WO2012130581A1 - Optisches element und leuchtvorrichtung - Google Patents

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microlens
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Definitions

  • the invention relates to an optical element having a light ⁇ permeable support, at least one light entry ⁇ surface of the support of at least one phosphor layer is covered.
  • the invention further relates to a Leuchtvor ⁇ direction with at least one semiconductor light source and at least one of the semiconductor light source (s) downstream optical element.
  • an LED module which has a plurality of light-emitting diodes (LEDs), wherein the light-emitting diodes are covered by a plurality of phosphors containing, spaced cover.
  • the cover has a plate-shaped translucent support, which is covered on a first side first by a litter layer or diffuser layer and subsequently by a structured phosphor layer. The first side faces the light-emitting diodes and thus represents a light entry surface.
  • the structured phosphor layer has phosphor subareas arranged adjacent to one another, wherein each of the phosphor subareas has exactly one phosphor.
  • the phosphor subregions are illuminated and usually emit partially converted and partially unconverted light.
  • a conversion wavelength of the kon ⁇ bestial or wavelength-converted light is dependent on the phosphor of the phosphor portion. Consequently, the phosphor layer radiates color inhomogeneous light, in accordance with the structuring of the phosphor ⁇ layer.
  • the diffuser layer serves to homogenize the light emitted by the patterned phosphor layer towards the support light so that light entering through the Lichtein ⁇ passage area in the carrier is homogenized and is present as a three-color mixed light.
  • the mixed light has a portion of the unconverted primary light of the light-emitting diodes, a portion of the light converted by the one phosphor portions of a first conversion wavelength, and a portion of the light converted by the other phosphor portions of a second conversion wavelength light.
  • the diffuser layer has a high degree of backscattering of the light incident thereon from the phosphor layer, and consequently the LED module has a low light efficiency.
  • an optical element aufwei ⁇ send at least one transparent carrier, wherein at least one light entry surface of the carrier is covered by at least one phosphor layer and wherein on the carrier a plurality of microlens elements are arranged.
  • a light entrance surface of a FLAE ⁇ che can be understood, in particular, which is provided so that light primarily enters her in the carrier.
  • the at least one light entry surface can be completely covered by at least one phosphor layer.
  • the opti ⁇ cal element may have one or more light entry surfaces.
  • the optical element may comprise one or more such carriers, for example in a stacked arrangement.
  • the phosphor layer may comprise one or more wavelengths ⁇ converting or wavelength-phosphors ⁇ .
  • a plurality of micro lens elements are optically downstream of the at least one phosphor layer, that is that light entering previously at least generated by the at least one Lichtein ⁇ tread surface in a phosphor layer or passed through it.
  • This optical element has the advantage that light entering through at least one light entry surface, which may be comparatively inhomogeneous in terms of its color distribution and / or brightness distribution, can be homogenized by the optically downstream microlens elements, namely with a diffused layer or Diffuser layer significantly reduced reflection.
  • This optical element thus enables effective light ⁇ homogenization at a high optical efficiency.
  • micro-lens elements are simple and ponderegüns ⁇ tig be produced, for example using a punch which acts on the carrier, as the quality requirements are very few in the lens quality.
  • the carrier may in particular consist of translucent plastic or glass.
  • Particularly suitable plastics are translucent thermoplastics.
  • the at least one luminous layer has at least two phosphors, which are distributed in a structured manner in respective phosphor subregions.
  • An areally structured distribution can comprise, in particular, that at least two phosphors are present in different, juxtaposed phosphor subregions of the phosphor layer. These two phosphors are therefore neither mixed nor stacked (stacked). Characterized mutual embedding ⁇ hnehimung is suppressed in the wavelength conversion, which allows a more accurate adjustment of a color location of a senimplantation by the Mikrolin- homogenized or mixed light.
  • the phosphor subregions are arranged in a regular pattern. This facilitates a later homogenization of the light emitted by the phosphor subregions by the micro lens elements.
  • the phosphor portions may be insbeson ⁇ particular arranged in a matrix pattern.
  • the phosphor subregions may in particular have a rectangular shape, in particular square, in plan view.
  • the phosphor subregions are present in a disordered arrangement, in particular with a substantially same local density. Due to this disorderly arrangement (for example similar to the so-called "dithering" when printing gray areas with black pigments), unintentional diffraction effects, which can occur on periodic structures, can be suppressed.
  • microlens elements form at least one microlens array that covers a cross section of the light beam, in essence, in particular ⁇ sondere substantially the entire surface is covered.
  • a light cross section may in particular be understood to mean a (gedach ⁇ te) surface of the carrier, through which all ⁇ liches light must run. By covering this light ⁇ cross-section is achieved that substantially all of the exiting from the optical element light is homogenized and that no significant non-homogenized areas. It is also an embodiment that the microlens elements are arranged in a regular pattern. This may further assist ei ⁇ ne homogeneous light distribution.
  • the specific pattern is like for example, include a linearly symmetrical or mirror ⁇ symmetrical arrangement of microlens elements. In particular, the pattern may comprise an array of microlens elements in a four-, six-, or eight-fold rotational symmetry.
  • an arrangement in a matrix pattern is possible.
  • any rotationally symmetrical arrangement may be used, for example, a five-fold Sym ⁇ geometry with differently shaped microlenses, etc.
  • the micro krolinsenmaschine may also be arranged in interleaved ( "twinned") regular patterns of different symmetry.
  • the microlens elements are present in a disordered arrangement, in particular with a substantially identical local density.
  • this disorderly arrangement for example similar to the so-called “dithering" when printing gray areas with black pigments
  • unintentional diffraction effects which can occur on periodic structures, can also be suppressed, in particular in conjunction with irregularly formed or arranged luminescent material subareas.
  • a center-to-center spacing of next adjacent microlens elements and a center-to-center spacing of next adjacent phosphor subregions have a ratio in a range of approximately [10: 1, 1:10], in particular in one region of about [4: 1, 1: 4], especially in a range of about [2: 1, 1: 2].
  • the center-to-center distance also called "pitch" in a range of [10: 1, 1:10], in particular, together with a close-packed array of microlenses (with which adjacent microlenses have no significant or only a small amount) have minimum gap distance from each other) that the Microlens elements and the phosphor portions have a dimension or size of the same order of magnitude. This prevents the microlenses from becoming so small in comparison to the phosphor subregions that they act as scatterers and then cause a significant backscatter.
  • center-to-center distance of next adjacent microlens elements is smaller than the center-to-center distance of next adjacent phosphor subregions, ei ⁇ ne effective light homogenization is possible.
  • microlens elements have a compact basic shape.
  • a compact basic form is understood in particular to mean a shape which is not considerably larger in one direction than in the other directions.
  • a compact basic form comprises no substantially eindimensio ⁇ nal extending basic form (for example, line shape).
  • Such a basic shape enables a highly uniform distribution of the microlens elements even with irregularly shaped light cross sections and consequently a particularly high degree of homogenization.
  • all microlens elements can have a compact basic shape.
  • the microlenses may in particular have a spherical-cap-like, in particular hemispherical, basic shape. This allows a particularly dense packing and angular homogeneous light emission.
  • the kugelkalottenudge basic form includes in particular a circular in plan view outer contour and a sector-shaped profile contour in profile.
  • the microlenses may alternatively have a circular cylindrical basic shape (for example with a circular outer contour and a substantially rectangular profile contour).
  • the microlenses are not ⁇ be limited to this type of outer contour and can also have an oval (in plan view) or at least three polygonal, in particular rectangular, in particular square outer contour, for example.
  • the microlens element may, for example, have a cuboid basic shape.
  • the outer contour may have a more than square contour.
  • the outer contour may in particular have a rotationally symmetrical shape, for example a hexagonal shape. It may also be different outer ⁇ contours are used, in particular for a Geographically symmetrical arrangement of the microlens elements.
  • the Au ⁇ rackontur may be a circular shape or an oval shape approximate polygon particular.
  • a significant light exit surface of the at least one microlens, from which light emerges mainly, may be formed in particular planar, concave or convex.
  • microlenses of different types can be used. These can form a regular pattern individually and / or together.
  • At least one, in particular ⁇ sondere several, of the microlens elements has a one-dimensionally extended basic shape.
  • the at least one-dimensionally extended microlenses ⁇ element may for example be an annular member.
  • a plurality of annular microlens elements may have differing ⁇ che diameter and arranged concentric with each other. The diameters may in particular have a uniform gradation.
  • the multiple annular micro- In particular, lens elements may form one or more Fresnel lenses.
