DE102004004778B4 - Light-emitting diode illumination module and radiation-shaping optical device for a light-emitting diode illumination module - Google Patents
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Abstract
Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul (1) mit mehreren Leuchtdiodenbauelementen (3) und einer optischen Einrichtung (4) zur Strahlformung, die den Leuchtdiodenbauelementen (3) in deren Abstrahlrichtung nachgeordnet ist, wobei die optische Einrichtung (4) für jedes Leuchtdiodenbauelement (3) ein strahlungsbündelndes optisches Element (41) aufweist, dem gesehen von den Leuchtdiodenbauelementen (3) ein strahlungsaufweitendes optisches Element (42) nachgeordnet ist, und bei dem die optische Einrichtung (4) eine mittige Stütz- und Befestigungssäule (43) aufweist, von der aus zwischen den strahlungsbündelnden optischen Elementen (41) drei Streben (44) sternartig nach außen zu einem umfangsseitigen Rand (45) der optischen Einrichtung (4) hin verlaufen, an oder auf denen das strahlungsaufweitende Element (42) angeordnet ist.Light-emitting diode illumination module (1) with a plurality of light-emitting diode components (3) and an optical device (4) for beam shaping, which is arranged downstream of the light-emitting diode components (3) in their emission direction, wherein the optical device (4) for each light-emitting diode component (3) is a radiation-bundling optical Having element (41), which, viewed from the light-emitting diode components (3), a radiation-expanding optical element (42) is arranged downstream, and wherein the optical device (4) has a central support and mounting column (43), from which between the strahlungsbündelnden optical elements (41) three struts (44) star-like outwardly to a peripheral edge (45) of the optical device (4) towards, or on which the radiation-expanding element (42) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft ein Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul mit mindestens einem Leuchtdiodenbauelement und einer optischen Einrichtung zur Strahlformung, die dem Leuchtdiodenbauelement in dessen Abstrahlrichtung nachgeordnet ist. Sie betrifft weiterhin eine strahlungsformende optische Einrichtung für ein Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul.The The invention relates to a light-emitting diode illumination module with at least a light emitting diode device and an optical device for beam shaping, downstream of the light-emitting diode component in its emission direction is. It further relates to a radiation-shaping optical device for a LEDs lighting module.
Bei Einsatz von Glühlampen in Möbeleinbauleuchten und in Leseleuchten führt die bei diesen Anwendungen gegebene sehr eingeschränkte Wärmeabfuhr dazu, dass entweder nur vergleichsweise große Bauformen oder nur Glühlampen mit sehr geringer Wattzahl eingesetzt werden können. Zudem erfordern Glühlampen um Licht mit einem bestimmten Abstrahlungswinkel zu erzeugen einen Reflektor.at Use of light bulbs in furniture recessed lights and leads in reading lights the given in these applications very limited heat dissipation to that either only comparatively large designs or only incandescent lamps can be used with very low wattage. In addition, incandescent lamps require to create light with a certain angle of radiation Reflector.
Ziel ist es daher zunehmend, in diesen Einsatzgebieten Leuchtdiodenbauelemente zu verwenden. Leuchtdiodenbauelemente weisen einen hohen Wirkungsgrad, eine geringe Größe und eine vergleichsweise geringe Wärmeentwicklung auf. Sie sind zudem sehr robust und besitzen eine lange Lebensdauer.aim It is therefore increasingly, in these applications light emitting diode devices to use. Light-emitting diode components have a high efficiency, a small size and one comparatively low heat development on. They are also very robust and have a long life.
Die
Druckschrift
In
der Druckschrift
Eine
Leuchte für
Fahrzeuge und ein Herstellungsverfahren derselben findet sich in
der Druckschrift
Ferner
ist in der Druckschrift
Ein
mischfarbiges Licht abstrahlendes Halbleiterbauelement mit einem
Lumineszenzkonversionselement ist in der Druckschrift
Die
Druckschrift
In
der Druckschrift
In
der Druckschrift
Die
Druckschrift
Eine
Fahrzeuglampe ist in der Druckschrift
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul insbesondere zum Einsatz in Möbel- oder Deckeneinbauleuchten und Leseleuchten bereitzustellen. Es soll weiterhin eine strahlungsformende optische Einrichtung für ein Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul angegeben werden.Of the The present invention is based on the object, a light-emitting diode illumination module in particular for use in furniture or provide recessed ceiling lights and reading lights. It should Furthermore, a radiation-shaping optical device for a light-emitting diode illumination module specified become.
