DE102007056874A1

DE102007056874A1 - LED-Beleuchtungsvorrichtung mit Konversionsreflektor

Info

Publication number: DE102007056874A1
Application number: DE102007056874A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Pabst; Ralph Dr. Bertram; Martin Dr. Zachau; Dirk Dr. Berben
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2009-05-28
Also published as: US20100301353A1; CA2704991A1; WO2009068262A1; CN101874176A; WO2009068262A4; EP2215399A1; JP2011504297A

Abstract

Die LED-Beleuchtungsvorrichtung weist mindestens eine Leuchtdiode sowie mindestens einen Konversionsreflektor auf, wobei der Konversionsreflektor zumindest einen Teil eines von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichts wellenlängenumwandelt und abstrahlt.

Description

Die Erfindung betrifft eine LED-Beleuchtungsvorrichtung welche mindestens eine Leuchtdiode und einen Reflektor aufweist.
Bisher wird eine Umwandlung von blauem LED-Licht in weißes Licht durch Einsatz eines Wellenlängenumwandlungsmaterials (Fluoreszenzfarbstoff, Leuchtstoff, z. B. mit Cer-dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat-Pulver) erreicht, welches nahe an die blaue Leuchtdiode (LED) gebracht wird, z. B. mittels einer Beschichtung oder dadurch, dass die blaue LED in von Leuchtstoff enthaltendem Einbettungsmaterial vergossen ist (LED-Chip). Dabei tritt das Problem auf, dass aufgrund der Nähe zu der LED, welche eine erhebliche Wärmequelle darstellt, eine Konversionseffizienz des Wellenlängenumwandlungsmaterials sinkt.
Zudem müssen bei Verwendung solcher LED-Chips in Retrofit-Lampen (d. h., LED-Lampen, welche in Form bzw. Kontur und/oder Abstrahlempfinden herkömmlichen Glühlampen ähneln) effizienzmindernde Maßnahmen vorgenommen werden, z. B. Diffusoren verwendet werden, um das äußere Erscheinungsbild bzw. die Leuchtcharakteristik anzupassen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur Verbesserung einer Konversionseffizienz und damit einer Lampenleistung bereitzustellen, insbesondere für eine Retrofit-Lampe.
Diese Aufgabe wird mittels einer Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Beleuchtungsvorrichtung weist mindestens eine Leuchtdiode und mindestens einen Reflektor auf, wobei der Reflektor zu mindest einen Teil eines von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichts wellenlängenumwandelt und – typischerweise diffus – abstrahlt ("Konversionsreflektor").
Da der Leuchtstoff nun nicht mehr in die Einzel-LED bzw. den LED-Chip verbaut wird, und das Konversionsvolumen nicht mehr in direktem Kontakt mit der Roh-LED steht, sondern aus der thermisch hochbelasteten nahen Umgebung der Leuchtdioden bzw. der LED-Chips entfernt wird, ergibt sich ein beträchtlicher Gewinn in der Konversionseffizienz. Dadurch wird es zudem möglich, alterungsempfindliche oder bei geringen Leistungsdichten sättigende Leuchtstoffe wie Mn²⁺, Mn⁴⁺, Eu³⁺ oder Tb³⁺ dotierte Leuchtstoffe zu verwenden, welche für eine Nutzung in einem LED-Chip nicht geeignet sind.
Zur effektiven Abfuhr von Wärme vom Wellenlängenumwandlungsmaterial, welches sich durch den sog. Stokes-Shift bei der Konversion unter Umständen erheblich erwärmen kann, besteht das Grundmaterial des Konversionsreflektors aus einem gut wärmeleitendem Material, z. B. aus Metall oder wärmeleitender Keramik. Vorzugsweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit mehr als 15 W/(m·K), speziell mehr als 100 W/(m·K).
Vorzugsweise weist ein Reflektorbereich des mindestens einen Konversionsreflektors mindestens ein Wellenlängenumwandlungsmaterial (Leuchtstoff) für das von der mindestens einen Leuchtdiode ausgestrahlte Licht auf. Bei einer Wellenlängenkonversion wird das konvertierte Licht typischerweise im Mittel isotrop abgestrahlt.
Es kann, z. B. bei Wellenlängenkonversion zwischen jeweils sichtbarem Licht, wie einer blau-gelb-Konversion, vorteilhaft sein, wenn ein Teil des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichts ohne Wellenlängenkonversion wieder abstrahlt bzw. reflektiert wird. So lässt sich vergleichsweise einfach ein gewünschtes Mischlicht erlangen, insbesondere ein weißes Mischlicht, die Farbe aber grundsätzlich nicht darauf beschränkt.
Zur Erlangung einer gleichmäßigen Lichtabstrahlung strahlt der Konversionsreflektor auch den Teil des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichts diffus ab bzw. reflektiert dieses diffus, welcher nicht wellenlängenkonvertiert wird (falls vorhanden). Der Konversionsreflektor wirkt dadurch als Diffusor bzw. Konversionsdiffusor, allerdings ohne Effizienzeinbuße.
