DE10333907A1 - LED-Strahler - Google Patents

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Herbert Hofsäss
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen LED-Strahler in der Art einer Clusterlampe, der mit Radial- oder mit SMD-LED oder auch mit "nackten" gebondeten LED-chips bestückbar ist. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, einen LED-Strahler bereitzustellen, der sich durch einen Lichtstrahl mit einem vorgebbaren Öffnungwinkel sowie mit gewünschter Farbe bei relativ großer Tragweite des Lichtstrahles auszeichnet und der optische Hilfsmittel zur Erfüllung der Aufgabenstellung derart verwendet, dass im Abstrahlkegel eine möglichst homogene Intensität und eine einheitliche Farbe garantiert wird. DOLLAR A Der LED-Strahler zeichnet sich dadurch aus, daß in Lichtaustrittsrichtung vor den einzelnen auf einer Trägerplatte (13) angeordneten LED-Bauelementen optische, eine Strahlenparallelisierung bewirkende Mittel angeordnet sind und die Abdeckung des Strahlers durch eine als Reflektorplatte (19) ausgebildete Platte erfolgt, deren Außenfläche plan ausgebildet ist und dass diese Abdeckplatte mindestens eine Linse aufweist. DOLLAR A Dabei sind als optische Mittel Plankonvexlinsen und/oder Fresnellinsen vor jedem LED-Bauelement so angeordnet, dass die aktive optische Fläche zur LED zeigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen LED-Strahler in der Art einer Clusterlampe, der mit Radial- oder mit SMD-LED oder auch mit „nackten" gebondeten LED-Chips bestückbar ist.
  • Es ist durch die DE 100 44 158 C2 ein Beleuchtungselement in der Form einer Reflektorlampe bekannt geworden, bei der in einem Lampengehäuse als Leuchtquelle eine mit über eine Schaltung ansteuerbare Halbleiterchips bestückte Platine angeordnet ist und in der aus einem lichtdurchlässigen Material bestehenden Lichtleitplatte jedem Halbleiterchip gesondert zugeordnete bikonvexe Linsen vorgesehen sind und dass zwischen Lichtleitplatte und Platine eine Reflektorplatte mit darin angeordneten halbkugelförmigen Reflektoröffnungen angeordnet ist.
  • Weitere Lösungen, vorzugsweise für Signalgeber aber auch bereits als Leuchte, die LED-Chips und ihnen zugeordnete bikonvexe Linsen verwenden, sind durch die Druckschriften DE 100 22 713 ; DE 100 33 998 ; DE 199 30 584 ; DE 199 22 361 sowie DE 196 51 140 dokumentiert.
  • Bisher bekanntgewordene Lösungen weisen üblicherweise eine kreisförmige Anordnung von Radial-LED auf einem Träger (Leiterplatte) mit nahezu offener Struktur auf, wobei die LED über den Rand des Adaptiergehäuses hinausragen, so daß neben möglichen mechanischen Beschädigungen auch Staub und Schmutz auf und zwischen den LED ablagern können, was die äußere Quantenausbeute extrem mindert. Bekannte Lösungen zur Verhinderung derartiger Schädigungen nutzen meist ein Deckglas, was den optischen Forderungen infolge der Strahlminderung, die durch die mehrfache Reflexion zwischen LED-Luft-Deckglas-Luft vorkommt, nicht gerecht wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen LED-Strahler bereitzustellen, der sich durch einen Lichtstrahl mit einem vorgebbaren Öffnungswinkel sowie mit gewünschter Farbe bei relativ großer Tragweite des Lichtstrahles auszeichnet und der optische Hilfsmittel zur Erfüllung der Aufgabenstellung derart verwendet, dass im Abstrahlkegel eine möglichst homogene Intensität und eine einheitliche Farbe garantiert wird. Der Strahler soll mit radialen LED oder mit SMD-LED oder auch mit „nackten" gebondeten LED-Chips bestückbar sein.
  • Für farblich unterschiedliche LED kann man also auch mit verschiedenen Abstrahlwinkeln bei gleichartigem Linsendom rechnen, obwohl die Höhe und Form des Plastikdoms eine sehr gute Möglichkeit bietet, den Abstrahlwinkel in weiten Grenzen zu ändern. Die inhomogene Abstrahlcharakteristik bezüglich der Intensität und unter Umständen auch bezüglich der Farbe von LED behindern die Nutzung homogen abstrahlender Lampen.
