用于辐射目标的发光装置

技术领域

本发明涉及一种用于辐射目标的发光装置，所述目标例如是具有印上的漆、印上的墨水等等的印刷品。本发明还可以涉及一种具有至少一个或多个用于辐射印刷品的发光装置的印刷机。

背景技术

已知具有发光装置的印刷机，该发光装置用于辐射具有印在印刷品上的漆、印上的墨水等等的印刷品，以使漆固化或使墨水干燥。在经济性制造的背景下期望的是，足够强地辐射目标、例如纸幅，从而确保快速的固化或干燥，以允许以高速、通常每秒数米地对目标进行输送和加工。为此目的，在常规的印刷机中在很大程度上使用汞蒸汽辐射器。从生态的角度出发，期望使用无汞的辐射器，例如使用半导体光源，如LED光源或半导体激光器(VCSEL)。

半导体光源可以基本上具有朗伯发射模式。因此，在UV固化中的问题在于，为目标物体或目标表面提供均匀的辐射强度。存在不同的方法，用于在印刷机中对半导体光源的光进行引导。

由DE 21 2013 000 099 U1已知了一种用于在制造覆层、印刷油墨、粘接剂和其它可固化材料时使用的发光系统。该发光系统配备有壳体，该壳体包含线式布置的发光元件、窗口和前盖板件。发光系统应包括具有一个或多个沟槽的线性的菲涅尔透镜-柱面透镜形式的导向光学系统。DE 21 2013 000 099 U1描述了由玻璃制成的菲涅尔柱面透镜，所述菲涅尔-柱面透镜应通过坯件压制工艺制成。利用常规的方法，特别是具有多个玻璃制沟槽的菲涅尔透镜实际上不能经济地制造，因为难以通过坯件压制精确地获得精细的锐边。菲涅尔-柱面透镜例如可以由光学透明的塑料制成。然而，特别是在从大约120℃起的相对高温下，这种塑料透镜的机械稳定性较差。此外，在所描述的光学系统中，在光源与透镜之间设置有相对长的路径，对可实现的导向效果产生负面影响。

由WO 2013/164054 A1已知一种用于制造具有聚合物光学系统的光学模块的方法，所述聚合物光学系统保持在由玻璃制成的承载板件上。这种光学系统与之前所描述的光学系统相比在更高精度的情况下成本更低地制造。所使用的由玻璃制成的承载板件为施加在其上的由透明的硅树脂材料制成的有效光学系统提供高的结构稳定性。在这种光学系统中不利的是，由于承载板件，在半导体光源与有效光学系统之间保持相对大的间距。

US 2011/0290179 A1描述了一种具有大量UV-LED的固化设备，所述UV-LED的发出的紫外线辐射借助于多件式的抛物面镜和唯一一个柱面透镜应聚焦到相对远离UV-LED的平坦的印刷品上。在辐射方向上的大的间距导致方向性差和不期望的大结构空间。

WO 2013/164053 A1描述了一种具有用于对由LED光源发射的光进行聚焦的初级光学系统的发光装置，所述发光装置包括多个直接布置在LED上的透镜和可能直接布置在LED侧面的反射器，该反射器形成初级光学系统。除了初级光学系统之外，还设置有次级光学系统，该次级光学系统增强了来自LED的尽可能大的出射角向目标面中的聚束。次级光学系统例如可以如WO 2013/164053 A1中所述的那样设计。在WO 2013/164053 A1中描述的发光装置的特征在于非常好的光学特性。然而已经表明，在半导体光源的功率特别高的情况下，硅树脂光学系统可能升温到高于其燃点的温度。透镜的升温一方面由于与聚合物透镜直接接触的LED的升温引起，另一方面由于所吸收的辐射引起。硅树脂的透射率约为90％-92％，即大约10％的辐射功率在硅树脂中被转换成热量。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于辐射目标的发光装置，该发光装置包括半导体光源，该发光装置克服了现有技术的缺点，特别是与良好的光学引导特性相结合地提供高的机械稳定性和热稳定性和/或能有利地精确制造。所述目的通过独立权利要求的主题来实现。

本发明涉及一种用于辐射目标的发光装置，所述目标例如是具有印上的漆等等的印刷品。通常将辐射源称为发光装置。发光装置可以被设计为用于，主要发出或仅发出一个或多个特定光谱范围的光。例如，发光装置可以是红外辐射器(IR辐射器)，其主要发出或仅发出具有在红外光谱范围中的波长的光，特别是波长在从780nm起或从800nm起和/或至1600nm、特别是至1300nm、优选至1000nm的范围中的光。例如，发光装置可以是紫外线辐射器(UV辐射器)，其主要发出或仅发出具有在紫外光谱范围中的波长的光，特别是波长在从140nm起、特别是从180nm起、优选从210nm起和/或至470nm、特别是至400nm、优选至390nm的范围中的光。在本文中主要是指，发射光谱的至少50％、特别是至少75％处于指定的波长范围中。根据一个实施方案，所用的UV半导体的光源光谱范围可以设置为至少380nm并且不大于390nm。

该发光装置包括多个半导体光源。例如，半导体光源可以实现为红外线发光二极管(IR-LED光源)和/或实现为紫外线发光二极管(UV-LED光源)。半导体光源例如可以实现为激光二极管(VCSEL；“vertical-cavity surface-emitting laser垂直空腔表面发射激光器”；表面发射器)。

