固態雙光源模組及冷光無影照明裝置的製作方法

2023-05-27 05:02:06

專利名稱：固態雙光源模組及冷光無影照明裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體照明技術領域，具體是一種固態雙光源模組及冷光無影照明裝置。
背景技術：
手術無影燈應具有良好的光質和無影度，要求能清晰地觀察處於切口和體腔中不同深度，大小、對比度較低的物體。由於施手術者的頭、手和器械均可能對手術作業造成陰 影幹擾，因而手術無影燈就應設計得能儘量消除陰影，並能將色彩失真降到最低程度。此夕卜，無影燈還須能長時間地持續工作，而不散發出過量的熱，因為過熱會使手術操者不適，也會使處在外科手術區域中的組織乾燥。傳統的孔式無影燈通常採用多個無影燈泡或環型燈、滷素燈等作為光源，普通整體反射無影燈通常採用I個滷素燈泡作為光源，通過反光鏡的曲面數量來決定光線在手術視場的疊加次數，通常採用的是8 12個曲面進行光線在手術視場的疊加；另外，多鏡面整體反射無影燈也是採用I個高功率滷素燈泡作為光源，但整體反光面多達1000個以上，燈盤的反射光面積較大無影程度高。但是，現有技術手術無影燈均為點光源或線性光源，具有高耗能、高發熱、含有害光線等缺點。為達到醫用投光的技術條件，例如濾除有害光線、限制高熱量、控制光斑和亮度，為滿足上述條件和安全使用等技術法規要求，現有的吊裝型子母手術無影燈結構複雜整體重量可達數百公斤，再則，傳統光源使用壽命較短、能耗高，因而維護或運行成本普遍較聞。LED相比傳統的照明產品具有節能環保、壽命長、體積小等優點，近幾年來涉及照明領域裡的應用得到快速的發展。理論上LED能效高能達到100-2001m/W，然而，LED只能以點光源的形式得以應用。尤具是為點光源增加透鏡、擴散板、控制電源、散熱片等附屬器件後燈具能效只有10 501m/W，其結構體積大幅增加、光效大打折扣。新型的OLED平面光源有更多的優勢，同樣因為光束定向性等因素，不能直接用於具有高調定向投光性質的燈具，因此，當它們在單獨使用時仍存在某些不足，需要進一步改造完善。例如一臺懸臂式子母型LED無影燈至少有數個燈盤，每個燈盤有數十組LED串，每串由數粒不同顏色高度的LED組合成、每個燈盤或每個LED串都需要相對獨立的電源支持、僅電路控制就夠複雜了。一百多粒大功率LED封閉在流線型燈盤腔體內，散熱系統不可避免地存在高溫運行狀態。尤其是LED點光源要作為一種定向擴散光源來使用，其光學透鏡的配套設計都要從每一粒、每一串和整體燈盤協調布局來考慮，其結構的複雜性和製造成本可想而知。LED醫療頭燈具有佩燈輕便、解放雙手，可調亮度、使用靈活等優點。被廣泛地應用於臨床醫療。但是，作為點光源的LED頭燈僅能提供有限的局部照明，為增強無影度使用中仍離不開主燈的輔助。況且，長時間佩燈高亮度對眼部壓力極易產生視覺疲勞。為防止強光弦目可能對他人造成幹擾，醫生作業時頸部或身體的自由度也受到諸多的限制。尤其是大功率頭燈如何降低頭燈的重量、解決高溫對頭部的影響、改善光質等，仍是設計製造中亟待完善的技術問題。
發明內容本實用新型提供一種固態雙光源模組及冷光無影照明裝置，解決了現有技術結構複雜重量較重、高能耗、安裝維護和運行成本高的問題；固態雙光源模組構成的燈盤具有腔體小薄而輕便應用靈活、運行溫度低高效節能、光質好無影度高、結構抗震使用壽命長等優點。尤其是本實用新型提供的定向型平面發光體，將OLED漫射擴散型平面光線經平面螺紋透鏡壓縮調整為具有定向性的平面光源， 拓展了 OLED照明面板在高調探照、定向投光照明領域獨特的應用優勢，創建了一種新型實用的取光方法。