(57)【要約】マイクロチャンネル冷却型ＵＶ硬化システム及びその構成要素が提供される。１つの実施形態によれば、ランプヘッドモジュールは、高アスペクト比で高フィルファクターの発光デバイスのアレイと、サブマウントとを備える。アレイは、電気的に直列の発光デバイスからなる複数の群を含み、これらの群は電気的に並列に接続される。サブマウントはモノリシック構造であり、複数のＬ字形状のパターニングされた回路材料層を含む。Ｌ字形状のパターニングされた回路材料層のそれぞれは、アーム部とステム部とを含む。アーム部は発光デバイスボンドパッドとして機能し、ステム部はワイヤボンドパッド及び回路トレースとして機能する。群の各発光デバイスはサブマウントの対応するアーム部に固着される。ステム部はアレイの外部に配置され、アレイの長さに平行に延び、群の隣接する発光デバイス間の電流のための一次通電機能を実行する。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光デバイスのアレイであって、該アレイの長さが該アレイの幅よりも大きい高アスペクト比を有し、前記発光デバイスは高フィルファクターを生じるように近接して離間され、電気的に直列の発光デバイスからなる複数の群を含み、該複数の群は電気的に並列に接続される、発光デバイスのアレイと、
複数のＬ字型にパターニングされた回路材料層を含むモノリシック構造のサブマウントであって、前記複数のＬ字型にパターニングされた回路材料層のそれぞれはアーム部とステム部とを含み、前記アーム部は発光デバイスボンドパッドとして機能し、前記ステム部はワイヤボンドパッド及び回路トレースの両方として機能する、サブマウントと、
を備えるランプヘッドモジュールであって、
前記電気的に直列の発光デバイスからなる複数の群のうちの電気的に直列の発光デバイスからなる群の各発光デバイスは、前記サブマウントの対応するアーム部に固着され、
複数の前記ステム部は、前記アレイの前記長さ及び前記幅によって画定されるエリアの実質的に外部に配置され、前記アレイの前記長さに実質的に平行に延び、前記電気的に直列の発光デバイスからなる群の隣接する発光デバイス間の電流のための一次通電機能を共同で実行する、ランプヘッドモジュール。
【請求項２】
前記複数のＬ字型にパターニングされた回路材料層は、連動構成で前記サブマウント上にパターニングされ、前記複数のＬ字型にパターニングされた回路材料層のうちの隣接するＬ字型にパターニングされた回路材料層の前記ステム部は、前記アレイの両側に配置され、互いに実質的に平行に延びる、請求項１に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項３】
複数の前記アーム部のそれぞれは、前記電気的に直列の発光デバイスからなる群の発光デバイスを前記発光デバイスボンドパッドに固着させるように意図される半田が、前記ワイヤボンドパッド及び前記回路トレース上に広がることを防ぐ半田障壁を組み込む、請求項１に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項４】
アノード層及びカソード層を含む多層フレックス回路であって、該多層フレックス回路には矩形のアパーチャが形成され、該アパーチャ内に前記サブマウント及び前記アレイが配置される、多層フレックス回路を更に備え、
前記多層フレックス回路の前記アノード層は、前記電気的に直列の発光デバイスからなる群の最初の発光デバイスに関連付けられた発光デバイスボンドパッドに電気的に結合され、
前記多層フレックス回路の前記カソード層は、前記電気的に直列の発光デバイスからなる群の最後の発光デバイスに関連付けられた回路トレースに電気的に結合される、請求項１に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項５】
放熱を行う上面を有するマイクロチャンネル冷却器を更に備え、前記サブマウントはポリマー接着剤又は金属製半田によって前記放熱を行う上面に固着される、請求項１に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項６】
前記アレイの前記長さ及び前記幅によって画定される総面積を前記アレイの発光表面積によって除算して１００を乗算することにより測定される高フィルファクターは、７０％よりも大きい、請求項１に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項７】
前記発光表面積は、平方ミリメートルあたり１ワットよりも高い光出力パワー密度を有する、請求項１に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項８】
モノリシック構造の第２のサブマウントを更に備え、前記電気的に直列の発光デバイスからなる複数の群のうちの電気的に直列の発光デバイスからなる第２の群は、前記第２のサブマウントによって電気的に直列に電気的に接続され、前記サブマウント及び前記第２のサブマウントは電気的に並列に接続される、請求項１に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項９】
前記発光デバイスのうちの少なくとも１つは紫外線を放出する発光デバイスである、請求項１に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項１０】
前記発光デバイスのうちの少なくとも１つは、紫外線光スペクトルの外側の領域において発光する、請求項１に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項１１】
前記発光デバイスのうちの２つ以上は異なる波長で発光する、請求項１に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項１２】
発光デバイスのアレイであって、該アレイの長さが該アレイの幅よりも大きい高アスペクト比を有する、発光デバイスのアレイと、
前記アレイによって放出される光子を方向付ける一対の光マクロ反射器であって、被加工物の表面上に、トップハット分布を有するビームパターンを生成するように構成される、一対の光マクロ反射器と、
を備える、ランプヘッドモジュール。
【請求項１３】
前記一対の光マクロ反射器は入口アパーチャ及び出口アパーチャを形成し、前記入口アパーチャは前記アレイの発光面に近接して位置決めされ、前記出口アパーチャは前記一対の光マクロ反射器の遠位端に配置され、前記入口アパーチャは、前記発光面の面積の１０１％の大きさの面積を有する、請求項１２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項１４】
前記一対の光マクロ反射器は入口アパーチャ及び出口アパーチャを形成し、前記入口アパーチャは前記アレイの発光面に近接して位置決めされ、前記出口アパーチャは前記一対の光マクロ反射器の遠位端に配置され、前記入口アパーチャは、前記発光面の面積の１１０％の大きさの面積を有する、請求項１２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項１５】
前記入口アパーチャは、前記発光面の上方に、該発光面から０ミクロン〜２５ミクロンの範囲内に位置決めされる、請求項１２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項１６】
前記出口アパーチャから前記被加工物の前記表面までの距離は、前記入口アパーチャと前記出口アパーチャとの間の距離の約０．０１倍〜３倍である、請求項１２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項１７】
前記一対の光マクロ反射器のそれぞれは、複数の楕円形分布を正確に近似するような形状にされた内面を有する、請求項１２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項１８】
前記トップハット分布は非対称である、請求項１２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項１９】
前記発光デバイスは直列／並列構成で電気的に結合される、請求項１２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項２０】
前記発光デバイスは、前記アレイの前記長さ及び前記幅によって画定される総面積を前記アレイの発光表面積によって除算して１００を乗算することにより測定される、７０％よりも高いフィルファクターを生じるように近接して離間される、請求項１２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項２１】
前記発光デバイスのうちの少なくとも１つは紫外線を放出する発光デバイスである、請求項１２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項２２】
アノード出力接続及びカソード出力接続を有する電源と、
発光面を有する発光デバイスのアレイであって、高輝度及び高アスペクト比を有する、アレイと、
前記アレイの複数の発光デバイスを電気的に直列に電気的に結合するように構成されるサブマウントであって、複数の発光デバイスボンドパッドエリアと複数のワイヤボンドエリアとを含む、サブマウントと、
ランプ本体と、
前記ランプ本体に装着されるフレックス回路であって、該フレックス回路の長さ及び高さについて高アスペクト比を有し、該フレックス回路には位置決めアパーチャが形成され、該アパーチャ内に前記サブマウントが装着され、該フレックス回路は、アノード層及びカソード層を含む反対の電気極性のパターニングされた導電層を備える、フレックス回路と、
を備えるランプヘッドモジュールであって、
前記フレックス回路の第１の端部は、前記アノード層の第１の部分を露出させ、前記電源の前記アノード出力接続との電気的な接続を形成し、前記カソード層の第１の部分を露出させ、前記電源の前記カソード出力接続との電気的な接続を形成し、
前記フレックス回路の第２の端部は、前記アノード層の第２の部分を露出させ、該第２の部分は、前記サブマウントの前記複数の発光デバイスボンドパッドエリアのうちの、前記複数の発光デバイスの最初の発光デバイスと関連付けられた発光デバイスボンドパッドエリアに電気的に結合され、
前記フレックス回路の前記第２の端部は、前記カソード層の第２の部分を露出させ、該第２の部分は、前記複数のワイヤボンドエリアのうちの、前記複数の発光デバイスの最後の発光デバイスと関連付けられたワイヤボンドエリアのカソード部に電気的に結合される、ランプヘッドモジュール。
【請求項２３】
前記高アスペクト比は約１００：１〜２００：１である、請求項２２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項２４】
前記高アスペクト比は約１５０：１である、請求項２３に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項２５】
前記フレックス回路は、該フレックス回路の前記第１の端部が前記アレイの前記発光面を含む平面に対し垂直な平面内に実質的にあるように前記ランプ本体の回りをラッピングし、前記フレックス回路の前記第２の端部は前記アレイの前記発光面に対し平行な平面内に実質的にある、請求項２２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項２６】
上面を有するマイクロチャンネル冷却器組立体を更に備え、該上面に前記サブマウント及び前記フレックス回路の前記第２の端部がボンディングされる、請求項２２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項２７】
前記アレイによって放出される光子を方向付ける、前記フレックス回路に固着された一対の光マクロ反射器を更に備える、請求項２２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項２８】
前記発光デバイスのうちの少なくとも１つは紫外線を放出する発光デバイスである、請求項２２に記載のランプヘッドモジュール。
【請求項２９】
発光デバイスのアレイであって、該アレイの長さが該アレイの幅よりも大きい高アスペクト比を有し、前記発光デバイスは高フィルファクターを生じるように近接して離間され、電気的に直列の発光デバイスからなる複数の群を含み、該複数の群は電気的に並列に接続される、発光デバイスのアレイと、
インレット冷却剤フローチャンネルとアウトレット冷却剤フローチャンネルとを有するランプ本体であって、前記インレット冷却剤フローチャンネル及び前記アウトレット冷却剤フローチャンネルは、前記アレイの前記幅と実質的に同様の厚さを有する仕切板によって分離される、ランプ本体と、
を備える、ランプヘッドモジュール。
【請求項３０】
前記厚さは前記アレイの前記幅の約１０％の範囲内にある、請求項２９に記載のランプヘッドモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、包括的には、マイクロチャンネル冷却型発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。特に、本発明の実施形態は、高輝度、高放射照度及び高エネルギー密度を提供する、高パワー密度で、高フィルファクターのマイクロチャンネル冷却型紫外線（ＵＶ）ＬＥＤランプヘッドモジュールに関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１０年１月２７日に出願された米国仮特許出願第６１／３３６，９７９号の優先権の利益を主張する、２０１１年１月２６日に出願された米国特許出願第１３／０１４，０６９号と、２０１０年４月１日に出願された米国仮特許出願第６１／３４１，５９４号と、２０１０年１１月５日に出願された米国仮特許出願第６１／４５６，４２６号との一部継続出願である。これらの特許文献の全ては、あらゆる目的で引用することによりそれらの全体が本明細書の一部をなす。
【０００３】
［著作権表示］
本明細書は、著作権保護の対象となる題材を含む。本著作権所有者は、本特許開示が特許商標庁の特許包袋又は記録に掲載されるとおりに任意の者により複写複製されることに何ら異存はないが、それ以外ではいかなる著作権権利も全て留保する。Copyright(c) 2010-2012, Fusion UV systems, Inc.
【背景技術】
【０００４】
今日のＵＶＬＥＤは依然として比較的非効率的である（通常、高電流密度において動作される場合に約２０％の効率で動作する）。これらの非効率性は、結果として大量の廃熱を発生し、したがって、半導体デバイスのＰＮ接合内における電気／光変換プロセスの副産物である不所望の廃熱を除去するために、少なくとも空冷を必要とし、多くの場合に液体冷却（例えば、熱交換器及び／又は冷却装置）を必要とする。その熱が非常に効果的かつ効率的に除去されない場合には、ＬＥＤデバイスは、効率の損失、光出力の減少、及び更には壊滅的な損傷を被る場合がある。
【０００５】
液体冷却型ＵＶＬＥＤランプ（又は光エンジン）は、現在、多様な硬化用途において使用されているが、既存のシステムには幾つかの制限がある。例えば、業界の文献は高輝度／高放射照度アレイが望ましいことを認めているが、現在入手可能なＵＶＬＥＤランプは準最適な性能を提供するものである。
【０００６】
従来技術のＵＶＬＥＤアレイの特定の例が図１Ａ及び１Ｂに示されている。特許文献１（以下、「Owen」）から取ったこの例では、「密」であると主張されているＬＥＤアレイ１００が「高い光パワー密度」を要するとされる用途に対して図示されている。そのアレイ１００は、基板１５２内にマイクロ反射器（micro-reflector：マイクロリフレクター）１５４を形成し、各マイクロ反射器１５４内にＬＥＤ１５６を装着することによって構成されている。ＬＥＤ１５６は、基板１５２上のワイヤボンドパッドへのリード線１５８を通じて電源（図示せず）に電気的に接続されている。マイクロ反射器１５４は、各々、関連付けられたＬＥＤ１５６によって生成される光を反射する反射層１６２を備える。ＬＥＤアレイ１００は、「密な」ＬＥＤアレイであるとして特徴付けられているにもかかわらず、個々のＬＥＤ１５６がかなりの距離を離間されており、中心間距離が約８００ミクロンであるという点で、実際には、非常に低いフィルファクターで、輝度が低く、低い熱流束のアレイであることに留意されたい。これらのＬＥＤは、せいぜいＬＥＤアレイ１００の表面積の約１０％〜２０％しか占めていないように見え、疑いなく５０％未満である。このような低いフィルファクターのＬＥＤアレイは不均一な放射照度パターンを発生する可能性があり、そのことは不均一な硬化、並びにエイリアシング及びピクセル化等の視覚的に認知可能な異常につながる可能性がある。さらに、マイクロ反射器１５４は、それらの低い角度範囲に起因して、相当量の光を捕捉及び制御することができない。その結果、アレイ１００は、反射器１５４からの距離の関数として放射照度を急速に失う低放射照度ビームを生成する。被加工物上へ最終的に投射される光ビームは決して光源（この場合には、ＬＥＤアレイ１００）よりも明るくすることはできないので、最適に構成された反射器であってもＬＥＤアレイ１００の低輝度を補うものではないことに更に留意されたい。このことは、良く知られている輝度保存法則に起因している。さらに、Owenは、マクロ反射器の寸法、及び各個々のＬＥＤ１５６と関連付けられた反射器を有することの認識された必要性に起因して、マクロ反射器の使用にも否定的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００５２００２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した制限はさておき、従来技術の冷却設計において使用されている比較的大型のチャンネル液体冷却技術は、平方ミリメートルあたりの電流が約１．５Ａを超えているときに、接合温度を十分低く維持することに効果的であるような方式でＬＥＤからの廃熱を除去することができない。
【０００９】
酸素阻害は、周囲の酸素が、ＵＶ光によって誘起される化学的架橋結合と同等の速度で硬化される材料と反応することと、光開始剤（ＰｈＩ）相互作用との間の競合である。より高い放射照度は、より迅速に完全な硬化を形成することが知られており、より高い放射照度は酸素阻害問題に少なくとも部分的に対処することが知られている。超高放射照度は現在、或る特定のプロセス構成において、おそらく窒素カバーガスなしであっても、おそらく酸素阻害問題を克服するものと考えられている。しかしながら、酸素阻害を克服する超高放射照度を生成するために、極めて高い電流密度で動作するそのような高いフィルファクターのＬＥＤアレイ環境において接合温度を適切に低く維持するのに必要とされる熱流束除去速度は、現在使用されているＵＶＬＥＤアレイアーキテクチャ及びＵＶＬＥＤアレイ冷却技術では全く達成可能なものではない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
材料の光化学的硬化及び他の高輝度用途のために構成された、マイクロチャンネル冷却型ＵＶ硬化システム及びその構成要素について説明する。１つの実施形態によれば、ランプヘッドモジュールに発光デバイス（ＬＥＤ）のアレイ及びサブマウントが設けられる。アレイは、アレイの長さがアレイの幅よりも大きい高アスペクト比を有する。ＬＥＤは、高フィルファクターがもたらされるように近接して離間される。アレイは、電気的に直列のＬＥＤからなる複数の群を含み、これらの群は電気的に並列に接続される。サブマウントはモノリシック構造であり、複数のＬ字型にパターニングされた回路材料層を含む。Ｌ字型にパターニングされた回路材料層のそれぞれはアーム部とステム部とを含む。アーム部はＬＥＤボンドパッドとして機能し、ステム部はワイヤボンドパッド及び回路トレースの両方として機能する。電気的に直列のＬＥＤからなる群の各ＬＥＤはサブマウントの対応するアーム部に固着される。ステム部は、アレイの長さ及び幅によって画定されるエリアの実質的に外部に配置され、アレイの長さに実質的に平行に延び、電気的に直列のＬＥＤからなる群の隣接するＬＥＤ間の電流のための一次通電機能を共同で実行する。
【００１１】
別の実施形態では、ランプヘッドモジュールは発光デバイス（ＬＥＤ）のアレイと、一対の光マクロ反射器とを備える。アレイは、アレイの長さがアレイの幅よりも大きい高アスペクト比を有する。一対の光マクロ反射器は、アレイによって放出される光子を方向付け、被加工物の表面上に、トップハット分布を有するビームパターンを生成する。
【００１２】
また別の実施形態では、ランプヘッドモジュールは、ランプ本体と、電源と、高輝度で高アスペクト比の発光デバイス（ＬＥＤ）のアレイと、サブマウントと、フレックス回路とを備える。電源はアノード出力接続及びカソード出力接続を有する。アレイは発光面を有する。サブマウントは、アレイの複数のＬＥＤを電気的に直列に電気的に結合するように構成され、複数のＬＥＤボンドパッドエリアと複数のワイヤボンドエリアとを含む。フレックス回路はランプ本体に装着され、フレックス回路の長さ及び高さの観点において高アスペクト比を有する。フレックス回路には位置決めアパーチャが形成され、このアパーチャ内にサブマウントが装着され、フレックス回路は、アノード層及びカソード層を含む反対の電気極性のパターニングされた導電層を備える。フレックス回路の第１の端部はアノード層の第１の部分を露出させ、電源のアノード出力接続との電気的な接続を形成し、カソード層の第１の部分を露出させ、電源のカソード出力接続との電気的な接続を形成する。フレックス回路の第２の端部はアノード層の第２の部分を露出させ、この第２の部分は、電気的に直列のＬＥＤからなる群の最初のＬＥＤと関連付けられたＬＥＤボンドパッドエリアに電気的に結合される。フレックス回路の第２の端部はカソード層の第２の部分を露出させ、この第２の部分は、群の最後のＬＥＤと関連付けられたワイヤボンドエリアのカソード部に電気的に結合される。
【００１３】
本発明の実施形態の他の特徴は、添付の図面及び以下の詳細な説明から明らかとなる。
【００１４】
本発明の実施形態は、添付の図面の図において、限定するものではなく例としてのみ示され、同様の参照符号は類似の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】従来技術のＬＥＤアレイの一部の平面図である。
【図１Ｂ】断面線１Ｂ−１Ｂに沿って取った図１ＡのＬＥＤアレイの図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係るＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの等角図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの正面図である。
【図２Ｃ】図２ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの側面図である。
【図３Ａ】図２ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの最上位の等角断面図である。
【図３Ｂ】図２ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの最上位の正面断面図である。
【図４Ａ】図２ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの反射器の底部部分及び本体の上部部分の拡大等角断面図である。
【図４Ｂ】図２ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの反射器の底部部分及び本体の上部部分の拡大正面断面図である。
【図５Ａ】ＬＥＤアレイ及び図２ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの共通アノード基板層とのＬＥＤアレイのインターフェースを示す更なる拡大等角断面図である。
【図５Ｂ】ＬＥＤアレイ及び図２ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの共通アノード基板層とのＬＥＤアレイのインターフェースを示す更なる拡大正面断面図である。
【図６】図２ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの種々の層を示す、そのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの本体の上部部分の分解拡大等角断面図である。
【図７】端部キャップを除去した図２ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの反射器の拡大等角図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に係る、異なる作動距離に対して実質的に同じ高さの２つのマクロ反射器を概念的に示す図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態に係る、２ｍｍマクロ反射器に対する周辺光線を示す図８Ａの拡大図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る、２ｍｍ焦点面に対して最適化したマクロ反射器を示し、この反射器の各側部が、被加工物上に焦点を合わせたビームの中心線からオフセットされた焦点を有している図である。
【図１０】種々のチャンネル幅に対して推定される対流熱抵抗を示すグラフである。
【図１１】種々の接合温度に対する出力パワーを示すグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態に係る、２ｍｍ焦点面に対して最適化させた反射器を備えるＵＶＬＥＤランプヘッドの場合の放射照度分布を示すグラフである。
