專利名稱：經(jīng)濟(jì)的部分校準(zhǔn)反射微光陣列的制作方法
經(jīng)濟(jì)的部分校準(zhǔn)反射微光陣列
背景技術(shù)：
紫外光(UV)固化在印刷、涂布和消毒方面具有很多應(yīng)用。紫外光光敏材料通常依賴紫外光形式的特定量的能量來引發(fā)和維持材料內(nèi)的固化過程(聚合)。紫外光裝置，通常稱為紫外燈，給材料提供紫外光用于固化。在紫外光固化中使用發(fā)光二極管(LED)陣列比使用弧光燈具有更多優(yōu)勢，包括低功率消耗、低成本、低操作溫度等。通常，所述陣列由在基板上以X-Y柵格排列的各個LED元件組成。陣列的目的是以在工作面上的整個照明區(qū)高輻照度和低輻照度變化的方式將UV光從陣列傳輸?shù)浇o定距離的目標(biāo)工作表面。LED是漫射點源，其在給定距離處產(chǎn)生均勻照明。然而，在該距離處，輻照度下降到不足以實現(xiàn)希望的聚合度的水平。增加目標(biāo)距離處的輻照度而不將工作面處的輻照度模式的變化增加到引起目標(biāo)處的非均勻聚合的水平成為一種挑戰(zhàn)。 Marshall等人在2003年4月15日公布的美國專利No. 6，547，423中教導(dǎo)了“具有改進(jìn)的性能和縮小的尺寸的LED校準(zhǔn)光學(xué)器件”。當(dāng)該設(shè)計應(yīng)用于紫外光固化領(lǐng)域時存在一些問題。該光學(xué)器件的尺寸嚴(yán)重地限制了可置于I平方厘米內(nèi)的模塊數(shù)目，這顯著地降低了多個模塊可傳輸?shù)焦ぷ髅娴妮椪斩?。第二個問題是該設(shè)計基本上校準(zhǔn)從模塊射出的光。當(dāng)多個模塊用來將最大輻照度輸送到工作面時-所形成的輻照度模式具有顯著的變化，這導(dǎo)致工作面處的不均勻聚合。第三個問題是制造多個模塊。該光學(xué)器件設(shè)計和制造起來相對復(fù)雜。該光學(xué)器件還較貴，影響了照明設(shè)備的總成本和該裝置的潛在市場。實現(xiàn)高度校準(zhǔn)的另一個方法顯示在1988年8月30日公布的美國專利No. 4，767，172中。該方法在如上所述的紫外光固化方面具有相同缺點。僅考慮單一光源的另一設(shè)計顯示在2001年2月20日公布的美國專利No. 6，190, 020中，其也經(jīng)受上面列舉的相同局限性。此外，這些高度校準(zhǔn)方法被證實實際上可能引起用于特定用途的LED發(fā)光裝置的問題。如果光被校準(zhǔn)的程度過高，將導(dǎo)致在目標(biāo)處產(chǎn)生過多照明的區(qū)域熱點”，這是不希
望的結(jié)果。


圖I不出具有反射板的發(fā)光模塊的一個實施方式。圖2示出具有反射板的發(fā)光模塊的一個實施方式的俯視圖。。圖3示出具有反射板的發(fā)光模塊的一個實施方式的側(cè)視圖。圖4示出具有含光學(xué)元件的反射板的發(fā)光模塊的一個實施方式的側(cè)視圖。圖5示出具有含光學(xué)元件的反射板的發(fā)光模塊的替代實施方式的側(cè)視圖。
具體實施例方式圖I示出發(fā)光模塊10的立體圖。發(fā)光模塊10包括基板14，在其上各個發(fā)光元件12排列成x-y柵格。各個發(fā)光兀件的實例包括發(fā)光二極管，而發(fā)光二極管包括有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)。通常，這些發(fā)光元件在基板上排列成適當(dāng)?shù)木€形以提供元件的能量和控制。然后反射板16被連到基板14。反射板16為一種具有諸如開口 18的陣列的材料，所述開口用作每個發(fā)光元件12的反射杯。開口陣列布置成使每個發(fā)光元件都具有一個開口。通常，反射板被制造成使發(fā)光元件位于每個開口的中心，并且控制開口的形狀來實現(xiàn)對發(fā)光元件的發(fā)光模式的所希望的改進(jìn)。圖2示出反射板16的俯視圖。反射板中的開口如18將通常位于各個發(fā)光元件如12的中心。如圖3-5中更詳細(xì)示出的，開口穿過反射板，在反射板的底面具有第一孔口 22且在反射板的頂部具有較寬的第二孔口 20。在該實施方式中，反射板的底部定向成接觸圖I的基板14的表面。此外，基板的“表面”實際上可為在基板14上的涂層或其它覆蓋層，其保護(hù)發(fā)光元件的輸電線。這不意味著將本發(fā)明的范圍限制到與基板接觸的反射板。反射板也可以以預(yù)定高度偏離基板，這樣反射板不再與基板接觸，但仍能實現(xiàn)希望的光學(xué)轉(zhuǎn)換。該偏移量可通過許多途徑實現(xiàn)。