DE102007007258A1 - Illuminant i.e. LED, has collecting lens deflecting portion of electromagnetic radiations such that lens forms radioactive cone of illuminant and includes breakage surface, and reflection surface for radiations emitted by crystal - Google Patents

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Abstract

The illuminant (10) has a semiconductor crystal (36) emitting electromagnetic radiations in different spatial directions under voltage application. A collecting lens (44) deflects a portion of the radiations such that the lens forms a radiative cone (72) of the illuminant and has a breakage surface (54). The lens has a reflection surface (74) for the radiations emitted by the crystal. The breakage surface and the reflection surface are rotationally symmetric to an optical axis (46) of the illuminant. The lens is made of transparent plastic, epoxy resin and acrylic glass.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leuchtmittel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a lighting means according to the preamble of the claim 1.

Derartige Leuchtmittel finden beispielsweise in Form von Leuchtdioden, welche als LEDs bekannt sind, weit verbreitet Verwendung.such Illuminants find, for example, in the form of light-emitting diodes, which As LEDs are known, widespread use.

Die Sammeloptik dient dazu, von dem Halbleiterkristall in verschiedene Raumrichtungen emittiertes Licht so zu bündeln, daß ein möglichst großer Anteil dieses Lichts den Strahlungskegel des Leuchtmittels bildet, wodurch die nutzbare Lichtausbeute maximiert werden soll.The Collection optics serves to differentiate from the semiconductor crystal Spaces emitted light directions bundle so that the largest possible proportion of this light the Radiation cone of the bulb forms, whereby maximizes the usable light output shall be.

Beruht die Umlenkung der Strahlung auf Brechung, trifft jedoch häufig ein nicht unerheblicher Teil der Strahlung in einem solchen Winkel auf die brechende Fläche der Sammeloptik, daß die Brechkraftder Sammeloptik an der brechenden Fläche nicht ausreicht, diese Strahlung in die gewünschte Richtung in den Strahlungskegel umzulenken. Diese Strahlung trägt dadurch nicht zur Lichtausbeute des Leuchtmittels bei.is based the deflection of the radiation to refraction, however, often occurs not inconsiderable part of the radiation at such an angle the breaking surface the collection optics that the Refractive power of the collection optics at the refractive surface is insufficient, this Radiation in the desired To redirect direction into the radiation cone. This radiation contributes not at the light output of the bulb.

Es kommt zudem vor, daß Strahlung vom Halbleiterkristall dicht an der brechenden Fläche der Sammeloptik vorbei abgestrahlt wird und somit nicht von dieser umgelenkt werden kann.It also happens that radiation from the semiconductor crystal close to the refractive surface of the collection optics is radiated over and thus not be diverted by this can.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Leuchtmittel der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die Strahlungsausbeute des Leuchtmittels erhöht ist.It is therefore an object of the invention, a light source of the aforementioned To create type in which the radiation efficiency of the bulb elevated is.

Diese Aufgabe ist bei einem Leuchtmittel der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Sammeloptik außerdem wenigstens eine Reflexionsfläche für von dem Halbleiterkristall emittierte Strahlung aufweist.These Task is characterized by a light source of the type mentioned by solved, that the collection optics Furthermore at least one reflection surface for from Having the semiconductor crystal emitted radiation.

Die Reflexionsfläche kann dann so angeordnet sein, daß sie Strahlung reflektiert, welche von der brechenden Fläche auf Grund fehlender Brechkraft nicht mehr in dem gewünschten Maße umgelenkt werden kann. Ferner kann auch solche Strahlung in den Strahlungskegel umgelenkt werden, welche von dem Halbleiterkristall an der brechenden Fläche vorbei abgestrahlt wird.The reflecting surface can then be arranged so that it reflects radiation, which of the refracting surface due to lack of power no longer in the desired Measures are diverted can. Furthermore, such radiation can also be deflected into the radiation cone which pass from the semiconductor crystal past the refractive surface is emitted.

Auf diese Weise trägt ein größerer Strahlungsanteil zur Lichtausbeute des Leuchtmittels bei, welche dadurch insgesamt erhöht ist.On wearing this way a larger proportion of radiation to the luminous efficacy of the bulb, which thereby total elevated is.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous Further developments are specified in the dependent claims.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 ist im Hinblick auf einen gleichmäßigen Strahlungskegel des Leuchtmittels von Vorteil. Diesem Wunsch trägt auch die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 Rechnung.The Training according to claim 2, in view of a uniform radiation cone of the Light source of advantage. This desire also contributes to the development according to the claim 3 bill.

Wenn die Reflexionsfläche wie in Anspruch 4 angegeben verläuft, kann ein großer Teil der Strahlung reflektiert werden, welche nicht auf die brechende Fläche trifft.If the reflection surface as specified in claim 4, can be a big one Part of the radiation to be reflected, which is not on the refractive area meets.

Um mittels der brechenden Fläche eine gute Sammelwirkung zu erzielen, ist es günstig, wenn die brechende Fläche wie in den Ansprüchen 5 bis 8 angegeben ausgebildet ist. Dabei wird insbesondere durch die Weiterentwicklung gemäß der Ansprüche 7 und 8 dem Problem von sphä rischen Aberrationen Rechnung getragen.Around by means of the refracting surface To achieve a good collection effect, it is beneficial if the refractive surface like in the claims 5 to 8 is formed. It is especially by the further development according to claims 7 and 8 the problem of spherical Aberrations accounted for.

