JP3202080U - 光エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジンを提供する。【解決手段】ＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン１００は、熱拡散機能を有するコモンアノード１１６及び０．８５を超えるフィルファクタを有する、ＬＥＤ１１４を複数配列したアレイ１１２と、コモンアノード１１６に熱的に接続されるアクティブヒートシンク１５０と、を有する。【選択図】図１

Description

本考案は、一般に、光源に関し、特に、ＬＥＤ仕様の光源に関する。

様々なタイプの光源が、様々な用途のために知られている。高均一で高出力な光源は、直接描画用途のために望ましい。

本考案は、高均一なＬＥＤ仕様の光源を提供することを目的とする。

したがって、本考案の好ましい実施の形態によれば、熱拡散機能を有するコモンアノード及び０．８５を超えるフィルファクタを有する、複数のＬＥＤを配列したアレイと、コモンアノードに熱的に接続されるアクティブヒートシンクと、を有するＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジンが提供される。

好ましくは、ＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジンは、コモンアノードとアクティブヒートシンクとを熱的に接続するヒートスプレッダを有する。さらに、ＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジンは、コモンアノードにヒートスプレッダを接合する導電性及び熱伝導性接着剤を有する。

本考案の好ましい実施の形態によれば、複数のＬＥＤを配列したアレイは、複数のＬＥＤの放射面積の１平方ｍｍあたり１アンペアよりも大きい電流により、連続動作モードで駆動される。さらに、コモンアノードとアクティブヒートシンクとの少なくとも一方は、複数のＬＥＤの放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも４ワットの冷却能力を有する。

好ましくは、複数のＬＥＤを配列したアレイは、複数のＬＥＤの放射面積の１平方ｍｍあたり３アンペアよりも大きい電流により、連続動作モードで駆動される。さらに、コモンアノードとアクティブヒートシンクとの少なくとも一方は、複数のＬＥＤの放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも１２ワットの冷却能力を有する。

本考案の好ましい実施の形態によれば、複数のＬＥＤを配列したアレイは、複数のＬＥＤの放射面積の１平方ｍｍあたり６アンペアよりも大きい電流により、連続操作モードで駆動される。さらに、コモンアノードとアクティブヒートシンクとの少なくとも一方は、複数のＬＥＤの放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも２４ワットの冷却能力を有する。

好ましくは、複数のＬＥＤを配列したアレイは、複数のＬＥＤの製造メーカによって指定された定格電流の少なくとも３倍となる電流により、連続動作モードで駆動される。より好ましくは、複数のＬＥＤを配列したアレイは、複数のＬＥＤの製造メーカによって指定された定格電流の少なくとも６倍となる電流により、連続動作モードで駆動される。最も好ましくは、複数のＬＥＤを配列したアレイは、複数のＬＥＤの製造メーカによって指定された定格電流の少なくとも１２倍となる電流により、連続動作モードで駆動される。

本考案の好ましい実施の形態によれば、複数のＬＥＤを配列したアレイは、フィルファクタが少なくとも９０％となるように配設される。より好ましくは、複数のＬＥＤを配列したアレイは、フィルファクタが少なくとも９５％となるように配設される。さらにより好ましくは、複数のＬＥＤを配列したアレイは、フィルファクタが１００％となるように配設される。

好ましくは、コモンアノードとアクティブヒートシンクの少なくとも一方は、複数のＬＥＤの製造メーカによって指定された最大ジャンクション温度を超えないＬＥＤジャンクション温度を維持するように、アレイから十分な熱を放散するに足る冷却能力を有する。

本考案の好ましい実施の形態によれば、複数のＬＥＤを配列したアレイは、第一の複数のＬＥＤを有し、第１の複数のＬＥＤは、すべてのＬＥＤが単一のシリコン基板上に形成され、第１の波長の範囲内で動作する。さらに、複数のＬＥＤを配列したアレイは、第２の複数のＬＥＤを有し、第２の複数のＬＥＤは、すべてのＬＥＤが単一のシリコン基板上に形成され、第２の波長の範囲内で動作する。

