DE102017211726A1

DE102017211726A1 - Optisches Element zur Beeinflussung eines, von einer LED-Lichtquelle abgestrahlten Lichts, Anordnung zur Lichtabgabe mit einem solchen optischen Element, sowie Phosphor-LED

Info

Publication number: DE102017211726A1
Application number: DE102017211726.5A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Nenning
Original assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Current assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2019-01-10
Also published as: AT17653U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (1) zur Beeinflussung eines, von einer LED-Lichtquelle (2) abgestrahlten Lichts, sowie eine Anordnung zur Lichtabgabe mit einem solchen optischen Element (1). Das optische Element (1) weist einen, aus einem lichtdurchlässigen Material bestehenden Grundkörper (3) auf, wobei der Grundkörper (3) eine Lichteintrittsfläche (4) zum Eintritt des Lichts in den Grundkörper (3), sowie eine Lichtaustrittsfläche (5) zum Austritt des Lichts aus dem Grundkörper (3) aufweist. Weiterhin weist das optische Element (1) eine, auf dem Grundkörper (3) aufgetragene, zumindest teilweise lichtdurchlässige blaue Farbschicht (6) für eine Homogenisierung einer Farberscheinung des Lichts auf. Durch die blaue Farbschicht (6) lässt sich ein Anteil des Lichts, der von der LED-Lichtquelle (2) in flache Abstrahlrichtungen bzw. in einen Randbereich abgegeben wird und dementsprechend rötlicher oder gelblicher erscheint als ein um die Hauptabstrahlrichtung (R) abgegebener Anteil des Lichts, so beeinflussen, dass die rötliche bzw. gelbliche Erscheinung in eine weißlichere Erscheinung umgewandelt wird. Auf diese Weise lässt sich erzielen, dass die Farberscheinung des Lichts nach Verlassen des optischen Elements (1) insgesamt homogener ist, insbesondere homogener weißlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Beeinflussung eines, von einer LED-Lichtquelle (LED: Licht emittierende Diode) abgestrahlten Lichts, eine Anordnung zur Lichtabgabe mit einem solchen optischen Element, sowie eine Phosphor-LED.
Aus dem Stand der Technik ist eine „Weißlicht-LED“ in Form einer so genannten Phosphor-LED (oder Phosphor konvertierter LED) bekannt, die eine LED zur Abstrahlung eines blauen Lichts oder einer UV-Strahlung (im Folgenden auch als „UV Licht“ bezeichnet) umfasst sowie eine auf dieser LED aufgebrachte Phosphor-Schicht, durch die das blaue/UV Licht (Primärstrahlung) teilweise in ein gelbes Licht (Sekundärstrahlung) umgewandelt wird. Insgesamt erscheint somit das von der Phosphor-LED abgestrahlte Licht weißlich als Mischung aus der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung.
Die LED zur Abstrahlung des blauen Lichts weist eine plane Lichtabstrahlfläche auf, sowie eine, normal zu dieser Lichtabstrahlfläche orientierte Hauptabstrahlrichtung. In der Hauptabstrahlrichtung wird von der LED typischerweise am meisten Licht abgegeben; in dieser Richtung ist demnach in der Regel die Lichtstärke maximal. Von der Phosphor-LED wird in eine Abstrahlrichtung, die mit der Hauptabstrahlrichtung einen Winkel von mehr als 60° einschließt - hier im Folgenden auch als „flache Abstrahlrichtung“ bezeichnet - typischerweise ein Licht abgestrahlt, das im Vergleich zu dem in der Hauptabstrahlrichtung abgestrahlten Licht rötlicher oder gelblicher erscheint; dieses Licht hat einen „Gelbstich“. Dieser Effekt nimmt typischerweise mit zunehmend flacherem Abstrahlwinkel, also mit zunehmendem Winkel gegenüber der Hauptabstrahlrichtung zu. Das in der Hauptabstrahlrichtung abgestrahlte Licht erscheint demgegenüber weißlicher. Dies wird auch als „Farbwinkelshift“ bezeichnet. Dieses Phänomen beruht darauf, dass das von der LED in der flachen Abstrahlrichtung abgestrahlte Licht einen längeren Weg durch die Phosphor-Schicht zurücklegt als das von der LED in die Hauptabstrahlrichtung abgestrahlte Licht. Dies führt dazu, dass bei dem unter einem flachen Abstrahlwinkel abgestrahlten Licht das Verhältnis von Gelb-Anteil zu Blau-Anteil größer ist als in der Hauptabstrahlrichtung.
5 zeigt eine Skizze zu dem beschriebenen Effekt. Durch eine Phosphor-LED 200 ist eine Hauptabstrahlrichtung R1 festgelegt um die sich ein Zentralbereich 210 breitet, in dem das Licht im Wesentlichen weißlich erscheint. Durch flache Abstrahlrichtungen ist ein, sich an den Zentralbereich 210 anschließender Randbereich 220 gebildet, in dem das Licht z.B. mehr rötlich oder gelblich erscheint (abhängig von dem(den) ausgewählten Phosphor(en)). Unter Phosphor sind lumineszierende Materialien unter anderem Leuchtstoffe (organische und anorganische) und Q-Dots (z.B. CdS, CdSe, ZnS, ZnSe) gemeint. Üblicherweise können anorganische Leuchtstoffe (z.B. Granate, Oxide, Oxynitride, Nitride, Orthosilikate, Fluoride), die in grünen, gelb-grünen, gelben und/oder roten Bereich des Spektrums emittieren. (z.B. gelb und grün emittierende Granate wie YAG: Ce³⁺, LuAG. Ce³⁺, rot emittierende Oxide wie Y₂O₃: Eu³⁺, oder Oxynitrid/Nitrid basierte rote Leuchtstoffe z.B. SrAlSi₄N₇:Eu²⁺, (Ca, Sr)AlSi₄N₇:Eu²⁺, CaSiAlON:Eu²⁺, CaAlSi(ON)₃:Eu²⁺, CaAlSiN3:Eu oder (Ca, Sr)AlSiN3:Eu), Orthosilikate wie (Ba,Sr)₂SiO₄:Eu²⁺ Fluoride wie K₂SiF₆:Mn⁴⁺) angewendet werden.
