WO2016052471A1 - 発光モジュール - Google Patents

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WO2016052471A1
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light emitting
light
emitting unit
unit
emitting module
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PCT/JP2015/077446
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French (fr)
Inventor
榎本 幸司
匠 佐藤
祥寛 金端
Original Assignee
ウシオ電機株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/52Encapsulations
    • H01L33/54Encapsulations having a particular shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58Optical field-shaping elements

Definitions

  • the present invention relates to a light irradiation apparatus that irradiates a light irradiation object with light from the light source unit while relatively changing the positional relationship between the light source unit and the light irradiation object in one direction, as a light source of the light source unit.
  • the present invention relates to a light emitting module used.
  • a light irradiation device that irradiates a light irradiation object with light is used.
  • a light source of such a light irradiation device a light emitting module in which a light emitting unit having a light emitting element made of an LED is disposed on the surface of a substrate is used.
  • a module that emits light of higher output is required.
  • means for obtaining a high-output light emitting module means for arranging light emitting parts at a high mounting density, means for improving the light extraction efficiency from each light emitting part, and the like are known.
  • the light emitting module having the above-described configuration includes a plurality of light emitting units, the illuminance periodically decreases and the illuminance varies on the irradiated surface of the light irradiation target.
  • the illumination surface has a large variation in illuminance in the other direction orthogonal to the one direction in which the light source unit moves relatively, the variation in the integrated light amount of the illuminated surface in the other direction becomes considerably large. Therefore, it becomes difficult to irradiate light with a uniform light amount over the entire irradiated surface of the light irradiation object.
  • JP 2008-108861 A Japanese Patent No. 5359732
  • an object of the present invention is to provide a light emitting module capable of irradiating light with a uniform light amount over the entire irradiated surface of a light irradiation object.
  • the light emitting module of the present invention is a light irradiation apparatus that irradiates a light irradiation object with light from the light source part while relatively changing a positional relationship between the light source part and the light irradiation object in one direction.
  • a light-emitting module used as a light source of a part On the substrate, a plurality of light emitting unit arrays in which one or more first light emitting units and one or more second light emitting units are arranged in the one direction are arranged in a plurality of other directions orthogonal to the one direction. Be arranged, Each of the first light emitting unit and the second light emitting unit includes a light emitting element made of an LED and a sealing lens.
  • the first light emitting unit forms a light distribution in which a peak is located on the optical axis of the light emitting element,
  • the second light emitting unit compensates for a light distribution by the first light emitting unit.
  • the value of the ratio (R2 / H2) between the radius of curvature (R2) and the height (H2) of the sealing lens in the second light emitting unit is the sealing value in the first light emitting unit. It is preferably larger than the ratio (R1 / H1) of the radius of curvature (R1) and height (H1) of the stop lens. Further, in each of the light emitting unit rows, it is preferable that the first light emitting unit and the second light emitting unit are alternately arranged. Moreover, it is preferable that the number of said 1st light emission parts and the number of said 2nd light emission parts in each of the said light emission part row
  • first light emitting unit in one light emitting unit row and the first light emitting unit in another light emitting unit row adjacent to the first light emitting unit are arranged in the other direction. It is preferable that In each of the light emitting unit rows, the sealing lens of the first light emitting unit may be coupled to the sealing lens of the second light emitting unit adjacent to the first light emitting unit.
  • a first light emitting unit that forms a light distribution in which a peak is located on the optical axis of the light emitting element in each of the plurality of light emitting unit rows arranged in the other direction, and the first light emitting unit And the second light emitting unit that compensates for the light distribution due to are arranged in one direction. Then, the light emitting object is irradiated with light while the positional relationship between the light emitting module and the light irradiation object is relatively changed in one direction.
  • the light which has the light distribution by the 1st light emission part, and the light which has the light distribution by the 2nd light emission part are irradiated in the to-be-irradiated surface of a light irradiation target object. Therefore, the integrated light amount by the light from the second light emitting unit is added to the integrated light amount by the light from the first light emitting unit. As a result, the integrated light quantity with respect to the irradiated surface of the light irradiation object is made uniform in the other direction. Therefore, according to said light emitting module, the light of a uniform light quantity can be irradiated over the whole to-be-irradiated surface of a light irradiation target object.
  • FIG. 1 It is a top view which shows the structure in an example of the light emitting module of this invention. It is sectional drawing for description which cut
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the structure of the light source part in the light irradiation apparatus shown in FIG.
  • FIG. 1 It is explanatory drawing which shows the outline of a structure in an example of the photocuring material processing apparatus provided with the light irradiation apparatus which has a light source part of the structure shown in FIG.
  • the position of the first light emitting unit and the second light emitting unit, the light distribution curve in the y direction by each of the first light emitting unit and the second light emitting unit, and the integrated light amount distribution curve in the y direction with respect to the light irradiation object It is explanatory drawing which shows these relationships.
  • It is a top view which shows the structure in the other example of the light emitting module of this invention.
  • FIG. 1 is a plan view showing the configuration of an example of the light emitting module of the present invention
  • FIG. 2 is an explanatory sectional view showing the light emitting module shown in FIG. 1 cut in the longitudinal direction of the light emitting section row.