本考案は、以下の図面と共に、以下の詳細な説明からさらに詳細に理解されるであろう。
図１は、直接描画システムのコンテクストにおけるＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジンの概略図である。 図２は、図１のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジンの一部を表す、図２のＡ−Ａ線に沿った概略側断面図である。

図１は、直接描画システムのコンテクストにおけるＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジンの概略図である。図２は、図１のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジンの一部の概略側断面図である。以下、本考案の実施の形態を、図１及び図２を参照して説明する。

図１に示されるように、ＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン１００は、イスラエル、ヤブネのＯｒｂｏｔｅｃｈ Ｌｔｄ．によって提供されるパラゴン（登録商標）ラインマシンで使用されるようなシャーシに搭載される走査プラットフォーム１０２に設置される。そのようなシャーシは、基板１０４に対して最大で３軸走査まで提供することができる。光エンジン１００は、好ましくは、はんだマスクあるいはフォトレジストを塗布された基板またはフィルムのような感光性材料への直接描画のために用いられる。

本考案の好ましい実施の形態によれば、光エンジン１００は、典型的には、ＬＥＤアレイサブシステム１０６と均質化光ガイド１１０とを備える。均質化光ガイド１１０は、典型的には、ガラス、あるいは、プラスチックや石英などの透明材料により形成される。均質化光ガイド１１０は、典型的には、約５×１０ｍｍの寸法を有する出力面を備える。均質化光ガイド１１０は、コモンアノード１１６を有する、ＬＥＤ１１４を複数配列したアレイ１１２を備えるＬＥＤ仕様の高出力高均一な光源から出力された光を受光する。好ましくは、アレイ１１２は、４×２の構成で配列された８つのＬＥＤ１１４を備える。

図２に示されるように、複数のＬＥＤ１１４とコモンアノード１１６は、典型的には、導電性及び熱伝導性を有する接着剤１１８により接合される。

図２に示す形態にさらに示されるように、各ＬＥＤ１１４のカソードは、絶縁基板１２４に取り付けられたパッド１２２に、典型的には、ワイヤのような導体１２０を介して、接続される。絶縁基板１２４は、典型的には、ＰＣＢ積層材料から形成される。各パッド１２２は、コネクタ１２６の各端子に、導体（図示せず）を介して、接続される。コネクタ１２６は、個々のＬＥＤ１１４のそれぞれに電力を供給し、個々のＬＥＤ１１４のそれぞれを制御する。

光エンジン１００はまた、典型的には、適切な結像／集束光学系に接続される。そのような結像／集束光学系は、均質化光ガイド１１０から出射された光線を受光し、基板１０４上の所望の位置にかかる光線を集束する。図１に示す形態では、結像／集束光学系は、第１のレンズアセンブリ１３０と空間光変調器１３２とを備える。空間光変調器１３２は、均質化光ガイド１１０からの空間的に高均一な光線を受光し、かかる光線を第２のレンズアセンブリ１３４を介して基板１０４上に導く。ここで、空間的に高均一な光線とは、典型的には、３５０〜４２０ｎｍの間に広がるスペクトル内の光線である。さらに、結像／集束光学系には、光強度測定器１３８に光線の一部を導いて光強度を監視するために、ビームスプリッタ１３８が設けられていてもよい。

光エンジン１００は、ＬＥＤアレイサブシステム１０６と均質化光ガイド１１０との間に配置される追加のレンズセット（図示せず）を備えていてもよい。追加のレンズセットにより、効率的にＬＥＤアレイサブシステム１０６からの照射光を集光し、均質化光ガイド１１０に向けて導くことができる。

本考案の具体的な特徴は、ＬＥＤ１１４を複数配列したアレイ１１２のフィルファクタ、つまり、アレイの全面積に対するＬＥＤ表面積の比率が、０．８５を超える、より好ましくは、０．９を超える、さらにより好ましくは、０．９５を超えることである。ある実施の形態では、ＬＥＤを複数配列したアレイは、フィルファクタが１００％となるように配設されている。例えば、４×４の構成で配列されたＬＥＤのアレイにおいて、各ＬＥＤの寸法が１×１ｍｍであり、各ＬＥＤ間の距離が５０ミクロンであるとすると、そのフィルファクタは、（４／４．１５）^２、すなわち、約０．９３となる。

