CN101227855B - 发光单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够以很小的横向空间效率良好地对发光元件(36)所产生的热进行散热的发光单元。该发光单元具有：高导热率且低电阻的至少1个电极部件(32a、32b)；以及阳极侧或阴极侧被连接在电极部件(32a、32b)上的1个以上的倒装片型的发光元件(36)，电极部件(32a、32b)沿其长度方向延伸，由发光元件(36)产生的热沿着所述电极部件(32a、32b)的长度方向进行散热。
Description
技术领域
本发明涉及例如安装有LED等发光元件的发光单元。
背景技术
以往，提出了在内窥镜中组装作为发光元件的LED的技术。例如，提出了在内窥镜的操作部中配置LED，通过光导将来自LED的照明光引导到内窥镜前端部来进行照射，从而对被摄体进行照明的技术。但是，在这种方式中，因为照明光通过光导时的光量损失大，所以无法获得充分的光量。
为了获得充分的光量，考虑在内窥镜前端部内置LED封装。但是，在大光量LED封装中，为了获得大光量，LED需要流过几百毫安以上的电流，在LED中产生比较大量的热。在大光量LED封装中，需要用于对这种热进行散热的散热机构，封装的直径增大。因此，将以往的大光量LED封装用于内窥镜前端部时，会使内窥镜前端部粗径化。
并且，以往的大光量LED封装为正面朝上安装并实施了引线接合的结构；或者在硅基板或辅助安装元件上正面朝下安装、并通过引线接合将来自辅助安装基板的电极连接在引线框架上的结构。但是，这种结构不是能够效率良好地对LED产生的热进行散热的结构。因此，将以往的大光量LED封装用于内窥镜的前端时，产生由于发热引起的光量降低、摄像元件的噪声增大、内窥镜前端部为高温这样的问题。
日本特开2003-24276号所公开的内窥镜具有：作为照明用光源的至少1个发光元件、和配置在安装有该发光元件的内窥镜的插入部前端的印刷布线板，在印刷布线板的表面内，作为地线用导体图形，形成有将地线以外的信号用导体图形所占的区域和绝缘区域除去后的区域。
在日本特开2003-24276号所公开的散热结构中，散热效率差，而且为了进行散热需要很大的横向的空间，所以具有无法在内窥镜前端部配置其他必要的元件的问题。
发明内容
本发明是着眼于这些问题而完成的，提供一种能够以很小的横向空间效率良好地对发光元件所产生的热进行散热的发光单元。
本发明的第1实施方式的发光单元的特征在于，该发光单元具有：沿共同的长度方向延伸的大致杆状的高导热率且低电阻的一对电极部件；一体地夹设在所述一对电极部件之间的绝缘层，其沿所述一对电极部件的共同的长度方向延伸；以及发光元件，其是在正面朝下的状态下连接于所述一对电极部件的1个以上的倒装片型的发光元件，所述发光元件的阳极电极直接接合在所述一对电极部件内的一个电极部件上，所述发光元件的阴极电极直接接合在所述一对电极部件内的另一个电极部件上，其中，所述发光单元内置在内窥镜插入部，所述电极部件的长度方向与所述插入部的长度方向一致，由所述发光元件产生的热经由所述电极部件沿着所述电极部件的长度方向进行散热。
本发明的第2实施方式的发光单元的特征在于，该发光单元具有：大致环状的高导热率且低电阻的一对电极部件，其相对于处于共同的长度方向上的中心轴同心地配置；一体地夹设在所述一对电极部件之间的绝缘层，其相对于所述一对电极部件的处于共同的长度方向上的中心轴同心地配置；以及发光元件，其是在正面朝下的状态下连接于所述一对电极部件的1个以上的倒装片型的发光元件，在所述一对电极部件内的一个电极部件上直接接合有所述发光元件的阳极侧，在所述一对电极部件内的另一个电极部件上直接接合有所述发光元件的阴极侧，所述发光单元内置在内窥镜插入部，所述电极部件的长度方向与所述插入部的长度方向一致，由所述发光元件产生的热经由所述电极部件沿着所述电极部件的长度方向进行散热。
本发明的第3实施方式的发光单元的特征在于，在第2实施方式的发光单元中，在所述一对电极部件内的内侧电极部件上直接接合有所述发光元件的阳极侧，在外侧电极部件上直接接合有所述发光元件的阴极侧。
