WO2012022662A1

WO2012022662A1 - Lichtquelle

Info

Publication number: WO2012022662A1
Application number: PCT/EP2011/063787
Authority: WO
Inventors: Martin Moeck
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: DE102010034664A1; DE102010034664B4

Abstract

Es wird eine Lichtquelle mit einem Lichtmodul (10) angeben, die einen Trägerkörper (1) mit einer Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelementen (3) und einem Konvektionskühlkörper (2) aufweist, wobei die Halbleiterbauelemente (3) auf einer Montagefläche (11) des Trägerkörpers (1) angeordnet sind und im Betrieb Licht entlang einer Abstrahlrichtung (99) abstrahlen, und wobei der Konvektionskühlkörper (2) lateral zu den Halbleiterbauelementen (3) angeordnet ist, thermisch an den Trägerkörper (1) angeschlossen ist und sich in Abstrahlrichtung (99) von der Montagefläche (11) wegerstreckt.

Description

Beschreibung Lichtquelle

Es wird eine Lichtquelle angegeben.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2010 034 664.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Module mit Licht emittierenden Dioden (LEDs) und

Beleuchtungsvorrichtungen mit diesen, beispielsweise in Form von Deckenstrahlern, sind heutzutage zur Beleuchtung

erhältlich mit einer Lichtstärke von typischerweise über 300 Lumen und einem Farbwiedergabeindex von mehr als 80. Jedoch ist die Kühlung, die aufgrund der mit der hohen Lichtstärke und Leistung verbundenen Wärmeentwicklung von herausragender Bedeutung ist, bei derartigen Modulen und

Beleuchtungseinrichtungen problematisch. Das Problem der Kühlung tritt insbesondere bei der Leuchtenplanung auf, beispielsweise hinsichtlich der Thermik mit diesen Systemen. Typischerweise werden die meisten Module oder

Beleuchtungseinrichtungen in in einer Raumdecke integrierte Strahler und Leuchten eingebaut, um einen Raum oder Teile davon von oben her zu beleuchten. Dadurch sind die Leuchten nach oben oft thermisch isoliert, was beispielsweise an üblichen Deckenisolierungen von Gebäuden, wie etwa

Wohnhäusern, für Schallschutz, Feuchtigkeit und Wärme liegt.

Zusätzlich werden die Leuchten oft in feuersichere Decken eingebaut, die beispielsweise der Brandschutzklasse F90 entsprechen. Derartige Decken sind so ausgelegt, dass Flammen über einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise bei der genannten Brandschutznorm F90 für 90 Minuten, nicht durch die Decke durchschlagen können. Daher sind Leuchten, die dann ebenfalls einer solchen Brandschutznorm genügen müssen, nach oben typischerweise mit einem Metalltopf oder ähnlichem abgesichert. Dadurch kann es jedoch leicht passieren, dass die LED-Module und Leuchten viel zu heiß werden, da

beispielsweise ein Abtransport von Wärme beispielsweise über Konvektion kaum mehr oder gar nicht mehr funktioniert.

Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Aus führungs formen ist es, eine Lichtquelle mit einem Lichtmodul anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte

Aus führungs formen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor .

Gemäß einer Aus führungs form weist eine Lichtquelle ein

Lichtmodul auf.

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist ein Lichtmodul einen Trägerkörper mit einer Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelementen auf. Die Halbleiterbauelemente können insbesondere auf einer Montagefläche des Trägerkörpers angeordnet sein und im Betrieb Licht entlang einer

Abstrahlrichtung abstrahlen. Insbesondere kann jedes der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente eine

Lichtauskoppelfläche aufweisen, über die das im Betrieb erzeugte Licht entlang der Abstrahlrichtung abgestrahlt wird. Mit "Abstrahlrichtung" wird insbesondere die über alle möglichen Abstrahlrichtungen gemittelte Abstrahlrichtung bezeichnet, die besonders bevorzugt senkrecht zur Lichtauskoppelfläche steht.

Bei dem Trägerkörper kann es sich beispielsweise um einen Anschlussträger handeln, der beispielsweise einen Grundkörper aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist, in dem oder auf dem elektrische Anschlussstellen, Kontaktstellen und/oder Leiterbahnen ein- bzw. aufgebracht sind. Besonders bevorzugt kann der Trägerkörper als Platine mit elektrischen Kontakten zum elektrischen Anschluss der Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelementen ausgebildet sein. Dazu kann der Trägerkörper besonders bevorzugt als Leiterplatte ("printed circuit board", PCB) oder als Metallkernplatine ("metal core printed circuit board", MCPCB) ausgeführt sein.

Ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement der Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelementen kann insbesondere geeignet sein, Licht in einem Wellenlängenbereich von

ultravioletter Strahlung bis infraroter Strahlung, besonders bevorzugt von sichtbarem Licht, abzustrahlen. Dabei kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement einfarbiges Licht oder auch mischfarbiges Licht abstrahlen, beispielsweise für Beleuchtungszwecke auch besonders bevorzugt weißes Licht. Das Licht emittierende Halbleiterbauelement kann dazu

beispielsweise auch einen Farbstoff aufweisen, der zumindest einen Teil der von einer Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung in Licht mit einer anderen Wellenlänge umwandeln kann, sodass das Halbleiterbauelement mischfarbiges Licht abstrahlen kann. Durch eine geeignete Kombination gleich- oder verschiedenfarbiger Licht emittierender

Halbleiterbauelemente sind ein hoher Farbwiedergabeindex und eine hohe Helligkeit der Lichtquelle möglich. Das Licht emittierende Halbleiterbauelement kann insbesondere als epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge

ausgebildet sein oder eine epitaktisch gewachsene

Halbleiterschichtenfolge aufweisen. Die

Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere als Halbleiterchip ausgeführt sein. Die Halbleiterschichtenfolge kann ein