至少两个第一半导体光源形成在侧向方向上定向的第一光源列，至少两个另外的半导体光源形成在侧向方向上定向的第二光源列。至少两个半导体光源可以位于与侧向方向相对应的直线上，并且形成第一光源列。该发光装置包括第二半导体光源，这些第二半导体光源位于第二直线上并且形成第二光源列。该发光装置可以包括另外的半导体光源，其中的多个半导体光源分别位于一个或多个另外的直线上，所述直线形成一个或多个另外的光源列。可选的直线可以平行于、特别是在空间上平行于第一直线定向和/或布置在共同的光源平面中。可能存在的其它直线相应于侧向方向定向。辐射功率密度、即发光装置相对于覆盖有半导体光源的表面的电功率消耗，可以为至少50W/cm

发光装置包括多个特别是单独的、彼此分离的透镜，用于准直和/或会聚半导体光源的光，其中，每个光源列被特别是独自地分配给透镜之一。每个单独的光源列与其透镜的分配关系特别是这样的，即，在侧向方向上整个光源列都被其所分配的透镜覆盖。透镜覆盖了光源列的所有的半导体光源。特别地，光源列包括至少10个、至少20个或至少30个半导体光源。透镜被设计为用于引导、特别是用于准直和/或会聚半导体光源的光。至少部分透明的和/或半透明的光学元件可以被称为透镜，该透镜对穿透的辐射施加方向性/导向效果，例如会聚、聚束、准直和/或聚焦。在准直时，光束至少近似平行于彼此地定向。在聚焦时，光束这样定向，使得它们在一个位置上相遇。发光装置的至少一个透镜或多个透镜可以包括玻璃、特别是硼硅酸盐玻璃或石英玻璃，或由玻璃制成。

例如，发光装置的至少一个透镜可以被设计为用于，使特别是不同的光源列的至少多个半导体光源的光指向预先确定的工作平面。工作平面或辐射平面可以特别是根据目标、例如加工材料相对于发光装置的间距预先确定。特别地，至少一个透镜使光指向工作平面中的线性辐射区域，该线性辐射区域的线性主延伸方向在侧向方向上延伸并且该线性辐射区域在横向方向上具有受限的宽度。该工作平面可以在横向于、特别是垂直于侧向方向和横向方向定向的辐射方向上与发光装置、特别是在目标与透镜之间的发光装置的保护窗的外侧相距一预先确定的间距，该间距不大于20cm，特别是不大于15cm，优选不大于10cm和/或至少1mm，特别是至少2mm，优选至少5mm。

特别地，透镜可以使发光装置的光以这样的方式指向辐射面，即，在辐射面中实现至少5W/cm

发光装置包括至少一个第二光源列，在其中至少两个另外的半导体光源特别是布置在第二直线上，该第二直线特别是相对于第一直线平行偏移地在侧向方向上延伸。在第一光源列中的在侧向方向上位于最外侧的半导体光源和在第二光源列中的在侧向方向上位于最外侧的半导体光源可以沿着在横向方向上、横向于侧向方向延伸的横向直线布置。第一光源列的在侧向方向上的下一个/最接近的半导体光源和第二光源列的在侧向方向上的下一个/最接近的半导体光源可以沿着第二横向直线布置，该第二横向直线平行于第一横向直线延伸。根据一个具体的实施方案，不同光源列的各个半导体光源可以形成光源排，其横向于、优选正交于光源列和/或在横向方向上延伸。在半导体光源形成侧向列和横排的这种实施方案中，可以涉及半导体光源的栅格式/阵列式的定位。光源列可以在横向方向上彼此以恒定的中心间距布置。光源列可以在横向方向上相对彼此以不同的中心间距布置。优选的是，发光装置具有至少五个半导体光源列、特别是至少七个光源列和/或不大于20个、特别是不大于12个半导体光源列。半导体基材可以具有至少五个和/或不大于二十个光源横排、特别是十二个光源横排。

特别地，在每个光源列上方各有一个透镜至少部分地延伸，以便准直和/或会聚由该光源列的半导体光源发出的光。根据这种实施方案，第一透镜可以在第一光源列上方延伸，第二透镜可以在第二光源列上方延伸，并且可能的其它透镜可以分别在其它光源列上方延伸。

根据一个优选的改进方案，发光装置包括至少一个与第一透镜分离的第二透镜，用于准直和/或会聚至少两个另外的半导体光源的光。在这种实施方案中，每个光源列可以设置恰好一个透镜。透镜可以分别限定各透镜独自的中心线，其在横向方向上居中地在辐射方向上布置在相应的光源列上方。透镜可以在横向方向上以彼此间恒定的中心间距布置。透镜可以在横向方向上以相对彼此不同的中心间距布置。透镜的中心间距可以等于在辐射方向上位于其后的光源列的中心间距。透镜的中心间距可以大于在辐射方向上位于其后的光源列的中心间距。

根据一个改进方案，第一透镜和/或第二透镜在横向于、特别是垂直于侧向方向的横向方向上在仅一个光源列上方延伸。每个透镜可以独自地被分配给一个光源列。第一透镜、第二透镜和/或另一透镜在横向方向上的宽度可以大于半导体光源在横向方向上的宽度。透镜在横向方向上的宽度特别是小于三个相邻光源列中的外侧两个光源列在横向方向上的间距。特别地，发光装置的每个透镜在辐射方向Z上位于最多一个光源列上方，其中，特别是同一个透镜在辐射方向上不位于其它相邻的光源列上方。

至少一个透镜或多个透镜特别是形成发光装置的唯一的有效光学系统。根据一个实施方案，该发光装置可以具有窗口等等，其在相对于半导体光源的辐射方向上布置在一个或多个透镜之后，但是在光学上不是有效的或实际上不是有效的。在光学上不是有效的窗口等等对于半导体光源的光的会聚和/或准直没有显著的可测量的影响。半导体光源与发光装置的朝向目标的外侧、特别是窗口的外侧的间距可以为至少2mm、特别是至少4mm、优选至少5mm和/或不大于20mm、特别是不大于10mm或7mm、优选不大于6mm。例如，从半导体光源到窗口的外侧的间距可以为5.3mm±0.2mm。

