CN102906497A - 微通道冷却的高热负荷发光装置 - Google Patents

Abstract

微通道冷却的高热负荷发光装置。微通道冷却的UV固化系统及其部件被提供。按照一个实施例，灯头模块包含：光学宏反射器、LED阵列和微通道冷却器组件。该阵列被放置在该反射器内，并有高填充因子和高纵横比。该阵列提供高辐照度输出光束图形，在离开该反射器窗口的外表面至少1mm的工件表面上有大于25W/cm²的峰值辐照度。该微通道冷却器组件在LED的p-n结之间维持小于或等于摄氏80°的大体上等温状态。该微通道冷却器组件还为该阵列提供公共阳极基片。通过把该阵列安装于微通道冷却器组件，热高效的电连接被形成在该阵列和公共阳极基片之间。

Description

微通道冷却的高热负荷发光装置

交叉参考相关申请

本申请要求如下临时专利申请的优先权的权益：2010年1月27日递交的美国临时专利申请No.61/336,979、2010年4月1日递交的美国临时专利申请No.61/341,594和2010年11月5日递交的美国临时专利申请No.61/456,426，所有这些临时专利申请在此全文引用，以供参考。

版权注

本文包含的材料是受版权保护的材料。版权所有人不反对任何人传真翻印本公开的专利，只要它按专利和商标局专利文件或记录，否则保留一切版权的所有权利。版权

2010-2011，Fusion UV System,Inc.

技术领域

本发明的实施例，一般涉及低热阻基片上的发光二极管（LED）。尤其是，本发明的实施例，涉及提供高亮度、高辐照度和高能量密度的高功率密度、高填充因子、微通道冷却的紫外（UV）LED灯头模块。

背景技术

今天的UV LED仍然相对地低效（通常是，当按高电流密度操作时，操作在约15%的效率上）。这些低效导致大量废弃的热的产生，从而要求至少空气冷却而常常是液体冷却（如，热交换器和/或冷却器）以移除不需要的废弃的热，它是在半导体装置的p-n结内电到光转换过程的副产品。如果该热不按非常有效和高效方式被移除，该LED装置可以遭受效率损失、光输出的下降甚至灾难性失效。

液体冷却的UV LED灯（或光引擎）目前被用于各种各样固化应用中；然而，现有的系统有若干限制。例如，虽然工业文献认识到高亮度/高辐照度阵列的需要性，但目前可用的UV LED灯提供次优的性能。现有的UV LED灯一般趋向于把LED按一串串的串联的LED，电连接在它们的LED阵列内，然后把这些串（常常与集成电阻器）并联在一起。这种串联并联方法的一个缺点是，散热器常常必须有非导电本性和/或必需是在LED下面的介电层，这二者的任一种都要用传统的导电电路轨迹刻图。这些轨迹是昂贵的且与热高效的超高电流操作不相容，因为包含的这些层的接触热阻和/或该介质层的大的热阻和/或轨迹的固有高电阻率。散热器也常常是昂贵的陶瓷材料，诸如BeO、SiC、AlN或氧化铝。串联并联LED阵列模型的另一个缺点是，LED的单个失效能够导致串联的LED的整串失效。因为在LED的任何给定链中的失效造成的黑暗面积，常常对工件表面上该光的光化学互作用过程不利。

现有技术的UV LED阵列的具体例子，在图1A和1B中示出。在该取自美国专利公布No.2010/0052002（此后称“Owen”）的例子中，声称“致密的”LED阵列100被画出，用于号称要求“高光学功率密度”的应用。该阵列100由基片152内形成的微反射器154和被安装在每一微反射器154内的LED 156构成。该LED 156通过引线158到基片152上的导线粘接区与电源（未画出）在电学上连接。微反射器154各包含反射层162以反射关联的LED 156产生的光。值得注意的是，尽管被表征为“致密的”LED阵列，LED阵列100实际上是非常低填充因子、低亮度、低热流量的阵列，因为各个LED 156被隔开颇有一些距离，中心到中心的间距约800微米。最好也不过是，LED总共占LED阵列100的表面面积约10到20%之间，且肯定小于50%。如此低填充因子的LED阵列能够建立不均匀的辐照度图形，它能够导致不均匀固化和视觉可感受的畸形，诸如混叠和图素化。此外，微反射器154由于它们的低的角度范围，未能捕获和控制实质的光量。结果是，阵列100产生低辐照度的光束，该光束作为离反射器154距离的函数迅速失去辐照度。还应当指出，即使是最佳配置的反射器也不能对低亮度的LED阵列100制成，因为最终被投射于工件上的光束永远不能比源（本例中是LED阵列100）还亮。这是由于周知的亮度守恒定理。另外，Owen还撇开由于宏反射器的大小和感觉上的需要，所以有反射器与每一单独LED 156关联的使用宏反射器的教导。

除前述限制之外，在现有技术的冷却设计所采用相对大通道液体冷却技术中，不能在每平方毫米超过约1.5安培电流时，按有效地保持结温适当地低的方式，从LED移除废弃的热。

氧抑制是外界的氧按与UV光引起的化学交联可比的速率，与被固化材料反应，以及与光引发剂（PhI）互作用之间的竞争。已知辐照度越高，完全固化的建立越快，且已知辐照度越高，至少部分地解决氧抑制问题。现在，超高辐照度被认为或许在某些过程配置中克服氧抑制问题，或许甚至不用氮保护气体。但是，要产生超高辐照度以克服氧抑制，操作在极端地高电流密度的如此高填充因子LED阵列环境中，使结温保持适当地低的热流量移除速率是必需的，而这是用目前采用的UV LED阵列基础结构和UV LED阵列冷却技术不可简单地达到的。

发明内容

微通道冷却的UV固化系统及其部件被描述，它们被配置成用于材料的光化学固化和其他高亮度/高辐照度应用。按照一个实施例，一种灯头模块包含：光学宏反射器、发光二极管（LED）阵列和微通道冷却器组件。该光学宏反射器、包含有外表面的窗口。该阵列被放置在光学反射器内并有高填充因子和高纵横比。该阵列可操作以便提供高辐照度输出光束图形，它在离开该光学反射器窗口的外表面至少1mm的工件表面上具有的峰值辐照度大于25W/cm²。该微通道冷却器组件可操作以便在阵列中LED的p-n结之间，维持在小于或等于摄氏80°的温度的大体上等温状态。该微通道冷却器组件还为该阵列提供公共阳极基片。通过把该阵列安装于微通道冷却器组件，热高效电连接被形成在该阵列和该公共阳极基片之间。

在前述的实施例中，该阵列可以直接被安装于微通道冷却器组件。

在各个前述的实施例中，该微通道冷却器组件。可以在p-n结之间维持大体上小于或等于摄氏45°的温度的大体上等温状态。

在前述的实施例的各种情况中，该LED可以在电学上被并联。

在前述的实施例的一些实例中，该LED中的至少一个可以是紫外发射LED。

在各个前述的实施例中，该阵列的宽度对长度的纵横比大体上在约1:2到1:100之间。

在各个前述的实施例中，该阵列的宽度对长度的纵横比大约为1:68。

在前述的实施例的各种情况中，该峰值辐照度可以大于或等于100W/cm²，而该工件表面离开该光学反射器窗口的外表面至少2mm。

在各个前述的实施例中，没有显著数量的LED被串联。

在前述的实施例的一些实例中，跨越并在阵列下面通过微通道冷却器的冷却剂流体，被配置成沿大体上平行于该阵列的最短尺寸的方向，并可以另外是大体上均衡的。

在各个前述的实施例中，该灯头模块可以包含柔性电路（flex-circuit），可操作以便单独地对被粘接于微通道冷却器的LED或LED的组寻址。

在前述的实施例的各种情况中，该微通道冷却器可以被夹紧在一个或多个阴极连接器和一个或多个阳极汇流形体之间，以利于工厂可更换性。

在各个前述的实施例中，该灯头模块可以包含集成的LED驱动器。

在前述的实施例的一些实例中，该光学宏反射器可以是现场可更换的。

本发明的其他实施例，提供紫外（UV）发光二极管（LED）固化系统，包含多个端到端串联的UV LED灯头模块，各包含光学宏反射器、LED阵列和微通道冷却器组件。该光学宏反射器包含有外表面的窗口。该LED阵列被放置在该光学反射器内，并有高填充因子和高纵横比。该LED阵列可操作以便提供大体上均匀的高辐照度的输出光束图形，它在离开该光学反射器窗口的外表面至少1mm的工件表面上具有的辐照度大于25W/cm²。该微通道冷却器组件，可操作以便在LED阵列中LED的p-n结之间维持在小于或等于摄氏80°的温度的大体上等温状态。该微通道冷却器组件还为该LED阵列提供公共阳极基片。通过把该LED阵列直接安装于微通道冷却器组件，热高效电连接被形成在该LED阵列和公共阳极基片之间。

本发明实施例的其他特征将从下面的附图和详细描述变得显而易见。

附图说明

本发明的实施例作为例子而不是限制，在附图中被示出，而在图中，相同参考数字指类同的单元，且其中：

图1A是现有技术LED阵列一部分的顶视图。

图1B是沿剖线1B-1B截取的图1A的LED阵列的视图。

图2A是按照本发明一个实施例的UV LED灯头模块的等角投影图。

图2B是图2A的UV LED灯头模块的正视图。

图2C是图2A的UV LED灯头模块的侧视图。

图3A是图2A-C的UV LED灯头模块的最高级等角投影剖面图。

图3A是图2A的UV LED灯头模块的最高级等角投影剖面图。

图3B是图2A的UV LED灯头模块的最高级正剖面图。

图3C是图2A的UV LED灯头模块的最高级等角投影分解图。

图4A是图2A的UV LED灯头模块的反射器底部和形体顶部的放大等角投影分解图。

图4B是图2A的UV LED灯头模块的反射器底部和形体顶部的放大正分解图。

图5A是又一个放大的等角投影分解图，示出图2A的UV LED灯头模块的有公共阳极基片层的LED阵列和它的接口。

图5B是又一个放大的正剖面图，示出图2A的UV LED灯头模块的有公共阳极基片层的LED阵列和它的接口。

图6是图2A的UV LED灯头模块的形体顶部的分解放大等角投影剖面图，并示出各种不同层。

图7是图2A的UV LED灯头模块的反射器顶部的分解放大等角投影剖面图。

图8是图2A被移除端盖的UV LED灯头模块的反射器的放大等角投影图。

图9是按照本发明一个实施例的4个互联UV LED灯头模块的等角投影图。

图10A是LED阵列封装件和热散布器另外实施例的等角投影图。

图10B是按照本发明一个实施例的有宏反射器的LED阵列封装件和热散布器的另一个实施例的等角投影图。

图10C是等角投影图，画出图10A和10B的热散布器的底侧。

图10D是UV LED灯头模块的另外实施例的等角投影剖面图。

图10E是UV LED灯头模块的又另一个另外实施例的正剖面图。

图10F是图10E的UV LED灯头模块的放大等角投影剖面图。

图10G是图10E的UV LED灯头模块的再一个放大等角投影剖面图。

图11A按照本发明一个实施例，概念地对不同工作距离示出大体上相同高度的两个宏反射器。

图11B是图11A的放大图，对按照本发明一个实施例的2mm宏反射器，示出边缘光线。

图12按照本发明一个实施例，表明宏反射器对2mm焦平面的优化，在该2mm焦平面中，反射器的每一侧有离开工件上被聚焦光束的中心线偏移的焦点。

图13是曲线图，对各种不同通道宽度，示出估计的对流热阻。

图14是曲线图，对不同结温示出输出功率。

图15是曲线图，示出动态电阻对正向电流的曲线。

图16是曲线图，按照本发明一个实施例，示出反射器已对2mm焦平面优化的UV LED灯头模块的辐照度分布。

图17是曲线图，按照本发明一个实施例，示出反射器已对53mm焦平面优化的UV LED灯头模块的辐照度分布。

具体实施方式

微通道冷却的UV固化系统及其部件被描述，它们被配置成用于材料的光化学固化和其他要求高填充因子、高电流密度和高亮度属性（该高亮度属性最终导致高辐照度属性）的应用。按照本发明一个实施例，超高辐照度UV固化系统的高填充因子LED阵列的LED，大体上按电并联（a/k/a大量地并联）被放置在公共阳极基片上，以达到非常热高效的连接方式（如，LED基座和基片之间没有通常在串联配置或串联/并联配置中要求的阻热介质层）。

按照本发明的实施例，为了适应高填充因子、高电流密度和高亮度UV LED灯头模块的热流量/热要求，获得等温公共阳极基片性能的实际装置，即使当该公共阳极基片有非常高的纵横比时也要被提供。按照一个实施例，LED阵列被直接粘接于微通道冷却器，而冷却剂跨越并在LED阵列下面，沿大体上平行于LED阵列的最短尺寸方向流动。在一个实施例中，通过在LED下面延伸的微通道的冷却剂流量大体上是相等的（如，均衡的），所以LED阵列的LED的p-n结大体上是等温的。在一个实施例中，该高纵横比公共阳极基片从侧到侧和端到端大体上是等温的。这可以通过使用较可取的大体上铜的微通道冷却器而被达到，该微通道冷却器沿大体上对LED阵列纵轴的横向方向引导LED阵列之下的冷却剂流体，同时维持各通道之间严格的流量平衡范围。在一个实施例中，该流量平衡被获得，是凭借设计该初级冷却剂入口和出口冷却剂液体通道平行于LED阵列的纵轴延伸，以达到沿它们的长度几乎均一的压降水平。

在各个不同实施例中，被粘接于微通道冷却器的柔性电路，被用于单独地对LED阵列的LED或LED的组寻址，因此LED可以对正向电压（Vf）、波长、大小、光功率等等被装箱（binned），从而大体上降低对LED制造商在仅仅一个或少数几个箱中供应LED组的要求。这样还允许本发明实施例的UV LED灯使用多个LED的箱。这一使用LED的多个箱的能力，增强制造不要求装入箱的UV LED灯和UV LED灯自身的能力。

在一些实施例中，工厂可更换的，或亦称可消耗的零件的单片微通道冷却器被采用。如在下面进一步的描述，虽然LED和柔性电路可以被粘接于微通道冷却器的顶表面，从而实质上认为是永久地被固定，但微通道冷却器组件被唯一地夹紧（如，用提供夹紧力的螺钉）在各种不同几何配置的阴极微汇流条和/或连接器（如，矩形的、爪状物等）与各种不同几何配置的优选单片阳极汇流形体（如，矩形的、板诸如此类）之间，从而有利于可更换性。

按照本发明各个实施例，该UV LED灯头模块可以包含集成的LED驱动器。照此，现成的为大容量“服务器场（server farm）”设计的AC/DC电源可以被使用，而12V电力电缆能够延伸到UV LED灯头模块，而不是远程地进行DC/DC和延伸较大直径的（较小规格）5V电力电缆到UV LED灯头模块。在利用集成的高功率密度LED驱动器的实施例中，它们能够被安装到有介入的热传导合成物或单片接口材料的主灯体，以便传导和/或散逸来自该驱动器组件的废弃的热进入该形体，在该形体上，废弃的热被冷却该LED阵列的相同的冷却剂流体带走。

在一些实施例中，工厂和/或现场可更换的宏反射器被采用，该宏反射器可以通过提供不同性能特征（如，高辐照度、强聚焦；对聚焦的短工作距离、长工作距离；要求大景深同时维持高辐照度的应用；以及非常大的广角、更均匀的辐照度应用），对特定应用被定制。

在下面的描述中，许多具体细节被阐述，以便提供对本发明实施例的完整理解。但是，本领域熟练的技术人员应当明白，本发明的实施例无需这些具体细节中的一些也可以被实施。

值得注意的是，虽然本发明的实施例可以就UV LED系统方面被描述，但本发明的实施例不被限制于此。例如，可见的和红外的应用理应认为并将从本文描述的基础结构改进中受益。另外，变化的波长能够在相同发光装置灯内被使用，以通过使用UV A、B或C发光装置和可见和/或IR发光装置，模仿汞灯的输出。本发明实施例的高填充因子特征，还使各种不同波长能相互分配（inter-disbursement），同时避免对工件表面的图素化效应，该图素化效应很可能导致有害过程效果。此外，按照各个不同实施例，在宏非成像光学反射器内的波长混合，导致从功率密度和波长混合两种观点看都是均匀的（非图素化的）输出光束。

为简单起见，本发明的实施例可以就LED方面被描述，该LED有阳极侧在底部上，本领域熟练技术人员将认识到，该阳极侧可以在顶表面和/或阳极与阴极二者的触点可以在顶部或底部。这样，本文对阳极的/阴极的结构的引用可以是或可以是相反地（或可以是电中性的），取决于特定的实施方案。同样，倒装片式无导线粘接的LED、导电基片和非导电基片LED芯片（诸如有EPI层在蓝宝石、氮化铝、硅或氧化锌上的那些芯片）、阵列和/或被封装的装置，都可以被考虑。该EPI层可以选自氮化物、氧化物、硅、碳化物、磷化物、砷化物等等的组）。

术语

贯穿本申请使用的术语的简单定义，在下面给出。

词组“平均辐照度”，一般指跨越投射到工件上的输出光束图形宽度的辐照度值，其中该辐照度值在该输出光束图形每一侧下降至实质上的零。在本发明的实施例中，在离窗口2mm，UV LED灯头模块产生约32W/cm²（范围是40-80W/cm²）的平均辐照度。在本发明的实施例中，在离窗口53mm，UV LED灯头模块产生约6W/cm²（范围是8-15W/cm²）的平均辐照度。