Die gerade zu den Weiterentwicklungen gemäß der Ansprüche 5 bis 8 genannten Vorteile gelten sinngemäß entsprechend für die Weiterbildungen gemäß den Ansprüchen 9 bis 12.The just to the further developments according to claims 5 to 8 mentioned advantages apply mutatis mutandis accordingly for the Further developments according to claims 9 to 12th

Im Hinblick au die Herstellung der Sammeloptik ist es günstig, wenn diese aus im Anspruch 13 angegebenen Material besteht. Dieses ist gut zu verarbeiten und weist ausgehärtet gute mechanische sowie optische Eigenschaften auf.in the With regard to the production of collection optics, it is favorable if this consists of specified in claim 13 material. This is Good to handle and has good mechanical resistance as well optical properties.

Die Sammeloptik kann z. B. in günstiger Weise als Gußteil hergestellt werden, wenn sie wie in Anspruch 14 angegeben ausgebildet ist.The Collection optics can z. B. in cheaper Way as a casting are prepared when they are formed as specified in claim 14 is.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:below is an embodiment of Invention with reference to the drawing explained. In show this:

1 ein Leuchtmittel mit einer Sammeloptik im Schnitt; 1 a bulb with a collection optics in section;

2 eine perspektivische Ansicht des geschnittenen Leuchtmittels von 1, wobei ein in 1 zu erkennendes Gehäuse nicht gezeigt ist; 2 a perspective view of the cut bulb of 1 , where a in 1 to be recognized housing is not shown;

3 eine der 2 entsprechende Darstellung aus einem anderen Blickwinkel; und 3 one of the 2 corresponding representation from a different angle; and

4 das Leuchtmittel in einem der 1 entsprechenden Schnitt, wobei emittierte Strahlung in Form von Pfeilen veranschaulicht ist. 4 the bulb in one of the 1 corresponding section, wherein emitted radiation is illustrated in the form of arrows.

In 1 ist mit 10 insgesamt ein Leuchtmittel in Form einer LED bezeichnet.In 1 is denoted by a total of 10 bulbs in the form of an LED.

Das Leuchtmittel 10 umfaßt ein Gehäuse 12 aus transparentem Kunststoff mit einer zylindrischen Umfangswand 14. An einer Stirnseite ist das Gehäuse 12 mit einer Stirnwand 16 verschlossen, wogegen es auf der gegenüberliegenden Stirnseite offen ist und eine Ringfläche 18 aufweist, welche senkrecht zur Achse des Gehäuses 12 verläuft. In der Praxis hat das Gehäuse 12 einen Durchmesser von etwa 35 mm bis 43 mm, vorzugsweise von 39 mm.The light source 10 includes a housing 12 made of transparent plastic with a cylindrical peripheral wall 14 , At one end is the housing 12 with a front wall 16 closed, whereas it is open on the opposite end and an annular surface 18 which is perpendicular to the axis of the housing 12 runs. In practice has the case 12 a diameter of about 35 mm to 43 mm, preferably 39 mm.

Auf ihrer Innenseite trägt die Stirnwand 16 des Gehäuses 12 eine Platine 20 aus Aluminium mit kreisförmiger lichter Außenkontur, was insbesondere in 3 zu erkennen ist. Dort ist ferner gezeigt, daß die Platine 20 in ihrer Randkontur in regelmäßigen Abständen insgesamt sechs zungenförmige Ausnehmungen 22 aufweist. Gegebenenfalls können auf der Innenseite der Stirnwand 16 des Gehäuses 12 dazu passende Erhebungen vorgesehen sein, in welche die Platine 20 mit ihren Ausnehmungen 22 paßgenau eingesetzt sein kann. Auf diese Weise ist die Positionierung der Platine 20 auf der Stirnwand 16 beim Zusammenbau des Leuchtmittels 10 vereinfacht. Zur Befestigung der beiden Komponenten miteinander kann ein Klebstoff dienen.On the inside carries the front wall 16 of the housing 12 a circuit board 20 made of aluminum with circular outer contour, which is especially in 3 can be seen. There it is further shown that the board 20 in its edge contour at regular intervals a total of six tongue-shaped recesses 22 having. If necessary, on the inside of the front wall 16 of the housing 12 suitable surveys are provided, in which the board 20 with their recesses 22 can be used accurately. In this way is the positioning of the board 20 on the end wall 16 during assembly of the bulb 10 simplified. An adhesive may be used to secure the two components together.

Die Platine 20 ist von sechs axialen Durchgangsbohrungen 24 durchsetzt, welche gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt und jeweils im Randbereich zwischen zwei zungenförmigen Ausnehmungen 22 angeordnet sind.The board 20 is of six axial through holes 24 interspersed, which evenly distributed in the circumferential direction and in each case in the edge region between two tongue-shaped recesses 22 are arranged.

Die Platine 20 ist etwa 2,0 mm bis 2,8 mm, vorzugsweise etwa 2,4 mm, dick und hat einen Durchmesser von 23,0 mm bis 24,6 mm, vorzugsweise von etwa 23,8 mm.The board 20 is about 2.0 mm to 2.8 mm, preferably about 2.4 mm, thick and has a diameter of 23.0 mm to 24.6 mm, preferably about 23.8 mm.

