EP2901072B1 - Ringlichtmodul - Google Patents

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EP2901072B1
EP2901072B1 EP13763065.3A EP13763065A EP2901072B1 EP 2901072 B1 EP2901072 B1 EP 2901072B1 EP 13763065 A EP13763065 A EP 13763065A EP 2901072 B1 EP2901072 B1 EP 2901072B1
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EP
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light module
semiconductor components
ring light
radiation
reflection surface
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EP13763065.3A
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Tony Albrecht
Thomas Schlereth
Roland Schulz
Christian Gärtner
Albert Schneider
Markus Kirsch
Michael Bestele
Stefan Handl
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Publication date
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    • F21V7/04—Optical design
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    • F21—LIGHTING
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    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
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    • 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
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    • F21Y2103/30—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes curved
    • F21Y2103/33—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes curved annular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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 ring light module is specified.
  • the publication DE 10 2010 046 255 A1 relates to a lighting device.
  • the pamphlets EP 2 375 133 A2 and EP 1 826 474 A1 disclose light modules of the prior art.
  • An object to be solved is to provide a compact ring light module with an adjustable radiation characteristic and with a high luminance.
  • the ring light module comprises a plurality of optoelectronic semiconductor components.
  • the semiconductor components are set up to generate electromagnetic radiation.
  • the semiconductor components are preferably light-emitting diodes.
  • the semiconductor devices are designed to emit visible light.
  • the ring light module includes a reflector.
  • the reflector has a reflection surface.
  • the reflection surface is to arranged to reflect at least a portion of the radiation generated by the semiconductor devices in operation and to set or adjust a radiation characteristic of the ring light module.
  • the reflective surface may be radiopaque and have a reflection coefficient for the radiation generated by the semiconductor devices of at least 80% or at least 90%. It is also possible that the reflector is totally reflective for at least a portion of the radiation generated by the semiconductor devices.
  • the ring light module has a carrier.
  • the semiconductor components are in this case attached to the carrier.
  • the carrier has a high thermal conductivity and is suitable for transporting waste heat away from the semiconductor components during operation.
  • the carrier further preferably contains electrical conductor tracks and electrical connection points for energizing and driving the semiconductor components.
  • the reflector seen in plan view of a main radiation side of the ring light module, has at most two planes of symmetry.
  • the reflector is then mirror-symmetrically shaped with respect to exactly one or with respect to exactly two planes of symmetry. It is possible that the reflector seen in plan view does not have a plane of symmetry or mirror symmetry plane.
  • the reflector and / or the reflection surface can be shaped rotationally symmetrical and can have a common axis of symmetry with the carrier and an arrangement pattern of the semiconductor components.
  • the main radiation side is in particular that side of the ring light module at which all or a predominant part of the generated radiation emerges from the ring light module.
  • the main radiation side can be a fictitious surface or a real surface.
  • the reflector tapers in the direction of the main radiation side.
  • An average diameter or a circumferential line of the reflecting surface thus becomes smaller in the direction toward the main radiation side.
  • the semiconductor components each have main emission directions.
  • each of the semiconductor devices has exactly one main emission direction.
  • the main emission direction is, for example, the direction along which a maximum luminance is emitted.
  • the main emission directions of adjacent semiconductor devices at least partially in mutually different directions.
  • the main emission directions each point towards the reflection surface, in particular towards a geometric center of the reflector, seen in plan view. It is possible that all main emission directions are oriented in pairs differently from each other and each point towards the geometric center of the reflector. Two of each Main emission directions may be oriented antiparallel to each other.
  • the ring light module has a plurality of optoelectronic semiconductor components for generating electromagnetic radiation.
  • a reflector of the ring light module has a reflection surface.
  • the semiconductor devices are attached to a carrier.
  • the reflector seen in plan view of a main radiation side of the ring light module, has at most two planes of symmetry. Towards the radiation main side, the reflector tapers.
  • Major emission directions of adjacent semiconductor devices are at least partially different from each other.
  • the main emission directions point to the reflection surface.
  • a scaling of individual semiconductor components such as light-emitting diodes towards larger optical output powers is technically meaningful only up to a certain extent.
  • several semiconductor components are bundled into modules.
  • the module Since such a module is composed of several, approximately punctiform light sources, a homogenization of the radiation pattern is required for many applications.
  • the light emitted by the module should be as homogeneous as possible in terms of light color and luminance and be monotone over the largest possible angular range and should have as few discontinuous points or sharp bends as possible.
  • the module should have the smallest possible dimensions to allow a high luminous flux and high efficiency. In conventional modules, this homogenization is achieved in particular via diffuse optical elements.
  • a diffuser material may be added to a volume casting or be in diffuser plates, so that a mixing of the emitted light from the individual semiconductor components takes place.
  • the annular arrangement of the semiconductor components and the non-planar reflector homogenization of the radiation of the annular light module can be achieved without a separate diffuser is necessary. Further, a directional characteristic of the radiation of the semiconductor devices is maintained and is not expanded by a diffuser. In addition, a compact arrangement with a high luminance is possible.
  • annular light modules with an asymmetrical emission characteristic can be used, for example, for street lighting, for projection purposes or as headlights in the vehicle area, in particular as a switchable low beam, high beam and / or daytime running light be used. Even so-called linear retrofits, which mimic an outer shape of fluorescent tubes for example, can be achieved by such adapted reflectors.
  • linear illumination patterns such as for retrofits, rectangular illumination patterns, for example for street lighting, elliptical illumination patterns or club-shaped illumination patterns, for example for walkway lighting, can be achieved with the ring light module. Likewise, it can be switched between different lighting patterns during operation.
  • the semiconductor light sources are arranged rotationally symmetrically around the reflector, viewed in plan view on the main radiation side.
  • the semiconductor light sources are then on a circular line.
  • This circular line can completely or at least partially enclose the reflector and / or the reflection surface, as seen in plan view of the main radiation side.
  • This circular line then represents an arrangement line of the semiconductor components.
  • the semiconductor light sources are arranged densely along the preferably circular arrangement line. This may mean that an average spacing between adjacent semiconductor devices is at most a triple or at most a double or at most a single or at most 0.75 pitch of a mean diameter of the semiconductor devices, such as in a plane perpendicular to the main emission direction. Alternatively or additionally, the mean distance is at most 3.5 mm or at most 5.5 mm. As a result, particularly high luminance can be achieved.
  • the arrangement line is a closed line.
  • the arrangement line is then formed by a circular line or by an ellipse.
  • the placement line may be a regular or irregular, closed polygon, for example at least eight corners or at least twelve corners.
  • the arrangement line is an open line, for example, in a spiral shape, or that the semiconductor devices are arranged in a plurality of closed arrangement lines. This is possible, for example, in the form of a plurality of stacked annular arrangement lines.
  • the carrier seen in plan view of the main radiation side, is shaped rotationally symmetrical.
  • the carrier then has a cylindrical basic shape and / or may be tubular.
  • the semiconductor devices are arranged in two or more than two arcs around the reflector.
  • the arches may be partial arcs. That is, within one of the arcs, a radius does not change, especially as seen in plan view on the main radiation side.
  • the partial arcs are spaced apart from each other, and within the partial arcs the semiconductor components are densely arranged.
  • a spacing of adjacent semiconductor devices within one of the arcs may be smaller than a distance between adjacent semiconductor devices of two adjacent arcs.
  • the arcs have the same axis of rotation and / or the same axis of symmetry as the carrier, seen in plan view of the main radiation side.
  • the carrier and the arcs then have the same center of the circle and in particular different radii, seen in plan view.
  • the arches extend in an angular range of at least 30 ° or at least 60 ° or at least 90 ° around a center. Alternatively or additionally, this angular range is at most 160 ° or at most 135 ° or at most 120 °.
  • the ring light module comprises one or more diaphragms.
  • the at least one aperture is configured to retain at least a portion of the radiation emitted by the semiconductor components.
  • the aperture can be designed to be reflective or absorbent. It is possible that the diaphragm is designed to be absorbent or reflective only for a certain spectral range of the radiation generated by the semiconductor components and transmits for other spectral ranges. About such diaphragms a radiation characteristic of the ring light module is easily adjustable.
  • some of the semiconductor components or all the semiconductor components are completely or partially covered by the diaphragm, seen in plan view of the main radiation side. It is possible that is prevented by the diaphragm, that of the semiconductor devices generated radiation exits from the ring light module, without suffering a deflection of a beam path at the diaphragm, on the carrier and / or on the reflector.
