ES2599278T3 - Unidad de iluminación con reflector - Google Patents

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ES2599278T3 ES13714847.4T ES13714847T ES2599278T3 ES 2599278 T3 ES2599278 T3 ES 2599278T3 ES 13714847 T ES13714847 T ES 13714847T ES 2599278 T3 ES2599278 T3 ES 2599278T3
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Michael Peil
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Abstract

Unidad de iluminación, que comprende un primer módulo (1) y al menos un segundo módulo (1), respectivamente, con una pluralidad de LEDs (3) distribuidos sobre una superficie de módulo, en la que los módulos (1) están dispuestos para la disipación de calor de pérdida sobre al menos un cuerpo de refrigeración (2), y un reflector (5), en la que la luz irradiada desde uno de los módulos (1) es desviada a través del reflector (5, 5a, 5b) a un orificio de salida (6) de la unidad de iluminación, caracterizada por que entre al menos algunos de los LEDs (3) y el orificio de salida (6) está dispuesta una óptica (8, 9, 11, 12), a través de la cual se concentra la luz de los LEDs (3) en una estructura definida en una superficie objetiva (10), en la que el primer módulo (1) y el segundo módulo (2) presentan direcciones de radiación opuestas, en la que el reflector (5, 5a, 5b) esté dispuesto entre los módulos.

Description

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DESCRIPCION
Unidad de iluminacion con reflector
La invencion se refiere a una unidad de iluminacion, que comprende un primer modulo y al menos un segundo modulo, respectivamente, con una pluralidad de LEDs distribuidos sobre una superficie de modulos, en la que los modulos estan dispuestos para la disipacion de calor de perdida sobre al menos un cuerpo de refrigeracion, y un reflector, en el que la luz irradiada desde uno de los modulos es desviada a traves del reflector a un orificio de salida de la unidad de iluminacion.
El documento EP 2 375 133 A2 describe una unidad de iluminacion con un cuerpo de refrigeracion refrigerado por aire, en el que estan dispuestos dos modulos-LED opuestos entre st La luz de los dos modulos-LED es colimada sobre colimadores colocados individualmente sobre los LEDs y es desviada sobre dos espejos de desviacion, respectivamente, alrededor de 90° en una direccion de salida comun. La luz que abandona la unidad de iluminacion es totalmente divergente. El documento EP 2 284 006 A2 describe una fuente de luz para secado-UV con luz de salida concentrada.
El problema de la invencion es indicar una unidad de iluminacion, con la que se puede conseguir una densidad de radiacion alta con forma de construccion optimizada.
El problema se soluciona por medio de una unidad de iluminacion de acuerdo con la reivindicacion 1.
A traves de la concentracion por medio de la optica se puede concentrar un angulo de apertura grande de los LEDs individuales en la estructura de la superficie objetiva. Ademas, a traves de la desviacion de la luz por medio del reflector se consigue una alta flexibilidad con respecto a la forma y el tamano de la unidad de iluminacion.
En particular, en este caso se puede seleccionar una posicion de montaje y el tamano del o de los cuerpos de refrigeracion de tal manera que se reduce una altura de construccion de la unidad de iluminacion en la direccion de salida de la luz. Por la direccion de salida se entiende en este caso la direccion geometrica principal de la luz despues de la desviacion y cuando sale por el orificio de salida.
En general, con ventaja, por medio del reflector o de varios reflectores se puede desviar la luz de varios modulos dispuestos diferentes y/o que irradian en diferentes direcciones principales en la misma direccion de salida desde la unidad de iluminacion, por ejemplo alrededor de 90°, De acuerdo con la experiencia, en este caso se trata de la desviacion de la luz desde modulos opuestos entre sf con direcciones de radiacion opuestas, de manera que el o los reflectores estan dispuestos entre los modulos y desvfan la luz en la direccion de salida comun.
Por una optica en el sentido de la invencion se entiende cada objeto que se encuentra en la trayectoria de los rayos, por medio del cual se consigue una modificacion definida de la direccion de la propagacion de los rayos de luz geometricos. En particular, se trata de lentes permeables para la trayectoria de los rayos, tambien lentes cilmdricas y lentes de Fresnel. Pro tambien se puede tratar de reflectores curvados de forma definida. Tambien una curvatura definida del reflector de desviacion, por medio de la cual se consigue una concentracion en la estructura definida, es una optica en el sentido de la invencion.