术语“连接”、“耦合”、“安装”和有关术语，是按操作的意义被使用的，而不一定限于直接连接、耦合或安装。

词组“扩散粘接”，一般指类似于焊接的接合金属的方法，但只依靠相互扩散进对方表面作为“焊接”的手段。例如，扩散粘接过程可以粘接通常大体上类似的材料的层，这是凭借把它们夹紧在一起，有时用氧抑制电镀诸如镍，并使该层经受极端高的约1000度C温度（范围是500-5,000度C），从而在分子层面上使表面混杂而形成大体上单片材料，其中晶粒被混杂而常常是该粘接线大体上与大块材料不可区分，且扩散粘接的材料的性质与大块非扩散粘接材料在热传导性和强度方面大体上没有不同。扩散粘接与烧结有一些相似性。微米量级的银电镀的薄层也可以被采用，以利于层的容易粘接。该后一过程与焊接有一些相似性。

词组“直接安装”，一般指其中没有实际介入的和/或阻热的层被引进将被附着或被附加的该两物件。在一个实施例中，LED阵列被安装于公共阳极基片，该基片由微通道冷却器的有薄焊料层的表面提供。这就是词组“直接安装”意图含有的意思的例子。于是，LED阵列应当被认为被直接安装于公共阳极基片。阻热层的例子包含大块基片材料、箔、薄膜（介电的或导电的），或被引进将被附着或被附加的该两物件之间的其他材料（薄焊料层除外）。

词组“高辐照度”，一般指大于4W/cm²的辐照度。按照本发明的实施例，可达到的峰值辐照度水平约为目前技术状态的UV LED固化系统水平的十倍，同时维持LED的高效率和长寿命二者。如下面进一步的描述，按照各个不同实施例，工件上的辐照度大体上没有当前UVLED固化系统中发现的有害的图素化和/或间隙。同时应当指出，大多UV LED灯制造商测量窗口上的峰值辐照度，而在本文描述的各个不同实施例中，是在工件表面上测量。在窗口上的测量实质上是没有意义的，因为工件通常不被定位在窗口上。

词组“高填充因子LED阵列”，一般指其中的LED被致密地分隔，且LED超过LED阵列表面面积的50%（常常超过90%）的LED阵列。在本发明的一个实施例中，LED阵列内的LED被边到边小于20微米分隔，并在一些实例中是边到边10微米，边到边距离的范围从1到100微米（零微米间距可以对完整的单片LED被考虑）。无机的以及大体上有机的LED二者都被考虑。

词组“在一个实施例”、“按照一个实施例”之类，一般的意思是指接着该词组的特定特性、结构、或特征，被包含在本发明的至少一个实施例中，并可以被包含在本发明的多于一个实施例中。重要的是，这样的词组不一定指同一实施例。

术语“辐照度”，一般指到达每单位面积表面上的辐射功率（如，瓦或毫瓦每平方厘米（W/cm²或mW/cm²））。

词组“发光装置”，一般指一个或多个发光二极管（LED）（发射大体上非相干光）和/或激光二极管（发射大体上相干光），不论它们是边缘发射器或面发射器。在本发明的各个不同实施例中，发光装置可以是封装的或裸的芯片。封装的芯片指不由裸芯片构成的装置，但常常也由芯片被安装（常常被焊接）其上的基片构成，以有利于建立轨迹，用作电输入和输出的电流路径和热学路径，以及常常用于附着透镜和/或反射器的装置，反射器的例子是Lexeon Rebel，可从美国的Philips购得。按照一个实施例，裸发光装置芯片（即，直接从已经外延生长p-n结的晶片切下的芯片）被直接（没有附加的显著阻热层）粘接（常常是焊接）于至少一层高热导率材料（选自铜、Glidcop、BeO、AlN、Al₂O₃、Al、Au、Ag、石墨、金刚石等的组）的扩散粘接层，该层自身在本发明的各个不同实施例，常常是形成单片扩散粘接微通道冷却器结构的多层叠层。该叠层不一定必须是扩散粘接的，作为粘接过程，可以从焊接、铜焊、胶合等等选定。

词组“发光二极管”或缩写“LED”，一般指含有p-n结（该结在p型半导体和n型半导体之间）的半导体装置，该p-n结被设计成通过称为电致发光的过程，发射电磁波频谱内特有窄频带的波长。在一个实施例中，LED发射非相干光。

词组“低填充因子LED阵列”，一般指其中LED被稀疏地布置且不超过LED阵列表面面积约50%的LED阵列。

词组“低辐照度”，一般指大约20W/cm²或更低的辐照度。额定小于4W/cm²的UV LED系统，通常不足以用于大多数固化应用，按住（pinning）（如，油墨固着（ink setting））除外。

词组“宏反射器”，一般指高度大于或等于5mm的反射器。在一些实施例中，宏反射器可以范围从5mm一直到超过100mm。

如果说明书声称某一部件或特性“可以”、“能够”、“可能”或“也许”被包含，或有某一特征，则该特定部件或特性不要求被包含和有该特征。

词组“峰值辐照度”，一般指横跨投射在工件上的输出光束图形宽度的最大辐照度值。在本发明的实施例中，在离窗口2mm，UV LED灯头模块能够达到约84W/cm²（范围是50-100W/cm²）的峰值辐照度。在本发明的实施例中，在离窗口53mm，UV LED灯头模块能够达到约24W/cm²（范围是10-50W/cm²）的峰值辐照度。

词组“辐射能量密度”，“总输出功率密度”或“能量密度”，一般指到达每单位面积表面上的能量（如，每平方厘米焦耳或毫焦耳（J/cm²或mJ/cm²））。

术语“响应”包含完全地或部分地响应。

词组“总输出功率”，一般指以W/cm为单位的输出光束图形长度的合计功率。按照一个实施例，在离窗口2mm，由每一UV LED灯头模块产生的输出光束图形长度的总输出功率约为20.5W每cm。按照一个实施例，在离窗口53mm，由每一UV LED灯头模块产生的输出光束图形长度的总输出功率约为21.7W每cm。

词组“超高辐照度”，一般指工件上大于50W/cm²的辐照度。在一个实施例中，UV LED灯头模块能够在短工作距离（如，~2mm）上，达到大于100W/cm²的峰值辐照度。有鉴于LED的快速进步的功率输出和效率，有理由期望在未来10年中，峰值辐照度可获得大于一个量级的改进。这样，一些今天的高辐照度应用将以空气冷却的LED阵列实现，而其他应用将利用或能凭借这些更高辐照度，用于更快、更硬或更完全的固化和/或使用较少的光引发剂。另外，在本发明各个不同实施例的情况中唯一的，是提供超高峰值辐照度、超高平均辐照度、超高总辐照度（剂量）和被传递到工件的剂量的浓度（与现有技术相比）的能力。

词组“UV固化过程”，一般指其中光引发剂（PhI）将首先吸收UV光，使它进入受激状态的过程。PhI将从该受激状态分解为自由基，该自由基其后开始光聚合。但是，总有一定量的氧（1-2mM）在该UV可固化配方中。因此，来自PhI光分解的初始自由基将与氧首先反应，代替与（通常是丙烯酸盐）的单体的双键反应，因为PhI自由基与氧的反应速率比与丙烯酸盐的双键反应速率约快105到106倍。此外，在UV固化的十分早期阶段，空气中的氧也将扩散进被固化的膜并同样与PhI反应，该反应导致主要的氧抑制。只有在UV可固化膜中的氧被消耗之后，光引发的聚合才能够发生。因此，为了克服氧抑制，要求在非常短的时间周期内有大量的自由基在被固化膜的表面上，即，要求高强度的UV光源。对特定配方的UV光强的吸收，依赖于UV光的波长。用数学方法，被吸收的UV光强（Ia）由Ia=I0×[PhI]给出，这里I0是来自UV光源的UV光强，而[PhI]是光引发剂的浓度。在相同的[PhI]水平，增加I0将增加Ia，从而降低氧抑制。换句话说，通过使用高I0的光源，较少的[PhI]能够被使用，该[PhI]通常是配方的最昂贵部分。UV光的吸收遵从周知的Lambert-Beer定律：

这里

是PhI熄灭或吸收系数，c是PhI的浓度，而d是样本（待固化的膜）的厚度。从下面的表中可见，PhI光吸收的效率极大地随波长改变。在该情形中，在254nm，吸收光的效率比在405nm高出20倍。因此，如果在400nm的UV LED光强，能够按100倍于在更短波长上的典型固化功率（~100W/cm²）被提供，则在光吸收中光引发剂的效率差能够降低氧抑制。

在254nm上，1.95×104

在302nm上，1.8×104

在313nm上，1.5×104

在365nm上，2.3×103

在405nm上，8.99×102

图2A-C按照本发明的实施例，分别提供超高亮度UV LED灯头模块200的等角投影图、正视图和侧视图。按照一个实施例，超高亮度UV LED灯头模块200产生超高辐照度。超高亮度UV LED灯头模块200可以被用于,除别的外，光聚合、或固化油墨、涂层、粘接剂如此等等。取决于应用，UV固化系统（LED UV发射系统）（未画出）可以被形成为包括一个或多个UV LED灯头模块200和其他部件，包含但不限于LED驱动器（在UV LED灯头模块200的内部或外部），一个或多个冷却系统，一个或多个主AC/DC电源系统（如，可从Lineage USA或美国的Power-One购得，它有大约90%（或更大）的效率和重约1公斤），一个或多个控制模块，一根或多根电缆，以及一个或多个连接器（未画出）。

按照一个实施例，UV LED灯头模块200的高亮度允许输出光束（未画出）的可能光学性质的范围，包含：有高功率密度（如，每cm输出光束图形长度~20.5W（范围是10-30W））的窄宽度（如，~.65cm（范围是.1到2cm））；有更更大景深，或较短或长的工作距离（有或没有更大景深）的更宽宽度（如，~3.65cm（范围是3到10cm））；或甚至非常宽的角度/大面积光束输出图形（有或没有更大景深）。有横跨光束图形宽度（以及光束长度）的均匀辐照度的输出光束图形可以被考虑。

如下面进一步的讨论，按照本发明的实施例，该高亮度起因于高填充因子（超过50%，且常常超过90%）的LED阵列（未画出）和该LED阵列操作在高电功率密度，该高电功率密度导致高辐照度的输出光束。该高电功率密度导致高热密度（由于电到光转换损失），该高热密度经过下面详细描述的各种不同的新颖方法被有效地管理。

最终，该UV LED灯头模块200被意图取代不仅目前技术状态的UV LED灯，而且取代目前技术状态的汞灯，因为该唯一地高的辐照度和灵活的光学输出光束性质，允许高亮度的源。UV LED灯头模块200也被考虑成为“绿色技术”，因为它不含汞，且电学上还非常高效。该效率部分地从与含汞灯相比的LED固有效率得出，而且还部分地从下面描述的冷却技术得出，该冷却技术在LED结和冷却液体（经由入口冷却管203被引进UV LED灯头模块200，并经由出口冷却管204从UV LED灯头模块200被排出）之间提供非常低的热阻，由此建立LED装置高效操作需要的低的结温。

在该图中，UV LED灯头模块200的外壳202和反射器201被示出。按照各个不同实施例，UV LED灯头模块200的外壳202约80mm长×38mm宽×125mm高。新颖的容易交换和现场可更换反射器201的长度，是对给定应用被选定的，大体上在数十到数百毫米的长度范围，但该反射器通常约长100mm，并提供范围在0-1000mm，但通常是2mm到53mm的工作距离。

按照本发明的实施例，UV LED灯头模块200被设计成供单独地使用，或与一个或多个其他UV LED灯头模块串联地组合使用。如在下面进一步的描述，多个UV LED灯头模块200容易沿长度被串联地配置，例如，从一个灯头（模块）（如，80mm）到或许100个灯头（模块），长度为8,000mm。多个UV LED灯头模块200也可以沿宽度被串联地配置。按照一个实施例，UV LED灯头模块200按长度方式串联组合的独特特性是，输出光束在每一接口点上不含有大体上可察觉的辐照度损耗，灯头（模块）在该接口点上彼此串联地端到端对接，以便即使在短工作距离（如，~2mm）的应用中，也在工件表面上产生长的输出光束图形。

如在下面更详细的描述，在一个实施例中，反射器201是工厂可交换且最好还是现场可更换的。反射器201可以是被切削并抛光的铝、铸造、被挤出的金属或聚合物，等等，或注射式模铸。反射器201可以有银涂层和可以有涂层的介质层叠。反射器201可以有使用淀积过程（如，ALD、CVD、溅射、蒸发、溶胶-凝胶）的单层保护介质涂层。反射器201可以被机械地或电解地抛光。可以预期，多个UV LED灯头模块200可以经常需要在长的长度应用中被端到端地放置，类似于宽格式打印。在这些情形中，理想的是，由反射器201建立的被投影和/或被聚焦的光束，沿整个光束路径有几乎均匀的辐照度，特别是在端到端配置的UV LED灯头模块200和/或LED阵列之间的区域中，以便工件的涂层、油墨、粘接剂等等被均匀地固化。应当指出，由于本发明实施例提供的高辐照度，涂层和油墨等等可以在它们中有大体上较少的光引发剂，或者实质上没有光引发剂并按类似的物质对E-光束固化，因为电磁能量以充足剂量被供应，使该材料固化，无需任何感觉得到的光引发剂帮助。

在各个不同实施例中，UV LED灯头模块200的辐照度能够在短的工作距离（如，~2mm）应用，诸如喷墨打印中，超过100W/cm²，到在长的工作距离（如，50mm+）应用，诸如透明涂层固化中，超过25W/cm²。按照一个实施例，光束宽度能够变化，以满足各种不同应用和操作条件，从约1mm宽到100mm宽或更多，而该长度，如先前的陈述，能够如一个灯头（模块）的宽度一样短（如，80mm）到如100个灯头（模块）一样长（如，8,000mm）或更长。应当指出，如果聚焦反射器或光学装置为了影响该光束形状而被采用，光束的长度可以比UV LED灯头模块200的长度更短。外部折射或偏折光学装置也被考虑。取决于特定的实施方案，UV LED灯头模块200的长度范围可以从数十直到数百毫米的长度。LED可以是从约.3mm²到4mm²或更大范围，且它们可以是矩形，沿单一长的行、多个长的行或单片取向。

按照本发明的实施例，LED阵列330的效率通常远超过10-20%，而整个系统效率（包含热交换器或冷却器、泵和电源损耗）常常远超过5-10%。

简要地回到入口冷却管203和出口冷却管204，这些冷却管可以例如由挤出的聚氨酯、乙烯树脂、PVC（可从美国的Hudson Extrusions购得）等构成，并可以是~5/16英寸ID和~7/16英寸OD。在一个实施例中，管203和204是有高抗拉强度和低潮气吸收的聚氨酯。可从美国的Swagelok购得的管装备，或来自美国的John Guest的装备，可以被采用。视使用环境而定，最好使用多于一个入口冷却管203和出口冷却管204，诸如或许~4个较小入口管线和~4个较小出口管线（未画出）。这样可以促成较少的有更小弯曲半径的笨重单元，并可以允许略微更均匀分布的冷却剂流体通过微通道冷却器（未画出）；但是，UV LED灯头模块200内深的主入口和出口通道（未画出），在进入和退出更可取的微通道冷却器通道（未画出）的点上，实质上消除了压力梯度。在一个实施例中，冷却剂在1-100PSI之间，而最好是在约15-20PSI之间，温度为约5-50摄氏度（C）之间，而最好是在约20度C，经由入口冷却管203进入UV LED灯头模块200，并在温度为约10-100度C之间，而最好是在约24度C，经由出口冷却管204退出。

按照一个实施例，来自UV固化系统各个不同内部部件（如，LED驱动器PCB和LED阵列）的废弃的热，可以被散逸进入灯体（未画出），并被冷却剂流体带走，到达热交换器和/或冷却器。示例性冷却器可从美国的Whaley购得。在一个实施例中，该冷却器利用高效涡旋式压缩机（可从美国的Emmerson购得）。依赖于使用模式，该冷却器可以是“分离”变型，其中的蓄冷器（reservoir）、泵、蒸发器和控制器被定位在容纳UV固化系统的建筑物之内，而其余部件，诸如涡旋式压缩机、风扇、冷凝器等等被定位在该建筑物之外（如，在该建筑物的屋顶或侧面）。应当指出，对一个或多个UV LED灯头模块200和/或电源部件二者，许多或所有冷却器或热交换器部件，可以按串联或并联或组合操作。作为例子，一个大的冷却器可供有一个或多个泵和或蓄冷器的多个UV固化系统使用。举例的用于水到空气的热交换器单元可以从美国的Lytron获得。任何冷却溶液可以使用旁路设备，以便不同压力或流率可以同时通过蒸发器和微通道冷却器。

按照一个实施例，该冷却液体（冷却剂）包括水。该冷却剂还可以含有一种或多种生物污垢抑制剂、抗菌杀菌剂、腐蚀抑制剂、防冻材料（如，乙二醇）和/或用于增强热传导的纳米粒子（如，铝、金刚石、陶瓷、金属（如，纳米铜）、聚合物、或一些组合），且该冷却剂系统可以含有膜片压缩机（contractor）、氧吸气器和微米过滤器。为增强热传导率和/或热传输的双重目的，被UV灯能量激发的纳米粒子，诸如二氧化钛，由于产生Photo-Fenton过程，消除诸如真菌之类的生物材料。膜片压缩机有效地降低水中的CO₂并帮助铜微通道表面的最佳防腐蚀维持最佳的pH。

在一个实施例中，滑动的叶轮泵（可从意大利的Fluidotech购得）可以被采用。它有大于~4GPM的流率和高达~60PSI的压力。该流率非常适合结合本发明各个不同实施例描述（如4个或更多80mm UVLED灯头模块200串联）的微通道冷却器基础结构。该泵还非常静寂、紧凑、耐用和高效，因为它只消耗~.25KW。在各个不同实施例中，冗余的冷却剂泵可以被采用，以降低单点失效的机会。平均流率可以是约.75GPM（范围是.1到10GPM）每灯头。

