EP2366078A2 - Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Beleuchtungseinrichtung

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Publication number
EP2366078A2
EP2366078A2 EP09764779A EP09764779A EP2366078A2 EP 2366078 A2 EP2366078 A2 EP 2366078A2 EP 09764779 A EP09764779 A EP 09764779A EP 09764779 A EP09764779 A EP 09764779A EP 2366078 A2 EP2366078 A2 EP 2366078A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiation
recess
lighting device
reflector
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09764779A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ales Markytan
Christoph Neureuther
Steffen Block
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP2366078A2 publication Critical patent/EP2366078A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/04—Optical design
    • F21V7/045—Optical design with spherical surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/04—Optical design
    • F21V7/06—Optical design with parabolic curvature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/04—Optical design
    • F21V7/07—Optical design with hyperbolic curvature
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/855—Optical field-shaping means, e.g. lenses
    • H10H20/856—Reflecting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • a lighting device is specified.
  • Indicate lighting device that allows a distributed over the entire lighting device uniform radiation emission and thus the perception of brightness differences for an external viewer of the lighting device is reduced.
  • a further object to be achieved is to specify a lighting device which reduces or avoids a dazzling effect for an external viewer of the lighting device.
  • the illumination device comprises a base body with a recess.
  • the main body may be formed with a duroplastic or thermoplastic material, a metal or even with a ceramic material, or consist of such.
  • the main body is a solid body.
  • the base body comprises a recess.
  • the recess is a recess in the base body, which has an opening and is freely accessible from the outside.
  • the recess has, for example, a bottom surface and at least one side surface. At the bottom and side surface of the recess adjacent to the body.
  • the floor area may be located on the opposite side of the opening of the recess. The opening and the bottom surface are interconnected by the side surface.
  • Lighting device a reflector which is formed at least by parts of the recess.
  • the recess may form the reflector.
  • the base body is designed to be reflective in the recess.
  • the base body itself may be formed at least at the location of the recess with a reflective material.
  • the recess is coated with a reflective material.
  • the coating may be a metal, for example aluminum.
  • the illumination device has at least one optoelectronic semiconductor component which is arranged in the recess.
  • the semiconductor device is mounted, for example, on the bottom surface of the recess.
  • a plurality of semiconductor components may be mounted in the recess.
  • the semiconductor component is a light-emitting diode with one or more LED chips for generating electromagnetic radiation / light.
  • the luminescence diode chip can be a luminescent or laser diode chip which emits radiation in the range from ultraviolet to infrared light.
  • the luminescence diode chip preferably emits light in the visible region of the spectrum of the electromagnetic radiation.
  • at the luminescence diode chip may be a semiconductor chip.
  • the semiconductor chip has an epitaxially grown semiconductor layer sequence with an active zone suitable for generating radiation.
  • An optical axis of the semiconductor component is perpendicular to the epitaxially grown semiconductor layer sequence of the semiconductor chip.
  • the semiconductor component has an optical element.
  • the optical element is arranged downstream of the semiconductor chip and influences the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip during operation.
  • At least some of the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor device during operation is directed by the optical element onto the reflector.
  • the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor component is, for example, refracted and / or reflected at a radiation outcoupling surface of the optical element and coupled out of the semiconductor component in such a way that at least part of the electromagnetic radiation falls onto the reflector and is reflected by the latter.
  • a further part of the radiation is coupled out of the semiconductor component by the optical element in such a way that it can be coupled out of the illumination device directly without prior deflection onto the reflector.
  • the radiation coupling-out surface of the optical element is the surface of the optical element facing away from the semiconductor chip.
  • the illumination device has a radiation exit surface, - A -
  • the area of the radiation exit surface of the illumination device is the content of the surface, which is defined by the projection of the opening of the recess in the base body on a plane perpendicular to the optical axis of the semiconductor device.
  • projection means the mathematical mapping of the opening of the recess onto the plane perpendicular to the optical axis of the semiconductor component
  • area of the radiation exit surface of the semiconductor component is defined as the area of the projection of the radiation coupling surface of the optical element on the already defined plane Words, the area contents of the two
  • the radiation exit surface of the illumination device is at least twice as large as the radiation exit surface of the semiconductor component. If a plurality of semiconductor components are arranged in a recess, the radiation exit area of the illumination device is at least twice as large as the sum of all the individual radiation exit areas of the semiconductor components.
  • Lighting device the illumination device, a base body with a recess and a reflector which is formed at least by parts of the recess on. Furthermore, the illumination device has at least one optoelectronic semiconductor component which is arranged in the recess.
  • the semiconductor device further comprises an optical element configured to direct at least a portion of the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor device during operation to the reflector.
  • Lighting device is at least twice as large as the sum of the radiation exit surfaces of the semiconductor devices.
  • the illumination device described here is based, inter alia, on the recognition that for an external observer of a semiconductor component, a high glare density of the radiation-emitting semiconductor component can lead to an enhanced glare effect.
  • the luminance is a measure of the brightness and is defined with light intensity per area.
  • the radiation exit surface of only the semiconductor device is relatively small.
  • a combination of the high luminance of the semiconductor device together with the low radiation exit surface of the semiconductor device results in a disturbing and an irritating light impression for an external viewer, so that it can lead to a dazzling effect for an external viewer.
  • the illumination device described here makes use of the idea of using a Reflector to be combined with a radiation-emitting semiconductor device.
  • the optoelectronic semiconductor component is mounted in a recess at least in places forming the reflector.
  • the problem of the high luminance and the small radiation exit area and the glare effect associated therewith for an external observer is now solved in that the emitted electromagnetic radiation is at least partially deflected onto the reflector by the optical element having the semiconductor component.
  • the reflector reflects the electromagnetic radiation impinging on it.
  • the entire coupled out of the illumination device electromagnetic radiation is thus composed of electromagnetic radiation, which is deflected by the optical element to the reflector, and the radiation component, which is coupled directly via the optical element, without first falling on the reflector from the component , together.
  • the light intensity of the semiconductor device is thus distributed to the radiation exit surface of the illumination device. This has the consequence that glare effects for an external observer of the radiation exit surface of
  • Lighting device can be avoided. This means that electromagnetic radiation is emitted in a plan view of the component at least from the areas where the reflector is located, possibly also from areas where the semiconductor device is located.
  • the main body of the Lighting device on at least two recesses.
  • the base body can have a plurality of recesses, wherein a semiconductor component is mounted in each recess. It is also possible that a plurality of semiconductor components are arranged in a recess.