本實用新型提供一種固態雙光源模組，包括定向平面發光體、LED射燈，所述定向平面發光體包括OLED照明面板及設置在OLED照明面板前面的平面螺紋透鏡，所述OLED照明面板和所述平面螺紋透鏡同軸開設有射燈安裝孔，所述射燈安裝孔中安裝LED射燈。本實用新型還提供一種冷光無影照明裝置，包括相互蓋合的燈殼前框架及燈殼後端蓋，燈殼前框架及燈殼後端蓋形成的燈盤腔體內安裝有固體雙光源模組，所述固體雙光源模組包括定向平面發光體、LED射燈、控制電路板及LED散熱器，所述定向平面發光體包括OLED照明面板及設置在OLED照明面板前面的平面螺紋透鏡，所述OLED照明面板和所述平面螺紋透鏡同軸開設有射燈安裝孔，所述射燈安裝孔中安裝LED射燈；所述控制電路板與OLED照明面板和LED射燈電性連接，所述LED散熱器鑲嵌安裝於所述LED射燈的射燈外殼上。本實用新型利用固態雙光源(0LED和LED)各善其長優勢互補的互動關係，模組燈盤能充分地發揮它們在定向投光的協同作用，具有光學系統簡單、配光效果理想；環保節能、結構輕便抗震等，而且能提供良好的光質和冷光無影照明的功能，具備固態雙源照明裝置所描述的全部功能特徵和優勢。利用固態雙源照明投光原理和結構延伸，例如將平面發光體的面積設計得足夠大、用於大型懸臂陣列式冷光無影投光燈具，亦可縮小面光源與點光源的面積比、應用於頭燈、桌面臺式燈或立式等作業工具燈，由單個固態雙光源模組構成的燈盤裝置亦可進行冷光無影照明燈具的小型化可攜式設計，使這些極為普遍的醫用常規診查燈具具備了一定的無影照明功能，系統光效得到全面的提升，填補了冷光無影照明設施小型化應用的空白，彌補了社區、鄉鎮常規醫療資源的不足。尤其是半導體固態照明器件易於數位化控制、採取低壓供電交直流兩用以及離線儲能的工作模式，這些靈活使用的功能優勢為戶外急救、巡回醫療、包括部隊軍需等，為支持突發性的應急醫療照明提供了全面的解決方案。

圖I是本實用新型固態雙光源模組其中一個實施例定向平面發光體10的側視圖；圖2是本實用新型固態雙光源模組其中一個實施例定向平面發光體10的主視圖；圖3是圖I中定向平面發光體10的光路原理示意圖；[0016]圖4是本實用新型固態雙光源模組其中一個實施例LED射燈20的結構示意圖；圖5是本實用新型固態雙光源模組其中一個實施例的結構示意圖；圖6是本實用新型冷光無影照明裝置其中一個實施例的結構示意圖；圖7是本實用新型冷光無影照明裝置另外一個實施例的結構示意圖；圖8是本實用新型冷光無影照明裝置互動投光原理示意圖；圖9是本實用新型冷光無影照明裝置無影投光原理示意圖。圖中10_定向平面發光體，11-0LED照明面板，12-平面螺紋透鏡，13-射燈安裝孔，20-LED射燈，21-射燈外殼，22-LED燈，23-可調光圈，24-光斑調節手柄，25-透鏡，30-控制電路板，40-LED散熱器，50-散熱孔，60-燈殼固定件，70-功能控制鍵，101-燈殼前 框架，102-燈殼後端蓋，201-燈座，202-燈杆，203-伸縮杆，204-燈頭調節手柄，205-萬向節。
具體實施方式
下面將結合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述。請參考圖1-5，本實用新型固態雙光源模組其中一個實施例包括定向平面發光體10及LED射燈20，所述定向平面發光體10包括OLED照明面板11及設置在OLED照明面板11前面的平面螺紋透鏡12。平面螺紋透鏡12可作為獨立的光學器件為OLED照明面板11進行二次配光，亦可作為OLED照明面板11的平面透光基板直接和OLED製程封裝在一起。具體的，所述平面螺紋透鏡12可與OLED照明面板11疊裝在一起安裝使用，亦可將平面螺紋透鏡12的平面作為OLED照明面板11的透光載體(或微透鏡陣列(Microlens Array,MLA)薄膜)與OLED照明面板11 一體製程封裝，作為本實用新型定向投光的光學組件。