【図１３】本発明の一実施形態に係る、５３ｍｍ焦点面に対して最適化させた反射器を備えるＵＶＬＥＤランプヘッドの場合の放射照度分布を示すグラフである。
【図１４Ａ】本発明の代替の実施形態に係るＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの等角図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの横向きの分解図である。
【図１４Ｃ】図１４ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの後ろ向きの分解等角図である。
【図１４Ｄ】本発明の一実施形態に係る、フレックス回路サブシステム及び冷却サブシステムの分解図である。
【図１５Ａ】本発明の一実施形態に係るサブマウントの平面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａのサブマウントの等角図である。
【図１５Ｃ】図１５Ａのサブマウントの断面図である。
【図１５Ｄ】図１５ＡのセクションＤの拡大図である。
【図１６Ａ】図１４Ｂのフレックス回路の平面図である。
【図１６Ｂ】図１４Ｂのフレックス回路の等角分解図である。
【図１６Ｃ】本発明の一実施形態に係る、ＬＥＤアレイと、サブマウント及び様々なフレックス回路層とのＬＥＤアレイのインターフェースとを示す拡大正面断面図である。
【図１７Ａ】本発明の一実施形態に係る、フレックス回路及びマイクロチャンネル冷却器に組み付けられたＬＥＤアレイの等角図である。
【図１７Ｂ】図１７ＡのＬＥＤアレイの平面図である。
【図１７Ｃ】図１７ＢのＬＥＤアレイの電気的に直列のＬＥＤからなる群のためのワイヤボンド接続を示す図１７ＡのセクションＡの拡大図である。
【図１７Ｄ】電気的に直列のＬＥＤからなる群の最初のＬＥＤを示す、図１７ＢのセクションＡＡの更なる拡大図である。
【図１７Ｅ】図１７ＢのセクションＡＢの更なる拡大図である。
【図１７Ｆ】図１７ＢのセクションＡＣの更なる拡大図である。
【図１８Ａ】本発明の一実施形態に係る、電気的に直列のＬＥＤからなる群の電力経路を概略的に示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａの電気的に直列のＬＥＤからなる群の最初の４つのＬＥＤの拡大図である。
【図１８Ｃ】切断線Ａに沿って取った図１８Ａの電気的に直列のＬＥＤからなる群の断面図である。
【図１８Ｄ】本発明の一実施形態に係る、電気的に直列のＬＥＤからなる群の電力経路を概略的に示す図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係る、反射器開口の６５ｍｍ下に焦点を合わせた２５ｍｍ幅の照射エリアを生成する８０ｍｍ長の反射器からの放射照度パターンを示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係る、５ｍｍ、２５ｍｍ及び５０ｍｍのスタンドオフ距離の場合の被加工物表面の中心における様々な放射照度分布の断面を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
材料の光化学的硬化、並びに高いフィルファクター、高い電流密度、及び高輝度属性（最終的には高放射照度の属性に通じる）を必要とする他の用途のために構成されるマイクロチャンネル冷却型ＵＶ硬化システム及びその構成要素を説明する。本発明の１つの実施形態によれば、超高放射照度ＵＶ硬化システムの高フィルファクターＬＥＤアレイのＬＥＤは、対応する電源によって動作する１つ又は複数の直列のＬＥＤからなる群と直列／並列に配置される。例えば、複数の直列のＬＥＤからなる群は単一の電源によって動作することができ、各群は独自の電源又はその組合せによって動作することができる。ＵＶ硬化システムは、１００ナノメートル〜１００００ナノメートルの広範囲の波長を提供することができる。
【００１７】
本発明の実施形態によれば、高フィルファクター、高電流密度及び高輝度のＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの熱流束／熱要求を受け入れるために、等温基板挙動を達成するための実際的な手段も提供される。１つの実施形態によれば、ＬＥＤアレイがマイクロチャンネル冷却器に直接ボンディングされ、冷却剤がＬＥＤアレイの最小寸法に実質的に平行な方向においてＬＥＤアレイを横断しかつその下側を流れる。１つの実施形態では、ＬＥＤの下側に延びるマイクロチャンネルを通る冷却剤の流れはほぼ等しく（例えば、バランスされており）、したがってＬＥＤアレイのＬＥＤのＰＮ接合は実質的に等温である。１つの実施形態では、高アスペクト比基板は、側部間及び端部間で実質的に等温である。このことは、各チャンネル間のタイトな流れバランス範囲を維持しながら、ＬＥＤアレイの下側の冷却剤の流れを、ＬＥＤアレイの長軸に対して実質的に横方向に向けるマイクロチャンネルを有する実質的に銅のマイクロチャンネル冷却器の使用により達成することができる。１つの実施形態では、この流れのバランスは、ＬＥＤアレイの長軸に対して平行に延びる冷却剤の一次冷却剤インレット流体チャンネル及び一次冷却剤出口流体チャンネルを、それらの長さに沿ってほぼ均一である圧力降下のレベルに到達するように設計することによって達成される。
【００１８】
種々の実施形態において、マイクロチャンネル冷却器にボンディングされている多層フレックス回路を使用してＬＥＤアレイのＬＥＤ群に電力供給し、それによって、マクロ非結像光反射器対がＬＥＤアレイに非常に近接して位置決めされることを可能にし、これにより、反射器対によって制御される放出光子数を最大にすることにより放射照度を維持する。
【００１９】
幾つかの実施形態では、ＬＥＤアレイは、ニューヨーク州ニスカユナ所在のGeneral Electric（GE）社から入手可能であるＡＣ／ＤＣ電力供給源（整流器とも呼ばれる場合がある）によって駆動され、通常の４８Ｖ  ＤＣ出力が１％程度の範囲の電圧振幅を有するのに対し、このＬＥＤアレイは高い電圧振幅を有することが好ましい。例えば、１つの実施形態では、約±２０％〜２５％の電圧振幅を有する一方で、依然として高効率（例えば約９７％以上）、コンパクト性及び低コストを維持する電力供給源が用いられる。テキサス州プレイノ所在のGE-Lineage社は、１２Ｖ、２４Ｖ及び４８ＶのＡＣ／ＤＣ電力供給源シリーズを製造している。これらは、高ＭＴＢＦ及び高効率であり、主にデータストレージ及び電気通信産業向けである。本発明の実施形態は、公称４８Ｖの上下の、ユーザーが選択した出力電圧範囲を効率的に出力することができる、好ましくは４８Ｖの「大電圧振幅」モデル、例えばＣＰ２０００を用いることが有利である。ほとんどの電力供給源、特にＯＴＳの、効率的でコスト効率の良い電力供給源は、この大電圧振幅特徴を有しない。この電圧は、±５Ｖ入力を通じてユーザーによって選択することができる。この電圧振幅は、最終的に、ＬＥＤアレイによって放出される光出力の容易な制御を可能にする。
【００２０】
幾つかの実施形態において、工場及び／又は現場で置換可能なマクロ反射器が使用され、このマクロ反射器は様々な性能特性を与えることによって特定の用途にカスタマイズすることができる（例えば、高放射照度で高合焦度、短い作動距離から焦点の合った長い作動距離、高放射照度を維持しながら大きな焦点深度を要する用途、及び非常に広角の、より一様な放射照度用途）。
【００２１】
以下の説明において、本発明の実施形態の完全な理解を与えるために多数の特定の詳細について記載する。しかしながら、本発明の実施形態はこれらの特定の詳細のうちの幾つかがなくても実施することができることが当業者には明らかであろう。
【００２２】
本発明の実施形態をＵＶＬＥＤシステムとの関連で説明するが、本発明の実施形態はそのように制限されるものではないことに留意されたい。例えば、深紫外線、可視光、赤外線、マイクロ波及びＸ線を含むＵＶ範囲外の他の波長も、単独で又は１つ若しくは複数のＵＶ波長と組み合わせて、本明細書において説明されるアーキテクチャから利益を得ることができる。また、ＵＶ  Ａ、ＵＶ  Ｂ又はＵＶ  Ｃ発光デバイス及び可視光及び／又はＩＲ発光デバイスを使用することによって、水銀ランプの出力を模倣するために同じ発光デバイスのランプ内において異なる波長を使用することが可能である。本発明の実施形態の高フィルファクター特性はまた、有害な処理効果となる可能性が高い被加工物表面上のピクセル化効果を回避する一方、種々の波長の相互分配（inter-disbursement）を可能にする。さらに、種々の実施形態によれば、マクロ非結像光反射器内の波長混合によって、パワー密度及び波長混合の両方の観点から一様な（ピクセル化されていない）出力ビームが生じる。
【００２３】
簡潔にするために、本発明の実施形態を、底部にアノード側を有するＬＥＤとの関連で説明する場合があるが、当業者であれば、アノード側は上面にすることができ、及び／又はアノード及びカソードの両方のコンタクトが上部又は底部に存在し得ることを認識するであろう。したがって、本明細書におけるアノード／カソード構造に対する言及は、特定の実現態様に応じて逆にする（又は電気的に中性とする）ことが可能である。同様に、ワイヤボンドなしフリップチップＬＥＤ、導電性基板及び非導電性基板ＬＥＤチップ（サファイヤ、窒化アルミニウム、シリコン、酸化亜鉛又は窒化ガリウム（ＧａＮ）上にＥＰＩ層を有するもの等）、アレイ、及び／又はパッケージ化デバイスを考慮することができる。ＥＰＩ層は、窒化物、酸化物、ケイ化物、炭化物、リン化物、ヒ化物等からなる群から選択することができる。
【００２４】
用語
本出願全体を通して使用される用語の簡単な定義を以下に与える。
【００２５】
「平均放射照度（average irraiance）」という用語は、通常、被加工物上に投射される出力ビームパターンの幅にわたる放射照度値を意味しており、この放射照度値は、出力ビームパターンの各側で本質的にゼロに降下する。本発明の実施形態において、ウィンドウから２ｍｍにおいて、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールは約８０Ｗ／ｃｍ２（８Ｗ／ｃｍ２〜８００Ｗ／ｃｍ２の範囲）の平均トップハット放射照度を生成する。本発明の実施形態において、ウィンドウから５３ｍｍにおいて、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールは約１０Ｗ／ｃｍ２（５Ｗ／ｃｍ２〜５０Ｗ／ｃｍ２の範囲）の平均放射照度を生成する。本発明の実施形態において、ウィンドウから５ｍｍにおいて、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールは約３２Ｗ／ｃｍ２（１０Ｗ／ｃｍ２〜１００Ｗ／ｃｍ２の範囲）の平均放射照度を生成し、出力ビームパターンは、約８ｍｍの幅及び「トップハット」分布を有する。他の実施形態において、ウィンドウから６５ｍｍにおいて、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールは約７Ｗ／ｃｍ２（１Ｗ／ｃｍ２〜２０Ｗ／ｃｍ２の範囲）の平均放射照度を生成し、出力ビームパターンは、２５ｍｍの幅及び「トップハット」分布を有する。他の実施形態において、ウィンドウから１７０ｍｍにおいて、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールは約７Ｗ／ｃｍ２（０．５Ｗ／ｃｍ２〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲）の平均放射照度を生成し、出力ビームパターンは、５０ｍｍの幅及び「トップハット」分布を有する。幾つかの実施形態において、約８Ｗ／ｃｍ２（１Ｗ／ｃｍ２〜２０Ｗ／ｃｍ２の範囲）のピーク放射照度を有するウィンドウから６５ｍｍにおいて、非対称トップハット分布（傾斜したトップハット）及び２５ｍｍの幅を有する出力ビームパターンも生成することができる。
【００２６】
「接続されている」、「結合されている」、「装着されている」という用語及びそれに関連する用語は、動作的な意味において使用され、必ずしも直接的な接続、結合又は装着に制限されるものではない。
【００２７】
「拡散ボンディング（diffusion bonding）」という用語は、通常、溶接に類似して複数の金属を接合する方法を意味しているが、「溶接」の手段として互いへの表面拡散に依存する。例えば、拡散ボンディングプロセスは、通常実質的に同様な材料からなる複数の層を、場合によってはニッケルの等の酸化防止鍍金とともに一体的にクランプし、約１０００℃（５００℃〜５０００℃の範囲）の極めて高い温度に曝し、それにより分子的に表面を混ぜ合わせ、実質的にモノリシックな材料を形成することによって、ボンディングすることが可能である。粒子は混ぜ合わされ、多くの場合にボンドラインはバルク材料から実質的に識別不可能であり、拡散ボンディングされた材料の特性は、熱伝導率及び強度の点において、バルクの拡散ボンディングされていない材料と実質的に異なるものではない。拡散ボンディングは、焼結と幾つかの類似点を有し得る。層のボンディングを容易にするために、数ミクロン程度の銀鍍金の薄い層も用いることができる。この後者のプロセスは半田付けとの幾つかの類似点を有している場合がある。
【００２８】
「直接装着される（directly mounted）」という用語は、通常、取り付けるか又は張り付ける２つのものの間に介在及び／又は熱的に阻止する実質的な層が何ら導入されない装着を意味している。１つの実施形態では、ＬＥＤアレイが、薄い半田層を備えるマイクロチャンネル冷却器の表面によって与えられる共通アノード基板に装着される。これは、「直接装着される」という用語によって包含されることが意図されている例である。したがって、ＬＥＤアレイは共通アノード基板に直接装着されるものと考えられる。熱的に阻止する層の例は、バルク基板材料、箔、薄膜（誘電性又は導電性）、又は取り付けられるか若しくは張り付けられる２つのものの間に導入される他の材料（薄い半田層以外）を含む。
【００２９】
「高放射照度（high irradiance）」という用語は、通常、４Ｗ／ｃｍ２より大きな放射照度を意味している。本発明の実施形態によれば、達成可能なピーク放射照度レベルは、ＬＥＤの高効率及び長寿命の両方を維持しながら、現在の最新技術であるＵＶＬＥＤ硬化システムのレベルよりも約１桁〜数桁高い。以下で更に説明するように、種々の実施形態によれば、被加工物上の放射照度には、現行のＵＶＬＥＤ硬化システムにおいて見られる有害なピクセル化及び／又はギャップが実質的にない。一方、ほとんどのＵＶＬＥＤランプ製造業者は、ウィンドウにおいてピーク放射照度を測定するのに対し、ここで説明する種々の実施形態においては、被加工物表面においてピーク放射照度を測定することに留意されたい。被加工物は通常ウィンドウに位置していないので、ウィンドウにおける測定は本質的に意味のないものである。
【００３０】
「高フィルファクターＬＥＤアレイ（high fill-factor LED array）」という用語は、通常、ＬＥＤが近接して離間され、発光面積（アクティブ領域）が、ＬＥＤアレイの面積（長さ×幅）の５０％を超える（しばしば９０％を超える）ＬＥＤアレイを意味している。特定の実施態様に応じて、ＬＥＤアレイのフィルファクターは、６０％、７０％、８０％、９０％又は９９％よりも大きくすることができる。本発明の１つの実施形態では、ＬＥＤアレイ内のＬＥＤは縁部同士が２０ミクロン未満離間されており、幾つかの場合には、縁部同士が１０ミクロン未満であり、縁部同士の距離の範囲は１ミクロン〜１００ミクロンである（完全にモノリシックなＬＥＤの場合はゼロミクロン間隔も考えられる）。無機及び実質的に有機の両方のＬＥＤが意図されている。
【００３１】
「１つの実施形態では」、「１つの実施形態によれば」等の用語は、通常、その用語に続く特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、本発明の２つ以上の実施形態に含まれる場合があることを意味している。重要なことであるが、このような用語は必ずしも同じ実施形態を意味するものではない。
【００３２】
「放射照度（irradiance）」という用語は、通常、単位面積あたり表面に到達する放射パワー（例えば、平方センチメートルあたりのワット又はミリワット（Ｗ／ｃｍ２又はｍＷ／ｃｍ２））を意味している。
【００３３】
「発光面積（light emitting area）」という用語は、通常、発光デバイス又はアレイのアクティブ領域又はエピタキシャル領域を意味している。
【００３４】
「発光デバイス（light emitting device）」という用語は、通常、端面発光体であるか又は表面発光体であるかにかかわらず、１つ又は複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）（実質的に非コヒーレントな光を放出）及び／又はレーザーダイオード（実質的にコヒーレントな光を放出）を意味している。本発明の種々の実施形態において、発光デバイスはパッケージ化されているか又はベアダイとすることができる。パッケージ化されたダイは、ベアダイから構成されるばかりではなく、通常、電気的入力及び出力電流経路並びに熱経路のトレースを容易にするためにダイが装着（通常半田付け）されている基板と、通常、レンズ及び／又は反射器を取り付ける手段とからも構成されるデバイスを意味しており、その一例はアメリカ合衆国Philips社から入手可能なＬｅｘｅｏｎ  Ｒｅｂｅｌである。ベア発光デバイスは、垂直構造又は水平構造を有することができ、導電性基板又は非導電性基板を有することができる。１つの実施形態によれば、ベア発光デバイスダイ（即ち、エピタキシャル成長させたＰＮ接合を有するウェハーから直接切断したダイ）が、高熱伝導性材料（銅、Ｇｌｉｄｃｏｐ、ＢｅＯ、Ｓｉ、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、グラファイト、ダイアモンド等からなる群から選択される）の少なくとも１つの拡散ボンディングした層に直接（付加的な著しく熱的に阻止する層なしで）ボンディング（通常半田付け）される。この層自体が、本発明の種々の実施形態において、通常、モノリシックの拡散ボンディングされたマイクロチャンネル冷却器構造体を形成する多層積層体の層である。積層体は必ずしも拡散ボンディングされなくてはならないものではない。なぜならば、ボンディングプロセスは半田付け、ろう付け、糊付け等から選択することができるためである。他の実施形態では、サブマウントを用いることができる。ＬＥＤは、ワイヤボンドなしフリップチップＬＥＤ、導電性基板及び非導電性基板ＬＥＤチップ（サファイヤ、窒化アルミニウム、シリコン、酸化亜鉛又は窒化ガリウム（ＧａＮ）上にＥＰＩ層を有するもの等）、アレイ及び／又はパッケージ化デバイスを含む。
【００３５】
「発光ダイオード（light emitting diode）」又はその略語である「ＬＥＤ」という用語は、通常、エレクトロルミニセンスとして知られているプロセスを介して電磁スペクトル内の特定の狭帯域の波長を放出するように設計されているＰＮ接合（Ｐ型半導体とＮ型半導体との間の接合）を含む半導体デバイスを意味している。１つの実施形態では、ＬＥＤは非コヒーレント光を放出する。
【００３６】
「低フィルファクターＬＥＤアレイ（low fill-factor LED array）」という用語は、通常、ＬＥＤがまばらに配列されており、ＬＥＤアレイの表面積の約５０％を超えないＬＥＤアレイを意味している。
【００３７】
「低放射照度（low irradiance）」という用語は、通常、約２０Ｗ／ｃｍ２以下の放射照度を意味している。定格が４Ｗ／ｃｍ２未満のＵＶＬＥＤシステムは、ピニング（pinning）（例えば、インク設定）以外のほとんどの硬化用途に対して、通常十分なものではない。
【００３８】
「マクロ反射器（macro reflector）」という用語は、通常、５ｍｍ以上の高さを有する反射器を意味している。幾つかの実施形態では、マクロ反射器は５ｍｍから１００ｍｍを超える範囲をとることができる。
【００３９】
「光パワー密度（optical power density）」という用語は、通常、単位面積あたりの光パワーの尺度を意味している。光パワー密度の１つの尺度は、ＬＥＤアレイの光子放出エリアの表面における光パワーを測定し、ＬＥＤアレイの非光子放出エリア（デッドエリア）に対する光子放出エリアの比を求めることによって求めることができる。１つの実施形態では、ＬＥＤアレイの放射面における光パワー密度は少なくとも１００Ｗ／ｃｍ２である。特定の実施態様に応じて、光パワー密度は１Ｗ／ｃｍ２〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲をとることができる。
【００４０】
本明細書が、或るコンポーネント又は特徴が含まれているか又は或る特性を有している「場合がある（may）」、「ことができる（can）」、「可能性がある（could）」、又は「かもしれない（might）」と言及している場合には、その特定のコンポーネント又は特徴が含まれていること又はその特性を有していることは必要とされない。
【００４１】
「パターニングされた回路材料層（patterned circuit material layer）」という用語は、通常、銅、銀、金、チタン、タングステン、ニッケルからなる群から選択される金属を通常含む導電性材料の層を意味しており、基板（例えば、セラミック、誘電体、半導体及び／又はポリマー）上に（例えば直接又はリソグラフィー手段を介して）パターニングされる導電性ポリマーも含むことができる。
【００４２】
「ピーク放射照度（peak irradiance）」という用語は、通常、被加工物上に投射された出力ビームパターンの幅にわたる最大放射照度値を意味している。本発明の実施形態では、ウィンドウから２ｍｍにおいて、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールは約８４Ｗ／ｃｍ２（５０Ｗ／ｃｍ２〜１００Ｗ／ｃｍ２の範囲）のピーク放射照度を達成することができる。本発明の実施形態では、ウィンドウから５３ｍｍにおいて、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールは、約２４Ｗ／ｃｍ２（１０Ｗ／ｃｍ２〜５０Ｗ／ｃｍ２の範囲）のピーク放射照度を達成することができる。
【００４３】
「放射エネルギー密度（radiant energy density）」、「総出力パワー密度（total output power density）」、又は「エネルギー密度（energy density）」という用語は、通常、単位面積あたりの表面に到達するエネルギー（例えば、平方センチメートルあたりのジュール又はミリジュール（Ｊ／ｃｍ２又はｍＪ／ｃｍ２））を意味している。
【００４４】
「応答性（responsive）」という用語は、完全な又は部分的な応答性を含む。
【００４５】
「トップハットビーム断面分布（top hat beam cross-section profile）」、「トップハット分布（top hat profile）」等の用語は、通常、被加工物上に投射されると、被加工物上に一様な輝度の明確に画定されたスポットを適用し、処理されている被加工物上での尖鋭で正確な遷移を可能にするビーム分布を意味する。トップハット分布は非対称にすることもできる。例えば、急峻な境界間に、正若しくは負の傾きが存在してもよく、急峻な境界間に複数のピーク及び谷が存在してもよい。
【００４６】
「トップハット放射照度被加工物パターン（top hat irradiance workpiece pattern）」、「トップハットパターン（top hat pattern）」等の用語は、通常、より高い放射照度値が或る距離にわたって一様であり、放射照度がより低い値又は無視できる値に降下するときに両側に急峻な境界を有する、被加工物に対する放射照度パターンを意味する。これは、放射照度が中央ピーク値から、より平滑に降下する一般的なガウスパターン又は平滑テーパリングパターンと対比的である。
【００４７】
「総出力パワー（total output power）」という用語は、通常、出力ビームパターン長のＷ／ｃｍ単位の合計パワーを意味している。１つの実施形態によれば、ウィンドウから２ｍｍにおいて、出力ビームパターン長のｃｍあたり約２０．５Ｗの総出力パワーが各ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールによって生成される。１つの実施形態によれば、ウィンドウから５３ｍｍにおいて、出力ビームパターン長のｃｍあたり約２１．７Ｗの総出力パワーが各ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールによって生成される。
【００４８】
「超高放射照度（ultra high irradiance）」という用語は、通常、被加工物における５０Ｗ／ｃｍ２よりも大きな放射照度を意味している。１つの実施形態では、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールは、短い作動距離（例えば、約２ｍｍであり、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲を有する）において１００Ｗ／ｃｍ２よりも大きなピーク放射照度を達成することができる。ＬＥＤの迅速に進化するパワー出力及び効率に鑑み、今後数十年で１桁よりも大きな改善を達成可能なピーク放射照度を予期することに合理性がある。したがって、今日の高放射照度用途のうちの幾つかは、空気冷却型ＬＥＤアレイで達成され、他の用途は、より早く、より硬く又はより完全な硬化のためにこれらのより高い放射照度を利用し、及び／又はそれによって可能なものとされ、及び／又はより少ない光開始剤を使用することとなる。また、本発明の種々の実施形態との関連において独自であるのは、超高ピーク放射照度、超高平均放射照度、超高総放射照度（線量）と、被加工物へ送達される（従来技術と比較した）線量の集中との両方を提供可能であることである。