Der Konversionsreflektor kann dazu beispielsweise so aufgebaut sein, dass er eine übliche reflektierende, z. B. spiegelnde, Oberfläche ("Reflexionsoberfläche") aufweist, auf der eine Leuchtstoffschicht geeigneter Konzentration und Dicke ("Konversionsschicht") aufgebracht ist. Der nur reflektierte Teil des blauen Primärlichts läuft dann in einer Konfiguration ohne Konversion durch die Konversionsschicht hindurch auf die Reflexionsoberfläche, wird dort reflektiert und läuft folgend ohne Konversion wieder durch die Konversionsschicht zurück. Die Konversionsschicht kann beispielsweise aus einem von Leuchtstoff und ggf. Streumaterial durchsetzten Einbettungsmaterial bzw. Matrixmaterial, wie Silikonharz, aufgebaut sein sein. Der konvertierte Teil des Lichts wird typischerweise isotrop diffus emittiert. Das Einbettungsmaterial kann auch einen Nachleuchtstoff zur Verminderung eine Lichtwelligkeit aufweisen, welcher eine höhere Relaxationszeit aufweist als das Wellenlängenkonversionsmaterial; bevorzugt wird dabei eine Nachleuchtzeit (Halbwertzeit) von ca. 5–15 ms.
Es wird aber zur Erlangung einer über die Raumwinkel gleichmäßigen Lichtfarbe bevorzugt, wenn auch das nicht wellenlängenumgewandelte Licht (falls vorhanden) am Reflektor diffus emittiert bzw. reflektiert wird. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Ausgestaltung der Reflexionsoberfläche oder mittels einer lichtstreuenden Eigenschaft der Konversionsschicht geschehen, typischerweise mittels einer lichtstreuenden Eigenschaft von in eine Matrix (z. B. Silikon) ein gebetteten lumineszierenden Leuchtstoffpartikeln oder inerten Partikeln (z. B. Metalloxide wie SiO₂, Al₂O₃, TiO₂ oder ZrO₂). Bei der – meist isotropen – Streuung des blauen Licht durch die Leuchtstoffpartikel macht man sich den Effekt zunutze, dass ein Konversionsgrad nicht vollständig ist, sondern ein Teil des ein Leuchtstoffpartikel treffenden Primärlichts zwar absorbiert, aber nicht wellenlängenumgewandelt wieder abgestrahlt wird. Typische selbst nicht oder nur unwesentlich streuende Einbettungs- bzw. Matrixmaterialien umfassen Silikon, Epoxydharz o. ä. Es kann aber auch ein streuendes Einbettung- bzw. Matrixmaterial verwendet werden, z. B. ein nichttransparenter Kunststoff wie gesintertes Teflon.
Falls die Konversionsschicht auch das Primärlicht streut, kann durch die vorzugsweise vorhandene Reflexionsoberfläche die Länge des Lichtpfads durch die Konversionsschicht erhöht werden, wodurch für eine ausreichende, vorzugsweise vollständige, Streuung des Primärlichts in der Konversionsschicht deren Dicke verringert werden kann, was teuren Leuchtstoff einspart. Typische Schichtdicken für einen solchen Aufbau liegen im Bereich um 2–50 μm, bevorzugt bei 10–50 μm, besonders bevorzugt um 30 μm herum, wobei der exakte Wert stark von der Leuchtstoffkonzentration, dem Absorptionskoeffizienten des Leuchtstoffs, der Quanteneffizienz des Leuchtstoffs, einer gewünschten Farbe, der Korngröße des Leuchtstoffs und einer Streueigenschaft des Einbettungsmaterials abhängt.
Alternativ kann die Dicke der Konversionsschicht so stark sein, dass keine spiegelnde Reflexionsoberfläche mehr für eine ausreichende, insbesondere vollständige, Streuung ohne Wellenlängenumwandlung mehr benötigt wird. Typische Schichtdicken für eine solche "undurchsichtige" Konversionsschicht, bei der die optischen Eigenschaften der Oberfläche des Konversionsreflektorkörpers keine signifikante Rolle mehr spielen, liegen im Bereich von 10–200 μm, bevorzugt bei 30–100 μm, wobei der exakte Wert stark von der Leuchtstoffkonzentration, dem Absorptionskoeffizienten des Leuchtstoffs, der Quanteneffizienz des Leuchtstoffs, einer gewünschten Farbe, der Korngröße des Leuchtstoffs und einer Streueigenschaft des Einbettungsmaterials abhängt. Eine dicke Konversionsschicht hat im Allgemeinen den Vorteil einer großen Toleranz gegenüber Schwankungen in der Dicke und ist dadurch einfacher reproduzierbar herstellbar.
