專利名稱：Led模塊，用于運(yùn)行這種led模塊的方法和具有這種led模塊的照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管芯片的模塊，以下簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED模塊 (LED 發(fā)光二極管)。發(fā)光二極管芯片的概念在此是指LED的產(chǎn)生光的部件。除此以外，本發(fā)明還涉及一種具有該LED模塊的照明裝置，其中這種具有LED模塊的照明裝置為了應(yīng)用而設(shè)置具有長(zhǎng)形的光導(dǎo)體。這特別包括在纖維光學(xué)上的應(yīng)用，并還用于醫(yī)學(xué)或工業(yè)的診斷、監(jiān)控和手術(shù)，例如內(nèi)窺鏡、內(nèi)孔窺視儀和顯微鏡。
背景技術(shù)：
直至今天，對(duì)于內(nèi)窺鏡和內(nèi)孔窺視儀主要都使用了鹵素?zé)艋蚍烹姛?、特別是功率大約在100至300W的氙氣放電燈。為了減少由于從窺鏡或內(nèi)孔窺視儀中溢出的光而對(duì)燈具產(chǎn)生的熱負(fù)荷，在燈具和光導(dǎo)體之間插入了紅外線濾波器。此外，燈具的光通過(guò)適合的反射器匯聚在長(zhǎng)形的光導(dǎo)體的入射面上。在此在入射面上可達(dá)到的高亮度對(duì)于系統(tǒng)的功能性來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。光纖維束作為光導(dǎo)體用于內(nèi)窺鏡、內(nèi)孔窺視儀和顯微鏡，光纖維束典型地具有小于5毫米的直徑和數(shù)值上典型地為0. 5到0. 7的孔徑。此外對(duì)于先前提到的應(yīng)用目的，典型地需要80 QO6CdAi2或者更高的亮度。以LED為基礎(chǔ)替代傳統(tǒng)的燈具以具有非常高的亮度的緊湊的LED布置為前提條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種LED模塊，該模塊適用于薄的光導(dǎo)體、特別是纖維光學(xué)系統(tǒng)中的光輸入耦合。本發(fā)明的另一個(gè)方面在于，提供基于這種LED模塊的具有光耦合器的照明裝置， 其在長(zhǎng)形的光導(dǎo)體、例如纖維束或者流體光導(dǎo)體的輸入端處實(shí)現(xiàn)足夠高的、特別是用于內(nèi)窺鏡、內(nèi)孔窺視儀和顯微鏡的亮度。此外，需要對(duì)用于運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的LED模塊的方法以及將其對(duì)于內(nèi)窺鏡、內(nèi)孔窺視儀和顯微鏡的應(yīng)用進(jìn)行保護(hù)。該目的通過(guò)一種具有至少一個(gè)布置在載體上的發(fā)光二極管(LED)芯片的LED模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，其特征在于，至少一個(gè)LED芯片設(shè)計(jì)用于以至少1. 4安培的電流強(qiáng)度工作。在照明裝置、運(yùn)行方法和根據(jù)本發(fā)明的LED模塊的應(yīng)用方面，參照相應(yīng)的所引用的獨(dú)立權(quán)利要求。在相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中給出了特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案。本發(fā)明的基本思想在于，在LED模塊中，對(duì)于如內(nèi)窺鏡、內(nèi)孔窺視儀和顯微鏡的光導(dǎo)體應(yīng)用所需的典型的為80 · 106Cd/m2或更高的高亮度，通過(guò)至少一個(gè)LED芯片來(lái)達(dá)到，該芯片設(shè)計(jì)用于至少1. 4安培的工作電流。此外，證明為有利的是，至少一個(gè)LED芯片的面積為至少1. 5mm2。此外對(duì)于一些光導(dǎo)體應(yīng)用有利的是，兩個(gè)或更多的LED芯片彼此緊密貼近地布置成陣列，以便通過(guò)這種方式來(lái)獲得發(fā)出相應(yīng)大量光線的面。此外優(yōu)選的是，LED芯片直接布置在載體上。由于該載體優(yōu)選地由導(dǎo)熱特別好的材料、例如銅制成，因此使得LED芯片的散熱得到改善。此外，LED載體優(yōu)選地布置在散熱體上，(多個(gè))LED的損耗熱量特別好地發(fā)出到周圍環(huán)境或冷卻介質(zhì)。此外優(yōu)選的是，單個(gè)的 LED芯片既沒(méi)有殼體也沒(méi)有初級(jí)透鏡。由此，兩個(gè)或更多的LED芯片也可以相對(duì)緊密地彼此相鄰布置成LED陣列(Multi-Chip on Board Technologie多芯片電路板技術(shù))。