专利名称：发光单元的制作方法
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。
技术背景以往，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 高导热率且低电阻的至少1个电极部件；以及阳极侧或阴极侧被连接在 所述电极部件上的1个以上的倒装片型的发光元件，所述电极部件沿其 长度方向延伸，由所述发光元件产生的热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，在第1实施方式的 发光单元中，在所述电极部件上连接了所述发光元件的阴极侧。本发确的第3实施方式的发光单元的特征在于，在第1实施方式的发光单元中，所述至少1个电极部件是沿共同的长度方向延伸的一对电 极部件，在所述一对电极部件内的一个电极部件上连接了所述发光元件 的阳极侧，在所述一对电极部件内的另一个电极部件上连接了所述发光 元件的阴极侧，所述发光单元还具有一体地夹设在所述一对电极部件之 间的绝缘层。本发明的第4实施方式的发光单元的特征在于，在第3实施方式的发光单元中，所述一对电极部件为大致杆状，所述一对电极部件和所述 绝缘层沿共同的长度方向延伸。本发明的第5实施方式的发光单元的特征在于，在第3实施方式的 发光单元中，所述一对电极部件为大致环状，所述一对电极部件和所述 绝缘层相对于中心轴同心地配置，该中心轴的轴向为共同的长度方向。本发明的第6实施方式的发光单元的特征在于，在第5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连接了所述发光 元件的阳极侧，在外侧电极部件上连接了所述发光元件的阴极侧。本发明的第7实施方式的发光组件的特征在于，该发光组件具有第1 第6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8实施方式的发光组件的特征在于，在第7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9实施方式的发光组件的特征在于，在第8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10实施方式的内窥镜的特征在于，该内窥镜具有第l 第6实施方式中任一实施方式的发光单元。本发明的第11实施方式的内窥镜的特征在于，在第10实施方式的 内窥镜中，所述发光单元内置在内窥镜前端部内，并与内窥镜前端部件 热连接。本发明的第12实施方式的内窥镜的特征在于，在第10实施方式的 内窥镜中，所述发光单元内置在内窥镜插入部内，所述电极部件的长度 方向与所述插入部的长度方向大致一致。本发明的第13实施方式的医疗设备的特征在于，该医疗设备具有第 1 第6实施方式中任一实施方式的发光单元。本发明的第14实施方式的内窥镜的特征在于，该内窥镜具有第7 第9中任一实施方式的发光组件。本发明的第15实施方式的内窥镜的特征在于，在第14实施方式的 内窥镜中，所述发光组件内置在内窥镜插入部内，所述电极部件和所述 公共电极部件的长度方向与所述插入部的长度方向大致一致。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。
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^: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禾n 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，LED61发光。在本 实施方式中，假设使用R、 G、 B的各色的LED61。另一方面，根据ssg54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ccd28的驱动信号。由ccd28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、y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led 61上，连接有运算放大器82、电阻84、 86和晶体管88，以控制led61 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，led61点亮，来自被摄体的反射光入射到ccd28， 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ccd28，读出在ccd28中所蓄积的电荷。更 具体而言，根据ssg54所产生的垂直同步信号(vd)，依次点亮r、 g、 b的各色的led61。然后，在曝光期间，由ccd28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，从而縮短数据读出时间。这样，来自被摄体的反射光被 ccd28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CCD28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的图12口示出本发明的第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。
权利要求
1.一种发光单元，其特征在于，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所述电极部件(32a、32b)上的1个以上的倒装片型的发光元件(36)，所述电极部件(32a、32b)沿其长度方向延伸，由所述发光元件(36)产生的热沿着所述电极部件(32a、32b)的长度方向进行散热。
2. 根据权利要求1所述的发光单元，其特征在于， 在所述电极部件(32a)上连接了所述发光元件(36)的阴极侧。
3. 根据权利要求1所述的发光单元，其特征在于，所述至少1个电极部件(32a、 32b)是沿共同的长度方向延伸的一 对电极部件(32a、 32b)，在所述一对电极部件(32a、 32b)内的一个电极部件(32b)上達接 了所述发光元件(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)上连接了所述发光元件(36)的阴极侧，所述发光单元还具有一体地夹设在所述一对电极部件(32a、 32b) 之间的绝缘层(34)。
4. 根据权利要求3所述的发光单元，其特征在于， 所述一对电极部件(32a、 32b)为大致杆状，所述一对电极部件(32a、 32b)和所述绝缘层(34)沿共同的长度 方向延伸。
5. 根据权利要求3所述的发光单元，其特征在于， 所述一对电极部件(32a、 32b)为大致环状，所述一对电极部件(32a、 32b)和所述绝缘层(34)相对于中心轴 同心地配置，该中心轴的轴向为共同的长度方向。
6. 根据权利要求5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)上连接了所述发光元件(36)的阳极侧，在外侧电极部件(32a)上连接了所述 发光元件(36)的阴极侧。
7. —种发光组件，其特征在于，该发光组件具有-权利要求1 6中任一项所述的至少2个发光单元(20)，它们的电 极部件G2b)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。
8. 根据权利要求7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G2b)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。
9. 根据权利要求8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。
10. —种内窥镜，其特征在于，该内窥镜具有权利要求1 6中任一 项所述的发光单元(20)。
11. 根据权利要求10所述的内窥镜，其特征在于， 所述发光单元(20)内置在内窥镜前端部内，并与内窥镜前端部件热连接。
12. 根据权利要求10所述的内窥镜，其特征在于， 所述发光单元(20)内置在内窥镜插入部内，所述电极部件(32a、32b)的长度方向与所述插入部的长度方向大致一致。
13. —种医疗设备，其特征在于，该医疗设备具有权利要求1 6中 任一项所述的发光单元(20)。
14. 一种内窥镜，其特征在于，该内窥镜具有权利要求7 9中任一 项所述的发光组件(52)。
15. 根据权利要求14所述的内窥镜，其特征在于， 所述发光组件(52)内置在内窥镜插入部内，所述电极部件(32b)和所述公共电极部件(48)的长度方向与所述插入部的长度方向大致一致。
16. —种医疗设备，其特征在于，该医疗设备具有权利要求7 9中 任一项所述的发光组件(52)。
全文摘要
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。
文档编号A61B1/00GK101227855SQ20068002692
公开日2008年7月23日 申请日期2006年8月2日 优先权日2005年8月5日
发明者山下真司, 户田真人 申请人:奥林巴斯医疗株式会社