专利名称：一种可用于医疗设备的可直接替换式大功率led的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED，尤其涉及一种用于医疗设备的大功率LED。
背景技术：
传统光源能耗大、亮度低、使用寿命短，而LED光源具有耗能小、亮度高、寿命长等优点。近年以来，LED逐渐应用于医疗领域。LED在医疗领域中的应用开始于医疗照明，如中国专利号200810214411. 5公开的一种用于大尺度空间例如手术室照明的阵列式集成大功率LED照明芯片等。LED也被用作一些特定医疗设备的光源。如中国专利号20051012^19. 6 公开的一种检眼镜，中国专利号200510081870. 7公开的一种牙科灯，以及中国专利号 200720073953. 6公开的一种内窥镜。这些医疗设备都仅仅用LED芯片作为其光源，其中的 LED都只适用于所描述的特定设备，而与现有的医疗设备包括远端照明部分所使用的钨丝灯泡不具有互通性和替换性，且散热效果不佳。另外，能与本发明有可比性的NSK牙科手机，其缺点是专机专用，既不具备可替换性，也不能替代目前市场上医疗领域的同类产品， 且价格非常的贵。现有的医疗设备仍然广泛使用钨丝灯泡作为光源。将LED用于医疗设备以代替原来的钨丝灯泡，目前仍然处于试验性阶段，因此还未见相关成熟产品。在市场上常见的LED 产品，有图4、图5、图6所示的三种。图4所示的为小功率LED，在几何尺寸上可以用于替换现有医疗仪器上的钨丝灯。但因为其存在散热问题，功率只能到0. 3W左右(功率大于0. 3W 会因过热而严重缩短其寿命)，从而导致照明强度不足；而图5和图6所示的大功率LED，体积大(图5所示的大功率LED为直径15mm圆盘状、图6所示的贴片型SMD大功率LED直径超过8mm，而医疗设备特别是远端照明部分用的钨丝灯泡直径小于8mm)，而且都不具有和医疗设备所使用的钨丝灯泡相似的外形特征，所以也不能直接替换现有医疗仪器的钨丝灯泡。因此，可视光的医疗设备急需提供一种可直接替换、散热效果好且发光强度高、成本低的照明设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于医疗设备的可直接替换、散热效果好且发光强度高、成本低的可直接替换式大功率LED，以直接替换现有医疗设备中使用的钨丝灯泡，并解决了 LED与现有医疗设备所使用的照明产品无法通用互换以及现有照明产品散热效果差等技术问题。本发明的目的是通过下述技术方案实现的—种可用于医疗设备的可直接替换式大功率LED，包括硅胶凸镜、散热体、塑胶底座、正极杆、负极杆以及与正、负极杆电连接的发光晶片。所述正、负极杆为细条状，并互相平行放置；所述正、负极杆外套装并固定有绝缘材料管；所述正、负极杆及其外固定的绝缘材料管从散热体和塑胶底座内部穿过；所述散热体的下端镶嵌固定并粘接于塑胶底座的上端；所述发光晶片镶嵌并固定于所述散热体上端面中心凹槽处；所述发光晶片外安装有与散热体上端表面固定连接的硅胶凸镜；所述发光晶片为LED。优选地，所述正、负极杆自与发光晶片连接端往外为镀银PIN针、镀镁PIN针，所述镀银PIN针与绝缘材料管固定在一起，从而保证镀银PIN针与散热体绝缘；镀镁PIN针和镀银PIN针采用电弧焊接在一起，并采用高效绝缘胶保证焊接点与散热体绝缘。优选地，所述发光晶片采用双电极的晶片，并与散热体之间采用高效导热银胶固定。优选地，所述塑胶底座与散热体之间是通过能起到隔离镀银PIN针、镀镁PIN针与散热体以达到良好热电分离效果的表面胶粘接的。优选地，所述发光晶片和正、负极杆通过金线连接。优选地，所述散热体和塑胶底座的截面为圆形、椭圆、六角形、方形。优选地，所述散热体为金属铜及其镀金或镀银。本发明的有益效果为由于发光晶片上的硅胶凸镜具有聚光的效果，缩小了发光角度，增加了有效面积内的照明强度；发光晶片与散热体之间采用高效导热银胶，导热率为 30W，具有非常好的粘接和导热效果；散热体表面积大，并且> 85%的散热体表面能与空气接触，具有良好的散热条件；发光晶片采用双电极的LED晶片，且镀银PIN针采用绝缘材料管绝缘，以及塑胶底座通过表面胶与散热体粘接，起到隔离PIN针与散热体的作用，因此所述大功率LED具有良好的热电分离效果；由于散热效果好，本发明所述的LED功率可至IW 以上，从而能提供足够的照明强度，而且又由于正、负极杆从所述散热体和塑胶底座内部穿过，节省了整个装置的空间设置从而能缩小整个LED体积，并和现有医疗设备包括远端照明部分用的钨丝灯泡有类似的外形特征，因此不需对医疗仪器做任何更改，可以直接替换现有医疗仪器的钨丝灯，解决了和目前医疗设备所使用的照明产品的互通性难题，具有多功能的替换优势；同时，由于本发明所涉及的产品结构简单，成本较低。