在此，為了保護(hù)以防止外部影響而可能有利的是，LED陣列總體上配有一個(gè)殼體或一個(gè)保護(hù)層、一個(gè)防護(hù)玻璃或類似物。通常根據(jù)本發(fā)明，LED芯片的表面發(fā)射類型是優(yōu)選的，其中占絕大多數(shù)的、典型地多于90%的部分經(jīng)過(guò)LED芯片的上蓋體面射出。此外，還特別涉及到薄膜技術(shù)中的LED芯片(例如OSRAM ThinGaN )。LED芯片是優(yōu)選的，其借助于發(fā)光材料轉(zhuǎn)換過(guò)程而發(fā)出具有大于或等于50nm的光譜半值寬度的光、也特別是白光，例如OSRAM光電半導(dǎo)體公司的超白和暖白光類型的LED。理論上講根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，不僅將人眼可見(jiàn)的光而且將紫外線 (UV)-或紅外線(IR)-射束考慮為L(zhǎng)ED芯片發(fā)出的射束。根據(jù)本發(fā)明的照明裝置具有上述LED模塊以及一個(gè)光耦合器。該光耦合器例如設(shè)計(jì)為非成像的光學(xué)元件，并且具有輸入耦合面和輸出耦合面。此外，該光耦合器相對(duì)于LED 模塊這樣布置，即LED或LED陣列在工作時(shí)發(fā)出的光輸入耦合到光耦合器的輸入耦合面中。在一個(gè)改進(jìn)方案中，光耦合器的輸入耦合面小于輸出耦合面。為了盡可能地減少輸入耦合損耗可以有利的是，光耦合器的輸入耦合面形成為矩形并且匹配于LED芯片的面積或LED陣列的總面積。為了進(jìn)一步降低輸入耦合損耗，輸入耦合面和/或輸出耦合面可以配有抗反射層。為了利用根據(jù)本發(fā)明的LED模塊在工作時(shí)可以達(dá)到對(duì)于多個(gè)例如內(nèi)窺鏡、 內(nèi)孔窺視儀或顯微鏡的纖維光學(xué)應(yīng)用所需的80 · 106Cd/m2或者更高的亮度優(yōu)選的是，至少一個(gè)LED芯片或可能的是LED陣列中的每個(gè)LED芯片以大于或等于1. 4安培的電流工作。一旦需要，根據(jù)對(duì)于在光導(dǎo)體的端部處的亮度而言力求達(dá)到的高度值提出，適合數(shù)量的LED芯片以至少為1. 4安培的最大工作電流布置在緊密的LED陣列中。借助于光耦合器、特別是非成像光學(xué)元件、根據(jù)本發(fā)明的照明裝置，由該LED陣列發(fā)出的光線輸入耦合到光導(dǎo)體中。上述照明裝置優(yōu)選地設(shè)計(jì)用于應(yīng)用在內(nèi)窺鏡、內(nèi)孔窺視儀或顯微鏡中。


以下根據(jù)實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明。唯一的附圖示出附圖示出具有根據(jù)本發(fā)明的LED模塊和長(zhǎng)形光導(dǎo)體的照明裝置。
具體實(shí)施例方式唯一的附圖在側(cè)視圖中非常示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的照明裝置1，其應(yīng)用于內(nèi)窺鏡中。照明裝置1包括LED模塊2、在其上布置有LED模塊2的冷卻體3以及光耦合器4。同樣示出的是，具有被套管7包圍的光纖6的光導(dǎo)體5。OSRAM光電半導(dǎo)體公司的 Power-OSTAR類型的LED模塊2包括由銅制成的表面鍍金的板形載體8和一共四個(gè)LED芯片9。四個(gè)LED芯片9中的每個(gè)都具有2mm2的面積并且在工作時(shí)發(fā)出白色光。為了改進(jìn)散熱，四個(gè)LED芯片9直接焊接在載體8的、背離冷卻體3的側(cè)面上。此外，四個(gè)LED芯片 9以相對(duì)70 μ m的間距緊密封裝成2Θ2陣列地布置在載體8上。四個(gè)LED芯片8中的每個(gè)都和驅(qū)動(dòng)電子裝置分離開(kāi)地以直至6安培的直流電進(jìn)行控制(未示出)。因此獲得超過(guò) 80 · 106Cd/m2的亮度。為了進(jìn)行調(diào)光，可以在5%和100%之間調(diào)節(jié)LED的亮度。光耦合器 4設(shè)計(jì)為長(zhǎng)形的、非成像的光學(xué)元件，其具有朝向四個(gè)LED芯片9的輸入耦合面10和朝向光導(dǎo)體5的輸入端的輸出耦合面11。一方面在輸入耦合面10和LED芯片4之間以及另一方面在輸出耦合面11和光導(dǎo)體5之間分別設(shè)置有氣隙。氣隙對(duì)于調(diào)整和機(jī)械公差是必需的， 并且應(yīng)不超過(guò)0. 5mm,以便使得損耗保持較低。光耦合器4的輸入耦合面10略大于由四個(gè) LED芯片9組成的LED陣列的總面積。在本實(shí)施例中，光耦合器的橫截面是圓形的。為了進(jìn)一步改進(jìn)輸入耦合效率，光耦合器的橫截面也可以匹配于LED陣列的矩形總面積。光耦合器4的輸出耦合面11匹配于光導(dǎo)體5的輸入面積12，并且略大于輸入耦合面10。