Wie wieder in 1 zu erkennen ist, hat die Platine 20 auf ihrer der Stirnwand 16 des Gehäuses 12 gegenüber liegenden Seite eine zylindrische Vertiefung 26 mit einem planen Boden 28. Auf letzterem ist mittig eine im wesentlichen quadratische Leiterfläche 30 aufgebracht, welche über eine erste, in 1 nur schematisch angedeutete, Leiterbahn 32 mit einem ersten Anschlußstift 34 des Leuchtmittels 10 verbunden ist.Like back in 1 it can be seen, has the board 20 on her the front wall 16 of the housing 12 opposite side a cylindrical recess 26 with a flat floor 28 , On the latter is centrally a substantially square conductor surface 30 applied, which over a first, in 1 only schematically indicated, trace 32 with a first pin 34 of the bulb 10 connected is.

Auf die Leiterfläche 30 ist ein unter Spannungsbeaufschlagung elektromagnetische Strahlung emittierender Halbleiterkristall 36 leitend derart aufgesetzt, daß die Leiterfläche 30, die Leiterbahn 32 und der erste Anschlußstift 34 die Kathode des Leuchtmittels 10 darstellen.On the conductor surface 30 is a semiconductor crystal emitting electromagnetic radiation when subjected to voltage 36 conductive placed so that the conductor surface 30 , the conductor track 32 and the first pin 34 the cathode of the bulb 10 represent.

Der Halbleiterkristall 36 ist über einen feinen Bonddraht 38 mit einer zweiten, ebenfalls nur schematisch angedeuteten, Leiterbahn 40 verbunden, welche zu einem zweiten Anschlußstift 42 des Leuchtmittels 10 führt. Der Bonddraht 38, die Leiterbahn 40 sowie der Anschlußstift 42 bilden auf diese Weise die Anode des Leuchtmittels 10.The semiconductor crystal 36 is over a fine bonding wire 38 with a second, also only schematically indicated, conductor track 40 connected to a second pin 42 of the bulb 10 leads. The bonding wire 38 , the conductor track 40 as well as the pin 42 Form in this way the anode of the bulb 10 ,

Bei dem Halbleiterkristall 36 kann es sich z. B. um einen Blaulicht emittierenden III-V-Halbleiterkristall oder um einen im Infrarot-Bereich emittierenden Halbleiterkristall handeln. Aber auch andere Halbleiterkristalle sind möglich.In the semiconductor crystal 36 can it be z. B. to a blue light emitting III-V semiconductor crystal or act in the infrared region emitting semiconductor crystal. But other semiconductor crystals are possible.

Auf die Leiterfläche 30 können auch mehrere Halbleiterkristalle 36 aufgesetzt sein. Diese können dann in beispielseweise einer 3×4-Matrix angeordnet sein, wobei z. B. jeweils drei Sätze von jeweils vier in Reihe geschalteter Halbleiterkristalle 36 in einer Parallelschaltung angeordnet sein können.On the conductor surface 30 can also have multiple semiconductor crystals 36 be set up. These can then be arranged in beispielseweise a 3 × 4 matrix, wherein z. B. three sets of four series-connected semiconductor crystals 36 can be arranged in a parallel connection.

Die Leiterfläche 30 und die Leiterbahnen 32, 34 sind durch Aufdampfen einer Kupfer-Gold-Legierung erhalten. Alternativ können auch Silber- oder Aluminium-Legierungen verwendet werden. Anstelle der Leiterbahnen 32 und 40 können auch Verbindungsleiter beispielsweise in Form eines dünnen Kupferdrahtes vorgesehen sein.The conductor surface 30 and the tracks 32 . 34 are obtained by vapor deposition of a copper-gold alloy. Alternatively, silver or aluminum alloys may also be used. Instead of the tracks 32 and 40 can also be provided, for example in the form of a thin copper wire connecting conductor.

Die Platine 20 trägt auf ihrer zum Inneren des Gehäuses 12 weisenden Seite eine asphärische Sammeloptik 44 aus einem Epoxidharz. Gut geeignet ist dafür z. B. ein auf Bisphenol A basierendes Epoxidharz. Durch die Verwendung von Epoxidharz ist die Sammeloptik 44 – nach dem üblichen Härtungsprozeß – im wesentlichen spannungsfrei, weist eine hohe mechanische Stabilität sowie eine gute Beständigkeit gegen äußere Einflüsse, wie agressive Gase oder Lösungsmittel, auf. Zudem kann die Sammeloptik 44 als Gieß- oder Spritzteil gefertigt werden.The board 20 carries on her to the interior of the case 12 pointing side an aspherical collection optics 44 from an epoxy resin. Well suited for such. As a bisphenol A based epoxy resin. Through the use of epoxy resin is the collection optics 44 - After the usual curing process - essentially stress-free, has a high mechanical stability and good resistance to external influences, such as aggressive gases or solvents, on. In addition, the collection optics 44 be manufactured as a casting or injection molding.

Anstelle aus einem Epoxidharz kann die Sammeloptik 44 auch aus einem anderen transparenten Kunststoff, insbesondere aus Acrylglas, gefertigt sein.Instead of an epoxy resin, the collection optics 44 also made of another transparent plastic, in particular made of acrylic glass.

