DE102018109015A1

DE102018109015A1 - LED Modul mit Reflektor und integrierten Farbkonversionsmitteln

Info

Publication number: DE102018109015A1
Application number: DE102018109015.3A
Authority: DE
Inventors: Franz Schrank; Vladimir Gruendling
Original assignee: Tridonic Jennersdorf GmbH
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2018-12-20
Also published as: DE202017103633U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein LED Modul (10) für den Einsatz in einem Strahler oder einer Deckenleuchte aufweisend einen Träger (1), wenigstens einen auf dem Träger (1) angeordneten LED Chip (2), ein auf dem Träger (1) und über dem LED Chip (2) angeordnetes optischen System aufweisend einen Reflektor (3) mit wenigstens einer den LED Chip (2) umgebenden ersten Reflektorkammer (3a) und einer darüber liegenden zweiten Reflektorkammer (3b), wobei die erste Reflektorkammer (3a) mit einem Farbkonversionsmittel (4) gefüllt ist, welche ein vom LED Chip (2) emittiertes Licht wenigstens teilweise in Licht einer anderen Wellenlänge konvertiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein LED Modul mit einem Reflektor und integrierten Farbkonversionsmitteln insbesondere für den Einsatz als Strahler oder Deckenleuchte.
LED Module mit optischem System insbesondere einem Reflektor für den Einsatz als Strahler (sogenannte „Spotlights“) oder Deckenleuchten (sogenannte „Downlights“) sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese weisen üblicherweise einen oder mehrere LED Chips auf, welche als SMD LED Bauteil auf einem Träger angeordnet sind. Das SMD LED Bauteil kann Farbkonversionsmittel wie beispielsweise in eine Trägermatrix eingebrachte Phosphorpartikel aufweisen, welcher das von dem einen oder mehreren LED Chips emittierte Primärlicht wenigstens teilweise in Licht anderer Wellenlänge konvertiert. Das dadurch erhaltene Mischlicht kann Weißlich sein. Ein das SMD LED Bauteil umgebender Reflektor ist ebenfalls auf dem Träger angeordnet und ermöglicht das von dem SMD LED Bauteil abgegebene Licht in eine gewünschte Ausgangsrichtung des LED Moduls zu reflektieren. Ein derartiges Modul aus dem Stand der Technik wird in 1 beispielhaft gezeigt.
Diese bekannten LED Module weisen den Nachteil auf, dass durch den Einsatz eines SMD LED Bauteils eine gewünschte Miniaturisierung des Reflektors nicht ermöglicht wird. Die Gestaltung des Reflektors ist somit durch die Größe des SMD LED Bauteils und eventuell notwendige Montageabstände zwischen Reflektorinnenwand und Außenwand oder Ecken des SMD LED Bauteils begrenzt. Zudem weisen diese LED Module hohe optische Verluste durch die Interaktion des emittierten und reflektierten Lichts mit dem Träger und dem oder den LED Chip(s) auf. Des Weiteren ist die Farbwiedergabe derartiger LED Module durch die verwendeten SMD LED Bauteile vordefiniert und somit begrenzt, wodurch eine individuelle Anpassung der Farbe und Farbtemperatur des emittierten Lichts an Kundewünsche beispielsweise für spezielle Farbgebung bei einer Ladenbeleuchtung erschwert ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein vereinfachtes und optimiertes LED Modul mit optischem System zur Verfügung zu stellen, welches eine kompakte Dimensionierung des Moduls sowie die einfache Anpassung des emittierten Lichts insbesondere hinsichtlich der Farbe und Farbtemperatur während der Modulherstellung ermöglicht. Des Weiteren soll die Lichtleistung des Moduls gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein LED Modul für den Einsatz in einem Strahler oder einer Deckenleuchte aufweisend einen Träger, wenigstens einen auf dem Träger angeordneten LED Chip, ein auf dem Träger und über dem LED Chip angeordnetes optischen System aufweisend einen Reflektor mit wenigstens einer den LED Chip umgebenden ersten Reflektorkammer und einer darüber liegenden zweiten Reflektorkammer, wobei die erste Reflektorkammer mit einem Farbkonversionsmittel gefüllt ist, welche ein vom LED Chip emittiertes Licht wenigstens teilweise in Licht einer anderen Wellenlänge konvertiert.
Bei der vorliegenden Erfindung wird das aus dem Stand der Technik bekannte SMD LED Bauteil durch wenigstens einen LED Chip ersetzt. Hierdurch kann das über dem LED Chip angeordnete optische System deutlich kleiner dimensioniert werden.