本考案の別の具体的な特徴は、コモンアノード１１６が熱拡散機能を有することである。図示された実施の形態では、ＬＥＤ１１４を複数配列したアレイ１１２の全面積は、約８〜１０平方ｍｍであり、コモンアノード１１６の全面積は、約１００平方ｍｍである。

本考案の一の実施の形態によれば、図２に示されるように、追加のヒートスプレッダ１４０が、コモンアノード１１６と熱的に接触するように設けられている。本実施形態では、コモンアノード１１６は、好ましくは、追加のヒートスプレッダ１４０を被覆する導電層として形成されている。あるいは、図２に図示された実施の形態に見られるように、追加のヒートスプレッダ１４０とコモンアノード１１６は、熱伝導性接着剤１４４により接合されている。

アクティブヒートシンク１５０は、好ましくは、直接、または、特に図２に示されるように、追加のヒートスプレッダ１４０を介して、コモンアノード１１６と熱的に接触するように設けられている。図２に示される実施の形態では、追加のヒートスプレッダ１４０とアクティブヒートシンク１５０は、熱伝導性接着剤１５２により接合される。あるいは、追加のヒートスプレッダ１４０は、設けなくともよく、コモンアノード１１６とアクティブヒートシンク１５０は、熱伝導性接着剤１５２により接合されていてもよい。あるいは、コモンアノード１１６は、アクティブヒートシンク１５０を被覆する導電層として形成されていてもよく、従って、熱伝導性接着剤１５２は設けなくともよい。

好ましくは、隣接するＬＥＤ１１４の間隔は、５０ミクロン未満である。より好ましくは、隣接するＬＥＤ１１４の間には、いかなる隙間も形成されない。

本考案の好ましい実施の形態によれば、ＬＥＤ１１４を複数配列したアレイ１１２は、複数のＬＥＤ１１４の放射面積１平方ｍｍあたり１アンペアよりも大きい電流により、連続動作モードで駆動される。かかる電流は、複数のＬＥＤ１１４の放射面積１平方ｍｍあたり３アンペアよりも大きいことがより好ましい。かかる電流は、複数のＬＥＤ１１４の放射面積１平方ｍｍあたり６アンペアよりも大きいことがさらにより好ましい。

本考案の好ましい実施の形態によれば、ＬＥＤ１１４を複数配列したアレイ１１２は、ＬＥＤ１１４の製造メーカによって指定された定格電流の少なくとも３倍となる電流により、連続動作モードで駆動される。より好ましくは、ＬＥＤ１１４を複数配列したアレイ１１２は、ＬＥＤ１１４の製造メーカによって指定された定格電流の少なくとも６倍となる電流により、連続動作モードで駆動される。最も好ましくは、ＬＥＤ１１４を複数配列したアレイ１１２は、ＬＥＤ１１４の製造メーカによって指定された定格電流の少なくとも１２倍となる電流により、連続動作モードで駆動される。

好ましくは、追加のヒートスプレッダ１４０の有無にかかわらず、コモンアノード１１６とアクティブヒートシンク１５０との少なくとも一方により、複数のＬＥＤ１１４の放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも４ワットの冷却能力が提供される。より好ましくは、追加のヒートスプレッダ１４０の有無にかかわらず、コモンアノード１１６とアクティブヒートシンク１５０との少なくとも一方により、複数のＬＥＤ１１４の放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも１２ワットの冷却能力が提供される。最も好ましくは、追加のヒートスプレッダ１４０の有無にかかわらず、コモンアノード１１６とアクティブヒートシンク１５０とにより、複数のＬＥＤ１１４の放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも２４ワットの冷却能力が提供される。