  • the at least one one-dimensionally extended microlens element may alternatively or additionally be an at least substantially rectilinear element.
  • a plurality of annular micro krolinseniata particular may form one or more star-shaped ⁇ converging arrays.
  • the at least one one-dimensionally extended microlens element may alternatively or additionally be at least one free-form element.
  • microlens elements are arranged on a light exit surface and / or the light entry surface of the carrier.
  • the microlens elements can protrude with respect to the light exit surface and / or the light entry surface or can be formed as projections.
  • the microlens elements can consist of the same material as the carrier, which simplifies manufacture.
  • the microlens elements can consist of a different material (in particular having a greater refractive index than the rest of the carrier), which allows a particularly flexible optical effect.
  • the microlens elements may be integrally connected to the carrier. In the case of a different material, for example, by a two-component injection molding (Bi-In ection).
  • the microlens elements may be present as recesses in the light exit surface and / or the light entry surface.
  • the recesses may be empty or filled up, in particular be filled with a different material from the carrier.
  • a thickness of the support is at least one half of a center-center distance OUGbe ⁇ nachbarter phosphor portions.
  • the carrier may in particular be a plate-shaped carrier.
  • microlens elements are arranged within the carrier. These micro lens elements are thus surrounded completeness, ⁇ dig from the carrier.
  • the microlens elements may in particular have a spherical shape.
  • the cavities may in particular have a spherical, spheroidal, ellipsoidal or polygonal basic shape. In particular, the cavities can also have a barrel-like shape (drum lens or barrel lens).
  • a preferred filling is made in a material having a larger refractive index than that of the carrier.
  • a Fuel ⁇ development may also consist of one or more phosphors.
  • the object is also achieved by a lighting device comprising at least one semiconductor light source and at least one optical element connected downstream of the semiconductor light source, as described above.
  • This lighting device allows a radiation of a particularly homogeneous light.
  • At least one semiconductor light source emits light, the at least one phosphor layer and the ⁇ containing therein at least one phosphor is wellenexcellentnumthroughbar at least partially from the.
  • the at least one phosphor layer may include one or several ⁇ re phosphors, can convert one or more types of semiconductor light sources which emit light.
  • the at least one semiconductor light source ⁇ comprises at least one light emitting diode. If several LEDs are present, they can be lit in the same color or in different colors. A color can be monochrome (eg red, green, blue etc.) or multichrome (eg white).
  • the light emitted by the at least one light-emitting diode can also be an infrared light (IR LED) or an ultraviolet light (UV LED).
  • IR LED infrared light
  • UV LED ultraviolet light
  • Several light emitting diodes can produce a mixed light; eg a white mixed light.
  • the at least one light-emitting diode may contain at least one wavelength-converting phosphor (conversion LED).
  • the at least one light-emitting diode can be present in the form of at least one individually ge ⁇ ned LED or in the form of at least one LED chip. Several LED chips can be mounted on a common substrate ("submount").
  • the at least one light-emitting diode may be equipped with at least one own and / or ge ⁇ common optical system for beam guidance, for example, at least one Fresnel lens, collimator, and so on.
  • the at least one semiconductor light source may have, for example Minim ⁇ least one diode laser.
  • At least one semiconductor light source of the same type can be used, which emits in particular gleichar ⁇ term light (eg with the same peak wavelength and / or the same spectral bandwidth, etc.).
  • the emitted by the at least ei ⁇ NEN semiconductor light source can at least partially be converted ⁇ at least one other, in particular height ⁇ reindeer, or wavelength converted light.
  • An ⁇ part of the light, the at least one phosphor ⁇ layer can pass through unconverted or absorbed by the phosphor and re-emitted without a wavelength change again.
  • the light may be completely con ⁇ brutalized.
  • the resulting partially converted, partially unconverted light or, alternatively, completely converted light is homogenized by the plurality of microlens elements with only slight backscatter so that a mixed light having a substantially homogeneous (sum) color location and / or with a substantially homogeneous brightness can be generated behind the optical element is.
  • the light emitted by the at least one semiconductor light source can produce a mixed light with more than two color components.
  • ⁇ terlichtán blue light may be partially converted particular ⁇ means of a phosphor in yellow light with a Spit ⁇ zenwellenulate of 445 nm.
  • This light so that after the optical element is a from a blue color component and a yellow color component to ⁇ sammenmedes white mixed light results.
  • the light may be partially ⁇ ses converted into red light and green light in, for example, by means of two phosphors, so that there is behind the optical element is a composite of a blue, a green and a blue color component of white mixed light.
  • the at least one phosphor layer of the optical element thus serves here as a "remote phosphor" layer with respect to the at least one semiconductor light source.
  • the optical element can in particular represent a cover for the at least one semiconductor light source. It is an embodiment that the lighting device is a light box ("Light Box").
  • the lighting device can be a lamp, in particular a retrofit lamp, a module, a lamp or a lighting system.
  • the optical element can in particular represent a cover of the light box.
  • the inner sides of the light box may, in particular specular reflective, or, preferably a light homogenization, diffusely reflective out ⁇ be formed.
  • the at least one semiconductor light source ⁇ at a bottom of the light box, opposite to which a covered by the optical element opening.
  • Ele ⁇ elements may be provided with the same reference numerals for clarity.
  • Fig.l shows a sectional view in side view of an optical element according to a first embodiment
  • FIG. 3 shows a sectional side view of a further lighting device with an optical element according to a second embodiment
  • FIG. 4 shows a sectional side view of a further lighting device with an optical element according to a third embodiment
  • 5 shows in plan view the optical element according ei ⁇ ner of the first to third embodiments with a possible pattern of micro-lens elements
  • 6 shows a plan view of an optical element according ei ⁇ ner of the first to third guide from forms with a further possible patterns of Mikrolinsenele- elements
  • FIG. 7 shows a plan view of an optical element according ei ⁇ ner of the first to third guide from forms with yet another possible pattern of Mikrolin- senelernenten;
  • FIG. 8 shows a plan view of an optical element according to a fourth embodiment
  • FIG. 11 shows a plan view of an optical element according ei ⁇ ner seventh embodiment.
  • Fig.l shows a sectional view in side view of an optical element 1 according to a first embodiment.
  • the optical element 1 has a transparent carrier 2.
  • the carrier 2 is in the form of a disc or plate made of a transparent thermoplastic material.
  • An underside serving in this view as a light entry surface 3 is covered over its entire area by a structured phosphor layer 4.
  • ⁇ serving as the light exit surface 5 top are a large area, in particular at least substantially vollflä ⁇ chig, several microlens elements 6 arranged in a regular Mu ⁇ ster.
  • the phosphor layer 4 has a plurality of phosphor sub ⁇ areas 4a, 4b, which are arranged directly adjacent to each other in a regular pattern.
  • the phosphor part ⁇ portion 4a has a first phosphor which an irradiated on him primary light of a first (peak) - wavelength at least partially in a first wavelength ⁇ converted secondary light of a second (top) -Wellen- length can convert.
  • the phosphor portion 4b includes a second phosphor, wherein the at him into ⁇ irradiated primary light of the first (top) partially in a second wavelength-converted seconds kundärlicht a third (peak) wavelength can convert -Wellenplain at ⁇ least.
  • dm 1: 2 on.
  • twice as many microlens elements 6 as fluorescent subregions 4a, 4b are present in a spread direction (in this case horizontal) of the field of the microlens elements 6 and of the phosphor layer 4.
  • a thickness h of the carrier 2 (here in a direction perpendicular to a longitudinal axis L) amounts to at least half of the center-to-center distance dl of next adjacent phosphor subregions 4a, 4b.
  • the microlens elements 6 here have a uniform, com ⁇ pact basic form. This basic form corresponds in particular to a spherical cap shape (spherical section). Immediately notify showed microlens elements 6 ( "nearest neighbors") hit ⁇ at each other. The free surface of the microlens elements 6 corresponds to a respective convex surface.
  • the microlens elements 6 are formed as projections of the carrier 2, made of the same material and in particular with the carrier 2 in one piece.
  • the micro lens elements 6 may for example, as a part of the carrier 2 by means of ei ⁇ nes injection molding process are prepared, or by using a punch, etc.
  • the lighting device 7 illustrates a light box, which has a box-shaped housing 8 with (here) an opening 9.
  • An inner side 10 of the Ge ⁇ koruses 8 is formed specularly or diffusely reflective.
  • the opening 9 is covered by the optical element 1.
  • the optical element 1 thus serves as a cover for the housing 8.