  • the diaphragm seen in plan view of the main radiation side, is not rotationally symmetrical in shape and has at most one or at most two planes of symmetry.
  • the diaphragm is also rotationally symmetrical, seen in plan view.
  • the diaphragm is segmented. That is, the aperture does not framing the reflector then consistently in a constant width, but has constrictions or complete interruptions.
  • the panel can be made in several parts or in one piece. In particular, the diaphragm then does not cover all the semiconductor components, as seen in plan view of the main radiation side.
  • the semiconductor components or groups of semiconductor components can be operated electrically independently of one another. This makes it possible for a spatial emission characteristic and / or a spatial intensity distribution and / or a spectral emission characteristic of the annular light module to be set by selectively operating at least a part of the semiconductor components. For example, in such a ring light module between a low beam and a daytime running light can be switched electronically and without mechanical, moving components.
  • the semiconductor components or at least part of the semiconductor components are movably mounted relative to the reflection surface. This makes it possible for a spectral and / or spatial emission characteristic of the ring light module to be changed and / or adjusted by changing a relative position between the semiconductor components and the reflection surface.
  • a corresponding displacement between the semiconductor components and the reflection surface can be achieved, for example, by electrically operable motors, by pressure changes or by thermally induced movement, for example by bimetals.
  • the reflection surface is designed as adaptive optics. That is, the reflection surface is deliberately variable in shape. For example, the reflection surface in its entirety from planar to concave or convex curved and vice versa. It is also possible that the reflection surface is subdivided into a plurality of individually controllable segments or facets that can be controlled in groups. The individual facets can be controlled via piezoactuators, for example. The reflection surface can then be a Fresnel optic.
  • the ring light module is free of a diffuser which is set up to scatter radiation.
  • no encapsulants or plates are then provided in the ring light module, are embedded in the scattering particles.
  • the ring light module can thus be free of components for targeted scattering of light.
  • the semiconductor components are arranged in two or in more than two rows on the carrier and / or around the reflection surface. The rows follow each other in particular in the direction perpendicular to the main radiation side. The rows may have the same or different from each other average diameter.
  • the main emission directions of the semiconductor devices or at least part of the semiconductor devices or the semiconductor devices in a row are toward a bottom side of the ring light module.
  • the bottom side for example, a mounting side of the ring light module and is preferably the main radiation side opposite.
  • An angle between the main emission directions and the bottom side is then for example between 45 ° and 90 ° or between 60 ° and 80 °.
  • the main emission directions of all or part of the semiconductor devices are aligned parallel to the main radiation side or toward the main radiation side.
  • a part of the semiconductor devices is oriented so that their main emission directions face toward the bottom side, and that another part of the semiconductor devices has main emission directions parallel to or toward the main radiation side.
  • the ring light module includes a cover plate.
  • the cover plate is preferably located on the main radiation side and can form the main radiation side.
  • the Cover plate formed of a transparent, transparent material.
  • optionally optically active layers such as filter layers or antireflection layers may be attached to the cover plate.
  • the ring light module has one or more conversion means for the partial or complete wavelength conversion of a radiation generated by the semiconductor components.
  • the ring light module emits a mixed radiation of light and light emitted directly from the semiconductor components from the conversion means.
  • the conversion means is attached to the reflection surface and / or to the cover plate.
  • the cover plate and the reflection surface may be partially or completely covered by the conversion agent. If the ring light module has a plurality of semiconductor components emitting in different spectral regions, then it is possible that the conversion means acts as a conversion means for a first radiation of semiconductor components, for example for blue light, and is optically neutral for a second radiation, for example for red light acts as a scattering agent.
  • the reflector is semi-transparent and / or chromatically selectively reflective.
  • the reflector and / or the reflection surface then has a reflectivity for the entire or specific spectral ranges of the radiation emitted by the semiconductor components, including between 30% and 70%.
  • the reflector for example, reflects blue light and transmits red light or vice versa.
  • the transmitted through the reflector light preferably undergoes a refraction when entering and exiting the reflector.
  • the reflection surface is formed from two or more than two facets.
  • the facets are separated by edges. It is possible that adjacent facets do not have a continuous material connection.
  • the ring light module has at least five or at least six or at least eight or at least twelve or at least sixteen of the semiconductor components. Alternatively or additionally, the ring light module includes at most 50 or at most 32 or at most 24 of the semiconductor devices.
  • a mean diameter of the reflection surface is at least 5 mm or at least 8 mm.
  • the mean diameter can be at most 50 mm or at most 30 mm.
  • the reflection surface preferably has a maximum extension in the direction perpendicular to the main radiation side of at least 2 mm or at least 4 mm or at least 6 mm. Likewise, this maximum extension may be at most 50 mm or at most 30 mm or at most 20 mm or at most 15 mm or at most 12 mm.
  • the semiconductor components or at least part of the semiconductor components are set up in the intended manner Use to generate a luminous flux of at least 50 Im. This applies in particular to blue light or to white light or to yellow light-emitting semiconductor components.
  • At least 50% or at least 80% or at least 90% of the radiation generated by the semiconductor components strikes the reflection surface. This applies in particular to radiation generated directly by the semiconductor components. Significant beam shaping of the light emitted by the ring light module can thus take place with the reflection surface.
  • a fraction of at least 50% or at least 80% or at least 90% of the radiation incident on the reflection surface produced by the semiconductor components reaches the main radiation side after only a single reflection at the reflection surface. A predominant portion of the radiation thus passes directly from the semiconductor components to the reflection surface and then immediately leaves the ring light module.
  • the ring light module comprises a lens.
  • the lens is arranged downstream of the main radiation side, or the lens forms the main radiation side.
  • the lens is formed of transparent, radiation-transparent material.
  • the lens is a converging lens.
  • the lens has a convex, plano-convex or biconvex shape.
  • the lens has a central minimum at a lens top facing away from the reflector. Furthermore, the lens may have a circulating minimum at a lens underside facing the reflector.
  • the lens is beam-forming both by refraction and by reflection. For example, for a part of the radiation at the lens, a total reflection or only a partial transmission takes place. For example, part of the radiation emitted by the semiconductor devices is directed away from the lens top. This radiation component preferably does not pass through the lens or only proportionally.
  • the ring light module is arranged to emit radiation on two opposite main sides.
  • two of the reflectors of the ring light module are then oriented antiparallel to each other and, viewed in plan view on one of the main sides, preferably arranged congruently one above the other.
  • the two reflectors can be shaped the same or different from each other, for example, with mutually different, average curvatures.
  • FIG. 1A an embodiment of a ring light module 1 is shown in a schematic plan view.
  • the ring light module 1 comprises a plurality of optoelectronic semiconductor components 2, in particular light emitting diodes.
  • the semiconductor devices 2 are mounted in two partial arcs 26a, 26b on a tubular support 4.
  • the carrier 4 preferably acts as a heat sink and heat sink for the semiconductor devices 2.
  • the carrier 4 is formed by a metal core board, a printed circuit board or by overmolded lead frame.
  • a reflector 3 is mounted with a reflection surface 30.
  • the reflector 3 is in FIG. 1B in a schematic front view, a schematic side view and a schematic plan view shown. It has the reflector 3 has a triangular cross-section, wherein the reflection surfaces 30 may be formed straight, concave or convex. It is the reflector 3 so prismatic or approximately prismatic shaped.
  • the ring light module 1 has an axis of symmetry A.
  • the partial arcs 26a, 26b and the carrier 4 have as a center the axis of symmetry A, seen in plan view of a main radiation side 45 of the ring light module 1.
  • the main radiation side 45 is a notional surface covering the reflector 3, the carrier 4, and the semiconductor devices 2.
  • the ring light module 1 on two planes of symmetry, which are oriented perpendicular to each other and extend through the axis of symmetry A.
  • the six semiconductor components 2 each in the partial circular arcs 26a, 26b face exactly one of the sides of the reflector 3.
  • the reflector 3 has exactly two reflection surfaces 30.
  • Figure 1C is an intensity distribution in an optical near field and in FIG. 1D shown in a far-field optical radiation emitted by the ring light module 1 radiation.
  • Figure 1C It can be seen that two stripe-shaped intensity maxima occur in the near optical field.
  • the far-field optical field on the other hand, there is an ellipsoid, more uniform and only a maximum intensity distribution.