Der Leuchtstoff und damit der Konversionsreflektor bzw. dessen Reflektorbereich weisen bei Verwendung von LEDs, die im sichtbaren Bereich des Spektrums, insbesondere im blauen Bereich des Spektrums, emittieren, im Allgemeinen eine "nichtweiße" Körperfarbe auf. Auch bei Verwendung von LEDs, die im ultravioletten Bereich emittieren, ist eine „nicht-weiße" Körperfarbe möglich, aber nicht zwingend.
Vorzugsweise ergibt das vom mindestens einen Konversionsreflektor ausgesandte Licht ein weißes Mischlicht.
Dazu wird eine Beleuchtungsvorrichtung bevorzugt, bei der die mindestens eine Leuchtdiode eine blau leuchtende Leuchtdiode ist und das Wellenlängenumwandlungsmaterial blaues Licht in gelbes Licht umwandelt. Dies ergibt typischerweise ein "kaltes Weiß" mit einer typischen Farbtemperatur von ca. 6500 K. Zur Erlangung eines "warmen Weiß" mit einer typischen Farbtemperatur zwischen ca. 3000 K und 4000 K werden zwei Wellenlängenumwandlungsmaterialien bevorzugt, welche das blaue Licht der LED(s) in gelbes Licht bzw. rotes Licht umwandeln. Der Blauanteil für "kaltes Weiß" liegt typischerweise bei 15%–20%, derjenige für "warmes Weiß" bei ca. 10%–15%.
Es kann aber auch bevorzugt sein, wenn die mindestens eine Leuchtdiode eine UV-Leuchtdiode ist und Wellenlängenumwandlungsmaterialien UV-Licht in rotes, grünes bzw. blaues Licht, oder eine ähnlich wirkende Farbkombination umwandeln. Dann wird es stark bevorzugt, wenn das UV-Licht vollständig in sichtbares Mischlicht umgewandelt wird.
Es ist zur Erhöhung einer Kundenakzeptanz, insbesondere für Retrofits, besonders vorteilhaft, wenn der Reflektorbereich bzw. die Reflektorbereiche des Konversionsreflektors, welcher typischerweise 'nicht-weiß' ist zumindest bei Draufsicht von oben (also von der Kolbenseite) nicht von außen sichtbar ist.
Zwar mag es ausreichen, wenn der Reflektorbereich des Konversionsreflektors nur bei seitlicher Betrachtung sichtbar ist, jedoch wird es bevorzugt, wenn er nicht von außen sichtbar ist.
Es können auch Sichtschutzblenden vorhanden sein, welche so angeordnet sind, dass sie eine direkte Betrachtung des Reflektorbereichs des Konversionsreflektors verhindern.
Zur genauen und einfachen Positionierung des Konversionsreflektors ist es vorteilhaft, wenn der Konversionsreflektor in Abstrahlrichtung der mindestens einen Leuchtdiode an einem die mindestens eine Leuchtdiode tragenden Substrat (LED-Modul) angebracht ist.
Es kann zur noch effektiveren thermischen Entkopplung zwischen Konversionsreflektor und Leuchtdiode(n) bzw. LED-Modul vorteilhaft sein, wenn der Konversionsreflektor in Abstrahlrichtung der Leuchtdiode(n) ohne direkten Kontakt zum tragenden Substrat angeordnet ist.
Es ist zur Erlangung einer hohen Strahlstärke und einer guten Lichtverteilung vorteilhaft, wenn die Beleuchtungsvorrichtung ein LED-Modul mit mehreren auf einem gemeinsamen Substrat angebrachten Leuchtdioden aufweist.
Zur Einstellung der Abstrahlwinkel über einen weiten Bereich ist es vorteilhaft, wenn sich der Konversionsreflektor in Richtung zum LED-Modul hin verjüngt.
Es kann dazu, und um eine direkte Aufsicht auf die Leuchtdiode(n) zu vermeiden, vorteilhaft sein, wenn der Konversionsreflektor die Leuchtdiode(n) seitlich überragt.
Es wird zur besseren Abstrahleigenschaft der Beleuchtungsvorrichtung und zur Erlangung eines nutzerfreundlicheren Erscheinungsbilds besonders bevorzugt, wenn die Beleuchtungsvorrichtung ferner einen weiteren Reflektor (ohne Wellenlängenumwandlungseigenschaft) aufweist, auf den das von dem Konversionsreflektor abgestrahlte (weiße oder andersfarbige) Mischlicht fällt. Dadurch ist es besonders einfach möglich, den typischerweise 'nicht-weißen', das Leuchtmittel aufweisenden Reflektorbereich vor einer Betrachtung durch einen Benutzer zu verbergen. Dieser sieht dann vielmehr nur noch den weiteren Reflektor oder diesem noch weitere, nachgeschaltete Reflektoren.
