DE20303317U1 - Lamp - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
-
- H10W90/00—
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- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
Abstract
Description
P2003,0126P2003,0126
Beschreibung
LeuchtmittelDescription
Lamps
Die Erfindung betrifft ein Leuchtmittel mit mindestens einer Leuchtdiode mit einer in einen ersten Halbraum gerichteten Abstrahlcharakteristik und einer lichtleitenden Optik.The invention relates to a lighting means with at least one light-emitting diode with a radiation characteristic directed into a first half-space and a light-conducting optic.
Leuchtdioden sind üblicherweise so aufgebaut, daß ein HaIbleiterchip auf einem zur Stromzuführung dienenden leitenden Träger angeordnet ist. Von dem Halbleiterchip erzeugtes und abgestrahltes Licht wird nur in einen Halbraum ausgestrahlt, wobei der andere Halbraum durch den Träger abgeschirmt ist.Light-emitting diodes are usually constructed in such a way that a semiconductor chip is arranged on a conductive carrier that serves to supply current. Light generated and emitted by the semiconductor chip is only emitted into one half of the space, with the other half of the space being shielded by the carrier.
Der Aufbau einer solchen Leuchtdiode ist beispielsweise aus der Zeitschrift Siemens Components 29 (1991), Heft 4, Seiten 141 bis 149 bekannt. Bei der dort beschriebenen Leuchtdiode ist ein Abstrahlwinkel von 120 Grad vorgesehen, d. h. das Licht wird sogar nur in einen Teil des ersten Halbraumes ab-0 gestrahlt.The structure of such a light-emitting diode is known, for example, from the magazine Siemens Components 29 (1991), issue 4, pages 141 to 149. The light-emitting diode described there has a beam angle of 120 degrees, i.e. the light is only emitted into a part of the first half-space ab-0.
Allgemein ist es bekannt, zur Erzielung eines bestimmten Abstrahlwinkels oder einer Fokussierung in Abstrahlrichtung eine lichtformende Optik einzusetzen, die reflektierende oder lichtsammelnde Eigenschaften aufweist.In general, it is known to use light-shaping optics with reflective or light-collecting properties to achieve a specific beam angle or focus in the beam direction.
In der Vergangenheit hatten Leuchtdioden meist eine vergleichsweise geringe Leuchtstärke, so daß sie hauptsächlich in Anzeigevorrichtungen verwendet wurden, nicht aber für Be-0 leuchtungsaufgaben eingesetzt werden konnten, wenn man von verhältnismäßig lichtschwachen Anzeigenbeleuchtungen etc. absieht. Zudem konnte nur farbiges Licht erzeugt werden, das für Beleuchtungszwecke weniger geeignet ist. Mittlerweile sind jedoch auch Leuchtdioden verfügbar, die weißes Licht abstrahlen und darüber hinaus auch eine Leuchtstärke besitzen, die diese Leuchtdioden als Ersatz für bisherige konventionelle Leuchtmittel geeignet erscheinen läßt.In the past, light-emitting diodes usually had a relatively low luminosity, so that they were mainly used in display devices, but could not be used for lighting tasks, apart from relatively weak display lighting, etc. In addition, only colored light could be generated, which is less suitable for lighting purposes. However, light-emitting diodes are now available that emit white light and also have a luminosity that makes these light-emitting diodes suitable as a replacement for previous conventional lighting sources.