  • the optical element 1 is thus the optical LEDs 12 optically connected downstream.
  • the LEDs 12 radiate their primary light partly di ⁇ rectly, partly indirectly to the inner side 10 reflects on the optical element 1.
  • the phosphor portions 4a, 4b then at least partially wavelength-converted and partially non-wavelength-converted light in the carrier 2, and indeed inhomogeneous color according to the spatial Lie (horizontal) pattern of their arrangement.
  • the light After passing through the carrier 2, the light passes through the field ("array") of the microlens elements 6 and is thus highly homogenized behind the microlens elements 6, at least at a small distance, and therefore practically in the near field. Reflection at the microlens elements 6 back into the (remaining) carrier 2 is negligible.
  • a Light efficiency of the lighting device 7 is therefore very high.
  • Microlens elements 15 are formed similarly to the microlens elements 6, e.g. with respect to a lateral extent, etc., but are now formed as concave recesses in the serving as a light exit surface 5 top of the support 16.
  • Fig. Shows, as a sectional side view of a white ⁇ tere lighting device 17 with an optical element 18 according to a third disclosed embodiment.
  • Spherical microlens elements 19 are now disposed within the carrier 20 and may be filled with a material which has a higher refractive index than the thermoplastic material of the substrate 20.
  • a diameter of the microlens elements 19 is about half as large as the instantli ⁇ che extent wl of the fluorescent Subareas 4a, 4b.
  • FIG. 5 shows in plan view the optical element 1, 4, 18 according to one of the first to third embodiments with a possible pattern of microlens elements 6, 15 and 19, respectively.
  • the carrier 2, 16 or 20 has a plan view (against the direction of the longitudinal axis) circular outer contour A.
  • the microlens elements 6, 15 and 19 are arranged in a matrix pattern, which covers the carrier 2, 16 and 20 substantially (except for virtually negligible edge-side gaps). These microlens elements 6, 15 and 19 thus have a fourfold rotational symmetry.
  • the phosphor subregions 4a, 4b of the phosphor layer 4 may in particular also be arranged in a matrix pattern.
  • the phosphor subregions 4a, 4b can in particular each have a square surface in plan view, which corresponds to an area of four microlens elements 6, 15 and 19 arranged in a 2x2 matrix (partial) pattern.
  • microlens elements which completely cover the area between them.
  • these microlens elements may have a square outer contour in plan view and a spherical or spheroidal basic shape in profile.
  • microlens elements 6, 15 and 19 are now arranged in a pattern of a six-fold rotational symmetry, in particular in a hexagonal, centrally filled pattern as a unit cell.
  • the phosphor subregions 4a, 4b of the phosphor layer 4 may in particular also be arranged in a sixfold rotational symmetry pattern.
  • the phosphor portions 4a, 4b may, in particular in each case a hexagonal in plan view area have which an area of seven in the unit cell arranged Mikrolinsenele ⁇ elements 6, 15 and 19 corresponds.
  • microlens elements can also be used which completely cover the area between them.
  • these microlens elements may have a hexagonal outer contour in plan view and may have a spherical or spheroidal basic shape in profile.
  • FIG. 7 shows a plan view of an optical element 1, 4, 18 ge ⁇ Gurss one of the first to third guide from forms with even Another possible pattern of microlens elements 6, 15 and 19.
  • the microlens elements 6, 15 and 19 are arranged here in the form of rings lying concentrically around the longitudinal axis.
  • FIG. 8 shows a plan view of an optical element 21 according ei ⁇ ner fourth disclosed embodiment.
  • This optical element 21 now does not compact micro lens elements, but a plurality of microlens elements 22 with a one-dimensionally expanded basic shape.
  • the microlens elements 22 are rectilinearly stretched ⁇ and extend from the outer contour A of the carrier 23 in a star shape in its center.
  • This optical element 21 also has microlens elements 25 with a one-dimensionally extended basic shape.
  • the microlens elements 25 are, however, now designed annularly and form a group of rings concentric to the center of the carrier 26 and radially equidistant from each other.
  • the annular microlens elements 25 may form a Fresnel pattern or functionally correspond to a Fresnel lens.
  • a single, spiral microlens element may also be used.
  • FIG. 10 shows a plan view of an optical element 27 according ei ⁇ ner sixth disclosed embodiment.
  • This optical element 27 has further microlens elements 28, 29 with a non-rotationally symmetric one-dimensionally extended basic shape, for example, letters, numbers and / or symbols representing.
  • the size and local density of the micro ⁇ lens elements 28 on the carrier 30 is variable and may also have a plurality of such microlens elements 28, 29 in a symmetri ⁇ basic pattern.
  • 11 shows a plan view of an optical element 31 according ei ⁇ ner seventh disclosed embodiment.
  • the optical element 31 comprises a carrier 32 similar to one of the supports 2, 16 or 20.
  • microlens elements 33 are similar to the microlens elements 6, 15 and 19 attached.
  • the microlens elements 33 are no longer in a regular pattern. As a result, diffraction effects that can occur on periodic structures can be avoided. In order to achieve a homogeneous light distribution, the microlens elements 33 are arranged with a substantially same local density.
  • the phosphor subregions may also be present in a non-regular arrangement, in particular with a substantially identical local density.
  • the microlens elements 33 continue to cover the carrier 32 essentially over the whole area.
  • microlens elements other than those shown are possible, e.g. rectangular or oblique grid pattern.
  • microlens elements present in the support together with other microlens elements present on a light exit surface.
  • microlens elements In general, the same or different microlens elements can be used.
  • microlens elements can be arranged on the light entry surface and, for example, directly be covered by the phosphor layer.
  • microlens elements for example, Kings ⁇ NEN on both the light entry surface and on the light ⁇ exit surface arranged microlens elements, in particular spherical cap-shaped microlens elements, a double layer education to, for example, to produce a "fly's eye” structure ( "Fly's Eye”).
  • any desired number of layers of microlens elements or fields thereof, in particular arranged parallel to one another can be used.
  • more than two phosphors can be used, especially in a phosphor layer insbesonde ⁇ re in different fluorescent subregions.
  • the LED UV light can be radiating Leuchtdi ⁇ oden, which three phosphors for full environmental conversion of UV light are followed, especially in light of red, green and blue colors.
  • the outer contour may have a different shape on ⁇ , for example oval, or square.

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Abstract

Das optische Element (1) weist mindestens einen lichtdurchlässigen Träger (2) auf, wobei mindestens eine Lichteintrittsfläche (3) des Trägers (2) von mindestens einer Leuchtstoffschicht (4, 4a, 4b) bedeckt ist und wobei an dem Träger (2) mehrere Mikrolinsenelemente (6) angeordnet sind. Die Leuchtvorrichtung (7) weist mindestens eine Halbleiterlichtquelle (12) und mindestens ein mindestens einer der Halbleiterlichtquellen (12) nachgeschaltetes optisches Element (1) auf.

Description

Beschreibung
Optisches Element und Leuchtvorrichtung Die Erfindung betrifft ein optisches Element mit einem licht¬ durchlässigen Träger, wobei mindestens eine Lichteintritts¬ fläche des Trägers von mindestens einer LeuchtstoffSchicht bedeckt ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Leuchtvor¬ richtung mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle und ein mindestens einer der Halbleiterlichtquelle (n) nachgeschaltetes optisches Element.
