TWI696788B - 光照射裝置 - Google Patents

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小林紀雄
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日商豪雅冠得光電股份有限公司
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Abstract

一種可有效地冷卻配置於LED光通過的光通過區域內的部件的光照射裝置，包括：基板；配置於基板表面的多個發光元件；配置於基板的背面以冷卻基板以及多個發光元件的冷卻機構；以包圍多個發光元件的光通過的光通過區域方式配置的內壁；收納基板、多個發光元件、冷卻機構以及內壁，並且與內壁之間產生空間的殼體；將光通過區域的空氣導入基板背面的空氣流入口；通過基板背面，連結空氣流入口與空間的流路；和使空間的空氣可朝光通過區域流出地設置的循環口，其中，冷卻機構對導入空氣流入口的空氣進行冷卻，空氣在光通過領域與空間之間對流。

Description

光照射裝置
本發明涉及一種具備LED（Light Emitting Diode）等發光元件做為光源的光照射裝置，尤其涉及一種在殼體內具有對發光元件散發的熱進行散熱的冷卻機構的光照射裝置。
以往，作為單張紙膠印印刷用油墨，使用的是通過紫外光的照射來硬化的紫外線硬化型油墨。此外，作為液晶面板或有機EL（Electro Luminescence）面板等、FPD（Flat Panel Display）周邊的黏合劑，使用的是紫外線硬化樹脂。在這種紫外線硬化型油墨或紫外線硬化樹脂的硬化過程中，一般使用照射紫外光的紫外光照射裝置。
作為紫外光照射裝置，以往，眾所周知的是將高壓水銀燈或水銀氙氣燈等作為光源的燈型照射裝置，但近幾年來，從降低耗電量、長壽命化、裝置尺寸的緊湊化要求出發，代替傳統放電燈，開發了一種將LED作為光源來利用的紫外光照射裝置（例如，專利文獻1）。
專利文獻1所述的紫外光照射裝置具備2維配置多個發光元件的基板；以包圍基板的方式設置的、對發光元件發出的紫外光進行導光的反射筒部（鏡部）；以及對基板進行冷卻的冷卻部。而且，被構成為透過反射筒部對紫外光進行混合，能夠在照射區域內得到均勻的照射分佈。此外，在用LED作為光源時，投入的大部分電力變成熱量，會產生LED自身散發的熱量導致發光效率與使用壽命降低的問題，所以需要採用通過散熱器等冷卻部來抑制LED發熱的構造。
專利文獻 專利文獻1：日本專利特開第2013-215661號公報
根據專利文獻1所述的構造，可抑制LED的發熱，並且通過反射筒部來混合來自各LED的光，所以能夠在照射區域內得到均勻的照射分佈。
然而，若反射筒部被紫外光照射，則存在反射筒部自身的溫度升高而發生變形的問題。而且，若反射筒部發生變形，則紫外光無法按照設計被混合，因此存在照射區域內的照射分佈變得不均勻的問題。
本發明有鑑於以上情況，目的在於，提供一種具有可有效地冷卻如反射筒部等配置於LED的光通過的光通過區域內的部件的結構的光照射裝置。
為達成上述目的，本發明提供一種光照射裝置，包括：基板；配置於基板表面的多個發光元件；配置於基板的背面以冷卻基板以及多個發光元件的冷卻機構；以包圍多個發光元件的光通過的光通過區域的方式配置的內壁；收納基板、多個發光元件、冷卻機構以及內壁，並在與內壁之間產生空間的殼體；將光通過區域的空氣導入基板背面的空氣流入口；通過基板背面，連結空氣流入口與空間的流路；以及使空間的空氣可朝光通過區域流出地設置的循環口，其中，冷卻機構對導入空氣流入口的空氣進行冷卻，空氣在光通過領域與空間之間對流。
