DE102011007214B4

DE102011007214B4 - Kolben für Halbleiter - Leuchtvorrichtung sowie Halbleiter - Leuchtvorrichtung

Info

Publication number: DE102011007214B4
Application number: DE102011007214A
Authority: DE
Inventors: Johannes Hoechtl
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2031-04-13
Also published as: US20140029266A1; US9739426B2; CN103459914B; DE102011007214A1; CN103459914A; WO2012139841A1

Abstract

Kolben (101, 201, 301, 401) für eine Halbleiter-Leuchtvorrichtung (100; 300; 400), wobei der Kolben (101) – dreidimensional ausgedehnt ist, – mindestens eine optisch wirksame Oberflächenstruktur (106) aufweist, – mindestens eine Durchgangsbohrung (107) aufweist und – an mindestens einer Durchgangsbohrung (107) ein optisches Element (109) gesteckt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen dreidimensional ausgedehnten Kolben für eine Halbleiter-Leuchtvorrichtung. Die Erfindung betrifft ferner eine Halbleiter-Leuchtvorrichtung mit einem solchen Kolben.
Es sind LED-Glühlampen-Retrofitlampen bekannt, welche Leuchtdioden (LEDs) als Lichtquellen aufweisen und dazu vorgesehen sind, herkömmliche Glühlampen zu ersetzen. Dazu dürfen die Glühlampen-Retrofitlampen eine Außenabmessung der herkömmlichen Glühlampe nicht wesentlich überschreiten. Gleichzeitig sollte eine Glühlampen-Retrofitlampe auch die im Wesentlichen omnidirektionale Lichtverteilung der herkömmlichen Glühlampe nachahmen können. Dies ist jedoch aufgrund der gerichteten Lichtabstrahlcharakteristik von Leuchtdioden nicht ohne weiteres möglich. Bei einem Betrieb muss zudem für eine ausreichende Kühlung der Leuchtdioden gesorgt werden, wozu ein Kühlkörper eingesetzt wird. Der Kühlkörper schattet jedoch einen Teil des umgebenden Raums ab, so dass eine omnidirektionale Lichtabstrahlung weiter erschwert wird. Die Leuchtdioden sind typischerweise von einem lichtdurchlässigen Kolben überwölbt.
Eine Möglichkeit, eine omnidirektionale Lichtabstrahlung zumindest anzunähern, besteht darin, eine Glühlampen-Retrofitlampe mit mehreren Leuchtdioden zu verwenden, welche in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind. Die überlagerten Lichtverteilungen der Leuchtdioden ergeben das Gesamt-Abstrahlmuster der Glühlampen-Retrofitlampe. Dies bedingt jedoch entweder eine vergleichsweise großflächige oder eine vergleichsweise komplizierte (und damit aufwändig zu bestückende) Anordnung der Leuchtdioden.
Eine weitere Möglichkeit zur Annäherung an eine omnidirektionale Lichtabstrahlung besteht darin, den Kolben mit einem Leuchtstoff (”Remote Phosphor”) zu belegen, wobei der Leuchtstoff von einer LED darauf eingestrahltes Licht zum Teil wellenlängenumgewandelt, zum Teil nicht wellenlängenumgewandelt diffus wieder abstrahlt. Jedoch ist eine solche Lampe in ihrer Konstruktion aufwändig und zudem kostenintensiv.
Eine weitere Möglichkeit zur Annäherung an eine omnidirektionale Lichtabstrahlung besteht in einer Verwendung von Reflektoren. Jedoch bewirken diese einen Schattenwurf und einen Effizienzverlust.
US 2007/0291482 A1 offenbart eine LED-Retrofitlampe mit einem kolbenförmigen dreidimensionalen Substrat, an dessen Außenseite LED-Chips angeordnet sind. Die LED-Chips sind von jeweiligen optischen Linsenelementen überdeckt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine einfach und preiswert herzustellende Leuchtvorrichtung mit einer ausreichend omnidirektionalen Lichtabstrahlung bereitzustellen, insbesondere bei einer Glühlampen-Retrofitlampe.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen (zumindest teilweise) lichtdurchlässigen Kolben für eine Halbleiter-Leuchtvorrichtung, wobei der Kolben dreidimensional ausgedehnt ist, mindestens eine optisch wirksame Oberflächenstruktur aufweist, mindestens eine Durchgangsbohrung aufweist und an mindestens einer Durchgangsbohrung ein optisches Element gesteckt ist.
Die dreidimensionale Ausdehnung ermöglicht (im Gegensatz zu einer im Wesentlichen nur ebenen, ”zweidimensionalen” Abdeckplatte) eine verbesserte großwinklige Abstrahlung von Licht, d. h. insbesondere in Winkelbereiche, welche ohne die optische Wirkung des Kolbens nicht oder nur in geringem Maße beleuchtbar sind, z. B. auch Winkelbereiche, die größer sind als ein Halbraum. Die dreidimensionale Ausdehnung umfasst beispielsweise eine gewölbte Form des Kolbens oder eine hochstehende, nach vorne offene Form des Kolbens.
