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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul zum Aussenden von Licht in einer ersten Farbe. Das Lichtmodul umfasst mindestens ein lichtemittierendes Element, das Licht in einer von der ersten Farbe abweichenden zweiten Farbe emittiert, und ein Material mit wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften im Strahlengang des emittierenden Lichts der zweiten Farbe, das zumindest einen Teil des emittierten Lichts der zweiten Farbe in Licht einer anderen Farbe umwandelt.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung umfassend mindestens ein Lichtmodul der genannten Art.
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Für Leuchten und Scheinwerfer von Kraftfahrzeugen mit lichtemittierenden Dioden (LEDs) als Leuchtmittel, die Leuchten- oder Scheinwerferfunktionen mit weißem Licht realisieren, beispielsweise Positionslicht, Tagfahrlicht, Abblendlicht, Fernlicht, statisches Abbiegelicht, Nebellicht, Rückfahrlicht, etc., werden derzeit LED-Chips mit Gehäuse (sogenannte LED-packages) oder ungehäuste LED-Chips auf Leiterplatten (sogenannte chip-on-board-Technologie) eingesetzt. Dabei erzeugen die LED-Chips in der Regel kein weißes Licht, wie es für die Leuchten- oder Scheinwerferfunktion benötigt wird, sondern Licht einer von weiß abweichenden zweiten Farbe, das mittels eines Wellenlängenkonverters (oder Lumineszenz-Konverters oder fluoreszierenden Leuchtstoffs, z.B. Phosphor im Sinne von Leuchtstoff) zumindest teilweise in Licht einer anderen Farbe umgewandelt wird, sodass sich durch eine additive Farbmischung des Lichts der zweiten Farbe und des konvertierten Lichts der anderen Farbe das gewünschte weiße Licht ergibt. Das Licht der von weiß abweichenden zweiten Farbe ist bspw. blaues oder violettes Licht oder UV-Strahlung. Das konvertierte Licht der anderen Farbe ist bspw. gelbes oder gelbliches Licht. Eine additive Farbmischung des blauen oder violetten Lichts bzw. der UV-Strahlung mit dem gelben oder gelblichen Licht ergibt weißes Licht.
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Ferner ist es bei Kraftfahrzeugleuchten aus dem Stand der Technik bekannt, zur Erzeugung einer gewünschten gelben Lichtverteilung das von LEDs ausgesandte blaue oder violette Licht durch einen geeigneten Wellenlängenkonverter in Licht der gewünschten gelben Farbe umzuwandeln. Zum Teil werden also auch gelbe Lichtfunktionen, beispielsweise eine Blinklichtfunktionalität, durch Licht gespeist, das ursprünglich eine kürzere Wellenlänge aufweist und anschließend zumindest teilweise lumineszenzkonvertiert wird, um gelbes Licht zu erhalten.
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Die Verwendung von LED-Chips in Verbindung mit einem Wellenlängenkonverter hat den Vorteil, dass unabhängig von der Farbe des von den LED-Chips unmittelbar ausgesandten Lichts LED-Chips verwendet werden können, die für den gedachten Einsatz besser geeignet sind als andere LED-Chips, die unmittelbar Licht der in der Farbe der gewünschten Lichtfunktion erzeugen. Ein LED-Chip kann für einen bestimmten Einsatz besser geeignet sein, weil er beispielsweise kleinbauender, leichter, kostengünstiger, robuster oder temperaturunabhängiger ist als andere LED-Chips, die das Licht der gewünschten Farbe unmittelbar erzeugen, oder weil seine elektrischen Eigenschaften besser in eine vorhandene Schaltung integriert werden können oder weil das von ihm ausgesandte Licht farbstabiler ist oder weil der LED-Chip eine größere Lebensdauer aufweist.
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Bei den bekannten LED-Chips, die zunächst Licht einer bestimmten Farbe aussenden, das dann mittels eines Wellenlängenkonverters zumindest teilweise in Licht einer anderen Farbe umgewandelt wird, ist der Wellenlängenkonverter sehr nahe am LED-Chip im Strahlengang des von diesem ausgesandten Licht, vorzugsweise sogar unmittelbar auf dem LED-Chip, angeordnet. Auf jeden Fall ist der Wellenlängenkonverter bei den bekannten LED-Chips innerhalb des LED-Gehäuses angeordnet. Die verwendeten LEDs umfassen also sowohl einen oder mehrere LED-Chips als auch den Wellenlängenkonverter.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Leuchten und Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge mit LED-Lichtquellen, bei denen der Wellenlängenkonverter sehr nahe am LED-Chip innerhalb des LED-Gehäuses angeordnet ist, haben den Nachteil, dass der Ausfall einer einzelnen LED bei eingeschalteter Leuchte oder eingeschaltetem Scheinwerfer von außen sichtbar ist und ästhetisch sehr unbefriedigend ist, da das Erscheinungsbild der realisierten Lichtfunktion beeinträchtigt ist.
