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Abstract

本发明涉及一种LED模块(2)，在该模块中，对于如内窥镜、内孔窥视仪和显微镜的光导应用所需的典型的为80·106cd/m2或者更高的高亮度，通过至少一个LED芯片(9)来达到，该芯片设计用于至少1.4安培的工作电流。LED芯片面积优选为大于1.5mm2。此外在必要的情况下可以将两个或者多个LED芯片紧密地包封成LED阵列。由至少一个LED芯片(9)发出的光借助于光耦合器(4)耦合到长形的光导体(5)中。

Description

LED模块,用于运行这种LED模块的方法和具有这种LED模块的照明装置
技术领域
本发明涉及一种具有一个或多个发光二极管芯片的模块，以下简称为LED模块(LED：发光二极管)。发光二极管芯片的概念在此是指LED的产生光的部件。
除此以外，本发明还涉及一种具有该LED模块的照明装置，其中这种具有LED模块的照明装置为了应用而设置具有长形的光导体。这特别包括在纤维光学上的应用，并还用于医学或工业的诊断、监控和手术，例如内窥镜、内孔窥视仪和显微镜。
背景技术
直至今天，对于内窥镜和内孔窥视仪主要都使用了卤素灯或放电灯、特别是功率大约在100至300W的氙气放电灯。为了减少由于从窥镜或内孔窥视仪中溢出的光而对灯具产生的热负荷，在灯具和光导体之间插入了红外线滤波器。此外，灯具的光通过适合的反射器汇聚在长形的光导体的入射面上。在此在入射面上可达到的高亮度对于系统的功能性来说是至关重要的。
光纤维束作为光导体用于内窥镜、内孔窥视仪和显微镜，光纤维束典型地具有小于5毫米的直径和数值上典型地为0.5到0.7的孔径。此外对于先前提到的应用目的，典型地需要80·106cd/m2或者更高的亮度。以LED为基础替代传统的灯具以具有非常高的亮度的紧凑的LED布置为前提条件。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种LED模块，该模块适用于薄的光导体、特别是纤维光学系统中的光输入耦合。
本发明的另一个方面在于，提供基于这种LED模块的具有光耦合器的照明装置，其在长形的光导体、例如纤维束或者流体光导体的输入端处实现足够高的、特别是用于内窥镜、内孔窥视仪和显微镜的亮度。
此外，需要对用于运行根据本发明的LED模块的方法以及将其对于内窥镜、内孔窥视仪和显微镜的应用进行保护。
该目的通过一种具有至少一个布置在载体上的发光二极管(LED)芯片的LED模块来实现，其特征在于，至少一个LED芯片设计用于以至少1.4安培的电流强度工作。
在照明装置、运行方法和根据本发明的LED模块的应用方面，参照相应的所引用的独立权利要求。
在相应的从属权利要求中给出了特别优选的设计方案。
本发明的基本思想在于，在LED模块中，对于如内窥镜、内孔窥视仪和显微镜的光导体应用所需的典型的为80·106cd/m2或更高的高亮度，通过至少一个LED芯片来达到，该芯片设计用于至少1.4安培的工作电流。
此外，证明为有利的是，至少一个LED芯片的面积为至少1.5mm2。此外对于一些光导体应用有利的是，两个或更多的LED芯片彼此紧密贴近地布置成阵列，以便通过这种方式来获得发出相应大量光线的面。
此外优选的是，LED芯片直接布置在载体上。由于该载体优选地由导热特别好的材料、例如铜制成，因此使得LED芯片的散热得到改善。此外，LED载体优选地布置在散热体上，(多个)LED的损耗热量特别好地发出到周围环境或冷却介质。此外优选的是，单个的LED芯片既没有壳体也没有初级透镜。由此，两个或更多的LED芯片也可以相对紧密地彼此相邻布置成LED阵列(Multi-Chip on Board Technologie多芯片电路板技术)。在此，为了保护以防止外部影响而可能有利的是，LED阵列总体上配有一个壳体或一个保护层、一个防护玻璃或类似物。
通常根据本发明，LED芯片的表面发射类型是优选的，其中占绝大多数的、典型地多于90％的部分经过LED芯片的上盖体面射出。此外，还特别涉及到薄膜技术中的LED芯片(例如OSRAM ThinGaN
Figure BDA0000151886440000031
)。LED芯片是优选的，其借助于发光材料转换过程而发出具有大于或等于50nm的光谱半值宽度的光、也特别是白光，例如OSRAM光电半导体公司的超白和暖白光类型的LED。理论上讲根据不同的应用领域，不仅将人眼可见的光而且将紫外线(UV)-或红外线(IR)-射束考虑为LED芯片发出的射束。
根据本发明的照明装置具有上述LED模块以及一个光耦合器。该光耦合器例如设计为非成像的光学元件，并且具有输入耦合面和输出耦合面。此外，该光耦合器相对于LED模块这样布置，即LED或LED阵列在工作时发出的光输入耦合到光耦合器的输入耦合面中。
在一个改进方案中，光耦合器的输入耦合面小于输出耦合面。为了尽可能地减少输入耦合损耗可以有利的是，光耦合器的输入耦合面形成为矩形并且匹配于LED芯片的面积或LED阵列的总面积。为了进一步降低输入耦合损耗，输入耦合面和/或输出耦合面可以配有抗反射层。为了利用根据本发明的LED模块在工作时可以达到对于多个例如内窥镜、内孔窥视仪或显微镜的纤维光学应用所需的80·106cd/m2或者更高的亮度优选的是，至少一个LED芯片或可能的是LED阵列中的每个LED芯片以大于或等于1.4安培的电流工作。
一旦需要，根据对于在光导体的端部处的亮度而言力求达到的高度值提出，适合数量的LED芯片以至少为1.4安培的最大工作电流布置在紧密的LED阵列中。借助于光耦合器、特别是非成像光学元件、根据本发明的照明装置，由该LED阵列发出的光线输入耦合到光导体中。
上述照明装置优选地设计用于应用在内窥镜、内孔窥视仪或显微镜中。
附图说明
以下根据实施例详细说明了本发明。唯一的附图示出：
附图示出具有根据本发明的LED模块和长形光导体的照明装置。
具体实施方式
唯一的附图在侧视图中非常示意性地示出了根据本发明的照明装置1，其应用于内窥镜中。照明装置1包括LED模块2、在其上布置有LED模块2的冷却体3以及光耦合器4。同样示出的是，具有被套管7包围的光纤6的光导体5。OSRAM光电半导体公司的Power-OSTAR类型的LED模块2包括由铜制成的表面镀金的板形载体8和一共四个LED芯片9。四个LED芯片9中的每个都具有2mm2的面积并且在工作时发出白色光。为了改进散热，四个LED芯片9直接焊接在载体8的、背离冷却体3的侧面上。此外，四个LED芯片9以相对70μm的间距紧密封装成
Figure BDA0000151886440000041
阵列地布置在载体8上。四个LED芯片8中的每个都和驱动电子装置分离开地以直至6安培的直流电进行控制(未示出)。因此获得超过80·106cd/m2的亮度。为了进行调光，可以在5％和100％之间调节LED的亮度。光耦合器4设计为长形的、非成像的光学元件，其具有朝向四个LED芯片9的输入耦合面10和朝向光导体5的输入端的输出耦合面11。一方面在输入耦合面10和LED芯片4之间以及另一方面在输出耦合面11和光导体5之间分别设置有气隙。气隙对于调整和机械公差是必需的，并且应不超过0.5mm，以便使得损耗保持较低。光耦合器4的输入耦合面10略大于由四个LED芯片9组成的LED阵列的总面积。在本实施例中，光耦合器的横截面是圆形的。为了进一步改进输入耦合效率，光耦合器的横截面也可以匹配于LED阵列的矩形总面积。光耦合器4的输出耦合面11匹配于光导体5的输入面积12，并且略大于输入耦合面10。

