DE102010038659A1 - light unit - Google Patents

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Abstract

Die Lichteinheit besitzt eine Lichtquelle und einen Reflektor. Die Lichtquelle hat eine primäre Lichtquelle, deren Strahlung über eine Streuoptik zu einem optischen Wandler geleitet wird. Dort wird eine sekundäre Strahlung zurückgestrahlt, die von der Streuoptik, die als sekundäre Lichtquelle wirkt, ausgekoppelt wird.The light unit has a light source and a reflector. The light source has a primary light source, the radiation of which is directed to an optical converter via a scattering optics. A secondary radiation is emitted there, which is decoupled by the scattering optics, which act as a secondary light source.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung geht aus von einer Lichteinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Reflektorlampen oder Module oder sog. light engines o. ä. auf Basis einer Primärlichtquelle, die aus einer LED oder auch aus einem Array von Lichtelementen wie beispielsweise LEDs besteht.The invention relates to a light unit according to the preamble of claim 1. It is in particular reflector lamps or modules or so-called light engines o. Ä. Based on a primary light source, which consists of an LED or an array of light elements such as LEDs exists.

Stand der TechnikState of the art

Aus der US 2010060130 ist eine LED-behaftete Lichteinheit bekannt. Dabei sind LED-Arrays die Primärlichtquelle für eine Retrofit-Reflektorlampe. Dieser Lichtquelle können auch Leuchtstoffe direkt oder entfernt vorgeschaltet sein.From the US 2010060130 is an LED-prone light unit known. LED arrays are the primary source of light for a retrofit reflector lamp. This light source can also phosphors directly or remotely upstream.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lichteinheit, insbesondere eine Reflektorlampe, anzugeben, die sich durch hohe Effizienz und/oder hohe Kompaktheit auszeichnet.The object of the present invention is to provide a light unit, in particular a reflector lamp, which is distinguished by high efficiency and / or high compactness.

Diese Aufgabe wird gelöst durch kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.This object is achieved by characterizing features of claim 1.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.Particularly advantageous embodiments can be found in the dependent claims.

Bekannte Reflektorlampen mit relativ flacher Bauweise, bei der die Bautiefe des Reflektors kleiner als der Durchmesser des Reflektors ist, haben unbefriedigende Wirkungsgrade, obwohl der Reflektor selbst sehr effizient ist. Der Grund dafür liegt in den zusätzlichen Komponenten, die zur Entblendung und Strahlformung verwendet werden müssen. Dabei handelt es sich in der Regel um Abdeckungen über den Lampen, die einen relativ großen Anteil des Lichtes absorbieren bzw. diffus in Richtung Lampensockel reflektieren, wo dann ebenfalls vorwiegend Absorption stattfindet.Known reflector lamps with relatively flat design, in which the depth of the reflector is smaller than the diameter of the reflector, have unsatisfactory efficiencies, although the reflector itself is very efficient. The reason for this lies in the additional components that must be used for glare reduction and beam forming. These are usually covers over the lamps, which absorb a relatively large proportion of the light or reflect diffusely in the direction of the lamp base, where absorption then also takes place predominantly.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines optischen Designs für eine reflektorbehaftete Lichteinheit, sei es eine Lampe oder Leuchte, das wesentlich effizienter ist und trotzdem eine vergleichbare Lichtverteilung ermöglicht, wobei auch die geforderten Abschirmungswinkel eingehalten werden.It is a further object of the present invention to provide an optical design for a reflectorized light unit, be it a lamp or a luminaire, which is much more efficient while still allowing comparable light distribution while also meeting the required shielding angles.

Bisher wird bei Reflektorlampen in flacher Bauweise die Lichtquelle in Richtung zur Reflektoraustrittsseite hin mit einer Kappe abgedeckt, die zwei wesentliche Aufgaben erfüllt: zum einen ist dadurch die Lichtquelle nicht direkt sichtbar, so dass die Blendung reduziert wird; zum anderen wird eine gewünschte, meist eng gebündelte, Abstrahlcharakteristik oder Lichtverteilungskurve dadurch gewährleistet, dass das Licht, das nach vorne, also ungebündelt, abgestrahlt wird und daher nicht auf den Reflektor trifft, absorbiert bzw. -relativ diffus- auf den Reflektor zurückgeworfen wird. Damit lassen sich zwar sehr gute, auch stark gebündelte Lichtverteilungen realisieren, allerdings lässt die Effizienz dieses Systems zu wünschen übrig. Es ist typisch, dass der Wirkungsgrad bei lediglich 50% liegt, das heißt, ca. 50% des Lampenlichtstroms werden im Reflektorsystem absorbiert.So far, in reflector lamps in a flat design, the light source is covered towards the reflector exit side with a cap that fulfills two essential tasks: on the one hand, the light source is not directly visible, so that the glare is reduced; On the other hand, a desired, usually tightly focused, radiation characteristic or light distribution curve is ensured by the fact that the light which is emitted to the front, ie unbundled, and therefore does not strike the reflector, is absorbed or relatively diffusely reflected back onto the reflector. Although this makes it possible to realize very good, even highly concentrated light distributions, the efficiency of this system leaves much to be desired. It is typical that the efficiency is only 50%, that is about 50% of the lumen output is absorbed in the reflector system.

Erfindungsgemäß wird das Problem der schlechten Effizienz durch einen völlig neuartigen Ansatz gelöst. Er orientiert sich nicht an konventionellen Lichtquellen, und überträgt dann dieses Konzept mehr oder weniger erfolgreich auf LED-behaftete Lichtquellen, wie dies beim eingangs zitierten Stand der Technik der Fall ist.According to the invention, the problem of poor efficiency is solved by a completely novel approach. It does not orient itself to conventional light sources, and then transmits this concept more or less successfully to LED-loaded light sources, as is the case in the cited prior art.

Vielmehr nutzt das neue Konzept die einzigartigen Eigenschaften von LED-behafteten Lichtquellen, um eine weit höhere Effizienz zu ermöglichen. Dazu werden eine oder mehrere LEDs als primäre Lichtquelle verwendet, der eine streuende Optik, im folgenden Streuoptik genannt, vorgeschaltet ist. Beides zusammen ist die eigentliche Lichtquelle der Lichteinheit.Rather, the new concept takes advantage of the unique properties of LED-loaded light sources to enable far greater efficiency. For this purpose, one or more LEDs are used as the primary light source, which is preceded by a scattering optics, referred to below as scattering optics. Both together are the actual light source of the light unit.

Weitere Bauteile der Lichteinheit sind eine Reflektorkontur oder sonstige umlenkende Optik, beispielsweise sind diese einer Reflektorlampe oder Leuchte zugeordnet.Other components of the light unit are a reflector contour or other deflecting optics, for example, these are associated with a reflector lamp or lamp.

Insgesamt besitzt die Lichteinheit vorteilhaft eine Lichtquelle und einen Reflektor. Die Lichtquelle hat eine primäre Lichtquelle, deren Strahlung über eine Streuoptik zu einem optischen Wandler geleitet wird. Dort wird eine sekundäre Strahlung zurückgestrahlt, die von der Streuoptik, die als sekundäre Lichtquelle wirkt, ausgekoppelt wird.Overall, the light unit advantageously has a light source and a reflector. The light source has a primary light source whose radiation is directed via a scattering optics to an optical converter. There, a secondary radiation is radiated back, which is decoupled from the scattering optics, which acts as a secondary light source.