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Zudem muss bei den aus dem Stand der Technik bekannten LED-Chips mit in die LED integriertem Wellenlängenkonverter zur Erzielung einer großflächigen, homogenen Ausleuchtung in der Regel eine relativ ineffiziente Lichtleiterlösung zum Einsatz kommen. Dabei wird das von den LEDs erzeugte Licht in den bspw. platten- oder scheibenförmigen Lichtleiter eingekoppelt, darin mittels totalreflexion verteilt und über eine große Anzahl von über eine Auskoppelfläche des Lichtleiters verteilt angeordnete Auskoppelelemente ausgekoppelt, was zu einer relativ homogenen Erscheinung der leuchtenden Auskoppelfläche führt.
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Wenn zur Bündelung des von den LEDs ausgesandten Lichts relativ effiziente TIR (total internal reflection = Totalreflektion)-Vorsatzoptiken eingesetzt werden sollen, ist dies im Stand der Technik üblicherweise nur dadurch möglich, dass eine Vielzahl an LEDs nebeneinander aufgereiht in der Leuchte oder dem Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Dies führt zu erheblichen Einschränkungen hinsichtlich des Designs und des Stylings von Leuchten und Scheinwerfern.
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Schließlich müssen von den aus dem Stand der Technik bekannten LEDs mit integriertem Wellenlängenkonverter LEDs aus engen Sortiergruppen (sogenannten Bins) eingesetzt werden, um einen möglichst homogenen Farbeindruck der von der Leuchte oder dem Scheinwerfer erzeugten Lichtfunktion zu erzielen und die gesetzlich geforderten Farborte der erzeugten Lichtfunktion einhalten zu können. Durch die Beschränkung der verwendbaren LEDs auf LEDs einer bestimmten Sortiergruppe, können sich Einschränkungen bei der Verfügbarkeit und bei der Preisgestaltung der LEDs ergeben, was sich in langen Lieferzeiten und/oder hohen Preisen für die LEDs wiederspiegelt.
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Eine LED mit integriertem Wellenlängenkonverter, wie sie beispielsweise in bekannten Leuchten oder Scheinwerfern von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, ist aus der
DE 101 37 641 A1 bekannt. Dort ist eine LED vorgeschlagen, auf deren Grundkörper einen linsenförmige transparente Kappe aus transparentem Material aufgesetzt ist. Die Kappe kann aus einem Lumineszenz-Glas bestehen, das UV-Licht (etwa 400 nm) zumindest teilweise in längerwelliges sichtbares Licht umwandelt. Alternativ kann die Kappe aus Glas bestehen, in das lumineszierender Leuchtstoff eingebracht ist, so dass zumindest ein Teil des von dem LED-Chip ausgesandten Lichts in Licht einer anderen Farbe umgewandelt wird. Infolge einer additiven Farbmischung des von dem LED-Chip ausgesandten Lichts und dem durch den in der Kappe angeordneten Wellenlängenkonverter umgewandelten Licht ergibt sich weißes Licht. Sämtliche in der DE 101 37 641 A1 beschriebenen Ausführungsformen ist jedoch das Merkmal gemeinsam, dass der Wellenlängenkonverter in jedem Fall innerhalb des LED-Gehäuses angeordnet ist und die LED sowohl den LED-Chip als auch den Wellenlängenkonverter umfasst. Eine solche LED kann als Einheit gehandhabt und in ein Lichtmodul eingesetzt werden.
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Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Lichtmodul zur Erzeugung von Lichtfunktionen einer ersten Farbe mittels LED-Lichtquellen dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass insbesondere die oben genannten Nachteile und Einschränkungen der bekannten LEDs mit integriertem Wellenlängenkonverter überwunden werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Lichtmodul der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Material mit wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften, das heißt der Lumineszenz-Konverter oder der fluoreszierende Leuchtstoff, räumlich getrennt von dem Licht emittierenden Element und beabstandet zu diesem in oder an lichtstrahlformenden Elementen des Lichtmoduls angeordnet ist.