Das Farbkonversionsmittel verbindet vorzugsweise den Reflektor untrennbar mit dem Träger und dem wenigstens einen LED Chip. Das Farbkonversionsmittel wird vorzugsweise bei einer Montage von dem Träger mit dem Reflektor in diesen eingebracht. Hierdurch kann das Farbkonversionsmittel benutzerdefiniert auf die jeweiligen LED Chips und für den gewünschten Einsatzzweck des LED Moduls angepasst werden. Das Farbkonversionsmittel wird vorzugsweise in flüssiger Form in den Reflektor bzw. in die erste Reflektorkammer eingebracht, sodass es den wenigstens einen LED Chip überdeckt und an der Innenwand der Reflektorkammer anliegt, und dann ausgehärtet. Das Farbkonversionsmittel ist somit ein integraler Bestandteil des optischen Systems.
Dass LED Modul kann statt einem LED Chip auch wenigstens zwei oder eine Mehrzahl an LED Chips aufweisen. Diese können in sogenannter „Flip-Chip“ oder „Face-up“ Anordnung auf dem Träger angeordnet sein. Der wenigstens eine LED Chip ist vorzugsweise ein blaues Licht emittierender LED Chip. Es können aber auch andersfarbige monochromatische LED Chips auf dem Träger angeordnet sein.
Das LED Modul emittiert vorzugsweise weißes Licht, welches ein Mischlicht aus dem von dem LED Chip emittierten Licht und dem von dem Farbkonversionsmittel emittierten Licht ist. Falls der LED Chip ein blaues Licht emittierender Chip ist, kann das Farbkonversionsmittel beispielsweise gelbes Licht emittierende YAG Farbkonversionspartikel aufweisen.
Der Träger kann eine Leiterplatte (sog. „printed-circuitboard“) sein. Die Leiterplatte kann als FR4 oder als Metallkernplatine ausgeführt sein. Die Leiterplatte weist vorzugsweise integrierte oder darauf angeordnete Leiterbahnen auf, mit welchen der wenigstens eine LED Chip kontaktiert ist. Der Träger kann auf einer rückseitigen Oberfläche Kontakte zum Anschluss an eine Stromversorgung oder Steuerung aufweisen.
Der Träger kann einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Träger eine Metallplatte wie beispielsweise eine Aluminiumplatte und eine darauf angebrachte FR4 Platine aufweisen. Die FR4 Platine kann wenigstens eine vorzugsweise kreisrunde Ausnehmung aufweisen, so dass die FR4 Platine die Metallplatte nur teilweise bedeckt. Der Reflektor kann in die Ausnehmung eingesetzt sein und somit auf der Oberfläche der Metallplatte aufliegend angeordnet sein. Hierbei kann die Ausnehmung vorzugsweise auf einen Außendurchmesser der Reflektorbodenfläche angepasst sein. Der Reflektor kann auch auf den Rand der Ausnehmung und damit auf die Oberfläche der FR4 Leiterplatte aufgesetzt sein. Hierbei kann ein Innendurchmesser der Reflektorbodenfläche auf die Ausnehmung angepasst sein.
Das Farbkonversionsmittel ist vorzugsweise eine Vergussmasse, in welcher Farbkonversionspartikel bzw. Leuchtstoffpartikel (optional kombiniert mit Füll- und/oder Streupartikel) enthalten beispielsweise dispergiert sind. Die Vergussmasse bildet somit eine Trägermatrix für die Farbkonversionspartikel. Die Vergussmasse ist vorzugsweise aus Silikonmaterial. Die Vergussmasse kann ebenso aus Epoxidmaterial sein.
Das Farbkonversionsmittel weist vorzugsweise eine Emissionsfläche auf, welche im Wesentlichen parallel zu einer Trägeroberfläche angeordnet ist und vorzugsweise den LED Chip komplett bedeckt. Die Emissionsfläche des Farbkonversionsmittels ist somit vorzugsweise eben ausgeprägt.
Der Reflektor kann beispielsweise ein parabolischer Reflektor sein. Der Reflektor ist vorzugsweise aus Metall. Alternative kann der Reflektor aus einem anderen Material, insbesondere einem Polymermaterial, geformt sein, welches eine metallische Oberfläche aufweist, wenigstens an dessen Innenwänden.
Die erste und zweite Reflektorkammer sind vorzugsweise im Reflektor direkt angrenzend aneinander und/oder in Lichtaustrittsrichtung hintereinander angeordnet. Die erste und zweite Reflektorkammer sind vorzugsweise durch eine kontinuierliche Seitenwand des Reflektors nach Außen begrenzt. Die kontinuierliche Seitenwand ist vorzugsweise eine umfängliche Seitenwand, welche den LED Chip vollständig umgibt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Innenwand der ersten Reflektorkammer eine andere und insbesondere eine höhere Oberflächenenergie auf, als die nachgeordnete zweite Reflektorkammer. Hierdurch wird eine präzisiere Anordnung des Farbkonversionsmittels in der ersten Reflektorkammer ermöglicht. Insbesondere kann die lichtabgebende Oberfläche des Farbkonversionsmittels in der ersten Reflektorkammer möglichst flach ausgeprägt werden, da ein negativer Einfluss der Oberflächenenergie der Innenwand der zweiten Reflektorkammer auf das Farbkonversionsmittel vermieden werden kann, welcher zu einer konkaven oder konvexen Ausprägung der Farbkonversionsmitteloberfläche führen kann.
