JP2020520541A - 高い放射照度の照明アセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、長い作用距離において高い放射照度を提供する照明モジュール（１）及び照明アセンブリ（１０）、並びに照明モジュール（１）及び照明アセンブリ（１０）を製造する方法（１００，２００）について説明する。照明モジュール（１）は、複数のＬＥＤ（２）から構成される少なくとも２列のＬＥＤ（２１，２２）の間の中間領域（２３）によって互いに分離される少なくとも２列のＬＥＤ（２１，２２）と、複数のＬＥＤ（２）のそれぞれから放射される光（５）を成形するために、複数のＬＥＤ（２）の上部にある１つの一体型光学素子（４）と、を有しており、２列のＬＥＤ（２１，２２）は、プリント回路基板（３）の前面（３１）に配置され、光学素子（４）は、ＬＥＤの列（２１，２２）に沿って延びるＬＥＤの列（２１，２２）毎に１つのコリメータレンズ部分（４１，４２）を含み、異なる列（２１，２２）のコリメータレンズ部分（４１，４２）は、単一の光学素子（４）を形成するために、中間領域（２３）の上で一緒に融合され、ＬＥＤの列（２１，２２）に直交する方向で見たコリメータレンズ部分（４１，４２）は、各コリメータレンズ部分（４１，４２）に軸外焦点（Ｆ）を提供するための形状にされており、形状は、ＬＥＤの列（２１，２２）から放射される光（５）を、ＬＥＤの列（２１，２２）に平行に延びる焦点線（ＦＬ）で光学素子（４）の上の焦点距離（ＦＤ）に集束させるために、互いに適合される。

Description

本発明は、長い作用距離（working distance）において高い放射照度（irradiance）を提供する照明モジュール、複数の照明モジュールを含む照明アセンブリ、照明モジュール及び照明アセンブリを製造する方法、並びに照明モジュール又は照明アセンブリの使用に関する。

ＵＶ硬化技術は、重合によるインク、コーティング、接着剤、及び他の商業的に有用なＵＶ感受性材料の硬化に利用される。従来の水銀灯（mercury vapor lamp）は、特定の低ＵＶ強度用途ではＬＥＤベースのＵＶ硬化システムに置き換えることができるが、高強度用途の代替としてＬＥＤを使用することはより困難である。ＬＥＤ光源及びＬＥＤシステムは、水銀アークランプに比べて出力が比較的低い。ＬＥＤアレイは材料に非常に近い範囲で使用されるため、硬化システムが硬化中の基板と接触するリスクがある。

その結果、作用距離の長い高い放射照度のＬＥＤ ＵＶシステムが必要になる。

本発明の目的は、作用距離の長い高い放射輝度のＬＥＤシステムを提供することである。

本発明は、独立請求項によって規定される。従属請求項は、有利な実施形態を規定する。

第１の態様によれば、照明モジュールが提供される。照明モジュールは、複数のＬＥＤから構成される少なくとも２列のＬＥＤであって、２列のＬＥＤの間の中間領域によって互いに分離される少なくとも２列のＬＥＤと；複数のＬＥＤのそれぞれから放射される光を成形するために、複数のＬＥＤの上部にある１つの一体型光学素子と、を有しており、２列のＬＥＤは、プリント回路基板の前面に配置されており、光学素子は、ＬＥＤの列に沿って延びるＬＥＤの列毎に１つのコリメータレンズ部分を含み、異なる列のコリメータレンズ部分は、単一の光学素子を形成するために、中間領域の上で一緒に融合され、ＬＥＤの列に直交する方向で見たコリメータレンズ部分は、各コリメータレンズ部分に軸外焦点を提供するための形状にされており、形状は、ＬＥＤの列から放射される光をＬＥＤの列に平行に延びる焦点線で光学素子の上の焦点距離に集束させるために、互いに適合される。ＬＥＤの列に直交する方向で見た個々のコリメータレンズ部分は、それぞれ、ＬＥＤの各列の光軸を含む第１の基準面に対して非対称の形状にされ、第１の基準面は、ＬＥＤの列に平行である。個々のコリメータレンズ部分は、ＬＥＤの列を含む面に直交しており且つ焦点線を含む第２の基準面に対して互いに対称又は非対称に配置され得る。第２の基準面に関する非対称の配置は、焦点線の位置を、列を含む面に対して平行に適合させるために使用され得る。

「ＬＥＤ」という用語は、固体照明光源を意味する。典型的に、ＬＥＤは、小さく（４ｍｍ^２未満）、非常に高輝度の可視波長及び紫外波長の範囲で使用可能である。ＬＥＤには、低エネルギー消費、長寿命、物理的堅牢性の向上、サイズの縮小、スイッチングの高速化等、白熱光源に比べて多くの利点がある。

