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Die Erfindung betrifft eine LED-Leuchtvorrichtung mit mehreren Leuchtdioden und einer Entblendungsoptik, welche die Leuchtdioden zumindest gruppenweise, insbesondere einzeln, entblendet. Die LED-Leuchtvorrichtung ist insbesondere einsetzbar als Arbeitsplatzleuchte, insbesondere Deckenleuchte oder Hängeleuchte, oder als ein Teil davon, z.B. als LED-Modul.
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Durch Verwendung einer Vielzahl von LEDs geringer Leistung, welche einzeln entblendet werden, können einfach aufgebaute LED-Leuchten mit einer sehr geringen Bauhöhe bereitgestellt werden. Da der Haupanteil des von der LED-Leuchte abgestrahlten Lichts weder gespiegelt noch in einer anderen Art umgeleitet wird, sind sehr effiziente Aufbauten möglich. Die Direktstrahlung mehrerer LEDs bringt jedoch grundsätzlich den Nachteil einer Mehrfachverschattung mit sich, welche von einem Betrachter als subjektiv unangenehm empfunden wird.
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Die Mehrfachverschattung kann vermieden werden durch Leuchten, welche mit Prismenplatten anstelle einer Entblendungsoptik ausgerüstet sind. Diese sind jedoch weit teuer und um ein Vielfaches aufwändiger im Aufbau.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine LED-Leuchtvorrichtung mit Entblendungsoptik bereitzustellen, bei der eine Mehrfachverschattung mit vergleichsweise einfachen Mitteln verringerbar ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine LED-Leuchtvorrichtung, aufweisend mehrere Leuchtdioden, eine Entblendungsoptik, welche die Leuchtdioden zumindest gruppenweise entblendet, und eine zwischen den Leuchtdioden und der Entblendungsoptik angeordnete Diffusoroptik.
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Mittels der Diffusoroptik wird das von den Leuchtdioden abgestrahlte Licht vor Durchgang durch die Entblendungsoptik gestreut und dadurch diffus verteilt. Durch die so vergrößerte Leuchtfläche vor dem Durchgang durch die Entblendungsoptik werden scharfkantige Schattenwürfe aufgeweicht ("verwischt") und zumindest zu einem signifikanten Teil vermieden. Insbesondere kann dadurch eine vielfache Verschattung reduziert werden.
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Diese LED-Leuchtvorrichtung weist dadurch den Vorteil auf, dass sie einen entblendeten Aufbau mit einem angenehmeren Schattenwurf ermöglicht. Zudem kann durch das Zusammenspiel von Entblendungsoptik und Diffusoroptik eine stärkere Homogenität des von der LED-Leuchtvorrichtung abgestrahlten Lichts erreicht werden. Diese LED-Leuchtvorrichtung ist darüber hinaus preiswert realisierbar.
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Die Diffusoroptik ist den Leuchtdioden also insbesondere optisch nachgeschaltet. Insbesondere kann die Diffusoroptik eine sämtlichen Leuchtdioden gemeinsam nachgeschaltete (gemeinsame) Diffusoroptik sein. Die Diffusoroptik kann insbesondere aus lichtdurchlässigem Kunststoff bestehen, welcher lichtstreuendes Füllmaterial aufweist.
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Die Entblendungsoptik ist insbesondere der Diffusoroptik optisch nachgeschaltet. Dabei kann durch die Diffusoroptik gelaufenes Licht insbesondere teilweise direkt durch mindestens eine Lichtdurchlassöffnung laufen und teilweise auf die Entblendungsoptik treffen. Auf die Entblendungsoptik treffendes Licht kann insbesondere diffus oder spekular reflektiert werden.
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Die Entblendungsoptik und/oder die Diffusoroptik können einteilig oder mehrteilig ausgestaltet sein.