Durch die Oberflächenstruktur kann aus dem Kolben austretendes Licht gezielt in vorbestimmte Raumbereiche gerichtet, insbesondere gezielt umgelenkt, werden, insbesondere für eine verbesserte großräumige (insbesondere omnidirektionale) Abstrahlung. Insbesondere kann so Licht verstärkt seitlich und (in Bezug auf eine Längsrichtung der Leuchtvorrichtung) nach hinten abgestrahlt werden. Dies ermöglicht speziell eine großflächigere Lichtabstrahlung für den Fall, dass Licht mit einer erheblich unregelmäßigen räumlichen Verteilung auf dem Kolben auftritt. Mittels der Oberflächenstruktur kann zumindest teilweise auf eine komplizierte, insbesondere in unterschiedliche Richtungen ausgerichtete, Ausrichtung mehrerer Leuchtdioden verzichtet werden. Auch braucht der Kolben nicht aufwändig mit Leuchtstoff belegt zu werden. Darüber hinaus kann beispielsweise auf ein Vorsehen von zusätzlichen, dedizierten Reflektorkörpern oder Lichtleitkörpern verzichtet werden.
Die mindestens eine Durchgangsbohrung kann als optisch aktive Oberflächenstruktur dienen. Mindestens eine Durchgangsbohrung kann ferner einem Luftaustausch und damit einer verbesserten Kühlung der Lichtquellen dienen. Mindestens eine Durchgangsbohrung kann zur Befestigung des Kolbens dienen, z. B. als Schraubloch. Mindestens eine Durchgangsbohrung mag mehrere dieser Funktionen übernehmen.
Dass an mindestens einer Durchgangsbohrung ein optisches Element eingesteckt ist, ermöglicht eine besonders flexible Ausgestaltung des Kolbens, insbesondere für verschiedene Anwendungsfälle. Insbesondere können so, je nach Ausgestaltung, verschieden geformte optische Elemente auf eine gleiche Grundform angebracht werden. Zudem wird eine komplexe Form der Oberflächenstruktur mit einer vergleichsweise einfachen Herstellung kombiniert, und damit auch eine besonders gute Annäherung an eine großwinklige Lichtabstrahlung. Das optische Element kann insbesondere seitlich über den restlichen Kolben überstehen, um eine effektive Lichtabstrahlung nach hinten (in einen unteren Halbraum) zu ermöglichen. Ein optisches Element kann, insbesondere zusammen mit der Durchgangsbohrung, eine optisch aktive Oberflächenstruktur darstellen.
Das optische Element kann an der Durchgangsbohrung insbesondere mittels einer Presspassung, mittels einer Rastverbindung, z. B. Schnappverbindung und/oder mittels einer Haftverbindung, insbesondere Klebeverbindung, befestigt sein.
Unter einer Halbleiter-Leuchtvorrichtung wird insbesondere eine Leuchtvorrichtung verstanden, welche mindestens eine Halbleiterlichtquelle aufweist, insbesondere nur mindestens eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere Leuchtdiode(n).
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.
Die Leuchtvorrichtung kann allgemein eine oder mehrere optisch aktive Oberflächenstrukturen aufweisen. Eine optisch aktive Oberflächenstruktur kann insbesondere eine Oberflächenstruktur sein, welche einen auf sie einfallenden Lichtstrahl aufgrund ihrer Form merklich umlenkt, insbesondere merklich stärker als eine nicht-strukturierte (plane) Oberfläche.
Die mindestens eine optisch aktive Oberflächenstruktur kann an einer Innenseite des Kolbens und/oder, bevorzugt, an einer Außenseite des Kolbens vorhanden sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Kolben in Umfangsrichtung zumindest sektorweise umlaufende ringförmige Erhebungen (als die mindestens eine optisch aktive Oberflächenstruktur) aufweist. Durch diese Erhebungen lässt sich eine deutliche Ausrichtung des von der Oberflächenstruktur abgegebenen Lichts erreichen. Die ringförmigen Erhebungen sind bevorzugt im Profil dreieckförmig, aber allgemein nicht auf eine Dreieckform beschränkt. Mehrere ringförmige Erhebungen mögen gleiche oder unterschiedliche Größen und/oder Dreieckformen aufweisen. Jedoch ist die Profilform der Erhebungen nicht beschränkt und kann beispielsweise zumindest abschnittsweise freiförmig, polygonzugartig, gekrümmt usw. ausgebildet sein.
