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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Retrofit-Lampe und insbesondere eine Retrofit-Lampe für Fahrzeugscheinwerfer.
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Der Begriff Retrofit-Lampe bezeichnet eine Lampe, die als Lichtquelle eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen besitzt und die einen Sockel aufweist, der kompatibel mit einem Sockel einer Glühlampe oder einer Entladungslampe ist, so dass die Retrofit-Lampe als Ersatz für eine Glühlampe oder Entladungslampe in eine dem Sockel entsprechende Fassung einer Leuchte eingesetzt und gegebenenfalls mit einem für die Retrofit-Lampe geeigneten Betriebsgerät betrieben werden kann.
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Insbesondere kann eine Retrofit-Lampe für Fahrzeugscheinwerfer in eine Fassung eines Fahrzeugscheinwerfers eingesetzt und als Fahrzeugscheinwerferlampe betrieben werden, weil sie einen Sockel besitzt, der kompatibel mit dem Sockel einer als Fahrzeugscheinwerferlampe ausgebildeten Glühlampe oder Entladungslampe ist.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Retrofit-Lampe für Fahrzeugscheinwerfer bereitzustellen, welche die gesetzlichen Anforderungen für Fahrzeugscheinwerferlampen erfüllt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Retrofit-Lampe mit den Merkmalen aus dem Anspruch 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Die erfindungsgemäße Retrofit-Lampe besitzt ein Lampengefäß, in dessen Innenraum mindestens eine Halbleiterlichtquelle und mindestens ein stabförmiges Lichtwellenlängenkonversionselement sowie mindestens eine Lichtreflexionsfläche angeordnet sind, wobei die mindestens eine Lichtreflexionsfläche derart ausgebildet ist, dass Licht von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle auf das mindestens eine stabförmige Lichtwellenlängenkonversionselement reflektiert wird. Das mindestens eine stabförmige Lichtwellenlängenkonversionselement konvertiert von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle erzeugtes Licht, beispielsweise blaues Anregungslicht, zumindest partiell in Licht anderer Wellenlängen, beispielsweise gelbes Konversionslicht, und emittiert dadurch durch die Überlagerung beider Lichtanteile weißes Licht, das eine Mischung aus von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle emittiertem nicht-wellenlängenkonvertiertem Licht, das auch Primärlicht genannt wird, und am mindestens einen stabförmigen Lichtwellenlängenkonversionselement wellenlängenkonvertiertem Licht, das auch Sekundärlicht genannt wird, ist. Das mindestens eine stabförmige Lichtwellenlängenkonversionselement dient daher als Lichtquelle und emittiert während des Lampenbetriebs weißes Licht, ähnlich wie die Glühwendel einer Halogenglühlampe. Bevorzugt liegt der Farbort des emittierten Gesamtlichts, also Primärlicht und Konversionslicht, im genormten ECE/SAE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen Emitter für blaues Licht und einen Konverter, der blaues Licht in gelb/grünes Licht konvertiert. Dabei wird durch eine geeignete Wahl des Anregungsspektrums des Primäremitters, beispielsweise im Bereich 405 bis 460 nm, und/oder eine geeignete Wahl des Wellenlängenkonversionselements, beispielsweise einer Dotierstoffkonzentration oder einer Schichtdicke eines Leuchtstoffs des Wellenlängenkonversionselements, die Farbkoordinaten bevorzugt so eingestellt, dass sie innerhalb des ECE/SAE-Weißfeldes liegen. Als Materialien des Wellenlängenkonversionselements sind beispielsweise Strontiumchloroapatit:Eu ((Sr,Ca)5(PO4)3Cl:Eu; SCAP), Yttrium-Aluminium-Grant:Cer (YAG:Ce) oder CaAlSiN3:Eu verwendbar. Dem Wellenlängenkonversionselements können Streupartikel und Nanomaterialien zugemischt sein.
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Das Lampengefäß schützt die in seinem Innenraum angeordneten Lampenkomponenten vor Berührung und Beschädigung sowie vor Umwelteinflüssen.
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Vorzugsweise sind die mindestens eine Halbleiterlichtquelle und die mindestens eine Lichtreflexionsfläche entlang einer Längsachse des Lampengefäßes der erfindungsgemäßen Retrofit-Lampe angeordnet. Die Lampengefäßachse ist vorzugsweise eine Rotationssymmetrieachse eines rotationssymmetrischen Lampengefäßabschnitts.