Arsenid-, Phosphid- und/oder Nitrid-Verbindungs- Halbleitermaterial aufweisen, das hinsichtlich seiner

Zusammensetzung und hinsichtlich seines Schichtaufbaus entsprechend dem gewünschten Licht ausgebildet ist. Das Licht emittierende Halbleiterbauelement kann insbesondere als Licht emittierende Diode (LED) ausgebildet sein. Das Licht

emittierende Halbleiterbauelement kann dazu beispielsweise einen Gehäusekörper aufweisen, in dem die epitaktisch

gewachsene Halbleiterschichtenfolge, also der Halbleiterchip, montiert und gegebenenfalls in ein Vergussmaterial

eingebettet ist. Alternativ dazu kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement auch als epitaktisch gewachsene

Halbleiterschichtenfolge in Form eines Halbleiterchips direkt auf der Montagefläche des Trägerkörpers ohne einen

Gehäusekörper montiert sein.

Gemäß einer weiteren Aus führungs form können die Licht

emittierenden Halbleiterbauelemente der Mehrzahl der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente jeweils Licht mit einer gleichen Wellenlänge oder einem gleichen Wellenlängenbereich und somit mit einem gleichen Farbeindruck abstrahlen.

Alternativ dazu können die Licht emittierenden

Halbleiterbauelemente der Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelementen auch jeweils verschiedenfarbiges Licht abstrahlen, sodass die Überlagerung des verschiedenfarbigen Lichts der Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelemente zu einem mischfarbigen Licht für das Lichtmodul führt.

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist das Lichtmodul der Lichtquelle einen Konvektionskühlkörper auf.

Der Konvektionskühlkörper kann insbesondere lateral zu den Halbleiterbauelementen angeordnet sein. Das bedeutet, dass der Konvektionskühlkörper in Abstrahlrichtung neben und somit seitlich versetzt zu den Halbleiterbauelementen angeordnet ist. Der Konvektionskühlkörper kann weiterhin besonders bevorzugt thermisch an den Trägerkörper angeschlossen sein. Dadurch kann es möglich sein, dass mit Vorteil Wärme, die im Betrieb der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente

entsteht, von diesen über den Trägerkörper an den

Konvektionskühlkörper abgegeben werden kann. Weiterhin kann sich der Konvektionskühlkörper in Abstrahlrichtung von der Montagefläche weg erstrecken. Das kann insbesondere bedeuten, dass der Konvektionskühlkörper sich in Abstrahlrichtung vom Trägerkörper und damit von den Licht emittierenden

Halbleiterbauelementen weg erstreckt. Alternativ dazu kann sich der Konvektionskühlkörper auch entgegen der

Abstrahlrichtung vom Trägerkörper weg erstrecken.

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist der

Konvektionskühlkörper zumindest zwei Wandelemente auf, zwischen denen eine Mehrzahl von thermisch an die

Wandelemente angeschlossenen Kühlrippen angeordnet ist, wobei eines der Wandelemente an den Trägerkörper angrenzt.

Insbesondere können die zwei Wandelemente thermisch mit jeweils gegenüberliegenden Kanten jeder der Kühlrippen thermisch verbunden sein, sodass die Wandelemente mit den Kühlrippen jeweils Hohlräume bilden, die von einem Kühlmedium, insbesondere Luft, durchströmt werden können. Dass zwei Elemente aneinander angrenzen, heißt hier und im Folgenden, dass ein thermischer und ein mechanischer Kontakt bestehen .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form sind die Kühlrippen derart angeordnet, dass ein Kühlmedium, insbesondere Luft, durch Konvektion den Konvektionskühlkörper zumindest

teilweise in oder entgegen der Abstrahlrichtung durchströmen kann. So können sich die Wandelemente insbesondere von der Montagefläche des Trägerkörpers entlang der Abstrahlrichtung weg erstrecken, während sich die Kühlrippen zwischen den Wandelementen zumindest teilweise ebenfalls entlang der

Abstrahlrichtung von der Montagefläche weg erstrecken. Das kann beispielsweise bedeuten, dass die Kühlrippen senkrecht zur Montagefläche angeordnet sind. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die Kühlrippen geneigt zur Abstrahlrichtung und damit auch geneigt zur Montagefläche angeordnet sind. Durch zur Abstrahlrichtung geneigte Kühlrippen kann mit

Vorteil eine Verbesserung einer Konvektionsströmung in

Abstrahlrichtung oder entgegen der Abstrahlrichtung erreicht werden. Insbesondere kann durch den Konvektionskühlkörper ein Kamineffekt erreicht werden, durch den das Kühlmedium, insbesondere Luft, effektiv den Konvektionskühlkörper

durchströmen kann und so in effizienter Weise Wärme vom

Konvektionskühlkörper und damit auch von den Licht

emittierenden Halbleiterbauelementen abtransportiert werden kann .

Bei der hier beschriebenen Lichtquelle mit dem Lichtmodul mit dem Trägerkörper und dem Konvektionskühlkörper kann es mit Vorteil möglich sein, dass keine aktive Kühlung wie etwa ein Ventilator oder auch ein schwerer Kühlkörper eingesetzt werden müssen. Dadurch kann eine kompakte Lichtquelle

ermöglicht werden, die dennoch eine ausreichende Kühlung für die Licht emittierenden Halbleiterbauelemente gewährleisten kann .