Es ist eine spezielle Weiterbildung, dass die ringförmigen Erhebungen in Form von Fresnel-Ringen ausgebildet sind. Dies ermöglicht eine linsenartige Wirkung der Oberflächenstruktur.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass die optisch aktive Oberflächenstruktur mindestens einen konvex geformten Vorsprung und/oder mindestens einen konkav geformten Rücksprung aufweist, da so insbesondere eine linsenartige Abbildung ermöglicht wird. Auch ist beispielsweise eine optisch aktive Oberflächenstruktur in Form einer Kissenstruktur möglich.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der Kolben einen Basisbereich mit einer hohlzylinderförmigen Grundform aufweist, wobei die ringförmigen Erhebungen an einer außenseitigen Mantelfläche des Basisbereichs angeordnet sind. So kann insbesondere eine Lichtlenkung zur Seite und nach hinten (entgegen der Längsrichtung des Kolbens) unterstützt werden.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Kolben zweiseitig offen ist bzw. beide Endflächen des Kolbens offen sind. So kann Licht teilweise aus einer der offenen Endflächen abgegeben werden ohne den Kolben durchlaufen zu müssen. Auch wird so eine besonders einfache Luftzufuhr zu den Lichtquellen und folglich eine besonders effektive Kühlung ermöglicht. Der Kolben ist nach seiner Montage an einer Leuchtvorrichtung in anderen Worten ein oben offener Kolben.
Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass der Basisbereich einseitig mittels eines Abdeckbereichs mit einer kugelkalottenförmigen Grundform abgedeckt ist bzw. eine Endfläche des Basisbereichs mittels eines Abdeckbereichs mit einer kugelkalottenförmigen Grundform abgedeckt ist. Der Abdeckbereich ermöglicht einen Schutz der von dem Kolben überwölbten Halbleiterlichtquelle(n). Der Abdeckbereich mag selbst nicht optisch aktiv sein und beispielsweise eine einfache Schalenform aufweisen.
Es ist noch eine alternative Ausgestaltung, dass der Basisbereich einseitig mittels eines Abdeckbereichs mit einer trichterförmigen Grundform abgedeckt ist bzw. eine Endfläche des Basisbereichs mittels eines Abdeckbereichs mit einer trichterförmigen Grundform abgedeckt ist. Die trichterförmige Grundform ermöglicht einen vergleichmäßigten Übergang der Lichtverteilung von einem nach vorne gerichteten Bereich zu einem seitlichen Bereich.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass der Kolben eine kugelkalottenförmige Grundform aufweist. Dies ermöglicht eine besonders nahe Formangleichung an eine herkömmliche Glühlampe.
Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Durchgangsbohrung mehrere Durchgangsbohrungen umfasst, welche in einer Umfangsrichtung des Kolbens beabstandet, insbesondere gleichbeabstandet, angeordnet sind. So wird eine in Umfangsrichtung hochgradig gleichverteilte Lichtabstrahlung ermöglicht. Die Durchgangsbohrungen können insbesondere in einer gemeinsamen, insbesondere horizontalen, Ebene liegen.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der Kolben an einer Auflagefläche mindestens eine Aussparung zur Aufnahme mindestens einer Lichtquelle aufweist. So mag das Licht mindestens einer Lichtquelle im Wesentlichen direkt (und nicht durch einen von dem Kolben als solchem überdeckten oder umgebenen Raum) in den Kolben eingestrahlt werden. Dies ergibt den Vorteil, dass der Kolben auch als ein Lichtleiter dienen kann und so eine besonders effektive Lichtverteilung ermöglicht. Zudem wird ein von dem Kolben überdeckter oder umgebener Raum (”Kolbenraum”) für andere Elemente nutzbar, z. B. für einen Treiber, was eine besonders kompakte Leuchtvorrichtung ermöglicht.
Alternativ kann der Kolben die mindestens einen Halbleiterlichtquelle zumindest teilweise seitlich umgeben. Insbesondere ein Basisbereich mit einer hohlen, mindestens zweiseitig offenen, beispielsweise hohlzylinderförmigen, Grundform mag die mindestens eine Halbleiterlichtquelle seitlich umgeben.
Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens ein Träger für elektrische und/oder elektronische Bauelemente, insbesondere ein Treiberbaustein, zumindest teilweise in einen von dem Kolben umgebenen Raum (den Kolbenraum) ragt bzw. dort angeordnet ist. Dadurch wird eine besonders kompakte Leuchtvorrichtung ermöglicht. Der Treiberbaustein) und/oder eine Innenseite des Kolbens können insbesondere zumindest teilweise reflektierend ausgestaltet sein, um Lichtverluste zu verringern. Darüber hinaus ergibt sich ein thermischer Vorteil, insbesondere da ein Wärmeeintrag auf weiter unten angeordnete Leuchtdioden geringer ist und eine zusätzliche Kühlung des Treibers über einen offenen Kolben und/oder Bohrungen möglich ist. Die reflektierende Ausgestaltung der Kolbeninnenseite ermöglicht zudem einen Sichtschutz des Treibers. Der Kolben kann insbesondere bei einem Vorhandensein des Treibers innerhalb des Kolbenraums eine oder mehrere Kühlungskanäle aufweisen, welche den Kolbenraum mit einer Außenseite verbinden. Die Kühlungskanäle können auch mittels der Durchgangsbohrungen bereitgestellt werden.
Der Kolben kann insbesondere einstückig ausgeführt sein.