图1所示为本发明所述大功率LED外观示意图；图2所示为本发明所述大功率LED分解示意图；图3所示为本发明所述大功率LED结构示意图；图4所示为传统小功率LED结构示意图；图5所示为传统大功率LED结构示意图；图6所示为传统贴片型SMD大功率LED结构示意图；图7所示为本发明所述LED散热体(包括塑料底座)的典型尺寸结构图。图8所示为现有医疗设备中所使用的钨丝灯泡的结构示意图以及外形尺寸范围。图中1、硅胶凸镜；2、发光晶片；3、镀银PIN针；4、镀镁PIN针；5、绝缘材料管；6、散热体；7、塑胶底座；8 ；金线；9 ；正极杆；10、负极杆；11、支架。
具体实施例方式以下结合附图1-8，具体说明本发明。
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如图1和图2所示，本发明涉及的可用于医疗设备的可直接替换式大功率LED，包括硅胶凸镜1、散热体6、塑胶底座7、穿过并固定于塑胶底座7上的正极杆9、负极杆10以及与正、负极杆电连接的发光晶片2。所述正、负极杆9、10为细条状，并互相平行放置。为了节省设计空间，所述正、负极杆9、10外套装并固定有绝缘材料管5，从而使所述正、负极杆9、10穿过绝缘材料管5。同时为了有利于散热，所述绝缘材料管5外安装有外表面与空气接触的散热体6。所述散热体6下端镶嵌固定并粘接于塑胶底座7的上端；所述正、负极杆9、10从所述散热体6和塑胶底座7内部穿过。优选地，所述散热体6和塑胶底座7内部穿孔或者侧面铣槽，以供正、负极杆及其外套的绝缘材料管穿过。所述散热体6的上端面中心处设有凹槽，所述发光晶片2镶嵌并固定于所述散热体6的上端面中心凹槽处。所述发光晶片2外安装有与散热体6上端表面固定连接的硅胶凸镜1。所述硅胶凸镜1固定于散热体6的上端，所述连接发光晶片2和正、负极杆9、10的金线8嵌入硅胶凸镜1中。所述发光晶片2为LED。优选地，所述正、负极杆9、10自与发光晶片2连接端往外为镀银PIN针3、镀镁PIN 针4，所述镀银PIN针3与绝缘材料管5固定在一起，从而保证镀银PIN针3与散热体6绝缘；镀镁PIN针4和镀银PIN针3采用电弧焊接在一起，并采用高效绝缘胶保证焊接点与散热体6绝缘。优选地，所述发光晶片2采用双电极的晶片，并与散热体6之间采用高效导热银胶固定。优选地，所述塑胶底座7与散热体6之间是通过能起到隔离镀银PIN针3、镀镁PIN 针4与散热体6以达到良好热电分离效果的表面胶粘接的。优选地，所述发光晶片2和正、负极杆9、10通过金线8连接。优选地，所述散热体6和塑胶底座7的截面为圆形、椭圆、六角形、方形。优选地，所述散热体6为金属铜及其镀金或镀银。发光晶片2与散热体6之间采用高效导热银胶粘接，导热银胶导热率为30W，具有良好的粘接和导热效果；散热体6表面积大，并且> 85%的散热体表面能与空气接触，具有良好的散热条件；发光晶片2采用双电极LED晶片，镀银PIN针3采用玻璃管5绝缘，且塑胶底座7通过表面胶与散热体6连接，起到隔离PIN针与散热体6的作用，具有良好的热电分离效果。发光晶片2上是硅胶凸镜1，凸镜具有聚光的效果，缩小了发光角度，形成特殊的透镜效果，增加了光效率，提高了有效面积内的照明强度。本发明解决了传统LED的散热问题，同时热电分离，使得LED可以做到大功率而小体积，以满足各种医疗设备的要求。如图7和图8中标注的尺寸所示，本发明LED具有和现有医疗设备使用的钨丝灯泡相似的外形特征，因此，本发明可用于现有医疗设备中的有灯座或无灯座照明及间接照明，包括医疗设备中的远端照明，无需在设备上做更改，直接更换成本发明LED或使用本发明的组合件。所述绝缘材料管5可以为玻璃或其他绝缘材料。目前市场上的LED，仅小功率LED在尺寸和外形特征上可能用于医疗设备。小功率LED结构图见图4。支架11和负极杆10为一整体，发光晶片2和正极杆9通过金线8连