  • the highest possible light intensity of the illumination device is ensured by arranging a plurality of optoelectronic semiconductor components in a recess.
  • the luminance of a partial area of the radiation exit area of the illumination device deviates less than 20%, preferably less than 10%, very particularly preferably less than 5% from the average of the luminance of the entire
  • Radiation exit surface of the lighting device The radiation exit surface of the illumination device can be decomposed into any partial surfaces. The sum of all subareas results in turn the entire
  • Radiation exit surface of the illumination device If one regards any subarea of the radiation exit surface of the illumination device, then the luminance of this subarea deviates less than 20% from the mean value of the luminance of the illumination device.
  • the radiation exit surface of the illumination device appears evenly in its brightness. The fact that the optical element directs a portion of the radiation to the reflector, glare effects are simultaneously avoided for an external viewer.
  • the recess at the Outer surface of the body has a maximum diameter of at least 5 cm, preferably at least 7 cm, most preferably at least 10 cm.
  • the entire light intensity of the semiconductor component is distributed to the radiation exit surface of the illumination device.
  • the radiation exit surface of the lighting component is circular, oval or rectangular. This can for example be achieved in that the opening of the recess itself is circular.
  • the radiation exit area is selected to be as large as possible by a diameter selected in this way so that the total light intensity is distributed to the radiation exit area of the illumination device and thus the radiation exit area of the illumination component is increased.
  • a radiation exit surface leads to a
  • Lighting device that is particularly suitable for illuminating, for example, large-scale objects. Furthermore, advantageously by the choice of the diameter, and thus the size of the radiation exit surface, the luminance of the radiation exit surface of the
  • Lighting component individually adapted to the needs of the user.
  • the distance from the radiation exit surface of the illumination device to the lowest point of the recess is at least 2 mm greater than the maximum height of the optoelectronic component.
  • the deepest point of the recess is the point which is furthest away from the opening of the recess parallel to the optical axis of the semiconductor device.
  • the maximum height of the optoelectronic component is, for example, that distance which runs parallel to the optical axis of the semiconductor component and along this direction detects the maximum extent of the optoelectronic semiconductor component. If now the optoelectronic component is mounted in the lowest point of the recess, then the distance of the radiation exit surface of the illumination device to the semiconductor component arranged below the radiation exit surface of the illumination device is at least 2 mm.
  • the optoelectronic semiconductor component projects beyond the recess. This may mean that the maximum height of the optoelectronic semiconductor device is greater than the distance, parallel to the optical axis of the semiconductor device, from the lowest point of the recess to the opening of the recess.
  • the reflector has at least one reflector wall.
  • the reflector wall may be formed by a side surface of the recess.
  • the reflector wall surrounds the semiconductor device at least in places laterally.
  • the reflector wall is at least in places in the manner of at least one of the optical basic elements CPC (Compound
  • the reflector wall preferably forms a "free-form surface.”
  • free-form surface refers to an area that is individually adapted to the respective lighting requirements of the lighting device.
  • the optical element is configured to deflect at least a portion of the electromagnetic radiation emitted by the operation of the semiconductor device into an angle of at least 110 ° to the optical axis of the semiconductor device.
  • a part of the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor component is coupled out of the semiconductor component by the optical element in such a way that the part of the radiation then emerges directly from the illumination device without being previously deflected onto the reflector.
  • This radiation component forms the directly decoupled radiation component.
  • Another part of the total radiation is decoupled by a radiation exit surface of the optical element such that the angle between the optical axis of the semiconductor device and the radiation coupled out from the optical element is at least 110 °. The radiation component coupled out of the semiconductor component at such an angle is thus deflected "backwards" away from the optical element and the radiation exit surface of the illumination device
  • Lighting device can be disconnected.
  • the deflection of the electromagnetic radiation takes place at least partially by total reflection. At least part of the distraction of the electromagnetic radiation
  • Radiation into the reflector takes place by total reflection at the radiation coupling-out surface of the optical element. This is possible in particular if the refractive index of the optical element is greater than the refractive index of the medium surrounding the optical element.
  • the medium may be, for example, air.
  • the electromagnetic radiation can therefore be directed to the reflector wall of the reflector by total reflection at the radiation coupling-out surface of the optical element.
  • the deflection of the electromagnetic radiation takes place at least partially by refraction. At least part of the deflection of the radiation into the reflector is effected by refraction at the
  • Radiation decoupling surface of the optical element This means that the electromagnetic radiation in addition to the optical influence of total reflection can also be deflected by refraction into the reflector.
  • the largest possible proportion of the total electromagnetic radiation emitted by the semiconductor component is directed onto the surface of the reflector wall, as a result of which the aforementioned effects with respect to reduced glare and larger illuminated area are enhanced.
  • a radiation-permeable cover plate for electromagnetic radiation covers the recess.
  • the cover plate is a radiation-permeable, rigid body which can terminate flush with the outer surface of the base body and is in direct contact with the base body.
  • the cover plate is such that it is self-supporting.
  • the cover plate can be made transparent. It is also possible that the cover plate is made milky and diffuse scattering electromagnetic radiation diffuse. It is also conceivable that optical elements are incorporated in the cover plate, or the Cover plate itself forms an optical element. Furthermore, the cover plate can be arranged downstream of other optical elements.
  • the optical elements may be microprisms or optical filters.
  • the cover plate is flush with the outer surface of the base body.
  • the cover plate is formed such that it fits into the recess and thus terminates the semiconductor component facing away from the surface of the cover plate flush with the outer surface of the base body.
  • the surface of the cover plate facing away from the semiconductor component forms the surface through which electromagnetic radiation is emitted.
  • the cover plate provides protection against external environmental influences such as harmful gases or liquids.
  • the surface of the cover plate facing away from the semiconductor component is not flush with the outer surface of the base body. This may mean that in this case the cover plate is mounted higher or lower in the recess or fitted.
  • FIG. 1A shows, in a schematic sectional representation, an exemplary embodiment of one described here
  • FIG. 1B shows in a schematic plan view the illumination device according to FIG. 1A
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of a further embodiment according to at least one
  • IA is a schematic sectional view of a described here
  • Lighting device having a base body 1 and a mounted in a recess 5 optoelectronic semiconductor device 20 is shown.
  • the main body 1 is formed with a ceramic material or a metal.
  • the recess 5 is a recess in the base body 11, which has an opening 6 and is freely accessible from the outside.
