DE102010043918A1

DE102010043918A1 - Halbleiterlampe

Info

Publication number: DE102010043918A1
Application number: DE102010043918A
Authority: DE
Inventors: Nicole Breidennassel; Fabian Reingruber; Johannes Hoechtl; Henrike Trompeter
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-11-16
Also published as: US9316386B2; CN103210253B; WO2012065861A1; DE102010043918B4; CN103210253A; US20130229801A1

Abstract

Halbleiterlampe (1), aufweisend einen Reflektor (10) mit einer Unterseite (11) und einer Oberseite (12), wobei sich die Unterseite (11) seitlich aufweitet und wobei die Unterseite (11) und die Oberseite (12) durch einen oberen Rand (14) voneinander getrennt sind, und aufweisend eine erste Lichtquellengruppe mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (2a) und eine zweite Lichtquellengruppe mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (2b), wobei der Reflektor (10) als ein Kühlkörper für die erste Lichtquellengruppe (2a) und/oder für die zweite Lichtquellengruppe (2a) vorgesehen ist; wobei mittels der Unterseite (11) des Reflektors (10) zumindest ein Teil eines von der ersten Lichtquellengruppe (2a) ausstrahlbaren Lichts zumindest in einen von der ersten Lichtquellengruppe (2a) nicht direkt beleuchtbaren Raumwinkelbereich reflektierbar ist, wobei die zweite Lichtquellengruppe (2b) dazu eingerichtet ist, zumindest einen Schattenbereich (SB) des Reflektors (10) bezüglich der ersten Lichtquellengruppe (2a) zu beleuchten, und wobei der obere Rand (14) des Reflektors (10) als eine Kühlfläche ausgestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlampe, insbesondere Retrofitlampe, mit mehreren Halbleiterlichtquellen und mindestens einem Reflektor.
Viele LED-Lampen weisen eine stark in einen vorderen Halbraum gerichtete Lichtemission auf. Insbesondere für Glühlampen-Retrofitlampen oder im Bereich der Medizintechnik wird jedoch eine stärker omnidirektionale Abstrahlung gewünscht. Jedoch muss auch eine ausreichende Kühlung kritischer Komponenten, insbesondere der Leuchtdioden, sichergestellt werden. Diese beiden Anforderungen stehen in Konkurrenz zueinander. Die Notwendigkeit großer Kühlkörper schränkt den Freiraum für Lösungen mit omnidirektionaler Abstrahlung bedeutend ein. Dabei sind insbesondere für Retrofitlampen die Außenmaße der zu ersetzenden Lampen einzuhalten.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterlampe, insbesondere Retrofitlampe, mit mehreren Halbleiterlichtquellen bereitzustellen, welche eine effektive Kühlung der Halbleiterlichtquellen bei einer gleichzeitigen Lichtabstrahlung in einen großen Raumwinkelbereich ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleiterlampe, wobei die Halbleiterlampe mindestens einen Reflektor mit einer Unterseite und einer Oberseite aufweist, wobei sich die Unterseite seitlich aufweitet und wobei die Unterseite und die Oberseite durch einen Rand (”oberer Rand”) voneinander getrennt sind. Die Halbleiterlampe weist ferner eine erste Lichtquellengruppe mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle und eine zweite Lichtquellengruppe mit mindestens einer (anderen) Halbleiterlichtquelle auf. Der Reflektor ist als ein Kühlkörper für die erste Lichtquellengruppe und/oder für die zweite Lichtquellengruppe vorgesehen. Mittels der Unterseite des Reflektors ist zumindest ein Teil eines von der ersten Lichtquellengruppe (bzw. der zugehörigen mindestens einen Halbleiterlichtquelle) ausstrahlbaren Lichts zumindest in einen von der ersten Lichtquellengruppe nicht direkt beleuchtbaren Raumbereich reflektierbar. Die zweite Lichtquellengruppe ist dazu eingerichtet, zumindest einen Schattenbereich des Reflektors bezüglich der ersten Lichtquellengruppe zu beleuchten. Der obere Rand des Reflektors ist als eine Kühlfläche ausgestaltet.
Diese Halbleiterlampe weist also den Vorteil auf, dass der durch die erste Lichtquellengruppe beleuchtbare Raumwinkelbereich stark vergrößerbar ist. Die durch den Reflektor bewirkte zumindest teilweise Abschattung der ersten Lichtquellengruppe ist gleichzeitig durch die zweite Lichtquellengruppe ausgleichbar. Insgesamt ist somit der durch die gesamte Halbleiterlampe beleuchtbare Raumwinkelbereich stark vergrößerbar.
Der Reflektor ermöglicht zudem eine für praktische Zwecke hochgradig homogene Lichtabstrahlung.
Dadurch, dass der Rand des Reflektors als eine Kühlfläche ausgestaltet ist, wird eine verstärkte Wärmeabfuhr und folglich eine effektivere Kühlung der Halbleiterliftquellen erreicht. Der Reflektor ist für seine Funktion als ein Kühlkörper insbesondere mit der bzw. den davon zu kühlenden Lichtquellengruppe(n) thermisch gut leitend verbunden. Durch die zusätzliche Kühlungsoberfläche im Kolbenbereich kann auch der Bedarf nach einem größeren Kolben mit mehr Hinterschnitt für eine verbesserte omnidirektionale Abstrahlung, was aber eine Verkleinerung des herkömmlichen Kühlkörpers zur Folge hat, ausgeglichen werden. Die Kühlfläche am Rand des Reflektors kann sowohl glatt als auch strukturiert (Rippen, Lamellen, Kühlstifte usw.) ausgestaltet sein.
Der von der zweiten Lichtquellengruppe ausgeleuchtete Raumwinkelbereich kann den durch den Reflektor abgeschatteten Raumwinkelbereich der ersten Lichtquellengruppe alternativ teilweise ausleuchten oder vollständig ausleuchten. Die erste Lichtquellengruppe und die zweite Lichtquellengruppen können einen vorbestimmten Raumwinkelbereich (außerhalb des abgeschatteten Raumwinkelbereichs) auch gemeinsam ausleuchten.
Die Halbleiterlichtquellen der ersten Lichtquellengruppe und der zweiten Lichtquellengruppe können insbesondere vom gleichen Typ sein.
Die Halbleiterlichtquellen der ersten Lichtquellengruppe und der zweiten Lichtquellengruppe können insbesondere in die gleiche Richtung ausgerichtet sein, insbesondere parallel zu einer Längsachse der Lampe und/oder des Reflektors. Die Längsachse des Reflektors kann insbesondere auch einer Längsachse der Lampe entsprechen, der Reflektor also einen konzentrisch angeordneten Teil der Lampe darstellen. Die Längsachse des Reflektors kann insbesondere auch seine Symmetrieachse darstellen.
Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Halbleiterlichtquelle 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 Halbleiterlichtquelle z. B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen.
Leuchtdioden strahlen typischerweise in einen Halbraum, welcher hier insbesondere ein vorderer Halbraum ist, der um eine Längsachse des Reflektors und/oder der Lampe herum zentriert ist. Falls also die Halbleiterlichtquellen der ersten Lichtquellengruppe in den vorderen Halbraum strahlen, kann der Reflektor ein Teil des von der ersten Lichtquellengruppe ausstrahlbaren Lichts zumindest in einen Teil des dazu komplementären rückwärtigen oder hinteren Halbraums reflektieren.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der obere Rand als ein zumindest ringsektorförmiger, breiter Rand ausgebildet ist. Der Rand kann insbesondere als ein umlaufender ringförmiger Randausgebildet sein. Der Rand kann insbesondere als ein kugelschichtförmiger Rand ausgebildet sein.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Halbleiterlampe einen zweiteiligen lichtdurchlässigen Kolben mit einem ersten Kolbenteil und einem zweiten Kolbenteil aufweist, wobei das erste Kolbenteil die erste Lichtquellengruppe abdeckt und das zweite Kolbenteil die zweite Lichtquellengruppe abdeckt und das erste Kolbenteil und das zweite Kolbenteil durch den oberen Rand des Reflektors voneinander getrennt sind. So kann der Rand des Reflektors direkt mit der Umgebung, insbesondere der Umgebungsluft, in Kontakt stehen, was eine besonders gute Wärmeabfuhr auf die Umgebung ermöglicht. Auch wird so eine besonders flexible Formgestaltung des Kolbens ermöglicht.