  • the semiconductor devices 2 are each identical in construction within the scope of manufacturing tolerances and emit radiation of the same spectral composition, in particular white light.
  • differently colored semiconductor components 2 can be combined with one another and alternately follow one another, for example, semiconductor components emitting white light and semiconductor components emitting red light.
  • a spectral composition of the light emitted from the semiconductor devices 2 in the sub-arc 26a may differ from the spectral composition of the radiation emitted from the semiconductor devices 2 in the sub-arc 26b. The same can apply to a luminous flux.
  • the semiconductor components 2 each have a lens for beam shaping.
  • the lens may be rotationally symmetrical or asymmetrical, for example oval, shaped.
  • the lenses of the semiconductor components 2 may be designed differently in the partial circular arcs 26a, 26b. Alternatively, it is possible that the semiconductor devices 2 are free of lenses.
  • the semiconductor components 2 may each comprise a conversion means for wavelength conversion.
  • FIG. 2A Another embodiment of the ring light module 1 is shown in FIG. 2A shown in a perspective view.
  • the semiconductor devices 2 are densely arranged along a single, closed line.
  • a distance between adjacent semiconductor devices 2 is small compared to the average lateral dimensions of the semiconductor devices 2.
  • the ring light module 1 exactly two planes of symmetry.
  • the reflector 3 has four reflection surfaces 30. Other than according to Figure 1A Thus, also end faces of the reflector 3 reflection surfaces 30 from.
  • the semiconductor components 2 can be controlled individually or in groups, preferably independently of one another, so that switching between, in particular, daytime running lights, high beam and dipped headlights in a headlight for a vehicle is possible. It can be the ring light module 1 thus used in a motor vehicle headlight.
  • the carrier 4 is mounted on a heat sink 8, which also forms a bottom plate of the ring light module 1.
  • a heat sink 8 which also forms a bottom plate of the ring light module 1.
  • side walls of the carrier 4 and an upper side of the heat sink 8 facing the reflector 3 are designed to be reflective.
  • FIG. 2B a luminous flux ⁇ is plotted against an emission angle ⁇ along two orthogonal ones Directions.
  • radiation takes place in only a comparatively small angular range with a half-value angle of approximately 40 °.
  • the emission takes place over a large angular range of approximately 140 °.
  • FIG. 3 Further embodiments of the ring light module 1 are shown as perspective views.
  • the arrangement of the semiconductor components 2 corresponds in each case to in FIG. 2A shown. Deviating from this is also an arrangement of the semiconductor devices 2, as in connection with Figure 1A indicated, usable.
  • the ring light module 1, as in FIG. 3A shown, has a diaphragm 9, which completely covers the semiconductor components 2, seen in plan view.
  • the aperture 9 is rotationally symmetrical shaped as a disc.
  • the shutter has two parts 9a, 9b which are separated from each other.
  • the parts 9a, 9b are aligned parallel to a longitudinal axis of the reflector 3. It cover the parts 9a, 9b only some of the semiconductor devices 2, seen in plan view.
  • the parts 9a, 9b of the diaphragm are oriented transversely to the longitudinal axis of the reflector 3.
  • the reflector 3 is rotationally symmetrical and the semiconductor devices 2 are also arranged rotationally symmetrical.
  • Corresponding diaphragms can also be used in all other embodiments.
  • the reflector 3 is displaceably mounted relative to the semiconductor components 2.
  • a displacement ⁇ h is compared to FIGS. 4A to 4B schematically drawn to each other.
  • the reflector 3 has two facets 35, which form the reflection surface 30. Depending on the relative position of the semiconductor components 2 to the reflector 3, a predominant proportion of the radiation R generated by the semiconductor components 2 strikes a lower or upper one of the facets 35. In this way, an emission characteristic of the ring light module 1 can be set.
  • a corresponding displacement of the reflector 3 relative to the semiconductor components 2 can also be used in all other embodiments of the ring light module 1.
  • the reflection surface 30 is variable in shape.
  • the reflective surface 30 has a convex shape from the viewpoint of the semiconductor devices 2.
  • the semiconductor devices 2 may be located in a focal line of the reflector 3.
  • the reflection surface 30 is concave.
  • the emission characteristic is adjustable.
  • the change in the shape of the reflection surface 30 takes place approximately via a motor or via a gas pressure or a hydraulic pressure.
  • the reflection surfaces 30 can thus be shaped flexibly, similar to a rubber skin, and in particular can form steplessly different reflector profiles. This is possible for example by a thin metal foil on a substructure or by a corresponding mechanism with a spreading mechanism similar to that in a dowel.
  • the reflection surface 30 is formed from a multiplicity of individually controllable facets 35, compare the detail A in FIG. 6B ,
  • the reflection surface 30 is composed of the individual facets 35 and constructed similar to a Fresnel optics. Seen in cross section remains a basic shape of the reflector 3, according to FIG. 6A triangular, approximately constant. The change in the emission characteristic takes place only at the level of the facets 35, differently than in accordance with FIG. 5 ,
  • An activation of the individual flanks 35 takes place, for example, via piezoelectric elements or via microelectromechanical systems, in short MEMS.
  • An angle of the individual facets 35 can also be continuously adjustable in particular during operation of the annular light module 1.
  • around the support 4 around the heat sink 8 is mounted with a plurality of cooling fins.
  • the semiconductor components 2 are arranged rotationally symmetrically about the reflector 3 and have a comparatively small distance from one another.
  • FIG Figure 8A Another embodiment of the ring light module 1 is shown in FIG Figure 8A shown.
  • the Semiconductor devices 2 are arranged in several rows on the support 4 around the reflector 3 around. Due to the reflector 3, as is preferred in all other embodiments, there is no direct line of sight between opposing semiconductor components 2.
  • a conversion means 7 for at least partial wavelength conversion is attached to the reflector 3. Unlike illustrated, the conversion means 7 may be limited to specific locations of the reflector 3. The conversion means 7 is arranged at a distance from the semiconductor components 2.
  • FIG. 8B is the reflector 3, seen in cross section, trapezoidal shaped. Further, according to FIG. 8B the ring light module 1, a cover plate 6. On the cover plate 6, the conversion means 7 is optionally attached. Contrary to what is shown, the conversion means 7 can also be applied to a side of the cover plate 6 facing the reflector 3. Corresponding conversion means 7 and cover plates 6, as in connection with the Figures 8A and 8B can also be implemented in all other embodiments.
  • two carriers 4 are arranged one above the other with the associated semiconductor components and reflectors, not shown.
  • the radiation R can be emitted on both sides.
  • the ring light module 1 additionally comprises a lens 5. Via the lens 5, a distribution of the radiation R is also in a direction opposite to a main emission direction of the ring light module 1 possible.
  • the lens 5 acts jet shaping both refraction and reflection. Part of the radiation R does not pass through the lens 5.

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Description

  • Es wird ein Ringlichtmodul angegeben.
  • Die Druckschrift DE 10 2010 046 255 A1 betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung.
  • In der Druckschrift US 2011/0222267 A1 ist eine Hinterleuchtungseinrichtung für Anzeigevorrichtungen beschrieben.
  • Die Druckschriften EP 2 375 133 A2 und EP 1 826 474 A1 offenbaren Lichtmodule des Stands der Technik.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein kompaktes Ringlichtmodul mit einer einstellbaren Abstrahlcharakteristik und mit einer hohen Leuchtdichte anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Ringlichtmodul mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Ringlichtmodul mehrere optoelektronische Halbleiterbauteile. Die Halbleiterbauteile sind zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung eingerichtet. Bevorzugt handelt es sich bei den Halbleiterbauteilen um Leuchtdioden. Insbesondere sind die Halbleiterbauteile dazu bestimmt, sichtbares Licht zu emittieren.
  • Erfindungsgemäß beinhaltet das Ringlichtmodul einen Reflektor. Der Reflektor weist eine Reflexionsfläche auf. Die Reflexionsfläche ist dazu eingerichtet, mindestens einen Teil der von den Halbleiterbauteilen im Betrieb erzeugten Strahlung zu reflektieren und eine Abstrahlcharakteristik des Ringlichtmoduls einzustellen oder mit einzustellen.
