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Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens ein Substrat mit mindestens einer Lichtquelle, insbesondere Halbleiterlichtquelle, insbesondere Leuchtdiode.
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Scheinwerfer im Automobilbereich sollen häufig mehrere lichttechnische Funktionen (z. B. eine abwechselnde Erzeugung von Abblendlicht und Fernlicht) übernehmen, wobei die lichttechnischen Funktionen eine jeweils unterschiedliche Lichtverteilung benötigen. Für eine kompakte Ausführung können dabei mehrere Lichtquellen verwendet werden, die in einer gemeinsamen Reflektorkavität untergebracht sind. Bisher werden die unterschiedlichen Lichtverteilungen durch dedizierte Blendenelemente erzeugt, welche den Lichtquellen nachgeschaltet sind und z. B. eine scharfe Hell/Dunkel-Grenze für das Abblendlicht erzeugen. Die dedizierten Blendenelemente sind typischerweise mit oder an dem Reflektor befestigt. Jedoch stehen die Blenden einem kompakten Aufbau entgegen, da sie zu ihrer Anordnung in der Reflektorkavität nicht beliebig miniaturisierbar sind. Auch erhöhen sich mit kleineren Blendenelementen ein Montageaufwand und ein Montagefehler.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine kompakte Leuchtvorrichtung mit einer hohen Montagegenauigkeit und einem geringen Montageaufwand bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens ein Substrat mit mindestens einer Lichtquelle, wobei mittels mindestens eines mit dem Substrat verbundenen Bauelements (im Folgenden auch ”abschattendes Bauelement” genannt) mindestens eine Lichtquelle abgeschattet ist.
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Das Substrat kann beispielsweise eine Leiterplatte, ein keramischer Träger oder ein OLED-Substrat sein.
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Das abschattende Bauelement kann sehr nahe an die Lichtquelle(n) herangeführt werden, wodurch sich eine besonders kompakte Bauform ergibt. Zudem wird eine hohe Montagegenauigkeit ermöglicht, da das mindestens eine abschattende Bauelement vor einer Endmontage an dem Substrat befestigbar ist und dabei mit einer hohen Genauigkeit und einem vergleichsweise geringen Aufwand an dem Substrat befestigt werden kann, z. B. mittels eines Bestückungsautomaten oder eines anderen Roboters.
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Das abschattende Bauelement befindet sich in anderen Worten in einem Strahlengang mindestens einer abzuschattenden Lichtquelle und blockiert einen Teil des diesem Strahlengang zugeordneten Lichts.
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Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z. B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z. B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z. B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat (”Submount”) montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z. B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z. B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z. B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Lichtquelle z. B. mindestens einen Diodenlaser oder noch eine andere Halbleiterlichtquelle aufweisen.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass das mindestens eine mit dem Substrat verbundene abschattende Bauelement ein Kühlkörper ist, an welchem das mindestens eine Substrat befestigt ist. Das Substrat kann auf einfache Weise, fest und mit hoher Präzision auf dem Kühlkörper positioniert werden. Der (meist metallische) Kühlkörper ist zudem robust und sehr präzise bearbeitbar. Somit wird eine auch langfristig sehr präzise Abschattung mit einem vergleichsweise geringen Aufwand ermöglicht.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Kühlkörper eine Stufe aufweist und mindestens eine Lichtquelle so auf einem unteren Absatz der Stufe angeordnet ist, dass eine Kante der Stufe sich in einem optischen Pfad dieser mindestens einen Lichtquelle befindet. Dadurch lässt sich insbesondere eine präzise Hell-Dunkel-Grenze für die auf dem unteren Absatz befindliche(n) Lichtquelle(n) einrichten. Die Form der Hell/Dunkel-Grenze ist durch die Form der Kante vorgebbar. Die Stufe kann zudem als ein Anschlag für eine besonders einfache Positionierung eines Substrats dienen.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das mindestens eine abschattende Bauelement mindestens eine Lichtquelle umfasst oder ist. In anderen Worten kann auch eine Lichtquelle zur Abschattung eines Lichtbündels einer anderen Lichtquelle dienen. Beispielsweise kann die abschattende Lichtquelle höher sein als die abzuschattende Lichtquelle, beispielsweise durch eine Verwendung eines Sockels oder eines hohen Gehäuses. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass keine anderen Teile der Leuchtvorrichtung angepasst zu werden brauchen, sondern nur die Form (z. B. Höhe oder Breite) und Position der Lichtquellen.