Die Kolbenteile sind zur einfächen Herstellung insbesondere im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet.
Das erste Kolbenteil kann insbesondere im Wesentlichen kugelschichtförmig ausgebildet sein. Dabei kann das erste Kolbenteil über einen Äquator oder Bereich einer größten seitlichen Ausdehnung nach hinten bzw. in rückwärtiger Richtung hinweg reichen und so eine besonders weite Beleuchtung des rückwärtigen Halbraums ermöglichen. Auch ein solches erstes Kolbenteil kann einfach montiert werden.
Das zweite Kolbenteil kann insbesondere im Wesentlichen kugelkalottenförmig ausgebildet sein.
Alternativ kann auch der Rand von einem (dann z. B. einstückigen) Kolben überdeckt sein, so dass die Wärmeableitung von dem Rand auf den Kolben auftreten würde.
Der Kolben, insbesondere die Kolbenteile, können aus Glas, Glaskeramik, anderer lichtdurchlässiger Keramik oder aus lichtdurchlässigem Kunststoff gefertigt sein.
Der Kolben, insbesondere die Kolbenteile, können diffus oder transparent sein, wobei die Kolbenteile auch unterschiedlich ausgestaltbar (transparent/diffus) sein können.
Der Kolben, insbesondere die Kolbenteile, können mindestens ein Leuchtmittel zur Wellenlängenkonversion (häufig auch ”Phosphor” genannt) aufweisen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das zweite Kolbenteil mit dem Reflektor verrastbar ist. Dies ergibt den Vorteil einer einfachen Bauweise. Das zweite Kolbenteil kann insbesondere mit seinem Rand in einer Nut, insbesondere in einer umlaufenden Ringnut, des Reflektors verrastbar sein.
Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass der Reflektor mit seinem oberen Rand eine Innenseite eines einstückigen Kolbens flächig kontaktiert. Die Wärmeabgabe an die Umgebung erfolgt dann durch den Kolben. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach und preiswert. Es ist eine zur Montage besonders bevorzugte Ausgestaltung, dass ein unterer Rand des Kolbens dann zumindest in etwa seinem Bereich größter seitlicher Ausdehnung (Äquator) entspricht.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Halbleiterlampe mindestens ein erstes Substrat aufweist, wobei der Reflektor und zumindest die erste Lichtquellengruppe auf einer Vorderseite des mindestens einen ersten Substrats angeordnet sind. Das erste Substrat kann insbesondere eine Leiterplatte (”erste Leiterplatte”) sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Reflektor auf der Vorderseite des mindestens einen ersten Substrats angeordnet oder befestigt ist, was eine einfache Montage unterstützt. Der Reflektor kann dazu eine (untere) Aufsatzfläche aufweisen, welche zum Aufsatz auf dem ersten Substrat vorgesehen ist.
Der Reflektor kann mittels seiner unteren Aufsatzfläche direkt auf der Leiterplatte aufgebracht sein. Für eine verbesserte thermische Anbindung, insbesondere falls der Reflektor als ein Kühlkörper für auf dem mindestens einen ersten Substrat angeordnete Halbleiterlichtquellen vorgesehen ist, kann zwischen dem Reflektor und dem mindestens einen ersten Substrat ein Wärmeschnittstellenmaterial (TIM; ”Thermal Interface Material”) vorgesehen sein, z. B. eine Wärmeleitfolie oder eine Wärmeleitpaste.
Alternativ kann das mindestens eine erste Substrat z. B. den Reflektor ringförmig umgeben.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass das mindestens eine erste Substrat mit seiner Rückseite flächig auf einem (rückwärtigen) Kühlkörper aufliegt, ggf über ein TIM-Material. Dies ermöglicht eine Kühlung der auf dem mindestens einen ersten Substrat angeordneten Halbleiterlichtquellen. Der Reflektor kann dann einen zusätzlichen Kühleffekt bewirken, so dass der Kühlkörper vergleichsweise klein ausgebildet werden kann, was wiederum eine Lichtabstrahlung in einen rückwärtigen oder hinteren Halbraum verbessert. Der Reflektor kann alternativ oder zusätzlich zur Kühlung von auf ihm angebrachten Halbleiterlichtquellen eingesetzt werden, insbesondere der zweiten Lichtquellengruppe. Auch kann so das erste Kolbenteil zu seiner Befestigung einfach zwischen dem Reflektor und dem Kühlkörper eingeklemmt werden. Der Reflektor kann, ggf. über ein Wärmeschnittstellenmaterial, auch direkt auf dem Kühlkörper aufliegen oder aufsitzen.
An einem der Leiterplatte abgewandten hinteren Ende kann sich an den Kühlkörper beispielsweise ein Sockel zur elektrischen Kontaktierung der Lampe mit einer passenden Fassung anschließen.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die zweite Lichtquellengruppe auf der Oberseite des Reflektors angeordnet ist. Die Oberseite kann dazu insbesondere als eine zumindest lokal ebene Fläche ausgebildet sein, welche insbesondere parallel zu dem ersten Substrat ausgerichtet ist. Dadurch sind die Halbleiterlichtquellen der zweiten Lichtquellengruppe auf einer bezüglich der Längsachse des Reflektors bzw. der Lampe anderen (zweiten) Ebene angeordnet als die Halbleiterlichtquellen der ersten Lichtquellengruppe, welche auf einer ersten Ebene angeordnet sind. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass die zweite Lichtquellengruppe (bzw. deren mindestens eine Halbleiterlichtquelle) ihr Licht im Wesentlichen ungehindert durch den Reflektor abstrahlen kann. Zudem kann der Reflektor so als ein besonders effektiver Kühlkörper für die darauf oder daran angebrachte mindestens eine Halbleiterlichtquelle der zweiten Lichtquellengruppe dienen. Für den Fall, dass die zweite Lichtquellengruppe mindestens eine Leuchtdiode umfasst, kann mittels der zweiten Lichtquellengruppe z. B. der gesamte vordere Halbraum beleuchtet oder bestrahlt werden. Alternativ kann der Reflektor auch als ein seitlicher Reflektor für die darauf angebrachte zweite Lichtquellengruppe dienen, was den zugehörigen beleuchteten Raumwinkelbereich einschränkt, insbesondere symmetrisch zu der Längsachse.
Allgemein können die Lichtquellengruppen auf unterschiedlichen Ebenen (bezüglich der Längsachse oder einer Hauptabstrahlrichtung oder optischen Achse der Halbleiterlichtquellen) oder Höhenniveaus angeordnet sein, z. B. die zweite Lichtquellengruppe auf einer zweiten Ebene, welche höher liegt als die erste Ebene der ersten Lichtquellengruppe. Es können auch mehr als zwei Ebenen oder Niveaus verwendet werden, wobei eine Lichtquellengruppe auch auf mehrere Ebenen verteilt sein kann. Eine solche Weiterbildung, bei der die Halbleiterlichtquellen auf Ebenen angeordnet sind, weist den Vorteil einer einfachen Bestückung der Halbleiterlichtquellen bzw. der Lichtquellengruppen auf.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Halbleiterlampe mindestens ein zweites Substrat, insbesondere mindestens eine zweite Leiterplatte, aufweist, wobei die zweite Lichtquellengruppe auf einer Vorderseite des mindestens einen zweiten Substrats angeordnet ist und das mindestens eine zweite Substrat mit seiner Rückseite auf dem Reflektor befestigt ist.
