KR20200010348A - 높은 방사조도를 갖는 조명 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 긴 동작 거리들에서 높은 방사조도를 제공하는 조명 모듈(1)과 조명 어셈블리(10), 및 조명 모듈(1)과 조명 어셈블리(10)를 제조하는 방법들(100, 200)을 설명한다. 조명 모듈(1)은 행들(21, 22) 간의 중간 영역(23)에 의해 서로 분리된 다수의 LED들(2)의 적어도 2개의 행들(21, 22) - 행들(21, 22)은 인쇄 회로 보드(3)의 전면(31) 상에 배열됨 -, 및 다수의 LED들(2) 각각으로부터 방출된 광(5)을 형상화하기 위해 다수의 LED들(2)의 상부 상의 하나의 일체로 된 광학 요소(4)를 포함하고, 광학 요소(4)는 LED들의 행(21, 22)을 따라 연장하는 LED들의 행(21, 22) 당 하나의 시준기 렌즈 부분(41, 42)를 포함하고, 상이한 행들(21, 22)의 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 하나의 단일 광학 요소(4)를 형성하기 위해 중간 영역(23) 위에 함께 병합되고, LED들의 행(21, 22)에 수직인 방향으로 보여진 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 시준기 렌즈 부분들(41, 42) 각각에 대한 오프-축 초점(F)을 제공하기 위해 형상화되고, 형상들은 광학 요소(4) 위의 초점 거리(FD)에 있는 LED들의 행들(21, 22)에 평행하게 연장하는 초점 선(FL) 내에 LED들의 행들(21, 22)로부터 방출된 광(5)을 집속하기 위해 서로 적응된다.

Description

높은 방사조도를 갖는 조명 어셈블리
본 발명은 긴 동작 거리에서 높은 방사조도를 제공하는 조명 모듈, 다수의 조명 모듈들을 포함하는 조명 어셈블리, 조명 모듈뿐만 아니라 조명 어셈블리를 제조하는 방법들, 및 조명 모듈들 또는 조명 어셈블리들의 사용에 관한 것이다.
UV 경화 기술은 중합반응을 통해 잉크들, 코팅들, 접착제들 및 다른 상업적으로 유용한 UV 감지 재료들을 경화하기 위해 이용된다. 전통적인 수은 증기 램프들이 LED 기반 UV 경화 시스템들로 소정의 낮은 UV 세기 응용들에서 대체될 수 있지만, LED들을 높은 세기 응용들을 위한 대체로서 사용하는 것은 더 어렵다. LED 소스들 및 LED 시스템들은 수은-아크 램프들과 비교하여 상대적으로 낮은 출력 전력을 갖는다. LED 어레이들은 경화 시스템이 경화되는 기판과 접촉하게 되는 위험들을 제기하는 재료에 매우 가까운 범위에서 사용된다.
결과적으로, 긴 동작 거리를 갖는 높은 방사조도 LED UV 시스템들이 필요하다.
본 발명의 목적은 긴 동작 거리를 갖는 높은 방사조도 LED 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 독립 청구항들에 의해 정의된다. 종속 청구항들은 유리한 실시예들을 정의한다.
제1 양태에 따르면 조명 모듈이 제공된다. 조명 모듈은 행들 간의 중간 영역에 의해 서로 분리된 다수의 LED들의 적어도 2개의 행들 - 행들은 인쇄 회로 보드의 전면 상에 배열됨 -, 및 다수의 LED들 각각으로부터 방출된 광을 형상화하기 위해 다수의 LED들의 상부 상의 하나의 일체로 된 광학 요소를 포함하고, 광학 요소는 LED들의 행을 따라 연장하는 LED들의 행 당 하나의 시준기 렌즈 부분을 포함하고, 상이한 행들의 시준기 렌즈 부분들은 하나의 단일 광학 요소를 형성하기 위해 중간 영역 위에 함께 병합되고, LED들의 행에 수직인 방향으로 보여진 시준기 렌즈 부분들은 시준기 렌즈 부분들 각각에 대한 오프-축 초점을 제공하기 위해 형상화되고, 형상들은 광학 요소 위의 초점 거리에 있는 LED들의 행들에 평행하게 연장하는 초점 선 내에 LED들의 행들로부터 방출된 광을 집속하기 위해 서로 적응된다. LED들의 행에 수직인 방향으로 보여진 개별적인 시준기 렌즈 부분들은 LED들의 각각의 행의 광학 축을 포함하는 제1 기준 평면에 대해 비대칭으로 각각 형상화되고, 제1 기준 평면은 LED들의 행들에 평행하다. 개별적인 시준기 렌즈 부분들은 LED들의 행들을 포함하는 평면에 수직이고 초점 선을 포함하는 제2 기준 평면에 대해 서로 대칭으로 또는 비대칭으로 배열될 수 있다. 제2 기준 평면에 대한 비대칭 배열은 행들을 포함하는 평면에 평행한 초점 선의 위치를 적응하기 위해 사용될 수 있다.
용어 "LED"는 임의의 솔리드 스테이트 조명 광원(solid state lighting light source)을 의미한다. LED들은 전형적으로 작고(4㎟ 미만) 예를 들어, 매우 높은 휘도를 갖는 가시 및 자외선 파장들의 범위에서 가용하다. LED들은 백열 광원들에 비해 더 낮은 에너지 소비, 더 긴 수명, 개선된 물리적 강건성, 더 작은 크기, 및 더 빠른 스위칭을 포함하는 많은 장점들을 갖는다.
다수의 LED들의 행은 LED들의 선, 특히 LED들의 직선을 형성하는 서로 인접한 다수의 LED들의 선형 배열을 의미한다. 인쇄 회로 보드(PCB)는 비도전성 기판 상으로 준비된 도전성 트랙들, 패드들 및 다른 특징들을 사용하여 인쇄 회로 보드 상에 배열된 컴포넌트들(여기서 LED들)을 전기적으로 접속하는 기계적 지지부를 의미한다. 컴포넌트들은 PCB 상에 납땜되거나 접착 본드될 수 있다. 진보된 PCB들은 기판 내에 매립된 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 고밀도 LED 어레이들을 위해 LED 어레이로부터 히트 싱크(전형적으로 구리)로의 효과적인 열 전달을 갖는 것이 중요하다. 이를 위해, 전형적으로, 구리-기판 PCB들 또는 세라믹 PCB가 높은 열 전도성으로 인해 통상적으로 사용된다.