  • the light emitting module 10 is a light irradiation device that irradiates a light irradiation object with light from the light source part while relatively changing the positional relationship between the light source part and the light irradiation object in the x direction. It is used as a light source.
  • the light emitting module 10 includes a substrate 11 having a rectangular plane.
  • the substrate 11 is disposed along a plane extending in the x direction and the y direction orthogonal to the x direction.
  • a ceramic material such as aluminum nitride or alumina ceramic, a composite resin material such as glass fiber reinforced epoxy resin, or the like can be used.
  • a plurality of light emitting unit rows 20 including a plurality of first light emitting units 21 and a plurality of second light emitting units 25 are arranged. Specifically, in each of the light emitting unit rows 20, a plurality of first light emitting units 21 and a plurality of second light emitting units 25 are alternately arranged on the substrate 11 at a predetermined pitch along the x direction. It is arranged as follows. In this example, the number of first light emitting units 21 is the same in each light emitting unit row 20, and the number of second light emitting units 25 is the same in each light emitting unit row 20. In each of the light emitting unit examples 20, the number of the first light emitting units 21 and the number of the second light emitting units 25 are the same.
  • Each of the light emitting unit rows 20 includes a first light emitting unit 21 in one light emitting unit row 20 and a first light emitting unit 21 in another light emitting unit row 20 adjacent to the first light emitting unit 21. Are arranged in a line in the y direction.
  • Each of the first light-emitting portion 21 and the second light-emitting portion 25 includes a light-emitting element 22 or 26 made of a rectangular plate-shaped LED, and a spherically-shaped envelope provided so as to cover the light-emitting elements 22 and 26. It comprises stop lenses 23 and 27.
  • a glass material such as quartz glass or borosilicate glass, or a translucent resin material such as silicone resin, acrylic resin, or epoxy resin can be used.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the position of the first light emitting unit and the light distribution curve in the y direction by the first light emitting unit.
  • a curve D1 is a light distribution curve in the y direction by the first light emitting unit.
  • the first light emitting unit 21 forms a light distribution in which a peak is located on the optical axis L ⁇ b> 1 of the light emitting element 22.
  • the optical axis of the light emitting element means an axis perpendicular to the light emitting surface passing through the center of the light emitting surface of the light emitting element.
  • the radius of curvature of the sealing lens is obtained from a curve fitted by the least square method to the lens curved surface of the actual sealing lens.
  • the second light emitting unit 25 compensates for the light distribution by the first light emitting unit 21.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the position of the second light emitting unit and the light distribution curve in the y direction by the second light emitting unit.
  • a curve D2 is a light distribution curve in the y direction by the second light emitting unit.
  • the second light emitting unit 25 includes an optical axis L ⁇ b> 2 of the light emitting element 26 and a second light emitting unit 25 of another light emitting unit row 20 adjacent to the second light emitting unit 25.
  • a light distribution in which a peak is located on an axis between the light axis 26 and the optical axis L2 is formed.
  • the sealing lens 27 of the second light emitting unit 25 has a ratio (R2 / H2) between the radius of curvature (R2) and the height (H2) of the sealing lens 23 in the first light emitting unit 21.
  • the value is larger than the value of the ratio (R1 / H1) between the radius of curvature (R1) and the height (H1).
  • the value of the ratio (R2 / H2) of the radius of curvature (R2) and the height (H2) of the sealing lens 27 in the second light emitting part 25 is the radius of curvature of the sealing lens 23 in the first light emitting part 21 (R2 / H2).
  • Such a light emitting module 10 includes a light source that irradiates the light irradiation object with light from the light source unit while relatively changing the positional relationship between the light source unit and the light irradiation object in the x direction. It is mounted as the light source of the part.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing a light irradiation device on which the light emitting module of the present invention is mounted
  • FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a light source unit in the light irradiation device shown in FIG.
  • a transport mechanism 35 for transporting the light irradiation object W in the x direction is provided below the light source unit 30.
  • a plurality of light source units 40 each including a light emitting module 10 having the configuration shown in FIG. 1 and a heat sink 41 disposed on the back surface of the light emitting module 10 are provided. These light source units 40 are arranged in the y direction (a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 5).
  • the light irradiation object W is transported in the x direction by the transport mechanism 35. Thereby, the light from the light source unit 30 is irradiated onto the light irradiation target W while relatively changing the positional relationship between the light source unit 30 and the light irradiation target W in the x direction.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing an outline of a configuration in an example of a photo-curing material processing apparatus including a light irradiation device having a light source unit having the configuration shown in FIG.
  • This photocuring material processing apparatus is configured as an ink jet printer, and has a rectangular parallelepiped shape including a plurality of ejection units (not shown) that eject ultraviolet curable ink, which is a photocuring material, onto a recording medium M.
  • a head unit 50 is provided. On each of both sides in the x direction of the head unit 50, the light irradiation device 1 having the light source unit (not shown) having the configuration shown in FIG. 6 in the housing 2 is disposed adjacent to the head unit 50. Yes.
  • Each of the head unit 50 and the light irradiation device 1 is supported by a guide rail 55 extending in the x direction so as to be movable in the x direction.