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Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet die mindestens eine Lichtreflexionsfläche einen Winkel mit einem Wert von größer Null Grad und kleiner als 135 Grad mit der Längsachse des Lampengefäßes bzw. Rotationssymmetrieachse des rotationssymmetrischen Lampengefäßabschnitts und das mindestens eine stabförmige Wellenlängenkonversionselement ist parallel zur Längsachse ausgerichtet. Dadurch wird von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle emittiertes Licht auf das mindestens eine stabförmige Wellenlängenkonversionselement gelenkt und die erfindungsgemäße Retrofit-Lampe kann eine ähnliche Lichtverteilung erzeugen wie eine Halogenglühlampe, deren Glühwendel parallel zur Längsachse des Lampengefäßes ausgerichtet ist.
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Die mindestens eine Lichtreflexionsfläche der erfindungsgemäßen Retrofit-Lampe ist vorzugsweise rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse des Lampengefäßes ausgebildet. Dadurch kann eine rotationssymmetrische Lichtverteilung erzeugt werden. Die rotationssymmetrische Reflexionsfläche kann dabei eben, konkav, konvex oder freiförmig ausgeführt sein. Die Oberfläche kann zumindest bereichsweise spekular reflektierend sein und/oder zumindest bereichsweise diffus reflektierend.
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Vorteilhafterweise ist das mindestens eine stabförmige Wellenlängenkonversionselement parallel versetzt zur Längsachse des Lampengefäßes angeordnet. Dadurch kann die Abbildung von Spiegelbildern des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements beim Einsatz der erfindungsgemäßen Retrofit-Lampe in einem Fahrzeugscheinwerfer vermieden werden.
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Das mindestens eine stabförmige Wellenlängenkonversionselement ist vorteilhafterweise als Halterung für einen die mindestens eine Lichtreflexionsfläche aufweisenden Reflektor ausgebildet. Dadurch kann eine feste räumliche Anordnung und Ausrichtung der Reflexionsfläche bezüglich des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements gewährleistet werden.
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Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Halbleiterlichtquelle thermisch an eine Wärmesenke gekoppelt und das mindestens eine stabförmige Wellenlängenkonversionselement ist vorzugsweise an der Wärmesenke fixiert.
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Dadurch kann Wärme von der mindestens einen Halbeleiterlichtquelle und dem mindestens einen stabförmigen Wellenlängenkonversionselement über die Wärmesenke abgeführt werden.
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Vorzugsweise weist das mindestens eine stabförmige Wellenlängenkonversionselement einen mit Leuchtstoff versehenen Oberflächenabschnitt auf. Dadurch kann über die Konzentration und die Dicke des Leuchtstoffs bzw. einer Leuchtstoffbeschichtung der Grad der Wellenlängenkonversion beeinflusst werden und über die Abmessungen des mit Leuchtstoff versehenen Oberflächenabschnitts des Wellenlängenkonversionselements festgelegt werden. Die Schichtdicken des Wellenlängenkonversionselementes können im Bereich von 20 µm bis ca. 250 µm liegen. Die Leuchtstoffbeschichtung kann in ihrer Längserstreckung auch nichtbeschichtete Bereiche aufweisen, beispielsweise konzentrische ringförmige Unterbrechungen, muss also nicht homogen oder zusammenhängend ausgeführt sein.
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Die erfindungsgemäße Retrofit-Lampe weist einen Sockel zur Halterung des Lampengefäßes auf, der vorteilhafterweise mit einem Sockelflansch versehen ist, wobei der Sockelflansch eine senkrecht zur Längsachse des Lampengefäßes angeordnete Sockelflanschfläche bildet, die entlang der Längsachse des Lampengefäßes in einem Abstand mit einem Wert im Bereich von 24,5 mm bis 26,5 mm zu dem mit Leuchtstoff versehenen Oberflächenabschnitt des mindestens einen Wellenlängenkonversionselements angeordnet ist. Dadurch kann das als Leuchtkörper dienende Wellenlängenkonversionselement nach der Montage der erfindungsgemäßen Retrofit-Lampe in einem Fahrzeugscheinwerfer im Fokus des Scheinwerferreflektors angeordnet werden, weil die Sockelflanschfläche als Auflagefläche für die Montage im Fahrzeugscheinwerfer dient und eine Referenzebene für die Ausrichtung des Leuchtkörpers bzw. des Wellenlängenkonversionselements bildet.
