180° weg von dem Fenster 118 ist, im Wesentlichen in einer Richtung direkt entgegengesetzt zu der Richtung emittierten Lichts 111, von dem Gehäuse 102 des Beleuchtungsmoduls 100 wegleiten, wie in 3 durch den Pfeil 129 gezeigt ist. Diese Konfiguration bewirkt die kleinste den Härtungsprozess störende Luftmenge, da der Luftströmungsweg die Luft in der entgegengesetzten Richtung zu der Richtung emittierten Lichts 111 durch das Fenster 118 an der Vorderfläche 108 des Beleuchtungsmoduls 100 und somit weg von dem Medium, an dem der Härtungsprozess erfolgt, lenkt. In alternativen Beispielen können die Lüftungsschlitze 122 aber die Luft und Abwärme in einer Richtung leiten, die bezüglich der Richtung emittierten Lichts 111 durch das Fenster 118 bei einem Winkel von mindestens 90° liegt, und in anderen Beispielen können die Lüftungsschlitze die Luft und Abwärme in einer Richtung, die bezüglich der Richtung emittierten Lichts 111 bei einem Winkel von mindestens 120° liegt, durch das Fenster 118 leiten. Es sind andere Winkel möglich, während sie innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung bleiben.
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In einer anderen Ausführungsform kann eine Luftströmung durch die Lüftungsschlitze 122 Einlassluft sein, die durch Gebläse, die in einer Rückwärtsrichtung betrieben werden, um Luft aus der Rückfläche 110 auszustoßen statt sie einzusaugen, durch die Rückfläche 110 abgelassen wird. In einer solchen Ausführungsform wäre die Richtung der Luftströmung durch die Lüftungsschlitze 122 entgegen der in 3 bei 129 gezeigten. Ferner wäre im Fall der Rückwärtsluftströmung die Richtung der Luftströmung durch die Lufteinlässe 103 ebenfalls entgegen der bei 127 angedeuteten.
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Die Lüftungsschlitze 122 können jede geeignete Form aufweisen, die die Luftströmung und Abwärme weg von dem Gehäuse 102 des Beleuchtungsmoduls 100 leitet. Die Lüftungsschlitze 122 können eine Ablenkungsfläche umfassen, die sich innen zur Außenform des Beleuchtungsmoduls 100 erstreckt. Die Ablenkungsfläche kann sich mit anderen Worten von der oberen Fläche 116 in einer Richtung einer unteren Fläche erstrecken und kann weiterhin in der Richtung einer Vorderfläche 108 abgewinkelt sein. Die Lüftungsschlitze können jeweils eine Ablenkungsfläche 124 umfassen, wobei sich die Ablenkungsfläche von einer Ebene der oberen Fläche 116 des Gehäuses 102 in einer diagonalen Richtung hin zum Fenster 118 einwärts und nach unten hin zur Wärmesenke 120 erstreckt. Wie vorstehend dargelegt können die Lüftungsschlitze 122 sowohl das feste Material einer oder mehrerer Ablenkungsflächen 124 als auch die Wärmeaustritte 106 umfassen, die das Fehlen von Material definieren, durch die Luft aus dem Beleuchtungsmodul 100 ausströmen kann, wie durch Pfeil 129 angedeutet ist. Diese Konfiguration ist in 3 gezeigt.
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In 1–3 umfasst das Beleuchtungsmodul 100 vier Wärmeaustritte 106 und vier entsprechende Lüftungsschlitze 122, die Wärme von ihren jeweiligen Wärmeaustritten 106 lenken. In diesem Beispiel sind die Lüftungsschlitze 122 so positioniert, dass sie sich unter jedem Wärmeaustritt 106 erstrecken. In anderen Konfigurationen kann die Anzahl an Lüftungsschlitzen aber variieren. Die Lüftungsschlitze können sich über eine größere Erstreckung der oberen Fläche 116 des Gehäuses 102 erstrecken. Die Lüftungsschlitze können ferner eine andere Form oder andere Maße umfassen oder können sich in mehreren Segmenten von Seiten 112 und 114 des Gehäuses erstrecken, so dass sich ein kurzes nicht gestanztes Segment entlang der Länge der Lüftungsschlitze von der Vorderfläche 108 zur Rückfläche 110 erstrecken kann. Eine solche Ausführungsform kann dem Gehäuse 102 des Beleuchtungsmoduls 100 eine zusätzliche strukturelle Stütze bieten, ohne die Luftströmung durch die Lüftungsschlitze wesentlich zu beeinträchtigen.
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Weiterhin können die Wärmeaustritte 106 in jeder geeigneten Anordnung an jeder Fläche des Gehäuses 102 des Beleuchtungsmoduls 100 positioniert werden. Zum Beispiel können die Wärmeaustritte 106 und entsprechenden Lüftungsschlitze 122 an der Vorderfläche 108, der Rückfläche 110, zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 112, 114, der oberen Fläche 116 und einer unteren Fläche (nicht gezeigt) des Gehäuses 102 platziert werden. Zum Beispiel können Wärmeaustritte 106, die mit entsprechenden Lüftungsschlitzen 122 gepaart sind, sehr nah an das Array von Licht emittierenden Elementen 104 platziert werden, da die Lüftungsschlitze 122 das Leiten der Luft und Abwärme weg von der Richtung emittierten Lichts und dem Medium oder der härtbaren Werkstückfläche unterstützen. Somit kann diese Konfiguration die durch die dissipierte Wärme hervorgerufene Beeinträchtigung der härtbaren Werkstückfläche reduzieren. Durch Platzieren der Wärmeaustritte 106 in großer Nähe zu dem Array Licht emittierender Elemente 104 kann die von dem Array Licht emittierender Elemente erzeugte Wärme weiterhin zweckmäßiger dissipiert werden, da die Wärme verglichen mit dem Fall, da sich die Wärmeaustritte 104 weiter weg von dem Array Licht emittierender Elemente befinden, mittels Dissipation über eine kürzere Strecke abgeführt werden kann.