Mit Vorteil kann dadurch die Temperatur der Licht

emittierenden Halbleiterbauelemente im Vergleich zu bekannten Leuchten mit LEDs abgesenkt werden bzw. es kann gewährleistet werden, dass die Temperatur in den Halbleiterschichtenfolgen der Halbleiterbauelemente eine bestimmte Maximaltemperatur nicht überschreitet. Dadurch kann es möglich sein, dass die abgestrahlte Wellenlänge bzw. der abgestrahlte

Wellenlängenbereich und damit die Farbtemperatur des von den Halbleiterbauelementen abgestrahlten Lichts im Vergleich zu bekannten Leuchten mit LEDs stabiler bleiben. Dadurch können beispielsweise Helligkeits- und Farbdrifts reduziert werden. Weiterhin kann aufgrund einer effektiven Kühlung die

Lebensdauer der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente mit Vorteil verlängert werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die

Montagefläche eine Form aufweisen, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, die gebildet wird durch einen Kreis, eine

Ellipse, einen Kreisbogen, einen Ellipsenbogen, eine Spirale, einen Spline und eine Kombination daraus. Als Spline wird hierbei eine Kurve bezeichnet, die stetig und ohne Knick aneinander gesetzte Kurvenstücke aufweist, die jeweils beispielsweise durch Polynomfunktionen, Kreisfunktionen, Ellipsenfunktionen und/oder trigonometrische Funktionen definiert sein können. Ein Spline kann somit auch als

Freiformkurve bezeichnet werden, die insbesondere im

mathematischen Sinne stetig und mindestens einmal

differenzierbar ist und somit keine Lücken oder Knicke aufweist. Insbesondere kann der Trägerkörper dabei eine ringförmige Montagefläche aufweisen. Als ringförmige

Montagefläche wird hier und im Folgenden eine Montagefläche bezeichnet, die streifenförmig ausgebildet ist und eine

Öffnung gänzlich umschließt. Besonders bevorzugt ist die ringförmige Montagefläche in Form eines Kreisrings oder eines Ellipsenrings oder streifenförmig entlang eines geschlossenen Splines ausgeführt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der

Konvektionskühlkörper eine Grundform auf, die an die

Montagefläche des Trägerkörpers angepasst ist. Mit einer Grundform des Konvektionskühlkörpers wird hier und im

Folgenden diejenige Form bezeichnet, die der

Konvektionskühlkörper in einer Ebene senkrecht zur

Abstrahlrichtung der Licht emittierenden

Halbleiterbauelemente aufweist. Die Montagefläche kann beispielsweise durch zumindest eine Randlinie begrenzt sein und der Konvektionskühlkörper kann an die Randlinie angrenzen und der Randlinie folgen. Insbesondere kann ein Wandelement des Konvektionskühlkörpers der Randlinie der Montagefläche folgen. Dadurch, dass der Konvektionskühlkörper eine

Grundform aufweist, die an die Montagefläche des

Trägerkörpers angepasst ist, kann ein großflächiger Anschluss des Konvektionskühlkörpers an die Trägerkörper erreicht werden, obwohl der Trägerkörper lateral zu den

Halbleiterbauelementen angeordnet ist.

Ist der Trägerkörper beispielsweise derart ausgebildet, dass er eine ringförmige, beispielsweise kreisringförmige oder eine ellipsenringförmige oder streifenförmige, entlang eines geschlossenen Splines verlaufende Montagefläche aufweist, so können die Wandelemente des Konvektionskühlkörpers besonders bevorzugt einen ebenso geformten Zylinderring bilden, in dem die Kühlrippen angeordnet sind.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der

Konvektionskühlkörper eine den Halbleiterbauelementen

zugewandte, sich von der Montagefläche in Abstrahlrichtung weg erstreckende Seitenfläche auf, die reflektierend ist. Die Seitenfläche kann dabei diffus oder gerichtet reflektierend, also im letzteren Fall glänzend, ausgeführt sein.

Insbesondere kann die Seitenfläche durch eine Seitenfläche eines der Wandelemente des Konvektionskühlkörpers gebildet werden, das an den Trägerkörper angrenzt.

Eines oder beide der Wandelemente des Konvektionskühlkörpers können parallel zur Abstrahlrichtung der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente und damit senkrecht zur Montagefläche des Trägerkörpers angeordnet sein. Alternativ dazu können eines oder beide der Wandelemente auch geneigt mit einem Winkel unterschiedlich von 90° zur Montagefläche, mit anderen Worten also unterschiedlich von 0° zur Abstrahlrichtung, angeordnet sein. Ist beispielsweise das den Licht

emittierenden Halbleiterbauelementen zugewandte Wandelement mit einer reflektierenden Seitenwand ausgebildet, die geneigt angeordnet ist, kann es möglich sein, dass mit Vorteil eine gewünschte Lichtverteilung und Abstrahlcharakteristik

erreicht werden kann.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Lichtmodul einen weiteren Konvektionskühlkörper aufweisen, der ebenfalls lateral zu den Halbleiterbauelementen angeordnet ist und thermisch an den Trägerkörper angeschlossen ist. Insbesondere kann sich der weitere Konvektionskühlkörper ebenfalls in Abstrahlrichtung von der Montagefläche weg erstrecken. Besonders bevorzugt sind die Licht emittierenden Halbleiterbauelemente dabei zwischen den

Konvektionskühlkörpern angeordnet, sodass der Trägerkörper beispielsweise eine Ringform mit zwei Rändern aufweist, an denen jeweils ein Konvektionskühlkörper angeordnet ist. Sind die den Licht emittierenden Halbleiterbauelementen

zugewandten Seitenflächen der Konvektionskühlkörper jeweils reflektierend ausgebildet, kann eine Verstärkung der

Abstrahlung von Licht in Abstrahlrichtung erreicht werden. Gleichzeitig kann durch den weiteren Konvektionskühlkörper eine Vergrößerung des Kühleffekts erreicht werden. Der weitere Konvektionskühlkörper kann dabei eines oder mehrere der vorgenannten Merkmale für den Konvektionskühlkörper aufweisen .