  • the semiconductor device has a carrier 2 and a semiconductor chip 4.
  • the carrier 2 may be a printed circuit board or a carrier frame (leadframe).
  • the carrier 2 is surface mountable, for example.
  • the carrier 2 may be formed with a duroplastic or thermoplastic material or with a ceramic material.
  • the semiconductor chip 4 is contacted with the carrier 2 in an electrically conductive manner.
  • An outer surface 11 of the main body 1 is flush with the edges of the recess 5.
  • Radiation exit surface 61 of the illumination device is the content of the surface, which is defined by the projection of the opening 6 of the recess 5 in the base body 1 on a plane perpendicular to an optical axis 42 of the semiconductor device 20.
  • "Projection” here means the mathematical image of the opening 6 of the recess 5 on the plane perpendicular to the optical axis 42 of the semiconductor component 20.
  • Semiconductor device is perpendicular to an epitaxially grown semiconductor layer sequence of the semiconductor chip 4th
  • the radiation exit surface 61 is oval and has a maximum diameter D of X mm.
  • the illumination device has a reflector 51.
  • the recess 5 forms the reflector 51.
  • the semiconductor device 20 is attached to the lowest point of the reflector 51.
  • a reflector wall 52 may be described from the three geometric primitives CPC, CEC and CHC or any combination of such elements. This advantageously offers the possibility of the reflector 51 to the respective lighting requirements of
  • the reflector wall 52 is formed by a continuous and contiguous side surface.
  • the optical axis 42 of the semiconductor component 20 simultaneously forms an axis of symmetry of the reflector 51.
  • the reflector wall 52 is coated with a highly reflective material, such as a metal layer of aluminum.
  • a highly reflective material such as a metal layer of aluminum.
  • the optoelectronic semiconductor component 20 is connected to the reflector wall 52 via the carrier 2 by bonding at the lowest point at a depth T of the reflector 51.
  • the depth T is the distance from the reflector wall 52 along the optical axis 42 of the semiconductor device 20 to the opening 6 of the recess 5.
  • an optical element 3 for example, a lens in
  • the optical element 3 has the maximum thickness DL on the optical axis 42 of the semiconductor device 20 and is 2 mm thick at this point.
  • the material of the optical element 3 is free of radiation-scattering particles and can be formed with a polycarbonate (also PC) or with a silicone.
  • the optical element 3 is formed in such a way that at least part of the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip 4 is deflected at an angle CC of at least 110 ° to the optical axis 42 of the semiconductor component 20.
  • the coupled out at such an angle CC from the semiconductor device radiation component is thus "backwards", away from the optical element 3 and the Radiation exit surface 61 of the illumination device deflected and thus falls on the reflector wall 52 of the reflector 51, to be subsequently reflected there. After reflection, the radiation component is decoupled from the illumination device.
  • Part of the deflection of the radiation into the reflector is effected by total reflection at a radiation coupling-out surface 31 of the optical element 3.
  • the radiation coupling-out surface 31 is the surface of the optical element 3 facing away from the semiconductor chip 4.
  • the totally reflected radiation component is deflected, reflected and becomes reflected on the reflector wall 52 then decoupled from the illumination device via the radiation exit surface 61 of the illumination device.
  • a further radiation component is coupled out of the semiconductor component 20 by the optical element in such a way that the radiation can be coupled out of the illumination device directly, without being previously deflected onto the reflector 51.
  • the decoupled from the illumination device electromagnetic radiation is thus at least from the deflected from the optical element 3 to the reflector 5 down radiation component and the proportion of radiation, which, without being previously deflected to the reflector 51, is coupled out directly from the illumination device together.
  • the radiation exit surface 61 in the exemplary embodiment shown in FIG. 1A is X times larger than a radiation exit surface 44 of the semiconductor component 20.
  • the surface area of the radiation exit surface 44 of the semiconductor component 20 is defined as the surface area of the projection of the radiation decoupling surface 31 of the optical element 3 onto a plane which is perpendicular to the optical axis 42 of the semiconductor component 20.
  • the luminance fluctuations along the radiation exit surface 61 are less than 5% of the average value of the luminance of the entire radiation exit surface 61 of the illumination device.
  • the radiation exit surface 61 of the illumination device thus appears particularly uniform in its light intensity.
  • the design of the illumination device leads to a lighting device with a low overall height, since in the direction of the optical axis 42 of the semiconductor device 20 can be dispensed with space-consuming downstream optics to increase the radiation exit surface 44 of the semiconductor device 20.
  • the height is the extent of the illumination device along the optical axis 42 of the semiconductor device 20. This results in a particularly flat illumination device.
  • FIG. 1B shows, in a schematic plan view, the illumination device according to FIG. 1A.
  • the base body 1 has two recesses 5.
  • an optoelectronic semiconductor device 20 is attached.
  • FIG. 2 shows a sectional illustration of a finished illumination device according to at least one embodiment.
  • the illumination device according to FIG. 2 has a cover plate 8.
  • the surface of the cover plate 8 facing away from the optoelectronic semiconductor component 20 terminates laterally flush with the outer surface 11 of the base body 1 and has the maximum diameter D of the opening 6 of the recess 5.
  • the surface of the cover plate 8 facing away from the semiconductor component 20 forms the surface 5 of the recess.
  • such a lighting device can be created, the entire surface is formed flat and without interruptions. It also protects the
  • Cover plate 8 the illumination device, in particular the semiconductor device 20, against external environmental influences.
  • the cover plate 8 is a self-supporting plate. This means that the cover plate 8 requires no further attachment and stabilization measures after application.
  • the cover 8 thus maintains its shape, so that neither breakages, bumps or the like form in the cover plate 8.
  • the thickness DA of the cover plate 8 is presently 1.5 mm.
  • Semiconductor component 20 thus forms at least one point a distance of 0.5 mm.

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Abstract

Es wird ein Beleuchtungseinrichtung angegeben, mit einem Grundkörper (1) mit einer Ausnehmung (5), einem Reflektor (51), der zumindest durch Teile der Ausnehmung (5) gebildet ist, zumindest einem optoelektronischen Halbleiterbauteil (20), das in der Ausnehmung (5) angeordnet ist, wobei das Halbleiterbauteil (20) ein optisches Element (3) aufweist, das dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil der vom Halbleiterbauteil (20) im Betrieb emittierten, elektromagnetischen Strahlung auf den Reflektor (51) zu lenken, wobei eine Strahlungsaustrittsfläche (61) der Beleuchtungseinrichtung wenigstens zwei Mal so groß ist, wie die Summe der Strahlungsaustrittsflächen (44) der Halbleiterbauteile.

