WO2009098081A1 - Beleuchtungsmodul, leuchte und verfahren zur beleuchtung - Google Patents

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WO2009098081A1
WO2009098081A1 PCT/EP2009/000849 EP2009000849W WO2009098081A1 WO 2009098081 A1 WO2009098081 A1 WO 2009098081A1 EP 2009000849 W EP2009000849 W EP 2009000849W WO 2009098081 A1 WO2009098081 A1 WO 2009098081A1
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light
light source
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reflector
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Monika Rose
Katrin Schroll
Hartmut Billy
Julius Augustin Muschaweck
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Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • F21Y2115/15—Organic light-emitting diodes [OLED]

Definitions

  • Lighting module luminaire and method for lighting
  • the invention relates to a lighting module with a light source, an optical component and a reflector, a luminaire with such a lighting module as well as a lighting method.
  • the illumination module has at least one light source, at least one optical component arranged at a distance from the at least one light source, and at least one reflector.
  • the optical component is designed and arranged for this purpose, a broad-emitting radiation characteristic; and to direct a predominant part of the light incident on the optical component from the light source to the reflector.
  • Wide beam means that the optical component is designed and arranged so that the maximum light intensity is not on its optical axis or main beam direction; on such an optical component incident light, z.
  • a Lambertian radiator is thus predominantly radiated at a certain angle (wide-angle) to the optical axis of the optical component.
  • the light preferably comprises visible light, especially white or colored light, but may alternatively or additionally be e.g. B. IR light and / or UV light include.
  • This device is capable of producing sharp images, e.g. B. with a sharp light / dark boundary, at the same time to achieve a very compact and bright radiant structure. This is achieved inter alia by the fact that the law between image sharpness and dimensioning of pure
  • Lens systems can be bypassed by using the reflector. At the same time this is due to the spacing
  • the optics of the light source ensure that the optics are not damaged by too high a luminous flux density or temperature. Damage caused by the incident light may be considerable, in particular for plastic optical components, since they may be clouded by the incidence of light and thus reduce the life of the module.
  • the spacing allows easy scalability of the system, e.g. B. to adapt to a different number of light sources. In particular, sharp light / dark transitions in the target area are z. B. in signaling, street lighting, automotive lighting, business lighting (so-called. 'Shoplighting'), architectural lighting, etc. can be used advantageously.
  • the optical component is designed and arranged to direct a predominant part of the light incident from the light source onto the reflector.
  • An overwhelming part is understood to be a luminous flux of more than 50% of the total luminous flux incident on the optical component.
  • At least 90%, more preferably more than 95%, of the amount of light emitted by the at least one light source falls on the optical component.
  • the remaining portion can - preferably - fall directly onto the reflector or can be emitted directly to the outside.
  • an illumination module in which the optical component is designed and arranged to emit light along an optical axis of not more than 30%, in particular no more than 20%, a maximum light intensity (height of the light intensity maximum) to radiate.
  • the light sources can be designed as separately formed and driven light sources or groups of such light sources. It is preferred if at least one light source, preferably a plurality of light sources, is applied to at least one carrier element; As a result, the illuminance is scalable and, when several light sources are combined in a group, a particularly compact design is achieved.
  • the carrier element has a plurality of light sources in a, in particular rectangular (matrix-like) group of light sources combined, for. B. in the matrix arrangement 1x2, 1x3, 2x2, 2x3, 3x3, etc.
  • a matrix arrangement 1x2, 1x3, 2x2, 2x3, 3x3, etc.
  • An illumination module may be preferred in which the multiple light sources emit the same color, in particular white.
  • An illumination module may be preferred in which at least two light sources radiate to one another in different colors, in particular if the light sources produce a white mixed light.
  • light sources in a combination of RGB eg, RGB, RGGB, RRGB, RGBB, etc.
  • RGB e.g., RGB, RGGB, RRGB, RGBB, etc.
  • yellow 'amber'
  • the light source (s) as light emitting diode (s), LED (s), is executed or are.
  • the type of LED is not limited and may include, for example, inorganic LEDs or organic LEDs (OLEDs). Preferred is a use of surface mounted LEDs ("Surface Mounted LEDs") or chip arrays based on chip-on-board or similar technologies.
  • LEDs z As well as laser diodes or other compact light sources used.
  • an illumination module is preferred in which a light entry surface of the optical component facing the light source (s) is arranged at a distance of at least 2.5 mm, preferably of at least 5 mm, to a surface of the light source. With increasing distance, the load on the optical component continues to decrease, which is why a distance of more than 5 mm is preferable to shorter distances.
  • an illumination module in which a light entry surface of the optical component facing the light source is arranged at a distance from a surface of the light source having at least the maximum linear dimension, in particular at least twice the maximum linear dimension, the light source and / or the group of Light sources corresponds.
  • the maximum linear dimension is the maximum distance between two points located on the outer contour of the LED or the group of LEDs.
  • a lighting module in which a light entry surface of the optical component facing the light source is arranged at a distance to a surface of the LED which is at least a quarter of a diameter of the light entry surface of the optical component, in particular at least one third of the diameter of the light entry surface. surface of the optical component corresponds. This also ensures that the thermal stress of the lens is reliably reduced regardless of their absolute size and no heat build-up between the LED and the lens.
  • a lighting module is preferred in which the light entry surface of the optical component facing the light source is arranged at a distance of at most 30 mm, preferably of at most 20 mm, from the surface of the light source. This ensures that the radiation emitted by the LED reaches the lens with as little loss as possible, and that a compact arrangement is achieved.
  • a lighting module in which the facing light entry surface of the optical component is arranged at a distance from the surface of the light source, which is at most eight times the maximum linear dimension, preferably at most five times the maximum linear dimension, the light source and / or Group of light source corresponds. This also ensures that arrives regardless of the absolute size of the LED or group of LEDs of the light emitted by the LED radiation in sufficient concentration at the lens and a Kompak ⁇ ter structure is achieved.
  • an illumination module in which a light entry surface of the optical component facing the light source is arranged at a distance from the surface of the LED that corresponds at most to one and a half times the diameter of the light entry surface of the optical component, in particular at most the diameter of the light entry surface of the optical component. This also ensures a compact design with good light output.
  • the coordinate axis is then preferably that axis which indicates a mounting position between light sources and optical component.
  • the optical component is generally an optical component which has a wide-radiation characteristic, in particular a light-transmitting optical component such as a lens or a diffraction grating, but can also be designed as a non-light-transmitting optical component, such as a reflector. There are also combinations with several, any such optical components possible.
  • a lighting module in which the optical component comprises at least one lens.
  • the optical component comprises at least one lens.
  • a lens arrangement with minimized total reflection is made possible, which causes a lower sensitivity of the optics to manufacturing tolerances and misalignment due to the low total reflection.
  • a lighting module in which at least one surface of the lens has an aspherical shape may be preferred.
  • a lighting module in which at least one surface of the lens has a rotationally symmetrical shape may also be preferred.
  • a lighting module in which at least one surface of the lens has an elliptical freeform ('spline') may be preferred.
  • a lighting module may be preferred in which a light entry surface of the lens has a concave recess ('dome').
  • the optical component may also have a reflective surface, e.g. As an upside-down, cone-shaped reflector include.
  • the optical component is formed of a transparent polymer as the base material.
  • Polymer materials enable simple and cost-effective shaping, even with complex shapes, with the advantages of the invention having a particularly pronounced effect on these lenses.
  • an optical component made of glass may also be preferred.
  • a single optical component can be used, or several cooperating optical components can be used to obtain the wide-angle radiation characteristic.
  • the reflector is preferably located in a beam path of a light intensity maximum.
  • a lighting module is preferred in which at least one reflection (part) surface or sector, z. B. has a side surface, at least two facets. It is advantageous if at least one sector of the reflector has at least 6, preferably between 8 and 20, in particular 10, facets.
  • the faceting causes a homogenization of the illuminance and color distribution, as the images of different areas of an LED chip or different LED of a group of LEDs can overlap.
  • At least one reflection surface or a sector of the reflector is provided with facets, that of individual facets, in particular all facets, reflected light bundles largely overlap the target field or a sub-zone thereof.
  • the desired target field or certain sectors thereof are preferably completely covered by a plurality of light beams emitted by the facets.
  • Top view rectangular basic shape in which the two shorter reflector sides have no more facets and the two longer reflector sides each have multiple facets.
  • a reflection surface of the reflector has a cross-sectionally elliptical or parabolic basic shape, with or without introduced facets.
  • the reflector is essentially formed from a thermally highly conductive base material, in particular aluminum. This allows the reflector in addition to the heat dissipation of the light source (s) can be used.