용어 "광학 요소"는 상기 요소를 통해 통과하는 광에 작용하는 임의의 요소를 의미한다. 광학 요소는 광학 요소를 통과하는 광 빔의 굴절, 회절, 반사 또는 차단 부분들을 발생하는 원하는 방식으로 광에 작용하도록 적합하게 형상화된 적어도 부분적으로 투명한 바디이다. 광학 요소로서의 시준기는 특정한 방향으로 광 빔을 좁히는데, 예를 들어 시준기 또는 시준기를 포함하는 광학 요소에 초점 거리를 갖는 초점 상에 광 빔을 집속한다. 용어 "시준기 렌즈 부분"은 광학 요소의 일부(부분)로서 시준기 렌즈를 포함하는 광학 요소를 의미한다. 용어 "오프-축 초점"은 집속된 빔을 제공하는 요소, 여기서 시준기 렌즈 부분들의 광학 축으로부터 벗어나는 초점을 의미한다.
본 발명은 LED 어레이 상에 특정된 광학계를 사용함으로써 피크 방사조도를 개선시킨다. 본 발명에 따른 조명 모듈은 예를 들어 경화 목적들 또는 다른 높은 전력 LED 응용들을 위해, 긴 동작 거리를 가능하게 하는 높은 방사조도 LED 시스템을 제공한다. 경화 목적들을 위해, 예를 들어 경화 장치 내의 광원으로서, 조명 모듈을 사용하는 경우에, LED들은 경화 장치, 특히 경화 장치의 광원이 경화되는 재료와 접촉하게 되는 위험을 피하게 경화될 재료와 안전한 거리에 배열될 수 있다. 경화는 예를 들어, 단량체들이 재료를 경화시키기 위해 폴리머들로 변환되는 유기 재료들에 적용될 수 있다. 이것은 높은 속도들을 갖는 광원을 통과하는 경화 재료들의 경우에, 예를 들어 재료의 평탄한 시트들에 대한 연속적인 경화 공정들에서 특히 유리하다.
조명 모듈은 LED들의 행들이 서로 평행하게 배열되는 방식으로 배열될 수 있다. 평행한 배열은 다수의 LED들의 더 촘촘한 패킹을 달성하는 것을 가능하게 하고 LED들의 행들을 따르는 방향으로 광학계 위의 일부 높이에 정해진 초점을 제공한다.
조명 모듈은 LED들이 460㎚ 미만의 피크 파장을 갖는 발광기들이 되는, 바람직하게는 LED들이 UV-발광 LED들이 되는 방식으로 배열될 수 있다. 경화는 자외선 광 및 가시 광이 폴리머들의 가교된 네트워크를 발생하는 광화학 반응을 일으키기 위해 사용되는 공정이다. 일부 합성 수지들은 360㎚ 또는 388㎚의 피크 파장들에서 경화될 수 있다. UV 경화는 다양한 제품들 및 재료들의 프린팅, 코팅, 장식, 스테레오그래피 및 조립에 적응가능하다. 이것은 자신의 주요 속성들, 즉 저온 공정, 고속 공정, 및 무용매 공정의 일부에 의해 가능해지는데 왜냐하면 경화는 기화에 의한 것이라기보다는 중합반응에 의한 것이기 때문이다.
조명 모듈은 LED들의 각각의 행 내의 LED들이 서로 촘촘하게 패킹되는 방식으로 배열될 수 있다. 2개의 인접한 LED들 간의 갭은 이 경우에 인접한 LED 중심 대 중심 거리의 절반 미만일 수 있다.
경화 품질을 결정하는 2가지 중요한 인자들이 있는데: 총 선량 및 피크 방사조도이다. 증가된 선량과 피크 방사조도 둘 다를 달성하기 위해, LED들이 함께 촘촘하게 패킹되어야 한다. 많은 수의 LED들이 정해진 영역 내로 맞게 보다 조밀하게 되게 하는 패키징은 덜 조밀한 해결책들보다 장점을 갖는다.
높은 전력 LED들은 2개의 카테고리들: 칩-스케일 패키지들 및 통상적인 돔형 패키지들로 분리될 수 있다. 전자는 LED의 내부 발광 영역에 가까운 총 외부 치수를 갖는다. 이러한 LED들은 매우 높은 패킹 밀도 및 그러므로 높은 플럭스 밀도를 제공하지만 개별적인 LED 효율은 전형적으로 통상적인 돔형 패키지들보다 다소 낮다. 통상적인 돔형 패키지들, 전형적으로 실리콘 또는 유리의 돔은 LED에서 나오는 광의 추출 효율을 개선시키지만, 그것은 또한 외부 패키지 치수들을 내부 LED 발광 영역보다 상당히 크게 한다. 시준 목적들을 위해, 칩-스케일 패키지들의 어레이는 광학계를 통해서와 같이 유리하고, 더 높은 플럭스 밀도는 광학계 위의 일부 거리에서 더 높은 방사조도를 가능하게 한다.
