(57)【要約】発光モジュールは、基板上にｘ−ｙ格子状に配置された発光素子のアレイと、発光素子に対応するようｘ−ｙ格子状に配置された開口のアレイを有し、前記基板上に配置された反射板とを備える。反射板の大きさと開口の大きさは、発光素子からの光を部分的にコリメートするよう設定されている。発光モジュール製造方法は、基板上に発光素子のアレイを配置する工程と、発光素子からの光を部分的にのみコリメートするように形成され、発光素子に対応するよう配置された開口のアレイを有する反射板を製造する工程と、反射板の各開口の中央部に発光素子が位置するよう、反射板を基板に取り付ける工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にｘ−ｙ格子状に配置された発光素子のアレイと、
前記発光素子に対応するようｘ−ｙ格子状に配置された開口のアレイを有し、前記基板上に配置された反射板とを備え、
前記反射板の大きさと前記開口の大きさは、前記発光素子からの光を部分的にコリメートするよう設定されていることを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
前記発光素子のアレイは、発光ダイオードまたは有機発光ダイオードを含む請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記発光モジュールは、レンズ素子のアレイをさらに備え、
該アレイにおける前記各レンズ素子は、前記反射板の前記開口のアレイにおける１つの前記開口内に配置されている請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記レンズ素子は、前記反射板の前記開口の内部に収容されるよう配置されている請求項３に記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記レンズ素子は、前記反射板から突出するように、前記開口に設けられている請求項３に記載の発光モジュール。
【請求項６】
前記開口は、ターゲットとする距離において、前記発光素子から均一な照明を提供するよう設定された大きさを有する請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項７】
前記反射板は、反射膜を有する射出成型された構造、または機械加工による開口を有する金属板のいずれか一方をさらに有する請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項８】
前記開口は、前記発光素子の個々の大きさを基に設定されている請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項９】
前記反射板は、前記発光素子からの光を実質的に全てコリメートする高さの約半分の高さを有する請求項８に記載の発光モジュール。
【請求項１０】
基板上に発光素子のアレイを配置する工程と、
前記発光素子からの光を部分的にのみコリメートするように形成され、前記発光素子に対応するよう配置される開口のアレイを有する反射板を製造する工程と、
前記反射板の前記各開口の中央部に前記発光素子が位置するよう、前記反射板を前記基板に取り付ける工程とを備えることを特徴とする発光モジュール製造方法。
【請求項１１】
前記反射板を製造する工程は、前記反射板を射出成型により成形し、成形した前記反射板を反射膜でコーティングする工程、または機械加工により金属部品に前記開口を形成する工程のいずれか一方を含む請求項１０に記載の発光モジュール製造方法。
【請求項１２】
前記発光モジュール製造方法は、レンズ素子を前記各発光素子上（over）に配置する工程をさらに含む請求項１０に記載の発光モジュール製造方法。
【請求項１３】
前記レンズ素子を配置する工程は、前記反射板を取り付ける工程の前に、前記各発光素子上にレンズ材料を堆積させ、前記発光素子上にレンズを形成する工程を含む請求項１２に記載の発光モジュール製造方法。
【請求項１４】
前記レンズ素子を配置する工程は、
成形型を前記反射板に取り付ける工程と、
前記成形型を通じてレンズ材料を前記反射板の前記各開口内部に堆積させる工程と、
前記レンズ材料が硬化した後、前記成形型を取り外す工程とを含む請求項１２に記載の発光モジュール製造方法。
【請求項１５】
前記レンズ素子を配置する工程は、
前記反射板上に過剰なレンズ材料を供給し、前記レンズ材料を前記各開口の内部に堆積させる工程と、
