CN102444809A - 装置于医疗用照明灯具中的发光二极管照明光源模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装置于医疗用照明灯具中之发光二极管照明光源模块，主要系包含一具有散热功能之电路基板、一LED芯片封装元件、一分光透镜以及一反射元件等构件所组成，该LED芯片封装元件系附着于前述具有散热功能之电路基板，令分光透镜罩盖于LED芯片封装元件之出光方向上端，再使反射元件顶压分光透镜而一并定位并安装至电路基板上。藉此，当可透过分光透镜导引LED芯片封装元件之中央光束向前集中投射，而LED芯片封装元件之侧向光束可于穿过分光透镜之后，受反射元件所拦截并向前方反射，使侧向光束得与中央光束并合向前投射，令本发明装置于医疗用照明灯具中之发光二极管照明光源模块之出光衰减率大幅降低。

Description

装置于医疗用照明灯具中的发光二极管照明光源模块

技术领域

本发明系有关于一种装置于医疗用照明灯具中之发光二极管照明光源模块，尤指一种适用于医学诊断或治疗照明器具内之LED光源模块，令其中自LED芯片发出之光线具有高演色性、定向投照及低损耗之特性，俾利医学诊断或治疗之顺利进行且降低能源使用之费用者。

背景技术

按，一股用于医学诊断或治疗之照明产业于追求高亮度之同时，尚须维持高演色性以利辨识细胞组织间之细微差异，故无法以单波长LED芯片封装元件取代传统卤素灯泡做为医学诊断或治疗照明用之光源，而必须采用具有全可见光波域之高演色性LED芯片封装元件，但由于高演色性LED芯片封装元件内之萤光粉会导致发光效率仅约为单波长LED芯片封装元件之一半，因此当今使用LED芯片封装元件做为医学诊断或治疗照明用光源之主要理由，乃30,000小时之LED芯片封装元件寿命为1,000小时之卤素灯泡寿命之30倍，可以大幅降低医学诊断或治疗照明设备之使用成本，应用高演色性LED芯片封装元件于医学诊断或治疗之照明上，并未获得较卤素灯泡显著之节能效果，此乃先前技术尚待努力突破之处，而医学诊断或治疗照明设备之节能，除了能节省本身之耗电量外，亦可以大幅降低冷气空调之费用，此乃较延长光源寿命更具意义之技术。

于手术室内，一股至少有两个各耗能120～150瓦特之手术灯头置于执刀医师之头部上方约30～40公分处，由于执行手术时，执刀医师均配戴有灭菌手套，故无法擦拭汗水以免破坏保持之无菌空间，此外手术室之冷气空调如不够冷，手术灯头之高热度将影响执刀医师之手术进行，如稍有不慎将可能导致患者术后产生并发症，严重者甚至死亡，因此手术室必须将空调之温度控制于摄氏15～20度间为妥，需知，浪费之能源成本较换购手术灯之成本高，基于前述原因，提高LED芯片封装元件其光线能量之使用效率乃采用LED做为医学诊断或治疗照明用光源之先前技术所需努力突破之处。

如图6所示之传统LED照明模块，系将一LED芯片封装元件10附着于一电路基板40上，再于该LED芯片封装元件10之出光方向外侧罩盖一透镜30，藉此得利用透镜30将LED芯片封装元件10所产生之光束分为中央与侧向光束，并分别予以导向前方之照明目标区域，基于光线于高折射率之透明材料内，其行进之距离越长，衰减亦随之增多，透镜30于中央靠LED芯片封装元件10端与出光面端，各有一个圆柱孔301与圆柱孔302，以减少中央光束于高折射率之透明材料内所行进距离，透镜30之全反射曲面A可以拦截LED芯片封装元件10所产生之侧向光束，并以光线自高密度介质进入低密度介质所产生全反射之物理现象方式，将拦截到之光线反射至照明目标区，由于该全反射曲面A必须与较低密度之空气相邻以进行全反射，故无法直接于其上增长出固定柱303(如图6假想线所标示之处)，否则将破坏所拦截到之光线全反射，由此可知，传统LED照明模块需另外通过一外罩式之固定件50用以提供透镜30之精确定位与固定。

综观此透镜30之光学设计，LED芯片封装元件10所产生之侧向光束能量将有显著之耗损，此乃因为侧向光束行经透镜内部之距离系为中央光束行经透镜材料内部之距离数倍，且被透镜30之全反射曲面A拦截之侧向光束其一部分光线将产生折射并穿过透镜30而无法以规划之全反射角度投射至达照明区域，一股习见之LED芯片封装元件其发光角度约为140度或更大，而中央光束发光角度B受机构设计之限制，一股多无法超过60度，其余均为侧向光束，故当侧向光束之能量有显著耗损时，传统LED照明模块之整体照明效率亦随之显著降低。

发明内容

本发明之主要目的，乃在于提供一种装置于医疗用照明灯具中之发光二极管照明光源模块设计，主要系使发光二极管之光源具有高演色性、定向投照及低损耗之特性，俾利医学诊断或治疗之顺利进行且节省能源。