조명 모듈은 시준기 렌즈 부분들이 소위 내부 전반사(TIR) 시준기 부분들이 되는 방식으로 배열될 수 있다. 이들은 광을 발광 표면 쪽으로 향하게 하기 위해 내부 전반사(TIR)를 이용한다. 광학 요소는 그들을 반사시키기도 하고 그들을 굴절시키기도 함으로써, 발광기로부터의 광선들을 시준할 때 TIR 요소로서 표시된다. 이론적으로, 발광기에 의해 발생된 광의 모두는 TIR 요소, 여기서 TIR 시준기 부분들에 의해 모여진다. TIR 요소는 얕은 각도로 표면에 충돌하는 광이 표면으로부터 산란하고 굴절 대신에 재료를 통해 계속 가는 "내부 전반사"를 이용한다. TIR 시준기 부분은 광을 시준하고 동일한 방향으로 광의 집중된 빔을 밖으로 보내어, 더 큰 쓰로우를 갖는 압축된 핫스팟을 제공한다. 전형적인 TIR 요소는 점이 렌즈를 통해 중간 주위에 연장하여야 하는 홀을 갖는 콘처럼 보인다. 이 홀은 LED 위에 맞고 홀의 평탄한 하부(하부는 그것을 직선으로 통과시키는 것 대신에 광을 집속하도록 만곡된다)에 충돌하는 임의의 광선들이 전방에서 직선으로 갈 것이고, 작은 핫스팟을 제공한다.
조명 모듈은 TIR 시준기 부분들 각각이 LED들의 행을 자신의 발광 측 상에 봉입하는 리세스를 만드는 내부 굴절 표면, LED들로부터 멀리 향하는 외부 반사 표면 및 발광 표면을 포함하는 방식으로 배열될 수 있고, 내부 굴절 표면은 LED들의 행으로부터 방출된 들어가는 광을 TIR 시준기 부분의 발광 표면 쪽으로 향하게 하는 제1 및 제2 입구 표면을 갖고, 여기서 제1 입구 표면은 들어가는 광을 발광 표면 쪽으로 직접 시준하도록 적합하게 형상화되고, 여기서 제2 입구 표면은 들어가는 광을 외부 반사 표면 쪽으로 향하게 하도록 적합하게 형상화되고, 여기서 외부 반사 표면은 제2 입구 표면을 통해 TIR 시준기 부분 내로 들어간 광의 일부를 발광 표면 쪽으로 시준하도록 적합하게 형상화된다. 이 시준기 형상은 개선된 휘도를 갖는 집속된 광 빔을 제공한다. 조명 모듈은 병합된 TIR 시준기 부분들 각각의 발광 표면들이 광학 요소의 단일 발광 표면을 확립하는 방식으로 배열될 수 있다.
조명 모듈은 냉각 요소가 인쇄 회로 보드의 배면 상의 인쇄 회로 보드에 부착되는 방식으로 배열될 수 있다. 높은 전력 LED들의 촘촘한 패킹은 효율을 낮추는 열적 크라우딩에 이르게 한다. 냉각 요소로 효율이 증가된다.
제2 양태에 따르면 본 발명에 따른 다수의 조명 모듈들을 포함하는 조명 어셈블리가 제공되고, 여기서 조명 모듈들은 다수의 조명 모듈들을 가로질러 LED들의 연속된 행들을 확립하도록 각각의 조명 모듈의 LED들의 행을 이웃하는 조명 모듈의 행들에 정렬시키기 위해 서로 나란히 배열된다. 조명 어셈블리의 모듈러 개념은 조명 어셈블리의 길이에의 적응이 광원으로서 조명 어셈블리의 특정한 응용을 위한 요구된 길이에 맞게 한다. 또한 조명 어셈블리는 초점 거리에 있는 LED들의 행들을 따라 초점 선의 적응가능한 길이로 긴 동작 거리를 갖는 높은 방사조도 LED 시스템을 제공한다.
조명 어셈블리는 각각의 조명 모듈의 광학 요소들이 다수의 조명 모듈들을 가로질러 LED들의 연속된 행들을 따라 연장하는 하나의 광학 어셈블리 요소에 의해 확립되는 방식으로 배열될 수 있다. 한편으로 모든 조명 모듈들을 가로지르는 광학 어셈블리 요소는 조명 어셈블리의 개선된 기계적 안정성을 제공하고 다른 한편으로 다수의 조명 모듈들을 가로지르는 행들 내에 배열된 모든 LED들에 대한 동일한 초점 특성들을 보장한다.
조명 어셈블리는 어셈블리 냉각 요소가 조명 모듈들의 모든 배면들에 의해 확립된 조명 어셈블리의 배면 상에 배열되는 방식으로 배열될 수 있다. 높은 전력 LED들의 촘촘한(조밀한) 패킹은 효율을 낮추는 열적 크라우딩에 이르게 한다. 어셈블리 냉각 요소로 효율이 LED들의 행을 따라 실질적으로 동일한 효율로 동작하는 LED들을 보장하는 모든 조명 모듈들의 모든 LED들에 대해 증가된다.
제3 양태에 따르면 본 발명에 따른 조명 모듈을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은
- 인쇄 회로 보드의 전면 상의 행들 간의 중간 영역에 의해 서로 분리된 LED들의 적어도 2개의 행들 내에 다수의 LED들을 배열하는 단계 - 바람직하게는 LED들의 행들은 서로 평행하게 배열됨 -; 및
- 다수의 LED들 각각으로부터 방출된 광을 형상화하기 위해 다수의 LED들의 상부 상에 하나의 일체로 된 광학 요소를 배열하는 단계를 포함하고, 광학 요소는 LED들의 행을 따라 연장하는 LED들의 행 당 하나의 시준기 렌즈 부분을 포함하고, 상이한 행들의 시준기 렌즈 부분들은 하나의 단일 광학 요소를 형성하기 위해 중간 영역 위에 함께 병합되고, LED들의 행에 수직인 방향으로 보여진 시준기 렌즈 부분들은 시준기 렌즈 부분들 각각에 대한 오프-축 초점을 제공하기 위해 형상화되고, 형상들은 광학 요소 위의 초점 거리에 있는 LED들의 행들에 평행하게 연장하는 초점 선 내에 LED들의 행들로부터 방출된 광을 집속하기 위해 서로 적응되고,
- 바람직하게는, 냉각 요소를 인쇄 회로 보드의 배면 상의 인쇄 회로 보드에 부착하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 긴 동작 거리를 가능하게 하는 높은 방사조도 LED 시스템을 제공하는 조명 모듈의 제조를 가능하게 한다.
