DE102008005120A1 - LED module with a lens - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein LED-Modul (1), umfassend mindestens ein Trägerelement (2), mindestens eine auf dem Trägerelement (2) angeordnete Leuchtdiode (LED) (4) und mindestens eine im Strahlengang der von der LED ausgehenden Strahlung angeordneten Linse (5). Das LED-Modul umfasst mindestens einen Reflektor (6) und eine der LED (4) zugewandte Strahlungseintrittsfläche (10) der Linse (5) ist von der Oberfläche der LED (4) beabstandet angeordnet.The invention relates to an LED module (1) comprising at least one carrier element (2), at least one light-emitting diode (LED) (4) arranged on the carrier element (2) and at least one lens (5) arranged in the beam path of the radiation emanating from the LED ). The LED module comprises at least one reflector (6) and one of the LED (4) facing the radiation entrance surface (10) of the lens (5) is spaced from the surface of the LED (4).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein LED-Modul, umfassend mindestens ein Trägerelement, mindestens eine auf dem Trägerelement angeordnete Leuchtdiode (LED) und mindestens eine im Strahlengang der von der LED ausgehenden Strahlung angeordnete Linse.The The invention relates to an LED module comprising at least one carrier element, at least one on the carrier element arranged light emitting diode (LED) and at least one in the beam path the arranged from the LED radiation emitted lens.
Leuchtdiodenchips senden die erzeugte Strahlung zumeist relativ ungerichtet aus. Daher weisen LED-Module, bei denen ein oder mehrere Leuchtdiodenchips auf einem Trägerelement angeordnet sind, zumeist ein optisches System auf, um ein definiertes Abstrahlverhalten, wie es für Beleuchtungszwecke gewünscht ist, einzustellen.LED chips For the most part, the generated radiation is relatively undirected. Therefore have LED modules in which one or more LED chips on a support element are arranged, usually an optical system to a defined Radiation behavior, as is for Lighting purposes desired is set.
In seiner einfachsten Form besteht dieses optische System aus einer Linse, die üblicherweise auf dem LED-Chip angeordnet ist. Häufig wird diese Linse aus einem Polymerwerkstoff gefertigt, da so mit einfachen Mitteln kostengünstig auch komplexe Geometrien verwirklicht werden können.In In its simplest form, this optical system consists of a Lens, usually on the LED chip is arranged. Often This lens is made of a polymer material, since so with simple Means inexpensive Even complex geometries can be realized.
Es sind auch Lösungen bekannt, bei denen das optische System nur aus einem Reflektor besteht, der die Strahlformung vornimmt. Um einen hinreichend engen Abstrahlwinkel zu erzielen, ist jedoch eine komplizierte Reflektorgeometrie nötig und der Reflektor besitzt eine sehr große Bauhöhe, weshalb Linsensysteme bevorzugt werden.It are also solutions known in which the optical system consists only of a reflector, which makes the beam shaping. To a sufficiently narrow beam angle However, a complicated reflector geometry is needed and The reflector has a very high height, which is why lens systems preferred become.
Direkt am LED-Chip angeordnete Linsen sind jedoch hohen Temperaturen ausgesetzt. Dies kann insbesondere für Polymerlinsen zu einer Verschlechterung der optischen Eigen schaften und zu einer Begrenzung der Lebensdauer führen. Bei blauen und weißen LEDs kommt dazu noch eine relativ hohe Konzentration von UV-Strahlung an der Linse, wodurch die Wärmebeständigkeit der meisten Polymere weiter reduziert und die Alterung der Linse beschleunigt wird.Directly However, lenses arranged on the LED chip are exposed to high temperatures. This can be especially for Polymer lenses to a deterioration of the optical properties and lead to a limitation of the life. With blue and white LEDs In addition there is a relatively high concentration of UV radiation on the lens, reducing the heat resistance most of the polymers further reduces and the aging of the lens is accelerated.