Die Verhältnisse sind zumindest in erster Näherung achsensymmetrisch mit Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung R1. In dem skizzierten Querschnitt durch die Phosphor-LED 200 umfasst der Zentralbereich 210 - bei einem Bezugspunkt B in der Phosphor-LED 200 - einen Winkelbereich von etwa 120° und die beiden Querschnitt-Teile des Randbereichs 220 jeweils einen Winkelbereich von etwa 30°.
Die beschriebene Eigenschaft der Phosphor-LED wird besonders deutlich (mehr betont), wenn das von der Phosphor-LED abgegebene Licht im Weiteren durch eine Linse gebündelt oder einen Reflektor beeinflusst wird, so dass die flachen Lichtstrahlen umgelenkt werden; typischerweise ist das bei einer Leuchte der Fall. Es tritt hierbei ein so genannter „Corona-Effekt“ auf, bei dem es auf einer bestrahlten Fläche zu einer weißlichen Erscheinung mit einem rötlich-braunen Rand kommt; dabei können auch gelbliche Flecken auftreten.
Um dem - in der Regel unerwünschten - Corona Effekt zu begegnen, ist es bekannt, zur Beeinflussung des Lichts der Phosphor-LED ein optisches Element in Form einer Linse mit eingelagerten Streupartikeln zu verwenden. Durch die Streupartikel wird das Licht gestreut, wodurch die unterschiedlichen Farbanteile des Lichts besonders gut durchmischt werden; auf diese Weise wird der Corona-Effekt reduziert. Allerdings wirken die Streupartikel dem eigentlichen Effekt der Linse entgegen, denn durch die Streupartikel werden insbesondere die Bedingungen für Totalreflexionen in der Linse verschlechtert; dies führt zu einer Verschlechterung des optischen bzw. lichttechnischen Wirkungsgrads (zusätzlich nimmt die Effizienz der Phosphor-LED ab). Außerdem wirkt sich der erhöhte Streulichtanteil nachteilig mit Bezug auf eine mögliche Blendung eines Nutzers aus und damit auf den so genannten UGR-Wert (UGR: unified glare rating).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes verbessertes optisches Element zur Beeinflussung eines, von einer LED-Lichtquelle abgestrahlten Lichts anzugeben. Insbesondere soll mit dem optischen Element vorteilhaft eine Reduzierung des Corona-Effekts ermöglicht sein. Außerdem soll eine Anordnung zur Lichtabgabe mit einem solchen optischen Element angegeben werden, sowie eine verbesserte Phosphor-LED.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den in den unabhängigen Ansprüchen genannten Gegenständen gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung ist ein optisches Element zur Beeinflussung eines, von einer LED-Lichtquelle abgestrahlten Lichts vorgesehen. Das optische Element weist einen, aus einem lichtdurchlässigen Material bestehenden Grundkörper auf, wobei der Grundkörper eine Lichteintrittsfläche zum Eintritt des Lichts in den Grundkörper, sowie eine Lichtaustrittsfläche zum Austritt des Lichts aus dem Grundkörper aufweist. Weiterhin weist das optische Element eine, auf dem Grundkörper aufgetragene, zumindest teilweise lichtdurchlässige blaue Farbschichtfür eine Homogenisierung einer Farberscheinung des Lichts auf. Mit Hilfe des optischen Elements lässt sich somit homogenes, vorzugsweise weißes, Licht erzeugen.
Durch die blaue Farbschicht lässt sich ein Anteil des Lichts, der von der LED-Lichtquelle in flache Abstrahlrichtungen bzw. in einen Randbereich abgegeben wird und dementsprechend rötlicher oder gelblicher (oder grünlicher) erscheint als ein um die Hauptabstrahlrichtung bzw. in einen Zentralbereich abgegebener Anteil des Lichts, so beeinflussen, dass die rötliche bzw. gelbliche Erscheinung in eine weißlichere Erscheinung umgewandelt wird. Auf diese Weise lässt sich erzielen, dass die Farberscheinung des Lichts nach Verlassen des optischen Elements insgesamt homogener ist, insbesondere homogener weißlich ist. Der Corona-Effekt lässt sich hierdurch reduzieren oder gar praktisch aufheben.
Dabei lässt sich weiterhin erzielen, dass die Lichtverteilungskurve des optischen Elements durch die blaue Farbschicht praktisch nicht beeinflusst wird.