請參考圖3，OLED照明面板11與平面螺紋透鏡12組合，可以拓展OLED平面光源的應用範圍，能夠定向增強OLED的出光效率，將漫射擴散型光線準直會聚，調整壓縮為具有定向性的平面光源，可用於高亮度高顯色性的冷光無影投光照明裝置。具體的，OLED照明面板11是一種有機發光二極體組成的矩陣分布式(柵格網狀)自發光固體平面光源，OLED發光呈漫射擴散型光線，光譜的半波峰寬度很寬，白光的OLED發光光譜中沒有較大的缺口，即白光中能涵蓋全部可見光的範圍，色溫3500 6500K從暖色到冷色範圍內全程可調，這使得OLED照明光源色彩表現力非常豐富，具有良好的色坐標或優異的顯色性。基於OLED矩陣分式布結構具有非常大的發光面積，整個表面每一點均能發出自然柔和均勻的光線，與其它光源相比具有無法比擬的功能優勢，如光線柔和無眩光、光譜寬色溫亮度可調、平面薄柔性可撓、無傷害射線綠色環保、驅動電壓低以及發光不發熱等種種優點。因此OLED本身幾乎就是一個高效理想的平面照明光源，無須搭配擴散板、導光板或燈罩可直接作為照明燈具使用。OLED平面光可視角廣達170度，作為常規照明具有非常顯著的光效優勢。如果用於定向投光，光束就顯得不夠集中且相對指向性較差，其投影光效會大打折扣，反而限制了這種優良的光源在某些領域的實際運用。顯然光線呈漫射擴散型的OLED照明面板，不易直接用於具有定向投光性質的照明作業。因此，本實用新型為OLED照明面板11增加一種定向會聚透鏡(即平面螺紋透鏡12)，通過平面螺紋透鏡12對光線的調整壓縮作用，將OLED照明面板11漫射擴散型平面光源的光線，經平面螺紋透鏡12 二次整形聚焦或準直，增強OLED外量子提取效率、提高出光亮度，並在一個方向上壓縮視場，形成具有高調定向、易於投影光斑成形和控制的定向平面光源。所述OLED照明面板11和所述平面螺紋透鏡12同軸開設有射燈安裝孔13，所述射燈安裝孔13用於安裝LED射燈20。請參考圖4，所述LED射燈20包括圓柱狀的射燈外殼21，所述射燈外殼21內由後向前依次安裝有LED燈22、可調光圈23、透鏡25，可調光圈23與光斑調節手柄24連接。所述射燈安裝孔13可鑲嵌或安裝在所述圓柱狀的射燈外殼21上。所述平面螺紋透鏡12又稱菲涅耳透鏡(英語fresnel lens)，是一種片狀薄形的光學組件，是由聚烯烴材料注壓而成的薄片(厚度 95色溫4000k-6500K可調亮度50000LUX(500mm 距離)可調功率5_8w3 :射燈投光光斑控制可調光圈+非球面平凸透鏡有效發光面積①20mm (直徑)圓形光斑0 20-0 150mm (直徑)(500mm照明深度)可調顯色指數CRI> 90亮度55000LUX(500mm 距離)可調色溫6000K純白功率5w_10W4 :合成光斑兩光斑同軸投光、獨立可調亦可合成互動5 :合成色溫光斑合成中心區域4000k_6500k互動可調6 :合成顯色指數CRI > 957 :燈杆高度150-180cm可調8 :照明深度400-600mm9 :合成亮度中心亮度> 80000LUX10 :使用壽命平均50000小時11 :電池類型可再充電鋰聚合物電池組、500次充放電12 :工作電源100-240伏交流/50_60Hz交直流兩用13 :充電時間3小時充滿後可離線工作5-10小時在本實用新型實施例中，為提高無影度、達到降低或完全消除陰影幹擾需滿足如下條件I :點光源(即LED射燈20)和定向平面光源(即定向平面發光體10)有效發光面的面積之比要足夠大。如LED射燈20的有效直徑與定向平面發光體(如、圓狀)10的有效直徑為比值應> I : 8以上，可構成無影照明最基本的單元燈盤裝置。聚光型點光源(即LED射燈20)的有效發光面積一般較小，視圓柱狀射燈裝置的孔徑由照明用途及使用功率而定，其直徑一般為18-38mm之內，投影光斑可調範圍可設定在20-150mm之間。