EP1813857A1 - Lichtquelle - Google Patents

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Publication number
EP1813857A1
EP1813857A1 EP06405039A EP06405039A EP1813857A1 EP 1813857 A1 EP1813857 A1 EP 1813857A1 EP 06405039 A EP06405039 A EP 06405039A EP 06405039 A EP06405039 A EP 06405039A EP 1813857 A1 EP1813857 A1 EP 1813857A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light source
light
led
optically transparent
rod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06405039A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Staufert
Josef Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lucea AG
Original Assignee
Lucea AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lucea AG filed Critical Lucea AG
Priority to EP06405039A priority Critical patent/EP1813857A1/de
Publication of EP1813857A1 publication Critical patent/EP1813857A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2103/00—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes
    • F21Y2103/10—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes comprising a linear array of point-like light-generating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a light source with packaged, the light of LED chips bundling LED lamps as light-emitting elements.
  • Linear light sources i.e., light sources having an overall elongated light emitting body
  • Linear light sources are available in a variety of designs and for a variety of applications. They are, for example, well-known for the external illumination of flat objects such as tables, boards, posters or pictures in practice.
  • linear light sources for the external illumination of flat objects which are designed with a linear arrangement of a multiplicity of packaged, light-bundling LED lamps.
  • Such embodiments have the great advantage that the stray light losses are reduced in comparison to the fluorescent tube solution and that it is tight by the use of light, i. For example, to ⁇ 20 °, focusing LED easier to focus the light to a large extent as possible to focus on the flat object. But they also have the disadvantage that a homogeneous illumination of the flat object can be achieved only with great effort.
  • the linear light source it is desirable for the linear light source to be close to an edge of the planar object, for example 10 cm above and 10 cm in front of this, can be arranged and exactly the object, and not its surroundings, illuminated in a grazing light.
  • LED lamps which are packaged to produce the linear light source and emit their light rotationally symmetrical to their optical axis are used, the arrangement of the linear light source in the vicinity of an edge of the planar object along this edge results in unwanted cone-shaped bright zones. In addition, a greater part of the light will impinge on the object in the vicinity of the light source, which also results in uneven illumination in the direction away from the light source of the flat object.
  • Linear light sources for internal illumination from illuminating, flat objects such as light boxes in advertising are also known in practice.
  • solutions are increasingly found in which the light of linearly arranged at intervals of, for example, 1 cm housed LED lamps is coupled into at least one of the edges of a transparent plate.
  • the large surfaces of the transparent plate then act, by total reflection, as a light guide, and the light is distributed over the whole plate.
  • Targeted structures on at least one of the large surfaces or in the interior of the plate specifically generated inhomogeneities ensure the desired light emission.
  • a linear arrangement - which overcomes the disadvantages of the prior art and which allows the greatest possible lighting efficiency with the simplest possible structure and is as cost effective as possible.
  • the light source should satisfy as many of the above requirements as possible.
  • the light source has a linear array of packaged LEDs, as well as a rod-shaped body of optically transparent material.
  • This has an outer surface with a cross-sectionally convex (for example, circular) portion and extending along the rod-shaped body recess in which the linear arrangement is located, so that the rod-shaped body of each housing at least partially surrounds.
  • Light emitted by the packaged LEDs propagates in the optically transparent material, with the convex portion of the surface acting as a cylindrical lens.
  • LED bulbs As a packaged LED principle, all available on the market LED bulbs are suitable, including the well-known T1 and T1 3/4 LED. Preferably, however, so-called SMD LEDs are used, which are available in small dimensions (eg1.5x2x1.5 mm) and with high brightness. Somewhat larger SMD LEDs (3.4x2.8x1.8 mm) are already available as so-called Power_LED with, for example, 2 W of electrical power and 25 lumens of light per LED.
  • LED As a “packaged LED” here LED are referred to having at least one captured by a housing (i.e., mechanically connected to this and, for example, surrounded by this) LED chip.
  • a housing i.e., mechanically connected to this and, for example, surrounded by this
  • LED chip On the housing are (usually two) electrical contacts present, which are electrically connected to contact surfaces of the / LED chips.
  • the primary contacts that is, the contact surfaces directly on the LED chip
  • these contacting contact means for example, bonds or solder, etc.
  • the housing is designed so that the emitted light from the LED chips is bundled.
  • rod-shaped refers to a body whose extension in one dimension (the length) is significantly greater than the dimensions in the other dimensions.
  • the rod-shaped body has at least on its outer surface (ie, possibly with the exception of the groove) a cylinder ie translation symmetry.
  • optically transparent bodies which are at least in sections, rotationally cylindrical, ie in cross-section at least partially circular arc.
  • Bar-shaped implies no statement about the stiffness.
  • the subgroups are in a linear arrangement.
  • a "linear" arrangement means that the subgroups form a straight or curved line.
  • Each of the subgroups comprises at least one LED, but it can also consist of several different LEDs. So it may be useful for generating any light colors, for example, to put together a group of several LEDs that emit red, green or blue light. But it is also possible to use LED, which have within their housing red, green and blue light emitting LED chips.
  • the construction according to the invention is suitable for effecting a particularly good luminous efficacy.
  • a first bundling of the radiation emitted by the LED chips takes place in the LED itself through the housing.
  • the portion of the surface acting as a cylindrical lens is now arranged relative to the LED so that it is illuminated by the light emitted by the LED. It then causes a second bundling to some extent.
  • An outer shell can protectively and under certain circumstances also stabilize the rod-shaped body and the light-generating elements enclose.
  • the entire structure is covered, for example, with a thin transparent envelope.
  • a transparent transparent envelope This can for example be realized in a simple manner by means of a transparent, thin-walled shrink tube.
  • the optically transparent sheath may also be formed as a coating and, for example, be taught by immersion in optical material, or by another known coating method.
  • a protective element can also be designed as a local cover of the light source only in the region of the (optionally) groove, in which the LEDs are arranged and possibly also its surroundings.
  • the protection element does not necessarily have to be transparent.
  • all the LEDs are applied to a common, for example, board-type or flexprint-type or leadframe-type carrier, which serves as a contact means and also fixes the LED mechanically.
  • a common carrier is present per subgroup or per unit of several subgroups, electrical connections existing between the carriers.
  • all LEDs or groups of LEDs are held together by two long spring-like elements and electrically contacted, which in turn are mounted in a body surrounding the LED at least partially.
  • the rod-shaped body is preferably full, has no voids and is made of optically transparent material. It surrounds the LED at least partially in the sense that light emitted by the LED propagates in the optically transparent material. The light generated by the LED and propagating in the optically transparent material is decoupled to the outside by the optically transparent body via a desired light exit surface acting as a cylindrical lens.
  • the transparent material of which the base body is made may be glass or a suitable plastic such as acrylic glass (PMMA) or polycarbonate.
  • An air-filled cavity may exist between the packaged LED and the rod-shaped body, or the gap may be filled with an initially liquid or plastically deformable or possibly permanently elastic transparent material.
  • the at least one carrier can be mechanically fixed to the optically transparent body. Alternatively, the mechanical fixation also by the outer shell are effected, which is particularly practical in the manufacture and handling, if this is formed by a shrink tube.
  • the optically transparent body is preferably designed such that the light of the LED is refracted by refraction at at least one interface so that the desired light distribution is formed.
  • the LEDs are mounted in a longitudinal groove of a cylindrical body with, for example, an elliptical, for example, at least approximately circular cross-section.
  • the desired bundling of the light of the LED in the transverse direction of the linear light source can be set.
  • the longitudinal direction of the linear light source there is essentially no change in the emission characteristic of the housed LED used.
  • the entire rod-shaped body - possibly with the exception of the groove or groove-like depression - in cross section according to a first embodiment is circular, according to a second embodiment slightly elliptical (with an eccentricity of 0.3, preferably at most 0.2).
  • the cylindrical lens effect can also be achieved if only one section (the light exit surface) has the cross-sectionally circular or slightly elliptical shape; This section has, for example, in cross section a central angle of at least 60 °, preferably at least 120 ° and for example approximately 180 ° (semicircle) or more.
  • the described structure with a full body made of glass or a suitable plastic such as acrylic glass (PMMA) or polycarbonate may have the disadvantage that it is either combustible (acrylic glass (PMMA), polycarbonate), or can only be deformed at temperatures at which the LED damage (glass).
  • the desired optical behavior is also achieved when said cylindrical solid body is first replaced by a tubular or tubular optically transparent body, in which the carrier is inserted with the LED.
  • This tubular or hose-like body is then filled with an optically transparent, preferably initially relatively thin liquid (viscosity, for example, motor oil or edible oil) and preferably permanently elastic material. At most, this material is subsequently solidified.
  • an optically transparent, preferably initially relatively thin liquid (viscosity, for example, motor oil or edible oil) preferably permanently elastic material. At most, this material is subsequently solidified.
  • Non-flammable materials which have the corresponding properties can be found both for the tubular or hose-like body and for the filling material, for example in the group of silicones.
  • Such a, at most permanently pliable construction can be given strength in a simple manner by, for example, glued or pressed into a suitable incombustible and preferably cold-deformable U-profile or semicircular profile.
  • suitable standard profiles of, for example, thin-walled aluminum or steel are available.
  • an SMD LED with, for example, a standard PLCC housing (3.2x2.8x1.5 mm) and a symmetrical beam angle of ⁇ 60 °
  • this can be achieved with a circular cylindrical transparent body having a symmetrically arranged groove of 4 to 10 mm diameter in the transverse direction, for example, realize a radiation within ⁇ 25 ° to ⁇ 50 °.
  • the groove is arranged asymmetrically, one obtains a strongly asymmetrical spatial light distribution in the transverse direction of, for example, -15 ° and + 40 °.
  • the light source as a whole is bendable. Flexibility is defined as permanent deformability, i. after a bending operation, the light source has a different shape as a whole (this in contrast to elastic deformability).