根据发光装置的一个实施方案，至少一个透镜被制成为棒形透镜，该棒形透镜在侧向方向上的延伸尺寸显著大于在横向于侧向方向的横向方向上的延伸尺寸或在横向于侧向方向的辐射方向上的延伸尺寸。棒形透镜在侧向方向上的长度可以为至少10mm，特别是至少25.4mm或至少100mm。根据一个替代的实施方案，棒形透镜在侧向方向上的长度可以是不大于500mm，特别是不大于300mm或不大于150mm。例如，在一个实施方案中，棒形透镜在侧向方向上的长度可以为370mm±5mm或255mm±5mm。根据一个具体的实施方案，棒形透镜在侧向方向上的长度可以为至少250mm，特别是至少350mm或甚至至少1000mm。替代地或附加地，在一个具体的实施方案中，棒形透镜在侧向方向上的长度可以为不大于3000mm，特别是不大于2500mm或不大于2000mm。例如，在一个具体的实施方案中，棒形透镜在侧向方向上的长度可以为1060mm±50mm或1700mm±50mm。

棒形透镜在横向方向上的宽度或棒形透镜在辐射方向上的高度可以小于10mm，特别是小于5mm或小于2mm。特别地，棒形透镜的宽度可以大于棒形透镜的高度。

根据一个实施方案，至少一个透镜、特别是棒形透镜在侧向方向上具有恒定的透镜横截面。透镜横截面特别可以是圆形的、部分圆形的、优选半圆形的。透镜、特别是棒形透镜可以形成为凸形的或凹形的柱面透镜。透镜横截面特别可以是菲涅尔透镜形的。透镜可以形成为菲涅尔透镜。可以考虑，多个相邻透镜具有不同的多面体横截面，并且共同形成复合菲涅尔透镜。

根据发光装置的一个实施方案，至少一个透镜包括至少一个平坦部段，其中特别地，所述至少一个平坦部段形成部分地或完全地沿着透镜在侧向方向上延伸的平坦侧。例如，透镜可以形成为具有恒定的部分圆形的、优选半圆形的横截面的棒形透镜。这种半圆柱形的棒形透镜具有凸曲侧和平坦侧。

根据一个能与上述实施方案相结合的实施方案，透镜在辐射方向上与至少两个半导体光源相距的间距为：不大于10mm、不大于5mm、不大于1mm或不大于0.5mm和/或至少0.1mm、至少0.2mm或至少0.3mm。优选地，透镜与至少两个半导体光源相距的间距可以为0mm或0.4mm。特别地，透镜与至少两个半导体光源相距的间距可以为0.4mm±0.2mm。特别地，该间距从透镜的平坦部段、如平坦侧延伸至为其分配的半导体光源。特别地，从透镜到为其分配的光源列的半导体光源的间距可以是恒定的。根据一个具体的实施方案，在所有半导体光源与各自所分配的透镜之间的相应的间距是恒定的。利用所描述的、在透镜与半导体光源之间的间距特别可以描述关于相应的透镜的最小间距。例如，在LED光源形式的半导体光源的情况下，在LED光源设计为所谓的倒装芯片的情况下，间距可以大于或等于0mm，或者在LED光源设计为具有压接引线的所谓的竖直芯片的情况下，间距可以大于或等于0.4mm，其中特别地，压接引线以大于或等于0.4mm的间距布置在竖直芯片与透镜之间。

根据一个实施方案，发光装置包括至少一个透镜支架，该透镜支架至少包括具有至少一个第一支架开口的第一连接片和与第一连接片在侧向方向上间隔开的、具有至少一个第二支架开口的至少一个第二连接片，其中，至少一个透镜在侧向方向上至少从第一支架开口在光源列上方延伸到第二支架开口。该透镜支架可以是多件式的，特别是这些连接片可以单独地安装在发光装置上。透镜支架可以包括多于两个连接片。多于两个连接片允许使用特别长的透镜和/或允许使用特别精确的透镜定位。连接片、即第一连接片和/或第二连接片以及必要时另外的连接片特别是在横向于、优选垂直于侧向方向的横向方向上延伸。根据一个实施方案，连接片相对于发光装置的半导体光源这样定向，使得连接片分别在侧向方向上在一列的两个直接相邻的半导体光源之间在横向方向上延伸。在具有多个光源列的发光装置中，连接片优选地布置在相应列的分别相邻的半导体光源之间。以这种方式可以使由于连接片引起的阴影形成最小化。根据一个实施方案，第一连接片和第二连接片在侧向方向上覆盖一个完整的列。在该实施方案中，透镜完全在特别是一个或多个电路板的整个光源列上方延伸。特别地，至少一个透镜延伸到第一支架开口和/或第二支架开口中。至少一个透镜可以穿过第一支架开口和/或第二支架开口。优选的是，透镜支架、侧向止挡件和/或调校装置由热导率高于绝缘的陶瓷和/或塑料材料的材料制成。

在具有多个半导体光源列和多个透镜的发光装置的情况下可以规定，透镜支架的第一连接片和第二连接片与透镜的数量对应地具有多个横向相邻的第一和第二开口。特别地，在第一连接片中的第一支架开口的数量可以等于在第二连接片中的第二支架开口的数量，并且等于透镜和/或光源列的数量。由透镜支架保持的透镜的数量优选地等于发光装置的光源列的数量。