Zudem wird durch die Anbringung der Linse am LED-Chip die Wärmeabfuhr von diesem behindert.moreover By attaching the lens to the LED chip, the heat dissipation hampered by this.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein LED-Modul umfassend mindestens ein Trägerelement, mindestens eine auf dem Trägerelement angeordnete Leuchtdiode (LED) und mindestens eine im Strahlengang der von der Leuchtdiode ausgehenden Strahlung angeordneten Linse, zu schaffen, das einfach und kostengünstig herstellbar ist und bei der die thermische Belastung von Linse und LED-Chip reduziert wird.The The object of the present invention is to provide an LED module comprising at least a carrier element, at least one arranged on the carrier element Light emitting diode (LED) and at least one in the beam path of the LED outgoing radiation arranged lens, to create easy and inexpensive is produced and in which the thermal load of lens and LED chip is reduced.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem das LED-Modul mindestens einen Reflektor umfasst und eine der LED zugewandte Strahlungseintrittsfläche der Linse von der Oberfläche der LED beabstandet angeordnet ist. Die Linse ist somit nicht mehr in direktem Kontakt mit der LED und die thermische Belastung der Komponenten wird hinreichend verringert, ohne die Lichtausbeute gegenüber der herkömmlichen Linsenanordnung übermäßig zu reduzieren. Gegenüber der Verwendung eines Reflektors ohne Linse wird eine wesentlich kompaktere Bauweise ermöglicht, da die Bauhöhe des Reflektors deutlich reduziert werden kann. Zudem kann über den Reflektor eine Lichtmischung vorgenommen werden, die die Farbinhomogenitäten, die auch bei der Verwendung von weißen LEDs durch Bereiche mit leicht unterschiedlicher Farbtemperatur oder Farbe entstehen können, verringert.These Task is solved in that the LED module comprises at least one reflector and one the LED facing radiation entrance surface of the lens from the surface of LED is arranged at a distance. The lens is thus no longer in direct contact with the LED and the thermal load of the components is sufficiently reduced, without the light output compared to the usual To reduce the lens arrangement excessively. Opposite the Using a reflector without a lens becomes a much more compact Construction allows, because the height of the reflector can be significantly reduced. In addition, over the Reflector be made a light mixture, the color inhomogeneities, the even when using white LEDs through areas with slightly different color temperature or color may arise reduced.
Vorteilhafterweise sind mindestens zwei LED in einer vorzugsweise rechteckigen Gruppe von LED zusammengefasst. Als Gruppe von LED werden im Rahmen dieser Anmeldung mindestens zwei LED-Chips angesehen, deren Abstand untereinander kleiner ist als die maximale lineare Abmessung der einzelnen LED. Als maximale lineare Abmessung ist dabei der maximale Abstand zwischen zwei auf der Außenkontur der LED befindlichen Punkten anzusehen. Die Anordnung von LED in Gruppen ermöglicht es, große Lichtleistungen auf kleinem zu realisieren.advantageously, At least two LEDs are in a preferably rectangular group summarized by LED. As a group of LEDs are under this Login viewed at least two LED chips, their spacing among themselves is less than the maximum linear dimension of each LED. The maximum linear dimension is the maximum distance between two on the outer contour view the LED points. The arrangement of LED in Allows groups it, big To realize light outputs on a small scale.
Es ist zweckmäßig, wenn eine der LED zugewandte Strahlungseintrittsfläche der Linse in einem Abstand von mindestens 2,5 mm, vorzugsweise von mindestens 5 mm, zu der Oberfläche der LED angeordnet ist. Mit zunehmendem Abstand verringert sich die thermische Belastung weiter, weshalb ein Abstand von mehr als 5 mm gegenüber geringeren Abständen zu bevorzugen ist.It is appropriate if one of the LED facing radiation entrance surface of the lens at a distance of at least 2.5 mm, preferably of at least 5 mm, to the surface the LED is arranged. With increasing distance decreases the thermal stress continues, which is why a distance of more than 5 mm opposite shorter distances is to be preferred.