Ein weiteres optionales Element der Lichteinheit ist eine Leuchtstoffschicht, die entfernt von der primären Lichtquelle im Bereich der Streuoptik der primären Lichtquelle vorgelagert ist. Diese kann dazu dienen, zusammen mit der primären Lichtquelle weißes Licht oder farbiges Licht zu erzeugen, das dann die sekundäre Lichtquelle verlässt, um zum Reflektor oder der Umlenkoptik zu gelangen.Another optional element of the light unit is a phosphor layer, which is remote from the primary light source in the area of the scattering optics of the primary light source. This can be used to generate white light or colored light together with the primary light source, which then leaves the secondary light source to reach the reflector or the deflection optics.

Durch das Design des neuen optischen Gestaltungselements wird insbesondere der für Reflektorlampen in einer Norm vorgeschriebene Abschirmungswinkel von mindestens 30° relativ zur Reflektoraustrittsfläche eingehalten.Due to the design of the new optical design element, in particular the shielding angle of at least 30 ° prescribed for reflector lamps in a standard is maintained relative to the reflector exit surface.

Weitere Vorteile durch die erfindungsgemäßen Merkmale sind: deutlich höhere Effizienz des Lampensystems, sowie wesentliche Erhöhung der Achslichtstärke, und Möglichkeit einer engeren Lichtverteilung, sowie Möglichkeit der Farbmischung bei Verwendung von mehreren Lichtquellen mit verschiedenen Emissionsspektren (z. B. bei verschiedenfarbigen LEDs), und weniger thermische Probleme durch den Wärmestau, den konventionelle Techniken, insbesondere auch eine Kappe verursachen.Further advantages of the features of the invention are: significantly higher efficiency of the Lamp system, as well as substantial increase of the Achslichtstärke, and possibility of a narrower light distribution, as well as possibility of color mixing when using multiple light sources with different emission spectra (eg., Different colored LEDs), and less thermal problems due to heat accumulation, the conventional techniques, in particular create a cap.

Bei Reflektorlampen ist es wichtig, das sich der Lichtschwerpunkt des eingebauten Brenners bzw. der Lampe im Fokus des Reflektors befindet. Bei Abweichungen ändern sich Parameter wie z. B Ausstrahlwinkel, Mittenstrahlstärke, gleichmäßige Ausleuchtung etc.For reflector lamps, it is important that the center of gravity of the built-in burner or the lamp is in the focus of the reflector. In case of deviations, parameters such as. B Beam angle, center beam intensity, uniform illumination etc.

Insbesondere wird eine Lichteinheit vorgestellt mit einem konkaven Reflektor, der mit einer Austrittsöffnung, einem Hals und einer Achse ausgestattet ist, wobei der Reflektor insbesondere eine in Achsrichtung längsgestreckte sekundäre Lichtquelle, die insbesondere mit einem quer dazu angeordneten primären Lichtquelle, einem LED-Array, ausgestattet ist, umgibt.In particular, a light unit is presented with a concave reflector, which is equipped with an outlet opening, a neck and an axis, wherein the reflector in particular a longitudinally elongated in the axial direction secondary light source, in particular with a transverse thereto arranged primary light source, an LED array equipped is, surrounds.

Insbesondere ist die primäre Lichtquelle ein LED-Array von blauen LEDs oder auch UV-LEDs, ggf. auch mehrfarbigen LED-Arrays.In particular, the primary light source is an LED array of blue LEDs or even UV LEDs, possibly also multi-colored LED arrays.

Die Streuoptik ist der primären Lichtquelle so vorgeschaltet, dass sie das davon emittierte Licht bzw. Strahlung möglichst effizient sammelt und weiterleitet. Die Streuoptik ist rohrartig und konusartig. Das bedeutet, dass sie sich von einer Eingangsöffnung zu einer Ausgangsöffnung erstreckt, wobei der Durchmesser DE der Eingangsöffnung mindestens dreimal so klein wie der Durchmesser DA der Ausgangsöffnung ist.The scattering optics is connected upstream of the primary light source in such a way that it collects and transmits the light or radiation emitted by it as efficiently as possible. The scattering optics is tube-like and conical. This means that it extends from an inlet opening to an outlet opening, wherein the diameter DE of the inlet opening is at least three times as small as the diameter DA of the outlet opening.

Der Abstand A der primären Lichtquelle von der Eingangsöffnung soll möglichst klein, aber gegeben sein. Ein bevorzugter Abstand A ist 50 bis 300 μm.The distance A of the primary light source from the input opening should be as small as possible, but given. A preferred distance A is 50 to 300 μm.

Der Abstand L zwischen Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung ist bevorzugt mindestens zweimal, bevorzugt midnestens viermal, so groß wie der Außendurchmesser DA.The distance L between inlet opening and outlet opening is preferably at least twice, preferably at least four times, as large as the outside diameter DA.

Bevorzugt ist der Konus entlang seiner Aufweitung ein gerader Konus wie ein Pyramidenstumpf, oder aber die Kontur ist parabolisch, hyperbolisch, elliptisch oder gemäß einer an sich bekannten Freifläche geformt. Dies kommt auf den Anwendungszweck an. Das Material des Konus ist entweder ein durchsichtiger Hohlkörper, der teilreflektierende Seitenwände aufweist. Bevorzugt ist es aber ein Vollkörper aus durchsichtigem Material, beispielsweise Glas oder Kunststoff. Dabei kommt der Eigenschaft der Totalreflexion herausragende Bedeutung zu.Preferably, the cone along its expansion is a straight cone such as a truncated pyramid, or the contour is parabolic, hyperbolic, elliptical or shaped according to a known free surface. This depends on the application. The material of the cone is either a transparent hollow body having partially reflective side walls. However, it is preferably a solid body of transparent material, for example glass or plastic. The property of total reflection is of paramount importance here.

Die Ausgangsöffnung ist mit einem optischen Wandler verschlossen. Dieser kann entweder ein rein streuendes Mittel, beispielsweise TiO2-Schicht, aufweisen. Er kann auch ein konvertierendes Mittel, häufig ist das ein oder mehrere Leuchtstoffe, wie sie an sich bekannt sind, für die Konversion, voll oder teilweise, der Strahlung der primären Lichtquelle. Wesentlich ist die Eigenschaft des optischen Wandlers, das Licht der primären Lichtquelle zurückzuwerfen, wobei es die Strahlrichtung durch Streuung oder durch Absorption und Reemission verändert. Diese sekundäre Strahlung kann dann die Streuoptik durch die Seitenwände verlassen, was im Endeffekt die sekundäre Lichtquelle erzeugt. Dagegen soll das Licht der primären Lichtquelle innerhalb der Streuoptik gehalten werden, was bei geschickter Wahl der Materialen und geometrischen Relationen durch Totalreflexion weitestgehend gelingt.The exit opening is closed with an optical converter. This can either have a purely scattering agent, for example TiO 2 layer. It may also be a converting agent, often one or more phosphors, as they are known per se, for the conversion, in whole or in part, of the radiation of the primary light source. What is essential is the property of the optical transducer to reflect the light from the primary light source, changing the beam direction by scattering or by absorption and reemission. This secondary radiation can then leave the scattering optics through the sidewalls, ultimately producing the secondary light source. On the other hand, the light of the primary light source should be kept within the scattering optics, which succeeds with skillful choice of materials and geometrical relations by total reflection as far as possible.