  • Die Halbleiterbauteile selbst außen vor lassend kann es sich bei der Reflexionsfläche um die einzige optische, strahlformende Komponente des Ringlichtmoduls handeln. Die Reflexionsfläche kann strahlungsundurchlässig sein und einen Reflexions-Koeffizienten für die von den Halbleiterbauteilen erzeugte Strahlung von mindestens 80 % oder von mindestens 90 % aufweisen. Ebenso ist es möglich, dass der Reflektor für zumindest einen Teil der von den Halbleiterbauteilen erzeugten Strahlung totalreflektierend wird.
  • Erfindungsgemäß weist das Ringlichtmodul einen Träger auf. Die Halbleiterbauteile sind hierbei an dem Träger angebracht. Bevorzugt weist der Träger eine hohe thermische Leitfähigkeit auf und ist dazu geeignet, im Betrieb Abwärme von den Halbleiterbauteilen weg zu transportieren. Es beinhaltet der Träger weiterhin bevorzugt elektrische Leiterbahnen und elektrische Anschlussstellen zum Bestromen und Ansteuern der Halbleiterbauteile.
  • Erfindungsgemäß weist der Reflektor, Draufsicht auf eine Strahlungshauptseite des Ringlichtmoduls gesehen, höchstens zwei Symmetrieebenen auf. Beispielsweise ist der Reflektor dann spiegelsymmetrisch bezüglich genau einer oder bezüglich genau zwei Symmetrieebenen geformt. Es ist möglich, dass der Reflektor in Draufsicht gesehen keine Symmetrieebene oder Spiegelsymmetrieebene aufweist.
  • In einer Abwandlung hierzu können der Reflektor und/oder die Reflexionsfläche rotationssymmetrisch geformt sein und können mit dem Träger und einem Anordnungsmuster der Halbleiterbauteile eine gemeinsame Symmetrieachse aufweisen. Die Strahlungshauptseite ist insbesondere diejenige Seite des Ringlichtmoduls, an der die gesamte oder ein überwiegender Teil der erzeugten Strahlung aus dem Ringlichtmodul heraustritt. Bei der Strahlungshauptseite kann es sich um eine fiktive Fläche oder um eine reale Fläche handeln.
  • Erfindungsgemäß verjüngt sich der Reflektor in Richtung hin zu der Strahlungshauptseite. Ein mittlerer Durchmesser oder eine Umfanglinie der Reflexionsfläche wird also in Richtung hin zu der Strahlungshauptseite kleiner.
  • Erfindungsgemäß weisen die Halbleiterbauteile jeweils Hauptemissionsrichtungen auf. Insbesondere weist jedes der Halbleiterbauteile genau eine Hauptemissionsrichtung auf. Die Hauptemissionsrichtung ist zum Beispiel diejenige Richtung, entlang der eine maximale Leuchtdichte emittiert wird.
  • Erfindungsgemäß weisen die Hauptemissionsrichtungen von benachbarten Halbleiterbauteilen mindestens zum Teil in voneinander verschiedene Richtungen. Bevorzugt weisen die Hauptemissionsrichtungen jeweils hin zu der Reflexionsfläche, insbesondere hin zu einem geometrischen Mittelpunkt des Reflektors, in Draufsicht gesehen. Es ist möglich, dass alle Hauptemissionsrichtungen paarweise verschieden voneinander orientiert sind und jeweils hin zu der geometrischen Mitte des Reflektors weisen. Je zwei der Hauptemissionsrichtungen können antiparallel zueinander orientiert sein.
  • Erfindungsgemäß weist das Ringlichtmodul mehrere optoelektronische Halbleiterbauteile zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung auf. Ein Reflektor des Ringlichtmoduls weist eine Reflexionsfläche auf. Die Halbleiterbauteile sind an einem Träger angebracht. Der Reflektor, in Draufsicht auf eine Strahlungshauptseite des Ringlichtmoduls gesehen, weist höchstens zwei Symmetrieebenen auf. In Richtung hin zur Strahlungshauptseite verjüngt sich der Reflektor. Hauptemissionsrichtungen von benachbarten Halbleiterbauteilen sind mindestens zum Teil verschieden voneinander orientiert. Die Hauptemissionsrichtungen weisen zu der Reflexionsfläche hin. Um einen hohen Lichtstrom zu erreichen, ist eine Skalierung einzelner Halbleiterbauteile wie Leuchtdioden hin zu größeren optischen Ausgangsleistungen nur bis zu einem bestimmten Maß technisch sinnvoll. Um eine höhere Lichtleistung zu erreichen, werden mehrere Halbleiterbauteile zu Modulen gebündelt. Da ein solches Modul aus mehreren, näherungsweise punktförmigen Lichtquellen zusammengesetzt ist, ist für viele Anwendungen eine Homogenisierung der Abstrahlcharakteristik erforderlich. Insbesondere soll das von dem Modul abgestrahlte Licht hinsichtlich der Lichtfarbe und der Leuchtdichte möglichst homogen sein und über einen möglichst großen Winkelbereich monoton verlaufen und möglichst wenig unstetige Stellen oder scharfe Knicke aufweisen. Ferner soll das Modul möglichst kleine Abmessungen aufweisen, um einen hohen Lichtstrom und um eine hohe Effizienz zu ermöglichen. Bei herkömmlichen Modulen wird diese Homogenisierung insbesondere über diffuse optische Elemente erzielt. Ein Diffusormaterial kann dabei einem Volumenverguss beigegeben sein oder sich in Diffusorplatten befinden, sodass eine Durchmischung des von den einzelnen Halbleiterbauteilen emittierten Lichts stattfindet. Hierbei tritt jedoch in der Regel eine Mehrfachstreuung in dem Diffusormaterial auf, was zu einem Effizienzverlust führen kann und außerdem einen Abstrahlwinkel des Moduls in der Regel vergrößert. Um eine Richtwirkung trotz Einsatz eines Diffusors aufrecht zu erhalten, sind in der Regel vergleichsweise aufwändige Reflektoren zu verwenden, die auch zu einem Effizienzverlust führen können. Die genannten Schwierigkeiten treten besonders bei planar angeordneten Halbleiterbauteilen auf, deren Emissionsrichtungen parallel zueinander orientiert sind.
  • Durch die ringförmige Anordnung der Halbleiterbauteile und durch den nicht planaren Reflektor ist eine Homogenisierung der Abstrahlung des Ringlichtmoduls erzielbar, ohne dass ein separater Diffusor notwendig ist. Ferner bleibt eine Richtungscharakteristik der Abstrahlung der Halbleiterbauteile erhalten und wird nicht durch einen Diffusor aufgeweitet. Außerdem ist eine kompakte Anordnung mit einer hohen Leuchtdichte möglich.
  • Weiterhin ist durch den insbesondere nicht rotationssymmetrisch geformten Reflektor eine effiziente Einstellung eines Abstrahlmusters möglich. Derartige Ringlichtmodule mit einer asymmetrischen Abstrahlcharakteristik können zum Beispiel zur Straßenbeleuchtung, zu Projektionszwecken oder als Scheinwerfer im Fahrzeugbereich als insbesondere umschaltbares Abblendlicht, Fernlicht und/oder Tagfahrlicht eingesetzt werden. Auch so genannte lineare Retrofits, die eine äußere Form etwa von Leuchtstoffröhren nachahmen, sind durch solche angepasste Reflektoren erzielbar.
  • Es sind zum Beispiel lineare Beleuchtungsmuster, etwa für Retrofits, rechteckige Beleuchtungsmuster, etwa zur Straßenbeleuchtung, elliptische Beleuchtungsmuster oder keulenförmige Beleuchtungsmuster, zum Beispiel zur Gehwegbeleuchtung, mit dem Ringlichtmodul erzielbar. Ebenso kann zwischen verschiedenen Beleuchtungsmustern im Betrieb umschaltbar sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiter-Lichtquellen rotationssymmetrisch um den Reflektor herum angeordnet, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen. Beispielsweise befinden sich die Halbleiter-Lichtquellen dann auf einer Kreislinie. Diese Kreislinie kann den Reflektor und/oder die Reflexionsfläche, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen, vollständig oder mindestens zum Teil einschließen. Diese Kreislinie stellt dann eine Anordnungslinie der Halbleiterbauteile dar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiter-Lichtquellen entlang der bevorzugt kreisförmigen Anordnungslinie dicht angeordnet. Das kann bedeuten, dass ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Halbleiterbauteilen höchstens ein Dreifaches oder höchstens ein Doppeltes oder höchstens ein Einfaches oder höchstens ein 0,75-Faches eines mittleren Durchmessers der Halbleiterbauteile, etwa in einer Ebene senkrecht zu der Hauptemissionsrichtung, beträgt. Alternativ oder zusätzlich liegt der mittlere Abstand bei höchstens 3,5 mm oder bei höchstens 5,5 mm. Hierdurch sind besonders hohe Leuchtdichten erzielbar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Anordnungslinie um eine geschlossene Linie. Zum Beispiel ist die Anordnungslinie dann durch eine Kreislinie oder durch eine Ellipse gebildet. Ebenso kann es sich bei der Anordnungslinie um ein regelmäßiges oder unregelmäßiges, geschlossenes Polygon handeln, beispielsweise mit mindestens acht Ecken oder mit mindestens zwölf Ecken. Alternativ hierzu ist es möglich, dass die Anordnungslinie eine offene Linie ist, beispielsweise in Spiralform, oder dass die Halbleiterbauteile in mehreren geschlossenen Anordnungslinien angeordnet sind. Dies ist zum Beispiel in Form mehrerer übereinander gestapelter ringförmiger Anordnungslinien möglich.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen, rotationssymmetrisch geformt. Beispielsweise weist der Träger dann eine zylindrische Grundform auf und/oder kann röhrenförmig ausgebildet sein.
