(57)【要約】  照明用器具は、基板上に配列された発光ダイオードの列と、ダイオードに隣接して配列されたレンズの列であって、各レンズはダイオードと対応し、かつ、中心を有し、レンズの列は各レンズ中心がダイオードの位置からずれるように配列されるレンズの列とを有する。照明用器具は、基板上のｘｙグリッドに配列される発光ダイオードの列および発光ダイオードの列に隣接して配列されたレンズの列を有し、各レンズはダイオードに対応し、かつ、中心を有し、レンズの列は各レンズ中心がダイオードの位置軸沿いにおいて一定距離ずれるように配列される。方法は、基板を用意するステップと、発光ダイオードの列を基板上に形成するステップと、レンズの列を各レンズが１つのダイオードに対応するようにダイオードに隣接して配列するステップであって、レンズは各レンズの中心が各ダイオードの位置からずれるように配列されるステップとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配列された発光ダイオードの列と、
前記ダイオードに隣接して配列されたレンズの列であって、各レンズは、１つのダイオードに対応し、かつ中心を有し、前記レンズの列は、前記各レンズ中心が前記ダイオードの位置からずれるように配列された、レンズの列と、
を含むことを特徴とする照明用器具。
【請求項２】
請求項１に記載の照明用器具であって、前記レンズ中心が前記位置のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の少なくとも１つの軸沿いにおいてずれることを特徴とする照明用器具。
【請求項３】
請求項１に記載の照明用器具であって、各ダイオードからの前記光が集まって光点を形成するように前記各レンズの前記レンズ中心がずれることを特徴とする照明用器具。
【請求項４】
請求項１に記載の照明用器具であって、前記発光素子が前記ｘ軸沿いに反復され、前記照明用器具が中心焦線を有することを特徴とする照明用器具。
【請求項５】
請求項４に記載の照明用器具であって、各レンズのオフセット距離が前記中心線からの前記レンズの距離により異なることを特徴とする照明用器具。
【請求項６】
請求項４に記載の照明用器具であって、各レンズの前記オフセット距離はｘ方向であることを特徴とする照明用器具。
【請求項７】
請求項１に記載の照明用器具であって、第１のレンズの前記レンズ中心は、前記第１のレンズの前記対応するダイオードからの距離が、第２のレンズが有する、前記第２のレンズの前記対応するダイオードからの距離と異なることを特徴とする照明用器具。
【請求項８】
請求項１に記載の照明用器具であって、前記レンズは同じ直径または異なる直径のいずれか１つを有することを特徴とする照明用器具。
【請求項９】
請求項１に記載の照明用器具であって、前記発光ダイオードはＵＶ光を放射することを特徴とする照明用器具。
【請求項１０】
基板上のｘｙグリッドに配列された発光ダイオードの列と、
前記発光ダイオードの列に隣接して配列されるレンズの列であって、各レンズは、１つのダイオードに対応し、かつ中心を有し、前記レンズの列は、各レンズ中心が前記ダイオードの位置軸沿いにおいて一定距離ずれるように配列されるレンズの列と、
を含むことを特徴とする照明用器具。
【請求項１１】
請求項１０に記載の照明用器具であって、前記レンズの列は、各レンズ中心が少なくとも１つの隣接するレンズの前記中心からずれるように配列されることを特徴とする照明用器具。
【請求項１２】
請求項１０に記載の照明用器具であって、前記照明用器具は中心焦線を有することを特徴とする照明用器具。
【請求項１３】
請求項１２に記載の照明用器具であって、前記オフセット距離は前記中心線からの前記レンズの距離に依存することを特徴とする照明用器具。
【請求項１４】
請求項１０に記載の照明用器具であって、前記発光ダイオードはＵＶ光を放射することを特徴とする照明用器具。
【請求項１５】
基板を用意するステップと、
前記基板上に発光ダイオードの列を形成するステップと、
各レンズが１つのダイオードに対応するようにレンズの列を前記ダイオードに隣接して配列するステップであって、前記レンズは各レンズの中心が各ダイオードの位置からずれるように配列される、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記レンズの列を配列するステップは、
ゲルの層を前記発光ダイオードの列上に堆積するステップと、
前記ゲルの層を前記レンズの列に形成するステップと、
前記レンズの列を固化させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記ゲルの層を形成するステップは、前記ゲルの層に型を押し付けるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記ゲルの層に型を押し付けるステップは、前記レンズの列の所望の形状を前記型に機械加工することにより前記型を形成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の方法であって、前記レンズの列を固化させるステップは、前記型の中にある間に前記ゲルの層を加熱するステップを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