一旦這種方式使用附接到基板和反射板上的電絕緣支座，但存在許多明顯和合理的方法來實 現(xiàn)該支座功能，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易理解的那樣。圖3-5示出例如圖I所示的反射板16的替代實施方式的發(fā)光模塊的橫剖面圖。如圖3的側(cè)視圖所示，反射板看起來在每個開口如開口 18所示的頂部具有一條線。為了更好地理解該論述，圖3-4將其示出為虛線。如此前提到的，有關(guān)附接到、位于或接近基板14的反射板可包括放置在布線層26上或接觸布線層26的反射板16，該布線層包含用于發(fā)光元件如12的電接線。如18的開口用于部分校準(zhǔn)來自發(fā)光元件12的光。所述開口有目的地部分校準(zhǔn)光，而不是基本上校準(zhǔn)光。預(yù)定的光輸出應(yīng)該在目標(biāo)距離處具有良好的均勻性，并且校準(zhǔn)光基本上將導(dǎo)致在目標(biāo)處產(chǎn)生熱點。熱點將對應(yīng)于發(fā)光裝置中的發(fā)光元件的位置?；旧闲?zhǔn)從發(fā)光元件射出的光所需要的光學(xué)元件也將增大開口 18的直徑，這反過來影響在基板上排列的發(fā)光元件的最小間距。這是在用發(fā)光元件進(jìn)行紫外光固化的領(lǐng)域所需的折衷辦法。使給定距離處的輻照度最大化，同時保持良好的均勻性。在尺寸上，部分校準(zhǔn)可通過控制反射板16的深度進(jìn)而控制開口的深度而實現(xiàn)。如果人們想要接近完全的光校準(zhǔn)，反射板可具有特定測量值的高度。為了實現(xiàn)部分校準(zhǔn)，人們可將反射板的高度降低到實現(xiàn)接近完全校準(zhǔn)的約一半高度。這也可以依照反射杯的錐角來進(jìn)行。在另外的尺寸中，人們可考慮發(fā)光元件的尺寸。例如，如果發(fā)光元件為I毫米寬，開口可為2毫米寬或具有發(fā)光元件寬度的兩倍的比例。開口與發(fā)光元件成比例，但對所形成的尺寸范圍沒有限制。這也可以稱為與發(fā)光元件的尺寸相似的開口。在替代實施方式中，微透鏡或其它光學(xué)元件可包括在發(fā)光模塊中，通常每個發(fā)光元件配一個光學(xué)元件。圖4示出穿過發(fā)光元件陣列的、由如30和32的透鏡組成的透鏡元件陣列。在該實施方式中，透鏡材料-如光學(xué)上透明的凝膠將在附接反射板之前沉積在各個發(fā)光元件上。在一個實例中，凝膠作為發(fā)光元件上的點滴被分配，其隨后硬化或固化成透鏡兀件。在圖4的另一實施方式中，透鏡材料可在附接反射板之后被沉積或形成。在另一實施方式中，如圖5所示，透鏡元件34延伸到反射板中的如18的開口以夕卜。在這種情況下，透鏡材料34可通過模具36模制。在該實施方式中，反射板16附接到基板14并且透鏡材料沉積到開口中。沉積可在模具36也被附接之后發(fā)生，在這樣的情況下，與反射板相反的模具36的側(cè)面也將具有開口。替代地，可沉積材料，然后施加模具。在任一實施方式中，光學(xué)元件如34將延伸到在反射板中的開口 18以外。通過利用反射杯可在制造光學(xué)元件以及增加發(fā)光模塊的總效率方面提供一些益處。在以上實施方式中，反射杯也用作透鏡材料的下部的部分模具。所形成的發(fā)光模塊(有或者沒有透鏡)給工作面提供一種較高輻照度的均勻光。均勻性通常定量為在整個照明區(qū)的最大和最小輻照度之間具有小于30%的差別，而強(qiáng)度通常在整個照明區(qū)為大于I瓦/平方厘米。反射板是可容易地制造的，按發(fā)光元件的二維陣列所需的尺寸的比例和保持較低的高度，使其符合當(dāng)前的發(fā)光模塊裝置。因此，盡管已經(jīng)對于該點描述了用于反射板的方法和裝置的特定實施方式，但是 不意味該特定參考被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍，除了目前在所附權(quán)利要求中所列出的。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光模塊，包括 以x-y柵格布置在基板上的發(fā)光元件的陣列；以及 布置在基板上的反射板，反射板具有布置在χ-y柵格上的開口陣列，使得所述開口對應(yīng)于發(fā)光兀件，反射板和開口的尺寸被設(shè)置成部分校準(zhǔn)來自發(fā)光兀件的光。
2.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光模塊，其中發(fā)光元件的陣列包括發(fā)光二極管或有機(jī)發(fā)光二極管。