  • Der Einsatz von LED als Leuchtmittel hat Vorteile dahingehend, dass
    • • die Lebensdauer um mindestens eine Größenordnung gegenüber bisher bekannten Glüh- und Entladungslampen höher ist,
    • • die Alterung der LED im Gegensatz zu Glüh- und Entladungslampen keine katastrophale Degradation sondern nur eine graduelle aufweist und äußerst selten zu einem Totalausfall führt,
    • • dass bei Ausfall einer LED das Leuchtmittel im Gegensatz zu Glüh- und Entladungslampen noch einsatzfähig ist,
    • • die Versorgungsleistung weit unter der von bisher bekannten thermischen Lampen liegt,
    • • unterschiedlich farbige LED einsetzbar sind und somit Filter gegenüber herkömmlichen Lampen eingespart werden,
    • • LED-Leuchtmittel bei Beschleunigungen von vielen g (Erdbeschleunigung g = 9,81 ms–2) stoßunempfindlich sind,
    • • sie keine unerwünschte und gesundheitsschädliche UV-Strahlung emittieren,
    • • LED-Strahler über Größenordnungen leicht gedimmt werden können und daß mit allen LED ein ideales Niedervoltleuchtmittel realisiert werden kann.
  • Dies trifft sowohl auf Radial-LED als auch auf SMD-Bauelemente sowie auf „nackte" gebondete Chips zu.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die im Hauptanspruch genannten Merkmale, die durch die Unteransprüche eine zweckmäßige Ausgestaltung erfahren.
  • Die Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß die divergenten Strahlen der einzelnen auf einer Trägerplatte angeordneten LED-Bauelemente in gewünschtem Maße bis zur Strahlenparallelisierung durch die Verwendung einzelner, den Lichtemittern angepaßter optischer Mittel, deren optische aktive, gekrümmte Fläche zu den Lichtemittern zeigen, gerichtet sind, wobei fakultativ eine Zwischenplatte anordenbar ist, die eine Beeinflussung der einzelnen radialen LED mindert und der Strahler mit einer äußeren mindestens eine Linse aufweisenden transparenten als Reflektorplatte ausgebildeten Abdeckplatte versehen ist.
  • Ein wesentliches Merkmal der Lösung besteht hierbei darin, dass zur Strahlenparallelisierung als optische Mittel Plankonvexlinsen und/oder Fresnellinsen vor jeder LED bzw. SMD-LED oder auch vor jedem „nackten" Chip so angeordnet sind, dass die aktive optische Fläche, die auch gekrümmt sein kann, zur LED zeigt. Das heißt, dass die äußere die Abdeckung bildende Fläche eine plane bzw. glatte Oberfläche aufweist, wodurch eine Verschmutzung der Abdeckung geringer als bei anderen Lösungen ist. Die äußere Fläche kann aber auch mattiert ausgebildet sein.
  • Die Reflektorplatte mit den eingearbeiteten Linsen ist von oben auf den LED-Träger abdichtend aufgesetzt, wobei zwischen Reflektorplatte und dem LED-Träger eine Zwischenplatte angeordnet sein kann.
  • Zweckmäßigerweise erfolgt die Verbindung der Reflektorplatte mit dem Strahlergehäuse durch einen ausgebildeten Schnappverschluß oder durch Klebung. Mit dieser Maßnahme ist auch gesichert, dass Umwelteinflüsse die Funktionstüchtigkeit nicht wesentlich beeinträchtigen oder Verschmutzungen des Strahlers weitestgehend vermieden werden können.
  • Die Reflektorplatte mit den eingearbeiteten Linsen ist direkt mit dem metallischen oder plastikförmig ausgebildeten Gehäuse in unterschiedliche Lampensockel integrierbar. Die Linsen sind auch aus einem anderen Material als Plastik ausbildbar und die Anzahl der Linsen ist gemäß der verwendeten LED-Anzahl variierbar.
  • Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass der LED-Strahler anstelle des Lampensockels Anschlußdrähte für eine feste Verbindung (Lötung) oder eine steckbare Verbindung für einen elektrischen Anschluß aufweist.