前記過剰なレンズ材料上に、前記レンズを形成するための成形型を配置する工程と、
前記レンズ材料が硬化した後、前記成形型を取り外す工程とを含む請求項１２に記載の発光モジュール製造方法。
【請求項１６】
前記反射板を製造する工程は、前記発光素子からの前記光を実質的に全てコリメートする前記開口を提供する高さの約半分の高さを有する反射板を製造する工程を含む請求項１０に記載の発光モジュール製造方法。
【請求項１７】
前記反射板を製造する工程は、前記発光素子からの前記光を部分的にのみコリメートするような大きさを有する前記開口を形成する工程を含む請求項１０に記載の発光モジュール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
紫外線（ＵＶ）硬化は、プリント、コーティング及び殺菌消毒の分野で多く利用されている。一般的に、ＵＶ感応材料では、硬化プロセス（重合）を開始し、材料中の硬化プロセスを持続させるために、一定量のエネルギーをＵＶ光として与える必要がある。ＵＶ光機器は、一般的に、ＵＶランプとして知られている。ＵＶ光機器は、ＵＶ光を硬化用のＵＶ感応材料に提供する。
【０００２】
発光ダイオード（Light Emitting Diodes、ＬＥＤｓ）アレイをＵＶ硬化に用いることは、アークランプをＵＶ硬化に用いる場合と比較して、低消費電力、低コスト、動作温度が低い等、いくつかの有利な点がある。一般的に、ＬＥＤｓアレイは、個々に基板上に配置されたＬＥＤ素子から構成される。このＬＥＤ素子は、基板上に、ｘ−ｙ格子状に配置されている。ＬＥＤｓアレイの目的は、ＬＥＤｓアレイから所定の距離離れた位置にある目標のワーク面に、ＵＶ光を伝達することである。この際、ワーク面に照射されるＵＶ光は、高放射照度であって、かつワーク面のＵＶ光照射面全域で放射照度のばらつきが少ない状態であることが好ましい。ＬＥＤは、所定の距離で均一な照度となる照射光を与える拡散点光源である。しかしながら、このようなＬＥＤ照射光の照射照度が均一となる距離では、ＬＥＤ照射光の放射照度は、ＵＶ感応材料が所望の重合度（硬化度）を達成するのに不十分なレベルにまで低下してしまう。本発明は、ワーク面のＵＶ光照射面における照度のばらつきを、ターゲットであるワーク面で、不均一な重合が生じるレベルまで増加させることなく、目標の距離における放射照度を増加させることを目標とする。
【０００３】
Ｍａｒｓｈａｌｌ  ｅｔ  ａｌ.は、２００３年４月１５日発行、アメリカ特許番号第６，５４７，４２３号“性能が改善され、小型化されたＬＥＤコリメーション光学系（LED Collimation Optics with improved performance and reduced size）”を教示している。この光学系をＵＶ硬化の分野に適用する場合、いくつかの問題点がある。第１の問題は、光学系のサイズは、１平方センチメートル当たりに設置できるモジュールの数を大幅に制限してしまうことである。モジュールの数が制限されると、多数のモジュールによってワーク面へ放射される光の放射照度が減少してしまう。第２の問題は、光学系のデザインが、モジュールから発せられる光を実質的に（substantially）コリメートしてしまうことである。多数のモジュールが、それぞれ、ワーク面に対し、最大照射照度の光を照射するよう用いられた場合、得られる照射パターンは、非常に大きなばらつきを有する。そのような不均一な照射パターンは、ワーク面で、不均一な重合を発生させてしまう。第３の問題は、多数のモジュールを製造しなくてはならないことである。このような光学系は、相対的に、デザインおよび製造するのに手間がかかる（複雑である）。また、このような光学系は、比較的高価である。このようなことは、照明系のコスト全体およびこのようなデバイスの潜在的マーケットに悪影響を及ぼす。
【０００４】
高いコリメーション度を達成するためのもう１つのアプローチが、１９８８年８月３０日発行、アメリカ特許番号第４，７６７，１７２号に示されている。このアプローチをＵＶ硬化に適用する場合、上述の場合と同様の問題点がある。さらに、ただ１つの点光源を用いる異なったデザインが２００１年２月２０日発行、アメリカ特許番号第６，１９０，０２０号に示されている。このデザインであっても、上述の場合と同様の制限に悩まされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さらに、高いコリメーションを実現しようとするアプローチは、実際には、上述のようなＵＶ硬化に用いられるＬＥＤ光機器に、問題を発生させる場合がある。もし、光が必要以上の高いコリメート度でコリメートされた場合、ターゲットであるワーク面には、必要以上の照明が照射される領域（ホットスポット）が発生するという、好ましくない結果になる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、反射板を有する発光モジュールの一実施形態を示す。