Zur Erzielung der oben beschriebenen Funktion weist der Reflektor vorzugsweise einen umlaufenden Vorsprung oder Rücksprung zwischen erster und zweiter Reflektorkammer auf. Der Vorsprung kann durch eine umlaufende Ecke, Fläche oder Kante des Reflektors insbesondere der Reflektorinnenwand gebildet sein. Ein derartiger Vorsprung ist vorzugsweise ein rechtwinkliger Vorsprung und/oder Rücksprung zwischen der ersten und zweiten Reflektorkammer. Der Vorsprung oder Rücksprung ist vorzugsweise im Übergangsbereich zwischen der ersten und zweiten Reflektorkammer angeordnet.
Alternativ oder zusätzlich zu der oben beschrieben geometrischen Ausgestaltung des Übergangsbereichs zwischen erster und zweiter Reflektorkammer kann die Oberflächenergie der Innenwand der ersten Reflektorkammer mittels eines geeigneten Prozesses wie beispielsweise Plasma-Oberflächenaktivierung erhöht werden.
Die erste und zweite Reflektorkammer weisen vorzugsweise Innenwände auf, welche reflektierend ausgebildet sind. Die Innenwand der ersten und zweiten Reflektorkammer ist vorzugsweise jeweils eine kontinuierliche umlaufende Innenwand.
Die Innenwand der ersten und/oder der zweiten Reflektorkammer ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese sich in Lichtemissionsrichtung des LED Moduls erweitert.
Die Innenwand der ersten und/oder der zweiten Reflektorkammer hat vorzugsweise einen konstanten Neigungswinkel relativ zu einer optischen Achse des Reflektors.
Die Innenwand der zweiten Reflektorkammer kann einen größeren Neigungswinkel relativ zu einer optischen Achse des Reflektors aufweisen, als die Innenwand der ersten Reflektorkammer.
Die jeweilige Innenwand der ersten und/oder der zweiten Reflektorkammer kann alternativ in Lichtaustrittsrichtung gekrümmt sein. Hierbei kann die Krümmung der zweiten Reflektorkammer einen kleineren Krümmungsradius aufweisen als die Krümmung der ersten Reflektorkammer.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die erste Reflektorkammer im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet, d.h. sie weist eine im Wesentlichen vertikale umlaufende Innenwand auf, wohingegen sich die zweite Reflektorinnenwand in Lichtemissionsrichtung erweitert. In dem Übergangsbereich zwischen der ersten und zweiten Reflektorinnenwand kann eine umlaufende, flanschartige bzw. stufenförmige Oberfläche ausgebildet sein.
Die Innenwand der ersten Reflektorkammer kann diffus streuend bzw. diffus reflektierend ausgebildet ist. Die Innenwand der zweiten Reflektorkammer ist vorzugsweise reflektierend ausgebildet.
Die zweite Reflektorkammer weist vorzugsweise wenigstens einen ersten und einen zweiten Kammerbereich auf, welche über unterschiedliche Reflexionseigenschaften verfügen können. Die jeweiligen Kammerbereiche der zweiten Reflektorkammer sind vorzugsweise direkt angrenzend zueinander in der zweiten Reflektorkammer angeordnet.
Der erste und zweite Kammerbereich weisen vorzugsweise Innenwände mit unterschiedlichem Neigungswinkel relativ zu einer optischen Achse des Reflektors und/oder unterschiedliche Krümmungsradien auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Reflektorkammer keine Füllung auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Reflektorkammer mit transparenter Vergussmasse gefüllt. Die transparente Vergussmasse liegt vorzugsweise direkt d.h. ohne Zwischenräume auf dem Farbkonversionsmittel bzw. auf einer Emissionsfläche des Farbkonversionsmittels der ersten Reflektorkammer auf. Hierdurch wird die Auskopplung des Lichts an der Oberfläche des Farbkonversionsmittels in Luft verhindert und das Licht wird direkt in die Vergussmasse eingekoppelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Farbkonversionsmittel und die Vergussmasse einen im Wesentlich gleichen Brechungsindex auf.
Vorzugsweise ist die Vergussmasse und eine Trägermatrix des Farbkonversionsmittels aus dem gleichen Material gebildet. Insbesondere sind die Vergussmasse und eine Trägermatrix des Farbkonversionsmittels aus Silikon gebildet.
Die transparente Vergussmasse füllt die zweite Reflektorkammer vorzugsweise komplett, d.h. bis zu einer Ausgangsöffnung des Reflektors. Eine Emissionsfläche der Vergussmasse ist vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des Trägers und/oder einer Emissionsfläche des Farbkonversionsmittels angeordnet.