Das erfindungsgemäße System ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein außen an der sekundäre Lichtquelle zugeordneter Reflektor extrem flach konzipiert ist, insbesondere wenn die Tiefe T der Reflektorkontur höchstens halb so groß wie der Durchmesser DO der Öffnung des Reflektors ist. Eine bevorzugte Form der Kontur des Reflektors in einem ersten Abschnitt in der Nähe der Lichtquelle, insbesondere im Bereich der ersten inneren Hälfte des Radius des Reflektors, ist hier eine Involute. Diese Formgebung hat den Zweck zu vermeiden, dass Licht auf die Lichtquelle zurückgeworfen wird. Weiter beabstandet von der Lichtquelle hat die Kontur in einem zweiten Abschnitt bevourzugt eine parabolische, elliptische oder näherungsweise parabolsiche Gestalt. Damit wird der austretende Strahl geformt.The system according to the invention is particularly advantageous if a reflector associated externally to the secondary light source is designed to be extremely flat, in particular if the depth T of the reflector contour is at most half as large as the diameter DO of the opening of the reflector. A preferred form of the contour of the reflector in a first section in the vicinity of the light source, in particular in the region of the first inner half of the radius of the reflector, here is an involute. This design has the purpose of avoiding that light is reflected back to the light source. Further apart from the light source, the contour in a second section preferably has a parabolic, elliptical or approximately parabolic shape. This forms the outgoing beam.

Die Streuoptik als Element zur Strahlformung ist axialsymmetrisch oberhalb der primären Lichtquelle im Reflektor, zur Öffnung des Reflektors hin zeigend, eingebaut.The scattering optics as an element for beam shaping is axially symmetrical above the primary light source in the reflector, facing the opening of the reflector, installed.

Ein typisches Volumen einer strahlenden Lichtquelle (konkret realisiert als sekundäre Lichtquelle) ist 10 bis 20 mm axiale Länge und 1 bis 5 mm maximaler Durchmesser. Das LED-Array kann einen Durchmesser von typisch 2 mm im Falle eines Mini-Spot mit typisch 300 lm Lcihtstrom bsi hin zu einem Durchmesser von typisch 15 mm im Falle eines Maxi-Spot mit typisch 10000 lm Lichtstrom aufweisen.A typical volume of a radiating light source (concretely realized as a secondary light source) is 10 to 20 mm in axial length and 1 to 5 mm in maximum diameter. The LED array may have a diameter of typically 2 mm in the case of a mini-spot with typically 300 lm Lcshtstrom bsi towards a diameter of typically 15 mm in the case of a maxi spot with typically 10,000 lm luminous flux.

Dementsprechend hat eine typische Streuoptik einen Außendurchmesser von 6 bis 50 mm, und die axiale Länge ist typisch 12 bis 100 mm.Accordingly, a typical diffusing optic has an outer diameter of 6 to 50 mm, and the axial length is typically 12 to 100 mm.

Dabei kann die Streuoptik über die Öffnung des Reflektors nach außen ragen.The scattering optics can protrude beyond the opening of the reflector to the outside.

Dabei kann die zweifache Aufgabe der Streuoptik, nämlich die Weiterleitung der primären Strahlung hin zum optischen Wandler mit nahezu 100% Effizienz, und die Auskopplung der vom optischen Wandler zurückgestrahlten Strahlung mit ebenfalls höchster Effizienz von typisch 80 bis 98%, auch von separaten Teilen der Streuoptik wahrgenommen werden. Ein besonders hoher Wert der Effizienz kann daurch erzeilt werden, dass der optische Wandler erhelbich größer als die primäre Lichtquelle ist, und wenn außedem die primäre Lichtquelle gut reflektiert. Insbesondere gelingt dies im Falle bei Verwendung blauer LEDs als primäre Lichtquele, wobei der Untergrund des Array weiß beschchihtet ist, insbesonder mit TiO2.The dual task of the scattering optics, namely the forwarding of the primary radiation towards the optical converter with almost 100% Efficiency, and the decoupling of the radiated back from the optical transducer radiation also with the highest efficiency of typically 80 to 98%, are also perceived by separate parts of the scattering optics. A particularly high value of the efficiency can be explained by the fact that the optical converter is much larger than the primary light source and, moreover, that the primary light source reflects well. In particular, this succeeds in the case of using blue LEDs as the primary source of light, wherein the background of the array is beschgeschhtet white, in particular with TiO2.

Es ist darauf hinzuweisen, dass sich diese beiden Aufgaben scheinbar widersprechen. Dabei ist es der optische Wandler, der aus der gut weiterleitbaren primären Strahlung eine gut auskoppelbare sekundäre Strahlung macht.It should be noted that these two tasks seem contradictory. It is the optical converter that makes the well-dissipated primary radiation a well decoupled secondary radiation.

Grundsätzlich hat eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die entfernt von der primären Lichtquellen im optischen Wandler angebrachte Leuchtstoffe verwendet, erhebliche Vorteile gegenüber der bisher meist verwendeten transmissiven Konversion: bessere Homogenität der Farbverteilung über den Winkel, der Weißpunkt ist nahezu unabhängig von der Dicke der Schicht des Leuchtstoffs, wenn diese Schicht optisch dick gewählt wird, also midnestens so dick, dass kaum noch Strahlung hindurchtreten kann.Basically, a particularly preferred embodiment of the invention, which uses phosphors mounted away from the primary light sources in the optical converter, has significant advantages over the most commonly used transmissive conversion: better homogeneity of color distribution across the angle, the white point is almost independent of the thickness of the layer of the phosphor, if this layer is optically thick, so midnestens so thick that hardly any radiation can pass.

Hinzu kommt die leichtere Kühlung im Bereich der Leuchtstoffschicht. Dabei ist der besondere Witz dieser Ausführungsform, dass die Leuchtstoff-Schicht praktisch nicht den Weg der optisch emittierten Strahlung versperrt. Kühlungselemente können daher ohne Zwang zur Minimierung der Fläche hinter dem optischen Wandler angebracht werden. Es können an sich bekannte Elemente zur Kühlung benutzt werden, wie beispielsweise Kühlrippen oder Wasserkühlung oder auch sog. Heat-Pipes.Added to this is the easier cooling in the area of the phosphor layer. The particular joke of this embodiment is that the phosphor layer virtually does not obstruct the path of the optically emitted radiation. Cooling elements can therefore be mounted without compulsion to minimize the area behind the optical transducer. It can be used per se known elements for cooling, such as cooling fins or water cooling or so-called. Heat pipes.