In der Farbschicht können blaue Phosphore und/oder blaue Farbstoffe eingesetzt werden. Als blaue Farbstoffe bieten sich Naturfarbstoffe (z.B. Indigo, Azurit) und synthetische Farbstoffe (z.B. Indanthren, Dioxazin, Kristallviolett, Phthalocyanin) an. Als blaues Phosphor können im blauen Bereich des Spektrums emittierende anorganische Leuchtstoffe z.B. Eu²⁺ oder Eu²⁺ und Mn²⁺ dotierte Aluminate (wie BaMg₂Al₁₆O₂₇: Eu²⁺, BaMg₂Al₁₆O₂₇: Eu²⁺, Mn²⁺, BaMgAl₁₀O₁₇: Eu²⁺, BaMgAl₁₀O₁₇: Eu²⁺, Mn²⁺) oder Eu²⁺ dotierte Halophosphate (wie Sr₅(PO₄)₃Cl: Eu²⁺, (Sr,Ca)₅(PO₄)₃Cl: Eu²⁺, (Ba,Sr,Ca)₅(PO₄)₃Cl: Eu²⁺) eingesetzt werden. Insbesondere sollte der blaue Phosphor oder Farbstoff lösbar oder dispergierbar in einer Polymermatrix der Farbschicht sein.
Vorzugsweise weist die Farbschicht eine Schichtdicke von 5-60 µm, mehr bevorzugt von 10-50 µm.
Vorzugsweise wird bzw. ist die blaue Farbschicht als eine Polymerschicht/Lackschicht aufgetragen.
Vorzugsweise ist dabei die blaue Farbschicht zumindest teilweise auf einem Teil der Lichteintrittsfläche und/oder zumindest teilweise auf einem Teil der Lichteintrittsfläche aufgetragen. So lässt sich eine Beeinflussung des Lichts, insbesondere der unter flachen Abstrahlwinkeln von der LED-Lichtquelle abgestrahlten Lichtstrahlen vorteilhaft gezielt beim Eintritt des Lichts in das optische Element bzw. Austritt des Lichts aus dem optischen Element bewirken. Vorzugsweise weist der Grundkörper eine Mantel- oder Seitenfläche auf, die dazu ausgestaltet ist, Lichtstrahlen des Lichts total zu reflektieren, wobei vorzugsweise die Farbschicht zumindest teilweise auf einem Teil der Mantelfläche aufgetragen ist. Auch auf diese Weise lässt sich das Licht vorteilhaft beeinflussen.
Vorzugsweise ist der Grundkörper, des optischen Elements als eine TIR-Linse (TIR: total internal reflexion; interne Totalreflexion) gestaltet.
Vorzugsweise umfasst die Lichteintrittsfläche eine Bodenfläche und eine seitliche Begrenzungsfläche, wobei durch die Bodenfläche und die seitliche Begrenzungsfläche eine Ausnehmung gebildet ist. Die Ausnehmung eignet sich zur Aufnahme der LED-Lichtquelle; dies ist vorteilhaft mit Bezug auf den lichttechnischen Wirkungsgrad.
Vorzugsweise ist die Farbschicht dabei zumindest teilweise auf einem Teil der seitlichen Begrenzungsfläche aufgetragen. So lässt sich das Licht quasi direkt bzw. unmittelbar beeinflussen. Ferner lässt sich auf diese Weise vermeiden, dass die Farbschicht auf der Lichtaustrittsfläche aufgetragen wird, so dass Letztere bei Betrachtung von außen blau erscheint.
Vorzugsweise weist die Farbschicht eine Stärke auf, die an einem ersten, zur Bodenfläche weisenden Endbereich der Farbschicht geringer ist als an einem zweiten, von der Bodenfläche fort weisenden Endbereich der Farbschicht. So lässt sich erzielen, dass die Beeinflussung des Lichts vom zweiten Endbereich ausgehend zum ersten Endbereich abnimmt, also „flach“ verlaufende Lichtstrahlen stärker beeinflusst werden, als Lichtstrahlen, die weniger flach verlaufen. Dies ist vorteilhaft, weil der Gelbstich der von der LED-Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen typischerweise mit zunehmend flacheren Abstrahlwinkeln zunimmt.
Vorzugsweise ist der Grundkörper rotationssymmetrisch oder länglich geformt. So eignet sich das optische Element insbesondere für eine quasi punktförmige bzw. längliche Lichtquelle.
Vorzugsweise besteht der Grundkörper aus lediglich einem Material, beispielsweise aus PMMA (Polymethylmethacrylat) oder PC (Polycarbonat); insbesondere weist er vorzugsweise keine Licht streuenden Teilchen auf. Dies ist vorteilhaft mit Bezug auf die Herstellungsmöglichkeit des optischen Elements. Wenn der Grundkörper keine Licht streuenden Teilchen aufweist, erfahren die Lichtstrahlen innerhalb des Grundkörpers keine Richtungsänderungen; dies ist insbesondere vorteilhaft mit Bezug auf die Totalreflexionseigenschaften.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Anordnung zur Lichtabgabe vorgesehen, die eine LED-Lichtquelle aufweist sowie ein anmeldungsgemäßes optisches Element zur Beeinflussung eines, von der LED-Lichtquelle abgestrahlten Lichts. Dabei umfasst die LED-Lichtquelle insbesondere eine Phosphor-LED.