Die Emissionsfläche der Vergussmasse kann eine lichtbrechende Oberflächenstruktur aufweisen. Die Emissionsfläche kann alternative plan ausgestaltet sein. Die Emissionsfläche kann eine antireflektierende Beschichtung aufweisen.
Die transparente Vergussmasse weist vorzugsweise keine Farbkonversionspartikel und/oder Streupartikel auf. Alternativ kann die Vergussmasse 6 jedoch auch Füll- und/oder Streupartikel aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vergussmasse aus hochtransparentem Silikon geformt.
Der Reflektor ist vorzugsweise ein Minireflektor. Die Höhe des Reflektors, welche sich von der Trägeroberfläche, auf welcher der Reflektor angeordnet ist, zu einer Lichtauslassöffnung erstreckt liegt vorzugsweise zwischen 2 und 10mm, mehr bevorzugt zwischen 3 und 9mm. Die Breite des Reflektors liegt vorzugsweise zwischen 4 und 15mm. Die Höhe der ersten Reflektorkammer liegt vorzugsweise zwischen 0,1 und 3mm, mehr bevorzugt zwischen 0,1 und 2mm.
Ein Abstand zwischen der Seitenwand bzw. den Seitenwänden des LED Chips und der Innenwand des Reflektors liegt vorzugsweise zwischen 0 und 3mm, mehr bevorzugt zwischen 0,1 und 2mm.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen LED Strahler aufweisend ein LED Modul wie oben beschrieben.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine LED Deckenleuchte aufweisend ein LED Modul wie oben beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen, in denen vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, beispielhaft beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines LED Moduls mit Reflektor aus dem Stand der Technik,
2 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen LED Moduls,
3 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen LED Moduls,
4 zeigt eine seitliche Schnittansicht der LED Moduls gemäß 3.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen LED Moduls mit einem mehrschichtigen Träger.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen LED Moduls aufweisend einen umlaufenden Vorsprung zwischen erster und zweiter Reflektorkammer.
7 zeigt eine Detailansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 6.

1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines LED Moduls 20 mit optischem System aus dem Stand der Technik. Das Modul weist einen Träger 21, ein darauf angeordnetes SMD LED Bauteil 22 und einen dieses umgebenden Reflektor 23 auf. Das vorgefertigte SMD LED Bauteil weist einen oder mehrere LED Chips auf, welche mit Farbkonversionsmitteln überdeckt sind. Bei der Montage des LED Moduls nach 1 wird üblicherweise zunächst das SMD LED Bauteil auf dem Träger angeordnet und anschließend der Reflektor auf dem Träger angeordnet und optional mit diesem verbunden.
2 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen LED Moduls 10. Das LED Modul 10 ist dafür ausgebildet in einem Strahler oder einer Deckenleuchte angeordnet zu werden oder diese zu bilden.
Das LED Modul 10 weist einen Träger 1 auf, auf dessen Oberfläche 1a wenigstens ein LED Chip 2 angeordnet ist. Der Träger 1 ist vorzugsweise eine Leiterplatte mit integrierten Leiterbahnen zur Kontaktierung des LED Chips 2. Die Leiterplatte kann als FR4 oder als Metallkernplatine ausgeführt werden. Ebenso ist ein mehrschichtiger Aufbau des Trägers denkbar z.B. eine Metallplatte kombiniert mit einer FR4 Leiterplatte, die wenigstens teilweise die Platte überdeckt. Eine rückseitige Oberfläche 1b kann mit Kontakten zur Stromversorgung des LED Chips 2 und/oder zu dessen Steuerung versehen sein.
Das LED Modul 10 weist ein optisches System zur Beeinflussung des vom wenigstens einen LED Chip 2 emittierten Lichts auf. Das optische System umfasst einen Reflektor 3, welcher eine erste Reflektorkammer 3a und wenigstens eine zweite Reflektorkammer 3b umfasst. In der ersten Reflektorkammer 3a ist der wenigstens eine LED Chip 2 angeordnet. Die erste Reflektorkammer 3a umgibt somit den LED Chip 2. Die erste Reflektorkammer 3a ist in einem Bodenbereich des Reflektors 3 angeordnet. Die zweite Reflektorkammer 3b ist darüberlegend angeordnet. Die zweite Reflektorkammer 3b erstreckt sich vorzugsweise zwischen der ersten Reflektorkammer 3a und einer Auslassöffnung 7 des Reflektors 3.
Der Reflektor 3 weist eine Bodenfläche 8 auf, welche mit dem Träger 1 verbunden sein kann. Die Bodenfläche 8 kann beispielsweise auf die Trägeroberfläche 1a geklebt, mit dieser verschweißt oder verlötet sein. Die Bodenfläche 8 weist eine vorzugsweise kreisrunde Öffnung 8a auf, welche den LED Chip 2 umgibt.