Es kann aber auch ein weiterer Reflektor bevorzugt sein, der einen Leuchtstoff enthält, z. B. ein Wellenlängenumwandlungsmaterial, insbesondere eine Leuchtstoffbeschichtung. Ein solcher Leuchtstoff bietet speziell bei Leuchtstoffmischungen, z. B. bei warmweiß oder – noch deutlicher – bei UV-Konversion, Vorteile. Die Leuchtstoffe können dann voneinander getrennt angeordnet werden, was eine gegenseitige Absorption verringert und damit die Effizienz weiter erhöht. Bei Anwendung mit UV-LEDs tritt nicht einmal eine Körperfarbe auf, da zumindest der blau emittierende Leuchtstoff keine Körperfarbe besitzt (d. h., dass dieser Leuchtstoff weiß ist).
Zur Verhinderung einer ungewollten Durchmischung des vom Konversionsreflektor reflektierten bzw. ausgestrahlten Mischlichts ist es vorteilhaft, wenn der weitere Reflektor so angeordnet ist, das von der Leuchtdiode bzw. dem Leuchtmodul abgestrahltes Licht nicht direkt auf ihn fällt, sondern nur über den Konversionsreflektor.
Es ist zur platzsparenden Anordnung vorteilhaft, wenn der weitere Reflektor seitlich der Leuchtdiode angeordnet ist.
Zur Verhinderung einer ungewollten Durchmischung des vom Konversionsreflektor reflektierten bzw. ausgestrahlten Mischlichts mit am Konversionsreflektor vorbeilaufenden blauen Licht ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtungsvorrichtung mindestens eine Blende zum Blockieren des von der mindestens einen Leuchtdiode ausgestrahlten Lichts, das nicht auf den Konversionsreflektor fällt, aufweist. Diese Blende(n) oder eine andere Blende kann auch zum Sichtschutz des das Mischlicht ausstrahlenden Reflektorbereichs des Konversionsreflektors vorgesehen sein.
Bevorzugt ist zudem eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine Leuchteinrichtung mit einem Kopplungsmittel aufweist, welches von dem Konversionsreflektor abgestrahltes Licht einkoppelt und zu einem Leuchtbereich führt. Das Kopplungsmittel kann beispielsweise ein Lichtleiter sein, z. B. eine Glasfaser oder ein Plexiglaskörper. Der Leuchtbereich weist vorzugsweise einen Nachleuchtstoff auf, welcher auch noch nach Ausschalten der LED-Lampe weiterleuchtet. Alternativ kann er eine Maske zur Maskierung eines flächig leuchtenden Leuchtbereichs aufweisen. Vorzugsweise weist der Nachleuchtstoff eine erheblich höhere Relaxationszeit auf als das Wellenlängenumwandlungsmaterial. Vorzugsweise ist der Leuchtbereich an einer von den Leuchtdioden abgewandten Seite des Konversionsreflektors angeordnet, da so eine Leuchtfläche der LED-Lampe nur geringfügig verkleinert zu werden braucht.
Zur Einstellung einer Strahlführung ist es vorteilhaft, wenn der Konversionsreflektor und/oder der weitere Reflektor facettiert sind.
Dann ist es für eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren Leuchtdioden vorteilhaft, wenn der Konversionsreflektor mindestens so viele Facetten wie Leuchtdioden aufweist und Licht einer Leuchtdiode mittels mindestens einer jeweils zugehörigen Facette reflektiert wird.
Zur einfachen Herstellung, und insbesondere zur Erlangung eines Retrofits, ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtungsvorrichtung ferner einen für das vom weiteren Reflektor reflektierte Licht durchlässigen Kolben aufweist, insbesondere einen Glaskolben.
Es kann vorteilhaft sein, wenn der Kolben zumindest teilweise gefrostet (milchig) ist, da so eine einheitlichere Winkelverteilung der Lichtabstrahlung erreicht wird.
Zur besonders einfachen und kompakten Herstellung ist es vorteilhaft, wenn der weitere Reflektor (außen oder innen) am Kolben ausgebildet ist.
Es ist besonders bevorzugt, wenn der weitere Reflektor als diffus streuender Reflektor ausgebildet ist, z. B. durch Ausbildung seines Reflexionsbereichs als gefrosteter Reflexionsbereich.
Falls der Konversionsreflektor nicht in direktem Kontakt mit dem LED-Substrat (LED-Modul; LED-Submount usw.) steht, kann es vorteilhaft sein, wenn die Beleuchtungsvorrichtung eine zumindest teilweise lichtdurchsichtige Deckplatte aufweist, insbesondere aus Glas, an welcher der Konversionsreflektor angebracht ist, z. B. angeklebt oder einstückig.
Es wird besonders bevorzugt, wenn die LED-Lampe als Retrofit-Lampe ausgebildet ist, da eine solche Retrofit-Lampe eine hohe Leuchtdichte und einer Glühlampe sehr ähnliche Form und/oder Abstrahleigenschaften aufweisen kann; insbesondere ist die Retrofit-Lampe so gestaltbar, dass die primären Lichtquellen (LEDs bzw. LED-Chips) nicht direkt sichtbar sind. Für einen Betrachter ist nur der äußere Kolben sichtbar.
