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Technisches Gebiet
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Die Erfindung geht aus von Lampen, die als Lichtquelle ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement, insbesondere eine Leuchtdiode (LED) oder eine Laserdiode, aufweisen.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Lampen mit LED's bekannt, auf denen ein Leuchtstoff (z. B. Phosphor) aufgebracht ist. Derartige Lampen weisen oft einen zusätzlichen Streuer bzw. eine Streuscheibe auf, wobei sich bei nachgeschalteten optischen Systemen (z. B. Scheinwerferoptiken oder Reflektoren) Schwierigkeiten ergeben können. Insbesondere verringert die Kombination aus Leuchtstoff und Streuer den Wirkungsgrad der Lampe.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Hableiterlichtquellen zu Lampen weiterzubilden, die eine Emittierfläche aufweisen, die ähnlich den herkömmlichen Glühlampen räumlich eng begrenzt ist. Dabei soll der Wirkungsgrad der Lampe verbessert werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kraftfahrzeug-Lampe mit einem Sockel und mit zumindest einer Halbleiter-Lichtquelle, deren Licht von einem von der Halbleiter-Lichtquelle beabstandeten Leuchtstoff bzw. Remote Phosphor zumindest teilweise umwandelbar ist (Fluoreszenz und/oder Phosphoreszenz). Der Sockel ist ein Retrofit-Sockel, der in eine Fassung eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist, also entsprechend der Ausführung einer herkömmlichen Glühlampe, beispielsweise Miniwatt-Lampe, Signallampe, etc. Damit können ältere Leuchten bzw. Schweinwerfer mit älteren Fassungen weiterverwendet werden, die z. B. in älteren Fahrzeugen verbaut sind. Der Leuchtstoff kann neben seinen Konversionseigenschaften zusätzlich zur Streuung des Lichts dienen, um eine für den Anwendungsfall vorteilhaft Abstrahlcharakteristik der Lampe zu erreichen. Damit kann ein zusätzlicher Streuer entfallen, so dass der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Lampe verbessert ist.
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Als Halbleiter-Lichtquelle kann eine oder mehrere LED's (z. B. OSRAM OSLON compact) oder eine oder mehrere Laserdioden vorgesehen sein.
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Bei einem bevorzugten Beispiel der erfindungsgemäßen Lampe mit weißer Lichtemission ist die Halbleiter-Lichtquelle eine blau emittierende Gallium-Nitrid-LED, und der Leuchtstoff wandelt einen Teil des blauen Licht in gelbes Licht um. Zusammen mit der unkonvertierten Anregungsstrahlung ergibt sich ein weißes (unbuntes) Mischlicht.
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Vorzugsweise ist der Sockel ein Stecksockel, oder er bildet mit der Fassung einen Bajonettverschluss.
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Die Lampe kann auch geklebt oder geschraubt oder magnetisch befestigt werden.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Der Sockel kann dabei der ECE-Regel 37 entsprechen, z. B. BA15s (für P21W, R5W, R10W), PX26d (für H7), PGJ19-1 (für H8), PGJ19-2 (für H11), PGJ19-3 (für H16), PGJ23t-1 (für H15), P43t (für H4), W2.1x9.5d (für W5W) oder auch Sockel für Typen mit amber oder roter Lichtfarbe.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist in dem Sockel eine Steuerelektronik angeordnet. Insbesondere soll diese den Betrieb der LEDs bei verschiedenen Betriebsspannungen und/oder Stromarten (Wechselstrom/Gleichstrom) ermöglichen. Es soll auch möglich sein, die Bestromung der LEDs zu verändern, um deren Helligkeit zu steuern. Falls verschiedenfarbige LEDs gemeinsam verbaut werden, soll eine separate Bestromung von diesen möglich sein, um die Summen-Lichtfarbe verändern zu können. Die Stromsteuerung und damit die Helligkeits- bzw. -Farbsteuerung kann beispielsweise über Pulsweitenmodulation (PWM) erfolgen.
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Die Steuerelektronik kann mit einem Schalter oder einem Knopf verbunden sein oder über eine Smartphone App, Wireless-LAN oder sonstige Drahtlos-Verbindungen ansteuerbar sein. Damit lassen sich verschieden Lichtfarben wählen und verschieden Schaltzeitpunkte fernsteuern.