【００４９】
「ＵＶ硬化プロセス（UV curing process）」という用語は、通常、光開始剤（ＰｈＩ）が最初にＵＶ光を吸収し、それを励起状態にさせるプロセスを意味している。この励起状態から、ＰｈＩは遊離基に分解し、この遊離基は光重合を開始させる。しかしながら、ＵＶ硬化可能製剤においては常に幾らかの量の酸素（１ｍＭ〜２ｍＭ）が存在する。したがって、ＰｈＩ光分解からの初期の遊離基は、モノマーの（通常はアクリレートの）二重結合と反応する代わりに、最初に酸素と反応する。なぜならば、ＰｈＩ遊離基と酸素との反応速度はアクリレート二重結合の反応速度よりも約１０５〜１０６速いからである。さらに、ＵＶ硬化の非常に早い段階において、空気中の酸素も硬化した膜内に拡散して入り、かつＰｈＩと反応し、そのことは主要な酸素阻害となる。ＵＶ硬化可能な膜内の酸素が消費された後に始めて、光開始型重合が生じることができる。したがって、酸素阻害を克服するためには、非常に短い期間内に、硬化された膜の表面において大量の遊離基が必要とされ、すなわち高強度ＵＶ光源が必要とされる。特定の製剤に対するＵＶ光強度の吸収は、ＵＶ光の波長に依拠する。数学的には、吸収されるＵＶ光強度（Ｉａ）は、Ｉａ＝Ｉ０×［ＰｈＩ］によって与えられ、ここで、Ｉ０はＵＶ光源からのＵＶ光強度であり、［ＰｈＩ］は光開始剤濃度である。同じ［ＰｈＩ］レベルにおいて、Ｉ０を増加させるとＩａが増加し、それにより酸素阻害が減少する。別の言い方をすると、高Ｉ０光源を使用することによって、通常、製剤の最も高価な部分である［ＰｈＩ］の使用を少なくすることができる。ＵＶ光の吸収は良く知られているランベルト−ベールの法則、Ａ（吸収）＝
【数１】
2015527748.tif 000003
に従い、ここで、
【数２】
2015527748.tif 000004
はＰｈＩの吸光係数又は吸収係数であり、ｃはＰｈＩの濃度であり、ｄはサンプル（硬化される膜）の厚さである。以下の表から分かるように、ＰｈＩ光吸収の効率は、波長と共に大きく変化する。この場合には、２５４ｎｍにおいて、光吸収効率は４０５ｎｍにおけるものよりも２０倍高い。したがって、４００ｎｍにおけるＵＶＬＥＤ光強度を、より短い波長（約１００Ｗ／ｃｍ２）における通常の硬化パワーの１００倍で供給することが可能である場合には、光の吸収における光開始剤の効率の差により酸素阻害を減少させることが可能である。
２５４ｎｍにおいて１．９４×１０４、
３０２ｎｍにおいて、１．８×１０４、
３１３ｎｍにおいて、１．５×１０４、
３６５ｎｍにおいて、２．３×１０３、
４０５ｎｍにおいて、８．９９×１０２。
【００５０】
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の一実施形態に係る超高輝度ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の、それぞれ、斜視図、正面図及び側面図である。１つの実施形態によれば、超高輝度ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００は、超高放射照度を発生する。超高輝度ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００は、中でも、インク、コーティング、接着剤等の光重合又は硬化のために用いることが可能である。用途に応じて、１つ又は複数のＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００及び他の構成要素を備えるＵＶ硬化システム（ＬＥＤＵＶ発光システム）（図示せず）を形成することができる。他の構成要素には、限定ではないが、ＬＥＤドライバー（ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の内部又は外部）と、１つ又は複数の冷却システムと、１つ又は複数の主要ＡＣ／ＤＣ電力供給システム（例えば、アメリカ合衆国Lineage社（現在はニューヨーク州ニスカユナ所在のGE社の一部門である）又はアメリカ合衆国Power-One社から入手可能であり、約９０％（又は更には約９７％）の効率であり、約１ｋｇの重量である）と、１つ又は複数の制御モジュールと、１つ又は複数のケーブルと、１つ又は複数のコネクター（図示せず）とが含まれる。
【００５１】
１つの実施形態によれば、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の輝度が高いことによって、出力ビーム（図示せず）の広範にわたって生じ得る光学的特性が可能になる。これらの光学的特性には、高いパワー密度（例えば、出力ビームパターン長（１０Ｗ〜３０Ｗの範囲）のｃｍあたり約２０．５Ｗ）を有する狭い幅（例えば、約０．６５ｃｍ（０．１ｃｍ〜２ｃｍの範囲）、より大きな焦点深度を有する、より広い幅（例えば、約３．６５ｃｍ（３ｃｍ〜１０ｃｍの範囲）、又は短い若しくは長い作動距離（より大きな焦点深度を有するか又は有しない）、又は更には非常に広角／大面積のビーム出力パターン（より大きな焦点深度を有するか又は有しない）が含まれる。非対称な放射照度だけではなく、ビームの幅（及びビームの長さ）のパターンにわたって均一な放射照度を有する出力ビームパターン（例えばトップハット）を考慮することもできる。
【００５２】
以下で更に検討するように、本発明の実施形態によれば、高輝度は、高フィルファクター（５０％を超え、多くの場合に９０％を超える）ＬＥＤアレイ（図示せず）、及びこのＬＥＤアレイを高い電力密度で動作させ、この結果、高放射照度出力ビームが生じることに起因して得られる。この高い電力密度によって、結果として、以下で説明する種々の新規な方法により効果的に管理される高い熱密度（電気対光変換損失に起因する）が得られる。
【００５３】
最終的には、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００は、高輝度源によって可能となる独自に高い放射照度及び柔軟性のある光出力ビーム特性に起因して、現在の最新技術のＵＶＬＥＤランプのみならず、現在の最新技術の水銀ランプにも置き換わることが意図されている。また、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００は、水銀を含んでおらず、電気的に非常に効率的であるので、「グリーンテクノロジー」であると考えられる。この効率は、部分的には、水銀を含有するランプと比較したＬＥＤの本来的な効率から導かれるが、また一部には、以下で説明する冷却方法からも導かれる。この方法は、ＬＥＤ接合部と冷却液（インレット冷却管２０３を介してＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００内に導入され、アウトレット冷却管２０４を介してＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００から排出される）との間に非常に低い熱抵抗を与え、それによりＬＥＤデバイスの高度に効率的で長寿命の動作に必要とされる低い接合温度を形成するものである。
【００５４】
この説明において、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００のハウジング２０２及び反射器２０１が示されている。種々の実施形態に従って、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００のハウジング２０２は、約長さ８０ｍｍ×幅３８ｍｍ×高さ１２５ｍｍである。所与の用途に対して選択される新規な容易に交換可能でありかつ現場で交換可能な反射器２０１の長さは、実質的に、数十ミリメートル〜数千ミリメートルの範囲の長さであるが、このような反射器は、通常、約１００ｍｍの長さであり、０ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲であるが、通常は２ｍｍ以上６５ｍｍ以下の範囲の作動距離を与える。
【００５５】
本発明の実施形態によれば、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００は、スタンドアローンで、又は１つ若しくは複数の他のＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールと直列に組み合わせて用いられるように設計される。以下で更に説明するように、複数のＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００は、１つのヘッド（モジュール）（例えば、８０ｍｍ）から、例えば８０００ｍｍの長さの、おそらく１００個のヘッド（モジュール）までの長さで直列に容易に構成される。また、複数のＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００は、幅において直列に構成することもできる。１つの実施形態によれば、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の長さ方向の直列結合の独自の特徴は、たとえ短い作動距離（例えば、約２ｍｍ）の用途であっても被加工物表面において長い出力ビームパターンを形成するために、複数のヘッド（モジュール）が直列に端部同士を互いに当接されている各インターフェース点において、出力ビームが実質的に認識可能な放射照度損失を含まないということである。
【００５６】
以下で更に詳細に説明するように、１つの実施形態では、反射器２０１は、工場で交換可能であり、好ましくは現場でも交換可能である。反射器２０１は、アルミニウム、及び研磨し、鋳造し、押出成形された金属若しくはポリマー等から機械加工することもできるし、射出成形することもできる。反射器２０１は、銀コーティングを有することができ、コーティングの誘電体積層体を有することが可能である。反射器２０１は、堆積プロセス（例えば、ＡＬＤ、ＣＶＤ、スパッタリング、蒸着、ゾルゲル）を用いて、単一層の保護誘電体コーティングを有することができる。反射器２０１は、機械的に又は電気分解によって研磨することができる。複数のＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００は、多くの場合に、幅広フォーマット（wide-format）印刷のような長尺用途において端部同士を接して配置させる必要がある場合があることが予期される。これらの場合には、反射器２０１によって形成される投射ビーム及び／又は焦点を合わせたビームが全ビーム経路に沿って、特に端部同士を接した構成のＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００及び／又はＬＥＤアレイの間のエリアにおいて、ほぼ一様な放射照度を有しており、それによって被加工物のコーティング、インク、接着剤等が一様に硬化されることが望ましい。本発明の実施形態によって与えられる高い放射照度に起因して、コーティング及びインク等は、その中に実質的により少ない光開始剤を有しているか又は本質的に光開始剤を有しないことができ、光開始剤の助けを大きく受けることなく、材料を硬化するのに十分な線量で電磁エネルギーが供給されるという点でＥビームと類似した物質で硬化することができることに留意するべきである。
【００５７】
種々の実施形態において、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の放射照度は、インクジェット印刷等の短い作動距離（例えば、約２ｍｍ）用途における１００Ｗ／ｃｍ２を超える放射照度から、クリアコート硬化等の長い作動距離（例えば、５０ｍｍ以上）用途における２５Ｗ／ｃｍ２を超える放射照度とすることができる。１つの実施形態によれば、ビーム幅は、多様な用途及び動作条件に合致するために、約１ｍｍ幅から１００ｍｍ幅以上に変化する場合があり、その長さは、上述したように、１つのヘッド（モジュール）（例えば、８０ｍｍ）の幅程度の短いものから、１００個のヘッド（モジュール）（例えば、８０００ｍｍ）以上の長いものとすることができる。ビームの長さは、集束反射器又は集束光学素子がこのビーム形状に影響を与えるように使用される場合には、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の長さよりも短くすることができることに留意するべきである。曲線形の又は拡張した端部キャップも検討することができる。外部の屈折光学素子又は回折光学素子も検討される。特定の実施態様に応じて、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の長さは、数十ミリメートル〜数百ミリメートルの長さの範囲にわたることができる。ＬＥＤは約０．３ｍｍ２〜４ｍｍ２又はそれ以上の範囲にわたることができ、それらは矩形状であり、単一の長い行、複数の長い行、又はモノリシックに配列することができる。
【００５８】
本発明の実施形態によれば、図３ＡのＬＥＤアレイ３３０の効率は、通常、１０％〜２０％をはるかに超え、全体的なシステム効率（熱交換器又は冷却装置、ポンプ、及び電力供給源の損失を含む）は、通常、５％〜１０％をはるかに超える。将来的には、５０％を超える効率が予期される。
【００５９】
一旦インレット冷却管２０３及びアウトレット冷却管２０４の説明に戻ると、これらは、例えば、押出成形されたポリウレタン、ビニル、ＰＶＣ（アメリカ合衆国Hudson Extrusions社から入手可能）等から構成することができ、約５／１６インチＩＤ及び約７／１６インチＯＤとすることができる。１つの実施形態では、管２０３及び２０４は、高引張り強度及び低吸湿のポリウレタンからなる。アメリカ合衆国Swagelok社から入手可能な管継手又はアメリカ合衆国John Guest社からの継手を使用することができる。使用環境に応じて、おそらく約４個のより小さなインレットライン及び約４個のより小さなアウトレットライン（図示せず）等の、２つ以上のインレット冷却管２０３及びアウトレット冷却管２０４を使用することが望ましい場合がある。これによって、より小さなベンド半径を有する、より厄介でないユニットを構成することができ、マイクロチャンネル冷却器（図示せず）を通る僅かにより均一に分布した冷却剤の流れを可能とすることができる。一方、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００内の深い主要インレットチャンネル及び主要アウトレットチャンネル（図示せず）は、好ましいマイクロチャンネル冷却器チャンネル（図示せず）への入口及びそこからの出口の点における圧力勾配を本質的に除去する。１つの実施形態では、冷却剤は、１ＰＳＩ〜１００ＰＳＩの間で、好ましくは約１５ＰＳＩ〜２０ＰＳＩの間において、約５℃〜５０℃の間の温度で、好ましくは約２０℃でインレット冷却管２０３を介してＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００内に入り、約１０℃〜１００℃の間の温度で、好ましくは約２４℃でアウトレット冷却管２０４を介して出る。
【００６０】
１つの実施形態によれば、ＵＶ硬化システムの種々の内部コンポーネント（例えば、ＬＥＤドライバーＰＣＢ及びＬＥＤアレイ）からの廃熱は、ランプ本体（図示せず）内に散逸させ、冷却剤の流れによって熱交換器及び／又は冷却装置へ運び去らせることができる。例示的な冷却装置は、アメリカ合衆国Whaley社から入手可能である。１つの実施形態にでは、冷却装置は、高効率のスクロール圧縮機（アメリカ合衆国Emmerson社から入手可能）を使用する。使用モデルに依拠して、冷却装置は、リザーバー、ポンプ、蒸発器及び制御部がＵＶ硬化システムを収納している建物内に配置され、スクロール圧縮機、ファン、凝縮器等の残りのコンポーネントが建物外（例えば、建物の屋根上又は側部）に配置される「スプリット」タイプのものとすることができる。冷却装置又は熱交換器のコンポーネントの多く又は全ては、１つ又は複数のＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００及び／又は電力供給コンポーネントに対して直列又は並列又はその両方の組合せで動作させることができることに留意するべきである。例として、１個の大型の冷却装置を、１つ又は複数のポンプ及び／又はリザーバーを有する場合がある複数のＵＶ硬化システムに対して使用することができる。水対空気用の例示的な熱交換器要素は、アメリカ合衆国Lytron社から入手可能である。どの冷却用溶液も、異なる圧力又は流量が蒸発器及びマイクロチャンネル冷却器を同時に通過することができるようにバイパス構成を用いることができる。
【００６１】
１つの実施形態によれば、冷却用液体（冷却剤）は水を有している。この冷却剤は、１つ又は複数の生物付着抑制剤、殺菌剤、腐食抑制剤、凍結防止材料（例えば、グリコール）及び／又は熱伝達を向上させるためのナノ粒子（例えば、アルミナ、ダイアモンド、セラミック、金属（例えば、ナノ銅）、ポリマー、又は何らかの組合せ）も含むことができ、冷却システムは膜コントラクター、酸素ゲッター、及びミクロンフィルターを含むことができる。熱伝導及び／又は熱伝達を向上させる二重目的のためにＵＶランプエネルギーによって励起されかつ結果的に発生する光フェントン（Photo-Fenton）に起因するチタニア等のナノ粒子は、菌等の生物学的材料の除去を処理する。膜コントラクターは、水中のＣＯ２を効果的に除去し、銅マイクロチャンネル表面の最適な腐食抵抗に対して最適なｐＨを維持するのに役立つ。
【００６２】
１つの実施形態では、スライディングベーンポンプ（イタリア国Fluidotech社から入手可能）を使用することができる。このスライディングベーンポンプは約４ＧＰＭよりも大きな流量及び約６０ＰＳＩ程度の高い圧力を有している。この流量は、本発明の種々の実施形態（例えば、４個以上の８０ｍｍＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の直列接続）に関連して説明するマイクロチャンネル冷却器アーキテクチャに適切である。また、このポンプは約０．２５ＫＷしか消費しないので、非常に静かで、コンパクトで、長寿命で、かつ効率的である。種々の実施形態において、単一点故障の機会を減少させるために、冗長冷却剤ポンプを使用することができる。平均流量は、ランプヘッドあたり約０．７５ＧＰＭ（０．１ＧＰＭ〜１０ＧＰＭの範囲）とすることができる。
【００６３】
図３Ａ及び図３Ｂは、図２ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の断面図を与えている。これらの図から、反射器２０１を有する光反射器層３５０がハウジング２０２内に収納されている本体３０５に装着されていることが分かる。１つの実施形態によれば、本体３０５は、銅又は誘電体ポリマー材料（例えば、ＰＥＥＫ、トルロン（Torlon）、ＬＣＰ、アクリル樹脂、ポリカーボネート、潜在的にグラファイト、セラミック、金属、カーボン、カーボンナノチューブ、グラフェン、ナノ寸法又はミクロン寸法のフレーク、チューブ、ファイバ等のフィラーで充填されたＰＰＳ）から構成されている。これらの充填される樹脂の幾らかはロードアイランド州ノースキングストン所在のCool Polymers社から入手可能である。ランプ本体３０５は、５軸ミリングで機械加工するか又は射出成形することができる。代替的に、本体３０５は、射出成形し、オプションとして二次的に、ミリング又はドリル加工することができる。以下で更に説明するように、種々のコンポーネントは、限定ではないが、ハウジング２０２、反射器２０１、ＬＥＤアレイ３３０、マイクロチャンネル冷却器（好ましくは、ＬＥＤアレイ３３０に対する共通アノード基板の一部を形成している）、カソード爪（claw）３２１、並びにアノードバス本体３１５ａ及び３１５ｂ、並びに好ましくはメタルコアＰＣＢ（ＭＣＰＣＢ）である１つ又は複数のＬＥＤドライバープリント回路基板（ＰＣＢ）３１０を含む本体３０５に対して直接又は間接的に装着することができ、アノードバス本体３１５ａ及び３１５ｂは、ＭＣＰＣＢのメタルコアとしての役割を果たすことができる（共通アノードバックプレーンとしても知られている）。ランプ本体の外側の側壁において、ＭＣＰＣＢと流れている冷却剤との間に、成形又は糊付けされた熱伝導パッドを挿入することができる。
【００６４】
この非限定的な例において、本体３０５は、その中に、主要インレットランプ本体冷却液チャンネル３６０及び主要アウトレットランプ本体冷却液チャンネル３６１が形成されており、それらの両方が本体３０５の長さにわたり延在している。主要インレットランプ本体冷却液チャンネル３６０は、本体３０５のベースに形成されている第１の冷却剤インレット（図示せず）を介して、インレット冷却管２０３と流体連通している。主要アウトレットランプ本体冷却液チャンネル３６１は、本体３０５のベースに形成されている第２の冷却剤インレット（図示せず）を介して、アウトレット冷却管２０４と流体連通している。チャンネル３６０及び３６１は、それらの間に配設されているマイクロチャンネル冷却器（図示せず）を介して実質的に一様に冷却剤が流れるように寸法設定されている。１つの実施形態では、第１の冷却剤インレット及び第２の冷却剤インレットは、主要インレットランプ本体冷却液チャンネル３６０からマイクロチャンネル冷却器を通って主要アウトレットランプ本体冷却液チャンネル３６１への冷却剤の等しくかつ一様な流れを容易にするために、本体３０５のベースの両端で、互いに対向するか、互い違いにするか、又はそれらの何らかの組合せにすることができる。代替の実施形態において、複数のインレットランプ本体冷却液チャンネル及び複数のアウトレットランプ本体冷却液チャンネルを用いることができる。
【００６５】
１つの実施形態では、マイクロチャンネル冷却器を通る流れバランスは、ＬＥＤアレイ３３０の長軸に平行に延びる一次冷却剤インレットマニフォールドチャンネル及び一次冷却剤出口マニフォールドチャンネルを、それらの長さに沿ってほぼ均一である圧力降下レベルに到達するように設計することによって達成される。この設計は、インレットポートから広げるか又は非常に深いチャンネルにより出口ポートへ集束させることによって、チャンネルの全長に沿って、チャンネルの上部近く（マイクロチャンネル冷却器（図示せず）に最も近い）の冷却剤圧力差がほぼ均一状態の点に到達する点へチャンネル深さを延在させることによって行われる。換言すると、極めて深いチャンネル３６０及び３６１によって、冷却剤が、マイクロチャンネル冷却器の長さに沿って広がりかつその中の各チャンネルの上部近くで小さな圧力差を達成するのに十分な時間と水力抵抗と表面抗力とが与えられ、その結果、ＬＥＤアレイ３３０の下の各マイクロチャンネルを通るバランスが取れた流れが得られる。
【００６６】
１つの実施形態によれば、ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０の部分組立体コンポーネントは、限定ではないが、ＬＥＤドライバー制御器ＩＣ（図示していないが、それはＤＣ／ＤＣコンバータシステムの一部とすることもできる）、ＦＥＴ３１２、ゲート（図示せず）、インダクター３１１、コンデンサー（図示せず）、抵抗器（図示せず）、並びにカソードバスバー３０４ａ及び３０４ｂを含む。上記で示したように、１つの実施形態では、ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０は、メタル（コア）基板上の多層金属箔（例えば、銅）／誘電体層（例えば、ＭＣＰＣＢ）（カナダ国Cofan社から入手可能）であり、ドライバー組立体からの廃熱を本体３０５内に散逸させるために、介在する熱伝導化合物とともに本体３０５に結合（例えば、螺子により固定）されている。この廃熱は、そこから主要インレットランプ本体冷却液チャンネル３６０及び主要アウトレットランプ本体冷却液チャンネル３６１を通る冷却剤の流れによって運び去られる。本例では、チャンネル３６０及び３６１は本体３０５内に十分に深くに延在して、著しい量の廃熱が生成されるＦＥＴ３１２及びインダクター３１１の実質的に下側のエリアに冷却を提供する。複数の多層金属箔層を電気的に接続するためにビアを使用することができる。
【００６７】
１つの実施形態では、表面実装電気コンポーネント及び他の半導体コンポーネントを含むＬＥＤドライバー組立体ＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂは少なくとも９０％の効率である。例示的な高電流に対応した効率的なＬＥＤドライバーＩＣ（図示せず）は、アメリカ合衆国National Semiconductor社から入手可能である（例えば、部品ＬＭ３４３４又はＬＭ３４３３又は実質的な均等物）。アメリカ合衆国Linear社及びMaxim社も同様の部品を製造している。ＬＥＤドライバーＩＣ（図示せず）は半導体接合ＰＮを含むデバイスであり、好ましくはシリコンをベースとしており、より高い電圧／より低い電流の入力をバック変換して、本発明の種々の実施形態において望ましい高電流ＬＥＤ駆動条件に適した、より低い電圧及びより高い電流に変換することを可能にする。ＰＷＭを使用することができる。
【００６８】
ＬＥＤアレイ３３０の個々のＬＥＤ又はＬＥＤ群はＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂの対応するセグメントによって駆動される。例えば、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の側部あたり１７個のＬＥＤからなる４つの群は、ＬＥＤあたり約３Ａ（０．５Ａ〜３０Ａの範囲）で、約４．５Ｖ〜５Ｖ（２Ｖ〜１０Ｖの範囲）で駆動される。そのような実施形態においては、ＬＥＤアレイ３３０は、６８個のＬＥＤを２つのＬＥＤ列に（全部で１３６個）有し、対向するＬＥＤ群はＬＥＤあたり約３Ａで、対応するＬＥＤドライバーＩＣによって電気的に駆動及び／又は制御され、その結果、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００あたり約２ｋＷの入力となる。別の非限定的な例は１６個のＬＥＤを１５個の群×２で有するものであり、それは群あたり約４Ｖ及び４０Ａ（１Ｖ〜１０Ｖ及び１Ａ〜５００Ａの範囲）で駆動することができ、ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂへの約１２Ｖのみの入力を有している。