根據這種構造，光照射裝置的內部空間的空氣進行循環，因此能夠抑制光照射裝置的內部溫度的上升，於是，可以有效地對內壁進行冷卻。
此外，內壁可為對來自多個發光元件的光進行傳導的反射鏡的構造。由此，通過將內壁作為反射鏡，可有效地冷卻反射鏡。
此外，殼體可包括使光透過的同時，氣密性地封閉光照射區域的光射出窗。此時，較佳為在光射出窗與內壁之間形成有循環口。
此外，較佳地內壁具有開口，該開口構成循環口。
此外，可在光通過區域以外的區域具有促使空氣對流的風扇。
此外，可在空間內具有驅動多個發光元件的驅動電路。
如上所述，根據本發明，能夠實現一種具有可有效地冷卻配置於LED光通過的光通過區域內的部件的構造的光照射裝置。
以下，參照附圖對本發明的實施例進行詳細說明。再者，圖中同一或者相同部分加以同樣的符號並不再重複說明。
（第1實施例）
圖1為說明本發明的第1實施例所涉及的光照射裝置1 的簡要構造的正面視圖。此外，圖2為說明光照射裝置1的內部構造的Y-Z平面的剖面圖。本實施例的光照射裝置1為一種搭載於印刷裝置等、並能夠使紫外線硬化型油墨或紫外線硬化樹脂硬化的光源裝置，例如，以正面（配置有窗部105的面）與照射物件物相對的方式配置於照射物件物的上方，相對於照射物件物向下射出線形紫外光。再者，在本說明書中，如圖1以及圖2的座標所示，將後述的LED（Light Emitting Diode）元件210射出紫外光的方向設為Z軸方向，將光照射裝置1的長邊方向設為X軸方向，以及將與Z軸方向以及X軸方向正交的方向（光照射裝置1的短邊方向）設為Y軸方向並加以說明。
如圖1以及圖2所示，本實施例的光照射裝置1在內部具有LED模組200、反射鏡300、和收納散熱部件400的箱型外殼100（殼體）。外殼100具有向正面射出紫外光的玻璃製窗部105。此外，在外殼100的背面（與正面相對的面）設有用於向光照射裝置1供給電源的連接器（未圖示）或向散熱部件400供給冷卻水的冷卻水耦合器（未圖示）等。連接器（未圖示）通過未圖示的電纜與未圖示的電源裝置連接，以便向光照射裝置1供給電源。此外，未圖示的冷卻水供給裝置連接於冷卻水耦合器（未圖示），以便向散熱部件400供給冷卻水。
圖3為說明本實施例的LED模組200的構造的圖。此外，圖4（a）、圖4（b）為說明本實施例的散熱部件400的構造的圖，圖4（a）為從正面側（窗部105側）觀察散熱部件400時的正面立體圖，圖4（b）為從背面側觀察散熱部件400時的背面立體圖。
如圖3以及圖4（a）、圖4（b）所示，LED模組200具有平行於X軸方向以及Y軸方向的長方形基板205與基板205上的多個LED元件210，在外殼100內沿著X軸方向延伸的水冷散熱器402的一個端面（朝向外殼100正面側的面）上固定配置有2列×16個LED模組200。
如圖3所示，本實施例的LED模組200具有以20列（Y軸方向）×10個（X軸方向）的形式配置於基板205上的200個LED元件210。在光軸向Z軸方向上對齊的狀態下，200個LED元件210配置於基板205的表面。在基板205上形成有用於向LED元件210供給電力的陽極圖案207以及陰極圖案209，各LED元件210均焊接在陽極圖案207以及陰極圖案209上，並電性連接。此外，基板205通過未圖示的接線電纜與未圖示的驅動電路電性連接，以便在各LED元件210藉由陽極圖案207以及陰極圖案209從驅動電路供給驅動電流。