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Dass die Entblendungsoptik die Leuchtdioden zumindest gruppenweise entblendet, kann insbesondere bedeuten, dass die Entblendungsoptik mehrere gruppenweise oder zusammen angeordnete Leuchtdioden gemeinsam entblendet. Insbesondere diese mehreren Leuchtdioden können in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Die mehreren gruppenweise angeordneten Leuchtdioden können insbesondere ein Mischlicht erzeugen, z.B. ein weißes Mischlicht. Die mehreren gruppenweise angeordneten Leuchtdioden können ferner mit einer gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. einem Diffusor oder einer Linse, und so weiter.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass die Entblendungsoptik die Leuchtdioden einzeln entblendet. Dadurch wird eine besonders hohe Entblendungswirkung erreicht.
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Allgemein kann eine Leuchtdiode mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein ("Remote Phosphor"). Eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar.
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Die Zahl der Leuchtdioden ist nicht beschränkt und kann beispielsweise zwischen drei und 1000 liegen, insbesondere zwischen sechs und 500, insbesondere zwischen zehn und 100.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Entblendungsoptik mehrere Lichtdurchlassöffnungen aufweist, welche jeweils über einer zugehörigen oder zugeordneten mindestens einen Leuchtdiode angeordnet sind. So kann eine hohe Lichtausbeute beibehalten werden, da das von der jeweiligen Leuchtdiode abgestrahlte Licht durch die Diffusoroptik und durch die jeweilig zugeordnete Lichtdurchlassöffnung hindurchlaufen kann.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Lichtdurchlassöffnungen als Reflektoren, insbesondere Hohlreflektoren, für die jeweils zugehörige oder zugeordnete mindestens eine Leuchtdiode ausgestaltet sind. Dies kann eine Entblendung noch weiter verbessern und ermöglicht eine vielfältige Gestaltung eines Lichtabstrahlmusters. Eine Reflektorfläche kann insbesondere durch eine umlaufende Seitenwand der jeweiligen Lichtdurchlassöffnung gebildet sein.
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Die Reflektorfläche kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass sie das auf sie auftreffende Licht gezielt in eine Richtung reflektiert, das sich von der Hauptabstrahlrichtung der zugehörigen LED unterscheidet, insbesondere in einen Randbereich eines zugehörigen Lichtkegels. Dadurch kann eine gleichmäßigere Helligkeitsverteilung des von der LED-Leuchtvorrichtung ausgestrahlten Lichtabstrahlmusters erreicht werden.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Lichtdurchlassöffnungen bzw. deren Reflektorfläche in Draufsicht kreisförmig, wabenförmig (z.B. sechseckig) oder rechteckig ausgeformt sind. Dies kann eine hohe Packungsdichte und eine besonders gute Unterdrückung einer mehrfachen Verschattung ermöglichen.
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Die Reflektorfläche kann spekular ausgestaltet sein, z.B. durch eine Belegung mit einer spiegelnden Schicht, z.B. aus oder mit Silber und/oder Aluminium, oder durch eine Hochglanzpolierung. Alternativ kann die Reflektorfläche diffus reflektierend ausgestaltet sein, z.B. durch eine weiße Farbgebung, z.B. durch eine Schicht aus Titanoxid.
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Die Reflektorfläche kann allgemein anders ausgestaltet sein als die sie umgebende Oberfläche der Entblendungsoptik, z.B. in Bezug auf eine Oberflächenstruktur und/oder Farbe usw.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Diffusoroptik eine Diffusorscheibe mit oberhalb der mindestens einen Leuchtdiode angeordneten Auswölbungen ist. Durch die Auswölbungen kann eine diffuse Lichtverteilung praktisch (z.B. bis auf geringe Restlichtanteile) auf den Bereich der Auswölbung begrenzt werden, was eine ausreichende Verbreiterung der Lichtabstrahlfläche ermöglicht und dennoch durch die lokale Begrenzung eine gewisse Brillanz erhalten bleibt (im Gegensatz z.B. zu einem großflächigen Diffusor). Dadurch kann auch ein Lichtdurchgang durch nicht gewünschte Bereiche der Diffusoroptik, z.B. unterhalb geschlossener Bereiche der Entblendungsoptik, unterdrückt werden, was wiederum eine hohe Lichtausbeute unterstützt. Ferner kann so ein besonders flacher Aufbau erreicht werden.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Auswölbungen in eine zugehörige Lichtdurchlassöffnung der Entblendungsoptik ragen. So können Lichtverluste besonders wirkungsvoll unterdrückt werden, und es kann ein besonders flacher Aufbau erlangt werden. Jedoch kann grundsätzlich auch auf die Auswölbungen verzichtet werden und z.B. eine ebene Diffusorscheibe verwendet werden.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Leuchtdioden auf einer Vorderseite eines gemeinsamen Substrats aufgebracht sind, eine Rückseite des Substrats mit einem Kühlkörper verbunden ist, die Diffusoroptik auf der Vorderseite des Substrats aufliegt und die Entblendungsoptik auf dem Kühlkörper aufliegt. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass auf einfache Weise eine großflächige und dabei flache LED-Leuchtvorrichtung mit einfachem Aufbau bereitgestellt werden kann.
