CN102239362A - 带有均匀的发光密度和减小的炫目效应的led照明装置 - Google Patents

Abstract

提出了一种照明装置，其具有：带有凹进部(5)的基本体(1)；反射器(51)，其至少通过凹进部(5)的部分形成；设置在凹进部(5)中的至少一个光电子半导体部件(20)，其中半导体部件(20)具有光学元件(3)，该光学元件构建为将半导体部件(20)在工作中发射的电磁辐射的至少一部分引导到反射器(51)上，其中照明装置的辐射出射面(61)为半导体部件的辐射出射面(44)之和的至少两倍大。

Description

带有均匀的发光密度和减小的炫目效应的LED照明装置

提出了一种照明装置。

本专利申请要求德国专利申请10 2008 061 032.1的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

一个要解决的任务在于，提出一种照明装置，其能够实现分布在整个照明装置上的均匀的辐射发射，并且于是减小该照明装置的外部观察者对亮度差别的觉察。另一要解决的任务在于，提出一种照明装置，其减小或者避免对于照明装置的外部观察者而言的炫目效应(Blendwirkung)。

根据至少一个实施形式，照明装置包括具有凹进部的基本体。基本体可以以热固性材料或热塑性材料、金属或者陶瓷材料形成或者包含这种材料。优选地，基本体是实心体。此外，基本体包括凹进部。凹进部是基本体中的凹陷，凹陷具有开口并且可以从外部自由接近。此外，凹进部例如具有底面和至少一个侧面。在底面和侧面上凹进部邻接基本体。底面可以位于凹进部的与开口对置的侧上。开口和底面通过侧面彼此连接。

根据至少一个实施形式，照明装置包括至少通过凹进部的部分形成的反射器。凹进部可以形成反射器。这可以通过将基本体在凹进部中反射性地来构建的方式来实现。为此，基本体本身可以至少在凹进部的位置上以反射性的材料来形成。同样可能的是，凹进部以反射性材料来涂覆。例如，涂层可以涉及金属例如铝。

根据至少一个实施形式，照明装置具有设置在凹进部中的至少一个光电子半导体部件。半导体部件例如安置在凹进部的底面上。

例如，多个半导体部件可以安置在凹进部中。

半导体部件是带有用于产生电磁辐射/光的一个或多个冷光二极管芯片的冷光二极管。冷光二极管芯片可以是发光二极管芯片或者激光二极管芯片，其发射在紫外光至红外光的范围中的辐射。优选地，冷光二极管芯片发射在电磁辐射光谱的可见范围中的光。冷光二极管芯片可以是半导体芯片。半导体芯片具有带有适于产生辐射的有源区的外延生长的半导体层序列。

半导体器件的光轴垂直于半导体芯片的外延生长的半导体层序列。

此外，半导体部件具有光学元件。光学元件设置在半导体芯片之后并且影响半导体芯片在工作中发射的电磁辐射。

半导体部件在工作中发射的电磁辐射的至少一部分被光学元件引导到反射器上。半导体部件发射的电磁辐射例如在光学元件的辐射耦合输出面上折射和/或反射并且从半导体部件耦合输出，使得电磁辐射的至少一部分入射到反射器上并且被反射器反射。辐射的另一部分通过光学元件从半导体部件耦合输出，使得其可以直接地、没有之前偏转到反射器上地从照明装置耦合输出。例如，光学元件的辐射耦合输出面是光学元件的背离半导体芯片的表面。

根据至少一个实施形式，照明装置具有辐射出射面，其为半导体部件的辐射出射面之和的至少两倍大。

照明装置的辐射出射面的面积是如下面的面积，该面通过基本体中的凹进部的开口到垂直于半导体部件的光轴的平面上的投影来限定。在此，“投影”表示凹进部的开口到相对于半导体部件的光轴垂直地走向的平面上的数学映射。半导体部件的辐射出射面的面积相应地确定为光学元件的辐射耦合输出面到已经限定的平面上的投影的面积。换言之，两个辐射出射面的面积在投影至一平面中来确定。