  • the illumination module and / or the optical component has a rotationally symmetrical illumination pattern.
  • a lighting module which has a carrier element with one or more light sources, an optical component and a reflector.
  • the illumination module can alternatively also have a plurality of carrier elements, each having one or more light sources and a plurality of optical components, eg. B. summarized to several - in particular, but not necessarily substantially identical - groups of support element (s) and optics (s).
  • the luminaire has at least one illumination module as described above, in particular a plurality of illumination modules.
  • This lamp has the advantage that it can be built easily and without complicated setting. It is particularly advantageous that a planar arrangement of the lighting modules is also possible for a cylindrical image, whereby the heat or thermal management is simplified and a higher design freedom in the luminaire housing is made possible.
  • a lamp the plurality of lighting modules in a matrix arrangement, for. B. a linear (lxn) or rectangular (nxm with n, m> 1) arrangement.
  • the arrangement of the modules is generally arbitrarily configurable, for. B. also circular, elliptical or irregular SSGIs.
  • the same or differently designed modules can be used together.
  • the lamp especially with a sharp light / dark characteristic, is particularly preferably used as a lamp for spot lighting, signal lighting or street lighting.
  • a predominant part of a light emitted by at least one light source onto a light arranged at a distance from it is directed onto a reflector, the light emitted by the optics having a broad-emission radiation characteristic.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a lighting device
  • FIG 2 shows the lighting device of FIG 1 as
  • FIG. 3 shows a plot of a light intensity distribution normalized to the light intensity maximum in a polar diagram for a wide-angle lens
  • FIG 4 shows a magnifying section of FIG 2
  • FIG. 5 shows a plan view of a further embodiment of a lighting device.
  • the lighting device 1 shows a lighting module 1, which is a combination of at least one light source (not shown) and one of these light source spaced downstream optical Has component in the form of a lens 2. Furthermore, the lighting device 1 has a reflector 3 arranged downstream of the lens 2, and furthermore a bonding board 4 for fastening the light source and a motherboard 5 for fastening the lens 2, the reflector 3 and the bonding board 4. In this case, at least one Part of the light emitted by the (at least one) light source directly or indirectly incident on the lens 2 or incident on the reflector 3 from the lens 2. The lens 2 and the reflector 3 are thus arranged at least partially connected in series in the beam path of the light emitted by the at least one light source.
  • the lens 2 is designed and arranged so that it has a wide-angle radiation characteristic and a predominant part (> 50%) of the light incident from the light source to the reflector 3 directs. This means here that the light intensity maximum is not on the optical axis O of the lens 2 or the lens 2 in combination with the light source.
  • a possible radiation pattern of a wide-beam LED lens system is shown in more detail in FIG. In particular, light lobes with light intensity maxima fall on the reflector 3. Only a minor part ( ⁇ 50%) of the light incident on the lens 2 is emitted directly from the illumination module 1.
  • the reflector 3 or its reflection surface is equipped on two opposite, long sides with reflector sections (facets) 3 a extending in the width direction (x direction), which adjoin one another in the height direction (z direction) and in each case a concave one Have surface shape.
  • Each of the 10 reflector sections 3a of which only three 3a-l, 3a-9, 3a-10 are provided with reference numerals for reasons of clarity, is inclined relative to the other reflector sections 3a about the x-axis.
  • the shorter reflector sides are provided with a smooth surface without facets.
  • the shape of the reflector 3 is not symmetrical with respect to the (x, z) plane, but the reflector 3 is inclined to one side, so that a main radiation direction of the illumination module 1 is inclined with respect to the optical axis O.
  • the reflector 3 is made of an aluminum alloy, whereby it can be used for heat dissipation from the light source. On the inside (reflection surface) it is provided with a suitable reflective coating.
  • this illumination module 1 By means of the use of this illumination module 1, a highly homogeneously illuminated target field can be achieved in a compact and easy to produce manner, which also allows a high marginal sharpness between different illumination areas or the non-illuminated area (light / dark boundary).
  • the law between image sharpness and dimensioning of pure lens systems (etendue) can be circumvented by using the reflector 3.
  • Sharp light / dark transitions in the target area are particularly desired in the areas of signaling technology, street lighting, automotive lighting, commercial lighting and architectural lighting.
  • bores 6 are on the motherboard for the implementation of fasteners, z. As screws provided.
  • FIG. 2 shows the illumination device 1 from FIG. 1 as a sectional view through the center of the lens 2 in a sectional plane parallel to the (y, z) plane.
  • the two longitudinal walls of the reflector 3, which expand in the x direction, are not symmetrically shaped or arranged with respect to the optical axis O by the lens 2. Rather, one of the walls (in this illustration the left wall) of the reflector 3 is angled more strongly away from the optical axis O, that is to say has a further opening in relation thereto, while the other side
  • the reflector 3 (here: the right side) of the reflector 3 is arranged closer to the optical axis O and thus has a generally lower Geren opening angle with this includes.
  • light emitted by the lens 2 is radiated primarily to the left.
  • the lens 2 radiates a large part of the light incident on it from the light source 7, a large part of the light emitted by the light source 6 also falls on the reflector 3, as will be described in more detail with reference to FIG. Due to the structuring 3a of the reflector surface, the partial light bundles of the individual facets 3a (which are provided with reference numerals only here for the left reflector side and only partially there) are largely superimposed, whereby the illuminance and color on the target surface are homogenized.
  • the LED light sources used as such typically have a substantially linear emission characteristic. Only through the downstream lens is the broad beam radiation characteristic achieved.
  • the light intensity in the direction of the optical axis is only about 25% of the light intensity maximum.
  • the opening angle can also be made larger or smaller.
  • the opening angle need not be symmetrical to the optical axis of the light source (s).
  • the opening angle may vary in the circumferential direction, z. B. the type 120 ° x 80 °.
  • FIG. 4 shows a magnifying section from FIG. 2 in the region of the lens 2, which is manufactured from a transparent polymer material according to the prior art.
  • the lens 2 is inserted by means of integrally molded legs 8 for connection to the motherboard 5 in corresponding recesses or holes 9 of the motherboard 5.
  • the six light sources 7, of which two are drawn here, are surface-mounted, white-emitting LEDs on a carrier element 10.
  • the carrier element 10 is embodied in particular as a printed circuit board on which the six LEDs 7 are arranged in two rows of three rectangular individual LED chips 7 (2 ⁇ 3 matrix arrangement), so that a rectangular overall arrangement with an edge length of approx 3 mm in the longitudinal direction and about 2 mm in the transverse direction.
  • the carrier element 10 is mounted on the bonding board 4, which in turn is connected by means of a screw 11 to the motherboard.
  • the LEDs 7 emit their light predominantly on the underside of the lens 2 (light entrance surface). Only a small proportion ⁇ 5% is radiated directly onto the reflector 3 under the lens 2.
  • the light entrance surface of the lens 2 has a concave, z. B. parabolic or elliptical, molded cavity or recess ('dome') 12 on.
  • the light entry surface essentially corresponds to the surface of the dome 12. From the light entry surface or the dome 12, the light beams are guided by the lens 2 to its upper surface, from which they are radiated wide.
  • This lens 2 is more likely that about 70% of the power radiated by the light sources 7 are applied to the reflector 3.
  • the electrical lines and possibly electronics required for the operation of the lighting device are not shown here.
  • the lens 2 is arranged in particular at a distance of approximately 8 mm from the group of light-emitting diodes 7.
  • the distance the lens 2 of the group of LEDs 7 is thus more than twice the maximum linear dimension of the group of LEDs 7, in this case the diagonal of the rectangular array of approximately 3.6 mm. Too large a distance of the lens 2 from the LEDs 7 should be avoided, since so that the thermal load of the lens 2 continues to decrease, but then the arrangement is very large.
  • a maximum distance of 20 mm or approximately 5 times the maximum linear extent of the group of LEDs 7 has proved to be expedient in the case of the components usually used.
  • the lens 2 has a diameter of approximately 17 mm.
  • the radiation entrance surface 12 of the lens 2 is thus arranged at a distance from the surface of the LEDs 7, which corresponds to more than one third of the diameter of the radiation entrance surface of the lens 2, in the present example, even approximately half. Too large a distance of lens 2 and LEDs 7 would require a very large lens diameter to capture an equal proportion of the emitted light with the lens 2 as in a nearer to the LED 7 lens 2. However, this increases the manufacturing effort and Module 1 gets very big and unwieldy. It has proved to be advantageous to choose the distance from the radiation entrance surface of the lens 2 and LED 2 smaller than the lens diameter.