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Das Substrat kann beispielsweise ein Keramiksubstrat sein, insbesondere bei einer Ausbildung der LEDs als LED-Chips. Das Substrat kann aber auch als eine Leiterplatte ausgestaltet sein.
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Der Kühlkörper kann insbesondere auch als ein Boden der LED-Leuchtvorrichtung angesehen oder ausgestaltet sein, und die Entblendungsoptik kann insbesondere einem Deckel entsprechen.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass der Kühlkörper seitlich über das Substrat hinaussteht, die Entblendungsoptik auf mindestens einem seitlich überstehenden Bereich des Kühlkörpers aufliegt und die Entblendungsoptik auf die Diffusoroptik drückt. Dies ermöglicht erstens eine effektive Anlenkung der Entblendungsoptik an den Kühlkörper und zweitens eine effektive Anpressung oder Andrückung der Diffusoroptik an das Substrat, wodurch das Substrat wiederum an den Kühlkörper angepresst wird, was eine feste Anordnung und gute Wärmeübertragung in Bezug auf den Kühlkörper erlaubt.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Diffusoroptik zumindest abschnittsweise bis an eine Außenseite, insbesondere seitlichen Rand, der LED-Leuchtvorrichtung geführt ist.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die LED-Leuchtvorrichtung einen zumindest abschnittsweise bis an eine Außenseite, insbesondere seitlichen Rand, der LED-Leuchtvorrichtung geführten Lichtleiter aufweist, welcher mit der Diffusoroptik optisch gekoppelt ist. Dadurch kann eine Seiten- und/oder Effektbeleuchtung mittels eines (Rest-) Lichts bereitgestellt werden, welches sich seitlich in der Diffusoroptik ausbreitet und sonst verloren ginge.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass der Lichtleiter seitlich, insbesondere seitlich umlaufend, der Diffusoroptik angeordnet ist.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der Lichtleiter zumindest bereichsweise, insbesondere seitlich umlaufend, zwischen dem Kühlkörper und der Entblendungsoptik angeordnet ist.
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Es ist noch eine Weiterbildung, dass der Lichtleiter mittels der Entblendungsoptik auf den Kühlkörper gedrückt wird.
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Allgemein ist die Form der LED-Leuchtvorrichtung, insbesondere in Draufsicht, nicht beschränkt. Es wird bevorzugt, dass die LED-Leuchtvorrichtung eine längliche Form aufweist, insbesondere in Form eines Riegels. Insbesondere mögen das die LEDs tragende Substrat, die Diffusoroptik und/oder die Entblendungsoptik eine bandartige Grundform aufweisen.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die LED-Leuchtvorrichtung eine Leuchte ist, insbesondere eine Arbeitsplatzleuchte. Die LED-Leuchtvorrichtung kann aber z.B. auch ein LED-Modul darstellen, insbesondere einen Teil einer Arbeitsplatzleuchte.