  • Für einen universellen Einsatz sind zweckmäßigerweise die Sockeltypen unterschiedlich ausbildbar, so dass alle Formen von Schraub- und Stecksockeln sowie auch die Form von löt- oder schweißbaren Anschlußdrähten realisierbar sind.
  • Die Reflektorplatte mit den eingearbeiteten Linsen und das Außengehäuse sind in einer Modifizierung der Lösung mit einer metallischen Bedampfung versehen. Mit dieser Maßnahme sollen vor allem spezielle Kundenwünsche nach einem farbigen Design erfüllt werden.
  • Die zur Ansteuerung notwendigen elektronischen Schaltelemente sind auf der Rückseite der LED-Trägerplatte angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, dass der Strahler mit unterschiedlichen
  • Spannungen betreibbar ist
  • Die Trägerplatte der optischen Emitter und der Elektronik sind einzeln, fest oder steckbar verbunden, oder in Form einer beidseitig bestückten Platine ausführbar. Mit dieser Maßnahme ist eine rationelle Anordnung der Bauelemente bezweckt.
  • Sowohl die LED-Trägerplatte als auch die Reflektorplatte mit den eingearbeiteten Linsen ist nicht nur auf eine kreisförmige Ausbildung beschränkt, sondern es sind auch rechteckige, quadratische und andere dem Anwendungszweck entsprechend gestaltete Formen möglich.
  • Die Linsen sind als in Plastik gepreßte Fresnellinsen ausgebildet, die rückseitig in die Deckplatte in LED-Richtung einarbeitbar sind.
  • Die Reflektorplatte, die zugleich die Abdeckplatte darstellt, kann auch nur eine nach innen gerichtete Fresnellinse für die Abdeckung der Lampe aufweisen.
  • Die Reflektorplatte mit nach innen gerichteten individuellen Linsen und/oder die Zwischenplatte sind mit den LED fest vergossen, wobei das verwendete Vergußmaterial vorzugsweise einen anderen Brechungsindex aufweist. Mit dieser Maßnahme wird eine Minimierung der Mehrfachreflexion an den Zwischenschichten LED-Luft-Trägerplatte angestrebt.
  • Es besteht aber auch die alternative Möglichkeit, den Zwischenraum LED-Luft-Trägerplatte durch eine haftende Immersionsflüssigkeit oder ein Immersionsgel auszufüllen, wodurch ebenfalls eine Minimierung der Verluste angestrebt wird.
  • Der Strahler bietet ferner die Möglichkeit, farblich unterschiedliche LED zur Erzeugung einfarbig wirkender Strahler einzusetzen und diese über eine differenzierte Ansteuerung zu betreiben, wodurch eine steuerbare Farbe ermöglicht wird.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Strahlungsemitter infrarote Strahlung emittierende anorganische kristalline Halbleiterdioden eingesetzt sind. Mit dieser Maßnahme kann beispielsweise eine intensive Infrarotlampe gewünschter Wellenlänge realisiert werden. Anwendung finden solche Lampen beispielsweise in Fotolabors, in medizinischen Einrichtungen sowie auf militärischem Gebiet.
  • Es besteht auch die Möglichkeit, als Strahlungsemitter ultraviolette Strahlung emittierende anorganische kristalline Halbleiterdioden einzusetzen und die verwendeten Linsen aus Glas bzw. Quarzglas auszubilden. Die spezielle Ausbildung der Linsen hat den Grund, dass diese von der UV-Strahlung, wie es in Plastik gepreßte zeigen, nicht getrübt werden und diese sich für eine lange Standzeit eignen.
  • Schließlich sieht die Lösung auch vor, dass beim Einsatz „nackter" LED-Chips auf einer Trägerplatte vereinfachte Lichtleitwände in einer Zwischenplatte ausgebildet sind, die mit der Linsen aufweisenden Abdeckplatte starr verbunden sind oder dass die vereinfacht ausgebildeten Lichtleitwände als montagefähiges Zwischenstück ausgebildet sind.