  • the outer annular beveled side surface 13 of the lens 2 is designed so that a minimized total reflection of the lens 2 results, which in turn leads to a lower sensitivity of the lens 2 to manufacturing tolerances and a misalignment.
  • the mentioned distance corresponds to the shortest distance of an LED 7 to the lens 2.
  • FIG. 5 shows a plan view of a simplified representation of a further embodiment of a lighting device 14, in which now three sets of light source (s) and associated wide-angle lens 15 are arranged on a motherboard 5 and surrounded by a common reflector 3.
  • Each set with a combination of one or more light sources and common wide-beam optical system 15 has the same basic components, for example the now elliptical lens 15, but here the orientation of the lenses 15 in the (x, y) plane is different.
  • two adjacent lenses 15 are offset in the x, y plane by 45 ° to each other. It is also possible, if it is not explicitly shown in this FIG.
  • optical axes of the lenses 15 are angularly offset relative to one another, in this embodiment for example with respect to the z-axis, so that, for example, the upper set with its combination of light source (s) and lens 15 is tilted at a certain angle with respect to the x-axis, the optical axis of the middle set coincides with the z-axis and the optical axis of the lower set is inclined by the same angle as that of the upper set against the z-axis but in a different direction, here for example in the opposite direction.
  • any other suitable light source can be used, for. B. a laser diode.
  • inorganic light-emitting diodes for example based on InGaAlP or AlInGaP or InGaN, but also AlGaAs, GaAlAs, GaAsP, GaP, SiC, ZnSe, InGaN / GaN, CuPb, etc., can be used, or, for example, also OLEDs , Particularly advantageous is the use of ThinGaN technology.
  • various types of construction can be used, such as surface-mounted LEDs. It can be used the same color radiating light sources. Such same-colored light sources can be multichromic or monochrome light sources.
  • white luminous light sources can be used as the same-colored multichromic light sources, for example blue-luminescent LEDs provided with a phosphor, in which the phosphor converts a part of the blue light emitted by the LED into yellow light wavelengths, resulting overall in a white mixed light.
  • the use of UV LEDs in conjunction with wavelength conversion material is conceivable, which converts the UV light of the LEDs as completely as possible into visible light, in particular white light.
  • other color combinations are possible, especially for producing a white light.
  • "hard” or "soft” white can be produced as white light.
  • a single light source or a combination of multiple light sources is conceivable, for example, a cluster of multiple light sources, eg. B. LED chips.
  • the associated light sources of the cluster in particular LED clusters, can be different colors to one another and result in a white light in color mixing.
  • an LED cluster of red, green and blue radiating individual light sources (RGB) is conceivable.
  • RGB red, green and blue radiating individual light sources
  • One or more LEDs can be used per color, eg. B. depending on the desired color intensity.
  • light sources, especially LEDs, other color can be added, for. B. yellow or amber LEDs.
  • the light intensity of the light sources is preferably adjustable, z. B. dimmable, z. B. via a regulation of the light sources supplied current.
  • a lens can be used, for.
  • an AR-GUS lens it is possible to enable a broad emission characteristic but also combinations of multiple lenses, even if this is for reasons of cost and simple assembly is not preferred. Overall, it is possible to make a smaller part of the broadly emitted light not reflect from the reflector.
  • the wide-beam combination of light source (s), optics and optionally reflector can enable rotationally symmetrical, mirror-symmetrical and / or asymmetrical light distribution patterns.
  • the reflection surface of the reflector may be structured or not structured.
  • structuring in particular different facet regions can be provided on the reflection surface, which, in addition to being elongated, also have, for example, a limited shape in both dimensions, e.g. B. a square or rectangular shape.

Abstract

Das Beleuchtungsmodul (1) weist mindestens eine Lichtquelle (7), mindestens ein zur mindestens einen Lichtquelle in einem Abstand angeordnetes optisches Bauteil (2) und mindestens einen Reflektor (3) auf. Das optische Bauteil ist dazu ausgestaltet und angeordnet, eine breitstrahlende Abstrahlcharakteristik aufzuweisen und einen überwiegenden Teil des von der Lichtquelle auf das optische Bauteil einfallenden Lichts auf den Reflektor zu lenken.

Description

Beschreibung
Beleuchtungsmodul, Leuchte und Verfahren zur Beleuchtung
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungsmodul mit einer Lichtquelle, einem optischen Bauteil und einem Reflektor, eine Leuchte mit einem solchen Beleuchtungsmodul als auch ein Beleuchtungsverfahren .
Bisher erfordert eine enge Abstrahlcharakteristik oder eine Abstrahlcharakteristik mit scharfen hell / dunkel Übergängen in einem Beleuchtungsmodul einen hohen technischen Aufwand und bringt hohe Effizienzverluste mit sich. Häufig ergibt sich ein schlechtes Thermomanagement durch eine erzwungene enge Anordnung von LED-Modulen, durch extrem dichte Chippackung und / oder durch einen geringen Abstand zwischen primärer Lichtquelle (LED-Chip oder -Lampe) und einer nachgeschalteten Linse.
Zur Erreichung einer breitstrahlenden Abstrahlcharakteristik in einem Beleuchtungsmodul ist eine Kombination von Linsen mit unterschiedlichen Abstrahlcharakteristiken oder/und eine Kombination von verschiedenen optischen Achsen von gleichartigen Optiken (Verkippung der Optiken zu einander) bekannt. Enge Abstrahlwinkel werden bisher mit herkömmlichen Linsen geringer Effizienz verwirklicht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Erreichung einer breiten Abstrahlcharakteristik in einem Beleuchtungsmodul bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels eines Beleuchtungsmoduls nach Anspruch 1, einer Leuchte nach Anspruch 36 und eines Verfahrens nach Anspruch 40 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. Das Beleuchtungsmodul weist mindestens eine Lichtquelle, mindestens ein zur mindestens einen Lichtquelle in einem Abstand angeordnetes optisches Bauteil und mindestens einen Reflektor auf. Das optische Bauteil ist dazu ausgestaltet und angeord- net, eine breitstrahlende Abstrahlcharakteristik; aufzuweisen und einen überwiegenden Teil des von der Lichtquelle auf das optische Bauteil einfallenden Lichts auf den Reflektor zu lenken.
Dabei bedeutet breitstrahlend, dass das optische Bauteil so ausgestaltet und angeordnet ist, dass das Lichtstärkemaximum nicht auf seiner optischen Achse bzw. Hauptstrahlrichtung liegt; auf ein solches optische Bauteil einfallendes Licht, z. B. eines Lambertschen Strahlers, wird also überwiegend un- ter einem bestimmten Winkel (breitstrahlend) zur optischen Achse des optischen Bauteils abgestrahlt.
Unter einem überwiegenden Teil wird ein Lichtstrom von mindestens 30% des gesamten auf das optische Bauteil einfallen- den Lichtstroms verstanden.
Das Licht umfasst vorzugsweise sichtbares Licht, speziell weißes oder farbiges Licht, kann aber alternativ oder zusätzlich z. B. IR-Licht und / oder UV-Licht umfassen.
Es sollte allgemein so verstanden werden, dass bei Bezug auf eine Einzahl von Elementen, z. B. "ein", "eine" usw., auch deren Mehrzahl mitgemeint sein kann, falls nicht speziell anders ausgeführt.
Diese Vorrichtung ist in der Lage, scharfe Abbildungen, z. B. mit einer scharfen Hell/Dunkel-Grenze, bei einem gleichzeitig sehr kompakten und hell strahlenden Aufbau zu erlangen. Dies wird unter anderem dadurch erreicht, dass die Gesetzmäßigkeit zwischen Abbildungsschärfe und Dimensionierung von reinen
Linsensystemen (Etendue) durch Verwendung des Reflektors umgangen werden kann. Gleichzeitig wird durch die Beabstandung der Optik von der Lichtquelle sichergestellt, dass die Optik nicht durch eine zu hohe Lichtstromdichte oder Temperatur geschädigt wird. Eine Schädigung durch das eingestrahlte Licht kann insbesondere für optische Bauteile aus Kunststoff erheb- lieh sein, da sich diese durch den Lichteinfall trüben können und sich so die Lebensdauer des Moduls verringert. Auch wird durch die Beabstandung eine einfache Skalierbarkeit des System ermöglicht, z. B. zur Anpassung an eine unterschiedliche Zahl von Lichtquellen. Insbesondere scharfe Hell/Dunkel- Übergänge im Zielbereich sind z. B. in der Signaltechnik, Straßenbeleuchtung, Automobilbeleuchtung, Geschäftraumbeleuchtung (sog. ' Shoplighting ' ) , Architekturbeleuchtung usw. vorteilhaft einsetzbar.