Die Sammeloptik 44 ist insgesamt als Rotationskörper ausgebildet; die zugehörige Rotationsachse 46 ist strichpunktiert gezeigt. Der Außenkontur der Sammeloptik 44 liegt ein längsseitiger Endabschnitt eines prolaten Rotationsellipsoids zu Grunde, dessen Längsachse mit der Rotationsachse 46 zusammenfällt. Bei diesem Rotationsellipsoid ist das Verhältnis der Länge seiner Längsachse zu der Länge seiner Nebenachse etwa 11:7.The collection optics 44 is formed overall as a rotational body; the associated rotation axis 46 is shown in phantom. The outer contour of the collection optics 44 is based on a longitudinal end portion of a prolate ellipsoid of revolution whose longitudinal axis with the axis of rotation 46 coincides. In this ellipsoid of revolution, the ratio of the length of its longitudinal axis to the length of its minor axis is about 11: 7.

Anstelle einer rotationssymmetrischen Kappe weist die Sammeloptik 44 einen zu ihrer Rotationsachse 46 koaxialen kreiszylindrischen Abschnitt 48 auf. Dessen Außendurchmesser ist beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel etwas kleiner als derjenige der Platine 20.Instead of a rotationally symmetrical cap has the collection optics 44 one to its axis of rotation 46 coaxial circular cylindrical section 48 on. Its outer diameter is slightly smaller than that of the board in the embodiment shown here 20 ,

In der freien Stirnseite 50 des kreiszylindrischen Ab schnitts 48 ist eine zur Rotationsachse 46 der Sammeloptik 44 koaxiale Ausnehmung 52 mit kreiszylindrischer Wand und in Richtung auf den Halbleiterkristall 36 konvexer Bodenfläche 54 vorgesehen. Der Durchmesser der Ausnehmung 52 entspricht demjenigen der Vertiefung 26 in der Platine 20. Die untere Stirnseite 50 der Sammeloptik 44 ist somit als Ringfläche ausgebildet, welche sich senkrecht zur Rotationsachse 46 erstreckt.In the free front 50 the circular cylindrical section from 48 is one to the axis of rotation 46 the collection optics 44 coaxial recess 52 with a circular cylindrical wall and in the direction of the semiconductor crystal 36 convex bottom surface 54 intended. The diameter of the recess 52 corresponds to that of the depression 26 in the board 20 , The lower front side 50 the collection optics 44 is thus formed as an annular surface, which is perpendicular to the axis of rotation 46 extends.

Von dieser Ringfläche 50 gehen sechs in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte axiale Haltestifte 56 ab, welche in Position und Durchmesser den axialen Durchgangsbohrungen 24 der Platine 20 entsprechen. Wie in den 1 bis 4 zu erkennen ist, ist die Sammeloptik 44 so auf die Platine 20 aufgesetzt, daß sie mit ihrer Ringfläche 50 plan auf der Platine 20 aufliegt und jeder Haltestift 56 in jeweils eine axialen Durchgangsbohrung 24 der Platine 20 ragt.From this ring surface 50 go six circumferentially evenly distributed axial retaining pins 56 which in position and diameter the axial through holes 24 the board 20 correspond. As in the 1 to 4 can be seen, is the collection optics 44 so on the board 20 put on that with their ring surface 50 plan on the board 20 rests and every retaining pin 56 in each case an axial through hole 24 the board 20 protrudes.

Zur Verbindung der Sammeloptik 44 mit der Platine 20 kann die Außenwand jedes Haltestifts 56 mit der Innenwand der zugehörigen Durchgangsbohrung 24 der Platine 20 verklebt sein.To connect the collection optics 44 with the board 20 can be the outer wall of each retaining pin 56 with the inner wall of the associated through hole 24 the board 20 be glued.

Die Sammeloptik 44 ist somit in der durch Pfeile angedeuteten Abstrahlrichtung 58 des Leuchtmittels 10 vor dem Halbleiterkristall 36 angeordnet, wobei ihre optische Achse mit ihrer Rotationsachse 46 zusammenfällt.The collection optics 44 is thus in the direction indicated by arrows radiation direction 58 of the bulb 10 in front of the semiconductor crystal 36 arranged, with its optical axis with its axis of rotation 46 coincides.

Die kreiszylindrische Wand der Ausnehmung 52, deren Bodenfläche 54, die Vertiefung 26 in der Platine 20 und der Halbleiterkristall 36 begrenzen einen Hohlraum, welcher mit einer Flüssigkeit 59 gefüllt ist. Beispielsweise handelt es sich dabei um transparentes Silikonöl. Dieses dient als Kühlmittel für die damit in Kontakt stehenden Oberflächen. Darüber hinaus weist das transparente Silikonöl lichtleitende Eigenschaften auf. Anstelle des transparenten Silikonöls kann auch eine andere, vorzugsweise transparente, Flüssigkeit verwendet werden, welche eine Wärmeabfuhr von den entsprechenden Oberflächen ermöglicht und einen Durchtritt der von dem Halbleiterkristall 36 emittierten Strahlung nicht verhindert.The circular cylindrical wall of the recess 52 whose bottom surface 54 , the recess 26 in the board 20 and the semiconductor crystal 36 limit a cavity, which with a liquid 59 is filled. For example, it is transparent silicone oil. This serves as a coolant for the surfaces in contact therewith. In addition, the transparent silicone oil has photoconductive properties. Instead of the transparent silicone oil, it is also possible to use another, preferably transparent, liquid which allows heat removal from the corresponding surfaces and a passage through the semiconductor crystal 36 does not prevent emitted radiation.