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Die Wärmeaustritte 106 können zusammen mit Lüftungsschlitzen 122 so angeordnet werden, dass sie Wärme von Wärmesenken 120 höchst effektiv dissipieren und die Wärme und Luft aus dem Gehäuse 102 ausstoßen, wenn das Array von Licht emittierenden Elementen 104 während Einsatz Wärme erzeugt. In manchen Beispielen ist eine Wärmesenke 120 in dem Gehäuse 102 positioniert, um in dem Gehäuse erzeugte Wärme zu dissipieren, und die dissipierte Wärme kann dann während Nutzung der Licht emittierenden Elemente 104 mittels der Wärmesenke 120 durch die Wärmeaustritte 106 ausgestoßen werden.
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4 zeigt eine auseinander gezogene Teilansicht von Lüftungsschlitzen 122 in der oberen Fläche 116 und den Abschnitt des Beleuchtungsmoduls 100, an dem die obere Fläche 116 befestigt ist. Die obere Fläche 116 kann zum Beispiel aus einem einzigen Stück Blech erzeugt sein. Die obere Fläche 116 kann so ausgebildet sein, dass sich die Ränder nach unten biegen, um Ecken 140 zu bilden. Diese Ecken können als Befestigungspunkte für die Seiten 114 und 112 (nicht sichtbar) des Gehäuses 102 dienen. Weiterhin können die Ecken als Abschnitt der Seiten selbst dienen. Zusätzlich können die Lüftungsschlitze 122 aus dem die obere Fläche 116 bildenden Rohmaterial herausgestanzt sein.
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Das Fenster 118 kann sich über das Gehäuse 102 des Beleuchtungsmoduls 100 von einer Seite 112 voll zur gegenüberliegenden Seite 114 erstrecken. Mit dieser Ausführungsform des Fensters 118 kann es möglich sein, mehrere Beleuchtungsmoduleinheiten Seite an Seite zu platzieren, um eine nahtlose längliche Lichtquelle zu erzeugen. In dem Beispiel einer vergrößerten, langen härtbaren Werkstückfläche kann eine solche Ausführungsform vorteilhaft sein. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die entgegengesetzte Ausrichtung möglich sein, bei der Lüftungsschlitze 122 Merkmale an den Seiten 112 und 114 des Gehäuses 102 sind und sich das Fenster 118 von der oberen Fläche 116 zu der unteren Fläche voll erstrecken kann, so dass mehrere Beleuchtungsmoduleinheiten von oben nach unten gestapelt werden können, um eine vergrößerte Licht emittierende Fläche zu erzeugen.
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Weiterhin ist ein Montagestück 126 gezeigt, das sich von Seite 112 zu Seite 114 über die Breite des Beleuchtungsmoduls 100 erstreckt. Das Montagestück 126 kann einen Befestigungspunkt zwischen der Vorderfläche 108 und der oberen Fläche 116 des Gehäuses 102 vorsehen. Das Montagestück 126 kann eine luftdichte Abdichtung vorsehen, so dass von der Wärmesenke 120 beförderte Luft nicht durch die Fuge zwischen der Vorderfläche 108 und der oberen Fläche 116 auf eine Werkstückfläche befördert werden kann. Das Montagestück 126 kann wie in 4 gezeigt mit verschiedenen Vertiefungen und Graten 155 geformt sein, um eine sichere strukturelle Befestigung zwischen der oberen Fläche 116 (die integrale Ecken 140 umfasst) und der Vorderfläche 108 vorzusehen.
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Das Montagestück 126 kann eine abgewinkelte Rückseite aufweisen, die parallel zu den Lüftungsschlitzen abgewinkelt ist, so dass ein äquivalenter Schlitz symmetrisch zu den anderen Schlitzen erzeugt wird, während gleichzeitig eine strukturelle Befestigung und Verbindung zwischen der oberen Fläche 116 und der Vorderfläche 108, dem Array und den verbleibenden Gehäuseabschnitten ermöglicht wird. Das Montagestück 126 kann sich oben auf der Wärmesenke 120 befinden, so dass das Montagestück im Wesentlichen parallel zur oberen Fläche der Wärmesenke 120 ist. Wenn das Beleuchtungsmodul 100 mit dem enthaltenen Montagestück 126 zusammengebaut wird, kann das Montagestück weiterhin in direktem Kontakt mit der Vorderfläche 108, der oberen Fläche 116, der Seitenfläche 112, der Seitenfläche 114 und/oder der oberen Fläche der Wärmesenke 120 stehen. Wie in 4 ersichtlich ist, kann das Montagestück 126 auch mehrere Löcher 156 zum Fixieren des Montagestücks im Gehäuse 102 umfassen. Auf diese Weise sieht das Montagestück 126 eine strukturelle Befestigung im Gehäuse 102 vor und kann auch abgewinkelt werden, um dem Rest der Schlitze 122 einen zusätzlichen Lüftungsschlitz zu bieten. Bei einem Winkel ähnlich dem Winkel der Lüftungsschlitze 122 kann das Montagestück 126 dazu beitragen, erwärmte Luft aus dem Gehäuse 102, die durch Licht emittierende Elemente 104 erzeugt wird, in der Ablenkungsrichtung aus dem Gehäuse 102 heraus abzuführen.
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Unter Bezugnahme nun auf 5A ist eine Unterseite einer beispielhaften Komponente gezeigt, die die obere Fläche 116 des Gehäuses 102 bildet. An der oberen Fläche 116 sind bei rechten Winkeln (im Wesentlichen 90°) positionierte Ecken 140 ersichtlich. Die Ablenkungsflächen 124 der Lüftungsschlitze 122 erstrecken sich in einen Raum, der zu einem Innenraum des Gehäuses 102 wird, wenn die obere Fläche 116 an dem Rest des Gehäuses 102 befestigt wird. Ein vorderer Rand 128 der Lüftungsschlitze erstreckt sich in der gleichen Richtung wie die Ablenkungsflächen 124, doch kann der vordere Rand auch eine luftdichte Fuge mit dem Montagestück 126 bilden (in 4 gezeigt).