  • the already mentioned pliable embodiment is an example of a bendable light source.
  • the light source as a whole must first be brought into a specific state (usually heated to a temperature) for the bending process. In such an embodiment, for example, it may be bent at an angle at which the rod-shaped body would break if it were not in a certain state.
  • An at least approximately circular cross-section of the cylindrical transparent body has the advantage that the longitudinal axis of such a body - even after installation of the LED - in a particularly simple manner, e.g. after heating the body to its so-called glass transition temperature, can be curved spatially in any direction, and this without significant change in the geometry of the beam-forming surface.
  • the invention offers a surprisingly simple approach with which the problem posed at the outset is achieved and which, in many cases, brings about improvements over the prior art.
  • the light source is also inexpensive to produce and can be easily carried out so that it is robust against environmental influences.
  • optically transparent body which at least partially encloses all the LEDs together does not mean that the optically transparent body must be integral or monolithic-homogeneous. It may also be composed of several components of possibly different materials that are transparent. Preferably, such different materials have a similar refractive index, which differs, for example, by at most 30%, more preferably by at most 20% or even at most 15% or 10%. On the optically transparent body additional, for example. Not transparent elements may be attached, for example. VerLiteisme etc.
  • Housed LED radiate as already mentioned usually light in the half-space, more precisely in a certain solid angle, for example. ⁇ 50 °, ⁇ 60 ° or ⁇ 70 °. This has the advantage in the sense of the invention that no "light directed backwards" deflected light, but only the “forward” emerging light has to be bundled into the desired space area. This not only results in drastically reduced stray light losses, but also makes it possible in a simple manner to generate directional, possibly completely asymmetrical, light distributions.
  • the center of the solid angle is often referred to as the optical axis of the LED.
  • the optical axes of a plurality of the LEDs usually all LEDs, run in a common plane.
  • the Light distribution of the light emitted by the light source in this plane differs from that perpendicular to the plane. In general, it will be much wider in the said plane than perpendicular to this plane. But it is also possible that the light distribution is perpendicular to the plane with respect to this asymmetrical.
  • Said optically transparent body may be a e.g. be extrudable, cylindrical body with a cross section, for example, is at least approximately circular with a groove-shaped recess. In this way, in the longitudinal direction (with respect to the linear array) of the long transparent body, a light distribution corresponding to that of the packaged LED is obtained, while the light is bundled transversely at the exit surface acting as a cylindrical lens.
  • the long (i.e., rod-shaped) transparent body may have any repeating additional shapes in its longitudinal direction, such as transverse V-shaped grooves or dome-like shapes.
  • additional shapes are arranged in the perpendicular to the main beam of the housed LED surface of the longitudinal groove of the optically transparent body.
  • the additional shapes are then designed so that one or more such shapes are repeatedly present per LED. With such additional shapes, it is also possible in a simple manner to shape the light emerging from the LED in the longitudinal direction of the long transparent body to a desired solid angle.
  • the two end surfaces (or faces) of the long transparent body can also be designed as not simply vertical planes, but they can through Inclining and / or shaping the light exit at the ends of the linear light source in a desired manner by an approximately parabolic shape.
  • the optically transparent body can be retrofitted in the form of a torus, in which the LEDs are arranged along the inner circumferential line and radiate outwards. This results in a virtually isotropic emission characteristic along the plane of the torus.
  • the optically transparent body can also be transformed into a spiral body with a constant or variable radius.
  • all LEDs of the light source are electrically connected to each other. This means, i.a., that all LEDs of the light source can be lit simultaneously by applying a voltage between two electrodes.
  • the LEDs can be connected in groups in series, the groups being connected in parallel. If there are several carriers, these are, for example, connected to one another by wires or strands.
  • the electrical paths of the carrier can be designed so that a contact can take place from the outside in each case between, for example, any two LED subgroups.
  • the carrier may have two separate connection paths, possibly each with an extension between the subgroups. Can be contacted by removing a small piece of the usually existing transparent shrink tubing, by soldering two strands and protecting the contact point by a piece of additional shrink tubing.
  • the light source according to the invention should preferably be able to be subsequently curved along its long central axis.
  • the optically transparent body readily permits this with an at least approximately circular cross-section.
  • the realizable curvature forms are thus substantially dependent on the embodiment of the LED carrying and / or contacting carrier.
  • a simple embodiment it is limited to a curvature in the direction perpendicular to the carrier, with which, for example, the mentioned toroidal embodiments can be produced.
  • a simple flexible printed circuit board such as, for example, an approximately 0.1 mm thick FR4-based print.
  • the carrier must be designed such that there are zones between the setting points provided for the LED at which the carrier can also be deformed in its transverse direction.
  • the interconnects in these transversely flexible regions are arranged centrally below the top and on the carrier, and the non-electrically conductive carrier material (eg FR4 or PI, etc.) is excluded from the sides.
  • the non-electrically conductive carrier material eg FR4 or PI, etc.
  • the carrier is rigid in the transverse direction, but divided into short individual pieces, which are connected to each other with flexible conductors (strands).
  • the carrier may be a stamped metal carrier, i. be a so-called leadframe, which is designed so that in the desired transverse bendable zones only metallic compounds with approximately square cross-section are available. So that when bending in the transverse direction no excessive stretching of these compounds happens, these are advantageously curved, "wavy" or meandering executed.
  • the carrier is replaced by two long metallic conductors which are fixed on both sides in the groove of the transparent body.
  • the two long metallic conductors are shaped so that they have resilient zones in which the housed LEDs are electrically contacted by the conductors and mechanically fixed. In the zones where they are curved, they advantageously have a circular or square cross section and are curved or "wavy" to avoid longitudinal expansion.
  • the covering can be accomplished, for example, by enveloping the entire structure with an optically transparent, thin-walled shrinking tube.
  • the light source can be produced in, for example, very long pieces and subsequently cut into sections, each comprising at least one LED group. This also does not impair the possibility of a flat shape of the end surfaces which is not perpendicular to the base surface (corresponding to the support surface after the attachment of the support).
  • the separation can be effected in such a way that a desired shape (inclined plane or parabolic shape, etc.) results.
  • light sources according to the invention can also be produced by a method other than that described here.
  • light in this text generally refers to electromagnetic radiation and, where useful in addition to visible light, includes, in particular, infrared and ultraviolet radiation.
  • Figure 1 shows the schematic representation of a simple linear light source 10 with symmetrical light emission for the external illumination of flat objects such as tables, etc.
  • Figure 1a shows a corresponding schematic oblique view.
  • FIG. 1b shows the corresponding schematic section and the example of a symmetrical spatial light distribution in the transverse direction to the linear light source.
  • the linear light source consists of a long transparent main body 11 with a circular cross section and with a light exit surface 11d and a groove-like depression 12 on the opposite side of the light exit surface 11d.
  • the transparent material constituting the base body 11 may be glass or a suitable plastic such as acrylic glass (PMMA) or polycarbonate.
  • a plurality of LED 14 is mounted at defined intervals on a suitable carrier 13 with electrical contact surfaces 13a and electrically contacted by means of this carrier 13 and electrically connected to each other (parallel and / or series connection).
  • groups of several, ie, for example, 2 to 9, LEDs can be arranged on the carrier 13 at defined intervals.
  • the width of the carrier 13 is for example about 7 mm, its thickness, for example, 0.1 mm.
  • the LED 14 can on the carrier 13 before the union with the transparent base body 11 with a - not shown - be surrounded by transparent protective material.
  • a suitable transparent protective material may be, for example, a permanently elastic silicone.
  • the long transparent base body 11 is inserted together with the LED 14 fixing and electrically contacting carrier 13 in an optically transparent, acting as an outer shell 15 thin-walled shrink tubing that this the side ends of the carrier 13 conforms to the base body 11 and the entire structure shields against environmental influences.
  • the groove-like recess 12 may be filled with a first relatively thin liquid transparent material which hardens after the union of the base body 11 and the carrier 13 with the LED 14 at least partially. It is preferable to use a transparent filling material which remains permanently elastic after curing.
  • a suitable transparent filling material may be, for example, a permanently elastic silicone.
  • the depth of the groove 12, and thus the position of the LED 14, is chosen in relation to the diameter of the transparent main body 11 so that the Lchtausbergs Salt 11d of the transparent base body 11 as a circular cylindrical lens for the light emitted by the LED 14 in a defined spatial angle range acts.
  • a depth resp. Width of the groove 12 of about 3 mm resp. 3 to 4.5 mm and the use of appropriate SMD LED 14 with a rotationally symmetrical beam angle of about ⁇ 60 ° can be with such a structure, a light distribution in the common center plane of all LED 14 of, for example, ⁇ 60 ° and in the plane perpendicular to this center life of, for example, reach ⁇ 30 °.
  • Figure 2 shows a schematic section through a linear light source with asymmetric light emission for the external illumination of flat objects such as tables, and the example of an asymmetric spatial light distribution in the transverse direction to the linear light source.
  • the linear light source consists of a long transparent base body 21 with a circular cross-section and with a light exit surface 21d and a, with respect to the vertical center plane of the long transparent base body 21 asymmetrically introduced groove-like recess 22 on the opposite side of the light exit surface 21d.
  • the groove-like depression 22 may be so strongly asymmetrical that the outside wall is omitted, or in other words that the recess 22 has become an open cut in the circular cross-section.
  • the transparent material constituting the main body 21 may be glass or a suitable plastic such as acrylic glass (PMMA) or polycarbonate.
  • a plurality of LED 24 is mounted at defined intervals on a suitable carrier 23 with electrical contact surfaces 23a and electrically contacted by means of this carrier 23 and electrically connected to each other (parallel and / or series connection). Instead of one LED 24 each, groups of several, i. For example, 2 to 9, LED be arranged at defined intervals on the carrier 23.