Es ist eine spezielle Ausgestaltung, dass der Kühlkörper eine mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse, insbesondere Kunststoffgehäuse, verkleidete Treiberkavität aufweist, wobei das Gehäuse durch den Kühlkörper und das erste Substrat bis zu dem Reflektor ragt und das zweite Substrat durch den Reflektor hindurch mit dem Gehäuse verschraubt ist. So können auf einfache Weise gleichzeitig das zweite Substrat mit dem Reflektor, der Reflektor mit dem ersten Substrat und das erste Substrat mit dem Kühlkörper verbunden werden, wodurch sich eine stabile Verbindung ergibt und eine gute Wärmeleitung zwischen den Elementen ermöglicht wird.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das zweite Kolbenteil einen Rasthaken aufweist, welcher hinter das zweite Substrat verrastbar ist. Auch so kann das zweite Kolbenteil an der Lampe verrastet werden, und zwar auf eine besonders einfache und das zweite Kolbenteil mechanisch wenig belastende Weise. Insbesondere kann in den Reflektor an dem Rand seiner Auflagefläche mit dem zweiten Substrat eine Rastaussparung eingebracht sein, in welche das zweite Substrat hinterschneidet. Alternativ kann der Reflektor auch direkt auf dem Kühlkörper aufsitzen und mit diesem verrastet, verklebt, verschraubt usw. sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass die zweite Lichtquellengruppe auf der Vorderseite des ersten Substrats angeordnet ist.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass der Reflektor in Längsrichtung hohl und beidseitig offen ist und die zweite Lichtquellengruppe seitlich von dem Reflektor umgeben ist. Insbesondere kann hier die zweite Lichtquellengruppe auf der Vorderseite des ersten Substrats angeordnet sein. Der Reflektor trennt dann auf dem ersten Substrat die erste Lichtquellengruppe und die zweite Lichtquellengruppe. Die zweite Lichtquellengruppe kann entweder auf demselben Substrat wie die erste Lichtquellengruppe oder auf einem anderen (zweiten) Substrat sitzen.
Die zweite Lichtquellengruppe kann die Oberseite des Reflektors zumindest teilweise bestrahlen. In diesem Falle ist es vorteilhaft, falls sowohl die Unterseite des Reflektors, welche durch die Lichtquellen der ersten Gruppe bestrahlt wird, als auch die Oberseite des Reflektors, welche durch die Lichtquellen der zweiten Gruppe bestrahlt wird, reflektiv, insbesondere spekular, ausgestaltet sein (z. B. durch eine Polierung, eine Beschichtung usw.).
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Rückseite des ersten Substrats auf einem Kühlkörper angebracht ist, der Kühlkörper eine mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse, insbesondere Kunststoffgehäuse, verkleidete Treiberkavität aufweist und der Reflektor durch die Leiterplatte und durch den Kühlkörper hindurch mit dem Gehäuse verschraubt ist. So kann die Lampe mit wenigen Schraubvorgängen montiert werden. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit einer Halbleiterlampe, welche das erste Substrat aufweist, wobei der Reflektor und zumindest die erste Lichtquellengruppe auf einer Vorderseite des ersten Substrats angeordnet sind, und wobei der Reflektor in Längsrichtung hohl und beidseitig offen ist und die zweite Lichtquellengruppe seitlich von dem Reflektor umgeben ist.
Alternativ kann der Reflektor direkt auf einem Kühlkörper aufsitzen, auf welchem auch das erste Substrat aufsitzt. Das erste Substrat kann dann eine Aussparung zum Durchführen des Kühlkörpers aufweisen.
In noch einer alternativen Weiterbildung kann der Reflektor auch 'schwebend' vor oder über dem ersten Substrat bzw. der ersten Lichtquellengruppe angeordnet sein und z. B. an einer Innenseite des Kolbens befestigt sein.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die erste Lichtquellengruppe mehrere Halbleiterlichtquellen aufweist, welche ringförmig um den Reflektor herum angeordnet sind. Dadurch kann eine hochgradig gleichmäßige Lichtabstrahlung in Umfangsrichtung um die Längsachse erreicht werden.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Halbleiterlampe eine Retrofitlampe ist. Die Retrofitlampe soll eine bestimmte herkömmliche Lampe, z. B. Glühlampe, ersetzen und dazu eine Außenkontur der herkömmlichen Lampe nicht oder nicht wesentlich überschreiten und zudem möglichst eine gleiche Lichtabstrahlcharakteristik aufweisen. Die Halbleiterlampe kann insbesondere eine Glühlampen-Retrofitlampe sein, da hier der Reflektor eine Lichtabstrahlung in einen bezüglich der Längsachse rückwärtigen Halbraum ermöglicht, welcher auch bei einer herkömmlichen Glühlampe ausgeleuchtet wird.
Es ist eine für eine effektive Wärmespreizung und/oder Wärmeabfuhr vorteilhafte Weiterbildung, dass der Reflektor aus einem gut leitfähigen Material mit einer Wärmeleitfähigkeit λ von mehr als 15 W/(m·K), insbesondere mit λ > 150 W/(m·K), besteht, wie z. B. mit Aluminium, Kupfer, Magnesium oder einer Legierung davon, oder aus einem thermisch leitfähigen Kunststoff oder aus Keramik. Grundsätzlich ist jedoch auch die Verwendung eines einfachen Kunststoffs oder Glas möglich.
Die Unterseite des Reflektors kann im Profil bzw. im Querschnitt insbesondere kontinuierlich gekrümmt oder als ein Polygon ausgebildet sein. Die Unterseite des Reflektors kann insbesondere facettiert sein.
Insbesondere bei einer Anordnung der ersten Lichtquellengruppe und der zweiten Lichtquellengruppe auf einer gemeinsamen Ebene, insbesondere auf einem gemeinsamen Substrat, kann die Oberseite im Profil bzw. im Querschnitt insbesondere kontinuierlich gekrümmt oder als ein Polygon ausgebildet sein. Die Oberseite des Reflektors kann insbesondere facettiert sein.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass zumindest der Reflektor mindestens einen Kühlkanal aufweist. Der mindestens eine Kühlkanal verläuft vorzugsweise innerhalb des Reflektors, z. B. in Form einer Bohrung. Der mindestens eine Kühlkanal kann zumindest abschnittsweise gekrümmt verlaufen. Der mindestens eine Kühlkanal kann sich vorzugsweise durch den (Haupt-)Kühlkörper fortsetzen; die beiden Enden des mindestens einen (kombinierten) Kühlkanals befinden sich dann vorzugsweise an einer Außenseite des Reflektors bzw. an einer Außenseite des (Haupt-)Kühlkörpers. Der mindestens eine Kühlkanal kann insbesondere in dem oberen Rand münden bzw. dort ein offenes Ende aufweisen. eine Der mindestens eine Kühlkanal kann sich auch durch eine Leiterplatte o. ä. hindurch erstrecken. Der mindestens eine Kühlkanal verbessert eine Wärmeabfuhr von der Halbleiterlampe.
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.
1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Halbleiterlampe gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 zeigt in Seitenansicht eine Halbleiterlampe gemäß einer weiteren Ausführungsform;
3 zeigt die Halbleiterlampe gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Ansicht von schräg oben;
4 zeigt teilweise in einer Seitenansicht und teilweise als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Halbleiterlampe gemäß einer dritten Ausführungsform;
5 zeigt einen Ausschnitt aus einer Halbleiterlampe gemäß einer vierten Ausführungsform;
6 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Halbleiterlampe gemäß einer fünften Ausführungsform;
7 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Halbleiterlampe gemäß einer sechsten Ausführungsform; und
8 zeigt ein Polarwinkeldiagramm einer Leuchtstärkeverteilung einer Halbleiterlampe.
1 zeigt einen bezüglich einer Längsachse L vorderen Teil einer Halbleiterlampe 1 gemäß einer ersten Ausführungsform.