【０００７】
【図２】図２は、反射板を有する発光モジュールの一実施形態の上面図である。
【０００８】
【図３】図３は、反射板を有する発光モジュールの一実施形態の側面図である。
【０００９】
【図４】図４は、光学素子を備える反射板を有する発光モジュールの一実施形態の側面図である。
【００１０】
【図５】図５は、光学素子を備える反射板を有する発光モジュールの別の実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、発光モジュール１０の斜視図である。発光モジュール１０は、基板１４と、基板１４上にｘ−ｙ格子状に配置された個々の発光素子１２を有している。個々の発光素子１２は、例えば、有機ＬＥＤｓ（organic light emitting diodes）を含む発光ダイオードである。一般的に、これら発光素子１２は、パワー（照射パワー）を提供し、素子の制御を行うために、基板１４上に略直線状に配置される。
【００１２】
反射板１６は、基板１４上に取り付けられている。反射板１６は、１８のような開口のアレイを有している。これらの開口は、それぞれ、各発光素子１２用の反射カップとして機能する。この開口のアレイは、各開口が、各発光素子１２に対応するよう配置されている。一般的に、反射板１６は、発光素子１２が各開口の中央に位置するように配置されている。また、開口の形状は、発光素子１２からの光の発光パターンを所望のパターンにモディファイするために、制御（コントロール）されている。
【００１３】
図２は、反射板１６の上面図である。通常、反射板１６における１８のような開口は、１２のような個々の発光素子が、開口の中央部（中心部）に位置するよう配置されている。図３から図５において、より詳細に示されているように、開口は、反射板１６の底面に設けられた第１の開口部２２と、第１の開口部２２より幅広であって、反射板１６の上面に設けられた第２の開口部２０とを有しており、反射板１６を貫通している。
【００１４】
図示の実施形態では、反射板１６の底面は、図１の基板１４の表面に接するよう設置されている。さらに、実際には、基板１４の“表面”は、コーティング（被覆）されていてもよく、または発光素子１２の電気配線を保護するその他の部材等が、基板１４上をコーティングしていてもよい。このように、反射板１６が基板１４に接するか否かは、本発明の範囲を限定するものではない。反射板１６は、所定の高さだけ、基板１４からオフセット（離間）していてもよい。この場合、反射板１６は、もはや基板１４に接していないが、この場合であっても、所望の光伝達特性は維持されている。このオフセットは、様々な方法で実現することが可能である。このような方法には、取り付けられた基板１４と反射板１６とを電気的に隔絶する絶縁体（スタンドオフ）が用いられる。このような絶縁を実現する明確かつロジカル（論理的）な方法は、多数存在し、それは当業者にとって、容易に理解可能であろう。
【００１５】
図３から図５は、それぞれ異なる実施形態の反射板１６を有する図１の発光モジュールの断面図である。図３に示すように、反射板１６は、開口１８のような各開口の上側が、直線状に並ぶように配置されている。以下、議論を分かり易くするため、図３および図４では、破線（ダッシライン）を用いて各開口の上側を構成する直線を示す。上述のように、反射板１６の取り付けは、基板１４の上方にあってもよいし、基板１４に隣接していてもよい。また、反射板１６は、配線層２６上方に設置、または接していてもよい。配線層２６は、１２のような発光素子用の電気的接続を行うための配線を含む。１８のような開口は、発光素子１２からの光を部分的にコリメートする。この開口は、光を実質的に（substantially）コリメートするというよりも、目的に応じて光を部分的にコリメートする。この所望の光出力は、ターゲットとする距離において、良好な均一性を有する。実質的にコリメートされた光は、ターゲットにホットスポットを生じさせる。このホットスポットは、発光機器内における発光素子１２の配置に対応する。また、発光素子１２からの光を実質的にコリメートするために必要な光学素子は、開口１８の直径を増加させるであろう。開口１８の直径の増加は、基板１４上に配置された発光素子１２のスペース最少化に対して悪影響を与える（不利である）。この開口１８の直径の増加とスペース最少化との関係は、発光素子１２をＵＶ硬化に用いた場合おけるトレードオフ（trade off）関係である。また、均一な良好性を維持しつつ、所定の距離における照射照度の最大化することが要求される。
