JP3202080U - 光エンジン - Google Patents
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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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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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