Zur Erlangung einer hohen Helligkeit, insbesondere bei gleichzeitig scharfer Hell/Dunkel-Grenze, wird es bevorzugt, wenn das optische Bauteil dazu ausgestaltet und angeordnet ist, einen überwiegenden Teil des von der Lichtquelle einfallenden Lichts auf den Reflektor zu lenken. Unter einem über- wiegenden Teil wird ein Lichtstrom von über 50% des gesamten auf das optische Bauteil einfallenden Lichtstroms verstanden.
Es wird dazu besonders bevorzugt, wenn mindestens 60 %, besonders bevorzugt mindestens 70 %, des von der Lichtquelle auf die Optik einfallenden Lichts auf den Reflektor gelenkt wird. Der übrige Anteil wird dann typischerweise direkt von der Optik aus dem Modul abgestrahlt.
Es wird bevorzugt, wenn mindestens 90 %, noch bevorzugter mehr als 95 %, der von der mindestens einen Lichtquelle ausgestrahlten Lichtmenge auf das optische Bauteil fällt. Der übrige Anteil kann - vorzugsweise - direkt auf den Reflektor fallen oder kann direkt nach Außen abgestrahlt werden.
Auch wird ein Beleuchtungsmodul bevorzugt, bei dem das optische Bauteil dazu ausgestaltet und angeordnet ist, Licht entlang einer optischen Achse mit nicht mehr als 30 %, insbeson- dere nicht mehr als 20 %, einer maximalen Lichtstärke (Höhe des Lichtstärkemaximums) abzustrahlen.
Die Lichtquellen können als separat ausgeformte und angesteu- erte Lichtquellen oder Gruppen solcher Lichtquellen ausgebildet sein. Es wird bevorzugt, wenn mindestens eine Lichtquelle, vorzugsweise mehrere Lichtquellen, auf mindestens einem Trägerelement aufgebracht ist; dadurch wird die Beleuchtungsstärke skalierbar und, wenn mehrere Lichtquellen in einer Gruppe zusammengefasst sind, ein besonders kompakter Aufbau erzielt .
Vorzugsweise weist das Trägerelement mehrere Lichtquellen in einer, insbesondere rechteckigen (matrixartigen) , Gruppe von Lichtquellen zusammengefasst auf, z. B. in der Matrixanordnung 1x2, 1x3, 2x2, 2x3, 3x3 usw. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, eine hohe Lichtleistung auf engem Raum zu installieren.
Es kann ein Beleuchtungsmodul bevorzugt sein, bei dem die mehreren Lichtquellen gleichfarbig, insbesondere weiß, strahlen.
Es kann ein Beleuchtungsmodul bevorzugt sein, bei dem zumin- dest zwei Lichtquellen zueinander verschiedenfarbig strahlen, insbesondere, falls die Lichtquellen ein weißes Mischlicht erzeugen. So sind bevorzugt Lichtquellen in einer Kombination RGB (z. B. RGB, RGGB, RRGB, RGBB usw.) oder zusätzlich, zur Erzeugung eines 'warmen' Weißtons, mit einem gelben ('amber') Farbton verwendbar. Bei sechs Lichtquellen kann z. B. die Kombination RGGBAA bevorzugt sein.
Es wird besonders bevorzugt, wenn die Lichtquelle (n) als Leuchtdiode (n) , LED(s), ausgeführt ist bzw. sind. Dabei ist die Art der LED nicht beschränkt und kann beispielsweise anorganische LEDs oder organische LEDs (OLEDs) umfassen. Bevorzugt wird eine Verwendung von oberflächenmontierten LEDs ("Surface Mounted LEDs") oder von Chiparrays auf Basis von Chip-on-Board oder vergleichbaren Technologien.
Alternativ zur Verwendung von Leuchtdioden sind z. B. auch Laserdioden oder auch andere kompakte Lichtquellen einsetzbar.
Zur Verringerung einer thermischen Belastung und einer Strahlenbelastung wird ein Beleuchtungsmodul bevorzugt, bei dem eine der Lichtquelle (n) zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils in einem Abstand von mindestens 2,5 mm, vorzugsweise von mindestens 5 mm, zu einer Oberfläche der Lichtquelle angeordnet ist. Mit zunehmendem Abstand verringert sich die Belastung des optischen Bauteils weiter, wes- halb ein Abstand von mehr als 5 mm gegenüber geringeren Abständen zu bevorzugen ist.
Bevorzugt wird auch ein Beleuchtungsmodul, bei dem eine der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils in einem Abstand zu einer Oberfläche der Lichtquelle angeordnet ist, der mindestens der maximalen linearen Abmessung, insbesondere mindestens der zweifachen maximalen linearen Abmessung, der Lichtquelle und/oder der Gruppe von Lichtquellen entspricht. Als maximale lineare Abmessung ist dabei der maximale Abstand zwischen zwei auf der Außenkontur der LED beziehungsweise der Gruppe von LED befindlichen Punkten anzusehen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird unabhängig von der absoluten Größe der LED ebenfalls ein ausreichender Abstand zwischen Linse und LED erreicht, um die Funktion der Linse auch im Langzeitbetrieb sicherzustellen.
Bevorzugt wird ferner ein Beleuchtungsmodul, bei dem eine der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils in einem Abstand zu einer Oberfläche der LED ange- ordnet ist, der mindestens einem Viertel eines Durchmessers der Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils, insbesondere mindestens einem Drittel des Durchmessers der Lichteintritts- fläche des optischen Bauteils, entspricht. Auch hiermit wird sichergestellt, dass die thermische Beanspruchung der Linse unabhängig von deren absoluter Größe zuverlässig verringert wird und kein Hitzestau zwischen LED und Linse entsteht.
Bevorzugt wird weiter ein Beleuchtungsmodul, bei dem die der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils in einem Abstand von höchstens 30 mm, vorzugsweise von höchstens 20 mm, von der Oberfläche der Lichtquelle ange- ordnet ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die von der LED ausgesandte Strahlung die Linse möglichst verlustarm erreicht und zudem eine kompakte Anordnung erzielt wird.
Bevorzugt wird außerdem ein Beleuchtungsmodul, bei dem die der zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils in einem Abstand zu der Oberfläche der Lichtquelle angeordnet ist, der höchstens dem achtfachen der maximalen linearen Abmessung, vorzugsweise höchstens dem fünffachen der maximalen linearen Abmessung, der Lichtquelle und/oder der Gruppe von Lichtquelle entspricht. Auch dies stellt sicher, dass, unabhängig von der absoluten Größe der LED beziehungsweise der Gruppe von LEDs die von der LED ausgesandte Strahlung in ausreichender Konzentration an der Linse ankommt und ein kompak¬ ter Aufbau erzielt wird.
Bevorzugt wird auch ein Beleuchtungsmodul, bei dem eine der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils in einem Abstand zu der Oberfläche der LED angeordnet ist, der höchstens dem eineinhalbfachen des Durchmessers der Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils, insbesondere höchstens dem Durchmesser der Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils entspricht. Auch hiermit wird eine kompakte Bauweise mit guter Lichtausbeute sichergestellt.
Unter Abstand kann sowohl ein Abstand entlang bestimmten Achse, z. B. einer Koordinatenachse, (Höhenabstand) gemeint sein, oder aber - bevorzugt - der kürzeste Abstand zwischen einer strahlenden Oberfläche einer Lichtquelle und der Lichteintrittsoberfläche des optischen Bauteils. Die Koordinatenachse ist dann bevorzugt diejenige Achse, die eine Montagelage zwischen Lichtquellen und optischem Bauteil angibt.
Das optische Bauteil ist allgemein ein optisches Bauteil, das eine breitstrahlende Charakteristik aufweist, insbesondere ein lichtdurchlassendes optisches Bauteil wie eine Linse oder ein Beugungsgitter, kann aber auch als ein nicht lichtdurch- lassendes optisches Bauteil, wie ein Reflektor, ausgestaltet sein. Es sind auch Kombinationen mit mehreren, beliebigen solcher optischen Bauteile möglich.
Besonders bevorzugt wird ein Beleuchtungsmodul, bei dem das optische Bauteil mindestens eine Linse umfasst. Es wird insbesondere eine Linsenanordnung mit minimierter Totalreflexion ermöglicht, was eine geringere Empfindlichkeit der Optik gegenüber Fertigungstoleranzen und Dejustierung aufgrund der geringen Totalreflexion bewirkt.
Bevorzugt werden kann ein Beleuchtungsmodul, bei dem mindestens eine Fläche der Linse eine asphärische Form aufweist.
Bevorzugt werden kann auch ein Beleuchtungsmodul, bei dem mindestens eine Fläche der Linse eine rotationssymmetrischen Form aufweist.