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5B zeigt eine Ansicht eines Abschnitts von 5A näher. Die Breite 125 der Ablenkungsfläche 124 ist kleiner oder gleich der Breite 131 der Wärmeaustritte 106, da die Ablenkungsflächen durch Stanzen, Pressen oder anderweitiges Formen der Ablenkungsflächen der Lüftungsschlitze aus dem Rohmaterial, das die obere Fläche 116 des Gehäuses 102 bildet, gebildet werden können. Die obere Fläche 116 kann mit anderen Worten aus einem durchgehenden Stück Blech gebildet werden, das gebogen wird, um mehrere geometrische Merkmale zu bilden. Zum Beispiel können Ecken 140 aus einer ursprünglich ebenen Position zu Positionen gebogen werden, die im Wesentlichen 90° zu dem mittleren Abschnitt der oberen Fläche 116 aufweisen. Analog können die Ablenkungsflächen 124 teilweise aus der ursprünglich durchgehenden oberen Fläche 116 geschnitten und zu den in 5A und 5B gezeigten Winkeln gebogen werden. Auf diese Weise umfassen Ablenkungsflächen 124 ein festes Material, während der freie Raum, der durch Biegen der Ablenkungsflächen 124 verbleibt, als Wärmeaustritte 106 bezeichnet wird.
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Der vordere Rand 128 kann ebenfalls ursprünglich Teil des durchgehenden Stücks Blech sein, wobei Schneiden und Biegen durchgeführt werden, um den vorderen Rand 128 (sowie die Ablenkungsflächen 124) in das Innere des Gehäuses 102 ragen zu lassen, wenn das Beleuchtungsmodul 100 zusammengebaut ist. Wie in 5A und 5B ersichtlich ist, kann jede Ablenkungsfläche 124 im Wesentlichen von identischer Form und Größe sein, während sich versteht, dass andere Konfigurationen möglich sind. Die Breite 125 der Ablenkungsflächen 124 kann zum Beispiel allmählich mit jeder Ablenkungsfläche, die weiter weg von dem vorderen Rand 128 ist, zunehmen. Weiterhin können für einfachen Zusammenbau Bolzenlöcher 130 in das die obere Fläche 116 bildende Blech geschnitten werden. Es sind andere Verfahren zum Anbringen der Komponenten des Gehäuses 102 möglich, etwa Kleben, Nageln, Schweißen und Vernieten, die als Beispiele genannt sind.
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Unter Bezugnahme nun auf 6 ist eine Teilquerschnittansicht eines Beleuchtungsmoduls 100 gezeigt. Der Querschnitt ist von der Seite 114 gesehen parallel zu den Seiten 112 und 114. Wie in 6 gezeigt ist, können sich Lüftungsschlitze 122 über mindestens einen Abschnitt von Wärmeaustritten 106 erstrecken, und Wärmeaustritte 106 sind benachbart zu der Wärmesenke 120 positioniert. Die Wärmesenke 120 kann mehrere Rippen 123 umfassen und kann mit einem Array von Licht emittierenden Elementen (nicht sichtbar) thermisch und/oder elektrisch gekoppelt sein. Zum Halten der Licht emittierenden Elemente an der Wärmesenke 120 kann eine Reflektorklemme 136 verwendet werden. Die Breite 139 der Wärmeaustritte 106 kann gleich der Breite 138 der Abschnitte der oberen Fläche 116 sein, die die Wärmeaustritte trennen.
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Die Rippen 123 der Wärmesenke 120 können so angeordnet sein, dass sich die Grate und Nuten der Rippen von der Vorderfläche 108 zu einer (nicht gezeigten) Rückfläche des Gehäuses erstrecken. Die Rippen 123 der Wärmesenke 120 können mit anderen Worten parallel zu den Seiten 112 und 114 des Gehäuses sein. Das Array von Licht emittierenden Elementen kann Licht in einer Richtung emittierten Lichts 111 emittieren, und die Lüftungsschlitze 122 können dissipierte Wärme und/oder erwärmte Luft in einer Ablenkungsrichtung 129 mindestens 90° von der Richtung emittierten Lichts 111 leiten.
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Das Montagestück 126 ist auch in 6 zu sehen, wobei das Montagestück in der zusammengebauten Konfiguration gezeigt ist, die dem Gehäuse 102 strukturelle Stütze bietet. Es ist ersichtlich, dass Aussparungen und Grate 155 des Montagestücks 126 einen flächenanliegenden Kontakt mit Laschen und anderen Merkmalen der oberen Fläche 116 halten können, um eine starre Baugruppe sowie eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Inneren des Gehäuses 102 und der Außenseite des Gehäuses zu bilden. Weiterhin können Befestigungsmittel 157 durch die Löcher der oberen Fläche 116 sowie die Löcher 156 des Montagestücks 126 eingeführt werden, um die Baugruppe des Beleuchtungsmoduls 100 zu sichern. In einem Beispiel können Befestigungsmittel 157 nur in das Montagestück 126 geschraubt werden, während in einem anderen Beispiel Befestigungsmittel 157 in die Wärmesenke 120 geschraubt werden können, um die obere Fläche 116 und das Montagestück an der Wärmesenke 120 zu befestigen. Die Endflächen des Montagestücks 126 können zu den Endflächen der Wärmesenke 120 komplanar sein.
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Das Montagestück 126 weist eine in 6 ersichtliche Querschnittgeometrie auf, wobei ein horizontaler Rand 137 im Wesentlichen planar zur oberen Fläche 116 ist. Ein vorderer Rand 141 ist ebenfalls abgewinkelt, wobei er sich von dem horizontalen Rand 137 zu der oberen Fläche 116 erstreckt. Der vordere Rand 141 kann einen Winkel aufweisen, der von 0° bis 90° reicht. In manchen Beispielen kann der vordere Rand 141 im Wesentlichen parallel zu Ablenkungsflächen 124 sein, wie in 6 ersichtlich ist. Der vordere Rand 141 kann mit anderen Worten den gleichen Winkel wie die Ablenkungsflächen 124 aufweisen. Auf diese Weise leitet der vordere Rand 141 ferner erwärmte Luft von der Wärmesenke 120 in der Ablenkungsrichtung 129 aus dem Inneren des Gehäuses 102 heraus. Als eine Funktion kann das Montagestück 126 das Vorsehen von struktureller Stütze für das Gehäuse 102 unterstützen und eine Verbindung zwischen der oberen Fläche 116, der Vorderfläche 108 und der Wärmesenke 120 unter anderen Komponenten vorsehen. Ferner kann das Montagestück 126 als zweite Funktion als weitere Ablenkungsfläche von Lüftungsschlitzen 122 dienen, indem der vordere Rand 141 in ähnlicher Weise wie die anderen Ablenkungsflächen 124 abgewinkelt wird. In diesem Sinn ist der vordere Rand 141 die erste Ablenkungsfläche, die am nächsten zur Vorderfläche 108 ist, und der vordere Rand 141 befindet sich vor dem Beginn der Lüftungsschlitze 122 und Rippen 123.