複数のＬＥＤの列が、複数のＬＥＤが互いに隣接する直線配列を示し、ＬＥＤのライン、特にＬＥＤの直線を形成する。プリント回路基板（ＰＣＢ）は、非導電性基板上に準備された導電性トラック、パッド、及び他の機構を使用して、プリント回路基板に配置されたコンポーネント（ここでは、ＬＥＤ）を電気的に接続する機械的支持体を示す。コンポーネントは、ＰＣＢにはんだ付け又は接着によって接合され得る。高度なＰＣＢには、基板に埋め込まれたコンポーネントが含まれる場合がある。高密度ＬＥＤアレイの場合に、ＬＥＤアレイからヒートシンク（典型的には、銅）への効果的な熱伝達が重要である。このため、典型的には、熱伝導率が高いため、銅基板ＰＣＢ又はセラミックＰＣＢが一般的に使用される。

「光学素子」という用語は、この素子を通過する光に作用する任意の素子を意味する。光学素子は、光学素子を通過する光ビームの屈折、回折、反射、又は遮断部分を引き起こす所望の方法で光に作用するのに適した形状にされた少なくとも部分的に透明な物体である。光学素子としてのコリメータは、光ビームを特定の方向に絞り、例えばコリメータ又はコリメータを含む光学素子に対して焦点距離を有する焦点に光ビームを集束させる。「コリメータレンズ部分」という用語は、光学素子の一部（部分）としてコリメータレンズを含む光学素子を意味する。「軸外焦点（off-axis focus）」という用語は、集束ビームを提供する素子、ここではコリメータレンズ部分の光軸から外れた焦点を意味する。

本発明は、ＬＥＤアレイ上で特定の光学部品を使用することにより、ピーク放射照度を改善する。本発明による照明モジュールは、例えば硬化目的又は他の高出力ＬＥＤ用途のための長い作用距離を可能にする高い放射照度のＬＥＤシステムを提供する。照明モジュールを硬化目的で、例えば硬化装置内の光源として使用する場合に、ＬＥＤは、硬化装置、特に硬化装置の光源が硬化中の材料と接触するリスクを回避するために、被硬化材料に対して安全な距離に配置することができる。硬化は有機材料に適用される場合があり、例えば材料を硬くするためにモノマーがポリマーに変換される。これは、硬化材料が高速で光源を通過する場合に、特に平坦なシート材料の連続硬化プロセスで有利である。

照明モジュールは、ＬＥＤの列が互いに平行に配置されるように構成され得る。並列配置により、複数のＬＥＤをより緊密にパッケージ化することができ、ＬＥＤの列に沿った方向で光学部品の上のある高さに規定される焦点を提供する。

照明モジュールは、ＬＥＤが４６０ｎｍ未満のピーク波長を有する発光素子であるように構成してもよく、好ましくは、ＬＥＤはＵＶ発光ＬＥＤである。硬化とは、紫外線及び可視光を使用して、光化学反応を開始させ、ポリマーの架橋（crosslinked）ネットワークを生成するプロセスである。一部の複合樹脂は、３６０ｎｍ又は３８８ｎｍのピーク波長で硬化し得る。ＵＶ硬化は、様々な製品や材料の印刷、コーティング、装飾、立体写真、及び組立てに適応できる。これは、いくつかの重要な属性によって可能となり、その硬化は、硬化が蒸発によるのではなく重合によるため、低温プロセス、高速プロセス、及び無溶剤プロセスである。

照明モジュールは、ＬＥＤの各列のＬＥＤが互いに緊密にパックされる（packed：詰め込む）ように構成され得る。この場合に、隣接する２つのＬＥＤの間のギャップは、隣接するＬＥＤの中心間距離の半分未満にすることができる。

硬化品質を決定する２つの重要な因子がある：総線量及びピーク放射照度である。増大した線量とピーク放射照度との両方を達成するには、ＬＥＤを緊密にパックする必要がある。多数のＬＥＤを規定された領域内により密に収めることができるパッケージングは、密度の低いソリューションよりも優れている。

高出力ＬＥＤは、チップスケールパッケージと従来のドーム型パッケージとの２つのカテゴリに分類することができる。前者は、ＬＥＤの内部発光領域に近い総外寸を有する。そのようなＬＥＤは非常に高い実装密度を提供し、従って高い磁束密度を提供するが、個々のＬＥＤの効率は、典型的に、従来のドーム型パッケージよりもいくらか低くなる。従来のドーム型パッケージのドーム（典型的には、シリコン又はガラス）は、ＬＥＤからの光の抽出効率を改善するが、パッケージの外寸を内部のＬＥＤ発光領域よりも大幅に大きくする。コリメートの目的では、光学部品によるチップスケールパッケージのアレイが有利であり、磁束密度が高いほど、光学部品の上のある距離で放射照度が高くなる。