Die Halbleiterlampe 1 weist als Lichtquellen mehrere Leuchtdioden 2a, 2b auf, welche auf einer Vorderseite 3 eines gemeinsamen Substrats in Form einer Leiterplatte 4 angeordnet sind. Die Leiterplatte 4 liegt senkrecht zu der Längsachse L, so dass die Leuchtdioden 2a, 2b in einen in Richtung der Längsachse L aufgespannten oberen Halbraum OH abstrahlen, der um die Längsachse L zentriert ist. Die Leiterplatte 4 liegt mit ihrer Rückseite 5 auf einem Kühlkörper 6 auf, der an seinem hinteren Ende (nicht gezeigt) in zu der Längsachse L entgegengesetzter Richtung einen Sockel zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterlampe 1 aufweist.
Der Kühlkörper 6 weist eine Treiberkavität 7 auf, welche mittels eines Gehäuses 8 aus Kunststoff elektrisch isolierend ausgekleidet ist. In dem Gehäuse 8 kann eine Treiberelektronik (o. Abb.) zum Betreiben der Leuchtdioden 2a, 2b untergebracht sein. Für eine elektrische Verbindung zwischen der Treiberelektronik und den Leuchtdioden 2a, 2b weist das Gehäuse 8 vorderseitig einen hülsenförmigen oder rohrförmigen Vorsprung 9 auf, welcher sich durch entsprechende Aussparungen in dem Kühlkörper 6 und der Leiterplatte 4 bis zu der Vorderseite 3 der Leiterplatte 4 erstreckt. Durch den Vorsprung 9 können Kabel oder andere elektrische Leitungen zwischen der Treiberkavität 7 und insbesondere der Vorderseite 3 der Leiterplatte 4 verlegt werden.
Auf der Vorderseite 3 der Leiterplatte 4 ist ein rotationssymmetrischer Reflektor 10 konzentrisch zu der Längsachse L befestigt. Der Reflektor 10 unterteilt die Leuchtdioden 2a, 2b örtlich in eine erste Lichtquellengruppe mit hier mehreren Leuchtdioden 2a, welche außerhalb des Reflektors 10 ringförmig auf der Leiterplatte 4 angeordnet sind, und in eine zweite Lichtquellengruppe mit mindestens einer Leuchtdiode 2b, welche innerhalb des Reflektors 10 angeordnet ist bzw. von dem Reflektor 10 umlaufend umgeben ist. Die Leuchtdioden 2a und 2b der ersten Lichtquellengruppe bzw. der zweiten Lichtquellengruppe können als Gruppen gemeinsam oder individuell ansteuerbar sein. Die Leuchtdioden 2a, 2b können von gleichem oder von unterschiedlichem Typ sein.
Der Reflektor 10 ist in Richtung der Längsachse L hohl und beidseitig offen und weitet sich mit steigendem Abstand von der Leiterplatte 4 bis zu einem oberen Rand 14 seitlich auf. Der obere Rand 14 trennt eine Unterseite 11 des Reflektors 10 von einer Oberseite 12 des Reflektors 10. Die Unterseite 11 weist hier insbesondere eine Flächennormale auf, welche der Richtung der Längsachse L von unten nach oben zumeist zumindest komponentenweise entgegengesetzt ist, während die Flächennormale der Oberseite 12 zumindest komponentenweise der Längsachse L gleichgerichtet ist. Die Unterseite 11 überwölbt hier die Leuchtdioden 2a der ersten Lichtquellengruppe. Dadurch wird ein Großteil oder überwiegender Teil des von den Leuchtdioden 2a abgestrahlten Lichts mittels der (spekular oder diffus) reflektierenden Unterseite 11 reflektiert und zwar seitlich bzw. angewinkelt zu der Längsachse L in den oberen Halbraum OH als auch in einen zu dem oberen Halbraum OH komplementären unteren Halbraum UH. Mittels der Unterseite 11 des Reflektors 10 wird es somit möglich, den durch die Leuchtdioden 2a und 2b nicht direkt beleuchtbaren unteren Halbraum UH zumindest teilweise zu beleuchten, und zwar mit einer signifikanten Lichtstärke. Ein Teil des Lichtes der Leuchtdioden 2a und 2b strahlt unreflektiert in den vorderen oder oberen Halbraum OH.
Durch den Reflektor 10 ergibt sich bezüglich der Leuchtdioden 2a der ersten Lichtquellengruppe ein Schattenbereich SB bzw. ein nicht beleuchtbarer Bereich des oberen Halbraums OH, da der Reflektor 10 diesbezüglich als eine Blende wirkt. Um auch zumindest im Fernfeld diesen Schattenbereich SB zu beleuchten wird die mindestens eine Leuchtdiode 2b der zweiten Lichtquellengruppe verwendet. Die mindestens eine Leuchtdiode 2b der zweiten Lichtquellengruppe strahlt direkt in den Schattenbereich SB, wobei in einem Nahfeld oberhalb des Reflektors 10 ein weder von den Leuchtdioden 2a noch den Leuchtdioden 2b beleuchteter Bereich verbleibt, welcher jedoch mit steigender Entfernung von der Halbleiterlampe 1 (Übergang zu dem Fernfeld) geringer wird und in einen Bereich übergeht, welcher sowohl von den Leuchtdioden 2a als auch von der mindestens einen Leuchtdiode 2b (überlappend) beleuchtet wird. Die sich ebenfalls aufweitende Oberseite 12 des Reflektors ist auch (spekular oder diffus) reflektierend ausgebildet und kann einen Teil des von der mindestens einen Leuchtdiode 2b abgestrahlten Lichts in den oberen Halbraum OH reflektieren, und zwar vergleichsweise breitwinklig, so dass sich eine homogenere Helligkeitsverteilung ergibt.
Während herkömmliche Glühlampen oder auch LED-Retrofit-Glühlampen typischerweise mittels eines einstückigen Kolbens überwölbt werden, weist die Halbleiterlampe 1 einen zweiteiligen lichtdurchlässigen Kolben auf, welcher ein erstes Kolbenteil 13a und ein zweites Kolbenteil 13b aufweist. Das erste Kolbenteil 13a ist in Form einer kugelschichtförmigen (diffusen oder transparenten) sowie um die Längsachse L symmetrischen, schalenartigen Abdeckung ausgebildet. Zu seiner Montage kann das erste Kolbenteil 13a auf einen oberen Rand des Kühlkörpers 6 aufgesetzt werden, und folgend kann der Reflektor 10 so aufgesetzt werden, dass sich der obere freie Rand des ersten Kolbenteils 13a und die Unterseite 11 des Reflektors 10 kontaktieren. Dabei befindet sich der Kontaktbereich bezüglich der Unterseite 11 des Reflektors 10 vorzugsweise an einem Randbereich der Unterseite 11 nahe an dem Übergang bzw. der Kante zu dem oberen Rand 14 des Reflektors. Mittels eines Anpressens des Reflektors 10 auf das erste Kolbenteil 13a kann das erste Kolbenteil 13a zwischen dem Reflektor 10 und dem Kühlkörper 6 eingeklemmt werden. Das erste Kolbenteil 13a deckt die Leuchtdioden 2a der ersten Lichtquellengruppe (seitlich) ab.
Das zweite Kolbenteil 13b ist als eine kugelkalottenförmige Schale ausgebildet, welche an der Oberseite 12 des Reflektors angebracht wird, und dort vorzugsweise an einem äußeren Randbereich am Übergang bzw. an der Kante zu dem oberen Rand 14 des Reflektors 10. Das zweite Kolbenteil 13b kann beispielsweise in die Oberseite 12 des Reflektors 10 eingeschnappt, eingelegt und verklebt oder eingerastet usw. werden. Das obere Kolbenteil 13b stellt den vordersten bzw. obersten Teil der Halbleiterlampe dar, wobei die Spitze S des zweiten Kolbenteils, an welcher die Längsachse L das zweite Kolbenteil 13b schneidet, einer vorderen Spitze der Halbleiterlampe 1 entspricht. Das zweite Kolbenteil 13b deckt die mindestens eine Leuchtdiode 2b der zweiten Lichtquellengruppe ab.