Der erste Reflektorkammer 3a ist mit einem Farbkonversionsmittel 4 gefüllt. Dieses ist vorzugsweise durch eine Vergussmasse, insbesondere Silikon wie beispielsweise Zwei-Komponenten Silikon, mit darin dispergierten Farbkonversionspartikeln bzw. Leuchtstoffpartikeln, optional kombiniert mit Füll- und/oder Streupartikel, gebildet. Die Farbkonversionsmittel 4 bzw. die darin enthaltenen Farbkonversionspartikel konvertieren das vom LED Chip 2 emittierte Licht wenigstens teilweise in Licht einer anderen z.B. längeren Wellenlänge. Beispielsweise können Granate (YAG:Ce³⁺, LuAG:Ce³⁺ etc.), Nitride ((Sr, Ca) AlSiN₃:Eu²⁺), La₃Si₆N₁₁:Ce³⁺, β-SiAlON etc.), Orthosilicate (z.B. Ba, Sr) ₂SiO₄:Eu²⁺), Fluoride (z.B.K₂SiF₆:Mn⁴⁺), Q-dots (z.B. CdSe, ZnSe, CdS, ZnS) oder organische Leuchtstoffe eingesetzt werden. Das von dem LED Modul 10 resultierende emittierte Mischlicht ist vorzugsweise Weißlicht.
Das Farbkonversionsmittel 4 füllt die erste Reflektorkammer 3a komplett aus. Dies bedeutet, dass das Farbkonversionsmittel 4 auf der Trägeroberfläche 1a und einer umlaufenden Innenwand 5a der ersten Reflektorkammer 3a ohne Zwischenräume anliegt. Eine Oberfläche bzw. Emissionsfläche 4a des Farbkonversionsmittels 4 ist vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Trägeroberfläche 1a angeordnet. Das Farbkonversionsmittel 4 schließt den LED Chip 2 vorzugsweise komplett ein.
Das Farbkonversionsmittel 4 wird vorzugsweise bei einer Montage des Trägers 1 mit dem Reflektor 3 in die Reflektorkammer 3a beispielsweise mittels Dispensen eingebracht. Anschließen wird das Farbkonversionsmittel 4 ausgehärtet. Durch die so entstehenden Adhäsionskräfte zwischen dem Farbkonversionsmittel 4, der Trägeroberfläche 1a und der Innenwand 5a der ersten Reflektorkammer 3a verbindet das Farbkonversionsmittel 4 diese Einzelteile des LED Moduls untrennbar miteinander. Untrennbar in diesem Zusammenhang heißt, dass eine Trennung der Einzelteile vorzugsweise nur mit erhöhtem Kraftaufwand und/oder unter wenigstens teilweiser Zerstörung der Farbkonversionsmittelschicht 4 möglich ist.
Die erste Reflektorkammer 3a und die zweite Reflektorkammer 3b erweitern sich vorzugsweise in Lichtaustrittsrichtung des LED Moduls 10. Dies bedeutet, dass ein Innendurchmesser der Reflektorkammern 3a,3b in Lichtaustrittsrichtung zunimmt.
Eine Innenwand 5b der zweiten Reflektorkammer 3b ist vorzugsweise kontinuierlich mit der Innenwand 5a der ersten Reflektorkammer 3a ausgebildet. D.h. es liegt vorzugsweise keine Stufenbildung in seitlicher Schnittansicht zwischen den Innenwänden 3a,3b vor.
Die Innenwände 5a,5b der ersten und zweiten Reflektorkammer 3a,3b sind vorzugsweise reflektierend ausgebildet. Die Innenwand 5a der ersten Reflektorkammer 3a ist vorzugsweise diffus reflektierend.
Die Innenwand 5a der ersten Reflektorkammer 3a weist einen konstanten Neigungswinkel relativ zu einer optischen Achse Z des Reflektors 3 auf.
Der Reflektor 3 ist vorzugsweise rotationasymmetrisch um die optische Achse Z.
Die Innenwand 5b weist vorzugsweise einen größeren Neigungswinkel relativ zu der optischen Achse Z des Reflektors 3 auf, im Vergleich zu der Innenwand 5a der ersten Reflektorkammer 3a.
Die ersten und die zweite Innenwand 5a, 5b können alternativ gekrümmt sein. Hierbei weisen die erste und zweite Innenwand 5a,5b vorzugsweise unterschiedliche Krümmungsradien auf.
Die zweite Reflektorkammer 3b kann wenigstens einen ersten und einen zweiten Kammerbereich 3b', 3b” aufweisen. Diese sind in Lichtaustrittsrichtung vorzugsweise hintereinander angeordnet. Die einzelnen Kammerbereiche 3b', 3b” können unterschiedliche Reflexionseigenschaften, beispielsweise durch unterschiedliche Beschichtungen, Beschichtungsmuster oder Basismaterialien, aufweisen. Der erste und zweite Kammerbereich 3b', 3b” weisen Innenwände 5b' 5b” mit vorzugsweise unterschiedlichem Neigungswinkel relativ zu der optischen Achse Z des Reflektors 3 auf.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist die zweite Reflektorkammer 3b keine Füllung auf. Das von der Emissionsfläche 4a des Farbkonversionsmittels 4 emittierte Licht wird somit in der zweiten Reflektorkammer 3b an den Seitenwänden 5b reflektiert oder streuend reflektiert und verlässt den Reflektor 3 durch die Auslassöffnung 7.