图3A-3B提供图2A的UV LED灯头模块200的剖面图。根据这些视图，能够看到包括反射器201的光学反射器层350被安装于形体305，该形体305被封闭在外壳202内。按照一个实施例，形体305由铜或介质聚合物材料（如，PEEK；Torlon；LCP；丙烯酸树脂；聚碳酸酯；以填充物，诸如石墨、陶瓷、金属、碳、碳纳米管、石墨烯、纳米大小或微米大小碎片、管、纤维等等潜在性填充的PPS）构成。这些被填充的树脂中的一些可从罗得岛州的North Kingstown市的Cool Polymers购得。灯体305可以用5轴磨床或注射模铸加工。另外，形体305可以被注射模铸和任选地被再次磨削或钻削。如在下面进一步的描述，各种不同部件可以被直接地或间接地安装于形体305，包含但不限于：外壳202、反射器201、LED阵列303、微通道冷却器（最好形成LED阵列303的公共阳极基片的一部分）、阴极爪321和阳极汇流形体315a-b、以及一个或多个LED驱动器印刷电路板（PCB）310，该印刷电路板最好是金属芯PCB（MCPCB）的，而该阳极汇流形体315a-b可以作为该MCPCB的金属芯（a/k/a公共阳极后平面）。

在本发明非限制性例子中，形体305有形成其中的主入口灯体冷却液体通道360和主出口灯体冷却液体通道361，二者都通过形体305的长度。主入口灯体冷却液体通道360经由形体305基座中形成的第一冷却剂入口（未画出），与入口冷却管203液体连通。主出口灯体冷却液体通道361经由形体305基座中形成的第二冷却剂入口（未画出），与出口冷却管204液体连通。通道360和361被做成一定大小，使冷却剂大体上均匀地流动通过被布置在其间的微通道冷却器（未画出）。在一个实施例中，该第一和第二冷却剂入口可以在形体305的基座的相反端上，彼此相错地跨越，或其某些组合，以利于冷却剂均等和均匀流动，从主入口灯体冷却液体通道360，通过微通道冷却器，到达主出口灯体冷却液体通道361。在另外的实施例中，多个入口灯体冷却液体通道和多个出口灯体冷却液体通道可以被使用。

在一个实施例中，通过微通道冷却器的流量平衡，是凭借设计该初级冷却剂入口和出口多重通道被获得的，这些通道平行于LED阵列330的纵轴排列，通过扩展通道深度到一定程度，通过用非常深的通道从入口端口展开或向出口端口收窄，使接近通道顶部（最接近微通道冷却器（未画出））的冷却剂压力差已经沿通道的整个长度达到接近稳衡点，以达到沿它们的长度几乎均一的压降水平。换句话说，极其深的通道360和361给予冷却剂充足的时间、水力阻力和表面拖曳力以便沿微通道冷却器的长度展开，并在接近其中每一通道的顶部，达到小的压力差，导致通过LED阵列330下面的每一微通道的均衡流动。

按照一个实施例，LED驱动器PCB 310的子组件部件，包含但不限于：LED驱动器控制器IC（未画出，它也可以是DC/DC转换器系统的一部分）、FET 312、栅（未画出）、电感器311、电容器（未画出）、电阻器（未画出）和阴极汇流条304a-b。如上面所指出，在一个实施例中，LED驱动器PCB 310是金属（芯）基片上多层金属箔（如，铜）/介质层（如，MCPCB）（可从加拿大的Cofan购得），并被耦合（如，经由螺钉固定）到有介入的导热合成物的形体305，以便使来自驱动器组件的废弃热散逸进形体305，在形体305上，热被通过主入口灯体冷却液体通道360和主出口灯体冷却液体通道361的冷却剂流体带走。在本例子中，通道360和361在形体305中扩展足够深以向大体上在FET 312和电感器311下面的区域提供冷却，那里显著量的废弃热被产生。通路可以被用于在电学上连接该多层金属箔层。

在一个实施例中，含有表面安装电学部件和其他半导体部件的LED驱动器组件PCB 310a-b，是至少90%高效的。示范性高电流能力和高效的LED驱动器IC（未画出）可从美国的NationalSemiconductor购得（如，零件LM 3434或LM 3433或大体上等效的零件）。美国的Linear和Maxim也制造类似的零件。LED驱动器IC（未画出）是半导体结p-n含有装置，最好是硅基的，它允许更高电压/更低电流输入的反向变换，被变换为适合于本发明各个不同实施例中需要的高电流LED驱动条件的更低电压和更高电流。PWM可以被采用。

LED阵列330的单独LED或LED的组，被LED驱动器PCB310a-b对应的段驱动。例如，UV LED灯头模块200每侧17个LED的4个组，每LED被约3A（范围是.5到30A）和约4.5-5V（范围是2-10V）驱动。在这样的实施例中，LED阵列330包括68个LED在2行LED中（总数136），相对的LED组按每LED约3A被对应的LED驱动器IC在电学上驱动和/或控制，导致每UV LED灯头模块200约2kW的输入。另一个非限制性例子将是16个LED在15个组×2中，它可以每组被约4V和40A（范围是1-10V和1-500A）驱动，而只有约12V的输入到该LED驱动器PCB 310a-b。

在一些实施例中，由于表面安装电学部件和其他半导体部件的高效率，定制的金属芯PCB（MCPCB）能够被构造成使它们可以，最好用螺钉或其他装置被固定于形体305的侧面，并通过接口材料和进入导热形体305被传导式冷却。废弃的热最终被通过该形体305的冷却剂流体的对流输运移除。例如，两个LED驱动器PCB 310a-b，各在形体305的一侧，可以被构造在2.5mm（范围是1~10mm）厚的铜芯板上，该铜芯板有约4~12mil导热介质材料层（可从美国的Thermagon和/或加拿大的Cofan购得）。在一个实施例中，高导热介质层被置于LED驱动器PCB 310a-b的铜金属层（如，1-4oz铜箔层）之间，该LED驱动器PCB 310a-b被固定于形体305。每一LED驱动器PCB 310a-b（如，×2）可以有4段电绝缘的阴极段对应于4组被柔性电路段绝缘的LED的位置（该柔性电路的4段在图6的剖面分解图中被示出-其中两段被相对的LED驱动器PCB 310a-b驱动）。在一个实施例中，该LED驱动器PCB 310a-b和柔性电路段被彼此垂直布置。另一个非限制性例子是，形体305的每一侧有一个LED驱动器PCB 310a-b，以4个分开的被定位在每一PCB上的LED驱动器控制器IC被固定每一侧（总数8个LED驱动器控制器IC，总体上每（如，80mm长）UV LED灯头模块200能够被驱动到高达约2kW或更大）。又，通过固定LED驱动器PCB 310到形体305的两侧，来自LED驱动器PCB 310a-b的废弃的热可以被散逸进形体305和被冷却剂流体带到热交换器或冷却器。在一个实施例中，导热脂或其他合成物可以被放置在LED驱动器PCB 310a-b和形体305之间。在另外的实施例中，LED驱动器PCB 310a-b可以按非热高效方式附着到形体305而通过风扇被对流式冷却。

按照一个实施例，公共阳极基片层317被夹紧在阴极爪320a-d及321a-d和阳极汇流形体315a-b之间。单片U形公共阳极由阳极汇流形体315a-b（它们大体上相互平行）和公共阳极基片层317（它大体上垂直于阳极汇流形体315a-b）形成。在另一个实施例中，公共阳极基片317和阳极汇流形体315a-b可以形成单片矩形或正方形公共阳极。

在一个实施例中，阴极爪320a-d和321a-d的一个表面大体上平行于公共阳极基片371的阴极部分，而另一个表面大体上平行于LED驱动器PCB 310a-b的顶表面，从而允许在这两层之间制成电接触。关于形成公共阳极基片层317的组件的更多细节，包含用于固定阴极爪320a-d、321a-d、阳极汇流形体315a-b的安装机构，在下面提供。

在本例中，反射器201是大的（宏观的：如，高度为数十毫米）、模块式的、有显著地比入射孔径351或出射孔径353更宽的中部352的非成像反射器结构。这样的结构，非常适合如下的打印应用，那里从工件到反射器201的短投射距离（如，2mm）和高辐照度（如，大于~50W/cm²）有利于高过程速度、固化硬度和固化完整性（无粘连）。

在一个实施例中，反射器201捕获并控制约90%或更多（范围是50-99%）的由LED阵列330发射的光，而细长反射器201的每一半都是椭圆，有焦点在投射到工件的光学图形中心线的相对侧上，结果是增加的峰值辐照度优于传统的共享焦点（沿投射的光束的中心线）设计方案。合成的椭圆或其他合成的抛物形形状也可以被考虑。在一个实施例中，反射器201被设计成有约80度（范围是45-90度）的大角度范围。

本发明的实施例通过产生高峰值辐照度和高总输出功率（如，每UV LED灯头模块200约184W）二者，探寻产生高质量的固化（如，100%或接近100%），因为光引发剂能够是有毒的（并且昂贵）和未固化的油墨、涂层、或粘接剂是不受欢迎的。如上面所指出，高辐照度导致更快、更深和更硬的被固化材料。因此，本发明的实施例探寻获得的峰值辐照度水平，约十倍（或更多）于当前技术状态的UVLED（或汞灯）固化系统所公开的水平，同时还维持LED的高效率和长寿命二者。

按照一个实施例，反射器201容易工厂交换而最好是现场可更换的，从而允许其他反射器被附着于UV LED灯头模块200的形体305，用于可能满足不同过程目标/参数的不同应用。在本例中，反射器201作为两部分构造的椭圆反射器被出示，那里两个主要部件是一个或多个椭圆的相对侧。反射器201可以在五轴磨床上切削，其后被金刚石磨料研磨抛光，或者它可以是被挤出的金属并且后抛光。或者它可以是无需后抛光的被挤出的聚合物，因为模具腔/挤出压模的在先抛光。如上所述，反射器201可以是模块式设计，这样使诸如要求窄的高辐照度（输出功率密度）的投射会聚光束“线”的平基片上油墨固化的应用，可以使用在产生超高强度线的反射器上的螺栓（bolt）（未画出），而对要求更长的场深的粗糙外形基片上的应用，可以要求专门为该更长的场深（或更长的景深）设计的反射器对（未画出），如在下面更详细的描述，通过简单地松开先前反射器对的螺栓和把新反射器对栓接就位，该反射器对容易与该高强度反射器对互换。类似地，可以为有高强度的长工作距离或在工件上有宽面积光滑强度光束图形，专门配置反射器对。反射器201和公共阳极基片层317之间的定位销可以被采用。

在一个实施例中，更可取的注射模铸聚合物反射器201的内部表面，是有ALD（原子层淀积）保护外敷层的银真空淀积涂层，该保护外敷层由于ALD过程的无针孔性质，是抗腐蚀的。该银涂层可以用各种不同淀积过程（如，ALD、CVD、溅射、蒸发、溶胶-凝胶）被淀积。因为聚碳酸酯是便宜的聚合物反射器树脂，在银被淀积之前，蒸气挡板应当被放置在聚碳酸酯上，以便银涂层面对聚合物反射器基片一侧不允许腐蚀性蒸气（分子）从里向外腐蚀银。低蒸气渗透树脂（如，E48R（美国Zeon Chemicals））可以被考虑。同样，蒸气挡板（如，铜，ALD氧化物涂层）可以另外被考虑，并在银或铝涂层之前被淀积在反射器上。该ALD介质外敷层选自氧化物（如，Al₂O₃）或氟化物（如，MgF₂）或其某些组合的组。另外，反射器201上的HR涂层还能够是注射模铸的聚合物反射器上的介质外敷铝涂层。该介质涂层最好是单层氟化镁或二氧化硅，围绕最适合该应用的波长被调谐到峰值反射率。基于光学干涉的介质层叠可以对任何上述配置被采用，以增加选定波长范围中的峰值辐照度。

本发明的实施例可以采用次级光学装置（未画出）用于光束控制和/或有抗反射（AR）涂层的窗口（如，透镜）340。该AR涂层最好是BAAR（广角抗反射）涂层，因为从出射孔径353发射的角度可以超过45度，如果这种BAAR涂层没有被使用，如此大的角度将经受窗口表面显著的有害反射。用于晒黑床（tanning bed）的耐高UV丙烯酸树脂可以被考虑，但硼硅酸盐玻璃用于窗口340和次级光学装置更为可取。在一个实施例中，窗口支架341把窗口340保持在应有位置，如在下面进一步的描述。按照一个实施例，o形环（未示出）被放在窗口340和反射器201之间。在一个实施例中，反射器201的外壳可以被注射模铸。在各个不同实施例中，惰性气体或多微孔球（可从美国的Zeolite购得）可以被用于控制水蒸气。该蒸气对LED的寿命能够是个问题，所以LED之上不宜采用密封剂。当前技术状态的不允许LED密封剂（诸如高纯硅酮）被采用，因为来自短UV波长的高光子能量的发黄是个问题。来自Schott（德国）的有低碳含量的硅酮密封剂，是此时所知已有的最小发黄的。

为测量从窗口340到工件表面的距离的目的，应当理解，窗口340有内表面（最接近LED阵列330的表面）和外表面（最接近工件的表面）。在本文中，到工件的距离一般是相对于窗口340的外表面测量的。

图3C是图2A的UV LED灯头模块200的最高级等角投影分解图。按照本例，电功率经过阴极电缆205和阳极电缆206向UV LED灯头模块200提供，该两电缆接着分别被耦合到阴极横向板375和阳极横向板376。在本例中，横向板（cross plate）375和376两者都包含垂直于它们的顶表面的管形结构，以通过更可取的焊接连接，接纳对应的电缆205和206。阴极横向板375比阳极横向板376更宽，以提供与阴极汇流条304a-b的电连接，后者又被耦合到LED驱动器PCB310a-b的前表面，该LED驱动器PCB 310a-b一般是被介质分开而最终被这些介质层之一与阳极的公共阳极形体（MCPCB的金属芯）分开的阴极层。阳极横向板376与LED驱动器PCB 310a-b的金属芯（公共阳极的后平面）啮合。在一个实施例中，为增强电流展开的目的，最好可以有被定位在灯基座305相反端的初级阳极电缆206和初级阴极电缆205。

现在，从UV LED灯头模块200的电输入和冷却剂输入端移动到UV LED灯头模块200的光发射端，阴极爪320a-d和321a-d可以起若干作用，包含（i）把电流从LED驱动器PCB 310a-b的阴极侧传送到包含在柔性电路组件中的阴极层，该柔性电路组件被粘接到可更换的单片微通道冷却器组件（如，LED封装件318的一部分）；（ii）把LED封装件318夹紧于灯体305；和（iii）把LED封装件318夹紧于阳极形体315a-b。在一个实施例中，阴极爪320a-d和321a-d向下夹到LED驱动器PCB 310a-b阴极侧上，从而为低阻抗电流流动和低的电接触电阻，形成完整的阴极电学路径。阴极爪320a-d和321a-d可以被开槽，以允许经过竖直（沿光学输出轴）螺钉319的夹紧作用，把隔离器垫圈（O形环）314拉下和压紧，并强迫LED封装件318的公共阳极基片层与阳极汇流形体315a-b接触，从而为低阻抗电流流动和低的电接触电阻，形成完整的阳极电学路径。

与具体实施例有关，阴极爪320a-d和321a-d可以用另外的阴极连接器/各种形式的形体代替，包含但不限于，弯曲的金属箔，印模的弹簧箔，金属模铸的三维几何结构，柔性电路和平的导线。

在一个实施例中，微通道冷却器组件用提供夹紧力的螺钉被夹紧于阳极汇流形体315a-b和/或灯体305。通过松开有效地夹紧并把前述LED封装件318夹在阳极和阴极组件之间的可能的聚合物螺钉，LED封装件381或其某些部分，如，微通道冷却器组件，能够容易地移除并更换。

微通道冷却器在柔性电路被任选地粘接于它之前，或在柔性电路被任选地粘接之后，或刚好柔性电路可以被电镀时，可以用可从美国Superior Plating购得的ENEPIG或ENIG过程电镀。ENEPIG过程的优点是，它是普适涂层，因为无铅焊接部件，以及在LED阴极到柔性电路阴极的导线粘接中使用的金导线，可以被粘接于它上。其他涂层可以被考虑。应当指出，最好是，在延伸到LED焊接区的导线相对端上发现的在柔性电路的顶部导电材料层上，只有整个设备（而不是LED粘接区）有金包含层的区域被找到。在一些实施例中，微通道冷却器组件和阳极形体315a-b可以有出砂孔供阴极导线通过，然后该阴极导线可以被焊接或被螺钉固定在阴极汇流条304a-b中的适当位置。理想的是使用大的芯、大股数、小规格的有极小包皮厚度的导线，这样该出砂孔不必过分地大，从而使整个组件过分地大。低电压降和小的大小之间的良好的折中是10，范围在1-30，有105股的规格导线，可从美国的Alpha Wire和或CableCo购得。阳极和阴极部分可以被电镀用于低接触电阻。此外，如果裸铜被选作任何接触表面，则基于石油的凝胶可以被使用。

在当前例子中，阳极横向板376经由最好是金属螺钉被固定于阳极汇流形体315a-b，该金属螺钉被插入阳极汇流形体315a-b边缘的螺纹孔中。替代的办法是，如果对容易的可更换性和/或拆卸不关心，这种接触可以被焊接。这个替代办法可以在本文描述的其他安装机构的情况中被考虑，诸如阴极爪320a-b和321a-b与LED驱动器PCB310a-b或柔性电路（未画出）的阴极层的的接口。同样，阴极横向板375图示被固定（如，用金属螺钉）于阴极汇流条304a-b，后者分别略微延伸超过阳极汇流形体315a和315b的边缘，以在阳极汇流形体315a-b和阴极横向板375之间提供空气隙，以防止电短路。