【００６９】
幾つかの実施形態では、表面実装電気コンポーネント及び他の半導体コンポーネントの高効率に起因して、カスタムメタルコアＰＣＢ（ＭＣＰＣＢ）を、好ましくは螺子又は他の手段によって本体３０５の側部に固着させ、インターフェース材料を介して、熱伝導性の本体３０５内へ伝導冷却させることができるように構成することができる。その廃熱は、最終的には、本体３０５を通る冷却剤の流れの対流輸送によって除去される。例えば、本体３０５の各側部上に１個ずつある２つのＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂは、約４ミル（mil）〜１２ミルの熱伝導性誘電体材料層（アメリカ合衆国Thermagon社及び／又はカナダ国Cofan社から入手可能）を有する２．５ｍｍ（０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲）の厚さの銅コアボード上に構成することができる。１つの実施形態では、高度に熱伝導性の誘電体層が、本体３０５に固着されているＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂの銅メタル層（例えば、１オンス（ｏｚ）〜４オンスの銅箔層）の間に介在している。各ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂ（例えば、×２）は、フレックス回路セクションによって分離されている４つのＬＥＤ群の位置に対応する４つの電気的に分離されたカソードセグメントを有することができる（図６の断面分解図においてはそのうちの４つが示されており、そのうちの２つは対向するＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂによって駆動される）。１つの実施形態では、ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂとフレックス回路セクションとは互いに直交して配列されている。別の非限定的な例は、本体３０５の各側部が各側部に固着した１つのＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂを有しており、４つの別々のＬＥＤドライバー制御器ＩＣが各ＰＣＢ上に配置されているものである（全部で８つのＬＥＤドライバー制御器ＩＣであり、それらは、要するに、（例えば、８０ｍｍ長さの）ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００あたり約２ｋＷ以上まで駆動させることができる。）。ここでもまた、ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０を本体３０５の側部へ固着させることによって、ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂからの廃熱は本体３０５内に拡散させ、冷却剤の流れによって熱交換器又は冷却器へ運び去らせることができる。１つの実施形態では、熱伝導性グリース又は他の化合物をＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂと本体３０５との間に配置することができる。代替的な実施形態では、ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂは、熱的に非効率に本体３０５へ取り付け、ファンを介して対流的に冷却させることができる。
【００７０】
１つの実施形態によれば、共通アノード基板層３１７が、カソード爪３２０ａ〜３２０ｄ及び３２１ａ〜３２１ｄとアノードバス本体３１５ａ及び３１５ｂとの間にクランプされている。モノリシックＵ形状共通アノードは、アノードバス本体３１５ａ及び３１５ｂ（実質的に互いに平行である）並びに共通アノード基板層３１７（アノードバス本体３１５ａ及び３１５ｂに対して実質的に直交している）によって形成されている。別の実施形態では、共通アノード基板３１７並びにアノードバス本体３１５ａ及び３１５ｂは、モノリシックの矩形又は正方形形状の共通アノードを形成することができる。
【００７１】
１つの実施形態では、カソード爪３２０ａ〜３２０ｄ及び３２１ａ〜３２１ｄの１つの表面は共通アノード基板３１７のカソード部に対して実質的に平行であり、別の表面はＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂの上面に対して実質的に平行であり、それにより、これらの２つの層間を電気的に接触させることを可能にしている。カソード爪３２０ａ〜３２０ｄ、３２１ａ〜３２１ｄ、アノードバス本体３１５ａ及び３１５ｂを固着させるための装着メカニズムを含む共通アノード基板層３１７を形成する組立体に関する更なる詳細を以下に与える。
【００７２】
本例においては、反射器２０１は大型（マクロ：例えば、高さが数十ミリメートル）でモジュール式の非結像型反射器構成体であり、入口アパーチャ３５１又は出口アパーチャ３５３のいずれよりも著しく一層大きな中間部分３５２を有している。このような構成体は、被加工物から反射器２０１への短いスタンドオフ距離（例えば、２ｍｍ）である印刷用途によく適しており、高い放射照度（例えば、約５０Ｗ／ｃｍ２より大きい）は高い処理速度、硬化硬度及び硬化完全性（タックフリー）に有利である。１つの実施形態によれば、反射器対の入口アパーチャ（例えば入口アパーチャ３５１）は、ＬＥＤアレイの発光面の面積の１１０％（１００％〜１５０％の範囲）の面積を有する。
【００７３】
１つの実施形態では、反射器２０１は、ＬＥＤアレイ３３０によって放出される光の約９０％以上（５０％〜９９％の範囲）を捕捉及び制御し、長尺反射器２０１の各半分は被加工物上の投射した光学的パターンの中心線の反対側に焦点を有する楕円であり、結果的に、従来の（投射したビーム中心線に沿った）共用型焦点設計アプローチよりもピーク放射照度を増加させている。複合楕円又は他の複合放物線形状も考えられる。１つの実施形態では、反射器２０１は約８０度（４５度〜９０度の範囲）の高い角度範囲を有するように設計される。
【００７４】
本発明の種々の実施形態は、光開始剤は有毒性（かつ高価）である可能性があり、硬化されないインク、コーティング又は接着剤は不所望なものであることから、高いピーク放射照度と高い総出力パワー（例えば、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００あたり約１８４Ｗ）との両方を生成することによって高品質の硬化（例えば、１００％又はほぼ１００％）を生成することに努めるものである。上記で指摘したように、高い放射照度によって、より早く、より深く、かつより硬く硬化された材料が得られる。その結果、本発明の実施形態は、ＬＥＤの高効率及び長寿命の両方を維持しながら、現在の最新技術のＵＶＬＥＤ（及び水銀ランプ）硬化システムにおいて開示されているレベルよりも約１０倍（又はそれ以上）であるピーク放射照度レベルを達成することに努めるものである。
【００７５】
１つの実施形態によれば、反射器２０１は、容易に工場で置換可能であり、好ましくは現場で置換可能であり、それによって、異なる処理目標／パラメーターを充足する場合がある異なる用途に対してＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の本体３０５に他の反射器を取り付けることを可能とする。本例では、反射器２０１は、２部構成のものである楕円反射器として示されており、ここで、２つの主要コンポーネントは１つ又は複数の楕円の対向する側部である。反射器２０１は、５軸ミル上で機械加工し、次いでダイアモンドグリッド研磨剤で研磨することもできるし、押出成形された金属とし、後研磨することもできるし、モールドキャビティ／押出成形ダイの先研磨に起因して後研磨の必要性がない押出成形ポリマーとすることもできる。上述したように、反射器２０１はモジュール式設計のものとすることができ、これによって、高い放射照度（出力パワー密度）の狭い投射された焦点ビーム「ライン」を必要とする平坦基板上のインク硬化等の用途が超高強度ライン発生用反射器（図示せず）上にボルトを使用することができ、一方、より長い被写界深度を必要とする粗いトポロジーの基板上の用途が、このより長い被写界深度（又はより長い焦点深度）に対して特に設計された反射器対（図示せず）を要求することができる。この反射器対は、以下で更に詳細に説明するように、以前の反射器対を単にボルトを緩めて取り外し、その代わりに新たな反射器対をボルト止めすることによって高強度反射器対と容易に交換される。同様に、反射器対は、高強度を有する長い作動距離用、又は被加工物上で広面積の滑らかな強度のビームパターン（例えば、トップハットビームパターン）を有する長い作動距離用に特に構成することができる。反射器２０１と共通アノード基板層３１７との間に位置決めピンを使用することができる。
【００７６】
１つの実施形態では、好ましくは射出成形したポリマー反射器２０１の内部表面は、ＡＬＤ（原子層堆積）プロセスのピンホールなしの性質に起因して耐腐食性であるＡＬＤ保護オーバーコートを有する銀真空蒸着コーティングである。銀コーティングは、種々の堆積プロセス（例えば、ＡＬＤ、ＣＶＤ、スパッタリング、蒸着、ゾルゲル）を用いて堆積させることができる。ポリカーボネートは廉価なポリマー反射器樹脂であるため、銀を堆積させる前にポリカーボネート上に蒸気バリアーを配置するべきであり、それによって、ポリマー反射器基板に面する銀コーティングの側部は、腐食性性蒸気（分子）が内側から外側へ銀を腐食させないようにする。低蒸気浸透性樹脂（例えば、Ｅ４８Ｒ（アメリカ合衆国Zeon Chemicals社）が考えられる。Ｕｌｔｅｍ及びＥｘｔｅｒｎのような高温樹脂はアメリカ合衆国Sabic社から入手可能である。また、蒸気バリアー（例えば、銅、ＡＬＤ酸化物コーティング）が付加的に考えられ、銀又はアルミニウムコーティングの前に反射器上に堆積させることができる。ＡＬＤ誘電体オーバーコートは、酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３）若しくはフッ化物（例えば、ＭｇＦ２）又はそれらの何らかの組合せからなる群から選択される。代替的に、反射器２０１上のＨＲコーティングは、射出成形したポリマー反射器上の、誘電体でオーバーコートしたアルミニウムコーティングとすることもできる。誘電体コーティングは、用途に最も適した波長の周辺のピーク反射率に対して調整された単一層フッ化マグネシウム又は二酸化シリコンであることが好ましい。選択した波長範囲におけるピーク放射照度を増加させるために、上述した構成のいずれかに対して光干渉に基づく誘電体積層体を使用することができる。
【００７７】
本発明の実施形態は、ビーム制御用の二次光学系（図示せず）及び／又は反射防止（ＡＲ）コーティングを有するウィンドウ（例えば、レンズ）３４０を使用することができる。ＡＲコーティングは、ＢＡＡＲ（広角反射防止）コーティングであることが好ましい。なぜならば、出口アパーチャ３５３から射出する角度は４５度を超える場合があり、このため、このようなＢＡＡＲコーティングが使用されない場合には、高角度はウィンドウ表面からの著しい有害な反射を被ることとなるためである。日焼けマシン用の高ＵＶ抵抗性アクリルが考えられるが、ウィンドウ３４０及び二次光学系のためにはホウケイ酸ガラスが好ましい。１つの実施形態では、ウィンドウマウント３４１は以下で更に説明するようにウィンドウ３４０を所定位置に保持している。１つの実施形態によれば、ウィンドウ３４０と反射器２０１との間にＯリング（図示せず）が位置している。１つの実施形態では、反射器２０１のための外部ハウジングを射出成形することができる。種々の実施形態において、不活性ガス又は微細多孔性球体（アメリカ合衆国Zeolite社から入手可能）を用いて水蒸気を制御することができる。この蒸気は、ＬＥＤにわたり封止材が使用されていない場合には、ＬＥＤ寿命にとって問題である可能性がある。現在の最新技術は、短ＵＶ波長の高光子エネルギーからの黄変が問題であるので、ＬＥＤ封止材（高純度シリコーン等）を使用することを可能とするものではない。現時点においては、低炭素含有のSchott社（ドイツ国）からのシリコーン封止材が現存するもので最も少ない黄変のものであることが知られている。
【００７８】
ウィンドウ３４０から被加工物表面への距離を測定する目的のために、ウィンドウ３４０は内面（ＬＥＤアレイ３３０の表面に最も近い）及び外面（被加工物の表面に最も近い）を有していることを理解するべきである。ここで、被加工物への距離は、通常、ウィンドウ３４０の外面に関して測定される。
【００７９】
図４Ａ及び図４Ｂは、図２ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の反射器２０１の下部部分及び本体３０５の上部部分の拡大した断面図を与えている。これらの図において、ＬＥＤアレイ３３０及び共通アノード基板層３１７の種々の側面が明らかなものとなる。さらに、これらの図において、セパレーターガスケット３１４が複数個のＯリング４２０から形成されていることが図示されており、ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂの好ましい多層構造が目視可能となっている。
【００８０】
以下で更に詳細に説明するように、１つの実施形態では、マイクロチャンネル冷却器４１０は共通アノード基板層３１７を提供する。１つの実施形態によれば、マイクロチャンネル冷却器４１０は、種々の一次インレット／アウトレットマイクロチャンネル４１１及び内部マイクロチャンネル（図示せず）がエッチングされた箔層（図示せず）へ拡散ボンディングされた熱拡散層（図示せず）を含む、拡散ボンディングされエッチングされた箔マイクロチャンネル冷却器である。マイクロチャンネル冷却は境界層が圧縮される層流成分を有しているが、本発明の実施形態では、エッチングされた冷却剤の流路形状及び／又は方向変化から衝突冷却（例えば、乱流）が生じる場合がある。例示的なマイクロチャンネル冷却器は米国特許第７，８３６，９４０号に例示されており、この特許文献は全ての目的のために引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。本明細書に記載する冷却要件に適うマイクロチャンネル冷却器はアメリカ合衆国Micro-Cooling Concepts社から入手可能である。当業者であれば、種々の他の冷却手法を使用することができることを認識するであろう。例えば、マクロチャンネル冷却及び他の乱流冷却経路（例えば、衝突、ジェット衝突）又は２相／核沸騰（又は何らかの組合せ）、並びに冷却方式が考えられる。
【００８１】
本発明の種々の実施形態によれば、１つの目的は、ＬＥＤアレイ３３０の端部間で比較的等温の状態（例えば、約±１℃内であり、かつ通常、最大平均接合温度が約４０℃（３０℃〜２００℃の範囲）の接合温度）を形成し維持することである。この目的を達成するために、本発明の実施形態は、前後間、上下間、端部間及び／又は側部間でマイクロチャンネル冷却器４１０を通る冷却剤の流れのバランスをとることを試みる。代替的な実施形態では、その流れは設計の必要性に適合するようにバランスをとるか又はアンバランスにすることができる。冷却剤は、ＬＥＤアレイ３３０のＬＥＤの底面及びその下側に対して、垂直、水平、直交、平行等又はそれらの任意の組合せから選択される事実上任意の方向にマイクロチャンネル冷却器４１０の内部一次チャンネル及び内部二次チャンネル（図示せず）を通って流れることができる。チャンネルの向きを表現する別の方法は、（ほとんどのＬＥＤにおいて）ＬＥＤの底面に対して実質的に平行であるＰＮ接合面に対するものである。
【００８２】
同様に、内部一次チャンネル及び／又は内部二次チャンネルは、ここでもまたＬＥＤ（又はＬＥＤのＰＮ接合部）の底部の向きに対して、垂直、水平、直交、平行、対角線状、角度付き、バイパス、部分的バイパス等又はそれらの任意の結合から選択される事実上任意の向きのマニフォールド（複数の場合もある）で相互接続することができる。冷却剤の全て又はほとんど全て（ほぼ１００％）が、最終的に、主要インレットランプ本体冷却液チャンネル３６０の上部部分（例えば、主要インレットマイクロチャンネル冷却器冷却液チャンネル４３０ｂ）から、マイクロチャンネル冷却器４１０を通って、主要アウトレットランプ本体冷却液チャンネル３６１の上部部分（例えば、主要アウトレットマイクロチャンネル冷却器冷却液チャンネル４３０ａ）へ、ＬＥＤアレイ３３０及び／又はマイクロチャンネル冷却器４１０の長軸に対して直交する、すなわち垂直である方向に流れることが望ましい。１つの実施形態では、マイクロチャンネル冷却器４１０は、浸食を大きく減少させるようなレベルへ流速を減少させるためにＣＦＤによって最適化された流路を使用する。１つの実施形態では、約２メートル／秒の冷却剤速度がチャンネルの浸食を減少させるために好ましい。浸食の可能性を更に排除するためにチャンネル基板に対してセラミック材料を使用することができる。
【００８３】
上記で説明したように、主要インレットランプ本体冷却液チャンネル３６０及び主要アウトレットランプ本体冷却液チャンネル３１６は、エッチングされた箔内部マイクロチャンネルを通って一様に冷却剤が流れるように寸法設定され、それによって、主要インレットランプ本体冷却液チャンネル３６０において開始する冷却剤の任意の所与の分子が最終的に主要アウトレットランプ本体冷却液チャンネル３６１内に入り、このため、基本的に、冷却剤の各分子は、最終的には、それがマイクロチャンネル冷却器４１０をトラバースしＬＥＤの下側を流れる場合に、ＬＥＤアレイ３３０の長軸に対して実質的に垂直（ＬＥＤアレイ３３０の短軸に対して実質的に平行）に流れることになるという点で、好ましくは、冷却剤のほぼ全てが最終的にＬＥＤアレイ３３０の長軸に対して実質的に垂直な方向に延びることとなる。主要インレットランプ本体冷却液チャンネル３６０を非常に狭い（例えば、約１ｍｍ〜４ｍｍ、好ましくは約２．３ｍｍ）幅で非常に深く（例えば、約１ｍｍ〜１００００ｍｍ、好ましくは約１００ｍｍ）することによって、結果的に得られる水力抵抗は、マイクロチャンネル冷却器４１０の内部チャンネルが一次チャンネル、クロスチャンネル、二次チャンネル、マニフォールドチャンネル等であるか否かにかかわらず、それらの内部チャンネルの実質的に全て又はほとんどを通じてバランスが取れた流れという観点において一様なマイクロチャンネルの流れに役立つ。これらのチャンネルは、湾曲、Ｓベンド、乱流用の突起を有することができ、おそらく、ＬＥＤアレイ３３０の短軸に対し実質的に横方向又は平行である方向にＬＥＤアレイ３３０下側の空間をトラバースするにつれ、狭くなり、広くなり及び／又は深くなる場合があることを理解するべきである。ここでもまた、任意の所与のマイクロチャンネルの向きは、ＬＥＤのＰＮ接合部の向きに対して任意の向き（及び流れ方向）とすることができる。
【００８４】
以下で更に詳細に説明するように、ＬＥＤ又はレーザーダイオード等の発光デバイスを含むＬＥＤアレイ３３０がマイクロチャンネル冷却器４１０に装着されている。１つの実施形態では、マイクロチャンネル冷却器の長さに沿ったＬＥＤの数の範囲は２個〜１００００個であり、各ＬＥＤの寸法は約１．０７、１．２、２、４平方ｍｍ（又は２ｍｍ×４ｍｍ）であり、０．１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲である。幅対長さのアスペクト比は、好ましくは、約１：６８〜１：２００であるが、その範囲は１：１０〜１：１０００とすることができる。ＬＥＤアレイは、高アスペクト比ではない場合があり、実質的に正方形、実質的に矩形、実質的に円形又は他の幾何学的形状である場合があることに留意するべきである。例示的なＬＥＤはアメリカ合衆国のSemiLED社から入手可能である。SemiLED社のＬＥＤは独自の（多くの場合に鍍金した）銅基板を有しており、それは有利には銅（又はセラミック）マイクロチャンネル冷却器４１０へボンディングされており、それによりこの高熱伝導性材料の熱的及びコスト的有利性を維持している。１つの実施形態によれば、使用されるＬＥＤの寸法は１．０７×１．０７平方ｍｍであり、ＬＥＤアレイ３３０は６８個のＬＥＤの長さ×２つのＬＥＤの幅のアレイを含む。
【００８５】
日本国の日亜社も、SemiLED社の共通垂直構造ＬＥＤに対し水平構造ＬＥＤを広く製造している例示的なＬＥＤ提供元である。１つの実施形態では、直列のＬＥＤからなる群のうちの１つ若しくは複数、又はＬＥＤアレイ全体を、サファイヤ等の非導電性基板の上等の上面にアノード及びカソードを有する水平構造ＬＥＤを用いて実装することができる。例えば、特定の直列のＬＥＤからなる群のためのサブマウントを用いることなく、列の一端においてカソードワイヤを多層フレックス回路１４０３に結合することができ、列の他端においてアノードワイヤを多層フレックス回路１４０３に結合することができる。
【００８６】
本発明の１つの実施形態では、ＬＥＤアレイ３３０のＬＥＤは、好ましくは共通アノード基板上において、実質的に電気的に並列に配置されており、又は少なくとも２個のＬＥＤを並列に有している。これは非常に熱的に効率的な接続様式である。なぜならば、従来の直列構成又は直列／並列構成において必要とされるような電気的分離の目的のために、ＬＥＤのベースと基板との間に、熱的に妨げとなる誘電体層を付加する必要がないからである。しかしながら、純粋に直列構成又は直列／並列構成のみならず、これらの構成のうちの任意のものが種々の実施形態において考えられることに留意するべきである。誘電体層は全体的な熱抵抗を実質的に増大させる可能性があり、それによりデバイス（複数の場合もある）の接合温度を上昇させ、出力パワー及び／又は効率に悪影響を与えるものである一方で、約数ミクロン以下の厚さの非常に薄い誘電体層を原子層堆積等の手段によって成長させることができ、直列／並列型構成における電気的分離の目的のために銅等の材料の上に非常に低い熱インピーダンス層を提供することができることが予期される。この誘電体は酸化物、窒化物、炭化物、セラミックス、ダイアモンド、ポリマー（ＡＬＤポリイミド）、ＤＬＣ等からなる群から選択することができる。
【００８７】
本発明の種々の実施形態によれば、１つの目的は、ＬＥＤのエピタキシャルＰＮ接合部の間に、又は好ましくはベアのダイの少なくとも底部において、非常に低い熱抵抗を維持することである。この非常に低い熱抵抗は、約０．０１５Ｋ−ｃｍ２／Ｗであるが、その範囲は０．００１０Ｋ−ｃｍ２／Ｗ〜１５Ｋ−ｃｍ２／Ｗの範囲で、多くの場合に約０．０２４Ｋ−ｃｍ２／Ｗである。金属層、誘電体層、セラミック層又はポリマー層のいずれかからなる箔、ボンドパッド、トレース等の非常に薄い層が考えられるが、これらの付加的な層から発生する熱抵抗の増加に起因して最適なものではなく、それは不可避的に接合温度を上昇させ、それに対応して効率を減少させることになる。より厚いＮキャッピング層又はＰキャッピング層等のエピタキシャル構成体の成長及び設計と関連する電流ドループ（droop）を減少させる種々の手段、及びオランダ国のPhilips社及びアメリカ合衆国のRPI社及びその他の従業員によって寄稿されている最近出版された科学雑誌（例えば、Rensselaer Magazine「New LED Drops the 'Droop'」２００９年３月、及びCompound Semiconductor Magazine「LED Droop : Do Defects Play A Major Role?」２０１０年７月１４日、これらはともに、全ての目的のために引用することによりその全体が本明細書の一部をなす）において見られる最新技術による他の手段（例えば、非放射性再結合中心を減少させる新しい量子障壁設計等）を使用することができる。ネイティブＧａＮウェハー及び更には極性ＧａＮウェハーにおけるエピタキシャル成長が現在のところ電流ドループを低減又は排除すると考えられている。
【００８８】
したがって、種々の実施形態によれば、極めて低い熱抵抗経路がＬＥＤ接合部と、エッチングされた（例えば、化学的にエッチングされた）箔層との間に存在し、この箔層は好ましくは化学的にエッチングされたマイクロチャンネル内に流れる液体を含む。なぜならば、ＬＥＤは直接装着されており（好ましくは、２．５ミクロン厚のＳｎＣｕ半田を用いる）、ヒートスプレッダー（使用される場合）及び箔層は薄く、それらは、介在する誘電体層を加えないことが好ましいからである。マイクロチャンネルの製造においては、他のエッチング又はリソグラフィー又は機械加工プロセスも考えられる。
【００８９】
１つの実施形態によれば、ＬＥＤアレイ３３０のＬＥＤは直接ボンディングされている（すなわち、例えば、（例えばスパッタ堆積手段によって）ＬＥＤの底面へ好ましくは予め施される薄い予めスパッタリングされた半田層を除いて、ＬＥＤとマイクロチャンネル冷却器４１０との間に実質的に介在する層は（バルク材料であれ、箔であれ、薄膜であれ、他の材料であれ）存在しない）。
【００９０】