如果现在例如发射辐射的半导体部件位于凹进部中，则照明装置的辐射出射面为半导体部件的辐射出射面的至少两倍大。如果在凹进部中设置有多个半导体部件，则照明装置的辐射出射面为半导体部件的所有单个辐射出射面之和的至少两倍大。

根据照明装置的至少一个实施形式，照明装置具有带有凹进部的基本体，和至少通过凹进部的部分形成的反射器。

此外，照明装置具有设置在凹进部中的至少一个光电子半导体部件。半导体部件还具有光学元件，该光学元件构建为将半导体部件在工作中发射的电磁辐射的至少一部分引导到反射器上。照明装置的辐射出射面为半导体部件的辐射出射面之和的至少两倍大。

在此，这里描述的照明装置尤其基于以下认识：对于半导体部件的外部观察者而言通过发射辐射的半导体部件的高的发光密度可以引起增强的炫目效应。

在此，发光密度是亮度的量度并且以单位面积的光强来限定。

此外，对于外部观察者而言，仅仅半导体部件的辐射出射面是相对小的。如果半导体部件的高的发光密度与半导体部件的小的辐射出射面的组合得出对于外部观察者而言的干扰性和刺激性的发光印象，则其引起对于外部观察者而言的炫目效应。

现在为了避免通过半导体部件的高的发光密度对于外部观察者造成的炫目效应，在此描述的照明装置利用如下思想：将反射器与发射辐射的半导体部件组合。为此，将光电子半导体部件安置在至少局部地形成反射器的凹进部中。高的发光密度和小的辐射出射面的问题以及伴随此而来的对于外部观察者而言的炫目效应现在通过如下方式来解决：所发射的电磁辐射通过具有半导体部件的光学元件至少部分地偏转到反射器上。反射器将射到其上的电磁辐射反射。于是，从照明装置耦合输出的所有电磁辐射由光学元件所转向到反射器上的电磁辐射以及直接经由光学元件(没有之前入射到反射器上)从该部件耦合输出的辐射部分组成。这引起对于外部观察者可看到的辐射出射面的扩宽，该辐射出射面可以在照明装置的俯视图中通过反射器的整个内表面形成。有利地，半导体部件的光强分布到照明装置的辐射出射面上。这导致避免对于照明装置的辐射出射面的外部观察者而言的炫目效应。也就是说，在该部件的俯视图中至少从反射器所处的区域中发射电磁辐射，在必要时也从半导体部件所处的区域中发射电磁辐射。

根据照明装置的至少一个实施形式，照明装置的基本体具有至少两个凹进部。也就是说，基本体可以具有多个凹进部，其中在每个凹进部中安置有半导体部件。同样可能的是，在一个凹进部中设置有多个半导体部件。有利地，通过将多个光电子半导体部件设置在凹进部中保证照明装置的尽可能高的光强。

根据照明装置的至少一个实施形式，照明装置的辐射出射面的部分面的光密度与照明装置的全部辐射出射面的发光密度的平均值偏差小于20％、优选地小于10％、完全特别优选地小于5％。照明装置的辐射出射面可以分解为任意的部分面。所有部分面之和又得到照明装置的全部辐射出射面。如果观察照明装置的辐射出射面的任意部分面，则该部分面的发光密度与照明装置的发光密度的平均值偏差小于20％。有利地，照明装置的辐射出射面在其亮度方面显得均匀。通过光学元件将辐射的一部分引导到反射器上同时避免了对于外部观察者的炫目效应。

根据照明装置的至少一个实施形式，在基本体的外表面上的凹进部具有为至少5cm、优选地至少7cm、完全特别优选地至少10cm的最大直径。半导体部件的整个光强分布到照明装置的辐射出射面上。例如，照明部件的辐射出射面为圆形、椭圆形或者矩形。这例如可以通过将凹进部的开口本身构建为圆形来实现。有利地，通过所选择的直径将辐射出射面选择得尽可能大，使得整个光强分布到照明装置的辐射出射面上并且于是照明部件的辐射出射面扩大。这样提供的辐射出射面引起完全特别适于照明例如大面积的对象的照明装置。此外，可以有利地通过选择辐射出射面的直径和由此选择辐射出射面的尺寸来调节照明装置的辐射出射面的发光密度并且此外使照明部件的辐射出射面的面积单独地与用户的需求匹配。