Weiterhin kann das Lichtmodul ein optisches Element

aufweisen, das den Halbleiterbauelementen in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist. Das optische Element kann beispielsweise transparent oder transluzent ausgeführt sein und

beispielsweise eine oder mehrere Linsen umfassen. Weiterhin kann das optische Element auch als optischer Diffusor

ausgebildet sein, beispielsweise als Streuplatte oder

Streufolie .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form kann die Lichtquelle eine Mehrzahl von Lichtmodulen aufweisen, die jeweils eines oder mehrere der vorgenannten Merkmale und/oder eine oder mehrere der vorgenannten Aus führungs formen aufweisen können. Besonders bevorzugt können die Lichtmodule aneinander

angrenzen und somit eine kompakte, Platz sparende Lichtquelle bilden. Insbesondere können die Lichtmodule derart aneinander angrenzen, dass zumindest ein Konvektionskühlkörper eines Lichtmoduls an den Trägerkörper eines benachbarten Lichtmoduls angrenzt und thermisch mit diesem m Kontakt ist. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Mehrzahl von

Lichtmodulen derart angeordnet sind, dass jeweils immer ein Trägerkörper zwischen zwei Konvektionskühlkörpern angeordnet ist. Dadurch kann mit Vorteil ein Konvektionskühlkörper beispielsweise zur Kühlung von zumindest zwei Trägerkörpern beitragen .

Besonders bevorzugt können ein erstes und ein zweites der Mehrzahl von Lichtmodulen ringförmig mit unterschiedlichen Größen ausgebildet sein, wobei das erste Lichtmodul das zweite Lichtmodul umgibt und direkt an das zweite Lichtmodul angrenzt. Das kann insbesondere bedeuten, dass das erste und das zweite Lichtmodul ineinander angeordnet sind. Weist die Lichtquelle mehr als zwei Lichtmodule auf, so können diese in einer besonders bevorzugten Aus führungs form alle ringförmig mit verschiedenen Größen ausgebildet sein und ineinander angeordnet sein.

Gemäß einer weiteren Aus führungs form kann die Montagefläche des zweiten Lichtmoduls, das vom ersten Lichtmodul umgeben wird, in Abstrahlrichtung zur Montagefläche des ersten

Lichtmoduls versetzt angeordnet sein. Insbesondere kann die Montagefläche des zweiten Lichtmoduls in Abstrahlrichtung vor der Montagefläche des ersten Lichtmoduls angeordnet sein. Dadurch können die Trägerkörper der Lichtmodule eine treppen- oder stufenförmige Anordnung bilden, wodurch die Lichtquelle beispielsweise eine stufenpyramidenartige Gesamtform

aufweisen kann.

Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Lichtquelle weiterhin ein Befestigungselement auf, an dem das zumindest eine Lichtmodul oder die Mehrzahl von Lichtmodulen angeordnet und befestigt sind. Das Befestigungselement kann insbesondere auch dem elektrischen Anschluss des einen oder der mehreren Lichtmodule dienen und dazu geeignete elektrische Zuführungen und Anschlussmöglichkeiten für die Lichtmodule aufweisen. Insbesondere kann das Befestigungselement beispielsweise säulen- oder zapfenförmig ausgebildet sein und das Lichtmodul kann das Befestigungselement ringförmig umgeben. Das

Befestigungselement kann insbesondere auch geeignet sein, in einer bereits bestehenden oder bekannten Lampenfassung oder Montagevorrichtung angeordnet und befestigt zu werden.

Dadurch kann die Lichtquelle ohne zusätzliche Maßnahmen beispielsweise in einer bekannten Lampenfassung angeordnet werden. Insbesondere kann die Lichtquelle dabei als so genannte Retrofit-Lichtquelle ausgebildet sein. Dadurch, dass die Lichtquelle dabei den Konvektionskühlkörper aufweist, müssen keine weiteren Maßnahmen zur Kühlung der Lichtquelle und insbesondere der Licht emittierenden

Halbleiterbauelemente vorgesehen werden, da die Licht

emittierenden Halbleiterbauelemente mittels Konvektion effektiv gekühlt werden können. Der Nachteil bekannter

Retrofit-LED-Module, die oft zu heiß werden, wenn sie ohne weitere Kühlmaßnahmen in bestehende Lampenfassungen montiert werden, kann dabei mit Vorteil vermieden werden.

Insbesondere kann die Lichtquelle in einem bevorzugten

Ausführungsbeispiel einen Deckenstrahler oder eine

Deckenleuchte bilden, die mittels des Befestigungselements befestigte Lichtmodule aufweist, die zu einer Zimmerdecke beabstandet angeordnet sind, sodass eine effektive Konvektion durch den Konvektionskühlkörper stattfinden kann. Dadurch kann die durch den Betrieb der Licht emittierenden

Halbleiterbauelemente gebildete heiße Luft nach oben

ausweichen und bleibt nicht im Deckenraum gefangen. Durch eine derart hängende Anordnung der Lichtquelle kann die

Konvektion mit Vorteil maximiert werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Aus führungs formen und

Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in

Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 beschriebenen

Aus führungs formen .

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Lichtquelle

gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Figur 2 eine schematische Darstellung einer Lichtquelle

gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Figuren 3A bis 3E verschiedene schematische Darstellungen einer Lichtquelle gemäß einem weiteren

Ausführungsbeispiel und

Figur 4 eine schematische Darstellung einer Lichtquelle

gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleich oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen

Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente wie beispielsweise Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein. In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Lichtquelle 100 gezeigt, die ein Lichtmodul 10 aufweist. Das Lichtmodul 10 weist einen Trägerkörper 1 mit einer Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelementen 3 auf.