Diese Aufgabe wird durch ein Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Leuchtdioden-Beleuchtungsmoduls bzw. der strahlungsformenden optischen Einrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.These Task is a light-emitting diode lighting module with the features of claim 1 solved. Advantageous developments of the light-emitting diode illumination module or the radiation-forming optical device are specified in the subclaims.
Bei einem Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul gemäß der Erfindung ist einem Leuchtdiodenbauelement in dessen Abstrahlrichtung eine optische Einrichtung zur Strahlformung nachgeordnet. Die optische Einrichtung weist hierbei für das Leuchtdiodenbauelement ein strahlungsbündelndes optisches Element und ein strahlungsaufweitendes optisches Element auf. Das strahlungsbündelnde optische Element ist zwischen dem Leuchtdiodenbauelement und dem strahlungsaufweitenden optischen Element angeordnet.at A light emitting diode lighting module according to the invention is a light emitting diode device in the emission direction of an optical device for beam shaping downstream. The optical device has in this case for the light-emitting diode device a radiation bundling optical element and a radiation-expanding optical element on. The radiation bundling optical element is between the light emitting diode device and the arranged radiation-expanding optical element.
Das strahlungsbündelnde optische Element bündelt die vom Leuchtdiodenbauelement ausgesandte Strahlung vorzugsweise auf den kleinstmöglichen Abstrahlwinkel. Hierdurch kann bei Beleuchtungsmodulen mit einer Mehrzahl von Leuchtdiodenbauelementen einerseits die Querschnittfläche, das heißt im Falle eines kreisscheibenartigen Beleuchtungsmoduls der Durchmesser, gering gehalten werden. Andererseits kann der Abstrahlwinkel allein durch Variation des strahlungsaufweitenden optischen Elements ausgehend vom engen Abstrahlwinkel der strahlungsbündelnden optischen Elemente über einen großen Bereich variiert werden.The strahlungsbündelnde optical element bundles the radiation emitted by the light emitting diode component preferably on the smallest possible Angle. This can be used in lighting modules with a Plurality of light emitting diode components on the one hand, the cross-sectional area, that is in the case a circular disk-like lighting module diameter, low being held. On the other hand, the radiation angle can only by Starting from variation of the radiation-expanding optical element from the narrow beam angle of the radiation-bundling optical elements over a huge Range can be varied.
Ein weiterer Vorteil des Leuchtdioden-Beleuchtungsmoduls ist, dass man aufgrund der bereits gerichteten Abstrahlung der Leuchtdiodenbauelemente gegenüber einem Glühlampen-Beleuchtungsmodul den Reflektor einsparen kann.One Another advantage of the LED lighting module is that you due to the already directed radiation of the light-emitting diode components across from an incandescent lighting module can save the reflector.
Die optische Einrichtung weist eine mittige Stütz- und Befestigungssäule auf, von der aus zwischen den strahlungsbündelnden optischen Elementen drei das strahlungsaufweitende optische Element tragende Streben sternartig nach aussen zu einem umfangsseitigen Rand der optischen Einrichtung hin verlaufen.The optical device has a central support and mounting column, from between the beam-condensing optical elements three struts supporting the radiation-expanding optical element star-like outward to a peripheral edge of the optical Furnishings go out.