相對定向型OLED照明面板11的面積和形狀類似於孔式無影燈或整體反射式無影燈的燈盤，有效發光面積或直徑是點光源LED射燈有效發光面積或直徑的數倍或數十倍。為此，有效發光面最小面積比構成的燈盤裝置亦可用於小型化可攜式無影照明燈具的設計。2 :雙光源照明裝置用於無影照明，需提供足夠的亮度和合適的色溫。一般白光的LED射燈功率較大，在深度和局部照明具有足夠的光通量。為了使視覺作業面有較高的視亮度(主觀亮度)，合理的配光相應地提高照度水平、光線均勻分布的光場能有效地淡化陰影並提升被照物的顯色性，這些措施在我國工業企業照明設計標準中已有反映。尤具是與之相配套的矩陣分布結構的OLED定向平面光源，可見光譜豐富、色溫、亮度可調不僅可模擬出任意色調高品質的光，而且可與LED點光源在疊加合成的視場內互為混色配光，雙光源的動態使用或燈盤陣列組合很容易實現投光合成光斑如亮度在35000 100000LUX、色溫在4000-6500k之間互動調節。3:合成光柱投影應具備有效的照明深度，深度的設定與定向平面光源的有效發光面積成正比。在本設計方案中，OLED平面光源通過平面螺紋透鏡的二次配光，將漫射擴散的光線調整準直為具有一定深度定向型的平面光。一般單個燈盤構成的小型的手術診查燈具、如頭燈的照明深度設定在40cm以內，立式燈照明深度設定在60cm以內具有較好的無影度。大型的手術無影燈應採取陣列燈盤布局，需設定在60Cm-100Cm以上的無影照明深度。確保燈盤布局有效發光面足夠大和視場作業面的亮度，能有效地降低淡化或消除障礙物陰影的幹擾。4:增加或設置多組雙光源照明裝置，模組燈盤從不同角度對同一作業區投光。OLED平面發光體可根據燈盤結構和燈具用途設計成不同的形狀或大小，按要求排列合理分 布，形成燈盤陣列布局。如醫用型懸臂式子母無影燈，採取多組雙光源燈盤裝置組成陣列，每個裝置從不同的角度或距離為作業面投光，如圖8所示，光束從不同的入射角匯聚於作業中心，合成一個範圍更大、亮度更高的可控光場，均勻明亮的合成光束能擴寬視野、增加照明深度、提高無影度。此裝置應用在大型醫療手術中，能有效地消除手術作業區醫務人員的頭、肩、手、器械等部位造成的陰影幹擾。該裝置光、機、電、熱等性能參數，符合LED、OLED發光原理及其結構特徵能夠動態地應用光源，具有光譜範圍寬光質好、發熱量低環保節能、結構輕便抗震性強、低壓驅動使用壽命長、以及冷光無影光效互動等優點。適用如醫用手術或診查照明、儀器儀表維修、精密機械加工、電子器件焊接、包括各類裝飾照明、情境照明等定向投光照明的場所。以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式
，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何屬於本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求1.一種固態雙光源模組，其特徵在於包括定向平面發光體(10)、LED射燈(20)，所述定向平面發光體(10 )包括OLED照明面板(11)及設置在OLED照明面板(11)前面的平面螺紋透鏡(12)，所述OLED照明面板(11)和所述平面螺紋透鏡(12)同軸開設有射燈安裝孔(13)，所述射燈安裝孔(13 )中安裝LED射燈(20 )。
2.如權利要求I所述的固態雙光源模組，其特徵在於所述LED射燈(20)包括圓柱狀的射燈外殼(21 )，所述射燈外殼(21)內由後向前依次安裝有LED燈(22 )、可調光圈(23 )、透鏡(25)，可調光圈(23)與光斑調節手柄(24)連接。