本发明之次要目的，乃在于提供一种装置于医疗用照明灯具中之发光二极管照明光源模块设计，该模块包含一具有散热功能之电路基板、一LED芯片封装元件、一分光透镜以及一反射元件等构件所组成，该LED芯片封装元件系附着于前述具有散热功能之电路基板，令分光透镜罩盖于LED芯片封装元件之出光方向前端，再使反射元件顶压分光透镜而一并定位安装至电路基板上。

为达上述目的，本发明排除传统LED光源透镜为中央折射且辅以侧面全反射之光学设计，而改以一种具有薄壁之分光透镜而将LED芯片封装元件所发出之光源，分为以折射方式直接投射向照明目标区之中央光束，亦与以折射方式穿出此分光透镜之向光束，藉此大幅缩短LED芯片之侧向光束通过高密度透明材料之距离以降低光线能量之损耗，再令一具有高反射率之曲面反射元件拦截穿过分光透镜之侧向光束，并将其反射至照明之目标区，分光透镜系可被崁入反射元件内以利精确定位，并可被反射元件夹于固定LED芯片封装元件之电路基板上，因该反射元件系以内侧具有高反射率之曲面用以反射所拦截到之光束，故可于反射元件之外侧曲面上设置有数个用于定位与固定用之固定柱，以与固定LED芯片封装元件之电路基板准确并牢固接合，而不致影响到侧向光束之反射角度，俾令本发明可兼顾低光线能量耗损与制造之便利性。

附图说明

图1所示为本发明之组合立体示意图；

图2所示为本发明之分解立体示意图；

图3所示为本发明之组合剖面示意图；

图4所示为本发明之光学状态示意图；

图5所示为本发明另一实施例之组合剖面示意图；

图6所示为习见LED照明模块之结构剖面示意图。

主要元件符号说明：

40——电路基板                  10——LED芯片封装元件

30——透镜                      301——圆柱孔

302——圆柱孔                   303——定位柱

A——全反射曲面                 B——中央光束发光角度

50——固定件                    1——LED芯片封装元件

2——分光透镜                   21——孔穴

211——中央透镜                 212——环形透镜

22——凸缘                      3——反射元件

31——定位柱                    32——反射层

33——环槽                      4——电路基板

41——反射元件定位孔            42——电路基板固定孔

具体实施方式

为使贵审查委员了解本发明之目的、特征及功效，今藉由下述具体之实施例，并配合所附图式，针对本发明做一详细说明如后：

如图1与图2所示，本发明装置于医疗用照明灯具中之发光二极管照明光源模块设计，主要系包含一LED芯片封装元件1、一分光透镜2、一反射元件3以及一具有散热功能之电路基板4等构件所组成；其中：

LED芯片封装元件1，系采用具有全可见光波域之高演色性LED芯片规格，其演色性要求需大于或等于85，色温选择于3000K～6700K之间(接近自然光之色温)为较佳；

分光透镜2，如图2所示，系以高透光率与高折射率之材料制成如凸形薄壳之透明物体，使镜体于与电路基板4接触之底端形成一孔穴21，该孔穴21之底部系设置成一中央透镜211之型态，而该孔穴21之侧面亦为一环形透镜212并与中央透镜211相衔接，又使分光透镜2于与电路基板4接触之底端外圈具有一环状之凸缘22；

反射元件3，其外型呈一漏斗状之环型杯体，于该杯体之外侧有复数根定位柱31，而该杯体于内侧表面则镀设有一反射层32，藉由该反射层32以反射所拦截到之光束，另于反射元件3之小口径端部内侧设置有一阶级状之环槽33，使该环槽33之内径尺寸、形状与分光透镜2之凸缘22外径尺寸、形状相互匹配；

电路基板4，系一供LED芯片封装元件1组装定位之基板，该基板系选用铝合金或陶瓷等具有高热传导系数之材质，且电路基板4于LED芯片封装元件1之外侧周围开设有复数个反射元件定位孔41与电路基板固定孔42；

利用上述构件，如图3所示，令LED芯片封装元件1附着于电路基板4上特定之位置，再令分光透镜2罩盖于LED芯片封装元件1之出光方向前端，近而使孔穴21可将LED芯片封装元件1完全框罩，此时凸缘22系平贴于电路基板4上，再使反射元件3之环槽33扣压到凸缘22，同时反射元件3之各个定位柱31则分别对应穿设于电路基板4之反射元件定位孔41，至此，令使孔穴21底部之中央透镜211可导引LED芯片封装元件1之中央光束向前穿透，而孔穴21侧面之环形透镜212则可导引LED芯片封装元件1之侧向光束向外穿透，以被反射元件3之反射层32所拦截，如此配置即可完成本发明装置于医疗用照明灯具中之发光二极管照明光源模块之组装结构。

再者，本发明得利用电路基板4上之复数个电路基板固定孔42，而将本发明予以固定于其它机构件上，并将其以阵列之方式组现，如此即可使每一装置于医疗用照明灯具中之发光二极管照明光源模块其照度相加乘，俾利于构成医学诊断或治疗照明设备之照明器具。