在一个实施例中，空气隙（未画出）被提供在横向板375及376和灯体305之间，有若干理由。首先，在一个实施例中，阳极汇流形体315a和315b、LED封装件381的公共阳极基片层、柔性电路的阴极层（未画出）和阴极爪320a-d和321a-d的作用是，按合作方式，通过夹紧或挤紧功能，完成各种不同电接触（阳极到阳极和阴极到阴极）。因此，如果横向板375及376确实与灯体305接触，它们可以卸载阴极爪320a-d和321a-d的固有预加载作用。其次，最好是，灯体305是导热的，而导热的材料有时也导电（如，聚合物树脂中导电石墨填充料、诸如聚碳酸酯或PPS，或贱金属材料，诸如铜、不锈钢或铝）。照此，横向板375和376之间的空气隙在该实施例中的作用是防止短路。在另外的实施例中，灯体305可以是导热和电绝缘的，诸如D5506液晶聚合物（LCP），被填充的电绝缘聚合物可从美国的Cool Polymers购得。

另外，为应力释放目的，横向板375和376可以用聚合物螺钉附着或固定于灯体305。此外，胶质装置和填隙片的使用能够被考虑以易于组装，而产品中计及尺寸容限的层叠能够被考虑。

应当指出，应当认识如下事实，灯体305（如果它事实上是导电的）是与公共阳极基片层317接触的。这样，如果不一样的电势出现在直接接触中，或甚至在十分接近或甚至例如经由液体流的间接接触中，电化学（如，电蚀）腐蚀能够被遇到。因此，用作公共阳极基片层317的材料和用于促进灯体305导热率的材料，应当小心选择。在一个实施例中，铜阳极基片层317与灯体305的石墨填充料被配对。如果形体305是铝而阳极基片层317是铜，这样将例如提出极大的腐蚀问题。

至于灯体305，应当指出，由于高的纵横比和深度，窄的主灯体冷却液体通道360和361，注射模铸可以是最实际的制造手段，但是，灯体305的外表面的牵伸（drafting）将妨碍电接触点的正交性质，在该电接触点上，阳极汇流形体315a和315b按最好是零或90度角与公共阳极基片层317接触，以便提供低接触电阻（即，两个正交光滑表面（板到板接触）对两个按一定角度会合的表面（锐边缘到板接触））。

按照一个实施例，在模铸技术（其中内模具的每一半有模块式手工上料侧）中使用模具，内模具被用于定义灯体305的外封皮和/或特性。当该两半被拉开时，灯体305被弹出，无需牵伸，由于没有牵伸角度，从而使阳极汇流形体315a-b、公共阳极基片层317和阴极爪320a-d和321a-d能实现需要的齐平和平行和/或垂直安装。牵伸的需要，作为两部分构造的结果被消除，这样降低表面面积50%和使模具的刚性加倍，该模具允许两半模具被撬开和该灯体被弹出，尽管事实上模具中没有牵伸，因为在其他因素之中，表面拖曳力在弹出期间与传统单片模具相比有50%的缩减。利用预期的导热聚合物，它们的高导热率要求比传统上使用的更高的模具表面温度（这样树脂不致“冻结”在模具中）。此外，因为当UV LED灯头模块操作期间，没有填充料粒子能够被脱落进入冷却剂，使微通道冷却器可能潜在地变成阻塞，所以甚至更高的模具表面温度，对在树脂基质内建立完全包含填充料粒子的富含树脂的“皮肤”是更为可取的。

另一个与使用传统注射模铸过程有关的潜在问题，是深且窄和高纵横比的主入口及出口灯体冷却液体通道360和361，可以导致用于定义该主入口和出口灯体冷却液体通道360和361的模具的薄的平行板的弯曲。这个问题的解决是独特的，在一个实施例中，是凭借使用竖直注射模铸过程，涉及均衡的多点注入流和压力，为的是不弯曲（变形）形成（定义）通道的金属板。

按照一个实施例，两部分的应变释放夹子306被用于从阴极电缆205、阳极电缆206、阴极横向板375和阳极横向板376移除应力，要不然这些部件上的应变将被传递到易碎的LED驱动器PCB 310a-b。

简要地回到阴极爪320a-d和321a-d，在一个实施例中，为在这些部件之间提供弹簧类型作用的目的，铍铜合金或其他导电金属波纹带，可以被放置在阴极爪320a-d及321a-d和LED封装件318的微通道冷却器组件的电绝缘阴极箔的顶表面之间。这样可以有效地取消较可取的0-80个螺钉的需要，这些螺钉把阴极爪320a-d和321a-d夹紧到箔上。相反，如果向下的力被临时提供以迫使弹簧变平或接近变平，则通过阴极爪320a-d和LED驱动器PCB 310a-b而进入灯体305的垂直螺钉，可以把阴极爪320a-d和321a-d夹紧在适当位置，由此以一个较小的螺钉提供低电阻连接。这个相同的或大体上相同的概念，可以在最接近灯体305后侧的阳极汇流形体315a-b的阳极边缘上被采用，但是，可以考虑大体上单片的波纹铍铜合金或其他导电材料。阳极连杆可以包裹在该PCB周围并有接纳螺钉的垂直槽。焊接剂或导电粘接剂能够常常被考虑，但它们可能影响可维修性的难易。应当指出，通过把LED驱动器PCB 310a-b固定或夹紧在灯体305的侧面，这样做最好使部件按优良的热交流方式配对，从而允许流动的冷却剂冷却LED驱动器PCB 310a-b，因为在一个实施例中，它们有大约.5-1W/cm²+/-的废弃热散逸要求。大于90%效率的超高效率开关电子SMD部件是可取的。在一个实施例中，深的高纵横比冷却剂通道360和361合作地加大表面面积，以降低要求冷却LED驱动器PCB 310a-b的热传导系数，与此同时，添加足够的水力阻力以平衡通过微通道冷却器410的流量。灯体305的薄壁不但降低LED驱动器PCB 310a-b和冷却剂流体之间的热阻，而且允许柔性电路510的阴极箔层513的长度更短（从微通道冷却器410的一端到接近导线接合边缘测量的）。

此外，美国的Lineage将在2011年有白金级传导性（platinumrated conduction）冷却的1000W电源供应市场。这些电源有95%效率，并在原理上将不需要任何冷却剂水用于带走废弃的热，且只使用自然对流。最后应当指出，如果~1100W~12V Power-One前端AC/DC电源被使用，人们可以使用含有约~136个LED（例如SemiLED的~1.07×1.07mm LED的）每~80mm两单元UV LED灯头模块。

按照本发明的实施例，最好是不把LED封装件318或微冷却器组件焊接到LED驱动器PCB 310a-b，因为该方法将降低模块性而增加整体性，净结果是降低可维修性或子部件的更换性。只作为例子，如果LED驱动器PCB 310a-b之一失效，如前所述，可以简单地拧开使用的推荐的注射模铸或切削的聚合物（尼龙、PEEK、Torlon）螺钉，并用修好的或新的板替换。以上所述对较可取的直接粘接于微冷却器组件的LED封装件318同样有效，如在下面进一步的描述。

在涉及UV LED灯头模块200的各种不同部件的组件中，在优选的但非限制性例子中，0-80个螺纹孔可以被安置在LED驱动器PCB310a-b面对光输出方向（就是说，面对微冷却器组件的阳极侧）的边缘中。其次，小的爪形阴极爪320a-d和321a-d最好由铜或铝构造（和切削、模铸、或印模）并在沿LED阵列方向的长轴有相同近似尺寸的聚合体中（单独地，被隔离的LED驱动器PCB 310a-b和/或柔性电路段的相同近似长度）。当LED驱动器PCB 310a-b被上推紧贴（当LED驱动器PCB 310a-b被螺钉轻轻拧到灯体305时，通过LED驱动器PCB310a-b中的槽允许滑动）微通道冷却器的阳极外伸侧，并在其后以分离的螺钉拧紧在灯体305侧面的适当位置时，阴极爪320a-b和321a-b被安置在凸出的阴极的柔性电路段上，而阴极爪320a-b和321a-b的垂直表面被安置在LED驱动器PCB 310a-b的阴极衬垫上它们的相应位置之上。然后，0-80个聚合物螺钉（或有不导电聚合物套和/或垫圈的金属螺钉）被安置通过阴极爪320a-d和321a-d、通过LED封装件318（如，包含微通道冷却器/柔性电路组件）并沿（灯体305的顶部光发射方向）进入螺纹孔和用预设力矩产生螺丝刀单元拧紧。任一实施例可以使用有不导电聚合物套和/或垫圈的金属螺钉或聚合物螺钉。同样的理由，不导电聚合物螺钉或聚合物套和/或垫圈可以被采用，柔性电路510的阴极层513可以被拉回以免与金属螺钉接触，避免任何层的电短路。金属螺钉可以接触并在阳极和/或阴极层之间传送电流。

如果使用聚合物螺钉（它可以在美国Craftech加工或模铸），它们然后被牢固地拧紧，它们于是在微通道冷却器的阳极表面和LED驱动器PCB 310a-b之间、以及柔性电路阴极段的适当阴极表面位置和LED驱动器PCB 310a-b上阴极爪320a-d和321a-d及衬垫之间，完成产生非常低的电阻接触的功能。应当指出，上述大多数或所有拧螺钉和/或固定操作，可以用可取的低融化温度焊料或胶质或其他固定装置完成，但是，为维修性的容易起见，在本发明的各个不同实施例的情况中，螺钉被描述成固定装置。还应当预期，槽可以被安置在LED驱动器PCB 310a-b中，以便槽的每一侧接纳微通道冷却器/柔性电路的凸出部分。柔性电路的凸出部分然后被插入这些槽，并最好在LED驱动器PCB 310a-b被螺钉拧紧到灯体305的侧面之后，最好被焊接在适当位置。还应当指出，由导电材料诸如铍铜合金制成的弹簧接触，它可以最好被用于代替前述可调整的阴极爪。

图4A-B提供图2A的反射器201的底部和UV LED灯头模块200的形体305的顶部的放大剖面图。在这些视图中，LED阵列330和公共阳极基片层317的各个不同方面变得明显。此外，在这些视图中，隔离器垫圈314被画成由多个O形环420形成，而LED驱动器PCB310a-b的可取的多层结构变得可见。

如在下面更详细的描述，在一个实施例中，微通道冷却器410提供公共阳极基片层317。按照一个实施例，微通道冷却器410是扩散粘接蚀刻箔微通道冷却器，包含扩散粘接于箔层（未画出）的热散布器层（未画出），该箔层有在其中蚀刻的各种不同初级入口/出口微通道411和内部微通道（未画出）。虽然微通道冷却确实有其中边界层被压缩的叠层部件，但在本发明的实施例中，冲击冷却（impingementcooling）（如，湍流）可以起因于蚀刻的冷却剂流体路径形状和/或方向的改变。示例性微通道冷却器由美国专利No.7,836,940示出，该专利本文在所有场合全文引用，供参考。满足本文描述的要求的微通道冷却器，可从美国的Micro-Cooling Concepts购得。本领域熟练技术人员将认识到，各种不同其他的冷却方案可以被采用。例如，宏通道冷却和其他湍流流动冷却路径（如，冲击、喷射冲击）或两相/成核沸腾（或一些组合），以及冷却方案都可以被考虑。

按照本发明的各个实施例，一个目的是建立和维持LED阵列330端到端的相对等温状态（如，在约±1度C内的结温且此外普遍~40度C的最大平均结温（范围是30-200度C））。为达到这一目的，本发明的实施例试图使从前到后、顶部到底部、端到端和/或侧到侧通过微通道冷却器410的冷却剂流量平衡。在另外的实施例中，该流量可以被平衡或不平衡，以适应设计需要。冷却剂可以沿选自竖直、水平、正交、平行等等或其任何组合的实际上任何方向，相对于LED阵列330的LED的底表面，以及在下面，通过微通道冷却器410的内部初级和次级通道（未画出）流动。另一种描述通道取向的方式，是相对于p-n结平面，它（在大多数LED中）大体上平行于LED的底表面。

类似地，内部初级和/或次级通道，可以实际上以选自竖直、水平、正交、平行、对角、有角度、旁路、部分旁路等等或其任何组合的多重的任何取向互联，也是相对于LED的底部（或LED的p-n结）。最好是，冷却剂全部或几乎全部（接近100%），最终从主入口灯体冷却液体通道360的顶部（如，主入口微通道冷却器冷却液体通道430b），通过微通道冷却器410，沿正交于或垂直于LED阵列330和/或微通道冷却器410的长轴的方向，流动到主出口灯体冷却液体通道361的顶部（如，主出口微通道冷却器冷却液体通道430a）。在一个实施例中，微通道冷却器410利用被CFD优化的流体路径，以降低流动速度到这样的水平，以致极大地降低磨损。在一个实施例中，约2米/秒的冷却剂速度是可取的，以降低通道的磨损。陶瓷材料可以被用于通道基片，以更进一步消除磨损潜力。

如较早所指出，主入口灯体冷却液体通道360和主出口灯体冷却液体通道361被做成一定大小，这样使冷却剂均匀流动通过蚀刻的箔内部微通道，并由此可取地几乎所有冷却剂沿大体上垂直于LED阵列330长轴的方向，最终结束流动，因为冷却剂的任一指定分子，在主入口灯体冷却液体通道360中开始，最终在主出口灯体冷却液体通道361中结束，如此，实质上每一冷却剂分子最终大体上垂直于LED阵列330的长轴流动（大体上平行于LED阵列330的短轴），因为它横过微通道冷却器410并在LED下面流动。凭借把主入口灯体冷却液体通道360做成非常窄（如，约1-4mm而最好是约2.3mm）的宽度和非常深（如，约1-10,000mm而较可取的是约100mm），产生的水力阻力，有助于均匀微通道流利用均衡的流动通过大体上所有或大多数微通道冷却器410的内部通道的均衡流动，无论它们是初级的、横越的。次级的、多重的等等通道。应当理解，当这些通道沿大体上横向或平行于LED阵列330的短轴，横过LED阵列330下面的空间时，它们可以是曲线的、s弯曲的、用于湍流的凸出、以及或许窄的和加宽的和/或加深的。又，任何给定微通道的取向，能够是相对于LED的p-n结的取向的任何取向（以及流动方向）。

如在下面更详细的描述，LED阵列330，包括发光装置，诸如LED或激光二极管，被安装于微通道冷却器410。在一个实施例中，沿微通道冷却器长度的LED的数量，范围是2-10,000，每一LED的大小是约1.07、1.2、2、4mm正方形(或2x4mm)，范围在.1-100mm。宽度对长度的纵横比最好是约1:68到1:200，但该范围可以是1:10-1:1,000。应当指出，LED阵列可以不是高的纵横比而可以是大体上正方形的、大体上是矩形的、大体上是圆形的或其他几何形状。示例性LED可从美国SemiLEDs购得。SemiLEDs的LED有独特（常常是电镀的）铜基片，被有利地粘接于铜（或陶瓷）微通道冷却器410，从而维持该高热传导率材料的热的和价格优点。按照一个实施例，被采用的LED的大小是1.07×1.07mm正方形，而LED阵列330包括68个LED长乘2个LED宽的阵列。

在本发明的一个实施例中，LED阵列330的LED大体上被安置成电并联，或有至少两个LED并联，最好是在公共阳极基片上。这是连接的非常高热效率的方式，因为在LED基座和基片之间，无需为电隔离目的添加热阻介质层，而在串联配置或串联/并联配置中是必需的。然而应当指出，这些配置的任一种，以及纯串联布置或串联/并联布置，可以在各个实施例中被考虑。虽然介质层大体上可以增加整个热阻，从而升高该装置的结温并有害地冲击输出功率和/或效率，但是应当预期，量级为数微米厚或更小的非常薄的介质层，可以借助诸如原子层淀积被生长，并为串联/并联型布置中电绝缘的目的，在诸如铜的材料之上提供非常低的热阻层。该介质可以选自氧化物、氮化物、碳化物、陶瓷、金刚石、聚合物（ALD聚酰亚胺）、DLC等等的组。

按照本发明各个实施例，一个目的是在LED的外延p-n结之间，或至少最好是裸芯片的底部，维持极端低的热阻，它约为.015K-cm²/W，但范围可以是.0010-15K-cm²/W，而常常约为.024K-cm²/W。要么金属的、介质的、陶瓷的，要么聚合物的层的非常薄的箔、粘接区(bond pad)、轨迹的层等，都可以被考虑，但由于这些附加的层导致热阻的增加，所以不是最佳的，这些层必然导致结温的增加，伴随效率的相应下降。用于降低与外延结构生长和设计关联的降低电流下降的各种措施，诸如更厚的n或p封顶层可以被采用，以及在当前出版的科学杂志发现的并由荷兰Philips及美国RPI雇员授权的其他技术状态措施（如，新的量子势垒设计、缩减非辐射的重组中心等等），和其他（例如见，Rensselaer Magazine,“New LED Dropsthe‘Droop’”2009年3月和Compound Semiconductor Magazine,“LED Droop:Do Defects Play A Major Role?”2010年7月14日，借此在所有场合全文引用二者，供参考）。

照此，按照各个实施例，极端低的热阻路径存在于LED结和蚀刻的（如，化学蚀刻的）箔层之间，该路径在优选的化学蚀刻微通道中含有流动的液体，因为LED被直接安装（最好用2.5μm厚SnCu焊料），而热散布器（如果采用的话）和箔层是薄的，且它们最好不利用介入的介质层。其他蚀刻或光刻或切削过程，也可以在微通道的制造中被考虑。

按照一个实施例，LED阵列330的LED被直接粘接（即，基本上没有介入的层（无论是大块材料、箔、薄膜或其他材料））在LED和微通道冷却器410之间，而不是例如薄的优选预涂覆（如，用溅射淀积措施）到LED底表面的预溅射焊料层。