Der Trägerkörper 1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ringförmig ausgebildet. Insbesondere weist der Trägerkörper 1 eine Montagefläche 11 auf, die ringförmig, insbesondere kreisringförmig, ausgebildet ist. Der Trägerkörper 1 ist als Platine ausgeführt, die auf der Montagefläche 11

Montagebereiche und elektrische Zuleitungen für die Mehrzahl der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente 3 aufweist.

Die Licht emittierenden Halbleiterbauelemente 3 sind als epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolgen in Form von Halbleiterchips ausgeführt, die direkt auf dem Trägerkörper 1 angeordnet sind. Beispielsweise können die Licht

emittierenden Halbleiterbauelemente 3 aber auch als Licht emittierende Dioden (LEDs) in Form von Halbleiterchips ausgeführt sein, die jeweils in einem eigenen Gehäusekörper, bevorzugt einem vorgeformten Gehäusekörper, montiert und elektrisch angeschlossen sind. Je nach gewünschtem Licht, das vom Lichtmodul 10 beziehungsweise von der Lichtquelle 100 abgestrahlt werden soll, können die Licht emittierenden

Halbleiterbauelemente 3 jeweils Licht mit der gleichen

Wellenlänge beziehungsweise dem gleichen Farbeindruck oder auch verschiedenfarbiges Licht abstrahlen. Beispielsweise können, wie in Figur 1 gezeigt, die Licht emittierenden

Halbleiterbauelemente 3 auch gruppenweise auf der

Montagefläche 11 des Trägerkörpers 1 angeordnet sein, wobei jede Gruppe zumindest ein Licht emittierendes

Halbleiterbauelement 3, das rotes Licht abstrahlt, zumindest ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 3, das grünes Licht abstrahlt, und zumindest ein Licht emittierendes

Halbleiterbauelement 3, das blaues Licht abstrahlt, aufweist. Durch die Überlagerung des jeweils abgestrahlten

verschiedenfarbigen Lichts kann ein mischfarbiger,

insbesondere weißer, Leuchteindruck durch die Lichtquelle 100 erzeugt werden. Zur Homogenisierung des von den

Halbleiterbauelementen 3 abgestrahlten Lichts kann diesen in Abstrahlrichtung auch ein optisches Element, beispielsweise ein optischer Diffusor (nicht gezeigt) nachgeordnet sein.

Die Halbleiterbauelemente 3 strahlen das Licht entlang der mittels des Pfeils angedeuteten Abstrahlrichtung 99 ab.

Weiterhin weist das Lichtmodul 10 einen Konvektionskühlkörper 2 auf, der lateral, das heißt in einer Ebene senkrecht zur Abstrahlrichtung 99, zu den Halbleiterbauelementen 3

angeordnet ist. Der Konvektionskühlkörper 2 ist dabei

thermisch an den Trägerkörper 1 angeschlossen und erstreckt sich in Abstrahlrichtung 99 von der Montagefläche 11 des Trägerkörpers 1 weg.

Der Konvektionskühlkörper 2 weist zwei Wandelemente 22 und 23 auf, zwischen denen eine Mehrzahl von thermisch an die

Wandelemente 22, 23 angeschlossenen Kühlrippen 24 angeordnet ist. In einer Ebene senkrecht zur Abstrahlrichtung 99 weist der Konvektionskühlkörper 2 eine Grundform auf, die an die Montagefläche 11 des Trägerkörpers 1 angepasst ist. Das bedeutet im gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere, dass der Konvektionskühlkörper 2 ebenfalls ringförmig ausgebildet ist und dass die Wandelemente 22, 23 einen Zylinderring bilden, in dem die Kühlrippen 24 angeordnet sind. Alternativ zur gezeigten kreisringförmigen Ausgestaltung des

Trägerkörpers 1 und des Konvektionskühlkörpers 2 im gezeigten Ausführungsbeispiel der Figur 1 kann der Trägerkörper 1 und/oder der Konvektionskühlkörper 2 auch eine andere Form, beispielsweise eine elliptische Ringform oder eine Ringform entlang eines geschlossenen Splines aufweisen.

Durch den thermischen Anschluss des Wandelements 22 des Konvektionskühlkörpers 2 an den Trägerkörper 1 kann eine effektive Wärmeableitung von den Licht emittierenden

Halbleiterbauelementen 3 auf den Konvektionskühlkörper 2 gewährleistet werden. Insbesondere sind die Kühlrippen 24 derart angeordnet, dass ein Kühlmedium, insbesondere Luft, durch Konvektion den Konvektionskühlkörper 2 zumindest teilweise in oder entgegen der Abstrahlrichtung 99

durchströmen kann. Beispielsweise kann die Lichtquelle 100 mit dem Lichtmodul 10 als Deckenbeleuchtung eingesetzt werden, sodass Luft mittels Konvektion entgegen der

Abstrahlrichtung 99 den Konvektionskühlkörper 2 durchströmen kann . Entsprechend der Anzahl der Licht emittierenden

Halbleiterbauelemente 3 und der durch diese erzeugten Wärme sowie angepasst an die Umgebungstemperatur, die

Luftfeuchtigkeit und weitere, die Konvektion beeinflussende Faktoren, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kühlrippen 24 wie in Figur 1 gezeigt geneigt zur

Abstrahlrichtung 99 angeordnet sind. Dadurch kann eine

Verbesserung eines Kamineffekts erwirkt werden, der eine erhöhte Konvektionsströmung durch den Konvektionskühlkörper 2 zur Folge hat. Durch den thermischen Anschluss des

Konvektionskühlkörpers 2 sind auch die Kühlrippen 24

thermisch mit dem Trägerkörper 1 und damit mit den Licht emittierenden Halbleiterbauelementen 3 verbunden, sodass diese über die Kühlrippen 24 und die den Konvektionskühlkörper 2 durchströmende Luft effektiv gekühlt werden können. Dadurch kann eine im Vergleich zu bekannten Leuchten mit LEDs niedrige oder niedrigere Betriebstemperatur der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente 3 erreicht werden, wodurch zum einen die Lebensdauer der Licht

emittierenden Halbleiterbauelemente 3 mit Vorteil erhöht werden kann und zum anderen Helligkeits- und Farbvariationen, die durch Temperaturschwankungen oder -drifts hervorgerufen werden können, reduziert werden.