Es ist ein LED-Modul bekannt, welches mehrere Leuchtdioden (LEDs) aufweist, wobei die Leuchtdioden von einer mehrere Leuchtstoffe enthaltenden, beabstandeten Abdeckung überdeckt sind. Die Abdeckung weist einen plattenförmigen lichtdurchlässigen Träger auf, welche an einer ersten Seite zuerst von einer Streuschicht oder Diffusorschicht und folgend von einer strukturierten LeuchtstoffSchicht bedeckt ist. Die erste Sei- te ist den Leuchtdioden zugewandt und stellt somit eine Lichteintrittsfläche dar. Die strukurierte LeuchtstoffSchicht weist nebeneinander angrenzend angeordnete Leuchtstoff- Teilbereiche auf, wobei jeder der Leuchtstoff-Teilbereiche genau einen Leuchtstoff aufweist. Bei einer Beleuchtung der strukturierten LeuchtstoffSchicht mittels der Leuchtdioden werden die Leuchtstoff-Teilbereiche beleuchtet und strahlen meist teilweise konvertiertes und teilweise nicht- konvertiertes Licht ab. Eine Konversionswellenlänge des kon¬ vertierten oder wellenlängenumgewandelten Lichts ist von dem Leuchtstoff des Leuchtstoff-Teilbereichs abhängig. Folglich strahlt die LeuchtstoffSchicht farblich inhomogen Licht ab, und zwar entsprechend der Strukturierung der Leuchtstoff¬ schicht. Zur Homogenisierung des von der strukturierten Leuchtstoffschicht in Richtung des Trägers abgestrahlten Lichts dient die Diffusorschicht , so dass durch die Lichtein¬ trittsfläche in den Träger eintretendes Licht homogenisiert ist und als dreifarbiges Mischlicht vorliegt. Das Mischlicht weist einen Anteil des nicht-konvertierten, primären Lichts der Leuchtdioden, einen Anteil des durch die einen Leuchtstoff-Teilbereiche konvertierten Lichts einer ersten Konversionswellenlänge und einen Anteil des durch die anderen Leuchtstoff-Teilbereiche konvertierten Lichts einer zweiten Konversionswellenlänge auf. Bei diesem LED-Modul ist es nachteilig, dass die Diffusorschicht eine hochgradige Rück- streuung des auf sie von der LeuchtstoffSchicht einfallenden Lichts aufweist und das LED-Modul folglich eine geringe Lichteffizienz .
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Möglichkeit zur Homogenisierung von Licht einer Halbleiterleuchtvorrichtung mit einer hohen Lichteffizienz bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Aus führungs formen sind insbesonde¬ re den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element, aufwei¬ send mindestens einen lichtdurchlässigen Träger, wobei mindestens eine Lichteintrittsfläche des Trägers von mindestens einer LeuchtstoffSchicht bedeckt ist und wobei an dem Träger mehrere Mikrolinsenelemente angeordnet sind.
Unter einer Lichteintrittsfläche kann insbesondere eine Flä¬ che verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, dass Licht an ihr hauptsächlich in den Träger eintritt. Insbesondere kann die mindestens eine Lichteintrittsfläche vollständig von mindestens einer LeuchtstoffSchicht bedeckt sein. Das opti¬ sche Element kann eine oder mehrere Lichteintrittsflächen aufweisen .
Das optische Element kann einen oder mehrere solcher Träger aufweisen, beispielsweise in einer gestapelten Anordnung. Die LeuchtstoffSchicht kann einen oder mehrere wellenlängen¬ umwandelnde oder wellenlängenkonvertierende Leuchtstoffe auf¬ weisen.
Die an dem Träger angeordneten mehreren Mikrolinsenelemente befinden sich optisch hinter der mindestens einen Leuchtstoffschicht , d.h., dass durch die mindestens eine Lichtein¬ trittsfläche eintretendes Licht zuvor in der mindestens einen Leuchtstoffschicht erzeugt oder durch diese hindurchgelaufen ist .
Dieses optische Element weist den Vorteil auf, dass durch die mindestens eine Lichteintrittsfläche eintretendes Licht, wel- ches bezüglich seiner Farbverteilung und/oder Helligkeitsverteilung vergleichsweise inhomogen sein kann, durch die optisch nachgeschalteten Mikrolinsenelemente homogenisierbar ist, und zwar mit einer im Vergleich zu einer Streuschicht oder Diffusorschicht erheblich verringerten Rückstrahlung. Dieses optische Element ermöglicht also eine effektive Licht¬ homogenisierung bei einer gleichzeitig hohen optischen Effizienz. Zudem sind Mikrolinsenelemente einfach und kostengüns¬ tig herstellbar, z.B. unter Verwendung eines Stempels, welcher auf den Träger wirkt, da die Qualitätsanforderungen an die Linsenqualität sehr gering sind.
Der Träger kann insbesondere aus lichtdurchlässigem Kunststoff oder Glas bestehen. Als Kunststoffe kommen insbesondere lichtdurchlässige thermoplastische Kunststoffe in Betracht.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Leucht¬ stoffschicht mindestens zwei Leuchtstoffe aufweist, welche flächig in jeweiligen Leuchtstoff-Teilbereichen strukturiert verteilt sind. Eine flächig strukturierte Verteilung kann insbesondere umfassen, dass mindestens zwei Leuchtstoffe in unterschiedlichen, nebeneinander angeordneten Leuchtstoff- Teilbereichen der Leuchtstoffschicht vorhanden sind. Diese zwei Leuchtstoffe sind also weder gemischt noch übereinander (gestapelt) angeordnet. Dadurch wird eine gegenseitige Beein¬ flussung bei der Wellenlängenumwandlung unterdrückt, was eine genauere Einstellung eines Farborts eines durch die Mikrolin- senelemente homogenisierten bzw. gemischten Lichts ermöglicht .
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtstoff- Teilbereiche in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind. Dies erleichtert eine spätere Homogenisierung des von den Leuchtstoff-Teilbereichen abgegebenen Lichts durch die Mikro- linsenelemente . Die Leuchtstoff-Teilbereiche können insbeson¬ dere in einem Matrixmuster angeordnet sein. Die Leuchtstoff- Teilbereiche können insbesondere eine in Draufsicht recht- eckige, insbesondere quadratische, Grundform aufweisen.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Leuchtstoff- Teilbereiche in einer ungeordneten Anordnung vorliegen, insbesondere mit einer im Wesentlichen gleichen lokalen Dichte. Durch diese unordentliche Anordnung (beispielsweise ähnlich zum sog. "Dithering" beim Drucken von grauen Flächen mit schwarzen Pigmenten) können unbeabsichtigte Beugungseffekte, die an periodischen Strukturen auftreten können, unterdrückt werden .
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Mikrolinsen- elemente mindestens ein Mikrolinsenfeld bilden, welches einen Lichtquerschnitt des Trägers im Wesentlichen bedeckt, insbe¬ sondere im Wesentlichen vollflächig bedeckt.
Unter einem Lichtquerschnitt kann insbesondere eine (gedach¬ te) Fläche des Trägers verstanden werden, durch welche sämt¬ liches Licht laufen muss. Durch die Bedeckung dieses Licht¬ querschnitts wird erreicht, dass im Wesentlichen das ganze aus dem optischen Element austretende Licht homogenisiert ist und keine signifikanten nicht-homogenisierten Bereiche verbleiben . Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Mikrolinsenelemen- te in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind. Dies mag ei¬ ne homogene Lichtverteilung noch weiter unterstützen. Das Mu- ster mag beispielsweise eine linearsymmetrische oder spiegel¬ symmetrische Anordnung von Mikrolinsenelementen umfassen. Das Muster mag insbesondere eine Anordnung von Mikrolinsenelementen in einer vier-, sechs- oder acht-zähligen Drehsymmetrie umfassen. Insbesondere ist eine Anordnung in einem Matrixmus- ter möglich. Jedoch kann jegliche drehsymmetrische Anordnung verwendet werden, beispielsweise auch eine fünf-zählige Sym¬ metrie mit unterschiedlich geformten Mikrolinsen usw. Die Mi- krolinsenelemente können auch in verschränkten ("twinned") regelmäßigen Mustern unterschiedlicher Symmetrie angeordnet sein.
In einer alternativen Ausgestaltung liegen die Mikrolinsen- elemente in einer ungeordneten Anordnung vor, insbesondere mit einer im Wesentlichen gleichen lokalen Dichte. Durch die- se unordentliche Anordnung (beispielsweise ähnlich zum sog. "Dithering" beim Drucken von grauen Flächen mit schwarzen Pigmenten) können ebenfalls unbeabsichtigte Beugungseffekte, die an periodischen Strukturen auftreten können, unterdrückt werden, insbesondere im Zusammenspiel mit unregelmäßig ausge- bildeten oder angeordneten Leuchtstoff-Teilbereichen.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass ein Mitte-Mitte-Abstand nächstbenachbarter Mikrolinsenelemente und ein Mitte-Mitte- Abstand nächstbenachbarter Leuchtstoff-Teilbereiche ein Ver- hältnis in einem Bereich von ca. [10:1, 1:10], insbesondere in einem Bereich von ca. [4:1, 1:4], insbesondere in einem Bereich von ca. [2:1, 1:2], aufweist. Der Mitte-Mitte-Abstand (auch "Pitch" oder Pitch-Abstand genannt) in einem Bereich [10:1, 1:10] ermöglicht, insbesondere zusammen mit einer dichtgepackten Anordnung der Mikrolinsen (bei welcher benachbarte Mikrolinsen keinen signifikanten oder einen nur geringen minimalen Spaltabstand zueinander aufweisen) , dass die Mikrolinsenelemente und die Leuchtstoff-Teilbereiche eine Ausdehnung oder Größe in der gleichen Größenordnung aufweisen. Dadurch wird verhindert, dass die Mikrolinsen im Vergleich zu den Leuchtstoff-Teilbereichen so klein werden, dass sie als Streuer wirken und dann eine signifikante Rückstreu- ung bewirken.