3.如權利要求2所述的固態雙光源模組，其特徵在於還包括控制電路板(30)及LED散熱器(40 )，所述控制電路板(30 )與OLED照明面板(11)和LED射燈(20 )的LED燈(22 )電性連接，所述LED散熱器(40)鑲嵌安裝於所述LED射燈(20)的射燈外殼(21)上。
4.如權利要求I所述的固態雙光源模組，其特徵在於所述平面螺紋透鏡(12)與所述OLED照明面板(11)疊裝在一起，或者平面螺紋透鏡(12)的平面作為OLED照明面板(11)的透光載體與OLED照明面板(11) 一體製程封裝。
5.一種冷光無影照明裝置，其特徵在於包括相互蓋合的燈殼前框架(101)及燈殼後端蓋(102 )，燈殼前框架(101)及燈殼後端蓋(102 )形成的燈盤腔體內安裝有固體雙光源模組，所述固體雙光源模組包括定向平面發光體(10 )、LED射燈(20 )、控制電路板(30 )及LED散熱器(40 )，所述定向平面發光體(10 )包括OLED照明面板(11)及設置在OLED照明面板(11)前面的平面螺紋透鏡(12)，所述OLED照明面板(11)和所述平面螺紋透鏡(12)同軸開設有射燈安裝孔(13 )，所述射燈安裝孔(13 )用於安裝LED射燈(20 );所述控制電路板(30 )與OLED照明面板(11)和LED射燈(20)電性連接，所述LED散熱器(40)鑲嵌安裝於所述LED射燈(20 )的射燈外殼(21)上。
6.如權利要求5所述的冷光無影照明裝置，其特徵在於所述LED射燈(20)包括所述射燈外殼(21 )，所述射燈外殼(21)內由後向前依次安裝有LED燈(22 )、可調光圈(23 )、透鏡(25 )，可調光圈(23 )與光斑調節手柄(24)連接，所述控制電路板(30 )與所述LED射燈(20)的LED燈(22)電性連接。
7.如權利要求5所述的冷光無影照明裝置，其特徵在於所述固態光源模組的定向平面發光體(10)固定於燈殼前框架(101)上，燈殼後端蓋(102)與所述LED射燈(20)的射燈外殼(21)連接，所述燈盤外殼上設置有與控制電路板(30)連接的功能控制鍵(70)、對應所述LED散熱器(40 )的散熱孔(50 )及用於安裝用的燈殼固定件(60 )。
8.如權利要求7所述的冷光無影照明裝置，其特徵在於還包括燈座(201)、燈杆(202)、伸縮杆(203)、燈頭調節手柄(204)，燈杆(202)的一端固定在燈座(201)上，另一端通過伸縮杆(203)與燈頭調節手柄(204)連接，燈頭調節手柄(204)的一端通過萬向節(205)與所述燈殼固定件(60)固定連接。
9.如權利要求5所述的冷光無影照明裝置，其特徵在於所述平面螺紋透鏡(12)與所述OLED照明面板(11)疊裝在一起，或者平面螺紋透鏡(12)的平面作為OLED照明面板(11)的透光載體與OLED照明面板(11) 一體製程封裝。
專利摘要一種固態雙光源模組，包括定向平面發光體、LED射燈，所述定向平面發光體包括OLED照明面板及設置在OLED照明面板前面的平面螺紋透鏡，所述OLED照明面板和所述平面螺紋透鏡同軸開設有射燈安裝孔，所述射燈安裝孔中安裝LED射燈。本實用新型還提供一種包括上述固態雙光源模組構成的通用燈盤組裝的冷光無影照明裝置。本實用新型解決了現有冷光無影照明燈具結構複雜、高能耗、重量較重、維護和運行成本高的問題，由固態雙光源模組構成的燈盤具有腔體薄、重量輕、結構抗震、光質好、運行溫度低、高效節能等優點，廣泛適用於各種用途的無影特效或情景照明，適用於醫療診查或外科手術照明作業，能滿足醫用級高品質照明需求的檢驗和評估。
文檔編號F21V19/00GK202501316SQ20122003599
公開日2012年10月24日 申請日期2012年2月6日 優先權日2012年2月6日
發明者夏帆, 夏建新, 夏琦 申請人:夏建新