  • Mit der vorliegenden Lösung wird ein LED-Strahler bereitgestellt, der eine Bereicherung auf dem Beleuchtungssektor darstellt, der sich durch eine einfacher herzustellende Linsenform, durch einen homogenen Lichtstrahl, durch ein breites Spektrum an Einsatzmöglichkeiten bedingt durch unterschiedliche Arten von LED sowie dadurch auszeichnet, dass der Strahler beim Einsatz wenig Angriffspunkte für eine Verschmutzung bietet, da das Deckglas außen eine plane bzw. glatte Ausbildung aufweist und mit dem Gehäuse bündig abschließt.
  • Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Abstrahlcharakteristik in Zenitwinkeln für eine grüne LED;
  • 2 eine Abstrahlcharakteristik einer hybriden weißen LED;
  • 3a eine schematische Darstellung des Emitters mit einer plankonvexen Sammellinse;
  • 3b eine schematische Darstellung des Emitters mit einer Fresnellinse;
  • 4a den LED-Strahler in der Art einer Clusterlampe in einem Vertikalschnitt;
  • 4b den LED-Strahler in einer Seitenansicht;
  • 4c den LED-Strahler nach 4a in einer Draufsicht;
  • 4d den LED-Strahler nach 4a in einer perspektivischen Darstellung;
  • 5a den LED-Strahler in einer modifizierten Art in einer schematischen Draufsicht;
  • 5b die Abdeckung des LED-Strahlers nach 5a im Vertikalschnitt;
  • 5c eine weitere Ausführung des LED-Strahlers in einer schematischen Draufsicht;
  • 5d die Abdeckung des LED-Strahlers nach 5c im Vertikalschnitt;
  • 6 die Abstrahlcharakteristik von planen LED;
  • 7a einen LED-Strahler in einer Vorderansicht;
  • 7b den LED-Strahler nach 7a in der Seitenansicht im Vertikalschnitt;
  • 7c den LED-Strahler nach 7a in einer schematischen Draufsicht;
  • 7d den LED-Strahler nach 7a in einer perspektivischen Darstellung;
  • 8a eine weitere Ausführung eines LED-Strahlers in Vorderansicht;
  • 8b den LED-Strahler nach 8a in der Seitenansicht im Vertikalschnitt;
  • 8c den LED-Strahler nach 8a in einer schematischen Draufsicht;
  • 8d den LED-Strahler nach 8a in einer perspektivischen Darstellung.
  • Es sind anorganische kristalline lichtemittierende Halbleiterdioden bekannt, die einen Chip mit pn-Übergang aufweisen, von dem bei Stromfluß in Vorwärtsrichtung Licht isotrop in den Raum emittiert wird. Da der Brechungsindex der Chips groß im Vergleich zu Luft (Verhältnis etwa 3:1) und auch noch größer bei einer Plastikverkappung ist (Verhältnis etwa 2:1), können infolge der internen Totalreflexion die meisten Lichtanteile den Chip nicht verlassen. Daraus resultiert, dass bei nackten Chips nur eine Auskoppeleffizienz von einigen Prozent des im und am pn-Übergang erzeugten Lichtes zu verzeichnen ist. Spezifische Konstruktionen um den eingebetteten Chip mindern die interne Totalreflexion und verändern die Richtung dieser Strahlung derart, daß beispielsweise die Abstrahlcharakteristik einer plastikverkappten Radialdiode einen relativ engen Abstrahlkegel von bis zu einigen Grad aufweisen kann, der in den meisten Fällen auch starke Inhomogenitäten aufweist. Zu solchen spezifischen Konstruktionen gehören eine verspiegelte, hohlspiegelartige Kalotte, in der sich der Chip befindet, in die Chiprückseite eingebrachte Bragg-Gitter und entsprechend geformte linsenförmige Plastikverkappungen, die eine gewisse Sammlung der in den vorderen Halbraum divergenten Strahlen ermöglicht. Ein Übergang vom Chip durch die Plastik in Luft erhöht den Anteil des auskoppelbaren Lichtes, da damit kleinere Brechungsindexübergänge erreicht werden und die Winkel der eintretenden Totalreflexionen größer werden. Eine Strahlformung derart, daß ein paralleles Strahlenbündel den Plastiklinsendom verläßt, ist mit hohem technischen Aufwand verbunden und wird auch von vielen Anwendern nicht gewünscht, da die LED als Signalleuchte oder gar als Lampe in einem gewissen Winkel wahrgenommen werden soll. Eine