En la forma de realizacion preferida de la invencion esta previsto que la optica comprenda una optica primaria para la concentracion de la luz irradiada, que esta dispuesta directamente sobre los LEDs. A traves de tal optica primaria se puede transportar un angulo espacial especialmente grande de la luz irradiada por los LEDs la mayona de las veces en un angulo grande. Por ejemplo, en este caso se puede tratar de varias lentes colectoras dispuestas, respectivamente, sobre un LED.
En un desarrollo preferido, la optica primaria esta configurada como capa de polfmero transparente, aplicada sobre los modulos, que se extiende en una sola pieza al menos sobre varios LEDs. Tal capa de polfmero puede estar configurada, por ejemplo, del tipo de las opticas descritas en el documento WO 2012/031703 A1. En este caso, se reviste un modulo-LED por medio de un molde de fundicion abierto con una silicona resistente a UV.
En un ejemplo de realizacion alternativo o complementario de la invencion, la optica comprende una optica secundaria, que esta dispuesta separada en el espacio de un modulo en una trayectoria de los rayos de luz. Como limitacion de una optica primaria, se entiende por una optica secundaria en el presente caso, en general, una optica, que no se asienta directamente sobre los LEDs. Por lo tanto, son posibles formas de realizacion, que comprenden una optica secundaria, pero ninguna optica primaria. En un ejemplo de realizacion especialmente preferido, tanto una optica primaria como tambien una optica secundaria estan dispuestas en la trayectoria de los rayos de la unidad de iluminacion, con lo que resulta una forma de realizacion especialmente pequena con una alta intensidad de la iluminacion.
En configuracion detallada preferida, la optica secundaria esta configurada como capa de polfmero transparente sobre sustrato transparente. La optica secundaria puede estar fabricada en este caso del tipo de las opticas descritas en el documento WO 2012/031703 A1, en la que en lugar de un modulo-LED, se reviste un sustrato transparente, por ejemplo vidrio, por medio de un molde de fundicion abierto con una silicona resistente a UV.
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En general, de manera ventajosa, la optica comprende al menos una lente cilmdrica, por medio de la cual se concentra la luz de una pluralidad de LEDs dispuestos en una serie. Tal lente cilmdrica puede estar configurada especialmente en una optica secundaria dispuesta a distancia de los LEDs.
En configuracion preferida de la invencion, la estructura definida esta configurada como lente recta. Con preferencia, pero no necesariamente, la unidad de iluminacion se extiende en este caso paralela a la lmea en una direccion longitudinal y tiene en esta direccion una longitud, que es al menos dos veces, con preferencia al menos tres veces, una altura de construccion de la unidad de iluminacion en una direccion de altura perpendicular a la direccion longitudinal.
Ademas, con ventaja, en este caso el reflector esta dispuesto frente al modulo-LED en un angulo entre 30° y 60°. En particular, el angulo puede estar aproximadamente en 45°, de manera que, en general, se realiza una desviacion de los rayos de luz alrededor de 90°, lo que favorece una altura de construccion baja de la unidad de iluminacion. La disposicion angular del reflector se refiriere en el sentido de la invencion no solo a reflectores planos, sino tambien a reflectes curvados sobre un angulo determinado.
La unidad de iluminacion esta disenada con preferencia de tal forma que una intensidad de la radiacion sobre la estructura es al menos 2 W/cm2 Esto permite en una medida especial la utilizacion para aplicaciones de secado como por ejemplo el secado de laca con luz-UV como componente de un procedimiento de impresion.
Con preferencia, al menos el 50% de la luz emitida por los LEDs esta presente en una zona de longitudes de onda inferior a 470 nm. Esto posibilita un diseno al menos predominante de la unidad de iluminacion como radiador-UV. A traves de la otra combinacion de las caractensticas segun la invencion, se puede montar el radiador-UV de manera flexible en un dispositivo tecnico, por ejemplo una maquina de imprenta.