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Weiterhin kann an die Steuerelektronik ein Photosensor oder Photosensor-Array angeschlossen sein. Damit kann der Lichtstrom und/oder der Farbort der Umgebung der Lampe erfasst und an die Steuerelektronik übermittelt werden. Diese kann dann durch separate Regelung der Bestromung der verschiedenfarbigen LEDs die Summen-Lichtfarbe wie gewünscht einstellen. Dies ist vorteilhaft, wenn die Lampe in einer Fahrzeugleuchte mit farbiger Abdeckscheibe verwendet wird. Dies ist auch vorteilhaft, wenn die Lichtfarbe der Lampe von den äußeren Lichtverhältnissen abhängen soll, wenn z. B. am Tag kaltweißes und in der Nacht warmweißes Licht gewünscht wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist zwischen der Halbleiter-Lichtquelle und dem Leuchtstoff eine Konzentrator-Optik vorgesehen, um das Licht der Halbleiter-Lichtquelle auf dem entfernt angebrachten Leuchtstoff zu bündelt. Die Konzentrator-Optik kann eine Sammellinse oder ein Reflektor oder eine Total-Internal-Reflection-Optik (TIR-Optik) sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung hat die Lampe einen Lichtleiter, der zwischen der Halbleiter-Lichtquelle und dem Leuchtstoff angeordnet ist. Damit kann das Licht von der Halbleiter-Lichtquelle zu einer von dem Sockel beabstandeten Stelle der Lampe gleitet werden, so dass der Lichtschwerpunkt der Lampe einen Abstand zum Sockel aufweist und eine Abschattung durch diesen vermieden ist.
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Dabei kann der Leuchtstoff an einen von dem Sockel beabstandeten Endabschnitt des Lichtleiters angebracht sein.
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Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung mit dem Lichtleiter ist ein Spiegel stirnseitig an einem von dem Sockel beabstandeten Endabschnitt des Lichtleiters angebracht. Dann ist der Leuchtstoff am Umfang des Endabschnitts des Lichtleiters angebracht.
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Damit der Lichtschwerpunkt der Lampe einen Abstand zum Sockel aufweist und eine Abschattung durch diesen vermieden ist, kann auch ein Podest oder Abstandhalter am Sockel befestigt werden, an dessen vom Sockel beabstandeten Endabschnitt die Halbleiter-Lichtquelle oder jeweils eine der Halbleiter-Lichtquellen befestigt ist. Dadurch kann ein Lichtleiter entfallen.
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Ein bevorzugte Ausgestaltung der Lampe hat mehrere Podeste oder Abstandhalter, die an dem Sockel befestigt ist, und an deren vom Sockel beabstandeten Endabschnitt jeweils eine Halbleiter-Lichtquelle befestigt ist, wobei die Halbleiter-Lichtquellen einander zugewandt sind. Dabei ist den Halbleiter-Lichtquellen ein jeweiliger oder ein gemeinsamer Lichtleiter zugeordnet, an dem der Leuchtstoff angebracht ist. Damit weist der Lichtschwerpunkt der Lampe den Abstand zum Sockel auf und eine Abschattung durch diesen ist vermeiden.
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Der Leuchtstoff kann auch über ein Gestell am Sockel befestigt sein.
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Vorzugsweise ist das Gestell Wärme leitend.
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Vorzugsweise ist der Leuchtstoff dabei auf ein transparentes Trägermaterial oder auf ein Drahtnetz aufgebracht.
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Der Leuchtstoff kann auch mechanisch ausreichende Stabilität aufweisen, so dass er selbsttragend ist und einfach an dem Gestell befestigt werden kann.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildungen hat die Lampe eine Kappe. Diese ist im Wesentlichen transparent und aus Kunststoff gefertigt. Die Kappe kann auch aus einer Kombination von verschiedenen Kunststoffen mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufgebaut sein.
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Der Leuchtstoff kann in diesem Fall an einer Innenseite einer Kappe angebracht sein. Der Leuchtstoff kann z. B. in einem konkav gewölbten Abschnitt der Kappe flächig aufgetragen sein, so dass der Leuchtstoff ebenfalls gewölbt ist. Oder der Leuchtstoff ist volumenbehaftet bzw. voluminös z. B. in der Form einer Halbkugel in die Kappe eingesetzt.
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Bei der Weiterbildung mit der Kappe kann der Leuchtstoff in die Kappe eingebettet sein.
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An der Kappe und/oder am Sockel kann ein Hohlspiegel befestigt sein.