根据另一个能与上述实施方案相结合的实施方案，所述发光装置还包括用于相对于所述至少两个半导体光源对透镜进行定位的至少一个调校装置，所述至少一个调校装置与透镜、特别是与平坦部段、优选透镜的平坦侧物理接触，特别是以形状互补的方式物理接触。具有多个光源列和多个透镜的实施方案可以包括一个、两个或更多个调校装置。调校装置的数量可以等于透镜的数量。

特别地，透镜支架包括至少一个调校装置。根据一个具体的实施方案，透镜支架可以与调校装置一体地形成。例如，支架开口可以形成有调校部段，该调校部段与透镜中的至少一个、特别是形状互补地物理接触。特别地，至少一个支架开口至少部分地或完全地与透镜横截面形状互补地形成。可以考虑，至少一个透镜、特别是透镜的平坦侧与半导体光源、特别是倒装芯片LED光源的表面特别是以平面的方式物理接触，因此半导体光源的表面实现了调校装置。

根据一个实施方案，发光装置、特别是透镜支架包括至少一个侧向支架，该至少一个侧向支架与至少一个透镜物理接触，以阻止透镜在侧向方向上相对于透镜支架和/或发光体的相对运动。特别地，侧向支架可以包括第一侧向止挡件和第二侧向止挡件，其中特别地，侧向止挡件中的至少一个与至少一个透镜的彼此对置的侧向端部物理接触。可以考虑，被分配给同一透镜的两个彼此对置的侧向止挡件与彼此对置的端部物理接触。可以考虑，在侧向方向上为透镜的至少一个侧向端部和至少一个侧向止挡件提供自由的侧向路段，以容许侧向支架的材料的热膨胀。自由的路段的尺寸特别是可以这样规定，使得通过透镜支架确保透镜的可靠保持。例如，自由的路段(在侧向支架具有室温时)为至少0.01mm，特别为至少0.1mm和/或不大于2mm，特别为不大于0.5mm。特别在透镜和侧向支架升温到工作温度的情况下，透镜在侧向方向上的长度优选小于或等于被分配给透镜的彼此对置的侧向止挡件的间距。

根据一个改进方案，透镜支架、侧向支架和/或调校装置中的至少两个相互一体地形成。根据一个实施方案，透镜支架、侧向支架和调校装置可以由一体的、多次弯曲的和钻孔的薄板件体形成。根据另一个实施方案，透镜支架由框架体形成，该框架体包括用于接纳至少一个透镜的至少一对圆柱形支架开口，并且侧向支架和调校装置由型材体一体地形成，该型材体与框架体可拆松地连接、特别是被推上或插上。侧向支架和/或调校装置可以——特别是以无工具和/或无损坏的方式——可拆松地固定在透镜支架上。

根据一个实施方案，透镜支架、调校装置和/或侧向支架由金属、例如铝或不锈钢制成。透镜支架特别是可以相对于半导体光源固定，特别是固定在半导体基材上。为了将透镜支架特别固定在半导体基材上，例如考虑夹紧、螺纹连接或粘接。

透镜支架、调校装置和/或侧向支架可以是板件，其板件厚度为至少1mm、至少5mm或至少10mm。在板件中优选铣削和/或钻出开口。根据一个具体的实施方案，透镜支架可以制成为板件，而调校装置和/或侧向支架可以特别是一体地制成为薄板件。

透镜支架、调校装置和/或侧向支架可以是具有不大于1mm、不大于0.5mm或不大于0.2mm、特别是大约0.5mm的薄板件厚度的薄板件。在薄板件中优选用激光加工出和/或冲压出开口。薄板件可以被折弯。根据一个具体的实施方案，可以由唯一一个薄板零件以功能组合的方式实现透镜支架、调校装置和侧向支架。

根据发光装置的一个实施方案，所述至少一个透镜或多个透镜、透镜支架、调校装置和/或侧向支架是无聚合物的。优选地，透镜、透镜支架、调校装置和/或横向支架由无机材料、例如金属、玻璃和/或陶瓷材料制成。发光装置特别在其由发光体的紫外光辐射的区域中是无聚合物的。如果由半导体光源的光直接地以及特别是间接地辐射的发光装置区域是无聚合物材料的、特别是无有机材料的，则确保基本上不发生由于用紫外光辐射所引起的材料老化，所述材料老化可能损害发光装置的使用寿命。

根据一个实施方案，发光装置包括半导体基材，在该半导体基材上布置有半导体光源。根据一个改进方案，透镜支架相对于半导体基材和半导体光源电绝缘。在透镜支架与半导体基材之间可以布置绝缘体部分。绝缘体部分可以是空气、塑料、陶瓷、玻璃等等或者其组合。例如，透镜支架可以借助于一个或多个绝缘的例如由陶瓷制成的间距保持件、如垫圈和/或通过绝缘的固定件、如绝缘的螺钉和/或绝缘的螺纹发光装置座而相对于半导体基材固定。在辐射方向上，在半导体基材与半导体光源之间可以设置空气作为绝缘体部分。绝缘体部分可以固定在透镜支架和/或半导体基材上。特别是在透镜支架由导电材料、如金属制成的情况下适宜的是，在半导体基材的引导电流的区域与透镜支架之间设置至少一个绝缘体部分、特别是多个不同的绝缘体部分，以便避免在半导体基材的各个引导电流的部件、例如半导体光源之间通过透镜支架形成短路。