以下で更に詳細に説明するように、セパレーターガスケット３１４は、本体３０５に対し共通アノード基板層３１７を封止し、またＬＥＤアレイ３３０直下を冷却剤が実質的にバイパスすることを防止するために、１つ又は複数のＯリング４２０によって形成することができる。この図及び他の図において、Ｏリング４２０ａ〜４２０ｃは圧縮されているように見えないが、実地動作では、それらは、実際に圧縮されて、液がチャンネル間を又は外部環境内へバイパスすることを防止するそれらの意図されている機能を実施することが理解されるであろう。本例においては、セパレーターガスケット３１４は、マイクロチャンネル冷却器（垂直方向に層化されているか又は水平方向に層化されているかにかかわらず）の拡散ボンドした箔層（図示せず）の底面（発光方向と反対側）に対して実質的に平行であり、同じｚ軸面内にある。セパレーターガスケット３１４の断面は、好ましくは、実質的に丸く、軟デュロメーターシリコーンから構成することができ、アメリカ合衆国Apple Rubbber社によって製造されている場合がある。代替的な実施形態では、セパレーターガスケット３１４の断面は正方形又は矩形とすることができる。
【００９１】
本例において示されているＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂの多層構造に関連して、１つの実施形態では、約２．５ｍｍの厚さ（０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲）で、カナダ国Cofan社から入手可能である銅（又はアルミニウム、ポリマー、充填型ポリマー等）メタルコアＰＣＢボードは、ＰＣＢの寸法を最小に維持するために多層で構成されている。高パワーＦＥＴ及びゲートドライバー及びインダクター及び抵抗器及びコンデンサーを、メタルコアに最も近い、好ましくはアメリカ合衆国Thermagon社の層上に装着することができる。実際に、幾つかの実施形態において、この層は、ＦＥＴ（又は他のドライバーＰＣＢコンポーネント）を、取り付け螺子を用いて又は取り付け螺子を用いずにメタルコアに対して直接装着することができるようにウィンドウ又はコアを形成することができる。アメリカ合衆国National Semiconductor社から入手可能なＬＭ３４３４又はＬＭ３４３３（例示のみ）シリーズのＬＥＤ共通アノードドライバーもメタルコアに可能な限り近く装着することができ、そのことは、コンポーネントとメタルコアとの間に最小限の誘電体層厚さ（存在する場合）が存在することができることを意味している。等しいトレース経路長及び近接したコンポーネント間隔も効率的な電気的及び安定な動作のために考慮されるべきである。カスタム巻線インダクターは、ドライブ部分組立体効率を大きく増加させることができる。これらのインダクターは、マイクロ冷却器フレックス回路組立体の共通アノード基板３１７と共用されることもできる好ましい共通バックプレーン（例えば、アノード本体３１５ａ及び３１５ｂ）を有する別個のドライバー（例えば、８つ又は１５個）の磁界を有利には互いに相互作用させて、好ましくは定電流のドライバー（ただし特に特別な回路の場合には、定電圧ドライバーが考えられる）の効率を増加させるような向きに向けることができる。パルス幅変調（ＰＷＭ）定電流ドライバーが考えられるが、ＰＷＭは、電流リップルに起因して高電流においてＬＥＤ寿命に悪影響を及ぼす可能性があり、インダクターとＬＥＤとの間に付加的なコンデンサーを考慮するべきである。代替的に、インダクター間に鉄基板を配置して、インダクター間、又は他のコンポーネント間における、向き及び間隔依存性である場合がある不所望な相互作用を減少させることができる。最も好ましくは、インド国VASHAY社からのシールド型の既成（ＯＦＳ）のインダクターを考えることができる。
【００９２】
ランプ本体３０６の後ろ側（主要入力水及び電気エネルギー入／出源が配置されている側）に、好ましくは金属（銅、アルミニウム、複合材）のＭＣＰＣＢコアは、アノード用の単一ワイヤ接続のための空間及び／又は強力な装着プレートを形成するために、２つのＭＣＰＣＢ（カナダ国Cofan社から入手可能なメタルコアを有するＰＣＢ）の間に螺子止め又は半田付けしたタイバー（すなわち、アノードクロスプレート）を有することができる。このアノード用の単一ワイヤ接続は更に、ＡＣ幹線へ接続されている主要ＡＣ／ＤＣフロントエンド電力供給源へ延びる。
【００９３】
１つの実施形態では、ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂのメタルコアは、接地プレーンであるが、各ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂ上には２つ以上の接地プレーンが存在する場合がある。したがって、ＰＣＢの端部は、好ましくは、共通アノード基板層３１７の接地面に対してクランプ又は半田付けされる。このことは、好ましくは、共通アノード基板層３１７のアノード側がＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂのアノード側（端部）と接触し、電気的通信状態にあることができ、共通アノード基板層３１７のカソード側（例えば、上部箔層）が、好ましくは、ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂと電気的通信状態にある個々のカソードセグメントの適切な上部カソードエリアと接触し、電気的通信状態にあることができるように、共通アノード基板層３１７が本体３０５の各側部に延在し、すなわち各側部上に垂れ下がることを許容することによって達成される。
【００９４】
図５Ａ及び図５Ｂは、ＬＥＤアレイ３３０、及び図２のＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の共通アノード基板３１７とのＬＥＤアレイ３３０のインターフェースを例示する更なる拡大図を与えている。これらの図において、ＬＥＤアレイ３３０の高フィルファクター、個々のＬＥＤの電気的結合、反射器２０１のベースのＬＥＤの表面に対する近接性、及びフレックス回路５１０の種々の層が明らかとなる。さらに、これらの図において、マイクロチャンネル冷却器４１０の好ましくは垂直の向きの箔層を見ることが可能となる。
【００９５】
１つの実施形態によれば、共通アノード基板層３１７は、ＬＥＤアレイ３３０からの熱を伝達するためのマイクロチャンネル冷却器４１０と、集積化されエッチングされたキャッピング層５２５と、ソリッドなキャッピング層５３０とを含むことができる。１つの実施形態では、マイクロチャンネル冷却器４１０の幅は、ＬＥＤアレイ３３０よりも僅かに（例えば、約４００ミクロン（５０ミクロン〜２０００ミクロンの範囲）未満）幅広であるにすぎない。１つの実施形態では、マイクロチャンネル冷却器４１０の全幅は、ＬＥＤアレイ３３０の全幅の約１．２倍（１倍、１．１倍、１．３倍、１．４倍、１．５倍、１．６倍、１．７倍、１．９倍、２倍、２．１倍、２．２倍、２．３倍．２．４倍〜２．５倍の範囲）である。これに関連して、コンピューターモデリングは、マイクロチャンネル冷却器４１０の全幅をＬＥＤアレイ３３０の幅のほぼ２倍（２×）の幅へ増加させることはピーク熱抵抗を約５％しか減少させないことを示唆している。
【００９６】
マイクロチャンネル冷却器４１０は、マイクロチャンネル冷却器４１０の上面の下のヒートスプレッダー層５４０（熱拡散層又は放熱上面としても知られている）（例えば、約１２５ミクロン厚（５００ミクロン未満から、２５０ミクロン未満、２００ミクロン未満、１５０ミクロン未満、１００ミクロン未満、５０ミクロン未満、２５ミクロン未満までの範囲））と、複数の一次インレット／アウトレットマイクロチャンネル（例えば、一次インレットマイクロチャンネル４１１）と、種々のインレットマニフォールド通路、熱伝達通路、及びアウトレットマニフォールド通路と、を含むことができる。これに関連して、ヒートスプレッダー層５４０は、実際には、真の熱拡散をほとんど与えないが、一方で、極めて短い熱拡散長さ（ＬＥＤの底部とマイクロチャンネル冷却器４１０の熱伝達チャンネル（図示せず）の最近傍点との間の距離）を与えることに留意されたい。例示的な熱伝達チャンネル、それらの向き、流れ方向及び寸法は、引用することにより本明細書の一部をなす米国特許第７，８３６，９４０号によって与えられている。
【００９７】
マイクロチャンネル冷却器４１０の上面は、マイクロチャンネル冷却器４１０をＬＥＤアレイ３３０と結合することができる。一次インレットマイクロチャンネル（図示せず）は、流体を受けとり、この流体を、熱伝達通路を含むマイクロチャンネル冷却器４１０内の内部通路内へ方向付けるように構成することができる。熱伝達通路は、流体を受けとり、この流体を、上面に対して実質的に平行でかつ種々の入力マニフォールド通路及び出力マニフォールド通路に実質的に垂直な方向に方向付けるように構成することができる。アウトレットマニフォールド通路は、流体を受けとり、この流体を、１つ又は複数の一次アウトレットマイクロチャンネル（例えば、一次アウトレットマイクロチャンネル４１１）へ方向付けるように構成することができる。
【００９８】
１つの実施形態では、マイクロチャンネル冷却器４１０はエッチングされた複数の箔シート（例えば、箔シート５２０）から形成することができ、この箔シートには、冷却剤の流れを方向付けるための内部通路及びマニフォールドが形成されている。本例において、モノリシックマイクロチャンネル冷却器本体は、エッチングされたキャッピング層５２５及びソリッドなキャッピング層５３０を組み合わせたものをマイクロチャンネル冷却器４１０に対して拡散ボンディングすることによって形成される。図５Ａに示されているように、エッチングされたキャッピング層５２５の箔層は、マイクロチャンネル冷却器４１０の箔層５２０よりも厚いことが好ましい。１つの実施形態では、キャッピング層５２５及び５３０は機械加工することができる。
【００９９】
図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、拡散ボンディングされた箔層（例えば、箔層５２０）が、それらの端部がＬＥＤの底部部分の下に位置する状態で垂直方向に積層されている（かつ一体的に拡散ボンディングされている）実施形態では、ＬＥＤは、垂直に向けられたマイクロ冷却器（アメリカ合衆国Superior Plating社のＥＮＩＧ又はＥＮＥＰＩＧ等のプレーティングを備えているか又は備えていない）、及び、好ましくは、垂直に敷設されエッチングされ拡散ボンディングされたマイクロチャンネル冷却器を「挟持している」鏡像型の（整合した）マクロ冷却剤流及び／又は冷却剤の方向付けチャンネルを備えている２個の機械加工された純粋な（Ｃ１０１又はＣ１１０）銅ブロックに対して直接ボンディングされていることが好ましい。各銅ブロック（拡散ボンディングされた箔の積層体又は固体ブロック内にあり、それ自体がそのような積層体又は固体ブロックからなることができる）は、１つのステップで、垂直に積層された箔マイクロチャンネル冷却器４１０の両側の側部に拡散ボンディングされる。換言すると、箔層及びブロックは、全て１つのステップで拡散ボンディングされることが好ましい。その結果得られる積層体は、次いで、機械切削されることが好ましく、このとき、その組立体は、マイクロチャンネル冷却器組立体と呼ぶことができ、一方、このマイクロチャンネル冷却器組立体の一部は外側キャッピング層部分（５２５及び５３０）及びマイクロチャンネル冷却器部分４１０と呼ぶことができる。マイクロチャンネル冷却器組立体（例えば、外側キャッピング層部分５２５及び５３０）は、機械切削プロセスを実行する前及び表面仕上げプロセス（複数の場合もある）（例えば、鍍金プロセス）の前に、ドリル加工されることが好ましい。鍍金プロセスが、ＬＥＤ用の半田付け可能表面、及び／又は好ましいＬＥＤ上側のＬＥＤボンドパッドに取り付けるワイヤ用のワイヤボンディング可能表面を提供する目的のために使用される場合には、機械加工したポリマーパネルが好ましくは提供され、それは、マイクロチャンネル冷却器組立体をポリマーブロックに対してクランプさせ、かつ溶液がマイクロチャンネルのＩＤ内に入ることなくマイクロチャンネル冷却器組立体を鍍金浴内に入れることを可能にするＯリング溝（同じ上述したセパレーターガスケット／Ｏリング構成を利用することが好ましい）を可能とさせる。また、このプロセスは、アノード及び／又はカソードバスバー３０４ａ及び３０４ｂを最終的に最終製品においてクランプ又は半田付けさせることができる領域において非腐食性表面を鍍金することを可能とする。また、ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂは、腐食低下及び低電圧降下目的のために端部鍍金することができる。
【０１００】
マイクロチャンネル冷却器組立体は、純粋な硬化させた銅（Ｇｌｉｄｃｏｐよりも約１０％高い熱伝導性を有している）を箔層（例えば、箔層５２０）において使用することができるように、焼き入れ又はアニーリング又は析出硬化プロセスで処理することができる。純粋な銅は半田濡れ性を向上させる。
【０１０１】
拡散ボンディングされた箔層（例えば、箔層５２０）が水平に向けられる実施形態において、マイクロチャンネル冷却器４１０のマイクロチャンネルはＬＥＤ（例えば、ＬＥＤ５３１）の底面と同じ面内にエッチングさせることができ、このため一次インレット／アウトレットマイクロチャンネル（例えば、チャンネル４１１）は箔層内にエッチングするか又は更には機械加工することもできる。マイクロチャンネル冷却器４１０の内部マイクロチャンネルは、全ての層を一緒にした厚さと実質的に同じ深さで、拡散ボンディングされた箔層（例えば、箔層５２０）の全て又は実質的に全てを通って形成することができ、及び／又はヒートスプレッダー層５４０の底部において若しくはその近くで停止することが考えられる。
【０１０２】
次に反射器２０１の位置決めに移ると、ポリイミド膜等の誘電体スペーサー層５１４が反射器２０１の底面とマイクロチャンネル冷却器４１０との間に配置されることが好ましい。このことは、反射器をマイクロチャンネル冷却器４１０から熱的にかつ電気的に隔離させ、また、ＬＥＤ（例えば、ＬＥＤ５３１）からのワイヤ（例えば、ワイヤ５３０）が反射器２０１の下に収まりかつワイヤの三日月形端部を好ましくは金を包含している鍍金した銅箔層５１３へ固着させるための空間を提供する。この銅箔層は、マイクロチャンネル冷却器４１０へ直接ボンディングされているフレックス回路組立体５１０の一部である。したがって、１つの実施形態では、誘電体スペーサー層５１４は少なくともワイヤ（例えば、ワイヤ５３０）と同じ厚さである。
【０１０３】
タンピングツール又は更にはキャピラリーツールを有するオーストリア国Datacon社、アメリカ合衆国MRSI社又はアメリカ合衆国Palomar社等の自動化したダイボンダーを用いて、ワイヤループがフレックス回路５１０−ポリイミド／銅箔層（複数の場合もある）（導電性回路材料層としても知られている）に対して実質的に平行になる（かつ、おそらく更には三日月形終端点の前にポリイミド層の上の箔層に接触する）までワイヤループを下降させるようにして、ワイヤ（例えば、ワイヤ５３０）を自動的に下方へタンピングする（屈曲させる）ことができる。平坦化されたワイヤはアノード表面又はＬＥＤ（例えば、ＬＥＤ５３１）の縁部に接触することはない。なぜならば、そうでなければ短絡が発生する可能性があるからである。ワイヤの全てを１つのステップでタンピングする１つの長尺のタンピングツール等の他の手動及び／又は自動手段を考えることができるか、又はこのタンピングの目的のために、誘電体コーティングを備えるか若しくは備えない縁部反射器自体を使用することができる。このワイヤ屈曲ステップの主な目的は、反射器をＬＥＤに非常に近接して（例えば、少なくともワイヤ直径以内に）配置すること、及び反射器２０１に対しての磨耗、接触又は短絡を除去することを可能にすることである。反射器（例えば、反射器２０１）は、好ましくは、アメリカ合衆国LTI Optics社から入手可能なＰｈｏｔｏｐｉａ等の非結像ソフトウエアツールで設計することができる。反射器は、短作動距離から長作動距離、又は短被写界深度から長被写界深度等の様々な動作特性を有することができる。反射器は、モジュール式で取り替え可能となるように、かつエンドユーザーに最大限の動作柔軟性を与えるように、容易に交換可能であるべきである。１つの実施形態では、反射器２０１の外部寸法は、異なるスタンドオフ距離のために構成された反射器の場合に実質的に変化しない。例えば、以下で更に説明するように、２ｍｍ焦点面に対して最適化された反射器は、５３ｍｍ、６５ｍｍ又は１７０ｍｍ焦点面に対して最適化された反射器と実質的に同様の外部寸法を有することができる。
【０１０４】
反射器（例えば、反射器２０１）は、アクリル、ポリサルホン、ポリオレフィン、ポリエーテルイミド等から射出成形することができる。反射器は、アメリカ合衆国DSI社における誘電体エンハンスメント層によりアルミニウム及び／又は銀でコーティングすることができる。反射器はまた、ポリマー又は金属から押出成形することができる。端部同士を接して（長さ方向に直列的に）配置されたＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の全ての全組立体の長さに延びるモノリシック反射器の半割体（halves）２０１を使用することができることに留意するべきである。これらの長尺反射器は、各端部において、研磨しコーティングした端部キャップ（複数の場合もある）を有することができる。それらは、６０６１Ａｌから５軸機械加工し、ダイアモンド及び馬の毛ブラシ（反射器を研磨することができるので）で研磨し、例えば（全ての上述した例のように）３９０ｎｍ〜４００ｎｍにおいて最適化されている、例えばＭｇＦ２又はＳｉＯ２の単一層でコーティングすることができる。
【０１０５】
当業者は、ＬＥＤアレイ３３０、反射器２０１及びランプ本体３０５の任意の長さを考えることができる。上述したように、ランプ本体３０５の１つの可能な長さは約８０ｍｍである。これにより、側部ＬＥＤあたり約６０４５ミル又は側部ＬＥＤあたり６８４０ミルが可能になり、これらはともに２つの行にあり、これら２つの行の間に約１５ミクロン（５μｍ〜５０μｍの範囲）のギャップ（例えば、ギャップ５３２）が存在していることが好ましい。単一行又は複数行（１〜ｎ）のＬＥＤも考えることができる。更には、ＬＥＤアレイの長軸に沿って、より長い長さを有する矩形状ＬＥＤも考えられる。長軸に沿って、２５ミクロン（５μｍ〜１００μｍの範囲）未満のギャップ（例えば、ギャップ５３３）を有することが好ましい。１つの実施形態では、ＬＥＤアレイ３３０のＬＥＤ間の中心間距離は、隣り合うＬＥＤの組み合わされた縁部長よりも約１０ミクロン〜２０ミクロン大きい。
【０１０６】
本発明の実施形態は、フレックス回路５１０の金属層及び誘電体層の全ｚ軸スタックアップ（から誘電体スペーサー層５１４を減算したももの）に、好ましくはカソードフレックス回路層５１３の上に延び、ＬＥＤの好ましくは上面のワイヤ（例えば、ワイヤ５３０）のボールボンドの下側に示されている矩形形状のカソードワイヤボンドパッド５３４まで延びるワイヤ層厚さ（各ワイヤの直径又は各ワイヤストリップの厚さ）を加算したものを考慮に入れる。
【０１０７】
１つの実施形態では、全ｚ軸スタックアップは、ＬＥＤ（ＬＥＤ層としても知られている）の厚さよりも著しく一層厚いものではない。本発明の種々の実施形態において、ＬＥＤ層は、約２５０ミクロン以下から、２００ミクロン以下、１５０ミクロン以下、１００ミクロン以下、５０ミクロン以下、２５ミクロン以下までの厚さの範囲にわたる、約１４５ミクロンの厚さを有することができる。
【０１０８】
フレックス回路５１０が誘電体スペーサー層５１４を含む本発明の種々の実施形態において、フレックス回路層は、約２０ミルから、１５ミル、１２ミル以下、１０ミル以下、５ミル以下、３ミル以下までの厚さの範囲にわたる、約７．８ミル以下の厚さを有することができる。
【０１０９】
フレックス回路層５１０が誘電体スペーサー層５１４を排除している本発明の種々の実施形態において、フレックス回路層は、約１０ミル以下から、８ミル以下、２．５ミル以下、０．５ミル以下までの厚さ範囲にわたる、約５．３ミル以下の厚さを有することができる。
【０１１０】
１つの実施形態では、全ｚ軸スタックアップは、ベアＬＥＤ又はパッケージ化されたＬＥＤの厚さとすることができる、ＬＥＤ（ＬＥＤ層としても知られている）の厚さよりも著しく一層厚いものではない。本発明の種々の実施形態において、ＬＥＤ層は、約２５０ミクロン以下から、２００ミクロン以下、１５０ミクロン以下、１００ミクロン以下、５０ミクロン以下、２５ミクロン以下までの厚さの範囲にわたる、約１４５ミクロンの厚さを有することができる。
【０１１１】
１つの実施形態では、光反射器２０１の底面は発光デバイスアレイ層の上面の上のワイヤ層の約１倍〜１．５倍の間の厚さである。別の実施形態では、反射器２０１の底面はＬＥＤ層の厚さの約０．３３倍〜０．５倍の間の厚さである。このことは、反射器２０１をＬＥＤの縁部のいずれか一方若しくは両方に対して又はＬＥＤの上面に対して非常に近接するように適合させることを可能とし、それにより、反射器２０１によって制御される放出光子数を最大にし、かつ反射器２０１の下側を通ることにより反射器２０１から逃げる放出光子数を最小にすることによって放射照度を維持する。また、ＬＥＤ縁部近くに反射器２０１を配置することは、高さの観点から、よりコンパクトな反射器を可能とする。また、反射器２０１がＬＥＤアレイ３３０に近接していることにより、フレックス回路５１０の、より短い長さのカソード層５１３が可能になり、またこれによって、カソード層５１３が、薄いにもかかわらず、過大なインピーダンスなしで高い電流を担持することが可能になる。反射器縁部がＬＥＤから離れれば離れるほど、一般的に知られている光学的原理に従って反射器は高くなる必要がある。より高さのある反射器によって、僅かに高い放射照度を達成することができるが、より高さのある反射器は或る実施態様においては非現実的である場合がある。
【０１１２】
さらに、フレックス回路５１０は製造するのにコストがかからず、非常にコンパクトで薄いので、フレックス回路の金属層及び誘電体層の全ｚ軸スタックアップを最小とすることが所望される本発明の実施形態との関連における使用に良く適している。アメリカ合衆国Lenthor社は優れたフレックス回路製造業者の一例である。１つの実施形態では、以下で更に説明するように、フレックス回路５１０は、マイクロチャンネル冷却器組立体を越えて延在する場合があり、外部ＤＣ／ＤＣ及び／又は電力供給源に（直接又は間接的に）接続することができる。
【０１１３】
上記で説明したように、本発明の実施形態の別の新規の特徴は、好ましくは拡散ボンディングされた（ただし層は半田付け又は糊付け又はろう付けすることができる）好ましくはエッチングされた箔マイクロチャンネル冷却器４１０の使用を含む。この冷却器は、好ましくは、（ＬＥＤアレイ３３０の短方向（幅）を横断して）少なくとも１つの短い横方向にエッチングされたチャンネル（複数の場合もある）の高アスペクト比を有している。これらのチャンネルは、冷却剤が、通常は長さ寸法ではなく幅であるアレイ３３０の最短寸法（複数の場合もある）に好ましくは実質的に平行な方向にＬＥＤアレイ３３０を横断し下側を流れる長い長さにわたり熱的に平行し好ましくは並置して配列される。他の実施形態では、冷却剤は、ＬＥＤアレイ３３０及び／又は冷却器４１０の長さに沿った方向に流れることができ、幾つかのエリアにおいて垂直に（ＬＥＤの底面に向かって）流れることができる。１つの実施形態では、多くのチャンネルが、ＬＥＤの底部の下側かつＬＥＤの底部に非常に近くを、約１２５μｍ（１μｍ〜１０００μｍの範囲）の銅と、ＬＥＤを共通アノード基板３１７へ直接ボンディングするのに用いられる半田の薄い層とを加算した分だけ隔てられて流れることができる。さらに、平行、直交、垂直又は水平に延び、接続されているか若しくは接続されていないか、又は両方の何らかの組合せであるか、ＬＥＤアレイ３３０及び／又はＬＥＤ（複数の場合もある）の底面の長さ若しくは幅又は両方の何らかの組合せに対して向きを付けられた、内部熱伝達チャンネルとしても記載される個別の又は群をなす多方向にエッチングされた冷却剤経路及び向きを考えることができる。
【０１１４】
１つの実施形態によれば、内部熱伝達チャンネルは、（ｉ）ＬＥＤアレイの最短寸法における２つ以上の隣接するＬＥＤが、各ＬＥＤの下側に実質的に独立した熱伝達チャンネルを有しており、かつ（ｉｉ）これらのチャンネル上のＬＥＤが独立的に冷却される（すなわち、各ＬＥＤの下のチャンネル群は実質的に、互いに又は隣接するＬＥＤの下のチャンネル群と対流的連通を有しない）ような向きにすることができる。このため、これらの２つ以上の隣接するＬＥＤは、熱的に直列ではなく熱的に並列に冷却されると言われる。熱的直列は、実質的にＬＥＤ直下のチャンネルの流れが混ぜ合わされる場合又は共通チャンネルが実質的に両方のＬＥＤ直下を流れる場合に発生する。
【０１１５】
マイクロチャンネル冷却器４１０の箔層（例えば、箔層５２０）は、実質的に銅であることが好ましく、高い拡散ボンディング温度に曝された後にその剛性、強度及び形状を維持することが知られている、Ａｌ２Ｏ３等の、Ｇｌｉｄｃｏｐとして一般的に知られた分散セラミック材料を約１％（０．１％〜１０％の範囲）有していることが好ましい。純粋な銅とほぼ同じ熱伝導度を有しているＧｌｉｄｃｏｐが現在入手可能である。
【０１１６】
１つの実施形態では、マイクロチャンネル冷却器４１０は、直接装着されたＬＥＤアレイ３３０の高アスペクト比に対応して高アスペクト比デバイスとして構成されている。すなわち、冷却器４１０は、ＬＥＤアレイ３３０が装着される長さが幅よりも長く、冷却器４１０自体が多くの場合に、並列して多数の短いチャンネルを有しており、冷却剤が、多くの場合に、ＬＥＤアレイ３３０の幅に平行でかつ冷却器４１０の長軸（最長寸法）に対して直交する方向に流れ、それは互いに並置して配置された１個〜ｎ個のチャンネルを有する場合がある。内部マイクロチャンネルは、ＬＥＤアレイ３３０の長軸（長さ）又は短軸（幅）のいずれか一方又は両方に対して平行、直交、水平及び／又は垂直であるマニフォールドを形成するような向きにすることができる。次いで、箔（例えば、箔層５２０）を互いの上に（又は共に）積層させることが好ましく、各チャンネルは、箔が３次元空間において任意の垂直又は水平又は他の角度又は回転位置の向きで積層されるか否かにかかわらずに、近傍の箔の真上の箔上又は箔内に配置されているチャンネルの下側に配置されることが好ましい。１つの実施形態では、ＬＥＤ（複数の場合もある）は、複数の拡散ボンディングし積層した箔積層体の縁部（箔が垂直に積層される場合）によって形成される表面（例えば、共通アノード基板）へ直接装着される。箔積層体の縁部によって形成される表面が、ＬＥＤアレイ３３０がこの表面へ半田付けされる前に、最初に平坦にされることが好ましい。