本发明的第4实施方式的发光组件的特征在于，该发光组件具有：第1～第3实施方式中任一实施方式所述的至少2个发光单元，它们的电极部件沿共同的长度方向延伸；以及高导热率且低电阻的公共电极部件，其与所述至少2个发光单元的各自的阳极侧或阴极侧的电极部件热连接并且电连接。
本发明的第5实施方式的发光组件的特征在于，在第4实施方式的发光组件中，所述公共电极部件沿着与所述电极部件共同的长度方向延伸，来自所述电极部件的热沿所述公共电极部件的长度方向进行散热。
本发明的第6实施方式的发光组件的特征在于，在第5实施方式的发光组件中，所述公共电极部件为大致杆状。
本发明的第7实施方式的内窥镜的特征在于，该内窥镜具有第1～第3实施方式中任一实施方式的发光单元。
本发明的第8实施方式的内窥镜的特征在于，在第7实施方式的内窥镜中，所述发光单元与内窥镜前端部件热连接。
本发明的第9实施方式的内窥镜的特征在于，该内窥镜具有第4～第6中任一实施方式的发光组件。
根据本发明，因为沿电极部件的长度方向对发光元件所产生的热进行散热，所以，能够以很小的横向空间效率良好地进行散热。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式的内窥镜的前端部的纵剖面图。
图2A是用于说明本发明的第1实施方式的LED芯片的安装方法的第1工序的图。
图2B是用于说明本发明的第1实施方式的LED芯片的安装方法的第2工序的图。
图2C是用于说明本发明的第1实施方式的LED芯片的安装方法的第3工序的图。
图3是示出本发明的第1实施方式的发光单元的立体图。
图4是本发明的第1实施方式的内窥镜的框图。
图5是示出本发明的第1实施方式的LED驱动器的框图。
图6是示出本发明的第1实施方式的内窥镜中的信号处理的流程的时序图。
图7是示出本发明的第2实施方式的发光单元的立体图。
图8是示出本发明的第3实施方式的发光单元的立体图。
图9A是用于说明本发明的第4实施方式的LED芯片的安装方法的第1工序的图。
图9B是用于说明本发明的第4实施方式的LED芯片的安装方法的第2工序的图。
图9C是用于说明本发明的第4实施方式的LED芯片的安装方法的第3工序的图。
图10是示出本发明的第5实施方式的发光单元的侧视图。
图11是示出本发明的第6实施方式的发光单元的立体图。
图12是示出本发明的第7实施方式的发光单元的立体图。
图13是示出本发明的第8实施方式的发光组件的立体图。
图14是示出本发明的第8实施方式的发光组件的横剖面图。
图15是示出本发明的第8实施方式的其他发光组件的横剖面图。
具体实施方式
以下，参照图1～图6说明本发明的第1实施方式。
参照图1，本实施方式的内窥镜是直视型，在内窥镜的插入部的前端部上配设有安装了作为发光元件的LED芯片36的发光单元20。在该发光单元20上连接有LED驱动电缆22a、22b，该LED驱动电缆22a、22b传送用于驱动LED芯片36的各种信号。由发光单元20生成的照明光经由照明透镜24向被摄体射出。来自被摄体的反射光通过物镜26在CCD 28上聚焦并摄像。在CCD 28上连接有CCD电缆30，该CCD电缆30传送用于驱动CCD 28的各种信号和由CCD 28摄像的图像信号。
参照图2A～图2C说明本发明的第1实施方式的LED芯片的安装方法。
参照图2A，在第1工序中，准备高导热率且低电阻的大致杆状的一对电极部件32a、32b。电极部件32a、32b例如由Cu和Al、C和Cu的复合材料形成。参照图2B，在第2工序中，一对电极部件32a、32b隔着绝缘层34而一体化。这些一对电极部件32a、32b和绝缘层34沿共同的长度方向延伸。参照图2C，在第3工序中，准备LED芯片36。该LED芯片36是倒装片型的LED芯片，在蓝宝石基板38上层叠阴极电极40a，在阴极电极40a的一部分区域上层叠阳极电极40b。然后，在正面朝下的状态下，将LED芯片36直接接合在电极部件32a、32b上。更详细地讲，通过树脂等将LED芯片36的阳极电极40b和阴极电极40a分别直接接合在电极部件32a、32b的前端表面(图中参照42)。
参照图1和图3，这样，LED芯片36配置在大致杆状的一对电极部件32a、32b的前端表面。这里，一对电极部件32a、32b和绝缘层34的共同的长度方向与内窥镜的插入部的长度方向大致一致。并且，电极部件32a、32b直接接触形成内窥镜插入部的前端部的内窥镜前端部件的内表面，而进行热连接。