  • the width of the carrier 23 is for example about 7 mm, its thickness, for example, 0.1 mm.
  • the LED 24 may be on the support 23 before the union with the transparent base body 21 with a - to be surrounded - transparent protective material - not shown.
  • a suitable transparent protective material may be, for example, a permanently elastic silicone.
  • the long transparent base body 21, together with the LED 24 fixing and electrically contacting carrier 23 is inserted into an optically transparent thin-walled shrink tubing that this the side ends of the carrier 23 conforms to the base body 21 and shields the entire structure against environmental influences.
  • the groove-like recess 22 may be filled with a first relatively thin liquid transparent material which hardens after the union of the main body 21 and the carrier 23 with the LED 24 at least partially. It is preferable to use a transparent filling material which remains permanently elastic after curing.
  • a suitable transparent filling material may be, for example, a permanently elastic silicone.
  • the position of the groove 22, and thus the position of the LED 24, is chosen in relation to the diameter of the transparent base body 21 so that the light exit surface 21d of the transparent base body 21 as asymmetric circular cylindrical lens for the light emitted by the LED 24 in a defined spatial angle range acts.
  • a depth resp. Width of the groove 22 of about 3 mm resp. 3 to 4.5 mm, a lateral offset of the groove 22 with respect to the vertical center plane of the transparent base body 21 by about 1 mm and the use of corresponding SMD LED 24 with a rotationally symmetrical beam angle of about ⁇ 60 ° can be with such a structure a Light distribution in the common center plane of all LED 24 of, for example ⁇ 60 ° and in the plane perpendicular to this center life reach a striking asymmetric light distribution of, for example, -20 ° + 35 ° or even 0 °, + 45 ° reach, with the large-scale panel-like structure strongly oblique angle can be illuminated homogeneously.
  • FIG. 3 shows a schematic oblique view of a linear light source with optical elements for influencing the light distribution in the plane running along the linear light source.
  • the linear light source 30 is identical except for one in all points to the light source of Figure 1.
  • roof-like recesses 31b are in the direction of the beam path above the LED 34 and influence the beam path in the longitudinal direction of the linear light source 30 so that, for example, instead of a light distribution of ⁇ 60 ° such a ⁇ 75 °.
  • the shape of the transversely formed recesses 31b is not limited to roof-like shapes, but may also have circular section-like, parabolic or other suitable cross-sections.
  • Figures 4a to 4c show principle sketches with different carrier shapes which are bendable in both transverse directions.
  • the carriers 13, 23, 33 shown in Figures 1 to 3 are flexible in the direction perpendicular to their plane and, including the mounted LED, can easily be bent in bending radii down to 3 to 5 cm. This means that the entire light sources 10, 20, 30 can be curved in this direction, for example to circular structures with a minimum diameter of the order of 10 to 20 cm.
  • a curvature in the transverse direction, ie in the plane of the carrier, is allowed to be limited to the carriers 13, 23, 33 shown in FIGS. 1 to 3 when they are installed in the transparent base bodies 11, 21, 31.
  • radii of curvature in the transverse direction of the order of at least 2 m are possible, which is sufficient in many cases.
  • FIG. 4a shows a carrier 43, for example, approximately 0.2 mm thick, with copper on both sides.
  • the upper copper layer is structured so that a continuous, meandering conductor and two pads 44 are provided for the LED.
  • One of the pads 44 is connected directly to the conductor on the top.
  • the other pad 44 is formed on the upper side as an island and plated through to the copper on the bottom.
  • the copper is structured so that there is a continuous meandering conductor which is mirrored with respect to the longitudinal axis of the entire carrier to the conductor on the top.
  • the entire carrier 43 is structured such that there is a taper 45 between the pads 44, in which all the material is concentrated near the neutral bending line, so that the carrier 43 in the desired transverse direction with bending radii of the order of a few tens cm can be curved.
  • FIG. 4b shows another possibility in which the carrier is dissolved into short sections 43 with connecting surfaces 44.
  • the individual sections are interconnected by flexible, not necessarily insulated strands 45, so that the sections 43 can be turned off each other approximately at right angles in the non-installed state.
  • FIG. 4 c shows yet another possibility in which a stamped metal carrier is present in the sense of a so-called leadframe.
  • the carrier is split in two electrically independent long sections 43a and 43b, each having a connection surface 44 and a curved conductor 45 with at least approximately square cross section at a defined repetition distance. It is not shown that the two end electrically independent long sections 43a and 43b are first connected to each other in the zone of the curved conductors 45. This connection is punched away after mounting the LED.
  • Figure 5 shows the schematic oblique view of a linear light source in which the LED support is replaced by two long conductors, between which the LED are clamped.
  • the long transparent main body 51 has a longitudinal groove 52 on both sides, each with an additional guide groove 52a.
  • mirror-symmetrically long spring elements 56 are clamped on both sides.
  • the spring elements 56 consist for example of good electrically conductive spring bronze and have, for example, a circular diameter of 0.2 mm.
  • the spring members 56 are configured to include zones 56a in which the LEDs 54 may be snapped so as to be electrically contacted and mechanically held.
  • the spring elements 56 have curved zones 56b, which allow a curvature in any spatial directions.
  • the groove with an optically transparent, permanently elastic material such as silicone potted and / or wrapped the entire structure with an optically transparent, thin-walled shrink tubing.
  • Figure 6 shows the schematic cross section through a linear light source with additional cooling and support body.
  • a linear light source 60 which corresponds to one of those of Figures 1, 2, 3, 5, is installed in an elongated, preferably metallic body 61 so that it acts as a cooling and supporting body.
  • the carrier and / or the LED of the light source 60 is connected to the heat sink 61 by means of a good heat-conducting medium, such as a conductive paste or a conductive adhesive.
  • the illustrated body 61 is equipped with cooling fins. Of course, this does not have to be the case.
  • the body 61 may be, for example, a flat plate or a corresponding U-profile or a half-circle tube.
  • FIGS. 7a and 7b show schematic cross sections through linear light sources with a non-circular cross-section.
  • the rod-shaped optically transparent body 71 has a groove-like recess in which a carrier 73 with a linear arrangement of packaged LED 74 is introduced.
  • the light source according to FIG. 7a is convex as a whole, so that the outer shell 75 can be formed by a heat-shrinkable tube.
  • it is not circular as a whole in cross-section, but it has only a circular cross-section in section, which acts as a light exit surface 71d and acts as a cylindrical lens.
  • the light exit surface 71d of the light source according to FIG. 7b is also circular cylindrical, i. in cross-section circular arc.
  • the light source according to FIG. 7b or its rod-shaped optically transparent body, on the other hand, is not convex as a whole.
  • Such a shape is also possible, wherein the outer shell 85 can not then be formed by a shrink tube; Rather, the outer shell is then preferably present as a coating, alternatively as a glued foil. Countless other forms are possible.

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Abstract

Die Lichtquelle weist eine lineare Anordnung von gehäusten LEDs (24), sowie einen stabförmigen Körper (21) aus optisch transparentem Material auf. Dieser besitzt eine äussere Oberfläche mit einem im Querschnitt konvexen Abschnitt und einer sich entlang des stabförmigen Körpers (21) erstreckenden Aussparung (22), in der sich die lineare Anordnung befindet, so, dass der stabförmige Körper jedes Gehäuse mindestens teilweise umgibt. Von den gehäusten LEDs (24) abgestrahltes Licht breitet sich im optisch transparenten Material aus, wobei die der konvexe Abschnitt der Oberfläche als Zylinderlinse wirkt. Eine äussere Hülle (25) kann schützend und unter Umständen auch stabilisierend den stabförmigen Körper und die lichterzeugenden Elemente umschliessen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtquelle mit gehäusten, das Licht von LED-Chips bündelnden LED-Lampen als lichtgebenden Elementen.
  • Lineare Lichtquellen (d.h. Lichtquellen mit einem insgesamt länglichen lichtgebenden Körper) gibt es in den unterschiedlichsten Ausführungen und für eine Vielzahl von Anwendungen. Sie sind bspw. zur äusseren Beleuchtung flächiger Objekte wie beispielsweise Tischen, Tafeln, Plakaten oder Bildern in der Praxis wohlbekannt.
  • Oft werden sie mit mindestens einer oder mehreren in einer Reihe angeordneten Leuchtstoffröhren ausgeführt. Für eine einigermassen effiziente Nutzung des von den Leuchtstoffröhren rundum homogen abgegebenen Lichtes werden in der Regel einseitig langgezogene Reflektorelemente angeordnet, die das Licht zu einem möglichst grossen Anteil auf das zu beleuchtende flächige Objekt umlenken sollen. Derartige lineare Lichtquellen weisen folgende Nachteile auf:
    • Durch den relativ grossen, d.h. auch im besten Fall mindestens ca. 7 mm betragenden, Durchmesser der Leuchtstoffröhren sind für eine einigermassen effiziente Umlenkung des Lichtes Reflektorelemente mit grossen Reflektorflächen notwendig, d.h. der Querschnitt der linearen Lichtquelle erstreckt sich über mehrere Zentimeter, womit eine solche Lichtquelle in vielen Fällen als das zu beleuchtende Objekt störend in Erscheinung tritt. Werden die Reflektoren mit möglichst kleinem Querschnitt gestaltet, müssen erheblich grössere Lichtverluste in Kauf genommen werden.
    • Es tritt immer Streulicht in der Grössenordnung einiger 10% auf. Dies reduziert nicht nur prinzipiell die Effizienz der linearen Lichtquelle, sondern es bewirkt auch eine Blendung des Betrachters.
    • Mit derartigen Anordnungen ist es äusserst schwierig, eine homogene Ausleuchtung des flächigen Objektes zu erreichen, ohne dass ein Grossteil des Lichtes unerwünschterweise auch die Umgebung des flächigen Objektes ausleuchtet.