【００１６】
大きさ（寸法）に関し、光の部分的なコリメートの達成は、反射板１６の厚さと、反射板１６の厚さに従う開口の深さ（厚さ）とを制御することによって実現される。もし、光の完全に近いコリメートを要求する場合、反射板１６は、特定の値の高さを有することとなろう。一方、光の部分的なコリメートを達成するためには、反射板１６の高さを、光の完全に近いコリメートを達成する高さの約半分にする。これは、反射カップの円錐角（cone angle）に関連する。
【００１７】
別の次元（幅）から、発光素子１２の大きさ（寸法）を考える。例えば、もし発光素子１２が１ミリメートル幅であったならば、開口は、２ミリメートル幅となるか、もしくは、部分的に発光素子１２の幅の２倍の幅を有するであろう。開口は、発光素子１２の大きさに比例し、得られる発光領域の範囲に関する制限には関係しない。開口は、発光素子１２の大きさ（寸法）を基に設定されていると言える。
【００１８】
異なる実施形態においては、マイクロレンズまたはその他の光学素子が発光モジュールに含まれていてもよい。典型的には、１つの発光素子１２ごとに１つの光学素子が含まれる。図４は、３０および３２のようなレンズによって構成されるレンズのアレイを示している。このレンズのアレイは、発光素子１２のアレイ上の全域にわたって配置されている。この実施形態では、光学的に透明なジェル等のレンズ材料は、反射板１６が取り付けられる前に、個々の発光素子１２上に堆積（deposit）される。例えば、ジェルは、発光素子１２上に液状で堆積され、その後、レンズの形に硬化する、または硬化される。
【００１９】
図４の異なる実施形態においては、レンズ材料は、反射板１６が取り付けられた後に、堆積または形成される。
【００２０】
図５に示す異なる実施形態においては、レンズ素子３４は、反射板１６の表面から突出するように、１８のような開口に設けられている。この場合、レンズ材料３４は、成形型３６によって成形される。この実施形態において、反射板１６は、基板１４に取り付けられ、レンズ材料３４は、開口内に堆積される。このレンズ材料３４の堆積は、成形型３６が取り付けられた後に行われてもよい。この場合、成形型３６の反射板１６に対抗する一方の側も同様に、開口を有している。または、レンズ材料３４は、堆積され、その後に、成形されてもよい。この場合であっても、３４のような光学素子は、反射板１６の表面から突出するように、開口１８に設けられている。
【００２１】
反射カップを用いることは、発光素子の全体効率を増加させる利点と同様、光学素子を製造する上で、いくつかの利点がある。上述の実施形態では、反射カップは、レンズ材料（光学素子）の下側部分を成形するための部分的な成形型として機能する。
【００２２】
このようにして得られたレンズ有またはレンズ無の発光モジュールは、ワーク面に対する高い照射照度を有し、かつ均一な光を提供することができる。均一性は、典型的には、照射範囲全体における最大照射照度と最少照射照度の差が３０％以下であるか否かによって定量化される。そして、強度は、典型的には、照射範囲全域において１平方センチメートル当たり１ワット以上となっている。このような反射板１６は、簡単に製造することができ、発光素子１２の２次元アレイを必要とされる大きさに簡単に調整できる。さらに、相対的に低い高さを保つことができることから、既存の発光モジュール（発光機器）内に収納することができる。
【００２３】
なお、反射板用の装置および方法について、特定の実施形態の要点を説明してきたが、このような特定の言及は、特許請求の範囲に記載された限定を除き、本発明の範囲を限定するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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