其次，因本发明特别将该分光透镜2之光学结构予以创新设计，而使分光透镜2之侧壁厚度减缩，同时利用侧面环形透镜212以导引LED芯片封装元件1之侧向光束(如图4所示)，使侧向光束经过分光透镜2透明材料内部之距离大幅缩减并折射至设置于外侧之反射元件3上，藉此达到降低光线能量之损耗。

而后，本发明再令一表面镀设有反射层32之反射元件3将分光透镜2施以抵顶压掣，并一并固定于电路基板4上，因该反射元件3系利用内侧表面之反射层32以反射所拦截到之光束，故当可于反射元件3之外侧面设置定位柱31，该定位柱31不致影响到侧向光束之反射角度，俾令本发明可兼顾低光线能量耗损与制造之便利性。

另言，透过上述分光透镜2与反射元件3之设置条件，本发明亦得将该分光透镜2与反射元件3合并成型为单一实体(如图5所示)，为此，当可将该单一实体予以应用并罩盖于LED芯片封装元件1之出光方向，且达到分光透镜2与反射元件3个别具备之作用与功效无虞，特此说明。

又者，因本发明装置于医疗用照明灯具中之发光二极管照明光源模块设计，主要系应用于医学诊断或治疗之用途，故对于LED芯片封装元件1之演色性系要求需大于或等于85，而色温则选择于3000K～6700K之间为较佳，例如艾笛森公司(http://www.edison-opto.com.tw/01_led_products_detail.asp？sn＝45)所生产之LED照明芯片封装元件，即符合本发明之需求。

本发明虽藉由上述实施例清楚描述，但仍可变化其形态与细节，于不脱离本发明之精神而达成，并使熟悉此项技艺人士可了解本案上述之较佳实施例，仅系藉本案原理可具体实施之方式之一，但并不以此为限制，应依本发明权利要求所界定为准。

综上所述，诚可见本发明针对装置于医疗用照明灯具中之发光二极管照明光源模块设计，不仅能达到预期令光源具有定向投照之特性，亦可降低LED芯片封装元件发光能量之损耗，近而节省手术室空调之使用成本，确已符合专利技术思想之创作实属无疑，惟依法申请发明，并请惠予详审并赐予专利，实感德便。

Claims (11)

1.一种装置于医疗用照明灯具中的发光二极管照明光源模块，其主要包含一LED芯片封装元件、一分光透镜、一反射元件以及一电路基板等构件所组成，令LED芯片封装元件附着于电路基板上，其特征在于：

分光透镜，系一罩盖于LED芯片封装元件出光方向前端之凸形薄壳状透明物体，镜体于与电路基板接触之底端形成一孔穴，孔穴之底部设置有一中央透镜，于孔穴的侧面则设置为一环形透镜；

反射元件，系设置于分光透镜的外围，其内侧表面具有一反射层；

电路基板，系一供LED芯片封装元件组装定位的基板；

利用上述构件，令分光透镜的孔穴将LED芯片封装元件完全框罩，使孔穴内的中央透镜可供LED芯片封装元件的中央光束穿射，而孔穴内侧面的环形透镜则可供LED芯片封装元件的侧向光束穿射，再藉由分光透镜外围反射元件的反射层以拦截穿透环形透镜的侧向光束，使拦截到的侧向光束以反射方式向照明目标区投射。

2.如权利要求1所述的装置于医疗用照明灯具中的发光二极管照明光源模块，其特征在于，所述的电路基板于固设LED芯片封装元件的外侧周围开设有复数个定位孔。

3.如权利要求2所述的装置于医疗用照明灯具中的发光二极管照明光源模块，其特征在于，令分光透镜受反射元件予以定位，并一并被定位且固定于电路基板的定位孔。

4.如权利要求1所述的装置于医疗用照明灯具中的发光二极管照明光源模块，其特征在于，令分光透镜于靠近LED芯片封装元件的底端外侧成型有一环状的凸缘，而反射元件于靠近电路基板的端部内侧设置有一阶级状的环槽，使环槽与凸缘呈匹配对应状。

5.如权利要求1所述的装置于医疗用照明灯具中的发光二极管照明光源模块，其特征在于，所述的分光透镜系以高透光率的材料制成。

6.如权利要求1所述的装置于医疗用照明灯具中的发光二极管照明光源模块，令反射元件杯体外侧成型设有复数根定位柱。

7.如权利要求1所述的装置于医疗用照明灯具中的发光二极管照明光源模块，其特征在于，令分光透镜与反射元件合并成型为单一实体。

8.如权利要求1所述的装置于医疗用照明灯具中的发光二极管照明光源模块，其特征在于，所述的电路基板系以高热传导系数的材质制成。

9.如权利要求8所述的装置于医疗用照明灯具中的发光二极管照明光源模块，其特征在于，所述的高热传导系数的材质可为铝合金。

10.如权利要求8所述的装置于医疗用照明灯具中的发光二极管照明光源模块，其特征在于，所述的高热传导系数的材质可为陶瓷。

11.如权利要求1所述的装置于医疗用照明灯具中的发光二极管照明光源模块，其特征在于，所述的LED芯片封装元件的演色性大于或等于85，色温于3000K～6700K之间。

Images