本考案の具体的な特徴は、追加のヒートスプレッダ１４０の有無にかかわらず、コモンアノード１１６とアクティブヒートシンク１５０との少なくとも一方により、ＬＥＤ１１４の製造メーカによって指定された最大ジャンクション温度を超えないＬＥＤジャンクション温度を維持するようにＬＥＤ１１４を複数配列したアレイ１１２から十分な熱を放散するに足る冷却能力が提供されることである。本考案の好ましい実施の形態によれば、ＬＥＤジャンクション温度は、ＬＥＤアレイ１１２の近傍に配置された、サーミスタなどの温度センサ１６０によって監視される。

本考案の好ましい実施の形態によれば、ＬＥＤ１１４を複数配列したアレイ１１２は、第１の複数のＬＥＤ１１４を有する。第１の複数のＬＥＤ１１４は、すべてのＬＥＤが、単一のシリコン基板上に設けられて、典型的には、３５０〜３９０ｎｍの波長の範囲、つまり、第１の波長の範囲内で動作する。アレイ１１２は、また、第２の複数のＬＥＤ１１４を有していてもよい。第２の複数のＬＥＤ１１４は、すべてのＬＥＤが、単一のシリコン基板上に設けられていて、典型的には、３９０〜４２０ｎｍの波長の範囲内、つまり、第２の波長の範囲内で動作する。任意の適切な波長の範囲が、ＬＥＤ１１４を複数配列したアレイ１１２のために用いられうることは理解できよう。また、ＬＥＤの各々が、異なる波長の範囲において動作しうることも理解できよう。

好ましくは、ＬＥＤ１１４を複数配列したアレイ１１２は、中華民国、台湾、苗栗県、竹南３５０、新竹サイエンスパーク、竹南サイト、科中路、１１番地、３階に所在するＳＥＭＩＬＥＤＳ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．から、または、ノースカロライナ州 ２７７０３、ダラム、シリコン ドライブ ４６００番地に所在するＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．から市販されている。

なお、本考案は、特に上述されたものに限定されるものではないことは、当業者によって理解されるであろう。むしろ、本考案の範囲は、前述の記載を理解したうえで当業者が想起するであろう、先行技術には含まれない、種々の変形例や変更例を伴うまたは含む、実用新案登録請求の範囲によって定義される。

光エンジン１００はまた、典型的には、適切な結像／集束光学系に接続される。そのような結像／集束光学系は、均質化光ガイド１１０から出射された光線を受光し、基板１０４上の所望の位置にかかる光線を集束する。図１に示す形態では、結像／集束光学系は、第１のレンズアセンブリ１３０と空間光変調器１３２とを備える。空間光変調器１３２は、均質化光ガイド１１０からの空間的に高均一な光線を受光し、かかる光線を第２のレンズアセンブリ１３４を介して基板１０４上に導く。ここで、空間的に高均一な光線とは、典型的には、３５０〜４２０ｎｍの間に広がるスペクトル内の光線である。さらに、結像／集束光学系には、光強度測定器１３８に光線の一部を導いて光強度を監視するために、ビームスプリッタ１３６が設けられていてもよい。

好ましくは、追加のヒートスプレッダ１４０の有無にかかわらず、コモンアノード１１６とアクティブヒートシンク１５０との少なくとも一方により、複数のＬＥＤ１１４の放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも４ワットの冷却能力が提供される。より好ましくは、追加のヒートスプレッダ１４０の有無にかかわらず、コモンアノード１１６とアクティブヒートシンク１５０との少なくとも一方により、複数のＬＥＤ１１４の放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも１２ワットの冷却能力が提供される。最も好ましくは、追加のヒートスプレッダ１４０の有無にかかわらず、コモンアノード１１６とアクティブヒートシンク１５０との少なくとも一方により、複数のＬＥＤ１１４の放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも２４ワットの冷却能力が提供される。

Claims (20)