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Wie in 6 ersichtlich ist, sind vier Lüftungsschlitze 122 in der oberen Fläche 116 enthalten, wobei jeder Lüftungsschlitz vier Wärmeaustritte 106 und vier Ablenkungsflächen 124 umfasst. Wie ersichtlich ist, erstrecken sich die Lüftungsschlitze 122 nicht über das Ende der Wärmesenke 120 hinaus weiter weg von der Vorderfläche 108. Insbesondere kann die vierte Ablenkungsfläche 124 von der Vorderfläche 108 nahe den Enden von Rippen 123 sein. Der hinterste der Lüftungsschlitze 122 kann mit anderen Worten mit seiner Ablenkungsfläche 124 im Wesentlichen ausgerichtet mit dem hinteren Ende der Wärmesenke 120 sein. Diese Ausrichtung kann ermöglichen, dass erwärmte Luft, die von der Wärmesenke 120 abgelassen wird, aus den Wärmeaustritten 106 entweicht. In manchen Konfigurationen könnten sich die Lüftungsschlitze 122 in der Richtung der Rückfläche nicht weiter als das hintere Ende der Wärmesenke 120 erstrecken. Bei dieser Konfiguration der Ausrichtung zwischen der Ablenkungsfläche 124 und der Wärmesenke 120 kann in das Gehäuse 102 strömende Luft in die Wärmesenke 120 geleitet werden, bevor sie mittels Lüftungsschlitzen 122 das Gehäuse verlässt. Wenn sich zusätzliche Lüftungsschlitze 122 über die Rippen 123 hinaus erstrecken, dann kann in das Gehäuse 102 geströmte Luft austreten, bevor Wärme von der Wärmesenke 120 übertragen wird, was die Wärmetauschleistung verschlechtern kann.
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Bei der in 6 gezeigten vorliegenden Konfiguration kann die im Wesentlichen gesamte Einlassluft durch Rippen 123 geleitet werden, ohne vor einer Interaktion mit der Wärmesenke 120 Luft durch Lüftungsschlitze 122 entweichen zu lassen, wodurch die Wärmetauscheffizienz erhöht wird. Zudem können sich Ablenkungsflächen 124 in großer Nähe zu Rippen 123 befinden, so dass zwischen den Ablenkungsflächen und Rippen ein kleiner Spalt vorhanden ist. Somit kann Einlassluft durch Rippen 123 und durch Wärmeaustritte 106 direkt ausströmen, ohne durch die Wärmesenke 120 umgewälzt zu werden. Auf diese Weise kann der Wärmetausch zwischen der Einlassluft und der Wärmesenke 120 optimiert werden, um die Gesamtleistung des Beleuchtungsmoduls 100 zu steigern. Wenn zwischen Rippen 123 und Ablenkungsflächen 124 große Räume vorhanden sind, dann kann Luft alternativ entlang der Oberseiten von Rippen 123 strömen und weg von der Vorderfläche 108 rezirkulieren. Diese Luftströmung kann die Wärmetauschleistung und Effizienz des Beleuchtungsmoduls 100 mindern.
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In 6 ist auch ein Beispiel einer härtbaren Werkstückfläche 610 gezeigt. Das Beleuchtungsmodul 100 kann so positioniert sein, dass das Fenster 118 der härtbaren Werkstückfläche 610 zugewandt ist. Auf diese Weise kann von dem Array Licht emittierender Elemente in einer Richtung emittierten Lichts 111 emittiertes Licht die härtbare Werkstückfläche 610 bestrahlen.
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Unter Bezugnahme nun auf 7 ist ein beispielhaftes Verfahren 700 zum Bestrahlen einer härtbaren Werkstückfläche mit dem Beleuchtungsmodul 100 der vorherigen Figuren gezeigt. Für ein einfaches Verständnis wird auf die benannten Komponenten von 1–6 Bezug genommen. Das Verfahren 700 beginnt bei 710, wo ein Beleuchtungsmodul gegenüber einer härtbaren Werkstückfläche positioniert ist. Zum Beispiel kann das Beleuchtungsmodul 100 so platziert werden, dass das Fenster 118 zu der härtbaren Werkstückfläche weist. Wie in 6 gezeigt kann von dem Array von Licht emittierenden Elementen in einer Richtung emittierten Lichts 111 Licht emittiert werden, um die härtbare Werkstückfläche bei 740 zu bestrahlen. Als Nächstes kann bei 750 Luft aktiv oder passiv durch die Lufteinlässe 103 befördert werden, wie durch Richtung 127 in 3 ersichtlich ist. Die beförderte Luft wird dann bei 760 in das Gehäuse 102 und über eine oder mehrere Wärmesenken 120 geleitet. Von dem Array Licht emittierender Elemente 104 erzeugte Wärme wird mittels Leiten zu den Wärmesenken 120 dissipiert und dann durch Leiten und Abstrahlen zu der über die Außenfläche der Wärmesenken 120 beförderten Luft weiter dissipiert. Wenn die Wärmesenken 120 mit Rippen versehen sind, dann können die Wärmeübertragungsfläche und die Wärmeübertragungsdissipationsrate verglichen mit Wärmesenken 120, die nicht gerippt sind, gesteigert werden.
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Als Nächstes fährt das Verfahren 700 bei 770 fort, wo die Wärme und/oder erwärmte Luft aus den Wärmeaustritten 106 herausbefördert wird. In Fällen, da das Gehäuse 102 Lüftungsschlitze 122 umfasst, die sich zumindest teilweise über die Wärmeaustritte 106 erstrecken können, kann die erwärmte Luft bei 780 weg von der Richtung emittierten Lichts 111 in einer Ablenkungsrichtung 129 abgelenkt werden (wie in 3 ersichtlich). Zum Beispiel kann die Ablenkungsrichtung 129 mindestens 90° weg von der Richtung emittierten Lichts sein. Bei Beenden von 780 endet das Verfahren 700.