  • Aus der Praxis sind auch lineare Lichtquellen zur äusseren Beleuchtung flächiger Objekte bekannt, die mit einer linearen Anordnung einer Vielzahl von gehäusten, das Licht bündelnden LED-Lampen ausgeführt sind.
  • Derartige Ausführungen haben den grossen Vorteil, dass die Streulichtverluste im Vergleich zu der Leuchtstoffröhren-Lösung reduziert sind und dass es durch die Verwendung von das Licht eng, d.h. beispielsweise auf ± 20°, bündelnden LED leichter möglich ist das Licht zu einem möglichst grossen Anteil auf das flächige Objekt zu konzentrieren. Sie haben aber ebenfalls den Nachteil, dass eine homogene Ausleuchtung des flächigen Objektes nur mit grossem Aufwand zu erreichen ist.
  • Aus Gründen der Effizienz ist es wünschenswert, dass die lineare Lichtquelle nahe entlang einer Kante des flächigen Objektes, also beispielsweise 10 cm oberhalb und 10 cm vor dieser, angeordnet werden kann und exakt das Objekt, und nicht dessen Umgebung, streiflichtartig ausleuchtet.
  • Werden zur Erzeugung der linearen Lichtquelle gehäuste LED-Lampen verwendet, die ihr Licht rotationssymmetrisch zu ihrer optischen Achse abgeben, so entstehen bei Anordnung der linearen Lichtquelle in der Nähe einer Kante des flächigen Objektes entlang dieser Kante unerwünschte kegelartige helle Zonen. Zusätzlich wird ein grösserer Teil des Lichtes in der Nähe der Lichtquelle auf das Objekt auftreffen, womit auch in der von der Lichtquelle weglaufenden Richtung des flächigen Objektes eine ungleichmässige Ausleuchtung entsteht.
  • Lineare Lichtquellen zur inneren Beleuchtung aus sich herausleuchtender, flächiger Objekte wie beispielsweise Lichtkästen in der Werbung sind ebenfalls aus der Praxis bekannt. Neben konventionellen Lösungen unter Verwendung von beispielsweise Leuchtstoffröhren, sind vermehrt Lösungen zu finden, bei denen das Licht von linear in Abständen von beispielsweise 1 cm angeordneten gehäusten LED-Lampen in mindestens eine der Kanten einer transparenten Platte eingekoppelt wird. Die grossen Oberflächen der transparenten Platte wirken dann, mittels Totalreflexion, als Lichtleiter, und das Licht wird über die ganze Platte verteilt. Gezielte Strukturen auf mindestens einer der grossen Oberflächen oder im Innern der Platte gezielt erzeugte Inhomogenitäten sorgen für den gewünschten Lichtaustritt.
  • Eine solche mittels einer Anreihung von LED-Lampen aufgebaute lineare Lichtquelle hat folgende Nachteile:
    • Nicht alles Licht der LED-Lampen wird in die Platte eingekoppelt, ein nicht unbeträchtlicher Anteil wird reflektiert (Fresnelsches Gesetz). Dieser reflektierte Anteil wird umso grösser in je breiterem Winkelbereich die LED-Lampen ihr Licht abgeben.
    • In diesem Sinne wäre es also wünschenswert, dass die LED-Lampen das Licht sehr eng bündeln. Damit treten aber im Randbereich der Platte unerwünschte, kegelförmige helle Zonen auf. Eine Möglichkeit ist, diese kegelförmig hellen Zonen durch einen entsprechend breiten undurchsichtigen Randstreifen zu verdecken, was aber als hässlich empfunden wird und was die nutzbare Zone der Platte einschränkt. Die andere Möglichkeit, eine Lichtabgabe in weiterem Winkel, beispielsweise auch die Verwendung ovaler LED-Lampen, bringt nicht nur wie erwähnt deutliche Wirkungsgradverluste durch Reflexion mit sich, sondern das reflektierte Licht tritt zusätzlich als störendes Streulicht in Erscheinung.
  • Für linearen Lichtquellen zur äusseren Beleuchtung flächiger Objekte wie beispielsweise Tischen, Tafeln, Plakaten oder Bildern, die aus Gründen der Effizienz oberhalb der Mittellinie eines Tisches oder in der Nähe und entlang einer Kante des zu beleuchtenden flächigen Objektes angeordnet werden soll, sind folgende Anforderungen zu stellen:
    • Sie soll möglichst wenig Streulicht und damit möglichst wenig Blendung des Betrachters erzeugen.
    • Sie soll aus Kostengründen mit möglichst wenigen diskreten lichterzeugenden Elementen aufgebaut werden.
    • Die diskreten lichterzeugenden Elemente müssen zur Erzeugung hoher Beleuchtungsdichte ihr Licht in Querrichtung der Lichtquelle möglichst homogen in einem schmalen Winkelbereich, also beispielsweise in einem Bereich der kleiner als ±30° ist, abgeben.
    • Die diskreten lichterzeugenden Elemente müssen zur Vermeidung von kegelartig hellen Zonen ihr Licht in Längsrichtung der Lichtquelle möglichst homogen in einem breiten Winkelbereich, also beispielsweise in einem Bereich der grösser als ±50° ist, abgeben.
    • Zur Beleuchtung von Tafeln, Plakaten oder Bildern soll die lineare Lichtquelle in der Ebene senkrecht zum flächigen Objekt und zu ihrer Längsrichtung ihr Licht vorteilhafterweise in dem Sinne asymmetrisch zu ihrer optischen Achse abgeben, dass sie mehr Licht zu den entfernten Zonen des flächigen Objektes sendet als zu den nahen und so eine homogene Ausleuchtung erzeugt.
    • In vielen Fällen ist es von Vorteil, wenn die lineare Lichtquelle nachträglich einem gebogenen Verlauf des zu beleuchtenden Objektes angepasst werden kann, d.h. die lange Mittelachse der linearen Lichtquelle soll räumlich beliebig gekrümmt werden können.
    • Aus Gründen der Anwendungsflexibilität einerseits und der einer kostengünstigen Fertigung anderseits, soll die lineare Lichtquelle in grossen Längen hergestellt werden und auch in ihrer gesamten Herstellungslänge verwendet werden können. Nachträglich soll sie aber - allenfalls vom Kunden selbst - in jeweils voll funktionsfähige Teilstücke zertrennt werden können.
  • Dieselben Anforderungen gelten für lineare Lichtquellen zur inneren Beleuchtung flächiger Objekte, wie beispielsweise Lichtkästen in der Werbung.
  • Schliesslich sind für technische Anwendungen - also für Anwendungen, bei denen das erzeugte Licht (inklusive IR, oder UV-Licht) dazu verwendet wird, einen chemischen oder physikalischen Prozess zu bewirken - die Anforderungen oft ein wenig verschieden. Ebenfalls erwünscht ist, dass möglichst wenige lichterzeugende Elemente verwendet werden müssen und dass möglichst wenig Streulicht erzeugt werden soll, aber oft ist eine möglichst hohe Energiedichte erwünscht, d.h. der Winkelbereich ist oft möglichst schmal.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lichtquelle mit lichterzeugenden Elementen - bspw. in einer linearen Anordnung - zur Verfügung zu stellen, welche Nachteile gemäss dem Stand der Technik überwindet und welche eine möglichst grosse Beleuchtungseffizienz bei einem möglichst einfachen Aufbau ermöglicht und dabei möglichst kostengünstig ist. Vorzugsweise sollte die Lichtquelle möglichst vielen der obigen Anforderungen gerecht werden.
  • Die Lichtquelle weist eine lineare Anordnung von gehäusten LEDs, sowie einen stabförmigen Körper aus optisch transparentem Material auf. Dieser besitzt eine äussere Oberfläche mit einem im Querschnitt konvexen (bspw. kreisrunden) Abschnitt und einer sich entlang des stabförmigen Körpers erstreckenden Aussparung, in der sich die lineare Anordnung befindet, so, dass der stabförmige Körper jedes Gehäuse mindestens teilweise umgibt. Von den gehäusten LEDs abgestrahltes Licht breitet sich im optisch transparenten Material aus, wobei die der konvexe Abschnitt der Oberfläche als Zylinderlinse wirkt.
  • Als gehäuste LED kommen prinzipiell alle am Markt angebotenen LED-Lampen in Frage, inklusive der wohlbekannten T1 und T13/4 LED. Vorzugsweise kommen aber sogenannte SMD-LED zum Einsatz, die in kleinen Dimensionen (z.B.1.5x2x1.5 mm) und mit hoher Helligkeit zur Verfügung stehen. Etwas grössere SMD LED (3.4x2.8x1.8 mm) stehen heute schon als sogenannte Power_LED mit beispielsweise 2 W elektrischer Leistung und 25 Lumen Licht pro LED zur Verfügung.
  • Als "gehäuste LED" werden hier LED bezeichnet, die mindestens einen von einem Gehäuse gefassten (d.h. mit diesem mechanisch verbundenen und bspw. von diesem umgebenen) LED-Chip aufweisen. Am Gehäuse sind (meist zwei) elektrische Kontakte vorhanden, die elektrisch mit Kontaktflächen des/der LED-Chips verbunden sind. Das bedeutet dass die Primärkontakte (also die unmittelbar am LED-Chip vorhandenen Kontaktflächen) und diese kontaktierende Kontaktmittel (bspw. Bonds oder Lötzinn etc.) vom Gehäuse geschützt sind. Dies im Unterschied zu ungehäusten LED-Chips, welche in einer Lichtquelle direkt kontaktiert werden müssen. Ausserdem ist das Gehäuse so ausgebildet, dass das von den LED-Chips ausgesandte Licht gebündelt wird.