Bevorzugt werden kann ferner ein Beleuchtungsmodul, bei dem mindestens eine Fläche der Linse eine elliptischen Freiform ('Spline') aufweist.
Bevorzugt werden kann ferner ein Beleuchtungsmodul, bei dem eine Lichteintrittsfläche der Linse eine konkave Aussparung ('Dom') aufweist.
Als optisches Bauteil kann aber auch die Verwendung eines Beugungsgitters bevorzugt sein. Das optische Bauteil kann auch eine reflektierende Oberfläche, z. B. einen auf dem Kopf stehenden, konusförmigen Reflektor, umfassen.
Es kann zur einfachen und preiswerten Herstellung vorteilhaft sein, wenn das optische Bauteil aus einem transparenten Polymer als Grundwerkstoff gebildet ist. Polymerwerkstoffe ermöglichen eine einfache und kostengünstige Formgebung auch bei komplexen Formen, wobei sich die Vorteile der Erfindung bei diesen Linsen besonders deutlich auswirken. Es kann aber auch ein optisches Bauteil aus Glas bevorzugt sein. Es sind auch Kombinationen aus mehreren optischen Bauteilen mit Kunststoff und / oder Glas möglich.
Allgemein kann ein einziges optisches Bauteil verwendet werden, oder es können mehrere zusammenwirkende optische Bauteile zur Erlangung der breitstrahlenden Abstrahlcharakteristik verwendet werden.
Der Reflektor befindet sich bevorzugt in einem Strahlengang eines Lichtstärkemaximums.
Es wird zur Erlangung einer hohen Lichtausbeute bevorzugt, wenn der Reflektor die Lichtquelle (n) , insbesondere die
Lichtquelle (n) und Optik (en), senkrecht zur optischen Achse bzw. Hauptabstrahlrichtung allseitig umgibt. Dadurch werden die Lichtausbeute und der Wirkungsgrad erhöht, da jegliches zur Seite abgestrahlte Licht in Richtung der Linse oder der Abstrahlrichtung konzentriert werden kann.
Zur einfachen Erzeugung einer gewünschten Abstrahlgeometrie und hohen Beleuchtungsstärke wird ein Beleuchtungsmodul bevorzugt, bei dem mindestens eine Reflexions (teil) Oberfläche bzw. Sektor, z. B. eine Seitenfläche, mindestens zwei Facetten aufweist. Es ist vorteilhaft, wenn mindestens ein Sektor des Reflektors mindestens 6, vorzugsweise zwischen 8 und 20, insbesondere 10, Facetten aufweist. Die Facettierung bewirkt eine Homogenisierung der Beleuchtungsstärke und Farbverteilung, da sich so die Abbildungen von unterschiedlichen Bereichen eines LED- Chips bzw. unterschiedlichen LED einer Gruppe von LED überschneiden können.
Insbesondere zur Erlangung einer scharfen Hell/Dunkel-Grenze bei gleichzeitig weitgehend homogener Beleuchtung einer Zielfläche wird es bevorzugt, wenn mindestens eine Reflexionsoberfläche bzw. ein Sektor des Reflektors so mit Facetten versehen ist, dass sich von einzelnen Facetten, insbesondere allen Facetten, reflektierte Lichtbündel auf dem Zielfeld bzw. einer Teilzone davon weitgehend überlappen. Dadurch wird das gewünschte Zielfeld oder bestimmte Sektoren davon vorzugsweise durch mehrere von den Facetten abgestrahlte Lichtbündel jeweils vollständig abgedeckt. Somit wird nicht nur eine Mehrzahl von sich nicht vollständig überlappenden Licht- kegeln in das Zielfeld gestrahlt, wodurch auch der Effekt von Herstellungstoleranzen und Strahlübergängen weitgehend ausgeschlossen wird.
Besonders vorteilhaft, speziell zur Ausleuchtung von recht- eckigen Zielbereichen, ist es, wenn der Reflektor eine in
Aufsicht rechteckige Grundform aufweist, bei der die beiden kürzeren Reflektorseiten keine mehrere Facetten aufweisen und die beiden längeren Reflektorseiten jeweils mehrere Facetten aufweisen.
Es kann vorteilhaft sein, wenn eine Reflexionsoberfläche des Reflektors eine im Querschnitt elliptische oder parabolische Grundform - mit oder ohne eingebrachte Facetten - aufweist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Reflektor im Wesentlichen aus einem thermisch gut leitenden Grundwerkstoff, insbesondere Aluminium, gebildet ist. Dadurch kann der Reflektor zusätzlich zur Wärmeabfuhr der Lichtquelle (n) verwendet werden.
Es kann vorteilhaft sein, falls das Beleuchtungsmodul und / oder das optische Bauteil ein rotationssymmetrisches Beleuchtungsmuster aufweist.
Es kann aber auch ein Beleuchtungsmodul vorteilhaft sein, das ein spiegelsymmetrisches Beleuchtungsmuster aufweist.
Es kann aber auch ein Beleuchtungsmodul vorteilhaft sein, das ein asymmetrisches Beleuchtungsmuster aufweist.
Besonders bevorzugt wird ein Beleuchtungsmodul, das ein Trä- gerelement mit ein oder mehreren Lichtquellen, ein optisches Bauteil und einen Reflektor aufweist. Das Beleuchtungsmodul kann aber beispielsweise alternativ auch mehrere Trägerelemente mit jeweils ein oder mehreren Lichtquellen und mehrere optische Bauteil aufweisen, z. B. zusammengefasst zu mehreren - insbesondere, aber nicht notwendigerweise im Wesentlichen baugleichen - Gruppen von Trägerelement (en) und Optik (en) .
Die Leuchte weist mindestens ein wie oben beschriebenes Beleuchtungsmodul auf, insbesondere mehrere Beleuchtungsmodule. Diese Leuchte weist den Vorteil auf, dass sie einfach und ohne komplizierte Einstellung aufbaubar ist. Besonders vorteilhaft ist, dass ist eine planare Anordnung der Beleuchtungsmodule auch für eine zylinderförmige Abbildung möglich ist, wodurch sich das Wärme- bzw. Thermomanagement vereinfacht und eine höhere Designfreiheit beim Leuchtengehäuse ermöglicht wird.
Besonders bevorzugt wird eine Leuchte, die mehrere Beleuchtungsmodule in einer Matrixanordnung, z. B. einer linearen (lxn) oder rechteckigen (nxm mit n,m > 1) Anordnung aufweist. Die Anordnung der Module ist allgemein jedoch beliebig konfigurierbar, z. B. auch kreisförmig, elliptisch oder unregelmä- ßig. Es können gleiche oder verschieden ausgelegte Module zusammen genutzt werden.
Die Leuchte, besonders mit einer scharfen Hell/Dunkel- Charakteristik, ist besonders bevorzugt als eine Leuchte zur Spotbeleuchtung, Signalbeleuchtung oder Straßenbeleuchtung einsetzbar.
Bei dem Beleuchtungsverfahren wird ein überwiegender Teil ei- nes von mindestens einer Lichtquelle auf eine dazu beabstandet angeordnete Optik emittierten Lichts auf einen Reflektor gerichtet, wobei das von der Optik abgestrahlte Licht eine breitstrahlende Abstrahlcharakteristik aufweist.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer dargestellt. Dabei können gleiche oder gleichwirkende Elemente zur besseren Übersichtlichkeit mit gleichen Bezugsziffern versehen sein.
FIG 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Beleuchtungsvorrichtung;
FIG 2 zeigt die Beleuchtungsvorrichtung aus FIG 1 als
Schnittdarsteilung;
FIG 3 zeigen eine Auftragung einer auf das Lichtstärkemaximum normierten Lichtstärkeverteilung in einem Polardiagramm für eine breitstrahlende Linse;
FIG 4 zeigt einen vergrößernden Ausschnitt aus FIG 2;
FIG 5 zeigt in Aufsicht eine weitere Ausführungsform einer Beleuchtungsvorrichtung .
FIG 1 zeigt ein Beleuchtungsmodul 1, welche eine Kombination aus mindestens einer Lichtquelle (ohne Abbildung) und einem dieser Lichtquelle beabstandet nachgeschalteten optischen Bauteil in Form einer Linse 2 aufweist. Ferner weist die Beleuchtungsvorrichtung 1 einen der Linse 2 nachgeschalteten Reflektor 3 auf, und weiter eine Bondingplatine 4 zur Befestigung der Lichtquelle und eine Grundplatine 5 zur Befesti- gung der Linse 2, des Reflektors 3 und der Bondingplatine 4. Dabei bedeutet nachgeschaltet, dass zumindest ein Teil des von der (mindestens einen) Lichtquelle ausgesandten Lichts direkt oder indirekt auf die Linse 2 einfällt bzw. von der Linse 2 auf den Reflektor 3 einfällt. Die Linse 2 und der Re- flektor 3 sind also zumindest teilweise hintereinander geschaltet im Strahlengang des von der mindestens einen Lichtquelle ausgesandten Lichts angeordnet.