如在下面更详细的描述，隔离器垫圈314可以由一个或多个O形环420形成，以把公共阳极基片层317与形体305密封，而且还防止冷却剂大体上直接在LED阵列330下面旁路。虽然在该图和其他图中，该O形环420a-c似乎没有被压缩，但应当了解，在实际操作中，它们事实上被压缩以完成它们计划的功能，防止液体在通道之间旁路，或进入外部环境。在本例中，隔离器垫圈314大体上平行于微通道冷却器（无论是竖直地或水平地形成的层）的扩散粘接箔层（未画出）的底表面（与光发射方向相反），并与其在相同的z轴平面中。隔离器垫圈314的横截面最好大体上是圆的，可以由软的硬度计硅酮（durometer silicone）制成，也可以由美国的Apple Rubber制造。在另外的实施例中，隔离器垫圈314的横截面可以是正方形或矩形。

参考本例示出的LED驱动器PCB 310a-b的多层结构，在一个实施例中，约2.5mm厚（范围是1-10mm）并可从加拿大的Cofan购得的铜（或铝、聚合物、被填充的聚合物等等）金属芯PCB板，由多层构成，以保持该PCB的大小为最小。高功率FET及栅驱动器和电感器及电阻器及电容器，可以被安装在最接近该金属芯的最好是美国的Thermagon的层上。事实上，在一些实施例中，该层可以被做成窗口或做成芯，以便该FET（或其他驱动器PCB部件）能够用或不用止动螺钉被直接安装到该金属芯。从美国的National Semiconductor购得的LM 3434或LM 3433（只作为例子）系列LED公共阳极驱动器，同样也可以尽可能接近该金属芯被安装，意思是，极小的介质层厚度（如果有的话）可以存在于该部件和金属芯之间。相等的轨迹路径长度和几近相等的部件间距也可以被考虑，以便有效的电的和稳定的操作。定制缠绕电感器能够极大地增加驱动子组件的效率。该电感器可以按这样的方式被取向，以便有可取公共后平面（如，阳极形体315a-b）的分开的驱动器（如，8个或15个）的磁场，也可以与微冷却器柔性电路组件的公共阳极基片317共享，有利地相互作用以增加可取的恒定电流驱动器（但是恒定电压驱动器可以被考虑，特别是有专用电路的）的效率。脉冲宽度调制（PWM）恒定电流驱动器可以被考虑，尽管由于电流波动，PWM在高电流时对LED寿命有有害作用，但在电感器和LED之间的附加电容器可以被考虑。另外，铁的基片可以被安置在电感器之间，以降低可以是取向和间距相关的电感器或其他部件之间不需要的互作用。最好是，来自印度的VASHAY的屏蔽的、现成的（OFS）电感器能够被考虑。

在灯体306的后侧上（主输入水和电能输入/输出源被定位在该侧），可取的金属（铜、铝、合成物）MCPCB芯能够有拧紧或焊接的连杆（或阳极横向板376）在两个MCPCB（可从加拿大的Cofan购得的、有金属芯的PCB）芯之间，以产生空间和/或强的安装板，用于阳极的单根导线连接，该导线其后延伸到主AC/DC前端电源，后者被连接到AC主电源。

在一个实施例中，LED驱动器PCB 310a-b的金属芯是地电位面–在每一LED驱动器PCB 310a-b上可以有多于一个地电位面。照此，PCB边缘最好被夹紧或焊接到公共阳极基片层317的地电位面。这一步的实现最好是通过令公共阳极基片层317伸展或悬挂在形体305的每一侧上面，以便公共阳极基片层317的阳极侧能够与LED驱动器PCB 310a-b的阳极侧（边缘）接触和电连通，而公共阳极基片层317的阴极侧（如，顶部箔层）最好能够与各个阴极段的适当顶部阴极面积接触和电连通，该阴极段是与LED驱动器PCB 310a-b电连通的。

图5A-B是又一个放大的视图，示出图2的UV LED灯头模块200的有公共阳极基片层317的LED阵列330和它的接口。在这些视图中，LED阵列330的高填充因子，各个LED的电耦合，反射器201基座到LED表面的接近度和柔性电路510的各种不同层都变得明显。此外，在这些视图中，微通道冷却器410的最佳竖直取向箔层变得可见。

按照一个实施例，公共阳极基片层317可以包含：用于传送来自LED阵列330的热的微通道冷却器410，集成蚀刻的封顶层525和固体封顶层530。在一个实施例中，微通道冷却器410的宽度只比LED阵列330略微（如，小于约400微米（范围是50-2,000微米））更宽。在一个实施例中，微通道冷却器410的总宽度约为LED阵列330总宽度的1.2倍（范围是1、1.1、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4到2.5×）。在目前的情况中，计算机模型化建议，把微通道冷却器410的总宽度增加到接近LED阵列330宽度的两倍（2×），则峰值热阻只下降约5%。

微通道冷却器410可以包含热散布器层540（a/k/a热扩散层)(如，约125微米厚（范围从小于500微米、小于250微米、小于200微米、小于150微米、小于100微米、小于50微米、到小于25微米），在微通道冷却器410的顶表面下面，多个初级入口/出口微通道（如，初级入口微通道411）和各种不同入口多重通路，热传输通路和出口多重通路。注意，在目前的情况中，热散布器层540实际提供少量真正的热撒布，但是，它确实提供极端短的热扩散长度（距离在LED底部和微通道冷却器410的最接近热传输通道（未画出）之间）。示例性的热传输通道、它们的取向、流动方向和尺寸，由美国专利No.7,836,940给出，本文引用，供参考。

微通道冷却器410的顶表面可以把微通道冷却器410与LED阵列330耦合。初级入口微通道（未画出）可以被配置成接收和引导液体进入微通道冷却器410内的内部通路，包含热传输通路。热传输通路可以被配置成接收和引导液体沿大体上平行于该顶表面并大体上垂直于各个输入和输出多重通路的方向。该出口多重通路可以被配置成接收和引导液体到一个或多个初级出口微通道（如，初级出口微通道411）。

在一个实施例中，微通道冷却器410可以由多个有在其中形成内部通路和多重通路的蚀刻的箔片（如，箔片520）形成，以便引导冷却剂流体。在目前的例子中，单片微通道冷却器形体，是通过把该组合的蚀刻封顶层525和固体封顶层530扩散粘接到微通道冷却器410形成的。如图5A所示，蚀刻封顶层525的箔层最好比微通道冷却器410的箔层520更厚。在一个实施例中，该封顶层525和530可以被切削。

在一个实施例中，其中的扩散粘接箔层（如，箔层520）被垂直地堆积（与扩散粘接一道），以它们的边缘处于LED的底部以下，如图5A和5B所示，LED最好被直接粘接到竖直取向的微冷却器（有或没有电镀，诸如ENIG或ENEPIG，美国的Superior电镀），并最好是两块被切削的纯（C101或C110）铜块，有镜面化的（匹配的）宏冷却剂流体和/或冷却剂引导通道，“挤紧”竖直地建立的蚀刻扩散粘接的微通道冷却器。每一铜块（它可以在扩散粘接箔的层叠中和本身就是扩散粘接箔的层叠或固体块）在一步中被扩散粘接于竖直堆积的箔微通道冷却器410的相对侧。换句话说，箔层和块最好全在一步中被扩散粘接。得到的层叠然后最好被机器切下，而该组件然后能够被称为微通道冷却器组件，同时，微通道冷却器组件的各部分可以被称为外封顶层部分（525和530）和微通道冷却器部分410。微通道冷却器组件（如，外封顶层部分525和530）最好在进行机器切下过程之前和表面精加工过程（如，电镀过程）之前被钻削。如果为向LED提供可焊接表面和/或向附着在最佳LED顶侧上的LED粘接区的导线提供导线可粘接表面的目的，利用电镀过程，则被切削的供O形环凹槽使用的聚合物平板（最好利用相同的前述隔离器垫圈/O形环设计）最好被提供，它允许微通道冷却器组件被夹紧于该聚合物块并放进电镀槽而不使溶液进入微通道的ID。该过程也可以在最终产品上阳极和/或阴极汇流条304a-b最终被夹紧或焊接的区中，允许非腐蚀性表面被电镀。LED驱动器PCB 310a-b还可以为腐蚀减小和低电压降目的在边缘被电镀。

微通道冷却器组件可以经历淬火或退火或沉淀硬化过程，以便纯硬化铜（它比Glidcop有高出大约10%的热传导率）可以在箔层（如，箔层520）中被使用。纯铜将增强焊料湿润。

在扩散粘接箔层（如，箔层520）被水平取向的实施例中，微通道冷却器410的微通道可以在与LED（如，LED531）的底部同一平面中被蚀刻，这样该初级入口/出口微通道（如，通道411）能够被蚀刻，或甚至在箔层中被切削。微通道冷却器410的内部微通道可以完全由全部或大体上全部扩散粘接箔层（如，箔层520）形成，大体上如同全部层在一起的厚度一样深，和/或停止在接近或就在热散布器层540的底部，都可以被考虑。

现在转到反射器201的定位，最好是，介质垫片层514，诸如聚酰亚胺膜，被安置在反射器201的底表面和微通道冷却器410之间。这样把反射器与微通道冷却器410在热学和电学二者上隔离，以及为来自LED（如，LED 531）的导线（如，导线530）提供正好装配在反射器201下面的空间，并使导线的新月形端固定于最好是含有电镀铜箔层513的金上，该电镀铜箔层513是柔性电路组件510的一部分，被直接粘接于微通道冷却器410。照此，在一个实施例中，介质垫片层514至少如导线（如，导线530）的厚度一样厚。

使用自动芯片粘接器，诸如澳大利亚的Datacon，美国的MRSI，有敲打工具或甚至毛细管工具，导线（如，导线530）能够以降下导线环直到它大体上平行于（而或许在新月形终端点之前甚至碰触聚酰亚胺层顶部的箔层）柔性电路510–聚酰亚胺/铜箔层（a/k/a导电电路材料层）的方式被向下自动敲打（弯曲）。被弄平的导线不碰触阳极表面或LED（如，LED 531）的边缘，因为否则可以导致短路。其他手动和/或自动装置可以被考虑，诸如一种把全部导线在一步中敲打的长的敲打工具，或者有或没有介质涂层的边缘反射器本身可以为该敲打目的被采用。该导线弯曲步骤的根本目的，是允许反射器被安置在非常接近LED的位置（如，至少导线直径以内），并消除与反射器201的摩擦、碰触、或短路。反射器（如，反射器201）最好可以用非成像软件工具，诸如美国的Photopia设计。反射器可以有不同的操作特征，诸如短到长的工作距离，短到长的景深。它们应当易于更换，这样使它们是模块式的并可交换的，且这样使它们向终端用户提供极大的操作灵活性。在一个实施例中，对被配置成用于不同远距离的反射器，反射器201的外部尺寸大体上是不变化的。例如，如在下面进一步的描述，对2mm焦平面优化的反射器，可以有与对53mm焦平面优化的反射器大体上相同的外部尺寸。

反射器（如，反射器201）可以用丙烯酸、聚砜、聚烯烃等等注射模铸。它们可以用有美国DSI的介质增强层的铝和/或银涂敷。它们还可以从聚合物或金属被冲出。应当指出，跨越所有端到端排列（沿长度串联）的UV LED灯头模块200的整个组件长度的单片的两半反射器（reflector halves）201，可以被采用。这些长的反射器在每一端可以有抛光的和涂覆的端盖。它们可以是被5轴车床切削的6061铝和用金刚石和马尾刷抛光（因为反射器可以被抛光），并例如用例如（如前述的所有例子）对390-400nm优化的单层MgF₂或SiO₂涂覆。

本领域熟练技术人员应当想到任一LED阵列330、反射器201和灯体305的长度。如上所述，灯体305的一个可能长度约为80mm。该长度允许LED每侧约6045mil或LED每侧6840mil，两者最好按两行，两行之间约15微米（范围是5-50μm）间隙（如，间隙532）。单行或多行（从1-n）LED可以被考虑。即使沿LED阵列的长轴有更长长度的矩形LED也可以被考虑。沿该长轴，最好有小于25微米（范围是5-100μm）的间隙（如，间隙533）。在一个实施例中，LED阵列330的LED之间的中心到中心距离，约比相邻LED的组合边缘长度长10到20微米。

本发明的实施例考虑到整个z轴层叠的柔性电路510的金属和介质层（减去介质垫片层514），加上导线层厚度（每一导线的直径或每一导线带的厚度），在最佳阴极柔性电路层513之上伸延并延伸到矩形形状阴极导线粘接区534，该粘接区534被出示在LED的可取顶表面上导线的球形焊接下面。

在一个实施例中，总z轴层叠不比LED的厚度（a/k/a LED层）厚多少。在本发明的各个不同实施例中，LED层可以有约145微米的厚度，而厚度的范围从约250微米或更小、200微米或更小、150微米或更小、100微米或更小、50微米或更小到25微米或更小。

在本发明的各个不同实施例中，其中该柔性电路层510包含介质垫片层514，该柔性电路层可以有约7.8mil或更小的厚度，而厚度的范围从约12mil或更小、10mil或更小、5mil或更小到3mil或更小。

在本发明的各个不同实施例中，其中该柔性电路层510不包含介质垫片层514，该柔性电路层可以有约5.3mil或更小的厚度，而厚度的范围从约10mil或更小、8mil或更小、2.5mil或更小到.5mil或更小。

在一个实施例中，总z轴层叠不比LED的厚度（a/k/a LED层）厚多少。在本发明的各个不同实施例中，LED层可以有约145微米的厚度，而厚度的范围从约250微米或更小、200微米或更小、150微米或更小、100微米或更小、50微米或更小到25微米或更小。

在一个实施例中，光学反射器201的底表面是在约为发光装置阵列层顶表面之上导线层的厚度的1-1.5x之间。这样允许反射器201正好装配在紧贴LED的边缘或相对于LED的顶表面之一或二者，从而通过使受反射器201控制的发射的光子数最大化，并使在反射器201下面逃离反射器201的发射的光子数最小化，保持辐照度。靠近LED边缘定位反射器201，还允许在高度方面更紧凑的反射器。反射器201向LED阵列330的这种接近还允许柔性电路510更短长度的阴极层513，这样又允许阴极层513变薄和仍然不用太大阻抗传送高的电流。按照众所周知的光学原理，从LED得到的反射器边缘越长，反射器需要越高。虽然用更高的反射器可以获得略高的辐照度，但更高的反射器在某些实施方案中可以是不实际的。

此外，柔性电路510的制造是便宜的，且非常小型和薄，因此它十分适合在本发明的实施例的情况使用，在这些实施例中，柔性电路的金属和介质层的全部z轴层叠需要被最小化。美国的Lenthor是优良柔性电路制造商的例子。在一个实施例中，柔性电路510可以扩展超过微通道冷却器组件，并可以被连接（直接地或间接地）到外部DC/DC和/或电源。

如更早的描述，本发明实施例的另一个新颖特性，包含：较可取的扩散粘接（虽然这些层可以被焊接或胶结或铜焊）的使用；较可取的蚀刻箔微通道冷却器410最好有至少一个短的侧向蚀刻通道（跨越LED阵列330的短方向（宽度））的高纵横比，这些通道可以热并联和最好按并排方式被排列在长的长度上，其中的冷却剂最好沿大体上平行于LED阵列330的最短尺寸方向，常常是宽度而非长度尺寸方向，跨越并在LED阵列330下面流动。在其他实施例中，冷却剂可以沿LED阵列330和/或冷却器410的长度方向流动，且它可以在一些面积中竖直地（向着LED的底表面）流动。在一个实施例中，许多通道可以在LED的底部下面并非常接近LED的底部流动，该LED只被约125μm（范围是1-1,000μm）的铜，加上焊料的薄层隔开，该焊料被用于把LED直接粘接到公共阳极基片317。此外，多方向的蚀刻冷却剂路径和取向，单独地或成组地，也作为内部热传输通道被描述，这些通道是平行的、垂直的、竖直地或水平地延伸，被连接，或不连接、或二者的组合，相对于LED阵列330和/或LED的底表面的长度或宽度或二者的某些组合取向，可以被考虑。

按照一个实施例，内部热传输通道可以被如下取向，使（i）在LED阵列最短尺寸中的两个或更多邻接的LED，有大体上独立的热传输通道在每一LED下面，和（ii）在这些通道之上的LED被独立地冷却（即，在每一LED下面的该组通道相互之间，或与邻接的LED下面的通道组，大体上没有对流的连通）。因此，该两个或更多邻接的LED被说成热并联地而不是热串联地被冷却。如果通道流体大体上直接在LED下面被混合，或如果某一公共通道直接在两个LED下面经过，将导致热串联。

微通道冷却器410的箔层（如，箔层520）最好大体上是铜的，而它们最好有约1%（范围是1-10%）被分散的陶瓷材料，诸如Al₂O₃并通称Glidcop，这是已知在经受扩散粘接温度后保持它的硬度、强度和形状的材料。现在可用的有几乎与纯铜相同热导率的是Glidcop。

在一个实施例中，微通道冷却器410被构造成高纵横比装置，对应于直接安装的LED阵列330的高纵横比。就是说，冷却器410有比它的宽度更长的长度，LED阵列330沿该长度被安装，而冷却器410本身常常有许多并排的短通道，并有流动的冷却剂常常沿平行于LED阵列330的宽度而垂直于冷却器410的长轴（最大的尺寸）的方向，且这些通道可以有1-n个彼此并排的通道。内部微通道可以被取向以形成多重通道，它们对LED阵列330的长轴（长度）或短轴（宽度）的任一个或二者是平行的、垂直的、水平的和/或竖直的。箔（如，箔层520）然后最好一个被堆积在另一个顶部之上（或在一起），每一通道最好被定位在位于紧接相邻箔上的箔之上或之中的通道下面，无论该相邻箔是否在三维空间中按任一竖直的或水平的或其他角度或被旋转定位取向。在一个实施例中，LED被直接安装到由多层扩散粘接堆积的箔叠层的边缘（当箔被竖直堆积时）形成的表面（如，公共阳极基片）。最好是，在LED阵列330被焊接到该表面之前，由第一片被制成平的箔叠层的边缘形成该表面。