  • Als "stabförmig" wird ein Körper bezeichnet, dessen Ausdehnung in eine Dimension (die Länge) deutlich grösser ist als die Ausdehnungen in die anderen Dimensionen. Vorzugsweise hat der stabförmige Körper mindestens an seiner äusseren Oberfläche (d.h. ggf. mit Ausnahme der Nut) eine Zylinder- d.h. Translationssymmetrie. Besonders bevorzugt sind optisch transparente Körper, die mindestens abschnittweise, rotationszylindrisch, d.h. im Querschnitt mindestens abschnittweise kreisbogenförmig sind. "Stabförmig" impliziert keine Aussage über die Steifigkeit. Obwohl der optisch transparente Körper gemäss einer bevorzugten Ausführungsform dimensionsstabil ist, sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen das nicht der Fall ist, und bei denen der optisch transparente Körper biegeschlaff ist.
  • Die Untergruppen sind in einer linearen Anordnung vorhanden. Eine "lineare" Anordnung bedeutet, dass die Untergruppen eine gerade oder gebogene Linie bilden.
  • Jede der Untergruppen umfasst jeweils mindestens ein LED, sie kann aber auch aus mehreren unterschiedlichen LED bestehen. So kann es zur Erzeugung beliebiger Lichtfarben beispielsweise sinnvoll sein, eine Gruppe aus mehreren LED zusammen zu setzen die rotes, grünes oder blaues Licht abgeben. Es ist aber auch möglich LED einzusetzen, die innerhalb ihres Gehäuses rotes, grünes und blaues Licht abgebende LED-Chips aufweisen.
  • Die erfindungsgemässe Konstruktion ist dafür geeignet, eine speziell gute Lichtausbeute zu bewirken. Eine erste Bündelung der von den LED-Chips ausgesandten Strahlung erfolgt im LED selbst durch das Gehäuse. Der als Zylinderlinse wirkende Abschnitt der Oberfläche ist nun relativ zu den LED so angeordnet, dass er vom Licht, das von den LED ausgesandt wird, angestrahlt wird. Er bewirkt dann gewissermassen eine zweite Bündelung.
  • Eine äussere Hülle kann schützend und unter Umständen auch stabilisierend den stabförmigen Körper und die lichterzeugenden Elemente umschliessen. Um die gehäusten LED, den Träger und die elektrischem Kontaktierungen vor Umwelteinflüssen zu schützen ist der gesamte Aufbau beispielsweise mit einer dünnen transparenten Hülle überzögen. Dies kann beispielsweise auf in der Herstellung einfache Weise mittels eines transparenten, dünnwandigen Schrumpfschlauches realisiert werden. Ein solcher hat den Vorteil, dass er nebst einem Schutz vor Umwelteinflüssen gleich auch noch eine mechanische Stabilisierung bewirkt. Alternativ dazu kann die optisch transparente Hülle auch als Beschichtung ausgebildet sein und bspw. durch Eintauchen in optisches Material, oder durch eine andere bekannte Beschichtungsmethode beigebracht sein.
  • Als Alternative zur Ausgestaltung als Hülle kann ein Schutzelement auch als lokale Abdeckung der Lichtquelle nur im Bereich der (ggf.) Nut, in welcher die LED angeordnet sind und eventuell auch dessen Umgebung ausgebildet sein. In diesem Fall muss das Schutzelement nicht notwendigerweise transparent sein.
  • Gemäss einer ersten Variante sind alle LED auf einem gemeinsamen, bspw. platinen- oder flexprintartigem oder leadframeartigem Träger aufgebracht, welcher als Kontaktmittel dient und die LED auch mechanisch fixiert. Gemäss einer weiteren Variante ist pro Untergruppe oder pro Einheit von mehreren Untergruppen ein Träger vorhanden, wobei elektrische Verbindungen zwischen den Trägern existieren. Gemäss noch einer weiteren Variante werden alle LED oder Gruppen von LED gemeinsam von zwei langen federartigen Elementen gehalten und elektrisch kontaktiert, die ihrerseits in einem die LED mindestens teilweise umschliessenden Körper befestigt sind.
  • Der stabförmige Körper ist vorzugsweise voll, weist als keine Hohlräume auf und besteht aus optisch transparentem Material. Er umgibt die LED mindestens teilweise in dem Sinn, von den LED abgestrahltes Licht sich im optisch transparenten Material ausbreitet. Das von den LED erzeugte und sich im optisch transparenten Material ausbreitende Licht wird vom optisch transparenten Körper über eine gewünschte als Zylinderlinse wirkende Lichtaustrittsfläche nach aussen ausgekoppelt. Das transparente Material, aus dem der Grundkörper besteht, kann Glas oder ein geeigneter Kunststoff wie Acrylglas (PMMA) oder Polycarbonat sein. Zwischen den gehäusten LED und dem stabförmigen Körper kann ein luftgefüllter Hohlraum bestehen, oder der Zwischenraum kann mit einem ursprünglich flüssigen oder plastisch deformierbaren oder eventuell dauerelastischen transparenten Material gefüllt sein. Der mindestens eine Träger kann am optisch transparenten Körper mechanisch fixiert sein. Alternativ dazu kann die mechanische Fixierung auch durch die äussere Hülle bewirkt werden, was insbesondere praktisch in der Herstellung und Handhabung ist, wenn diese durch einen Schrumpfschlauch gebildet wird.
  • Der optisch transparente Körper ist vorzugsweise so gestaltet, dass das Licht der LED mittels Brechung an mindestens einer Grenzfläche so umgelenkt wird, dass die gewünschte Lichtverteilung entsteht.
  • Dies lässt sich auf verblüffend einfache Art dadurch erreichen, dass die LED in einer Längsnut eines zylindrischen Körpers mit bspw. elliptischem, zum Beispiel mindestens annähernd kreisförmigem Querschnitt befestigt sind. Mittels der Tiefe der Nut und dem wesentlichen Durchmesser des mindestens annähernd kreisförmigen Querschnitts lässt sich die gewünschte Bündelung des Lichtes der LED in Querrichtung der linearen Lichtquelle einstellen. In Längsrichtung der linearen Lichtquelle findet im Wesentlichen keine Veränderung der Abstrahlcharakteristik der verwendeten gehäusten LED statt.
  • Mit Vorteil ist der ganze stabförmige Körper - ggf. mit Ausnahme der Nut- oder rillenartigen Vertiefung - im Querschnitt nach einer ersten Ausführungsform kreisförmig, nach einer zweiten Ausführungsform leicht elliptisch (mit einer Exzentrizität von maximal 0.3, vorzugsweise maximal 0.2). Die Zylinderlinsenwirkung kann aber auch dann erzielt werden, wenn nur ein Abschnitt (die Lichtaustrittsfläche) die im Querschnitt kreisbogenförmig bzw. leicht elliptische Form hat; dieser Abschnitt hat bspw. im Querschnitt einen Zentriwinkel von mindestens 60°, vorzugsweise mindestens 120° und zum Beispiel ungefähr 180° (Halbkreis) oder mehr.
  • Der geschilderte Aufbau mit einem vollen Grundkörper aus Glas oder ein geeigneter Kunststoff wie Acrylglas (PMMA) oder Polycarbonat kann den Nachteil haben, dass er entweder brennbar ist (Acrylglas (PMMA), Polycarbonat), oder nur bei Temperaturen verformt werden kann, bei denen die LED Schaden nehmen (Glas).
  • Das gewünschte optische Verhalten wird auch dann erreicht, wenn der genannte zylindrische Vollkörper zunächst durch einen rohr- oder schlauchartigen optisch transparenten Körper ersetzt ist, in den der Träger mit den LED eingeschoben ist. Dieser rohr- oder schlauchartige Körper wird dann mit einem optisch transparenten, vorzugsweise zunächst relativ dünnflüssigen (Viskosität z.B. wie Motoren- oder Speiseöl) und vorzugsweise dauerelastischen, Material gefüllt. Allenfalls wird dieses Material nachträglich verfestigt. Nicht brennbare Materialien welche die entsprechenden Eigenschaften aufweisen finden sich, sowohl für den rohr- oder schlauchartigen Körper als auch für das Füllmaterial beispielsweise in der Gruppe der Silikone.
  • Einem solchen, allenfalls dauerhaft biegeschlaffen Aufbau kann auf einfache Weise Festigkeit verliehen werden, indem er beispielsweise in ein passendes nichtbrennbares und vorzugsweise kaltverformbares U-Profil oder Halbkreisprofil eingeklebt oder eingepresst wird. Geeignete Standardprofile aus beispielsweise dünnwandigem Aluminium oder Stahl stehen zur Verfügung.
  • Ausgehend von einem SMD-LED mit beispielsweise einem Standard PLCC Gehäuse (3.2x2.8x1.5 mm) und einen symmetrischen Abstrahlwinkel von ±60° lässt sich auf diese Weise mit einem, eine symmetrisch angeordnete Nut aufweisenden, kreiszylindrischen transparenten Körpern von 4 bis 10 mm Durchmesser in Querrichtung beispielsweise eine Abstrahlung innerhalb ±25° bis ±50° realisieren.
  • Wird die Nut asymmetrisch angeordnet, erhält man eine stark asymmetrische räumliche Lichtverteilung in Querrichtung von beispielsweise -15° und +40°.
  • Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle als Ganzes biegbar. Unter einer Biegbarkeit bzw. Krümmbarkeit versteht man eine dauerhafte Verformbarkeit, d.h. nach einem Biegevorgang hat die Lichtquelle eine als Ganzes andere Form (dies im Gegensatz zur elastischen Verformbarkeit). Die bereits erwähnte biegeschlaffe Ausführungsform ist ein Beispiel einer krümmbaren Lichtquelle. Gemäss einer dazu alternativen, für viele Anwendungen bevorzugten Ausführungsform muss die Lichtquelle als Ganzes für den Krümmungsvorgang zuerst in einen bestimmten Zustand gebracht (meist auf eine Temperatur erwärmt) werden. In einer solchen Ausführungsform kann bspw. um einen Winkel gebogen werden, bei welchem der stabförmige Körper brechen würde, wenn er nicht im bestimmten Zustand wäre.