Claims (15)

1.一种LED模块(2)，具有至少一个发光二极管(LED)芯片(9)，所述发光二极管芯片布置在载体(8)上，其特征在于，所述至少一个LED芯片(9)设计用于以至少1.4安培的电流强度工作。
2.根据权利要求1所述的LED模块，其中所述至少一个LED芯片(9)的面积为至少1.5mm2。
3.根据权利要求1或2所述的LED模块，其中两个或多个LED芯片(9)紧密地彼此相邻布置成LED阵列。
4.根据前述权利要求中任一项所述的LED模块，其中设置至少一种发光材料，所述发光材料将所述至少一个LED芯片(9)的光转换成具有大于或等于50nm的光谱半值宽度的光。
5.根据前述权利要求中任一项所述的LED模块，其中至少一个LED芯片发出紫外线(UV)-或红外线(IR)-射束。
6.一种照明装置，具有根据权利要求1至4中任一项所述的LED模块(2)和带有输入耦合面(10)以及输出耦合面(11)的光耦合器(4)，其中所述光耦合器(4)相对于所述LED模块(2)这样布置，即由至少一个LED芯片(9)在工作时发出的光输入耦合到所述光耦合器(4)的所述输入耦合面(10)中。
7.根据权利要求6所述的照明装置，其中所述光耦合器(4)的所述输入耦合面(10)小于所述光耦合器的所述输出耦合面(11)。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的照明装置，其中所述光耦合器(4)的所述输入耦合面(10)形成为矩形并且匹配于所述至少一个LED芯片(9)的面积。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的照明装置，其中所述输入耦合面(10)和/或所述输出耦合面(11)配有抗反射层。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的照明装置，其中所述光耦合器(4)设计为非成像的光学元件。
11.一种用于运行根据权利要求1至5中任一项所述的LED模块(2)的方法，其中至少一个LED芯片(9)或可能的是每个LED芯片以大于或等于1.4安培的电流工作。
12.根据权利要求11所述的方法，其中这样选择所述LED芯片(9)的电流大小和/或数量，即达到至少为80.106cd/m2的亮度。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述LED模块(2)安装在根据权利要求6至10中任一项所述的照明装置(1)中。
14.一种根据权利要求6至10中任一项所述的照明装置在内窥镜或内孔窥视仪中的应用。
15.一种根据权利要求6至10中任一项所述的照明装置在显微镜中的应用。
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