  • the recording medium M is intermittently conveyed in the y direction by appropriate conveying means (not shown). Then, while moving the head unit 50 and the light irradiation device 1 in the x direction along the guide rail 55, ink is ejected from the ejection unit of the head unit 50 toward the transported recording medium M. Thereby, ink adheres to the recording medium M. Further, by moving the head unit 50 and the light irradiation device 1 in the x direction, the positional relationship between the light source unit of the light irradiation device 1 and the ink that is the light irradiation object is relatively changed in the x direction while the light source is changed. The light from the part is applied to the ink that is the light irradiation object. As a result, the ink is cured and fixed to the recording medium M.
  • the first light emitting unit 21 that forms a light distribution with a peak located on the optical axis L1 of the light emitting element 22 in each of the plurality of light emitting unit rows 20 arranged in the y direction
  • a second light emitting unit 25 that compensates for the light distribution by one light emitting unit 21 is arranged in the x direction. Then, the light emitting object 10 is irradiated with light while the positional relationship between the light emitting module 10 and the light irradiation object is relatively changed in the x direction.
  • FIG. 8 shows the positions of the first light emitting unit and the second light emitting unit, the light distribution curve in the y direction by each of the first light emitting unit and the second light emitting unit, and the integration in the y direction with respect to the light irradiation object.
  • a curve D1 is a light distribution curve in the y direction by the first light emitting unit
  • a curve D2 is a light distribution curve in the y direction by the second light emitting unit
  • D3 is a y direction light distribution object with respect to the light irradiation object. It is an integrated light quantity distribution curve.
  • the integrated light amount by the light from the second light emitting unit 25 is added to the integrated light amount by the light from the first light emitting unit 21.
  • the integrated light quantity with respect to the irradiated surface of the light irradiation object is made uniform in the y direction. Therefore, according to the light emitting module 10 described above, it is possible to irradiate light with a uniform light amount over the entire irradiated surface of the light irradiation target.
  • each of the sealing lenses 23 of the first light emitting unit 21 is connected to the sealing lens 27 of the second light emitting unit 25 adjacent to the first light emitting unit 21. It may be connected.
  • Either one may be sufficient as the 1st light emission part 21 and the 2nd light emission part 25 in each of a light emission part row
  • the number of the first light emitting units 21 and the second light emitting units 25 in each of the light emitting unit rows may be different.
  • a third light emitting unit having a shape of the sealing lens 26 different from that of the second light emitting unit 25 is added to compensate for the light distribution by the first light emitting unit 21. May be provided.
  • Example 1 A light emitting module having the following specifications was manufactured according to the configuration shown in FIGS.
  • the material of the substrate is aluminum nitride, and the dimensions are 20 mm ⁇ 40 mm ⁇ 2 mm.
  • the number of the light emitting part rows is 5, and the arrangement pitch of the light emitting part rows is 4 mm.
  • the number of first light emitting units in each light emitting unit row is four, and the number of second light emitting units is four.
  • the arrangement pitch of the first light emitting unit and the second light emitting unit (the distance between the centers of the first light emitting unit and the adjacent second light emitting unit) is 2 mm.
  • the light emitting element of the first light emitting unit is a light emitting diode having a peak wavelength of 395 nm, an output of 700 mW, and dimensions of 1 mm ⁇ 1 mm ⁇ 0.1 mm.
  • the sealing lens of the first light emitting part is made of silicone resin, the radius of curvature (R1) is 1888.1 ⁇ m, the height (H1) is 1062.5 ⁇ m, and the radius of curvature (R1) of the sealing lens in the first light emitting part. ) And the height (H1) (R1 / H1) is 1.8.
  • the light emitting element of the second light emitting unit is a light emitting diode having a peak wavelength of 395 nm, an output of 700 mW, and a size of 1 mm ⁇ 1 mm ⁇ 0.1 mm.
  • the sealing lens of the second light emitting part is made of silicone resin, the radius of curvature (R2) is 2143.8 ⁇ m, the height (H2) is 1021.3 ⁇ m, and the radius of curvature (R2) of the sealing lens in the second light emitting part. ) And height (H2) ratio (R2 / H2) is 2.1 (1.18 times the value of ratio (R1 / H1)).
  • Example 2 A light emitting module having the same specifications as in Example 1 was produced except that each of the sealing lens of the first light emitting unit and the sealing lens of the second light emitting unit was changed to one having the following specifications, respectively. .
  • the sealing lens of the first light emitting part is made of silicone resin, the radius of curvature (R1) is 945 ⁇ m, the height (H1) is 945 ⁇ m, and the radius of curvature (R1) and the height of the sealing lens in the first light emitting part.
  • the ratio (R1 / H1) to (H1) is 1.
  • the sealing lens of the second light emitting part is made of silicone resin, the radius of curvature (R2) is 990 ⁇ m, the height (H2) is 945 ⁇ m, and the radius of curvature (R2) and the height of the sealing lens in the second light emitting part.
  • the ratio (R2 / H2) to (H2) is 1.05 (1.05 times the ratio (R1 / H1)).
  • Example 3 A light emitting module having the same specifications as in Example 1 was produced, except that the sealing lens of the first light emitting unit and the sealing lens of the second light emitting unit were changed to those having the following specifications.