作为非限制性例子，LED可以按两（1-n）行跨越宽度，并按50到300个LED的量级沿该行的长度被安装。行的长度最好约为冷却器410的长度的90%（10-100%）或更多。就是说，LED阵列330尽可能伸延到尽可能靠近微通道冷却器410的边缘。按此方式，在串联连接的UV LED灯头模块200中，没有显著的辐照度间隙。这样的配置在短工作距离（~2mm）的情况中最有利。

最好是，在LED阵列330的LED下面伸延的内部微通道，有近似相等的流量，使LED的结大致是相同温度。对某些专门应用，该流量可以在一些通道中不同，以便更热或更冷地运行LED，特别是，如果LED是不同波长的，如短波长LED可以要求更冷。应当指出，不是所有实施例要求100%的通过微通道冷却器的冷却剂都通过该微通道冷却器的热传输通道。

按照一个实施例，CFD最好被采用以设计形体305基座中形成的主入口和出口冷却剂多重通路，以便按实施前述预期的在微通道中几乎相等流量的需要，加大或减小冷却剂流量。CFD最好用美国的MicroVection实施。加大可以通过使通道更深或更宽或二者完成，或者相反，减小可以通过使通道更浅或更窄或二者完成。所有这些几何形状可以是三维的有简单或复杂的轮廓，或近似直的尖的几何形状。又，说到微通道，它们可以是有需要的不同大小、形状、深度、宽度、数量、中心到中心间隔、蚀刻箔层数量、曲线、突起、弯弯曲曲、鸥翅等等，以便均衡流动和或降低通道和LED结之间的热阻。

图6是图2的UV LED灯头模块200的形体305顶部的分解放大等角投影剖面图，并示出各种不同层。在该例子中，LED阵列封装件318包含，介质垫片层514、阴极层513、介质隔离器层512、粘接剂层511和公共阳极基片层317。柔性电路510还可以包含阳极层（未画出）。如上所述，层511-514可以与Pyralux族产品共同地形成柔性电路510。在一个实施例中，柔性电路510可以不包含介质垫片层514，它可以被粘接到反射器201的底表面，或简单地自由浮动在反射器底表面之间，或被粘接到柔性电路510的顶表面。在另外的实施例中，有刚性介质（如，FR4、陶瓷、玻璃之类）的刚性的柔性或刚性电路可以代替柔性电路510。

在一个实施例中，介质垫片层514和介质隔离器层512，包括聚酰亚胺（如，Kapton，可从美国的DuPont购得）、PEN或PET层。阴极层513最好是铜箔。阴极层513和介质隔离器层512最好形成阴极箔和介质（它在从美国的DuPont购得的Pyralux族产品中被称为“不粘的”）的集成层。如上所述，形成LED封装件318的这些层被挤压在阴极爪320a-d及321a-d和阳极形体315a-b之间。

一种设计选择是把单独的UV LED灯头模块（它在形成系列阵列时，通常要求在同一箱内把灯连接）装进箱和（versus）在UV LED灯头模块内把LED装进箱。具有在单独UV LED灯头模块内装入箱的能力，意思是不需要把单独灯装进箱。如在上面所指出，在UV LED灯头模块200内进行装进箱是优选的一个实施例中，柔性电路510（如，包括电绝缘（分段）阴极层511、介质隔离器层512和介质垫片层514）被采用，以便有能力对LED阵列330的每一LED或LED的组寻址，于是LED可以对Vf、波长、大小、功率等等从1-n的组被装进箱中，从而实质上降低对LED制造商在仅仅一个或少数几个箱中供应LED的要求。按照一个实施例，这些箱（bins）能够约为.1Vf或更小–而最可取的是.05Vf或更小，或甚至.01Vf或更小。取决于特定的实施方案，LED阵列330的LED可以是在仅仅一个或两个大的Vf箱中，这样使阵列中LED的一条或两条长带来自大体上相同的Vf箱。反之，这些箱可以如.00001Vf那样致密。在该例子中，柔性电路层510的分段和或LED驱动器310a-b可以被减少或甚至消除。当非常大体积和或大的LED芯片被生产，且有相当大数量的Vf接近.001Vf或更小的LED可从制造商购得时，这一点可以被实现。

但是，LED驱动器310a-b的分段和柔性电路510允许大批选项按Vf值装入箱，或根本不允许。在本例中，LED阵列330的LED，通过把它们定位在8个柔性电路分段内，被分为8个单独寻址组（其中4个在本视图中是可见的，即，分段611a-b）。在一个实施例中，分段611a-b是通过用光刻法对阴极层513刻图，并把金属箔蚀刻掉以构成电隔离轨迹（即，电绝缘轨迹610）而被形成的。在LED下面的区域中的介质层512，通过激光切削、挖刻（routing）或冲压被移除。

一般说，最合适的UV LED波长是在约360-420nm的范围，而最可取是~395nm。应当指出，波长混合，可以在每一UV LED灯头模块200和较小的组和/或甚至单独LED或二者的一些组合中被使用；可以用粘接到柔性电路510上阴极层513（被刻图的导电电路材料层）的单独导电带（未画出）的导线单独寻址；该导电带（导电电路材料层）最好被光刻成像并最好在它的下面用聚酰亚胺（非导电层a/k/a介质层）蚀刻。该阴极层513常常是铜。

按照一个实施例，隔离器垫圈314（如，单片O形环420）正好装配在被切削或模铸进形体305的凹槽中。如在本例中的叙述，被切削进形体305的凹槽（或密封压盖（gland））形状，可以是粗略地被描述为在拐角中有致密半径的“O”和一部分沿长轴方向延伸通过垫圈的中部。这种较可取的单平面垫圈设计，可能由独特的箔层设计制成，其中微通道冷却器410冷却剂的被蚀刻内部通路，仅在大体上位于LED阵列330下面的部分被发现，而不在围绕大体上落在热散布器周边区的面积的部分。这样允许较可取的单片微通道冷却器组件的底部是平的，并大体上平行于含有隔离器垫圈314的凹槽的灯体305的配对部分。

上面指出的微通道冷却器组件的周边区，最好被解释为大体上存在于冷却剂流体面积外部的区，和/或存在于更可取的“O”形横截面封口下面的区。这种设计的好处是，避免多个封口或有不同z轴平面的封口。实质上，三维（在两个或更多平面上的z轴）配置的封口是不需要的，因为较简单平面形两维（在一个平面上的z轴）封口应当足够。扩散粘接箔层（如，箔层520）在扩散粘接之前，被蚀刻成不仅有热传输通路，而且在本发明的一个实施例中，初级入口/出口微通道（如，初级出口微通道411）也可以被蚀刻。因此，当构成微通道冷却器410的箔520（如，200微米厚），与构成微通道冷却器410通常没有热传输通路部分（如，固体封顶层530和蚀刻封顶层525）的箔，被粘接在一起时，结果产生单片微通道冷却器组件（包含微通道冷却器410），它有平的底侧，被用于压缩存在于较可取的单片微通道冷却器组件和较可取的单片灯体305之间的独特形状的封口。

没有出示的是任选的单片扩散粘接热散布器层（如，约.5mm厚（范围是.1到1mm）），它可以跨在公共阳极基片317的顶表面。

图7是图2的UV LED灯头模块200的反射器201顶部的分解放大等角投影剖面图。按照一个实施例，反射器201是围绕LED阵列330的长度，最好长出数密耳（mil），而该反射器可以包含端盖207a-b。端盖207a-b可以用螺钉和/或磁铁（未画出）固定到反射器201。

在一个实施例中，非常长的反射器可以被采用，这样使80mm的灯模块段被端到端排列，而反射器仍然是单片的，并像或许所有多个1-n个被端到端固定的灯模块那样长。这种固定操作可以对公共的轨道类组件实施。

应当指出，在包含多个灯头模块的UV LED固化系统中，反射器201可以被用于与被定位在灯头模块之间面积中，而尤其是被定位在每一结合的灯头模块上的LED阵列的相应端之间面积中的迷你反射器（如在下面进一步的描述）结合。

在一个实施例中，现场可更换窗口340覆盖反射器201的输出开孔。窗口340最好由有广角UV或可见AR涂层的硼硅酸盐玻璃制成。如果含铁带（如，窗口支架341）被放置在窗口340顶部上，则窗口340可以用一块或多块磁铁342附着于反射器201。磁铁342最好被放置在反射器201中对应的穴口342中。当然，别的把窗口340固定于反射器201的装置可以被考虑，诸如90度角条，该90度角条的一部分在玻璃上包裹并夹紧，而垂直于夹紧表面的有槽部分含有被定位在反射器201一侧的螺钉。在一个实施例中，窗口支架341凹进反射器201的顶表面中，以便提供对准和定位。在一些实施例中，窗口支架341可以用螺钉附着于反射器201。

在一个实施例中，多个UV LED灯头模块200的串联连接，可以通过在孔345中包含垂直取向（相对于磁铁342）的钢销或磁铁促成。另外，该磁铁或钢销（未画出）可以被定位在迷你反射器（未画出）内。

图8是图2被移除端盖的UV LED灯头模块200的反射器201的放大等角投影图。该视图企图示出反射器201的模块性。在该例子中，四个螺钉815的两个被出示，它们把反射器201固定于灯体305。通过简单地移除这些螺钉815，有不同光学性质的新的反射器能够代替反射器201被替换。在本例子中，整体注射模铸的脚（如，脚816）可以被用作迷你反射器（下面讨论）或端盖的对准特征。钢螺钉815可以被用于取向、对准和/或握持这样的迷你反射器在适当位置，如果，例如，该迷你反射器含有磁铁的话（以它们的磁场相对于螺钉815适当取向）。

此外，从反射器底部伸延进微通道冷却器410或反过来的定位销或配对的阴/阳特征，可以被采用，以便易于使反射器201相对于LED阵列330对准。这些销或配对特征可以是注射模铸的反射器的一部分。

在一个实施例中，定位销，诸如销805，可以被用于对准迷你反射器或端盖反射器。螺钉810可以被用于把端盖反射器固定到反射器201。

保护外壳202被出示，它最好是注射模铸的且每一半可以是另一半的镜像。

图9是按照本发明一个实施例的4个互联UV LED灯头模块200a-d的等角投影图。在一个实施例中，每一UV LED灯头模块200a-d可以被设计成被安装到与客户的UV固化设备或机器关联的公共安装轨道（未画出）。为促使UV LED灯头模块200a-d的串列长形集成化（数量从1到n），迷你反射器（如，迷你反射器910a-c）被提供，以允许在工件上获得实质上邻接的光束图形的能力，该工件在各UVLED灯头模块200a-d之间的面积中（如，工件表面上迷你反射器部分910a-c下面的面积），有实质上有不可辨别的辐照度损耗。因为光子能够按任何角度射出LED，某一光子在射出窗口之前横过串联连接的UV LED灯头模块的整个长度，是可能的。

窗口340可以沿长度有物理间隙（如，每320mm假定4个80mm长的UV LED灯头模块200）。在另一个实施例中，窗口340可以是80mm长，这样在320mm中将有三个间隙，每一间隙可以被分开的迷你窗口（未画出）覆盖。分开的迷你窗口可以被安装在这些物理间隙之上并经由磁铁带（未画出）或其他机械紧固带固定，导致防止尘埃或外来材料的入侵。其他的制造商使用折射率匹配液体或粘接剂，但是，如先前所述，这些材料（可从德国的Schott和美国的Dow购得）能够发黄或降质。在一个实施例中，一个或两个分开的迷你窗口和折射率匹配液体和/或粘接剂，可以被采用。

主和迷你反射器可以用它们各自的迷你有槽轨道相互固定，该轨道运行在有迷你反射器在轨道之下的每一主反射器之间和主反射器之间。主反射器被定义为存在于组件中的两半反射器的最长部分，被考虑用于各种不同应用。用于宽格式打印和打底（flooring）的长组件，以及用于诸如手术口罩部件粘接剂固化应用的短反射器可以被考虑。

在与互联的多个UV LED灯头模块的连接中，介入的端盖被移除，而迷你反射器（如，迷你反射器910a-c）代替它被插入将被串联连接的UV LED灯头模块之间。迷你反射器910a-c的作用是在工件上建立均匀辐照度图形和避免缺乏辐照度的面积，否则当串联连接的UVLED灯头模块200被采用时，在工件上建立沿投射光束的长度不同的峰值辐照度。这可以产生有害的过程效果。

为了在LED灯之间提供这种实质上均匀的辐照度，若干新颖的措施可以被考虑。首先，灯之间的反射器端盖可以被移除。两个LED阵列之间的距离可以是~6mm，范围是.1–100mm。小的~6mm反射器子段（如，迷你反射器910a-c）可以被放置在两个主反射器之间，迷你反射器910a-c可以有在体上与主反射器相同的形状。如上所述，迷你反射器910a-c还可以在垂直平面（横跨两半反射器的相对侧）和/或平行平面（平行于两半反射器的相同侧并起把它们连接在一起的作用）中有定位销、螺钉、连杆和/或桁条（未画出）。被螺钉拧紧在适当位置的小的连杆（未画出），可以为机械坚固性和隔离器垫圈314或O形环420荷载的目的，策略地被放置在两半反射器之间。这些连杆，如果被使用，应当是硬的、有最小横截面暴露于LED发射的光子的高模量材料。这将使连杆可以具有的对投射的光束和它的最终在工件上的辐照度均匀性的任何影响最小化，正如人们希望尽实际的可能避免中断或阻挡被发射的光子的径迹。反射器（如，反射器201）最好是分开的两半，以它们被抛光和弯曲部分相互面向地被固定于微冷却器组件，且它们可以有定位销，而用螺钉附件（如，螺钉815）互换反射器可以是容易的，因此有不同光学性质的不同反射器，能够容易地在灯组件之间互换。另外，迷你反射器910a-c能够是无螺钉（无紧固件）的，磁性握住圆柱体可以被采用，以便在机械上把迷你反射器910a-c耦合到主反射器200a-d。此外，把窗口保持在适当位置的磁性（如，激光切割钢）带（如，窗口支架341），可以有定位销（未画出），该定位销可以被模铸进反射器的顶表面和通过孔戳进窗口支架341中，并起定位所有反射器输出部分沿实质上邻接的直线的作用。图7表明，窗口支架341被凹进反射器201的顶表面，以提供附加的对准和定位。迷你反射器可以通过螺钉被附着于灯体305。

现在转到图10A-C，LED阵列封装件（如，被耦合到柔性电路（未画出）和热散布器层1030的LED阵列1015）的另外实施例，现在被描述。该另外的实施例被提供，以示出除别的外，阴极爪320a-d和321a-d的挤紧/夹紧功能，能够用有不同几何形状的连接器实现。在本例中，阴极汇流条，如阴极汇流条1010和单片阳极的灯体1020，把阳极热散布器层1030和阴极柔性电路层1040挤紧/夹紧在一起。此外，孔，如孔1050，可以被形成在这些层中，以允许阳极和阴极导线1051，或有或没有介质套的导电螺钉由此通过。

在一个实施例中，大批并联的（如，大体上LED阵列的所有LED被电并联）高电流密度UV LED（美国的SemiLED）可以被直接安装在公共铜阳极板1030上。单独的LED或组可以被柔性电路（它在按Vf、功率、波长等等装进箱要求方面，对制造的灵活性有帮助）寻址。高纵横比LED阵列（长度比宽度更长，它允许窄的集中的输出光束）、高填充因子阵列（它允许亮度的保持）、模块式宏反射器（它比微反射器控制大得多的光子百分比，并允许终端用户应用于从近的到远的工作距离、功率密度和景深的灵活性）。在一个实施例中，两个有边的矩形的相对的椭圆反射器形状（其中的中心部分比输入和输出孔径更宽）允许非常致密地聚焦的光束。

阳极基片1030被螺栓固定到可更换的灯体1020，该灯体至少有一条液体流体通道（如，通道1045），该通道有低热阻的高热传输系数（这样允许LED在高填充因子阵列中以高电流操作）。此外，阳极板1030（a/k/a子支架）按“抓斗”布置（通过压缩已形成的O形环（如，O形环420a-c）（美国，Apple Rubber Products）提供易于密封的措施和低的热阻，因为液体冷却剂能够密切接触阳极板1030）被附着于灯体（可以被切削或注射模铸的a/k/a下部散热器段）。

单独阴极汇流条（如，阴极汇流条1010）被通过阳极基片1030的螺栓固定，造成与阴极柔性电路1040电接触，而与此同时，紧紧地把阳极1030握住于灯体1020和/或阳极汇流条（使阳极板1030与阴极柔性电路1040在下部阳极汇流条1030和上部阴极汇流条1010之间被“挤紧”生效–该下部阳极汇流条1030实际上是LED驱动器电路板（未画出）的阳极基片1030）

在一个实施例中，反射器1011和阴极柔性电路箔1040之间的Kapton（介质）垫片层，允许把LED连接到阴极箔1040的导线（未画出）在该长的（矩形形状）反射器边缘下面被弯曲，并“清洁”该长的（矩形形状）反射器边缘。如果反射器是铝或有诸如银的金属涂层，LED的组由它们自己的驱动器芯片，诸如LM 3433（美国的NationalSemiconductor）供电，该芯片是DC/DC电源的一部分（允许以变化功率驱动这些组，大多数归因于变化的Vf箱），则该Kapton垫片还使反射器电隔离。