Der Konvektionskühlkörper 2 ist aus einem thermisch gut leitfähigem Material gefertigt, beispielsweise einem Metall wie etwa Aluminium und/oder Kupfer. Zur Erhöhung der Abstrahlung von Licht in Abstrahlrichtung 99 weist der Konvektionskühlkörper 2 eine den Licht

emittierenden Halbleiterbauelementen zugewandte und sich von den Licht emittierenden Halbleiterbauelementen 3 weg

erstreckende Seitenfläche 25 auf, die durch die den Licht emittierenden Halbleiterbauelementen 3 zugewandte

Seitenfläche des Wandelements 22 gebildet wird und die reflektierend ausgebildet ist. Dabei kann die Seitenfläche 25 je nach gewünschter Abstrahlcharakteristik diffus oder auch gerichtet reflektierend ausgebildet sein.

Das Wandelement 22 des Konvektionskühlkörpers 2 kann

alternativ zur gezeigten senkrechten Anordnung zur

Montagefläche 11, mit anderen Worten also zur parallelen Anordnung zur Abstrahlrichtung 99, auch geneigt angeordnet sein, also mit einem Winkel unterschiedlich von 90° zur

Montagefläche 11, mit anderen Worten also unterschiedlich von 0° zur Abstrahlrichtung 99. Dadurch kann mit Vorteil durch die reflektierenden Eigenschaften der Seitenfläche 25 eine gewünschte Lichtverteilung und Abstrahlcharakteristik

erreicht werden kann.

Die Lichtquelle 100 und insbesondere das Lichtmodul 10 kann zusätzlich noch weitere Elemente wie etwa Befestigungs- , Montage- und/oder elektrische Anschlusselemente aufweisen, die der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind.

Durch die durch den Konvektionskühlkörper 2 ermöglichte effektive Kühlung der Licht emittierenden

Halbleiterbauelemente 3 sind weitere Konvektionskühlkörper oder eine aktive Kühlung wie etwa durch Ventilatoren für die gezeigte Lichtquelle 100 nicht nötig. Beispielsweise für den Einsatz als Deckenlampe kann die heiße Luft mit Vorteil nach oben, das heißt entgegen der Abstrahlrichtung 99, ausweichen. Aufgrund der großen Oberfläche, die durch die Kühlrippen 24 bereitgestellt wird, kann die Wärme von den Licht

emittierenden Halbleiterbauelementen 3 effizient auf die den Konvektionskühlkörper 2 durchströmende Luft übertragen werden.

In den weiteren Figuren sind weitere Ausführungsbeispiele für Lichtquellen 200, 300, 400 gezeigt, die auf dem Prinzip der Lichtquelle 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 basieren. In der nachfolgenden Beschreibung werden daher im

Wesentlichen Unterschiede und Modifikationen im Vergleich zur Lichtquelle 100 beschrieben, sodass nicht beschriebene

Merkmale der folgenden Ausführungsbeispiele wie in Figur 1 gezeigt oder auch im allgemeinen Teil beschrieben ausgeführt sein können.

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Lichtquelle 200 gezeigt, wobei die Ansicht der Lichtquelle 200 in einer Richtung auf die Licht emittierenden Halbleiterbauelemente 3 entgegen der Abstrahlrichtung 99 gezeigt ist. Die Lichtquelle 200 weist ein Lichtmodul 10 gemäß dem vorherigen

Ausführungsbeispiel auf, das insbesondere ringkreisförmig, das heißt mit einer entsprechend geformten Montagefläche 11 des Trägerkörpers 1 und einem entsprechend geformten

Konvektionskühlkörper 2, ausgebildet ist. Zusätzlich weist die Lichtquelle 200 ein weiteres Lichtmodul 20 auf, das einen Trägerkörper 1' mit einer Montagefläche 21 aufweist, auf dem weitere Licht emittierende Halbleiterbauelemente 3 angeordnet sind .

Das Lichtmodul 20 weist weiterhin einen Konvektionskühlkörper 2' auf, der thermisch an den Trägerkörper 1 angeschlossen ist und der sich lateral zum Trägerkörper 1 beziehungsweise den Licht emittierenden Halbleiterbauelementen 3 angeordnet in Abstrahlrichtung von der Montagefläche 21 des Trägerkörpers 1' weg erstreckt. Insbesondere umgibt das Lichtmodul 20 das Lichtmodul 10, wobei der Trägerkörper 1 des Lichtmoduls 10 auch in thermischem Kontakt mit dem Konvektionskühlkörper 2' des Lichtmoduls 20 steht. Dadurch ist der Trägerkörper 1 des Lichtmoduls 20 sowohl an den Konvektionskühlkörper 2 als auch an den Konvektionskühlkörper 2' thermisch angeschlossen, wodurch ein sehr effektiver Wärmeabtransport von den Licht emittierenden Halbleiterbauelementen 3 des Lichtmoduls 10 an die umgebende Luft gewährleistet werden kann.