Die Linse 2 ist dabei so ausgestaltet und angeordnet, dass sie eine breitstrahlende Abstrahlcharakteristik aufweist und einen überwiegenden Teil (> 50 %) des von der Lichtquelle einfallenden Lichts auf den Reflektor 3 lenkt. Dies bedeutet hier, dass das Lichtstärkemaximum nicht auf der optischen Achse O der Linse 2 bzw. der Linse 2 in Kombination mit der Lichtquelle liegt. Ein mögliches Abstrahlmuster eines breitstrahlenden LED-Linsen-Systems ist in FIG 3 genauer aufgeführt. Insbesondere fallen Lichtkeulen mit Lichtstärkemaxima auf den Reflektor 3 ein. Nur ein geringerer Teil (< 50 %) des auf die Linse 2 einfallenden Lichts wird direkt aus dem Be- leuchtungsmodul 1 abgestrahlt.
Der Reflektor 3 bzw. seine Reflexionsoberfläche ist in dieser Ausführungsform an zwei gegenüberliegenden, langen Seiten mit sich in Breitenrichtung (x-Richtung) ausdehnenden Reflektor- abschnitten (Facetten) 3a ausgerüstet, welche in Höhenrichtung (z-Richtung) aneinander anschließen und jeweils eine konkave Oberflächenform aufweisen. Jeder der 10 Reflektorabschnitte 3a, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur drei 3a-l, 3a-9, 3a-10 mit Bezugszeichen versehen sind, ist ge- genüber den anderen Reflektorabschnitten 3a um die x-Achse geneigt. Die kürzeren Reflektorseiten sind mit einer glatten Oberfläche ohne Facetten versehen. Die Form des Reflektors 3 ist bezüglich der (x,z) -Ebene nicht symmetrisch, vielmehr ist der Reflektor 3 zu einer Seite geneigt, so dass eine Hauptabstrahlrichtung des Beleuchtungsmoduls 1 gegenüber der optischen Achse O geneigt ist. Der Reflektor 3 ist aus einer AIu- miniumlegierung gefertigt, wodurch er zur Wärmeabfuhr von der Lichtquelle verwendet werden kann. Auf der Innenseite (Reflexionsoberfläche) ist er mit einer geeigneten reflektierenden Beschichtung versehen.
Mittels Verwendung dieses Beleuchtungsmoduls 1 lässt sich auf kompakte und einfach herzustellende Weise ein in hohem Maße homogen beleuchtetes Zielfeld erreichen, das zudem eine hohe Grenzschärfe zwischen verschiedenen Beleuchtungsbereichen bzw. zum nicht beleuchteten Bereich (Hell/Dunkel-Grenze) er- möglicht. Insbesondere lässt sich die Gesetzmäßigkeit zwischen Abbildungsschärfe und Dimensionierung von reinen Linsensystemen (Etendue) durch Verwendung des Reflektors 3 umgehen. Scharfe Hell/Dunkel-Übergänge im Zielbereich sind insbesondere in den Bereichen Signaltechnik, Straßenbeleuchtung, Automobilbeleuchtung, Geschäftsbeleuchtung und Architekturbeleuchtung gewünscht.
Zur einfachen Montage sind an der Grundplatine Bohrlöcher 6 zur Durchführung von Befestigungselementen, z. B. Schrauben, vorgesehen.
FIG 2 zeigt die Beleuchtungsvorrichtung 1 aus FIG 1 als Schnittdarstellung durch die Mitte der Linse 2 in einer Schnittebene parallel zur (y,z) -Ebene. Die beiden sich in x- Richtung ausdehnenden Längswände des Reflektors 3 sind bezüglich der optischen Achse O durch die Linse 2 nicht symmetrisch geformt oder angeordnet. Vielmehr ist eine der Wände (in dieser Darstellung die linke Wand) des Reflektors 3 stärker von der optischen Achse O abgewinkelt, weist also diesbe- züglich eine weitere Öffnung auf, während die andere Seite
(hier: die rechte Seite) des Reflektors 3 enger an der optischen Achse O angeordnet ist und somit einen allgemein gerin- geren Öffnungswinkel mit dieser einschließt. Dadurch wird von der Linse 2 abgestrahltes Licht vornehmlich nach links abgestrahlt. Dadurch, dass die Linse 2 einen Großteil des von der Lichtquelle 7 auf sie einfallenden Lichts breit abstrahlt, fällt auch ein Großteil des von der Lichtquelle 6 ausgesandten Lichts auf den Reflektor 3, wie unter Bezug auf FIG 4 genauer beschrieben werden wird. Aufgrund der Strukturierung 3a der Reflektoroberfläche werden die Teillichtbündel der einzelnen Facetten 3a (welche hier nur für die linke Reflektor- seite mit Bezugszeichen versehen sind, und auch dort nur teilweise) weitgehend überlagert, wodurch die Beleuchtungsstärke und -färbe auf der Zielfläche homogenisiert wird.
FIG 3 zeigt eine Auftragung einer auf ein Lichtstärkemaximum unter einem Winkel φ = 70° normierten Lichtstärkeverteilung
(entsprechend einem Öffnungswinkel der Linse von 140°) in einem Polardiagramm für eine mögliche breitstrahlende Linse, welche mittels eines Satzes von sechs oberflächenmontierten LEDs angestrahlt wird.
Typischerweise weisen die hier verwendeten LED-Lichtquellen als solches (z. B. ein LED-Chip) eine im Wesentlichen lam- bertsche Abstrahlcharakteristik auf. Erst durch die nachgeschaltete Linse wird die breitstrahlende Abstrahlcharakteris- tik erreicht. Bei der gezeigten Anordnung liegt die Lichtstärke in Richtung der optischen Achse bei lediglich ca. 25 % des Lichtstärkemaximums. Somit tritt in eine Lichtabstrahlung im Wesentlichen nur unter einem erheblichen Winkel gegenüber der optischen Achse (0°) auf, nämlich zwischen ca. 35° und 80°, speziell zwischen 50° und 80°. Jedoch kann der Öffnungswinkel auch größer oder kleiner ausgelegt sein. Auch braucht der Öffnungswinkel nicht symmetrisch zur optischen Achse der Lichtquelle (n) zu liegen. Ferner kann der Öffnungswinkel in Umfangsrichtung unterschiedlich ausfallen, z. B. der Art 120° x 80°. FIG 4 zeigt einen vergrößernden Ausschnitt aus FIG 2 im Bereich der Linse 2, die aus einem durchsichtigen Polymerwerkstoff nach dem Stand der Technik gefertigt ist. Die Linse 2 wird mittels einstückig angeformter Beine 8 zur Verbindung mit der Grundplatine 5 in entsprechende Aussparungen bzw. Löcher 9 der Grundplatine 5 eingesteckt. Die sechs Lichtquellen 7, von denen hier zwei eingezeichnet sind, sind auf einem Trägerelement 10 oberflächenmontierte, weiß leuchtende LEDs. Das Trägerelement 10 ist im speziellen als Leiterplatte aus- geführt, auf der die sechs LEDs 7 in zwei Reihen aus jeweils drei rechteckigen Einzel-LED-Chips 7 angeordnet sind (2x3- Matrixanordnung) , so dass sich eine rechteckige Gesamtanordnung mit einer Kantenlänge von ca. 3 mm in Längsrichtung sowie ca. 2 mm in Querrichtung ergibt. Das Trägerelement 10 ist auf der Bondingplatine 4 angebracht, welche wiederum mittels einer Schraubverbindung 11 mit der Grundplatine verbunden ist.
Die LEDs 7 strahlen ihr Licht überwiegend auf die Unterseite der Linse 2 (Lichteintrittsfläche) ab. Nur ein geringer Anteil < 5 % wird unter der Linse 2 hindurch direkt auf den Reflektor 3 gestrahlt. Die Lichteintrittsfläche der Linse 2 weist einen konkav, z. B. parabolisch oder elliptisch, ausgeformten Hohlraum bzw. Aussparung ('Dom') 12 auf. In der hier gezeigten Ausführungsform entspricht die Lichteintrittsfläche im Wesentlichen der Oberfläche des Doms 12. Von der Lichteintrittsfläche bzw. dem Dom 12 werden die Lichtstrahlen durch die Linse 2 zu ihrer oberen Oberfläche geleitet, von welcher aus sie breit abgestrahlt werden. Diese Linse 2 stellt si- eher, dass ca. 70 % der von den Lichtquellen 7 angestrahlten Leistung auf den Reflektor 3 gegeben werden. Lediglich zur besseren Übersichtlichkeit sind hier die zum Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung benötigten elektrischen Leitungen und ggf. Elektroniken nicht eingezeichnet.