Description

Beschreibung
Beieuchtungseinrichtung
Es wird eine Beleuchtungseinrichtung angegeben.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2008 061 032.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine
Beleuchtungseinrichtung anzugeben, die eine über die gesamte Beleuchtungseinrichtung verteilte gleichmäßige Strahlungsemission ermöglicht und so die Wahrnehmung von Helligkeitsunterschieden für einen externen Betrachter der Beleuchtungseinrichtung verringert wird. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Beleuchtungseinrichtung anzugeben, die eine Blendwirkung für einen externen Betrachter der Beleuchtungseinrichtung reduziert oder vermeidet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungseinrichtung einen Grundkörper mit einer Ausnehmung. Der Grundkörper kann mit einen duro- oder thermoplastischen Material, einem Metall oder auch mit einem keramischen Material gebildet sein, oder aus einem solchen bestehen. Vorzugsweise ist der Grundkörper ein Vollkörper. Darüber hinaus umfasst der Grundkörper eine Ausnehmung. Die Ausnehmung ist eine Vertiefung im Grundkörper, die eine Öffnung aufweist und von außen frei zugänglich ist. Ferner weist die Ausnehmung zum Beispiel eine Bodenfläche und zumindest eine Seitenfläche auf. An Boden- und Seitenfläche grenzt die Ausnehmung an den Grundkörper. Die Bodenfläche kann sich auf der der Öffnung gegenüberliegenden Seite der Ausnehmung befinden. Die Öffnung und die Bodenfläche sind durch die Seitenfläche miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Beleuchtungseinrichtung einen Reflektor, der zumindest durch Teile der Ausnehmung gebildet ist. Die Ausnehmung kann den Reflektor bilden. Dies kann dadurch erreicht sein, dass der Grundkörper in der Ausnehmung reflektierend ausgebildet ist. Dazu kann der Grundkörper selbst zumindest an der Stelle der Ausnehmung mit einem reflektierenden Material gebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass die Ausnehmung mit einem reflektierenden Material beschichtet ist. Beispielsweise kann es sich bei der Beschichtung um ein Metall, beispielsweise Aluminium, handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Beleuchtungseinrichtung zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauteil auf, das in der Ausnehmung angeordnet ist. Das Halbleiterbauteil ist zum Beispiel auf der Bodenfläche der Ausnehmung angebracht.
Beispielsweise können mehrere Halbleiterbauteile in der Ausnehmung angebracht sein.
Das Halbleiterbauteil ist eine Lumineszenzdiode mit einem oder mehreren Lumineszenzdiodenchips zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung/Licht. Bei dem Lumineszenzdiodenchip kann es sich um einen Leucht- oder Laserdiodenchip handeln, der Strahlung im Bereich von ultraviolettem bis infrarotem Licht emittiert. Vorzugsweise emittiert der Lumineszenzdiodenchip Licht im sichtbaren Bereich des Spektrums der elektromagnetischen Strahlung. Bei dem Lumineszenzdiodenchip kann es sich um einen Halbleiterchip handeln. Der Halbleiterchip weist eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer zur Strahlungserzeugung geeigneten aktiven Zone auf.
Eine optische Achse des Halbleiterbauelements ist senkrecht zur der epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips .
Weiter weist das Halbleiterbauteil ein optisches Element auf. Das optische Element ist dem Halbleiterchip nachgeordnet und beeinflusst die vom Halbleiterchip im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung.
Zumindest ein Teil der vom Halbleiterbauteil im Betrieb emittierten, elektromagnetischen Strahlung wird von dem optischen Element auf den Reflektor gelenkt. Die vom Halbleiterbauteil emittierte, elektromagnetische Strahlung wird zum Beispiel an einer Strahlungsauskoppelfläche des optischen Elements derart gebrochen und/oder reflektiert und so aus dem Halbleiterbauteil ausgekoppelt, dass zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strahlung auf den Reflektor fällt und von diesem reflektiert wird. Ein weiterer Teil der Strahlung wird durch das optische Element derart aus dem Halbleiterbauteil ausgekoppelt, dass er direkt, ohne vorherige Ablenkung auf den Reflektor, aus der Beleuchtungseinrichtung ausgekoppelt werden kann. Beispielsweise ist die Strahlungsauskoppelfläche des optischen Elements die dem Halbleiterchip abgewandte Oberfläche des optischen Elements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Beleuchtungseinrichtung eine Strahlungsaustrittsfläche auf, - A -
die wenigstens zwei Mal so groß ist, wie die Summe der Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterbauteile.
Der Flächeninhalt der Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung ist der Inhalt der Fläche, die durch die Projektion der Öffnung der Ausnehmung im Grundkörper auf eine Ebene senkrecht zur optischen Achse des Halbleiterbauteils definiert ist. „Projektion" bedeutet hierbei die mathematische Abbildung der Öffnung der Ausnehmung auf die zur optischen Achse des Halbleiterbauteils senkrecht verlaufende Ebene. Der Flächeninhalt der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterbauteils ist entsprechend als der Flächeninhalt der Projektion der Strahlungsauskoppelfläche des optischen Elements auf die bereits definierte Ebene festgelegt. Mit anderen Worten, werden die Flächeninhalte der beiden
Strahlungsaustrittsflächen in der Projektion auf eine Ebene bestimmt .
Befindet sich nun beispielsweise in der Ausnehmung ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil, so ist die Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung wenigstens zwei Mal so groß, wie die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterbauteils. Sind in einer Ausnehmung mehrere Halbleiterbauteile angeordnet, so ist die Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung wenigstens zwei Mal so groß, wie die Summe aller einzelnen Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterbauteile.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung weist die Beleuchtungseinrichtung einen Grundkörper mit einer Ausnehmung und einen Reflektor, der zumindest durch Teile der Ausnehmung gebildet ist, auf. Weiter weist die Beleuchtungseinrichtung zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, das in der Ausnehmung angeordnet ist, auf. Das Halbleiterbauteil weist ferner ein optisches Element auf, das dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil der vom Halbleiterbauteil im Betrieb emittierten, elektromagnetischen Strahlung auf den Reflektor zu lenken, auf. Die Strahlungsaustrittsfläche der
Beleuchtungseinrichtung ist wenigstens zwei Mal so groß, wie die Summe der Strahlungsaustrittsflächen der Halbleiterbauteile.