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Unter Bezugnahme nun auf 8 ist ein Blockdiagramm für eine beispielhafte Konfiguration eines Beleuchtungssystems 800 für ein Beleuchtungsmodul 100 gezeigt. In einem Beispiel kann das Beleuchtungssystem 800 ein Beleuchtungsmodul 100 umfassen, das ein Licht emittierendes Subsystem 812, ein Steuergerät 814, eine Stromquelle 816 und ein Kühlsubsystem 818 umfasst. Das Licht emittierende Subsystem 812 kann mehrere Halbleitervorrichtungen 819 umfassen. Die mehreren Halbleitervorrichtungen 819 können ein Array 820 von Licht emittierenden Elementen wie etwa zum Beispiel ein lineares oder zweidimensionales Array von LED-Vorrichtungen sein. Die mehreren Halbleitervorrichtungen 819 können eine Strahlungsleistung 824 vorsehen, die in 8 durch die Pfeile dargestellt ist. Die Strahlungsleistung 824 kann in einer Richtung emittierten Lichts 111 zu einem Werkstück 826 gelenkt werden, das sich an einer festen Ebene von dem Beleuchtungssystem 800 befindet.
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Die Strahlungsleistung 824 kann mittels einer Koppeloptik 830 auf das Werkstück 826 gerichtet werden. Die Koppeloptik 830 kann bei Verwendung unterschiedlich implementiert werden. Zum Beispiel kann die Koppeloptik 830 ein oder mehrere Schichten, Materialien oder andere Strukturen umfassen, die zwischen die Halbleitervorrichtungen 819 und das Fenster 864 gesetzt sind, um zu Flächen des Werkstücks 826 Strahlungsleistung 824 zu leiten. Zum Beispiel kann die Koppeloptik 830 ein Mikrolinsen-Array umfassen, um das Sammeln, Bündeln oder Kollimieren von Strahlungsleistung 824 oder anderweitiges Verbessern der Qualität oder effektiven Größe der Strahlungsleistung zu verbessern. Als weiteres Beispiel kann die Koppeloptik 830 ein Mikroreflektor-Array umfassen. Beim Nutzen eines solchen Mikroreflektor-Arrays kann jede Halbleitervorrichtung 819, die Strahlungsleistung 824 liefert, in einem jeweiligen Mikroreflektor auf Eins-zu-Eins-Basis angeordnet werden. Als weiteres Beispiel kann ein lineares Array 820 von Halbleitervorrichtungen 819, die eine Strahlungsleistung 824 liefern, in Makroreflektoren auf Viele-zu-Eins-Basis angeordnet werden. Auf diese Weise kann eine Koppeloptik 830 sowohl Mikroreflektor-Arrays, wobei jede Halbleitervorrichtung 819 auf einer Eins-zu-Eins-Basis in einem jeweiligen Mikroreflektor angeordnet ist, als auch Makroreflektoren, wobei die Größe und/oder Qualität der Strahlungsleistung 824 von den Halbleitervorrichtungen durch Makroreflektoren weiter verbessert wird, umfassen.
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Jede der Schichten, jedes der Materialien oder jede andere Struktur der Koppeloptik 830 kann einen ausgewählten Brechungsindex haben. Durch richtiges Wählen jedes Brechungsindexes kann die Reflexion an Grenzflächen zwischen Schichten, Materialien und anderen Strukturen in dem Weg der Strahlungsleistung 824 selektiv gesteuert werden. Zum Beispiel kann durch Steuern von Unterschieden bei diesen Brechungsindexen an einer gewählten Grenzfläche, zum Beispiel Fenster 864, die zwischen den Halbleitervorrichtungen 819 und dem Werkstück 826 angeordnet ist, die Reflexion an dieser Grenzfläche verringert oder vergrößert werden, um die Transmission von Strahlungsleistung 824 an dieser Grenzfläche für schließliche Zufuhr zu dem Werkstück 826 zu verbessern. Zum Beispiel kann die Koppeloptik einen Kaltlichtreflektor umfassen, wobei bestimmte Wellenlängen von auftreffendem Licht absorbiert werden, während andere zu der Fläche des Werkstücks 826 reflektiert und gebündelt werden.
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Die Koppeloptik 830 kann für verschiedene Zwecke genutzt werden. Beispielhafte Zwecke umfassen u. a. allein oder kombiniert das Schützen der Halbleitervorrichtungen 819, das Zurückhalten von dem Kühlsubsystem 818 zugeordnetem Kühlfluid, das Sammeln, Verdichten und/oder Kollimieren von Strahlungsleistung 824 oder andere Zwecke. Als weiteres Beispiel kann das Beleuchtungssystem 800 die Koppeloptik 830 nutzen, um die wirksame Qualität, Gleichmäßigkeit oder Größe der Strahlungsleistung 824 zu verbessern, insbesondere so wie sie dem Werkstück 826 zugeführt wird.
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Mehrere oder alle der mehreren Halbleitervorrichtungen 819 können mittels Koppelelektronik 822 mit dem Steuergerät 814 gekoppelt werden, um dem Steuergerät 814 Daten zu liefern. Wie nachstehend weiter beschrieben kann das Steuergerät 814 auch implementiert werden, um diese Daten liefernde Halbleitervorrichtungen 819 zu steuern, z. B. mittels der Koppelelektronik 822. Das Steuergerät 814 kann mit der Stromquelle 816 und dem Kühlsubsystem 818 verbunden sein und kann implementiert sein, um dieses zu steuern. Zum Beispiel kann das Steuergerät 814 einen größeren Antriebsstrom zu Licht emittierenden Elementen, die in dem mittleren Abschnitt des linearen Arrays 820 verteilt sind, und einen kleineren Antriebsstrom zu Licht emittierenden Elementen, die in den Endabschnitten des linearen Arrays 820 verteilt sind, liefern, um die nutzbare Breite des auf das Werkstück 826 gestrahlten Lichts zu vergrößern. Zudem kann das Steuergerät 814 Daten von der Stromquelle 816 und dem Kühlsubsystem 818 empfangen. In einem Beispiel kann die Bestrahlung an einer oder mehreren Stellen an der Fläche des Werkstücks 826 durch Sensoren detektiert und in einem Regelungsschema zu dem Steuergerät 814 übermittelt werden. In einem weiteren Beispiel kann das Steuergerät 814 mit einem Steuergerät eines anderen Beleuchtungssystems (in 8 nicht gezeigt) kommunizieren, um die Steuerung beider Beleuchtungssysteme zu koordinieren. Zum Beispiel können Steuergeräte 814 von mehreren Beleuchtungssystemen in einem kaskadierenden Master-Slave-Steuerungsalgorithmus arbeiten, wobei der Sollwert eines der Steuergeräte durch den Ausgang des anderen Steuergeräts festgelegt wird. Andere Steuerungsstrategien für den Betrieb des Beleuchtungssystems 800 in Verbindung mit einem anderen Beleuchtungssystem können ebenfalls verwendet werden. Als weiteres Beispiel können Steuergeräte 814 für mehrere Beleuchtungssysteme, die Seite an Seite angeordnet sind, Beleuchtungssysteme zum Steigern der Gleichmäßigkeit von abgestrahltem Licht über mehreren Beleuchtungssystemen in identischer Weise steuern.