Vorzugsweise weist die LED-Lichtquelle eine Lichtabgabefläche zur Abgabe des Lichts auf, die zumindest teilweise in die Ausnehmung eingreifend angeordnet ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft mit Bezug auf den lichttechnischen Wirkungsgrad der Anordnung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Anordnung zur Lichtabgabe vorgesehen, die eine LED-Lichtquelle aufweist sowie ein optisches Element zur Beeinflussung eines, von einer LED-Lichtquelle abgestrahlten Lichts. Dabei umfasst das optische Element einen, aus einem lichtdurchlässigen Material bestehenden Grundkörper mit einer Lichteintrittsfläche zum Eintritt des Lichts in den Grundkörper, sowie mit einer Lichtaustrittsfläche zum Austritt des Lichts aus dem Grundkörper. Außerdem weist die Anordnung einen, zwischen der LED-Lichtquelle und der Lichteintrittsfläche angeordneten Farbfilter für eine Homogenisierung einer Farberscheinung des Lichts auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Phosphor-LED vorgesehen, die eine LED zur Erzeugung eines blauen Lichts oder einer UV-Strahlung aufweist, sowie eine, auf der LED aufgebrachte Phosphor-Schicht, durch die das blaue Licht bzw. die UV-Strahlung teilweise in ein nicht-blaues Licht umgewandelt wird. Dabei treten das blaue Licht und das nicht-blaue Licht über einen Oberflächenbereich der Phosphor-Schicht aus Letzterer aus. Weiterhin umfasst die Phosphor-LED eine blaue Farbschicht, die auf dem Oberflächenbereich der Phosphor-Schicht angeordnet ist. Durch diese Gestaltung lässt sich erzielen, dass die Farberscheinung des Lichts nach Verlassen der Phosphor-LED insgesamt homogener ist, insbesondere homogener weißlich.
Vorzugsweise ist die Farbschicht ringförmig an einem Randbereich des Oberflächenbereichs angeordnet. So lässt sich erzielen, dass insbesondere Lichtstrahlen, die von der LED in eine flache Abstrahlrichtung abgegeben werden, durch die Farbschicht beeinflusst werden.
Herstellungstechnisch vorteilhaft ist vorzugsweise die Farbschicht auf der Phosphor-Schicht aufgedruckt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Querschnitt-Skizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer anmeldungsgemäßen Anordnung zur Lichtabgabe mit einem anmeldungsgemäßen optischen Element,
2 eine entsprechende Skizze eines zweiten Ausführungsbeispiels,
3 eine entsprechende Skizze eines dritten Ausführungsbeispiels,
4 eine entsprechende Skizze eines vierten Ausführungsbeispiels,
5 eine Skizze zur Lichtabgabe einer Phosphor-LED gemäß dem Stand der Technik,
6 eine Skizze zu einer anmeldungsgemäßen Phosphor-LED und
7 eine Skizze zu einer weiteren anmeldungsgemäßen Phosphor-LED.

1 zeigt eine Querschnitt-Skizze einer anmeldungsgemäßen Anordnung zur Lichtabgabe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Anordnung umfasst eine LED-Lichtquelle 2 und ein anmeldungsgemäßes optisches Element 1 zur Beeinflussung eines, von der LED-Lichtquelle 2 abgestrahlten Lichts.
Die LED-Lichtquelle 2 kann insbesondere eine Phosphor-LED umfassen, beispielsweise aus wenigstens einer Phosphor-LED bestehen.
Durch die LED-Lichtquelle 2 ist eine Hauptabstrahlrichtung R festgelegt. Insbesondere kann die LED-Lichtquelle 2 eine, in einer Ebene E verlaufende Lichtabgabefläche 21 zur Abgabe des Lichts aufweisen, wobei die Hauptabstrahlrichtung R normal zu der Ebene E der Lichtabgabefläche 21 orientiert ist. Die LED-Lichtquelle 2 gibt dabei insbesondere in die Hauptabstrahlrichtung R am meisten Licht ab. Die Lichtstärke hat also in der Hauptabstrahlrichtung R ihr Maximum. In Richtungen, die mit der Hauptabstrahlrichtung R einen Winkel von mehr als 60° einschließen - also gemäß der eingangs genannten Definition in „flachen Abstrahlwinkeln“ - wird weniger Licht abgegeben; hier ist die Lichtstärke dementsprechend geringer.
Auf der Lichtabstrahlfläche 21 lässt sich ein geometrischer Mittelpunkt M festlegen. So lässt sich eine Achse - hier auch als Hauptachse H bezeichnet - festlegen, die durch den Mittelpunkt M verläuft und parallel zur Hauptabstrahlrichtung R orientiert ist.
Das optische Element 1 weist einen Grundkörper 3 auf. Der Grundkörper 3 weist eine Lichteintrittsfläche 4 zum Eintritt des Lichts in den Grundkörper 3 auf, sowie eine Lichtaustrittsfläche 5 zum Austritt des Lichts aus dem Grundkörper 3.
Für eine Homogenisierung einer Farberscheinung des Lichts weist das optische Element 1 weiterhin eine, auf dem Grundkörper 3 aufgetragene, zumindest teilweise lichtdurchlässige blaue Farbschicht 6 auf. Die Farbschicht6 kann dabei insbesondere auf dem Grundkörper 3 aufgedruckt sein. Hierzu können grundsätzlich verschiedene Bedruckungsverfahren und/oder Bedruckungsmuster verwendet werden.
Durch die blaue Farbschicht 6 lässt sich erzielen, dass diejenigen Lichtstrahlen der LED-Lichtquelle 2, die einen vergleichsweise z.B. hohen Gelb- und/oder Rotanteil aufweisen, derart beeinflusst werden, dass sie sich in „weißlichere“ Lichtstrahlen verwandeln, dass also ihr Gelb- bzw. Rotanteil durch die Wechselwirkung mit der Farbschicht 6 bzw. die dort stattfindende Absorption und/oder Farbkonversion des Gelb-Anteils verringert wird. Idealerweise werden auf diese Weise die gelblichen bzw. rötlichen Lichtstrahlen in weißliche Lichtstrahlen verwandelt, bzw. in solche Lichtstrahlen, die sich in ihrem Erscheinungsbild mit Bezug auf den Farbton nicht von denjenigen Lichtstrahlen unterscheiden lassen, die von der LED-Lichtquelle 2 „nach vorne“, bzw. gemäß der eingangs gegebenen Definition in Richtung des Zentralbereichs abgegeben werden.