Insbesondere, falls der Mitte-Mitte-Abstand nächstbenachbar¬ ter Mikrolinsenelemente kleiner ist als der Mitte-Mitte- Abstand nächstbenachbarter Leuchtstoff-Teilbereiche, wird ei¬ ne effektive Lichthomogenisierung ermöglicht. Dies entspricht der Ausgestaltung, dass ein Mitte-Mitte-Abstand nächstbenachbarter Mikrolinsenelemente und ein Mitte-Mitte-Abstand nächstbenachbarter Leuchtstoff-Teilbereiche ein Verhältnis in einem Bereich von ca. ]1:1, 1:10], insbesondere in einem Be¬ reich von ca. ]1:1, 1:4], insbesondere in einem Bereich von ca. ]1:1, 1:2], aufweist.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass zumindest einige der Mikrolinsenelemente eine kompakte Grundform aufweisen.
Unter einer kompakten Grundform wird insbesondere eine Form verstanden, welche nicht in einer Richtung erheblich größer ist als in den anderen Richtungen. Eine kompakte Grundform umfasst insbesondere keine sich im Wesentlichen eindimensio¬ nal erstreckende Grundform (z.B. Linienform) . Eine solche Grundform ermöglicht eine hochgradig gleichmäßige Verteilung der Mikrolinsenelemente auch bei unregelmäßig geformten Lichtquerschnitten und folglich einen besonders hohen Homoge- nisierungsgrad . Insbesondere können alle Mikrolinsenelemente eine kompakte Grundform aufweisen.
Die Mikrolinsen können insbesondere eine kugelkalottenartige, insbesondere halbkugelartige, Grundform aufweisen. Dies er- möglicht eine besonders dichte Packung und winkelhomogene Lichtabstrahlung . Die kugelkalottenartige Grundform umfasst insbesondere eine in Draufsicht kreisförmige Außenkontur und eine im Profil kreissektorförmige Profilkontur. Die Mikrolin- sen können alternativ eine kreiszylinderförmige Grundform (beispielsweise mit einer kreisförmigen Außenkontur und einer im Wesentlichen rechteckigen Profilkontur) aufweisen. Jedoch sind die Mikrolinsen nicht auf diese Art von Außenkontur be¬ schränkt und können z.B. auch eine (in Draufsicht) ovale oder mindestens dreieckige, insbesondere rechteckige, insbesondere quadratische Außenkontur aufweisen. Bei einer quadratischen Außenkontur mag das Mikrolinsenelement beispielsweise eine quaderförmige Grundform aufweisen. Auch mag die Außenkontur eine mehr als viereckige Kontur aufweisen. Die Außenkontur mag insbesondere eine drehsymmetrische Form aufweisen, z.B. eine sechseckige Form. Es mögen auch unterschiedliche Außen¬ konturen verwendet werden, insbesondere für eine fünfzählig drehsymmetrische Anordnung der Mikrolinsenelemente . Die Au¬ ßenkontur mag insbesondere ein eine Kreisform oder eine ovale Form annähernder Polygonzug sein.
Eine maßgebliche Lichtaustrittsfläche der mindestens einen Mikrolinse, aus welcher Licht hauptsächlich austritt, mag insbesondere eben, konkav oder konvex ausgebildet sein.
Auch können Mikrolinsen unterschiedlicher Art verwendet werden. Diese können einzeln und/oder zusammen ein regelmäßiges Muster bilden.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass zumindest eines, insbe¬ sondere mehrere, der Mikrolinsenelemente eine eindimensional ausgedehnte Grundform aufweist.
Das mindestens eine eindimensional ausgedehnte Mikrolinsen¬ element kann beispielsweise ein ringförmiges Element sein. Mehrere ringförmige Mikrolinsenelemente mögen unterschiedli¬ che Durchmesser aufweisen und zueinander konzentrisch angeordnet sein. Die Durchmesser mögen insbesondere eine gleichmäßige Abstufung aufweisen. Die mehreren ringförmigen Mikro- linsenelemente mögen insbesondere eine oder mehrere Fresnel- Linsen bilden.
Das mindestens eine eindimensional ausgedehnte Mikrolinsen- element kann alternativ oder zusätzlich ein zumindest im Wesentlichen geradliniges Element sein. Mehrere ringförmige Mi- krolinsenelemente mögen insbesondere eine oder mehrere stern¬ förmig zusammenlaufende Anordnungen bilden. Das mindestens eine eindimensional ausgedehnte Mikrolinsen- element kann alternativ oder zusätzlich zumindest ein Freiform-Element sein.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass zumindest einige der Mikrolinsenelemente an einer Lichtaustrittsfläche und/oder der Lichteintrittsfläche des Trägers angeordnet sind .
Dabei können die Mikrolinsenelemente bezüglich der Lichtaus- trittsfläche und/oder der Lichteintrittsfläche vorspringen oder als Vorsprünge ausgebildet sein. Die Mikrolinsenelemente können insbesondere aus dem gleichen Material bestehen wie der Träger, was eine Herstellung vereinfacht. Alternativ können die Mikrolinsenelemente aus einem unterschiedlichen Mate- rial (insbesondere mit einem größeren Brechungsindex als dem des restlichen Trägers) bestehen, was eine besonders flexible optische Wirkung ermöglicht. Die Mikrolinsenelemente können einstückig mit dem Träger verbunden sein. Im Fall eines unterschiedlichen Materials beispielsweise durch einen Zwei- Komponenten-Spritzguss (Bi-In ektion) .
Alternativ könnend die Mikrolinsenelemente als Rücksprünge in der Lichtaustrittsoberfläche und/oder der Lichteintrittsoberfläche vorliegen. Die Rücksprünge können leer sein oder auf- gefüllt sein, insbesondere mit einem von dem Träger unterschiedlichen Material aufgefüllt sein. Es ist auch eine Ausgestaltung, dass eine Dicke des Trägers mindestens einer Hälfte eines Mitte-Mitte-Abstands nächstbe¬ nachbarter Leuchtstoff-Teilbereiche beträgt. Der Träger mag insbesondere ein plattenförmiger Träger sein.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass zumindest einige der Mikrolinsenelemente innerhalb des Trägers angeordnet sind. Diese Mikrolinsenelemente sind also von dem Träger vollstän¬ dig umgeben. Die Mikrolinsenelemente können insbesondere eine Kugelform aufweisen. Die Hohlräume können insbesondere eine sphärische, sphäroide, ellipsoide oder vieleckige Grundform aufweisen. Insbesondere können die Hohlräume auch eine fass- artige Form aufweisen ("drum lens" oder "barrel lens") .
Die innerhalb des Trägers angeordneten Mikrolinsenelemente können insbesondere als leere oder gefüllte Hohlräume vorlie¬ gen. Eine bevorzugte Füllung besteht in einem Material mit einem größeren Brechungsindex als dem des Trägers. Eine Fül¬ lung mag auch aus einem oder mehreren Leuchtstoffen bestehen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle und mindes- tens ein der Halbleiterlichtquelle nachgeschaltetes optisches Element wie oben beschrieben. Diese Leuchtvorrichtung ermöglicht eine Abstrahlung eines besonders homogenen Lichts.
Mindestens eine Halbleiterlichtquelle strahlt Licht aus, das zumindest teilweise von der mindestens einen Leuchtstoff¬ schicht bzw. dem darin enthaltenden mindestens einen Leuchtstoff wellenlängenumwandelbar ist.
Die mindestens eine LeuchtstoffSchicht kann einen oder mehre¬ re Leuchtstoffe aufweisen, welche Licht einer oder mehrerer Arten von Halbleiterlichtquellen umwandeln können. Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Halbleiterlicht¬ quelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z.B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED) . Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln ge¬ nausten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder ge¬ meinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. An¬ stelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs ) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindes¬ tens einen Diodenlaser aufweisen.