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Wenn ein oder mehrere LED's an einem Fuß der Kappe angeordnet sind, kann diese als Lichtleiter genutzt werden. Dabei wird der Leuchtstoff in einem vom Sockel beabstandeten Kopf der Kappe eingebettet.
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Vorzugsweise sind dabei die LED's auf einem fiktiven Kreis am Sockel befestigt. Ein Fuß der Kappe ist ringförmig, und die LED's sind zwischen dem Sockel und dem Fuß angeordnet. Der eingebettete Leuchtstoff ist kreiszylindrisch aufgebracht, und die Kappe ist rotationssymmetrisch. Die Innen- und/oder Außenfläche der Kappe kann teilweise aufgerauht sein oder mit Auskoppel-Strukturen versehen sein.
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Weiterhin wird ein Wärmeleiter bevorzugt, der am Sockel befestigt ist und Wärme zum Sockel ableitet, von dem sie an die Fassung abgeleitet werden kann.
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Vorzugsweise ist der Wärmeleiter an die Kappe angeschlossen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen jeweils in einer seitlichen geschnittenen schematischen Darstellung:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe;
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe;
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe;
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4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe;
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5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe;
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6 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe;
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7 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe;
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8 ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe;
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9 ein neuntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe;
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10 ein zehntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe;
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11 ein elftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe; und
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12 ein zwölftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe. Sie hat einen Sockel 1, der gemäß der ECE-Regel 37 als W5W-Sockel ausgebildet ist. An dem Sockel 1 ist in einer mittleren Position eine LED 2 befestigt. Ihr Licht wird durch eine am Sockel 1 befestigten Konzentrator-Optik 3 gebündelt und zu einem etwa halbkugelförmigen Leuchtstoff bzw. Remote-Phosphor 6 geleitet. Dieser ist an der etwa halbkugelförmigen Innenseite einer Kappe 8 befestigt, wobei die Kappe 8 vergleichsweise dicke aus transparentem Kunststoff bestehende Wandungen hat. Ein oberer Abschnitt bzw. Kopf der Kappe 8 (insbesondere oberhalb des Remote-Phosphors 6) und die halbkugelförmige Innenseite mit dem halbkugelförmigen Remote-Phosphor 6 sind rotationssymmetrisch. Die Konzentrator-Optik 3 kann ein Total-Internal-Reflection-Element (TIR-Element), eine Sammellinse oder ein Reflektor sein.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe. Dabei entsprechen der Sockel 1, die LED 2, der Remote-Phosphor 6 und die Kappe 8 denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel ist zwischen der LED 2 und dem Remote-Phosphor 6 ein Lichtleiter 104 angeordnet. Dieser hat geeignete Ein- und Auskoppelstrukturen, um das Licht der LED 2 zum Remote-Phosphor 6 zu leiten.
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zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe. Dabei entsprechen der Sockel 1 und die LED 2 denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1. Eine Kappe 108, die vergleichsweise dicke aus transparentem Kunststoff bestehende Wandungen hat weist in ihrem Innern einen Kugelabschnitt auf, der gegenüber den beiden erste Ausführungsbeispielen vergrößert ist, der also einen Teil einer Kugel bildet, der größer als eine Halbkugel ist. Dem entsprechend ist ein gegenüber den ersten Ausführungsbeispielen vergrößerter Remote-Phosphor 106 vorgesehen, der der Form des Kugelabschnitts der Kappe 108 entspricht. Ein Lichtleiter 204 erstreckt sich von der LED bis in den Remote-Phosphor 106 hinein. Mit dem dritten Ausführungsbeispiel wird ein gegenüber den ersten Ausführungsbeispielen vergrößerter Lichtanteil in den unteren Halbraum (Richtung Sockel 1) der Lampe erreicht.
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4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lampe. Dabei entsprechen der Sockel 1, die Kappe 108 und der Remote-Phosphor 106 denjenigen des dritten Ausführungsbeispiels gemäß 3. Um den vorrichtungstechnischen Aufwand, der sich aus der Bereitstellung des Lichtleiters 204 gemäß 3 ergibt, zu verringern, wurde in 4 die LED 2 auf einem Abstandhalter 110 positioniert. Dieser erstreckt sich vom Sockel 1 bis zum unteren Rand des Kugelabschnitts. Somit kann die LED 2 direkt zum Remote-Phosphor 106 abstrahlen.