  • the sealing lens of the first light emitting part is made of silicone resin, the radius of curvature (R1) is 944 ⁇ m, the height (H1) is 1062 ⁇ m, and the radius of curvature (R1) and the height of the sealing lens in the first light emitting part.
  • the ratio (R1 / H1) to (H1) is 0.89.
  • the sealing lens of the second light emitting part is made of silicone resin, the radius of curvature (R2) is 1073 ⁇ m, the height (H2) is 1021 ⁇ m, and the radius of curvature (R2) and the height of the sealing lens in the second light emitting part.
  • the ratio (R2 / H2) to (H2) is 1.05 (1.18 times the value of the ratio (R1 / H1)).
  • Example 4 A light emitting module having the same specifications as in Example 1 was produced, except that the sealing lens of the first light emitting unit and the sealing lens of the second light emitting unit were changed to those having the following specifications.
  • the sealing lens of the first light emitting part is made of silicone resin, the radius of curvature (R1) is 1050 ⁇ m, the height (H1) is 876 ⁇ m, and the radius of curvature (R1) and the height of the sealing lens in the first light emitting part.
  • the ratio (R1 / H1) to (H1) is 1.2.
  • the sealing lens of the second light emitting part is made of silicone resin, the radius of curvature (R2) is 1425 ⁇ m, the height (H2) is 799 ⁇ m, and the radius of curvature (R2) and height of the sealing lens in the second light emitting part.
  • the ratio (R2 / H2) to (H2) is 1.78 (1.48 times the ratio (R1 / H1)).
  • Example 1 A light emitting module having the same specifications as in Example 1 was produced except that each of the sealing lens of the first light emitting unit and the sealing lens of the second light emitting unit was changed to the same specification shown below. did.
  • the sealing lens of each of the first light emitting part and the second light emitting part is made of silicone resin, the radius of curvature is 945 ⁇ m, the height is 945 ⁇ m, and the ratio of the radius of curvature to the height is 1.
  • a curve a indicated by a solid line is an integrated light amount distribution curve by light from the light emitting module
  • a curve b indicated by a broken line is the first light emitting unit when the illuminance of light from the first light emitting unit is doubled.
  • An accumulated light amount distribution curve by light from the curve is an accumulated light amount distribution curve by light from the second light emitting unit when the illuminance of light from the second light emitting unit is doubled.
  • the light emitting module according to Example 1 can irradiate a uniform amount of light over the entire irradiated surface.