  • Ein mindestens annähernd kreisförmiger Querschnitt des zylindrischen transparenten Körpers bietet den Vorteil, dass die Längsachse eines solchen Körpers - auch nach Einbau der LED - auf besonders einfache Weise, z.B. nach Erwärmen des Körpers auf seine sogenannte Glastemperatur, räumlich in beliebiger Richtung gekrümmt werden kann, und dies ohne wesentliche Veränderung der Geometrie der strahlformenden Fläche.
  • Die Erfindung bietet mit diesen Merkmalen einen verblüffend einfachen Ansatz, mit dem die eingangs gestellte Aufgabe gelöst wird und die so in vielen Fällen Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik bringt. Die Lichtquelle ist darüber hinaus kostengünstig herstellbar und kann problemlos so ausgeführt werden, dass sie gegen Umwelteinflüsse robust ist. Dadurch, dass die LED im Allgemeinen nur mit dem Träger und dem sie umschliessenden optisch transparenten Körper im Kontakt stehen und das Umgebungsmedium nicht an die LED gelangt, sind diese auf natürliche Weise vor Umwelteinflüssen geschützt.
  • Die Tatsache, dass ein einziger, alle LED gemeinsam mindestens teilweise umschliessender optisch transparenter Körper vorhanden ist, bedeutet nicht, dass der optisch transparente Körper einstückig bzw. monolithisch-homogen sein muss. Er kann auch aus mehreren Komponenten aus unter Umständen unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein, die transparent sind. Vorzugsweise haben solche unterschiedlichen Materialien einen ähnlichen Brechungsindex, der sich bspw. um höchstens 30%, noch besser um höchstens 20% oder gar höchstens 15% oder 10% unterscheidet. Am optisch transparenten Körper können zusätzliche, bspw. auch nicht transparente Elemente befestigt sein, bspw. Verspiegelungen etc.
  • Gehäuste LED strahlen wie bereits erwähnt in der Regel Licht in den Halbraum ab, genauer in einen bestimmten Raumwinkel, bspw. ±50°, ±60° oder ±70°. Dies hat im Sinne der Erfindung den Vorteil, dass kein "nach rückwärts" austretendes Licht umgelenkt, sondern nur das "nach vorne" austretende Licht in den gewünschten Raumbereich gebündelt werden muss. Hieraus resultieren nicht nur drastisch reduzierte Streulichtverluste, sondern es ermöglicht auch auf einfache Weise die Erzeugung gerichteter, unter Umständen völlig asymmetrischer Lichtverteilungen. Insbesondere ist es möglich, in einer Richtung eine sehr breite Lichtverteilung von beispielsweise ±50°, ±60° oder ±70° und in einer Richtung senkrecht zu der ersten eine wesentlich engere Lichtverteilung von beispielsweise ±10° bis ±40° zu erzeugen.
  • Das Zentrum des Raumwinkels wird oft als optische Achse des LED bezeichnet. Gemäss der Ausführungsform der Erfindung verlaufen die optischen Achsen einer Mehrzahl der LED, meist aller LED, in einer gemeinsamen Ebene. Die Lichtverteilung des von der Lichtquelle emittierten Lichts in dieser Ebene unterscheidet sich von derjenigen senkrecht zu der Ebene. In der Regel wird sie in der genannten Ebene wesentlich breiter sein als senkrecht zu dieser Ebene. Es ist aber auch möglich, dass die Lichtverteilung senkrecht zur Ebene bezüglich dieser asymmetrisch ist.
  • Der genannte optisch transparente Körper kann ein z.B. extrudierbarer, zylindrischer Körper mit einem Querschnitt sein, der beispielsweise mindestens annähernd kreisförmig mit einer nutförmigen Ausnehmung ist. Auf diese Weise erhält man in Längsrichtung (in Bezug auf die lineare Anordnung) des langen transparenten Körpers eine Lichtverteilung, welche derjenigen der gehäusten LED entspricht, während das Licht in Querrichtung an der als zylindrische Linse wirkenden Austrittsfläche gebündelt wird.
  • Der lange (d.h. stabförmige) transparente Körper kann sich in seiner Längsrichtung allenfalls wiederholende zusätzliche Formen wie quer zur Längsrichtung verlaufende V-förmige Nuten oder kuppelartige Formen aufweisen. Vorteilhafterweise sind solche zusätzlichen Formen in der zum Hauptstrahl der gehäusten LED senkrecht stehenden Fläche der Längsnut des optisch transparenten Körpers angeordnet. Vorteilhafterweise sind die zusätzlichen Formen dann so gestaltet, dass sich pro LED wiederholend eine oder mehrere solche Formen vorhanden sind. Mit solchen zusätzlichen Formen ist es auf einfache Weise möglich auch das in Längsrichtung des langen transparenten Körpers aus den LED austretende Licht auf einen gewünschten Raumwinkel zu formen.
  • Die beiden Endflächen (oder Stirnflächen) des langen transparenten Körpers können auch als nicht einfach senkrechte Ebenen gestaltet sein, sondern sie können durch Schrägstellen und/oder durch eine angenähert parabolische Form den Lichtaustritt an den Enden der linearen Lichtquelle auf gewünschte Weise formen.
  • Gemäss weiteren Ausführungsformen kann der optisch transparente Körper nachträglich in die Form eines Torus gebracht werden, bei dem die LED entlang der inneren Umfangslinie angeordnet sind und nach aussen strahlen. Es ergibt sich eine entlang der Torusebene praktisch isotrope Abstrahlcharakteristik. Bei einem torusartigen optisch transparenten Körper können die LED - und mit ihnen die Ausformung mit den Lichtumlenkflächen - auch entlang der äusseren Umfangslinie angeordnet sein, was die Erzeugung von hohen Lichtdichten im Inneren des Torus ermöglicht. Dies ist insbesondere für technische Anwendungen von Interesse. Anstelle eines Torus kann der optisch transparente Körper auch zu einem spiraligen Körper mit konstantem oder veränderlichem Radius umgeformt werden.
  • Oft sind in den verschiedenen Ausführungsformen alle LED der Lichtquelle miteinander elektrisch verbunden. Das bedeutet i.A., dass alle LED der Lichtquelle durch das Anlegen einer Spannung zwischen zwei Elektroden gleichzeitig zum Leuchten gebracht werden können. Die LED können gruppenweise seriell geschaltet sein, wobei die Gruppen parallel geschaltet sind. Sind mehrere Träger vorhanden, sind diese bspw. durch Drähte oder Litzen miteinander verbunden.
  • Die elektrischen Bahnen des Trägers können so ausgebildet sein, dass eine Kontaktierung von aussen jeweils zwischen - bspw. zwei beliebigen - LED-Untergruppen stattfinden kann. Zum Beispiel kann der Träger zwei getrennte Verbindungsbahnen, ev. jeweils mit einer Erweiterung zwischen den Untergruppen vorhanden sein. Kontaktiert werden kann durch das Entfernen eines kleinen Stücks des in der Regel vorhandenen transparenten Schrumpfschlauches, durch Anlöten zweier Litzen und das Schützen der Kontaktstelle durch einen Stück zusätzlichen Schrumpfschlauches.
  • Wie mehrfach erwähnt, soll die erfindungsgemässe Lichtquelle vorzugsweise entlang ihrer langen Mittelachse nachträglich gekrümmt werden können. Wie ebenfalls mehrfach erwähnt lässt der optisch transparente Körper dies bei einem mindestens annährend kreisförmigen Querschnittes ohne weiteres zu. Die realisierbaren Krümmungsformen sind damit im Wesentlichen abhängig von der Ausführungsform des die LED tragenden und/oder kontaktierenden Trägers.
  • In einer einfachen Ausführungsform beschränkt man sich auf eine Krümmung in der zum Träger senkrecht stehenden Richtung, mit der beispielsweise die erwähnten torusförmigen Ausführungsformen hergestellt werden können. In diesem einfachsten Falle genügt beispielsweise der Einsatz einer einfachen flexiblen Leiterplatte wie beispielsweise eines ca. 0.1 mm dicken Prints auf FR4-Basis.
  • Soll zusätzlich eine Krümmung quer dazu, also in der Ebene des Trägers möglich sein, muss der Träger so gestaltet werden, dass zwischen den für die LED vorgesehenen Setzplätzen Zonen vorhanden sind an denen der Träger auch in seiner Querrichtung deformierbar ist.
  • Dies kann beispielsweise so realisiert sein, dass die Leiterbahnen in diesen querflexiblen Bereichen mittig unten und oben auf dem Träger angeordnet sind und das nicht elektrisch leitende Trägermaterial (z.B. FR4 oder PI usw.) von den Seiten her ausgenommen ist.
  • Es kann aber auch so realisiert sein, das der Träger in Querrichtung starr, aber in kurze Einzelstücke aufgeteilt ist, die mit flexiblen Leitern (Litzen) miteinander verbunden sind.
  • In einer anderen Ausführungsform kann der Träger ein gestanzter Metallträger, d.h. ein sogenannter leadframe sein, der so gestaltet ist, dass in den gewünschten querbiegbaren Zonen nur noch metallische Verbindungen mit annähernd quadratischem Querschnitt vorhanden sind. Damit bei einem Biegen in Querrichtung keine übermässige Dehnung dieser Verbindungen geschieht, sind diese vorteilhafterweise geschwungen, "gewellt" oder mäanderförmig ausgeführt.
  • In noch einer anderen Ausführungsform wird der Träger ersetzt durch zwei lange metallische Leiter, die beidseitig in der Nut des transparenten Körpers fixiert sind. Die beiden langen metallischen Leiter sind so geformt, dass sie federnde Zonen aufweisen, in denen die gehäusten LED von den Leitern elektrisch kontaktiert und mechanisch fixiert werden. In den Zonen wo sie gekrümmt werden weisen sie vorteilhafterweise einen kreisförmigen oder quadratischen Querschnitt auf und sind zur Vermeidung von Längsdehnungen geschwungen oder "gewellt" ausgeführt.
