KR20120097501A - Ｌｅｄ 모듈, 상기 ｌｅｄ 모듈 및 상기 ｌｅｄ 모듈을 가지는 조명 디바이스를 동작시키기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 모듈(2)에 관한 것이고, 여기서 전형적으로 내시경 검사, 보로스코피(boroscopy), 및 현미경 검사와 같은 광섬유 애플리케이션들에 대하여 요구되는, 80·106cd/m2의 높은 광 밀도가 적어도 1.4 암페어의 동작 전류에 대하여 설계되는 적어도 하나의 LED 칩(9)에 의해 달성된다. LED 칩의 영역은 바람직하게 1.5mm2 초과와 동일하다. 또한, 둘 또는 그 초과의 LED 칩들은 요구되는 바와 같이, LED 어레이로 밀집되게 패킹될 수 있다. 적어도 하나의 LED 칩(9)으로부터 방사되는 광은 광 커플러(4)에 의해 가늘고 긴 광 컨덕터(5)로 커플링된다.

Description

ＬＥＤ 모듈, 상기 ＬＥＤ 모듈 및 상기 ＬＥＤ 모듈을 가지는 조명 디바이스를 동작시키기 위한 방법{LED MODULE, METHOD FOR OPERATING SAID LED MODULE AND LIGHTING DEVICE HAVING SAID LED MODULE}
본 발명은 LED 모듈(LED: 발광 다이오드)로서 아래에서 축약하여 지칭되는 하나 또는 그 초과의 발광 다이오드 칩들을 가지는 모듈에 관한 것이다. 여기서 용어 발광 다이오드 칩은 광을 발생시키는 LED의 부분을 의미한다.
본 발명은 또한 상기 LED 모듈을 가지는 조명 디바이스에 관한 것이고, 이에 의해 LED 모듈을 포함하는 이 조명 어레인지먼트(arrangement)는 연장된 광 컨덕터들과 함께 사용하기 위해 의도된다. 이들은 예를 들어, 내시경 검사, 보로스코피(boroscopy) 및 현미경 검사와 같은 의료용 또는 산업용 진단들, 모니터링 및 동작을 위해 다른 것들 중에서 특히 광섬유 애플리케이션들을 포함한다.
지금까지, 주로 할로겐 또는 방전 램프들, 특히, 대략 100 내지 300 W의 출력을 갖는 제논 방전 램프들은 내시경들에 대하여 그리고 또한 보로스코프들 둘 다에 이용되었다. 적외선 필터들은 내시경 또는 보로스코프로부터 유출되는 상기 램프들의 광에 의해 야기되는 열부하를 감소시키기 위해 광 컨덕터 및 램프 사이에서 이용된다. 또한, 램프들로부터의 광은 적당한 반사기들에 의해 가늘고 긴 광 컨덕터의 유입 표면상에 포커싱된다. 이 상황에서 달성될 수 있는 유입 표면상에서의 높은 광 밀도는 시스템의 기능성에 대하여 중요하다.
내시경 검사, 보로스코피 및 현미경 검사에 대하여 광 컨덕터들로서 전형적으로 이용되는 광섬유 번들(bundle)들은 5mm 보다 적은 지름 및 전형적으로 0.5 내지 0.7의 개구수를 포함한다. 또한, 80·10 6 cd /m 2 이상의 전형적인 광 밀도들은 이미 언급된 의도된 목적들을 위하여 요구된다. LED들에 기반한 종래의 램프들의 대체는 매우 높은 광 밀도를 가지는 컴팩트 LED 어레인지먼트를 전제로 한다.
본 발명의 목적은 특히 광섬유 시스템들에서의, 얇은 광 컨덕터들에 광을 커플링-인(coupling-in) 하기에 적합한 LED 모듈을 특정하는 것이다.