5接。支架11、发光晶片2和金线8固定于硅胶凸镜1中。如图2、图3和图4所示，本发明LED和传统小功率LED的结构差异如下(1)本发明LED使用双电极晶片，正极杆9和负极杆10都通过金线和晶片连接；而传统的小功率LED只有正极杆9通过金线和晶片连接，晶片的负极直接和负极杆10接触。(2)本发明LED具有独立的散热体6，具有热电分离结构；而传统小功率LED的散热体为负极杆10，不具有独立的散热体，不具有热电分离结构。(3)本发明LED的散热体6裸露于空气中，而传统的小功率LED的散热体包裹并固定于硅胶体中。(4)本发明使用玻璃管或其它具有相同功能的绝缘材料5包裹在正极杆9和负极杆10外，保证正极杆9及负极杆10和散热体之间绝缘。传统的小功率LED不具有此结构。(5)本发明LED具有塑胶底座7 ；传统小功率LED不具有专门的绝缘塑胶底座。(6)本发明LED晶片2靠近硅胶凸镜1，晶片发光利用率高；传统小功率LED晶片的发光到达胶体凸镜的光程长，光强损失大。(7)在相同几何尺寸时，本发明LED功率可至1瓦；传统的小功率LED因散热差， 功率低于0.3瓦。其中本发明的正极杆9及负极杆10都由镀银PIN针3和镀镁PIN针4通过电弧焊接构成。为了更好地说明本发明LED的先进性，我们进一步将本发明LED和传统的大功率 LED做比较。需要注明的是，传统的大功率LED由于其外形特征和几何尺寸，不适合直接用于现有的医疗设备以替换钨丝灯泡。传统大功率LED结构图见图5。如图5所示，本发明LED与传统大功率LED结构的差异在于(1)本发明LED的散热体6裸露于空气中；传统的大功率LED的散热体几乎完全镶嵌于塑料支持体内，与空气接触面积有限，散热效率差。(2)本发明正极杆9和负极杆10穿过散热体，并通过金线8与晶片2的正负极分别连接，结构紧凑，外形美观，不需要额外的支持体；传统的大功率LED的正负极使用金线跨越散热体和正极杆及负极杆连接，结构松散，体积较大，需要额外的支持体。(3)本发明LED使用绝缘材料管5包裹在正极杆9和负极杆10外围，保证正极杆 9及负极杆10和散热体之间绝缘；传统大功率LED不具有此结构。(4)本发明LED在散热体6下方具有塑胶底座7 ；传统大功率LED不具有此绝缘塑胶底座。(5)本发明LED可直接替换现有医疗设备中的钨丝灯，不需要对设备进行改造 ’传统的大功率LED不能直接使用于现有的医疗设备。贴片型SMD大功率LED结构图见图6。和图5中的大功率LED—样，贴片式SMD大功率LED不能直接用于现有的医疗设备。在本发明的大功率LED中，散热体6表面积大，并且> 85 %的散热体表面能与空气接触。并且，本发明各个元件的几何尺寸和形状，特别是散热体的几何尺寸和形状，可以根据不同的使用环境和目的而设计。我们以散热体和底座截面为正圆形的柱体作为实施例来分析，如图7所示，圆柱体的长度(圆柱体包括金属散热体+塑胶底座)为8毫米，圆柱体的直径为4. 55毫米。我们计算如下4 55 9散热体的总表面积为3.14x(j)2 ><2 + 3.14x4.55x8.00 = 146.8平方毫米；与
4 55 ‘)
空气接触的散热体表面积为3.14x(j)2 +3.14x4.55x8.00 = 130.5平方毫米。所以与空
气接触的表面积超过总表面积的88. 9%。与上述实施例相同条件，改变圆柱体的长度(圆柱体包括金属散热体+底座)为 9毫米，圆柱体的直径为4. 68毫米，可以得出与空气接触的表面积为149. 5平方毫米，占散热体总表面积的比例为89. 7%。根据需要，我们可以把散热体和底座做成截面为椭圆的柱体，或者截面为六角形、 方形等其它规则形状的柱体。由于电极杆从散热体内部穿过(外包绝缘体材料)，所以，散热体形状不受限制。另外，如果需要做更大功率的LED，在如图7实施例所示的散热体的几何尺寸仍不能满足的情况下，可以增加散热体的直径和长度，以增加散热体和空气接触的面积，从而满足散热要求。和现有技术相比，本发明还具有如下优点1.