照明モジュールは、コリメータレンズ部分がいわゆる全内部反射（ＴＩＲ）コリメータ部分であるように構成され得る。これらの部分は、全内部反射（ＴＩＲ）を利用して、光を発光面に向けて導く。発光素子からの光線をコリメートするときに、それら光線の反射及び屈折の両方によって、光学素子はＴＩＲ素子と呼ばれる。理論的には、発光素子によって生成された全ての光が、ＴＩＲ素子（ここでは、ＴＩＲコリメータ部分）によって集められる。ＴＩＲ素子は、「全内部反射」を利用して、浅い角度で表面に当たる光がこの表面で跳ね返り、屈折する代わりに材料を通過する。ＴＩＲコリメータ部分は、光をコリメートし、集束した光ビームを同じ方向に送り出し、より大きなスローで（with greater throw：より遠くの距離に）タイトなホットスポットを提供する。典型的なＴＩＲ素子は、孔のある円錐のように見え、そのポイントがレンズの略半分まで延びている。この孔はＬＥＤの上に収まり、孔の平坦な底（光を真っ直ぐに通過させる代わりに、底は光を集束させるために湾曲している）に当たる光線は正面から真っ直ぐに出て、小さなホットスポットを提供する。

照明モジュールは、各ＴＩＲコリメータ部分が、その発光側でＬＥＤの列を取り囲む凹部を構築する内側屈折面、ＬＥＤから離れる方向に向く外側反射面、及び発光面を含むように構成され得る。内側屈折面は、ＬＥＤの列から放射される入射光をＴＩＲコリメータ部分の発光面に向けて導くための第１及び第２の入射面を有する。第１の入射面は、入射光を直接発光面に向けてコリメートするのに適した形状にされ、これにより、第２の入射面は、入射光を外側反射面に向けて導くのに適した形状にされる。外側反射面は、ＴＩＲコリメータ部分に入射する入射光の一部を第２の入射面を介して発光面に向けてコリメートするのに適した形状にされる。このコリメータの形状により、輝度が向上した集光ビームが得られる。照明モジュールは、融合されたＴＩＲコリメータ部分のそれぞれの発光面が、光学素子の単一の発光面を確立するように構成され得る。

照明モジュールは、冷却要素が、プリント回路基板の背面でプリント回路基板に取り付けられるように構成され得る。高出力ＬＥＤを緊密にパックすると、熱がこもり（crowding）、効率が低下する。冷却要素により、効率が向上する。

第２の態様によれば、本発明による複数の照明モジュールを含む照明アセンブリが提供される。照明モジュールは、各照明モジュールのＬＥＤの列を隣接する照明モジュールの列に整列させて、複数の照明モジュールに亘ってＬＥＤの連続した列を確立するために、互いに隣接して配置される。照明アセンブリのモジュール式コンセプトにより、照明アセンブリの長さを、光源としての照明アセンブリの特定の用途に必要な長さに適合させることができる。また、照明アセンブリは、焦点距離でＬＥＤの列に沿った適応可能な長さの焦点線を有する長い作用距離の高い放射照度のＬＥＤシステムを提供する。

照明アセンブリは、各照明モジュールの光学素子が、複数の照明モジュールに亘ってＬＥＤの連続した列に沿って延びる１つの光学アセンブリ素子によって確立されるように構成され得る。一方では、全ての照明モジュールに亘る光学アセンブリ素子により、照明アセンブリの機械的安定性が向上し、他方では、複数の照明モジュールに亘って列に配置された全てのＬＥＤについて同じ焦点特性が保証される。

照明アセンブリは、アセンブリ冷却要素が、照明モジュールの全ての背面によって確立された照明アセンブリの背面に配置されるように構成され得る。高出力ＬＥＤの緊密な（密な）パッキングは、熱をこもらせ、効率を低下させる。アセンブリ冷却要素により、全ての照明モジュールの全てのＬＥＤの効率が向上し、ＬＥＤの列に沿って本質的に同じ効率でＬＥＤが動作するのを保証する。

第３の態様によれば、本発明による照明モジュールを製造する方法が提供される。この方法は、
プリント回路基板の前面で複数のＬＥＤを少なくとも２列のＬＥＤに配置するステップであって、少なくとも２列のＬＥＤは、２列のＬＥＤの間の中間領域によって互いに分離されており、好ましくは、ＬＥＤの列は互いに平行に配置される、配置するステップと、
複数のＬＥＤのそれぞれから放射される光を成形するために、複数のＬＥＤの上部に１つの一体型光学素子を配置するステップであって、光学素子は、ＬＥＤの列に沿って延びるＬＥＤの列毎に１つのコリメータレンズ部分を含み、異なる列のコリメータレンズ部分は、単一の光学素子を形成するために、中間領域の上で一緒に融合され、ＬＥＤの列に直交する方向で見たコリメータレンズ部分は、各コリメータレンズに軸外焦点を提供するための形状にされており、形状は、ＬＥＤの列から放射される光を、ＬＥＤの列に平行に延びる焦点線で光学素子の上の焦点距離に集束させるために、互いに適合される、配置するステップと、を含み、
好ましくは、プリント回路板の背面でプリント回路板に冷却要素を取り付けるステップをさらに含む。
本発明による方法は、長い作用距離を可能にする高い放射照度のＬＥＤシステムを提供する照明モジュールの製造を可能にする。