3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen LED Moduls 10. Dieses entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel wie oben beschrieben. Hierbei ist jedoch die zweite Reflektorkammer 3b mit einer transparenten Vergussmasse 6 gefüllt. Dies bedeutet, dass die Vergussmasse 6 ohne Zwischenräume auf der Oberfläche 4a des Farbkonversionsmittels 4 und an der Innenwand 5b der zweiten Reflektorkammer 3b anliegt.
Eine Emissionsfläche 6a der Vergussmasse 6 ist im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche 1a des Trägers 1 und/oder einer Emissionsfläche 4a des Farbkonversionsmittels 4 angeordnet. Die Emissionsfläche 6a der Vergussmasse kann eine lichtbrechende Oberflächenstruktur aufweisen. Die Emissionsfläche 6a der Vergussmasse kann ebenso plan oder leicht gekrümmt sein und/oder eine antireflektierende Beschichtung aufweisen.
Die transparente Vergussmasse 6 ist vorzugsweise aus optisch transparentem Silikon geformt. Das Farbkonversionsmittel 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Trägermatrix aus Silikon geformt, in welche Farbkonversionspartikel (optional kombiniert mit Füll- und/oder Streupartikel) eingebracht sind. Das Farbkonversionsmittel 4 und die Vergussmasse 6 weisen somit vorzugsweise einen im Wesentlich gleichen Brechungsindex auf.
Die Vergussmasse 6 weist vorzugsweise keine Farbkonversionspartikel und/oder Streupartikel auf. Alternativ kann die Vergussmasse 6 jedoch auch Füll- und/oder Streupartikel aufweisen.
Wie in 4 gezeigt, wird durch die Anordnung von Farbkonversionsmittel 4 und direkt angrenzender transparenter Vergussmasse 6 jegliche optische Barriere zwischen diesen beiden Schichten verhindert. Insbesondere wird eine Auskopplung des Lichts von dem Farbkonversionsmittel 4 in Luft an der Oberfläche 4a verhindert. Es kommt somit zu keiner Reflexion des vom LED Chip 2 emittierten Lichts an der Oberfläche 4a bei der Einkopplung in die darüber liegende Vergussmasse 6.
Ein Großteil der Lichtstrahlen verlässt somit die Vergussmasse 6 an der Emissionsfläche 6a, wie durch Pfeil A in 4 dargestellt. Falls es zu einer Reflexion an der Grenzfläche der Vergussmasse 6 und der umgebenden Luft kommen sollte, wird der Lichtstrahl hauptsächlich in die zweite Reflektorkammer 3b zurückreflektiert (siehe Pfeil B), welche er nach einer weiteren Reflexion an einer Innenwand 5b verlassen kann. Eine Reflexion in die erste Reflektorkammer 3a wird vermieden. Hierdurch wird eine höhere Effizienz des optischen Systems erreicht.
Der Abstand d zwischen Seitenwand des LED Chips 2 und Innenwand des Reflektors 3 liegt vorzugsweise zwischen 0 und 3mm, mehr bevorzugt zwischen 0,1 und 2mm.
Die Höhe h der ersten Reflektorkammer 3a liegt vorzugsweise zwischen 0,1 und 3mm, mehr bevorzugt zwischen 0,1 und 2mm.
Die Höhe H des Reflektors 3 liegt vorzugsweise zwischen 2 und 10mm, mehr bevorzugt zwischen 3 und 9mm.
Die Breite b des Reflektors 3 liegt vorzugsweise zwischen 4 und 15mm.
Die oben genannte Maße bezieht sich auf beide Ausführungsbeispiele wie in 2 bis 4 gezeigt.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen LED Moduls 10 mit einem mehrschichtigen Träger 1'. Der Träger kann hierbei eine Metallplatte 1c wie beispielsweise eine Aluminiumplatte und eine darauf angebrachte FR4 Platine 1d aufweisen. Die FR4 Platine 1d weist vorzugsweise eine Ausnehmung 1e auf. Die FR4 Platine 1d bedeckt somit nur teilweise die Metallplatte 1c, wodurch eine Ausnehmung in der Mitte des Trägers 1' entsteht, in welcher die Metalloberfläche der Metallplatte 1c unbedeckt herausragt. Der Reflektor 3 ist vorzugsweise in die Ausnehmung 1e eingesetzt und liegt somit auf der Oberfläche der Metallplatte 1c auf. Hierbei ist die Ausnehmung 1e vorzugsweise auf einen Außendurchmesser der Reflektorbodenfläche 8 angepasst. Wie zuvor beschrieben, kann die Bodenfläche 8 beispielsweise auf die Oberfläche der Metallplatte 1c geklebt, mit dieser verschweißt oder verlötet sein.