  • Erfindungsgemässe Lichtquellen lassen sich mit sehr einfachen Verfahren herstellen, welches auch für kleine Stückzahlen ökonomisch ist. Auch das Verfahren ist Gegenstand der Erfindung. Das Verfahren beinhaltet die Schritte:
    • Einbringen einer rillenartigen Vertiefung in einen, standardmässig erhältlichen, optisch transparenten Körpers mit kreisförmigem Querschnitt (für grosse Stückzahlen wird dieser Körper vorteilhafterweise direkt extrudiert),
    • allenfalls teilweise Füllen der rillenartigen Vertiefung mit einem optisch transparenten flüssigem, zähflüssigen bis dauerelastischen Material, das einen ähnlichen Brechungsindex wie der optisch transparente Körper aufweist,
    • Anbringen von mindestens einem Träger mit darauf angebrachten elektrisch kontaktierten gehäusten LED, so, dass die LED in die genannte rillenartige Vertiefung hineinragen
    • allenfalls mindestens teilweises Aushärten des flüssigen oder deformierbaren Materials,
    • abdecken des Träger mit darauf angebrachten elektrisch kontaktierten gehäusten LED, mit einem Schutzelement.
  • Das Abdecken kann bspw. durch Umhüllen des gesamten Gebildes mit einem optisch transparenten, dünnwandigen Schrumpfschlauch bewerkstelligt werden.
  • Die Lichtquelle kann in bspw. sehr langen Stücken hergestellt und nachträglich in Teilstücke zertrennt werden, die je mindestens eine LED-Gruppe umfassen. Dies beeinträchtigt auch nicht die Möglichkeit einer nicht zur Grundfläche (entsprechend der Trägerfläche nach dem Anbringen des Trägers) senkrechten ebenen Form der Endflächen: Die Trennung kann so erfolgen, dass dabei eine gewünschte Form (schiefe Ebene oder parabelartige Form etc.) entsteht.
  • Es versteht sich von selbst, dass erfindungsgemässe Lichtquellen auch mit einem anderen als dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden können.
  • Es versteht sich, dass "Licht" in diesem Text generell elektromagnetische Strahlung bezeichnet und wo von der Anwendung her sinnvoll nebst sichtbarem Licht insbesondere Infrarot- und Ultraviolettstrahlung mit einschliesst.
  • Im Folgenden wird die erfindungsgemässe lineare, vorzugsweise biegbare Lichtquelle mit symmetrischer oder asymmetrischer Lichtabstrahlung anhand beispielhafter Ausführungsformen erläutert.
    • Figur 1a und 1b zeigen die schematische Darstellung einer einfachen linearen Lichtquelle mit symmetrischer Lichtabstrahlung zur äusseren Beleuchtung von flächigen Objekten wie Tischen usw. Figur 1a zeigt eine entsprechende schematische Schrägansicht, und Figur 1b zeigt den entsprechenden schematischen Schnitt sowie das Beispiel einer symmetrischen räumlichen Lichtverteilung in Querrichtung zur linearen Lichtquelle.
    • Figur 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine lineare Lichtquelle mit asymmetrischer Lichtabstrahlung zur äusseren Beleuchtung von flächigen Objekten wie Tischen, sowie das Beispiel einer asymmetrischen räumlichen Lichtverteilung in Querrichtung zur linearen Lichtquelle.
    • Die Figur 3 zeigt eine schematische Schrägansicht einer linearen Lichtquelle mit optischen Elementen zur Beeinflussung der Lichtverteilung in der längs der linearen Lichtquelle verlaufenden Ebene.
    • Figuren 4a bis 4c zeigen Prinzipienskizzen mit verschiedenen Trägerformen die in beiden Querrichtungen krümmbar sind,
    • Figur 5 zeigt die schematische Schrägansicht einer linearen Lichtquelle bei welcher der LED-Träger durch zwei lange Leiter ersetzt ist, zwischen denen die LED eingeklemmt sind,
    • Figur 6 zeigt den schematischen Querschnitt durch eine lineare Lichtquelle mit zusätzlichem Kühl- und Stützkörper,
    • Figuren 7a und 7b zeigen Beispiele von alternativen Querschnittformen.
  • Figur 1 zeigt die schematische Darstellung einer einfachen linearen Lichtquelle 10 mit symmetrischer Lichtabstrahlung zur äusseren Beleuchtung von flächigen Objekten wie Tischen usw. Figur 1a zeigt eine entsprechende schematische Schrägansicht. Figur 1b zeigt den entsprechenden schematischen Schnitt sowie das Beispiel einer symmetrischen räumlichen Lichtverteilung in Querrichtung zur linearen Lichtquelle.
  • Die lineare Lichtquelle besteht aus einem langen transparenten Grundkörper 11 mit kreisrundem Querschnitt und mit einer Lichtaustrittsfläche 11d und einer rillenartigen Vertiefung 12 auf der Gegenseite der Lichtaustrittsfläche 11d. Das transparente Material, aus dem der Grundkörper 11 besteht, kann Glas oder ein geeigneter Kunststoff wie Acrylglas (PMMA) oder Polycarbonat sein.
  • Eine Vielzahl von LED 14 ist in definierten Abständen auf einem geeigneten Träger 13 mit elektrischen Kontaktflächen 13a montiert und mittels dieses Trägers 13 elektrisch kontaktiert und elektrisch mit einander verbunden (Parallel- und/oder Serienschaltung). Statt jeweils eines LED 14 können auch Gruppen von mehreren, d.h. beispielsweise 2 bis 9, LED in definierten Abständen auf dem Träger 13 angeordnet sein. Die Breite des Trägers 13 beträgt beispielsweise ca. 7 mm, sein Dicke beispielsweise 0.1 mm. Die LED 14 können auf dem Träger 13 schon vor der Vereinigung mit dem transparenten Grundkörper 11 mit einem - nicht dargestellten - transparenten Schutzmaterial umgeben sein. Ein geeignetes transparentes Schutzmaterial kann beispielsweise ein dauerelastisches Silikon sein.
  • Der lange transparente Grundkörper 11 ist zusammen mit dem die LED 14 fixierenden und elektrisch kontaktieren Träger 13 so in einen optisch transparenten, als äussere Hülle 15 wirkenden dünnwandigen Schrumpfschlauch eingebracht, dass dieser die seitlichen Enden des Trägers 13 an den Grundkörper 11 anschmiegt und den gesamten Aufbau gegen Umgebungseinflüsse abschirmt.
  • Die rillenartige Vertiefung 12 kann mit einem zunächst relativ dünnflüssigen transparenten Material gefüllt sein, das nach der Vereinigung von dem Grundkörper 11 und dem Träger 13 mit den LED 14 mindestens teilweise aushärtet. Zu bevorzugen ist ein transparentes Füllmaterial, das nach dem Aushärten dauerelastisch bleibt. Ein geeignetes transparentes Füllmaterial kann beispielsweise ein dauerelastisches Silikon sein.
  • Die Tiefe der Rille 12, und damit die Lage der LED 14, ist im Verhältnis zum Durchmesser des transparenten Grundkörpers 11 so gewählt, dass die Lchtaustrittsfläche 11d des transparenten Grundkörpers 11 als kreiszylindrische Linse für das von den LED 14 in einem definierten räumlichen Winkelbereich abgestrahlte Licht wirkt.
  • Bei einem Durchmesser der linearen Lichtquelle 10 von ca. 7 mm, einer Tiefe resp. Breite der Rille 12 von ca. 3 mm resp. 3 bis 4.5 mm und dem Einsatz von entsprechenden SMD-LED 14 mit einem rotationssymmetrischen Abstrahlwinkel von ca. ±60° lässt sich mit einem solchen Aufbau eine Lichtverteilung in der gemeinsamen Mittelebene aller LED 14 von beispielsweise ±60° und in der Ebene senkrecht zu dieser Mitteleben von beispielsweise ±30° erreichen.
  • In Figur 1 ist - ebenso wie in den folgenden Figuren - nur ein LED pro Untergruppe gezeichnet, Es können aber ebensogut mehrere LED pro Untergruppe vorhanden sein; die Untergruppen können jeweils dieselbe oder eine voneinander verschiedene Anzahl LED aufweisen.
  • Es sind auch entsprechende Aufbauten mit kleineren Abmessungen bis hinunter zu einem Durchmesser von ca. 4 mm realisierbar. Natürlich sind auch Aufbauten mit wesentlich grösseren Abmessungen problemlos realisierbar.
  • Figur 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine lineare Lichtquelle mit asymmetrischer Lichtabstrahlung zur äusseren Beleuchtung von flächigen Objekten wie Tischen, sowie das Beispiel einer asymmetrischen räumlichen Lichtverteilung in Querrichtung zur linearen Lichtquelle.
  • Die lineare Lichtquelle besteht aus einem langen transparenten Grundkörper 21 mit kreisrundem Querschnitt und mit einer Lichtaustrittsfläche 21d und einer, bezüglich der senkrechten Mittelebene des langen transparenten Grundkörpers 21 asymmetrisch eingebrachten, rillenartigen Vertiefung 22 auf der Gegenseite der Lichtaustrittsfläche 21d. Im Extremfall kann die rillenartige Vertiefung 22 so stark asymmetrisch sein, dass die aussen liegende Wand wegfällt, oder mit andern Worten dass die Vertiefung 22 zu einem offenen Einschnitt in den kreisförmigen Querschnitt geworden ist. Das transparente Material, aus dem der Grundkörper 21 besteht, kann Glas oder ein geeigneter Kunststoff wie Acrylglas (PMMA) oder Polycarbonat sein.