Die hier beschriebene Beleuchtungseinrichtung beruht dabei unter anderem auf der Erkenntnis, dass für einen externen Betrachter eines Halbleiterbauteils durch eine hohe Leuchtdichte des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils es zu einer verstärkten Blendwirkung kommen kann.
Die Leuchtdichte ist hierbei ein Maß für die Helligkeit und ist definiert mit Lichtstärke pro Fläche.
Weiter ist für einen externen Betrachter die Strahlungsaustrittsfläche lediglich des Halbleiterbauteils relativ klein. Insofern ergibt eine Kombination der hohen Leuchtdichte des Halbleiterbauteils zusammen mit der geringen Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterbauteils einen für einen externen Betrachter störenden und irritierenden Leuchteindruck, sodass es zu einer Blendwirkung für einen externen Betrachter kommen kann.
Um nun den durch die hohe Leuchtdichte des Halbleiterbauteils für einen externen Betrachter verursachten Blendeffekt zu vermeiden, macht die hier beschriebene Beleuchtungseinrichtung von der Idee Gebrauch, einen Reflektor mit einem Strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil zu kombinieren. Dazu wird das optoelektronische Halbleiterbauteil in einer zumindest stellenweise den Reflektor bildenden Ausnehmung angebracht. Das Problem der hohen Leuchtdichte und der kleinen Strahlungsaustrittsfläche und den damit für einen externen Betrachter einhergehenden Blendeffekt wird nun dadurch gelöst, dass die emittierte elektromagnetische Strahlung durch das das Halbleiterbauteil aufweisende optische Element zumindest teilweise auf den Reflektor abgelenkt wird. Der Reflektor reflektiert die auf ihn auftreffende elektromagnetische Strahlung. Die gesamte aus der Beleuchtungseinrichtung ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung setzt sich also aus elektromagnetischer Strahlung, die von dem optischen Element auf den Reflektor umgelenkt wird, und dem Strahlungsanteil, der direkt über das optische Element, ohne vorher auf den Reflektor zu fallen, aus dem Bauteil ausgekoppelt wird, zusammen. Dies führt zu einer Aufweitung der für einen externen Betrachter erkennbaren Strahlungsaustrittsfläche, die in einer Draufsicht auf die Beleuchtungseinrichtung durch die ganze Innenfläche des Reflektors gebildet sein kann. Vorteilhaft wird so die Lichtstärke des Halbleiterbauteils auf die Strahlungsaustrittfläche der Beleuchtungseinrichtung verteilt. Dies hat zur Folge, dass Blendeffekte für einen externen Betrachter der Strahlungsaustrittsfläche der
Beleuchtungseinrichtung vermieden werden. Das heißt, dass in einer Draufsicht auf das Bauteil zumindest aus den Bereichen, an denen sich der Reflektor befindet, gegebenenfalls auch von Bereichen aus, an denen sich das Halbeiterbauteil befindet, elektromagnetische Strahlung emittiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung weist der Grundkörper der Beleuchtungseinrichtung zumindest zwei Ausnehmungen auf. Das heißt, dass der Grundkörper mehrere Ausnehmungen aufweisen kann, wobei in jeder Ausnehmung ein Halbleiterbauteil angebracht ist. Ebenso ist es möglich, dass in einer Ausnehmung mehrere Halbleiterbauteile angeordnet sind.
Vorteilhaft wird durch das Anordnen von einer Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauteilen in einer Ausnehmung eine möglichst hohe Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung gewährleistet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung weicht die Leuchtdichte einer Teilfläche der Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung weniger als 20 %, bevorzugt weniger als 10 %, ganz besonders bevorzugt weniger als 5 % vom Mittelwert der Leuchtdichte der gesamten
Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung ab. Die Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung kann in beliebige Teilflächen zerlegt werden. Die Summe aller Teilflächen ergibt wiederum die gesamte
Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung. Betrachtet man eine beliebige Teilfläche der Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung, so weicht die Leuchtdichte dieser Teilfläche weniger als 20 % vom Mittelwert der Leuchtdichte der Beleuchtungseinrichtung ab. Vorteilhaft erscheint so die Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung gleichmäßig in ihrer Helligkeit. Dadurch, dass das optische Element einen Teil der Strahlung auf den Reflektor lenkt, werden gleichzeitig Blendeffekte für einen externen Betrachter vermieden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung weist die Ausnehmung an der Außenfläche des Grundkörpers einen maximalen Durchmesser von wenigstens 5 cm, bevorzugt wenigstens 7 cm, ganz besonders bevorzugt wenigstens 10 cm auf. Die gesamte Lichtstärke des Halbleiterbauteils wird auf die Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung verteilt. Beispielsweise ist die Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungskomponente kreisförmig, oval oder rechteckig. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht sein, dass die Öffnung der Ausnehmung selbst kreisförmig ausgebildet ist. Vorteilhaft wird durch einen derart gewählten Durchmesser die Strahlungsaustrittsfläche möglichst groß gewählt, sodass die gesamte Lichtstärke auf die Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung verteilt und so die Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungskomponente vergrößert wird. Eine derart beschaffene Strahlungsaustrittsfläche führt auf eine
Beleuchtungseinrichtung, die ganz besonders dazu geeignet ist, beispielsweise großflächige Objekte zu beleuchten. Ferner kann vorteilhaft durch die Wahl des Durchmessers, und damit der Größe der Strahlungsaustrittsfläche, die Leuchtdichte der Strahlungsaustrittsfläche der
Beleuchtungseinrichtung eingestellt werden und zudem die Fläche der Strahlungsaustrittsfläche der
Beleuchtungskomponente individuell den Bedürfnissen des Benutzers angepasst werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist der Abstand von der Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung bis zum tiefsten Punkt der Ausnehmung um wenigstens 2 mm größer als die maximale Höhe des optoelektronischen Bauteils. Der tiefste Punkt der Ausnehmung ist derjenige Punkt, der parallel zur optischen Achse des Halbleiterbauteils von der Öffnung der Ausnehmung am Weitesten entfernt ist. Die maximale Höhe des optoelektronischen Bauteils ist beispielsweise diejenige Strecke, die parallel zu der optischen Achse des Halbleiterbauteils verläuft und entlang dieser Richtung die maximale Ausdehnung des optoelektronischen Halbleiterbauteils erfasst. Wird nun das optoelektronische Bauteil im tiefsten Punkt der Ausnehmung angebracht, so ist der Abstand der Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung zum unterhalb der Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung angeordneten Halbleiterbauteil wenigstens 2 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt das optoelektronische Halbleiterbauteil die Ausnehmung. Das kann heißen, dass die maximale Höhe des optoelektronischen Halbleiterbauteils größer ist, als die Strecke, parallel zur optischen Achse des Halbleiterbauteils, vom tiefsten Punkt der Ausnehmung bis zur Öffnung der Ausnehmung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung weist der Reflektor zumindest eine Reflektorwand auf. Die Reflektorwand kann durch eine Seitenfläche der Ausnehmung gebildet sein. Die Reflektorwand umgibt das Halbleiterbauteil zumindest stellenweise seitlich. Die Reflektorwand ist zumindest stellenweise nach Art zumindest eines der optischen Grundelemente CPC (Compound
Parabolic Concentrator) , CEC (Compound Eliptic Concentrator) , CHC (Compound Hyperbolic Concentrator) gebildet. Vorzugsweise bildet die Reflektorwand eine „Freiformfläche". „Freiformfläche" bezeichnet in diesem Zusammenhang eine Fläche, die den jeweiligen Beleuchtungsbedürfnissen der Beleuchtungseinrichtung individuell angepasst ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist das optische Element dazu eingerichtet, zumindest einen Teil der von im Betrieb des Halbleiterbauteils emittierten elektromagnetischen Strahlung in einen Winkel von wenigstens 110° zu der optischen Achse des Halbleiterbauteils abzulenken.