Der Kolben kann transparent oder transluzent sein. Insbesondere ein transluzenter Kolben kann eine bezüglich einer Intensität oder Helligkeit, und ggf. auch Farbe, homogenisierte Lichtverteilung bewirken. Der transluzente Kolben kann insbesondere milchig sein. Der Kolben mag auch Streupartikel aufweisen, z. B. eine Öl-Wasser-Suspension, als Füllstoffe verwendete Streupartikel oder Gasinklusionen.
An dem Kolben kann auch mindestens ein wellenlängenumwandelnder Leuchtstoff vorhanden sein.
Der Kolben mag insbesondere aus Glas oder Kunststoff bestehen.
Der Kolben mag zumindest teilweise reflektierend beschichtet sein. Der Kolben mag an seiner dem Kolbenraum zugewandten Seite teilweise oder ganz beschichtet sein. Der Kolben kann zusätzlich oder alternativ an seiner dem Kolbenraum abgewandten Außenseite teilweise beschichtet sein.
Der Kolben mag im Wesentlichen einwandig oder mehrwandig vorliegen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Halbleiter-Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens einen lichtdurchlässigen Kolben wie oben beschrieben.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Halbleiter-Leuchtvorrichtung mindestens eine Halbleiterlichtquelle aufweist, wobei der lichtdurchlässige Kolben zum Durchleiten eines von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle abgestrahlten Lichts dient und wobei der Kolben mindestens eine Halbleiterlichtquelle umgibt, d. h. insbesondere seitlich umgibt oder seitlich und von oben umgibt bzw. überdeckt.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle nach vorne orientiert ist. Darunter wird insbesondere eine Ausrichtung der Lichtquelle als solcher (aber nicht notwendigerweise der zugehörigen Hauptabstrahlrichtung) in eine Richtung entlang einer Längsachse der Leuchtvorrichtung verstanden. Insbesondere bei mehreren nach vorne gerichteten Lichtquellen wird so deren Anbringung erheblich vereinfacht. Insbesondere können die Halbleiterlichtquellen auf einem horizontalen Aufsatzbereich angeordnet sein.
Eine Längsachse der Leuchtvorrichtung kann sich insbesondere von einem untersten Punkt eines Sockels zu einem obersten Punkt erstrecken, wobei der oberste Punkt insbesondere durch eine Spitze des Kolbens gebildet werden kann. Die Längsachse mag zumindest im Wesentlichen einer Symmetrieachse der Leuchtvorrichtung und/oder des Kolbens entsprechen.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass eine Hauptabstrahlrichtung (welche ein Intensitätsmaximum des emittierten Lichts umfasst) der mindestens eine Halbleiterlichtquelle zur Seite (nicht parallel zu der Längsachse der Leuchtvorrichtung oder des Kolbens) gerichtet ist. So kann ein besonders hoher Anteil an Licht seitlich und/oder nach hinten abgestrahlt werden. Die Halbleiterlichtquellen können insbesondere eine in einer gleichen, insbesondere horizontalen, Ebene liegende Hauptabstrahlrichtung(en) aufweisen. Die Halbleiterlichtquellen können dazu eine Hauptabstrahlrichtung aufweisen, welche zumindest im Wesentlichen mit einer optischen Symmetrieachse zusammenfällt (”in Vorwärtsrichtung emittierende Halbleiterlichtquellen”) und dann geneigt orientiert oder montiert sein. Die Halbleiterlichtquellen können alternativ nach vorne orientiert oder montiert sein, aber eine Hauptabstrahlrichtung aufweisen, welche mit der optischen Symmetrieachse nicht zusammenfällt (”seitlich emittierende Halbleiterlichtquellen”).
Es wird bevorzugt, wenn die Halbleiterlichtquellen drehsymmetrisch angeordnet sind, was eine in Umfangsrichtung gleichmäßige Lichtverteilung sowie eine vereinfachte Bestückung unterstützt.
Es wird besonders bevorzugt, dass der zugehörige Kolben mindestens eine einer Halbleiterlichtquelle zugehörige Durchgangsbohrung mit einem daran befestigten optischen Element aufweist. Insbesondere mag jeder der Halbleiterlichtquellen ein optisches Element zugeordnet sein, welches sich im Bereich der Hauptabstrahlrichtung der zugehörigen Halbleiterlichtquelle befindet. Insbesondere kann eine Längsachse der Durchgangsbohrung mit einer Hauptabstrahlrichtung der Halbleiterlichtquelle zusammenfallen, d. h., dass die Halbleiterlichtquelle in die Durchgangsbohrung gerichtet ist.
Die Leuchtvorrichtung ist grundsätzlich nicht beschränkt und kann Leuchtsysteme, Leuchten und Module umfassen. Aufgrund der besonders einfach herzustellenden und kompakten Bauform des Kolbens ist eine Verwendung des Kolbens mit einer Lampe als der Leuchtvorrichtung besonders bevorzugt. Die Lampe kann insbesondere eine Retrofitlampe sein.