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Vorzugsweise ist die mindestens eine Halbleiterlichtquelle der erfindungsgemäßen Retrofit-Lampe als Leuchtdiode ausgebildet, die während ihres Betriebs blaues Licht emittiert, und das mindestens eine stabförmige Wellenlängenkonversionselement ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass blaues Licht zumindest anteilig in Licht anderer Wellenlängen konvertiert wird, so dass die erfindungsgemäße Retrofit-Lampe weißes Licht emittiert, das eine Mischung von blauem Licht und wellenlängenkonvertiertem Licht ist. Dadurch kann auf einfache Weise weißes Licht erzeugt werden. Insbesondere ist es möglich, über die Anzahl und Anordnung der blaues Licht erzeugenden Leuchtdioden sowie über die Ausgestaltung des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements die relativen Anteile von wellenlängenkonvertiertem Licht und nicht-wellenlängenkonvertiertem Licht und damit die Farbtemperatur des weißen Lichts, das von der Retrofit-Lampe emittiert wird, festzulegen.
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Die erfindungsgemäße Retrofit-Lampe weist vorzugsweise mehrere als Leuchtdioden ausgebildet Halbleiterlichtquellen auf, die in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Lampengefäßes angeordnet sind. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Leuchtdioden vorzugsweise ringförmig um die Längsachse des Lampengefäßes bzw. um das mindestens eine stabförmige Wellenlängenkonversionselement angeordnet. Dadurch wird eine symmetrische Beleuchtung der mindestens einen Lichtreflexionsfläche ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Retrofit-Lampe ist vorzugsweise als Fahrzeugscheinwerferlampe ausgebildet. Beispielsweise kann sie als Ersatz für eine Halogenglühlampe der ECE-Kategorie H7, H8, H9, H11 oder H16 dienen sowie weiterer 12V und 24 V Halogenglühlampen.
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Figurenliste
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- 1 einen Längsschnitt der Retrofit-Lampe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung,
- 2 einen Längsschnitt durch das Lampengefäß der in 1 abgebildeten Retrofit-Lampe in schematischer Darstellung,
- 3 eine Seitenansicht der innerhalb des Lampengefäßes angeordneten Komponenten der in den 1 und 2 abgebildeten Retrofit-Lampe in schematischer Darstellung,
- 4 eine Seitenansicht der Wärmesenke und der Leuchtdioden der in den 1 bis 3 abgebildeten Retrofit-Lampe in schematischer Darstellung,
- 5 eine Draufsicht auf die in 4 abgebildete Wärmesenke mit den darauf angeordneten Leuchtdioden in schematischer Darstellung,
- 6 einen Längsschnitt durch den Reflektor und das Wellenlängenkonversionselement der in den 1 bi3 abgebildeten Retrofit-Lampe in schematischer Darstellung
- 7 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips der in den 1 bis 6 abgebildeten Retrofit-Lampe.
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In 1 ist schematisch eine Retrofit-Lampe 1 für einen Fahrzeugscheinwerfer gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Die Retrofit-Lampe 1 weist ein Lampengefäß 10 auf, in dessen Innenraum mehrere Halbleiterlichtquellen 4 und ein stabförmiges Wellenlängenkonversionselement 2 sowie ein Reflektor 3 mit einer Lichtreflexionsfläche 30 angeordnet sind.
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Das Lampengefäß 10 ist lichtdurchlässig und besteht beispielsweise aus Hartglas oder Quarzglas. Das Lampengefäß 10 weist einen rotationssymmetrischen, hohlzylindrischen Lampengefäßabschnitt 11 auf, der an einem ersten durch eine Lampengefäßkuppe 12 und an seinem zweiten Ende durch ein abgedichtetes Lampengefäßende 13 verschlossen ist. Das abgedichtete Lampengefäßende 13 ist als Quetschdichtung ausgebildet und in einem der Sockel 8 der Retrofit-Lampe 1 fixiert. Die Rotationssymmetrieachse des hohlzylindrischen Lampengefäßabschnitts 11 ist identisch mit der Längsachse 14 des Lampengefäßes 10. Das Lampengefäß 10, insbesondere der hohlzylindrische Lampengefäßabschnitt 11 des Lampengefäßes 10, kann beispielsweise auf der äußeren Oberfläche eine Beschichtung aufweisen, die als Farbfilter ausgebildet ist und zur Veränderung der Farbtemperatur des von der Retrofit-Lampe emittierten weißen Lichts dient. Weiterhin kann die innere Oberfläche eine Antireflexionsbeschichtung und/oder eine dichroitische Beschichtung aufweisen, die beispielsweise als Farbfilter dient. Das Lampengefäß 10 ist für den Betrieb mit Inertgas befüllt, welches in einer bevorzugten Ausgestaltung 20 kPa bis 100 kPa Wasserstroff, Helium oder Neon oder eine Mischung davon enthält.