제4 양태에 따르면 본 발명에 따른 조명 어셈블리를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은
- 본 발명에 따른 다수의 조명 모듈들을 서로 나란히 배열하는 단계, 및
- 다수의 조명 모듈들을 가로질러 LED들의 연속된 행들을 확립하도록 각각의 조명 모듈의 LED들의 행들을 정렬시키는 단계를 포함하고,
- 바람직하게는, 어셈블리 냉각 요소를 조명 모듈들의 모든 배면들에 의해 확립된 조명 어셈블리의 배면 상에 배열하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법은, 이것이 각각의 조명 모듈의 광학 요소들을 다수의 조명 모듈들을 가로질러 LED들의 연속된 행들을 따라 연장하는 하나의 광학 어셈블리 요소에 의해 확립하는 단계를 추가로 포함하는 방식으로 배열될 수 있다.
제5 양태에 따르면 재료 경화 목적들을 위한 광원으로서의 본 발명에 따른 조명 모듈 또는 조명 어셈블리 둘 다의 사용이 제공된다. 경화 장치의 확립된 광원은 경화 장치, 특히 경화 장치의 광원이 경화되는 재료와 접촉하게 되는 위험을 피하게 경화될 재료와 안전한 거리에 배열될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예는 또한 각각의 독립 청구항과의 종속 청구항들의 임의의 조합일 수 있다는 것을 이해할 것이다.
추가의 유리한 실시예들이 아래에 정의된다.
본 발명의 이들 및 다른 양태들이 이후 설명되는 실시예들로부터 분명해지고 실시예들을 참조하여 자세히 설명될 것이다.
본 발명이 이제 첨부 도면들을 참조하여 실시예들에 기초하여 예로서 설명될 것이다.
도면들에서:
도 1은 본 발명에 따른 조명 모듈의 주요 스케치를 (a) 전면 상의 상면도로, (b) 배면 상의 상면도로, 및 (c) 측면도로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 조명 어셈블리의 주요 스케치를 (a) 전면 상의 상면도로, (b) 배면 상의 상면도로, 및 (c) 사시도로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 조명 모듈 또는 조명 어셈블리의 LED들의 행들로부터 방출된 광을 집속하는 광학 요소의 주요 스케치를 도시한다.
도 4는 도 1 - 도 3에 도시한 광학 요소가 있거나 없는 조명 모듈들의 광학 요소로부터의 거리의 함수로서의 피크 방사조도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 조명 모듈을 제조하는 방법의 주요 스케치를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 조명 어셈블리를 제조하는 방법의 주요 스케치를 도시한다.
도 7은 경화 목적들을 위한 조명 모듈 또는 조명 어셈블리의 사용의 주요 스케치를 도시한다.
도면들에서, 유사한 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 물체들을 참조한다. 도면 내의 물체들은 반드시 축척에 맞게 그려지지 않았다.
본 발명의 다양한 실시예들이 도면들을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 모듈의 주요 스케치를 (a) 전면 상의 상면도로, (b) 배면 상의 상면도로, 및 (c) 측면도로 도시한다. 조명 모듈(1)은 각각이 촘촘하게 패킹된 11개의 LED들(2)의 2개의 행들(21, 22)을 포함한다. 행들은 행들(21, 22) 사이의 중간 영역(23)에 의해 서로 분리된다. 행들(21, 22)은 LED들의 행들을 동작시키기 위해 전기적 접점들(33)을 추가로 포함하는 인쇄 회로 보드(3)의 전면(31) 상에 서로 평행하게 배열된다. 인쇄 회로 보드(3)는 나사들(9) 또는 다른 고정 수단에 의해 또 하나의 기판, 홀더 또는 하우징(여기에 도시 안됨)에 고정될 수 있다. 조명 모듈(1)은 다수의 LED들(2) 각각으로부터 방출된 광(5)을 형상화하기 위해 LED들(2)의 상부 상에 하나의 일체로 된 광학 요소(4)를 추가로 포함하고, 여기서 광학 요소(4)는 LED들의 행들(21, 22)을 따라 연장하는 LED들의 행(21, 22) 당 하나의 시준기 렌즈 부분(41, 42)을 포함한다. 상이한 행들(21, 22)의 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 하나의 단일 광학 요소(4)를 형성하기 위해 중간 영역(23) 위에 함께 병합되고, 여기서 LED들의 행(21, 22)에 수직인 방향으로 보여진 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 시준기 렌즈 부분들(41, 42) 각각에 대한 오프-축 초점(F)(도 3 참조)를 제공하기 위해 형상화된다. 형상들은 광학 요소(4) 위의 초점 거리(FD)(도 3 참조)에 있는 LED들의 행들(21, 22)에 평행하게 연장하는 초점 선(FL)(도 3 참조) 내에 LED들의 행들(21, 22)로부터 방출된 광(5)을 집속하기 위해 서로 적응된다. 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 본 실시예에서 각각의 개별적인 시준기 렌즈 부분 또는 LED들의 행(21, 22)의 광학 축(OA)(도 3 참조)을 포함하는 제1 기준 평면에 대해 비대칭으로서 각각 형상화되고, 제1 기준 평면은 LED들의 행들(21, 22)에 평행하다. 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 본 실시예에서 LED들의 행들(21, 22)을 포함하는 평면에 수직이고 초점 선(FL)을 포함하는 제2 기준 평면에 대해 서로 미러 대칭으로 형상화된다. 광학 요소(4)는 유리 또는 투명한 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다. LED들(2)은 460㎚ 미만의 피크 파장을 갖는 발광기들일 수 있다. 한 실시예에서 LED들(2)은 UV-발광 LED들이다.
도 1의 (b)는 그것의 배면으로부터의 조명 모듈(1)을 도시하고, 여기서 냉각 요소(6)가 인쇄 회로 보드(3)의 배면(32) 상의 인쇄 회로 보드(3)에 부착된다.