  • Erfindungsgemäß sind die Halbleiterbauteile in zwei oder mehr als zwei Bögen um den Reflektor herum angeordnet. Bei den Bögen kann es sich um Teilkreisbögen handeln. Das heißt, innerhalb eines der Bögen ändert sich dann ein Radius nicht, insbesondere in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Teilkreisbögen voneinander beabstandet und innerhalb der Teilkreisbögen sind die Halbleiterbauteile dicht angeordnet. Mit anderen Worten kann ein Abstand benachbarter Halbleiterbauteile innerhalb eines der Bögen kleiner sein als ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterbauteilen zweier benachbarter Bögen.
  • Erfindungsgemäß die Bögen dieselbe Rotationsachse und/oder dieselbe Symmetrieachse auf wie der Träger, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen. Beispielsweise weisen der Träger und die Bögen dann denselben Kreismittelpunkt und insbesondere unterschiedliche Radien auf, in Draufsicht gesehen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstrecken sich die Bögen in einem Winkelbereich von mindestens 30° oder mindestens 60° oder mindestens 90° um einen Mittelpunkt herum. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Winkelbereich bei höchstens 160° oder höchstens 135° oder höchstens 120°. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ringlichtmodul eine oder mehrere Blenden. Die mindestens eine Blende ist dazu eingerichtet, mindestens einen Teil der von den Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung zurückzuhalten. Die Blende kann reflektierend oder absorbierend gestaltet sein. Es ist möglich, dass die Blende nur für einen bestimmten Spektralbereich der von den Halbleiterbauteilen erzeugten Strahlung absorbierend oder reflektierend gestaltet ist und für andere Spektralbereiche transmittierend wirkt. Über solche Blenden ist eine Abstrahlcharakteristik des Ringlichtmoduls einfach einstellbar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind einige der Halbleiterbauteile oder alle Halbleiterbauteile vollständig oder zum Teil von der Blende überdeckt, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen. Es ist möglich, dass durch die Blende verhindert ist, dass von den Halbleiterbauteilen erzeugte Strahlung aus dem Ringlichtmodul austritt, ohne an der Blende, an dem Träger und/oder an dem Reflektor eine Umlenkung eines Strahlwegs zu erleiden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Blende, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen, nicht rotationssymmetrisch geformt und weist höchstens eine oder höchstens zwei Symmetrieebenen auf. Alternativ hierzu ist es möglich, dass die Blende auch rotationssymmetrisch ausgebildet ist, in Draufsicht gesehen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Blende segmentiert. Das heißt, die Blende umrahmt den Reflektor dann nicht durchgehend in einer gleichbleibenden Breite, sondern weist Einschnürungen oder vollständige Unterbrechungen auf. Die Blende kann mehrteilig oder auch einstückig ausgebildet sein. Insbesondere überdeckt die Blende dann nicht alle Halbleiterbauteile, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterbauteile oder Gruppen von Halbleiterbauteilen elektrisch unabhängig voneinander betreibbar. Hierdurch ist es möglich, dass eine räumliche Abstrahlcharakteristik und/oder eine räumliche Intensitätsverteilung und/oder eine spektrale Abstrahlcharakteristik des Ringlichtmoduls durch selektives Betreiben zumindest eines Teils der Halbleiterbauteile einstellbar ist. Beispielsweise kann bei einem solchen Ringlichtmodul zwischen einem Abblendlicht und einem Tagfahrlicht elektronisch und ohne mechanische, bewegliche Komponenten umgeschaltet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterbauteile oder zumindest ein Teil der Halbleiterbauteile relativ zur Reflexionsfläche beweglich gelagert. Hierdurch ist es ermöglicht, dass eine spektrale und/oder räumliche Abstrahlcharakteristik des Ringlichtmoduls durch ein Verändern einer relativen Position zwischen den Halbleiterbauteilen und der Reflexionsfläche veränderbar und/oder einstellbar ist. Eine entsprechende Verschiebung zwischen den Halbleiterbauteilen und der Reflexionsfläche ist beispielsweise durch elektrisch betreibbare Motoren, durch Druckveränderungen oder durch thermisch induzierte Bewegung, etwa durch Bimetalle, erzielbar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Reflexionsfläche als adaptive Optik gestaltet. Das heißt, die Reflexionsfläche ist in ihrer Form gezielt veränderlich. Beispielsweise ist die Reflexionsfläche in ihrer Gesamtheit von planar auf konkav oder auf konvex gekrümmt umstellbar und umgekehrt. Ebenso ist es möglich, dass die Reflexionsfläche in eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren oder in Gruppen ansteuerbaren Segmenten oder Facetten unterteilt ist. Die einzelnen Facetten sind beispielsweise über Piezoaktuatoren ansteuerbar. Die Reflexionsfläche kann dann eine Fresnel-Optik sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Ringlichtmodul frei von einem Diffusor, der zu einer Streuung von Strahlung eingerichtet ist. Insbesondere sind dann in dem Ringlichtmodul keine Vergüsse oder Platten vorgesehen, in die Streupartikel eingebettet sind. Das Ringlichtmodul kann somit frei sein von Komponenten zur gezielten Streuung von Licht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterbauteile in zwei oder in mehr als zwei Reihen an dem Träger und/oder um die Reflexionsfläche herum angeordnet. Die Reihen folgen insbesondere in Richtung senkrecht zur Strahlungshauptseite aufeinander. Die Reihen können gleiche oder auch voneinander verschiedene mittlere Durchmesser aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Hauptemissionsrichtungen der Halbleiterbauteile oder zumindest eines Teils der Halbleiterbauteile oder der Halbleiterbauteile in einer Reihe zu einer Bodenseite des Ringlichtmoduls hin. Die Bodenseite ist beispielsweise eine Montageseite des Ringlichtmoduls und liegt bevorzugt der Strahlungshauptseite gegenüber. Ein Winkel zwischen den Hauptemissionsrichtungen und der Bodenseite liegt dann beispielsweise zwischen 45° und 90° oder zwischen 60° und 80°.
  • Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Hauptemissionsrichtungen aller oder eines Teils der Halbleiterbauteile parallel zu der Strahlungshauptseite ausgerichtet sind oder hin zur Strahlungshauptseite weisen. Ebenso kann es sein, dass ein Teil der Halbleiterbauteile so orientiert ist, dass deren Hauptemissionsrichtungen zur Bodenseite hin weisen und dass ein anderer Teil der Halbleiterbauteile Hauptemissionsrichtungen parallel zur oder hin zur Strahlungshauptseite aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das Ringlichtmodul eine Abdeckplatte. Die Abdeckplatte befindet sich bevorzugt an der Strahlungshauptseite und kann die Strahlungshauptseite bilden. Beispielsweise ist die Abdeckplatte aus einem strahlungsdurchlässigen, transparenten Material gebildet. Weiterhin können an der Abdeckplatte optional optisch wirksame Schichten wir Filterschichten oder Antireflexionsschichten angebracht sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Ringlichtmodul ein oder mehrere Konversionsmittel zur teilweisen oder vollständigen Wellenlängenkonversion einer von den Halbleiterbauteilen erzeugten Strahlung auf. Bevorzugt emittiert das Ringlichtmodul eine Mischstrahlung aus unmittelbar von den Halbleiterbauteilen emittiertem Licht und Licht aus dem Konversionsmittel.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionsmittel an der Reflexionsfläche und/oder an der Abdeckplatte angebracht. Die Abdeckplatte und die Reflexionsfläche können teilweise oder vollständig von dem Konversionsmittel bedeckt sein. Weist das Ringlichtmodul mehrere, in verschiedenen Spektralbereichen emittierende Halbleiterbauteile auf, so ist es möglich, dass das Konversionsmittel für eine erste Strahlung von Halbleiterbauteilen, beispielsweise für blaues Licht, als Konversionsmittel wirkt und für eine zweite Strahlung, beispielsweise für rotes Licht, optisch neutral ist oder als Streumittel wirkt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor semi-transparent und/oder chromatisch selektiv reflektierend. Beispielsweise weist der Reflektor und/oder die Reflexionsfläche dann eine Reflektivität für die gesamte oder für bestimmte Spektralbereiche der von den Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung zwischen einschließlich 30 % und 70 % auf. Ferner ist es möglich, dass der Reflektor zum Beispiel blaues Licht reflektiert und rotes Licht transmittiert oder umgekehrt. Das durch den Reflektor transmittierte Licht erfährt bevorzugt beim Eintritt in und beim Austritt aus dem Reflektor eine Brechung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Reflexionsfläche aus zwei oder mehr als zwei Facetten gebildet. Bevorzugt sind die Facetten durch Kanten voneinander getrennt. Es ist möglich, dass benachbarte Facetten keine durchgehende Materialverbindung aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Ringlichtmodul mindestens fünf oder mindestens sechs oder mindestens acht oder mindestens zwölf oder mindestens 16 der Halbleiterbauteile auf. Alternativ oder zusätzlich beinhaltet das Ringlichtmodul höchstens 50 oder höchstens 32 oder höchstens 24 der Halbleiterbauteile.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein mittlerer Durchmesser der Reflexionsfläche, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite gesehen, bei mindestens 5 mm oder mindestens 8 mm. Der mittlere Durchmesser kann bei höchstens 50 mm oder höchstens 30 mm liegen. Ferner weist die Reflexionsfläche bevorzugt eine maximale Ausdehnung in Richtung senkrecht zur Strahlungshauptseite von mindestens 2 mm oder mindestens 4 mm oder mindestens 6 mm auf. Ebenso kann diese maximale Ausdehnung höchstens 50 mm oder höchstens 30 mm oder höchstens 20 mm oder höchstens 15 mm oder höchstens 12 mm betragen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterbauteile oder ist zumindest ein Teil der Halbleiterbauteile dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Gebrauch einen Lichtstrom von mindestens 50 Im zu erzeugen. Dies gilt insbesondere für blaues Licht oder für weißes Licht oder für gelbes Licht emittierende Halbleiterbauteile.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform trifft mindestens 50 % oder mindestens 80 % oder mindestens 90 % der von den Halbleiterbauteilen erzeugten Strahlung auf die Reflexionsfläche. Dies gilt insbesondere für unmittelbar von den Halbleiterbauteilen erzeugte Strahlung. Eine maßgebliche Strahlformung des von dem Ringlichtmodul emittierten Lichts kann somit mit der Reflexionsfläche erfolgen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform gelangt ein Anteil von mindestens 50 % oder mindestens 80 % oder mindestens 90 % der auf die Reflexionsfläche auftreffenden, von den Halbleiterbauteilen erzeugten Strahlung nach nur einmaliger Reflexion an der Reflexionsfläche zur Strahlungshauptseite. Ein überwiegender Anteil der Strahlung gelangt somit unmittelbar von den Halbleiterbauteilen zu der Reflexionsfläche und verlässt anschließend unmittelbar das Ringlichtmodul.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ringlichtmodul eine Linse. Die Linse ist der Strahlungshauptseite nachgeordnet oder es bildet die Linse die Strahlungshauptseite. Insbesondere ist die Linse aus klarsichtigem, strahlungsdurchlässigem Material geformt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Linse um eine Sammellinse. Es weist die Linse insbesondere eine konvexe, plankonvexe oder bikonvexe Form auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Linse an einer dem Reflektor abgewandten Linsenoberseite ein zentrales Minimum auf. Ferner kann die Linse an einer dem Reflektor zugewandten Linsenunterseite ein umlaufendes Minimum haben.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wirkt die Linse sowohl durch Refraktion als auch durch Reflexion strahlformend. Beispielsweise erfolgt für einen Teil der Strahlung an der Linse eine Totalreflexion oder eine nur partielle Transmission. Zum Beispiel wird ein Teil der von den Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung in Richtung weg von der Linsenoberseite gelenkt. Dieser Strahlungsanteil durchläuft bevorzugt die Linse nicht oder nur anteilig.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Ringlichtmodul zu einer Abstrahlung an zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten eingerichtet. Beispielsweise sind dann zwei der Reflektoren des Ringlichtmoduls antiparallel zueinander orientiert und, in Draufsicht auf eine der Hauptseiten gesehen, bevorzugt deckungsgleich übereinander angeordnet. Die beiden Reflektoren können gleich oder unterschiedlich voneinander geformt sein, etwa mit voneinander verschiedenen, mittleren Krümmungen.
  • Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Ringlichtmodul unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Es zeigen:
    • Figuren 1 bis 9 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Ringlichtmodulen.
  • In Figur 1A ist in einer schematischen Draufsicht ein Ausführungsbeispiel eines Ringlichtmoduls 1 gezeigt. Das Ringlichtmodul 1 umfasst mehrere optoelektronische Halbleiterbauteile 2, insbesondere Leuchtdioden. Die Halbleiterbauteile 2 sind in zwei Teilkreisbögen 26a, 26b an einem tubusförmigen Träger 4 angebracht. Der Träger 4 wirkt bevorzugt als Wärmesenke und Kühlkörper für die Halbleiterbauteile 2. Beispielsweise ist der Träger 4 durch eine Metallkernplatine, eine Leiterplatte oder durch umspritzten Leiterrahmen gebildet.
  • Innerhalb des Trägers 4 ist ein Reflektor 3 mit einer Reflexionsfläche 30 angebracht. Der Reflektor 3 ist in Figur 1B in einer schematischen Frontansicht, einer schematischen Seitenansicht und einer schematischen Draufsicht gezeigt. Es weist der Reflektor 3 einen dreieckigen Querschnitt auf, wobei die Reflexionsflächen 30 gerade, konkav oder konvex geformt sein können. Es ist der Reflektor 3 also prismatisch oder näherungsweise prismatisch geformt.
  • Das Ringlichtmodul 1 weist eine Symmetrieachse A auf. Die Teilkreisbögen 26a, 26b sowie der Träger 4 weisen als Mittelpunkt die Symmetrieachse A auf, in Draufsicht auf eine Strahlungshauptseite 45 des Ringlichtmoduls 1 gesehen. Die Strahlungshauptseite 45 ist eine fiktive Fläche, die den Reflektor 3, den Träger 4 und die Halbleiterbauteile 2 abdeckt.
  • Ebenfalls in Draufsicht gesehen weist das Ringlichtmodul 1 zwei Symmetrieebenen auf, die senkrecht zueinander orientiert sind und durch die Symmetrieachse A verlaufen. Die je sechs Halbleiterbauteile 2 in den Teilkreisbögen 26a, 26b sind genau einer der Seiten des Reflektors 3 zugewandt. Der Reflektor 3 weist genau zwei Reflexionsflächen 30 auf.
  • In Figur 1C ist eine Intensitätsverteilung in einem optischen Nahfeld und in Figur 1D in einem optischen Fernfeld der von dem Ringlichtmodul 1 emittierten Strahlung gezeigt. In Figur 1C ist zu sehen, dass im optischen Nahfeld zwei streifenförmige Intensitätsmaxima auftreten. Im optischen Fernfeld hingegen ist eine ellipsoide, gleichmäßigere und nur ein Maximum aufweisende Intensitätsverteilung gegeben.
  • Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass die Halbleiterbauteile 2 jeweils im Rahmen der Herstellungstoleranzen baugleich sind und Strahlung einer gleichen spektralen Zusammensetzung emittieren, insbesondere weißes Licht. Ebenso können verschiedenfarbig emittierende Halbleiterbauteile 2 miteinander kombiniert sein und abwechselnd aufeinander folgen, zum Beispiel weißes Licht emittierende Halbleiterbauteile und rotes Licht emittierende Halbleiterbauteile. Weiterhin kann eine spektrale Zusammensetzung des von den Halbleiterbauteilen 2 in dem Teilkreisbogen 26a emittierten Lichts von der spektralen Zusammensetzung der Strahlung, die von den Halbleiterbauteilen 2 in dem Teilkreisbogen 26b emittiert wird, abweichen. Gleiches kann für einen Lichtstrom gelten.
  • Gemäß Figur 1A weisen die Halbleiterbauteile 2 je eine Linse zur Strahlformung auf. Die Linse kann rotationssymmetrisch oder auch asymmetrisch, beispielsweise oval, geformt sein. Die Linsen der Halbleiterbauteile 2 können in den Teilkreisbögen 26a, 26b abweichend voneinander gestaltet sein. Alternativ ist es möglich, dass die Halbleiterbauteile 2 frei von Linsen sind. Es können die Halbleiterbauteile 2 je ein Konversionsmittel zur Wellenlängenkonversion umfassen.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Ringlichtmoduls 1 ist in Figur 2A in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Anders als in Figur 1A sind die Halbleiterbauteile 2 entlang einer einzigen, geschlossenen Linie dicht angeordnet. Ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterbauteilen 2 ist, im Vergleich zu mittleren lateralen Abmessungen der Halbleiterbauteile 2, klein. In Draufsicht gesehen weist das Ringlichtmodul 1 genau zwei Symmetrieebenen auf.
  • Der Reflektor 3 weist vier Reflexionsflächen 30 auf. Anders als gemäß Figur 1A bilden somit auch Stirnseiten des Reflektors 3 Reflexionsflächen 30 aus.
  • Die Halbleiterbauteile 2 sind einzelnen oder in Gruppen bevorzugt unabhängig voneinander ansteuerbar, sodass eine Umschaltung insbesondere zwischen Tagfahrlicht, Fernlicht und Abblendlicht in einem Scheinwerfer für ein Fahrzeug möglich ist. Es kann das Ringlichtmodul 1 also in einem Kfz-Scheinwerfer verwendet werden.
  • Der Träger 4 ist auf einem Kühlkörper 8 angebracht, der auch eine Bodenplatte des Ringlichtmoduls 1 bildet. Optional sind Seitenwände des Trägers 4 und eine dem Reflektor 3 zugewandte Oberseite des Kühlkörpers 8 reflektierend gestaltet.
  • In Figur 2B ist ein Lichtstrom Φ gegenüber einem Abstrahlwinkel ϕ aufgetragen, entlang zweier orthogonaler Richtungen. Entlang einer der Raumrichtungen erfolgt eine Abstrahlung in nur einen vergleichsweise kleinen Winkelbereich mit einem Halbwertwinkel von ungefähr 40°. In Richtung senkrecht hierzu erfolgt die Emission über einen großen Winkelbereich von ungefähr 140° hinweg. Durch den Reflektor 3 ist also eine asymmetrische Abstrahlcharakteristik einstellbar.
  • In Figur 3 sind weitere Ausführungsbeispiele des Ringlichtmoduls 1 als perspektivische Darstellungen gezeigt. Die Anordnung der Halbleiterbauteile 2 entspricht jeweils der in Figur 2A gezeigten. Abweichend hiervon ist auch eine Anordnung der Halbleiterbauteile 2, wie in Verbindung mit Figur 1A angegeben, verwendbar.
  • Das Ringlichtmodul 1, wie in Figur 3A dargestellt, weist eine Blende 9 auf, die die Halbleiterbauteile 2, in Draufsicht gesehen, vollständig überdeckt. Die Blende 9 ist rotationssymmetrisch als Scheibe geformt.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3B weist die Blende zwei Teile 9a, 9b auf, die voneinander separiert sind. Die Teile 9a, 9b sind parallel zu einer Längsachse des Reflektors 3 ausgerichtet. Es überdecken die Teile 9a, 9b nur manche der Halbleiterbauteile 2, in Draufsicht gesehen. In Figur 3C sind die Teile 9a, 9b der Blende dagegen quer zu der Längsachse des Reflektors 3 orientiert.
  • In der Abwandlung gemäß Figur 3D ist der Reflektor 3 rotationssymmetrisch geformt und die Halbleiterbauteile 2 sind ebenfalls rotationssymmetrisch angeordnet. Entsprechende Blenden können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen Verwendung finden.
  • Beim Ausführungsbeispiel des Ringlichtmoduls 1 gemäß Figur 4 ist der Reflektor 3 relativ zu den Halbleiterbauteilen 2 verschiebbar gelagert. Ein Verschiebeweg Δh ist im Vergleich der Figuren 4A zu 4B zueinander schematisch gezeichnet.
  • Der Reflektor 3 weist zwei Facetten 35 auf, die die Reflexionsfläche 30 ausbilden. Je nach relativer Position der Halbleiterbauteile 2 zu dem Reflektor 3 trifft ein überwiegender Anteil der Strahlung R, die von den Halbleiterbauteilen 2 erzeugt wird, auf eine untere oder auf eine obere der Facetten 35. Hierdurch ist eine Abstrahlcharakteristik des Ringlichtmoduls 1 einstellbar.
  • Eine entsprechende Verschiebung des Reflektors 3 relativ zu den Halbleiterbauteilen 2 ist auch in allen anderen Ausführungsbeispielen des Ringlichtmoduls 1 verwendbar.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist die Reflexionsfläche 30 in ihrer Form veränderlich. In Figur 5A weist die Reflexionsfläche 30, aus Sicht der Halbleiterbauteile 2, eine konvexe Form auf. Die Halbleiterbauteile 2 können sich in einer Brennlinie des Reflektors 3 befinden. Gemäß Figur 5B ist die Reflexionsfläche 30 dagegen konkav geformt.
  • Durch eine Veränderung der Form der Reflexionsfläche 30 ist die Abstrahlcharakteristik einstellbar. Die Veränderung der Form der Reflexionsfläche 30 erfolgt etwa über einen Motor oder über einen Gasdruck oder einen hydraulischen Druck. Die Reflexionsflächen 30 können also flexibel geformt sein, ähnlich einer Gummihaut, und können insbesondere stufenlos unterschiedliche Reflektorprofile ausbilden. Dies ist beispielsweise durch eine dünne Metallfolie auf einer Unterkonstruktion ermöglicht oder durch eine entsprechende Mechanik mit einem Spreizmechanismus ähnlich der in einem Dübel.
  • In dem Ausführungsbeispiel des Ringlichtmoduls 1 gemäß Figur 6A ist die Reflexionsfläche 30 aus einer Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Facetten 35 gebildet, vergleiche den Ausschnitt A in Figur 6B. Die Reflexionsfläche 30 ist aus den einzelnen Facetten 35 zusammenstellbar und ähnlich eine Fresnel-Optik aufgebaut. Im Querschnitt gesehen bleibt eine Grundform des Reflektors 3, gemäß Figur 6A dreieckig, näherungsweise konstant. Die Änderung der Abstrahlcharakteristik erfolgt nur auf Ebene der Facetten 35, anders als gemäß Figur 5.
  • Eine Ansteuerung der einzelnen Flanken 35 erfolgt beispielsweise über Piezoelemente oder über mikroelektromechanische Systeme, kurz MEMS. Ein Winkel der einzelnen Facetten 35 kann auch im laufenden Betrieb des Ringlichtmoduls 1 insbesondere stufenlos einstellbar sein.
  • Beim Ausführungsbeispiel, wie in den Figuren 7A und 7B in perspektivischen Darstellungen gezeigt, ist um den Träger 4 herum der Kühlkörper 8 mit einer Vielzahl von Kühlrippen angebracht. Die Halbleiterbauteile 2 sind rotationssymmetrisch um den Reflektor 3 herum angeordnet und weisen einen vergleichsweise kleinen Abstand zueinander auf.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Ringlichtmoduls 1 ist in Figur 8A gezeigt. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass die Halbleiterbauteile 2 in mehreren Reihen an dem Träger 4 um den Reflektor 3 herum angeordnet sind. Durch den Reflektor 3 besteht, wie bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, keine unmittelbare Sichtlinie zwischen einander gegenüberliegenden Halbleiterbauteilen 2.