Bei einer bevorzugten Auführungsform des Leuchtdioden-Beleuchtungsmoduls weist jedes der Leuchtdiodenbauelemente einen UV-Strahlung oder blaue Strahlung emittierenden Halbleiterchip in einer Gehäuseausnehmung auf. In der Gehäuseausnehmung befindet sich ein Konverterverguß, der zumindest einen Teil der UV-Strahlung oder der blauen Strahlung absorbiert und Strahlung mit gegenüber der absorbierten Strahlung veränderter Wellenlänge emittiert. Jedes der Leuchtdiodenbauelement emittiert im Betrieb des Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul beispielsweise weißes Licht, das von den strahlungsbündelnden optischen Elementen zunächst in Licht mit einem engeren Abstrahlwinkel wie der des vom Leuchtdiodenbauelement unmittelbar ausgesandten Lichtes gebündelt wird und von dem strahlungsaufweitenden optischen Element auf den gewünschten Abstrahlwinkel des Leuchtdioden-Beleuchtungsmoduls aufgeweitet und durchmischt wird.In a preferred embodiment of the light-emitting diode illumination module, each of the light-emitting diode components has a UV radiation or blue radiation-emitting semiconductor chip in a housing recess. In the housing In this case, there is a converter potting which absorbs at least part of the UV radiation or the blue radiation and emits radiation with a wavelength which is changed with respect to the absorbed radiation. During operation of the light-emitting diode illumination module, each of the light-emitting diode components emits, for example, white light which is initially bundled by the radiation-bundling optical elements into light having a narrower radiation angle, such as that of the light emitted directly by the light-emitting diode component, and by the radiation-expanding optical element to the desired emission angle of the light-emitting diode. Lighting module is expanded and mixed.
Aufgrund der guten Durchmischung der vorher von den strahlungsbündelnden optischen Elementen gebündelten Strahlung mittels des strahlungsaufweitenden optischen Elements können vorteilhafterweise auf einfache Weise Leuchtdiodenbauelemente eingesetzt werden, bei denen ein Leuchtdiodenchip einfach mittels einer Konvertervergußmasse vergossen sind. Bei solchen Leuchtdiodenchips kann durch eine starke Bündelung des ausgesandten Lichtes dessen teilweise Entmischung auftreten, die dann ohne Verwendung einer optischen Einrichtung gemäß der Erfindung zu lokalen Farbunterschieden des Lichtes führen würde.by virtue of the good mixing of the previously bundled by the radiation bundled optical elements Radiation by means of the radiation-expanding optical element can Advantageously, light-emitting diode components are used in a simple manner be in which a light-emitting diode chip simply shed by means of a converter potting compound are. In such LED chips can by a strong bundling the emitted light whose partial segregation occur then without using an optical device according to the invention would lead to local color differences of light.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Leuchtdiodenbauelemente vorgesehen, die auf einer gemeinsamen elektrischen Leiterplatte, insbesondere auf einem gemeinsamen PCB nebeneinander angeordnet und dort elektrisch verschaltet sind. Vorzugsweise sind drei Leuchtdiodenbauelemente vorgesehen, die auf der Leiterplatte an drei Eckpunkten eines gedachten gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind. Um weißes Licht oder eine andere Mischfarbe zu erzeugen kann hierbei ein rotes Licht emittierendes Leuchtdiodenbauelement, ein grünes Licht emittierendes Leuchtdiodenbauelement und ein blaues Licht emittierendes Leuchtdiodenbauelement vorgesehen sein. Das strahlungsaufweitende optische Element durchmischt das Licht der drei Leuchtdiodenbauelemente.at a preferred embodiment Several light emitting diode devices are provided, which on a common electrical circuit board, in particular on a common PCB side by side are arranged and electrically connected there. Preferably three light emitting diode devices provided on the circuit board arranged at three vertices of an imaginary equilateral triangle are. To white To produce light or another mixed color can be a red one Light emitting light emitting diode device, a green light emitting light emitting diode device and a blue light emitting Be provided light emitting diode device. The radiation-expanding optical element mixes the light of the three light emitting diode devices.