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine der LED zugewandte Strahlungseintrittsfläche der Linse in einem Abstand zu der Oberfläche der LED angeordnet, der mindestens der maximalen linearen Abmessung, vorzugsweise mindestens der 2-fachen maximalen linearen Abmessung der LED und/oder einer Gruppe von LED entspricht. Als maximale lineare Abmessung ist dabei der maximale Abstand zwischen zwei auf der Außenkontur der LED beziehungsweise der Gruppe von LED befindlichen Punkten anzusehen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird un abhängig von der absoluten Größe der LED ebenfalls ein ausreichender Abstand zwischen Linse und LED erreicht, um die Funktion der Linse auch im Langzeitbetrieb sicherzustellen.According to one advantageous development of the invention is one of the LED facing Radiation entrance area the lens is arranged at a distance to the surface of the LED, the at least the maximum linear dimension, preferably at least 2 times the maximum linear dimension of the LED and / or a Group of LED matches. The maximum linear dimension is the maximum distance between two on the outer contour of the LED respectively to look at the group of LED points. By the arrangement according to the invention becomes un dependent from the absolute size of the LED likewise a sufficient distance between lens and LED attains to to ensure the function of the lens even in long-term operation.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn eine der LED zugewandte Strahlungseintrittsfläche der Linse in einem Abstand zu der Oberfläche der LED angeordnet ist, der mindestens einem Viertel des Durchmessers der Strahlungseintrittsfläche der Linse, insbesondere mindestens einem Drittel des Durchmessers der Strahlungseintrittsfläche der Linse entspricht. Auch hiermit wird sichergestellt, dass die thermische Beanspruchung der Linse unabhängig von deren absoluter Größe zuverlässig verringert wird und kein Hitzestau zwischen LED und Linse entsteht.Furthermore, it is advantageous if one of the LED facing radiation entrance surface of the lens is arranged at a distance from the surface of the LED, which corresponds to at least a quarter of the diameter of the radiation entrance surface of the lens, in particular at least one third of the diameter of the radiation entrance surface of the lens. This also ensures that the thermal stress of the lens is reliably reduced regardless of their absolute size and no heat build-up between the LED and the lens.
Indem die der LED zugewandte Strahlungseintrittsfläche der Linse in einem Abstand von höchstens 30 mm, vorzugsweise von höchstens 20 mm von der Oberfläche der LED angeordnet ist, wird sichergestellt, dass die von der LED ausgesandte Strahlung die Linse möglichst verlustarm erreicht und zudem eine kompakte Anordnung erzielt wird.By doing the LED facing radiation entrance surface of the lens at a distance from at most 30 mm, preferably at most 20 mm from the surface The LED is arranged to ensure that the LED emitted radiation reaches the lens with as little loss and also a compact arrangement is achieved.
Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn die der LED zugewandte Strahlungseintrittsfläche der Linse in einem Abstand zu der Oberfläche der LED angeordnet ist, der höchstens dem 8-fachen der maximalen linearen Abmessung, vorzugsweise höchstens dem 5-fachen der maximalen linearen Abmessung der LED und/oder der Gruppe von LEDs entspricht. Auch dies stellt sicher, dass, unabhängig von der absoluten Größe der LED beziehungsweise der Gruppe von LEDs die von der LED ausgesandte Strahlung in ausreichender Konzentra tion an der Linse ankommt und ein kompakter Aufbau erzielt wird.It is also advantageous if the LED facing radiation entrance surface of the Lens is arranged at a distance to the surface of the LED, the maximum 8 times the maximum linear dimension, preferably at most 5 times the maximum linear dimension of the LED and / or the Group of LEDs corresponds. Again, this ensures that, regardless of the absolute size of the LED or the group of LEDs emitted by the LED Radiation in sufficient concentration tion arrives at the lens and a compact construction is achieved.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die der LED zugewandte Strahlungseintrittsfläche der Linse in einem Abstand zu der Oberfläche der LED angeordnet ist, der höchstens dem 1,5-fachen des Durchmessers der Strahlungseintrittsfläche der Linse, insbesondere höchstens dem Durchmesser der Strahlungseintrittsfläche der Linse entspricht. Auch hiermit wird eine kompakte Bauweise mit guter Lichtausbeute sichergestellt.Farther it is useful if the LED facing radiation entrance surface of the lens at a distance to the surface the LED is arranged at most 1.5 times the diameter of the radiation entrance surface of Lens, in particular at most corresponds to the diameter of the radiation entrance surface of the lens. Also This ensures a compact design with good light output.
Vorteilhafterweise ist die Linse im Wesentlichen aus einem Polymerwerkstoff gebildet. Polymerwerkstoffe ermöglichen eine einfache und kostengünstige Formgebung auch bei komplexen Formen, wobei sich die Vorteile der Erfindung bei diesen Linsen besonders deutlich auswirken.advantageously, the lens is essentially formed of a polymer material. Polymer materials enable a simple and inexpensive Forming even with complex shapes, whereby the advantages of the Invention with these lenses particularly significant effect.