Durch Variation der Stärke der Farbschicht 6, dem Farbort der Farbe und/oder der Konzentration lässt sich erzielen, dass der Corona-Effekt reduziert oder gar praktisch beseitigt wird. Auch Farbübergänge bzw. Farbverläufe lassen sich auf diese Weise erzielen.
In der Farbschicht 6 können auch Phosphormischungen oder Mischungen von Phosphor- und Farbstoffmaterialien mit einem hohen Blauanteil eingearbeitet sein .
Der Grundkörper 3 kann rotationssymmetrisch geformt sein. Insbesondere kann der Grundkörper 3 eine Symmetrieachse aufweisen, die mit der Hauptachse H zusammenfällt. Alternativ kann der Grundkörper 3 länglich geformt sein, insbesondere profilartig geformt sein, wobei sich vorzugsweise die Profilachse parallel zu der Ebene E der Lichtabgabefläche 21 erstreckt, so dass die 1 eine Querschnittdarstellung normal zu der Profilachse zeigt. Vorzugsweise weist der Grundkörper 3 in diesem zuletzt genannten Fall eine parallel zu der Profilachse orientierte Symmetrieebene auf, wobei vorzugsweise die Hauptachse H in der Symmetrieebene verläuft.
Der Grundkörper 3 kann eine Mantel- oder Seitenfläche 7 aufweisen, die dazu ausgestaltet ist, Lichtstrahlen des Lichts total zu reflektieren. Beispielsweise kann der Grundkörper 3 - wie in 1 angedeutet - als eine so genannte TIR-Linse gestaltet sein. Beispielsweise kann die Gestaltung bzw. Formgebung des Grundkörpers 3 derart sein, dass Lichtstrahlen des Lichts - wie in 1 exemplarisch durch einen Lichtstrahl L2 angedeutet - über die Lichteintrittsfläche 4 in den Grundkörper 3 eintreten, anschließend an der Seitenfläche 7 totalreflektiert werden und schließlich über die Lichtaustrittsfläche 5 den Grundkörper 3 wieder verlassen, wobei vorzugsweise außer den drei genannten Wechselwirkungen keine weiteren Brechungen oder Reflexionen dieser Lichtstrahlen durch den Grundkörper 3 vorgesehen sind. Die Seitenfläche 7 kann insbesondere - wie in 1 exemplarisch skizziert - konvex geformt sein.
Wie im gezeigten Beispiel der Fall, kann die Lichteintrittsfläche 4 eine Bodenfläche 41 und eine seitliche Begrenzungsfläche 42 umfassen, wobei durch die Bodenfläche 41 und die seitliche Begrenzungsfläche 42 eine Ausnehmung gebildet ist. Dabei ist die LED-Lichtquelle 2 vorzugsweise mit der Lichtabgabefläche 21 zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig in die Ausnehmung eingreifend angeordnet. Die Bodenfläche 41 kann zumindest in erster Näherung parallel zur Ebene E der Lichtabgabefläche 21 orientiert gebildet sein.
Die blaue Farbschicht 6 ist dabei vorzugsweise zumindest teilweise auf einem Teil der seitlichen Begrenzungsfläche 42 aufgetragen. So lässt sich erzielen, dass diejenigen Lichtstrahlen des Lichts, die von der LED-Lichtquelle 2 - wie in 1 durch den exemplarischen Lichtstrahl L2 angedeutet - unter flachen Abstrahlwinkeln angestrahlt werden, also diejenigen Lichtstrahlen, die typischerweise einen vergleichsweise hohen Gelb- bzw. Rotanteil aufweisen, durch die Farbschicht 6 beeinflusst werden, während die restlichen Lichtstrahlen - wie in 1 durch einen weiteren exemplarischen Lichtstrahl L1 angedeutet - die nach der eingangs gegebenen Definition innerhalb des „Zentralbereichs“ abgegeben werden und mehr weißlich erscheinen nicht durch die Farbschicht 6 beeinflusst werden. So lässt sich dem Corona-Effekt besonders wirkungsvoll entgegenwirken.
Beim gezeigten Beispiel werden insbesondere alle Lichtstrahlen des Lichts, die unmittelbar durch die Bodenfläche 41 der Ausnehmung in das optische Element 3 eintreten, nicht von der Farbschicht 6 beeinflusst.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Farbschicht 6 eine Stärke aufweist, die an einem ersten, zur Bodenfläche 41 weisenden Endbereich 61 der Farbschicht 6 geringer ist als an einem zweiten, von der Bodenfläche 41 fort weisenden Endbereich 62 der Farbschicht 6. So lässt sich erzielen, dass die in den Randbereich abgegebenen Lichtstrahlen umso mehr von der Farbschicht 6 beeinflusst werden, je flacher sie abgegeben werden. Vorzugsweise ist die Farbschicht 6 derart gestaltet, dass ihre Stärke vom zweiten Endbereich 61 zum ersten Endbereich 61 insbesondere kontinuierlich abnimmt.
Vorzugsweise erstreckt sich - in einem Querschnitt durch die Hauptachse H bzw. gegebenenfalls normal zu der Profilachse des Grundkörpers 3 betrachtet - die Farbschicht 6 mit ihrem ersten Endbereich 61 lediglich bis zu einer Stelle S, für die gilt, dass die Verbindungsgerade zwischen der Stelle S und dem Mittelpunkt M der Lichtabgabefläche 21 mit der Hauptachse H einen Winkel φ einschließt, der 60° ± 20° beträgt, besonders bevorzugt 60° ± 10°. Weiterhin vorzugsweise ist die Gestaltung derart, dass diejenigen Lichtstrahlen, die mit der Hauptachse H einen Winkel einschließen, der kleiner als der Winkel φ ist, nicht von der Farbschicht 6 beeinflusst werden.