In der dem kreiszylindrischen Abschnitt 48 gegenüberliegende vorderen oder oberen Stirnseite 60 der Sammeloptik 44 ist eine zu deren Rotationsachse 46 koaxiale kreiszylindrische Ausnehmung 62 mit zur Rotationsachse 46 senkrechter planer Bodenfläche 64 vorgesehen. Deren Durchmesser entspricht wie derjenige der Ausnehmung 52 dem Durchmesser der Vertiefung 26 in der Platine 20.In the circular cylindrical section 48 opposite front or upper front side 60 the collection optics 44 is one to the axis of rotation 46 coaxial circular cylindrical recess 62 with to the axis of rotation 46 vertical planner floor surface 64 intended. Its diameter corresponds to that of the recess 52 the diameter of the recess 26 in the board 20 ,

In der Praxis haben die Durchmesser der Vertiefung 26 in der Platine 20 sowie der Ausnehmung 56 und der Ausnehmung 62 in der Sammeloptik 44 eine Größe von 10,0 mm bis 17,2 mm, vorzugsweise von etwa 13,6 mm.In practice, have the diameter of the recess 26 in the board 20 and the recess 56 and the recess 62 in the collection optics 44 a size of 10.0 mm to 17.2 mm, preferably of about 13.6 mm.

Durch die Ausnehmung 62 ist die Stirnseite 60 der Sammeloptik 44 als Ringfläche ausgebildet, welche sich senkrecht zur Rotationsachse 46 erstreckt. Fluchtend mit dieser Ringfläche 60 trägt die Sammeloptik einen umlaufenden Kragen 66, dessen Außendurchmesser demjenigen des Gehäuses 12 entspricht (vgl. 1).Through the recess 62 is the front side 60 the collection optics 44 formed as an annular surface which is perpendicular to the axis of rotation 46 extends. Escaping with this ring surface 60 the collection optics have a surrounding collar 66 whose outer diameter is that of the housing 12 corresponds (cf. 1 ).

Zwischen dem Kragen 66 und dem kreiszylindrischen Abschnitt 48 auf der anderen Seite der Sammeloptik 44 verläuft somit ein ellipsoider Abschnitt 68, dessen Mantelfläche einem Mantelflächenabschnitt des der Außenkontur der Sammeloptik 44 zu Grunde liegenden Rotationsellipsoids entspricht.Between the collar 66 and the circular cylindrical section 48 on the other side of the collection optics 44 thus runs an ellipsoidal section 68 , whose lateral surface a lateral surface portion of the outer contour of the collection optics 44 corresponds to underlying ellipsoids.

Das zwischen der Ausnehmung 52 und der Ausnehmung 62 verbleibende Epoxidharz-Material entspricht einer im Inneren der Sammeloptik 44 angeordneten asphärischen plankonvexen Linse 70 mit zylindrischer Umfangswand, planer oberer Fläche 64 und konvexer unterer Fläche 54.That between the recess 52 and the recess 62 remaining epoxy resin material corresponds to one inside the collection optics 44 arranged aspheric plano-convex lens 70 with cylindrical peripheral wall, flat top surface 64 and convex lower surface 54 ,

Die konvexe Fläche 54 ist asphärisch. Sie entspricht der Endkappe eines zweiten prolaten Rotationsellipsoids, wobei die Kappe rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 46 ist, welche auch der Längsachse des zweiten Rotationsellipsoids entspricht. Das Verhältnis der Länge seiner Längsachse zu der Länge seiner Nebenachse ist bei dem zweiten Rotationsellipsoid etwa 11:5.The convex surface 54 is aspherical. It corresponds to the end cap of a second prolate ellipsoid of revolution, wherein the cap is rotationally symmetrical to the axis of rotation 46 is, which also corresponds to the longitudinal axis of the second ellipsoid of revolution. The ratio of the length of its longitudinal axis to the length of its minor axis is about 11: 5 in the second ellipsoid of revolution.

Die Längsachsen der beiden als Schablone für die Mantelfläche des ellipsoiden Abschnitts 68 bzw. für die konvexe Fläche 54 der Sammeloptik 44 dienenden Rotationsellipsoiden sind im wesentlichen gleich lang.The longitudinal axes of the two as a template for the lateral surface of the ellipsoidal section 68 or for the convex surface 54 the collection optics 44 serving rotary ellipsoids are essentially the same length.

Bei einer Abwandlung hat die brechende Fläche 54 anstelle des ellipsoiden einen hyperboloiden Verlauf. Bei einer weiteren Abwandlung kann die brechende Fläche 54 auch einer durch Rotation einer Parabel um die Rotationsachse 46 erzeugten Fläche entsprechen.In a modification, the refractive surface has 54 instead of the ellipsoid a hyperboloidal course. In a further modification, the refractive surface 54 also one by rotation of a parabola about the axis of rotation 46 correspond to generated area.

Wie in 1 zu erkennen ist, liegt die Sammeloptik 44 mit ihrem Kragen 66 auf der Ringfläche 18 des Gehäuses 12 auf, wobei zwischen dem Kragen 66 und der Ringfläche 18 ein Klebstoff vorgesehen sein kann.As in 1 can be seen, is the collection optics 44 with her collar 66 on the ring surface 18 of the housing 12 on, being between the collar 66 and the ring surface 18 An adhesive may be provided.