若對各LED元件210供給驅動電流，則從各LED元件210射出對應於驅動電流的光量的紫外光（例如，波長為385nm）。如圖4（a）、圖4（b）所示，在本實施例中，2列×16個LED模組200排列在水冷散熱器402的一個端面上，從本實施例的光照射裝置1中射出在X軸方向上延伸的線形紫外光。再者，本實施例的各LED元件210以射出大致相同光量的紫外光的方式調整向各LED元件210供給的驅動電流，從光照射裝置1射出的線形紫外光在X軸方向以及Y軸方向上具有大致均勻的光強度分佈。
再者，如圖1以及圖2所示，在本實施例的光照射裝置1中，設有以包圍2列×16個LED模組200的方式（即，包圍LED元件210的光通過的光通過區域）配置的4個反射鏡300。通過4個反射鏡300混合各LED元件210射出的紫外光，在照射物件物上形成更均勻的光強度分佈。
散熱部件400為一種用於固定各LED模組200，並且對各LED模組200所產生的熱量進行散熱的部件，由熱傳導率高的銅等金屬形成的2個水冷散熱器402、以及固定於2個水冷散熱器402的另一端面側並熱性結合、且支撐2個水冷散熱器402的散熱架404構成。此外，如圖4（a）、圖4（b）所示，在散熱架404的Y軸方向中央部（即，2個水冷散熱器402之間）上，形成有供在光通過區域（由反射鏡300包圍的區域）被加熱的空氣流入的空氣流入口404b。
水冷散熱器402為一種在一端面側安裝有LED模組200的板狀部件。在水冷散熱器402的內部形成有供冷卻水通過的多個水路402a（圖2）。
散熱架404為一種用於冷卻從空氣流入口404b流入的空氣的金屬長方形板狀部件。在散熱架404的另一端面側（與固定有水冷散熱器402的一側相反的面）上形成有在與Z軸方向相反的方向上立起，並在Y軸方向上延伸的多個散熱片404a。多個散熱片404a以空氣流入口404b為中心在Y軸方向上被分成2個並配置，從空氣流入口404b流入的空氣在被分成2個的各散熱片404a之間流動，由此來進行冷卻。即，各散熱片404a之間形成有從空氣流入口404b流入的空氣流動的流路。而且，各散熱片404a的外側端部（與空氣流入口404b相反側的端部）在與相鄰的散熱片404a的外側端部之間形成有使從空氣流入口404b流入的空氣流出的空氣流出口404c。由此，本實施例的散熱部件400被構成為通過水冷散熱器402對各LED模組200產生的熱量進行散熱，並且利用水冷散熱器402的背面側也能對從空氣流入口404b流入的空氣進行冷卻。而且，被構成為從空氣流出口404c流出的冷卻後的空氣流入外殼100與反射鏡300之間的空間，冷卻反射鏡300，通過在反射鏡300的前端部300a與窗部105之間形成的循環口301（圖2），流出光通過區域（後續詳細說明）。
圖5為說明本實施例的反射鏡300的構造與冷卻反射鏡300的過程的光照射裝置1的Y-Z平面的剖面圖。
如上所述，本實施例的4個反射鏡300為用於混合從各LED元件210射出的紫外光的部件，以從散熱架404的各邊向窗部105緩緩擴散的方式傾斜設置。來自各LED元件210的紫外光通過反射鏡300混合，則能夠在照射物件物上得到均勻的光強度分佈。
然而，來自各LED元件210的紫外光照射在反射鏡300上時，存在被反射鏡300吸收的一部分光變成熱量，使得反射鏡300自身因為溫度升高而變形的問題。此外，在本實施例中還會存在用窗部105覆蓋反射鏡300，所以反射鏡300溫度升高，光通過區域（由反射鏡300包圍的區域）的空氣被加熱，光照射裝置1內部的溫度上升，給LED元件210、或其他電氣零件帶來不好的影響的問題。所以，為解決相關問題，在本實施例中，在散熱架404上設置空氣流入口404b，不僅僅是冷卻各LED模組200，也可以冷卻從空氣流入口404b流入的空氣，也能對光通過區域（由反射鏡300包圍的區域）的空氣以及反射鏡300進行冷卻。