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Anders als bei den bekannten LEDs wird der Wellenlängenkonverter also nicht unmittelbar auf einer Lichtaustrittsfläche des LED-Chips angeordnet, sondern außerhalb des LED-Gehäuses in oder an lichtstrahlformenden Elementen des Lichtmoduls im Strahlengang des von dem LED-Chip ausgesandten Lichts. Deshalb findet die Wellenlängenkonversion an oder in den lichtstrahlformenden Elementen statt, wie zum Beispiel an einem Reflektor, in oder an einer Vorsatzoptik, in oder an einem Lichtleiter oder in oder an einer Sammellinse, je nach gewählter Ausgestaltung des Lichtmoduls. Die lichtstrahlformenden Elemente sind zweckgebunden immer im Strahlengang des von den LEDs ausgesandten Lichts und innerhalb des Lichtmoduls angeordnet. Durch die Integration der Wellenlängenkonversion in eines oder mehrere der lichtstrahlformenden Elemente des Lichtmoduls kann vorteilhafterweise auf zusätzliche Elemente für die Wellenlängenkonversion im Lichtmodul verzichtet werden. Die LED und das wellenlängenkonvertierende Material bilden also zwei separate Einheiten und werden getrennt voneinander in das Lichtmodul eingesetzt und können völlig unabhängig voneinander in dem Lichtmodul bzw. der Beleuchtungseinrichtung angeordnet werden. Dabei ist auch vorteilhaft, dass durch die räumliche Trennung des LED-Chips und des wellenlängenkonvertierenden Materials eine thermische Trennung der beiden Wärmequellen realisiert wird, was zu einem effizienteren System führt. Der erfindungsgemäße Gedanke ist selbstverständlich auch auf andere lichtemittierende Elemente als die genannten LEDs übertragbar, die Licht einer bestimmten Farbe aussenden, das zunächst zumindest teilweise in Licht einer anderen Farbe umgewandelt wird. Das umgewandelte Licht der anderen Farbe kann entweder unmittelbar oder nach einer additiven Farbmischung mit dem emittierten Licht der bestimmten Farbe zur Erzeugung der Lichtfunktion des Lichtmoduls in der gewünschten Farbe genutzt werden.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird häufig von einer bestimmten Farbe des Lichts und einer Umwandlung oder Konversion der Farbe gesprochen. Das ist gleichbedeutend mit einer bestimmten Wellenlänge des Lichts bzw. einer Umwandlung oder Konversion der Wellenlänge, da Licht einer bestimmten Wellenlänge eine eindeutig definierte Farbe aufweist. Ferner ist die Erfindung nicht auf Licht in einem für das menschliche Auge sichtbaren Spektrum beschränkt. So ist es bspw. denkbar, dass das von dem Licht emittierenden Element ausgesandte Licht in einem Wellenlängenbereich von für das menschliche Auge unsichtbarer Strahlung (z.B. UV-Strahlung) liegt, die dann von dem wellenlängenkonvertierenden Material in sichtbares Licht einer bestimmten Farbe umgewandelt wird.
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Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass bei dem Einsatz mehrerer LEDs in einem Lichtmodul das von den einzelnen LED-Chips ausgesandte Licht der zweiten Farbe gemischt wird, bevor es auf den im Strahlengang nachgeordneten Wellenlängenkonverter trifft und dort zumindest teilweise in das Licht der anderen Farbe umgewandelt wird. Das bedeutet, dass beim Einsatz mehrerer LEDs oder LED-Chips, die Licht unterschiedlicher Farbe bzw. unterschiedlicher Wellenlängen aussenden, das von diesen ausgesandte Licht unterschiedlicher Farben zunächst zu Licht einer einheitlichen Farbe gemischt wird, bevor es auf den Wellenlängenkonverter trifft. Dadurch, dass sich das von den LED-Chips bzw. LEDs unmittelbar ausgesandte Licht zunächst vermischen kann, bevor es auf den Fluoreszenz-Konverter trifft, kann eine besonders homogene, weil farbeinheitliche Lichtverteilung erzielt werden. Zudem kann ein Ausfall einzelner LED-Chips bzw. einzelner LEDs bei eingeschalteten LEDs vom Betrachter von außerhalb des Lichtmoduls nicht erkannt werden.
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Bei Verwendung mehrerer LEDs mit jeweils mindestens einem LED-Chip ist es denkbar, dass mehreren LED-Chips ein gemeinsamer Lumineszenz-Konverter zugeordnet ist. Vorzugsweise ist allen LED-Chips bzw. allen LEDs eines Lichtmoduls ein und derselbe Wellenlängenkonverter zugeordnet.