Es ist eine besonders bevorzugte Ausgestaltung, dass die Halbleiter-Leuchtvorrichtung eine Glühlampen-Retrofitlampe ist. Der Kolben ermöglicht insbesondere bei der Ausbildung der Leuchtvorrichtung als Glühlampen-Retrofitlampe eine verstärkt omnidirektionale Lichtabstrahlung ohne dedizierte Reflektorelemente, Leuchtstoffbereiche usw. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und kann auch andere Arten von Retrofitlampen umfassen, z. B. eine Halogenlampen-Retrofitlampe, eine Leuchtstoffröhren-Retrofitlampe oder eine Linienlampen-Retrofitlampe.
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 in einer Ansicht von schräg unten einen Kolben gemäß einer ersten Ausführungsform zusammen mit einer Leuchteinrichtung;
2 zeigt eine Leuchtvorrichtung mit dem Kolben gemäß der ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht;
3 zeigt den Kolben gemäß der ersten Ausführungsform in einer Draufsicht;
4 zeigt in einer Seitenansicht einen Kolben gemäß einer zweiten Ausführungsform zusammen mit mehreren Leuchtdioden;
5 zeigt den Kolben gemäß der zweiten Ausführungsform mit den Leuchtdioden als Schnittdarstellung in Seitenansicht;
6 zeigt den Kolben gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Ansicht von schräg unten;
7 zeigt in einer Seitenansicht einen Kolben gemäß einer dritten Ausführungsform;
8 zeigt den Kolben gemäß der dritten Ausführungsform als Schnittdarstellung in Seitenansicht;
9 zeigt in einer Seitenansicht einen Kolben gemäß einer vierten Ausführungsform zusammen mit einer Leuchtdiode.
1 zeigt in einer Ansicht von schräg unten Elemente einer Leuchtvorrichtung 100, nämlich einen Kolben 101 gemäß einer ersten Ausführungsform zusammen mit einer Leuchteinrichtung 102. 2 zeigt die Leuchtvorrichtung 100 mit dem Kolben 101 in einer Seitenansicht. 3 zeigt den Kolben 101 in einer Draufsicht.
Der Kolben 101 weist eine kugelkalottenförmige, insbesondere zumindest annähernd halbkugelschalige, Grundform auf und ist folglich dreidimensional ausgedehnt. Der Kolben 101 weist eine (vordere) Spitze 103 und einen (rückwärtigen oder hinteren) Auflagerand 104 auf. Der Kolben 101 kann mittels des Auflagerands 104 insbesondere auf einen Kühlkörper (o. Abb.) der Leuchtvorrichtung 100 aufgesetzt werden. Der Kolben 101 weist eine Längsachse L auf, welche sich von einer Mitte einer durch den Auflagerand 104 begrenzten Ebene zu der Spitze 103 hin erstreckt. Die Längsachse L stellt gleichzeitig eine Symmetrieachse für den Kolben 101 dar. Der Kolben 101 begrenzt und überwölbt einen Kolbenraum 105. Der Kolben 101 ist insbesondere für eine Leuchtvorrichtung 100 in Form einer Glühlampen-Retrofitlampe geeignet, da er dafür besonders formkompatibel gestaltet ist.
2 zeigt, dass die Längsachse L auch eine Längsachse der Leuchtvorrichtung 100 darstellt, die sich von einem durch einen Sockel 116 gebildeten rückwärtigen Ende bis zu der Spitze erstreckt.
Der Kolben weist sechs identisch aufgebaute, optisch wirksame Oberflächenstrukturen 106 auf, welche in dem Kolben 101 an einem Bereich einer größten seitlichen Ausdehnung bzw. eines größten Durchmessers angeordnet sind, und zwar in Umfangsrichtung, d. h. hier drehsymmetrisch um 60°, um die Längsachse L.
Jede der Oberflächenstrukturen 106 weist eine zumindest im Wesentlichen senkrecht durch den Kolben 101 laufende Durchgangsbohrung 107 auf. Von einer Außenseite 108 des Kolbens 101 aus ist ein optisches Element 109 in die Durchgangsbohrung 107 eingesteckt und damit fest verbunden.
Jedes optische Element 109 weist eine hohlzylindrische Grundform auf, an deren äußerer Mantelfläche 110 zwei ringförmige Erhebungen 111 mit einem jeweiligen dreieckförmigen Profil umlaufen. Ein durch eine Innenwand des optischen Elements 109 gebildetes Längsloch 112 liegt senkrecht zu der Längsachse L des Kolbens 101. Im Bereich des optischen Elements 109 ist der Auflagerand 104 nach unten ausgebaucht, wodurch eine genaue Positionierung des Kolbens 101 in Bezug auf seine Drehlage um die Längsachse L ermöglicht wird.
Die optischen Elemente 109 können für eine einfache Herstellung insbesondere separat hergestellt und folgend an der zugehörigen Durchgangsbohrung 107 befestigt (insbesondere aufgesteckt oder eingesteckt) worden sein, z. B. durch eine Presspassung, Klemmpassung und/oder eine Klebeverbindung usw.