Bei einer besonderen Ausführungsform ist die elektrische Leiterplatte bzw. das PCB kreisrund ausgebildet oder weist zumindest eine kreisrunde Umhüllende auf. Der Durchmesser ist vorzugsweise gleich oder kleiner als 35 mm.at a particular embodiment the electrical circuit board or the PCB is circular or has at least one circular envelope. The diameter is preferably equal to or less than 35 mm.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die optische Einrichtung mindestens ein Positionierelement auf, das in Ausnehmungen, insbesondere in Öffnungen der Leiterplatte eingreift. Dieses Positionierelement weist vorzugsweise mindestens einen Stift auf, der von einer Strebe aus zur Leiterplatte hin verläuft und in diese eingreift, insbesondere durch ein Loch in der Leiterplatte ragt. Vorzugsweise weist jede Strebe mindestens einen Stift auf, der zur Leiterplatte hin verläuft und in diese eingreift.at a preferred embodiment the optical device has at least one positioning element, which engages in recesses, in particular in openings of the circuit board. This positioning element preferably has at least one pin on, which extends from a strut out to the circuit board and engages in this, in particular through a hole in the circuit board protrudes. Preferably, each strut has at least one pin, which runs to the circuit board and intervene in these.
Jedes der drei Leuchtdiodenbauelemente erzeugt vorzugsweise einen Lichtstrom von gleich oder größer als 30 lm, insbesondere von gleich oder größer 35 lm.each The three light-emitting diode components preferably generates a luminous flux equal to or greater than 30 lm, in particular equal to or greater than 35 lm.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform bündelt jedes strahlungsbündelnde Element eine vom zugeordneten Leuchtdiodenbauelement ausgesandte Strahlung auf einen Abstrahlwinkel zwischen 5° und 15°, vorzugsweise etwa 10° und weitet das strahlungsaufweitende Element die vom strahlungsbündelnden Element kommende gebündelte Strahlung in einen für das Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul vorgesehenen Abstrahlwinkel auf.at a particularly preferred embodiment bundles each radiation bundling Element emitted by the associated light emitting diode device Radiation to a beam angle between 5 ° and 15 °, preferably about 10 ° and expands the radiation-expanding element of the radiation-bundling Element coming bundled Radiation in one for the light-emitting diode illumination module provided radiation angle.
Das strahlungsaufweitende Element weist bevorzugt eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten gleichartigen Strukturen auf. Besonders bevorzugt ist das strahlungsaufweitende Element eine einzige alle strahlungsbündelnden Elemente überspannende optische Platte, an die die strahlungsbündelnden Elemente optisch angekoppelt sind.The radiation-expanding element preferably has a plurality of arranged side by side similar structures. Especially Preferably, the radiation-expanding element is a single all radiation-focusing Spanning elements optical disk to which the radiation beam elements optically coupled are.
Bei einer technisch besonders einfachen Ausführungsform ist die optische Einrichtung einstückig aus einem strahlungsdurchlässigen Kunststoff beispielsweise mittels Spritzgießen oder Spritzpressen gefertigt.at a technically particularly simple embodiment is the optical Furnishing in one piece from a radiolucent Plastic manufactured for example by injection molding or transfer molding.
Die Höhe des Leuchtdioden-Beleuchtungsmoduls ist vorzugsweise gleich oder kleiner als 20 mm, insbesondere weniger als 15 mm aufweist. Die optische Einrichtung stellt dabei vorzugsweise einen Deckelteil des Leuchtdioden-Beleuchtungsmoduls dar, der auf der Leiterplatte befestigt ist und die äußere Kontur des Beleuchtungsmoduls wesentlich bestimmt.The Height of Light-emitting diode illumination module is preferably equal to or smaller than 20 mm, in particular less than 15 mm. The optical Device preferably represents a cover part of the light-emitting diode illumination module, which is mounted on the circuit board and the outer contour of the lighting module essentially determined.