Anhand der folgenden Ausführungsbeispiele wird die Erfindung schematisch näher beschrieben. Dabei sind gleiche Elemente in den Figuren durchgängig mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in Draufsicht ein LED-Modul;
2 zeigt von unten einen Konversionsreflektor;
3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine LED-Lampe
4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht Komponenten einer weiteren Ausführungsform einer LED-Lampe;
5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht noch eine weitere Ausführungsform einer LED-Lampe;
6 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht noch eine weitere Ausführungsform einer LED-Lampe;
7 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Ausschnitt aus der LED-Lampe nach 6;
8 zeigt als Draufsicht einen Ausschnitt aus der LED-Lampe nach 6;
9 zeigt in Draufsicht eine weitere Ausführungsform eines LED-Moduls.
1 zeigt in Draufsicht ein LED-Modul (LED-Submount) 1, bei dem drei blau leuchtende LED-Chips 2 auf einem gemeinsamen Substrat 3 angeordnet sind.
2 zeigt eine als Reflektorbereich dienende Unterseite 4a eines Konversionsreflektors 4 aus Kunststoff als Grundmaterial. Der Fuß 5 des Konversionsreflektor 4 passt in den mitti gen Zwischenraum zwischen den LED-Chips 2 aus 1 und kann dort auf das LED-Modul 1 aufgesetzt werden. Der Konversionsreflektor 4 weitet sich vom Fuß 5 nach oben (in z-Richtung) auf und bildet dabei teilweise Facetten 6a, 6b, 6c. Die Unterseite 4a ist zumindest bezüglich des von den LEDs abgestrahlten Lichts reflektierend ausgebildet. Zumindest in diesem Reflektionsbereich 4a bzw. 6a, 6b, 6c weist der Konversionsreflektor 4 ferner mindestens ein Wellenlängenkonversionsmaterial (Leuchtstoff) auf, welches das blaue Licht der LED-Chips in gelbes Licht umwandelt. Die seitliche Ausdehnung (in der x-y-Ebene) ist größer als diejenige der drei LED-Chips.
3 zeigt ein LED-Lampe 7 mit dem LED-Modul 1 aus 1 und dem darauf angebrachten Konversionsreflektor 4 aus 2. Der Konversionsreflektor 4 überdeckt das LED-Modul 1 seitlich (in der x-y-Ebene), ragt also seitlich über dieses hinaus. Am LED-Modul 1 angebracht und dessen die LEDs aufweisende Oberseite sowie den Konversionsreflektor 4 umgebend ist ferner ein Lampenkolben 8 aus Glas vorhanden, der an einem unteren, dem LED-Modul 1 benachbarten Bereich einen weiteren Reflektor 9 ohne Wellenlängenumwandlungsmaterial aufweist. Der weitere Reflektor 9 ist an einer solchen Stelle am Kolben 7 angeordnet, dass er nicht im direkten Abstrahlbereich des LED-Moduls 1 liegt, also dessen ausgestrahltes blaues Licht nicht direkt empfängt.
Bei Betrieb der Lampe 7 wird vielmehr das vom LED-Modul 1 abgestrahlte Licht hauptsächlich zu der als Reflektorbereich dienenden Unterseite 4a des Konversionsreflektors 4 gestrahlt, wie durch die durchgezogenen Pfeile angedeutet. Genauer gesagt wird Licht jeder der LED-Chips auf die jeweils zugewandte Facette 6a, 6b bzw. 6c gestrahlt. Dort wird das blaue Licht teilweise in gelbes Licht umgewandelt. Die Unterseite 4a bzw. die Facetten 6a, 6b, 6c des Konversionsreflektors 4 ist bzw. sind so geformt, dass sowohl nicht umgewandeltes blaues Licht als auch umgewandeltes gelbes Licht als weißes Mischlicht auf den weiteren Reflektor 9 gerichtet wird (ge punktete Pfeile), welcher das Mischlicht dann in den ansonsten lichtdurchlässigen Kolben 8 reflektiert.
Mittels des Entfernens des Wellenlängenumwandlungsmaterials aus der thermisch hochbelasteten Umgebung der LEDs bzw. des LED-Moduls 1 ergibt sich ein erheblicher Leistungsgewinn durch eine erhöhte Konversionseffizienz.
Der weitere, zweite Reflektor 9 kann sowohl verspiegelt als auch diffus reflektierend ausgeführt sein. Der weitere Reflektor 9 kann ebenfalls facettiert sein. Die Abstrahlcharakteristik einer solchen Lampe 7 kann durch geeignete Facettierung des Konversionsreflektors 4 und/oder des weiteren Reflektors 9 und/oder durch ein sog. "Frosten" des Glaskolbens 8 an die Abstrahlcharakteristik jeder gewünschten Lampe angepasst werden. Insbesondere ist eine solche Lampe 7 als Retrofit-Lampe geeignet; die LED-Chips als auch das Wellenlängenumwandlungsmaterial (Leuchtstoff) bzw. die konversionsreflektierende Unterseite 4a sind in Draufsicht nicht sichtbar.