본 발명의 추가적인 양상은 이 LED 모듈에 기반하여 특히 내시경 검사, 보로스코피 및 현미경 검사를 위하여, 예를 들어 섬유 번들 또는 액체 광 가이드와 같은 가늘고 긴 광 컨덕터의 입력부에, 충분히 높은 광 밀도를 달성하는 광 커플러를 가지는 조명 디바이스를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 LED 모듈을 동작시키기 위한 방법 및 또한 내시경들, 보로스코프들 및 현미경들에 대하여 상기 LED 모듈의 사용에 대한 보호가 추구된다.
이 목적은 본 캐리어 상에 배열되는 적어도 하나의 발광 다이오드(LED) 칩을 가지는 LED 모듈로서, 상기 적어도 하나의 LED 칩이 적어도 1.4 암페어의 전류 세기로 동작하기 위해 설계되는, LED 모듈에 의해 달성된다.
조명 디바이스, 본 발명에 따른 LED 모듈의 동작 방법 및 사용에 관하여, 거기에 지시되는 개별적인 독립 청구항들에 대해 참조가 이루어진다.
특히 이로운 실시예들은 각각의 종속항들에 기재된다.
LED 모듈에 관하여 본 발명의 기본 아이디어는 적어도 1.4 암페어의 동작 전류에 대하여 설계되는 적어도 하나의 LED 칩에 의해 내시경 검사, 보로스코피 및 현미경 검사와 같은 광 컨덕터 애플리케이션들에 대하여 요구되는 전형적으로 80·106cd/m2 이상의 높은 광 밀도를 달성하는 데 있다.
적어도 하나의 LED의 칩의 표면 영역이 적어도 1.5mm2를 나타내면 유리하다고 추가로 추명되었다. 임의의 광 컨덕터 애플리케이션들에 대하여, 이런 방식으로 대응하여 큰 광 방사 표면 영역을 획득하기 위해 어레이를 형성하기 위해 둘 또는 그 초과의 LED 칩들을 서로 가깝게 배열하는 것은 더 이로울 수 있다.
LED 칩이 캐리어상에 직접 배열되는 것이 더 바람직하다. LED 칩으로부터의 열 소산은, 캐리어가 열을 특히 잘 전도하는, 예를 들어, 구리와 같은 물질로 바람직하게 구성되기 때문에 이 수단에 의해 개선될 수 있다. 또한, LED 캐리어는 LED(들)로부터 환경 또는 냉각제(cooling agent)로 특히 잘 열 손실을 소산시키는 열 싱크 상에 바람직하게 배열된다. 또한 개별적인 LED 칩이 하우징도 주 렌즈도 가지지 않는 것이 더 선호된다. 이는 LED 어레이(보드 기술에 관한 멀티-칩)를 형성하기 위해 둘 또는 그 초과의 LED 칩들을 서로 비교적 가깝게 배열하는 것이 또한 가능함을 의미한다. 이 상황에서, 외부 영향에 보호를 제공하기 위해 LED 어레이 전체에 하우징 또는 보호 코팅, 유리 가드(guard) 등을 제공하는 것은 아마도 이로울 수 있다.
일반적으로, 본 발명에 따라 표면 방사기 타입의 LED 칩들은 바람직한데, 여기서 전형적으로 90% 초과인, 우세한 부분은 LED 칩의 상부 탑(top) 표면에 걸쳐 방사된다. 이 상황에서, 당해 LED 칩들은 박막 기술을 특히 이용한다(예를 들어, 오스람 ThinGaN®). 형광체 변환에 의해, 50nm보다 크거나 같은 스펙트럼 하프(half) 폭을 가지는 광, 특히 또한 백색 광을 방사하는 LED 칩들, 예를 들어, 오스람 옵토 반도체 회사로부터의 울트라-화이트 또는 웜 화이트 타입들의 LED들이 선호된다. 본질적으로, 애플리케이션의 영역에 의존하여, 인간의 눈에 가시적인 광뿐만 아니라 자외선(UV) 또는 적외선(IR) 방사선을 방사하는 LED 칩들이 또한 고려될 수 있다.