根据一个能与上述改进方案相结合的改进方案，至少一个电路板、如板件上芯片模块形成半导体基材，并且至少一个透镜在侧向方向上完全地在至少一个电路板上方延伸。在具有多个电路板的发光装置的情况下，这些电路板可以单独地安装和/或拆卸。例如，在电路板发生故障的情况下，仅需要更换其中一个电路板。在这种布置中，可以为每个电路板分配有独自的透镜支架。例如，可以为半导体基材的多个电路板、例如两个电路板、三个电路板或更多数量的独自的电路板分配一个透镜支架，在所述透镜支架中布置有多个透镜，其中，一个或多个透镜完全地在多个电路板上方延伸。在具有包括一个电路板或多个、例如两个或三个电路板的半导体基材的发光装置中，多个透镜可以这样构造，使得每个单独的透镜跨越一个电路板或多个电路板的一个完整的光源列。例如可以设置包括多个电路板的半导体基材，其中，电路板分别包括多个光源列。特别地，多个电路板的光源列的相应数量可以是相同的。特别地，多个电路板的光源列可以在侧向方向上至少近似相互齐平地布置。电路板的各个光源列的数量可以等于所分配的透镜的数量，这些透镜在多个电路板上方延伸。

根据一个改进方案，可以设置用于干燥和/或固化覆层的设备，所述设备包括根据本发明的发光装置。例如可以设置平面的目标、如二维的纸幅材料、例如印刷品、如印刷的纸幅，在其上涂覆有待干燥的覆层，例如印上的漆。

该设备可以被设计为用于，使得平面的基材可以在该设备内在与横向方向相对应的输送方向上相对于发光装置运动。在所述设备中可以布置一个发光装置或可以布置多个发光装置，所述发光装置横向于输送方向至少部分地在平面目标的宽度上、例如在纸幅的横向宽度上延伸。

干燥设备的至少一个发光装置或干燥设备的多个发光装置可以在辐射方向上相对于目标以限定的间距布置。根据一个具体的实施方案，所述设备是印刷机，例如单张纸胶印机、柔性凸版印刷机等等。根据一个实施方案，平面基材可以是印刷品。

根据本发明，也可以将根据本发明的发光装置用于干燥和/或固化覆层，特别是借助于印刷方法和/或涂漆方法。通过优选在印刷机中辐射所施加的覆层、如漆、颜料等等来实现将发光装置用于干燥。

附图说明

本发明的优选的实施方案在权利要求中给出。下面参照附图描述本发明的具体的实施方案及各方面，图中：

图1示出根据本发明的发光装置的第一实施方案的分解图；

图2以透视图示出根据图1的发光装置；

图3以透视图示出根据本发明的发光装置的第二实施方案；

图4示出根据图3的发光装置的横截面图；

图5示出根据图3的发光装置的透镜支架的透视图；

图6a、图6b、图6c示出用于根据本发明的发光装置的、具有恒定的半圆形横截面的棒形透镜的不同视图；

图7示出根据另一实施方案的根据本发明的发光装置的示意性纵向剖视图；

图8示出根据另一实施方案的根据本发明的发光装置的示意性纵向剖视图；

图9a、图9b示出根据现有技术的发光装置；

图10示出常规的和根据本发明的发光装置在横向方向上的辐射强度的分布的图表；

图11示出在辐射面中的辐射功率与辐射面距常规的和根据本发明的发光装置的间距的关系的图表；

图12示出用于干燥和/或固化覆层的、具有多个根据本发明的发光装置的设备；

图13示出根据本发明的发光装置的另一实施方案的透视图；

图14以分解图示出根据图13的发光装置；

图15示出根据图13的发光装置的透镜支架的透视图。

具体实施方式

在下面根据附图对具体实施方案的描述中，为了更简单的可读性，相同或类似的部件设有相同或类似的附图标记。

用于辐射目标、如具有印上的漆的印刷品的根据本发明的发光装置通常带有附图标记1。

在图1中示出的发光装置1具有多个半导体光源11、12、13，所述多个半导体光源栅格式地布置。第一半导体光源11布置在限定侧向方向L的第一直线上，并且形成第一光源列21。多个另外的(第二)半导体光源12沿着平行于第一直线布置的第二直线布置，并且形成第二光源列22。另外的半导体光源13沿着平行于第一直线和第二直线的另外的直线布置，并且形成另外的光源列23。

提前参考图12可以看到，在具体的实施方案中，至少一个发光装置1可以是用于辐射目标3的设备100的一部分。目标3可以沿着输送方向F相对于一个或多个发光装置1运动。光源1在辐射方向Z上发射光，例如发射紫外光和/或红外光。相应于光源列21、22、23的定向和/或相应于棒形透镜31、32、33的定向，发光装置1的侧向方向L特别是与目标3的横向于、优选垂直于输送方向F和辐射方向Z的横向方向Q相对应。

在根据图1的发光装置1中，为光源列21、22、23各自分配有透镜31、32、33，用于准直和/或会聚半导体光源11、12、13的光。在图1所示的实施方案中，为每个单独的光源列21、22或23分别独特地分配有单独的透镜31、32或33。清楚的是，透镜与半导体光源的分配关系是这样的，即，整个光源列被相应的透镜覆盖。在本发明的范围内可以考虑，一个透镜可以被分配给多个光源列。例如，透镜在横向方向上的宽度B

光源列21、22、23可以包括至少5个、至少10个、至少20个、至少30个或更多个半导体光源。在图1所示的发光装置中，半导体基材70设置有三个布置在该半导体基材上的电路板71。电路板71被半导体光源11、12、13的栅格覆盖。例如，电路板71可以包括至少两个、至少三个、至少五个或(如图所示)至少七个光源列21、22、23。电路板71可以具有至少五个、至少八个、至少十个(如图所示)、至少十二个、十六个或更多个光源横排。在图1所示的发光装置1中，在侧向方向L上并排地设置有三个电路板71，所述三个电路板具有在侧向方向L上齐平地布置的半导体光源11、12、13，其形成在发光装置的宽度上在侧向方向L上组合在一起的半导体光源列，该半导体光源列分别具有多于20个(示出：30个)半导体光源11、12或13。如图2所示，在每个所述光源列上方各有一个不同的棒形透镜31、32、33完全地、在侧向方向上延伸。