第４の態様によれば、本発明による照明アセンブリを製造する方法が提供される。この方法は、
本発明による複数の照明モジュールを互いに隣接して配置するステップと、
各照明モジュールのＬＥＤの列を整列させて、複数の照明モジュールに亘ってＬＥＤの連続した列を確立するステップと、を含み、
好ましくは、照明モジュールの全ての背面によって確立された照明アセンブリの背面にアセンブリ冷却要素を配置するステップをさらに含む。

この方法は、複数の照明モジュールに亘ってＬＥＤの連続した列に沿って延びる１つの光学アセンブリ素子によって、各照明モジュールの光学素子を確立するステップをさらに含むように構成され得る。

第５の態様によれば、材料硬化目的での光源としての本発明による照明モジュール又は照明アセンブリの両方の使用が提供される。硬化装置の確立された光源は、硬化装置、特に硬化装置の光源が硬化中の材料と接触するリスクを回避するために、被硬化材料に対して安全な距離に配置することができる。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項とそれぞれの独立請求項との任意の組合せとし得ることも理解されたい。
更なる有利な実施形態を以下に規定する。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に説明する実施形態を参照して説明され、明らかになろう。
次に、添付の図面を参照して、実施形態に基づいて本発明を例として説明する。
本発明による照明モジュールの原理概要図を、（ａ）前面の上面図、（ｂ）背面の上面図、及び（ｃ）側面図で示す。 本発明による照明アセンブリの原理概要図を、（ａ）前面の上面図、（ｂ）背面の上面図、及び（ｃ）斜視図で示す。 本発明による照明モジュール又は照明アセンブリのＬＥＤの列から放射された光を集束させる光学素子の原理概要図を示す。 図１〜図３に示されるような光学素子の有無による、照明モジュールの光学素子からの距離の関数としてのピーク放射照度を示す。 本発明による照明モジュールを製造する方法の原理概要図を示す。 本発明による照明アセンブリを製造する方法の原理概要図を示す。 硬化目的での照明モジュール又は照明アセンブリの使用の原理概要図を示す。 図面において、同じ参照符号は全体を通して同じ対象物を指す。図中の対象物は、必ずしも縮尺通りに描かれているわけではない。

次に、本発明の様々な実施形態について図面により説明する。

図１は、本発明による照明モジュールの原理概要図を、（ａ）前面の上面図、（ｂ）背面の上面図、及び（ｃ）側面図で示す。照明モジュール１は、それぞれが緊密にパックされた１１個のＬＥＤ２から構成される２つの列２１，２２を含む。列は、列２１，２２の間の中間領域２３によって互いに分離される。列２１，２２は、プリント回路基板３の前面３１に互いに平行に配置され、プリント回路基板３は、ＬＥＤの列を動作させる電気接点３３をさらに含む。プリント回路基板３は、ねじ９又は他の固定手段によって別の基板、ホルダー、又はハウジング（ここでは図示せず）に固定され得る。照明モジュール１は、複数のＬＥＤ２のそれぞれから放射される光５を成形するために、ＬＥＤ２の上部に１つの一体型光学素子４をさらに含み、光学素子４は、ＬＥＤの列２１，２２に沿って延びるＬＥＤの列２１，２２毎に１つのコリメータレンズ部分４１，４２を含む。異なる列２１，２２のコリメータレンズ部分４１，４２は、単一の光学素子４を形成するために、中間領域２３の上で一緒に融合され、ＬＥＤの列２１，２２に直交する方向で見たコリメータレンズ部分４１，４２は、各コリメータレンズ部分４１，４２に軸外焦点Ｆ（図３を参照）を提供するための形状にされる。これら形状は、ＬＥＤの列２１，２２から放射される光５を、ＬＥＤの列２１，２２に平行に延びる焦点線ＦＬ（図３を参照）で光学素子４の上の焦点距離ＦＤ（図３を参照）に集束させるために、互いに適合される。この実施形態では、コリメータレンズ部分４１，４２は、それぞれ、個々のコリメータレンズ部分又はＬＥＤの列２１，２２の光軸ＯＡ（図３を参照）を含む第１の基準面に対して非対称の形状にされ、第１の基準面はＬＥＤの列２１，２２に平行である。この実施形態では、コリメータレンズ部分４１，４２は、ＬＥＤの列２１，２２を含む面に直交しており且つ焦点線ＦＬを含む第２の基準面に対して互いに対称な形状の鏡である。光学素子４は、ガラス又は透明なプラスチック材料で作製してもよい。ＬＥＤ２は、ピーク波長が４６０ｎｍ未満の発光素子であり得る。一実施形態では、ＬＥＤ２は、ＵＶ発光ＬＥＤである。