参照图4，说明内窥镜的照明、观察用的电结构。
根据SSG(同步信号产生器)54所产生的垂直同步信号(VD)，定时控制器56生成控制信号。来自定时控制器56的控制信号在A/D转换器58中被转换为数字信号。根据该控制信号，在LED驱动器60中，生成用于驱动LED 61的驱动信号。通过该驱动信号，LED 61发光。在本实施方式中，假设使用R、G、B的各色的LED 61。
另一方面，根据SSG 54所产生的垂直同步信号(VD)，在定时发生器62中生成控制信号。根据来自定时发生器62的控制信号，在CCD驱动器64中，生成用于驱动CCD 28的驱动信号。由CCD 28取得的影像信号由放大器66放大，由CDS(相关双重采样)电路68去除噪声成分。然后，影像信号通过A/D转换器70转换为数字信号，输入到影像信号处理部72，实施白平衡、插值处理、轮廓强调、γ处理等的处理。影像信号在D/A转换器74中被转换为模拟信号后，由放大器76放大，在监视器中进行显示。CPU 78是对包含影像信号处理部72、定时控制器56在内的各部的动作进行控制的部分。
参照图5详细说明LED驱动器60。在通过电源供给而被驱动的LED61上，连接有运算放大器82、电阻84、86和晶体管88，以控制LED 61的驱动和光量。
参照图6说明内窥镜的信号处理。
在曝光期间，LED 61点亮，来自被摄体的反射光入射到CCD 28，在CCD 28中通过光电转换产生电荷并蓄积。在遮光期间，LED 61熄灭，进行遮光，使光不入射到CCD 28，读出在CCD 28中所蓄积的电荷。更具体而言，根据SSG 54所产生的垂直同步信号(VD)，依次点亮R、G、B的各色的LED 61。然后，在曝光期间，由CCD 28摄像并蓄积的电荷在遮光期间按照R、G、B逐次读出，写入R、G、B各自的存储器中。然后，在读出时，按照R、G、B的顺序读出数据，但是在进行R数据的读出的期间，开始G数据的读出，在进行该G数据的读出的期间，开始B数据的读出，从而缩短数据读出时间。这样，来自被摄体的反射光被CCD 28取入，进行摄像。
因此，本实施方式的内窥镜发挥以下效果。
根据本实施方式，能够经由电极部件向长度方向进行散热，所以，在内窥镜前端部，散热用的横向空间很小即可。由此，能够实现内窥镜前端部的细径化，并且，在内窥镜前端部配置元件时的布局变得容易。
并且，与内窥镜的形态对应的向长度方向的热的扩散容易，所以，LED自身的散热效率提高，能够防止由于充满热而导致的LED光量的降低。并且，配设在内窥镜前端部的CCD 28的周围温度也下降，所以，抑制热噪声的产生，进而能够一边抑制内窥镜前端部的温度上升一边确保充分的光量。
进而，因为能够省略接合线和基板，所以能够减小从照明方向看到的面积。即，能够使内窥镜前端部小型、细径化。进而，通过省略工序能够实现成本降低。
图7示出本发明的第2实施方式。对具有与第1实施方式相同功能的结构标注同一参照符号并省略说明。本实施方式的内窥镜是侧视型。在发光单元20中，在大致杆状的电极部件32a、32b的前端侧面配置有LED芯片36。
图8示出本发明的第3实施方式。对具有与第1实施方式相同功能的结构标注同一参照符号并省略说明。在本实施方式的发光单元20中，一个电极部件32a呈L字型。而且，在电极部件32a、32b的基端部固定有网格状的散热器部件44的前端部，而进行热连接。通过该散热器部件44，来自LED芯片36的热进一步从电极部件32a、32b进行散热。
图9A～图9C示出本发明的第4实施方式。对具有与第1实施方式相同功能的结构标注同一参照符号并省略说明。
参照图9A～图9C说明本实施方式的LED芯片的安装方法。
参照图9A，在第1工序中，准备高导热率且低电阻的大致环状的一对电极部件32a、32b。在一对电极部件32a、32b中，一个电极部件32a的内径比另一个电极部件32b的外径大。参照图9B，在第2工序中，一对电极部件32a、32b隔着绝缘层34而一体化。这里，一对电极部件32a、32b和绝缘层34同心配置，其中心轴的轴向为共同的长度方向。而且，在一对电极部件32a、32b上分别连接引线46a、46b。参照图9C，在第3工序中，将多个LED芯片36的阳极侧直接接合在一个电极部件32b的端面上，将阴极侧直接接合在另一个电极部件32a的端面上。优选将阳极侧连接在内侧的电极部件32b上，将阴极侧连接在外侧的电极部件32a上，由此，能够更好地对发热更大的阴极侧进行冷却。