De manera alternativa a ello, al menos el 50% de la luz emitida por los LEDs esta en una zona de longitudes de onda de mas de 780 nm. Esto posibilita un diseno al menos predominante de la unidad de iluminacion como radiador-UV. A traves de la otra combinacion de las caractensticas segun la invencion, se puede montar el radiador- IR de manera flexible en un dispositivo tecnico, por ejemplo una maquina de imprenta.
El secado de la laca o bien de tintas de maquinas de imprenta se realiza segun el diseno a traves de luz-UV, teniendo lugar la mayona de las veces una reticulacion de la sustancia a secar, o tambien a traves de calor, siendo utilizados con preferencia radiadores-IR.
En general, con preferencia se absorbe una cantidad de calor cedida al cuerpo de refrigeracion a traves de un refrigerante lfquido, de manera que, en general, se puede disipar una cantidad especialmente grande de calor perdido tambien con relaciones de montaje desfavorables de la unidad de iluminacion. Los refrigerantes lfquidos tienen una capacidad termica mas elevada que los refrigerantes gaseosos y permiten altas capacidades de refrigeracion. La disipacion se puede realizar a traves de desplazamiento del refrigerante a la fase lfquida, por ejemplo por medio de un circuito de circulacion de refrigerante. De manera alternativa o complementaria, se puede tratar tambien de la utilizacion de tubos de calor, en los que un consumo de calor conduce en primer lugar a un cambio de fases del refrigerante lfquido.
El problema de la invencion se soluciona, ademas, por medio de un dispositivo para el secado de un revestimiento, que comprende una unidad de iluminacion de acuerdo con la invencion. La unidad de iluminacion de acuerdo con la invencion es especialmente bien adecuada a tal fin, puesto que combina altas intensidades de la radiacion con forma de construccion flexible y especialmente compacta.
En un desarrollo preferido, en este caso, un sustrato plano con el revestimiento a secar y la unidad de iluminacion son moviles en una direccion de transporte entre sf, extendiendose la unidad de iluminacion en una direccion transversal al menos parcialmente sobre una anchura del sustrato y estando dispuesta a distancia definida sobre el sustrato,. Por ello se entiende tambien una salida reticular de la superficie del sustrato en varias franjas. Por ejemplo, en el sustrato se puede tratar de un producto impreso, que es revestido en una maquina de imprenta con laca impresa u otra sustancia.
El problema de la invencion se soluciona, ademas, a traves de la utilizacion de una unidad de iluminacion de acuerdo con la invencion para el secado de un revestimiento, con preferencia en un procedimiento de impresion.
Otras ventajas y caractensticas de la invencion se deducen tambien del ejemplo de realizacion descrito a continuacion asf como a partir de las reivindicaciones dependientes.
A continuacion se describen dos ejemplos de realizacion preferidos de la invencion y se explican en detalle con la ayuda de los dibujos adjuntos.
La figura 1 muestra una representacion esquematica de un primer ejemplo de realizacion de la invencion.
La figura 2 muestra una representacion esquematica de un segundo ejemplo de realizacion de la invencion.
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Una unidad de iluminacion de acuerdo con la invencion segun la figura 1 comprende dos modulos-LED 1, en la que cada uno de los modulos 1 esta aplicado sobre un cuerpo de refrigeracion 2 en conexion superficial conductora de calor. Los modulos 1 comprenden, respectivamente, varios LEDs 3, que estan distribuidos en un retmulo sobre una superficie de modulo que se extiende perpendicularmente al plano del dibujo. Los LEDs 3 estan aplicados junto con otros componentes electronicos (no representados) sobre un soporte plano 4, con lo que, en general, se configura, en general, respectivamente, un modulo Chip-On-Board (COB). Los modulos 1 se extienden en una direccion longitudinal que se extiende perpendicularmente al plano del dibujo y en una direccion de la altura, que se extiende en el dibujo de la figura 1 desde arriba hacia abajo y corresponde a una direccion de salida desde la unidad de iluminacion. Una direccion de radiacion principal de los LEDs corresponde de esta manera a una direccion transversal, que se extiende en el dibujo de la figura 1 desde la izquierda hacia la derecha.