圖5的箭頭表示空氣的流動方向。如圖5所示，各LED元件210發光，來自各LED元件210的紫外光照射至反射鏡300時，反射鏡300的溫度升高，所以光通過區域（由反射鏡300包圍的區域）的空氣被加熱。而且，被加熱的空氣比重變輕並上升，從空氣流入口404b流入散熱架404的另一端面側（箭頭A）。而且，由於流入散熱架404的另一端面側的空氣通過在外殼100與散熱架404之間的空間與散熱片404接觸而被冷卻，因此，比重變重，通過散熱片404a之間（箭頭B），從空氣流出口404c流出。且從空氣流出口404c流出的空氣也流入外殼100與反射鏡300之間的空間（箭頭C）。從而，通過被冷卻的空氣與反射鏡300的背面接觸，來冷卻反射鏡300。
此外，如上所述，在本實施例中，在反射鏡300的前端部300a與窗部105之間形成有一點點間隙，並形成有循環口301。而且，外殼100與反射鏡300之間的被冷卻的空氣通過循環口301流入光通過區域（箭頭D）。因此，根據本實施例的構造，光通過區域的空氣也被冷卻。
這樣，在本實施例中，在散熱架404上設置空氣流入口404b，利用水冷散熱器402的背面側，在光通過區域以及外殼100與反射鏡300之間的空間之間使空氣自然對流，由此來冷卻反射鏡300以及光通過區域的空氣。
因此，即使來自各LED元件210的紫外光照射至反射鏡300，反射鏡300自身的溫度也不會上升，進而不發生變形。此外，由於可以抑制了光照射裝置1內部溫度的上升，因此也不會給LED元件210或其他電氣零件帶來不好的影響。
（效果確認實驗） 表1為說明本發明的效果確認實驗的結果的表，若在沒有空氣流入口404b的狀態（即，通過開關板K關閉空氣流入口404b的狀態）、和空氣流入口404b打開的狀態（即，本實施方式的構造）下，通過熱電偶對圖6所示的各測定位置的溫度進行測量，用下表表示其結果。再者，圖6所示的開關板K為在本效果確認實驗中，為了關閉空氣流入口404b而方便使用的部件，並非構成本實施例的光照射裝置1的部件。
[表1]
Figure 105139568-A0304-0001
 再者，如圖6所示，測定位置a為2個水冷散熱器402的溫度，測定位置b為反射鏡300的背面側的溫度，測定位置c為外殼100與反射鏡300之間的空間的空氣溫度。再者，表1的測定值為在滿功率下各LED元件210點亮60分鐘時，其間的最高溫度（℃）。此外，在表1的測定中，將供給至水冷散熱器402的冷卻水的溫度設為23℃，流量為15L/min。再者，表1的“溫度差”為空氣流入口404b關閉狀態的溫度與空氣流入口404b打開狀態的溫度的差。
（研究） 如表1所示，根據測定位置a的資料可知，不管有沒有空氣流入口404b，在水冷散熱器402內都通過有冷卻水，所以幾乎不產生溫度差。此外，根據測定位置b的資料可知，通過設置空氣流入口404b，可使反射鏡300的溫度降低14.3℃左右。此外，根據測定位置c的資料可知，外殼100與反射鏡300之間的空間的空氣溫度也可降低4.8℃左右。
以上雖為本實施方式的說明，但本發明並不局限於上述構造，在本發明的技術思想範圍內可進行各種變形。