P2003, 0126P2003, 0126
Leuchtmittel werden jedoch häufig in Verbindung mit aufgesetzten Reflektoren und anderen lichtformenden Mitteln verwendet, die an die Abstrahlcharakteristik der konventionellen Leuchtmittel angepaßt sind, die auch, gesehen vom Leuchtmittel, in einen hinteren Halbraum Licht abstrahlen. Beispiele hierfür sind Fahrzeugscheinwerfer oder Taschenlampen, die mit einfachen Glühlampen oder Halogenlampen betrieben werden. Der einfache Austausch des konventionellen Leuchtmittels durch ein Leuchtmittel mit Leuchtdioden führt daher zu einer veränderten Abstrahlcharakteristik der Anordnung aus dem Leuchtmittel und dem Reflektor, was in vielen Fällen nicht gewünscht ist.However, lamps are often used in conjunction with attached reflectors and other light-forming devices that are adapted to the radiation characteristics of conventional lamps, which also emit light into a rear half-space, as seen from the lamp. Examples of this are vehicle headlights or flashlights that are operated with simple incandescent lamps or halogen lamps. Simply replacing the conventional lamp with a lamp with light-emitting diodes therefore leads to a changed radiation characteristic of the arrangement of the lamp and the reflector, which is not desired in many cases.
Bisher ist es bekannt, zur Erzeugung einer geeigneten Abstrahlcharakteristik eine dreidimensionale Anordnung mehrerer Leuchtdioden vorzusehen, d. h. ein Leuchtmittel mit mehreren Dioden besitzt Leuchtdioden, die ihr Licht in den vorderen, ersten Halbraum abstrahlen und solche Leuchtdioden, die ihr 0 Licht in den anderen, hinteren Halbraum abstrahlen. Eine solche Anordnung von Leuchtdioden ist jedoch aufwendig und teuer. It is known to date that a three-dimensional arrangement of several light-emitting diodes can be provided in order to generate a suitable radiation characteristic, i.e. a light source with several diodes has light-emitting diodes that emit their light into the front, first half-space and light-emitting diodes that emit their light into the other, rear half-space. However, such an arrangement of light-emitting diodes is complex and expensive.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfach aufgebautes 5 und kostengünstiges Leuchtmittel anzugeben, das zur Lichterzeugung Leuchtdioden einsetzt und das als Ersatz für konventionelle Leuchtmittel in Verbindung mit Reflektoren und anderen lichtformenden Komponenten eingesetzt werden kann, die auf die konventionellen Leuchtmittel abgestimmt sind. 30The object of the invention is therefore to provide a simply constructed and cost-effective lighting device that uses light-emitting diodes to generate light and that can be used as a replacement for conventional lighting devices in conjunction with reflectors and other light-forming components that are matched to the conventional lighting devices. 30
Diese Aufgabe wird durch ein Leuchtmittel der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die lichtformende Optik im ersten Halbraum angeordnet und zur Ablenkung von abgestrahltem Licht der mindestens einen Leuchtdiode in den anderen Halbraum eingerichtet ist.This object is achieved by a lighting device of the type mentioned at the outset, which is characterized in that the light-forming optics are arranged in the first half-space and are designed to deflect light emitted by the at least one light-emitting diode into the other half-space.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der lichtformenden Optik wird die Abstrahlcharakteristik eines leuchtdiodenbasierten Leuchtmittels so geändert, daß eine Abstrahlung auch in den zweiten Halbraum erfolgt.
5Due to the inventive design of the light-forming optics, the radiation characteristics of a light-emitting diode-based lamp are changed in such a way that radiation also occurs in the second half-space.
5
Der Vorteil ist, daß somit eine Abstrahlcharakteristik erzielt wird, die beispielsweise der einer Glühlampe oder einer Halogenlampe entspricht. Reflektoren, beispielsweise Scheinwerfer, die für konventionelle Leuchtmittel konstruiert wurden, können somit auch in Verbindung mit leuchtdiodenbasierten Leuchtmitteln verwendet werden. Beispielsweise kann ein defektes konventionelles Leuchtmittel einfach durch ein erfindungsgemäßes Leuchtmittel ersetzt werden. Die Entwicklung spezieller Reflektoren für leuchtdiodenbasierte Leuchtmittel ist somit nicht mehr erforderlich.The advantage is that this produces a radiation characteristic that corresponds, for example, to that of an incandescent lamp or a halogen lamp. Reflectors, such as headlights, that were designed for conventional lamps can therefore also be used in conjunction with LED-based lamps. For example, a defective conventional lamp can simply be replaced by a lamp according to the invention. The development of special reflectors for LED-based lamps is therefore no longer necessary.