在根据图1和图2的发光装置1中示出的棒形透镜31、32和33分别具有相同的形状。棒形透镜31、32和33的横截面在侧向方向L上沿着整个透镜长度L

透镜31、32和33保持在板件状的框架51中，该框架实现了透镜支架。在板件状的透镜支架51的在辐射方向Z上背离半导体光源11、12、13的一侧上可以布置保护窗6(未示出)，该保护窗例如由玻璃、特别是石英玻璃或硼硅酸盐玻璃制成。透镜支架51框架状地、在侧向方向L上在一侧通过第一连接片52界定并且在另一侧通过第二连接片54界定。第一连接片52和第二连接片54基本上在横向方向T上彼此平行地在透镜支架51的在侧向方向L上对置的纵向侧上延伸。连接片52和54在其在横向方向T上的端侧和底侧的端部上通过透镜支架51的在侧向方向L上延伸的横梁60刚性地相互连接。在透镜支架51与电路板70的电子元件之间设置有绝缘的区域59。

在透镜支架51的第一连接片52和第二连接片54中分别设置有对应于透镜31、32和33的数量的支架开口53、55。透镜31、32和33分别从第一连接片52中的第一支架开口51在侧向方向上延伸至第二连接片54中的第二支架开口53。透镜31、32和33的尺寸优选被这样确定，使得透镜至少在部分部段上延伸到对置的支架开口53和54中。

图1中所示的透镜支架51在两侧都配备有保持和调校薄板件。调校薄板件在功能组合中用作侧向止挡件57、58和调校装置56，以用于相对于透镜支架51定向和固定透镜31、32和33。保持和调校薄板件50侧向地在外侧具有薄板件部段，该薄板件部段通过以下方式用作侧向止挡件57或58，即，该薄板件部段防止透镜31、32和33相对于透镜支架51在侧向方向上向外移动离开支架开口53或55。

保持和调校薄板件50包括第二薄板件部段，该第二薄板件部段通过以下方式用作调校装置56，即，该第二薄板件部段沿着横向的线边缘接触透镜31、32和33的在辐射方向Z上指向半导体光源11、12或13的平坦侧35。保持和调校薄板件50的在辐射方向Z上位于前面的横向纵边缘以简单的方式确定透镜31、32和33在透镜支架51中相对于半导体光源11、12和13的定位。

透镜31、32和33的侧向的端部37和38一直伸到透镜支架51的连接片52和54中的钻出的或铣出的支架开口53和55中。优选地，透镜31、32和33的侧向端部37和38不与第一侧向止挡件57或第二侧向止挡件58接触，或者透镜31、32和33的两个侧向端部37和38中的仅一个侧向端部与第一侧向止挡件57或第二侧向止挡件58接触。为了避免由热应力引起的损坏，可优选的是，在侧向方向上在透镜31、32和33的侧向端部37和38与侧向止挡件57和58之间设置足够的公差。透镜支架51和保持和调校薄板件50由金属制成，特别是由相同的金属材料、例如不锈钢或铝制成。

在根据图1和图2的发光装置1中，在透镜31、32和33之间，特别是在其平坦部段35之间，在辐射方向Z上设置有至少0mm、特别是至少0.1mm、并且不大于1mm的间距a。透镜31、32和33在辐射方向Z上的背面可以与LED光源11、12、13物理接触，只要在结构上确保了板件状的透镜支架51和保持和调校薄板件50距半导体基材70的导电部件足够远，以能够可靠地避免短路。

这些LED光源优选是UV-LED和/或IR-LED光源。LED光源可以仅在背面被接触并且具有平坦的发光表面10(所谓的倒装芯片LED)。在根据本发明的发光装置中可以设置与倒装芯片LED相比成本更低廉的竖直芯片，其接触一方面在背面实现，另一方面通过压接引线在发光正面10上实现。在使用具有压接引线的竖直芯片的情况下，在LED竖直芯片的发光正面10与透镜之间的间距被选择得足够大，以便能够为压接引线提供足够的空间以及必要时在压接引线与透镜支架、调校装置和/或侧向止挡件的必要时导电的材料之间提供气隙。可以考虑，使具有背面的平坦部段35的棒形透镜31、32、33与倒装芯片LED等等的平坦的、发光的正面接触，使得半导体光源本身可以作为调校装置起作用。

在图3和图4中示出根据本发明的发光装置1的第二实施方案。与在图1和图2中示出的发光装置1相比，在图3和图4中示出的发光装置1的区别基本上在于透镜支架41、调校装置46和侧向支架47和48的不同的设计方案，其单独在图5中示出。在根据图3的发光装置1的第二实施方案中，发光装置1包括半导体基材70，该半导体基材仅具有一个布置在其上的电路板71，该电路板具有多个在其上布置在列21、22和23中的半导体光源11、12和13。在根据图3的实施方案中，为唯一一个电路板71分配有唯一一个透镜支架41，该透镜支架承载与光源列21、22和23的数量相对应的多个透镜31、32和33。透镜21、22和23在侧向方向L上在电路板71的整个宽度上延伸。每个单独的透镜31、32、33覆盖相应的光源列21或22或23的半导体光源11或12或13。