例如，本實施例的光照射裝置1作為配置在照射物件物的上方，對照射物件物照射向下的紫外光的構造進行了說明，但光通過區域的空氣也可流入空氣流入口404b，例如，光照射裝置1也可以為橫向配置，對照射物件物照射橫向的紫外光。
此外，本實施例作為使光通過區域的空氣自然對流的構造，但也並非限定於這種構造，例如，也可以為在空氣的對流路徑內（即，光通過區域以外的區域）設有風扇，並強制地使光通過區域的空氣對流的構造。
此外，本發明的實施例為一種在散熱架404的Y軸方向中央部（即，在2列排列的16個LED模組200之間）設有空氣流入口404b的構造，但並不限定於這種構造，若光通過區域的空氣能流入空氣流入口404b，則空氣流入口404b可設置在任何位置。
此外，本實施例為一種設置包圍LED模組200的反射鏡300，並通過使光通過區域的空氣自然對流來冷卻反射鏡300的構造，但沒有必要一定要設置反射鏡300，例如，代替反射鏡300，也可設置包圍LED模組200的內壁。這種情況下，通過使光通過區域的空氣自然對流來降低內壁的溫度。
此外，本實施例能夠使外殼100與反射鏡300之間的空間的空氣溫度降低，因此，例如，還能夠在外殼100與反射鏡300之間配置向各LED元件210供給驅動電流的驅動電路。
此外，本實施例中，在反射鏡300的前端部300a上配置有窗部105，但是窗部105並不是必須的。若拆除窗部105，則外部的空氣流入光通過區域，光通過區域的空氣產生對流，所以光通過區域能夠維持在較低的溫度。
此外，本實施例的LED模組200 為在基板205上具有以20列（Y軸方向）×10個（X軸方向）的形式矩陣配置的200個LED元件210的構造，但並不限定於此種構造，LED元件210可配置成一列，或可配置成所謂的鋸齒形狀。此外，所有的LED元件210的光軸都在Z軸方向上對齊，但是，例如，一部分LED元件210的光軸也可以朝向Z軸方向以外的方向。
此外，本實施例的散熱部件400具有水冷散熱器402，例如，也可以為水以外的液冷，此外，還可應用熱管、珀爾帖冷卻器（珀爾帖元件），冷卻風扇，來代替水冷散熱器402。
（第2實施例） 圖7為說明本發明的第2實施例所涉及的光照射裝置2的內部構造的Y-Z平面的剖面圖。第1實施例的光照射裝置1具有在反射鏡300的前端部300a與窗部105之間形成的循環口301，而本實施例的光照射裝置2在配置在Y軸方向上的2片反射鏡300M上形成有循環口301M，以代替該循環口301，這一點與第1實施例所涉及的光照射裝置1有所不同。
如圖7所示，本實施例的反射鏡300M具有在X軸方向上延伸的狹縫狀開口，該開口構成循環口301M。此外，在外殼100的內部，沿著循環口301M的下方邊緣部（Z軸方向的邊緣部）形成有隔開外殼100與反射鏡300M之間的空間的隔板110。從而，從空氣流出口404c流出的空氣流入外殼100與反射鏡300M之間的空間（箭頭C），冷卻反射鏡300M，並沿著隔板110 通過循環口301M，流入光通過區域（箭頭D）。因此，本實施例的構造與第1實施例一樣，不僅僅是反射鏡300M，還能夠冷卻光通過區域的空氣。
再者，循環口301M並不限定於狹縫狀開口，也可以是沿著X軸方向形成的多個開口。此外，與第1實施例一樣，本實施方式可以拆除窗部105，通過拆除窗部105，外部空氣流入光通過區域，光通過區域的空氣產生對流，所以光通過區域能夠維持在較低的溫度。
再者，本發明所公開的實施方式是在所有方面舉例說明而已，並非限定本發明。本發明的範圍並非由上述說明，而是由申請專利範圍而決定，旨在包含與申請專利範圍等同含義以及範圍內的全部變更。