Die Linse 2 ist insbesondere in einem Abstand von annähernd 8 mm von der Gruppe von Leuchtdioden 7 angeordnet. Der Abstand der Linse 2 von der Gruppe von LEDs 7 beträgt somit mehr als das 2-fache der maximalen linearen Abmessung der Gruppe von LEDs 7, die in diesem Fall die Diagonale der rechteckförmigen Anordnung mit ca. 3,6 mm ist. Eine zu große Entfernung der Linse 2 von den LEDs 7 sollte vermieden werden, da damit zwar die thermische Belastung der Linse 2 weiter sinkt, aber die Anordnung dann sehr groß wird. Ein maximaler Abstand von 20 mm beziehungsweise annähernd der 5-fachen maximalen linearen Ausdehnung der Gruppe von LEDs 7 hat sich bei den üblicher- weise verwendeten Komponenten als sinnvoll erwiesen.
Die Linse 2 weist einen Durchmesser von annähernd 17 mm auf. Die Strahlungseintrittsfläche 12 der Linse 2 ist damit in einem Abstand zu der Oberfläche der LEDs 7 angeordnet, der mehr als ein Drittel des Durchmessers der Strahlungseintrittsfläche der Linse 2, im vorliegenden Beispiel sogar annähernd der Hälfte, entspricht. Ein zu großer Abstand von Linse 2 und LEDs 7 würde einen sehr großen Linsendurchmesser erfordern, um einen gleich großen Anteil des emittierten Lichts mit der Linse 2 zu erfassen wie bei einer näher an den LED 7 befindlichen Linse 2. Dadurch steigt jedoch der Herstellaufwand und das Modul 1 wird sehr groß und unhandlich. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Abstand von Strahlungseintrittsfläche der Linse 2 und LED 2 kleiner als den Linsendurchmesser zu wählen.
Die äußere ringförmige, abgeschrägte Seitenfläche 13 der Linse 2 ist so ausgestaltet, dass sich eine minimierte Totalreflexion der Linse 2 ergibt, was wiederum zu einer geringeren Empfindlichkeit der Linse 2 gegenüber Fertigungstoleranzen und einer Dejustierung führt.
In dieser FIG 4 entspricht der angesprochene Abstand dem kürzesten Abstand einer LED 7 zur Linse 2.
FIG 5 zeigt in Aufsicht eine vereinfachte Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Beleuchtungsvorrichtung 14, bei welcher nun auf einer Grundplatine 5 und von einem gemeinsamen Reflektor 3 umgeben drei Sätze aus Lichtquelle (n) und zugehöriger breitstrahlender Linse 15 angeordnet sind. Jeder Satz mit einer Kombination aus einer bzw. mehreren Lichtquellen und gemeinsamer breitstrahlender Optik 15 weist die gleichen Grundkomponenten auf, beispielsweise die nun elliptisch ausgebildete Linse 15, wobei hier jedoch die Orientierung der Linsen 15 in der (x,y) -Ebene unterschiedlich ist. So sind zwei benachbarte Linsen 15 in der x,y-Ebene um je- weils 45° zueinander versetzt. Auch ist es möglich, wenn in dieser FIG 5 auch nicht explizit gezeigt, dass die optischen Achsen der Linsen 15 zueinander winkelversetzt sind, in dieser Ausführungsform beispielsweise bezüglich der z-Achse, so dass beispielsweise der obere Satz mit seiner Kombination aus Lichtquelle (n) und Linse 15 unter einem bestimmten Winkel bezüglich der x-Achse geneigt ist, die optische Achse des mittleren Satzes mit der z-Achse zusammenfällt und die optische Achse des unteren Satzes um den gleichen Winkel wie dem des oberen Satzes gegen die z-Achse geneigt ist, aber in eine an- dere Richtung, hier beispielsweise in die entgegengesetzte Richtung.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt.
So ist statt der Verwendung von Leuchtdioden bzw. LED-Chips als Lichtquellen auch jede andere geeignete Lichtquelle verwendbar, z. B. eine Laserdiode.
Bei Verwendung von Leuchtdioden können anorganische Leuchtdioden, beispielsweise auf Basis von InGaAlP bzw. AlInGaP oder InGaN, aber auch AlGaAs, GaAlAs, GaAsP, GaP, SiC, ZnSe, In- GaN/GaN, CuPb usw., verwendet werden, oder beispielsweise auch OLEDs. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der ThinGaN-Technologie . Auch sind verschiedene Aufbautypen einsetzbar, wie oberflächenmontierte LEDs. Es können gleichfarbig strahlende Lichtquellen verwendet werden. Solche gleichfarbig strahlenden Lichtquellen können mul- tichrom oder monochrom strahlende Lichtquellen sein. Als gleichfarbig multichrom strahlende Lichtquellen sind insbe- sondere weiß leuchtende Lichtquellen verwendbar, beispielsweise blau leuchtende und mit einem Phosphor versehene LEDs, bei denen der Phosphor einen Teil des von der LED abgestrahlten blauen Lichts in gelbes Licht wellenlängenumwandelt, wodurch sich insgesamt ein weißes Mischlicht ergibt. Alternativ ist die Verwendung von UV-LEDs in Verbindung mit Wellenlängenumwandlungsmaterial denkbar, welches das UV-Licht der LEDs möglichst vollständig in sichtbares Licht, insbesondere weißes Licht umwandelt. Jedoch sind auch andere Farbkombinationen möglich, insbesondere zur Erzeugung eines weißen Lichts. Als weißes Licht kann insbesondere "hartes" oder "weiches" Weiß erzeugt werden.
Als Lichtquelle ist eine einzelne Lichtquelle oder eine Kombination mehrerer Lichtquellen denkbar, beispielsweise ein Cluster mehrerer Lichtquellen, z. B. LED-Chips. Die zugehörigen Lichtquellen des Clusters, insbesondere LED-Clusters, können zueinander verschiedenfarbig sein und in Farbmischung ein weißes Licht ergeben. Insbesondere ist ein LED-Cluster aus rot, grün und blau strahlenden Einzellichtquellen (RGB) denkbar. Dabei können pro Farbe ein oder mehrere LEDs verwendet werden, z. B. je nach gewünschter Farbintensität. Auch können Lichtquellen, insbesondere LEDs, anderer Farbe beigemischt werden, z. B. gelbe bzw. amberfarbene LEDs. Die Lichtstärke der Lichtquellen ist vorzugsweise einstellbar, z. B. dimmbar, z. B. über einen Regelung eines den Lichtquellen zugeführten Stroms.
Als eine breitstrahlende Abstrahlcharakteristik ermöglichende Optik ist insbesondere eine Linse verwendbar, z. B. eine AR- GUS-Linse. Es sind zur Ermöglichung einer breiten Abstrahlcharakteristik aber auch Kombinationen mehrerer Linsen möglich, auch wenn dies aus Gründen einer kostengünstigen und einfachen Montage nicht bevorzugt wird. Insgesamt ist es möglich, einen geringeren Teil des breit abgestrahlten Lichts nicht vom Reflektor reflektieren zu lassen.
Allgemein kann die breitstrahlende Kombination aus Lichtquelle (n), Optik und ggf. Reflektor rotationssymmetrische, spiegelsymmetrische und / oder asymmetrische Lichtverteilungsmuster ermöglichen.
Allgemein kann die Reflektionsoberflache des Reflektors strukturiert oder nicht strukturiert sein. Als Strukturierung können insbesondere verschiedene Facettenbereiche auf der Re- flektionsoberflache vorgesehen sein, welche außer länglich ausgedehnt beispielsweise auch eine in beiden Dimensionen be- schränkte Form aufweisen, z. B. eine quadratische oder rechteckige Form.
Es können allgemein auch mehrere Sätze mit jeweils einer breitstrahlenden Kombination aus Lichtquelle (n) und Optik vorgesehen sein, welche einen gemeinsamen Reflektor oder Re- flektionsbereich aufweisen können. Die optischen Achsen der jeweiligen Sätze können gegeneinander versetzt und / oder verkippt sein. Auch ist es möglich, dass die Form des Ab- strahlungsmusters und / oder seine Abmessung sich unter ver- schiedenen Sätzen unterscheidet. Auch ist eine Anordnung der Sätze in einer Reihe oder in einem beliebigen Flächenmuster, beispielsweise einem rotationssymmetrischen Flächenmuster mit oder ohne einen mittigen Satz, denkbar.