權(quán)利要求
1.一種LED模塊O)，具有至少一個(gè)發(fā)光二極管(LED)芯片(9)，所述發(fā)光二極管芯片布置在載體(8)上，其特征在于，所述至少一個(gè)LED芯片(9)設(shè)計(jì)用于以至少1.4安培的電流強(qiáng)度工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED模塊，其中所述至少一個(gè)LED芯片(9)的面積為至少 1. 5mm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LED模塊，其中兩個(gè)或多個(gè)LED芯片(9)緊密地彼此相鄰布置成LED陣列。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LED模塊，其中設(shè)置至少一種發(fā)光材料，所述發(fā)光材料將所述至少一個(gè)LED芯片(9)的光轉(zhuǎn)換成具有大于或等于50nm的光譜半值寬度的光。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的LED模塊，其中至少一個(gè)LED芯片發(fā)出紫外線 (UV)-或紅外線(IR)-射束。
6.一種照明裝置，具有根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的LED模塊( 和帶有輸入耦合面(10)以及輸出耦合面(11)的光耦合器0)，其中所述光耦合器(4)相對(duì)于所述LED 模塊(2)這樣布置，即由至少一個(gè)LED芯片(9)在工作時(shí)發(fā)出的光輸入耦合到所述光耦合器的所述輸入耦合面(10)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明裝置，其中所述光耦合器(4)的所述輸入耦合面(10)小于所述光耦合器的所述輸出耦合面(11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6至7中任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中所述光耦合器的所述輸入耦合面(10)形成為矩形并且匹配于所述至少一個(gè)LED芯片(9)的面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中所述輸入耦合面(10)和/或所述輸出耦合面(11)配有抗反射層。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中所述光耦合器(4)設(shè)計(jì)為非成像的光學(xué)元件。
11.一種用于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的LED模塊(2)的方法，其中至少一個(gè)LED芯片(9)或可能的是每個(gè)LED芯片以大于或等于1. 4安培的電流工作。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中這樣選擇所述LED芯片(9)的電流大小和/或數(shù)量，即達(dá)到至少為80. 106Cd/m2的亮度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中所述LED模塊( 安裝在根據(jù)權(quán)利要求6 至10中任一項(xiàng)所述的照明裝置(1)中。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項(xiàng)所述的照明裝置在內(nèi)窺鏡或內(nèi)孔窺視儀中的應(yīng)用。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項(xiàng)所述的照明裝置在顯微鏡中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種LED模塊(2)，在該模塊中，對(duì)于如內(nèi)窺鏡、內(nèi)孔窺視儀和顯微鏡的光導(dǎo)應(yīng)用所需的典型的為80·106cd/m2或者更高的高亮度，通過(guò)至少一個(gè)LED芯片(9)來(lái)達(dá)到，該芯片設(shè)計(jì)用于至少1.4安培的工作電流。LED芯片面積優(yōu)選為大于1.5mm2。此外在必要的情況下可以將兩個(gè)或者多個(gè)LED芯片緊密地包封成LED陣列。由至少一個(gè)LED芯片(9)發(fā)出的光借助于光耦合器(4)耦合到長(zhǎng)形的光導(dǎo)體(5)中。
文檔編號(hào)A61B1/07GK102573609SQ201080045737
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月12日
發(fā)明者納迪爾·法希特基安 申請(qǐng)人:歐司朗股份有限公司