根据照明装置的至少一个实施形式，从照明装置的辐射出射面至凹进部的最深点的距离比光电子部件的最大高度大至少2mm。凹进部的最深点是如下点，该点与半导体部件的光轴平行地距凹进部的开口最远。光电子部件的最大高度例如是如下线段，该线段与半导体部件的光轴平行地走向并且沿着该方向覆盖光电子半导体部件的最大延伸。如果现在将光电子部件安置在凹进部的最深点中，则照明装置的辐射出射面距设置在照明装置的辐射出射面之下的半导体部件的距离为至少2mm。

根据至少一个实施形式，光电子半导体部件突出于凹进部。这可以意味着，光电子半导体部件的最大高度大于从凹进部的最低点至凹进部开口的、平行于半导体部件的光轴的线段。

根据照明装置的至少一个实施形式，反射器具有至少一个反射器壁。反射器壁可以通过凹进部的侧面来形成。反射器壁至少局部地侧向围绕半导体部件。反射器壁至少局部地按照光学基本元件CPC(复合抛物面聚光器)、CEC(复合椭圆聚光器)、CHC(复合双曲线聚光器)中的至少一种的形式来形成。优选地，反射器壁形成“自由形状面”。在本上下文中，“自由形状面”表示如下面，该面使照明装置的相应的照明需求单独地适配。

根据照明装置的至少一个实施形式，光学元件构建为将在半导体部件工作中所发射的电磁辐射的至少一部分以相对于半导体部件的光轴的至少110°角来偏转。

由半导体部件发射的电磁辐射的一部分通过光学元件从半导体部件耦合输出，使得辐射的该部分接下来直接从照明装置出射，而不必事先偏转到反射器上。该辐射部分形成直接耦合输出的辐射部分。总辐射的另一部分通过光学元件的辐射出射面耦合输出，使得半导体部件的光轴与由光学元件耦合输出的辐射之间的角度为至少110°。于是，在这种角度下从半导体部件耦合输出的辐射部分“向后”偏转离开光学元件和照明装置的辐射出射面。优选地，辐射部分偏转到反射器的反射器壁上并且接下来通过反射器壁来反射，以便然后可以从照明装置耦合输出。

根据至少一个实施形式，电磁辐射的偏转至少部分地通过全反射来进行。辐射偏转到反射器中的至少一部分通过在光学元件的辐射耦合输出面上的全反射来进行。这尤其在光学元件的折射率大于围绕光学元件的介质的折射率时才是可能的。介质例如可以是空气。于是，电磁辐射可以通过在光学元件的辐射耦合输出面上的全反射被引导到反射器的反射器壁上。

根据至少一个实施形式，电磁辐射的偏转至少部分地通过折射来进行。辐射偏转到反射器中的至少一部分通过在光学元件的辐射耦合输出面上的折射来进行。也就是说，电磁辐射除了通过全反射的光学影响之外也可以借助折射而偏转到反射器中。有利地，由半导体部件发射的全部电磁辐射的尽可能大的部分被引导到反射器壁的表面上，由此增强所提及的与减小的炫目效应和较大的发光面有关的效果。

根据至少一个实施形式，就电磁辐射而言透射辐射的盖板遮盖凹进部。盖板是透射辐射的、刚性的本体，其可以与基本体的外表面齐平地结束并且与基本体直接接触。优选地，盖板提供为使得其为自支承的。盖板可以透明地实施。也可能的是，盖板乳白色地实施并且以漫射形式散射穿透的电磁辐射。同样可能的是，将光学元件引入到盖板中或者盖板本身形成光学元件。此外，在盖板之后可以设置有其他光学元件。光学元件可以是微棱镜或者光学滤波器。

根据至少一个实施形式，盖板与基本体的外表面齐平地结束。优选地，盖板成形为使得盖板配合到凹进部中并且于是盖板的背离半导体部件的表面与基本体的外表面齐平地结束。在该情况下，盖板的背离半导体部件的表面形成如下表面，电磁辐射通过该表面来发射。有利地，于是可以提供一种照明装置，其整个表面是平坦的且没有中断地来构建。此外，盖板提供了对外部的环境影响例如有害的气体或者液体的防护。同样可能的是，盖板的背离半导体部件的表面并非与基本体的外表面齐平地结束。这可以意味着，在该情况下盖板较高或者较深地安置或者配合在凹进部中。