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Die LED-Leuchtvorrichtung kann insbesondere eine Deckenleuchte oder Hängeleuchte, oder einen Teil (z.B. ein LED-Modul) davon darstellen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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1 zeigt in einer Ansicht von schräg oben eine LED-Leuchtvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Explosionsdarstellung;
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2 zeigt in einer Ansicht von schräg oben die LED-Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem zusammengebauten Zustand;
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3 zeigt eine Schnittansicht eines endseitigen Ausschnitts der LED-Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im zusammengebauten Zustand;
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4 zeigt den endseitigen Ausschnitt der LED-Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im zusammengebauten Zustand als Schnittdarstellung in Seitenansicht;
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5 zeigt in einer Ansicht von schräg oben eine LED-Leuchtvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Explosionsdarstellung; und
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6 zeigt in einer Ansicht von schräg oben eine Schnittdarstellung eines endseitigen Ausschnitts der LED-Leuchtvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem zusammengebauten Zustand.
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1 zeigt in einer Ansicht von schräg oben eine LED-Leuchtvorrichtung 11 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Explosionsdarstellung. 2 zeigt eine LED-Leuchtvorrichtung 11 in einer Ansicht von schräg oben in einem zusammengebauten Zustand.
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Die LED-Leuchtvorrichtung 11 weist mehrere, in drei Reihen R1, R2, R3 angeordnete Leuchtdioden 12 auf, die auf einer Vorderseite 13 eines Substrats in Form einer bandförmigen Leiterplatte 14 angeordnet sind. Die Leuchtdioden 12 können beispielsweise weiß leuchtende Leuchtdioden sein. Von den drei Reihen R1–R3 sind die Leuchtdioden 12 der beiden äußeren Reihen R1 und R3 parallel angeordnet, während die Leuchtdioden 12 der mittleren Reihe R2 dazu parallel, aber um einen halben LED-Abstand versetzt angeordnet sind.
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Mit ihrer Rückseite 15 liegt die Leiterplatte 14 flächig auf einem bandförmigen Kühlkörper 16 in Form eines Metallblechs, z.B. aus Aluminium oder Kupfer auf, z.B. mittels eines gut wärmeleitenden Klebebands oder Wärmeleitklebers. Dadurch wird eine effektive Wärmeabfuhr von den Leuchtdioden 12 über die Leiterplatte 14 auf den Kühlkörper 16 ermöglicht. Der Kühlkörper 16 mag insbesondere auf seiner der Leiterplatte 14 angewandten Seite eine Kühlstruktur aufweisen, z.B. Kühlrippen (o.Abb.).
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Auf der Leiterplatte 14 liegt eine lichtdurchlässige und dabei lichtstreuende Diffusoroptik 17 auf. Diese weist eine bandförmige und plattenartige Grundform auf, wobei sie oberhalb jeder der Leuchtdioden 12 eine nach oben gerichtete Auswölbung 18 aufweist.
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Auf der Diffusoroptik 17 ist eine Entblendungsoptik 19 aufgebracht, die mehrere Lichtdurchlassöffnungen 20 aufweist. Die Lichtdurchlassöffnungen 20 sind analog zu den Leuchtdioden 12 positioniert und weisen eine in Draufsicht hexagonale Form auf. Dadurch ergeben die Lichtdurchlassöffnungen 20 ein Wabenmuster, welches hochgradig dichtgepackt ist. Die Lichtdurchlassöffnungen 20 sorgen also für eine einzelne Entblendung der jeweils darunter angeordneten Leuchtdioden 12.
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3 zeigt in Schnittdarstellung einen endseitigen Ausschnitt der LED-Leuchtvorrichtung 11. 4 zeigt den endseitigen Ausschnitt der LED-Leuchtvorrichtung 11 als Schnittdarstellung in Seitenansicht.
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Der Kühlkörper 16 steht seitlich über die Leiterplatte 14 hinaus, und die Entblendungsoptik 19 ist randseitig und randbündig auf den Kühlkörper 16 aufgesetzt, welche also auch als Deckel bzw. Boden der LED-Leuchtvorrichtung 11 angesehen werden können. Die Entblendungsoptik 19 drückt dabei auf die Diffusoroptik 17, welche die Leiterplatte 14 auf den Kühlkörper 16 drückt. Dadurch werden auf einfache Weise ein fester Sitz und ein verringerter Wärmeübergangswiderstand erreicht.