图10示出本发明的第5实施方式。对具有与第1实施方式相同功能的结构标注同一参照符号并省略说明。
在本实施方式中，使用单一的电极部件32a。即，在高导热率且低电阻的大致杆状的单一的电极部件32a上，通过树脂等直接接合一个以上的倒装片型的LED芯片36的阴极侧(或阳极侧)。进而，在LED芯片36的阳极侧(或阴极侧)经由基板38连接有引线46b，并经由引线46b进行散热。
图11示出本发明的第6实施方式。对具有与第1实施方式相同功能的结构标注同一参照符号并省略说明。
在本实施方式中，在高导热率且低电阻的大致环状的单一的电极部件32a上，通过树脂等直接接合一个以上的倒装片型的LED芯片36的阴极侧(或阳极侧)。
图12示出本发明的第7实施方式。对具有与第1实施方式相同功能的结构标注同一参照符号并省略说明。
本实施方式的内窥镜是可切换直视和侧视的内窥镜。而且，在发光单元20中，在高导热率且低电阻的大致杆状的电极部件32a的前端表面和前端侧面上，分别配置LED芯片36。这里，连接了LED芯片36的阴极侧的阴极电极被2个LED芯片36共用，但是，连接了阳极侧的阳极电极在基板38内分别独立设置。
在第5～第7实施方式中，关于LED芯片36，通过仅将发热量大的阴极侧直接接合在电极部件32a上，能够促进阴极电极的导热，使散热性提高。并且，通过使阴极电极与内窥镜前端部件等外装金属热连接，能够进行内窥镜前端部整体的散热。进而，不需要使一对电极部件隔着绝缘层而一体化的处理，所以能够降低该部分的成本。
图13和图14示出本发明的第7实施方式。对具有与第1实施方式相同功能的结构标注同一参照符号并省略说明。
参照图13和图14，在本实施方式中，使用结构与第1实施方式的发光单元相同的第1和第2发光单元201、202。在这些第1发光单元201的阴极侧的电极部件32a上，焊接有阴极侧的LED驱动电缆22a的前端部(参照图中43a)。第2发光单元202也同样。而且，第1发光单元201的阳极侧的电极部件32b和第2发光部件的阳极侧的电极部件32b分别接合在高导热率且低电阻的大致长方体块状的公共电极部件48的相对置的一对侧面上。第1和第2发光单元201、202的电极部件32a、32b以及公共电极部件48沿共同的长度方向延伸。该共同的长度方向与内窥镜的插入部的长度方向大致一致。在本实施方式中，第1和第2发光单元201、202的电极部件32b分别嵌合在沿公共电极部件48延伸设置的槽部50上。因此，电极部件32b和公共电极部件48的接触面积增大，促进从电极部件32b向公共电极部件48的导热。而且，在公共电极部件48上，焊接有阳极侧的LED驱动电缆22b的前端部(参照图中43b)。这样，形成发光组件52。
另外，也可以在公共电极部件48的基端部固定网格状的散热器部件的前端部，而进行热连接，通过该散热器部件进一步进行散热。
如图15所示，也可以在公共电极部件48的一个侧面进一步接合第3发光单元203，通过3个发光单元201、202、203和公共电极部件48形成发光组件。该情况下也是，第1～第3发光单元201、202、203以及公共电极部件48沿共同的长度方向延伸。
因此，本实施方式的内窥镜发挥以下效果。
在本实施方式的内窥镜中，除了发光单元201、202、203的电极部件32a以外，还通过公共电极部件48进行散热，使散热性提高。并且，因为相对于多个发光单元201、202、203使用共同的公共电极部件48，所以，发光组件小型化，能够使内窥镜前端部小型化、细径化，或者，内窥镜前端部的布局变得容易。
并且，作为多个发光单元201、202、203，能够使用同一结构的发光单元201、202、203，从而能够使发光单元201、202、203模块化。因此，能够低价且容易地形成与内窥镜前端部的布局、必要的照明特性等对应的最佳的发光组件。
进而，通过本实施方式的发光组件，能够使阳极侧的LED驱动电缆22a公共化，与使用各自的LED驱动电缆的情况相比，对内窥镜前端部的安装变得容易。并且，由于在内窥镜前端部安装预先一体化的发光组件，所以，与单独安装多个发光单元201、202、203的情况相比，安装变得容易。这样，组装性提高。