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Die Tatsache, dass der Wellenlängenkonverter nun nicht mehr integraler Bestandteil der LEDs ist, sondern separat davon Teil des Lichtmoduls, verlagert die Aufgabe und Gestaltungsmöglichkeit für die Realisierung einer bestimmten Farbe des von dem Lichtmodul ausgesandten Lichts weg von dem LED-Hersteller hin zu dem Hersteller des Lichtmoduls bzw. der Beleuchtungseinrichtung. Dies erlaubt es dem Hersteller des Lichtmoduls bzw. der Beleuchtungseinrichtung, die Farbe des von dem Lichtmodul abgegebenen Lichts gezielt zu beeinflussen und zu variieren und mehr Toleranzen auszugleichen. Außerdem können engere Farbort- und/oder Lichtstromschwankungen erreicht werden. Ausfälle von einzelnen LEDs bzw. LED-Chips sind einfacher zu kaschieren.
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Des Weiteren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Lichtmodul der Vorteil, dass neue Stylingoptionen möglich sind, da ein Betrachter von außen im ausgeschalteten Zustand der LEDs nur eine relativ homogene konverterfarbene (in der Regel matt-gelbliche) Fläche des Wellenlängenkonverters sehen kann. Die LED-Chips können in dem erfindungsgemäßen Lichtmodul derart hinter Bau- oder Zierteilen des Lichtmoduls versteckt platziert werden, dass sie sowie Leiterplatten, die zur elektrischen Kontaktierung der LED-Chips erforderlich sind, und/oder Elektronikbauteile in dem Lichtmodul für einen Betrachter von außen nicht sichtbar sind. Alles was der Betrachter von außerhalb des Lichtmoduls erkennt ist die relativ homogene konverterfarbene Fläche des Wellenlängenkonverters.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
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2 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zum Einsatz in einer Beleuchtungseinrichtung nach 1;
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3 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zum Einsatz in einer Beleuchtungseinrichtung nach 1; und
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4 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform zum Einsatz in einer Beleuchtungseinrichtung nach 1.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Beleuchtungseinrichtung 1 ist als ein Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet.
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Selbstverständlich kann die Beleuchtungseinrichtung 1 auch als eine Kraftfahrzeugleuchte ausgebildet sein. Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2, das vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist. In Lichtaussetzrichtung 3 weist das Gehäuse 2 eine Lichtaustrittsöffnung 4 auf, die durch eine transparente Abdeckscheibe 5 verschlossen ist, um das Innere des Gehäuses 2 vor Schmutz und/oder Feuchtigkeit zu schützen. Die Abdeckscheibe 5 besteht aus einem transparenten Material, beispielsweise Kunststoff oder Glas. Die Abdeckscheibe 5 kann zumindest bereichsweise mit optisch wirksamen Profilen, beispielsweise Prismen oder Zylinderlinsen, zur Streuung des hindurchtretenden Lichts versehen sein. Alternativ kann die Abdeckscheibe 5 auch ohne optisch wirksame Profile als sogenannte klare Scheibe ausgebildet sein.
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Im Inneren des Gehäuses 2 ist ein Lichtmodul 6 angeordnet, das als ein erfindungsgemäßes Lichtmodul ausgebildet ist. Außer dem Lichtmodul 6 können in dem Gehäuseinneren noch beliebig viele und beliebig andere Lichtmodule und/oder Leuchtenmodule zur Erzeugung beliebiger Scheinwerfer- und/oder Leuchtfunktionalitäten angeordnet sein. Die Weiteren im Inneren des Gehäuses 2 angeordneten Licht- bzw. Leuchtenmodule sind in 1 durch eine gestrichelte Linie symbolisiert, die mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet ist. Die von dem Lichtmodul 6 und dem weiteren Licht- bzw. Leuchtenmodul 7 erzeugten Lichtverteilungen sind eine oder mehrere der nachfolgenden beispielhaft und nicht abschließend genannten: Abblendlicht, Fernlicht, Stadtlicht, Landstraßenlicht, Autobahnlicht, Schlechtwetterlicht (z.B. bei Regen oder Schnee), statisches Kurvenlicht, eine beliebige dynamische Scheinwerferfunktion, Nebellicht, Tagfahrlicht, Positions-, Stand- oder Begrenzungslicht, oder Blinklicht. Falls die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1 als eine Leuchte eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, könnte das darin angeordnete Lichtmodul 6 und/oder das weitere Licht- bzw. Leuchtenmodul 7 eine oder mehrere der nachfolgenden beispielhaft und nicht abschließend genannten Lichtfunktionen erzeugen: Seitenmarkierungslicht, Rücklicht, Bremslicht, Rückfahrscheinwerferlicht, Blinklicht, Nebelrücklicht.