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Die Lichtdurchlassöffnungen 20 sind als Hohlreflektoren ausgestaltet und weisen als Reflektorfläche 21 gerade Seitenwände auf. In eine untere Halsöffnung der Lichtdurchlassöffnungen 20 ragen die jeweiligen Auswölbungen 18. Die Auswölbungen 18 weisen dazu eine zu der Form der Halsöffnung passende Umfangskontur auf, hier: eine sechseckige Umfangskontur. Die der Entblendungsoptik 19 zugewandte, obere Oberfläche ist dazu facettiert ausgestaltet, und zwar mit sechs Seitenfacetten und einer zentralen Facette.
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Bei Betrieb der LED-Leuchtvorrichtung 11 strahlen die Leuchtdioden 12 in die Diffusoroptik 17, und zwar überwiegend in den Bereich der Auswölbung 18. Dadurch wird der von der jeweiligen Leuchtdiode 12 erzeugte Lichtkegel aufgeweitet und homogenisiert. Dies verringert eine Verschattung. Ein Teil des durch die Auswölbung 18 hindurchgelaufenen Lichts wird direkt durch die zugehörige Lichtdurchlassöffnung 20 gestrahlt. Ein anderer, typischerweise geringerer, Teil trifft auf die Reflektorfläche 21. Da die Reflektorfläche 21 gerade Seitenwände aufweist, wird das auf sie auftreffende Licht zum größten Teil schräg zur Hauptabstrahlrichtung bzw. Symmetrieachse S reflektiert, wodurch Randbereiche stärker ausgeleuchtet werden, was eine Verschattung weiter unterdrücken kann.
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Ein vergleichsweise geringer (Rest-)Lichtanteil des in die Diffusoroptik 17 eintretenden Lichts wird nicht direkt oder indirekt durch die Lichtdurchlassöffnung 20 durchgelassen, sondern z.B. an einen Seitenrand 22 geleitet, wo es wirkungslos ausgekoppelt wird.
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Die LED-Leuchtvorrichtung 11 kann als eine Arbeitsplatzleuchte oder als ein Teil davon verwendet werden.
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5 zeigt in einer Ansicht von schräg oben eine LED-Leuchtvorrichtung 31 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Explosionsdarstellung. 6 zeigt in einer Ansicht von schräg oben eine Schnittdarstellung eines endseitigen Ausschnitts der LED-Leuchtvorrichtung 31 im zusammengebauten Zustand.
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Die LED-Leuchtvorrichtung 31 ist ähnlich zu der LED-Leuchtvorrichtung 11 aufgebaut, wobei die LED-Leuchtvorrichtung 31 jedoch nun zusätzlich einen Lichtleiter 32 aufweist, welcher bis an einen seitlichen Rand 33 der LED-Leuchtvorrichtung 31 geführt ist. Der Lichtleiter 32 schließt an dem seitlichen Rand 33 flächenbündig mit der Entblendungsoptik 34 und dem Kühlkörper 16 ab. Der Lichtleiter 32 ist also zwischen der Entblendungsoptik 34 und dem Kühlkörper 16 angeordnet und kann insbesondere zwischen diesen eingepresst sein. Der Lichtleiter 32 kann beispielsweise aus PMMA, ABS oder einem anderen lichtleitenden Kunststoff bestehen.
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Der Lichtleiter 32 umgibt die Diffusoroptik 17 seitlich umlaufend und steht in Kontakt mit ihr, so dass seitlich aus der Diffusoroptik 17 austretendes (Rest-)Licht in den Lichtleiter 32 einkoppelt und von diesem zum seitliche Rand 33 geleitet wird. Dort tritt das Licht aus und erzeugt ein seitliches Licht, z.B. Effektlicht.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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So können der Lichtleiter 32 und die Diffusoroptik 17 auch einstückig als eine sich bis zum seitlichen Rand erstreckende Diffusoroptik ausgebildet sein.
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Auch können anstelle der einzelnen Leuchtdioden 12 mehrere Leuchtdioden in einer Gruppe (Cluster) angeordnet sein, z.B. eine Gruppe von drei Leuchtdioden, welche beispielsweise rot, grün bzw. blau leuchten und denen eine gemeinsame primäre Mischlichtoptik nachgeschaltet ist.