본 발명에 따른 조명 디바이스는 상기 설명된 LED 모듈 및 또한 광 커플러를 포함한다. 광 커플러는 예를 들어 비-이미징 광학 엘리먼트로서 설계되고, 커플링-인 표면 및 커플링-아웃 표면을 포함한다. 이 상황에서, 광 커플러는 동작 동안 LED 또는 LED 어레이에 의해 방사되는 광이 광 커플러의 커플링-인 표면으로 커플링되도록 LED 모듈에 관하여 배열된다.
개발시, 광 커플러의 커플링-인 표면은 커플링-아웃 표면보다 더 작다. 가능한한 낮게 커플링-인 손실들을 유지하기 위해, 사각형 방식으로 광 커플러의 커플링-인 표면을 형성하고, 이를 LED 어레이의 총 표면 영역 또는 LED 칩 표면 영역에 매칭하는 것이 이로울 수 있다. 커플링-인 손실들을 더 감소시키기 위해, 커플링-인 표면 및/또는 커플링-아웃 표면은 반사방지 코팅이 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 LED 모듈을 사용할 때 내시경 검사, 보로스코피 또는 현미경 검사와 같은 많은 광섬유 애플리케이션들에 대하여 동작 동안 요구되는 80·10 6 cd /m 2 이상의 광 밀도를 달성할 수 있기 위해, 1.4 암페어보다 크거나 같은 전류로 LED 어레이의 적어도 하나의 LED 칩 또는 해당하는 각 LED 칩을 동작시키도록 준비가 이루어진다.
광 컨덕터의 말단에서 광 밀도에 대한 값에 대한 타겟 레벨에 따라, 밀집한 LED 어레이에 적어도 1.4 암페어의 최대 동작 전류들을 가지는 적당한 수의 LED 칩들을 배열하기 위해 요구되는 바와 같이 준비가 이루어진다. 본 발명에 따른 조명 디바이스의 광 커플러, 특히, 비-이미징 광학 엘리먼트의 도움으로, 이 LED 어레이에 의해 방사되는 광은 광 컨덕터로 커플링된다.
상기 설명된 조명 디바이스는 내시경, 보로스코프 또는 현미경에서 사용하고자 바람직하게 의도된다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 아래에 상세히 설명될 것이다. 도면에서, 단일 도면:
도 1은 본 발명에 따른 LED 모듈 및 가늘고 긴 광 컨덕터를 포함하는 조명 디바이스를 도시한다.
단일 도면은 내시경에서 사용하기 위한 본 발명에 따른 조명 디바이스(1)의 매우 개략적인 측면도를 도시한다. 조명 디바이스(1)는 LED 모듈(2), LED 모듈(2)이 배열되는 열 싱크(3) 및 광 커플러(4)로 구성된다. 또한, 클래딩(cladding)(7)에 의해 둘러싸인 광섬유들(6)을 가지는 광 컨덕터(5)가 도시된다. 오스람 옵토 반도체 회사로부터의 파워-OSTAR 타입의 LED 모듈(2)은 총 네 개의 LED 칩들(9) 및 금-도금된 표면을 가진 구리로 이루어진 판-형상 캐리어(8)를 포함한다. 네 개의 LED 칩들(9)의 각각은 2mm2의 표면 영역을 가지며 동작할 때 백색 광을 방사한다. 더 나은 열 소산을 제공하기 위해, 네 개의 LED 칩들(9)은 열 싱크(3)로부터 멀리 면하는 캐리어(8)의 측면 상에 직접 납땜된다. 이 상황에서, 네 개의 LED 칩들(9)은 캐리어(8) 상에 밀집되게 패킹된 2ⓧ2 어레이를 형성하기 위해 서로로부터 70 μm의 거리에 배열된다. 네 개의 LED 칩들(8)의 각각은 6 암페어들까지의 DC 전류로 구동 전자 유닛에 의해 개별적으로 제어된다(도시 안됨). 80·10 6 cd /m 2 보다 큰 광 밀도는 이에 의해 획득된다. 조광 목적들을 위해, LED의 광 밀도는 5% 내지 100% 사이에서 설정될 수 있다. 광 커플러(4)는 네 개의 LED 칩들(9)을 향하는 커플링-인 표면(10)과 광 컨덕터(5)의 입력부를 향하는 커플링-아웃 표면(11)을 가진 가늘고 긴 비-이미징 광학 엘리먼트로서 설계된다. 공극은 각 경우에서 한편으로 커플링-인 표면(10) 및 LED 칩들(4) 사이에 그리고 다른 한편으로 커플링-아웃 표면(11) 및 광 컨덕터(5) 사이에 제공된다. 공극은 조정 및 기계적 허용오차들을 위해 필요하고, 손실들을 최소화하기 위해 0.5mm를 초과하지 않아야만 한다. 광 커플러(4)의 커플링-인 표면(10)은 네 개의 LED 칩들(9)을 구성하는 LED 어레이의 총 표면 영역보다 약간 더 크다. 본 예시적인 실시예에서, 광 커플러의 단면은 원형이다. 커플링-인 효율을 더 개선시키기 위해, 광 커플러의 단면은 또한 LED 어레이의 사각형 총 표면 영역에 매칭될 수 있다. 광 커플러(4)의 커플링-아웃 표면(11)은 광 컨덕터(5)의 유입 표면(12)에 매칭되고, 커플링-인 표면(10)보다 약간 더 크다.