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Zusätzlich zur Stromquelle 816, dem Kühlsubsystem 818 und dem Licht emittierenden Subsystem 812 kann das Steuergerät 814 auch mit einem internen Element 832 und einem externen Element 834 verbunden und implementiert werden, um diese zu steuern. Das Element 832 kann wie gezeigt innen in dem Beleuchtungssystem 800 sein, während das Element 834 wie gezeigt außerhalb des Beleuchtungssystems 800 sein kann, aber dem Werkstück 826 (z. B. Handhabungs-, Kühl- oder anderen externen Geräten) zugeordnet sein kann oder anderweitig mit einer Fotoreaktion (z. B. Härten), die das Beleuchtungssystem 800 unterstützt, zugeordnet sein kann.
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Die von dem Steuergerät 814 von einer oder mehreren von Stromquelle 816, Kühlsubsystem 818, Licht emittierendem Subsystem 812/oder Elementen 832 und 834 erhaltenen Daten können von unterschiedlicher Art sein. Zum Beispiel können die Daten für ein oder mehrere Eigenschaften, die gekoppelten Halbleitervorrichtungen 819 zugeordnet sind, repräsentativ sein. Als weiteres Beispiel können die Daten für ein oder mehrere Eigenschaften repräsentativ sein, die dem jeweiligen Licht emittierenden Subsystem 812, der Stromquelle 816, dem Kühlsubsystem 818, dem internen Element 832 und dem externen Element 834, die die Daten liefern, zugeordnet sind. Als noch weiteres Beispiel können die Daten für ein oder mehrere Eigenschaften repräsentativ sein, die dem Werkstück 826 zugeordnet sind (z. B. repräsentativ für die Strahlungsleistungsenergie oder spektrale Komponente(n), die auf das Werkstück gerichtet sind). Zudem können die Daten repräsentativ für eine Kombination dieser Eigenschaften sein.
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Das Steuergerät 814 kann bei Erhalt solcher Daten implementiert sein, um auf diese Daten zu reagieren. Zum Beispiel kann das Steuergerät 814 reagierend auf solche Daten von einer solchen Komponente implementiert sein, um ein oder mehrere von Stromquelle 816, Kühlsubsystem 818, Licht emittierendem Subsystem 812 (einschließlich ein oder mehrere solche gekoppelte Halbleitervorrichtungen) und/oder den Elementen 32 und 34 zu steuern. Als Reaktion zum Beispiel auf Daten von dem Licht emittierenden Subsystem 812, die anzeigen, dass die Lichtenergie an einem oder mehreren dem Werkstück 826 zugeordneten Punkten ungenügend ist, kann das Steuergerät 814 implementiert sein, um entweder (a) die Strom- und/oder Spannungszufuhr von der Stromquelle zu einem oder mehreren der Halbleitervorrichtungen 819 zu steigern, (b) ein Kühlen des Licht emittierenden Subsystems mittels des Kühlsubsystems 818 zu steigern (bestimmte Licht emittierende Elemente liefern z. B. bei Kühlung eine größere Strahlungsleistung), (c) die Zeit zu verlängern, während der diesen Vorrichtungen Strom geliefert wird, oder (d) eine Kombination des Genannten.
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Einzelne Halbleitervorrichtungen 819 (z. B. LED-Vorrichtungen) des Licht emittierenden Subsystems 812 können von dem Steuergerät 814 unabhängig gesteuert werden. Zum Beispiel kann das Steuergerät 814 eine erste Gruppe aus einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen steuern, um Licht einer ersten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren, während es eine zweite Gruppe von einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen steuert, um Licht einer anderen Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren. Die erste Gruppe von einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen kann sich innerhalb des gleichen linearen Arrays 820 von Halbleitervorrichtungen befinden oder kann aus mehr als einem linearen Array von Halbleitervorrichtungen 820 von mehreren Beleuchtungssystemen 800 stammen. Das lineare Array 820 der Halbleitervorrichtungen 819 kann durch das Steuergerät 814 auch unabhängig von anderen linearen Arrays von Halbleitervorrichtungen in anderen Beleuchtungssystemen gesteuert werden. Zum Beispiel können die Halbleitervorrichtungen eines ersten linearen Arrays gesteuert werden, um Licht einer ersten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren, während die eines zweiten linearen Arrays in einem anderen Beleuchtungssystem gesteuert werden können, um Licht einer zweiten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren.
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Als weiteres Beispiel kann unter einem ersten Satz von Bedingungen (z. B. für ein bestimmtes Werkstück, Fotoreaktion und/oder Satz von Betriebsbedingungen) das Steuergerät 814 das Beleuchtungssystem 800 betreiben, um eine erste Steuerungsstrategie zu implementieren, wogegen unter einem zweiten Satz von Bedingungen (z. B. für ein bestimmtes Werkstück, Fotoreaktion und/oder Satz von Betriebsbedingungen) das Steuergerät 814 das Beleuchtungssystem 800 betreiben kann, um eine zweite Steuerungsstrategie zu implementieren. Wie vorstehend beschrieben kann die erste Steuerungsstrategie das Betreiben einer ersten Gruppe von einer oder mehreren einzelnen Halbleitervorrichtungen (z. B. LED-Vorrichtungen) umfassen, um Licht einer ersten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren, während die zweite Steuerungsstrategie das Betreiben einer zweiten Gruppe von einer oder mehreren einzelnen LED-Vorrichtungen umfassen kann, um Licht einer zweiten Intensität, Wellenlänge und dergleichen zu emittieren. Die erste Gruppe von LED-Vorrichtungen kann die gleiche Gruppe von LED-Vorrichtungen wie die zweite Gruppe sein und kann ein oder mehrere Arrays von LED-Vorrichtungen überspannen oder kann eine zu der zweiten Gruppe unterschiedliche Gruppe von LED-Vorrichtungen sein, doch kann die unterschiedliche Gruppe von LED-Vorrichtungen eine Teilmenge von einer oder mehreren LED-Vorrichtungen aus der zweiten Gruppe umfassen.