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Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lichtmoduls 6 der Beleuchtungseinrichtung 1 aus 1 wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele, die in den 1 bis 4 dargestellt sind, näher erläutert. Die dargestellten Lichtmodule 6 umfassen jeweils mindestens ein Licht emittierendes Element, das in den Figuren als eine LED-Lichtquelle 9 ausgestaltet ist. Eine LED umfasst einen oder mehrere LED-Chips, die in einem Gehäuse 8 der LED 9 angeordnet sind. Das Gehäuse 8 besteht zumindest bereichsweise aus einem transparenten Material und kann auf das hindurchtretende, von den LED-Chips emittierte Licht bündelnde oder ablenkende Eigenschaften haben. Die LED 9 kann auf einem Trägerelement 10 angeordnet sein, das beispielsweise als eine Leiterplatte ausgebildet ist. Die Leiterplatte 10 kann Leiterbahnen und elektrische bzw. elektronische Bauelemente zur elektrischen Kontaktierung der LED 9 umfassen. Das Trägerelement 10 kann auf einem Kühlkörper (nicht dargestellt) angeordnet sein und mit diesem wärmeleitend in Verbindung stehen, um die während des Betriebs des lichtemittierenden Elements 9 entstehende Wärme an die Umgebung abzugeben. Alternativ ist es denkbar, dass das Trägerelement 10 integraler Bestandteil eines Kühlkörpers ist.
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Selbstverständlich kann das lichtemittierende Element 9 auch als eine beliebig andere Halbleiterlichtquelle oder sogar als eine herkömmliche Lichtquelle, z.B. in Form einer Glühlampe oder einer Gasentladungslampe, ausgebildet seien. Ferner ist es denkbar, dass das Lichtmodul 6 mehrere lichtemittierende Elemente 9 aufweist, beispielsweise mehrere in Spalten und Zeilen matrixartige angeordnete LED-Chips oder LEDs 9 eines sogenannten LED-Arrays.
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Bei dem in 2 gezeigten Lichtmodul 6 sendet die LED 9 bzw. die LED-Chips der LED 9 in einen sich in etwa oberhalb des Trägerelements 10 erstreckenden 180°-Halbraum Lichtstrahlen 11 aus. Die emittierten Lichtstrahlen 11 werden mittels einer TIR (total internal reflection)-Vorsatzoptik 12 gebündelt bzw. sogar kollimiert.
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Die Vorsatzoptik 12 weist mindestens eine dem lichtemittierenden Element 9 zugewandte Lichteintrittsfläche 13 auf, durch welche die emittierten Lichtstrahlen 11 in die Vorsatzoptik 12 eingekoppelt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine erste Lichteintrittsfläche 13' vorgesehen, die sich in etwa um eine optische Achse 14 der Vorsatzoptik 12 herum erstreckt. Die Lichteintrittsfläche 13' kann gewölbt sein, so dass sie ähnlich einer Linse hindurchtretende Lichtstrahlen 11 gezielt brechen kann. Außerdem verfügt die dargestellte Vorsatzoptik 12 über zweite, seitlich angeordnete Lichteintrittsflächen 13", in die in einem größerem Winkel zur optischen Achse 14 von dem lichtemittierenden Element 9 ausgesandte Lichtstrahlen 11 in die Vorsatzoptik 12 eingekoppelt werden. Anschließend treffen die über die seitlichen Lichteintrittsflächen 13" eingekoppelten Lichtstrahlen 11 auf seitliche Grenzflächen 15 der Vorsatzoptik 12. Die eingekoppelten Lichtstrahlen 11 treffen dabei so flach auf die Grenzflächen 15, dass sie an diesen totalreflektiert werden. Sowohl die totalreflektierten Lichtstrahlen 11" als auch die durch die erste Lichteintrittsfläche 13' eingekoppelten Lichtstrahlen 11' treffen auf eine Lichtaustrittsfläche 16 der Vorsatzoptik 12 und werden über diese aus der Vorsatzoptik 12 als Lichtbündel ausgekoppelt. Auch die Lichtaustrittsfläche 16 kann gewölbt sein, um nach Art einer Linse die durchtretenden Lichtstrahlen 11', 11" gezielt brechen zu können.