【０１１７】
非限定的な例として、ＬＥＤは幅を横断して２つ（１〜ｎ個）の列に装着することができ、行の長さに沿った約５０個〜３００個のＬＥＤとすることができる。列の長さは、冷却器４１０の長さの約９０％（１０％〜１００％）以上であることが好ましい。すなわち、ＬＥＤアレイ３３０は、マイクロチャンネル冷却器４１０の縁部に可能な限り近くに延在する。このように、直列的に接続したＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００において大きな放射照度ギャップは存在しない。この構成は、短作動距離（約２ｍｍ）との関連において最も有益である。
【０１１８】
ＬＥＤアレイ３３０のＬＥＤ下側に延びる内部マイクロチャンネルがほぼ等しい流れを有しており、それによりＬＥＤの接合部がほぼ同じ温度であることが望ましい。幾つかの特殊な用途に対しては、流れはＬＥＤをより高温又はより低温で稼動させるために幾つかのチャンネルにおいては異なるものとすることができ、特にＬＥＤが、短波長ＬＥＤが更なる冷却を必要とする場合があることにより、異なる波長のものである場合にそうである。冷却剤の１００％がマイクロチャンネル冷却器を通り、マイクロチャンネル冷却器の熱伝達チャンネルを通って進むことを全ての実施形態が必要とするわけではないことに留意するべきである。
【０１１９】
１つの実施形態によれば、上述した所望事項であるマイクロチャンネルにおけるほぼ等しい流れを達成するために必要とされるように、冷却剤の流れを拡張又は収縮させるために本体３０５のベース内に形成されている主要インレット冷却剤マニフォールド及び主要アウトレット冷却剤マニフォールドを設計するために、ＣＦＤを使用することが好ましい。ＣＦＤは、好ましくは、アメリカ合衆国Micro Vection社によって行われる。チャンネルをより深く若しくはより広く若しくはその両方にすることによって拡張を達成することができ、又は逆に、チャンネルをより浅く若しくはより狭く若しくはその両方にすることによって収縮を達成することができる。これらの幾何学的形状の全ては、単純な若しくは複合の輪郭又はほぼ直線若しくは尖鋭な幾何学的形状を有する３次元とすることができる。ここでもまた、マイクロチャンネルについて説明すると、それらは、チャンネルとＬＥＤ接合部との間の流れのバランスをとり及び／又は熱抵抗を減少させるために必要とされる、異なる寸法、形状、深さ、幅、数、中心間の間隔、エッチングされた箔層の数、曲線、突起、くねり、ガルウイング等のものとすることができる。
【０１２０】
図６は、図２のＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の種々の層を示す、そのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の本体３０５の上部部分の分解拡大斜視断面図である。この例において、ＬＥＤアレイパッケージ３１８は、誘電体スペーサー層５１４と、カソード層５１３と、誘電体セパレーター層５１２と、接着層５１１と、共通アノード基板層３１７とを備える。フレックス回路５１０は、アノード層（図示せず）も備えることができる。上述したように、層５１１〜５１４は、集合的に、Ｐｙｒａｌｕｘファミリー製品からフレックス回路５１０を形成することができる。１つの実施形態では、フレックス回路５１０は誘電体スペーサー層５１４を含まない場合があり、この誘電体スペーサー層は、反射器２０１の底面へボンディングするか、又は単に反射器の底面との間で自由浮遊状態であるか、又はフレックス回路５１０の上面にボンディングすることができる。代替的な実施形態では、剛性フレックス、又は剛性誘電体（例えば、ＦＲ４、セラミック、ガラス等）を有する剛性回路がフレックス回路５１０と置き換わることができる。
【０１２１】
１つの実施形態では、誘電体スペーサー層５１４及び誘電体セパレーター層５１２は、ポリイミド（例えば、アメリカ合衆国DuPont社から入手可能なＫａｐｔｏｎ）、ＰＥＮ又はＰＥＴ層を含む。カソード層５１３は、銅箔であることが好ましい。カソード層５１３及び誘電体セパレーター層５１２は、カソード箔及び誘電体の一体化層（それは、アメリカ合衆国DuPont社から入手可能なＰｙｒａｌｕｘファミリー製品において「無接着剤（adhesiveless）」として知られている）を形成することが好ましい。上述したように、ＬＥＤパッケージ３１８を形成するこれらの層は、カソード爪３２０ａ〜３２０ｄ及び３２１ａ〜３２１ｂとアノード本体３１５ａ及び３１５ｂとの間に挟持されている。
【０１２２】
１つの設計選択は、個々のＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール（それは、直列アレイを形成する場合に、通常、複数のランプを同じビン内に接続することを必要とする）をビン処理するか、ＬＥＤをＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール内でビン処理するかである。個々のＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール内でビン処理する能力を有することは、個々のランプをビン処理する必要がないことを意味している。上述したように、ビン処理がＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００内で実施される１つの実施形態では、フレックス回路５１０（例えば、電気的に分離された（セグメント化された）カソード層５１１、誘電体セパレーター層５１２、及び誘電体スペーサー層５１４を含む）を使用して、潜在的に、ＬＥＤアレイ３３０の各ＬＥＤを個別にアドレス指定するか、又はＬＥＤ群をアドレス指定し、それによりＬＥＤをＶｆ、波長、寸法、パワー等に関して１〜ｎの群でビン処理することができ、それによりＬＥＤ製造業者（複数の場合もある）に対する要求を、ＬＥＤを１つ又は数個のビンのみで供給することへと実質的に低下させる。１つの実施形態によれば、ビンは約０．１Ｖｆ以下、最も好ましくは、０．０５Ｖｆ以下、又は更には０．０１Ｖｆ以下とすることができる。特定の実現態様に応じて、ＬＥＤアレイ３３０のＬＥＤは、１つ又は２つのみの大きなＶｆビン内にあることができ、それにより、アレイ内のＬＥＤの１つ又は２つの長いストリップは実質的に同じＶｆビンからのものとなる。逆に、ビンは０．００００１Ｖｆ程度のタイトなものとすることができる。この例においては、フレックス回路層５１０及び／又はＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂのセグメント化を減少させるか又は更には除去することができる。このことは、大量の及び／又は大きなＬＥＤチップが製造され、かつ０．００１Ｖｆ以下に近いＶｆにおいて製造業者から入手可能な相当数のＬＥＤが存在している場合に、達成することができる。
【０１２３】
しかしながら、ＬＥＤドライバーＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂ並びにフレックス回路５１０のセグメント化は、Ｖｆ値によってビン処理する多数のオプションを可能とするか、又は全く可能にしない。本例においては、ＬＥＤアレイ３３０のＬＥＤは、それらを８個のフレックス回路セグメント（そのうちの４つは本図において見えており、すなわちセグメント６１１ａ〜６１１ｄである）に配置することによって８個の個別にアドレス指定可能な群に分割される。１つの実施形態では、セグメント６１１ａ〜６１１ｄは、カソード層５１３をフォトリソグラフィーでパターニングし、金属箔をエッチング除去して電気的分離トレース（例えば、電気的分離トレース６１０）を形成することによって形成される。ＬＥＤの下のエリア内の誘電体層５１２は、レーザーマシニング、ルーティング又はスタンピングによって除去される。
【０１２４】
一般的に、最も適切なＵＶＬＥＤ波長は約３６０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内にあり、最も好ましくは約３９５ｎｍである。波長の混合を各ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００において使用することができ、より小さな群及び／又は更には個々のＬＥＤ又は両方の組合せを、フレックス回路５１０上のカソード層５１３（パターン形成した導電性回路材料層）の個々の導電性ストライプ（図示せず）にワイヤボンディングすることによって個別にアドレス指定することができ、導電性ストライプ（導電性回路材料層）は、好ましくは、フォトリソグラフィーによって撮像され、好ましくはその下のポリイミド（誘電体層としても知られている非導電層）でエッチングされることに留意するべきである。カソード層５１３は通常、銅である。
【０１２５】
１つの実施形態によれば、セパレーターガスケット３１４（例えば、モノリシックＯリング４２０）は本体３０５内に機械加工又は成形された溝内に収まる。本例において図示されているように、本体３０５内に機械加工された溝（又はグランド（gland））形状は、角部においてタイトな半径を有しており、かつ一部が長軸方向においてガスケットの中間部を通って延びる「ｏ」として概略的に説明することができる。この好ましくは単一面のガスケット設計は、冷却剤用のマイクロチャンネル冷却器４１０のエッチングされた内部通路が、実質的にＬＥＤアレイ３３０の下に位置する部分内においてのみ見られ、実質的にヒートスプレッダー周辺領域の下にあるエリア周辺の部分内には見当たらない独自の箔層設計によって可能なものとされている。このことは、好ましくはモノリシックマイクロチャンネル冷却器組立体の底部が平坦であり、セパレーターガスケット３１４用の溝を含むランプ本体３０５の係合部分に対して実質的に平行であることを可能にする。
【０１２６】
上述したマイクロチャンネル冷却器組立体の周辺領域は、実質的に冷却剤流れエリアの外側に存在する領域として、及び／又は好ましい「ｏ」断面シールの下に存在する領域として最も良く説明される。この設計の利点は、複数のシール又は異なるｚ軸面を有するシールが回避されるということである。基本的に、３次元（２つ以上の面上のｚ軸）構成のシールは必要とされない。というのは、より簡単な平面状の２次元（１つの面上のｚ軸）シールで十分であるためである。拡散ボンディングされた箔層（例えば、箔５２０）は拡散ボンディング前に熱伝達通路でエッチングされるばかりでなく、本発明の１つの実施形態では、一次インレット／アウトレットマイクロチャンネル（例えば、一次アウトレットマイクロチャンネル４１１）をエッチングすることができる。このため、マイクロチャンネル冷却器４１０を構成している箔５２０（例えば、２００ミクロン厚）と、通常、熱伝達通路（例えば、ソリッドキャッピング層５３０及びエッチングされたキャッピング層５２５）を有しないマイクロチャンネル冷却器４１０の部分を構成している箔とが一体にボンディングされる場合に、平坦な底部を有するモノリシックマイクロチャンネル冷却器組立体（マイクロチャンネル冷却器４１０を含む）が得られ、この平坦な底部は、好ましくはモノリシックマイクロチャンネル冷却器組立体と好ましくはモノリシックランプ本体３０５との間に存在する独自の形状のシールを圧縮させるのに用いられる。
【０１２７】
共通アノード基板３１７の上面にわたる場合があるオプションのモノリシックな拡散ボンディングしたヒートスプレッダー層（例えば、約０．５ｍｍ厚（０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲））は図示していない。
【０１２８】
図７は、端部キャップを除去した状態の図２のＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の反射器２０１の拡大斜視図である。この図は、反射器２０１のモジュール性を示すことが意図されている。この例において、反射器２０１をランプ本体３０５に取り付ける４つの螺子７１５のうちの２つが示されている。単にこれらの螺子７１５を除去することによって、異なる光学的特性を有する新たな反射器を反射器２０１と置き換えることができる。現在の例において、一体的な射出成形した脚部（例えば、脚部７１６）をミニ反射器（以下で説明する）又は端部キャップに対するアライメント機構として使用することができる。例えば、ミニ反射器が磁石（磁界が螺子７１５に関して適切な向きに向けられている）を含んでいる場合には、スチール螺子７１５を用いてこのようなミニ反射器を所定位置に向け、整列させ及び／又は保持することができる。
【０１２９】
また、ＬＥＤアレイ３３０に対する反射器２０１のアライメントを容易にするために、反射器の底部からマイクロチャンネル冷却器４１０内へ若しくはマイクロチャンネル冷却器４１０を通って延在し、ランプ本体内へ延在するか、又はその逆である、位置決めピン又は係合型雄／雌機構を使用することができる。これらのピン又は係合機構は、射出成形される反射器の一部又は射出成形（例えば挿入成形）されるランプ本体の一部とすることができる。
【０１３０】
１つの実施形態では、ピン７０５等の位置決めピンを用いて、ミニ反射器又は端部キャップ反射器を整列させることができる。螺子７１０を用いて、端部キャップ反射器を反射器２０１に固着させることができる。
【０１３１】
保護ハウジング２０２が示されており、それは、好ましくは射出成形され、各半割体は他方の鏡像とすることができる。
【０１３２】
図８Ａは、本発明の１つの実施形態に係る、互いの上に重畳させた２個のマクロ反射器８１０ａ及び８１０ｂ並びに８２０ａ及び８２０ｂの断面を概念的に示している。この例において、マクロ反射器８１０ａ及び８１０ｂ並びに８２０ａ及び８２０ｂは実質的に同じ外部高さ及び幅を有しているが、異なる作動距離に対して最適化される。単一の深いトラフのマクロ反射器長を有すること、そして異なる焦点に対して異なる内部湾曲表面を有することは、製造上の観点からは効率的である。なぜならば、単一の外側金型しか必要とされず、異なる曲線は単に異なる金型インサートであるからである。
【０１３３】
本例において、マクロ反射器８１０ａ及び８１０ｂは、５３ｍｍ焦点面８４０に対して最適化されており、マクロ反射器８２０ａ及び８２０ｂは、２ｍｍ焦点面８３０に対して最適化されている。図示される各湾曲部分は他方の鏡像であり（それらが同じ焦点距離を有するものと仮定する）、完全な楕円、放物線及び／又はこれら２つの結合の一部を表している。放物線は楕円の特別な場合であり、通常は、光をコリメートさせるために用いられる。
【０１３４】
楕円は２つの焦点、すなわち一次焦点と二次焦点とを有している。本例において、一次焦点はＬＥＤ面８７０内にあり、二次焦点は被加工物面８３０又は８４０内にある。
【０１３５】
本発明の種々の実施形態において、周辺光線８１１（反射器８１０ａによって捕捉される第１の光線を表す）及び反射器８１０ａによって捕捉され、ＬＥＤアレイを出る最後の光線（図示せず）が約６０度〜８９度、好ましくは８０度〜８５度の間の角度範囲８５０を画定し、それにより、５３ｍｍマクロ反射器８１０ａ及び８１０ｂはＬＥＤアレイを出る光子の約８０％を超えるものを制御することを（簡単な２次元解析を用いて）例示している。実際に、３次元コンピューター解析は、このような深いトラフの反射器設計（端部キャップ（例えば、端部キャップ２０７ａ及び２０７ｂ）が所定位置にある場合）はＬＥＤアレイを出る光子の９０％を超えるものを制御することを示唆している。角度範囲が大きければ大きいほど、ＬＥＤを出る光子に対する制御が大きくなる。したがって、角度範囲を増加させることができるが、反射器寸法（長さ及び幅）に対する実際的な事項を検討に入れる必要がある。
【０１３６】
図８Ｂを参照すると、ＬＥＤ８５０ａ及び８５０ｂを出て反射器８２０ａから反射する周辺光線８２１ａ及び８２１ｂ（反射器８２０ａによって捕捉される最初の光線及び反射器８２０ａによって捕獲される最後の光線をそれぞれ表している）が約６５度〜８９度、好ましくは８２度〜８７度の角度範囲８６０を画定し、それにより、本発明の１つの実施形態に従って、２ｍｍマクロ反射器８２０ａ及び８２０ｂはＬＥＤアレイを出る光子の８２％を超えるものを制御することを（簡単な２次元解析を用いて）例示している。実際に、３次元コンピューター解析は、このような深いトラフの反射器設計（端部キャップ（例えば、端部キャップ２０７ａ〜２０７ｂ）が所定位置にある場合）はＬＥＤアレイから出る光子の９６％を超えるものを制御することを示唆している。
【０１３７】
図９は、２ｍｍ焦点面９４０に対して最適化させたマクロ反射器９１０の一部を示しており、ここで、反射器の各側部は、本発明の１つの実施形態に従って、被加工物（図示せず）上に焦点を合わせたビーム９３０（約７ｍｍの全パターン幅及び約０．６５ｃｍの高放射照度中心部分を有する）の中心線９３１からオフセットされた焦点９２０を有する。図に示すように、このような構成において、右側反射器からの反射光線は中心線９３１の左から中心に向かって内方へ移動し、左側反射器からの反射光線は中心線９３１の右から中心へ向かって内方へ移動する。このように、２組の反射光線はオーバーラップして高放射照度ビーム９３０を形成する。コンピューターモデリングは、これらの２組の反射光線がオーバーラップしない場合よりも約１０％高い放射照度レベルを表している。１つの実施形態では、より長い焦点面距離（例えば、約５３ｍｍ）において、焦点から±３ｍｍの面において放射照度の著しい損失（５％未満）は存在しないことに留意されたい。
【０１３８】
図１０は、種々のチャンネル幅に対する推定対流熱抵抗を示すグラフである。この図は、個々のマイクロチャンネルの幅の減少に伴う熱抵抗の線形的な減少をグラフで示している。本発明の実施形態は、通常、０．１ｍｍ未満、多くの場合に０．０５ｍｍ、０．０２５ｍｍ以下の幅を有するチャンネルを用いることに留意されたい。別の実施形態では、０．１ｍｍよりも広く最大で約０．５ｍｍとすることができるミニチャンネルも検討される。このことは、０．５ｍｍ以上程度のマクロチャンネルを用いるものと考えられるPhoeseon社（アメリカ合衆国）及びIntegration Technology社（イギリス国）によって製造されているＵＶＬＥＤランプデバイス等の従来技術のＵＶＬＥＤランプデバイスにおいて使用されているチャンネルの幅と対比される。
【０１３９】
グラフから理解することができるように、他の全てが等しい場合に、０．５５ｍｍチャンネルから０．０２５ｍｍチャンネルへの熱抵抗の規模の減少はそれ自体、ＬＥＤ接合温度における規模の減少となる。しかしながら、他の全てが等しいものではない。本発明者らによって現在理解されているところでは、従来技術はそれに有利に働く熱関連要因を１つしか有していない。この要因は、低輝度、低フィルファクター（ＬＥＤパッキング密度）アレイの使用であり、それは熱源を拡散させ、低熱密度をもたらし、そのことは同じ接合温度に対して対応的に低い熱伝達係数を必要とする。
【０１４０】
本発明の実施形態は、ＬＥＤの底面と熱伝達経路（マイクロチャンネル）との間の最小厚さ（通常、約１２５μｍ（５μｍ〜５０００μｍの範囲））に起因して銅基板を通したバルク熱抵抗損失を最小にする。
【０１４１】
図１１は、種々の接合温度に対する出力パワーを示すグラフである。この図は、接合温度の増加に伴うＵＶＬＥＤ効率の厳しい低下を示している。２０℃から８８℃への接合温度の上昇に伴う４０％の非効率性の低下が示されている。ＵＶＬＥＤは、幾らか長い波長の青色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤよりも熱に対して敏感である。したがって、長寿命を達成しかつ妥当な効率を維持するように接合温度を低く維持するためには優れた熱管理を用いることが望ましい。
【０１４２】
本発明の実施形態によれば、２．５Ａ／ｍｍ２を超え、場合によっては３Ａ／ｍｍ２を超える電流密度において動作する場合であっても、約４０℃〜４５℃のＬＥＤ接合温度が得られる。このことは、Phoseon社及びIntegration Technology社のＵＶＬＥＤランプヘッドと対比することができる。これらのランプヘッドは、おそらく、１．５Ａ／ｍｍ２未満の電流密度で動作し、ＬＥＤは大きく離して離間されており（低フィルファクター／低パッキング密度）、これによって、当然ながら、より低いピーク放射照度及びより低い全エネルギーが被加工物に送給されることとなる。
【０１４３】
図１２は、本発明の１つの実施形態に係る、２ｍｍ焦点面用に最適化させた反射器を有するＵＶＬＥＤランプヘッドの場合の放射照度分布を示すグラフである。本例によれば、約８４．８Ｗ／ｃｍ２の最大（ピーク）放射照度が約０．６５ｃｍの出力ビームパターン幅で達成されており、出力ビームパターンの幅にわたる約３１．６Ｗ／ｃｍ２の平均放射照度及び出力ビームパターン長のｃｍあたり約２０．５Ｗの総出力パワーを生成している。この例は、SemiLED社の約１．０７×１．０７ｍｍＬＥＤを使用し、各ＬＥＤが３５０ｍＡにおいて３００ｍＷの出力を生成することを仮定したコンピューターモデルで作成されたものである。本発明の実施形態は、約０．７５Ｗ〜１．２５Ｗにおいてより高い電流（例えば、約２．５Ａ以上）において各ＬＥＤを稼動させることができることに留意されたい。
【０１４４】
図１３は、本発明の１つの実施形態に係る、５３ｍｍ焦点面に対して最適化された反射器を有するＵＶＬＥＤランプヘッドに対する放射照度分布を示すグラフである。本例によれば、約２４Ｗ／ｃｍ２の最大（ピーク）放射照度が約３．６５ｃｍの出力ビームパターン幅で達成されており、出力ビームパターンの幅にわたる約５．９Ｗ／ｃｍ２の平均放射照度及び出力ビームパターン長のｃｍあたり約２１．７Ｗの総出力パワーを生成している。この例は、SemiLED社の約１．０７×１．０７ｍｍＬＥＤを使用し、各ＬＥＤが３５０ｍＡにおいて３００ｍＷの出力を生成することを仮定したコンピューターモデルで作成されたものである。本発明の実施形態は、約０．７５Ｗ〜１．２５Ｗにおいて、より高い電流（例えば、約２．５Ａ以上）において各ＬＥＤを稼動させることができることに留意されたい。
【０１４５】
ＬＥＤドライバーがＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール内に集積化されている１つの実施形態によれば、大量の「サーバーファーム（server farm）」用に設計された既成のＡＣ／ＤＣ電力供給源を用いることができる。例示的なフロントエンド電力供給源は、アメリカ合衆国Lineage Power社のモデルＣＡＲ２５１２ＦＰシリーズ２５００Ｗ電力供給源から入手可能である。好ましい電力供給源はPower-One社のＬＰＳ１００  １２Ｖ  １１００Ｗ単一ファンサーバー電力供給源である。それらはパワーファクター補正を有する高度に効率的なプラチナ級のフロントエンドＡＣ／ＤＣ電力供給源であり、電気的並列とすることができ、ＧＵＩｉ２Ｃインターフェースを有している。Lineage社の電力供給源は、既成の（ＯＴＳ）これらのユニットを４つ組み込んだサブシステムと共に入手可能である。２０１１年において、これらのLineage社のユニットは同様であるが伝導冷却（ファンなし）を用いたものである。
【０１４６】
本発明の実施形態によれば、集積化したドライバーを冷却することに加えて、単に、冷却を必要とする電力供給源の要素（又はベースプレート）と連通するようにヒートシンクを通して冷却配管を延在させることによってこれらの電力供給源を冷却するために、有利には冷却水を用いることもできる。これらのLineage社の電力供給源はそれらの最大パワーの或る百分率において、より効率的であるので、これらの電力供給源の定格を下げることが最適である。非限定的な例として、約４０Ａ及び約４Ｖ〜５Ｖにおいて約１５個のドライバーを有する各ＰＣＢを運転する場合に、使用可能な約１００００Ｗの約６０％を使用する。非限定的な例として、４つの側部全ての各々の側部が約１０００μｍ平方〜１２００μｍ平方である（ただし、それらは矩形等の任意の寸法及び形状、又は側部あたり約２０００μｍ若しくは約４０００μｍ以上等のより大きな寸法とすることができる）好ましくは約１６個のＬＥＤが、ＬＥＤあたり約３Ａすなわち群あたり約４８の電流で動作されることが所望される場合、現在及び将来に向けて、幾らかのヘッドルームを有するように約５０Ａ以上及び約５．５Ｖに対して設計することが最適である。１つの実施形態では、ランプ本体３０５の裏側近くの各ＰＣＢ３１０ａ及び３１０ｂ上のカソードバスバー３１３ａ及び３１３ｂは好ましくは約３００ｍｍ長のボード（図示せず）のほぼ長さに延びることができ、半田パッドはＰＣＢのほぼ長さに延びることができる。１つの実施形態では、カソードクロスプレート３７５は、カソードバスバー３１３ａ及び３１３ｂにわたって固着されたタイバーを表している。このタイバーは、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００からＡＣ／ＤＣ電力供給源へ進行する好ましくは単一の主要なカソードワイヤ２０５に対する効果的な取り付け点を与える。この方式は、ＬＥＤ寿命を最大とさせるために好ましくは１０％未満の低いリップルでＬＥＤに対して高度に効率的な電源を与えるＡＣ幹線に接続されていることが好ましい電力供給源へ、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール２００の好ましくは定電流（ＣＣ）のＤＣＰＣＢボードから進行する、大きいＡＷＧ範囲約１〜１０、好ましくは約２ＡＷＧの好ましい単一の主要なコアアノードワイヤに好ましくは幾分類似している。ＰＣＢ上において、それらのカソードを分離させることが必要ではない場合がある約１５個の別個のコンポーネントに対して決定的な条件が存在しないような、約１５個のＣＣドライバーの上述した非限定的な例の幾つかの共用されたコンポーネントが存在している場合がある。ここでもまた、１−ｎ個のカソード及びアノードケーブルは、ランプに、１−ｎ個の電力供給源又は幹線からの電力を供給することができることに留意されたい。アメリカ合衆国Lineage社の２５００Ｗ電力供給源をランプあたり４つ用い、それらを効率のために定格を下げたパワーで稼動させることが望ましい場合がある。それらは約４個の電力供給源に対して共通バックエンドで入手可能である。より小さな直径のケーブル（アメリカ合衆国methode/cableco社）及び／又は大きなケーブル及びより低い抵抗損失の使用を可能とするために、バックエンドあり又はなしでランプあたり４つの別個のアノード及び��ソードワイヤ／ケーブルを考えることができる。