solche Abstrahlcharakteristik in Zenitwinkeln ist für eine grüne LED für zwei Azimutwinkel von 0° (Kurve 1) und 90° (Kurve 2, bei Drehung der LED um 90° um ihre eigene optische Achse) in der 1 dargestellt. Der Hof um die hohe Intensität im inneren Abstrahlkegel wird durch schlecht fokussierbare Randstrahlen und die Asymmetrie in der Abstrahlcharakteristik durch den Chipaufbau verursacht und ist bei verschiedenen LED-Exemplaren unterschiedlich stark ausgeprägt. Er stört die Verwendung von LED als homogen strahlende Lampen. In der 2 ist die Abstrahlcharakteristik in kartesischen Koordinaten einer hybriden weißen LED zu sehen. Auch hier unterscheiden sich die Abstrahlcharakteristiken der Ausgangsposition für einen Azimutwinkel von 0° (Kurve 3) und nach einer Drehung der LED von 90° um ihre optische Achse (Kurve 4), was durch die unterschiedliche Abstrahlcharakteristik der blauen Injektionslumineszenz, die aus dem pn-Übergang des blauen Chips herrührt, und der gelben Photolumineszenz, die durch eine Teilabsorption der blauen Injektionslumineszenz des Chips im darüber befindlichen Luminophor stammt. Verstärkt wird dieser Effekt durch den asymmetrisch aufgebauten Chip, der an der einen Seite den ohmschen Kontakt aufweist und folglich eine schwach asymmetrische Lichtemission besitzen muß.
  • Die Abstrahlcharakteristik ist breiter als die in 1 dargestellte, was durch die Photolumineszenz erzeugt wird. Diese unterschiedliche Abstrahlcharakteristik ist auch die Ursache der winkelabhängigen Farbkoordinaten weißer hybrider LED, die bis zu blaugetönten inneren Ringen umgeben von gelbstichigen schwächer werdenden inhomogenen Kreisscheiben führen kann und keine einheitlichen additive Farbmischung bei Verwendung einer LED ohne optische Hilfsmittel zu lässt. Auch diese Effekte behindern eine Applikation solcher LED als homogen strahlende Lampen.
  • Die 3a veranschaulicht eine schematische Darstellung eines Emitters mit einer als Sammellinse 9 ausgebildeten plankonvexen Linse während 3b den Einsatz einer als Sammellinse 9 ausgebildeten Fresnellinse zur Strahlformung der emittierenden Strahlen darstellt.
  • Ausgehend von der individuellen Strahlformung der einzelnen LED gemäß 3a, b, werden die Strahlen 7 im gewünschten Öffnungswinkel den Linsendom 8 leicht divergent verlassen. Der lichtemittierende Chip 5 wird bei entsprechender rückseitiger Strahlverlängerung, welches durch den virtuellen LED-Chip 6 dargestellt ist, zur Linsenberechnung mit herangezogen werden. Durch die Linse 9 werden dann die Strahlen 7 in ein Bündel von nahezu parallelen Strahlen 10 umgeformt. Allerdings lassen sich nicht alle Strahlen 7 parallelisieren, was aus der genauen Betrachtung der 1 und 2 auch verständlich ist. Die Brennweite der Linse 9 muß nun so gewählt werden, daß wenigstens die übergroße Mehrzahl der Strahlen 7 nahezu parallelisiert werden kann.
  • Für eine engabstrahlende LED-Lampe, die bisher üblichen Halogenspotlampen nahekommen sollte, müssen aber mindestens mehrere LED so mit Linsen bestückt sein, daß die übergroße Mehrzahl aller Strahlen der individuellen LED nahezu einen Parallelstrahl ergeben, der sich erst in relativ großer Entfernung geringfügig aus der Überlappung der einzelnen LED-Strahlen formt.
  • 4 veranschaulicht einen LED-Strahler in der Art einer Clusterlampe. Die in dieser 4 dargestellte Clusterlampe mit einem angestrebten Durchmesser von beispielsweise 50 mm umfasst ein Gehäuse 15 mit einem steckbaren Lampensockel 11, mindestens acht LED 12, welche auf einer Trägerplatte 13 angeordnet sind und entsprechende Linsen 14 für jede LED. In der Schnittzeichnung 4a erkennt man die eingearbeiteten Linsen 14 und das Gehäuse 15, während die Darstellung nach 4c von oben die nach innen gerichteten Linsenabmessungen 16 und die Berandung 17 der Lampe zum Ausdruck bringen.