Los lados de los modulos 1 equipados con LEDs se encuentran enfrentados, de manera que entre los modulos esta dispuesto un reflector 5. El reflector 5 comprende dos superficies de reflector 5a, 5b, siendo cada una de las superficies de reflector en el presente caso planas y estando inclinada en un angulo de 45° con respecto al plano del modulo opuesto, respectivamente. De esta manera, un rayo de luz (direccion de radiacion principal) que parte desde un LED bajo 90° con respecto al plano del modulo respectivo se desvfa desde la superficie respectiva del reflector 5a, 5b bajo un angulo de 90° y abandona la unidad de iluminacion a traves de un orificio de salida 6 en una direccion de salida paralela a la direccion de la altura. La configuracion del reflector se puede realizar discrecionalmente, por ejemplo como prisma, como espejo de cristal o como chapa de espejo. Para la reduccion al mmimo de las perdidas, puede estar presente en este caso, respectivamente, una bonificacion correspondiente de la superficie.
Sobre los modulos 1 esta dispuesta una optica primaria 8, que esta configurada en el presente caso como recubrimiento de toda la superficie de los modulos 1. La optica primaria presenta directamente sobre los LEDs 3 individuales, respectivamente, lentes 9, por medio de las cuales se concentra un angulo de apertura mayor de la luz irradiada y se dirige a traves de la desviacion por medio del reflector 5 sobre una superficie de destino 10 (ver la representacion y trayectorias de rayos que se extienden de forma similar en la figura 2). En este caso, se lleva a cabo una concentracion de los rayos en una estructura en forma de una lmea recta, que se extiende en la direccion longitudinal, en la superficie de destino 10. Sobre esta estructura, la intensidad de la radiacion a traves de la unidad de iluminacion es claramente mayor que 2 W/cm2.
El orificio de salida 6 esta cubierto por un cristal de proteccion transparente 7, que en este caso tiene una accion de desviacion sobre la entrada de los rayos. Pero, en principio, el cristal de proteccion puede estar configurado tambien como componente de la optica.
Los cuerpos de refrigeracion 2 tienen, respectivamente, conexiones 2a para la entrada y salida de un refrigerante lfquido, que circula a traves del cuerpo de refrigeracion para el transporte del calor hacia fuera. El refrigerante puede estar presente en un circuito cerrado y puede ceder el calor a otro lugar de nuevo a traves de un intercambiador de calor. En la presente unidad de iluminacion aparecen capacidades de disipacion termica en el intervalo de esencialmente mas de 1 kW.
El segundo ejemplo de realizacion segun la figura 2 se diferencia del primer ejemplo por que adicionalmente a la optica primaria 8 esta prevista, ademas, respectivamente, una optica secundaria 11 delante de los modulos, con lo que se mejora adicionalmente la concentracion de un angulo de salida lo mas grande posible desde los LEDs hasta la estructura sobre la superficie de destino. En este caso se entiende que la optica primaria 8, de manera correspondiente a la accion combinada con la optica secundaria, puede tener otro diseno, por ejemplo con respecto al tamano y a la longitud focal de las lentes 9, que en el primer ejemplo de realizacion, pero por lo demas esta constituido de acuerdo con el mismo principio.
Las opticas secundarias 11 estan dispuestas, respectivamente, a distancia delante de uno de los modulos 1, pero entre el modulo 1 y el plano respectivo del reflector 5a, 5b para actuar lo mas pronto posible con efecto de concentracion sobre la trayectoria de los rayos.
Las opticas secundarias comprenden, respectivamente, varias lentes cilmdricas 12 paralelas, que se extienden en la direccion longitudinal. De esta manera se detecta la luz al menos, respectivamente, de una serie de LEDs de una de las lentes cilmdricas 12 y se concentra en la lente o bien la estructura de la superficie de destino 10 (producto impreso). De forma ejemplar se representan en la figura 2 tres rayos de luz diferentes de tres LEDs bajo angulos de radiacion diferentes, respectivamente, que se concentran todos en la estructura en la superficie de destino.