図１ｂは、照明モジュール１をその背面から示しており、冷却要素６が、プリント回路基板３の背面３２でプリント回路基板３に取り付けられる。

図１ｃは、光学素子４を側面図でより詳細に示しており、光学素子４のコリメータレンズ部分４１，４２は、いわゆるＴＩＲコリメータ部分であり、各ＴＩＲコリメータ部分４１，４２は、その発光側２ａでＬＥＤの列２１，２２を取り囲む凹部２４を構築する内側屈折面４ｉ、ＬＥＤ２から離れる方向に向く外側反射面４ｏ、及び発光面４ｅを含む。内側屈折面４ｉは、ＬＥＤの列２１，２２から放射される入射光５をＴＩＲコリメータ部分４１，４２の発光面４ｅに向けて導くための第１及び第２の入射面４ｉ１，４ｉ２を有する。第１の入射面４ｉ１は、入射光５を直接発光面４ｅに向けてコリメートする非対称レンズの形状にされ、第２の入射面４ｉ２は、入射光５を外側反射面４ｏに向けて導くためにＬＥＤ２の周りの円形壁の形状にされる。外側反射面４ｏは、ＴＩＲコリメータ部分４１，４２に入射する入射光５の一部を第２の入射面４ｉ２を介して発光面４ｅに向けてコリメートするチューリップ状の形状を有する。この実施形態では、外側反射面４ｏでの反射はＴＩＲによるものである。あるいはまた、外側反射面は、光５を発光面４ｅに向けて反射させるのをサポートするために金属コーティングを有してもよく、金属コーティングの厚さは、全ての光を発光面４ｅに向けて反射させるように適合される。ここで、融合されたＴＩＲコリメータ部分４１，４２のそれぞれの発光面４ｅは、光学素子４の単一の平坦な発光面４ｅを確立する。光学素子４は、例えばクランプにより、プリント基板又はプリント回路基板の一部に取り付けられたホルダー３４に固定される。ホルダー３４は、ＬＥＤの発光面２ａと、光学素子４及び照明モジュール１の用途のために設計された光路との外側に配置される。

図２は、本発明による照明アセンブリ１０の原理概要図を、（ａ）前面の上面図、（ｂ）背面の上面図、及び（ｃ）斜視図で示す。この実施形態の照明アセンブリ１０は、図１による３つの照明モジュール１を含み、照明モジュール１は、各照明モジュール１のＬＥＤ２の列２１，２２を隣接する照明モジュール１の列２１，２２に整列させて、複数の照明モジュール１に亘ってＬＥＤ２の連続した列２１，２２を確立するために、互いに隣接して（横に）配置される。図１の単一の照明モジュール１と比較して、焦点線は３倍長く、より大きな材料サンプルの処理を可能にする。図２ｂは、照明アセンブリ１０の背面１０ｂを示しており、アセンブリ冷却要素８は、照明アセンブリ１０の照明モジュール１の全ての背面３２によって確立された背面１０ｂに配置される。図２ｃは、照明アセンブリ１０を斜視図で示しており、各照明モジュール１の光学素子４が、複数の照明モジュール１に亘るＬＥＤ２の連続した列２１，２２に沿って延びる単一の光学アセンブリ素子７によって確立され、光学アセンブリ素子７が、例えばクランプによって、各照明モジュール１のホルダー３４に固定される。光学アセンブリ素子は、各照明モジュール１の光学素子と同じ材料で作製してもよい。

図３は、本発明による照明モジュール１又は照明アセンブリ１０のＬＥＤ２の列２１，２２から放射される光５を集束させる光学素子４の原理概要図を示す。コリメータレンズ部分４１，４２は、それぞれ、各コリメータレンズ部分４１，４２に軸外焦点Ｆを提供するために、非対称の形状にされ、非対称形状は、ＬＥＤの列２１，２２から放射される光５を、ＬＥＤの列２１，２２に平行に延びる焦点線ＦＬで光学素子４の上の焦点距離ＦＤに集束させるために、互いに適合される。光学素子が存在しない場合のＬＥＤの各列の光軸ＯＡは、破線で示されている。ここに示される光学素子４は、ＬＥＤの列２１，２２に平行な５０ｍｍの長さ、ＬＥＤの列２１，２２に直交する３０ｍｍの幅、及びプリント回路基板３の上の１０ｍｍの高さを有する。光学素子４の発光面４ｅの上の５０ｍｍの距離で、光ビーム５は、最大強度の半分で２２ｍｍの全幅を有する。光学解析の目的で、列の長さは無限に長いと想定される。この実施形態では、個々のコリメータレンズ部分４１，４２は、ＬＥＤの列２１，２２を含む面に直交しており且つ焦点線ＦＬを含む第２の基準面（図示せず）に対して互いに僅かに非対称であるにすぎない。個々のコリメータレンズ部分４１，４２の互いに対する非対称性は、（ＬＥＤが取り付けられるプリント表面板３の面で表され得る）ＬＥＤの列２１，２２を含む面に平行な焦点線ＦＬ（この実施形態では、図３の面に直交している）をシフトするために使用され得る。