Vor der Anbringung des zweiten Kolbenteils 13b muss in der gezeigten Ausführungsform der Reflektor 10 mittels hier beispielhaft dreier Schrauben (von denen eine Schraube 15 gezeigt ist) befestigt werden. Dazu weist der Reflektor 10 eine jeweilige Aussparung 16 auf, welche in ihrem Boden eine Schraubendurchführung oder Bohrung zur Durchführung eines Schraubgewindes der Schraube 15 aufweist. Konzentrisch zu der Schraubendurchführung des Reflektors weisen auch die Leiterplatte 4 und der Kühlkörper 6 passende Schraubendurchführungen bzw. Durchgangsbohrungen (ohne Abbildung) auf. Passend dazu weist das Gehäuse 8 einen verstärkten Bereich 17 auf, in welchen konzentrisch zu den Durchführungen bzw. Bohrungen in dem Reflektor 10, in der Leiterplatte 4 und in dem Kühlkörper 6 ein Schraubengewinde eingebracht ist. Die Schraube 15 kann somit mit ihrem stiftartigen Gewindevorsprung durch den Boden des Reflektors 10, die Leiterplatte 4 und den Kühlkörper 6 in das passende Gewinde in dem Gehäuse 8 geführt werden, wobei der Kopf der Schraube 15 auf dem Reflektor 10 aufliegt. Diese Konfiguration kann, insbesondere drehsymmetrisch, zu der Längsachse L vorhanden sein. Bei einem Festziehen der Schraube 15 wird der Reflektor 10 zu dem Gehäuse 8 herangezogen, wodurch die Leiterplatte 4 und der Kühlkörper 6 dazwischen eingepresst werden. Durch das Einpressen können die Leiterplatte 4 und der Kühlkörper 6 erstens sicher befestigt werden und zudem wird so eine gute mechanische und thermische Kontaktierung zwischen dem Reflektor 10 und der Leiterplatte 4 sowie zwischen der Leiterplatte 4 und dem Kühlkörper 6 erreicht. Zwischen die jeweiligen Kontaktflächen kann zur Verbesserung des Wärmeübergangs ein entsprechendes Wärmeschnittstellenmaterial (beispielsweise eine Wärmeleitfolie oder eine Wärmeleitpaste usw.) eingebracht sein. Gleichzeitig wird, wie beschrieben, das erste Kolbenteil 13a fixiert. Somit kann durch drei einfach auszuführende und preiswerte Verschraubungen bis auf das obere Kolbenteil 13b der gesamte gezeigte vordere Teil der Halbleiterlampe 1 montiert werden. Ggf. können noch elektrische Kontaktierungen ergänzt werden.
Falls das das obere Kolbenteil 13b irreversibel auf den Reflektor montiert (z. B. geklipst, geklebt usw.) ist, kann ein Endanwender die Halbleiterlampe 1 zumindest im vorderen Kolbenbereich nicht mehr öffnen, was eine erhöhte Sicherheit gegenüber einem ungewollten direkten Eingriff auf die Leuchtdioden 2b bewirkt.
Der Kühlkörper 6 kann einen Teil der von den Leuchtdioden 2a und 2b erzeugten Wärme über die Leiterplatte 4 aufnehmen. Die Leiterplatte 4 kann für eine effektive Wärmespreizung beispielsweise als eine Metallkernplatine oder alternativ als eine Keramikleiterplatte ausgebildet sein. Für eine ausreichende Entwärmung der Leuchtdioden 2a, 2b alleine muss der Kühlkörper 6 ausreichend dimensioniert sein. Aufgrund der als Retrofit-Lampe ausgebildeten Halbleiterlampe 1 ist jedoch eine Verlängerung des Kühlkörpers 6 nur begrenzt möglich, so dass beispielsweise eine Verringerung der Kolbenhöhe und entsprechende Verlängerung des Kühlkörpers 6 und dazu passende Verbreiterung nur nach vorne möglich ist. Dadurch wird jedoch die vordere Fläche des Kühlkörpers 6 soweit nach vorne (in Richtung der Längsachse L) verschoben, dass eine Beleuchtung insbesondere auch des unteren Halbraums UH stark erschwert wird. Eine Vergrößerung des Kühlkörpers 6 geht somit zu Lasten des sinnvoll beleuchtbaren Raumwinkelbereichs.
Um auch bei dem kompakten Kühlkörper 6 eine ausreichende Kühlung zumindest der Leuchtdioden 2a, 2b, ggf. auch noch weiterer Bauelemente, zu erreichen, ist der obere Rand 14 des Reflektors 10 als eine Wärmeabgabefläche oder Kühlfläche ausgestaltet. Dazu ist der obere Rand 14 hier als ein ringförmiger, insbesondere kugelschichtförmiger, breiter Rand ausgebildet. Mittels des so ausgestalteten oberen Rands 14 kann Wärme leicht in erheblichem Maß an die Umgebung, insbesondere an eine die Halbleiterlampe 1 umgebende Luft, abgegeben werden. Es kann also eine breitwinklige Raumbeleuchtung bei einer gleichzeitig guten Kühlung erreicht werden. Der obere Rand 14 kann glatt oder zur verbesserten Wärmeabgabe strukturiert sein. Eine Strukturierung kann z. B. Kühlrippen, Kühlstifte usw. umfassen. Wärme kann dabei sowohl von den Leuchtdioden 2a, 2b über die Leiterplatte 4 auf den Reflektor 10 fließen als auch von erwärmter Luft innerhalb der Halbleiterlampe 1.
Der Reflektor 10 dient somit auch als ein weiterer Kühlkörper zusätzlich zu dem Kühlkörper 6. Der Reflektor 10 besteht dazu aus einem gut wärmeleitenden Material, z. B. mit Aluminium, Magnesium und/oder Kupfer bzw. Legierungen davon oder aus Keramik. Zudem vergrößert sich eine Wandstärke d des Reflektors 10. Die Form des Reflektors 10 kann beispielsweise als trompetenförmig oder trichterförmig beschrieben werden. Die Unterseite 11 und die Oberseite 12 können beispielsweise im Profil oder Querschnitt parabelförmig sein, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
2 zeigt in Seitenansicht einen vorderen Bereich einer Halbleiterlampe 18 gemäß einer zweiten Ausführungsform, und 3 zeigt den in 2 gezeigten Bereich der Halbleiterlampe 18 in einer Ansicht von schräg oben.
Die Halbleiterlampe 18 weist ähnlich wie die Halbleiterlampe 1 einen entlang einer Längsachse L hohlen und beidseitig offenen Reflektor 19 auf, welcher auf einer Vorderseite 3 einer Leiterplatte 4 aufgebracht ist. Der Reflektor 19 weist hier ebenfalls einen verbreiterten, kugelschichtförmigen oberen Rand 20 auf, der als eine Wärmeabgabefläche dient und der ein erstes (unteres) Kolbenteil 21a, das in Form einer kugelschnittförmigen Schale aus lichtdurchlässigem Material vorliegt, von einem zweiten (oberen) Kolbenteil 21b in Form einer kugelkalottenförmigen lichtdurchlässigem Schale trennt. Auch die Halbleiterlampe 18 weist auf der Vorderseite 3 der Leiterplatte 4 angeordnete Leuchtdioden 2a, 2b auf, wobei die Leuchtdioden 2a einer ersten Lichtquellengruppe zugehörig sind und seitlich außerhalb des Reflektors 19 angeordnet sind und eine reflektierende Unterseite 22 des Reflektors 19 bestrahlen, während die (hier: vier) Leuchtdioden 2b einer zweiten Lichtquellengruppe innerhalb des Reflektors 19 angeordnet sind bzw. von dem Reflektor 19 umlaufend umgeben werden und ihr Licht teilweise auf eine reflektierende Oberseite 23 des Reflektors abstrahlen und ansonsten direkt durch das zweite Kolbenteil 21b hindurch strahlen. Während die Leuchtdioden 2b der zweiten Lichtquellengruppe zentral in einer kompakten Anordnung auf der Leiterplatte 4 angebracht sind, sind die Leuchtdioden 2a in paarweisen Gruppen ringförmig und symmetrisch zu der Längsachse L angeordnet.