在一个实施例中，没有显著数量的LED被串联连接（因此，单个LED失效不能招致整串失效和电学上无效，不需要负载平衡电阻器）。阳极板1030的底部有化学蚀刻的通道1045供冷却剂流动（因此允许较低热阻），芯片后侧（底部）上的无铅（含锡焊料），允许简单和高度可靠的汽相回流（以确保大量LED被均匀地粘接到阳极板1030）。

在一个实施例中，汽相回流过程涉及汽相烘炉的使用。在一个实施例中，在把微通道冷却器组件置于汽相烘炉中之前，粘性助熔剂（Tack-Flux 7，可从美国的Indium Corporation购得）被用于把LED阵列的LED粘在适当位置。汽相烘炉使用惰性液体，当加热时以蒸汽形式建立非常稳定的均匀热传输媒质。该媒质非常快速地置换热能，并通过凝结该受热的蒸汽，把热传输到微通道冷却器组件。微通道冷却器组件达到的最大温度依赖于该惰性液体的沸点。该沸点必须比焊料融化温度更高。非常等温的温度横过整个微通道冷却器组件被达到，从而建立已知的最可靠和可重复的焊料回流过程之一。

模铸的聚合物螺钉能够通过阳极板1030/柔性电路组件1040中的孔，把阴极汇流条1010附着于阳极基片1030（由于它们的聚合物本性和它们由于使用模铸是价廉的，从而消除任何短路的烦恼），非常柔韧的超高股数导线1011（美国，CableCo）可以被用于向LED传送电流（从而降低抵抗性和应变）。非常柔韧的冷却剂管可以在灯的相对端上（允许纵向冷却剂流动、紧凑的组件和低应力连接），被放进灯体1020（下部散热器）中的孔。

图10B按照本发明一个实施例，示出有宏反射器1001的图10A的另外LED阵列封装件。在该视图中一个阴极汇流条1010被移除，以展示通过该组件上来的阴极导线1011，使之与被移除的阴极汇流条接触（未画出）。

图10C是等角投影图，画出图10A和10B的热散布器层1030的底侧。该视图画出被移除的阴极汇流条1010和被蚀刻进热散布器层1030的底表面的微通道1045，以借助冷却剂流体的有效流动（如，借助于冷却剂液体的湍流（turbulation）），促进通过热散布器层1030的热传输。

现在参考图10D，UV LED灯头模块1099的另外实施例现在被描述。该另外实施例被提供，是要表明，除别的外，被蚀刻的箔片微通道冷却器组件1098、热散布器层1090（约.5mm厚）、阳极汇流条1091a-b、阴极汇流条（如，阴极汇流条1094）、灯体1095内深和长的初级冷却剂入口和出口通道1093、以及单平面隔离器垫圈1097的替代配置。在该例子中，不是具有集成的LED驱动器，导线（如，导线1092）被提供用于对LED阵列1096的LED单独地寻址。在另外的实施例中，该导线可以用柔性电路（未画出）代替，以便对LED的单独组寻址。

现在转到图10E-G，UV LED灯头模块1000的再另一个替代的实施例现在被描述。按照本例，“t”形微通道冷却器组件（1068和1067）被展示，由任选外箔层面积1075和1076支承。在一个实施例中，微通道冷却器1086、热散布器层1067和外箔层面积1075和1076形成可更换的单片微通道冷却器组件。

按照本例，铜阳极基片（它可以被考虑成厚的箔层）由该“t”形微通道冷却器组件（1067和1068）提供，后者被扩散粘接到有被蚀刻的微通道1090的铜/氧化铝的横向（平躺）片，以制成单个的单片高导热率部分。

在该例中，“t”的顶部是热散布器层1067，而“t”的竖直部分是箔1068与蚀刻的通道的层叠。“t”的该两部分最好是在箔层1070的粘接之后，或可能与箔层1070的粘接结合，被扩散粘接在一起。在该实例中，多平面封口（类似于由O形环420a-c提供的单平面封口）可能必需被考虑，以一段在蚀刻的箔层下面（接近前述的O形环），该蚀刻的箔层防止作为环绕热散布器板底部的周边区的不同平面中的旁路，该热散布器板防止液体流到周围的外部环境。人们可以构建配对的灯体以适应这些特征和构造。在环绕竖直“t”部分的端部防止液体旁路中，可以引起困难，该竖直“t”部分由蚀刻的箔扩散粘接层和灯体1062构成，该灯体可以包含主冷却剂入口通道1063和主冷却剂出口通道1064。这就是说，没有另一种密封该区的措施，液体很可能从一个通道1063不通过微通道1090流到其他通道1064。借助使封口竖直伸延到箔层叠的任一端部上的部分中，或者胶质或焊料可以被考虑，以上所述可以被防止。箔（foiled）的竖直层叠也可以被扩散粘接、铜焊、胶结或焊接到热散布器层的底部。灯体1062和热散布器层1067之间可以有中间层，该中间层环绕灯体1062和热散布器层1067之间面积的周边，具有的z轴高度大体上与由层叠的蚀刻箔微通道层1068构成的竖直t部分的高度相同。

在该例中，主冷却剂入口通道1063和主冷却剂出口通道1064平行于LED阵列1071（它被粘接到有任选中间热散布器层1067的铜阳极基片）的高纵横比长轴长度伸延。在一个实施例中，冷却剂入口和出口管1080被提供在平行但相对的主通道1063和1064的相对两端上，从而建立多重布置，其中该微通道1090有大体上均匀的冷却剂流量。

单片阳极形体1061a-b用把分开的阴极汇流条1060a-b夹紧于阳极形体1061a-b的聚合物螺栓，附着于灯体1062，该阳极形体1061a-b有被粘接到挤紧其间的阳极基片（1068和1067）的阴极柔性电路箔。该挤紧还压缩O形环1069，并防止冷却剂旁路，以及冷却剂泄漏到外部环境。

单片阳极形体1061a-b彼此直接相对并被附着于灯体1062两侧且与之热连通，该两侧平行于主入口和出口流体通道1063和1064，并垂直于铜阳极基片1068和1067且与之电连通，正是它自身被聚合物螺栓夹紧在阳极形体1061a-b和阳极汇流条1060a-b之间。这种配置提供极其低的热阻和它的固有等温本性，组合起来允许实际装置按实用方式用于操作高填充因子、高密度、高功率和高亮度的UV LED阵列。

热散布器基片1067可以就其自身被考虑成箔层。人们可以允许热散布在层之间和/或蚀刻的通道之间的距离中简单地发生。应当指出，层的竖直取向能够提供低的热阻，但组件和设备功能性有不同的难易。在通道中和在或有互联通道的弯弯曲曲、或弯折、或“鸥翅”，可以被有利地考虑，如同为了湍流产生或边界层压缩的目的，通道的突起或变化的宽度和深度可以被蚀刻。最好是使基片（a/k/a热散布器，如果确实采用一片）达成（strike）散布的热能之间的平衡，但不是太厚，以致它大体上增加LED结和流动的冷却剂之间的总热阻。另外，它不应太薄，以致可被流动的冷却剂的内部压力或湍流机械弯曲，因此，合理的是，基片做成约125μm到250μm厚，范围是10-1000μm，并有约8-16层箔层，范围是1-100层，厚约25-50μm，范围是1-500μm，并有约12.5-25μm的通道蚀刻深度，范围是1-500μm，以及中心到中心约30-60μm，范围是1-1000μm，最后的通道长度约4000-4300μm，范围是1-100000μm。冷却器为了侵蚀、生物淤积、腐蚀和/或电阻抗缩减的目的，可以在内部或外部电镀。内部涂层一般应当避免，因为它们能够在其后破碎并有害地影响冷却器的寿命。箔层可以由诸如更能抗侵蚀的镍材料制成，和/或可以用陶瓷或金属按诸如ALD的共形涂层过程涂覆，最好是后扩散粘接。应当指出，在扩散粘接之前，常见的是以镍预电镀这些层。微米或亚微米范围的滤波器能够在冷却器的上游或下游或两处被采用，而为了降低生物淤积的目的，深的UV C光源，诸如灯或LED可以被采用。选优地，来自美国3M的1-15微米滤波器、和/或来自美国Membrana的膜片压缩器可以被采用，Membrana的膜片对移除二氧化碳非常有效，二氧化碳能够对冷却液体的pH有有害作用并增加腐蚀。

图11A按照本发明一个实施例，概念地示出一个被叠加在另一个的顶部的两个宏反射器1110a-b和1120a-b的截面。在该例子中，宏反射器1110a-b和1120a-b有大体上相同的外部高度和宽度，但对不同工作距离被优化。有单个深沟的宏反射器长度于是有不同内部弯曲的表面用于同焦距，从制造的观点看是高效的，因为只需单个外模具，而不同曲线是简单地不同的模具插件。

在本例中，宏反射器1110a-b对53mm焦平面1140被优化，而宏反射器1120a-b对2mm焦平面1130被优化。图示的每一弯曲部分是另一个的镜像（假定它们有相同焦距）并代表完整椭圆、抛物线和/或两者的组合的一部分。抛物线是椭圆的特殊情形并一般被用于使光束准直。

椭圆有两个焦点，主焦点和副焦点。在当前的例子中，主焦点在LED平面1170中而副焦点在工件平面1130或1140中。

在本发明的各个实施例中，被反射器1110a捕获并射出LED阵列的边缘光线1111（代表被反射器1110a捕获的第一光线）和最后光线（未画出）定义角度范围1150约为60到89度之间，最好是80到85度，由此示范性示出（使用过分简化的两维分析）53mm宏反射器1110a-b控制多于约80%的离开LED阵列的光子。事实上，三维计算机分析提出，这样的深沟反射器设计（当端盖（如，端盖207a-b）在适当位置时）控制超过90%的离开LED阵列的光子。角度范围越大，控制出射LED的光子越多。因此，角度范围能够被增加，但对反射器大小（长度和宽度）的实际考虑必须在考虑中计及。

参考图11B，能够看到，出射LED1150a和1150b并反射离开反射器1120a的边缘光线1121a-b（分别代表被反射器1110a捕获的第一光线和被反射器1110a捕获的最后光线），定义角度范围1160约在65到89度之间，而最好是82到87度，由此示范性示出（使用过分简化的两维分析）按照本发明的一个实施例的2mm宏反射器1120a-b控制多于约80%的离开LED阵列的光子。事实上，三维计算机分析提出，这样的深沟反射器设计（当端盖（如，端盖207a-b）在适当位置时）控制超过96%的离开LED阵列的光子。

图12按照本发明的一个实施例，展示对2mm焦平面1240优化的宏反射器1210的一部分，其中反射器的每一侧有焦点1220，该焦点从聚焦在工件（未画出）上的光束1230（有约7mm的总图形宽度和约.65cm的高辐照度中心部分）的中心线1231偏移。如图中所示，在这样的配置中，从右边一侧反射器反射的光线，从中心线1231的左方朝着中心向内移动，而从左边一侧反射器反射的光线，从中心线1231的右方朝着中心向内移动。按这种方式，两组反射的光线交叠，建立高辐照度的光束1230。计算机模型化指出，辐照度水平比两组不交叠的反射的光线高出约10%。值得注意的是，在一个实施例中，在更长的焦平面距离上（如，~53mm），在离焦点+/-3mm的平面上，没有显著（小于5%）的辐照度损耗。

图13是曲线图，对各种不同通道宽度，示出估计的对流热阻。该图用曲线画出热阻随各个微通道宽度的下降而线性下降。值得注意的事实是，本发明的实施例常常使用小于.1mm宽度的通道，且常是.05mm、.025mm或更小。这一点与现有技术UV LED灯装置使用的形成对比，诸如那些由Phoeseon（美国）、Integration Technology（英国）制造的，相信它们使用量级为.5mm或更大的宏通道。同时，这样的现有技术UV LED灯装置还在LED阵列被附着于分开的冷却器的点上，有高接触电阻的缺点。它们还有LED阵列被附着的基片高的体热阻的缺点。

从该曲线可见，所有别的都一样，从.55mm通道到.025mm通道，热阻量级的下降，将导致在其中和它自身的LED结温量级的下降。然而，所有别的却不一样。据本发明人的目前理解，现有技术只有一个涉及热的因素对它的工作有利。该因素是使用低亮度、低填充因子（LED封装密度）阵列，该低填充因子把热源散布开而导致低的热密度，低的热密度对相同结温相应地要求较低的热传输系数。

然而，针对现有技术的UV LED固化系统的工作，事实上在于他们通常采用串联/并联LED布置，该布置导致需要在芯片粘接区和基片之间的热阻介质层。应当指出，即使高热导率（昂贵的）介质，诸如DLC被使用，仍然有附加的接触热阻在接口两侧，该接触热阻常常超过介质的体热阻。其次，Phoseon使用热导率小于铜的一半的硅基片。就我们所知，Phoseon还在其后把该硅基片粘接于建立甚至更大热阻的铜热交换器。事实上，所有这些热阻加起来高达这样的程度，即使微通道冷却器被用在这样的环境中，微通道冷却器的较低热阻的好处将被严重牺牲。至于Integration Technology（它的LED阵列目前由英国Enfis Group PLC生产），它们的技术至少不使用硅基片，或许是AIN基片（热导率约为铜的一半），或者它们可能使用厚（如，约1mm）的铜基片。DLC介质层可以有非常小但可定量化的好处，因为DLC有高的体热导率，但层太薄，而接触热阻是如此大，以致淹没DLC的非常高的体热导率获得的好处。因此，现有技术的UVLED系统，与本发明的实施例相比，有严重的高热阻的缺点；在本发明的实施例中没有粘接区，轨迹和介质热阻下降情形是由于没有粘接区造成的；轨迹和介质在LED（如，LED 531）和基片（如，公共阳极基片317）之间的使用，由于纯并联的LED电学布置，也不要求使用。此外，本发明的实施例通过铜基片使体热阻损耗最小，由于LED底表面和热传输通路（微通道）之间极小（常常约125μm（范围是5-5,000μm））的厚度，没有来自粘接区层的额外的接口热阻。电串联LED的较高电压，能够导致一些AC/DC转换效率和电缆电阻的降低（对给定电缆直径）。

图14是曲线图，对不同结温示出输出功率。该图展示UV LED效率随增加的结温而严重下降。随着结温从20到88度C的增加，记录下40%的效率下降。UV LED对热比对一些更长波长的蓝光和绿光LED敏感得多。因此，有必要使用高级的热管理以便保持低的结温，以达到长寿命和维持合理的效率二者。

按照本发明的实施例，即使当操作在高于2.5A/mm²，有时高于3A/mm²的电流密度时，约40-45度C的LED结温被获得。这一点可以与Phoseon和Integration Technology的UV LED灯头对比，他们的灯头可能操作在小于1.5A/mm²的电流密度，LED间隔离得更远（低填充因子/低封装密度），这样当然导致较低峰值辐照度和较低总能量被传递到工件。

图15是曲线图，对在典型散热器上典型LED，示出动态电阻对正向电流的曲线。应当注意，该动态电阻如何当电流接近1500mA时接近渐近线。这一点表明若干因素，包含在电并联LED阵列中，任何两个LED之间的温度差的有害影响。因为电阻的负温度系数是LED固有的，该曲线表明，只要（动态）电阻小的变化，能够对电流产生大的作用。因此，需要建立大体上等温的LED可以被安装其上的基片。例如，LED可以被安装在有低热阻（以及用低热阻直接焊接技术安装）、高热导率、高热传输系数（10,000-35,000W/m²K）和高热扩散性（热导率被热容量除）的基片上，以便在大体上所有并联LED结之间建立近乎等温条件。

在LED和冷却剂通道（热传输通道）之间有短热扩散长度（如，接近125微米）的微通道冷却器，理想地满足这些条件。热扩散性，是温度扰动在形体中一点传送到另一点的速率的量度。作为类比，出现在一个LED中的温度上升，通过快速扩散而把该能量迅速传送到它的周围，保持所有LED实质上等温。在现实中，“实质上”是个相对的术语，是指上游的LED（靠近冷却剂进入灯体的地方，以及最接近冷却剂进入热传输通道的地方）如同微通道冷却器采用的设计所得到的那样，可以处于某些小至无限地小的较低温度上。在一个实施例中，微通道冷却器的热传输通道被设计成使通路热并联（即，随着冷却剂在并联而非串联的（如，两行的））LED下面流动，在LED之间实质上没有温度差。这样不大可能有温度差。

然而，就LED的箱内有Vf和输出功率的差而言，这样的差能够借助本发明实施例的独特单元处理，使LED的全部上游的列（bank）（行），以及上游的行的每一段能够被单独地寻址。因此，有预先测试的较高/较低Vf（阻抗）和/或较高/较低输出功率的LED，能够被策略地放置在该较高/较低温度冷却剂出口/入口面积附近（无论它们是否为初级冷却剂入口/出口360和361或内部微通道）。另外，有变化的操作特征，包含但不限于Vf、波长、光功率诸如此类的LED，能够被采用。

按照一个实施例，LED驱动器PCB 310不工作在动态电阻、也不在电压，而在电流上。该电流模式操作测量电流并通过（如，微小的0.005欧姆）电阻器放大、测量和反馈该电流信息回去，进入控制环。电流的波动被设计成满负荷的极大值（如，10%），或如果操作在每LED为3A，则是0.3A。该极大值波动是最坏情形，因为它不包含进一步降低该波动的输出电容器。

动态电阻简单地就是Vf/If。例如，如果Vf在3A时是4.5V，它是每LED为1.5欧姆。因为电阻是按并联分配，人们能够用（如，17个LED）除1.5欧姆，得到51A上的整个驱动器的（如，88毫欧姆）动态电阻。在一个实施例中，并如下面进一步的描述，每一段有它自身的驱动器IC，每一驱动器段能够驱动精确的电流，哪怕是短路；意思是，我们能够使输出短路，按51A驱动，而跨接短路两端的电压将是零。该驱动器在输出电压之中不加区分，它仅仅维持它被设定在的电流。如果断开，输出将变为（如，12V）的输入电压。如果短路，它将变为大致非常接近零伏。LED大致在约（如，4-4.5V）范围之间。K因子是Vf被LED结温的变化除所得到的变化。K因子可以结合设计的UV LED灯头模块被考虑。较小的K因子表明较低热阻的封装件。