Die optischen Elemente 109 können alternativ einstückig an dem Kolben 101 vorliegen.
Die Leuchteinrichtung 102 kann eine oder mehrere Leuchtdioden 114 als Halbleiterlichtquellen aufweisen. Die Leuchtvorrichtung 100 bzw. deren mindestens eine Leuchtdiode 114 strahlen hier im Wesentlichen seitlich ab. Dies kann insbesondere bedeuten, dass eine Hauptabstrahlrichtung schräg, insbesondere rechtwinklig, zu der Längsachse L liegt. Unter einer Hauptabstrahlrichtung kann insbesondere eine Abstrahlrichtung verstanden werden, welche ein Intensitätsmaximum oder Helligkeitsmaximum der Halbleiterlichtquelle umfasst. Bei der Leuchtvorrichtung 100 ist deren Hauptabstrahlrichtung (bzw. die Hauptabstrahlrichtung der zugehörigen Leuchtdiode(n) 114) auf die Durchgangsbohrung 107 und das Längsloch 112 gerichtet und läuft durch das Längsloch 112. Das Längsloch 112 kann somit sowohl als Lichtdurchlassöffnung als auch als Luftaustauschöffnung dienen.
Die Leuchtdiode(n) 114 können dabei nach vorne orientiert montiert sein, d. h., dass sie auf einer in Bezug auf die Längsachse L horizontalen Ebene montiert sind und mit ihrer eigenen Längsachse parallel zu der Längsachse L ausgerichtet sind. Die Leuchtdiode(n) 114 weisen dann insbesondere eine Hauptabstrahlrichtung auf, welche von ihrer Längsachse abweicht (”seitlich abstrahlende Leuchtdiode” 114). Die Leuchtdiode(n) 114 können alternativ seitlich orientiert montiert sein, d. h., dass sie auf einer in Bezug auf die Längsachse L nicht horizontal orientierten Ebene montiert sind und mit ihrer eigenen Längsachse nicht parallel zu der Längsachse L ausgerichtet sind. Die Leuchtdiode(n) 114 weisen dann insbesondere eine Hauptabstrahlrichtung auf, welche von ihrer eigenen Längsachse nicht abweicht (”in Vorwärtsrichtung emittierende Leuchtdiode” 114).
Dadurch, dass die optischen Elemente 109 seitlich über den restlichen Kolben 101 überstehen, kann Licht von den optischen Elementen 109 auf einfache Weise in eine auch gegen die Richtung der Längsachse L gerichtete Richtung ('nach hinten' oder 'in einen rückwärtigen Halbraum') abgestrahlt werden, so dass ein besonders großer Raumwinkelbereich beleuchtbar ist. Dabei hindert insbesondere ein unterhalb des Auflagerands 104 vorhandener Kühlkörper 115 der Leuchtvorrichtung 100 nicht oder nicht wesentlich, da die optischen Elemente 109 insbesondere auch über den Kühlkörper 115 seitlich hinausstehen. Der Kühlkörper mag mehrere außenseitige Kühlrippen 117 aufweisen, als auch eine Treiberkavität (o. Abb.) zur Aufnahme eines Treibers (o. Abb.) aufweisen.
Zur weiteren Einstellung des Lichtabstrahlmusters mag eine Innenseite 113 des Kolbens 101 zumindest teilweise spekular oder diffus reflektierend ausgestaltet sein.
Sind keine optischen Element 109 vorhanden, können die Durchgangsbohrungen 107 verstärkt zur Luftdurchführung verwendet werden. Auch mag auf das Längsloch 112 verzichtet werden.
4 zeigt in einer Seitenansicht einen dreidimensional ausgedehnten Kolben 201 gemäß einer zweiten Ausführungsform zusammen mit mehreren Leuchtdioden 202 einer Leuchtvorrichtung 200. 5 zeigt die Elemente 201, 202 als Schnittdarstellung in Seitenansicht. 6 zeigt den Kolben 201 in einer Ansicht von schräg unten.
Der Kolben 201 weist hier einen hohlzylinderförmigen Basisbereich 203 auf, dessen äußere Mantelfläche 204 in Umfangsrichtung (um die Längsachse L) umlaufende, seitlich vorspringende ringförmige Erhebungen 205 als eine optisch wirksame Oberflächenstruktur aufweist. Die Erhebungen 205 sind ähnlich zu Fresnel-Ringen ausgebildet. Die Erhebungen 205 weisen eine im Profil dreieckförmige Form auf, wobei die Erhebungen 205 weder die gleiche Größen noch die gleiche Dreieckform aufzuweisen brauchen.
Die Innenseite 206 ist im Profil in Richtung ihrer Auflagefläche 207 hin verbreitert, um in der Auflagefläche 207 Platz für mehrere Aussparung 208 oder Rücksprünge zur Aufnahme jeweils mindestens einer (hier nach vorne orientiert montierten) Leuchtdiode 202 zu schaffen. Die Innenseite 206 weist einen Kugelschnittform auf.