Ein Teil der vom Halbleiterbauteil emittierten elektromagnetischen Strahlung wird durch das optische Element derart aus dem Halbleiterbauteil ausgekoppelt, dass der Teil der Strahlung anschließend direkt aus der Beleuchtungseinrichtung austritt, ohne vorher auf den Reflektor abgelenkt zu werden. Dieser Strahlungsanteil bildet den direkt ausgekoppelten Strahlungsanteil. Ein weiterer Teil der Gesamtstrahlung wird durch eine Strahlungsaustrittsfläche des optischen Elements derart ausgekoppelt, dass der Winkel zwischen der optischen Achse des Halbleiterbauteils und der von dem optischen Element ausgekoppelten Strahlung wenigstens 110° beträgt. Der unter einem solchen Winkel derart aus dem Halbleiterbauteil ausgekoppelte Strahlungsanteil wird also „nach hinten", weg vom optischen Element und der Strahlungsaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung abgelenkt. Vorzugsweise wird der Strahlungsanteil auf die Reflektorwand des Reflektors abgelenkt und anschließend durch die Reflektorwand reflektiert, um dann aus der
Beleuchtungseinrichtung ausgekoppelt werden zu können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung zumindest teilweise durch Totalreflexion. Zumindest ein Teil der Ablenkung der
Strahlung in den Reflektor erfolgt durch Totalreflexion an der Strahlungsauskoppelfläche des optischen Elements. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der Brechungsindex des optischen Elements größer als der Brechungsindex des das optische Element umgebenden Mediums ist. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um Luft handeln. Die elektromagnetische Strahlung kann also durch Totalreflexion an der Strahlungsauskoppelfläche des optischen Elements auf die Reflektorwand des Reflektors gelenkt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung zumindest teilweise durch Brechung. Zumindest ein Teil der Ablenkung der Strahlung in den Reflektor erfolgt durch Brechung an der
Strahlungsauskoppelfläche des optischen Elements. Das heißt, dass die elektromagnetische Strahlung neben der optischen Beeinflussung durch Totalreflektion auch mittels Brechung in den Reflektor abgelenkt werden kann. Vorteilhaft wird so ein möglichst großer Anteil der gesamten vom Halbleiterbauteil emittierten elektromagnetischen Strahlung auf die Oberfläche der Reflektorwand gelenkt, wodurch die genannten Effekte in Bezug auf verringerte Blendwirkung und größere Leuchtfläche verstärkt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform deckt eine für elektromagnetische Strahlung strahlungsdurchlässige Abdeckplatte die Ausnehmung ab. Bei der Abdeckplatte handelt es sich um einen strahlungsdurchlässigen, starren Körper, der bündig mit der Außenfläche des Grundkörpers abschließen kann und mit dem Grundkörper in direktem Kontakt steht. Vorzugsweise ist die Abdeckplatte so beschaffen, dass sie selbsttragend ist. Die Abdeckplatte kann transparent ausgeführt sein. Es ist auch möglich, dass die Abdeckplatte milchig ausgeführt ist und durchtretende elektromagnetische Strahlung diffus streut. Ebenso ist vorstellbar, dass in die Abdeckplatte optische Elemente eingebracht sind, oder die Abdeckplatte selbst ein optisches Element bildet. Ferner können der Abdeckplatte weitere optische Elemente nachgeordnet sein. Bei den optischen Elementen kann es sich um Mikroprismen oder um optische Filter handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt die Abdeckplatte bündig mit der Außenfläche des Grundkörpers ab. Vorzugsweise ist die Abdeckplatte derart ausgeformt, dass sie sich in die Ausnehmung einpasst und so die dem Halbleiterbauteil abgewandte Oberfläche der Abdeckplatte bündig mit der Außenfläche des Grundkörpers abschließt. In diesem Fall bildet die dem Halbleiterbauteil abgewandte Oberfläche der Abdeckplatte die Oberfläche, durch die elektromagnetische Strahlung emittiert wird. Vorteilhaft kann so eine Beleuchtungseinrichtung geschaffen werden, deren gesamte Oberfläche eben und ohne Unterbrechungen ausgebildet ist. Weiter bietet die Abdeckplatte Schutz vor äußeren Umwelteinflüssen wie beispielsweise schädigenden Gasen oder Flüssigkeiten. Ebenso ist es möglich, dass die dem Halbleiterbauteil abgewandte Oberfläche der Abdeckplatte nicht bündig mit der Außenfläche des Grundkörpers abschließt. Das kann heißen, dass in diesem Fall die Abdeckplatte höher oder tiefer in der Ausnehmung angebracht oder eingepasst ist.
Im Folgenden wird die hier beschriebene
Beleuchtungseinrichtung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Figur IA zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen
Beleuchtungseinrichtung, Figur IB zeigt in einer schematischen Draufsicht die Beleuchtungseinrichtung gemäß der Figur IA,
Figur 2 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß zumindest einer
Ausführungsform der hier beschriebenen Beieuchtungseinrichtung .