【背景技術】
【０００２】
紫外線（ＵＶ）硬化には、印刷、コーティングおよび殺菌において多くの用途がある。ＵＶ感応材料は概してＵＶ光の形状の特定量のエネルギーに依存して材料内の硬化プロセス（重合）を開始および持続する。ＵＶ照明用器具が硬化のためにＵＶ光を材料に照射する。
【０００３】
ＵＶ硬化における発光ダイオード（ＬＥＤ）の列の使用には、消費電力の低下、費用の低下、操作温度の低下等を含む、アークランプの使用に対する利点がいくつかある。概して、列は基板上のＸＹグリッドに配列された個々のＬＥＤ素子からなる。レンズが各ＬＥＤ素子に対応し、かつ、素子上に中心が置かれるように、レンズは列上で成型される場合がある。レンズは焦点を合わせるためにＺ軸上で上昇または下降される場合がある。このタイプの器具は、効率が高く定常で均一な照度出力を有する信頼度の高いＵＶ光源を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＵＶ硬化プロセスは概して反応を開始および持続するために供給されるエネルギー量に直接関連する非線形の重合速度を有する。これらのプロセスはより高いピーク照度により大きな利益を得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】対応するレンズを備えるＬＥＤ照明器具の例の図である。
【図２】オフセットレンズを備えるＬＥＤ照明器具の実施形態の側面図である。
【図３】オフセットレンズを有する少なくとも１つのＬＥＤ照明用器具を使用するＵＶ硬化システムの図である。
【図４】オフセットレンズを有するＬＥＤ照明器具の製造プロセスの図である。
【図５】オフセットレンズを有するＬＥＤ照明器具の製造プロセスの図である。
【図６】オフセットレンズを有するＬＥＤ照明器具の製造プロセスの図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、対応する個々のレンズを有するＬＥＤ器具１の例の側面図を示す。器具１は、多くの異なる部材からなることが可能だが、概してその上に符号３などの、一般に発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光素子の列が形成される基板２を含む。
【０００８】
各ＬＥＤ３は対応するレンズ４を有する。概してこれらのレンズは、レンズが円形であると仮定した場合、レンズの中心はその対応するＬＥＤと一直線に並ぶようにＬＥＤと整列する。この結果、光は器具から出射して主として矢印５により示される方向に進む。器具は定常で効率的な光出力を生成する。これを論じる目的のため、効率は光強度対器具により消費される電力に相互に関連する。ＵＶ用途において、光強度とは重合などの物質変化プロセスに寄与するＵＶにおける放射光強度である。
【０００９】
上述されるように、光用途のものには高いピーク照度を有する照明用器具から大きな利益を得るものがある。これを論じる目的のため、「高い」ピーク照度とは図１のものと同じ電気的および機械的な操作条件下で達成される照度よりも高いピーク照度を意味する。総内部反射により損失が増加し、かつ、より大きい割合の放射光線が後部で基板に反射されて吸収され得るため、この器具１０の総合効率は実際、前術の例１より低いかもしれないが、前術の例１において達成できる照度よりも高い照度を有する領域３０がある。
【００１０】
図２は、高いピーク照度を有する照明用器具の一実施形態の側面図を示す。器具１０は基板１２上に形成される１８などのＬＥＤの列を有する。各ＬＥＤは対応するレンズを有するが、レンズは前の実施において使用されたものとは異なる。レンズの中心はＬＥＤの中心と整列しない。
【００１１】
例えば、レンズ１４は、円形であると考えられる場合、ＬＥＤ１８の中心または位置から当該レンズの中心が距離２２だけずらされる。さらにレンズ１４の中心は器具１０の中心線２８から距離２０のところにある。図２の図面の向きのため、ｙ軸は図面を左から右へ横断し、ｘ軸はページ外へ出て、ｚ軸は下から上へ向く。光はｚ軸方向に進む。中心線２８は、延長された場合、焦点３０を含む線と一致してもよい。側面図において見られるレンズがページ外に出るｘ軸方向に仮に反復される場合、結果として生じる光出力はｚ軸の特定の高さのｘ軸沿いに焦線を有し、照度は図１のものなどの器具を使用することにより達成できる照度よりも大幅に高い。
【００１２】