Besonders vorteilhaft ist, daß der Einsatz erfindungsgemäßer Leuchtmittel z. B. in Fahrzeugscheinwerfern möglich ist, wo strenge gesetzliche Vorschriften bezüglich der Abstrahlcha-0 rakteristik des Scheinwerfers bestehen.It is particularly advantageous that the use of lamps according to the invention is possible, for example, in vehicle headlights where strict legal regulations exist regarding the radiation characteristics of the headlight.
Eine aufwendige dreidimensionale Anordnung von Leuchtdioden kann bei einem erfindungsgemäßen Leuchtmittel entfallen.A complex three-dimensional arrangement of light-emitting diodes can be omitted with a lighting device according to the invention.
In einer besonders günstigen Form ist die lichtformende Optik ringförmig ausgebildet und ist an der Innenseite in Abstrahlrichtung torusförmig gewölbt. Dadurch entstehen für einen Lichtstrahl mehrere Reflektionsstellen, an denen jeweils Totalreflektion auftritt, und durch die der reflektierte Lichtstrahl in den hinteren Halbraum umgelenkt wird.In a particularly advantageous form, the light-forming optics are ring-shaped and are curved torus-shaped on the inside in the direction of radiation. This creates several reflection points for a light beam, at each of which total reflection occurs and through which the reflected light beam is redirected into the rear half-space.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind in dem Leuchtmittel mehrere Leuchtdioden vorgesehen und gegenüber der Optik so angeordnet, daß von den Leuchtdioden abgestrahltes Licht auf die den Leuchtdioden zugewandte Fläche der Optik trifft. Dies wird beispielsweise durch eine ringförmige Anordnung der Leuchtdioden erreicht.In a further development of the invention, several light-emitting diodes are provided in the lighting means and are arranged opposite the optics in such a way that light emitted by the light-emitting diodes strikes the surface of the optics facing the light-emitting diodes. This is achieved, for example, by arranging the light-emitting diodes in a ring shape.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments. It shows:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leuchtmittels,Figure 1 shows a first embodiment of a lighting device according to the invention,
Figur 2 den Strahlengang in der lichtleitenden Optik einesFigure 2 shows the beam path in the light-guiding optics of a
erfindungsgemäßen Leuchtmittels gemäß Figur 1, 10illuminant according to the invention according to Figure 1, 10
Figur 3 ein Diagramm mit der Abstrahlcharakteristik in den ersten, vorderen Halbraum,Figure 3 is a diagram showing the radiation characteristics in the first, front half-space,
Figur 4 ein Diagramm mit der Abstrahlcharakteristik in den anderen, hinteren Halbraum eines erfindungsgemäßenFigure 4 is a diagram showing the radiation characteristics in the other, rear half-space of an inventive
Leuchtmittels,illuminant,
Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leuchtmittels mit mehreren Leuchtdioden und 20Figure 5 shows a second embodiment of a lighting device according to the invention with several light-emitting diodes and 20
Figur 6 einen Fahrzeugscheinwerfer mit einem erfindungsgemäßen Leuchtmittel.Figure 6 shows a vehicle headlight with a lighting means according to the invention.