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Es ist auch eine weitere Ausgestaltung, dass das mindestens eine abschattende Bauelement mindestens ein elektronisches Bauelement umfasst oder ist. Das mindestens eine elektronische Bauelement kann z. B. einen Kondensator, einen Widerstand usw. umfassen. Dies weist den Vorteil auf, dass die Position der Lichtquellen nicht oder nicht wesentlich angepasst zu werden braucht.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das mindestens eine abschattende Bauelement mindestens eine bestückbare Blende umfasst oder ist. Die Blende kann also als ein Bestückbauteil ausgeführt sein, z. B. als ein SMT-Bauteil. Die Blende kann mit einer hohen Designflexibilität ausgestaltet und präzise auf die Form der gewünschten Abschattung abgestimmt sein.
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Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass das mindestens eine abschattende Bauelement mindestens eine Lichtquelle umfasst oder ist.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das mindestens eine abschattende Bauelement zumindest in einem lichtbestrahlbaren Bereich lichtabsorbierend ausgestaltet ist. Dadurch kann Streulicht von dem abschattenden Bauelement weitgehend unterdrückt werden.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das mindestens eine abschattende Bauelement zumindest in einem lichtbestrahlbaren Bereich reflektierend ausgestaltet ist. So lässt sich eine Lichtausbeute der Leuchtvorrichtung erhöhen.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung mehrere Lichtquellen aufweist, von denen mindestens eine Lichtquelle mittels mindestens eines abschattenden Bauelements abgeschattet ist und von denen mindestens eine andere Lichtquelle davon nicht abgeschattet ist. So lassen sich auf einfache Weise unterschiedliche Lichtverteilungen erzeugen, beispielsweise zumindest eine abgeschattete Lichtverteilung (z. B. für ein Abblendlicht oder ein statisches Kurvenlicht) und zumindest eine nicht abgeschattete Lichtverteilung (z. B. für Fernlicht). Die mindestens eine abgeschattete Lichtquelle und die mindestens eine nicht abgeschattete Lichtquelle können vertikal und/oder horizontal gegeneinander versetzt sein.
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Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung mehrere Lichtquellen aufweist, welchen mindestens ein gemeinsames optisches Element nachgeschaltet ist. Diese Ausgestaltung kann insbesondere im Bereich des Automobilbaus eingesetzt werden. Dass den mehreren Lichtquellen mindestens ein gemeinsames optisches Element nachgeschaltet ist, kann in anderen Worten bedeuten, dass das gemeinsame optische Element in einem optischen Pfad mindestens zweier der Lichtquellen angeordnet ist und/oder von diesen direkt oder indirekt bestrahlbar ist. So kann eine besonders kompakte Leuchtvorrichtung erreicht werden.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das mindestens eine optische Element mindestens einen Reflektor aufweist. Da die abschattenden Bauelemente kaum zusätzlichen Platz einnehmen, kann die Abschattung auf einem sehr kleinen Raum innerhalb der Reflektorkapazität umgesetzt werden. So lässt sich der Reflektor z. B. weiter miniaturisieren.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung eine Leuchtvorrichtung für den Automobilbereich ist, insbesondere eine Fahrzeugleuchte, speziell ein Scheinwerfer. In diesem Bereich sind eine präzise Abschattung und Miniaturisierung besonders vorteilhaft einsetzbar.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass durch die Abschattung eine Hell/Dunkel-Grenze erzeugt wird. Dadurch lässt sich z. B. auf kleinem Raum ein präzise einstellbares Abblendlicht o. ä. erzeugen.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass mittels mindestens einer abgeschatteten Lichtquelle ein Abblendlicht erzeugbar ist und mittels mindestens einer nicht abgeschatteten Lichtquelle ein Fernlicht erzeugbar ist. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und es kann mittels mindestens einer abgeschatteten Lichtquelle auch ein, insbesondere statisches, Kurvenlicht erzeugt werden, und zwar zusätzlich oder alternativ zu dem Abblendlicht.