Während die Oberseite 23 des Reflektors 19 glatt ist, weist die Unterseite 22 des Reflektors 19 im Profil bzw. Querschnitt eine polygonzugartige Form auf. Dabei ist das zu dem untersten Polygonzug zugehörige Segment der Unterseite 22, welches direkt an die Leiterplatte 4 grenzt, sogar in Richtung der Längsachse L geneigt. Mittels der polygonzugartigen Ausgestaltung der Unterseite 22 lässt sich eine besonders vielgestaltige Lichtabstrahlung erreichen.
Zudem ist das erste Kolbenteil 21a der Halbleiterlampe 18 so ausgestaltet, dass es sich über die breiteste Erstreckung oder Äquator A heraus nach unten (entgegen der Richtung der Längsachse L) ausdehnt, so dass eine Rückstrahlung in den unteren Halbraum UH in einen besonders großen Raumwinkelbereich ermöglicht wird.
Sowohl bei der Halbleiterlampe 1 als auch bei der Halbleiterlampe 18 befinden sich die Leuchtdioden 2a der ersten Lichtquellengruppe und die Leuchtdioden 2b der zweiten Lichtquellengruppe auf einer Ebene. Sie sind besonders einfach bestückbar, insbesondere falls sie auf der gleichen Leiterplatte 4 angeordnet sind. Die einfache Bestückung wird auch dadurch unterstützt, dass die Leuchtdioden 2a, 2b auf einer im Wesentlichen ebenen Fläche und damit nicht angewinkelt zueinander angeordnet sind.
4 zeigt eine Halbleiterlampe 24 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der (Haupt-)Kühlkörper 25 und der an seinem unteren bzw. hinteren Ende anschließende Edisonsockel 26 sind in Seitenansicht dargestellt, während die vorderseitig an den Kühlkörper 25 anschließenden Elemente in einer Schnittdarstellung gezeigt sind.
Im Gegensatz zu den Halbleiterlampen 1 und 18 sind nun die Leuchtdioden 2b der zweiten Lichtquellengruppe vor bzw. oberhalb der Leuchtdioden 2a der ersten Lichtquellengruppe angeordnet. Während, genauer gesagt, die Leuchtdioden 2a weiterhin auf der Leiterplatte 4 (welche selbst auf dem Kühlkörper 25 befestigt ist) angeordnet sind, sind die Leuchtdioden 2b, insbesondere mittels einer zweiten Leiterplatte, auf der Oberseite 27 des Reflektors 28 angeordnet. Der Reflektor 28 kann dazu beispielsweise als ein Vollkörper ausgebildet sein, dessen reflektierende Unterseite 29 die Leuchtdioden 2a der ersten Lichtquellengruppe überwölbt bzw. von diesen angestrahlt wird, während die Oberseite 27 als eine Ebene, senkrecht zu der Längsachse L stehende Fläche ausgestaltet sein kann. Die Oberseite 27 und die Unterseite 29 sind wiederum durch einen breiten oberen Rand 30 voneinander getrennt, wobei der obere Rand 30 das erste Kolbenteil 21a und das zweite Kolbenteil 21b voneinander trennt und eine Wärmeabgabefläche darstellt. Der Reflektor 28 ist mit seiner Fußfläche 31 großflächig auf die Vorderseite 3 der Leiterplatte 4 aufgesetzt.
Die Leuchtdioden 2b der zweiten Lichtquellengruppe sind auf einer Vorderseite eines zweiten Substrats in Form einer zweiten Leiterplatte 32 angeordnet, z. B. ringförmig bzgl. der Längsachse L oder matrixförmig, wobei die zweite Leiterplatte 32 mit ihrer Rückseite flächig auf dem Reflektor 28 aufliegt. Die Oberseite 27 braucht nicht verspiegelt zu sein, kann es aber. Bei der Halbleiterlampe 24 sind somit die Leuchtdioden 2a und 2b auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet.
Da der Reflektor 28 nicht mehr die Leuchtdioden 2b umgeben muss, ist seine Kontaktfläche, welche durch seine Fußfläche 31 bestimmt ist, mit der Leiterplatte 4 erheblich größer als bei den Halbleiterlampe 1 und 18. Somit kann eine Wärmeleitung von den Leuchtdioden 2a der ersten Lichtquellengruppe in den auch als Kühlkörper dienenden Reflektor 28 verstärkt werden. Der Kühlkörper 25 kann der Wärmeabfuhr von den Leuchtdioden 2a und optional auch 2b dienen.
Die Leuchtdioden 2b können in einer Weiterbildung im Wesentlichen nur durch den Reflektor 28 gekühlt werden. Somit ist auch eine Variante möglich, bei welcher die Wärmeabfuhr der Leuchtdioden 2a der ersten Lichtquellengruppe im Wesentlichen über den (Haupt-)Kühlkörper 25 erfolgt und die Wärmeabfuhr von den Leuchtdioden 2b der zweiten Lichtquellengruppe über den auch als Kühlkörper dienenden Reflektor 28. In diesem Falle kann beispielsweise insbesondere auf ein Vorsehen eines Wärmeübergangsmaterials oder eines thermischen Schnittstellenmaterials zwischen dem Reflektor 28 und der Leiterplatte 4 verzichtet werden. Der Kühlkörper 25 wird dann von der Entwärmung der Leuchtdioden 2b entlastet und kann entsprechend kleiner ausgeführt werden.
Alternativ kann der Reflektor auch schwebend über den Leuchtdioden 2a und/oder 2b angeordnet sein.
5 zeigt einen oberen Teil einer Halbleiterlampe 33 gemäß einer vierten Ausführungsform ähnlich zu der Halbleiterlampe 18, wobei jedoch nun der Reflektor 34 als ein Vollkörper ausgebildet ist, an dessen planer Oberseite 35 die Leuchtdioden 2b der zweiten Lichtquellengruppe angeordnet sind. Auch hier ist die Unterseite 36 ähnlich wie die Unterseite 22 im Profil polygonzugartig ausgebildet, und die Oberseite 35 und die Unterseite 36 sind durch einen außenliegenden breiten oberen Rand 37 des Reflektors 34 voneinander getrennt. Auch hier besteht der Reflektor 34 aus einem gut wärmeleitenden Material, z. B. umfassend Aluminium, Magnesium und/oder Kupfer oder Keramik, so dass er als ein zusätzlicher Kühlkörper dient.
6 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Halbleiterlampe 41. Die Halbleiterlampe 41 weist einen (Haupt-)Kühlkörper 42 mit einer Treiberkavität 43 auf, wobei die Treiberkavität 43 zur Aufnahme eines Treibers vorgesehen und eingerichtet ist und mittels eines elektrisch isolierenden Gehäuses 44 verkleidet ist. Auf einer planen Vorderseite des Kühlkörpers 42 ist flächig und thermisch leitend eine Leiterplatte 45 mit ihrer Rückseite angebracht, während die Vorderseite 46 der Leiterplatte 45 ringförmig mit Leuchtdioden 2a der ersten Lichtquellengruppe bestückt ist. Die Leiterplatte 45 ist selbst ringförmig ausgebildet, wobei durch eine mittige Öffnung der Leiterplatte 45 ein nach vorne ragender rohrförmiger Vorsprung 47 des Gehäuses 44 ragt. Zur Durchführung des Vorsprungs 47 durch den Kühlkörper 42 weist der Kühlkörper 42 eine mittige Durchführungsöffnung 48 auf. Der Vorsprung 47, die Leiterplatte 45 und die Durchführungsöffnung 48 sind konzentrisch zu der Längsachse L der Halbleiterlampe 41 ausgebildet.