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5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe. Dabei entsprechen der Sockel 1, der Remote-Phosphor 106 und die Kappe 108 denjenigen des vierten Ausführungsbeispiels gemäß 4. Im fünften Ausführungsbeispiel wurde ein gegenüber dem vierten Ausführungsbeispiel verlängerter Abstandhalter 210 vorgesehen. Dessen Länge ist so gewählt, dass zwei LED's 2 etwa mittig in dem an der Innenseite der Kappe 108 gebildeten und mit dem Remote-Phosphor 106 beschichteten Kugelabschnitt angeordnet ist. Damit ist die Leistung des fünften Ausführungsbeispiels gegenüber dem vierten Ausführungsbeispiel erhöht, wobei ein Lichtleiter entfallen kann.
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Die vorbeschriebenen ersten fünf Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lampe haben einen W5W-Sockel 1 und dienen beispielsweise als Retrofit-Rücklicht-Lampen oder Retrofit-Positionslicht-Lampen für Kraftfahrzeuge.
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6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe. Sie ersetzt eine Längswendellampe gemäß H7 der ECE Regel 37. Daher hat die Lampe – abgesehen von (nicht gezeigten) Kontaktstiften – einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Sockel 101. Erfindungsgemäß sind an der Oberseite des Sockels 101 am Außenumfang verteilt mehrere LED's 202 montiert, von denen in 6 nur zwei LED's 202 gezeigt sind. Eine Kappe 208 mit etwa parabelförmigen Querschnitt ist derart auf die LED's 202 gesetzt, dass diese ihr Licht in die umlaufende Wandung der Kappe 208 abstrahlen. Damit dient die Kappe 208 als Lichtleiter. Dazu ist die Kappe 208 aus Polycarbonat gefertigt.
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Im vom Sockel 101 abgewandten Kopf der Kappe 208 ist ein kreiszylindrisch geformter Remote-Phosphor 206 eingebettet. Dabei sind der Remote-Phosphor 206 und die Kappe 208 rotationssymmetrisch, und die LED's 202 sind auf einem fiktiven Kreis gleichmäßig verteilt.
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7 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe. Ihr Sockel 1, die LED 2 und die Konzentrator-Optik 3 entsprechen denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel ist die Kappe 308 deutlich dünnwandiger ausgestaltet. Um den halbkugelförmigen Remote-Phosphor 306 an der gewünschten Stelle im Innern des durch den Sockel 1 und die Kappe 308 begrenzt Raumes zu fixieren, hat die Lampe gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel ein Gestell 310. Dieses ist am Sockel 1 befestigt und trägt an seinem vom Sockel 1 abgewandten Endabschnitt den Remote-Phosphor 306. Zur Stabilisierung kann dieser entweder ausreichende mechanische Eigenstabilität aufweisen oder auf einem transparenten Trägermaterial oder auf einem Drahtnetz aufgebracht sein.
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8 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe. Ihr Sockel 101 entspricht demjenigen des sechsten Ausführungsbeispiels. Ihre Kappe 308 entspricht derjenigen des siebten Ausführungsbeispiels.
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Ein Lichtleiter 404 ist derart konzentrisch über der LED 2 angebracht, dass ihr Licht zu einem Spiegel 412 geleitet wird, der an einem vom Sockel 101 abgewandten Endabschnitt des Lichtleiters 404 stirnseitig an diesem befestigt ist. Der Spiegel 412 reflektiert das Licht der LED 2 in Richtung zu einem Remote-Phosphor 406, der kreiszylindrisch ist und am Endabschnitt des Lichtleiters 404 angebracht ist. Dabei grenzt ein umlaufender Rand des Remote-Phosphors 406 an den Spiegel 412.
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9 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe. Dabei entsprechen der Sockel 101, die LED 2 und die Kappe 308 denjenigen des achten Ausführungsbeispiels gemäß 8. Ein Lichtleiter 504 ist derart konzentrisch über der LED 2 angebracht, dass ihr Licht zu einem Spiegel 512 geleitet wird, der an einem vom Sockel 101 abgewandten Endabschnitt des Lichtleiters 504 stirnseitig an diesem befestigt ist. Der Spiegel 512 reflektiert das Licht in Richtung zu einem Remote-Phosphor 506, der kegelstumpfförmig ist und am Endabschnitt des Lichtleiters 504 angebracht ist. Dabei grenzt ein breiterer umlaufender Rand des Remote-Phosphors 506 an den Spiegel 512, während sein engerer umlaufender Rand zur LED 2 bzw. zum Sockel 101 weist.