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In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht Komponenten einer Leuchtvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 zeigt die Leuchtvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in einer Ansicht von vorne;
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3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht Komponenten einer Leuchtvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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4 zeigt die Leuchtvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Ansicht von vorne.
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1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht Komponenten einer Leuchtvorrichtung 1. Die Leuchtvorrichtung 1 weist einen Kühlkörper 2 auf, dessen Vorderseite 3 eine Stufe 4 aufweist. Auf einem unteren Niveau oder Absatz 5 der Stufe 4 ist, ein erstes Substrat 6 mit seiner Rückseite befestigt, z. B. mittels eines thermisch leitfähigen Klebers. Eine Vorderseite des ersten Substrats 6 ist mit einer Lichtquelle in Form einer weiß strahlenden Leuchtdiode 7 bestückt. Auf einem oberen Niveau oder Absatz 8 der Stufe 4 ist ein zweites Substrat 9 mit seiner Rückseite befestigt, z. B. mittels eines thermisch leitfähigen Klebers. Eine Vorderseite des zweiten Substrats 9 ist mit einer Lichtquelle in Form einer weiß strahlenden Leuchtdiode 10 bestückt. Die Leuchtdioden 7 und 10 können gleich oder unterschiedlich ausgestaltet sein. Die Leuchtdioden 7 und 10 sind von einem schalenförmigen Reflektor 11 umgeben.
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Während ein von der Leuchtdiode 10 abgestrahltes Lichtbündel 12 ungehindert auf den Reflektor 11 oder aus dem Reflektor 11 heraus abgestrahlt werden kann, wird ein Teil des von der Leuchtdiode 7 abgestrahlten Lichtbündels 13 von der Stufe 4 abgeschattet oder abgeblockt. Die Stufe 4 wirkt somit als eine Blende oder Blockierbereich, wobei die freie Kante der Stufe 4 eine Hell/Dunkel-Grenze für das Lichtbündel 13 definiert. Es kann auf eine dedizierte Blende verzichtet werden.
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Die Substrate 6 und 9 sind mit hoher Präzision auf dem Kühlkörper 2 aufbringbar, wobei die Stufe 4 für das Substrat 6 mit den abzuschattenden Leuchtdioden 7 einen Montageanschlag bildet. Der Kühlkörper 2 ist hier als ein metallischer Block ausgebildet, vorzugsweise aus Aluminium, welcher auf einfache Weise mit hoher Präzision bearbeitbar, z. B. fräsbar, ist und praktisch keine Herstellungs- oder Montagetoleranzen aufweist. Somit ist die Stufe 4 in ihrer Form flexibel, sehr präzise und langzeitstabil positionierbar. Der Kühlkörper 2 kann alternativ z. B. aus einer Keramik bestehen. Die Stufe 4 befindet sich zudem sehr nahe an der Leuchtdiode 7 und kann deshalb vergleichsweise klein ausgeführt werden, so dass insgesamt eine kompakte Bauform der Leuchtvorrichtung 1 ermöglicht wird.
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Für eine effektive Wärmeableitung von den Leuchtdioden 7 und 10 sind die Substrate 6 bzw. 9 mit einem thermischen Schnittstellenmaterial (TIM; ”Thermal Interface Material”) an dem Kühlkörper 2 befestigt, z. B. mittels eines Wärmeleitklebers, einer Wärmeleitfolie usw. (o. Abb.).
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Der das Lichtbündel 13 abschattende Bereich 14 der Stufe 4 kann diffus oder spekular reflektierend sein, um eine Lichtausbeute zu erhöhen. Der abschattende Bereich 14 kann alternativ lichtabsorbierend ausgestaltet sein, um eine besonders scharfe Lichtverteilung zu erreichen.