Es ist ebenso von Vorteil, wenn der Reflektor die LED senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung allseitig umgibt. Dadurch wird die Lichtausbeute und der Wirkungsgrad erhöht, da alles zur Seite abgestrahlte Licht in Richtung der Linse oder der Abstrahlrichtung konzentriert werden kann.It is also advantageous if the reflector perpendicular to the LED Main radiation surrounds all sides. This will increase the light output and the efficiency increases, because all the light shone to the side in the direction of the lens or the emission direction can be concentrated.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Reflektor die Anordnung aus LED und Linse senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung allseitig umgibt. Dadurch wird eine besonders gute Lichtausbeute und ein homogenes Abstrahlverhalten erzielt.Especially It is advantageous if the reflector, the arrangement of LED and Lens perpendicular to the main emission direction surrounds all sides. This will a particularly good light output and a homogeneous radiation behavior achieved.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Linse als Plankonvexlinse ausgebildet. Damit lässt sich vorteilhaft ein relativ enger Abstrahlwinkel von 10° bis 30° realisieren.In an appropriate training According to the invention, the lens is designed as a plano-convex lens. In order to let yourself advantageous to realize a relatively narrow beam angle of 10 ° to 30 °.
In einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist die Linse als Konkavkonvexlinse ausgebildet. Dadurch kann vorteilhaft ein relativ weiter Abstrahlwinkel von 30° bis 60° erreicht werden.In another expedient development According to the invention, the lens is designed as a concave convex lens. Thereby can advantageously achieved a relatively wide beam angle of 30 ° to 60 ° become.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn mindestens eine Fläche der Linse asphärisch ausgebildet ist. Asphärische Linsen ermöglichen eine sehr homogene Abstrahlcharakteristik.Farther it is advantageous if at least one surface of the lens is aspherical. aspheric Enable lenses a very homogeneous radiation characteristic.
Vorteilhafterweise schließt der Rand der Linse mit der optischen Achse einen Winkel zwischen 10° und 60°, vorzugsweise zwischen 20° und 50° ein. Diese Anschrägung verhindert Abbildungsfehler im Randbereich der Linse, in dem ansonsten eine Ablenkung der Strahlen in eine nicht gewollte Richtung erfolgen würde. Bei dem bevorzugt ausgewählten Bereich laufen bei gegebenen Linsenabmessungen möglichst viele der von der LED ausgehenden Strahlen ungestört zum Reflektor.advantageously, includes the edge of the lens with the optical axis an angle between 10 ° and 60 °, preferably between 20 ° and 50 °. These bevel prevents aberrations in the edge area of the lens in which otherwise a deflection of the beams in an unwanted direction take place would. In the preferred selected area For given lens dimensions as many as possible run from the LED outgoing rays undisturbed to the reflector.
Zweckmäßigerweise umfasst das LED-Modul mehrere LED. Dadurch wird die Leuchtstärke erhöht und, wenn diese in einer Gruppe zusammengefasst sind, ein kompakter Aufbau erzielt.Conveniently, The LED module includes several LEDs. This increases the luminosity and, if these are grouped together, a compact design achieved.
Es ist zweckmäßig, wenn die LED in einer vorzugsweise rechteckigen Gruppe zusammengefasst sind. Eine derartige Anordnung ermöglicht, eine hohe Lichtleistung auf engem Raum zu installieren.It is appropriate if the LED combined in a preferably rectangular group are. Such an arrangement allows a high light output to install in a small space.
Es ist von Vorteil, wenn mindestens ein Befestigungselement zur Befestigung der Linse an dem Trägerelement vorgesehen ist. Dadurch kann die Linse stabil und mit definiertem Abstand zu der ebenfalls fest mit dem Trägerelement verbundenen LED befestigt werden.It is advantageous if at least one fastener for attachment the lens on the support element is provided. This allows the lens to be stable and defined Distance to the also firmly connected to the support element LED be attached.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn mindestens ein Befestigungselement zur Befestigung der Linse an dem Reflektor vorgesehen ist. Dadurch wird die Linse ebenfalls sicher gehalten und aus Linse und Reflektor ein optisches System mit definierten Eigenschaften gebildet, das ggf. auch als solches gehandhabt und insbesondere montiert werden kann.Farther it is useful if at least one fastening element for fastening the lens the reflector is provided. This also makes the lens safe held and made of lens and reflector an optical system with defined Properties formed, which may also be handled as such and in particular can be mounted.