Insbesondere kann mindestens eine Halbleiterlichtquelle der gleichen Art verwendet werden, welche insbesondere gleichar¬ tiges Licht (z.B. mit gleicher Spitzenwellenlänge und/oder gleicher spektraler Bandbreite usw.) abstrahlt. Zusammen mit mindestens einem Leuchtstoff kann das von der mindestens ei¬ nen Halbleiterlichtquelle abgestrahlte Licht mindestens teil¬ weise in Licht mindestens einer anderen, insbesondere höhe¬ ren, Wellenlänge umgewandelt oder konvertiert werden. Ein an¬ derer Teil des Lichts kann die mindestens eine Leuchtstoff¬ schicht unkonvertiert durchlaufen bzw. von dem Leuchtstoff absorbiert und ohne eine Wellenlängenänderung wieder reemittiert werden. Alternativ mag das Licht vollständig kon¬ vertiert werden. Das sich ergebende teilweise konvertierte, teilweise unkonvertierte Licht oder alternativ vollständig konvertierte Licht wird durch die mehreren Mikrolinsenelemen- te mit einer nur geringen Rückstreuung homogenisiert, so dass hinter dem optischen Element ein Mischlicht mit einem im Wesentlichen homogenen ( Summen- ) Farbort und/oder mit einer im Wesentlichen homogenen Helligkeit erzeugbar ist.
Zusammen mit mehreren Leuchtstoffen kann das von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle abgestrahlte Licht ein Mischlicht mit mehr als zwei Farbkomponenten erzeugen.
Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Halblei¬ terlichtquelle blaues Licht abstrahlt, z.B. mit einer Spit¬ zenwellenlänge von 445 nm. Dieses Licht mag insbesondere mit¬ tels eines Leuchtstoffs teilweise in gelbes Licht umgewandelt werden, so dass sich hinter dem optischen Element ein aus einer blauen Farbkomponente und einer gelben Farbkomponente zu¬ sammengesetztes weißes Mischlicht ergibt. Alternativ mag die¬ ses Licht z.B. mittels zweier Leuchtstoffe in rotes Licht bzw. in grünes Licht teilumgewandelt werden, so dass sich hinter dem optischen Element ein aus einer blauen, einer grünen und einer blauen Farbkomponente zusammengesetztes weißes Mischlicht ergibt.
Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Halblei¬ terlichtquelle UV-Licht abstrahlt, welches durch mindestens zwei Leuchtstoffe der LeuchtstoffSchicht vollständig in min¬ destens zwei Farbkomponenten im sichtbaren Lichtspektrum umwandelbar ist.
Die mindestens eine LeuchtstoffSchicht des optischen Elements dient also hier als eine "Remote-Phosphor"-Schicht in Bezug auf die mindestens eine Halbleiterlichtquelle.
Das optische Element kann insbesondere eine Abdeckung für die mindestens eine Halbleiterlichtquelle darstellen. Es ist eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung ein Lichtkasten ("Light Box") ist.
Ganz allgemein kann die Leuchtvorrichtung eine Lampe, insbesondere Retrofitlampe, ein Modul, eine Leuchte oder ein Leuchtensystem sein.
Das optische Element kann insbesondere eine Abdeckung des Lichtkastens darstellen. Die Innenseiten des Lichtkastens können insbesondere spekular reflektierend oder, für eine Lichthomogenisierung bevorzugt, diffus reflektierend ausge¬ bildet sein. Insbesondere mag die mindestens eine Halbleiter¬ lichtquelle an einem Boden des Lichtkastens angeordnet sein, welcher einer durch das optische Element abgedeckten Öffnung gegenüberliegt .
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Ele¬ mente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein optisches Element gemäß einer ersten Ausführungs- form;
Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
Leuchtvorrichtung mit dem optischen Element gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig.3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine weitere Leuchtvorrichtung mit einem optischen Element gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig.4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine weitere Leuchtvorrichtung mit einem optischen Element gemäß einer dritten Ausführungsform;
Fig.5 zeigt in Draufsicht das optische Element gemäß ei¬ ner der ersten bis dritten Ausführungsformen mit einem möglichen Muster von Mikrolinsenelementen; Fig.6 zeigt in Draufsicht ein optisches Element gemäß ei¬ ner der ersten bis dritten Aus führungs formen mit einem weiteren möglichen Muster von Mikrolinsenele- menten;
Fig.7 zeigt in Draufsicht ein optisches Element gemäß ei¬ ner der ersten bis dritten Aus führungs formen mit noch einem weiteren möglichen Muster von Mikrolin- senelernenten;
Fig.8 zeigt in Draufsicht ein optisches Element gemäß ei- ner vierten Ausführungsform;
Fig.9 zeigt in Draufsicht ein optisches Element gemäß ei¬ ner fünften Ausführungsform;
Fig.10 zeigt in Draufsicht ein optisches Element gemäß ei¬ ner sechsten Ausführungsform; und
Fig.11 zeigt in Draufsicht ein optisches Element gemäß ei¬ ner siebten Ausführungsform.
Fig.l zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein optisches Element 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das opti- sehe Element 1 weist einen lichtdurchlässigen Träger 2 auf. Der Träger 2 liegt in Form einer Scheibe oder Platte aus einem transparenten thermoplastischen Kunststoff vor. Eine in dieser Ansicht als Lichteintrittsfläche 3 dienende Unterseite ist vollflächig von einer strukturierten LeuchtstoffSchicht 4 bedeckt. An der der Lichteintrittsfläche 3 gegenüberliegen¬ den, als Lichtaustrittsfläche 5 dienenden Oberseite sind großflächig, insbesondere zumindest im Wesentlichen vollflä¬ chig, mehrere Mikrolinsenelemente 6 in einem regelmäßigen Mu¬ ster angeordnet.
Die Leuchtstoffschicht 4 weist mehrere Leuchtstoff-Teil¬ bereiche 4a, 4b auf, die in einem regelmäßigen Muster direkt aneinandergrenzend angeordnet sind. Der Leuchtstoff-Teil¬ bereich 4a weist einen ersten Leuchtstoff auf, welcher ein auf ihn eingestrahltes Primärlicht einer ersten (Spitzen) - Wellenlänge zumindest teilweise in ein erstes, wellenlängen¬ umgewandeltes Sekundärlicht einer zweiten ( Spitzen) -Wellen- länge umwandeln kann. Der Leuchtstoff-Teilbereich 4b weist einen zweiten Leuchtstoff auf, welcher das auf ihn einge¬ strahlte Primärlicht der ersten ( Spitzen) -Wellenlänge zumin¬ dest teilweise in ein zweites, wellenlängenumgewandeltes Se- kundärlicht einer dritten ( Spitzen) -Wellenlänge umwandeln kann .
Um eine Rückstrahlung sehr gering zu halten und gleichzeitig eine gute Lichthomogenisierung zu ermöglichen, weist ein Mit- te-Mitte-Abstand ( "Pitch-Abstand" ) dm nächstbenachbarter Mik- rolinsenelemente 6 und ein Mitte-Mitte-Abstand ("Pitch- Abstand") dl nächstbenachbarter Leuchtstoff-Teilbereiche 4a, 4b ein besonders bevorzugtes Verhältnis von dm: dl = 1:2 auf. In anderen Worten sind in einer (hier horizontalen) Ausbrei- tungsrichtung des Felds der Mikrolinsenelemente 6 und der Leuchtstoffschicht 4 doppelt so viele Mikrolinsenelemente 6 wie Leuchtstoff-Teilbereiche 4a, 4b vorhanden. Da sowohl die Mikrolinsenelemente 6 als auch die Leuchtstoff-Teilbereiche 4a, 4b die Lichtaustrittsfläche 5 bzw. die Lichteintrittsflä- che 3 dichtgepackt (mit einem nur vernachlässigbar kleinen Spalt oder ohne Spalt zwischen benachbarten Elementen) bedecken, ist eine seitliche (hier horizontale) Ausdehnung wm der Mikrolinsenelemente 6 mindestens in etwa halb so groß wie ei¬ ne seitliche Ausdehnung wl der Leuchtstoff-Teilbereiche 4a, 4b.
Ferner beträgt eine Dicke h des Trägers 2 (hier in einer Richtung senkrecht zu einer Längsachse L) mindestens die Hälfte des Mitte-Mitte-Abstands dl nächstbenachbarter Leucht- stoff-Teilbereiche 4a, 4b.