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Das Kühlsubsystem 818 kann implementiert sein, um das Wärmeverhalten des Licht emittierenden Subsystems 812 zu steuern. Zum Beispiel kann das Kühlsubsystem 818 für das Kühlen des Licht emittierenden Subsystems 812 und im Einzelnen der Halbleitervorrichtungen 819 sorgen. Zum Beispiel kann das Kühlsubsystem 818 ein Luft- oder anderes Fluidkühlsystem (z. B. Wasser) umfassen. Das Kühlsubsystem 818 kann auch Kühlelemente wie etwa Kühlrippen umfassen, die an den Halbleitervorrichtungen 819 oder dem linearen Array 820 derselben oder an der Koppeloptik 830 angebracht sind. Zum Beispiel kann das Kühlsubsystem das Blasen von Kühlluft über die Koppeloptik 830 umfassen, wobei die Koppeloptik 830 mit externen Rippen ausgestattet ist, um die Wärmeübertragung zu verbessern. Das Kühlsubsystem 818 kann weiterhin ein oder mehrere Lüftungsschlitze 122 und/oder ein oder mehrere Lufteinlässe 103 umfassen. Wie vorstehend beschrieben können die Lüftungsschlitze 122 das Leiten von dissipierter Wärme und/oder erwärmter Luft in einer abgelenkten Richtung 129 weg von einer Richtung emittierten Lichts 111, zum Beispiel mindestens 90° weg von einer Richtung emittierten Lichts 111, weg von dem Gehäuse 102 unterstützen. Wie vorstehend beschrieben können die Lufteinlässe 103 das Leiten von Einlassluft in das Gehäuse 102 unterstützen, wobei die Einlassluft anschließend in einer abgelenkten Richtung 129 weg von der Richtung emittierten Lichts 111 und weg von der härtbaren Werkstückfläche oder dem Werkstück 826 geleitet wird.
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Das Beleuchtungssystem 800 kann für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Beispiele umfassen ohne Einschränkung Härtungsanwendungen, die von Farbdrucken bis zur Herstellung von DVDs und Lithographie reichen. Die Anwendungen, bei denen das Beleuchtungssystem 800 genutzt werden kann, können zugeordnete Betriebsparameter aufweisen. D. h. eine Anwendung kann wie folgt zugeordnete Betriebsparameter aufweisen: Vorsehen eines oder mehrerer Strahlungsleistungswerte bei einer oder mehreren Wellenlängen, die über einen oder mehrere Zeiträume angelegt werden. Um die der Anwendung zugeordnete Fotoreaktion ordnungsgemäß zu verwirklichen, kann optischer Leistung bei oder nahe dem Werkstück 826 bei oder über einem oder mehreren vorbestimmten Werten eines oder mehrerer dieser Parameter (und/oder über eine bestimmte Zeit, Zeiten oder Zeitbereiche) zugeführt werden.
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Um den Parametern einer geplanten Anwendung zu folgen, können die Halbleitervorrichtungen 819, die Strahlungsleistung 824 liefern, gemäß verschiedenen Eigenschaften betrieben werden, die den Parametern der Anwendung zugeordnet sind, z. B. Temperatur, spektrale Verteilung und Strahlungsleistung. Gleichzeitig können die Halbleitervorrichtungen 819 bestimmte Betriebsspezifikationen haben, die der Herstellung der Halbleitervorrichtungen zugeordnet sein können und unter anderem befolgt werden können, um eine Zerstörung auszuschließen und/oder einer Degradation der Vorrichtungen vorzubeugen. Andere Komponenten des Beleuchtungssystems 800 können ebenfalls zugeordnete Betriebsspezifikationen aufweisen. Diese Spezifikationen können neben anderen Parameterspezifikationen Bereiche (z. B. Höchst- und Mindestbereiche) für Betriebstemperaturen und angelegte elektrische Leistung umfassen.
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Demgemäß kann das Beleuchtungssystem 800 das Überwachen der Parameter der Anwendung unterstützen. Ferner kann das Beleuchtungssystem 800 das Überwachen von Halbleitervorrichtungen 819, einschließlich ihrer jeweiligen Eigenschaften und Spezifikationen, vorsehen. Zudem kann das Beleuchtungssystem 800 auch das Überwachen von ausgewählten anderen Komponenten des Beleuchtungssystems 800, einschließlich ihrer Eigenschaften und Spezifikationen, vorsehen.
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Das Vorsehen einer solchen Überwachung kann das Prüfen des ordnungsgemäßen Systembetriebs ermöglichen, so dass der Betrieb des Beleuchtungssystems 800 zuverlässig beurteilt werden kann. Zum Beispiel kann das Beleuchtungssystem 800 bezüglich eines oder mehrerer der Anwendungsparameter (z. B. Temperatur, spektrale Verteilung, Strahlungsleistung und dergleichen), der Eigenschaften einer Komponente, die solchen Parametern zugeordnet sind, und/oder der jeweiligen Betriebsspezifikationen einer Komponente unsachgemäß arbeiten. Das Vorsehen der Überwachung kann gemäß den Daten reagieren und ausgeführt werden, die von dem Steuergerät 814 von einer oder mehreren der Systemkomponenten erhalten werden.