Allgemein ist auch die Kopplung mehrerer solcher Beleuchtungsvorrichtungen, ggf. mit anderen Beleuchtungsvorrichtungen zu einer Leuchte möglich. Bezugszeichenliste
1 Beleuchtungsmodul
2 Linse 3 Reflektor
4 Bondingplatine
5 Grundplatine
6 Durchführung
7 Lichtquelle 8 Bein
9 Loch
10 Träger
11 Schraube / Schraubloch
12 Dom 13 Totalreflexionsfläche
14 Beleuchtungsmodul
15 Linse h Montageabstand

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtungsmodul (1;14), aufweisend mindestens: eine Lichtquelle (7), - ein zur Lichtquelle (7) in einem Abstand angeordnetes optisches Bauteil (2; 15) und einen Reflektor (3), wobei das optische Bauteil (2; 15) dazu ausgestaltet und angeordnet ist, eine breitstrahlende Abstrahlcha- rakteristik aufzuweisen und einen Anteil des von der Lichtquelle (7) einfallenden Lichts auf den Reflektor (3) zu lenken, wobei der Anteil mindestens 30% beträgt .
2. Beleuchtungsmodul (1;14) nach Anspruch 1, bei dem das optische Bauteil (2; 15) dazu ausgestaltet und angeordnet ist, einen überwiegenden Teil des von der Lichtquelle (7) einfallenden Lichts auf den Reflektor (3) zu lenken.
3. Beleuchtungsmodul (1;14) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das optische Bauteil (2; 15) dazu ausgestaltet und angeordnet ist, mindestens 60%, insbesondere mindestens 70%, des von der Lichtquelle (7) einfallenden Lichts auf den Reflektor (3) zu lenken.
4. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optische Bauteil (2; 15) dazu ausgestaltet und angeordnet ist, Licht entlang einer optischen Achse (O) mit nicht mehr als 30%, insbesondere nicht mehr als 20%, einer maximalen Lichtstärke abzustrahlen.
5. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens eine Lichtquelle (7) auf mindestens einem Trägerelement (10) aufgebracht ist, wobei das Trägerelement (10) mehrere Lichtquellen (7) in einer, insbesondere rechteckigen, Gruppe von Lichtquellen (7) zusammengefasst aufweist.
6. Beleuchtungsmodul (1;14) nach Anspruch 5, bei der die mehreren Lichtquellen (7) gleichfarbig, insbesondere weiß, strahlen.
7. Beleuchtungsmodul (1;14) nach Anspruch 5, bei dem zumindest zwei Lichtquellen zueinander verschiedenfarbig strahlen.
8. Beleuchtungsmodul (1;14) nach Anspruch 7, bei dem die Lichtquellen ein weißes Mischlicht erzeugen.
9. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Lichtquelle (7) als eine Leuchtdiode, LED, ausgestaltet ist.
10. Beleuchtungsmodul (1;14) nach Anspruch einem der vorher- gehenden Ansprüche, bei dem eine der Lichtquelle (7) zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils
(2; 15) in einem Abstand von mindestens 2,5 mm, vorzugsweise von mindestens 5 mm, zu der Oberfläche der Lichtquelle (7) angeordnet ist.
11. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine der Lichtquelle (7) zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils (2; 15) in einem Abstand zu einer Oberfläche der Lichtquelle (7) ange- ordnet ist, der mindestens der maximalen linearen Abmessung, insbesondere mindestens der zweifachen maximalen linearen Abmessung, der Lichtquelle (7) und/oder der Gruppe von Lichtquellen entspricht.
12. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine der Lichtquelle (7) zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils (2;15) in ei- nem Abstand zu einer Oberfläche der Lichtquelle (7) angeordnet ist, der mindestens einem Viertel eines Durchmessers der Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils (2;15), insbesondere mindestens einem Drittel des Durch- messers der Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils (2; 15), entspricht.
13. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die der Lichtquelle (7) zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils (2; 15) in ei¬ nem kürzesten Abstand von höchstens 30 mm, vorzugsweise von höchstens 20 mm, von der Oberfläche der Lichtquelle (7) angeordnet ist.
14. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die der Lichtquelle (7) zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils (2;15) in einem kürzesten Abstand zu der Oberfläche der Lichtquelle (7) angeordnet ist, der höchstens dem achtfachen der ma- ximalen linearen Abmessung, vorzugsweise höchstens dem fünffachen der maximalen linearen Abmessung, der Lichtquelle (7) und/oder der Gruppe von Lichtquelle (7) entspricht .
15. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine der Lichtquelle (7) zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils (2;15) in einem kürzesten Abstand zu der Oberfläche der Lichtquelle (7) angeordnet ist, der höchstens dem eineinhalbfachen des Durchmessers der Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils (2;15), insbesondere höchstens dem Durchmesser der Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils (2; 15) entspricht.
16. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optische Bauteil eine Linse (2; 15) ist .
17. Beleuchtungsmodul (1;14) nach Anspruch 16, bei dem mindestens eine Fläche der Linse (2; 15) eine asphärische Form aufweist.
18. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der Ansprüche 16 bis
17, bei dem mindestens eine Fläche der Linse eine elliptischen Freiform aufweist.
19. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der Ansprüche 16 bis
18, bei dem eine Lichteintrittsfläche der Linse (2; 15) eine konkave Aussparung (12) aufweist, insbesondere einer solchen entspricht.
20. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der das optische Bauteil ein Beugungsgitter um- fasst .
21. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der das optische Bauteil eine reflektierende Reflexionsoberfläche umfasst.
22. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine Reflexionsoberfläche des Reflektors (3) strukturiert, insbesondere facettiert, ist; wobei die mindestens eine Reflexionsoberfläche des Reflektors (3) so mit Facetten (3a) versehen ist, dass sich von mehreren, insbesondere allen, Facetten (3a) reflektierte Lichtbündel vollständig überlappen.
23. Beleuchtungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine Reflexionsoberfläche des Reflektors (3) strukturiert, insbesondere facettiert, ist, wobei der Reflektor (3) eine rechteckige Grundform auf- weist, bei der die beiden kürzeren Seiten keine Facetten aufweisen und die beiden längeren Seiten jeweils mehrere Facetten (3a) aufweisen.
24. Beleuchtungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Reflexionsoberfläche des Reflektors (3) eine im Querschnitt elliptische oder parabolische Grund- form aufweist.
25. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein rotationssymmetrisches Lichtverteilungsmuster aufweist.
26. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, das ein spiegelsymmetrisches Lichtverteilungsmuster aufweist .
27. Beleuchtungsmodul (1;14) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, das ein asymmetrisches Lichtverteilungsmuster aufweist .
28. Beleuchtungsmodul (14) nach einem der vorhergehenden An- sprüche das mehrere Sätze aus jeweils mindestens einer Lichtquelle (7) und einem nachgeschalteten optischen Bauteil (15) aufweist, wobei den mehreren Sätze (7, 15) ein gemeinsamer Reflektor (3) nachgeschaltet ist.
29. Beleuchtungsmodul (14) nach Anspruch 28, bei dem die optischen Bauteile Linsen (15) mit unterschiedlicher Orientierung sind.
30. Beleuchtungsmodul (14) nach Anspruch 29, bei dem die op- tischen Bauteile Linsen (15) sind, deren optische Achsen zueinander winkelversetzt sind.
31. Leuchte, welche mindestens ein Beleuchtungsmodul (1;14), insbesondere mehrere Beleuchtungsmodule (1;14), nach ei- nem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
32. Leuchte nach Anspruch 31, die mehrere Beleuchtungsmodule
(1;14) in einer Matrixanordnung aufweist.
33. Leuchte nach einem der Ansprüche 31 oder 32, welche eine scharfe Hell/Dunkel-Grenze im Zielbereich erzeugt.
34. Leuchte nach einem der Ansprüche 31 bis 33, welche als eine Leuchte zur Straßenbeleuchtung vorgesehen ist.
35. Beleuchtungsverfahren, bei dem ein Anteil von mindestens 30%, vorzugsweise ein überwiegender Teil, eines von mindestens einer Lichtquelle (7) auf ein dazu beabstandet angeordnetes optisches Bauteil (2; 15) emittierten Lichts auf einen Reflektor (3) gerichtet wird, wobei das von dem optischen Bauteil abgestrahlte Licht eine breitstrahlende Abstrahlcharakteristik aufweist.
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