Der Kolben 201 umgibt folglich die Leuchtdioden 202, indem er sie mittels der Auflagefläche 207 überwölbt. Die Leuchtdioden 202 strahlen im Wesentlichen vollständig durch die Auflagefläche 207 bzw. deren Aussparungen 208 in den Kolben 201 ein. Die Leuchtdioden 202 können dazu insbesondere nach vorne orientiert montiert sein und eine Hauptabstrahlrichtung parallel zu der Längsachse L aufweisen. Der Kolben 201 wirkt insbesondere in diesem Fall auch als ein Lichtleiter bzw. Lichtleitelement und gibt Licht verstärkt im Bereich der ringförmigen Erhebungen 205 nach Außen ab. Durch eine Einstellung einer Form und Ausrichtung der ringförmigen Erhebungen 205 lässt sich die raumwinkelbezogene Lichtverteilung definiert einstellen. Der Basisbereich 203 ist zur Abdeckung nach vorne (in Richtung der Längsachse L) an seinem vorderen Ende von einem Abdeckbereich 209 abgedeckt.
Der Abdeckbereich 209 weist eine trichterförmige Grundform mit einem planen Boden 210 auf. Von einem als einem weiteren Teil der optisch wirksamen Oberflächenstruktur dienenden trichterförmigen Vorsprung 211 des Abdeckbereichs 209 geht außenseitig ein weiterer ringförmiger Vorsprung 212 ab, um einen Übergang zu dem Basisbereich 203 ohne praktisch merkliche Sprünge in der Helligkeit zu ermöglichen.
Die Innenseite 206 des Kolbens 201 mag auch hier zumindest teilweise, einschließlich vollständig, spekular oder diffus reflektierend ausgestaltet sein.
Der Kolben 201 ermöglicht insbesondere eine problemlose Unterbringung eines Treibers oder Treiberbausteins 214 in dem Kolbenraum 213, da der Kolbenraum 213 für eine Lichtführung nicht oder nur geringfügig erheblich ist. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Leuchtvorrichtung 200. Auch können Lichtverluste so besonders gering gehalten werden.
7 zeigt in einer Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 300 mit einem Kolben 301 gemäß einer dritten Ausführungsform. 8 zeigt den Kolben 301 als Schnittdarstellung in Seitenansicht.
Der Kolben 301 weist einen hohlzylinderförmigen Basisbereich 303 auf, dessen äußere Mantelfläche 304 in Umfangsrichtung umlaufende ringförmige Erhebungen 305 ähnlich zu Fresnel-Ringen als eine optisch wirksame Oberflächenstruktur aufweist. Die Erhebungen 305 weisen eine im Profil dreieckförmige Form auf, wobei die Erhebungen 305 weder die gleiche Größen noch die gleiche Dreieckform aufweisen.
Im Gegensatz zu dem Kolben 201 weist der Kolben 301 einen Abdeckbereich 306 in Form einer kugelkalottenförmigen Schale mit einer unstrukturierten Oberfläche auf. Zudem weist der Basisbereich 303 senkrecht verlaufende Bohrungen 307 auf, welche den von dem Kolben 301 überwölbten Kolbenraum 308 mit einer Umgebung des Kolbenraums 308 verbinden, um einen Luftaustausch zur Kühlung der (in Vorwärtsrichtung emittierenden) Leuchtdiode 202 zu ermöglichen. Auch lässt sich so auf einfache Weise eine Lichtverteilung, insbesondere eine Emission in den vorderen Halbraum, genauer steuern, beispielsweise über einen, ggf. unterschiedlichen, Durchmesser der Bohrung(en).
Dieser Kolben 301 lenkt von der Leuchtdiode 202 nach vorne, den Basisbereich 303 nicht durchlaufendes, emittiertes Licht im Wesentlichen nicht ab, während auf den Basisbereich 303 auftreffendes Licht zumindest teilweise verstärkt seitlich oder sogar nach hinten abgelenkt werden kann. Falls die Leuchtdiode 202 eine in Vorwärtsrichtung emittierende Leuchtdiode ist, wird ein höherer Lichtanteil durch den schalenförmigen Abdeckbereich 306 hindurchgestrahlt als bei einer seitlich emittierenden Leuchtdiode.
Eine kugelschnittförmig ausgebildete Innenseite 309 des Kolbens 301 mag auch hier zumindest teilweise spekular oder diffus reflektierend ausgestaltet sein.
Der Kolben 300 ist hier zweiteilig ausgebildet, wobei der Basisbereich 303 und der Abdeckbereich 306 getrennt hergestellt worden sind und der Abdeckbereich 306 in eine mit Klebstoff 310 gefüllte Nut in einem oberen Rand des Basisbereichs eingesetzt ist.
Leuchtdioden 202 können alternativ von dem Kolben 301 im Bereich der Bohrungen 307 überdeckt sein und folglich in die Bohrungen 307 strahlen.