図４は、図１〜図３に示されるように、光学素子４の有無による、照明モジュール１の光学素子４からの距離Ｄの関数としてピーク放射照度ＰＩを示す。ピーク放射照度は、各モジュールが１７６Ｗの光出力で動作し、且つ高い放射照度を提供する４ｍｍ^２のフリップチップＵＶ−ＬＥＤの列毎に２２個のＬＥＤで緊密にパックされた２列のＬＥＤ列２１，２２を含む、隣接する照明モジュールの列から得られた。曲線Ｃ２は、ＬＥＤの列２１，２２の上に配置された光学素子４がない状態のこれらの照明モジュール１から得られた。Ｃ２は、２０ｍｍ未満の小さな距離で８Ｗ／ｃｍ^２より大きい比較的高いピーク放射照度を示し、７０ｍｍを超える距離では２Ｗ／ｃｍ^２未満に急激に減少する。曲線Ｃ１は、光学素子４を含む本発明による隣接する照明モジュール１の列に関する。ここで、ピーク放射照度ＰＩは、５０ｍｍの距離Ｄまで１０Ｗ／ｃｍ^２以上であり、６５ｍｍの距離まで８Ｗ／ｃｍ^２以上である。１００ｍｍの距離Ｄにおいて、光学素子４を含む照明モジュール１のピーク放射照度ＰＩは、光学素子を含まない照明モジュールのピーク放射照度の２倍以上高い。これは、本発明による照明モジュールが、硬化目的で照明モジュールを使用するのに実用的な距離である５０ｍｍの距離で１０Ｗ／ｃｍ^２の長い作用距離を有する高い放射照度のＬＥＤシステムを提供できることを示しており、この距離は、照明モジュール１が被硬化材料と接触するリスクを回避する。

図５は、本発明による照明モジュール１を製造する方法１００の原理概要図を示している。方法１００は、プリント回路基板３の前面３１で複数のＬＥＤを少なくとも２列のＬＥＤ２１，２２に配置するステップ１１０であって、少なくとも２列のＬＥＤ２１，２２は、２列のＬＥＤ２１，２２の間の中間領域２３によって互いに分離されており、好ましくは、ＬＥＤの列２１，２２は、互いに平行に配置される、配置するステップ１１０と；
複数のＬＥＤ２のそれぞれから放射される光５を成形するために、複数のＬＥＤ２の上部に１つの一体型光学素子４を配置するステップ１２０であって、光学素子４は、ＬＥＤの列２１，２２に沿って延びるＬＥＤの列２１，２２毎に１つのコリメータレンズ部分４１，４２を含み、異なる列２１，２２のコリメータレンズ部分４１，４２は、単一の光学素子４を形成するために、中間領域２３の上で一緒に融合され、ＬＥＤの列２１，２２に直交する方向で見たコリメータレンズ部分４１，４２は、それぞれ、各コリメータレンズ部分４１，４２に軸外焦点Ｆを提供するために、非対称の形状にされ、非対称形状は、ＬＥＤの列２１，２２から放射される光５を、ＬＥＤの列２１，２２と平行に延びる焦点線ＦＬで光学素子４の上の焦点距離ＦＤに集束させるために、互いに適合される、配置するステップ１２０と；を含む。一実施形態では、方法１００は、プリント回路基板３の背面３２でプリント回路基板３に冷却要素６を取り付けるステップ１３０を含む。

図６は、本発明による照明アセンブリ１０を製造する方法２００の原理概要図を示している。方法２００は、複数の照明モジュール１を互いに隣接して配置するステップ２１０と、各照明モジュール１のＬＥＤの列２１，２２を整列させて、複数の照明モジュール１に亘ってＬＥＤの連続した列２１，２２を確立するステップ２２０と、を含む。一実施形態では、方法２００は、照明モジュール１の全ての背面３２によって確立された照明アセンブリ１０の背面１０ｂにアセンブリ冷却要素８を配置するステップ２３０をさらに含む。代替実施形態では、照明モジュール１が互いに隣接して配置されており、ＬＥＤの列が整列されており、且つ照明モジュールが光学素子を含まない場合に、方法２００は、ＬＥＤ２の連続した列２１，２２に沿って延びる単一の光学アセンブリ素子７を複数の照明モジュール１のホルダー３４内に配置することにより、各照明モジュール１の光学素子４を確立するステップ２４０を含み得る。