而且，在本实施方式的发光组件中，阴极侧的LED驱动电缆22b是独立的，能够独立地控制各发光单元201、202、203。因此，在进行被摄体的照明的情况下，对每个发光单元201、202、203调节光量，由此，能够根据被摄体的形状等，实现适当的配光特性。并且，即使同规格的LED，每个LED中发光特性相对于电流存在微妙的不同，因此，通过独立地控制对各发光单元201、202、203的电流，能够校正每个LED的光量的偏差，能够获得均一的照明光。
另外，在本实施方式的发光组件中，在公共电极部件48上接合多个发光单元201、202、203的阳极侧的电极部件32b，但是也可以在公共电极部件48上接合阴极侧的电极部件32a。该情况下，能够使阴极侧的LED驱动电缆22a公共化。
Claims (9)
1.一种发光单元，其特征在于，该发光单元具有：
沿共同的长度方向延伸的大致杆状的高导热率且低电阻的一对电极部件(32a、32b)；
一体地夹设在所述一对电极部件(32a、32b)之间的绝缘层(34)，其沿所述一对电极部件(32a、32b)的共同的长度方向延伸；以及
发光元件(36)，其是在正面朝下的状态下连接于所述一对电极部件(32a、32b)的1个以上的倒装片型的发光元件(36)，所述发光元件(36)的阳极电极直接接合在所述一对电极部件(32a、32b)内的一个电极部件(32b)上，所述发光元件(36)的阴极电极直接接合在所述一对电极部件(32a、32b)内的另一个电极部件(32a)上，
所述发光单元内置在内窥镜插入部，
所述电极部件(32a、32b)的长度方向与所述插入部的长度方向一致，
由所述发光元件(36)产生的热经由所述电极部件(32a、32b)沿着所述电极部件(32a、32b)的长度方向进行散热。
2.一种发光单元，其特征在于，该发光单元具有：
大致环状的高导热率且低电阻的一对电极部件(32a、32b)，其相对于处于共同的长度方向上的中心轴同心地配置；
一体地夹设在所述一对电极部件(32a、32b)之间的绝缘层(34)，其相对于所述一对电极部件(32a、32b)的处于共同的长度方向上的中心轴同心地配置；以及
发光元件(36)，其是在正面朝下的状态下连接于所述一对电极部件(32a、32b)的1个以上的倒装片型的发光元件(36)，在所述一对电极部件(32a、32b)内的一个电极部件(32b)上直接接合有所述发光元件(36)的阳极侧，在所述一对电极部件(32a、32b)内的另一个电极部件(32a)上直接接合有所述发光元件(36)的阴极侧，
所述发光单元内置在内窥镜插入部，
所述电极部件(32a、32b)的长度方向与所述插入部的长度方向一致，
由所述发光元件(36)产生的热经由所述电极部件(32a、32b)沿着所述电极部件(32a、32b)的长度方向进行散热。
3.根据权利要求2所述的发光单元，其特征在于，
在所述一对电极部件(32a、32b)内的内侧电极部件(32b)上直接接合有所述发光元件(36)的阳极侧，在外侧电极部件(32a)上直接接合有所述发光元件(36)的阴极侧。
4.一种发光组件，其特征在于，该发光组件具有：
权利要求1～3中任一项所述的至少2个发光单元(20)，它们的电极部件(32b)沿共同的长度方向延伸；以及
高导热率且低电阻的公共电极部件(48)，其与所述至少2个发光单元(20)的各自的阳极侧或阴极侧的电极部件(32b)热连接并且电连接。
5.根据权利要求4所述的发光组件，其特征在于，
所述公共电极部件(48)沿着与所述电极部件(32b)共同的长度方向延伸，
来自所述电极部件(32b)的热沿所述公共电极部件(48)的长度方向进行散热。
6.根据权利要求5所述的发光组件，其特征在于，
所述公共电极部件(48)为大致杆状。
7.一种内窥镜，其特征在于，该内窥镜具有权利要求1～3中任一项所述的发光单元(20)。
8.根据权利要求7所述的内窥镜，其特征在于，
所述发光单元(20)与内窥镜前端部件热连接。
9.一种内窥镜，其特征在于，该内窥镜具有权利要求4～6中任一项所述的发光组件(52)。
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