在下文中，借助实施例和相关附图进一步阐述在此所描述的照明装置。

图1A在示意性剖视图中示出了在此所描述的照明装置的一个实施例，

图1B在示意性俯视图中示出了根据图1A的照明装置，

图2在示意性剖视图中示出了根据在此所描述的照明装置的至少一个实施形式的另一实施例。

在实施例和附图中，相同的或者作用相同的组成部分分别设置有相同的附图标记。所示的元件不应视为合乎比例的，更确切而言，为了更好的理解可以夸大地示出各个元件。

在图1A中借助示意性剖视图示出了在此所描述的带有基本体1的照明装置和安置在凹进部5中的光电子半导体部件20。基本体1以陶瓷材料或者金属形成。凹进部5是在基本体11中的凹陷，其具有开口6并且可以从外部自由接近。

半导体部件具有支承体2和半导体芯片4。

支承体2可以是电路板或者支承体框架(引线框架)。支承体2例如是可表面安装的。支承体2可以以热固性材料或热塑性材料或者以陶瓷材料形成。半导体芯片4与支承体2导电地接触。

基本体1的外表面11与凹进部5的边缘齐平地结束。照明装置的辐射出射面61是如下面的面积，该面通过在基本体1中的凹进部5的开口6到垂直于半导体部件20的光轴42的平面上的投影来限定。在此，“投影”表示凹进部5的开口6到垂直于半导体部件20的光轴42走向的平面上的数学映射。半导体部件的光轴42垂直于半导体芯片4的外延生长的半导体层序列地走向。

此外，辐射出射面61椭圆形地构建并且具有Xmm的最大直径D。

照明装置具有反射器51。凹进部5形成反射器51。半导体部件20安置在反射器51的最深点上。

反射器壁52可以由三个几何的基本元件CPC、CEC和CHC或者由这些元件的任意组合来描述。有利地，这提供如下可能性：使反射器51与照明装置的相应的照明需求单独地匹配和调节反射器51。

在本实施例中，反射器壁52通过连续且关联的侧面形成。在图1A中所示的实施形式中，半导体部件20的光轴42同时形成反射器51的对称轴。

反射器壁52以高反射性的材料、例如由铝构成的金属层来涂覆。于是有利地保证：尽可能多的辐射被反射器壁52反射。

在此，光电子半导体部件20经由支承体2借助粘合在反射器51的深度T的最深点上与反射器壁52连接。深度T是从反射器壁52沿着半导体部件20的光轴42直至凹进部5的开口6的线段。

光学元件3、例如广角透镜形式的透镜施加到半导体芯片4的辐射出射面441上。光学元件3将由半导体芯片4发射的所射到的电磁辐射从半导体部件20的光轴42折射和/或反射离开。尤其是，光学元件3在半导体部件20的光轴42上具有最大厚度DL并且在该位置上为2mm厚。光学元件3没有散射辐射的颗粒并且可以以聚碳酸酯(也称为PC)或者以硅树脂形成。

光学元件3成形为使得半导体芯片4所发射的电磁辐射的至少一部分以相对于半导体部件20的光轴42为至少110°的角度α偏转。在这种角度α下从半导体部件耦合输出的辐射部分于是“向后”、远离照明装置的光学元件3和辐射出射面61偏转并且于是入射到反射器51的反射器壁52上，以便接着在那里被反射。在反射之后，该反射部分从照明装置耦合输出。

辐射到反射器中的偏转的一部分通过在光学元件3的辐射耦合输出面31上的全反射来进行。辐射耦合输出面31是光学元件3的背离半导体芯片4的表面。被全反射的辐射部分偏转、反射到反射器壁52上并且然后经由照明装置的辐射出射面61从照明装置耦合输出。