【０１４７】
上記に鑑み、本発明の実施形態は、高フィルファクターレイとしても知られる、最大の輝度を得ることができるように近接して離間されたＬＥＤアレイ（複数の場合もある）に基づいている。すなわち、固体角あたり単位面積あたりの光パワーは最大化されている。なぜならば、この状況では輝度は概ね固体角あたり単位面積あたりのパワーとして定義することができるからである。また、この高い輝度は、アレイ密度が増加するに従い電力から光パワーへの変換からの廃熱がより密となるので、熱流束需要／熱需要とほぼ直線的に相関する。本発明の実施形態は、９０％以上のＬＥＤのフィルファクターのアレイを利用することが好ましいが、３０％〜１００％の範囲を有している。本発明の実施形態に係る高フィルファクターアレイの適用により、１０００Ｗ／ｃｍ２以上程度で１００Ｗ／ｃｍ２〜１００００Ｗ／ｃｍ２の範囲にわたる極めて高く密な熱負荷がもたらされる。この高い熱流束は高輝度のアーチファクトであり、すなわちＬＥＤが互いに非常に近接（１μｍ〜１０００μｍ）しており、平方ｍｍあたり２Ａ〜３Ａ以上（０．１Ａ〜１００Ａの範囲）の電流で動作され、その結果、極めて高い熱流束需要となり、当然ながら、これに付随して、長寿命のために４０℃以下であることが好ましい接合温度を達成するための非常に高度な冷却（例えば、対流冷却及び／又は伝導冷却（例えば、ＬＥＤと流動ガス又は液体との間の薄い高伝導性の層））と極めて高い出力パワーにおける効率的な動作との両方を組み合わせた極めて低い熱抵抗の冷却技術が必要となる。
【０１４８】
次に、図１４Ａ〜図１４Ｄを参照して、ＬＥＤアレイが、直列のＬＥＤの複数の群が電気的に並列に接続されたものから構成される、ＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール１４００の代替的な実施形態を説明する。図１４Ａは、本発明の代替的な実施形態に係るＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール１４００の等角図である。図１４Ｂは、ランプヘッドモジュール１４００サブシステムの組み立てられていないコンポーネント及びそれらのそれぞれのコンポーネントを示す、図１４ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュール１４００の横向きの分解図である。図１４Ｃは、背面接続を示す図１４ＡのＵＶＬＥＤランプヘッドモジュールの後ろ向きの分解等角図である。図１４Ｄは、本発明の一実施形態に係るフレックス回路サブシステム１４５０及び冷却サブシステム１４７０の分解図である。
【０１４９】
この例では、ランプヘッドモジュール１４００は、反射器サブシステム１４６０と、フレックス回路サブシステムと、発光サブシステム１４５０及び冷却サブシステム１４７０とを備える。これらのサブシステムは協働して、限定ではないが、塗料、コーティング、インク、接着剤、ラミネート等の材料のための硬化（例えば光化学的硬化）メカニズムとして用いることを意図したＵＶ光を放射する。マイクロチャンネル冷却器１４０１及びランプ本体１４０４を備える冷却サブシステム１４７０は、高パワー密度光出力を可能にする発光サブシステムの発光素子、例えばＬＥＤ、レーザーダイオード等のアレイ１４０７を冷却することを意図される。冷却システム１４７０は、ランプヘッドモジュール１４００又は複数のランプヘッドモジュール（図示せず）を、外部のフレーム、スタンド又はトラック等の外部デバイスに装着する手段（例えば装着インターフェース１４７５）も備えることができる。そのようなトラックは、ランプヘッドモジュール（複数の場合もある）を、製造、印刷又は他のプロセスに統合する手段を提供する。
【０１５０】
反射器サブシステム１４６０は、一対の反射器１４１８と、一対の反射器エンドキャップ１４１７と、光学ウィンドウ１４２１と、磁気ウィンドウマウント１４２４とからなる。反射器１４１８は、螺子１４２７によって反射器エンドキャップ１４１７にボンディングし、内部反射チャンバー（図示せず）を形成することができる。この内部反射チャンバーは、発光サブシステムによって放出される光の焦点を（好ましくは非撮像物理原理に従って）合わせるように機能する。内部反射チャンバーの内面（図示せず）は、高反射性である。１つの実施形態によれば、高反射性は内面の研磨及びコーティングの組み合わせにより達成される。
【０１５１】
ウィンドウ１４２１は反射チャンバーの最上部に配置され、ウィンドウマウント１４２２及び磁石又は螺子のアレイ１４２３によって適所に固定される。
【０１５２】
反射器サブシステム１４６０は、一連の位置決めピン３０によってフレックス回路サブシステム１４５０が間に挟まれた状態で冷却サブシステム１４７０に取り付けられ、螺子を装着することによって適所に固定される。オプションで、スペーサー層（図示せず、図１６Ｂを参照されたい）を反射器サブシステム１４６０の直下に配置して、組み立てプロセスにおいて調整（例えばｚ高さ調整）及び補助を提供することができる。
【０１５３】
主要アウトレットランプ本体冷却液チャンネル１４６１／１４６２及び主要インレットランプ本体冷却液チャンネル１４６１／１４６２が冷却サブシステム１４７０のランプ本体内に形成される。
【０１５４】
マイクロチャンネル冷却器１４０１がランプ本体１４０４のポケット１４３４内に埋め込まれる。この埋め込まれたポケット１４３４によって、フレックス回路１４０３（マイクロチャンネル冷却器１４０１の最上部にボンディングすることができ、マイクロチャンネル冷却器１４０１の１つ又は複数の側部にわたって延在する）が、ランプ本体１４０４の縁部１４３５の回りで平滑に折れ曲がることを可能にする。マイクロチャンネル冷却器１４０１は、図４Ａ〜図４Ｃ並びに図５Ａ及び図５Ｂを参照して上記で説明したように構築することができる。一方、本例との関連で、マイクロチャンネル冷却器１４０１は伝導性である必要はない。上記で説明したように、本明細書において説明する冷却要件を満たすマイクロチャンネル冷却器は、カリフォルニア州ハンティントンビーチ所在のMicro-Cooling Concepts社から入手可能である。
【０１５５】
以下で更に詳細に説明するように、１つの実施形態では、フレックス回路１４０３は、反対の極性を有する２つの導体を含むことが好ましいマルチコンダクターフレックス回路である。フレックス回路１４０３は、ＬＥＤアレイ／サブマウントを組み合わせた高さに対するＬＥＤアレイ１４０１の長軸に沿ったフレックス回路１４０３の長さに関して高アスペクト比を有する。これによって、コンパクトなｚ高厚さスタックアップで大量の電流がＬＥＤアレイ１４０７に流れることが可能になる。ＬＥＤ／サブマウントのスタックアップは、フレックス回路スタック（図１６Ｂに示す）及びオプションの自由浮遊状態の取り付けられていないスペーサー層とほぼ同じである。このスペーサー層は、任意のｚ高差を埋めるか、又はｚ高の差を意図的に付加し、反射器サブシステム１４６０の底部のための基部を確立するものである。
【０１５６】
示される例では、フレックス回路１４０３内の長尺の開口１４４０（例えば、ボイド、ウィンドウ、ギャップ、穴又はアパーチャ）が、アノードボンドパッド及びカソードボンドパッドを低い厚さ（高さ）でＬＥＤ及びサブマウント１４０６に近づける二重の目的を果たすが、サブマウント１４０６が定位置に半田付けされると機械的ガイドとしての役割も果たすことができる。アメリカ合衆国のIndium Corp. of America社は、フラックス（例えばＷＳ−３６２２）及びインジウム含有プリフォームの両方を提供し、このプリフォームは、より良好な濡れ及びプリフォーム剛性のために約３％の銀を有することができる。長尺の開口１４４０は、矩形又は任意の他の幾何学的形状とすることができる。
【０１５７】
示された実施形態では、フレックス回路１４０３は本質的に縁部１４３５の上に形成され、フレックス回路１４０３における電流の流れは、ＬＥＤアレイ１４０７のＰＮ接合面に対して実質的に平行な面から、ＰＮ接合面に実質的に直交する方向へ本質的にリダイレクトされる。フレックス回路１４０３は反射器サブシステム１４６０の下に収まり、カバー１４１５によって定位置に保持される。ツェナーダイオード（例えば、アメリカ合衆国Littel Fuse, Inc.社から入手可能なツェナーダイオード）がフレックス回路１４０３内に形成されるポケット（例えばポケット１４３６）に示され、従来の表面実装技術（ＳＭＴ）製造技術に従って、所定の位置に半田付けされ、鍍金貫通穴によってフレックス回路１４０３のカソード層に接続される。上記で説明したように、ランプ本体１４０４は、機械加工するか、又は射出成形するか、又は何らかの組合せとすることができる。
【０１５８】
フレックス回路サブシステム１４５０はハードウェア１４２６によって冷却サブシステム１４７０に接続される。１つの実施形態によれば、ニューヨーク州ランカスター所在のApple Rubber Products社から入手可能なカスタム形状のＯリング１４０５を用いることによって、ランプヘッドモジュール１４００のマイクロチャンネル冷却器１４０１とランプ本体１４０４との間に液密シールが生成される。ピン１４２８は冷却器サブシステム１４７０に対し反射器サブシステム１４６０を位置決めする。
【０１５９】
この例では、ランプ本体１４０４は、インレット及び排気口両方のための液体冷却経路と、全てのサブシステムを合わせて係合及び固定する機械構造とを提供する。冷却液は、インレット管クランプ１４３２及びそれに関連するハードウェア１４３１によってランプ本体１４０４に接続された入力管１４２０からランプ本体１４０４に入る。流体は、液塊のインレットプレナムからマイクロチャンネル冷却器１４０１を通って流れ、マイクロチャンネル冷却器１４０１において、流体はＬＥＤアレイ１４０７によって生成される廃熱によって加熱される。この加熱された流体は排出プレナム（通常、同一形状）を通ってアウトレットプレナムまで進み、アウトレットプレナムにおいて、出力管を介して冷却手段（図示せず）（例えば、冷却装置、熱交換器等）に戻される。出力管は、異なる構成の（例えば調節された）クランプ１４１６を用いること以外はインレット側とほとんど同様にしてランプ本体１４０４に固着させることができる。
【０１６０】
ハードウェア１４２４により、カバー１４１５がランプ本体１４０４に装着される。カバー１４１５は、フレックス回路１４０３及びフレックス回路サブシステム１４５０のコネクターを覆い、保護する。カバー１４１５はフレックス回路１４０３の形状も保持する。
【０１６１】
１つの実施形態では、ランプ本体１４０４は、インレットホース１４２０が押し付けられる一体型の突起（例えばインレットクランプ１４３２）を有する。アウトレットホース用に同様の接続性を与えることができる。好ましくは係留及び／又は調整され機械加工されたホースクランプ（例えば１４３２）が使用される。調節された位置により、ホースクランプの望ましくない回転が阻止され、係留機構により、ホースの設置がはるかに煩雑でなくなる。ホースクランプは、好ましくは「ｔ」字型のスロットを有し、このスロットは、より一様なホース固定動作のために好ましくは１２０度離してワイヤ放電加工（ＥＤＭ）される。
【０１６２】
カソード電極１４１３及びアノード電極１４１２が図１４Ｄに示されている。これらの電極は、電極自体とランプ本体１４０４との間にフレックス回路１４０３を固定又は挟持する。各電極下にフレックス回路アノード層又はフレックス回路カソード層のいずれかのエリアが露出され、それにより、それぞれの電極とフレックス回路表面との間の電気的接触及び連続性が有効になる。
【０１６３】
本例との関連で、フレックス回路サブシステム１４５０は、ＬＥＤの高密度アレイ１４０７と、多層多導体フレキシブル回路１４０３と、マイクロチャンネル冷却器１４０１と、静電気放電（ＥＳＤ）保護デバイス１４０２と、電力供給ケーブル１４２１と、電力帰線ケーブル１４２２とを備えることが好ましい。ケーブルは、それぞれの電極（例えばマウントブロック）１４１２及び１４１３に取り付けられる。これらのマウントブロックは、各ケーブルをフレックス回路１４０３内のそれぞれの導体層に接続する。これによって、電力がリモート電源（図示せず）から電力ケーブル１４１９及び１４２０を介してランプヘッドモジュールへ進み、フレックス回路１４０３を通ってＬＥＤアレイ１４０７へ進むことが可能になる。
【０１６４】
１つの実施形態によれば、以下で更に詳細に説明するように、ＬＥＤアレイ１４０７は、並列に配置された直列のＬＥＤアレイの複数の（例えば３つの）より小型のアレイから構成され、これらの複数のより小型のアレイ（それぞれ「群」）は各々、複数の（例えば１２個の）ＬＥＤを含む。１つの実施形態では、これらのより小型のアレイは、サブマウント１４０６へのＬＥＤの半田ボンディング及びワイヤボンディングによって構築される。
【０１６５】
ＬＥＤは、サブマウント１４０６に沿って長い方向に配列され、ＬＥＤアレイ１４０７を形成する。最初のＬＥＤの最後の縁部は、次のＬＥＤの開始縁部に進展し、以下同様である（例えば、縁部同士を接して配置される）。１つの実施形態では、いかなる２つのＬＥＤ間にも、介在する金属化及び／又はボンドパッド又は回路トレース材料は存在しない。これによって、ＬＥＤは、互いに可能な限り近接して配置することが可能になり、これによって、ＬＥＤ間のデットスペースを最小にすることによりＬＥＤアレイ１４０７の長い方向の発光面積が最大にされる。細長いボンドパッド、ワイヤボンドパッドエリア及び／又はＬＥＤ間の回路トレース金属化があった場合、ＬＥＤは更に離して配置されなくてはならず、ＬＥＤアレイ１４０７の長い方向に沿った発光面積が損なわれることになる。１つの実施形態では、最小面積、すなわち長さ×幅において発光面を最大にすることが好ましい。またさらに、細長い反射器半割体／クラムシェルによって、幅よりも長さが長い高アスペクト比を用いて、縁部の回りに散乱する光子（ブラーとも呼ばれる）を除去する目的で、放出される光子を、発光面積と同じ幾何学的形状であることが好ましい被加工物上のパターンになるように制御する。
【０１６６】
種々の実施形態において、以下で更に詳細に説明するように、ＬＥＤアレイ１４０７の群ごとに３つの別個のワイヤボンド接続が存在することができる。例えば、ワイヤボンド接続（例えばワイヤボンド１７０８）を、フレックス回路１４０３の電力供給源又はアノードとしても知られる正の電力経路層と、群内の最初のＬＥＤのアノードパッドとの間に作製することができる。第２のワイヤボンドタイプ（例えばワイヤボンド１７０９）が（群の最終ＬＥＤを例外として）群内の各ＬＥＤから生じ、ＬＥＤカソードパッドをサブマウント１４０６上のステムにボンディングし、これを群内の次のＬＥＤのアノードに電気的に接続する。最終ＬＥＤのカソードパッドは、第３のタイプのワイヤボンド（図示せず、図１６Ｃのワイヤボンド１７１０を参照されたい）によってフレックス回路１４０３のカソード又はリターン層に接続される。ワイヤボンド１７０８、１７０９及び１７１０については、図１６Ｃ及び図１７Ｄ〜図１７Ｆに更に詳細に示す。
【０１６７】
１つの実施形態によれば、直列のＬＥＤの複数の群が、線形に縁部同士を接して配置され、高密度アレイが生成される。１つの実施形態では、電気的に、ＬＥＤアレイ１４０７は、それぞれが直列に配線された複数の（例えば１２個の）ＬＥＤを含む複数の（例えば３つの）並列な経路のアレイである。
【０１６８】
１つの実施形態によれば、サブマウント１４０６は薄い半田プリフォーム１４１０（約２０ミクロン以下）を用いてマイクロチャンネル冷却器１４０１にボンディングされ、ＬＥＤと、マイクロチャンネル冷却器１４０１を通って流れる冷却液との間の熱抵抗を最小にする。
【０１６９】
１つの実施形態によれば、ＬＥＤアレイ１４０７は、電気的に直列に配線された、台湾国のSemiLED社から入手可能な１２個の８０ミル×８０ミルのＬＥＤの３つの群から構成される。これらの３つの群は電気的に並列に配線される。特定の実施態様に依拠して、より多くの又はより少ない並列の群を用いることができ、直列のＬＥＤからなる群も各々、１２個よりも多くの又は少ない直列のＬＥＤを備えることができる。ＬＥＤアレイ１４０７の個々のＬＥＤは、大型の種類のチップとすることができ、各側部が約２０１９ｕｍ（８０ミル）で１４５ｕｍ厚である。１つの実施形態では、ＵＶ光放出薄膜材料、例えばＧａＮを、カリフォルニア州サンタバーバラ所在のInlustra Technologies, Inc.社から入手可能なネイティブＧａＮ基板上に堆積させることができる。これによって、異種基板、例えばサファイヤ、ＳｉＣ上に堆積されるＧａＮ薄膜デバイスに一般的な電流ドループがほとんど又は全くない状態で、ＬＥＤチップエリアの非常に高い電流密度、例えば３＋Ａ／ｍｍ２が可能になる。とりわけ、非常に高い電流密度が可能になる理由は、ＧａＮ間のほぼ完全な格子整合及びＧａＮの高い熱伝導性である。そのような非常に高い電流密度は、本明細書において説明する様々な実施形態に関連して説明されるマイクロチャンネル冷却器を用いることによって最も良好に管理及び／又は改善される、非常に高い熱流速を生成する。
【０１７０】
１つの実施形態によれば、ＬＥＤアレイ１４０７の長さ対幅のアスペクト比は好ましくは１：３６であるが、１：５〜１：１０００の範囲とすることができる。
【０１７１】
好ましくは１２個の直列のＬＥＤ（範囲は１〜１００とすることができる）が各サブマウント（例えばサブマウント１４０６）に示される。並列なＬＥＤからなる群は、各群が全て、有害な電流ホギング効果を低減するためにほぼ同じインピーダンスを有するようにビニングすることができる。負荷バランシング抵抗器は、（ここでもまた電流ホギング群の機会を低減させるために）インピーダンス整合を達成する更に別の手段であるが、おそらく事前ビニングがはるかにより簡潔でコスト効率が高い。テキサス州プレイノ所在のＧＥ−Lineage社のＣＰ２００からの既製の電力供給源は、この実施形態のＵＶＬＥＤランプに電力供給するのに用いられる好ましいＡＣ−ＤＣ電力供給源（整流器としても知られる）である。この電力供給源は、現在、約９７％の効率で２０００Ｗ又は２７００Ｗのユニットとして入手可能である。この電力供給源はまた、非常に小型のフォームファクターを有し、非常に稀な大きな出力電圧振幅を有する。この大きな出力電圧振幅によって、１２個のＬＥＤの３つの群が、単に０Ｖ〜５Ｖの入力制御を用いることによって約３Ａ／ｍｍ２のＬＥＤ電流密度の１００％最大電力から、最大電力のおそらく０％〜７５％のレベルまで変動することが可能になる。このため、重量が大きく、費用が高く、非効率的なＤＣ−ＤＣ変換器は必要なく、GE社から入手可能な小型で長寿命（２Ｍ  Ｈｒ．ＭＴＢＦ）の電力供給源（整流器）の最大効率に頼ることができる。
【０１７２】
次に、図１５Ａ〜図１５Ｄを参照してサブマウント１４０６を説明する。図１５Ａは、本発明の一実施形態に係るサブマウント１４０６の上面図である。図１５Ｂは、サブマウント１４０６の上面の上昇した高電流を保持する電着機構を示す、図１５Ａのサブマウントの等角図である。図１５Ｃは、図１５Ａのサブマウント１４０６の側面図であり、本発明の一実施形態に係るサブマウント１４０６の様々な層を示している。図１５Ｄは、図１５ＡのセクションＤの拡大図であり、直列のＬＥＤアレイの群内の２つの中間ＬＥＤ用のボンドパッド１５１１及び１５１２の独自の連動幾何学構成を示す。正確かつ明確にするためめに、半田障壁１５３０が示されているが、これは最上層にあり、その下を電流が流れる。簡潔にするために、単一のサブマウントが以下で説明される場合があるが、本発明の実施形態に従って、複数のサブマウント（例えば３つ）を電気的に並列に接続することができることを理解されたい。
【０１７３】
１つの実施形態によれば、サブマウント１４０６は２つの主要な機能、すなわち、（ｉ）直列の群内の１つのＬＥＤを、直列の群内の次のＬＥＤ及び各群の先頭及び末尾のフレックス回路１４０３に電気的に接続する手段を提供する機能（フレックス回路１４０３接続は図１７Ｆに更に詳細に示されている）と、（ｉｉ）ＬＥＤを配置して高アスペクト比の線形アレイに形成する役割を果たす、ＬＥＤのための空間的に正確な幾何学的マウントを提供する機能とを有する。
【０１７４】
ＬＥＤアレイ１４０７のＬＥＤは、サブマウント１４０６のボンドパッド部（例えばボンドパッド部１５１１）上の約５マイクロインチの金層に半田付けされる。当業者であれば、ＬＥＤをボンドパッドに固着させる様々な他の手段が可能であることを認識するであろう。例えば、拡散ボンディングのエポキシを用いてＬＥＤを固着させることができる。
【０１７５】
１つの実施形態によれば、用いられる半田は、ＬＥＤの底面上に堆積されるＳｎＣｕである。代替的に、アメリカ国のIndium Corp.社から入手可能なペーストを用いることができる。このペーストは、フラックスキャリア（例えばＷＳ−３６２２）を用いてＬＥＤを取り付けることができる。更に別の実施形態では、半田プリフォームを用いることができる。
【０１７６】
この例に戻ると、（図１５Ｃを参照して以下で更に説明されるように）ボンドパッドエリア１５１１の下の薄い金の下方にＮｉ拡散障壁及びＴｉ接着層がある。最終的に、連動するＬ字型の構造（例えば、１５１０及び１５２０）を形成する厚い（例えば、１ミル〜２ミル）の銅導電層が存在し、その厚い「アーム」部（例えば１５１１及び１５２１）は完全にＬＥＤの半田付けされた部分の下に延在し、周囲に延在して電流トレース（例えば１５１３及び１５２３）並びにワイヤボンドパッドエリア（例えば１５１２及び１５２２）を形成し、これらは合わせて、それぞれのＬ字型構造１５１０及び１５２０の「ステム」を表す。１つの実施形態では、サブマウント１４０６は、対向する向きの複数の交互のＬ字型構造を含む。Ｌ字型のパターニングされた回路材料層は、連動構成でサブマウント上にパターニングすることができ、複数のＬ字型のパターニングされた回路材料層のうちの隣接するＬ字型のパターニングされた回路材料層のステム部は、アレイの両側に配置され、互いに実質的に平行に延びる。
【０１７７】
Ｌ字型の銅導電層１５１０のステム部１５１２はワイヤボンドエリアとして動作するが、信頼性のあるワイヤボンドを形成するために、より厚い１２５マイクロインチの金を有することが望ましい。また、半田クリープ、又はボンドパッドエリア（例えば１５１１及び１５２１）上への流れを回避することが望ましい。このため、１つの実施形態では、半田ダム又は半田障壁（例えば半田障壁１５３０）が長尺部の先頭においてボンドパッド１５１１の直角縁部からもたらされ、ワイヤパッドトレース領域に向かって約２ミル延在する。この半田ダムは、サーマウントが個々のチップに切り分けられる前にウェハー上にマスクを通じてスパッタリングされるＴｉＷであることが好ましい。この半田ダムは、ＴｉＷが空気中ですぐに酸化し、半田が酸化した表面を横切って流れないことに起因して機能する。
【０１７８】
ボンドパッド（例えば１５１１）、回路トレース（例えば１５１３）及びワイヤボンドパッドエリア（例えば１５１２）が全て本質的に、同じモノリシック伝導性通電層を共有し、これは「Ｌ」によって表される本質的に同じ幾何学的形状であるが、ボンドパッドエリアはＬＥＤの実質的に下のエリアを越えて延在するので、依然として長尺であると見なすことができる。この長尺の形状は、ＬＥＤアレイ１４０７及びサブマウントのアレイの長軸に直交する。サブマウントはそれら自体が長尺のパターンにおいて縁部同士を接して配列されている。
【０１７９】
回路トレース（例えば１５１３）は、アレイ内の各ＬＥＤの最終縁部と先頭縁部との間の間隔を横切るのみでなく、最終縁部と先頭縁部との間の距離も横切り、それによってＬＥＤ縁部よりも長くなるので、ＬＥＤアレイ１４０７の長軸に沿って長尺である。回路トレースのこの長尺の部分は、「Ｌ」字型の長く薄い「ステム」である。ＬＥＤ縁部間の距離と、ＬＥＤ縁部自体の長さとを加えたものを含む個々の回路トレース（例えば回路トレース１５１３）の長さは、約８：１の比であることが好ましく、４：１〜１６：１の範囲である。回路トレースは、５０ミクロン（２ミル厚）であることが好ましく、約１０ミクロン〜１００ミクロンの範囲の厚み（接着層であれ、通電層であれ、保護層であれ全ての層を含む）と、少なくとも２５０ミクロン（１０ミル）であることが好ましく、５０ミクロン〜５００ミクロンの範囲の幅とを有することが好ましい。１つの実施形態では、断面は約５：１であるが、２：１〜２０：１の範囲をとることができる。
【０１８０】
本発明の実施形態は高電流フラックスデバイスを含むので、通常、過度の抵抗損失なしで電流を搬送するために十分に導電性の材料（例えば銅）が用いられる。従来の直列回路レイアウトでは、１つのＬＥＤから次のＬＥＤへの電流は多くの場合に小さなワイヤを通して搬送される。これらのワイヤは従来、１つのＬＥＤの上面にボンディングされ、そして次のＬＥＤの拡張された（すなわち長尺の）ボンドパッドにボンディングされる。ここで、ボンドパッドはこの次のダイの底面と電気的に連通している。上述したように、このタイプの従来の直列回路レイアウトは、長尺のアレイの長さに沿って光子を放射しない望ましくない量のエリア（非発光エリア）を占有する可能性がある。したがって、１つの実施形態では、ＬＥＤ間で電流を搬送するのにワイヤを用いる代わりに、ＬＥＤアレイ１４０７の外側縁部（例えば図１８Ｃの１８０１を参照されたい）に平行な回路トレースが用いられる。