Die in 3 gezeigte Lampe ist als Retrofitlampe ausgestaltet. Sie weist, auch wenn zur besseren Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet, geeignete Stromanschlüsse und Treiber für die LED-Chips 2 auf, ggf. auch Wärmeableitmittel. Insbesondere kann die Lampe 7 einen Edisonsockel oder einen Bajonettsockel aufweisen. Die Kontur des Kolbens 8 ist der einer Glühlampe ähnlich.
4 zeigt ausschnittsweise eine weitere LED-Lampe 10, bei der nun im Gegensatz zur Ausführungsform nach 3 am oberen Rand des Konversionsreflektors 4 und am oberen Rand des weiteren Reflektors 9 jeweils eine umlaufende Blende 11 vorhanden ist. Mittels der Blende 11 wird derjenige Teil des blauen Lichts vom LED-Modul 1 abgeblockt, welcher nicht auf den Konversionsreflektor 4 trifft. Dadurch wird verhindert, dass das vom weiteren Reflektor 9 reflektierte weiße Mischlicht zumin dest unter bestimmten Sichtwinkeln einen unerwünschten zusätzlichen Blaulichtanteil erhält. Zudem dient die Blende 11 als Sichtschutz für die als Reflektorbereich des Konversionsreflektors 4 dienende Unterseite 4a.
5 zeigt eine weitere LED-Lampe 12, bei der der Konversionsreflektor 13 nun nicht mehr auf dem LED-Modul 1 aufsetzt, sondern mit seiner flachen Oberseite an einer lichtdurchlässigen Deckplatte 14 befestigt ist, z. B. durch ankleben, anformen oder in einstückiger Ausführung. Dadurch wird eine stärkere thermische Abkopplung des Reflektors 4 vom LED-Modul 1 erreicht. LED-Lampe 12 weist nun keinen vollständig runden Kolben als Abdeckung mehr auf, vielmehr dient die Deckplatte 14 als oberseitige Abdeckung. Die Deckplatte 14 kann auch als optisches Element ausgestaltet sein, z. B. als Fresnel-Linse oder als Mikrolinsenarray.
6 zeigt noch eine weitere LED-Lampe 15, bei der im Vergleich zu der Ausführungsform aus 5 eine Leuchteinrichtung 16 mit einem Kopplungsmittel 17 in Form einer Glasfaser aufweist, welches von dem Konversionsreflektor 4 abgestrahltes Licht einkoppelt und zu einem Leuchtbereich 18 führt. Der Leuchtbereich 18 weist hier einen Nachleuchtstoff auf, welcher auch noch nach Ausschalten der LED-Lampe weiterleuchtet und im Wesentlichen nach oben strahlend von Außen sichtbar ist. Der Leuchtbereich 18 ist hier an einer vom LED-Modul 1 abgewandten Seite des Konversionsreflektors 4 angeordnet, da so eine Leuchtfläche der LED-Lampe nur geringfügig verkleinert zu werden braucht und der Leuchtbereich 18 gut sichtbar ist. Am Leuchtbereich kann beispielsweise der Nachleuchtstoff in Form eines Firmenlogos vorliegen.
7 zeigt die LED-Lampe 15 im Bereich der Lichteinkopplung. Das Kopplungsmittel 17 ragt hier seitlich ringförmig über den Konversionsreflektor 13 um einen Abstand d hinaus und koppelt das auf diesen ringförmigen Bereich mit Dicke d einfallende Licht in den Leuchtbereich 18 ein. Der Leuchtbereich 18 strahlt das eingekoppelte Licht allgemein wieder aus, hier mit Hilfe eines Nachleuchtstoffs nach oben. Alternativ kann Licht beispielsweise auch nachleuchtend oder unverzüglich seitlich abgestrahlt werden und ist deshalb häufig in seitlicher Betrachtung auch bei angeschalteter Lampe sichtbar, da LED-Lampen oft einen engeren Beleuchtungswinkelbereich aufweisen. Kopplungsmittel 17 und Leuchtbereich 18 können einstückig ausgeführt sein, z. B. als Platte, wobei dann z. B. die obere Oberfläche der Platte mit Nachtleuchtstoff beschichtet sein kann.
8 zeigt die Leuchteinrichtung 16 von oben, wobei der Leuchtbereich 18 hier ein Symbol 19, z. B. ein Firmenlogo oder ein Markenlogo, nachleuchten lässt.