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Die Retrofit-Lampe 1 ist für den Betrieb an einer Bordnetzspannung von 12 Volt vorgesehen und weist insgesamt zwölf gleichartige Halbleiterlichtquellen 4 auf, die ringförmig auf einer senkrecht zur Längsachse 14 verlaufenden Oberfläche einer Wärmesenke 5 angeordnet sind. In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausgestaltungsvariante, die für den Betrieb an einer Bordnetzspannung von 24 Volt vorgesehen ist, weist die Retrofit-Lampe sechzehn gleichartige Halbleiterlichtquellen auf. Die Ringachse der ringförmigen Anordnung von Halbleiterlichtquellen 4 ist identisch mit der Längsachse 14 des Lampengefäßes 10. Die Halbleiterlichtquellen 4 sind als Leuchtdioden ausgebildet, die während des Betriebs blaues Licht mit einer Wellenlänge von ca. 450 Nanometer emittieren. Die Wärmesenke 5 mit den darauf befindlichen Leuchtdioden 4 ist unmittelbar am abgedichteten Lampengefäßende 13 im Innenraum des Lampengefäßes 10 angeordnet. Aus dem abgedichteten Lampengefäßende 13 sind zwei Stromzuführungsdrähte 6, 7 herausgeführt, die zur elektrischen Energieversorgung der Leuchtdioden 4 dienen. Die Wärmesenke 5 besteht aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Metall. Auf der Wärmesenke 5 kann eine Leiterplatte (nicht abgebildet) zur Montage und elektrischen Kontaktierung der Leuchtdioden 4 angeordnet sein. Die Stromzuführungsdrähte 6, 7 sind elektrisch isoliert von der Wärmesenke 5 und können jeweils mit einer Kontaktfläche der vorgenannten Leiterplatte elektrisch verbunden sein.
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Der Reflektor 3 ist im Bereich der Lampengefäßkuppe 12 im Innenraum des Lampengefäßes 10 angeordnet. Der Reflektor 3 ist rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse 14 des Lampengefäßes 10 ausgebildet und weist eine konische bzw. kegelförmige Lichtreflexionsfläche 30 auf. Die konische Lichtreflexionsfläche 30 ist rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse 14 des Lampengefäßes 10 ausgebildet und besitzt einen Öffnungswinkel von 90 Grad. Die Lichtreflexionsfläche 30 bildet daher in einem die Längsachse 14 enthaltenden Längsschnitt durch den Reflektor 3 mit der Längsachse 14 einen Winkel von 45 Grad. Der Reflektor 3 besteht aus Material mit hohem Lichtreflexionsgrad, beispielsweise aus Metall. Die konische Lichtreflexionsfläche 30 ist den Leuchtdioden 4 zugewandt.
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Das stabförmige Wellenlängenkonversionselement 2 ist als Metallstange, beispielsweise als Kupferstange, insbesondere als Gewindestange ausgebildet, die einen mit Leuchtstoff 21 beschichteten Oberflächenabschnitt 20 aufweist. Das stabförmige Wellenlängenkonversionselement 2 dient als Halterung für den Reflektor 3. Ein erstes Ende des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements 2 ist an der Wärmesenke 5 fixiert und das zweite Ende des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements 2 ist mit dem Reflektor 3 verbunden (siehe 2). Das stabförmige Wellenlängenkonversionselement 2 ist parallel zur Längsachse 14 des Lampengefäßes 10 ausgerichtet und um 0,7 mm parallel versetzt zur Längsachse 14 des Lampengefäßes 10 angeordnet. Der Durchmesser des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements 2 besitzt einen Wert im Wertebereich von 1 mm bis 3 mm, beispielsweise beträgt er 1,2 mm. Die Länge des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements 2 beträgt 20 mm. Der am zweiten Ende angeordnete Abschnitt der Oberfläche 20 des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements 2 (siehe 6) ist auf einer Länge von 9, 6 mm mit Leuchtstoff 21 beschichtet. Das zweite Ende des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements 2 ragt 5 mm tief in den Reflektor 3 hinein, so dass 4,6 mm des mit Leuchtstoff 21 beschichteten Abschnitts des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements 2 außerhalb des Reflektors 3 angeordnet ist. Der Leuchtstoff 21 konvertiert blaues Licht zumindest anteilig in Licht anderer Wellenlängen, insbesondere in Licht mit längeren Wellenlängen und vorzugsweise hat das konvertierte Licht eine dominante Wellenlänge im Spektralbereich des gelben Lichts, so dass die Mischung aus konvertiertem Licht und blauem Licht weißes Licht ergibt. Als Leuchtstoff 21 dient beispielsweise Cer dotiertes Yttriumaluminiumgranat (YAG:Ce).