Der große Nachteil von reflektiven Konzepten der Konversion ist optischer Natur: die primär emittierende LED ist der sekundären Strahlung im Weg. Dieses Problem wird jetzt durch die Auskopplung über das Streuoptik elegant umgangen. Üblicherweise erfolgt diese Auskopplung weit überwiegend über die konischen Seitenwände der Streuoptik. Bisher konnte man diesen Punkt nur dadurch in den Griff bekommen, dass man die Fläche der primären Lichtquelle möglichst klein wählte. Diese Einschränkung ist jetzt nicht mehr erforderlich.The major disadvantage of reflective concepts of conversion is optical: the primary emitting LED is in the way of secondary radiation. This problem is now elegantly circumvented by the extraction via the scattering optics. Usually, this decoupling takes place predominantly over the conical side walls of the scattering optics. So far, this point could only be got under control by choosing the area of the primary light source as small as possible. This restriction is no longer required.

Die Streuoptik, meist ein Vollmaterial-Konus, beispielsweise aus Glas, entspricht in ihrer Funktion einer Art optischen Diode. Diese nutzt den Etendue-Mismatch zwischen der Fläche der primären Lichtquelle und der Fläche des optischen Wandlers. Grundsätzlich alle Strahlung aus den LEDs (es können auch Laserdioden o. ä sein) wird zum wesentlich größeren optischen Wandler geleitet. Dabei gibt es keine nennenswerten Verluste, beispielsweise bei der Transmission, weil die Weiterleitung das Konzept der Totalreflexion ausnützt. Dabei sind die Einfallswinkel auf den optischen Wandler nahezu senkrecht. Die Strahlung wird dort in ein viel größeres Etendue aufgelöst. Nur ein sehr kleiner Teil der sekundären Strahlung wird letztlich wieder zur primären Lichtquelle zurückreflektiert. Der große Rest wird aus dem Konus, oder allgemeiner der Streuoptik, nach außen gelenkt, meist durch Brechung.The scattering optics, usually a solid material cone, for example of glass, corresponds in function to a kind of optical diode. This uses the etendue mismatch between the surface of the primary light source and the surface of the optical transducer. Basically, all radiation from the LEDs (it can also be laser diodes o. Ä) is directed to the much larger optical converter. There are no significant losses, for example, in the transmission, because the forwarding uses the concept of total reflection. The angles of incidence on the optical transducer are almost vertical. The radiation is resolved there into a much larger etendue. Only a very small part of the secondary radiation is ultimately reflected back to the primary light source. The large remainder is channeled out of the cone, or more generally the scattering optics, mostly by refraction.

Eine besonders hohe Effizienz wird durch Verwendung von Silikon, meist als Gel, zwischen primären Lichtquelle und Streuoptik erreicht. Dabei wird der Brechungsindex beider Materialien möglichst nahe zueinander gewählt. Übliche Werte liegen bei n = 1,4 bis 1,5, maximal 1,6, wobei eine Differenz von 10 bis 20% kaum ins Gewicht fällt.A particularly high efficiency is achieved by using silicone, usually as a gel, between the primary light source and scattering optics. The refractive index of both materials is chosen as close as possible to each other. Typical values are n = 1.4 to 1.5, maximum 1.6, with a difference of 10 to 20% hardly significant.

Mit Freiformflächen sind besonders breite Abstrahlcharakteristiken möglich. Auch ist es möglich, damit bei Verwendung mehrerer Lichtquellen, die insbesondere in verschiedenen Farben emittieren, insbesondere LEDs mit der Farbpalette RGB, die verschiedenen Farben optimal zu mischen.With free-form surfaces particularly broad radiation characteristics are possible. It is also possible to optimally mix the different colors when using a plurality of light sources, which emit in particular in different colors, especially LEDs with the RGB color palette.

Totalreflexion sichert eine volle Transmission von blauer Strahlung im Bereich des optischen Wandlers, der mit konvertierenden Leuchtstoffen bestückt ist.Total reflection ensures a full transmission of blue radiation in the area of the optical transducer, which is equipped with converting phosphors.

Verwendung von streuenden Materialen wie TiO2 im Bereich von Leerflächen der primären Lichtquelle sichert eine hohe Reflektivität für auf die primären Lichtquelle zurückgeworfene Reststrahlung.Use of scattering materials such as TiO 2 in the area of empty areas of the primary light source ensures high reflectivity for residual radiation reflected back to the primary light source.

Die Streuoptik ist bevorzugt ein Konus, dessen wirksame Kontur eine optimierte Form wie beispielsweise parabolisch aufweisen kann. Die Streuoptik kann auch absichtlich Kerben in axialer Richtung aufweisen um die Rotationssymmetrie zu brechen und damit die Homogenität der sekundär emittierten Strahlung zu verbessern, ohne die Weiterleitung der primären Strahlung surch Totalreflexion zu gefährden.The scattering optics is preferably a cone whose effective contour can have an optimized shape such as parabolic. The scattering optics may also have intentional notches in the axial direction to break the rotational symmetry and thus improve the homogeneity of the secondarily emitted radiation without jeopardizing the propagation of the primary radiation, t total reflection.

Die Streuoptik kann optional mit einem Antireflex-Coating beschichtet sein, um die Auskopplung zu verbessern.The scattering optics can optionally be coated with an antireflection coating in order to improve the decoupling.

Die Streuoptik kann außerdem optional mit einem dichroitischen Coating in der Nähe der Eingangsöffnung versehen sein, bevorzugt maximal über 10% ihrer Länge. Dies minimiert die Rücktransmission zur primären Lichtquelle.The scattering optics may also optionally be provided with a dichroic coating in the vicinity of the entrance opening, preferably at most over 10% of their length. This minimizes the back transmission to the primary light source.

Die mittlere Partikelgröße des verwendeten Leuchtstoffs beim optischen Wandler sollte in einer bevorzugten Ausführungsform relativ klein gewählt sein, insbesondere sollte d50 kleiner als 5 μm, insbesondere kleiner als 2 μm, gewählt werden. Der optische Wandler kann auch insbesondere gleichzeitig Leuchtstoffe und Streupartikel wie TiO2 enthalten. Auf diese Weise lässt sic das Verhältnis zwischen konvertiertem Licht und durch Streuung reflektiertem Lciht einstellen, und damit der Farbort der vom optischen Wandler abgegebenen Strahlung festlegen.The average particle size of the phosphor used in the optical converter should be in one preferred embodiment be chosen relatively small, in particular d50 should be less than 5 microns, especially less than 2 microns, are selected. The optical converter may also contain phosphors and scattering particles such as TiO 2 in particular at the same time. In this way, the ratio of converted light to scattered light can be adjusted to determine the color locus of the radiation emitted by the optical transducer.

Die Leuchtstoffe und Streupartikel können in einer Schicht des optischen Wandlers inhomogen verteilt sein, insbesondere dem Grundprinzip einer Schachbrett-Anordnung oder einer anderen Parkettierung im mathematischen Sinne folgend. Dabei können einzeln Felder nur von einem Leuchtstoff, nur von Streumedium, oder von einem weiteren Leuchtstoff bedeckt sein.The phosphors and scattering particles may be distributed inhomogeneous in a layer of the optical converter, in particular following the basic principle of a checkerboard arrangement or another tiling in the mathematical sense. In this case, individual fields can only be covered by one phosphor, only by scattering medium, or by another phosphor.