Die Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer Leuchtdiode 1 und einer lichtformenden Optik 2, die zusammen ein Leuchtmittel 6 bilden. Die lichtformende Optik 2 ist auf die Leuchtdiode 1 an der Seite aufgesetzt, an der die Hauptabstrahlrichtung der Leuchtdiode 1 liegt. Das abgestrahlte Licht der Leuchtdiode 1 tritt daher von unten in die Optik 2 ein. Die Optik 2 ist ringförmig ausgebildet und an der Innenseite in Abstrahlrichtung torusförmig gewölbt. Die gewölbte Fläche führt je nach Einfallrichtung von Lichtstrahlen zu einer mehrfachen Totalreflektion, wodurch die Lichtstrahlen in den Halbraum umgelenkt werden, der unterhalb der 5 Optik 2, also seitlich der Leuchtdiode 1 liegt. Das Auftreten einer Totalreflektion hängt jedoch stark von dem Winkel ab, in dem ein Lichtstrahl auf die gewölbte Oberfläche auftrifft.Figure 1 shows a three-dimensional representation of a light-emitting diode 1 and a light-forming optic 2, which together form a light source 6. The light-forming optic 2 is placed on the light-emitting diode 1 on the side where the main radiation direction of the light-emitting diode 1 is. The light emitted by the light-emitting diode 1 therefore enters the optic 2 from below. The optic 2 is ring-shaped and torus-shaped on the inside in the radiation direction. Depending on the direction of incidence of the light rays, the curved surface leads to multiple total reflections, whereby the light rays are deflected into the half-space that lies below the optic 2, i.e. to the side of the light-emitting diode 1. The occurrence of total reflection, however, depends heavily on the angle at which a light beam hits the curved surface.
&Rgr;2003,0126&Rgr;2003,0126
Es wird daher nur ein Teil der einfallenden Lichtstrahlen total reflektiert, ein anderer Teil kann durch die Oberfläche hindurchtreten und wird in den ersten Halbraum abgestrahlt.Therefore, only a part of the incident light rays is totally reflected, another part can pass through the surface and is radiated into the first half-space.
Die Anteile der Lichtstrahlen, die in den ersten Halbraum und die in den zweiten Halbraum abgestrahlt werden, können durch die Wölbung und die Oberflächenbeschaffenheit der Oberfläche der Optik 2 innerhalb physikalischer Grenzen gesteuert werden. The proportions of the light rays emitted into the first half-space and those emitted into the second half-space can be controlled within physical limits by the curvature and the surface texture of the surface of the optics 2.
Wie in der Figur 1 erkennbar, ist dort die Leuchtdiode 1 auf einer einfache Leiterplatte 9 angeordnet, was eine erhebliche Kostenersparnis gegenüber einer dreidimensionalen Anordnung von Leuchtdioden darstellt. Zwar ist die lichtformende Optik 2 erforderlich, doch kann diese kostengünstig im Spritzgußverfahren hergestellt werden.As can be seen in Figure 1, the light-emitting diode 1 is arranged on a simple circuit board 9, which represents a significant cost saving compared to a three-dimensional arrangement of light-emitting diodes. Although the light-forming optics 2 are required, they can be manufactured cost-effectively using the injection molding process.
In der Figur 2 ist der Strahlengang einfallender Lichtstrahlen 3 durch die lichtleitende Optik 2 dargestellt. Das von unten, also von der Leuchtdiode her einfallende Licht 3 wird teilweise an der gewölbten Oberfläche der Optik 2 mehrfach reflektiert, so daß aus der Optik 2 austretende Lichtstrahlen 5 in den hinteren Halbraum unterhalb der Optik 2 abgestrahlt werden. Ein anderer Teil der Lichtstrahlen tritt als Lichtstrahlen 4 in den vorderen Halbraum aus. Über die Geometrie der Optik ist die Lichtverteilung beispielsweise so einstellbar, daß 30% des von der Leuchtdiode erzeugten Lichts in den hinteren Halbraum austreten und 7 0% in den vorderen Halbraum abgestrahlt werden.Figure 2 shows the beam path of incident light rays 3 through the light-conducting optics 2. The light 3 incident from below, i.e. from the light-emitting diode, is partially reflected several times on the curved surface of the optics 2, so that light rays 5 emerging from the optics 2 are emitted into the rear half-space below the optics 2. Another part of the light rays emerges as light rays 4 into the front half-space. The geometry of the optics can be used to adjust the light distribution so that 30% of the light generated by the light-emitting diode emerges into the rear half-space and 70% is emitted into the front half-space.