Das Lichtmodul 20 weist zusätzlich einen weiteren

Konvektionskühlkörper 2'' auf, der an einer dem

Konvektionskühlkörper 2' gegenüberliegenden Seite der

Montagefläche 21 des Trägerkörpers 1' angeschlossen ist.

Dadurch kann auch die Kühlung der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente 3 des Lichtmoduls 20 mit Vorteil erhöht werden .

Alle Konvektionskühlkörper 2, 2' und 2'' weisen Kühlrippen 2 auf, die zwischen entsprechenden Wandelementen angeordnet sind und die geneigt zur Abstrahlrichtung der Licht

emittierenden Halbleiterbauelemente 3 ausgerichtet sind, um eine möglichst effektive Konvektionsströmung durch die

Konvektionskühlkörper 2, 2', 2'' zu ermöglichen.

Insbesondere sind alle den Licht emittierenden

Halbleiterbauelementen 3 zugewandten Seitenflächen der

Konvektionskühlkörper 2, 2', 2'' reflektierend ausgebildet, um eine effektive Lichtabstrahlung in Abstrahlrichtung und somit eine gewünschte Lichtverteilung zu ermöglichen. Die Licht emittierenden Halbleiterbauelemente 3 des Lichtmoduls 10 sowie des Lichtmoduls 20 können dabei jeweils voneinander verschieden oder auch gleich ausgeführt werden, um einen gewünschten festen oder variablen Leuchteindruck der

Lichtquelle 200 zu ermöglichen.

Weiterhin können den Licht emittierenden

Halbleiterbauelementen 3 zwischen oder in Abstrahlrichtung über den Konvektionskühlkörpern 2, 2', 2'' optische Elemente (nicht gezeigt) wie etwa optische Diffusoren oder Linsen nachgeordnet sein, um einen gewünschten homogenen

Leuchteindruck zu erreichen. Um eine möglichst homogene

Leuchtfläche zu erhalten, können den Licht emittierenden Halbleiterbauelementen 3 insbesondere transluzente

Diffusorringe nachgeordnet sein.

Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel können auch mehr als zwei Lichtmodule ineinander angeordnet sein. Die Lichtmodule können abweichend von der gezeigten Kreisform auch andere Formen wie etwa Ellipsenformen oder Freiformen aufweisen. Alternativ dazu können die Lichtmodule

beispielsweise auch gestreckt oder gebogen und nicht

ringförmig geschlossen ausgebildet sein.

In den Figuren 3A bis 3E ist ein Ausführungsbeispiel für eine Lichtquelle 300 gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich dabei gleichermaßen auf alle Figuren 3A bis 3E . Dabei sind in Figur 3A eine schematische Darstellung der

Lichtquelle 300 in einer Schrägansicht und in Figur 3E eine schematische Darstellung in einer Seitenansicht gezeigt, wobei in den Figuren 3A und 3E die Lichtquelle jeweils mit allen Lichtmodulen gezeigt ist. In den Figuren 3B, 3C und 3D sind zum erleichterten Verständnis einzelne Lichtmodule der Lichtquelle 300 gezeigt.

Die Lichtquelle 300 weist drei Lichtmodule 10, 20, 30 auf, die gemäß den Lichtmodulen der Lichtquellen der vorherigen Ausführungsbeispiele ausgeführt sind. Insbesondere weist jedes der Lichtmodule 10, 20, 30 Licht emittierende

Halbleiterbauelemente 3 auf, die auf einer jeweiligen

Montagefläche 11, 21, 31 eines jeweiligen Trägerkörpers 1, 1', 1'' montiert sind. Weiterhin weist jedes Lichtmodul 10, 20, 30 einen Konvektionskühlkörper 2, 2', 2'' auf, der gemäß der Beschreibung der vorherigen Ausführungsbeispiele

ausgeführt ist.

Die Lichtmodule 10, 20, 30 sind ineinander derart angeordnet, dass die Montageflächen 21 und 31 der Lichtmodule 20 und 30, die jeweils von einem anderen Lichtmodul, nämlich jeweils den Lichtmodulen 10 und 20, umgeben werden, zur jeweiligen

Montagefläche des umgebenden Lichtmoduls in Abstrahlrichtung versetzt angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine treppen- beziehungsweise stufenförmige Anordnung der Montageflächen 11, 21, 31 und somit eine entsprechend stufenförmige

Anordnung der jeweiligen Licht emittierenden

Halbleiterbauelemente 3.

Die Lichtmodule 10, 20, 30 sind an einem Befestigungselement 4 angeordnet und befestigt, das gleichzeitig auch zum elektrischen Anschluss der Lichtmodule 10, 20, 30 vorgesehen ist und dafür entsprechende elektrische Leitungen und

Anschlussmöglichkeiten aufweist (nicht gezeigt) . Der

Übersichtlichkeit halber sind Halte- und

Befestigungselemente, mittels derer die Lichtmodule 10, 20, 30 am Befestigungselement 4 fixiert werden können, nicht gezeigt. Das Befestigungselement 4 ist dabei derart

ausgebildet, dass es an einem bereits bestehenden

Deckenelement 5 angeordnet und befestigt werden kann, wobei das Deckenelement 5 beispielsweise auch eine bereits bestehende Fassung oder Halterung für ein bekanntes

Deckenbeleuchtungselement, beispielsweise mit einer

Glühlampe, einer Kompaktleuchtstofflampe, einer

Metalldampflampe oder einer anderen bekannten Lampe, aufweist. Zur Befestigung des Befestigungselements 4 im Deckenelement 5 muss nur die alte Lampe herausgenommen werden, und die Fassung oder die Halteeinrichtung für die alte Lampe muss lediglich entsprechend abgedeckt werden, beispielsweise mittels einer Platte und/oder einer