Die Mikrolinsenelemente 6 weisen hier eine einheitliche, kom¬ pakte Grundform auf. Diese Grundform entspricht insbesondere einer Kugelkalottenform (Kugelschnitt) . Unmittelbar benach- barte Mikrolinsenelemente 6 ("nächste Nachbarn") stoßen an¬ einander an. Die freie Oberfläche der Mikrolinsenelemente 6 entspricht einer jeweiligen konvexen Oberfläche. Die Mikrolinsenelemente 6 sind als Vorsprünge des Trägers 2 ausgebildet, aus dem gleichen Material und insbesondere mit dem Träger 2 einstückig verbunden. Die Mikrolinsenelemente 6 können beispielsweise als ein Teil des Trägers 2 mittels ei¬ nes Spritzgussverfahrens hergestellt werden, oder auch unter Verwendung eines Stempels usw.
Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 7 mit dem optischen Element 1 gemäß der ersten Aus führungs form. Die Leuchtvorrichtung 7 stellt einen Lichtkasten dar, welcher ein kastenförmiges Gehäuse 8 mit (hier) einer Öffnung 9 aufweist. Eine Innenseite 10 des Ge¬ häuses 8 ist spekular oder diffus reflektierend ausgebildet. Die Öffnung 9 ist von dem optischen Element 1 abgedeckt. Das optische Element 1 dient folglich als eine Abdeckung für das Gehäuse 8. An einem der Öffnung 9 gegenüberliegenden Boden 11 des Gehäuses 8 sind mehrere Halbleiterlichtquellen in Form von (hier gleichartigen) Leuchtdioden 12, z.B. blauen Leucht- dioden, angeordnet. Das optische Element 1 ist also den Leuchtdioden 12 optisch nachgeschaltet.
Die Leuchtdioden 12 strahlen ihr Primärlicht teilweise di¬ rekt, teilweise indirekt an der Innenseite 10 reflektiert auf das optische Element 1. Dabei treffen sie zuerst auf die Leuchtstoffschicht 4, deren Leuchtstoff-Teilbereiche 4a, 4b daraufhin zumindest teilweise wellenlängenumgewandeltes und teilweise nicht-wellenlängenumgewandeltes Licht in den Träger 2 abgeben, und zwar farblich inhomogen entsprechend dem räum- liehen (horizontalen) Muster ihrer Anordnung. Nach Durchlaufen des Trägers 2 tritt das Licht durch das Feld ("Array") der Mikrolinsenelemente 6 hindurch und wird dadurch zumindest ab einem geringen Abstand, und also praktisch im Nahfeld, hinter den Mikrolinsenelementen 6 hochgradig homogenisiert. Eine Rückstrahlung an den Mikrolinsenelementen 6 zurück in den (restlichen) Träger 2 ist vernachlässigbar gering. Eine Lichteffizienz der Leuchtvorrichtung 7 ist folglich sehr hoch .
Fig.3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine wei- tere Leuchtvorrichtung 13 mit einem optischen Element 14 gemäß einer zweiten Aus führungs form. Mikrolinsenelemente 15 sind ähnlich zu den Mikrolinsenelementen 6 ausgebildet, z.B. in Bezug auf eine seitliche Ausdehnung usw., sind aber nun als konkave Rücksprünge in der als Lichtaustrittsfläche 5 dienenden Oberseite des Trägers 16 ausgebildet.
Fig. zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine wei¬ tere Leuchtvorrichtung 17 mit einem optischen Element 18 gemäß einer dritten Aus führungs form.
Kugelförmige Mikrolinsenelemente 19 sind nun innerhalb des Trägers 20 angeordnet und können mit einem Material gefüllt sein, welches einen höheren Brechungsindex aufweist als das thermoplastische Material des Trägers 20. Ein Durchmesser der Mikrolinsenelemente 19 ist etwa halb so groß wie die seitli¬ che Ausdehnung wl der Leuchtstoff-Teilbereiche 4a, 4b.
Fig.5 zeigt in Draufsicht das optische Element 1, 4, 18 gemäß einer der ersten bis dritten Aus führungs formen mit einem mög- liehen Muster von Mikrolinsenelementen 6, 15 bzw. 19.
Der Träger 2, 16 bzw. 20 weist eine in Draufsicht (gegen die Richtung der Längsachse) kreisförmige Außenkontur A auf. Die Mikrolinsenelementen 6, 15 bzw. 19 sind in einem Matrixmuster angeordnet, welches den Träger 2, 16 bzw. 20 im Wesentlichen (bis auf praktisch vernachlässigbare randseitige Lücken) vollständig abdeckt. Diese Mikrolinsenelementen 6, 15 bzw. 19 weisen folglich ein vierzählige Drehsymmetrie auf. Die Leuchtstoff-Teilbereiche 4a, 4b der LeuchtstoffSchicht 4 (o.Abb.) können insbesondere ebenfalls in einem Matrixmuster angeordnet sein. Die Leuchtstoff-Teilbereiche 4a, 4b können insbesondere jeweils eine in Draufsicht quadratische Fläche aufweisen, welche einer Fläche von vier in einem 2x2- Matrix ( teil ) muster angeordneten Mikrolinsenelementen 6, 15 bzw. 19 entspricht.
Für eine verbesserte Flächenausnutzung können auch Mikrolin- senelemente verwendet werden, welche die Fläche zwischen sich vollständig abdecken. So mögen diese Mikrolinsenelemente eine in Draufsicht quadratische Außenkontur und im Profil eine sphärische oder sphäroide Grundform aufweisen.
Fig.6 zeigt in Draufsicht ein optisches Element 1, 4, 18 ge¬ mäß einer der ersten bis dritten Aus führungs formen mit einem weiteren möglichen Muster von Mikrolinsenelementen 6, 15 bzw. 19.
Im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig.5 sind die Mikrolinsenelemente 6, 15 bzw. 19 nun in einem Muster einer sechszäh- ligen Drehsymmetrie angeordnet, insbesondere in einem sechs- eckigen, zentral gefüllten Muster als einer Einheitszelle.
Die Leuchtstoff-Teilbereiche 4a, 4b der LeuchtstoffSchicht 4 (o.Abb.) können insbesondere ebenfalls in einem sechszähligen Drehsymmetriemuster angeordnet sein. Die Leuchtstoff- Teilbereiche 4a, 4b können insbesondere jeweils eine in Draufsicht sechseckige Fläche aufweisen, welche einer Fläche von sieben in der Einheitszelle angeordneten Mikrolinsenele¬ menten 6, 15 bzw. 19 entspricht. Für eine verbesserte Flächenausnutzung können auch Mikrolinsenelemente verwendet werden, welche die Fläche zwischen sich vollständig abdecken. So mögen diese Mikrolinsenelemente eine in Draufsicht sechseckige Außenkontur aufweisen und im Profil eine sphärische oder sphäroide Grundform aufweisen.
Fig.7 zeigt in Draufsicht ein optisches Element 1, 4, 18 ge¬ mäß einer der ersten bis dritten Aus führungs formen mit noch einem weiteren möglichen Muster von Mikrolinsenelementen 6, 15 bzw. 19. Die Mikrolinsenelemente 6, 15 bzw. 19 sind hier in Form von konzentrisch um die Längsachse liegenden Ringen angeordnet .
Fig.8 zeigt in Draufsicht ein optisches Element 21 gemäß ei¬ ner vierten Aus führungs form. Dieses optische Element 21 weist nun keine kompakten Mikrolinsenelemente auf, sondern mehrere Mikrolinsenelemente 22 mit einer eindimensional ausgedehnten Grundform. Die Mikrolinsenelemente 22 sind geradlinig ausge¬ dehnt und erstrecken sich von der Außenkontur A des Trägers 23 sternförmig in seine Mitte.
Fig.9 zeigt in Draufsicht ein optisches Element 24 gemäß ei- ner fünften Aus führungs form. Dieses optische Element 21 weist ebenfalls Mikrolinsenelemente 25 mit einer eindimensional ausgedehnten Grundform auf. Die Mikrolinsenelemente 25 sind nun aber ringförmig ausgestaltet und bilden eine Gruppe von zu der Mitte des Trägers 26 hin konzentrischen, radial gleichbeabstandeten Ringen. Die ringförmigen Mikrolinsenelemente 25 können ein Fresnelmuster bilden bzw. funktional einer Fresnellinse entsprechen.
Alternativ mag auch ein einziges, spiralförmiges Mikrolinsen- element verwendet werden.