Wird der Halbleiterkristall 36 über die Anschlußstifte 34 und 42 des Leuchtmittels 10 mit Spannung beaufschlagt, wozu die Anschlußstifte 34, 42 unter Betriebsbedingungen mit den Klemmen einer Spannungsquelle verbunden sind, so emittiert dieser elektromagnetische Strahlung. Diese wird in im wesentlichen alle Raumrichtungen und somit sowohl in Abstrahlrichtung 58 als auch entgegengesetzt nach hinten in Richtung auf die Stirnwand 16 des Gehäuses 12 emittiert.Will the semiconductor crystal 36 over the pins 34 and 42 of the bulb 10 energized, including the pins 34 . 42 are connected under operating conditions to the terminals of a voltage source, it emits electromagnetic radiation. This is in essentially all spatial directions and thus both in the emission direction 58 as well as opposite back towards the front wall 16 of the housing 12 emitted.

Das nach hinten emittierte Licht wird von der aus Aluminium bestehenden Platine 20 nach vorne reflektiert. Auf diese Weise ist die Lichtausbeute des Leuchtmittels 10 erhöht.The light emitted to the rear is from the aluminum board 20 reflected to the front. In this way, the luminous efficacy of the bulb 10 elevated.

Die Sammeloptik 44 dient dazu, einen möglichst großen Teil der von dem Halbleiterkristall 36 emittierten Strahlung derart umzulenken, daß diese einen Strahlungskegel 72 des Leuchtmittels 10 bildet. Der Außenmantel des Strahlungskegels 72 ist schematisch mit gestrichelten Linien dargestellt.The collection optics 44 serves a possible As much of the semiconductor crystal 36 To redirect emitted radiation such that these radiation cone 72 of the bulb 10 forms. The outer jacket of the radiation cone 72 is shown schematically with dashed lines.

Der Begriff Abstrahlrichtung soll hier alle Richtungen umfassen, welche in den Strahlungskegel 72 fallen, also auch in einem Winkel zur Rotationsachse 46 stehende Richtungen. Der Strahlungskegel 72 seinerseits schließt keinen scharf begrenzten Bereich ab, vielmehr nimmt die Strahlungsintensität des Leuchtmittels an der Mantelfläche des Strahlungskegels 72 graduell ab.The term radiation direction is intended here to include all directions which in the radiation cone 72 fall, so also at an angle to the axis of rotation 46 standing directions. The radiation cone 72 For its part, it does not exclude a sharply delimited area; instead, the radiation intensity of the luminous means increases on the lateral surface of the radiation cone 72 Gradually.

Zur Umlenkung der vom Halbleiterelement 36 in verschiedene Raumrichtungen emittierten Strahlungen weist die Sammeloptik 44 zwei unterschiedlich wirkende optisch aktive Grenzflächen auf: zum einen wirkt die Mantelfläche des ellipsoiden Abschnitts 68 der Sammeloptik 44 als Reflexionsfläche 74 für Strahlung, welche die Sammeloptik 44 durchlaufen hat und zur Reflexionsfläche 74 als Grenzfläche zwischen der Sammeloptik 44 und dem umgebenden Medium gelangt. Zum anderen ist die konvexe Fläche 54 der Ausnehmung 52 eine brechende Fläche für auf sie treffende Strahlung.For deflecting the semiconductor element 36 Radiation emitted in different spatial directions has the collection optics 44 two differently acting optically active interfaces on the one hand, the lateral surface of the ellipsoidal section acts 68 the collection optics 44 as a reflection surface 74 for radiation, which the collection optics 44 has passed through and the reflection surface 74 as an interface between the collection optics 44 and the surrounding medium. The other is the convex surface 54 the recess 52 a refracting surface for radiation striking them.

Wie in den Figuren zu erkennen ist, verläuft die Reflexionsfläche 74 radial weiter außen als die brechende Fläche 54 und ist in vom Halbleiterkristall 36 wegweisende Richtung konvex.As can be seen in the figures, the reflection surface runs 74 radially further out than the refractive surface 54 and is in from the semiconductor crystal 36 pioneering direction convex.

In 4 ist ein Teil der von dem Halbleiterkristall 36 emittierten Strahlung in Form von Pfeilen angedeutet. Der Übersichtlichkeit halber wurden in 4 Komponenten, welche für die nachstehenden Erläuterung nur eine untergeordnete Rolle spielen, nicht mit Bezugszeichen versehen.In 4 is a part of the semiconductor crystal 36 emitted radiation indicated in the form of arrows. For the sake of clarity, in 4 Components that play only a minor role for the following explanation, not provided with reference numerals.

Mit durchgezogenen Linien dargestellte Pfeile 76 stehen für Strahlung, welche von einem gemeinsamen auf der optischen Achse 46 der Sammeloptik 44 liegenden Punkt 78 des Halbleiterkristalls 36 in verschiedene Raumrichtungen emittiert werden.Arrows indicated by solid lines 76 stand for radiation, which is common on the optical axis 46 the collection optics 44 lying point 78 of the semiconductor crystal 36 be emitted in different directions.