1、2‧‧‧光照射裝置 100‧‧‧外殼 105‧‧‧窗部 110‧‧‧隔板 200‧‧‧LED模組 205‧‧‧基板 207‧‧‧陽極圖案 209‧‧‧陰極圖案 210‧‧‧LED元件 300、300M‧‧‧反射鏡 300a‧‧‧前端部 301、301M‧‧‧循環口 400‧‧‧散熱部件 402‧‧‧水冷散熱器 402a‧‧‧水路 404‧‧‧散熱架 404a‧‧‧散熱片 404b‧‧‧空氣流入口 404c‧‧‧空氣流出口 K‧‧‧開關板
[圖1] 為說明本發明的第1實施例所涉及的光照射裝置的簡要構造的正面視圖。 [圖2] 為說明本發明的第1實施例所涉及的光照射裝置的內部構造的Y-Z平面的剖面圖。 [圖3] 為說明本發明的第1實施例所涉及的光照射裝置中LED模組的構造的圖。 [圖4（a）] 為說明本發明的第1實施例所涉及的光照射裝置中從正面側觀察散熱部件時的正面立體圖。 [圖4（b）] 為說明本發明的第1實施例所涉及的光照射裝置中從背面側觀察散熱部件時的背面立體圖。 [圖5] 為說明本發明的第1實施例所涉及的光照射裝置中反射鏡的構造與冷卻反射鏡的過程的Y-Z平面的剖面圖。 [圖6] 為示出本發明的效果確認實驗中進行溫度測定的位置的示意圖。 [圖7] 為說明本發明的第2實施例所涉及的光照射裝置的構造的內部構造的Y-Z平面的剖面圖。
1‧‧‧光照射裝置
100‧‧‧外殼
105‧‧‧窗部
200‧‧‧LED模組
300‧‧‧反射鏡
300a‧‧‧前端部
301‧‧‧循環口
400‧‧‧散熱部件
402‧‧‧水冷散熱器
402a‧‧‧水路
404‧‧‧散熱架
404a‧‧‧散熱片
404b‧‧‧空氣流入口
404c‧‧‧空氣流出口

Claims (8)

  1. 一種光照射裝置，包括：基板；多個發光元件，配置於所述基板的下表面；冷卻機構，一端面連接於所述基板的上表面而配置於所述基板的上方以冷卻所述基板以及多個所述發光元件；內壁，以包圍多個所述發光元件的光通過的光通過區域的方式配置；殼體，收納所述基板、多個所述發光元件、所述冷卻機構以及所述內壁，並在與所述內壁之間產生空間；空氣流入口，將所述光通過區域的空氣導入所述冷卻機構的另一端面側；流路，使由所述空氣流入口導入的空氣沿所述冷卻機構的所述另一端面側流動，通過所述冷卻機構的所述另一端面側，並連結所述空氣流入口與所述空間；以及循環口，使所述空間的所述空氣可朝所述光通過區域流出地設置；其中，所述冷卻機構對經由所述冷卻機構的所述另一端面側對導入所述空氣流入口的所述空氣進行冷卻，所述空氣在所述光通過區域與所述空間之間對流。
  2. 如請求項1所述的光照射裝置，其中所述內壁包括朝向所述光通過區域的第一面及朝向所述空間的第二面，所述空氣沿所述第一面及所述第二面流動。
  3. 如請求項2所述的光照射裝置，其中所述內壁的所述第一面包括對來自多個所述發光元件的光進行傳導的反射鏡。
  4. 如請求項1至3任一項所述的光照射裝置，其中所述殼體包括使所述光透過，並氣密性地封閉所述光通過區域的光射出窗。
  5. 如請求項4所述的光照射裝置，其中在所述光射出窗與所述內壁之間形成有所述循環口。
  6. 如請求項1所述的光照射裝置，其中所述內壁具有開口，該開口構成所述循環口。
  7. 如請求項1所述的光照射裝置，其中在所述光通過區域以外的區域具有促使所述空氣的對流的風扇。
  8. 如請求項1所述的光照射裝置，其中在所述空間內具有驅動多個所述發光元件的驅動電路。
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