Die Kühlung des optischen Wandlers kann auch mittels Heatpipe erfolgen.The cooling of the optical converter can also be done by means of a heat pipe.

Eine übliche Dicke der Schicht im optischen Wandler, die den oder die Leuchtstoffe enthält ist 0,2 bis 2 mm. Wenn die Schciht zur Kostensenkung sehr dünn gewählt wird, dann sollte der Untergrund sehr gut reflektieren, insbesonder durch Verwendung einer Schciht aus Aluminium, Silber oder TiO2. damit wird die Effizienz möglichst hoch gehalten, oder sie wird damit sogar verbessert gegenüber einer dickeren Schciht. Allerdings kann dabei der Farbort abhängig von der Schcihtdicke werden.A usual thickness of the layer in the optical transducer containing the phosphor (s) is 0.2 to 2 mm. If the ski is chosen to be very thin to reduce costs then the surface should reflect very well, in particular by using a layer of aluminum, silver or TiO2. Thus, the efficiency is kept as high as possible, or it is thus even improved over a thicker Schciht. However, the color location can be dependent on the thickness of the layer.

Die genaue Form der Streuoptik ist mittels ray tracing optimierbar. Wichtig ist im Grunde die konische Form mit ausreichend großem Etendue-Verhältnis zwischen Primärstrhalung und Sekundärstrahlung.The exact form of the scattering optics can be optimized by means of ray tracing. What is important is basically the conical shape with a sufficiently large etendue ratio between primary strands and secondary radiation.

Ein geeignetes Glas für den konischen Vollkörper ist beispielsweise B270 von Schott. Geeignet ist insbesondere ein Pressglas. Ein derartiges Glas ist als Vollkörper gut formbar und kann daher der gewünschten Kontur gut angepasst werden. Die Seitenwände des Konus sollten dabei bevorzugt poliert sein, dagegen sollten die Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung des Konus einfach gesägt und damit durchaus rauh sein, weil dies letztlich vorteilhaft für Einkopplung und Streuung ist.A suitable glass for the conical solid is, for example, B270 from Schott. In particular, a pressed glass is suitable. Such a glass is well malleable as a solid body and can therefore be well adapted to the desired contour. The side walls of the cone should preferably be polished, on the other hand, the input opening and output opening of the cone should simply sawed and thus be quite rough, because this is ultimately advantageous for coupling and scattering.

Die Grenzflächen im Bereich Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung können mit Silikon als Ankoppelschicht versehen sein. Es kann auch ein anderes kurzwellige Strahlung ertragendes Medium benutzt werden. Ein Silikonverguss auf der primären Lichtquelle ermöglicht eine sehr gute Ankopplung an die Streuoptik praktisch ohne Verluste.The interfaces in the area of the inlet opening and outlet opening can be provided with silicone as a coupling layer. It is also possible to use another short-wave radiation-bearing medium. A Silikonverguss on the primary light source allows a very good coupling to the scattering optics with virtually no losses.

Typische Flächen der primären Lichtquelle sind 10 mm2, typische Flächen des optischen Wandlers sind 100 mm2, wobei die Aufweitung der Strahlung ca. einen Faktor 5 bis 20 betragen sollte.Typical areas of the primary light source are 10 mm 2 , typical areas of the optical transducer are 100 mm 2 , wherein the expansion of the radiation should be about a factor of 5 to 20.

Das Konzept der optischen Diode ermöglicht es, nahezu 100% der primären Strahlung auf den optischen Wandler ubringen und davon wiederum typisch 90% über die Streuoptik auszukoppeln, eine derartige Effizienz kann von konventionellen Konzepten wie im Stand der Technik beschrieben nicht annähernd erreicht werden.The concept of the optical diode makes it possible to apply nearly 100% of the primary radiation to the optical transducer and, in turn, to couple it typically 90% across the scattering optics, such efficiency can not be approached by conventional concepts as described in the prior art.

Die Kontur des reflektierenden Tertiärelements kann parabolisch sein, bevorzugt ist sie eine Freifläche, oder eine Fläche mit einem Minimum in der Nähe der primären Lichtquelle. Sehr gute Werte liefert eine Involute. Diese ist die kleinste Form eines Reflektors, der Rückreflexion zurück auf die Lichtquelle vermeidet.The contour of the reflective tertiary element may be parabolic, preferably an open area, or a minimum area near the primary light source. Very good values are provided by an involute. This is the smallest form of reflector that avoids back reflection back to the light source.

Die Kontur der Seitenwände des Streuoptik wird bevorzugt so gewählt, dass Totalreflexion frustriert wird.The contour of the side walls of the scattering optics is preferably chosen so that total reflection is frustrated.

Dabei sollte die Eingangsöffnung wenigstens 1,1-fach dem Durchmesser der primären Lichtquelle entsprechen. Die Ausgangsöffnung sollte mindestens dem 5-fachen des Durchmessers der Eingangsöffnung entsprechen.In this case, the input opening should be at least 1.1 times the diameter of the primary light source. The outlet opening should be at least 5 times the diameter of the inlet opening.

Der Konus kann eine Kontur insbesondere ausgewählt aus der Gruppe parabolisch, hyperbolisch, elliptisch, geradlinig als Kegelstumpf und Freiflächenartig aufweisen.The cone may have a contour, in particular selected from the group parabolic, hyperbolic, elliptical, straight as a truncated cone and open-surface.

Im Falle der Verwendung mindestens eines Konvertermaterials kann ein Konzept der Erzeugung von weiß mittels Mischung von blau-gelb oder auch RGB bevorzugt verwendet werden. Dabei kann die primären Lichtquelle ein LED-Array von blauen oder auch UV-LEDs sein. Beachtenswert ist dabei der Aspekt, dass die primäre Strahlung im Falle der Verwendung einer blauen LED nicht direkt über den Konus ausgekoppelt wird, sondern erst nach passieren des optischen Wandlers.In the case of using at least one converter material, a concept of producing white by mixing blue-yellow or even RGB can be used with preference. The primary light source may be an LED array of blue or even UV LEDs. Noteworthy here is the aspect that the primary radiation in the case of the use of a blue LED is not coupled out directly via the cone, but only after passing through the optical converter.

Dementsprechend kann die Lichteinheit auch nur eine primären Lichtquelle enthalten, deren Strahlung über einen rein streuenden optischen Wandler und dann die Streuoptik ausgekoppelt wird.Accordingly, the light unit can also contain only a primary light source whose radiation is coupled out via a purely scattering optical converter and then the scattering optics.

Die Lichteinheit kann für die Abstrahlung von weißem Licht oder auch farbigem Licht verwendet werden, beispielsweise mittels Vollkonversion.The light unit can be used for the emission of white light or even colored light, for example by full conversion.

Der Leuchtstoff kann auf einen Trägers des optischen Wandlers aufgedruckt sein. Damit lassen sich einzelne Bereiche der Fläche des optischen Wandlers sehr einfach unterschiedlich bedrucken, mit verschiedenen Leuchtstoffen beispielsweise, so dass eine gegenseitige Absorption vermieden wird.The phosphor can be printed on a support of the optical converter. Thus, individual areas of the surface of the optical transducer can be printed very easily different, with different phosphors, for example, so that mutual absorption is avoided.