  • Integrated light amount variation ⁇ On the irradiated surface, a standard deviation of the integrated light quantity in a region from a center line extending in the x direction to a position of ⁇ 10 mm in the y direction is obtained, and the value of the standard deviation is set as a variation ⁇ of the integrated light quantity.
  • the value of the ratio (R2 / H2) is larger than the value of the ratio (R1 / H1), and the ratio (R1 / H1) Since it is 1.48 times or less of the value of H1), the variation of the integrated light amount is small compared to the light emitting module according to Comparative Example 1, and the integrated light amount equivalent to that of the light emitting module according to Comparative Example 1 is obtained. It was confirmed.

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Abstract

 光照射対象物の被照射面全体にわたって均一な光量の光を照射することができる発光モジュールを提供する。 本発明の発光モジュールは、光源部と光照射対象物との位置関係を一方向に相対的に変化させながら、光を光照射対象物に照射する光照射装置に用いられる発光モジュールであって、基板上に、1つ以上の第一の発光部および1つ以上の第二の発光部が一方向に並ぶよう配置された発光部列が、一方向と直交する他方向に複数並んで配置されてなり、第一の発光部および第二の発光部の各々は、LEDよりなる発光素子と封止レンズとを備えてなり、第一の発光部は、その発光素子の光軸上にピークが位置する配光分布を形成するものであり、第二の発光部は、第一の発光部による配光分布を補償するものである。

Description

発光モジュール
 本発明は、光源部と光照射対象物との位置関係を一方向に相対的に変化させながら、当該光源部からの光を光照射対象物に照射する光照射装置において、光源部の光源として用いられる発光モジュールに関する。
 例えば光処理装置、検査用装置、医療用装置などにおいては、光照射対象物に対して線状または面状の光源を有する光源部を一方向に相対的に移動させながら、当該光源部からの光を光照射対象物に照射する光照射装置が使用されている。このような光照射装置の光源としては、基板の表面上にLEDよりなる発光素子を有する発光部が配置された発光モジュールが用いられている。
 このような発光モジュールとしては、より高い出力の光を出射するものが求められている。高出力の発光モジュールを得る手段としては、発光部を高い実装密度で配置する手段や、各発光部からの光の取出し効率を向上させる手段などが知られている。
 従来、発光部からの光の取出し効率を向上させる手段としては、発光部の各々に、発光素子を覆うよう封止レンズを設ける手段が知られている(特許文献1および特許文献2参照。)。
 しかしながら、上記の構成の発光モジュールにおいては、複数の発光部が配置されてなるものであるため、光照射対象物の被照射面において周期的に照度が低下して照度のばらつきが生じる。特に、被照射面において、光源部が相対的に移動する一方向に直交する他方向における照度のばらつきが大きい場合には、当該他方向における被照射面の積算光量のばらつきが相当に大きくなる。従って、光照射対象物の被照射面全体にわたって均一な光量の光を照射することが困難となる。
特開2008-108861号公報 特許5359732号公報
 そこで、本発明の目的は、光照射対象物の被照射面全体にわたって均一な光量の光を照射することができる発光モジュールを提供することにある。
 本発明の発光モジュールは、光源部と光照射対象物との位置関係を一方向に相対的に変化させながら、当該光源部からの光を光照射対象物に照射する光照射装置において、前記光源部の光源として用いられる発光モジュールであって、
 基板上に、1つ以上の第一の発光部および1つ以上の第二の発光部が前記一方向に並ぶよう配置された発光部列が、前記一方向と直交する他方向に複数並んで配置されてなり、
 前記第一の発光部および前記第二の発光部の各々は、LEDよりなる発光素子と封止レンズとを備えてなり、
 前記第一の発光部は、その発光素子の光軸上にピークが位置する配光分布を形成するものであり、
 前記第二の発光部は、前記第一の発光部による配光分布を補償するものであることを特徴とする。
 本発明の発光モジュールにおいては、前記第二の発光部における封止レンズの曲率半径(R2)と高さ(H2)との比(R2/H2)の値が、前記第一の発光部における封止レンズの曲率半径(R1)と高さ(H1)との比(R1/H1)の値よりも大きいことが好ましい。
 また、前記発光部列の各々において、前記第一の発光部と前記第二の発光部とが交互に配置されていることが好ましい。
 また、前記発光部列の各々における前記第一の発光部の数と前記第二の発光部の数とが同一であることが好ましい。
 また、一の前記発光部列における前記第一の発光部と、当該第一の発光部に隣接する、他の前記発光部列における前記第一の発光部とが、前記他方向に並ぶよう配置されていることが好ましい。
 また、前記発光部列の各々において、前記第一の発光部の封止レンズが、当該第一の発光部に隣接する前記第二の発光部の封止レンズに連結されていてもよい。
 本発明の発光モジュールにおいては、他方向に並ぶ複数の発光部列の各々に、発光素子の光軸上にピークが位置する配光分布を形成する第一の発光部と、第一の発光部による配光分布を補償する第二の発光部とが、一方向に並ぶよう配置されている。そして、発光モジュールによって、当該発光モジュールと光照射対象物との位置関係を一方向に相対的に変化させがら、当該光照射対象物に光が照射される。これにより、光照射対象物の被照射面においては、第一の発光部による配光分布を有する光と、第二の発光部による配光分布を有する光とが照射される。そのため、第一の発光部からの光による積算光量に第二の発光部からの光による積算光量が加算される。その結果、光照射対象物の被照射面に対する積算光量が他方向において均一化される。