Der Reflektor 3 kann jedoch auch auf den Rand der Ausnehmung 1e und damit auf die Oberfläche der FR4 Leiterplatte 1d aufgesetzt sein.
Durch diesen Aufbau werden die Reflektivität des Trägers 1 und dadurch die Lichtausbeute des LED Moduls 10 erhöht. Ein mehrschichtiger Trägeraufbau kann ebenso in den Ausführungsbeispielen gemäß den 2-3 eingesetzt werden.
Die in 4 angegebenen und bevorzugten Maße für den Reflektor 3 gelten auch für diese Ausführungsbeispiele. Hierbei werden die Höhen H,h jeweils von der Trägeroberfläche gemessen, auf welcher der Reflektor 3 mit seiner Reflektorbodenfläche 8 angeordnet ist.
6 und 7 zeigen ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen LED Moduls 10. Dieses entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, wobei die erste Reflektorkammer 3 vorzugsweise im Wesentlichen zylinderförmig ausgeprägt ist. Dies bedeutet, dass die umlaufende Innenwand 5a der ersten Reflektorkammer 3 vertikal ausgebildet ist.
Des Weiteren weist der Reflektor 3 einen umlaufenden Vorsprung bzw. Rücksprung 9 auf, welcher im Übergangsbereich zwischen der Innenwand 5a der ersten Reflektorkammer 3a und der Innenwand 5b der zweiten Reflektorkammer 3b angeordnet ist. Der Vorsprung 9 wird durch einen stufenförmigen Absatz in den Reflektorinnenwänden 5a,5b des Reflektors 3 gebildet. Der Vorsprung 9 ist wie dargestellt ein vorzugsweise rechtwinkliger Vorsprung zwischen Innenwand 5a und einer umlaufenen planen Innenfläche 9a der Reflektorinnenwand 5b. Die plane Innenfläche 9a erstreckt sich hierbei vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Emissionsoberfläche des Farbkonversionsmittels 4.
Durch eine derartige Anordnung weist die Innenwand 5a der ersten Reflektorkammer 3a eine deutlich höhere Oberflächenenergie auf, als die Innenwand 5b der nachgeordneten zweiten Reflektorkammer 3b, insbesondere im Bereich der umlaufenden planen Innenfläche 9a der Innenwand 5b. Hierdurch wird eine hohe Oberflächenenergie der Innenwand 5a bezüglich des eingefüllten Farbkonversionsmittels 4 ermöglicht, welche im Bereich des Vorsprungs 9 abrupt abreißt.
Dies ermöglicht eine besonders plane Ausprägung der Emissionsoberfläche des Farbkonversionsmittels 4. Insbesondere wird eine konkave oder konvexe Ausgestaltung der Emissionsoberfläche des Farbkonversionsmittels 4 beim Einfüllen und/oder Aushärten des Farbkonversionsmittels vermieden, welche aufgrund der Interaktion der Oberflächenenergie der Reflektorinnenwände 5a,5b mit der Oberflächenspannung des Farbkonversions-mittels 4 entstehen könnte.
Alternativ oder zusätzlich zu der oben beschrieben Ausgestaltung des Übergangsbereichs zwischen erster und zweiter Reflektorkammer 3a,3b kann die Oberflächenergie der Innenwand 5a der ersten Reflektorkammer 3a mittels eines geeigneten Prozesses wie beispielsweise Plasma Oberflächenaktivierung erhöht werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zweite Reflektorkammer 3b nicht gefüllt. Diese kann jedoch analog zu den Ausführungsbeispielen in 3-5 ebenfalls mit einer Vergussmasse 6 gefüllt sei.
Die in 4 angegebenen und bevorzugten Maße für den Reflektor 3 gelten auch für das Ausführungsbeispiel gemäß den 6 und 7.

Claims

LED Modul (10) für den Einsatz in einem Strahler oder einer Deckenleuchte aufweisend: einen Träger (1), wenigstens einen auf dem Träger (1) angeordneten LED Chip (2), ein auf dem Träger (1) und über dem LED Chip (2) angeordnetes optischen System aufweisend einen Reflektor (3) mit wenigstens einer den LED Chip (2) umgebenden ersten Reflektorkammer (3a) und einer darüber liegenden zweiten Reflektorkammer (3b), wobei die erste Reflektorkammer (3a) mit einem Farbkonversionsmittel (4) gefüllt ist, welche ein vom LED Chip (2) emittiertes Licht wenigstens teilweise in Licht einer anderen Wellenlänge konvertiert.
LED Modul nach Anspruch 1, wobei das Farbkonversionsmittel (4) den Reflektor (3) untrennbar mit dem Träger (1) und dem LED Chip (2) verbindet.