其他辐射部分通过光学元件从半导体部件20耦合输出，使得辐射可以直接地、没有事先偏转到反射器51上地从照明装置耦合输出。

于是，从照明装置耦合输出的电磁辐射至少由从光学元件3朝着反射器5偏转的辐射部分和没有事先偏转到反射器51上地直接从照明装置耦合输出的辐射部分组成。

于是可以实现：在图1A中所示的实施例中的辐射出射面61是半导体部件20的辐射出射面44的X倍。

半导体部件20的辐射出射面44的面积限定为光学元件3的辐射耦合输出面31到垂直于半导体部件20的光轴42的平面上的投影的面积。

此外可以表明：借助照明装置的这种构型，沿着辐射出射面61的发光密度波动小于照明装置的整个辐射出射面61的发光密度的平均值的5％。有利地，于是照明装置的辐射出射面61在其光强方面显得特别均匀。

此外，照明装置的该构型引起具有小的结构高度的照明装置，因为在半导体部件20的光轴42的方向上可以省去占位置的、连接在之后的、用于增大半导体部件20的辐射出射面44的光学系统。结构高度是照明装置沿着半导体部件20的光轴42的伸展。由此得出特别平的照明装置。

图1B在示意性俯视图中示出了根据图1A的照明装置。根据图1B，基本体1具有两个凹进部5。在两个凹进部5的每个中安置有光电子半导体部件20。

在图2中以剖视图示出了根据至少一个实施形式的完成的照明装置。

与在图1A中所示的照明装置不同，根据图2的照明装置具有盖板8。盖板8的背离光电子半导体部件20的表面与基本体1的外表面11在横向上齐平地结束并且具有凹进部5的开口6的最大直径D。在该情况下，盖板8的背离半导体部件20的表面形成凹进部的表面5。有利地，于是可以提供如下照明装置，其整个表面是平坦的并且没有中断地构建。此外，盖板8保护照明装置、尤其半导体部件20免受外部环境影响。盖板8是自支承的板。也就是说，盖板8在施加之后不需要其他的固定措施和稳定化措施。于是，盖板8保持其形状，使得在盖板8中未形成破裂位置、不平坦性等等。在此，盖板8的厚度DA为1.5mm。于是，在盖板8的朝向半导体部件20的表面和半导体部件20之间在至少一个位置上形成0.5mm的间隔。

本发明不通过根据实施例的描述而受限。更确切而言，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含在权利要求中的特征的任意组合，即使这些特征或者这些组合本身并未在权利要求或者实施例中明确说明。

Claims (11)

1.一种照明装置，其具有：

-基本体(1)，该基本体具有凹进部(5)，

-反射器(51)，该反射器至少通过凹进部(5)的部分形成，

-设置在凹进部(5)中的至少一个光电子半导体部件(20)，其中半导体部件(20)具有光学元件(3)，该光学元件构建为将半导体部件(20)在工作中发射的电磁辐射的至少一部分引导到反射器(51)上，

-其中照明装置的辐射出射面(61)为半导体部件的辐射出射面(44)之和的至少两倍大。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其中基本体(1)具有至少两个凹进部(5)。

3.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中照明装置的辐射出射面(61)的部分面的发光密度与照明装置的整个辐射出射面(61)的发光密度的平均值偏差小于20％。

4.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中凹进部(5)在基本体(1)的外表面(11)上具有小于5cm的直径。

5.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中照明装置的辐射出射面(6)至凹进部(5)的最深点的距离比光电子半导体部件(20)的最大高度大至少2mm。

6.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中反射器壁(52)至少局部地以以下光学基本元件的至少其中之一的方式来形成：复合抛物面聚光器、复合椭圆聚光器、复合双曲线聚光器。

7.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中光学元件(3)构建为将在半导体部件(20)的工作中发射的电磁辐射的至少一部分以相对于半导体部件(20)的光轴(42)为至少110°的角度来偏转。

8.根据权利要求7所述的照明装置，其中电磁辐射的偏转至少部分地通过全反射来进行。

9.根据权利要求7或8所述的照明装置，其中电磁辐射的偏转至少部分地通过折射来进行。

10.根据上述权利要求之一所述的照明装置，其中对于电磁辐射透射辐射的盖板(8)遮盖凹进部(5)。

11.根据权利要求10所述的照明装置，其中盖板(8)与基本体(1)的外表面(11)齐平地结束。

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