 従って、上記の発光モジュールによれば、光照射対象物の被照射面全体にわたって均一な光量の光を照射することができる。
本発明の発光モジュールの一例における構成を示す平面図である。 図1に示す発光モジュールを発光部列の長手方向に切断して示す説明用断面図である。 第一の発光部の位置と第一の発光部によるy方向の配光曲線との関係を示す説明図である。 第二の発光部の位置と第二の発光部によるy方向の配光曲線との関係を示す説明図である。 本発明の発光モジュールが搭載された光照射装置を示す説明図である。 図5に示す光照射装置における光源部の構成を示す斜視図である。 図6に示す構成の光源部を有する光照射装置を備えた光硬化材料処理装置の一例における構成の概略を示す説明図である。 第一の発光部および第二の発光部の位置と、第一の発光部および第二の発光部の各々によるy方向の配光曲線と、光照射対象物に対するy方向の積算光量分布曲線との関係を示す説明図である。 本発明の発光モジュールの他の例における構成を示す平面図である。 図9に示す発光モジュールを発光部列の長手方向に切断して示す説明用断面図である。 実施例1に係る発光モジュールによる被照射面のy方向における積算光量分布を示す曲線図である。
 以下、本発明の実施の形態について説明する。
 図1は、本発明の発光モジュールの一例における構成を示す平面図であり、図2は、図1に示す発光モジュールを発光部列の長手方向に切断して示す説明用断面図である。この発光モジュール10は、光源部と光照射対象物との位置関係をx方向に相対的に変化させながら、当該光源部からの光を光照射対象物に照射する光照射装置において、光源部の光源として用いられるものである。
 発光モジュール10は、平面が矩形の基板11を有する。この基板11は、x方向およびx方向に直交するy方向に伸びる平面に沿って配置されている。
 基板11を構成する材料としては、窒化アルミニウム、アルミナセラミックス等のセラミックス材料、ガラス繊維補強型エポキシ樹脂等の複合樹脂材料などを用いることができる。
 基板11上には、複数の第一の発光部21および複数の第二の発光部25よりなる発光部列20の複数が配置されている。具体的に説明すると、発光部列20の各々においては、複数の第一の発光部21および複数の第二の発光部25が、基板11上においてx方向に沿って所定のピッチで交互に並ぶよう配置されている。この例では、第一の発光部21の数は、各発光部列20において同一であり、第二の発光部25の数は各発光部列20において同一である。また、発光部例20の各々においては、第一の発光部21の数と第二の発光部25の数とが同一である。
 そして、これらの発光部列20は、y方向に沿って等間隔で離間して並ぶよう配置されている。また、発光部列20の各々は、一の発光部列20における第一の発光部21と、当該第一の発光部21に隣接する、他の発光部列20における第一の発光部21とが、y方向に一列に並ぶよう配置されている。
 第一の発光部21および第二の発光部25の各々は、矩形の板状のLEDよりなる発光素子22,26と、発光素子22,26を覆うよう設けられた、球欠体状の封止レンズ23,27とにより構成されている。封止レンズ23,27を構成する材料としては、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラス材料、あるいは、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの透光性樹脂材料などを用いることができる。
 図3は、第一の発光部の位置と第一の発光部によるy方向の配光曲線との関係を示す説明図である。この図において、曲線D1は、第一の発光部によるy方向の配光曲線である。この図3に示すように、第一の発光部21は、発光素子22の光軸L1上にピークが位置する配光分布を形成するものである。
 以上において、発光素子の光軸とは、発光素子の発光面の中心を通過する当該発光面に垂直な軸を意味する。
 また、封止レンズの曲率半径は、実際の封止レンズのレンズ曲面に対して最小二乗法でフィッティングされた曲線から求められるものである。
 第二の発光部25は、第一の発光部21による配光分布を補償するものである。
 図4は、第二の発光部の位置と第二の発光部によるy方向の配光曲線との関係を示す説明図である。この図において、曲線D2は、第二の発光部によるy方向の配光曲線である。この図4に示すように、第二の発光部25は、発光素子26の光軸L2と、当該第二の発光部25に隣接する、他の発光部列20の第二の発光部25における発光素子26の光軸L2との間の軸上にピークが位置する配光分布を形成するものである。
 この第二の発光部25の封止レンズ27は、その曲率半径(R2)と高さ(H2)との比(R2/H2)の値が、第一の発光部21における封止レンズ23の曲率半径(R1)と高さ(H1)との比(R1/H1)の値よりも大きいものとされている。
 第二の発光部25における封止レンズ27の曲率半径(R2)と高さ(H2)との比(R2/H2)の値は、第一の発光部21における封止レンズ23の曲率半径(R1)と高さ(H1)との比(R1/H1)の値より大きく、かつ、比(R1/H1)の1.48倍以下であることが好ましい。この倍率が1に近づくにつれて、光照射対象物の被照射面に対する積算光量が不均一となる傾向にある。一方、この倍率が過大である場合には、光量が低下する傾向にある。
 このような発光モジュール10は、光源部と光照射対象物との位置関係をx方向に相対的に変化させながら、当該光源部からの光を光照射対象物に照射する光照射装置に、光源部の光源として搭載される。
 図5は、本発明の発光モジュールが搭載された光照射装置を示す説明図であり、図6は、図5に示す光照射装置における光源部の構成を示す斜視図である。この光照射装置においては、光源部30の下方に、光照射対象物Wをx方向に搬送する搬送機構35が設けられている。光源部30においては、それぞれ図1に示す構成の発光モジュール10と、この発光モジュール10の裏面に配置されたヒートシンク41とよりなる複数の光源ユニット40が設けられている。これらの光源ユニット40は、y方向(図5において紙面に垂直な方向)に並ぶよう配置されている。
 そして、光照射装置においては、光照射対象物Wが搬送機構35によってx方向に搬送される。これにより、光源部30と光照射対象物Wとの位置関係をx方向に相対的に変化させながら、光源部30からの光が光照射対象物Wに照射される。