透镜支架41包括两个在侧向方向L上彼此间隔开的连接片42和44。在透镜支架41的两个连接片42和44中分别设置有与被保持的透镜31、32、33的数量相对应的多个支架开口43和45。透镜具有与针对根据图1和图2的发光装置1所描述的相同的横截面形状。透镜31和32和33具有朝向半导体光源11、12和13的平坦侧35和在辐射方向Z上背离半导体光源11、12和13的凸形弯曲的正面30。第一连接片42中的第一支架开口53和/或第二连接片44中的第二支架开口45的尺寸确定为与透镜31、32、33的横截面形状彼此形状互补。支架开口43和45可以相对于透镜31、32、33的横截面尺寸在横向方向T和/或辐射方向Z上根据间隙配合或过盈配合来确定尺寸，使得透镜支架41的热膨胀不在透镜31、32、33中引起应力。支架开口43和44的形状互补的确定尺寸使得支架开口43、45的在辐射方向Z上的背面的内侧作为用于定位透镜31、32、33的调校装置46起作用。

在根据图3至图5的发光装置1的实施方案中，透镜支架41、调校装置46和侧向支架47和48以功能组合的方式通过透镜支承薄板件40实现。透镜支承薄板件40在侧向方向L上由弯曲的薄板件部段来界定，该薄板件部段形成侧向止挡件47和48，以便阻止透镜在侧向方向L上相对于透镜支架和/或发光体的相对运动。透镜支承薄板件40例如可以由薄的、小于0.5mm厚的、特别是小于0.2mm厚的薄板件形成。透镜支承薄板件40例如可以由薄板件通过弯曲和冲压和/或切割、例如水射流切割或激光切割形成。例如，支架开口43和45可以被切割或冲压到薄板件中。具有在其中形成的支架开口43和45的连接片42和44可以通过薄板件的弯曲而形成。侧向止挡件47和48可以通过薄板件的冲压、切割或(如图所示)多次弯曲而形成。透镜支承薄板件40可以通过一个、两个或更多个绝缘的固定部件49固定、例如粘接、插接或拧紧在电路板71和/或半导体基材70上。

连接片42和44分别在侧向方向L上布置在相邻的半导体光源11、12、13横排之间，其中，相邻的半导体横排的间距大于透镜支承薄板件40的厚度。在透镜支承薄板件40的连接片42和44与半导体横排之间设置有绝缘的区域，该区域填充有空气、其它气体或真空。透镜支承薄板件40通过绝缘体部分这样位置固定地相对于半导体基材70和布置在其上的半导体光源11、12、13支承，使得可靠地避免短路。

在根据图3和图4的实施方案中，透镜31、32、33的后面的平坦部段35在辐射方向Z上以相对于半导体光源11、12、13的至少0.1mm、特别是至少0.2mm和/或不大于1mm、特别是不大于0.6mm的间距a、优选0.4mm的间距a布置。间距a被尽可能小地选择，以便将由LED光源11、12、13发射的光有效地聚焦到辐射面上，然而该间距大到足以可靠地避免由于透镜支承薄板件40引起半导体基材71的短路。

图6a、图6b和图6c示出设计为棒形透镜31/32/33的具有恒定的半圆柱形横截面的透镜的不同视图。所示出的棒形透镜31具有透镜长度L

透镜L

图7示出发光装置的示意性纵截面图，主要关注光源列相对彼此的定向；透镜相对彼此的定向和透镜相对于半导体光源的定向。透镜相对于半导体光源的支承方式在图7中未示出；例如可以考虑如在图1和图2中或在图3和图4中的实施方案。对于图8同样如此。后面将探讨图7和图8之间的区别。

在根据图7的发光装置1的纵截面中示意性地示出半导体基材70，该半导体基材具有五个布置在其上的光源列21、22和23。在辐射方向Z上在半导体光源11、12和13前方布置有相同类型的棒形透镜31、32和33，其中，各一个单独的棒形透镜被分配给每个光源列并且完全地覆盖该光源列。在辐射方向Z上在半导体光源11、12和13前方并且在棒形透镜31、32和33前方设置有发光装置的保护窗6。特别地，保护窗6这样构造，使得其对由半导体光源发射的光到目标3上的辐射路径不产生或几乎不产生光学作用。目标3可以是平面的二维对象、如纸幅或表面，该二维对象可以配设有覆层，该覆层可以用发光装置1辐射。一种这样的保护窗6通常在辐射方向Z上界定发光装置1的(未示出的)壳体，以便保护光学系统和/或电子装置免受污染和/或损坏。在目标3与发光装置1(更准确地说，例如在此为保护窗6的在辐射方向Z上的前表面)之间延伸的是工作间距z。可以优选的是，将发光装置1和目标3彼此平面平行地以工作间距z布置。例如，目标3、如被印刷的纸幅可以以工作间距z在辐射方向Z上在发光装置1之前在相应于发光装置的横向方向T的输送方向F上相对于发光装置1以工作间距z被引导(参见图12)。

在窗正面6与LED正面10之间的间距b可以为5.3mm。特别地，在发光装置1的外侧面、特别是保护窗6(与LED正面10)之间的间距b为至少4mm、优选至少5mm和/或不大于10mm、优选不大于6mm。

发光装置1的透镜31、32和33被设计为用于，准直和/或会聚半导体光源、特别是UV-LED和/或红外LED的光，特别使得半导体光源11、12、13的光在由目标3限定的工作平面中被聚束到在横向方向T上窄的焦线上。以这种方式可以在也可以被称为目标平面的工作平面中提供例如至少20W/cm