  • Die übrigen 4b und 4d skizzieren die nach außen durchscheinenden Linsenabmessungen 18, das Gehäuse 15 und den Lampensockel. Die Linsen 14, der besseren Erkennbarkeit wegen als Kreise gezeichnet, können in die Abdeckplatte als normale Sammellinsen gleichen Materials, als Sammellinsen aus Glas oder anderen Materialien als die Abdeckplatte und auch als Fresnellinsen ausgeführt sein. Auch der Zwischenraum LED-Luft-Abdeckplatte kann zur Vermeidung zusätzlicher Reflexionen mit Material ausgefüllt werden.
  • 5a veranschaulicht den LED-Strahler in einer modifizierten Art in einer schematischen Draufsicht. Hierbei ist besonders die spezielle Anordnung der Linsen zu erkennen. Die 5b zeigt die Abdeckung des LED-Strahlers nach 5a im Vertikalschnitt. Dabei ist besonders die Ausbildung der gemeinsamen Einarbeitung der Linsen 14 hervorzuheben. Der Rand der Reflektorplatte 19 ist mit einem wulstförmigen Ansatz 19' versehen, der zum einen für die Verbindung ein sicheres Einrasten und zum anderen ein automatisiertes Aufsetzen der Abdeckplatte ermöglicht.
  • 5c veranschaulicht eine weitere Modifizierung des Strahlers in der Draufsicht. Details sind der 5d, die die Abdeckung des LED-Strahlers nach 5c im Vertikalschnitt zeigt, zu entnehmen. In dieser Ansicht sind besonders die Ausbildung der Zwischenplatte 20 mit mehr oder weniger hohen Wänden für eine partielle Lichtleitung und die Einarbeitung der Linsen 14 zu sehen. Die partiell lichtführenden Wände der Zwischenplatte 20 haben in einem Fall noch eine Funktion dahingehend zu erfüllen, dass sie mit zu einer mechanischen Ausrichtung der einzelnen radialen LED beitragen.
  • Eine weitere Ausführung des LED-Strahlers ist dadurch realisierbar, dass die Trägerplatte mit SMD-LED bestückt ist. Dabei muß, wie vorstehend ausgeführt, die Abstrahlcharakteristik von planen SMD-LED beachtet werden, wie das schematisch in der 6 für grüne bzw. blaue SMD-LED dargestellt ist. Hier wurde die Intensität auf das Maximum im Zenit (0°) normiert, wobei der Zenitwinkel φ von 90° über 0° bis zu 90° läuft und der Azimutwinkel mit ϑ nur die Werte 0° und 90° annimmt. Der Zenitwinkel – dargestellt durch den Abstrahlkegel 21 – durchläuft also den Halbkreis über der LED. Der Azimutwinkel (0°-Richtung Abstrahlkegel 22 bzw. 90°-Richtung Abstrahlkegel 23) nimmt also gemäß 6 Werte von 0° und 90° an. Man erkennt aus dieser 6, daß sich die Abstrahlcharakteristiken in zwei senkrecht zueinander geschnittenen Ebenen unterscheiden, was durch die Konstruktion der SMD-Bauelemente und, wie oben schon erklärt, durch die Struktur des Chips bedingt ist. Beide Abstrahlcharakteristiken weisen Abstrahlformen auf, die einem Lambertschen Strahler gemäß dem Kosinusgesetz I(φ,ϑ) = Iocos(φ,ϑ) sehr nahe kommen. Daher ist eine Parallelisierung der nahezu in den gesamten Raumwinkel emittierten Strahlen schwieriger als im oben für Radial-LED diskutierten Fall.
  • Mit entsprechend geformten Linsen (mit zylinderartigem Anteil) in der Abdeckplatte lassen sich auch diese Strahlen hinreichend in ein nahezu paralleles Bündel umformen.