도 1의 (c)는 광학 요소(4)를 측면도로 보다 상세히 도시하고, 여기서 광학 요소(4)의 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 소위 TIR 시준기 부분들이고, TIR 시준기 부분들(41, 42) 각각은 LED들의 행들(21, 22)을 자신의 발광 측(2a) 상에 봉입하는 리세스(24)를 만드는 내부 굴절 표면(4i), LED들(2)로부터 멀리 향하는 외부 반사 표면(4o) 및 발광 표면(4e)을 포함하고, 내부 굴절 표면(4i)은 LED들의 행(21, 22)으로부터 방출된 들어가는 광(5)을 TIR 시준기 부분(41, 42)의 발광 표면(4e) 쪽으로 향하게 하는 제1 및 제2 입구 표면(4i1, 4i2)을 갖고, 여기서 제1 입구 표면(4i1)은 들어가는 광(5)을 발광 표면(4e) 쪽으로 직접 시준하도록 비대칭 렌즈로서 형상화되고, 여기서 제2 입구 표면(4i2)은 들어가는 광(5)을 외부 반사 표면(4o) 쪽으로 향하게 하도록 LED들(2) 주위에 원형 벽으로서 형상화되고, 여기서 외부 반사 표면(4o)은 제2 입구 표면(4i2)을 통해 TIR 시준기 부분(41, 42) 내로 들어간 광(5)의 일부를 발광 표면(4e) 쪽으로 시준하도록 튤립형 형상을 갖는다. 반사 외부 표면(40)에서의 반사는 본 실시예에서 TIR에 기인한다. 반사 외부 표면은 발광 표면(4e) 쪽으로의 광(5)의 반사를 지원하기 위해 금속 코팅을 대안적으로 가질 수 있고, 여기서 금속 코팅의 두께는 모든 광을 발광 표면(4e) 쪽으로 반사하도록 적응된다. 여기서 병합된 TIR 시준기 부분들(41, 42) 각각의 발광 표면들(4e)은 광학 요소(4)의 단일의 평탄한 발광 표면(4e)을 확립한다. 광학 요소(4)는 인쇄 회로 보드에 부착되거나 인쇄 회로 보드의 일부인 홀더(34) 내에 예를 들어, 클램핑에 의해 고정된다. 홀더(34)는 LED들의 발광 표면들(2a) 및 광학 요소(4) 및 조명 모듈(1)의 응용을 위한 설계된 광 경로 외부에 배열된다.
도 2는 본 발명에 따른 조명 어셈블리(10)의 주요 스케치를 (a) 전면 상의 상면도로, (b) 배면 상의 상면도로, 및 (c) 사시도로 도시한다. 조명 어셈블리(10)는 본 실시예에서 도 1에 따른 3개의 조명 모듈들(1)을 포함하는데 여기서 조명 모듈들(1)은 다수의 조명 모듈들(1)을 가로질러 LED들(2)의 연속된 행들(21, 22)을 확립하도록 각각의 조명 모듈(1)의 LED들(2)의 행들(21, 22)을 이웃하는 조명 모듈들(1)의 행들(21, 22)에 정렬시키기 위해 서로 나란히(옆에) 배열된다. 도 1의 단일의 조명 모듈(1)과 비교하여 초점 선은 3배 길어서 더 큰 재료 샘프들의 처리를 가능하게 한다. 도 2의 (b)는 조명 어셈블리(10)의 배면(10b)을 도시하고, 여기서 어셈블리 냉각 요소(8)가 조명 어셈블리(10)의 조명 모듈들(1)의 모든 배면들(32)에 의해 확립된 배면(10b) 상에 배열된다. 도 2의 (c)는 조명 어셈블리(10)를 사시도로 도시하고 여기서 각각의 조명 모듈(1)의 광학 요소들(4)은 예를 들어, 클램핑을 통해, 각각의 조명 모듈(1)의 홀더들(34)에 고정된, 다수의 조명 모듈들(1)을 가로질러 LED들(2)의 연속된 행들(21, 22)을 따라 연장하는 하나의 단일 광학 어셈블리 요소(7)에 의해 확립된다. 광학 어셈블리 요소는 각각의 조명 모듈(1)의 광학 요소들과 동일한 재료들로 만들어질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 조명 모듈(1) 또는 조명 어셈블리(10)의 LED들(2)의 행들(21, 22)로부터 방출된 광(5)을 집속하는 광학 요소(4)의 주요 스케치를 도시한다. 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 시준기 렌즈 부분들(41, 42) 각각에 대한 오프-축 초점(F)을 제공하기 위해 비대칭으로 각각 형상화되고, 여기서 비대칭 형상들은 광학 요소(4) 위의 초점 거리(FD)에 있는 LED들의 행들(21, 22)에 평행하게 연장하는 초점 선(FL) 내에 LED들의 행들(21, 22)로부터 방출된 광(5)을 집속하기 위해 서로 적응된다. 광학 요소가 존재하지 않는 경우의 LED들의 각각의 행의 광학 축들(OA)은 파선들로 표시된다. 여기에 도시한 광학 요소(4)는 50㎜의 LED들의 행들(21, 22)에 평행한 길이, 30㎜의 LED들의 행들(21, 22)에 수직인 폭 및 10㎜의 인쇄 회로 보드(3) 위의 높이를 갖는다. 광학 요소(4)의 발광 표면(4e) 위의 50㎜의 거리에서 광(5)의 빔은 22㎜의 반치 전폭 세기를 갖는다. 광학 분석의 목적을 위해, 행들의 길이들은 무한으로 긴 것으로 가정한다. 개별적인 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 본 실시예에서 LED들의 행들(21, 22)을 포함하는 평면에 수직이고 초점 선(FL)을 포함하는 제2 기준 평면(도시 안됨)에 대해 서로 단지 약간 비대칭이다. 개별적인 시준기 렌즈 부분들(41, 42)의 서로에 대한 비대칭은 LED들이 부착된 인쇄 회로 보드(3)의 표면에 의해 나타내질 수 있는 LED들의 행들(21, 22)을 포함하는 평면에 평행한 (본 실시예에서 도 3의 평면에 수직인) 초점 선(FL)을 시프트하기 위해 사용될 수 있다.