【０１８１】
１つの実施形態によれば、サブマウント１４０６は基板材料（例えば酸化ベリリウム（ＢｅＯ））からなる。１つの実施形態では、この層は、製造可能性を依然として維持しながら熱抵抗を最小限にするために、合理的に可能な限り薄く保持される。この例において、ＢｅＯウェハーの底面は、３つの層、すなわち（ｉ）チタニウム接着層１５０６ｂと、吸収及び拡散を防ぐためのニッケル障壁１５０４ｂと、ボンディング可能な表面を提供するための金フラッシング１５０２ｂとからなることができる。これらの層は、半田が金層及びマイクロチャンネル冷却器１４０１にボンディングするのを可能にする。
【０１８２】
ウェハーの上面は、その上に銅層１５０５を有する別の分離障壁を有する。銅層１５０５は、従来のプリント回路基板上の銅エッチングとほぼ同じように挙動し、電気的トレースを与えるとともに、コンポーネントを装着することができるパッドを形成する。１つの実施形態では、銅層１５０５の厚みは、合理的な製造コストを維持しながら、熱伝導性を最大にし電気抵抗を最小にするように選択される。銅層１５０５の上面は、上の金コーディングの拡散を防ぐようにニッケル障壁１５０４ａでコーティングされる。半田１６９９及びＳＭＴコンポーネント、この例ではＬＥＤのアノードパッドが施されるエリアには、薄い金フラッシング１５０２ａを施すことができる。ワイヤボンドが接続されるエリアには、より厚い金パッド１５０１を施すことができる。半田が望ましくないエリアには、ＴｉＷの絶縁又は半田ストップ層１５０３が存在する。１つの実施形態では、半田ストップ層１５０３は「半田ダム」として用いられる。半田ストップ層１５０３は、ＬＥＤが、下の銅層１５０５を通じた他のパッドへの電気的導通を維持しながら、ボンドパッドに中心をおいたままにされ半田付けプロセス中に浮遊しないことを確実にするのにも役立つ。このようにして、全ての最上部の層を形成し、複数の（例えば１２個の）電気的に絶縁されたセクションを、群内のＬＥＤごとに１つずつ作成することができる。
【０１８３】
１つの実施形態では、ボンドパッドと回路トレース領域との間の電気的連通を維持するために、それらはモノリシック構造である。この構造は、好ましくはＢｅＯであるか、又は熱的に伝導性でありかつ電気的に絶縁性であることが好ましい材料の群、例えばＡＩＮ、ダイアモンド、シリコン、ＧａＮ等から選択される、ネイティブサブマウントウェハーに対するフォトリソグラフィープロセスにより製造することができる。
【０１８４】
この例との関連で、第１の金属シード層は、サブマウント１４０６の長軸に沿って下方に繰り返しているのが見られる連動する「Ｌ」字型パターンを有するマスクを通して従来のスパッタリング手段によってスパッタリングすることができる。このパターンは、電気鍍金プロセスによって構築することができる。高度に導電性の金属、例えば銅が好ましい。シード層は、最初にスパッタリングされる接着層、例えばチタニウム１５０６を有することができる。好ましくは銅層の厚い層が電気鍍金された後、スパッタリング手段又は電気鍍金手段のいずれかによって、拡散層１５０４ａ、例えばニッケルが堆積される。最終的に、スパッタリング手段又は電気鍍金手段によって保護層１５０１を堆積することができる。この保護層は、通例、スパッタリングされた貴金属、例えば銀又は金である。これらの金属は通例、ワイヤがこの保護層１５０１に従来容易にボンディングされることから用いられる。この保護層は、通電層１５０５の酸化も防止する。本発明の１つの実施形態では、半田ダム（又は半田障壁）（例えば半田障壁１５０３）層が提供される。この半田ダム層は、回路トレース／ワイヤボンド領域１５１３からボンドパッド領域１５１１を分離し、ワイヤボンドを固着させることができる領域（ワイヤボンドパッド領域）内又はこの領域上に（ボンドパッドの上の）ダイの下から半田１６９９が移動することを阻止する。この領域内の半田は、ワイヤボンドの信頼性に有害な影響を有する。半田ダム（例えば半田ダム１５０３）は、スパッタリング手段によってマスクを通じて堆積されることが好ましく、高度に酸化的な材料、例えばＴｉＷであることが好ましい。
【０１８５】
図１５Ｄとの関連において、２つの例示的な電気的に絶縁されたＬ字型の構造が網掛けにされている（１５１０及び１５２０）。網掛けのＬ字型構造１５１０及び１５２０のそれぞれが、アーム（ボンドパッド）及びステムの１つの組合せの電気的に接続されたレイアウトを示している。半田ダム（例えば、半田ダム１５３０）。この独自の幾何学的形状によって、ＬＥＤは、ＬＥＤ間に絶対最小値空間を有するアレイで配置されることが可能になる。この密度によって、最小の空間で非常に優れた電力出力が達成されることが可能になる。また、これによって最小の空間を用いてＬＥＤから熱を効率的に除去することが可能になる。
【０１８６】
上記で説明したように、ボンドパッドエリア１５１１とワイヤボンド／回路トレースエリア１５１３との間の半田障壁１５３０によって、ボンドパッドとＬＥＤとの間で半田がワイヤボンドエリア１５１３上に広がり、表面を汚染し、これがワイヤボンディングと干渉し得ることを阻止する。半田ダム１５３０は、高度に酸化可能な金属又は金属の組合せ、例えばＴｉＷをスパッタリングすることによって堆積されることが好ましい。ＴｉＷは容易に酸化し、それによって、半田がＴｉＷの上に広がることを阻止する。特定の実施態様に応じて、ＴｉＷの厚さはオングストリーム単位又はナノメートル単位とすることができる。
【０１８７】
次に、図１６Ａ〜図１６Ｃを参照してフレックス回路１４０３を説明する。図１６Ａは、図１４Ｂのフレックス回路１４０３の平面図である。図１６Ｂは、図１４Ｂのフレックス回路１４０３の等角分解図であり、本発明の一実施形態に係る、フレックス回路スタックの垂直構造と、マイクロチャンネル冷却器１４０１に対するその位置及び向きとを示す。図１６Ｃは図１４Ｂのフレックス回路１４０３の断面図であり、組み立てられたスタックの種々の層を示している。
【０１８８】
この例では、フレックス回路１４０３は、２つの絶縁された電気的層と、関連付けられたポリアミド絶縁層及び接着層とからなる多層フレキシブル組立体である。アノードパッド１６０１がカソードパッド１６０２と同様にフレックス回路１４０３の上縁部に存在する。これらのパッドエリアは、例えば所望の領域内のスタックから全ての上の層の材料を除去することによって、適切な銅導電層への安定した電気接点エリアのためのそれぞれのワイヤマウントを提供する。材料は、一連の３つのアノードワイヤボンドパッド１６０３及びカソードワイヤボンドパッド１６０４の上のエリアから同様に除去することができる。これらの露出した銅エリアは、ボンディング可能な表面を提供するためにニッケル障壁でコーティングし、金フラッシングすることができる。１つの実施形態では、フレックス回路１４０３は、ＥＳＤ保護のための装着エリア１６０５及びボンド対も提供する。示される構成では、６つのそのようなエリアが存在する。各エリアはカソード及びアノードパッドを有し、上側導電層上に配置される。他の層は係留用の鍍金された貫通穴ビアによって層の残りの部分から絶縁されるパッドに接続される。
【０１８９】
この例によれば、フレックス回路１４０３の中心は、誘電体材料から作製された電気的に絶縁性のポリアミドコア１６１５、例えばデラウェア州ウィルミントン所在のDupont社から入手可能なＫａｐｔｏｎからなる。１つの実施形態では、銅層はこのコアの底部に付加的に成長し、カソード導体層１６１４を形成する。同じプロセスをコアの最上部に施すことができ、この層はアノード導体層１６１６を形成する。銅の厚さは変動する場合があるが、ランプヘッドモジュールの幾何学的制約を全体として受け入れるのに適切な曲げ半径を依然として維持しながら通電容量を最大にするように可能な限り厚くするべきである。全ての他の層は、フレックス回路１４０３の柔軟性を更に低減しないように、理想的には製造可能な最小の厚さに保持されるべきである。
【０１９０】
この例との関連で、接着層１６１７がアノード層１６１６の面上に配置される。この目的は、フレックススタックの面上にポリアミド保護カバーレイ１６１８を可能にすることである。これらの２つの層は、図１６Ａに示すようにアノード導体へのアクセスが望ましいエリアにおいて除去される。同じプロセスが接着層１６１３及びカバーレイ１６１２を有するカソード導体層の露出した表面に施される。
【０１９１】
概ねマイクロチャンネル冷却器１４０１の寸法である接着層６１０を施して、最終的なラミネーションプロセス中にマイクロチャンネル冷却器１４０１をフレックス回路１４０３にボンディングすることができる。
【０１９２】
図１６Ｃを参照すると、マクロ反射器がＬＥＤの発光層の上方に過度に高く設置される場合、光子がマクロ反射器インレットアパーチャに入ることなく反射器の底面に衝突するので、出力効率が損なわれることに留意するべきである。ＬＥＤによって放出される光子の反射器による効率的な捕捉は、捕捉効率として知られる。反射器の下側に衝突する光子は浪費され、単に反射器を温め、被加工物には作用しないことになる。他方で、マクロ反射器がＬＥＤの発光面の過度に近くに設置される場合、反射器がワイヤに接触し、短絡、ＥＳＤ又は寿命の問題を生じる可能性がある。したがって、１つの実施形態では、反射器の基部は、スペーサー層１６１１を用いてＬＥＤアレイ１４０７の発光面から正確な所望の距離に位置決めされる。１つの実施形態によれば、反射器対の入口アパーチャは、ＬＥＤアレイ１４０７の発光面の上下の０ミクロン〜２５ミクロン（０ミクロン〜２５０ミクロンの範囲）内に位置決めされる。この例において、スペーサー層１６１１は、ベンド領域に不要に厚さを加え、これによりランプ本体の縁部の回りのフラックス回路１４０３の曲げをより困難にすることのないように、他の層まで延在しないことに留意されたい。
【０１９３】
この例では、フレックス回路１４０３はランプ本体１４０４の１つの側部の回りのラッピングとして示されているが、代替的な実施形態では、アノード層及びカソード層の一方又は両方が、両方の側部の回りをラッピングし、アノード層及びカソード層が両方の側部間で連続するか又は両方の側部間で電気的不連続性を有することができる。
【０１９４】
次に、図１７Ａ〜図１７Ｆを参照して、ＬＥＤアレイ１４０７の新規の特徴を説明する。図１７Ａは、本発明の一実施形態に係る、フレックス回路及びマイクロチャンネル冷却器に組み付けられたＬＥＤアレイの等角図である。図１７Ｂは、図１７ＡのＬＥＤアレイの平面図である。図１７Ｃは、図１７ＢのＬＥＤアレイの直列のＬＥＤからなる群のためのワイヤボンド接続を示す、図１７ＡのセクションＡの拡大図である。図１７Ｄは、直列のＬＥＤからなる群の最初のＬＥＤを示す、図１７ＢのセクションＡＡの更なる拡大図である。
【０１９５】
この例との関連において、各ＬＥＤ又はパッケージは、ＳＭＴ半田付け及び配置のためのＬＥＤ又はパッケージの下側にアノードパッド１７０１を有するように構築される。カソードパッド１７０２（図１７Ｅに示す）は、ＬＥＤの共通縁部に向かう上面上に配置される。カソードパッド１７０２は、好ましくは固着されるワイヤボンドボール用に設計される。特に、ＬＥＤ面上のワイヤボンドの終端として取り付けられるワイヤボンドの足部又はウェッジ端が要求する下方圧力は過度に高く、ＬＥＤエピタキシャル層に損傷を与える。ワイヤ１７０９のアノード足部１７９９は、（トレースがワイヤボンドパッドを形成する）アノードトレース形成のステムに固着される。これらの２つのパッドはＬＥＤのための電気的接続を提供する。ＬＥＤの交互の向きが図１７Ｂに示されている。交互の向きによって、従来技術の構成と対比して、ＬＥＤ間の最小電気抵抗で直列構成が可能になるので、高密度アレイの形成が容易になる。
【０１９６】
図１７Ｃは、１つのサブマウントのためのワイヤボンド接続、及び第１のサブマウントと電気的に並列に接続される次のサブマウントの開始を示す、図１７ＡのセクションＡの拡大図である。ＥＳＤ保護デバイス、この例ではＳＭＴツェナーダイオードも示されている。
【０１９７】
図１７Ｄは、直列のＬＥＤからなる群における最初のＬＥＤと、アノードとフレックス回路との間のワイヤボンド（例えばワイヤボンド１７０８）とを示す、図１７ＢのセクションＡＡの更なる拡大図である。このワイヤボンドは、サブマウントにおいて開始するボールと、フレックス回路１４０３のアノードパッド１６０３に接続される尾部とを有する。
【０１９８】
図１７Ｅは、直列のＬＥＤからなる群の中間ＬＥＤと、サブマウントワイヤボンド１７０９へのＬＥＤカソードパッド１７０２とを示す、図１７ＢのセクションＡＢの更なる拡大図である。１つの実施形態では、ＬＥＤあたり４つのそのようなカソードパッド１７０２及びワイヤボンドが存在する。
【０１９９】
図１７Ｆは、直列のＬＥＤからなる群内の最後のＬＥＤを示す図１７ＢのセクションＡＣの更なる拡大図である。例示的なＬＥＤカソードパッドとフレックスカソードパッドとの間のワイヤボンド（例えばワイヤボンド１７１０）が示されている。１つの実施形態では、これらはシステム内の最も長いワイヤボンドである。これらの長さを最小にして過度の電圧効果を防ぐように配慮するべきである。単一のパッドへの複数の配線、並びに銅、銀、金等の矩形又は他の幾何学的形状及び材料を考えることができる。開始ＬＥＤ及び次のＬＥＤサブマウントのそれぞれのボンドも示されている。
【０２００】
１つの実施形態によれば、ランプヘッドモジュール１４００は３つのサブマウントアレイを有する。フレックス回路１４０３によって提供されるアノード層及びカソード層を共有することによって、複数のサブマウントを並列に配線接続することができる。この例との関連において、これによって１２個（２〜２００個の範囲）の直列のＬＥＤの３つ（２〜２０個の範囲）の並列アレイの最終的な電気的組立体が得られる。
【０２０１】
全てのワイヤボンドは、単一のワイヤ又は複数のワイヤからなることができる。これらのワイヤは線形に（図示するように）又はスタック構成で装着することができる。ワイヤの直径は、特定の用途に望ましい電流容量を得るように、必要に応じて変動させることができる。より大きな直径にはより大きなループが必要とされる場合がある。したがって、機械的制約がタイトな用途では、より小さな直径の複数のボンドを用いることが望ましい場合がある。
【０２０２】
図１８Ａは、本発明の一実施形態に係る、直列のＬＥＤからなる群の電力経路を概略的に示している。図１８Ｂは、図１８Ａの直列のＬＥＤからなる群の最初の４つのＬＥＤの拡大図である。図１８Ｃは、切断線Ａに沿って取った図１８Ａの直列のＬＥＤからなる群の断面図である。図１８Ａにおいて、図１５Ｄを参照して説明したＬ字型の構造のうちの３つが網掛けされている。図１８Ｄは、例示的なＬ字型の構造の網掛け部分を除いて図１８Ａと同じである。
【０２０３】
この例によれば、電流は、フレックス回路１４０３のアノード層からワイヤボンドを通ってサブマウント１４０６のワイヤボンドパッドに連続して進む。サブマウント１４０６のワイヤボンドパッドは、ＬＥＤの下側の最初のＬＥＤのアノードパッドに接続されている。図１８Ｃは、列内の最初のＬＥＤの断面図を示している。電流経路は、ワイヤボンドを通り、ＬＥＤを通ってサブマウントへ進み、ＬＥＤにおいて電気エネルギーの大部分が光エネルギーに変換される。副生成物として廃熱エネルギーも生成される。ＬＥＤ  ＰＮ接合部が冷たいほど、光放射が効率的になる。冷却サブシステム１４７０の意図は、ＬＥＤアレイ１４０７を、十分な電力レベルで動作させながら、依然としてＬＥＤアレイ１４０７の合理的に効率的な動作を与えるのに十分低い接合温度を維持しするように冷却することである。次に、電力はＬＥＤのカソードからステムに進み、ワイヤボンド１７０９を通ってサブマウントの次の「Ｌ」のボンドパッドに進む。このパターンは、直列のＬＥＤからなる群の末尾に到達するまで続く。
【０２０４】
図１８Ａは、上記で説明したプロセスが、列内の最後のＬＥＤに到達するまでジグザグパターンでどのように繰り返されるかを示しており、列内の最後のＬＥＤに到達した時点で、図１７Ａ〜図１７Ｆに関連して説明したように、最後のＬＥＤのカソードパッドをフレックス回路１４０３のカソード層１６０４に接続するために、タイプ１７１０のワイヤボンドがタイプ１７０９のワイヤボンドの代わりに用いられる。この例は直列の１２個のＬＥＤを用いるが、用途に応じてより長いか又は短い列の群を使用することができることに留意することが重要である。同様に、ＬＥＤアレイ１４０７は単一のサブマウント又は多数のサブマウントからなることができ、フレックス回路１４０３の通電容量、及びマイクロチャンネル冷却器がＬＥＤアレイ１４０７から熱を伝達して除去し、受入可能な接合温度を維持する能力によってのみ制限される。
【０２０５】
図１９は、本発明の一実施形態に係る、反射器ウィンドウ１９１０の６５ｍｍ下に焦点を合わせた約２５ｍｍ幅の照射領域を生成する例示的な８０ｍｍ長の反射器からの放射照度パターンを示している。放射照度パターン１９２０ａ〜１９２０ｉを示す平面１９３０ａ〜１９３０ｉが、反射器の２５ｍｍ下から６５ｍｍ下まで５ｍｍの増分で進む。異なる奥行きにおける放射照度パターンの傾向は、反射器に近づくにつれて放射照度パターンが狭くなるが、この反射器設計の焦点距離が比較的遠い（６５ｍｍ）ので、放射照度パターン幅が光照射野の下側部分から上側部分まで大幅に変化しないというものである。このため、これは、所望のビーム幅がこの焦点距離における増大される「被写界深度」にわたって比較的一定のままであり、この影響は焦点面距離が増大するにつれ増大することを意味する。１つの実施形態によれば、動作中、出口アパーチャから被加工物の表面への距離は、反射器の長さ（すなわち入口アパーチャから出口アパーチャへの距離）の約０．０１倍〜０．１倍（０．０１倍〜１０倍の範囲）である。
【０２０６】
本発明の実施形態の中核は、可能な限り最も高い放射輝度（「輝度」）を有する可能な限り最も小さい放射エリアが得られる高密度ＬＥＤアレイ（例えばＬＥＤアレイ１４０７）である。高い熱密度を効果的に低減する非常に低い熱抵抗基板設計（例えばマイクロチャンネル冷却器１４０１）に起因して可能にされるこの高密度の放射源によって、可能な限り最も小さい寸法の反射器システムにおいて正確な光制御が可能になる。また、高密度放射源は高い捕捉効率の反射器を可能にする。換言すれば、放射源から放出される放射エネルギーのうちの高いパーセンテージを反射器によって捕捉し制御することができる。光制御のこの増大したレベルの結果として達成することができる１つの所望の放射照度パターンは、「トップハット」パターンと呼ばれる。「トップハット」放射照度パターンは、より高い放射照度値が或る距離にわたって一様であり、放射照度がより低いか又は無視できる値に降下するときに両側に急峻な境界を有する放射照度パターンである。これは、放射照度が中央ピーク値から、より平滑に降下する一般的なガウスパターン又は平滑テーパリングパターンと比較したものである。このような放射照度パターンは、ＵＶ硬化等の実際の産業用途に好ましいものとすることができる。この特定の例では、高密度放射エリアは高アスペクト比の線源となるように構成されており、このため、トップハット分布は反射器の長さに対して垂直に形成される。より大きな作動距離、より大きなパターンの被写界深度、増大した一様性、及び低減された利用されないこぼれ光等の放射照度パターンの他の態様は全て望ましく、高密度放射源が提供する改善された光制御に起因して、この高密度放射源を用いると全て達成可能性が高くなる。
【０２０７】
本発明の実施形態は、マクロ反射器分布を、線形トラフ内の各反射器半割体（例えば１９０１ａ及び１９０１ｂ）上の複数の（例えば、５つ、６つ、７つ，．．．１０個の）楕円形分布を厳密に近似するか又は表す形状に整形することによってトップハット分布を生成する。１つの実施形態によれば、マクロ反射器分布は、最適には、アメリカ合衆国コロラド州ウェストミンスター所在のLTI Optics社から入手可能な非撮像光線追跡ソフトウェアパッケージであるＰｈｏｔｏｐｉａを用いて設計される。これらの分布は、所望の場合、１つ又は複数の数式において定義することができる。
【０２０８】
各楕円は、その楕円に衝突する光子を操作又は制御し、最終的により多くのそれらの光子を、被加工物上のパターンの中心から被加工物上のパターンの縁部まで「押す」ように偏向（反射）する。これは、多数の理由でのポリマーの光硬化に有利とすることができる。大きな作動距離における放射照度パターンによって、出力ウィンドウクリーニング間の時間を長くし、ウィンドウ損失の影響を受けにくくすることが可能である。一様性を増大させることによって、被加工物の任意の部分を過度に照射（浪費）又は過少に照射（未硬化）しないという目標に向けた光子のより良好な利用も可能になる。より大きな被写界深度を有する放射照度パターンは、出力ウィンドウからの或る距離範囲で表面上の硬化を必要とする３Ｄオブジェクトを硬化するときに有利である。そのような３Ｄオブジェクトの実世界の例は、ビール缶又はソーダ缶におけるインクの硬化である。
【０２０９】
図２０は、本発明の一実施形態に係る、５ｍｍ、２５ｍｍ及び５０ｍｍのスタンドオフ距離（すなわち、マクロ反射器のウィンドウと被加工物の表面との間の距離）の場合の被加工物表面の中心における種々の放射照度分布の断面を示すグラフである。ｘ軸はビーム中心からの距離をミリメートル単位で表す。ｙ軸は、照射照度を平方センチメートルあたりのワット数（Ｗ／ｃｍ２）単位で表す。
【０２１０】
この例を参照して観察することができるように、高い密度のＬＥＤアレイによって、被加工物上に投射することができる多岐にわたる放射照度パターンが可能になる。これらの放射照度パターンには、高中心ピーク、上部が平坦なトップハット及び非対称なトップハットが含まれる。この例は、５ｍｍのスタンドオフにおける高放射照度ビーム２０１０と、２５ｍｍにおける上部が平坦なトップハットビーム２０２０と、５０ｍｍにおける上部が平坦なトップハットビーム２０３０と、２５ｍｍにおける非対称なトップハットビーム２０４０との分布を示している。非対称な分布は、酸素阻害がタックフリー硬化問題を引き起こす光硬化において有利には用いられる。非対称ビームの全体電力部分によって、被加工物ポリマーの上面を事前にタックフリーに硬化し、被加工物上の硬化されていないポリマーへの大気からのそれ以上の酸素の拡散も阻害することができる。このグラフは、右側により高い輝度を有する非対称分布を示しており、これは図面の右側から左側へ流れるコンベヤの場合に最適とすることができる。コンベヤはいずれの方向にも流れる可能性がある。非対称性内に窪みが存在する場合もあり、非対称分布は左側においてより高い輝度を有する場合もある。コンベヤの長さに沿って又はコンベヤの長さに直交して複数のランプを連続して配列することができることにも留意されたい。ランプヘッドモジュールのそれぞれが異なるビーム分布又は同じビーム分布（例えば、高い中心ピーク、上部が平坦なトップハット及び非対称なトップハット）を生成することができる。
【０２１１】
分布曲線の下で面積を積分することによって、ビームにおける概算エネルギーレベルが得られる。反射器の連続したラインにおいて、２５ｍｍ幅の分布２０２０は、５０ｍｍ幅の分布２０３０と同じ総エネルギーを有するが、５０ｍｍ幅のビーム２０３０のピーク輝度は、２５ｍｍ幅のビーム２０２０のピーク輝度の約半分である。
【０２１２】
短い期間中に、動いているコンベヤ上の材料への大量のエネルギーを必要とする硬化用途には、高いピーク放射輝度のほぼガウス分布のビーム分布が有利とすることができるが、反応速度論によって制限されている用途等の、エネルギー入力により長い時間が必要な用途には、トップハット分布が有利とすることができる。
【０２１３】
多くの光化学的反応は、反応が生じるのに十分長い期間にわたって材料に光子が注入されることを必要とする表面硬化阻害に関連した態様を有する。光子が過度に迅速に到達する場合、それらの光子は、適切な硬化を得るのに必要な化学反応が光子の到達期間よりも長い時間生じるので、利用されない場合がある。このため、ＵＶ照射デバイス下で硬化材料を移動させているコンベヤの速度を下げる必要なく、硬化材料がビーム下でより長い時間を費やすように、ビームをより広いエリアにわたって広げることが有利とすることができる。さらに、トップハット分布によって、材料の他の部分を過度に照射し、これによってエネルギーを浪費することなく、硬化に必要とされる最小エネルギー量を提供することができる。高密度ＬＥＤアレイを用いてトップハット分布をより効果的に達成することができる。なぜならば、線形（高アスペクト比）放射エリアの断面は小さく、したがってより良好な光制御を提供するからである。高密度ＬＥＤアレイ（例えばＬＥＤアレイ１４０７）との関連におけるトップハット分布は極めて一様であり、低密度ＬＥＤアレイのピクセル化もシャワーヘッド効果も示さないことに留意するべきである。
【０２１４】
本発明の実施形態が示され説明されたが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではないことが明らかであろう。数々の修正、変更、変形、置換及び均等物は、特許請求の範囲に記載されるような本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、当業者にとって明らかであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１７Ｅ】
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【図１７Ｆ】
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【図２０】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１５Ｄ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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