  • Optional, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, ist an dem Reflektor 3 ein Konversionsmittel 7 zur mindestens teilweisen Wellenlängenkonversion angebracht. Anders als dargestellt kann das Konversionsmittel 7 auf bestimmte Stellen des Reflektors 3 beschränkt sein. Das Konversionsmittel 7 ist von den Halbleiterbauteilen 2 beabstandet angeordnet.
  • Gemäß Figur 8B ist der Reflektor 3, im Querschnitt gesehen, trapezförmig geformt. Ferner weist gemäß Figur 8B das Ringlichtmodul 1 eine Abdeckplatte 6 auf. An der Abdeckplatte 6 ist optional das Konversionsmittel 7 angebracht. Anders als dargestellt kann das Konversionsmittel 7 auch an einer dem Reflektor 3 zugewandten Seite der Abdeckplatte 6 aufgebracht sein. Entsprechende Konversionsmittel 7 und Abdeckplatten 6, wie in Verbindung mit den Figuren 8A und 8B dargestellt, können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen implementiert sein.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9A sind zwei Träger 4 mit den nicht gezeichneten, zugehörigen Halbleiterbauteilen und Reflektoren übereinander angeordnet. Hierdurch kann die Strahlung R beidseitig emittiert werden.
  • In Figur 9B umfasst das Ringlichtmodul 1 zusätzlich eine Linse 5. Über die Linse 5 ist eine Verteilung der Strahlung R auch in eine Richtung entgegen einer Hauptabstrahlrichtung des Ringlichtmoduls 1 möglich. Die Linse 5 wirkt strahlformend sowohl über Refraktion als auch über Reflexion. Ein Teil der Strahlung R durchläuft die Linse 5 nicht.
  • Es weist die Linse 5 an einer Oberseite 50, die dem Reflektor 3 abgewandt ist, ein zentrales Minimum auf. An einer Unterseite 55 der Linse 5 befindet sich ein ringförmiges, umlaufendes Minimum 56.
  • Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst 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 Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims (15)

  1. Ringlichtmodul (1) mit
    - mehreren optoelektronischen Halbleiterbauteilen (2) zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung,
    - einem Reflektor (3) mit einer Reflexionsfläche (30), und
    - einem Träger (4), an dem die Halbleiterbauteile (2) angebracht sind,
    wobei
    - der Reflektor (3), in Draufsicht auf eine Strahlungshauptseite (45) des Ringlichtmoduls (1) gesehen, höchstens zwei Symmetrieebenen aufweist, wobei an der Strahlungshauptseite (45) ein überwiegender Teil der erzeugten Strahlung aus dem Ringlichtmodul (1) heraustritt,
    - sich der Reflektor (3), in Richtung hin zu der Strahlungshauptseite (45), verjüngt,
    - Hauptemissionsrichtungen (20) von benachbarten Halbleiterbauteile (2) mindestens zum Teil verschieden voneinander orientiert sind,
    - die Hauptemissionsrichtungen (20) zur Reflexionsfläche (30) weisen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Halbleiterbauteile (2) in zwei oder in mehr als zwei Teilkreisbögen (26) um den Reflektor (3) herum angeordnet sind und innerhalb der Teilkreisbögen (26) dicht aufeinander folgen, und
    - der Träger (4) rotationssymmetrisch geformt ist und die Teilkreisbögen (26) sowie der Träger (2) dieselbe Rotationsachse (A) aufweisen, je in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite (45) gesehen.
  2. Ringlichtmodul (1) nach Anspruch 1,
    bei dem ein mittlerer Abstand zwischen benachbarten Halbleiterbauteilen (2) höchstens ein 0,75-Faches eines mittleren Durchmessers der Halbleiterbauteile (2), in einer Ebene senkrecht zu der jeweiligen Hauptemissionsrichtung (20) gesehen, beträgt,
    wobei der mittlere Abstand bei höchstens 3,5 mm liegt.
  3. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    das ferner mindestens eine Blende (9) umfasst,
    wobei zumindest manche der Halbleiterbauteile (2) von der Blende (9) überdeckt sind, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite (45) gesehen.
  4. Ringlichtmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
    bei dem die Blende (9) segmentiert ist und nicht alle der Halbleiterbauteile (2) überdeckt, in Draufsicht auf die Strahlungshauptseite (45) gesehen.
  5. Ringlichtmodul (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
    bei dem die Blende nur für einen bestimmten Spektralbereich der von den Halbleiterbauteilen (2) erzeugten Strahlung absorbierend oder reflektierend gestaltet ist und für andere Spektralbereiche transmittierend wirkt.
  6. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem die Halbleiterbauteile (2) oder Gruppen von Halbleiterbauteilen (2) elektrisch unabhängig voneinander betreibbar sind,
    wobei eine räumliche Abstrahlcharakteristik des Ringlichtmoduls (1) durch selektives Betreiben zumindest eines Teils der Halbleiterbauteile (2) einstellbar ist.
  7. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem die Halbleiterbauteile (2), relativ zur Reflexionsfläche (30), beweglich gelagert sind und eine Abstrahlcharakteristik des Ringlichtmoduls (1) durch ein Verändern der relativen Position zwischen den Halbleiterbauteilen (2) und der Reflexionsfläche (30) veränderbar ist.
  8. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem die Reflexionsfläche (30) als adaptive Optik gestaltet und in ihrer Form gezielt veränderlich ist.
  9. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    das frei ist von einem Diffusor, der zu einer Streuung von in dem Ringlichtmodul (1) erzeugter Strahlung eingerichtet ist.
  10. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem die Halbleiterbauteile (2) in mindestens zwei Reihen um die Reflexionsfläche (30) herum angeordnet sind.
  11. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Hauptemissionsrichtungen (20) von mindestens einem Teil der Halbleiterbauteile (2) hin zu einer Bodenseite (40) weisen,
    wobei die Bodenseite (40) eine Montageseite des Ringlichtmoduls (1) ist und der Strahlungshauptseite (45) gegenüber liegt, und
    bei dem auf einer Abdeckplatte (6) an der Strahlungshauptseite (45) und/oder auf der Reflexionsfläche (30) ein Konversionsmittel (7) zu einer teilweisen Wellenlängenkonversion der von den ersten Halbleiterbauteilen (2) emittierten Strahlung angebracht ist,
    wobei das Konversionsmittel (7) von den Halbleiterbauteilen (2) beabstandet angeordnet ist.
  12. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem der Reflektor (4) semitransparent und/oder chromatisch selektiv reflektierend ist.
  13. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem die Reflexionsfläche (30) aus mindestens zwei Facetten (35) gebildet ist,
    wobei die Facetten (35) durch Kanten voneinander getrennt sind.
  14. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    das zwischen einschließlich 8 und 32 der Halbleiterbauteile (2) umfasst,
    wobei
    - ein mittlerer Durchmesser der Reflexionsfläche (30) zwischen einschließlich 5 mm und 50 mm liegt,
    - eine maximale Ausdehnung der Reflexionsfläche (30), in Richtung senkrecht zur Strahlungshauptseite (45), zwischen einschließlich 2 mm und 50 mm liegt,
    - die Halbleiterbauteile (2) dazu eingerichtet sind, im bestimmungsgemäßen Gebrauch je einen Lichtstrom von mindestens 50 Im zu erzeugen,
    - wenigstens 50 % der von den Halbleiterbauteilen (2) erzeugten Strahlung auf die Reflexionsfläche (30) trifft,
    - ein Anteil von mindestens 80 % der auf die Reflexionsfläche (30) auftreffenden, von den Halbleiterbauteilen (2) erzeugten Strahlung nach nur einmaliger Reflexion an der Reflexionsfläche (30) zur Strahlungshauptseite (45) gelangt, und
    - die Reflexionsfläche (30) konkav oder konvex gekrümmt ist.
  15. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem der Strahlungshauptseite (45) eine Linse (5) nachgeordnet ist,
    wobei
    - die Linse (5) strahlungsdurchlässig ist,
    - eine dem Reflektor (3) abgewandte Linsenoberseite (50) ein zentrales Minimum (51) aufweist,
    - eine dem Reflektor (3) zugewandte Linsenunterseite (55) ein umlaufendes Minimum (56) aufweist,
    - die Linse (5) sowohl durch Refraktion als auch durch Reflexion strahlformend wirkt, und
    - von der Linse (5) ein Teil der von den Halbleiterbauteilen (2) emittierten Strahlung in Richtung weg von der Linsenoberseite (50) gelenkt wird und dieser Teil der Strahlung die Linse (5) nicht durchläuft.
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