Bei einer strahlungsformenden optischen Einrichtung gemäß der Erfindung ist eine strahlungsdurchlässige Platte vorgesehen, die an einer ersten Hauptoberfläche strahlungsaufweitende und strahlungsdurchmischende Strukturen aufweist, An einer von der ersten Hauptoberfläche abgewandten zweiten Hauptoberfläche ist mindestens ein strahlungsbündelndes optisches Element angeformt, das in der Lage ist, eine von einem Leuchtdiodenbauelement empfangene Strahlung vor deren Eindringen in die strahlungsdurchlässige Platte auf einen gegenüber dem Abstrahlungswinkel des Leuchtdiodenbauelements geringeren Öffnungswinkel der Strahlung zu bündeln. Die strahlungsdurchlässige Platte einschließlich der strahlungsaufweitenden und strahlungsdurchmischenden Strukturen und das strahlungsbündelnde Element sind insgesamt einstückig aus einem strahlungsdurchlässigen Kunststoff ausgebildet. Dies kann beispielsweise mittels eine Spritzgieß- oder Spritzpressverfahrens erfolgen.In a radiation-shaping optical device according to the invention, a radiation-transmissive plate is provided which has radiation-expanding and radiation-mixing structures on a first main surface. At least one second radiation-bundling optical element is formed on a second main surface facing away from the first main surface and is capable of producing one of to receive radiation received by a light-emitting diode component prior to its penetration into the radiation-transmissive plate at a lower opening angle of the radiation than the angle of emission of the light-emitting diode component. The radiation-transmissive plate including the radiation-expanding and radiation-mixing structures and the radiation-bundling element are formed integrally from a radiation-permeable plastic. This can be done for example by means of a Injection molding or transfer molding done.
Weitere
Vorteile, Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus
dem im Folgenden in Verbindung mit den
Die Figuren sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Die einzelnen Bestandteile sind grundsätzlich auch nicht mit den tatsächlichen Größenverhältnissen zueinander dargestellt.The Figures are basically not as true to scale to watch. The individual components are basically too not with the actual proportions shown to each other.
Bei
dem Ausführungsbeispiel
handelt es sich um ein weißes
Licht emittierendes Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul
Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß den
Alternativ zum blaues Licht emittierenden Leuchtdiodenchip kann beispielsweise ein UV-Strahlung emittierender Leuchtdio denchip verwendet sein. Der Konverterverguß kann in diesem Fall beispielsweise einen ersten Teil der UV-Strahlung in blaues Licht umwandeln und einen zweiten Teil der UV-Strahlung in blaues Licht umwandeln, um im Ergebnis weißes Licht zu erzeugen. Alternativ kann der Konverterverguß dazu einen ersten Teil der UV-Strahlung in rotes Licht, einen zweiten Teil der UV-Strahlung in grünes Licht und einen Teil der UV-Strahlung in blaues Licht umwandeln.alternative For example, to the blue light emitting LED chip a UV radiation emitting LED denchip be used. Of the Converter Verguss can in this case, for example, a first part of the UV radiation convert to blue light and a second part of the UV to blue Convert light to produce white light as a result. alternative can the converter Verguss to do so a first part of the UV radiation in red light, a second Part of UV radiation in green Convert light and part of UV radiation to blue light.
Auf
der von der Metallkernplatine
Die
drei Leuchtdiodenbauelemente
Die
optische Einrichtung
Die
strahlungsbündelnden
Linsenelemente
Jedes
der drei Leuchtdiodenbauelemente
Die strahlungsbündelnden Elemente bündeln eine von den Leuchtdiodenbauelementen ausgesandte Strahlung auf einen Abstrahlwinkel zwischen 5° und 15°, vorzugsweise etwa 10° und das strahlungsaufweitende Element weitet die von den strahlungsbündelnden Elementen kommende gebündelte Strahlung in einen für das Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul vorgesehenen Abstrahlwinkel auf.The radiation-bundling elements combine a radiation emitted by the light-emitting diode components to an emission angle between 5 ° and 15 °, preferably approximately 10 °, and the radiation-expanding element expands the bundled radiation coming from the radiation-bundling elements into a radiation angle provided for the light-emitting diode illumination module on.
Die
optische Einrichtung
Die Höhe des Leuchtdioden-Beleuchtungsmoduls ist gleich oder weniger als 20 mm, insbesondere weniger als 15 mm.The Height of Light-emitting diode illumination module is equal to or less than 20 mm, in particular less than 15 mm.
Die Beschreibung der Erfindung anhand des Ausführungsbeispieles ist selbstverständlich nicht als Beschränkung der Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel zu verstehen. Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The Description of the invention with reference to the embodiment is of course not as a restriction the invention of this embodiment to understand. The in the above description, in the drawing as well as in the claims disclosed features of the invention can both individually and also in any combination for the To be essential to the realization of the invention.
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