可替换本发明可用于现有医疗设备中的有灯座或无灯座照明及间接照明，包括医疗设备中的远端照明，无需在设备上做更改，直接更换成本发明LED或使用本发明的组合件。2.散热效果好本发明导热体与散热体合为一个整体，发热源与散热体之间由高效导热银胶进行接合，且本发明LED无需支持体，独立的散热体直接和空气接触，强化了散热效率。3.亮度高即使在几何尺寸要求直径小于5mm的条件下，本发明LED功率可至IW 以上。且表面采用二次光学的方式进行导光，具有聚光的效果。4.热电分离本发明的LED将正极杆和负极杆包裹于绝缘材料管内而从散热体内部穿过的设计布局，有效地减小了 LED的几何尺寸，并使结构紧凑、外形美观，并构成热电分离结构。以上公开的仅为本专利的具体实施例，但本专利并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化(例如但不局限于，用功能相同的绝缘材料替换实施例中的玻璃管、 用导热性能好的材料代替实施例中的镀金/银的铜质散热体、简单改变散热体或塑胶底座截面的形状、把散热体设计成表面覆盖叶片的柱状体等)，都应落在本专利的保护范围内。
权利要求
1.一种可用于医疗设备的可直接替换式大功率LED，包括硅胶凸镜、发光晶片、正极杆、负极杆、绝缘材料管、散热体和塑胶底座，其特征在于所述正、负极杆电连接有发光晶片，所述正、负极杆为细条状，并互相平行放置，所述正、负极杆外套装并固定有绝缘材料管；所述正、负极杆及其绝缘材料管从散热体和塑胶底座内部穿过；所述散热体与空气直接接触；所述散热体的下端镶嵌固定并粘接于塑胶底座的上端；所述发光晶片粘接于散热体上端面中心处的凹槽内；所述发光晶片外安装有与散热体固定连接的硅胶凸镜，所述发光晶片为LED。
2.如权利要求1所述大功率LED，其特征在于散热体和塑胶底座内部穿孔或者侧面铣槽，供正、负极杆及其外套的绝缘材料管穿过。
3.如权利要求1或2所述大功率LED，其特征在于所述正、负极杆自与发光晶片连接端往外为镀银PIN针、镀镁PIN针，所述镀银PIN针与绝缘材料管固定在一起，从而保证镀银PIN针与散热体绝缘；镀镁PIN针和镀银PIN针采用电弧焊接在一起，并采用高效绝缘胶保证焊接点与散热体绝缘。
4.如权利要求3所述大功率LED，其特征在于所述塑胶底座与散热体之间是通过能起到隔离镀银PIN针、镀镁PIN针与散热体以达到良好热电分离效果的表面胶粘接固定的。
5.如权利要求1或2所述大功率LED，其特征在于所述正、负极杆同其各自外套的绝缘材料管采用烧结或者粘接的方式固定。
6.如权利要求1或2所述大功率LED，其特征在于所述发光晶片采用双电极的晶片， 并与散热体之间采用高效导热银胶固定。
7.如权利要求1或2所述大功率LED，其特征在于所述发光晶片和正、负极杆通过金线连接。
8.如权利要求1或2所述大功率LED，其特征在于所述散热体为金属铜及其镀金或镀银。
9.如权利要求1或2所述大功率LED，其特征在于所述散热体侧面完全与空气直接接触。
10.如权利要求1或2所述大功率LED，其特征在于所述散热体的上端面中心处设有凹槽以镶嵌所述发光晶片，所述硅胶凸镜固定于散热体的上端，所述连接发光晶片和正、负极杆的金线嵌入硅胶凸镜中。
全文摘要
本发明公开了一种可用于医疗设备的可直接替换式大功率LED。所述LED包括硅胶凸镜、LED发光晶片、正极杆、负极杆、绝缘材料管、散热体和塑胶底座。所述的LED发光晶片采用双电极晶片，并用高效导热银胶粘接在散热体上端表面中心的凹槽内；所述正、负极杆为细条状，并互相平行放置；所述正、负极杆固定于绝缘材料管内；所述正、负极杆及其绝缘材料管从散热体和塑胶底座内部穿过；所述散热体与空气直接接触；所述散热体的下端镶嵌固定并粘接于塑胶底座的上端；所述硅胶凸镜固定于散热体上端表面。本发明有益效果为提供了一种具有热电分离结构、可直接替换现有医疗设备中使用的钨丝灯泡、散热效果好且发光强度高、成本低的大功率LED。
文档编号H01L33/48GK102237467SQ201010159759
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者张守仁, 翁春霞 申请人:光鸿电子(吴江)有限公司