Ein Reflektor 49 mit einem breiten oberen Rand 56 ist auch hier auf der Vorderseite 46 der Leiterplatte 45 angebracht und überwölbt die Leuchtdioden 2a der ersten Lichtquellengruppe so, dass deren Licht teilweise verstärkt seitlich und in den unteren Halbraum UH abgelenkt wird. Dazu ist eine reflektierende Unterseite 50 des Reflektors 49 hier beispielhaft gekrümmt ausgeführt, kann aber auch in Form von Polygonzugbereichen und/oder Facetten vorliegen. Wie schon bei der Halbleiterlampe 1 werden die Leuchtdioden 2a der ersten Lichtquellengruppe seitlich von einem ersten Kolbenteil 13a abgedeckt, welches im montierten Zustand zwischen dem Kühlkörper 42 und dem Reflektor 49 klemmend oder pressend fixiert ist.
Im Unterschied zu der Halbleiterlampe 1 ist die mindestens eine Leuchtdiode 2b der zweiten Lichtquellengruppe nun über eine zweite Leiterplatte 32 in Richtung der Längsachse L auf einer Oberseite 51 des Reflektors 49 angeordnet oder angebracht. Genauer gesagt weist die Oberseite 51 einen zentralen ebenen Bereich 49a auf, auf welchem die Rückseite der Leiterplatte 32 flächig aufsetzbar ist, ggf. über ein Wärmeschnittstellenmaterial. Der Seitenbereich der Oberseite 51 ist hingegen ähnlich zu der Oberseite 12 der Halbleiterlampe 1 nach außen aufweitend ausgebildet. Das von den Leuchtdioden 2b abgestrahlte Licht kann somit teilweise von der Oberseite 51 des Reflektors 49 reflektiert werden. Die Leuchtdioden 2b der zweiten Lichtquellengruppe sind weiter vorne bzw. oben angeordnet als die Leuchtdioden 2a der ersten Lichtquellengruppe, so dass die beiden Lichtquellengruppen bzw. deren Leuchtdioden 2a, 2b auf unterschiedlichen Ebenen bezüglich der Längsachse L angeordnet sind.
Der Reflektor 49 weist ferner eine rückwärtige, zu der Längsachse L zentrierte Aufnahmeöffnung 52 zur Aufnahme des über die Leiterplatte 45 vorstehenden Abschnitts des Vorsprungs 47 des Gehäuses 44 auf. Der Reflektor 49 kann dadurch an dem Vorsprung 47 befestigt und mittels dessen positioniert werden.
Zur Montage kann beispielsweise das Gehäuse 44 rückwärtig in die Treiberkavität 43 des Kühlkörpers 42 eingeschoben werden, so dass der Vorsprung 47 nach vorne durch die Durchlassöffnung 48 ragt. Folgend kann die ringförmige Leiterplatte 45 auf den Vorsprung 47 aufgesteckt und zur mechanischen und thermischen Kontaktierung auf die Vorderseite des Kühlkörpers 42 aufgelegt werden, vorzugsweise über ein thermisches Schnittstellenmaterial, beispielsweise eine Wärmeleitfolie. Dann kann das erste Kolbenteil 13a auf einen seitlichen Randbereich einer Vorderseite des Kühlkörpers 42 aufgesetzt werden. Als nächstes kann der Reflektor 49 mit seiner Aufnahmeöffnung 52 auf den Vorsprung 47 aufgesteckt werden. Dabei können die Leuchtdioden 2b mit der Leiterplatte 32 bereits auf dem Reflektor 49 befestigt sein, oder die Leiterplatte 32 mit den darauf bestückten Leuchtdioden 2b kann in einem folgenden Schritt auf die Oberseite 51 aufgesetzt werden. Danach können Schrauben 15 durch entsprechende Durchlassöffnungen oder Bohrungen in der zweiten Leiterplatte 32 und in dem Reflektor 49 bis zu passenden Gegengewinden in dem Vorsprung 47, genauer gesagt in verstärkten Bereichen 17 des Vorsprungs 47 eingebracht und verschraubt werden. Durch das Verschrauben werden die zweite Leiterplatte 32 und das Gehäuse 44 zueinander hingezogen, worauf der dazwischenliegende Reflektor 49, die (erste) Leiterplatte 45 und der Kühlkörper 42 dazwischen und miteinander zusammengepresst werden. So wird eine besonders einfache und feste Montage der beschriebenen Elemente erreicht. Neben einer sicheren mechanischen Fixierung wird auch ein geringer Wärmeübergangswiderstand dazwischen ermöglicht.
Zur Fixierung des zweiten Kolbenteils 55 kann dieses auf den Reflektor 49 aufgesetzt werden und mit der zweiten Leiterplatte 32 verrastet werden. Dazu weist das zweite Kolbenteil 55 einen nach innen gerichteten Rasthaken 53 auf, welcher in eine entsprechende Rastaussparung 54 des Reflektors 49 eingeführt werden kann. Die Rastaussparung 54 umfasst einen Hinterschnitt des Reflektors 49 im Bereich der zweiten Leiterplatte 32, so dass der Rasthaken 53 die zweite Leiterplatte 45 zur Verrastung hintergreifen kann.
7 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Halbleiterlampe 57 gemäß einer sechsten Ausführungsform. Die Halbleiterlampe 57 entspricht im Wesentlichen der Halbleiterlampe 1, außer dass die Halbleiterlampe 57 nun Kühlkanäle 58 aufweist, von denen hier ein Kühlkanal 58 beispielhaft dargestellt ist. Die Kühlkanäle 58 sind insbesondere beidseitig nach Außen offen, so dass sie von Kühlluft durchströmbar sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kühlkanäle 58 im Wesentlichen vertikal angeordnet und führen durch den Kühlkörper 6, durch die Leiterplatte 4 und weiter durch den Reflektor 10, welche Elemente 4, 6, 10 entsprechende, passend angeordnete Durchführungen, insbesondere Bohrungen, als Kanalabschnitte aufweisen. Alternativ kann der Reflektor 10 auch direkt auf dem Kühlkörper 6 aufsitzen und mit diesem zusammen den Kühlkanal 58 bilden.
8 zeigt ein Polarwinkeldiagramm einer Leuchtstärkeverteilung einer erfindungsgemäßen Halbleiterlampe, beispielsweise eine Halbleiterlampe 1, 18, 24, 33, 41 oder 57 mit zwei Messungen M1 (durchgezogene Linie) und M2 (gestrichelte Linie). Die Leuchtstärkeverteilung in einen bestimmten Polarwinkel ist bis zu ca. 160° signifikant und bis zu ca. 125° für praktische Zwecke im Wesentlichen homogen.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
So können die Kolbenteile und/oder der Reflektor mit mindestens einem Leuchtmittel zur Wellenlängenkonversion ausgestattet sein.
Auch mögen die Leuchtdioden der ersten Lichtquellengruppe nur teilweise oder gar nicht überwölbt sein, sondern der Reflektor mag (in Draufsicht) seitlich dieser Leuchtdiode(n) angeordnet sein.
Ganz allgemein kann der Reflektor direkt auf dem Kühlkörper aufsitzen (also nicht nur auf der Leiterplatte bzw. dem Substrat), ggf. über ein Wärmeschnittstellenmaterial (TIM). Das Substrat kann dann beispielsweise ringförmig ausgestaltet sein bzw. der Reflektor kann von Einzelplatinen umgeben sein.
Während die gezeigten Halbleiterlichtquellen insbesondere als Glühlampen-Retrofitlampen einsetzbar sind, ist die Erfindung weder darauf noch auf Retrofitlampen beschränkt.