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2 zeigt die Leuchtvorrichtung 1 in einer Ansicht von vorne. Der obere Absatz 8 ist als ein nach vorne vorspringender, waagerecht ausgerichteter Block ausgebildet. Auf dem Substrat 9 sind vier Leuchtdioden 10 waagerecht in einer Reihe angeordnet, welche eine Fernlichtfunktion ermöglichen. Auf dem Substrat 6 sind vier Leuchtdioden 7 waagerecht in einer Reihe (parallel zu der Stufe 4) angeordnet, welche eine Abblendlichtfunktion ermöglichen, falls die Leuchtdioden 10 ausgeschaltet sind, und beispielsweise zusammen mit den Leuchtdioden 10 die Fernlichtfunktion bilden. Die Leuchtdioden 7 ermöglichen somit sowohl eine Abblendlichtfunktion als auch (anteilig) eine Fernlichtfunktion.
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Der obere Absatz 8 erstreckt sich nicht vollständig über eine waagerechte Ausdehnung des Kühlkörpers 2, sondern weist auch eine seitliche Stufe 15 auf, welche konkav gekrümmt ist. An dem unteren Absatz 5 nahe der Stufe 15 befindet sich ein weiteres Substrat 16, dessen Vorderseite mit einer Leuchtdiode 17 bestückt ist. Diese Leuchtdiode 17 wird seitlich durch die Stufe 15 angeschattet und kann beispielsweise für eine Realisierung eines statischen Kurvenlichts verwendet werden.
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Die Kombination aus Kühlkörper 2, Substraten 6 und 9 sowie Leuchtdioden 7 und 10 kann auch als ein Leuchtmodul bezeichnet werden und mag separat herstellbar sein. Das Leuchtmodul mag nach seiner Herstellung mit dem Reflektor 11 verheiratet werden.
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3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht Komponenten einer Leuchtvorrichtung 21 gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Die Leuchtvorrichtung weist nun einen Kühlkörper 22 auf, welcher eine plane Vorderseite 23 (ohne Stufe) aufweist. Auf der Vorderseite 23 ist ein Substrat 26 mit seiner Rückseite befestigt, z. B. mittels eines thermisch leitfähigen Klebers. Eine Vorderseite des Substrats 26 ist mit einer Lichtquelle in Form der weiß strahlenden Leuchtdiode 7 bestückt. Auf dem gleichen Substrat 26 befindet sich auch eine weitere Lichtquelle in Form einer weiß strahlenden Leuchtdiode 30. Die Leuchtdioden 7 und 30 weisen eine gleiche Emitterfläche auf und somit auch eine gleiche Abstrahlcharakteristik. Jedoch ist die Leuchtdiode 30 höher (in Bezug auf eine Oberfläche des Substrats 26) bzw. mit ihrer Emitterfläche weiter nach vorne versetzt gelegen als die Leuchtdiode 7, beispielsweise mittels einer Verwendung eines höheren Gehäuses oder eines zusätzlichen Sockels 24. Die Leuchtdioden 7 und 10 sind von einem schalenförmigen Reflektor 11 umgeben.
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Während ein von der Leuchtdiode 30 abgestrahltes Lichtbündel 32 ungehindert auf den Reflektor 11 oder aus dem Reflektor 11 heraus abgestrahlt werden kann, wird ein Teil des von der Leuchtdiode 7 abgestrahlten Lichtbündels 33 von der Leuchtdiode 30 bzw. dem Sockel 24 abgeschattet oder abgeblockt. Die Leuchtdiode 30 bzw. der Sockel 24 wirkt somit als eine Blende oder Blockierelement, und definiert eine Hell/Dunkel-Grenze für das Lichtbündel 33. Es kann somit auch hier auf eine dedizierte Blende verzichtet werden.
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Die Leuchtdioden 7 und 30 (einschließlich des Sockels 24) sind mit hoher Präzision auf das Substrat 26 aufbringbar, beispielsweise mittels eines automatisierten Bestückungsverfahrens. Eine solche Montage ermöglicht geringe oder vernachlässigbare zusätzliche Montagekosten im Vergleich zu einer Montage nur herkömmlicher Leuchtdioden.