도 4는 도 1 - 도 3에 도시한 것과 같은 광학 요소들(4)이 있거나 없는 조명 모듈들(1)의 광학 요소들(4)로부터의 거리(D)의 함수로서의 피크 방사조도(PI)를 도시한다. 피크 방사조도가 각각 176W 광학 출력 전력으로 동작되고 높은 방사조도를 제공하는 4㎟ 플립칩 UV-LED들의 행 당 22개의 LED들로 폐쇄 패킹된 LED들의 2개의 행들(21, 22)을 포함하는 이웃하는 조명 모듈들의 행으로부터 획득되었다. 곡선 C2가 LED들의 행들(21, 22) 위에 배열된 광학 요소들(4)이 없는 이들 조명 모듈(1)로부터 획득되었다. C2는 20㎜ 아래의 작은 거리들에서 8W/㎠보다 크게 비교적 높고 70㎜ 위의 거리들에 대해 2W/㎠ 아래로 가파르게 감소하는 피크 방사조도들을 나타낸다. 곡선 C1은 광학 요소들(4)이 있는 본 발명에 따른 이웃하는 조명 모듈들(1)의 행에 관한 것이다. 여기서 피크 방사조도 PI는 50㎜의 거리(D)까지 10W/㎠ 위이고 65㎜의 거리까지 8W/㎠ 위이다. 100㎜의 거리(D)에서 광학 요소들(4)이 있는 조명 모듈들(1)에 대한 피크 방사조도 PI는 광학 요소가 없는 조명 모듈들에 대한 피크 방사조도보다 2배 더 높다. 이것은, 본 발명에 따른 조명 모듈들은 조명 모듈(1)이 경화될 재료와 접촉하게 되는 위험을 피하는 경화 목적들을 위해 조명 모듈들을 사용하는 실제 거리인, 50㎜의 거리에서 10W/㎠의 긴 동작 거리로 높은 방사조도 LED 시스템을 제공할 수 있다는 것을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 조명 모듈(1)을 제조하는 방법(100)의 주요 스케치를 도시한다. 방법(100)은 인쇄 회로 보드(3)의 전면(31) 상의 행들(21, 22) 간의 중간 영역(23)에 의해 서로 분리된 LED들의 적어도 2개의 행들(21, 22) 내에 다수의 LED들을 배열하는 단계(110) - 바람직하게는 LED들의 행들(21, 22)은 서로 평행하게 배열됨 -; 및 다수의 LED들(2) 각각으로부터 방출된 광(5)을 형상화하기 위해 다수의 LED들(2)의 상부 상에 하나의 일체로 된 광학 요소(4)를 배열하는 단계(120)를 포함하고, 광학 요소(4)는 LED들의 행(21, 22)을 따라 연장하는 LED들의 행(21, 22) 당 하나의 시준기 렌즈 부분(41, 42)를 포함하고, 상이한 행들(21, 22)의 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 하나의 단일 광학 요소(4)를 형성하기 위해 중간 영역(23) 위에 함께 병합되고, LED들의 행들(21, 22)에 수직인 방향으로 보여진 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 시준기 렌즈 부분들(41, 42) 각각에 대한 오프-축 초점(F)을 제공하기 위해 각각 비대칭적으로 각각 형상화되고, 비대칭 형상들은 광학 요소(4) 위의 초점 거리(FD)에 있는 LED들의 행들(21, 22)에 평행하게 연장하는 초점 선(FL) 내에 LED들의 행들(21, 22)로부터 방출된 광(5)을 집속하기 위해 서로 적응된다. 한 실시예에서, 방법(100)은 냉각 요소(6)를 인쇄 회로 보드(3)의 배면(32) 상의 인쇄 회로 보드(3)에 부착하는 단계(130)를 추가로 포함한다.
도 6은 본 발명에 따른 조명 어셈블리(10)를 제조하는 방법(200)의 주요 스케치를 도시한다. 방법(200)은 다수의 조명 모듈들(1)을 서로 나란히 배열하는 단계(210) 및 다수의 조명 모듈들(1)을 가로질러 LED들의 연속된 행들(21, 22)을 확립하도록 각각의 조명 모듈(1)의 LED들의 행들(21, 22)을 정렬시키는 단계(220)를 포함한다. 한 실시예에서 방법(200)은 어셈블리 냉각 요소(8)를 조명 모듈들(1)의 모든 배면들(32)에 의해 확립된 조명 어셈블리(10)의 배면(10b) 상에 배열하는 단계(230)를 추가로 포함한다. 대안적 실시예에서, 조명 모듈들(1)이 서로 나란히 배열되고 LED들의 행들이 정렬되고 조명 모듈들이 광학 요소들을 포함하지 않는 경우에 방법(200)은 다수의 조명 모듈들(1)의 홀더(34) 내로 LED들(2)의 연속된 행들(21, 22)을 따라 연장하는 하나의 단일 광학 어셈블리 요소(7)를 배치함으로써 각각의 조명 모듈(1)에 대한 광학 요소(4)를 확립하는 단계(240)를 포함할 수 있다.
도 7은 경화 장치에서 재료 경화 목적들을 위한 광원(20)으로서의 조명 모듈(1) 또는 조명 어셈블리(8)의 사용(300)의 주요 스케치를 도시하고, 여기서 LED들(2)은 경화 장치, 특히 경화 장치의 광원(20)이 경화되는 재료와 접촉하게 되는 위험을 피하게 경화될 재료와 안전한 거리에 배열될 수 있다. 경화는 예를 들어, 단량체들이 재료를 경화시키기 위해 폴리머들로 변환되는 유기 재료들에 적용될 수 있다. 이것은 높은 속도들을 갖는 광원을 통과하는 경화 재료들의 경우에, 예를 들어 재료의 평탄한 시트들에 대한 연속적인 경화 공정들에서 특히 유리하다.
본 발명이 도면들 및 전술한 설명에서 예시되고 상세히 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명은 설명적이거나 예시적인 것이지 제한적인 것으로 고려되지 않는다.