Alternativ zur gezeigten Ausführung kann die Lichteintrittsfläche beispielsweise insgesamt gekrümmt sein, so dass eine Ausnehmung gebildet ist, bei der ein Bodenflächenbereich kontinuierlich in einen seitlichen Begrenzungsflächenbereich übergeht. Auch in diesem erstreckt sich die Farbschicht 6 vorzugsweise bis zu einer entsprechenden Stelle S.
Mit seinem zweiten Endbereich 62 erstreckt sich die Farbschicht 6 vorzugsweise bis zu der Ebene E der Lichtabgabefläche 21 der LED-Lichtquelle 2.
Im Fall eines rotationssymmetrischen Grundkörpers 3 ist vorzugsweise auch die Farbschicht 6 entsprechend rotationssymmetrisch gebildet. Wenn der Grundkörper 3 profilartig ist, ist die Farbschicht 6 vorzugsweise zweiteilig ausgebildet, so dass auf jeder der in diesem Fall gebildeten beiden seitlichen Begrenzungsflächen 42 einer der beiden Teile der Farbschicht 6 aufgetragen ist.
Der Grundkörper 3 kann herstellungstechnisch vorteilhaft aus lediglich einem Material bestehend gebildet sein, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial. Beispielsweise kann es sich bei dem Material um PMMA oder PC handeln.
Insbesondere kann der Grundkörper 3 ohne eingelagerte Licht streuende Teilchen gestaltet sein. Dies ist vorteilhaft, weil sich so die Lichtbeeinflussung durch entsprechende Formgebung des Grundkörpers 3 besonders gut bzw. einstellbar erzielen lässt. So lässt sich quasi allein durch die Form des Grundkörpers 3 eine bestimmte gewünschte Lichtverteilungskurve des von dem optischen Element 1 abgegebenen Lichts erzielen; eine Beeinträchtigung bzw. unerwünschte Veränderung dieser Lichtverteilungskurve durch Streupartikel kann ausgeschlossen werden. Der Einfluss der Farbschicht auf die Lichtverteilungskurve ist praktisch vernachlässigbar.
Ein weiterer Vorteil der Farbschicht ist darin zu sehen, dass die durch die Farbschicht grundsätzlich unvermeidlichen optischen Verluste mit lediglich ca. 6% sehr gering sind (Gelblichtabsorption). Dies ist vorteilhaft mit Bezug auf den lichttechnischen Wirkungsgrad der Anordnung.
In 2 ist eine entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt. Soweit nicht anderweitig angegeben, gelten die obigen Ausführungen auch mit Bezug auf das zweite und die weiter folgenden Ausführungsbeispiele. Die Bezugszeichen sind analog gebraucht.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist Farbschicht - hier mit 6' bezeichnet - auf der Lichtaustrittsfläche 5 aufgetragen. Insbesondere ist die Farbschicht 6' in einem Teilbereich der Lichtaustrittsfläche 5 aufgetragen, durch den zumindest überwiegend diejenigen Lichtstrahlen des Lichts hindurchtreten, die zuvor von der LED-Lichtquelle 2 unter flachen Abstrahlwinkeln abgegeben worden sind, wie in 2 durch einen exemplarische Lichtstrahl L3 angedeutet.
Bei dieser Gestaltung ist allerdings zu bedenken, dass die Farbschicht 6' bei Betrachtung des optischen Elements 1 von außen im Allgemeinen sichtbar ist. Dies mag in bestimmten Fällen unerwünscht sein. Insoweit ist die in 1 gezeigte Gestaltung hier vorteilhafter.
In 3 ist eine entsprechende Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels gezeigt. Die Farbschicht - hier mit 6" bezeichnet - ist hierbei auf einem Teil der Mantelfläche 7 aufgetragen. Insbesondere ist die Farbschicht 6" in einem Teilbereich der Mantelfläche 7 aufgetragen, an dem zumindest überwiegend diejenigen Lichtstrahlen des Lichts totalreflektiert werden, die zuvor von der LED-Lichtquelle 2 unter flachen Abstrahlwinkeln abgegeben worden sind. Bei dieser Ausführung ist allerdings zu bedenken, dass die Farbschicht 6“ die vorgesehenen Totalreflexionen nicht beeinträchtigen sollte. Hierzu kann vorteilhaft eine Farbe verwendet werden, die bei der Herstellung der Farbschicht 6" zumindest teilweise in den Grundkörper 3 eindiffundiert.
Bei den oben genannten Ausführungsbeispielen ist vorzugsweise außer der Farbschicht 6, 6', 6" keine weitere Beschichtung des Grundkörpers 3 vorgesehen. Mit anderen Worten besteht das optische Element 1 vorzugsweise aus dem Grundkörper 3 und der Farbschicht 6, 6', 6". So weist beispielsweise bei dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel die Bodenfläche 41 vorzugsweise keine Beschichtung auf.
Weiterhin sind die nicht beschichteten Oberflächenbereiche des Grundkörpers 3 vorzugsweise glatt gestaltet, so dass sie insbesondere keine Licht streuenden Oberflächenstrukturen aufweisen, wie beispielsweise Mikroprismen, Rillen oder dergleichen.