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Das Gehäuse bzw. der Sockel 24 kann in seiner Form flexibel hergestellt werden, so dass auch hier eine Hell/Dunkel-Grenze o. ä. mit einer hohen Designflexibilität einstellbar ist. Die Leuchtdiode 30 bzw. der Sockel 24 kann nahe an die Leuchtdiode 7 herangebracht werden, so dass eine kompakte Bauform der Leuchtvorrichtung 1 ermöglicht wird.
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Der Sockel 24 kann zumindest an seinem von der Leuchtdiode 7 angestrahlten Bereich 25 diffus oder spekular reflektierend sein, um eine Lichtausbeute zu erhöhen. Der Sockel 24 kann dort alternativ lichtabsorbierend ausgestaltet sein, um eine besonders scharfe Lichtverteilung zu erlangen.
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4 zeigt die Leuchtvorrichtung 21 in einer Ansicht von vorne. Auf dem nun einzigen, kreisscheibenförmigen Substrat 26 sind drei Leuchtdioden 7 in einer waagerechten Reihe angeordnet. Auch sind drei Leuchtdioden 30 vorhanden, welche auf einem gemeinsamen Sockel 24 angeordnet sind. Die Leuchtdioden 30 sind gegenüber den Leuchtdioden 7 nicht nur vertikal (in dieser Ansicht nach unten) versetzt, sondern auch waagerecht oder seitlich, in dieser Ansicht nach rechts. So kann ein Abschattungsbereich 34, in welchen kein von den Leuchtdioden 7 abgestrahltes Licht direkt einfällt, besonders flexibel eingestellt werden.
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Seitlich des Sockels 24 ist eine Leuchtdiode 17 zur Realisierung eines Kurvenlichts auf dem Substrat 26 vorhanden.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Allgemein können Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombiniert oder ausgetauscht werden.
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So können die Leuchtdioden 7 und 10 der Leuchtvorrichtung 1 auch seitlich gegeneinander versetzt angeordnet sein.
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Ferner kann in der Leuchtvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform jeder der Leuchtdioden 30 ein eigener Sockel zugeordnet sein, und die Sockel können je nach gewünschter Lichtverteilung auf dem Substrat positioniert werden. Dies ermöglicht eine besonders flexible Formung der Lichtverteilung.
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Auch können auf dem Substrat elektronische Bauelemente (Widerstände, Kondensatoren) vorhanden sein, welche ebenfalls in einen Strahlengang zumindest einer der Leuchtdioden eingebracht werden können und somit einer Abschattung dienen.
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Ferner kann mindestens eines der Substrate mit einer Blende bestückt sein, welche z. B. als eine SMT-Blende ausgestaltet sein kann und z. B. mittels eines Bestückautomaten aufbringbar ist.
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Die Lichtquellen, insbesondere Halbleiterlichtquellen, können auch bezüglich des Reflektors anders ausgerichtet sein, beispielsweise seitlich auf den Reflektor strahlen oder in einen rückwärtigen Bereich des Reflektors strahlen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leuchtvorrichtung
- 2
- Kühlkörper
- 3
- Vorderseite des Kühlkörpers
- 4
- Stufe
- 5
- unterer Absatz der Stufe
- 6
- erstes Substrat
- 7
- Leuchtdiode
- 8
- oberer Absatz der Stufe
- 9
- zweites Substrat
- 10
- Leuchtdiode
- 11
- Reflektor
- 12
- Lichtbündel
- 13
- Lichtbündel
- 14
- abschattender Bereich der Stufe
- 15
- seitliche Stufe
- 16
- Substrat
- 17
- Leuchtdiode
- 21
- Leuchtvorrichtung
- 22
- Kühlkörper
- 23
- Vorderseite des Kühlkörpers
- 24
- Sockel
- 25
- abschattender Bereich des Sockels
- 26
- Substrat
- 30
- Leuchtdiode
- 32
- Lichtbündel
- 33
- Lichtbündel
- 34
- Abschattungsbereich