In den Ausführungsbeispielen und den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In der Figur IA ist anhand einer schematischen Schnittdarstellung eine hier beschriebene
Beleuchtungseinrichtung mit einem Grundkörper 1 und ein in einer Ausnehmung 5 angebrachtes optoelektronisches Halbleiterbauteil 20 gezeigt. Der Grundkörper 1 ist mit einem keramischen Material oder einem Metall gebildet. Die Ausnehmung 5 ist eine Vertiefung im Grundkörper 11, die eine Öffnung 6 aufweist und von außen frei zugänglich ist.
Das Halbleiterbauteil weist einen Träger 2 und einen Halbleiterchip 4 auf.
Bei dem Träger 2 kann es sich um eine Leiterplatte oder einen Trägerrahmen (Leadframe) handeln. Der Träger 2 ist zum Beispiel oberflächenmontierbar . Der Träger 2 kann mit einem duro- oder thermoplastischen Material oder auch mit einem keramischen Material gebildet sein. Der Halbleiterchip 4 ist mit dem Träger 2 elektrisch leitend kontaktiert. Eine Außenfläche 11 des Grundkörpers 1 schließt mit den Rändern der Ausnehmung 5 bündig ab. Eine
Strahlungsaustrittsfläche 61 der Beleuchtungseinrichtung ist der Inhalt der Fläche, die durch die Projektion der Öffnung 6 der Ausnehmung 5 im Grundkörper 1 auf eine Ebene senkrecht zu einer optischen Achse 42 des Halbleiterbauteils 20 definiert ist. „Projektion" bedeutet hierbei die mathematische Abbildung der Öffnung 6 der Ausnehmung 5 auf die zur optischen Achse 42 des Halbleiterbauteils 20 senkrecht verlaufende Ebene. Die optische Achse 42 des
Halbleiterbauteils verläuft senkrecht zu einer epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips 4.
Ferner ist die Strahlungsaustrittsfläche 61 oval ausgebildet und weist einen maximalen Durchmesser D von X mm auf.
Die Beleuchtungseinrichtung weist einen Reflektor 51 auf. Die Ausnehmung 5 bildet den Reflektor 51. Das Halbleiterbauteil 20 ist am tiefsten Punkt des Reflektors 51 angebracht.
Eine Reflektorwand 52 kann aus den drei geometrischen Grundelementen CPC, CEC und CHC oder aus einer beliebigen Kombination solcher Elemente beschrieben sein. Vorteilhaft bietet dies die Möglichkeit, den Reflektor 51 an die jeweiligen Beleuchtungserfordernisse der
Beleuchtungseinrichtung individuell anzupassen und einzustellen .
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Reflektorwand 52 durch eine durchgehende und zusammenhängende Seitenfläche gebildet. In der in Figur IA dargestellten Ausführungsform bildet die optische Achse 42 des Halbleiterbauteils 20 gleichzeitig eine Symmetrieachse des Reflektors 51. Die Reflektorwand 52 ist mit einem hochreflektiven Material, beispielsweise einer Metallschicht aus Aluminium, beschichtet. Vorteilhaft wird so gewährleistet, dass möglichst viel Strahlung von der Reflektorwand 52 reflektiert wird.
Vorliegend ist das optoelektronische Halbleiterbauteil 20 über den Träger 2 mittels Kleben am tiefsten Punkt in einer Tiefe T des Reflektors 51 mit der Reflektorwand 52 verbunden. Die Tiefe T ist die Strecke von der Reflektorwand 52 entlang der optischen Achse 42 des Halbleiterbauteils 20 bis zur Öffnung 6 der Ausnehmung 5.
Auf eine Strahlungsaustrittsfläche 441 des Halbleiterchips 4 ist ein optisches Element 3, beispielsweise eine Linse in
Form einer Weitwinkellinse, aufgebracht. Das optische Element
3 bricht und/oder reflektiert auftreffende vom Halbleiterchip
4 emittierte elektromagnetische Strahlung von der optischen Achse 42 des Halbleiterbauteils 20 weg. Insbesondere weist das optische Element 3 die maximale Dicke DL auf der optischen Achse 42 des Halbleiterbauteils 20 auf und ist an dieser Stelle 2 mm dick. Das Material des optischen Elements 3 ist frei von strahlungsstreuenden Partikeln und kann mit einem Polycarbonat (auch PC) oder mit einem Silikon gebildet sein.
Das optische Element 3 ist derart ausgeformt, dass zumindest ein Teil der vom Halbleiterchip 4 emittierten elektromagnetischen Strahlung in einem Winkel CC von wenigstens 110° zur optischen Achse 42 des Halbleiterbauteils 20 abgelenkt wird. Der unter einem solchen Winkel CC derart aus dem Halbleiterbauteil ausgekoppelte Strahlungsanteil wird also „nach hinten", weg vom optischen Element 3 und der Strahlungsaustrittsfläche 61 der Beleuchtungseinrichtung abgelenkt und fällt so auf die Reflektorwand 52 des Reflektors 51, um anschließend dort reflektiert zu werden. Nach der Reflexion wird der Strahlungsanteil aus der Beleuchtungseinrichtung ausgekoppelt.
Ein Teil der Ablenkung der Strahlung in den Reflektor erfolgt durch Totalreflexion an einer Strahlungsauskoppelfläche 31 des optischen Elements 3. Die Strahlungsauskoppelfläche 31 ist die dem Halbleiterchip 4 abgewandte Oberfläche des optischen Elements 3. Der total reflektierte Strahlungsanteil wird auf die Reflektorwand 52 abgelenkt, reflektiert und wird dann aus der Beleuchtungseinrichtung über die Strahlungsaustrittsfläche 61 der Beleuchtungseinrichtung ausgekoppelt.
Ein weiterer Strahlungsanteil wird durch das optische Element derart aus dem Halbleiterbauteil 20 ausgekoppelt, dass die Strahlung direkt, ohne vorher auf den Reflektor 51 abgelenkt zu werden, aus der Beleuchtungseinrichtung ausgekoppelt werden kann.
Die aus der Beleuchtungseinrichtung ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung setzt sich also zumindest aus dem von dem optischen Element 3 zum Reflektor 5 hin abgelenkten Strahlungsanteil und dem Strahlungsanteil, der, ohne vorher auf den Reflektor 51 abgelenkt zu werden, direkt aus der Beleuchtungseinrichtung ausgekoppelt wird, zusammen.