In der Figur 3 ist die Abstrahlcharakteristik in den vorderen Halbraum dargestellt, während in der Figur 4 die Abstrahlcharakteristik in den hinteren Halbraum zu sehen ist.Figure 3 shows the radiation pattern in the front half-space, while Figure 4 shows the radiation pattern in the rear half-space.
Die Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leuchtmittels. In diesem Ausführungsbeispiel sind mehrere Leuchtdioden 1 vorgesehen, die ihr Licht in eineFigure 5 shows a second embodiment of a lighting device according to the invention. In this embodiment, several light-emitting diodes 1 are provided, which emit their light in a
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gemeinsame Optik 12 abstrahlen. Die Optik 12 ist ebenfalls ringförmig ausgestaltet und besitzt die anhand von Figur 1 beschriebene gewölbte Oberfläche, die einen Teil des von den Leuchtdioden 1 eingestrahlten Lichtes in den hinteren HaI-braum reflektiert und einen anderen Teil in den vorderen Halbraum durchläßt. Auch in dieser Ausführung sind die Leuchtdioden 1 auf einer einfachen planaren Leiterplatte 9 angeordnet .common optics 12. The optics 12 are also ring-shaped and have the curved surface described with reference to Figure 1, which reflects part of the light emitted by the light-emitting diodes 1 into the rear half-space and lets another part pass into the front half-space. In this embodiment, the light-emitting diodes 1 are also arranged on a simple planar circuit board 9.
Eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Leuchtmittels in einer Fahrzeugleuchte, insbesondere in einem Fahrzeugscheinwerfer, ist in der Figur 6 dargestellt. Der Scheinwerfer besitzt einen Reflektor 7, der dafür ausgelegt ist, von dem Leuchtmittel 6 abgestrahltes Licht in Richtung einer Lichtaustrittsöffnung 10 zu reflektieren. Normalerweise an dieser Stelle eingesetzte konventionelle Leuchtmittel würden Licht auch nach hinten ausstrahlen, daher ist der Reflektor 7 so ausgelegt, daß nach hinten abgestrahltes Licht wieder nach vorne reflektiert wird. Aus dieser Darstellung ist ersichtlieh, daß es erforderlich ist, daß auch ein leuchtdiodenbasiertes Leuchtmittel Licht nach hinten abstrahlen muß, um eine insgesamt gleiche Lichtabstrahlcharakteristik des Scheinwerfers zu ermöglichen. Das Leuchtmittel 6 ist dabei auf einen Sockel 8 aufgesetzt, über den auch die Stromzuführung erfolgt. The use of a light source according to the invention in a vehicle light, in particular in a vehicle headlight, is shown in Figure 6. The headlight has a reflector 7 which is designed to reflect light emitted by the light source 6 in the direction of a light exit opening 10. Conventional light sources normally used at this point would also emit light to the rear, so the reflector 7 is designed so that light emitted to the rear is reflected back to the front. From this illustration it can be seen that it is necessary for a light-emitting diode-based light source to also emit light to the rear in order to enable the headlight to have the same light emission characteristics overall. The light source 6 is placed on a base 8, via which the power is also supplied.
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BezugszeichenlisteList of reference symbols
1 Leuchtdiode1 LED
2 Optik2 Optics
3 Einfall der Lichtstrahlen3 Incident of light rays
4 in den ersten Halbraum austretende Lichtstrahlen4 light rays exiting into the first half-space
5 in den zweiten Halbraum austretende Lichtstrahlen5 light rays exiting into the second half-space
6 Leuchtmittel6 bulbs
7 Reflektor 8 Sockel7 Reflector 8 Base
9 Leiterplatte9 Circuit board
10 Lichtaustrittsöffnung10 Light exit opening
12 Optik für mehrere Leuchtdioden12 Optics for multiple LEDs
Claims (5)
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ID=7980468
Family Applications (1)
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- 2003-02-28 DE DE20303317U patent/DE20303317U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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