Claims (15)

  1. 캐리어(8)상에 배열되는 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)를 가지는 LED 모듈(2)로서,
    상기 적어도 하나의 LED 칩(9)은 적어도 1.4 암페어의 전류 세기로 동작하기 위해 설계되는,
    LED 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 LED 칩(9)의 표면 영역은 적어도 1.5mm2를 나타내는,
    LED 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    둘 또는 그 초과의 LED 칩들(9)은 LED 어레이를 형성하기 위해 서로 가깝게 배열되는,
    LED 모듈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 LED 칩(9)으로부터의 광을 50nm보다 크거나 같은 스펙트럼 하프(half) 폭을 가지는 광으로 변환하는 적어도 하나의 형광체가 제공되는,
    LED 모듈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 LED 칩은 자외선(UV) 또는 적외선(IR) 방사선을 방사하는,
    LED 모듈.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 LED 모듈(2) 및 커플링-인(coupling-in) 표면(10) 및 커플링-아웃(coupling-out) 표면(11)을 가지는 광 커플러(4)를 가지는 조명 디바이스(1)로서,
    상기 광 커플러(4)는 동작 동안 적어도 하나의 LED 칩(9)에 의해 방사되는 광이 상기 광 커플러(4)의 커플링-인 표면(10)으로 커플링되도록 상기 LED 모듈(2)에 관하여 배열되는,
    조명 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 커플러(4)의 상기 커플링-인 표면(10)은 상기 광 커플러(4)의 커플링-아웃 표면(11)보다 더 작은,
    조명 디바이스.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 광 커플러(4)의 상기 커플링-인 표면(10)은 사각형 방식으로 형성되고, 상기 적어도 하나의 LED 칩(9)의 표면 영역에 매칭되는,
    조명 디바이스.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링-인 표면(10) 및/또는 상기 커플링-아웃 표면(11)은 반사방지 코팅이 제공되는,
    조명 디바이스.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 커플러(4)는 비-이미징 광학 엘리먼트로서 설계되는,
    조명 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 LED 모듈(2)을 동작시키기 위한 방법으로서,
    적어도 하나의 LED 칩(9) 또는 해당하는 각 LED 칩은 1.4 암페어보다 크거나 같은 전류로 동작되는,
    LED 모듈을 동작시키기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 LED 칩들(9)의 수 및/또는 전류의 레벨은 적어도 80·10 6 cd /m 2 의 광 밀도가 획득되도록 선택되는,
    LED 모듈을 동작시키기 위한 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 LED 모듈(2)은 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 조명 디바이스(1)에 통합되는,
    LED 모듈을 동작시키기 위한 방법.
  14. 내시경 또는 보로스코프(boroscope)에서 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 조명 디바이스의 사용.
  15. 현미경에서 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 조명 디바이스의 사용.
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