在辐射方向Z上，在发光的正面10与透镜31/32/33的示例性地设计为平坦侧35的背面之间设计有安装间距a。在半导体光源11/12/13的发光的正面10与起光学作用的透镜31/32/33的背面之间在辐射方向Z上的安装间距a被尽可能小地选择。安装间距a在上面关于根据图1和图2或图3和图4的不同的实施方式被详细探讨。

如图7(和图8)清楚所示，在横向方向上的透镜宽度B

在下面的图表10和11中用附图标记c表示的曲线涉及透镜和半导体光源彼此间的、如在根据图7的发光装置1中那样的布置。在下面的图10和图11中用附图标记b表示的曲线涉及如图8中的透镜和半导体光源的布置。

图8示出发光装置1，其与根据图7的布置的区别主要在于透镜31、32和33相对于光源列21、22和23的不同的相对位置。这种布置例如可以在如图1和图2、图3和图4或图13和图14(见下文)中所设计的发光装置的情况下实现。在根据图7和图8的布置之间的区别在于，在根据图8的实施方案中，透镜的中心间距A

在根据图8的示例性实施方案中，光源列的数量被选择为奇数的，并且在横向方向T上位于中间的光源列21具有中心线m，该中心线m与被分配给该光源列的并且覆盖该光源列的透镜31的中心线齐平地布置。半导体光源列相对彼此的间距A

从半导体基材70的横向中心m出发向外，在半导体光源列22和23的中心线与被分配给这些半导体光源列的透镜32或33之间存在逐渐变大的横向偏移量V

根据本发明可以规定，例如光源列21、22和23的中心间距A

图9a和图9b示意性地示出从现有技术中已知的不同的发光装置。根据图9a的实施方案，在半导体基材上布置有多个平行的UV-LED列，所述UV-LED列辐射到目标上。在UV-LED与目标之间布置有实际上没有折射作用的保护玻璃，作为发光装置1的未详细示出的壳体框的一部分。在图9a中示出的辐射器与根据现有技术的在图9b中示出的辐射器的区别在于，半导体光源被各自用硅树脂灌封件覆盖，所述硅树脂灌封件形成用于各个UV-LED的透镜。每个单独的UV-LED被部分球状的灌封透镜体盖住。在图10和图11中的下面所描述的图表中示出如下的曲线，对于参照根据现有技术的发光装置的根据图9a的实施方案用附图标记a来表示而对于根据图9b的发光装置用附图标记b来表示。

图10以图表形式示出以W/cm

在工作间距20mm的情况下，根据图9a的、在半导体光源与目标之间没有光学元件的发光装置显示出相应于最宽的曲线的最宽分布以及曲线的最低的峰值强度Imax。根据图9b的实施方案与根据图9a的没有光学系统的实施方案相比具有稍微提高的峰值强度，并且显示出钟形的较窄的宽度，这对应于较强的聚焦。

出人意料的是，曲线c和d示出显著更好的结果。令人期待的是，由于没有被光学元件吸收，无光学系统的发光装置可能展示出最高的功率值。根据本发明的发光装置的曲线c和d示出显著更高的峰值功率。根据图7的光学布置的曲线c在透镜与光源列之间没有偏移量的情况下具有几乎12W/cm

表格1：功率I与到基材中心线m的横向间距的关系

在围绕中心线m的±10mm的横向区域中，根据本发明的发光装置1普遍地具有在大约7W/cm

图11所示的图表示出了基于在发光装置1与目标平面之间的工作间距z的、根据图7、图8、图9a和图9b的不同的发光装置的以W/cm

如在图7和图8中所示的那样，根据所述布置的根据本发明的发光装置对于在5mm到50mm之间的工作间距而言引起比常规的辐射器显著更高的峰值强度。在50mm到90mm的工作间距的范围中，用于辐射面功率的峰值强度在根据图8的布置中比在常规的辐射器中更好。已经表明，在50mm到90mm之间的工作间距z的情况下的辐射功率密度峰值强度在根据本发明的发光装置中不小于在常规发光装置中的情况。

除了工作间距z的变化之外，在根据图11的图表中的参数与图10中的参数相同。被分配给该图表的测量值在下面给出。

表格2：根据不同发光装置的工作间距z的峰值辐射功率密度或峰值功率Imax

图12示意性地示出设备，其包括四个根据本发明的发光装置1，用于辐射目标3，该目标在相应于横向方向T的输送方向11上在平行于发光装置的工作平面中被引导。

在图13和图14中示出根据本发明的发光装置1的另一实施方案。与在图1和图2或图3和图4中示出的发光装置1相比，在图13和图14中所示的发光装置1的主要基本上在于透镜支架81、调校装置86和侧向支架87(未示出相同的对置的侧向支架)的不同的设计方案。透镜支架81在图15中单独示出。

透镜支架81包括作为彼此分离的单件的第一连接片82和第二连接片84。在连接片82/84中分别设置有相应于透镜31、32、33(在图15中未示出，在图13和图14中未示出最外部的透镜)的数量的多个支架开口83/85。支架开口83、85与透镜31、32、33形状互补地设计并且由此形成如上文所述的根据图3和图4的实施方案的调校装置86。

连接片82和84通过具有弯曲的安装部段的薄板件80实现。其它没有支架开口的止挡薄板件80'用作侧向止挡件87(对置的侧向止挡件未示出)。薄板件80、80'的安装部段例如可以借助于螺钉与发光装置1的安装板件连接。在安装板件上可以设置半导体基材70，其中，导电部件通过绝缘的陶瓷层59、例如AlN板件与安装板件分离。薄板件80可以在侧向方向L上布置在相邻的电路板71之间，从而在侧向方向上、在薄板件80与半导体基材70的导电部件之间设置气隙和/或绝缘的陶瓷板件部段。