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10 zeigt ein zehntes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lampe. Abweichend von den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sind am Sockel 601 an dessen Außenrand auf einem fiktiven Kreis verteilt vier Abstandhalter 610 angeordnet. An deren vom Sockel 601 abgewandten Endabschnitt ist jeweils eine LED 2 derart angeordnet, dass ihr Licht in Richtung zu einem Mittelpunkt der Lampe strahlt. Zwischen den vier LED's 2 ist ein kreuzförmiger Lichtleiter 604 vorgesehen, in dessen Kreuzungsbereich einer vom Sockel 601 abgewandten und an einer dem Sockel 601 zugewandten Seite jeweils ein Remote-Phosphor 606 angebracht ist.
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11 zeigt ein elftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lampe. Dabei entsprechen der Sockel 601 und die Kappe 308 denjenigen des zehnten Ausführungsbeispiels gemäß 10. Am Sockel 601 sind auf einem fiktiven Kreis verteilt sechs Abstandhalter 610 befestigt, an deren jeweiligen vom Sockel 601 abgewandten Endabschnitt eine LED 2 befestigt ist.
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Die sechs LED's 2 strahlen in Richtung zu einem Mittelpunkt der Lampe. Ihr Licht wird von einem jeweiligen vergleichsweise kurzen Lichtleiter 704 zu einem jeweiligen Remote-Phosphor 706 geleitet. Dieser ist an einem etwa halbkugelförmigen Endabschnitt des jeweiligen Lichtleiters 704 befestigt und hat daher ebenfalls eine Form einer Halbkugel.
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Das elfte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lampe dient als dreifarbige Rückleuchte für einen PKW. Dabei bilden zwei (einander gegenüberliegende) Kombinationen aus Abstandhalter 610, LED 2, Lichtleiter 704 und Remote-Phosphor 706 ein amberfarben emittierendes Blinklicht, zwei weitere Kombinationen ein rot emittierendes Rücklicht und zwei weitere Kombinationen ein rot emittierendes Bremslicht. Die Ansteuerung der jeweiligen LED's 2 erfolgt über eine (nicht gezeigte) Steuerelektronik, die im Sockel 601 angeordnet ist. Die Abstandhalter 610 des zehnten und elften Ausführungsbeispiels können als Heat-slug bzw. Wärmeleiter dienen und die Wärme der LED's 2 zum Sockel 601 ableiten.
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12 zeigt ein zwölftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe. Mittig am Sockel 1 ist eine LED 2 befestigt, deren Licht über eine Konzentrator-Optik 3 gebündelt und zu einem Remote-Phosphor 806 geleitet wird. Dieser wird über ein (in 12 nicht gezeigtes) Gestell 310 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel gehalten.
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An einer vom Sockel 1 abgewandten Seite in eine konkav gewölbte Innenwandung der Kappe 808 ist ein Hohlspiegel 814 eingesetzt. Am Sockel 1 ist ein weiterer Hohlspiegel 816 befestigt, wobei dieser eine mittlere Ausnehmung hat, in der die LED 2 angeordnet ist. Beide Hohlspiegel 814, 816 reflektieren Streulicht zum Remote-Phosphor 806. Weiterhin ist eine Heatpipe bzw. ein Wärmeleiter 818 vorgesehen, der seitlich und außen an der Lampe befestigt ist. Er leitet die Wärme von einer Oberseite bzw. von einem Kopf der Kappe 808 zum Sockel 1. Ein derartiger Wärmeleiter 818 kann auch an den anderen Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 11 vorgesehen sein.
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Abweichend von dem in den 1 und 2 gezeigten Remote-Phosphor 6 kann dieser auch volumenbehaftet halbkugelförmig sein.
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An dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lampe kann eine Schutzkappe oder ein Absorber vorgesehen sein, um unerwünschtes oder nicht konvertiertes Licht zu absorbieren.
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Abweichend von den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen können die LED's 2 in den jeweiligen Sockel 1; 101 versenkt montiert werden.
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Abweichend vom zwölften Ausführungsbeispiel kann die Kappe 808 auch derart geformt sein, dass der Remote-Phosphor 806 in ihr eingebettet ist. Die Kappe kann auch aus einer Kombination von verschiedenen Kunststoffen mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufgebaut sein.