본 개시내용을 읽고 난 다음에, 다른 수정들이 본 기술 분야의 통상의 기술자들에게 분명할 것이다. 이러한 수정들은 본 기술 분야에 이미 공지되어 있고 여기에 이미 설명된 특징들 대신에 또는 부가하여 사용될 수 있는 다른 특징들을 포함할 수 있다.
개시된 실시예들에 대한 변화들이 도면들, 개시내용 및 첨부된 청구범위를 연구한다면, 본 기술 분야의 통상의 기술자들에 의해 이해되고 실행될 수 있다. 청구범위에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, 단수 표현은 복수의 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다. 소정의 수단들이 상호 상이한 종속 청구항들에 나열된다는 사실만으로 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 없다는 것을 나타내지는 않는다.
청구범위 내의 임의의 참조 부호들은 그 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
1 본 발명에 따른 조명 모듈
2 LED(들)
2a LED(들)의 발광 표면
21 LED들의 (제1) 행
22 LED들의 (제2) 행
23 LED들의 행들 간의 중간 영역
24 시준기 렌즈 부분들에 의해 확립된 LED들 위의 리세스
3 인쇄 회로 보드(PCB)
31 PCB의 전면
32 PCB의 배면
33 PCB의 전기적 접점들
34 광학 요소를 PCB에 고정하는 홀더
4 광학 요소
4i 시준기 렌즈 부분들의 내부 굴절 표면
4i1 내부 굴절 표면의 제1 입구 표면
4i2 내부 굴절 표면의 제2 입구 표면
4o 시준기 렌즈 부분들/광학 요소의 외부 반사 표면
4e 시준기 렌즈 부분들의 발광 표면
41 LED들의 한 행에 할당된 시준기 렌즈 부분
42 LED들의 또 하나의 행에 할당된 시준기 렌즈 부분
5 LED(들)로부터 방출된 광
6 냉각 요소
7 광학 어셈블리 요소
8 어셈블리 냉각 요소
9 고정 수단(예를 들어, 나사)
10 본 발명에 따른 조명 어셈블리
10b 조명 어셈블리의 배면
20 재료 경화 공정을 위한 광원
100 본 발명에 따른 조명 모듈을 제조하는 방법
110 LED들의 적어도 2개의 분리된 행들 내에 다수의 LED들을 배열함
120 다수의 LED들의 상부 상에 하나의 일체로 된 광학 요소를 배열함
130 냉각 요소를 인쇄 회로 보드에 부착함
200 본 발명에 따른 조명 어셈블리를 제조하는 방법
210 다수의 조명 모듈들을 서로 나란히 배열함
220 다수의 조명 모듈들을 가로질러 LED들의 연속된 행들을 확립하도록 각각의 조명 모듈의 LED들의 행들을 정렬함
230 어셈블리 냉각 요소를 조명 어셈블리의 배면 상에 배열함
240 하나의 광학 어셈블리 요소에 의해 각각의 조명 모듈의 광학 요소들을 확립함
300 재료 경화를 위한 광원으로서의 조명 모듈/어셈블리의 사용
C1 광학 요소가 있는 조명 모듈에 대한 D의 함수로서의 피크 방사조도
C2 광학 요소가 없는 조명 모듈에 대한 D의 함수로서의 피크 방사조도
D 광학 요소로부터의 거리
F LED들의 행들의 시준기 렌즈 부분들의 오프-축 초점
FD 오프-축 초점들의 광학 요소 간의 초점 거리
FL 광학 요소에 의해 제공된 초점 선
OA 광학 축
PI LED들로부터 방출된 광의 피크 방사조도

Claims (15)

  1. 조명 모듈(1)로서,
    - 행들(21, 22) 간의 중간 영역(23)에 의해 서로 분리된 다수의 LED들(2)의 적어도 2개의 행들(21, 22) - 상기 행들(21, 22)은 인쇄 회로 보드(3)의 전면(31) 상에 배열됨 -, 및
    - 상기 다수의 LED들(2) 각각으로부터 방출된 광(5)을 형상화하기 위해 상기 다수의 LED들(2)의 상부 상의 하나의 일체로 된 광학 요소(4)
    를 포함하고,
    상기 광학 요소(4)는 LED들의 상기 행(21, 22)을 따라 연장하는 LED들의 행(21, 22) 당 하나의 시준기 렌즈 부분(41, 42)를 포함하고,
    상이한 행들(21, 22)의 상기 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 하나의 단일 광학 요소(4)를 형성하기 위해 상기 중간 영역(23) 위에 함께 병합되고,
    LED들의 상기 행(21, 22)에 수직인 방향으로 보여진 상기 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 상기 시준기 렌즈 부분들(41, 42) 각각에 대한 오프-축 초점(F)을 제공하기 위해 형상화되고,
    상기 형상들은 상기 광학 요소(4) 위의 초점 거리(FD)에 있는 LED들의 상기 행들(21, 22)에 평행하게 연장하는 초점 선(FL) 내에 LED들의 상기 행들(21, 22)로부터 방출된 상기 광(5)을 집속하기 위해 서로 적응되는 조명 모듈(1).
  2. 제1항에 있어서, LED의 상기 행들(21, 22)은 서로 평행하게 배열되는 조명 모듈(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 LED들(2)은 460㎚ 미만의 피크 파장을 갖는 발광기들이고, 바람직하게는 상기 LED들(2)은 UV-발광 LED들인 조명 모듈(1).
  4. 제1항, 제2항, 또는 제3항에 있어서, 상기 LED들의 각각의 행(21, 22) 내의 2개의 인접한 LED들(2) 간의 갭은 인접한 LED 중심 대 중심 거리의 절반 미만인 조명 모듈(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 TIR 시준기 부분들인 조명 모듈(1).