Jegliches Problem der Farbstreuung, wie es von üblichen Konversions-LEDs her bekannt ist, wird durch das neuartige Konzept zuverlässig vermieden. Any problem of color dispersion, as known from conventional conversion LEDs, is reliably avoided by the novel concept.

Bei farbig emittierenden Lichteinheiten, beispielsweise im Bereich 550 bis 50 nm Peakemission, häufig ist dabei eine blaue primäre Strahlung im Bereich 440 bis 470 nm verwendet, können schmalbandige Leuchtstoffe verwendet werden, mit einer FWHM von weniger als 40 nm???? Der Abstand A ist bevorzugt mindestens 100 μm. Damit werden die LEDs und deren Bonddrähte geschützt.In the case of color-emitting light units, for example in the range from 550 to 50 nm peak emission, frequently a blue primary radiation in the range from 440 to 470 nm is used, narrow-band phosphors with a FWHM of less than 40 nm may be used. The distance A is preferably at least 100 μm. This protects the LEDs and their bonding wires.

Die primären Lichtquelle ist bevorzugt auf einem keramischen Substrat oder sonstigen Submount montiert, das eine Grundfläche für die primären Lichtquelle, hier dem LED-Array, und einen zweistufigen Rand aufweist. Die erste innere Stufe dient als Anschlag für die Streuoptik, die zweite äußere und höhere Stufe dient der Positionierung der Streuoptik.The primary light source is preferably mounted on a ceramic substrate or other submount, which has a base area for the primary light source, here the LED array, and a two-stage edge. The first inner stage serves as a stop for the scattering optics, the second outer and higher stage serves to position the scattering optics.

Der Spalt zwischen primären Lichtquelle und der Eingangsöffnung kann bevorzugt entweder mit Silikon oder mit Luft gefüllt sein.The gap between the primary light source and the entrance opening may preferably be filled with either silicone or air.

Die Verwendung von Silikon ist gut für eine möglichst hohe Effizienz, da praktisch keine Verluste durch Reflexion auftreten. Eine Brechung der in die Streuoptik eintretenden Strahlung trifft praktisch nicht auf.The use of silicone is good for the highest possible efficiency, since there are virtually no losses due to reflection. A refraction of the radiation entering the scattering optics practically does not occur.

Eine Alternative ist die Verwendung von Luft. Hier ist gerade die Brechung wegen des Mismatch der Brechungsindices (n = 1,0 gegen n = 1,4 bis 1,5) absichtlich sehr groß gewählt. Dieser Brechungsindexunterschied wirkt erleichternd als Faktor für die Etendue. Mit anderen Worten kann der relative Größenunterschied zwischen der Fläche der primären Lichtquelle und der Fläche des optischen Wandlers entsprechend reduziert werden. Eine derartige Anordnung ist daher für Anwendungen gut geeignet, bei denen eine enge Kollimation oder eine große Spotwirkung gewünscht ist.An alternative is the use of air. Here the refraction due to the mismatch of the refractive indices (n = 1.0 versus n = 1.4 to 1.5) is intentionally very large. This refractive index difference acts as a facilitator for the etendue. In other words, the relative size difference between the area of the primary light source and the area of the optical transducer can be reduced accordingly. Such an arrangement is therefore well suited for applications where close collimation or large spot effect is desired.

Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:

  • 1. Lichteinheit mit einer primären Lichtquelle, die primäre Strahlung emittiert, einer davorgeschalteten Streuoptik die eine Längsachse definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuoptik die primäre Strahlung zu einem optischen Wandler weiterleitet, wobei die Streuoptik die primäre Strahlung mittels einer Eingangsöffnung aufnimmt, wobei die Streuoptik die primäre Strahlung an den optischen Wandler mittels einer Ausgangsöffnung weitergibt, wobei der optische Wandler sekundäre Strahlung in Gegenrichtung der Längsachse zurückstrahlt, wobei die sekundäre Strahlung vom Streuoptik nach außen abgestrahlt wird, wodurch eine sekundäre Lichtquelle gebildet ist.
  • 2. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Lichtquelle eine LED oder ein LED-Array ist.
  • 3. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuoptik nach Art eines Konus geformt ist, dessen Durchmesser der Eingangsöffnung mindestens fünfmal kleiner als der Durchmesser der Ausgangsöffnung ist.
  • 4. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuoptik aus Vollglas besteht, mit Seitenwänden und eingangsseitiger und ausgangsseitiger Frontfläche.
  • 5. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Wandler eine Schicht mit mindestens einem Leuchtstoff zur teilweisen oder vollen Konversion der primären Strahlung besitzt.
  • 6. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Wandler ein als Streumedium wirkendes Material aufweist.
  • 7. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Wandler mit einem Kühlelement versehen ist.
  • 8. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Lichtquelle auf einem Substrat montiert ist, das einen Anschlag für die Eingangsöffnung der Streuoptik besitzt, der als Stufe gestaltet ist und einen Abstand A zwischen Eingangsöffnung und primären Lichtquelle definiert.
  • 9. Lichteinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat teilweise mit streuendem Medium bedeckt ist.
  • 10. Lichteinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand A mit Silikon oder mit Luft gefüllt ist.
  • 11. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinheit des weiteren eine Reflektorkontur für die sekundäre Lichtquelle umfasst.
  • 12. Lichteinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur parabelartig oder als Involute geformt ist.
  • 13. Lichteinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinheit eine Reflektorlampe bildet.
  • 14. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Leuchtstoffe auf dem optischen Wandler inhomogen verteilt ist oder sind.
Essential features of the invention in the form of a numbered list are:
  • 1. A light unit having a primary light source emitting primary radiation, a preceding scattering optics defining a longitudinal axis, characterized in that the scattering optical system forwards the primary radiation to an optical converter, wherein the scattering optical system receives the primary radiation by means of an input aperture, wherein the scattering optics the primary radiation is propagated to the optical transducer by means of an output port, the optical transducer reflecting secondary radiation in the opposite direction of the longitudinal axis, the secondary radiation being radiated outward from the scattering optic, thereby forming a secondary light source.
  • 2. Light unit according to claim 1, characterized in that the primary light source is an LED or an LED array.
  • 3. Light unit according to claim 1, characterized in that the scattering optics is shaped in the manner of a cone whose diameter of the input opening is at least five times smaller than the diameter of the outlet opening.
  • 4. Light unit according to claim 1, characterized in that the scattering optics consists of solid glass, with side walls and input side and output side front surface.
  • 5. Light unit according to claim 1, characterized in that the optical converter has a layer with at least one phosphor for the partial or full conversion of the primary radiation.
  • 6. Light unit according to claim 1, characterized in that the optical transducer has a material acting as a scattering medium.
  • 7. Light unit according to claim 1, characterized in that the optical transducer is provided with a cooling element.
  • 8. A light unit according to claim 1, characterized in that the primary light source is mounted on a substrate having a stop for the input opening of the scattering optics, which is designed as a stage and defines a distance A between the input port and the primary light source.
  • 9. Light unit according to claim 8, characterized in that the substrate is partially covered with scattering medium.
  • 10. Light unit according to claim 8, characterized in that the distance A is filled with silicone or with air.
  • 11. A light unit according to claim 1, characterized in that the light unit further comprises a reflector contour for the secondary light source.
  • 12. Light unit according to claim 11, characterized in that the contour is parabolic or shaped as Involute.
  • 13. Light unit according to claim 11, characterized in that the light unit forms a reflector lamp.
  • 14. Light unit according to claim 1, characterized in that the one or more phosphors is or are distributed inhomogeneous on the optical transducer.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to several embodiments. The figures show:

1 eine primäre Lichtquelle; 1 a primary light source;

2 die primären Lichtquelle mit davorgesetzter Streuoptik, seitlich (a) und in Perspektive (b); 2 the primary light source with scattering optics in front, side (a) and in perspective (b);

3 die Streuoptik mit davorgesetzten optischen Wandler und Darstellung des Strahlengang der primären Strahlung; 3 the scattering optics with optical converter in front and representation of the beam path of the primary radiation;

4 eine Darstellung des Strahlengangs der sekundären Strahlung; 4 a representation of the beam path of the secondary radiation;

5 eine Prinzipdarstellung einer sekundären Lichtquelle; 5 a schematic diagram of a secondary light source;

6 ein Detail eines optischen Wandlers; 6 a detail of an optical converter;

7 eine Lichtverteilungskurve einer sekundäre Lichtquelle; 7 a light distribution curve of a secondary light source;

8 eine Intensitätsverteilung der sekundäre Lichtquelle; 8th an intensity distribution of the secondary light source;

9 eine Lichteinheit mit Reflektor in zwei Ansichten, seitlich (a) und in Perspektive (b); 9 a light unit with reflector in two views, side (a) and in perspective (b);

10 eine Reflektorlampe mit Involute; 10 a reflector lamp with involute;

11 eine Lichtverteilungskurve einer sekundäre Lichtquelle; 11 a light distribution curve of a secondary light source;

12 eine Intensitätsverteilung einer Lichteinheit; 12 an intensity distribution of a light unit;

13 eine Leuchte mit sekundärer Lichtquelle; 13 a luminaire with a secondary light source;

Bevorzugte Ausführungsform der ErfindungPreferred embodiment of the invention

In 1 ist ein LED-Array 1 gezeigt, bestehend aus neun LEDs 2, die blau emittieren, Peakemission ist 460 nm. Der Abstand zwischen den einzelnen LEDs ist typisch 200 μm, die Fläche jeder LED ist typisch 1 mm2. Das LED-Array ist in klarem Silikon eingebettet, die Schiebe der primären Lichtquelle hat insgesamt einen Durchmesser von 6 mm. Der Brechungsindex von Silikon beträgt n = 1,41. der freie Raum der primären Lichtquelle in den Zwischenräumen und and den Rändern ist mit TiO2 ausgefüllt.In 1 is an LED array 1 shown, consisting of nine LEDs 2 which emit blue, peak emission is 460 nm. The distance between the individual LEDs is typically 200 μm, the area of each LED is typically 1 mm 2 . The LED array is embedded in clear silicone, the slide of the primary light source has a total diameter of 6 mm. The refractive index of silicone is n = 1.41. the free space of the primary light source in the spaces and at the edges is filled with TiO2.

Die diffuse Reflexivität der primären Lichtquelle ist damit auf 70 bis 80% eingestellt.The diffuse reflectivity of the primary light source is thus set to 70 to 80%.

2 zeigt eine Einheit aus primären Lichtquelle und Streuoptik. Die Streuoptik hat einen Abstand A von 150 μm zur primären Lichtquelle. Dieser Abstand ist mit Silikon gefüllt. Die primären Lichtquelle sitzt auf einem keramischen Substrat, das eine Basisfläche für die LEDs, eine erste Stufe als Anschlag für die Streuoptik und eine zweite Stufe zur Positionierung der Streuoptik aufweist. 2 shows a unit of primary light source and scattering optics. The scattering optics has a distance A of 150 μm to the primary light source. This distance is filled with silicone. The primary light source sits on a ceramic substrate having a base surface for the LEDs, a first stage as a stop for the scattering optics, and a second stage for positioning the scattering optics.

Die Streuoptik ist ein Konus aus Vollglas, dessen Brechungsindex ist n = 1,52. die Länge L ist typisch 20 mm. Der Konus hat eine Eingangsöffnung mit 7 mm Durchmesser??? Und eine Ausgangsöffnung mit 20 mm Durchmesser. Die Seitenwände des Konus sind poliert, aber nicht beschichtet. Die Frontflächen der Öffnungen sind bevorzugt einfach nur gesägt und damit rauh.The scattering optics is a cone made of solid glass, whose refractive index is n = 1.52. the length L is typically 20 mm. The cone has an inlet opening with 7 mm diameter ??? And an exit opening with 20 mm diameter. The side walls of the cone are polished but not coated. The front surfaces of the openings are preferably just sawn and thus rough.

Eine Alternative ist in 5 gezeigt, hier ist der Zwischenraum zwischen LED-Array und Eingangsöffnung nur mit Luft gefüllt.An alternative is in 5 shown, here is the space between LED array and input port only filled with air.

In 4 ist auch der optische Wandler gezeigt. Er sitzt auf der Ausgangsöffnung der Streuoptik und ist mit dieser bevorzugt über eine Silikonschicht verbunden. Der optische Wandler ist beispielsweise ein scheibenartiges Substrat, auf dem eine Schicht, die streuend oder konvertierend wirkt, aufgebracht ist. Oft ist es eine 1 bis 5 mm dicke Schicht, die ein bis drei Leuchtstoffe enthält.In 4 also the optical converter is shown. He sits on the exit opening of the scattering optics and is preferably connected to this via a silicone layer. The optical transducer is, for example, a disk-like substrate, on which a layer which has a scattering or converting effect is applied. Often it is a 1 to 5 mm thick layer containing one to three phosphors.

Bevorzugt ist auch ein Streu-Medium wie TiO2 beigemischt. Der Leuchtstoff ist bevorzugt gelb emittierend und ist beispielsweise YAG:Ce oder ein anderer Granat, oder ein Sion, Sialon oder Calsin o. ä. Hinter dem Substrat sitzt ein Kühlelement aus Aluminium, dessen Durchmesser 20 mm beträgt. Der Leuchtstoff hat eine diffuse Streuung von 80%Preferably, a litter medium such as TiO 2 is mixed. The phosphor is preferably yellow-emitting and is, for example, YAG: Ce or another garnet, or a sion, sialon or calsine or the like. Behind the substrate sits a cooling element made of aluminum whose diameter is 20 mm. The phosphor has a diffuse scattering of 80%

Der Leuchtstoff ist in einem anderen Ausführungsbeispiel bevorzugt eine Mischung grün, rot, die mit einer blauen LED als primären Lichtquelle zusammenwirkt. Dabei sind die beiden Leuchtstoffe auf dem Substrat schachbrettartig nebeneinander gesetzt, siehe 6.The phosphor is in another embodiment, preferably a mixture of green and red, which cooperates with a blue LED as a primary light source. The two phosphors are placed next to each other on the substrate like a checkerboard, see 6 ,

4 zeigt zudem die Auskopplung der Strahlung aus der Streuoptik. Diese Auskopplung erfolgt über die Seitenwände des Konus. 4 also shows the decoupling of the radiation from the scattering optics. This decoupling takes place via the side walls of the cone.