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Der Sockel 8 weist mehrere ringförmige Metallsockelteile 82, die miteinander verschweißt sind und zur Halterung des Lampengefäßes 10 sowie zur Justierung der räumlichen Ausrichtung des mit Leuchtstoff 21 beschichteten Abschnitts des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements 2 bezüglich einer Referenzebene dienen, und ein elektrisch isolierendes Sockelteil 83 auf, das beispielsweise aus Kunststoff oder Keramik besteht. Als Referenzebene dient eine Sockelflanschfläche 81, die Bestandteil eines metallischen Sockelflansches 80 ist. Der Sockelflansch 80 ist mit einem der ringförmigen Metallteile 82 verbunden und bildet eine Auflagefläche für die Montage der Retrofit-Lampe 1 in einem Fahrzeugscheinwerfer. Aus dem elektrisch isolierenden Sockelteil 83 ragen zwei elektrische Kontakte 91, 92 der Retrofit-Lampe 1 heraus, die jeweils mit einem der Stromzuführungsdrähte 6, 7 verschweißt sind. Der Sockel 8 ist identisch mit dem Sockel einer Halogenglühlampe der ECE-Kategorie H7. Auch die äußeren Abmessungen der Retrofit-Lampe 1 entsprechen den äußeren Abmessungen einer Halogenglühlampe der ECE-Kategorie H7. Der Abstand des mit Leuchtstoff 21 versehenen Abschnitts des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements 2 von der Sockelflanschfläche 81 beträgt 25,0 mm und entspricht damit dem Abstand der Glühwendel von der Sockelflanschebene bei einer Halogenglühlampe der ECE-Kategorie H7.
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Die Retrofit-Lampe 1 kann daher als Ersatz für eine Halogenglühlampe der ECE-Kategorie H7 in einem Fahrzeugscheinwerfer, der mit einer Fassung für H7-Lampen ausgestattet ist, verwendet werden.
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In 7 ist schematisch das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Retrofit-Lampe 1 schematisch dargestellt.
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Die ringförmig in einer Ebene senkrecht zur Längsachse 14 des Lampengefäßes 10 angeordneten Leuchtdioden 4 erzeugen blaues Licht, das hauptsächlich in Richtungen parallel zur Längsachse 14 emittiert wird und auf die kegelförmige Lichtreflexionsfläche 30 des Reflektors 3 trifft. An der kegelförmigen Lichtreflexionsfläche 30 wird das von den Leuchtdioden 4 emittierte blaue Licht auf den mit Leuchtstoff 21 beschichteten Oberflächenabschnitt des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements 2 gelenkt. Der Leuchtstoff 21 konvertiert einen Teil des blauen Lichts in Licht anderer, insbesondere längerer Wellenlängen mit einer dominanten Wellenlänge im Spektralbereich des gelben Lichts, so dass vom Leuchtstoff 21 beschichteten Oberflächenabschnitt des stabförmigen Wellenlängenkonversionselements 2 weißes Licht emittiert wird, das eine Mischung blauem Licht und wellenlängenkonvertiertem Licht ist.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näherbeschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise können Sockel und Abmessungen der Retrofit-Lampe 1 auch auf eine Halogenglühlampe der ECE-Kategorie H8, H9, H11 oder H16 abgestimmt sein. Außerdem ist es auch möglich, zwei stabförmige Wellenlängenkonversionselemente innerhalb des Lampengefäßes anzuordnen, um eine Retrofit-Lampe zu verwirklichen, die als Ersatz für eine mit zwei Glühwendeln versehene Halogenglühlampe der ECE-Kategorie H4 oder H15 verwendet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Retrofit-Lampe
- 10
- Lampengefäß
- 11
- hohlzylindrischer Lampengefäßabschnitt
- 12
- Lampengefäßkuppe
- 13
- abgedichtetes Lampengefäßende
- 14
- Längsachse
- 2
- stabförmiges Wellenlängenkonversionselement
- 20
- Oberfläche des Wellenlängenkonversionselements
- 21
- Leuchtstoff
- 3
- Reflektor
- 30
- Lichtreflexionsfläche
- 4
- Halbleiterlichtquelle
- 5
- Wärmesenke
- 6, 7
- Stromzuführungsdrähte
- 8
- Sockel
- 80
- Sockelflansch
- 81
- Sockelflanschfläche
- 82
- ringförmiges Metallsockelteil
- 83
- elektrisch isolierendes Sockelteil
- 91, 92
- elektrische Kontakte