LED Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Farbkonversionsmittel (4) eine Emissionsfläche (4a) aufweist, welche im Wesentlichen parallel zu einer Trägeroberfläche (1a) angeordnet ist und vorzugsweise den LED Chip (2) komplett bedeckt.
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Farbkonversionsmittel (4) durch eine Vergussmasse, vorzugsweise Silikon, mit darin dispergierten Farbkonversionspartikeln gebildet ist.
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Reflektorkammer (3a) und die zweite Reflektorkammer (3b) Innenwände (5a,5b) aufweisen, welche reflektierend ausgebildet ist.
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Reflektorkammer (3a) eine Innenwand (5a) aufweist, welche diffus reflektierend ausgebildet ist.
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Reflektorkammer (3a) und/oder die zweite Reflektorkammer (3b) eine Innenwand (5a,5b) aufweist, welche sich vom LED Chip (2) in Lichtemissionsrichtung des LED Moduls (10) erweitert.
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Reflektorkammer (3a) eine Innenwand (5a) aufweist, welche einen konstanten Neigungswinkel relativ zu einer optischen Achse (Z) des Reflektors (3) aufweist.
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Reflektorkammer (3b) eine Innenwand (5b) aufweist, welche einen größeren Neigungswinkel relativ zu einer optischen Achse (Z) des Reflektors aufweist, als eine Innenwand (5a) der ersten Reflektorkammer (3a).
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Reflektorkammer (3b) wenigstens einen ersten und einen zweiten Kammerbereich (3b', 3b") aufweist, welche unterschiedliche Reflexionseigenschaften aufweisen.
LED Modul nach Anspruch 10, wobei der erste und zweite Kammerbereich (3b', 3b") Innenwände (5b' 5b”) mit unterschiedlichem Neigungswinkel relativ zu einer optischen Achse (Z) des Reflektors (3) und/oder unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen.
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Reflektorkammer (3b) keine Füllung aufweist.
LED Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die zweite Reflektorkammer (3b) mit transparenter Vergussmasse (6) gefüllt ist.
LED Modul nach Anspruch 13, wobei die transparente Vergussmasse (6) keine Farbkonversionspartikel und/oder Streupartikel aufweist.
LED Modul nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die transparente Vergussmasse (6) ohne Zwischenräume an eine Emissionsfläche (4a) des Farbkonversionsmittels (4) angrenzt.
LED Modul nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei eine Emissionsfläche (6a) der Vergussmasse (6) im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche (1a) des Trägers (1) und/oder einer Emissionsfläche (4a) des Farbkonversionsmittels (4) angeordnet ist.
LED Modul nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei eine Emissionsfläche (6a) der Vergussmasse eine lichtbrechende Oberflächenstruktur aufweist.
LED Modul nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei eine Emissionsfläche (6a) der Vergussmasse plan ist und/oder eine antireflektierende Beschichtung aufweist.
LED Modul nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die transparente Vergussmasse (6) optisch transparentes Silikon ist.
LED Modul nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei das Farbkonversionsmittel (4) und die Vergussmasse (6) einen im Wesentlich gleichen Brechungsindex aufweisen.
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Innenwand (5a) der ersten Reflektorkammer (3a), eine höhere Oberflächenenergie aufweist, als eine Innenwand (5b) der nachgeordneten zweiten Reflektorkammer (3b).
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Reflektor (3) einen umlaufenden Vorsprung oder Rücksprung (9) zwischen erster und zweiter Reflektorkammer (3a,3b) aufweist.
LED Modul nach Anspruch 22, wobei der umlaufende Vorsprung oder Rücksprung (9) durch eine umlaufende Ecke, Fläche, Kante oder vorzugsweise eine rechtwinklige Stufe im Übergangsbereich zwischen der ersten und zweiten Reflektorkammer (3a,3b) gebildet ist.
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand (d) zwischen Seitenwand des LED Chips (2) und Innenwand des Reflektors (3) zwischen 0 und 3mm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2mm liegt.
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Höhe (h) der ersten Reflektorkammer (3a) zwischen 0,1 und 3mm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2mm liegt.
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Höhe (H) des Reflektors (3) zwischen 2 und 10mm, vorzugsweise zwischen 3 und 9mm liegt.
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Breite (b) des Reflektors (3) zwischen 4 und 15mm liegt.
LED Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger ein mehrschichtiger Träger (1') ist und vorzugsweise eine Metallplatte (1c) und eine darauf wenigstens teilweise aufgebrachte FR4 Platine (1d) aufweist.
LED Modul nach Anspruch 28, wobei die FR4 Platine (1d) eine Ausnehmung (1e) aufweist, in welcher der Reflektor (3) angeordnet oder auf welcher der Reflektor (3) aufgesetzt ist.
LED Strahler aufweisend ein LED Modul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29.
LED Deckenleuchte aufweisend ein LED Modul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29.