Der Reflektor kann, insbesondere falls die zweite Lichtquellengruppe darauf angebracht ist, passende Kabelführungen aufweisen, z. B. Durchgangskanäle, so dass die zweite Lichtquellengruppe und/oder das zweite Substrat elektrisch verbindbar sind, insbesondere mit einem in der Treiberkavität angeordneten Treiber.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterlampe
2a: Leuchtdiode
2b: Leuchtdiode
3: Vorderseite der Leiterplatte
4: Leiterplatte
5: Rückseite der Leiterplatte
6: Kühlkörper
7: Treiberkavität
8: Gehäuse
9: Vorsprung des Gehäuses
10: Reflektor
11: Unterseite des Reflektors
12: Oberseite des Reflektors
13a: erstes Kolbenteil
13b: zweites Kolbenteil
14: oberer Rand des Reflektors
15: Schraube
16: Aussparung des Reflektors
17: verstärkter Bereich des Gehäuses
18: Halbleiterlampe
19: Reflektor
20: oberer Rand des Reflektors
21a: erstes Kolbenteil
21b: zweites Kolbenteil
22: Unterseite des Reflektors
23: Oberseite des Reflektors
24: Halbleiterlampe
25: Kühlkörper
26: Edisonsockel
27: Oberseite des Reflektors
28: Reflektor
29: Unterseite des Reflektors
30: oberer Rand
31: Fußfläche
32: zweite Leiterplatte
33: Halbleiterlampe
34: Reflektor
35: Oberseite des Reflektors
36: Unterseite des Reflektors
37: oberer Rand
41: Halbleiterlampe
42: Kühlkörper
43: Treiberkavität
44: Gehäuse
45: Leiterplatte
46: Vorderseite der Leiterplatte
47: Vorsprung des Gehäuses
48: Durchführungsöffnung
49: Reflektor
49a: ebener Bereich
50: Unterseite des Reflektors
51: Oberseite des Reflektors
52: Aufnahmeöffnung
53: Rasthaken
54: Rastaussparung
55: zweites Kolbenteil
56: oberer Rand des Reflektors
57: Halbleiterlampe
58: Kühlkanal
A: Äquator
L: Längsachse
M1: Messung
M2: Messung
S: Spitze
OH: oberer Halbraum
SB: Schattenbereich
UH: unterer Halbraum

Claims

Halbleiterlampe (1; 18; 24; 33; 41; 57), aufweisend – einen Reflektor (10; 19; 28; 34; 49) mit einer Unterseite (11; 22; 29; 36; 50) und einer Oberseite (12; 23; 27; 35; 51), wobei sich die Unterseite (11; 22; 29; 36; 50) seitlich aufweitet und wobei die Unterseite (11; 22; 29; 36; 50) und die Oberseite (12; 23; 27; 35; 51) durch einen oberen Rand (14; 20; 30; 37) voneinander getrennt sind, und aufweisend – eine erste Lichtquellengruppe mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (2a) und eine zweite Lichtquellengruppe mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (2b), – wobei der Reflektor (10; 19; 28; 34; 49) als ein Kühlkörper für die erste Lichtquellengruppe (2a) und/oder für die zweite Lichtquellengruppe vorgesehen (2b) ist; – wobei mittels der Unterseite (11; 22; 29; 36; 50) des Reflektors (10; 19; 28; 34; 49) zumindest ein Teil eines von der ersten Lichtquellengruppe (2a) ausstrahlbaren Lichts zumindest in einen von der ersten Lichtquellengruppe (2a) nicht direkt beleuchtbaren Raumwinkelbereich reflektierbar ist, – wobei die zweite Lichtquellengruppe (2b) dazu eingerichtet ist, zumindest einen Schattenbereich (SB) des Reflektor (10; 19; 28; 34; 49) bezüglich der ersten Lichtquellengruppe zu beleuchten, und – wobei der obere Rand (14; 20; 30; 37) des Reflektors (10; 19; 28; 34; 49) als eine Kühlfläche ausgestaltet ist.
Halbleiterlampe (1; 18; 24; 33; 41; 57) nach Anspruch 1, wobei der obere Rand (14; 20; 30; 37) als ein zumindest ringsektorförmiger, breiter Rand ausgebildet ist.
Halbleiterlampe (1; 18; 24; 33; 41; 57) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterlampe (1; 18; 24; 33; 41; 57) einen zweiteiligen lichtdurchlässigen Kolben mit einem ersten Kolbenteil (13a) und einem zweiten Kolbenteil (13b) aufweist, wobei das erste Kolbenteil (13a) die erste Lichtquellengruppe abdeckt und das zweite Kolbenteil (13b) die zweite Lichtquellengruppe (2b) abdeckt und das erste Kolbenteil (13a) und das zweite Kolbenteil (13b) durch den oberen Rand (14; 20; 30; 37) des Reflektors (10; 19; 28; 34; 49) voneinander getrennt sind.
Halbleiterlampe (1; 18; 24; 33; 41; 57) nach Anspruch 3, wobei das zweite Kolbenteil (13b; 21b; 55) mit dem Reflektor (10; 19; 28; 34; 49) verrastbar ist.
Halbleiterlampe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Reflektor (10; 19; 28; 34; 49) mit seinem oberen Rand (11) eine Innenseite eines einstückigen Kolbens flächig kontaktiert.
Halbleiterlampe (1; 18; 24; 33; 41; 47) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterlampe (1; 18; 24; 33; 41) ein erstes Substrat (4; 45), insbesondere erste Leiterplatte (4; 45), aufweist, wobei der Reflektor (10; 19; 28; 34; 49) und zumindest die erste Lichtquellengruppe (2a) auf einer Vorderseite (3; 46) des ersten Substrats (4; 45) angeordnet sind.
Halbleiterlampe (24; 33; 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Lichtquellengruppe (2b) auf der Oberseite (27; 35; 51) des Reflektors (28; 34; 49) angeordnet ist.
Halbleiterlampe (24; 33; 41) nach Anspruch 7, wobei die Halbleiterlampe (24; 33; 41) ein zweites Substrat (32), insbesondere zweite Leiterplatte, aufweist, wobei die zweite Lichtquellengruppe (32) auf einer Vorderseite des Substrats (32) angeordnet ist und das Substrat (32) mit seiner Rückseite auf dem Reflektor (28; 34; 49) befestigt ist.
Halbleiterlampe (41) nach Anspruch den Ansprüchen 4 und 8, wobei das zweite Kolbenteil (55) einen Rasthaken (53) aufweist, welcher hinter das zweite Substrat (32) verrastbar ist.
Halbleiterlampe (41) nach den Ansprüchen 4 bis 6, wobei – der Kühlkörper (42) eine mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse (44), insbesondere Kunststoffgehäuse, verkleidete Treiberkavität (43) aufweist, – wobei das Gehäuse (44) durch den Kühlkörper (42) und durch das erste Substrat (45) bis zu dem Reflektor (49) ragt und – das zweite Substrat (32) durch den Reflektor (49) hindurch mit dem Gehäuse (44) verbunden, insbesondere verschraubt, ist.
Halbleiterlampe (1; 18; 57) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reflektor (10; 19) in Längsrichtung hohl und beidseitig offen ist und die zweite Lichtquellengruppe (2b) seitlich von dem Reflektor (10; 19) umgeben ist.
Halbleiterlampe (1; 57) nach den Ansprüchen 6 und 11, wobei – die Rückseite des ersten Substrats (4; 45) auf einem Kühlkörper (6) angebracht ist, – der Kühlkörper (6) eine mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse (8), insbesondere Kunststoffgehäuse, verkleidete Treiberkavität (7) aufweist und – der Reflektor (10) durch die Leiterplatte (4) und durch den Kühlkörper (6) hindurch mit dem Gehäuse (8) verschraubt ist.
Halbleiterlampe (1; 18; 24; 33; 41; 57) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Lichtquellengruppe mehrere Halbleiterlichtquellen (2a) aufweist, welche ringförmig um den Reflektor (10; 19; 28; 34; 49) herum angeordnet sind.
Halbleiterlampe (1; 18; 24; 33; 41; 57) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterlampe (1; 18; 24; 33; 41) eine Retrofitlampe, insbesondere Glühlampen-Retrofitlampe, ist.
Halbleiterlampe (57) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest der Reflektor (10) mindestens einen Kühlkanal (58) aufweist.