7 zeigt die Lichtverteilungskurve einer sekundären Lichtquelle gemäß 5. Sie zeigt die typische Fledermausflügel-Form, die für derartige Lichtquellen eigentlich optimal ist. 7 shows the light distribution curve of a secondary light source according to 5 , It shows the typical bat wing shape, which is actually optimal for such light sources.

8 zeigt die aufsummierte Energie, die von der sekundären Lichtquelle abgestrahlt wird, als Funktion des Winkels. Es zeigt sich, dass in einem Winkelbereich von etwa 100° praktisch alle Energie enthalten ist. 8th shows the accumulated energy emitted by the secondary light source as a function of the angle. It turns out that virtually all energy is contained in an angular range of about 100 °.

9 zeigt eine Reflektorlampe auf Basis der neuartigen Lichtquelle. Sie verwendet eine Kontur für den Reflektor, die parabolisch ist. Inder Achse des Reflektors sitzt die sekundäre Lichtquelle. 9 shows a reflector lamp based on the novel light source. It uses a contour for the reflector, which is parabolic. In the axis of the reflector sits the secondary light source.

10 zeigt eine Reflektorlampe auf Basis der neuartigen Lichtquelle, die eine Kontur verwendet, die einer Involute entspricht. Diese hat nahe der sekundäre Lichtquelle ein Minimum. 10 shows a reflector lamp based on the novel light source, which has a contour used, which corresponds to an involute. This has a minimum near the secondary light source.

11 zeigt die Intensitätsverteilung der Reflektorlampe gemäß 9, und zwar die Lichtverteilungskurve als Funktion des Winkels. 11 shows the intensity distribution of the reflector lamp according to 9 , namely the light distribution curve as a function of the angle.

12 zeigt die aufsummierte Energie, die von der Reflektorlampe abgestrahlt wird, als Funktion des Winkels. Es zeigt sich, dass eine Verteilung erreicht werden kann, die einem konventionellen 38° Spotlicht ähnelt. Feinheiten der Verteilung können hier leicht mit einer Änderung der Reflektorkontur optimiert werden. Dabei ist aber die gesamte Effizienz der Lichteinheit, hier Reflektorlampe, um mindestens 20 bis 40%?????? höher als bei konventioneller Technik. 12 shows the accumulated energy emitted by the reflector lamp as a function of the angle. It turns out that a distribution similar to a conventional 38 ° spotlight can be achieved. Subtleties of distribution can be easily optimized here with a change in the reflector contour. However, the total efficiency of the light unit, here reflector lamp, is at least 20 to 40% ?????? higher than conventional technology.

13 zeigt als Lichteinheit eine Leuchte mit konventionellem Gehäuse, das reflektirend wirkt. Dabei ist deie Lichtquelle eine sekundäre Lichtquelle wie hier beschrieben. 13 shows a light unit with a conventional housing, which has a reflective effect. The light source is a secondary light source as described here.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2010060130 [0002] US 2010060130 [0002]

Claims (14)

Lichteinheit mit einer primären Lichtquelle, die primäre Strahlung emittiert, einer davorgeschalteten Streuoptik die eine Längsachse definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuoptik die primäre Strahlung zu einem optischen Wandler weiterleitet, wobei die Streuoptik die primäre Strahlung mittels einer Eingangsöffnung aufnimmt, wobei die Streuoptik die primäre Strahlung an den optischen Wandler mittels einer Ausgangsöffnung weitergibt, wobei der optische Wandler sekundäre Strahlung in Gegenrichtung der Längsachse zurückstrahlt, wobei die sekundäre Strahlung vom Streuoptik nach außen abgestrahlt wird, wodurch eine sekundäre Lichtquelle gebildet ist.A light unit having a primary light source which emits primary radiation, a preceding scattering optics which defines a longitudinal axis, characterized in that the scattering optical system transmits the primary radiation to an optical converter, wherein the scattering optics receives the primary radiation by means of an input aperture, the scattering optics being the primary Transmitting radiation to the optical transducer by means of an output aperture, wherein the optical transducer reflects secondary radiation in the opposite direction of the longitudinal axis, wherein the secondary radiation from the scattering optics is emitted to the outside, whereby a secondary light source is formed. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Lichtquelle eine LED oder ein LED-Array ist.Light unit according to claim 1, characterized in that the primary light source is an LED or an LED array. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuoptik nach Art eines Konus geformt ist, dessen Durchmesser der Eingangsöffnung mindestens fünfmal kleiner als der Durchmesser der Ausgangsöffnung ist.Light unit according to claim 1, characterized in that the scattering optics is shaped in the manner of a cone whose diameter of the input opening is at least five times smaller than the diameter of the outlet opening. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuoptik aus Vollglas besteht, mit Seitenwänden und eingangsseitiger und ausgangsseitiger Frontfläche.Light unit according to claim 1, characterized in that the scattering optics consists of solid glass, with side walls and input side and output side front surface. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Wandler eine Schicht mit mindestens einem Leuchtstoff zur teilweisen oder vollen Konversion der primären Strahlung besitzt.Light unit according to claim 1, characterized in that the optical transducer has a layer with at least one phosphor for the partial or full conversion of the primary radiation. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Wandler ein als Streumedium wirkendes Material aufweist.Light unit according to claim 1, characterized in that the optical transducer has a material acting as a scattering medium. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Wandler mit einem Kühlelement versehen ist.Light unit according to claim 1, characterized in that the optical transducer is provided with a cooling element. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Lichtquelle auf einem Substrat montiert ist, das einen Anschlag für die Eingangsöffnung der Streuoptik besitzt, der als Stufe gestaltet ist und einen Abstand A zwischen Eingangsöffnung und primären Lichtquelle definiert, wobei insbesondere eine zweite Stufe zur Positionierung der Streuoptik vorgesehen ist.Light unit according to claim 1, characterized in that the primary light source is mounted on a substrate which has a stop for the input aperture of the scattering optics, which is designed as a stage and defines a distance A between the input aperture and the primary light source, wherein in particular a second stage for Positioning of the scattering optics is provided. Lichteinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat teilweise mit streuendem Medium bedeckt ist.Light unit according to claim 8, characterized in that the substrate is partially covered with scattering medium. Lichteinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand A mit Silikon oder mit Luft gefüllt ist.Light unit according to claim 8, characterized in that the distance A is filled with silicone or with air. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinheit des weiteren eine Reflektorkontur für die sekundäre Lichtquelle umfasst.A light unit according to claim 1, characterized in that the light unit further comprises a reflector contour for the secondary light source. Lichteinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur parabelartig oder als Involute geformt ist.Light unit according to claim 11, characterized in that the contour is parabolic or shaped as an involute. Lichteinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinheit eine Reflektorlampe bildet.Light unit according to claim 11, characterized in that the light unit forms a reflector lamp. Lichteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Leuchtstoffe auf dem optischen Wandler inhomogen verteilt ist oder sind.Light unit according to claim 1, characterized in that the phosphor (s) is or are distributed inhomogeneously on the optical transducer.
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