En el presente caso, las opticas primarias se fabricar de acuerdo con un procedimiento descrito, en principio, en el documento WO 2012/031703 A1,. siendo revestidos los modulos-COB a traves de silicona en un molde de fundicion abierto. Las presentes opticas secundarias se fabrican de acuerdo con un procedimiento similar, en el que en lugar de los modulos-COB, se reviste un sustrato plano transparente 13 con silicona resistente a UV, para generar las estructuras 12 activas opticamente (lentes cilmdricas).
Una unidad de iluminacion de acuerdo con los ejemplos de realizacion descritos anteriormente se emplea para fines de secado-UV de laca o bien color en una maquina de imprenta, en el presente caso maquina de imprenta de pliegos Offset. Una extension de la unidad de iluminacion en la direccion longitudinal es tipicamente mayor que 1
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Los componentes descritos anteriormente de la unidad de iluminacion estan alojados en una carcasa 14 optimizada con respecto al espacio de construccion.
Una intensidad de la radiacion sobre el plano objetivo con respecto a la direccion longitudinal es en este caso alrededor de 10 vatios por cm. En este caso, la parte predominante de la luz esta en la zona de una longitud de onda inferior a 470 nm.
Para fabricar unidades de iluminacion de LED con capacidades opticas de salida muy altas, se forman LEDs de 0,1200 mm2, tfpicamente 1-2 mm2 en el procedimiento Chip-On-Board (COB). En este caso se montan varios LEDs, tfpicamente 4-200 Chips, sobre un sustrato comun con una superficie en el orden de magnitud de 5 a 50 cm2 para formar un modulo. A traves de la yuxtaposicion de modulos equipados con LEDs se genera el tamano deseado de la lampara.
El calor perdido que resulta durante el funcionamiento, condicionado por el rendimiento no al 100% de los LEDs (capacidad de salida optica en relacion a la potencia electrica alimentada; < 100%, tfpicamente 5-60% para UV-A y LED Chips azules), debe disiparse a traves de los cuerpos de refrigeracion como sistema de refrigeracion.
En los cuerpos de refrigeracion 8, que son refrigerados con lfquido, se trata de cuerpos tridimensionales, que poseen un lado plano, sobre el que se aplican los sustratos. En el interior, el cuerpo de refrigeracion 8 puede ser completamente hueco o puede poseer un canal o bien un sistema de microcanales. Cuanto mas fina es la estructura dentro del cuerpo de refrigeracion 8, tanto mayor es la superficie entre el cuerpo de refrigeracion y el lfquido de refrigeracion, sobre el que se puede disipar calor desde el sistema en el lfquido de refrigeracion.
A traves de esta estructura, que comprende los modulos-COB 1 hasta el sistema de refrigeracion, y que es necesaria para proteger la unidad de iluminacion durante el funcionamiento contra recalentamiento, resulta una altura de construccion de la lampara condicionada tecnicamente entre el plano de emision de los modulos hasta el plano de cierre de los cuerpos de refrigeracion 8. Esto conduce con los requerimientos planteados a la capacidad luminosa de la unidad de iluminacion a alturas mmimas de la construccion en la direccion de radiacion de los modulos 1 tfpicamente de hasta 20 cm. En muchas aplicaciones, como por ejemplo en la impresion de pliegos por medio de colores y tintas que se endurecen con UV, no se pueden emplear unidades de iluminacion con esta altura de construccion, puesto que el espacio de construccion disponible en la maquina no es suficiente, por ejemplo por que los sistemas de pinzas, que transportan los pliegos, limitan el espacio de construccion.
A traves de la disposicion de acuerdo con la invencion descrita anteriormente de modulos 1 y reflector 5 se puede reducir considerablemente la altura de construccion para una lampara de la densidad de potencia requerida. La unidad de iluminacion de acuerdo con la invencion cumple las previsiones para la realizacion de una secadora-LED (unidad de iluminacion) con alta capacidad optica espedfica (potencia total irradiada de > 10 W por cm de longitud), combina la necesidad de una refrigeracion eficiente y de una optica eficiente para la consecucion altas intensidades de radiacion puntas (> 2 W/cm2, a > 40 mm de distancia, con valores objetivos de 4-10 W/cm2 a distancias de 40-100 nm entre la unidad de iluminacion y el plano objetivo), y en este caso presenta una altura de construccion lo mas reducida posible en la direccion de salida de < 80 nm.