1. 熱拡散機能を有するコモンアノード及び０．８５を超えるフィルファクタ（発光面面積／総面積）を有する、複数のＬＥＤを配列したアレイと、
   前記コモンアノードに熱的に接続されるアクティブヒートシンクと、
   を有することを特徴とする、ＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
2. 前記コモンアノードと前記アクティブヒートシンクとを熱的に接続するヒートスプレッダをさらに有することを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
3. 前記ヒートスプレッダと前記コモンアノードとを接合する、導電性及び熱伝導性を有する接着剤をさらに有することを特徴とする、請求項２に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
4. 前記複数のＬＥＤを配列した前記アレイは、前記複数のＬＥＤの放射面積１平方ｍｍあたり１アンペアよりも大きい電流により、連続動作モードで駆動されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
5. 前記コモンアノードと前記アクティブヒートシンクとの少なくとも一方は、前記複数のＬＥＤの放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも４ワットの冷却能力を有することを特徴とする、請求項４に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
6. 前記複数のＬＥＤを配列した前記アレイは、前記複数のＬＥＤの放射面積１平方ｍｍあたり３アンペアよりも大きい電流により、連続動作モードで駆動されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
7. 前記コモンアノードと前記アクティブヒートシンクとの少なくとも一方は、前記複数のＬＥＤの放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも１２ワットの冷却能力を有することを特徴とする、請求項６に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
8. 前記複数のＬＥＤを配列した前記アレイは、前記複数のＬＥＤの放射面積１平方ｍｍあたり６アンペアよりも大きい電流により、連続動作モードで駆動されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
9. 前記コモンアノードと前記アクティブヒートシンクとの少なくとも一方は、前記複数のＬＥＤの放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも２４ワットの冷却能力を有することを特徴とする、請求項８に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
10. 前記複数のＬＥＤを配列した前記アレイは、前記複数のＬＥＤの製造メーカによって指定された定格電流の少なくとも３倍となる電流により、連続動作モードで駆動されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
11. 前記複数のＬＥＤを配列した前記アレイは、前記複数のＬＥＤの製造メーカによって指定された定格電流の少なくとも６倍となる電流により、連続動作モードで駆動されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
12. 前記複数のＬＥＤを配列した前記アレイは、前記複数のＬＥＤの製造メーカによって指定された定格電流の少なくとも１２倍となる電流により、連続動作モードで駆動されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
13. 前記複数のＬＥＤを配列した前記アレイは、フィルファクタが少なくとも９０パーセントとなるように配設されていることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
14. 前記複数のＬＥＤを配列した前記アレイは、フィルファクタが少なくとも９５パーセントとなるように配設されていることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
15. 前記コモンアノードと前記アクティブヒートシンクの少なくとも一方は、前記複数のＬＥＤの製造メーカによって指定された最大ジャンクション温度を超えないＬＥＤジャンクション温度を維持するように、前記アレイから十分な熱を放散するに足る冷却能力を有することを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
16. 前記複数のＬＥＤを配列した前記アレイは、第１の複数のＬＥＤを有し、
    前記第１の複数のＬＥＤは、すべてのＬＥＤが、単一のシリコン基板上に形成され、第１の波長の範囲内で動作することを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
17. 前記複数のＬＥＤを配列した前記アレイは、第２の複数のＬＥＤを有し、
    前記第２の複数のＬＥＤは、すべてのＬＥＤが、単一のシリコン基板上に形成され、第２の波長の範囲内で動作することを特徴とする、請求項１５に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
18. 前記複数のＬＥＤを配列した前記アレイは、前記複数のＬＥＤの放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも１アンペアよりも大きい電流により、連続動作モードで駆動されることを特徴とする、請求項２に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
19. 前記複数のＬＥＤを配列した前記アレイは、前記複数のＬＥＤの放射面積１平方ｍｍあたり少なくとも６アンペアよりも大きい電流により、連続動作モードで駆動されることを特徴とする、請求項２に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
20. 前記複数のＬＥＤを配列した前記アレイは、前記複数のＬＥＤの製造メーカによって指定された定格電流の少なくとも３倍の電流により、連続動作モードで駆動されることを特徴とする、請求項２に記載のＬＥＤ仕様の高出力高均一な光エンジン。
    

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