Fig.10 zeigt in Draufsicht ein optisches Element 27 gemäß ei¬ ner sechsten Aus führungs form. Dieses optische Element 27 weist weitere Mikrolinsenelemente 28, 29 mit einer nicht-drehsymmetrischen eindimensional ausgedehnten Grundform auf, z.B. Buchstaben, Zahlen und/oder Symbole darstellend. Die Größe und lokale Dichte der Mikro¬ linsenelemente 28 auf dem Träger 30 ist variabel und mag auch mehrere solche Mikrolinsenelemente 28, 29 in einem symmetri¬ schen Grundmuster aufweisen. Fig.11 zeigt in Draufsicht ein optisches Element 31 gemäß ei¬ ner siebten Aus führungs form. Das optische Element 31 weist einen Träger 32 ähnlich zu einem der Träger 2, 16 oder 20 auf. An dem Träger 2, 16 oder 20 sind nun Mikrolinsenelemente 33 ähnlich den Mikrolinsenelementen 6, 15 bzw. 19 angebracht.
Die Mikrolinsenelemente 33 liegen jedoch nicht mehr in einem regelmäßigen Muster vor. Dadurch können Beugungseffekte, die an periodischen Strukturen auftreten können, vermieden wer- den. Um eine homogene Lichtverteilung zu erreichen, sind die Mikrolinsenelemente 33 mit einer im Wesentlichen gleichen lokalen Dichte angeordnet.
Insbesondere mögen auch die Leuchtstoff-Teilbereiche (o.Abb.) in einer nicht-regelmäßigen Anordnung vorliegen, insbesondere mit einer im Wesentlichen gleichen lokalen Dichte.
Die Mikrolinsenelemente 33 bedecken den Träger 32 weiterhin im Wesentlichen vollflächig.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
So sind allgemein auch andere als die gezeigten Formen und Anordnungen von Mikrolinsenelementen möglich, z.B. rechteckige oder schräge Gittermuster.
Auch sind allgemein mehr als eine Lage oder Schicht von Mikrolinsenelementen einsetzbar, beispielsweise in dem Träger vorhandene Mikrolinsenelemente zusammen mit an einer Licht¬ austrittsfläche vorhandenen, anderen Mikrolinsenelemente.
Allgemein können gleiche oder unterschiedliche Mikrolinsenelemente verwendet werden.
Zudem können zusätzlich oder alternativ Mikrolinsenelemente an der Lichteintrittsfläche angeordnet sein und z.B. direkt von der LeuchtstoffSchicht bedeckt sein. Beispielsweise kön¬ nen sowohl an der Lichteintrittsfläche als auch an der Licht¬ austrittsfläche angeordnete Mikrolinsenelemente, insbesondere kugelkalottenförmige Mikrolinsenelemente, ein Doppellage bil- den, z.B. zur Erzeugung einer "Fliegenaugen"-Struktur ("Fly's Eye") . Allgemein können beliebig viele, insbesondere parallel zueinander angeordnete, Lagen von Mikrolinsenelementen bzw. Feldern davon verwendet werden. Allgemein können auch mehr als zwei Leuchtstoffe verwendet werden, insbesondere in einer LeuchtstoffSchicht , insbesonde¬ re in unterschiedlichen Leuchtstoff-Teilbereichen. Beispielsweise können die Leuchtdioden UV-Licht abstrahlende Leuchtdi¬ oden sein, welchen drei Leuchtstoffe zur vollständigen Um- Wandlung von UV-Licht insbesondere in Licht roter, grüner und blauer Farbe nachgeschaltet sind.
Außerdem mag die Außenkontur eine unterschiedliche Form auf¬ weisen, z.B. oval, oder eckig.
Bezugs zeichenliste
1 optisches Element
2 Träger
3 Lichteintritts fläche
4 LeuchtstoffSchicht
4a Leuchtstoff-Teilbereich
4b Leuchtstoff-Teilbereich
5 Lichtaustritts fläche
6 Mikrolinsenelernent
7 Leucht orrichtung
8 Gehäuse
9 Öffnung
10 Innenseite
11 Boden
12 Leuchtdiode
13 Leucht orrichtung
14 optisches Element
15 Mikrolinsenelernent
16 Träger
17 LeuchtVorrichtung
18 optisches Element
19 Mikrolinsenelernent
20 Träger
21 optisches Element
22 Mikrolinsenelernent
23 Träger
24 optisches Element
25 Mikrolinsenelernent
26 Träger
27 optisches Element
28 Mikrolinsenelernent
29 Mikrolinsenelernent
30 Träger
A Außenkontur des Trägers dm Mitte-Mitte-Abstand dl Mitte-Mitte-Abstand h Dicke
L Längsachse
wm seitliche Ausdehnung wl seitliche Ausdehnung

Claims

Patentansprüche
1. Optisches Element (1; 14; 18; 21; 24; 27; 31), aufwei¬ send mindestens einen lichtdurchlässigen Träger (2; 16; 20; 23; 26; 30; 32), wobei mindestens eine Lichteintrittsfläche (3) des Trägers (2; 16; 20; 23; 26; 30; 32) von mindestens einer LeuchtstoffSchicht (4, 4a, 4b) be¬ deckt ist und wobei an dem Träger (2; 16; 20; 23; 26; 30; 32) mehrere Mikrolinsenelemente (6; 15; 19; 22; 25; 28, 29; 33) angeordnet sind.
2. Optisches Element (1; 14; 18; 21; 24; 27; 31) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine LeuchtstoffSchicht (4, 4a, 4b) mindestens zwei Leuchtstoffe aufweist, wel¬ che flächig in jeweiligen Leuchtstoff-Teilbereichen (4a, 4b) strukturiert verteilt sind.
3. Optisches Element (1; 14; 18; 21; 24; 27) nach Anspruch 2, wobei die Leuchtstoff-Teilbereiche (4a, 4b) in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind.
4. Optisches Element (31) nach Anspruch 2, wobei die Leuchtstoff-Teilbereiche in einer ungeordneten Anordnung mit einer im Wesentlichen gleichen lokalen Dichte vorliegen .
5. Optisches Element (1; 14; 18; 21; 24; 27; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrolinsenele¬ mente (6; 15; 19; 22; 25; 28, 29; 33) mindestens ein Mikrolinsenfeld bilden, welches einen Lichtquerschnitt des Trägers (2; 16; 20; 23; 26; 30; 32) im Wesentlichen bedeckt, insbesondere im Wesentlichen vollflächig bedeckt .
6. Optisches Element (1; 14; 18; 21; 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrolinsenelemente (6; 15; 19; 22; 25) in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind.
Optisches Element (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Mikrolinsenelemente (33) einer ungeordneten Anordnung mit einer im Wesentlichen gleichen lokalen Dichte vorliegen.
Optisches Element (1; 14; 18; 31) nach den Ansprüchen 3 und 6 oder 4 und 7, wobei ein Mitte-Mitte-Abstand (dm) nächstbenachbarter Mikrolinsenelemente (6; 15; 19) und ein Mitte-Mitte-Abstand (dl) nächstbenachbarter Leucht¬ stoff-Teilbereiche (4a, 4b) ein Verhältnis in einem Be¬ reich von ca. [10:1, 1:10], insbesondere in einem Bereich von ca. [4:1, 1:4], insbesondere in einem Bereich von ca. [2:1, 1:2], aufweist.
Optisches Element (1; 14; 18; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest einige der Mikro¬ linsenelemente (6; 15; 19) eine kompakte Grundform auf¬ weisen.
Optisches Element (21; 24; 27) nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, bei dem zumindest eines, insbesondere mehrere, der Mikrolinsenelemente (22; 25; 28, 29) eine eindimensional ausgedehnte Grundform aufweist.
Optisches Element (1; 14; 21; 24; 27; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einige der Mikrolinsenelemente (6; 15; 22; 25; 28, 29; 33) an einer Lichtaustrittsoberfläche (5) und/oder einer Lichteintrittsfläche (3) des Trägers (2; 16; 23; 26; 30; 32) angeordnet sind.
12. Optisches Element (1; 14; 21; 24; 27; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke (d) des Trä¬ gers (2; 16; 20; 23; 26; 30) mindestens einer Hälfte ei- nes Mitte-Mitte-Abstands (dl) nächstbenachbarter Leucht¬ stoff-Teilbereiche (4a, 4b) beträgt.
13. Optisches Element (18; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einige der Mikrolinsenelemen- te (19; 33) innerhalb des Trägers (20; 32) angeordnet sind .
Leuchtvorrichtung (7; 13; 17), aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle (12) und mindestens ein mindestens einer der Halbleiterlichtquellen (12) nachgeschaltetes optisches Element (1; 14; 18; 21; 24; 27; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
15. Leuchtvorrichtung (7; 13; 17) nach Anspruch 14, wobei die Leuchtvorrichtung (7; 13; 17) ein Lichtkasten ist.
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