9 zeigt in zu 1 analoger Sicht eine weitere Ausführungsform eines LED-Moduls 20, bei der nun die LEDs bzw. LED-Chips 2 aus einem ringförmigen Substrat 21 aufgebracht sind. Der Konversionsreflektor kann dann durch die innere Öffnung geführt werden und z. B. auf dem Sockel befestigt werden, was eine weitere thermische Entkopplung des Konversionsmaterials von den Wärmequellen ermöglicht.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. So brauchen die LEDs nicht blau abzustrahlen. Es sind mehr oder weniger als drei LEDs als Lichtquellen einsetzbar. Die LEDs können anders angeordnet sein. Es kann mehr als ein Konversionsreflektor eingesetzt werden, und ebenso mehr als ein weiterer Reflektor. Es können weitere lichtführende Elemente im Strahlengang eingeführt sein, z. B. optische Linsen oder weitere Reflektoren bzw. Reflektorengruppen. Auch kann die Form des Konversionsreflektors unterschiedlich sein, z. B. axialsymmetrisch bereits ab einem geringen Abstand vom Fuß, oder vollkommen axialsymmetrisch. Auch sind andere Wellenlängenkonversionsmaterialien als auch mit einer anderen Farbe abstrahlende Leuchtdioden einsetzbar, insbesondere, falls durch das Wel lenlängenkonversionsmaterialien allgemein das von der LED bzw. den LEDs abgestrahlte farbiges Licht so umgewandelt wird, dass insgesamt ein weißes oder ähnliches Mischlicht abgestrahlt wird (z. B. UV-LED und verschiedene Phosphore als Leuchtstoff am Konversionsreflektor). Auch braucht die LED-Lampe keinen Kolben aufzuweisen. Der Kolben braucht ferner nicht aus Glas zu bestehen, sondern kann jedes andere geeignete lichtdurchlässige Material aufweisen, z. B. temperaturbeständigen Kunststoff. Auch ist die Lampenform nicht beschränkt.
Ferner braucht die Leuchteinrichtung nicht gerichtet, z. B. vor allem nach oben, abzustrahlen, sondern kann beispielsweise auch eine isotrope Abstrahlcharakteristik aufweisen. Dadurch ist der Leuchtbereich auch bei seitlicher Betrachtung bei angeschalteter LED-Lampe gut sichtbar, falls die LED-Lampe in einem engen Raumwinkel (z. B. nach oben) emittiert. Denn unter einem Winkel außerhalb dieses Raumwinkels betrachtet (z. B. von der Seite), sieht der Betrachter kein Licht aus dem Scheinwerfer. Die Leuchteinrichtung kann aber gesehen werden, falls die Licht in einem größeren Raumwinkel emittiert. Ein Nachleuchtstoff ist in diesem Fall nicht nötig. Auch allgemein ist der Nachleuchtstoff nicht zwingend, sondern kann abhängig von der Art der Nutzung vorteilhaft sein. Falls das Kopplungsmittel im Strahlengang zwischen LED-Chip(s) und Konversionsreflektor angeordnet ist, kann die Leuchteinrichtung blau leuchten. Zudem braucht am Leuchtbereich Nachleuchtstoff selbst nicht in einer in gewünschten Form vorzuliegen; alternativ könnte die Leuchteinrichtung auch mit Aussparungen schwarz lackiert sein, z. B. mit Aussparungen in Form eines Logos, aus denen Licht austritt.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der weitere Reflektor 9 Der Reflektor 9 ebenfalls mit Leuchtstoff beschichtet sein. Hierbei lassen sich die in einer Leuchtstoffmischung vorhandenen gegenseitigen Absorptionen verringern. Je nach LED-Wellenlänge kommen auch Leuchtstoffe mit weißer Körperfarbe zum Einsatz, welche sich für die Beschichtung des Reflektors 9 besonders anbieten.

1: LED-Modul
2: Leuchtdiode
3: Substrat
4: Konversionsreflektor
4a: Unterseite des Konversionsreflektors
5: Fuß
6a: Facette
6b: Facette
6c: Facette
7: LED-Lampe
8: Kolben
9: weiterer Reflektor
10: LED-Lampe
11: Blende
12: LED-Lampe
13: Konversionsreflektor
14: Deckplatte
15: LED-Lampe
16: Leuchteinrichtung
17: Kopplungsmittel
18: Leuchtbereich
19: Symbol
20: LED-Modul
21: ringförmiges Substrat

Claims

LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15), aufweisend mindestens eine Leuchtdiode (1, 2) und mindestens einen Konversionsreflektor (4; 13), wobei der Konversionsreflektor (4; 13) mindestens einen Teil eines von der Leuchtdiode (1, 2) abgestrahlten Lichts wellenlängenumgewandelt abstrahlt.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach Anspruch 1, wobei der Konversionsreflektor (4; 13) einen anderen Teil des von der Leuchtdiode (1, 2) abgestrahlten Lichts ohne Wellenlängenumwandlung abstrahlt.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Konversionsreflektor (4; 13) mindestens ein Wellenlängenumwandlungsmaterial für das von der mindestens einen Leuchtdiode (1, 2) ausgestrahlte Licht aufweist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Konversionsreflektor (4; 13) einen Teil des von der Leuchtdiode (1, 2) abgestrahlten Lichts ohne Wellenlängenumwandlung diffus abstrahlt.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei der Konversionsreflektor (4; 13) eine Konversionsschicht aufweist, bei der das mindestens eine Wellenlängenumwandlungsmaterial in einem Einbettungsmaterial eingebettet ist, welches das von der mindestens einen Leuchtdiode (1, 2) ausgestrahlte Licht streut.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach Anspruch 5, wobei der Konversionsreflektor (4; 13) unter der Konversionsschicht eine spiegelnde Reflexionsoberfläche aufweist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das vom Konversionsreflektor (4; 13) abgestrahlte Licht ein weißes Mischlicht ergibt.