So kann erreicht werden, dass die Strahlungsaustrittsfläche 61 in dem in Figur IA gezeigten Ausführungsbeispiel X Mal größer als eine Strahlungsaustrittsfläche 44 des Halbleiterbauteils 20 ist. Der Flächeninhalt der Strahlungsaustrittsfläche 44 des Halbleiterbauteils 20 ist als der Flächinhalt der Projektion der Strahlungsauskoppelfläche 31 des optischen Elements 3 auf eine Ebene, die senkrecht zur optischen Achse 42 des Halbleiterbauteils 20 ist, definiert.
Ferner kann gezeigt werden, dass mit einer solchen Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung die Leuchtdichteschwankungen entlang der Strahlungsaustrittsfläche 61 weniger als 5 % vom Mittelwert der Leuchtdichte der gesamten Strahlungsaustrittsfläche 61 der Beleuchtungseinrichtung betragen. Vorteilhaft erscheint so die Strahlungsaustrittsfläche 61 der Beleuchtungseinrichtung besonders gleichmäßig in ihrer Lichtstärke.
Weiter führt die Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung zu einer Beleuchtungseinrichtung mit geringer Bauhöhe, da in Richtung der optischen Achse 42 des Halbleiterbauteils 20 auf platzaufwändige nachgeschaltete Optiken zur Vergrößerung der Strahlungsaustrittsfläche 44 des Halbleiterbauteils 20 verzichtet werden kann. Die Bauhöhe ist die Ausdehnung der Beleuchtungseinrichtung entlang der optischen Achse 42 des Halbleiterbauteils 20. Daraus ergibt sich eine besonders flache Beleuchtungseinrichtung.
Die Figur IB stellt in einer schematischen Draufsicht die Beleuchtungseinrichtung gemäß der Figur IA dar. Der Grundkörper 1 weist gemäß der Figur IB zwei Ausnehmungen 5 auf. In jeder der beiden Ausnehmungen 5 ist ein optoelektronisches Halbleiterbauteil 20 angebracht. In der Figur 2 ist in einer Schnittdarstellung eine fertige Beleuchtungseinrichtung gemäß zumindest einer Ausführungsform dargestellt .
Im Unterschied zu der in IA dargestellten Beleuchtungseinrichtung weist die Beleuchtungseinrichtung gemäß der Figur 2 eine Abdeckplatte 8 auf. Die dem optoelektronischen Halbleiterbauteil 20 abgewandte Oberfläche der Abdeckplatte 8 schließt lateral bündig mit der Außenfläche 11 des Grundkörpers 1 ab und weist den maximalen Durchmesser D der Öffnung 6 der Ausnehmung 5 auf. In diesem Fall bildet die dem Halbleiterbauteil 20 abgewandte Oberfläche der Abdeckplatte 8 die Oberfläche 5 der Ausnehmung. Vorteilhaft kann so eine Beleuchtungseinrichtung geschaffen werden, deren gesamte Oberfläche eben und ohne Unterbrechungen ausgebildet ist. Ferner schützt die
Abdeckplatte 8 die Beleuchtungseinrichtung, insbesondere das Halbleiterbauteil 20, vor äußeren Umwelteinflüssen. Bei der Abdeckplatte 8 handelt es sich um eine selbsttragende Platte. Das heißt, dass die Abdeckplatte 8 nach dem Aufbringen keiner weiterer Befestigungs- und Stabilisierungsmaßnahmen bedarf.
Die Abdeckplatte 8 hält also ihre Form bei, sodass sich weder Bruchstellen, Unebenheiten oder ähnliches in der Abdeckplatte 8 ausbilden. Die Dicke DA der Abdeckplatte 8 beträgt vorliegend 1,5 mm. Zwischen der dem Halbleiterbauteil 20 zugewandten Oberfläche der Abdeckplatte 8 und dem
Halbleiterbauteil 20 bildet sich also an zumindest einer Stelle ein Abstand von 0,5 mm aus.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr erfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtungseinrichtung mit
- einem Grundkörper (1) mit einer Ausnehmung (5), - einem Reflektor (51), der zumindest durch Teile der Ausnehmung (5) gebildet ist,
- zumindest einem optoelektronischen Halbleiterbauteil (20), das in der Ausnehmung (5) angeordnet ist, wobei das Halbleiterbauteil (20) ein optisches Element (3) aufweist, das dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil der vom Halbleiterbauteil (20) im Betrieb emittierten, elektromagnetischen Strahlung auf den Reflektor (51) zu lenken,
- wobei eine Strahlungsaustrittsfläche (61) der Beleuchtungseinrichtung wenigstens zwei Mal so groß ist, wie die Summe der Strahlungsaustrittsflächen (44) der Halbleiterbauteile .
2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Grundkörper (1) zumindest zwei Ausnehmungen (5) aufweist.
3. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Leuchtdichte einer Teilfläche der Strahlungsaustrittsfläche (61) der
Beleuchtungseinrichtung weniger als 20 % vom Mittelwert der Leuchtdichte der gesamten Strahlungsaustrittsfläche (61) der Beleuchtungseinrichtung abweicht.
4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Ausnehmung (5) an einer Außenfläche (11) des Grundkörpers (1) einen Durchmesser von wenigstens 5 cm aufweist.
5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Abstand von der Strahlungsaustrittsfläche (6) der Beleuchtungseinrichtung bis zum tiefsten Punkt der Ausnehmung (5) um wenigstens 2 mm größer ist als die maximale Höhe des optoelektronischen Halbleiterbauteils (20) .
6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Reflektorwand (52) zumindest stellenweise nach Art zumindest eines der folgenden optischen Grundelemente gebildet ist: CPC, CEC, CHC.
7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das optische Element (3) dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil der von im Betrieb des Halbleiterbauteils (20) emittierten, elektromagnetischen Strahlung in einen Winkel von wenigstens 110° zur optischen Achse (42) des Halbleiterbauteils (20) abzulenken .
8. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7, bei der die Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung zumindest teilweise durch Totalreflexion erfolgt.
9. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Ablenkung der elektromagnetischen Strahlung zumindest teilweise durch Brechung erfolgt.
10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine für elektromagnetische Strahlung strahlungsdurchlässige Abdeckplatte (8) die Ausnehmung (5) abdeckt.
11. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 10, bei der die Abdeckplatte (8) bündig mit der Außenfläche (11) des Grundkörpers (1) abschließt.
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