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Das lichtemittierende Element 9 des Lichtmoduls 6 sendet Licht einer bestimmten Farbe aus, das also in einem bestimmten Wellenlängenbereich liegt. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass das von dem lichtemittierenden Element 9 ausgesandte Licht UV (Ultraviolett)-Strahlung (in einem Wellenlängenbereich von etwa 1 nm bis 450 nm, insbesondere von 200 nm bis 450 nm) oder blaues Licht (in einem Wellenlängenbereich von etwa 450 nm bis 500 nm) ist. Auf dem lichtemittierenden Element 9 oder an einer beliebig anderen Stelle innerhalb eines Gehäuses 8 der LED 9 ist – anders als im Stand der Technik – kein Wellenlängenkonverter oder ein sonstiger fluorisierender Leuchtstoff vorgesehen, der das von dem lichtemittierenden Element 9 ausgesandte Licht in eine andere Farbe umwandeln, also die Wellenlänge des ausgesandten Lichts verändern kann. Somit haben die von dem lichtemittierenden Element 9 erzeugten und ausgesandten Lichtstrahlen 11 beim Eintritt in die Vorsatzoptik 12 die ursprüngliche Farbe (z.B. in einem Wellenlängenbereich von etwa 1 nm bis 500 nm) des von dem LED-Chip ausgesandten Lichts.
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An der Vorsatzoptik 12 ist an der Lichteintrittsfläche 13 oder an der Lichtaustrittsfläche 16 ein Wellenlängenkonverter 19 mit einer Schicht aus fluoreszierendem Leuchtstoff aufgebracht. Selbstverständlich kann der Wellenlängenkonverter 19 auch in Form von in das Material der Vorsatzoptik 12 eingebrachten Körnern aus einem fluoreszierenden Leuchtstoff versehen sein. Bei dem fluoreszierenden Leuchtstoff handelt es sich beispielsweise um Phosphor, ein Cer-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat, Orthosilikat oder ein beliebig anderes fluoreszierendes Material. Der wellenlängenselektive Konverter 19 ist vorzugsweise auf das Spektrum des von den Licht emittierenden Elementen 9', 9" erzeugten und ausgesandten Lichts 11 abgestimmt, vorzugsweise auf einen Wellenlängenbereich zwischen 400 und 550 nm.
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Wenn das von dem Licht emittierenden Element 9 erzeugte und ausgesandte Licht 11 auf den in der Vorsatzoptik 12 aufgebrachten oder enthaltenen Wellenlängenkonverter 19, d.h. eines der Körner aus fluoreszierendem Leuchtstoff, trifft, werden Elektronen in dem Wellenlängenkonverter 19 angehoben. Bei der Rekombination fallen die Elektronen in einen metastabilen Zustand, um dann in den Grundzustand zurück zu fallen, wobei Photonen (Licht) einer bestimmten Wellenlänge, d.h. einer bestimmten Farbe, abgegeben wird. Auf diese Weise ist es möglich, dass zumindest ein Teil des von dem lichtemittierenden Element 9 erzeugten und ausgesandten Lichts 11, nämlich die auf die Körner des fluoreszierenden Leuchtstoffs treffenden Lichtstrahlen, in Licht einer anderen Farbe umgewandelt werden.
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In dem vorliegenden Beispiel können die von dem lichtemittierenden Element 9 erzeugten und ausgesandten Lichtstrahlen 11 durch die mit dem Wellenlängenkonverter 19 ausgebildete Vorsatzoptik 12 beispielsweise in gelbes Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen etwa 560 und 620 nm umgewandelt werden. Zusammen mit dem nicht umgewandelten, also weiterhin unsichtbaren UV- bzw. blauen Licht 11, das ohne Wellenlängenkonversion durch die Vorsatzoptik 12 hindurch tritt, ergibt sich durch eine additive Farbmischung ein weißes bzw. weißliches Licht, das von dem Lichtmodul 6 und der Beleuchtungseinrichtung 1 zur Erzeugung einer weißen Lichtfunktion ausgesandt wird.
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Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Lichtmoduls 6 besteht darin, dass der Wellenlängenkonverter 19 räumlich getrennt und außerhalb der Lichtquelle 9 angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist der Wellenlängenkonverter 19, der die Farbe des von dem lichtemittierenden Element 9 erzeugten und ausgesandten Lichts 11 verändert, außerhalb des Gehäuses 8 der Lichtquelle 9 an oder in einem beliebigen Bauteil oder Zierteil des Lichtmoduls 6 und/oder der Beleuchtungseinrichtung 1 angeordnet.