  6. 제5항에 있어서, 상기 TIR 시준기 부분들(41, 42) 각각은 LED들의 상기 행(21, 22)을 자신의 발광 측(2a) 상에 봉입하는(enclose) 리세스(24)를 구성하는 내부 굴절 표면(4i), 상기 LED들(2)로부터 멀리 향하는 외부 반사 표면(4o) 및 발광 표면(4e)을 포함하고, 상기 내부 굴절 표면(4i)은 LED들의 상기 행(21, 22)으로부터 방출된 들어가는 광(5)을 상기 TIR 시준기 부분(41, 42)의 상기 발광 표면(4e) 쪽으로 향하게 하는 제1 및 제2 입구 표면(4i1, 4i2)을 갖고, 상기 제1 입구 표면(4i1)은 상기 들어가는 광(5)을 상기 발광 표면(4e) 쪽으로 직접 시준하도록 적합하게 형상화되고, 상기 제2 입구 표면(4i2)은 상기 들어가는 광(5)을 상기 외부 반사 표면(4o) 쪽으로 향하게 하도록 적합하게 형상화되고, 상기 외부 반사 표면(4o)은 상기 제2 입구 표면(4i2)을 통해 상기 TIR 시준기 부분(41, 42) 내로 들어간 상기 광(5)의 일부를 상기 발광 표면(4e) 쪽으로 시준하도록 적합하게 형상화되는 조명 모듈(1).
  7. 제6항에 있어서, 상기 병합된 TIR 시준기 부분들(41, 42) 각각의 상기 발광 표면들(4e)은 상기 광학 요소(4)의 단일 발광 표면(4e)을 확립하는 조명 모듈(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 항에 있어서, 냉각 요소(6)가 상기 인쇄 회로 보드(3)의 배면(32) 상의 상기 인쇄 회로 보드(3)에 부착되는 조명 모듈(1).
  9. 제1항에 따른 다수의 조명 모듈들(1)을 포함하는 조명 어셈블리(10)로서, 상기 조명 모듈들(1)은 다수의 조명 모듈들(2)을 가로질러 LED들(2)의 연속된 행들(21, 22)을 확립하도록 각각의 조명 모듈(1)의 LED들(2)의 행들(21, 22)을 이웃하는 조명 모듈들(1)의 행들(21, 22)에 정렬시키기 위해 서로 나란히 배열되는 조명 어셈블리(10).
  10. 제9항에 있어서, 각각의 조명 모듈(1)의 상기 광학 요소들(4)은 상기 다수의 조명 모듈들(1)을 가로질러 LED들(2)의 상기 연속된 행들(21, 22)을 따라 연장하는 하나의 광학 어셈블리 요소(7)에 의해 확립되는 조명 어셈블리(10).
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 어셈블리 냉각 요소(8)가 상기 조명 모듈들(1)의 모든 배면들(32)에 의해 확립된 상기 조명 어셈블리(10)의 배면(10b) 상에 배열되는 조명 어셈블리(10).
  12. 제1항에 따른 조명 모듈(1)을 제조하는 방법(100)으로서,
    - 인쇄 회로 보드(3)의 전면(31) 상의 행들(21, 22) 간의 중간 영역(23)에 의해 서로 분리된 LED들의 적어도 2개의 행들(21, 22) 내에 다수의 LED들을 배열하는 단계(110) - 바람직하게는 LED들의 상기 행들(21, 22)은 서로 평행하게 배열됨 -; 및
    - 상기 다수의 LED들(2) 각각으로부터 방출된 광(5)을 형상화하기 위해 상기 다수의 LED들(2)의 상부 상에 하나의 일체로 된 광학 요소(4)를 배열하는 단계(120) - 상기 광학 요소(4)는 LED들의 상기 행(21, 22)을 따라 연장하는 LED들의 행(21, 22) 당 하나의 시준기 렌즈 부분(41, 42)를 포함하고, 상이한 행들(21, 22)의 상기 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 하나의 단일 광학 요소(4)를 형성하기 위해 상기 중간 영역(23) 위에 함께 병합되고, LED들의 상기 행(21, 22)에 수직인 방향으로 보여진 상기 시준기 렌즈 부분들(41, 42)은 상기 시준기 렌즈 부분들(41, 42) 각각에 대한 오프-축 초점(F)을 제공하기 위해 형상화되고, 상기 형상들은 상기 광학 요소(4) 위의 초점 거리(FD)에 있는 LED들의 상기 행들(21, 22)에 평행하게 연장하는 초점 선(FL) 내에 LED들의 상기 행들(21, 22)로부터 방출된 상기 광(5)을 집속하기 위해 서로 적응됨 - 를 포함하고,
    - 바람직하게는, 냉각 요소(6)를 상기 인쇄 회로 보드(3)의 배면(32) 상의 상기 인쇄 회로 보드(3)에 부착하는 단계(130)를 추가로 포함하는 방법(100).
  13. 제9항에 따른 조명 어셈블리(10)를 제조하는 방법(200)으로서,
    - 제1항에 따른 다수의 조명 모듈들(1)을 서로 나란히 배열하는 단계(210), 및
    - 상기 다수의 조명 모듈들(1)을 가로질러 LED들의 연속된 행들(21, 22)을 확립하도록 각각의 조명 모듈(1)의 LED들의 상기 행들(21, 22)을 정렬시키는 단계(220)를 포함하고,
    - 바람직하게는, 어셈블리 냉각 요소(8)를 상기 조명 모듈들(1)의 모든 배면들(32)에 의해 확립된 상기 조명 어셈블리(10)의 배면(10b) 상에 배열하는 단계(230)를 추가로 포함하는 방법(200).
  14. 제13항에 있어서, 각각의 조명 모듈(1)의 상기 광학 요소들(4)을 상기 다수의 조명 모듈들(1)을 가로질러 LED들(2)의 상기 연속된 행들(21, 22)을 따라 연장하는 하나의 광학 어셈블리 요소(7)에 의해 확립하는 단계(240)를 추가로 포함하는 방법(200).
  15. 재료 경화 목적들을 위한 제1항에 따른 조명 모듈(1) 또는 제9항에 따른 조명 어셈블리(10)의 사용(300).
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