3.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光模塊，還包括透鏡元件的陣列，所述透鏡元件的陣列被布置成使得該陣列中的每個透鏡布置在反射板的開口陣列中的一個開口中。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光模塊，其中透鏡元件的陣列被布置為包含在反射板的開口內(nèi)。
5.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光模塊，其中透鏡元件的陣列被布置為延伸到反射板中的開口以外。
6.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光模塊，其中所述開口具有尺寸，所述尺寸被選擇為在目標(biāo)距離處從發(fā)光元件提供均勻照明。
7.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光模塊，其中反射板包括具有反射涂層的注塑成型結(jié)構(gòu)或具有機(jī)械加工開口的金屬板中的一種。
8.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光模塊，其中所述開口具有與各個發(fā)光元件的尺寸相似的尺寸。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光模塊，其中反射板的高度為校準(zhǔn)基本上所有光的高度的大約一半。
10.一種制造發(fā)光模塊的方法，包括 在基板上布置發(fā)光元件的陣列； 制造具有開口陣列的反射板，定位所述開口以便使其對應(yīng)于發(fā)光元件，并且將所述開口形成為僅部分校準(zhǔn)來自發(fā)光元件的光；以及 將反射板附接到基板上，使得反射板中的每個開口位于一個發(fā)光元件的中心。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中制造反射板包括通過注塑成型和然后用反射涂層涂覆反射板或?qū)㈤_口機(jī)械加工到一片金屬中的任一種方式來形成反射板。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，該方法還包括在每個發(fā)光元件上布置透鏡元件。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中布置透鏡元件包括在每個發(fā)光元件上形成透鏡，該形成操作包括在附接反射板之前在每個發(fā)光元件上沉積透鏡材料。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中布置透鏡元件包括 將模具附接到反射板； 通過模具將透鏡材料沉積到反射板的每個開口內(nèi)；以及 在透鏡材料硬化之后去除模具。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中布置透鏡元件包括 用過量材料將透鏡材料沉積到反射板上的每個開口內(nèi)。
然后將模具置于形成透鏡的過量材料上；以及 在透鏡材料硬化之后去除模具。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中制造反射板包括制造高度為使所述開口校準(zhǔn)來自發(fā)光元件的基本上所有光的高度的大約一半的反射板。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中制造反射板包括形成具有一定尺寸的開口，使得所述開口僅部分校準(zhǔn)來自每個發(fā)光元件的光。
全文摘要
一種發(fā)光模塊具有以x-y柵格布置在基板上的發(fā)光元件陣列，以及布置在基板上的反射板，反射板具有布置在x-y柵格上的開口陣列，使得開口對應(yīng)于發(fā)光元件，反射板和開口的尺寸被布置成部分校準(zhǔn)來自發(fā)光元件的光。一種制造發(fā)光模塊的方法，該方法包括在基板上布置發(fā)光元件的陣列，制造具有開口陣列的反射板，定位開口以便使其對應(yīng)于發(fā)光元件和形成開口以便僅部分校準(zhǔn)來自發(fā)光元件的光，以及將反射板附接到基板上，使得反射板中的每個開口位于一個發(fā)光元件的中心。
文檔編號B29D11/00GK102971137SQ201080051646
公開日2013年3月13日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者J·L·馬森 申請人:福塞恩科技公司