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach Anspruch 7, wobei die Leuchtdiode (2) eine blau leuchtende Leuchtdiode (2) ist und das mindestens eine Wellenlängenumwandlungsmaterial blaues Licht in gelbes Licht oder in gelbes Licht und rotes Licht umwandelt.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Leuchtdiode eine im ultravioletten Spektralbereich emittierende Leuchtdiode ist und Wellenlängenumwandlungsmaterialien das ultraviolette Licht in rotes, grünes bzw. blaues Licht umwandeln, wobei das von der Leuchtdiode (1, 2) abgestrahlte Licht mittels der Wellenlängenumwandlungsmaterialien im wesentlichen vollständig wellenlängenumgewandelt wird.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Reflektorbereich (4a; 6a, 6b, 6c) des Konversionsreflektors (4; 13) zumindest bei Draufsicht nicht von außen sichtbar ist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) Anspruch 10, bei der der Reflektorbereich (4a; 6a, 6b, 6c) des Konversionsreflektors (4; 13) nicht von außen sichtbar ist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) Anspruch 10 oder 11, bei der Sichtschutzblenden (11) vorgesehen sind, welche so angeordnet sind, dass sie eine direkte Betrachtung des Reflektorbereichs (4a; 6a, 6b, 6c) des Konversionsreflektors (4; 13) verhindern.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Konversionsreflektor (4) in Abstrahlrichtung der mindestens einen Leuchtdiode (2) an einem die mindestens eine Leuchtdiode tragenden Substrat (3) angebracht ist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (12; 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Konversionsreflektor (13) in Abstrahlrichtung der mindestens einen Leuchtdiode (2) ohne direkten Kontakt zu einem tragenden Substrat (3) angeordnet ist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend ein LED-Modul (1) mit mehreren auf einem gemeinsamen Substrat (3) angebrachten Leuchtdioden (2).
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach Anspruch 15, bei der sich der Konversionsreflektor (4) in Richtung zum LED-Modul (1) hin verjüngt.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Konversionsreflektor (4) die mindestens eine Leuchtdiode (2) seitlich überragt.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Blende (11) zum Blockieren von von der Leuchtdiode (1, 2) ausgestrahltem Licht, das nicht auf den Konversionsreflektor (4) fällt.
LED-Beleuchtungsvorrichtung, ferner aufweisend einen weiteren Reflektor (9), auf den von dem Konversionsreflektor (4) abgestrahltes Mischlicht fällt.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach Anspruch 19, wobei der weitere Reflektor (9) so angeordnet ist, dass das von der mindestens einen Leuchtdiode (2) abgestrahlte Licht nicht direkt auf ihn fällt.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei der weitere Reflektor (9) seitlich der mindestens einen Leuchtdiode (2) angeordnet ist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Leuchteinrichtung (16) mit einem Kopplungsmittel (17), welches von dem Konversionsreflektor (4) abgestrahltes Licht einkoppelt und zu einem Leuchtbereich (18) führt.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 22, wobei der Leuchtbereich (18) einen Nachleuchtstoff oder eine Maske aufweist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, wobei der Leuchtbereich (18) an einer von den Leuchtdioden (2) abgewandten Seite des Konversionsreflektors (4) angeordnet ist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Konversionsreflektor (4; 13) und/oder der weitere Reflektor (9) facettiert sind.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 25 mit mehreren Leuchtdioden (2), wobei der Konversionsreflektor (4) mindestens so viele Facetten wie Leuchtdioden (2) aufweist und Licht einer Leuchtdiode (2) mittels mindestens einer jeweils zugehörigen Facette (6a, 6b, 6c) reflektiert wird.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen für das vom Konversionsreflektor (4) reflektierte Licht durchlässigen Kolben, insbesondere Glaskolben (8).
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 27, wobei der Kolben (8) zumindest teilweise gefrostet ist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei der weitere Reflektor (9) am Kolben (8) ausgebildet ist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 29, wobei der weitere Reflektor (9) als diffus streuender Reflektor (9) ausgebildet ist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche in Kombination mit Anspruch 19, wobei der weitere Reflektor (9) mit einer Leuchtstoffschicht versehen ist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (12; 15) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder 15 bis 31 in Kombination mit Anspruch 14, ferner aufweisend eine Deckplatte (14), insbesondere aus Glas, an welcher der Konversionsreflektor (13) angebracht ist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung (7; 10; 12; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einer Retrofit-Lampe entspricht.