Ein besonders einfacher Aufbau wird erzielt, wenn mindestens ein Befestigungselement und die Linse einstückig ausgebildet sind. Zudem können diese dann gemeinsam hergestellt und verarbeitet werden, was den Herstellungsprozess des Moduls vereinfacht.One a particularly simple construction is achieved if at least one fastening element and the lens in one piece are formed. In addition, these can then manufactured and processed together, reflecting the manufacturing process simplified the module.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das Befestigungselement mindestens eine Schnappverbindung zur Verbindung mit dem Reflektor und/oder dem Trägerelement aufweist. Dadurch kann auf einfachem Weg eine Verbindung hergestellt und somit der Herstellaufwand für das LED-Modul reduziert werden.Farther it is useful if the fastener at least one snap connection for connection having the reflector and / or the carrier element. Thereby can easily connect and thus the Manufacturing costs for the LED module can be reduced.
Es ist von Vorteil, wenn der Reflektor mehrere ringförmige Segmente umfasst. Als Segmente werden dabei diejenigen Bereiche des Reflektors in Abstrahlrichtung gesehen betrachtet, innerhalb derer die Krömmungsrichtung in einer die optische Achse des Reflektors enthaltenden Schnittebene gleich bleibt, wobei die Segmente durch einen Wechsel der Krömmungsrichtung oder eine sprunghafte Änderung der Krümmung voneinander abgegrenzt sind. Durch die Segmentierung kann das Abstrahlverhalten vorteilhaft beeinflusst werden, da die einzelnen Ringsegmente jeweils in unterschiedliche Richtungen reflektieren können. Dies ist insbesondere auch nützlich, um eine bessere Farbhomogeni tät bei LED oder Gruppen von LED mit Bereichen unterschiedlicher Farbe oder Farbtemperatur.It is advantageous if the reflector has several annular segments includes. As segments are those areas of the reflector viewed in the direction of radiation, within which the Krömmungsrichtung in a section plane containing the optical axis of the reflector remains the same, the segments by a change in the direction of curvature or a sudden change the curvature are delimited from each other. Due to the segmentation, the radiation behavior be influenced advantageous because the individual ring segments each can reflect in different directions. This is special also useful to a better Farbhomogeni ity with LED or groups of LED with areas of different color or color temperature.
Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn mindestens ein Segment des Reflektors mindestens 6, vorzugsweise zwischen 10 und 14, insbesondere 12 Facetten aufweist. Die Facettierung bewirkt eine weitere Homogenisierung der Farbverteilung, da sich so die Abbildungen von unterschiedlichen Bereichen eines LED-Chips bzw. unterschiedlichen LED einer Gruppe von LED überschneiden.It is also advantageous if at least one segment of the reflector at least 6, preferably between 10 and 14, in particular 12 facets having. The faceting causes a further homogenization the color distribution, since so the pictures of different Areas of an LED chip or different LED of a group of Overlap LED.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Reflektor im Wesentlichen aus einem thermisch gut leitenden Werkstoff, insbesondere Aluminium, gebildet ist. Dadurch kann der Reflektor zusätzlich zur Wärmeabfuhr der LED verwendet werden undFarther it is useful if the reflector essentially of a thermally well-conducting Material, in particular aluminum, is formed. This allows the Reflector in addition for heat dissipation the LED can be used and
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)Short description of the drawing (s)
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figur zeigt ein erfindungsgemäßes LED-Modul in einer seitlichen Schnittbilddarstellung.in the Below, the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The Figure shows an inventive LED module in a side sectional view.
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of invention
Das
LED-Modul
Das
Trägerelement
Die
Linse
Die
Linse
Durch
die asphärische
Form der Linse
Um
auch die seitlich von der Linse
Der
Reflektor
Der
Reflektor
Die
Befestigungselemente
Die
Formgebung von Linse
Je
nach gewünschter
Charakteristik kann anstelle der Plankonvexlinse
Claims (23)
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