Claims (16)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Unidad de iluminacion, que comprende un primer modulo (1) y al menos un segundo modulo (1), respectivamente, con una pluralidad de LEDs (3) distribuidos sobre una superficie de modulo, en la que los modulos (1) estan dispuestos para la disipacion de calor de perdida sobre al menos un cuerpo de refrigeracion (2), y un reflector (5), en la que la luz irradiada desde uno de los modulos (1) es desviada a traves del reflector (5, 5a, 5b) a un orificio de salida (6) de la unidad de iluminacion, caracterizada por que entre al menos algunos de los LEDs (3) y el orificio de salida (6) esta dispuesta una optica (8, 9, 11, 12), a traves de la cual se concentra la luz de los LEDs (3) en una estructura definida en una superficie objetiva (10), en la que el primer modulo (1) y el segundo modulo (2) presentan direcciones de radiacion opuestas, en la que el reflector (5, 5a, 5b) este dispuesto entre los modulos.
  2. 2. - Unidad de iluminacion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que la optica comprende una optica primaria (8, 9) para la concentracion de la luz irradiada, que esta dispuesta directamente sobre los LEDs (3).
  3. 3. - Unidad de iluminacion de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizada por que la optica primaria (8, 9) esta configurada como capa de polfmero transparente, aplicada sobre los modulos, que se extiende en una sola pieza al menos sobre una pluralidad de LEDs (3).
  4. 4. - Unidad de iluminacion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la optica comprende una optica secundaria (11, 12), que esta dispuesta separada en el espacio de un modulo (1) en una trayectoria de los rayos de la luz.
  5. 5. - Unidad de iluminacion de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizada por que la optica secundaria (11, 12) esta configurada como capa de polfmero transparente sobre un sustrato transparente (13).
  6. 6. - Unidad de iluminacion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la optica comprende al menos una lente cilmdrica (12), por medio de la cual se concentra la luz de una pluralidad de LEDs (3) dispuestos en una serie.
  7. 7. - Unidad de iluminacion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la estructura definida esta configurada como lmea recta.
  8. 8. - Unidad de iluminacion de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizada por que la unidad de iluminacion se extiende paralela a la lmea en una direccion longitudinal y presenta en esta direccion una longitud, que es al menos el doble de una altura de construccion de la unidad de iluminacion en una direccion de la altura perpendicular a la direccion longitudinal.
  9. 9. - Unidad de iluminacion de acuerdo con la reivindicacion 7 u 8, caracterizada por que del reflector (5a, 5b) esta dispuesto frente al modulo (1) en un angulo entre 30° y 60°.
  10. 10. - Unidad de iluminacion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que una intensidad de la iluminacion sobre la estructura es al menos 2 W/cm2.
  11. 11. - Unidad de iluminacion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que al menos el 50% de la luz emitida por los LEDs (3) esta en un intervalo de longitudes de onda inferior a 470 nm.
  12. 12. - Unidad de iluminacion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que al menos el 20 50% de la luz emitida por los LEDs (3) esta en un intervalo de longitudes de onda de mas de 780 nm.
  13. 13. - Unidad de iluminacion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que una cantidad de calor cedida al cuerpo de refrigeracion (2) es absorbida sobre el refrigerante lfquido.
  14. 14. - Dispositivo para el secado de un recubrimiento, que comprende una unidad de iluminacion de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.
  15. 15. - Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 14, caracterizado por que un sustrato plano con al recubrimiento a secar y la unidad de iluminacion son moviles entre sf en una direccion de transporte, en el que la unidad de iluminacion se extiende en una direccion transversal sobre una anchura del sustrato y esta dispuesta a distancia definida sobre el sustrato.
  16. 16. - Utilizacion de una unidad de iluminacion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13 para el secado de un recubrimiento, en particular en un procedimiento de impresion.
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