9 zeigt in einer Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 400 mit einem Kolben 401 gemäß einer vierten Ausführungsform. Der Kolben 401 entspricht zumindest im Wesentlichen dem Basisbereich 303 des Kolbens 301, weist aber keinen Abdeckbereich 306 auf. Der Kolben 401 ist hier also beidseitig (oberseitig und unterseitig) offen. Dies ermöglicht eine in Richtung nach vorne besonders verlustfreie Lichtabstrahlung.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Insbesondere mögen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele auch ausgetauscht oder kombiniert verwendet werden. Beispielsweise kann der kugelkalottenförmige Abdeckbereich 306 eine oder mehrere Oberflächenstrukturen 106 aufweisen.
Allgemein mögen in einem Kolben Bohrungen zur Lichtleitung (insbesondere Feinjustage des Lichtabstrahlmusters), Luftkühlung und/oder Befestigung des Kolbens eingebracht sein.
Allgemein können zur Einstellung des Abstrahlmusters eine Innenwand und/oder eine Außenwand des Kolbens beschichtet sein, z. B. mit einer Leuchtstoffschicht und/oder einer reflektierenden Schicht.
Bezugszeichenliste

100: Leuchtvorrichtung
101: Kolben
102: Leuchteinrichtung
103: Spitze
104: Auflagerand
105: Kolbenraum
106: Oberflächenstruktur
107: Durchgangsbohrung
108: Außenseite
109: optisches Element
110: Mantelfläche
111: ringförmige Erhebung
112: Längsloch
113: Innenseite
114: Leuchtdiode
115: Kühlkörper
116: Sockel
117: Kühlrippe
200: Leuchtvorrichtung
201: Kolben
202: Leuchtdiode
203: Basisbereich
204: Mantelfläche
205: ringförmige Erhebung
206: Innenseite
207: Auflagefläche
208: Aussparung
209: Abdeckbereich
210: Boden
211: trichterförmiger Vorsprung
212: ringförmiger Vorsprung
213: Kolbenraum
214: Treiberbaustein
300: Leuchtvorrichtung
301: Kolben
303: Basisbereich
304: Mantelfläche
305: ringförmige Erhebung
306: Abdeckbereich
307: Bohrung
308: Kolbenraum
309: Innenseite
310: Klebstoff
400: Leuchtvorrichtung
401: Kolben
L: Längsachse

Claims

Kolben (101, 201, 301, 401) für eine Halbleiter-Leuchtvorrichtung (100; 300; 400), wobei der Kolben (101) – dreidimensional ausgedehnt ist, – mindestens eine optisch wirksame Oberflächenstruktur (106) aufweist, – mindestens eine Durchgangsbohrung (107) aufweist und – an mindestens einer Durchgangsbohrung (107) ein optisches Element (109) gesteckt ist.
Kolben (101) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine optische Element (109) seitlich über den restlichen Kolben (101) übersteht.
Kolben (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Durchgangsbohrung (107) mehrere Durchgangsbohrungen umfasst, welche in einer Umfangsrichtung des Kolbens beabstandet sind.
Kolben (101) nach Anspruch 3, wobei die Durchgangsbohrungen in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Kolben (201; 301; 401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (201; 301; 401) in einer Umfangsrichtung zumindest sektorweise umlaufende ringförmige Erhebungen (205; 305) aufweist.
Kolben (201; 301; 401) nach Anspruch 5, wobei die ringförmigen Erhebungen (111; 205; 305) in Form von Fresnel-Ringen ausgebildet sind.
Kolben (201; 301; 401) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Kolben (201; 301; 401) einen Basisbereich (203; 303) mit einer hohlzylinderförmigen Grundform aufweist und wobei die ringförmigen Erhebungen (205; 305) an einer außenseitigen Mantelfläche (204; 304) des Basisbereichs (203; 303) angeordnet sind.
Kolben (401) nach Anspruch 7, wobei der Kolben (401) zweiseitig offen ist.
Kolben (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kolben (101) eine kugelkalottenförmige Grundform aufweist.
Kolben (201) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kolben (201) an einer Auflagefläche (207) mindestens eine Aussparung (208) zur Aufnahme mindestens einer Lichtquelle (202) aufweist.
Halbleiter-Leuchtvorrichtung (100; 200; 300; 400), aufweisend – mindestens eine Halbleiterlichtquelle (114; 202) und – einen lichtdurchlässigen Kolben (101; 201; 301; 401) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Durchleiten eines von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (114; 202) abgestrahlten Lichts, wobei der Kolben (101; 201; 301; 401) mindestens eine Halbleiterlichtquelle (114; 202) umgibt.
Halbleiter-Leuchtvorrichtung (100; 200; 300; 400) nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (114; 202) nach vorne orientiert ist.
Halbleiter-Leuchtvorrichtung (100) nach Anspruch 11, wobei eine Hauptabstrahlrichtung der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (114) zur Seite gerichtet ist.
Halbleiter-Leuchtvorrichtung (100; 200; 300; 400) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Halbleiter-Leuchtvorrichtung (100; 200; 300; 400) eine Glühlampen-Retrofitlampe ist, insbesondere LED-Glühlampen-Retrofitlampe.