Grundsätzlich können die oben genannten Farbschichten 6, 6', 6" auch beliebig kombiniert werden. Beispielsweise kann die Farbschicht sowohl auf der seitlichen Begrenzungsfläche 42 der Ausnehmung vorgesehen sein, als auch auf der Lichtaustrittsfläche 5, u. s. w. Grundsätzlich ist jedoch die Farbschicht 6, 6', 6" vorzugsweise lediglich innerhalb derjenigen Stellen vorgesehen, an denen diejenigen Lichtstrahlen des Lichts gebrochen und/oder reflektiert werden, die die LED-Lichtquelle 2 unter flachen Abstrahlwinkeln verlassen.
Zur Erzielung des erwünschten Effekts ist es im Allgemeinen nicht in jedem Fall erforderlich, dass die „Farbschicht“ den Grundkörper 3 berührt. So könnte - wie exemplarisch in 4 gezeigt - ein blauer Farbfilter 8 anstelle oder ergänzend zu der Farbschicht vorgesehen sein, der die gelblichen Lichtstrahlen in analoger Weise in ihrem Erscheinungsbild in weißlichere Lichtstrahlen umwandelt. Wie bei dem in 4 gezeigten Beispiel der Fall, erstreckt sich der Farbfilter 8 beispielsweise vorteilhaft innerhalb der Ausnehmung, die durch die Lichteintrittsfläche 4 gebildet ist.
In 6 ist eine Skizze zu einer anmeldungsgemäßen Phosphor-LED gezeigt. Die Phosphor-LED umfasst eine LED 90 zur Erzeugung eines blauen Lichts oder einer UV-Strahlung. Die LED 90 weist insbesondere eine, in einer Ebene verlaufende Lichtabgabefläche 95 zur Abgabe des Lichts auf, wobei eine Hauptabstrahlrichtung R normal zu der Ebene orientiert ist. Auf der Lichtabgabefläche 95 lässt sich ein geometrischer Mittelpunkt M festlegen. So lässt sich eine Hauptachse H festlegen, die durch den Mittelpunkt M verläuft und parallel zu der Hauptabstrahlrichtung R orientiert ist.
Weiterhin umfasst die Phosphor-LED eine, auf der LED 90 aufgebrachte Phosphor-Schicht 91, durch die das blaue Licht bzw. die UV-Strahlung teilweise in ein nicht-blaues Licht umgewandelt wird. Die Phosphor-Schicht 91 kann insbesondere aus einem lichtdurchlässigen Material, beispielsweise einem Silikon bestehen, in dem Phosphor-Teilchen verteilt angeordnet sind. Bei den Phosphor-Teilchen kann es sich insbesondere um Phosphor gemäß der obigen Beschreibung handeln. Vorzugsweise besteht die Phosphor-Schicht 91 aus dem lichtdurchlässigen Material und den Phosphor-Teilchen.
Die Phosphor-Schicht 91 kann dabei eine grundsätzlich beliebige Form aufweisen. Vorzugsweise bedeckt die Phosphor-Schicht 91 die Lichtabgabefläche 95 der LED 90 vollständig. Vorzugsweise ist die Phosphor-Schicht 91 derart geformt, dass sie mit Bezug auf die Hauptachse H symmetrisch geformt ist.
Die Gestaltung ist dabei derart, dass das blaue Licht und das nicht-blaue Licht über einen Oberflächenbereich 92 der Phosphor-Schicht 91 aus Letzterer austreten. Der Oberflächenbereich 92 kann dabei in Abhängigkeit der Form der Phosphor-Schicht 91 grundsätzlich unterschiedliche Formen aufweisen. Bei dem in 6 skizzierten Ausführungsbeispiel beschreibt der Oberflächenbereich 92 der Phosphor-Schicht 91 einen Kugelflächenbereich, beispielsweise in Form einer Halbkugelfläche.
Weiterhin umfasst die Phosphor-LED eine blaue Farbschicht, hier mit dem Bezugszeichen 6'" bezeichnet, die auf dem Oberflächenbereich 92 der Phosphor-Schicht 91 angeordnet ist. Die Farbschicht 6'" wirkt hier in analoger Weise zu den oben genannten Beispielen. Soweit hier nicht anders angegeben, kann die Farbschicht 6"' so wie oben mit Bezug auf die anderen Ausführungsbeispiele beschrieben, gestaltet sein. So kann die Dicke der Farbschicht 6"' auch hier beispielsweise zwischen 5 und 60 µm betragen, vorzugsweise zwischen 10 und 50 µm.
Vorzugsweise ist die Farbschicht 6'" ringförmig an einem Randbereich des Oberflächenbereichs 92 angeordnet, insbesondere symmetrisch mit Bezug auf die Hauptachse H. So lassen sich besonders geeignet alle Lichtstrahlen durch die Farbschicht 6"' beeinflussen, die von der LED 90 unter einer flachen Abstrahlrichtung abgegeben werden.
Vorzugsweise ist die Farbschicht 6'" derart gebildet, dass sie sich in einem Querschnitt durch die Hauptachse H betrachtet bis zu einer Stelle S erstreckt, für die gilt, dass die Verbindungsgerade zwischen der Stelle S und dem Mittelpunkt M der Lichtabgabefläche 95 mit der Hauptachse H einen Winkel φ einschließt, der 60° ± 20° beträgt, besonders bevorzugt 60° ± 10°. Weiterhin vorzugsweise ist die Gestaltung derart, dass diejenigen Lichtstrahlen, die mit der Hauptachse H einen Winkel einschließen, der kleiner als der Winkel φ ist, nicht von der Farbschicht 6 beeinflusst werden.