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Selbstverständlich würde die vorliegende Erfindung nicht nur mit UV- und blauem Licht funktionieren, das zumindest teilweise in gelbes Licht umgewandelt wird und durch additive Farbmischung weißes Licht bildet. Vielmehr wäre es auch denkbar, dass gelbes, oranges, oder rotes Licht nicht mittels einer sehr stark temperaturabhängigen Aluminium-Indium-Gallium-Phosphit (AlInGaP)-LED erzeugt wird, sondern stattdessen beispielsweise eine wesentlich temperaturstabilere und somit weniger temperaturabhängige Indium-Gallium-Nitrid (InGaN)-LED eingesetzt wird, die UV-, blaues, violettes oder grünes Licht erzeugt, das dann mittels des Wellenlängenkonverters 19 zumindest teilweise in Licht einer anderen Farbe umgewandelt wird. Auf diese Weise kann sich entweder direkt oder durch additive Farbmischung mit dem durch die Indium Gallium Nitrit-LED unmittelbar erzeugten Licht das gewünschte gelbe, orange oder rote Licht ergeben. Mit der Erfindung ist es also möglich, im Einzelfall für den jeweiligen Einsatzzweck besser geeignete LEDs 9 einsetzten zu können, ohne dass sich Beschränkungen durch die Farbe des von den eingesetzten LEDs 9 ausgesandten Lichts ergeben würden.
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Falls erforderlich kann die Farbe des Lichts durch den Einsatz geeigneter Wellenlängenkonverter 19 umgewandelt werden. Die gewünschte Farbe des von dem Lichtmodul 6 ausgesandten Lichts kann sich dabei entweder unmittelbar aus dem konvertierten Licht oder nach Konversion eines Teils des emittierten Lichts und anschließender additiver Farbmischung mit nicht konvertiertem Licht ergeben.
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Im Strahlengang des aus der Vorsatzoptik 12 ausgekoppelten Lichtbündels ist eine Lichtscheibe 17 angeordnet, durch die die von der Vorsatzoptik 12 gebündelten Lichtstrahlen hindurchtreten. Bei der Lichtscheibe 17 handelt es sich bevorzugt um die Abdeckscheibe 5 der Beleuchtungseinrichtung 1 oder aber um eine beliebig andere im Strahlengang des aus der Vorsatzoptik 12 ausgekoppelten Lichts angeordnete Lichtscheibe aus einem transparenten Material. Die durch die Lichtscheibe 17 hindurchgetretenen Lichtstrahlen sind mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet. Es ist möglich, dass auch die Lichtscheibe 17 einen Wellenlängenkonverter 19 umfasst, das heißt entsprechendes Material auf eine oder beide Außenflächen der Lichtscheibe 17 aufgebracht oder in das Material der Lichtscheibe 17 eingebracht ist.
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Bei dem in 3 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 6 wird statt einer TIR-Vorsatzoptik 12 ein Reflektor 20 zum Bündeln und Umlenken der von dem Licht emittierenden Element 9 in den 180°-Halbraum oberhalb des Trägerelements 10 ausgesandten Lichtstrahlen 11 verwendet. Der Reflektor 20 ist bei dem dargestellten Einsatz einer LED-Lichtquelle 9 vorzugsweise als ein Halbschalenreflektor ausgebildet, da er lediglich den 180°-Halbraum oberhalb des Trägerelements 10 zumindest teilweise umschließt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zum Licht emittierenden Element 9 gewandte Reflexionsfläche des Reflektors 20 zumindest bereichsweise mit einem Wellenlängenkonverter 19, bspw. in Form von fluoreszierendem Leuchtstoff, beschichtet. Es ist denkbar, dass der fluoreszierende Leuchtstoff 19 eine dichte Schicht bildet, welche die Reflexionsfläche des Reflektors 20 großflächig bedeckt. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass der fluoreszierende Leuchtstoff 19 lediglich punktuell oder bereichsweise in einer bestimmten Verteilung, bspw. einem Muster, auf die Reflexionsfläche des Reflektors 20 aufgebracht ist, so dass zwischen den einzelnen fluoreszierenden Leuchtstoffpunkten bzw. -bereichen freie Bereiche der Reflexionsfläche liegen, die einen Teil der emittierten Strahlen 11 in bekannter Art und Weise ohne Wellenlängenkonversion reflektieren. Die auf den Wellenlängenkonverter 19 treffenden Lichtstrahlen 11 werden in Licht 18 einer anderen Farbe konvertiert. Durch eine additive Farbmischung der nicht wellenlängenkonvertierten Lichtstrahlen 11 und der wellenlängenkonvertierten Lichtstrahlen 18 ergibt sich Licht einer gewünschten Farbe, das zur Realisierung der Lichtfunktion des Lichtmoduls 6 genutzt wird.