Wie in 4 zu erkennen ist, ist der Verlauf der brechenden Fläche 54 derart, daß die vom Punkt 78 emittierte Strahlung 76 in eine Richtung parallel zur optischen Achse 46 der Sammeloptik 44 umgelenkt wird.As in 4 it can be seen, is the course of the refractive surface 54 such that the point 78 emitted radiation 76 in a direction parallel to the optical axis 46 the collection optics 44 is diverted.

Die Sammeloptik 44 ist folglich so dimensioniert und angeordnet, daß der Brennpunkt der zwischen den Ausnehmungen 52 und 62 ausgebildeten plankonvexe Linse 70 mit dem Punkt 78 (vgl. 4) auf dem Halbleiterkristall 36 zusammenfällt.The collection optics 44 is thus dimensioned and arranged so that the focal point of the between the recesses 52 and 62 trained plano-convex lens 70 with the point 78 (see. 4 ) on the semiconductor crystal 36 coincides.

Ein Teil der Strahlung 76, welche vom Punkt 78 emittiert wird und nicht auf die brechende Fläche 54 trifft, tritt an der Wand der Ausnehmung 52 in den ellipsoiden Abschnitt 68 der Sammeloptik 44 ein, wobei sie zunächst gebrochen wird. Dies ist in 4 anhand der Pfeile 76a und 76b gezeigt. Der Verlauf der Reflexionsfläche 74 ist derart, daß solche Strahlung nach Durchlaufen des ellipsoiden Abschnitts 68 an ihr auf Grund von Totalreflexion in eine Richtung parallel zur optischen Achse 46 der Sammeloptik 44 umgelenkt wird.Part of the radiation 76 which from the point 78 is emitted and not on the refracting surface 54 meets, occurs on the wall of the recess 52 in the ellipsoidal section 68 the collection optics 44 one, where it is first broken. This is in 4 using the arrows 76a and 76b shown. The course of the reflection surface 74 is such that such radiation after passing through the ellipsoidal section 68 at it due to total reflection in a direction parallel to the optical axis 46 the collection optics 44 is diverted.

Neben der vom Punkt 78 stammenden Strahlung 76 wird von dem Halbleiterkristall 36 auch Strahlung von radial von der optischen Achse 46 der Sammeloptik 44 beabstandet liegendenden Punkten emittiert. Exemplarisch ist dies in 4 durch für entsprechende Strahlung stehende gestrichelte Pfeile 80 und gepunktete Pfeile 82 angedeutet, welche ihren Ursprung in radial außen liegenden Punkten 84 bzw. 86 auf dem Halbleiterkristall 36 haben.Next to the point 78 originating radiation 76 is from the semiconductor crystal 36 also radiation from radially from the optical axis 46 the collection optics 44 emitted lying spaced points. This is exemplified in 4 by standing for appropriate radiation dashed arrows 80 and dotted arrows 82 indicated, which originated in radially outer points 84 respectively. 86 on the semiconductor crystal 36 to have.

Anteile der Strahlungen 80 und 82, welche auf die brechende Fläche 54 treffen, werden doppelt gebrochen: zum einen beim Eintritt in die Sammeloptik 44 an der brechenden Fläche 54, zum anderen beim Austritt aus der Sammeloptik 44. Insgesamt verläßt diese Strahlung die Sammeloptik 44 in einer Richtung, welche nicht parallel zu deren optischer Achse 46 verläuft. Diese Strahlung trägt aber immer noch zum Strahlungskegel 72 des Leuchtmittels 10 und damit zu dessen Gesamt-Lichtausbeute bei.Proportions of the radiations 80 and 82 pointing to the breaking surface 54 meet, are broken twice: on the one hand when entering the collection optics 44 at the breaking surface 54 , on the other hand when leaving the collection optics 44 , Overall, this radiation leaves the collection optics 44 in a direction which is not parallel to its optical axis 46 runs. However, this radiation still contributes to the radiation cone 72 of the bulb 10 and thus to its overall light output.

Ein anderer Teil der Strahlung 80, 82 tritt an der Wand der Ausnehmung 52 in den ellipsoiden Abschnitt 68 der Sammeloptik 44 ein, wobei sie zunächst an der Wand der Ausnehmung 52 gebrochen wird (vgl. Pfeile 80a, 80b und 82a, 82b). Diese Strahlung wird nach Durchlaufen des ellipsoiden Abschnitts 68 an dessen Reflexionsfläche 74 auf Grund von Totalreflexion in eine Richtung parallel zur optischen Achse 46 der Sammeloptik 44 umgelenkt.Another part of the radiation 80 . 82 occurs on the wall of the recess 52 in the ellipsoidal section 68 the collection optics 44 one, being first on the wall of the recess 52 is broken (see arrows 80a . 80b and 82a . 82b ). This radiation is after passing through the ellipsoidal section 68 at its reflection surface 74 due to total reflection in one direction parallel to the optical axis 46 the collection optics 44 diverted.

Es trägt also auch Strahlung zur Lichtausbeute des Leuchtmittels 10 bei, welche in einem so großen Winkel bezogen auf die optische Achse 46 oder von einem so weit radial außen liegenden Bereich des Halbleiterkristalls 36 emittiert wird, daß sie von einer herkömmlichen Sammeloptik nicht mehr erfaßt werden könnte.So it also carries radiation to the luminous efficacy of the bulb 10 at which at such a large angle relative to the optical axis 46 or from such a radially outer region of the semiconductor crystal 36 is emitted that it could no longer be detected by a conventional collection optics.