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Das Überwachen kann auch die Steuerung des Systembetriebs unterstützen. Zum Beispiel kann mittels des Steuergeräts 814 eine Steuerungsstrategie implementiert werden, wobei das Steuergerät 814 Daten von einer oder mehreren Systemkomponenten erhält und darauf reagiert. Diese vorstehend beschriebene Steuerungsstrategie kann direkt (z. B. durch Steuern einer Komponente durch Steuersignale, die auf die Komponente gerichtet sind, beruhend auf Daten, die den Betrieb dieser Komponente berücksichtigen) oder indirekt (z. B. durch Steuern des Betriebs einer Komponente durch Steuersignale, die ausgelegt sind, um den Betrieb anderer Komponenten anzupassen) implementiert werden. Zum Beispiel kann eine Strahlungsleistung einer Halbleitervorrichtung indirekt durch Steuersignale, die zu der Stromquelle 816 gesendet werden, die die dem Licht emittierenden Subsystem 812 gelieferte Leistung anpasst, und/oder durch Steuersignale, die zu dem Kühlsubsystem 818 gesendet werden, das die an dem Licht emittierenden Subsystem 812 angelegte Kühlung anpassen, angepasst werden.
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Steuerungsstrategien können genutzt werden, um einen ordnungsgemäßen Systembetrieb und/oder die Leistung der Anwendung zu ermöglichen und/oder zu verbessern. In einem spezifischeren Beispiel kann die Steuerung auch genutzt werden, um ein Gleichgewicht zwischen der Strahlungsleistung des linearen Arrays und seiner Betriebstemperatur zu ermöglichen und/oder zu verbessern, um z. B. ein Erwärmen der Halbleitervorrichtungen 819 über ihre Spezifikationen hinaus zu verhindern, während auch ausreichend Strahlungsenergie zu dem Werkstück 826 gerichtet wird, um zum Beispiel eine Fotoreaktion der Anwendung auszuführen.
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In manchen Anwendungen kann dem Werkstück 826 eine hohe Strahlungsleistung zugeführt werden. Demgemäß kann das Licht emittierende Subsystem 812 unter Verwenden eines linearen Arrays 820 von Licht emittierenden Halbleitervorrichtungen 819 implementiert werden. Zum Beispiel kann das Licht emittierende Subsystem 812 unter Verwenden eines Leuchtdioden(LED)-Arrays hoher Dichte implementiert werden. Auch wenn LED-Arrays verwendet werden können und hierin näher beschrieben werden, versteht sich, dass die Halbleitervorrichtungen 819 und deren lineare Arrays 820 unter Verwenden anderer Licht emittierender Technologien implementiert werden können, ohne von den Grundsätzen der Erfindung abzuweichen; Beispiele von anderen Licht emittierenden Technologien umfassen ohne Einschränkung organische LEDs, Laserdioden, andere Halbleiterlaser.
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Es versteht sich, dass Varianten der vorstehend offenbarten Beleuchtungsmodule und andere Merkmale und Funktionen oder Alternativen derselben wünschenswerterweise zu vielen anderen unterschiedlichen Systemen, Verfahren oder Anwendungen kombiniert werden können. Zum Beispiel können Verfahren zum Leiten von Luft oder Wärme weg von einem Beleuchtungsmodul einen beliebigen oder mehrere der vorstehend offenbarten Lüftungsschlitze verwenden. Von Fachleuten können auch verschiedene derzeit nicht vorhersehbare oder unerwartete Alternativen, Abwandlungen, Varianten oder Verbesserungen derselben später vorgenommen werden, die ebenfalls von den folgenden Ansprüchen eingeschlossen sein sollen. Wenngleich bisher eine bestimmte Ausführungsform für ein Verfahren und eine Vorrichtung für Beleuchtungsmodule mit Lüftungsschlitzen beschrieben wurde, ist es somit nicht gewollt, dass diese spezifischen Hinweise als Einschränkungen des Schutzumfangs dieser Erfindung betrachtet werden, soweit sie nicht in den folgenden Ansprüchen dargelegt sind.
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Es können verschiedene alternative Deckungsumfänge erwünscht sein. In einem Beispiel umfasst ein Beleuchtungsmodul ein Gehäuse mit einer Fläche senkrecht zu einer vertikalen Achse des Moduls, wobei die Fläche mehrere seitliche Lüftungsschlitze umfasst; ein Array von Licht emittierenden Elementen, die auf einem ebenen Träger angeordnet und hinter einem ebenen Fenster positioniert sind, wobei das ebene Fenster optional ein oder mehr Linsen oder andere lichtmodifizierende Merkmale umfasst, wobei sich das Fenster voll über das Gehäuse erstreckt, so dass sich das Fenster seitlich mindestens so breit wie ein breitester Teil des Gehäuses erstreckt; und eine Wärmesenke, die mit dem Array Licht emittierender Elemente thermisch gekoppelt ist, wobei die Wärmesenke mehrere sich erstreckende Längsrippen mit vertikalen Räumen dazwischen umfasst, wobei die mehreren Lüftungsschlitze optional alle vertikal über den sich längs erstreckenden Rippen positioniert sind.
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Das Beleuchtungsmodul kann weiterhin ein Gebläse umfassen, das unmittelbar hinter den Rippen positioniert ist und zum Fenster weist, wobei das Gebläse in Längsrichtung hinter einem letzten der Schlitze positioniert ist. Das Beleuchtungsmodul kann ferner Leistungselektronik, die hinter dem Gebläse positioniert ist, umfassen. Das Beleuchtungsmodul kann ferner umfassen, dass die Schlitze eine Verlängerung in ein Inneres des Gehäuses aufweisen. Das Beleuchtungsmodul kann ferner umfassen, dass das Array von Licht emittierenden Elementen ein einzelnes lineares Array von LEDs ist. Das Beleuchtungsmodul kann ferner zwischen einer oberen Fläche der Wärmesenkenrippen und den Lüftungsschlitzen keine Komponenten aufweisen. Das Beleuchtungsmodul kann ferner umfassen, dass der Träger ohne Komponenten dazwischen direkt an der Wärmesenke montiert ist, und wobei der Träger durch Leistungselektronik betrieben wird. Das Beleuchtungsmodul kann ferner umfassen, dass das Modul in einem Druckfarbenhärtungssystem, etwa einem Drucker, oder einem Sterilisationssystem oder einem Faserhärtungssystem positioniert wird. Zum Beispiel kann das Beleuchtungsmodul zum Erzeugen von UV-Licht nahe einem Faseroptikkabel positioniert werden, um das Kabel bei Passieren des Moduls zu härten. Als weiteres Beispiel kann das Beleuchtungsmodul nahe zu sterilisierenden Komponenten, etwa Blutbehältern, etc. positioniert werden.