図７は、照明モジュール１又は照明アセンブリ８の、硬化装置における材料硬化目的の光源２０としての使用３００の原理概要図を示しており、硬化装置、特に硬化装置の光源２０が硬化中の材料と接触するリスクを回避するために、ＬＥＤ２を、被硬化材料に対して安全な距離に配置することができる。硬化は有機材料に適用される場合があり、例えば材料を硬くするためにモノマーがポリマーに変換される。これは、硬化材料が高速で光源を通過する場合に、特に平坦なシート材料の連続硬化プロセスで有利である。

本発明について、図面及び前述の説明において詳細に図示及び説明したが、そのような図示及び説明は、例示又は例であり、限定的ではないと見なすべきである。

本開示を読むことにより、他の修正が当業者に明らかになろう。そのような修正は、当技術分野で既に知られており、本明細書で既に説明した特徴の代わりに、又はその特徴に加えて使用され得る他の特徴を含み得る。

開示された実施形態に対する変形形態は、図面、明細書の開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、当業者によって理解及び達成され得る。特許請求の範囲において、「備える、有する、含む（comprising）」という用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a, an）」は、複数の要素又はステップを除外するものではない。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。

請求項中の参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。

１ 本発明による照明モジュール
２ ＬＥＤ
２ａ ＬＥＤの発光面
２１ａ （第１）列のＬＥＤ
２２ａ （第２）列のＬＥＤ
２３ ＬＥＤの列の間の中間領域
２４ コリメータレンズ部分によって確立されたＬＥＤの上の凹部
３ プリント基板（ＰＣＢ）
３１ ＰＣＢの前面
３２ ＰＣＢの背面
３３ ＰＣＢの電気接点
３４ 光学素子をＰＣＢに固定するホルダー
４ 光学素子
４ｉ コリメータレンズ部分の内側屈折面
４ｉ１ 内側屈折面の第１の入射面
４ｉ２ 内側屈折面の第２の入射面
４ｏ コリメータレンズ部分／光学素子の外側反射面
４ｅ コリメータレンズ部分の発光面
４１ １列のＬＥＤに割り当てられたコリメータレンズ部分
４２ 別の列のＬＥＤに割り当てられたコリメータレンズ部分
５ ＬＥＤから放射される光
６ 冷却要素
７ 光学アセンブリ素子
８ アセンブリ冷却要素
９ 固定手段（例えば、ねじ）
１０ 本発明による照明アセンブリ
１０ｂ 照明アセンブリの背面
２０ 材料硬化プロセスのための光源
１００ 本発明による照明モジュールを製造するための方法
１１０ 複数のＬＥＤを別個の少なくとも２列のＬＥＤに配置する
１２０ 複数のＬＥＤの上部に１つの一体型光学素子を配置する
１３０ 冷却要素をプリント回路基板に取り付ける
２００ 本発明による照明アセンブリを製造するための方法
２１０ 複数の照明モジュールを互いに隣接して配置する
２２０ 各照明モジュールのＬＥＤの列を整列させて、複数の照明モジュールに亘ってＬＥＤの連続した列を確立する
２３０ アセンブリ冷却要素を照明アセンブリの背面に配置する
２４０ １つの光学アセンブリ素子によって各照明モジュールの光学素子を確立する
３００ 照明モジュール／アセンブリの材料硬化用の光源としての使用
Ｃ１ 光学素子を含む照明モジュールのＤの関数としてのピーク放射照度
Ｃ２ 光学素子を含まない照明モジュールのＤの関数としてのピーク放射照度
Ｄ 光学素子からの距離
Ｆ ＬＥＤの列のコリメータレンズ部分の軸外焦点
ＦＤ 光学素子の軸外焦点の間の焦点距離
ＦＬ 光学素子によって提供される焦点線
ＯＡ 光軸
ＰＩ ＬＥＤから放射される光のピーク放射照度

Claims (15)