相对于单独LED，范围约.05K-cm²/W到.01K-cm²/W而最好接近.02K-cm²/W或更小的格外低的热阻是有帮助的；不过，装入箱仍然有用。有较低本性动态电阻的单独LED将比它的相邻者引出更大电流/热，如果它发更多热，则它的电阻下降并击穿–意思是，该循环持续直到该LED烧毁它自己（断开）。低热阻保持所有LED的热学上的单片性（等温），该单片性保持动态电阻δ低并剧烈地降低击穿的机会。对足够低的热阻（如，在约.05K-cm²/W到.005K-cm²/W范围），人们可以把每一并联且紧密地被装入箱的LED组视作一个。Vf装入箱越致密（即，.01、.001、.0001V），运行在足够高输出功率的箱中任何给定LED（归因于它的不成比例的电流引出），相对于同一箱中其他LED缩短它的寿命的可能性越少。

动态电阻的渐近线本性与Vf的渐近线相同。LED的列被驱动越困难，它要求作用于驱动电流的电压按指数律变小变化。在以电压模式驱动器驱动的LED中，当Vf因温度而下降时，电流应当有指数律变化，而如果电压不被拉回去，击穿将接着发生。然而，因为在本发明各个实施例中，LED驱动器PCB 310是恒流模式驱动器，电压（从而电阻）无关要紧。

图16是曲线图，按照本发明一个实施例，示出反射器已对2mm焦平面优化的UV LED灯头的辐照度分布。按照本例，约84.8W/cm²的极大值（峰值）辐照度被获得，这是用输出光束图形宽度约.65cm并跨越该输出光束图形宽度产生的平均辐照度约31.6W/cm²以及总输出功率约每cm输出光束图形长度20.5W获得的。该例子是用计算机模型产生的，假定使用SemiLED的~1.07×1.07mm LED，每一LED在350mA上产生300mW输出。应当指出，本发明的实施例可以在约.75W到1.25W的更高电流上（如，约2.5A）运行每一LED。

图17是曲线图，按照本发明一个实施例，示出反射器已对53mm焦平面优化的UV LED灯头的辐照度分布。按照本例，约24W/cm²的极大值（峰值）辐照度被获得，这是用输出光束图形宽度约3.65cm并跨越该输出光束图形宽度产生的平均辐照度约5.9W/cm²以及总输出功率约每cm输出光束图形长度21.7W获得的。该例子是用计算机模型产生的，假定使用SemiLED的~1.07×1.07mm LED，每一LED在350mA上产生300mW输出。应当指出，本发明的实施例可以在约.75W到1.25W的更高电流上（如，约2.5A）运行每一LED。

按照一个实施例，其中LED驱动器被集成在UV LED灯头模块内，现成的为大容量“服务器场”设计的AC/DC电源，可以被使用。示范性前端电源可从美国的Lineage Power购得，模型为CAR2512FP系列2500W电源。较可取的电源是Power-One LPS10012V 1100W单风扇服务器电源，它是高效白金级前端AC/DC电源，有功率因子修正，可以电并联，并有GUI i2C接口，Lineage电源可与合并4个这些现成单元（OTS）的子系统一道使用。在2011年，这些Lineage单元将是同样的但用传导性冷却（不用风扇）。

按照本发明的实施例，除冷却集成驱动器外，冷却剂水还可以被有利地采用，以便简单地通过使冷却剂管线延伸通过与需要冷却的电源的单元连通的散热器，冷却这些电源。降级这些Lineage电源是最佳的，因为它们在它们的最大功率的一定百分比上更为有效。作为非限制性例子，以~15个驱动器按~40安培和~4-5伏运行每一PCB，人们将使用可用的10000W的约60%。作为非限制性例子，当所有四条边的每一条上有较可取的约~1000-1200μm正方形的~16个LED（虽然它们可以有任何大小和形状，诸如矩形，或者每边有更大的大小，诸如~2000μm或~4000μm或更大），被要求操作在每LED为~3A的电流，或每单独组为~48时，设计成~50A或更大和~5.5V是最佳的，以便现在和将来有一些净空高度（headroom）。在一个实施例中，灯体305后侧附近每一PCB 310a-b上的阴极汇流条313a-b，可以伸延至接近较可取的~300mm长电路板（未画出）的长度，以及焊料区伸延至接近该PCB的长度。在一个实施例中，阴极横向板375代表横跨阴极汇流条313a-b被固定的连杆，该连杆为较可取的单个主阴极导线205提供有效的附着点，该主阴极导线205从UV LED灯头模块200前进到AC/DC电源，较可取的是按大体类似方式到较可取的单个主（电源）大的AWG范围~1-10，而较可取的~2AWG芯阳极导线，从UV LED灯头模块的较可取的恒定电流（CC）DC PCB电路板，到最好被连接至AC主电源，以向有低波动的LED给出高效的功率源，该波动最好小于10%，以使LED寿命最大化。在该PCB上，可以有一些前述~15CC驱动器的非限制性例子的共享部件，以便对~15个分开的部件可以没有不必使它们阴极隔离的确定性的要求。应当再次指出，1-n个阴极和阳极电缆可以由1-n个电源或主电源向灯馈送电功率。较可取的是使用每个灯4个美国的Lineage的2500W电源并为了效率按降级的功率运行它们。它们可与公共后端~4个电源一道使用。每灯有或没有后端4个分开的阳极和阴极导线/电缆可以被考虑，以便允许较小直径电缆（美国的Methode/Cableco）和或大电缆及较小电阻损耗的使用。

有鉴于前面所述，能够看到，本发明的实施例基于LED的紧密地分隔的阵列，亦称高填充因子阵列，因此最大亮度能够被获得。就是说，每单位面积每立体角的光功率被最大化，因为亮度可以粗略地被定义为每单位面积每立体角的功率。该高亮度还与热流/热要求密切地线性地相关，因为来自电到光功率转换的废弃的热，随着阵列密度增加而变得更密集。本发明的实施例最好利用等于或大于90%，但范围是30-100%的填充因子的LED阵列。按照本发明实施例的高填充因子阵列的应用，导致极端高和密集的热负荷，量级为1000W/cm²或更高，范围是100-10,000W/cm²。这样高的热流是高亮度的后生物，即，LED非常紧密（1-1000μm）地相互接近，操作在每平方mm为2-3或更多的安培（范围是.1到100A），导致极端高的热流要求，自然伴随着要求极端低热阻冷却技术，该技术组合非常高的冷却度二者（如，对流冷却和/或传导性冷却（如，LED和流动的气体或液体之间的薄和高传导率层））以达到最好低至40C或更低的结温，以便在极端高输出功率上有长的寿命和高效操作。

虽然本发明的实施例已经被示出和描述，但应当清楚，本发明不只限于这些实施例。在不偏离权利要求书中所描述的本发明的精神和范围下，许多修改、变化、更换、替代和等效物，对本领域熟练技术人员将是显而易见的。

Claims (39)

1.一种灯头模块，包括：

光学宏反射器，包含有外表面的窗口；

发光二极管（LED）阵列，被放置在该光学反射器内，该阵列有高填充因子和高纵横比，可操作以便提供高辐照度输出光束图形，它在离开该光学反射器窗口的外表面至少1mm的工件表面上具有的峰值辐照度大于25W/cm²；和

微通道冷却器组件，可操作以便在阵列中LED的p-n结之间维持在小于或等于摄氏80°的温度的大体上等温状态，该微通道冷却器组件还为该阵列提供公共阳极基片，其中通过把该阵列安装于微通道冷却器组件，使热高效电连接被形成在该阵列和该公共阳极基片之间。

2.权利要求1的灯头模块，其中该阵列被直接安装于微通道冷却器组件。

3.权利要求1的灯头模块，其中该微通道冷却器组件在p-n结之间维持在大体上小于或等于摄氏45°的温度的大体上等温状态。

4.权利要求1的灯头模块，其中该LED被电并联。

5.权利要求4的灯头模块，其中该LED中的至少之一是发射紫外光的LED。

6.权利要求5的灯头模块，其中该阵列的宽度对长度的纵横比大体上在约1:2到1:100之间。

7.权利要求6的灯头模块，其中该纵横比大约为1:68。

8.权利要求5的灯头模块，其中该峰值辐照度大于或等于100W/cm²，而该工件表面离开该光学反射器窗口的外表面至少2mm。

9.权利要求1的灯头模块，其中没有显著数量的LED被串联。

10.权利要求1的灯头模块，其中跨越并在阵列下面通过微通道冷却器的冷却剂流，被配置成沿大体上平行于该阵列的最短尺寸的方向。

11.权利要求10的灯头模块，其中通过微通道冷却器的微通道的冷却剂流是大体上均衡的。

12.权利要求1的灯头模块，还包括柔性电路（flex-circuit），被粘接于微通道冷却器，该柔性电路可操作以便单独地对LED或LED的组寻址。

13.权利要求1的灯头模块，其中该微通道冷却器被夹紧在一个或多个阴极连接器和一个或多个阳极汇流体之间，以利于工厂可更换性。

14.权利要求1的灯头模块，还包括：

柔性电路，包含有图案的阴极层，以便独立地对阵列的一个或多个LED的多个组寻址；

导热的灯体，有相对的薄的外壁，并在其中形成深的和长的冷却剂流通道，与微通道冷却器液体连通；

集成的LED驱动器，被安装于该灯体外壁；

其中该深的和长的冷却剂流通道的作用是使通过微通道冷却器的冷却剂流均衡，并建立充足的表面面积以降低传热系数，维持该集成的LED驱动器的操作温度要求；和

其中该灯体的薄外壁，允许该灯头模块是窄的，它（i）降低该有图案的阴极层的长度要求，和（ii）降低冷却剂流通道中的冷却剂和该集成的LED驱动器之间的热阻。

15.权利要求1的灯头模块，还包括：

集成的LED驱动器；

导热的形体；和

其中该集成的LED驱动器包括多个金属芯印刷电路板（MCPCB），被安装在导热形体的相对侧，且其中该多个MCPCB是通过该导热形体被传导性冷却的。

16.权利要求1的灯头模块，其中该光学宏反射器是现场可更换的。

17.权利要求1的灯头模块，其中该光学宏反射器包括，各代表椭圆一部分的右边半个椭圆和左边半个椭圆，每一椭圆有两个焦点，其中右边半个椭圆的两个焦点有向预期的输出光束的中心线左方偏移的对应焦点，而左边半个椭圆的两个焦点有向该中心线右方偏移的对应焦点。

18.一种灯头模块，包括：

高纵横比单片地粘接的箔微通道冷却器基片层，有比宽度更大的长度；

高纵横比发光装置阵列层，有比宽度更大的长度，被安装于该微通道冷却器基片层，其中该微通道冷却器基片层对该发光装置阵列层起公共阳极作用，该发光装置阵列层有高填充因子并包括p-n结层；

柔性电路层，包含有图案的阴极电路材料层和薄的介电层，被安装于该微通道冷却器基片层，该阴极电路材料层与该微通道冷却器基片层被该薄的介电层分开，其中阴极电路材料层和薄的介电层按小于发光装置阵列层厚度的3x厚度组合；和

光学反射器层，用于引导被所述发光装置阵列层发射的光子，该光学反射器层至少是发光装置阵列层的厚度的25x，其中该厚度沿大体上垂直于p-n结层的方向被测量。

19.权利要求18的灯头模块，其中该发光装置阵列层发射非相干光。

20.权利要求18的灯头模块，其中该发光装置阵列层经由至少一根导线被连接于阴极电路材料层，该至少一根导线在连接于阴极电路材料层的连线中，终止在位于阴极电路材料层和光学反射器层的底表面之间的一点上。

21.权利要求20的灯头模块，还包括光学反射器层和阴极电路材料层之间的垫片层，该垫片层的厚度至少是至少一根导线的直径。

22.权利要求18的灯头模块，其中该光学反射器层包括宏反射器，它有入射孔径和出射孔径，该入射孔径至少如发光装置阵列层的宽度加上至少一根导线的2x直径的总和一样宽，但不大于3x该总和。

23.权利要求18的灯头模块，其中该光学反射器层有中央截面，该中央截面比入射孔径或出射孔径更宽。

24.权利要求18的灯头模块，其中该光学反射器层包括宏反射器，它有入射孔径和出射孔径，该入射孔径至少如发光装置阵列层的宽度加上至少一根导线的2x直径的总和一样宽，但不大于5x该总和。

25.权利要求18的灯头模块，其中该宏反射器包括，各代表椭圆一部分的右边半个椭圆和左边半个椭圆，每一椭圆有两个焦点，其中右边半个椭圆的两个焦点有向预期的输出光束的中心线左方偏移的对应焦点，而左边半个椭圆的两个焦点有向该中心线右方偏移的对应焦点。

26.权利要求18的灯头模块，其中：

该光学反射器层与微通道冷却器基片层被柔性电路层分开；和

该柔性电路层小于发光装置阵列层的约3x厚度。

27.权利要求18的灯头模块，还包括导线层，而其中该光学反射器层被相对于发光装置阵列层放置，使光学反射器层的底表面大致在导线层的厚度和发光装置阵列层顶表面之上的导线层的1.5x厚度之间。

28.一种灯头模块，包括：

封装件，包含：

电并联的发光二极管（LED）的高纵横比阵列，该高纵横比阵列有比宽度更大的长度；

有分段阴极层的柔性电路，该高纵横比阵列的导线粘接区与之电耦合；和

高纵横比单片地粘接的箔微通道冷却器，它有比宽度更大的长度，为该高纵横比阵列的直接安装提供公共阳极基片表面；

灯体，它有形成其中的输入冷却剂流体通道和输出冷却剂流体通道，其中冷却剂流体从输入冷却剂流体通道流动通过微通道冷却器，并到达输出冷却剂流体通道，以便从该高纵横比阵列移除废弃的热；

至少两个阳极形体被固定于该灯体的相对侧，大体上相互平行并垂直于公共阳极基片表面延伸；和

多个阴极形体，各有大体上平行于公共阳极基片表面的第一表面，以及大体上平行于该至少两个阳极形体的第二表面，其中该封装件被多个阴极形体夹紧于灯体和该至少两个阳极形体。

29.一种紫外（UV）发光二极管（LED）固化系统，包括：

多个端到端串联的UV LED灯头模块，各包含：

光学宏反射器，包含有外表面的窗口；

LED阵列，被放置在该光学反射器内，该阵列有高填充因子和高纵横比，可操作以便提供大体上均匀的高辐照度的输出光束图形，它在离开该光学反射器窗口的外表面至少1mm的工件表面上具有的辐照度大于25W/cm²；和

微通道冷却器组件，可操作以便在LED阵列中LED的p-n结之间维持在小于或等于摄氏80°的温度的大体上等温状态，该微通道冷却器组件还为该LED阵列提供公共阳极基片，其中通过把该LED阵列直接安装于微通道冷却器组件，使热高效电连接被形成在该LED阵列和公共阳极基片之间。

30.一种灯头模块，包括：

发光二极管（LED）阵列，它有高填充因子和高纵横比，可操作以便沿该阵列的长轴，提供大体上均匀的高辐照度输出光束，其中该LED包含一个或多个紫外发射LED；

微通道冷却器组件，包含微通道冷却器部分和外封顶层部分，可操作以便在该阵列中LED的p-n结之间维持大体上等温状态，该微通道冷却器组件还为阵列提供公共阳极基片，其中通过把该阵列安装于该微通道冷却器组件，热高效电连接被形成在该阵列和公共阳极基片之间；

其中该微通道冷却器部分的热散布器层小于约200微米；

其中微通道冷却器部分的宽度约为该阵列最短尺寸中阵列宽度的1.1到1.7倍。

31.权利要求30的灯头模块，其中该阵列被直接安装于微通道冷却器部分的顶表面。

32.权利要求31的灯头模块，其中汽相烘炉被用于使焊料回流，由此把阵列安装于微通道冷却器部分的顶表面。

33.权利要求32的灯头模块，其中该焊料是无铅的。

34.权利要求33的灯头模块，其中在把微通道冷却器组件置于汽相烘炉中之前，用粘性助熔剂把LED粘在阵列中适当位置。

35.权利要求30的灯头模块，其中该热散布器层小于或等于约125微米。

36.权利要求30的灯头模块，其中该微通道冷却器部分的宽度约为该阵列宽度的1.2倍。

37.权利要求30的灯头模块，其中：

该阵列包含在该阵列的最短尺寸中的至少两个LED；

该微通道冷却器部分包含多个内部通道，在该阵列的最短尺寸中延伸并大体上直接在该阵列的底表面之下；和

该阵列的每一单独LED按热并联被冷却。

38.一种灯头模块，包括：

封装件，包含：

发光装置的高纵横比阵列，它有比宽度更大的长度；

有分段阴极层的柔性电路，该高纵横比阵列的导线粘接区与之电耦合；和

高纵横比单片地粘接的箔微通道冷却器，有比宽度更大的长度，为该高纵横比阵列的安装提供公共阳极基片表面；

灯体，它有形成其中的输入冷却剂流体通道和输出冷却剂流体通道，其中冷却剂流体从输入冷却剂流体通道流动通过微通道冷却器，并到达输出冷却剂流体通道，以便从该高纵横比阵列移除废弃的热；

阳极形体，被固定于该灯体，该阳极形体大体上平行于输入冷却剂流体通道和输出冷却剂流体通道并垂直于公共阳极基片表面；

阴极形体，有大体上平行于公共阳极基片表面的表面；和

其中该封装件被夹紧于该灯体和该阳极形体。

39.权利要求38的灯头模块，其中该高纵横比阵列被直接安装于公共阳极基片表面。

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