Allerdings kann im Allgemeinen die Farbschicht 6'" auch den gesamten Oberflächenbereich 92 der Phosphor-Schicht 91 bedeckend angeordnet sein.
Die Farbschicht 6'" kann an unterschiedlichen Orten unterschiedlich dick gestaltet sein. Insbesondere kann die Gestaltung derart sein, dass die Dicke der Farbschicht 6'" mit zunehmendem Abstand von der Hauptachse H zunimmt.
Die Farbschicht 6'" kann beispielsweise auf der Phosphor-Schicht 91 aufgedruckt sein.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer anmeldungsgemäßen Phosphor-LED. Die Bezugszeichen sind analog zu 6 gebraucht und soweit nicht anders angegeben, gilt die Beschreibung mit Bezug auf 6 auch im Fall des Ausführungsbeispiels der 7. Ein Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 6 besteht darin, dass bei diesem Beispiel der Oberflächenbereich 92 der Phosphor-Schicht 91 plan ist.

Claims

Optisches Element (1) zur Beeinflussung eines, von einer LED-Lichtquelle (2) abgestrahlten Lichts, aufweisend - einen, aus einem lichtdurchlässigen Material bestehenden Grundkörper (3), wobei der Grundkörper (3) eine Lichteintrittsfläche (4) zum Eintritt des Lichts in den Grundkörper (3), sowie eine Lichtaustrittsfläche (5) zum Austritt des Lichts aus dem Grundkörper (3) aufweist, gekennzeichnet durch - eine, auf dem Grundkörper (3) aufgetragene, zumindest teilweise lichtdurchlässige blaue Farbschicht (6) für eine Homogenisierung einer Farberscheinung des Lichts.
Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschicht (6) zumindest teilweise auf einem Teil der Lichteintrittsfläche (4) und/oder zumindest teilweise auf einem Teil der Lichteintrittsfläche (5) aufgetragen ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) eine Mantel- oder Seitenfläche (7) aufweist, die dazu ausgestaltet ist, Lichtstrahlen des Lichts total zu reflektieren, wobei vorzugsweise die Farbschicht (6) zumindest teilweise auf einem Teil der Mantelfläche (7) aufgetragen ist.
Optisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) eine TIR-Linse darstellt.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (4) eine Bodenfläche (41) und eine seitliche Begrenzungsfläche (42) umfasst, wobei durch die Bodenfläche (41) und die seitliche Begrenzungsfläche (42) eine Ausnehmung gebildet ist.
Optisches Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschicht (6) zumindest teilweise auf einem Teil der seitlichen Begrenzungsfläche (42) aufgetragen ist.
Optisches Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschicht (6) eine Stärke aufweist, die an einem ersten, zur Bodenfläche (41) weisenden Endbereich (61) der Farbschicht (6) geringer ist als an einem zweiten, von der Bodenfläche (41) fort weisenden Endbereich (62) der Farbschicht (6).
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) rotationssymmetrisch oder länglich geformt ist.
Optisches Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) aus lediglich einem Material besteht, beispielsweise aus PMMA oder PC und insbesondere keine Licht streuenden Teilchen aufweist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschicht (6) einen blauen Farbstoff und/oder einen blauen Phosphor aufweist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschicht eine Schichtdicke von 5-60 µm, mehr bevorzugt 10-50 µm, aufweist.
Anordnung zur Lichtabgabe, aufweisend - eine LED-Lichtquelle (2) und - ein optisches Element (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Beeinflussung eines, von der LED-Lichtquelle (2) abgestrahlten Lichts.
Anordnung zur Lichtabgabe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Lichtquelle (2) eine Phosphor-LED umfasst.
Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, wobei das optische Element die im Anspruch 5 genannten Merkmale aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Lichtquelle (2) eine Lichtabgabefläche (21) zur Abgabe des Lichts aufweist, die zumindest teilweise in die Ausnehmung eingreifend angeordnet ist.
Anordnung zur Lichtabgabe, aufweisend - eine LED-Lichtquelle (2) und - ein optisches Element (1') zur Beeinflussung eines, von einer LED-Lichtquelle (2) abgestrahlten Lichts, aufweisend - einen, aus einem lichtdurchlässigen Material bestehenden Grundkörper (3'), wobei der Grundkörper (3') eine Lichteintrittsfläche (4') zum Eintritt des Lichts in den Grundkörper (3'), sowie eine Lichtaustrittsfläche (5') zum Austritt des Lichts aus dem Grundkörper (3') aufweist, gekennzeichnet durch - einen, zwischen der LED-Lichtquelle (2) und der Lichteintrittsfläche (4') angeordneten Farbfilter (8) für eine Homogenisierung einer Farberscheinung des Lichts.
Phosphor-LED, aufweisend - eine LED (90) zur Erzeugung eines blauen Lichts oder einer UV-Strahlung und - eine, auf der LED (90) aufgebrachte Phosphor-Schicht (91), durch die das blaue Licht bzw. die UV-Strahlung teilweise in ein nicht-blaues Licht umgewandelt wird, wobei das blaue Licht und das nicht-blaue Licht über einen Oberflächenbereich (92) der Phosphor-Schicht (91) aus Letzterer austreten, gekennzeichnet durch - eine blaue Farbschicht (6"'), die auf dem Oberflächenbereich (92) der Phosphor-Schicht (91) angeordnet ist.
Phosphor-LED nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschicht (6'") ringförmig an einem Randbereich des Oberflächenbereichs (92) angeordnet ist.
Phosphor-LED nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbschicht (6'") auf der Phosphor-Schicht (91) aufgedruckt ist.