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In 4 ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lichtmoduls 6 gezeigt. Dabei umfasst das Lichtmodul 6 mehrere lichtimitierende Elemente 9', 9", die jeweils bspw. als LEDs ausgebildet sind. Die LEDs 9’, 9“ sowie gegebenenfalls weitere (nicht dargestellte) LEDs können in einer Reihe oder matrixartig in mehreren Zeilen und Spalten angeordnet sein und ein sogenanntes LED-Array bilden. Im Strahlengang des von den lichtemittierenden Elementen 9', 9" ausgesandten Lichts 11 ist eine Linse 21 angeordnet, die bspw. als eine Sammellinse ausgebildet ist. Die Linse 21 ist über eine Linsenhalterung 22 an dem Trägerelement 10 oder an einem beliebig anderen Bauteil des Lichtmoduls 6 in einem definierten Abstand zu den Licht emittierenden Elementen 9', 9" angeordnet. Die den Licht emittierenden Elementen 9', 9" zugewandte Rückseite der Linse 21, die Linsenhalterung 22 sowie ein weiteres Bauteil des Lichtmoduls 6, beispielsweise das Trägerelement 10, bilden einen mehr oder weniger abgeschlossenen Bereich 23, der nachfolgend als Lichtkasten bezeichnet wird. Das von den lichtemittierenden Elementen 9', 9" ausgesandte Licht 11 kann sich in dem Lichtkasten 23 mischen, bevor es auf die Rückseite der Sammellinse 21 trifft und durch diese hindurchtritt. Dadurch ist es möglich, bei dem Lichtmodul 6 auch verschiedene Licht emittierende Elemente 9', 9" zu verwenden, beispielsweise LED-Chips oder LEDs 9’, 9“, die Licht unterschiedlicher Helligkeit und/oder unterschiedlicher Farbe emittieren. Das Mischen des Lichts in dem Lichtkasten 23 macht die Verwendung unterschiedlicher LED-Chips oder LEDs 9 für einen Betrachter von außen nicht sichtbar. Für den Betrachter ist lediglich die nach außen gerichtete gewölbte Vorderseite der Linse 21 sichtbar, aus der das zuvor in dem Lichtkasten 23 bereits gemischte und homogenisierte Licht 11 der Licht emittierenden Elemente 9', 9" nach einem Durchlaufen der Linse 21 austritt.
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Die Linse 21 enthält in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Wellenlängenkonverter 19, bspw. in Form eines gekörnten fluorisierenden Leuchtstoffes. Dies kann dadurch realisiert werden, dass der körnige fluorisierende Leuchtstoff im Rahmen der Herstellung der Linse 21 aus Glas oder Kunststoff in das Linsenmaterial gemischt wird, so dass nach dem Aushärten der Linse 21 eine Vielzahl von Körner des Wellenlängenkonverters 19 im Linsenmaterial enthalten sind. Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, dass der Wellenlängenkonverter 19 auf die ebene Rückseite und/oder die gewölbte Vorderseite der Linse 21 aufgebracht wird. Durch den Wellenlängenkonverter 19 wird zumindest ein Teil der von den lichtemittierenden Elementen 9', 9" ausgesandten Lichtstrahlen 11 wellenlängenkonvertiert, d.h. in Licht 18 einer anderen Farbe umgewandelt. Diese andere Farbe der wellenlängenkonvertierten Lichtstrahlen 18 kann bereits der Lichtfarbe der durch das Lichtmodul 6 zu realisierenden Lichtfunktion entsprechen, so dass keine weitere additive Farbmischung mit nicht wellenlängenkonvertierten Strahlen 11 erforderlich ist, um die gewünschte Lichtfarbe der realisierten Lichtfunktion zu erzielen. Alternativ führt erst eine additive Farbmischung der wellenlängenkonvertierten Lichtstrahlen 18 und anderer nicht wellenlängenkonvertierter Lichtstrahlen 11 zu der gewünschten Lichtfarbe der Lichtfunktion des Lichtmoduls 6.
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Die anhand des Beispiels aus 4 erläuterte Möglichkeit, auch unterschiedliche Licht emittierende Elemente 9', 9" verwenden zu können, erlaubt es bspw. auch, weniger hochwertige Lichtquellen 9 zu verwenden, beispielsweise LEDs aus nicht so engen Sortiergruppen (sog. Bins). Dadurch ist eine Kosteneinsparung möglich.
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Die zu den Licht emittierenden Elementen 9', 9" gerichteten Seiten des Linsenhalters 22 können zumindest bereichsweise mit einer absorbierenden Beschichtung versehen sein, um unkontrollierte Reflexionen an dem Linsenhalter 22 und daraus resultierende unerwünschte Intensitätsmaxima in der resultierenden Lichtverteilung zu vermeiden.
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Die anhand des Ausführungsbeispiels aus 4 beschriebene Idee einer Mischung des von mehreren Licht emittierenden Elementen 9', 9" ausgesandten Lichts 11 vor dem Auftreffen auf den Wellenlängenkonverter 19 kann auch bei den Ausführungsbeispielen der 2 und 3 eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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