Insgesamt sind die brechende Fläche 54 und die Reflexionsfläche 74 derart zueinander angeordnet und haben einen Verlauf, daß ein großer Teil der vom Halbleiterkristall 36 emittierten Strahlung zum Strahlungskegel 72 und zur Lichtausbeute des Leuchtmittels 10 beiträgt.Overall, the breaking surface 54 and the reflection surface 74 arranged to each other and have a course that a large part of the semiconductor crystal 36 emitted radiation to the radiation cone 72 and to the luminous efficacy of the bulb 10 contributes.

Claims (14)

Leuchtmittel, durch welches ein Strahlungskegel (72) erzeugbar ist, mit a) wenigstens einem Halbleiterkristall (36), welcher unter Spannungsbeaufschlagung elektromagnetische Strahlung (76, 80, 82) in verschiedene Raumrichtungen emittiert; b) einer Sammeloptik (44), welche zumindest einen Teil der in verschiedene Raumrichtungen emittierten Strahlungen (76, 80, 82) derart umlenkt, daß diese den Strahlungskegel (72) des Leuchtmittels (10) bilden, und welche dazu wenigstens eine brechende Fläche (54) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß c) die Sammeloptik (44) außerdem wenigstens eine Reflexionsfläche (74) für von dem Halbleiterkristall (36) emittierte Strahlung (76, 80, 82) aufweist.Light source through which a radiation cone ( 72 ) is producible, with a) at least one semiconductor crystal ( 36 ), which under exposure to electromagnetic radiation ( 76 . 80 . 82 ) emitted in different spatial directions; b) a collecting optics ( 44 ), which at least a part of the radiation emitted in different spatial directions ( 76 . 80 . 82 ) deflected so that these the radiation cone ( 72 ) of the illuminant ( 10 ), and which at least one refractive surface ( 54 ), characterized in that c) the collecting optics ( 44 ) at least one reflecting surface ( 74 ) for the semiconductor crystal ( 36 ) emitted radiation ( 76 . 80 . 82 ) having. Leuchtmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die brechende Fläche (54) und die Reflexionsfläche (74) rotationssymmetrisch zur optischen Achse (46) des Leuchtmittels (10) sind.Illuminant according to claim 1, characterized in that the refractive surface ( 54 ) and the reflection surface ( 74 ) rotationally symmetrical to the optical axis ( 46 ) of the illuminant ( 10 ) are. Leuchtmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse (46) der brechenden Fläche (54) mit der Rotationsachse (46) der Reflexionsfläche (74) zusammenfällt.Illuminant according to Claim 2, characterized in that the axis of rotation ( 46 ) of the refractive surface ( 54 ) with the rotation axis ( 46 ) of the reflection surface ( 74 ) coincides. Leuchtmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (74) radial weiter außen verläuft als die brechende Fläche (54).Illuminant according to Claim 3, characterized in that the reflection surface ( 74 ) radially further outward than the refractive surface ( 54 ). Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die brechende Fläche (54) konvex ist.Illuminant according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the refractive surface ( 54 ) is convex. Leuchtmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die brechende Fläche (54) in Richtung auf den Halbleiterkristall (36) konvex ist.Illuminant according to claim 5, characterized in that the refractive surface ( 54 ) in the direction of the semiconductor crystal ( 36 ) is convex. Leuchtmittel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die brechende Fläche (54) asphärisch ist.Illuminant according to Claim 5 or 6, characterized in that the refractive surface ( 54 ) is aspheric. Leuchtmittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die brechende Fläche (54) einer Kappe eines prolaten Rotationsellipsoids entspricht, wobei die Kappe rotationssymmetrisch zur Rotationsachse des Rotationsellipsoids ist.Illuminant according to claim 7, characterized in that the refractive surface ( 54 ) corresponds to a cap of a prolate ellipsoid of revolution, wherein the cap is rotationally symmetric to the axis of rotation of the ellipsoid of revolution. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (74) konvex ist.Illuminant according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the reflection surface ( 74 ) is convex. Leuchtmittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (74) in von dem Halbleiterkristall (36) wegweisender Richtung konvex ist.Illuminant according to Claim 9, characterized in that the reflection surface ( 74 ) in the semiconductor crystal ( 36 ) pioneering direction is convex. Leuchtmittel nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (74) asphärisch ist.Illuminant according to Claim 9 or 10, characterized in that the reflection surface ( 74 ) is aspheric. Leuchtmittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (74) einem Mantelflächenab schnitt eines prolaten Rotationsellipsoids entspricht, wobei der Mantelflächenabschnitt rotationssymmetrisch zur Rotationsachse des Rotationsellipsoids ist.Illuminant according to Claim 11, characterized in that the reflection surface ( 74 ) a Mantelflächenab section of a prolate rotational ellipsoid corresponds, wherein the lateral surface portion is rotationally symmetrical to the axis of rotation of the ellipsoid of revolution. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammeloptik (44) aus einem transparenten Kunststoff, insbesondere aus Epoxidharz oder Acrylglas ist.Illuminant according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the collection optics ( 44 ) is made of a transparent plastic, in particular of epoxy resin or acrylic glass. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammeloptik (44) einstückig ausgebildet ist.Illuminant according to one of Claims 1 to 13, characterized in that the collection optics ( 44 ) is integrally formed.
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