Zylinderhaiterung . Die Lichtquelle 300 ist damit als so genannte Retrofit-

Lichtquelle ausgeführt, die an einer bestehende Fassung oder einer bestehenden Lampenhalterung befestigt werden kann und die auf einfache Weise bereits bekannte Deckenlichtquellen ersetzen kann. Insbesondere ist das Befestigungselement 4 derart ausgeführt, dass das dem Deckenelement 5 am nächsten angeordnete Lichtmodul 10 einen Abstand von etwa 5 cm oder mehr aufweist, sodass warme Luft, die aufgrund der Konvektion die Konvektionskühlkörper 2, 2' und 2'' durchströmt, nach oben und zur Seite wegströmen kann. Wie bereits im

Zusammenhang mit den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ausgeführt, können auch die den Licht emittierenden

Halbleiterbauelementen 3 zugewandten Seitenflächen der

Konvektionskühlkörper 2, 2', 2'' jeweils reflektierend ausgeführt sein, um eine gewünschte Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle 300 zu erreichen. Simulationen einer

Lichtquelle 300 gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Abstand des obersten Lichtmoduls 10 zum Deckenelement 5 von etwa 6 cm haben gezeigt, dass eine effektive Kühlung der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente 3 bei einer

gleichzeitig homogenen Ausleuchtung der Umgebung erreicht werden kann. In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine

Lichtquelle 400 gezeigt, die im Vergleich zur Lichtquelle 300 gemäß der Figuren 3A bis 3E drei Lichtmodule 10, 20, 30 mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, die ineinander angeordnet sind, wobei die Montageflächen 11, 21, 31 der jeweiligen Lichtquellenmodule 10, 20 ,30 in einer Ebene angeordnet sind. Dadurch lässt sich eine sehr flache

Lichtquelle 400 erreichen, die eine Dicke aufweist, die der Dicke der Konvektionskühlkörper 2, 2', 2'' in

Abstrahlrichtung 99 entspricht. Simulationen einer derartigen Lichtquelle 400 haben gezeigt, dass auch mit einer ineinander geschobenen Anordnung der Lichtmodule 10, 20, 30 eine

effektive Kühlung bei einer gleichzeitig homogenen

Ausleuchtung der Umgebung erreicht werden kann. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere die Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche

1. Lichtquelle mit einem Lichtmodul (10), umfassend

- einen Trägerkörper (1) mit einer Mehrzahl von Licht

emittierenden Halbleiterbauelementen (3) und einem

Konvektionskühlkörper (2),

- wobei die Halbleiterbauelemente (3) auf einer Montagefläche (11) des Trägerkörpers (1) angeordnet sind und im Betrieb Licht entlang einer Abstrahlrichtung (99) abstrahlen, und - wobei der Konvektionskühlkörper (2) lateral zu den

Halbleiterbauelementen (3) angeordnet ist, thermisch an den Trägerkörper (1) angeschlossen ist und sich in

Abstrahlrichtung (99) von der Montagefläche (11)

wegerstreckt .

2. Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei der

Konvektionskühlkörper (2) zumindest zwei Wandelemente (22, 23) und dazwischen eine Mehrzahl von thermisch an die

Wandelemente (22, 23) angeschlossene Kühlrippen (24) aufweist und wobei eines der Wandelemente (22) an den Trägerkörper (1) angrenzt .

3. Lichtquelle nach Anspruch 2, wobei die Kühlrippen (24) derart angeordnet sind, dass ein Kühlmedium durch Konvektion den Konvektionskühlkörper (2) zumindest teilweise in oder entgegen der Abstrahlrichtung (99) durchströmen kann.

4. Lichtquelle nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Kühlrippen (24) geneigt zur Abstrahlrichtung (99) angeordnet sind.

5. Lichtquelle nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Trägerkörper (1) eine ringförmige Montagefläche (11) aufweist .

6. Lichtquelle nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Konvektionskühlkörper (2) eine Grundform aufweist, die an die Montagefläche (11) des Trägerkörpers (1) angepasst ist.

7. Lichtquelle nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wandelemente (22, 23) des Konvektionskühlkörpers (2) einen Zylinderring bilden, in dem die Kühlrippen (24) angeordnet sind.

8. Lichtquelle nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Konvektionskühlkörper (2) eine den Halbleiterbauelementen (3) zugewandte, sich von der Montagefläche (11) in

Abstrahlrichtung (99) weg erstreckende Seitenfläche (25) aufweist, die reflektierend ist.

9. Lichtquelle nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lichtmodul (10) den Halbleiterbauelementen (3) in

Abstrahlrichtung (99) nachgeordnet ein optisches Element aufweist .

10. Lichtquelle nach Anspruch 9, wobei das optische Element ein optischer Diffusor ist.

11. Lichtquelle nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Lichtquelle eine Mehrzahl von Lichtmodulen (10, 20, 30) aufweist, die aneinander angrenzen.

12. Lichtquelle nach Anspruch 11, wobei zumindest ein erstes und ein zweites der Mehrzahl von Lichtmodulen (10, 20) ringförmig mit unterschiedlichen Größen ausgebildet sind und das erste Lichtmodul (10) das zweite Lichtmodul (20) umgibt.

13. Lichtquelle nach Anspruch 11 oder 12, wobei die

Montagefläche (21) des zweiten Lichtmoduls (20) in

Abstrahlrichtung (99) zur Montagefläche (11) des ersten Lichtmoduls (10) versetzt angeordnet ist.

14. Lichtquelle nach einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin umfassend ein Befestigungselement (4), wobei das Lichtmodul (10) das Befestigungselement (4) ringförmig umgibt .