 図7は、図6に示す構成の光源部を有する光照射装置を備えた光硬化材料処理装置の一例における構成の概略を示す説明図である。この光硬化材料処理装置は、インクジェットプリンタとして構成されたものであって、光硬化材料である紫外線硬化性のインクを記録媒体Mに吐出する複数の吐出部(図示省略)を備えた直方体状のヘッド部50を有する。このヘッド部50のx方向の両側の各々には、筐体2内に図6に示す構成の光源部(図示省略)を有する光照射装置1が、当該ヘッド部50に隣接して配置されている。また、ヘッド部50および光照射装置1の各々は、x方向に伸びるガイドレール55にx方向に移動自在に支持されている。
 この光硬化材料処理装置においては、記録媒体Mが、適宜の搬送手段(図示省略)によってy方向に間欠的に搬送される。そして、ヘッド部50および光照射装置1をガイドレール55に沿ってx方向に移動させながら、搬送された記録媒体Mに向かって、当該ヘッド部50の吐出部からインクを吐出させる。これにより、記録媒体Mにはインクが付着する。更に、ヘッド部50および光照射装置1をx方向に移動させることにより、光照射装置1の光源部と光照射対象物であるインクとの位置関係をx方向に相対的に変化させながら、光源部からの光が光照射対象物であるインクに照射される。その結果、インクが硬化して記録媒体Mに定着する。
 上記の発光モジュール10においては、y方向に並ぶ複数の発光部列20の各々に、発光素子22の光軸L1上にピークが位置する配光分布を形成する第一の発光部21と、第一の発光部21による配光分布を補償する第二の発光部25とが、x方向に並ぶよう配置されている。そして、発光モジュール10によって、当該発光モジュール10と光照射対象物との位置関係をx方向に相対的に変化させがら、当該光照射対象物に光が照射される。
 図8は、第一の発光部および第二の発光部の位置と、第一の発光部および第二の発光部の各々によるy方向の配光曲線と、光照射対象物に対するy方向の積算光量分布曲線との関係を示す説明図である。この図8において、曲線D1は、第一の発光部によるy方向の配光曲線、曲線D2は、第二の発光部によるy方向の配光曲線、D3は、光照射対象物に対するy方向の積算光量分布曲線である。
 光照射対象物の被照射面においては、発光モジュール10と光照射対象物との位置関係をx方向に相対的に変化させることにより、第一の発光部21による配光分布を有する光と、第二の発光部25による配光分布を有する光とが例えば交互に照射される。そのため、第一の発光部21からの光による積算光量に第二の発光部25からの光による積算光量が加算される。その結果、図8に示すように、光照射対象物の被照射面に対する積算光量がy方向において均一化される。
 従って、上記の発光モジュール10によれば、光照射対象物の被照射面全体にわたって均一な光量の光を照射することができる。
 以上、本発明の発光モジュールの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
(1)図9および図10に示すように、第一の発光部21の封止レンズ23の各々が、当該第一の発光部21に隣接する第二の発光部25の封止レンズ27に連結されていてもよい。
(2)発光部列の各々における第一の発光部21および第二の発光部25は、いずれか一方が1つであってもよく、両方が1つであってもよい。
(3)発光部列の各々における第一の発光部21および第二の発光部25の数は異なっていてもよい。
(4)発光部列の各々には、第一の発光部21による配光分布を補償するため、第二の発光部25とは封止レンズ26の形状が異なる第三の発光部が付加的に設けられていてもよい。
〈実施例1〉
 図1および図2に示す構成に従い、下記の仕様の発光モジュールを作製した。
[基板]
 基板の材質が窒化アルミニウム、寸法が20mm×40mm×2mmである。
[発光部列]
 発光部列の数は5であり、発光部列の配置ピッチは4mmである。
 各発光部列における第一の発光部の数は4個、第二の発光部の数は4個である。
 第一の発光部および第二の発光部の配置ピッチ(第一の発光部と隣接する第二の発光部との中心間距離)は2mmである。
[第一の発光部]
 第一の発光部の発光素子は、ピーク波長が395nmの発光ダイオードであり、出力が700mW、寸法が1mm×1mm×0.1mmである。
 第一の発光部の封止レンズは、材質がシリコーン樹脂、曲率半径(R1)が1888.1μm、高さ(H1)が1062.5μm、第一の発光部における封止レンズの曲率半径(R1)と高さ(H1)との比(R1/H1)の値は1.8である。
[第二の発光部]
 第二の発光部の発光素子は、ピーク波長が395nmの発光ダイオードであり、出力が700mW、寸法が1mm×1mm×0.1mmである。
 第二の発光部の封止レンズは、材質がシリコーン樹脂、曲率半径(R2)が2143.8μm、高さ(H2)が1021.3μm、第二の発光部における封止レンズの曲率半径(R2)と高さ(H2)との比(R2/H2)の値が2.1(比(R1/H1)の値の1.18倍)である。
〈実施例2〉
 第一の発光部の封止レンズおよび第二の発光部の封止レンズの各々を、それぞれ以下に示す仕様のものに変更したこと以外は、実施例1と同様の仕様の発光モジュールを作製した。
 第一の発光部の封止レンズは、材質がシリコーン樹脂、曲率半径(R1)が945μm、高さ(H1)が945μm、第一の発光部における封止レンズの曲率半径(R1)と高さ(H1)との比(R1/H1)の値は1である。
 第二の発光部の封止レンズは、材質がシリコーン樹脂、曲率半径(R2)が990μm、高さ(H2)が945μm、第二の発光部における封止レンズの曲率半径(R2)と高さ(H2)との比(R2/H2)の値は1.05(比(R1/H1)の値の1.05倍)である。
〈実施例3〉
 第一の発光部の封止レンズおよび第二の発光部の封止レンズの各々を、以下に示す仕様のものに変更したこと以外は、実施例1と同様の仕様の発光モジュールを作製した。
 第一の発光部の封止レンズは、材質がシリコーン樹脂、曲率半径(R1)が944μm、高さ(H1)が1062μm、第一の発光部における封止レンズの曲率半径(R1)と高さ(H1)との比(R1/H1)の値は0.89である。
 第二の発光部の封止レンズは、材質がシリコーン樹脂、曲率半径(R2)が1073μm、高さ(H2)が1021μm、第二の発光部における封止レンズの曲率半径(R2)と高さ(H2)との比(R2/H2)の値は1.05(比(R1/H1)の値の1.18倍)である。