1. 照明モジュールであって、当該照明モジュールは、
   複数のＬＥＤから構成される少なくとも２列のＬＥＤであって、該２列のＬＥＤ間の中間領域によって互いに分離される少なくとも２列のＬＥＤと、
   前記複数のＬＥＤのそれぞれから放射される光を成形するために、前記複数のＬＥＤの上部にある１つの一体型光学素子と、を有しており、
   前記２列のＬＥＤは、プリント回路基板の前面に配置されており、
   前記光学素子は、前記ＬＥＤの列に沿って延びるＬＥＤの列毎に１つのコリメータレンズ部分を含み、
   異なる列の前記コリメータレンズ部分は、単一の前記光学素子を形成するために、前記中間領域の上で一緒に融合され、
   前記ＬＥＤの列に直交する方向で見た前記コリメータレンズ部分は、各コリメータレンズ部分に軸外焦点を提供するための形状にされており、
   該形状は、前記ＬＥＤの列から放射される前記光を、前記ＬＥＤの列に平行に延びる焦点線で前記光学素子の上の焦点距離に集束させるために、互いに適合される、
   照明モジュール。
2. 前記ＬＥＤの列は互いに平行に配置される、請求項１に記載の照明モジュール。
3. 前記ＬＥＤは、４６０ｎｍ未満のピーク波長を有する発光素子であり、好ましくは、前記ＬＥＤは、ＵＶ発光ＬＥＤである、請求項１又は２に記載の照明モジュール。
4. 前記ＬＥＤの各列の２つの隣接するＬＥＤの間のギャップが、該隣接するＬＥＤの中心間距離の半分未満である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明モジュール。
5. 前記コリメータレンズ部分は、ＴＩＲコリメータ部分である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明モジュール。
6. 前記ＴＩＲコリメータ部分のそれぞれが、その発光側で前記ＬＥＤの列を取り囲む凹部を構成する内側屈折面、前記ＬＥＤから離れる方向に向く外側反射面、及び発光面を含み、前記内側屈折面は、前記ＬＥＤの列から放射される入射光を前記ＴＩＲコリメータ部分の前記発光面に向けて導くための第１及び第２の入射面を有しており、前記第１の入射面は、前記入射光を直接前記発光面に向けてコリメートするのに適した形状にされ、前記第２の入射面は、前記入射光を前記外側反射面に向けて導くのに適した形状にされ、前記外側反射面は、前記ＴＩＲコリメータ部分に入射する前記入射光の一部を、前記第２の入射面を介して前記発光面に向けてコリメートするのに適した形状にされる、請求項５に記載の照明モジュール。
7. 前記融合されたＴＩＲコリメータ部分のそれぞれの前記発光面は、前記光学素子の単一の発光面を確立する、請求項６に記載の照明モジュール。
8. 冷却要素が、前記プリント回路基板の背面で該プリント回路基板に取り付けられる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明モジュール。
9. 請求項１に記載の複数の照明モジュールを含む照明アセンブリであって、前記照明モジュールは、各照明モジュールの前記ＬＥＤの列を隣接する前記照明モジュールの列に整列させて、前記複数の照明モジュールに亘ってＬＥＤの連続した列を確立するために、互いに隣接して配置される、
   照明アセンブリ。
10. 各照明モジュールの前記光学素子は、前記複数の照明モジュールに亘って前記ＬＥＤの連続した列に沿って延びる１つの光学アセンブリ素子によって確立される、請求項９に記載の照明アセンブリ。
11. アセンブリ冷却要素が、前記照明モジュールの全ての背面によって確立された前記照明アセンブリの背面に配置される、請求項９又は１０に記載の照明アセンブリ。
12. 請求項１に記載の照明モジュールを製造する方法であって、当該方法は、
    プリント回路基板の前面で複数のＬＥＤを少なくとも２列のＬＥＤに配置するステップであって、該少なくとも２列のＬＥＤは、前記２列のＬＥＤの間の中間領域によって互いに分離されており、好ましくは、前記ＬＥＤの列は互いに平行に配置される、配置するステップと、
    前記複数のＬＥＤのそれぞれから放射される光を成形するために、前記複数のＬＥＤの上部に１つの一体型光学素子を配置するステップであって、該光学素子は、前記ＬＥＤの列に沿って延びるＬＥＤの列毎に１つのコリメータレンズ部分を含み、異なる列の前記コリメータレンズ部分は、単一の前記光学素子を形成するために、前記中間領域の上で一緒に融合され、前記ＬＥＤの列に直交する方向で見た前記コリメータレンズ部分は、各コリメータレンズ部分に軸外焦点を提供するための形状にされており、該形状は、前記ＬＥＤの列から放射される前記光を、前記ＬＥＤの列に平行に延びる焦点線で前記光学素子の上の焦点距離に集束させるために、互いに適合される、配置するステップと、を含み、
    好ましくは、前記プリント回路基板の背面で該プリント回路基板に冷却要素を取り付けるステップをさらに含む、
    方法。
13. 請求項９に記載の照明アセンブリを製造する方法であって、当該方法は、
    請求項１に記載の複数の照明モジュールを互いに隣接して配置するステップと、
    各照明モジュールの前記ＬＥＤの列を整列させて、前記複数の照明モジュールに亘ってＬＥＤの連続した列を確立するステップと、を含み、
    好ましくは、前記照明モジュールの全ての背面によって確立された前記照明アセンブリの背面にアセンブリ冷却要素を配置するステップをさらに含む、
    方法。
14. 前記複数の照明モジュールに亘って前記ＬＥＤの連続した列に沿って延びる１つの光学アセンブリ素子によって、各照明モジュールの前記光学素子を確立するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 材料硬化目的での請求項１に記載の照明モジュール又は請求項９に記載の照明アセンブリの使用。
    

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