  • Eine weitere Ausführungsform des Strahlers ist in 7a bis 7d dargestellt. Sie besteht durch auf einer Trägerplatte aufgebrachte „nackte" LED-Chips 24. Da der LED-Strahler ein hermetisch abgeschlossenes Gehäuse 15 darstellt und folglich keine oder nur vernachlässigbare Oberflächenveränderungen durch die Luftfeuchtevariationen oder Verschmutzungen der Chips im Betriebszeitraum auftreten, ist eine Bestückung auch mit nackten LED-Chips 24 möglich.
  • 8a bis 8d zeigt eine weitere alternative Bestückung des LED-Strahlers in diesem Fall mit radial abstrahlenden LED. In die als Reflektorplatte 19 ausgebildete Abdeckung sind neben den eingearbeiteten Linsen 14 auch die partiell lichtführenden Wände der Zwischenplatte 20 ausgebildet, die mit zur mechanischen Stabilisierung der LED beitragen.
  • Die Erfindung soll nun an zwei typischen Ausführungsbeispielen mit Radial-LED bzw. SMD-Bauelementen erläutert werden.
  • Beim ersten Ausführungsbeispiel ist der LED-Strahler mit radialen LED bestückt. Sie werden auf konventionelle Art und Weise auf eine Trägerplatte 13, die auch zur Aufnahme der Ansteuerelektronik ausgebildet ist, montiert. Durch eine Löt-, Druck-, Klebe- oder Schweißtechnik wird die Trägerplatte 13 mit den Anschlußelektroden der Lampenfassung verbunden. Die entsprechend gestaltete zur Abdeckung dienende Reflektorplatte 19 enthält die eingearbeiteten Linsen (s. 4) und kann so aufgesetzt werden, daß entweder nur eine schwache Berührung zur eindeutigen Festsetzung vorgesehen ist oder ein Immersionsmittel den Raum zwischen LED-Linsendom und Reflektorplatte ausfüllt, damit die optische Lichtauskopplung ein Optimum erreicht. Die Linsen weisen entsprechend dem Abstrahlwinkel der individuellen LED eine entsprechend wählbare Brennweite als normale Sammellinsen, strukturierte Linsen oder astigmatische bzw. zylindrische Linsen auf. Entsprechend angepaßt sind die Wände der fakultativ angeordneten Zwischenplatte 20 für die einzelnen LED. Aus der geschlossenen Abdeckplatte ragen die Sammellinsen nicht heraus, so daß eine Verschmutzung geringfügig ist und leicht entfernt werden kann sowie ein Zerkratzen nahezu ausgeschlossen ist.
  • Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist der LED-Strahler mit SMD-LED Bauelementen bestückt. Die SMD-LED werden durch einen üblichen Montageprozeß auf eine Trägerplatte 13 aufgebracht, die in Analogie zu oben mit den Anschlußelektroden verbunden ist und rückseitig die eventuell notwendige Ansteuerelektronik enthält. Die Entfernung zwischen der Abdeckplatte und den SMD-LED muß mit der entsprechend gestalteten Zwischenplatte so gewählt werden, daß der große Abstrahlwinkel von den Sammellinsen gut erfaßt werden kann. Anstelle von SMD-LED können auch auf Leiterplatten aufgebrachte und gebondete „nackte" LED-Chips verwendet werden.
  • 1
    Kurve
    2
    Kurve
    3
    Kurve
    4
    Kurve
    5
    LED-Chip
    6
    virtueller LED-Chip
    7
    LED-Strahlen
    8
    Linsendom
    9
    Sammellinse
    10
    gerichtete LED-Strahlen
    11
    Lampensockel
    12
    LED
    13
    Trägerplatte
    14
    Linse
    15
    Gehäuse
    16
    Linsenabmessung
    17
    Berandung
    18
    nach innen gerichtete Linse
    19
    Reflektorplatte
    19'
    wulstförmiger Ansatz
    20
    Zwischenplatte
    21
    Abstrahlkegel
    22
    Abstrahlkegel
    23
    Abstrahlkegel
    24
    lichtemittierender Chip

Claims (22)

  1. LED-Strahler mit einem Gehäuse, bestückt mit Radial- bzw. SMD-LED oder mit „nackten" gebondeten LED-Chips, sowie einer Reflektorplatte mit Linsen, dadurch gekennzeichnet, daß in Lichtaustrittsrichtung vor den einzelnen auf einer Trägerplatte angeordneten LED-Bauelementen optische, eine Strahlenparallelisierung bewirkende Mittel angeordnet sind und die Abdeckung des Strahlers durch eine als Reflektorplatte (19) ausgebildete Platte erfolgt, deren Außenfläche plan ausgebildet ist und dass diese Abdeckplatte mindestens eine Linse aufweist.