〈実施例4〉
 第一の発光部の封止レンズおよび第二の発光部の封止レンズの各々を、以下に示す仕様のものに変更したこと以外は、実施例1と同様の仕様の発光モジュールを作製した。
 第一の発光部の封止レンズは、材質がシリコーン樹脂、曲率半径(R1)が1050μm、高さ(H1)が876μm、第一の発光部における封止レンズの曲率半径(R1)と高さ(H1)との比(R1/H1)の値は1.2である。
 第二の発光部の封止レンズは、材質がシリコーン樹脂、曲率半径(R2)が1425μm、高さ(H2)が799μm、第二の発光部における封止レンズの曲率半径(R2)と高さ(H2)との比(R2/H2)の値は1.78(比(R1/H1)の値の1.48倍)である。
〈比較例1〉
 第一の発光部の封止レンズおよび第二の発光部の封止レンズの各々を、以下に示す同一の仕様のものに変更したこと以外は、実施例1と同様の仕様の発光モジュールを作製した。
 第一の発光部および第二の発光部の各々の封止レンズは、材質がシリコーン樹脂、曲率半径が945μm、高さが945μm、曲率半径と高さとの比の値は1である。
[試験1]
 実施例1に係る発光モジュールからの光を、当該発光モジュールから5mm離間した、x方向およびy方向に伸びる被照射面に対して、発光モジュールと被照射面との位置関係を、83mm/secの速度でx方向に相対的に変化させながら照射した。そして、被照射面のy方向における積算光量分布を測定した。結果を図11に示す。
 図11において、縦軸は積算光量(相対値)、横軸は、被照射面の中心位置からのy方向の距離(mm)である。また、実線で示す曲線aは、発光モジュールからの光による積算光量分布曲線、破線で示す曲線bは、第一の発光部からの光の照度を2倍にしたときの当該第一の発光部からの光による積算光量分布曲線、一点鎖線で示す曲線cは、第二の発光部からの光の照度を2倍にしたときの当該第二の発光部からの光による積算光量分布曲線である。
 図11に示す結果から明らかなように、実施例1に係る発光モジュールによれば、被照射面全体にわたって均一な光量の光を照射することができることが確認された。
[試験2]
 実施例2~4および比較例1に係る発光モジュールの各々からの光を、当該発光モジュールから5mm離間した、x方向およびy方向に伸びる被照射面に対して、発光モジュールと被照射面との位置関係を、83mm/secの速度でx方向に相対的に変化させながら照射した。そして、被照射面のy方向における積算光量のばらつきσを、以下のようにして求めた。結果を表1に示す。
 積算光量のばらつきσ:
 被照射面において、x方向に伸びる中心線からy方向に±10mmとなる位置までの領域の積算光量の標準偏差を求め、この標準偏差の値を積算光量のばらつきσとする。
[試験3]
 実施例2~4および比較例1に係る発光モジュールの各々からの光を、当該発光モジュールから5mm離間した、x方向およびy方向に伸びる被照射面に対して、発光モジュールと被照射面との位置関係を、83mm/secの速度でx方向に相対的に変化させながら照射した。そして、被照射面のy方向における最大積算光量を求め、比較例1の最大積算光量の値を100としたときの相対値を算出した。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1の結果から明らかなように、実施例2~4に係る発光モジュールによれば、比(R2/H2)の値が、比(R1/H1)の値より大きく、かつ、比(R1/H1)の値の1.48倍以下であるため、比較例1に係る発光モジュールに比較して、積算光量のばらつきが小さく、しかも、比較例1に係る発光モジュールと同等の積算光量が得られることが確認された。
1  光照射装置
2  筐体
10 発光モジュール
11 基板
20 発光部列
21 第一の発光部
22 発光素子
23 封止レンズ
25 第二の発光部
26 発光素子
27 封止レンズ
30 光源部
35 搬送機構
40 光源ユニット
41 ヒートシンク
50 ヘッド部
55 ガイドレール
L1,L2 光軸
M  記録媒体
W  光照射対象物

Claims (6)

  1.  光源部と光照射対象物との位置関係を一方向に相対的に変化させながら、当該光源部からの光を光照射対象物に照射する光照射装置において、前記光源部の光源として用いられる発光モジュールであって、
     基板上に、1つ以上の第一の発光部および1つ以上の第二の発光部が前記一方向に並ぶよう配置された発光部列が、前記一方向と直交する他方向に複数並んで配置されてなり、
     前記第一の発光部および前記第二の発光部の各々は、LEDよりなる発光素子と封止レンズとを備えてなり、
     前記第一の発光部は、その発光素子の光軸上にピークが位置する配光分布を形成するものであり、
     前記第二の発光部は、前記第一の発光部による配光分布を補償するものであることを特徴とする発光モジュール。
  2.  前記第二の発光部における封止レンズの曲率半径(R2)と高さ(H2)との比(R2/H2)の値が、前記第一の発光部における封止レンズの曲率半径(R1)と高さ(H1)との比(R1/H1)の値よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。
  3.  前記発光部列の各々において、前記第一の発光部と前記第二の発光部とが交互に配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発光モジュール。
  4.  前記発光部列の各々における前記第一の発光部の数と前記第二の発光部の数とが同一であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発光モジュール。
  5.  一の前記発光部列における前記第一の発光部と、当該第一の発光部に隣接する、他の前記発光部列における前記第一の発光部とが、前記他方向に並ぶよう配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の発光モジュール。
  6.  前記発光部列の各々において、前記第一の発光部の封止レンズが、当該第一の発光部に隣接する前記第二の発光部の封止レンズに連結されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の発光モジュール。
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