レンズ１４およびレンズ１６は異なるオフセット距離を有していてもよく、ここでオフセット距離とは少なくとも１つの軸においてレンズの中心がＬＥＤの位置と異なる距離である。図２に関して、距離２２と距離２６とは異なっていてもよい。加えて、距離２４は距離２０の倍数でなくともよい。例えば、レンズ１４が中心線２８から距離Ｘにあると仮定した場合、レンズ１６は必ずしも距離２Ｘにあるとは限らない。同様に、レンズ１４の中心をｘ軸沿いのレンズ１６の中心とは異なる位置に置き、レンズをＬＥＤ列の共通軸に関して互いにずらしてもよい。示される例において、この軸はｙ軸である。これを論じる目的のために、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は位置軸と呼ばれ、その起点において特定のＬＥＤまたは器具の中心線のどちらかを有していてもよい。異なるオフセット距離を有するレンズに加えて、レンズはすべて同じ直径または異なる直径を有していてもよい。
【００１３】
前述されたように、特定の組のレンズの焦点３０におけるピーク照度は、図１に示されたものと同じ電気的および機械的な構成を有し、レンズの対称的な列を有する器具のピーク照度よりも高い場合もある。実験において、図２に示すものと類似する器具は、図１に類似する器具にて達成された値の１５０％の照度読取り値を焦点３０において達成した。図２に示されるｘ軸沿いにレンズを反復する器具にとって、この焦点は高い照度の照明の線となり、硬化用途、特に器具を通過する硬化すべき表面を有する器具にとって好適となる。
【００１４】
図３は、それぞれが次に図２に示すものなどの複数の「組」のレンズを含む複数の照明用器具４０を含むシステムの例を示す。このタイプの構成では結果として光が「バー」または「線」４２にて出力される。硬化表面４４に対して照明用器具を動かせるシステムを使用すると、次いで、この光バーをインク、塗料、コーティング、レジストなどの感光性材料のようなものを硬化するために適用できる。システムは表面上を動く照明用器具を有していてもよい、または表面は固定された照明用器具を通過してもよい。１つの例には半導体などのものの加工においてＵＶ感応樹脂を硬化させるためにＵＶ光を生成することを含む。しかしながら、あらゆるタイプの光波長およびあらゆる種類の光硬化可能な材料が使用されてもよい。実際、ここで述べられる実施形態は、公共の場所および家庭のための照明器具などの可視光の用途に使用されうる。
【００１５】
図４〜図６は結果としてここで述べられるものなどの照明用器具となりうるプロセスフローを示す。図４において基板が設けられる。一般に、基板は半導体基板１２からなる。１８などの発光素子、典型的に発光ダイオードの列が、次いで、基板上に配列される。列は基板上で製作されてもよい、または事前に製作される列として設けられ基板上に取り付けられてもよい。
【００１６】
レンズの列は、次いで、発光素子の列に隣接して配列される。レンズは各レンズの中心が発光素子の中心などの位置からずれるように配列される。発光素子の位置はｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の起点として考えられてもよい。位置から「ずれる」とは、レンズの中心がこれらの軸の少なくとも１つの軸沿いにずれることを意味する。
【００１７】
いくつかの状況において、レンズはこれらの軸のうちの２つの軸沿いにずれていてもよい。例えば、図１において、レンズ４のレンズ中心はｚ軸沿いにおいてずれているが他の軸沿いにおいては整列している。これは図２におけるレンズ１４の「開始」位置である。しかしながら、図２において、レンズはまたｙ軸沿いにおいて発光素子の位置から一定距離ずれている。加えて、レンズはｘ軸において異なるずれを有していてもよい。例えば、レンズは対応するＬＥＤと異なる距離、第１のレンズがそのＬＥＤから距離ｍおよび第２のレンズがそのＬＥＤから距離ｎにあってもよい。
【００１８】
図５に示される特定の実施形態において、レンズの列は、まず一般にゲル状で存在する透明な高分子または他の物質５０を堆積することにより配列される。その物質は、発光素子、基板、または基板上のいかなる回路トレースも損傷すべきではない。その物質は光透過性という特性を有するべきであり、所望の形状に形成および固化できるべきである。
【００１９】
図６に示すように、所望の形状は、その下面が所望のレンズ構成をそこに形成する型５２から生じてもよい。所望のレンズ構成の形成は、構成を材料の塊に機械加工または射出成形することにより実施されてもよい。
【００２０】
型５２は矢印５４により示されるようにゲル５０上に押し付けられる。ゲルは次いで、加熱、露光、または硬化物質への曝露などによる硬化により固化される。型は次いで、取り外され、図２で示すような器具が生ずる。
【００２１】
このようにして、特定の位置で高いピーク照度を有する照明用器具が設けられる。照明用器具は他の同じように構成される照明用器具とともに繋いで、硬化または照明を必要とする他のシステムを製作してもよい。
【００２２】
したがって、この時点までＬＥＤとともに使用される光学系のための方法および装置のための特定の実施形態を記載したが、そのような特定の参照は、以下の本発明の特許請求の範囲における説明において限定されるもの以外の範囲において限定として考えられる意図はない。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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