  2. LED-Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als optische Mittel Plankonvexlinsen und/oder Fresnellinsen vor jedem LED Bauelement so angeordnet sind, dass die aktive optische Fläche zur LED zeigt.
  3. LED-Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorplatte (19) mit den eingearbeiteten Linsen von oben auf den LED-Träger abdichtend aufgesetzt ist.
  4. LED-Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Reflektorplatte (19) mit dem Gehäuse 15 durch einen ausgebildeten Schnappverschluß oder durch Klebung erfolgt.
  5. LED-Strahler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorplatte (19) mit den eingearbeiteten Linsen direkt mit metallischen oder plastikförmig ausgebildeten Gehäusen in unterschiedliche Lampensockel integrierbar ist.
  6. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (14) aus einem anderen Material als Plastik ausbildbar sind und daß die Anzahl der Linsen (14) beliebig variierbar ist.
  7. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der LED-Strahler anstelle des Lampensockels Anschlußdrähte für eine feste (Lötung) oder steckbare Verbindung für einen elektrischen Anschluß aufweist.
  8. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sockeltypen unterschiedlich ausbildbar sind und alle Formen von Schraub- und Stecksockeln sowie auch die Form von löt- oder schweißbaren Anschlußdrähten umfassen.
  9. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorplatte (19) mit den eingearbeiteten Linsen (14) und das Gehäuse (15) mit einer metallischen Bedampfung versehen sind.
  10. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Reflektorplatte (19) und der Trägerplatte (13) eine Zwischenplatte (20) ausgebildet ist, die farblich unterschiedlich gestaltbar ist und die reflektorartige Zwischenwände unterschiedlicher Höhe aufweist.
  11. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ansteuerung notwendigen elektronischen Schaltelemente auf der Rückseite der LED-Trägerplatte (13) angeordnet sind.
  12. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (13) der optischen Emitter und der Elektronik einzeln, fest oder steckbar verbunden, oder in Form einer beidseitig bestückten Platine ausführbar ist.
  13. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die LED-Trägerplatte (13) als auch die Reflektorplatte (19) mit den eingearbeiteten Linsen (14) nicht nur eine kreisförmige Form sondern auch rechteckige, quadratische und andere dem Anwendungszweck entsprechend gestaltete Formen aufweisen können.
  14. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (14) als in Plastik gepreßte Fresnellinsen ausgebildet sind, die rückseitig in die Abdeckplatte in LED-Richtung einarbeitbar sind.
  15. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorplatte (19) nur eine Fresnellinse für die Abdeckung des Strahlers aufweist.
  16. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (13) mit den LED-Bauelementen fest vergossen ist, wobei das verwendete Vergußmaterial einen abweichenden Brechungsindex aufweist.
  17. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum LED-Luft-Trägerplatte durch eine haftende Immersionsflüssigkeit oder ein Immersionsgel ausgefüllt ist.
  18. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß farblich unterschiedliche LED zur Erzeugung einfarbig wirkender Strahler eingesetzt sind.
  19. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass farblich unterschiedliche LED angeordnet sind, die unterschiedlich ansteuerbar sind.
  20. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsemitter infrarote Strahlung emittierende anorganische kristalline Halbleiterdioden eingesetzt sind.
  21. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsemitter ultraviolette Strahlung emittierende anorganische kristalline Halbleiterdioden eingesetzt sind und die verwendeten Linsen (14) aus Glas bzw. Quarzglas ausgebildet sind.
  22. LED-Strahler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz nackter LED-Chips auf einer Leiterplatte vereinfachte Lichtleitkammern in der Form einer Zwischenplatte (20) ausgebildet sind, die mit der Linsen (14) aufweisenden Reflektorplatte (19) starr verbunden sind oder dass die vereinfacht ausgebildeten Lichtleitkammern als montagefähiges Zwischenstück ausgebildet sind.
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