  • Eine Vielzahl von LED 24 ist in definierten Abständen auf einem geeigneten Träger 23 mit elektrischen Kontaktflächen 23a montiert und mittels dieses Trägers 23 elektrisch kontaktiert und elektrisch mit einander verbunden (Parallel- und/oder Serienschaltung). Statt jeweils eines LED 24 können auch Gruppen von mehreren, d.h. beispielsweise 2 bis 9, LED in definierten Abständen auf dem Träger 23 angeordnet sein. Die Breite des Trägers 23 beträgt beispielsweise ca. 7 mm, sein Dicke beispielsweise 0.1 mm. Die LED 24 können auf dem Träger 23 schon vor der Vereinigung mit dem transparenten Grundkörper 21 mit einem - nicht dargestellten - transparenten Schutzmaterial umgeben sein. Ein geeignetes transparentes Schutzmaterial kann beispielsweise ein dauerelastisches Silikon sein.
  • Der lange transparente Grundkörper 21 ist zusammen mit dem die LED 24 fixierenden und elektrisch kontaktieren Träger 23 so in einen optisch transparenten dünnwandigen Schrumpfschlauch eingebracht, dass dieser die seitlichen Enden des Trägers 23 an den Grundkörper 21 anschmiegt und den gesamten Aufbau gegen Umgebungseinflüsse abschirmt.
  • Die rillenartige Vertiefung 22 kann mit einem zunächst relativ dünnflüssigen transparenten Material gefüllt sein, das nach der Vereinigung von dem Grundkörpers 21 und dem Träger 23 mit den LED 24 mindestens teilweise aushärtet. Zu bevorzugen ist ein transparentes Füllmaterial, das nach dem Aushärten dauerelastisch bleibt. Ein geeignetes transparentes Füllmaterial kann beispielsweise ein dauerelastisches Silikon sein.
  • Die Lage der Rille 22, und damit die Lage der LED 24, ist im Verhältnis zum Durchmesser des transparenten Grundkörpers 21 so gewählt, dass die Lichtaustrittsfläche 21d des transparenten Grundkörpers 21 als asymmetrische kreiszylindrische Linse für das von den LED 24 in einem definierten räumlichen Winkelbereich abgestrahlte Licht wirkt.
  • Bei einem Durchmesser der linearen Lichtquelle 20 von ca. 7 mm, einer Tiefe resp. Breite der Rille 22 von ca. 3 mm resp. 3 bis 4.5 mm, einem seitlichen Versatz der Rille 22 gegenüber der senkrechten Mittelebene des transparenten Grundkörpers 21 um ca. 1 mm und dem Einsatz von entsprechenden SMD-LED 24 mit einem rotationssymmetrischen Abstrahlwinkel von ca. ±60° lässt sich mit einem solchen Aufbau eine Lichtverteilung in der gemeinsamen Mittelebene aller LED 24 von beispielsweise ±60° und in der Ebene senkrecht zu dieser Mitteleben eine markant asymmetrische Lichtverteilung von beispielsweise -20°+35° oder sogar 0°,+45° erreichen erreichen, mit der grossflächige tafelartige Gebilde aus stark schiefem Winkel homogen beleuchtet werden können.
  • Es sind auch entsprechende Aufbauten mit kleineren Abmessungen bis hinunter zu einem Durchmesser von ca. 4 mm realisierbar. Natürlich sind auch Aufbauten mit wesentlich grösseren Abmessungen problemlos realisierbar.
  • Figur 3 zeigt eine schematische Schrägansicht einer linearen Lichtquelle mit optischen Elementen zur Beeinflussung der Lichtverteilung in der längs der linearen Lichtquelle verlaufenden Ebene.
  • Die lineare Lichtquelle 30 ist bis auf einen in allen Punkten identisch zur Lichtquelle der Figur 1 aufgebaut.
  • Der einzige Unterschied besteht darin, dass in die in Längsrichtung des transparenten Grundkörpers 31 verlaufende Rille 32 zusätzliche quer zu derselben liegende dachartige Ausnehmungen 31b eingebracht sind. Diese zusätzlichen dachartigen Ausnehmungen 31b liegen im Sinne des Strahlenganges oberhalb der LED 34 und beeinflussen den Strahlengang in Längsrichtung der linearen Lichtquelle 30 so, dass beispielsweise statt einer Lichtverteilung von ±60° ein solche von ±75° entsteht.
  • Offensichtlich ist die Formgebung der in Querrichtung eingebrachten Ausnehmungen 31b nicht beschränkt auf dachartige Formen, sondern diese können auch kreisabschnittsartige, parabelartige oder andere geeignete Querschnitte aufweisen.
  • Figuren 4a bis 4c zeigen Prinzipienskizzen mit verschiedenen Trägerformen die in beiden Querrichtungen krümmbar sind.
  • Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Träger 13, 23, 33 sind in der Richtung senkrecht zu ihrer Ebene flexibel und können, inklusive der montierten LED ohne weiteres in Biegeradien bis hinunter zu 3 bis 5 cm gekrümmt werden. Dies bedeutet, dass die gesamten Lichtquellen 10, 20, 30 in dieser Richtung beispielsweise zu kreisförmigen Gebilden mit einem Mindestdurchmesser in der Grössenordnung von 10 bis 20 cm gekrümmt werden können.
  • Eine Krümmung in Querrichtung dazu, also in der Ebene des Trägers, lassen die in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Träger 13, 23, 33 in beschränktem Masse zu, wenn sie in die transparenten Grundkörper 11, 21, 31 eingebaut sind. In diesem Falle sind Krümmungsradien in Querrichtung in der Grössenordnung von mindestens 2 m möglich, was in vielen Fällen genügend ist.
  • Sollen kleiner Krümmungsradien in dieser Querrichtung ermöglicht werden, müssen die Träger modifiziert werden.
  • Figur 4a zeigt einen beispielsweise ca. 0.2 mm dicken Träger 43 mit beidseitig Kupfer. Die obere Kupferlage ist so strukturiert, dass ein durchgehender, mäandrierender Leiter und zwei Anschlussflächen 44 für die LED vorhanden sind. Eine der Anschlussflächen 44 ist direkt mit dem Leiter auf der Oberseite verbunden. Die andere Anschlussfläche 44 ist auf der Oberseite als Insel ausgebildet und zum Kupfer auf der Unterseite durchkontaktiert. Auf der Unterseite ist das Kupfer so strukturiert, dass ein durchgehender mäandrierender Leiter vorhanden ist, der bezüglich der Längsachse des gesamten Trägers gespiegelt zum Leiter auf der Oberseite ist.
  • Der gesamte Träger 43 ist so strukturiert, dass zwischen den Anschlussflächen 44 eine Verjüngung 45 vorhanden ist, bei der das gesamte Material in der Nähe der neutralen Biegelinie konzentriert ist, so dass der Träger 43 in der gewünschten Querrichtung mit Biegradien in der Grössenordnung von einigen 10 cm gekrümmt werden kann.
  • Figur 4b zeigt eine andere Möglichkeit bei welcher der Träger in kurze Teilstücke 43 mit Anschlussflächen 44 aufgelöst ist. Die einzelnen Teilstücke sind durch flexible, nicht notwendigerweise isolierte Litzen 45 miteinander verbunden, so dass die Teilstücke 43 zueinander im nicht eingebauten Zustand annähernd rechtwinklig abgedreht werden können.
  • Figur 4c zeigt noch eine andere Möglichkeit bei welcher ein gestanzter Metallträger im Sinne eines sogenannten Leadframes vorhanden ist. Der Träger ist aufgeteilt in zwei elektrisch unabhängige lange Teilstücke 43a und 43b, die je in definiertem Wiederholungsabstand eine Anschlussfläche 44 und einen gekrümmten Leiter 45 mit mindestens nahezu quadratischem Querschnitt aufweisen. Nicht gezeigt ist, dass die beiden in Endeffekt elektrisch unabhängigen langen Teilstücke 43a und 43b zunächst in der Zone der gekrümmten Leiter 45 miteinander verbunden sind. Diese Verbindung wird nach dem Montieren der LED weggestanzt.
  • Es ist offensichtlich, dass auf diese Weise ein Gebilde entsteht, das im eingebauten Zustand in beliebigen Raumrichtungen mit Biegradien bis hinunter zu ca. 10 bis 20 cm gekrümmt werden kann.
  • Figur 5 zeigt die schematische Schrägansicht einer linearen Lichtquelle bei welcher der LED-Träger durch zwei lange Leiter ersetzt ist, zwischen denen die LED eingeklemmt sind.
  • Der lange transparente Grundkörper 51 besitzt eine Längsnut 52 beidseitig mit je einer zusätzlichen Führungsrille 52a. In diese Führungsrillen sind beidseitig spiegelsymmetrisch lange Federelemente 56 eingeklemmt. Die Federelemente 56 bestehen beispielsweise aus gut elektrisch leitender Federbronze und haben beispielsweise einen kreisrunden Durchmesser von 0.2 mm. Die Federelemente 56 sind so gestaltet, dass sie Zonen 56a aufweisen, in denen die LED 54 so eingeschnappt werden können, dass sie elektrisch kontaktiert und mechanisch gehalten werden. Zusätzlich weisen die Federelemente 56 geschwungene Zonen 56b auf, die eine Krümmung in beliebigen Raumrichtungen ermöglichen.
  • Nach der Montage der LED ist, in Fig. 5 nicht gezeigt, allenfalls die Nut mit einem optisch transparenten, dauerelastischen Material wie beispielsweise Silikon vergossen und/oder das gesamte Gebilde mit einem optisch transparenten, dünnwandigen Schrumpfschlauch umhüllt.
  • Figur 6 zeigt den schematischen Querschnitt durch eine lineare Lichtquelle mit zusätzlichem Kühl- und Stützkörper.
  • Eine lineare Lichtquelle 60, welche einer derjenigen der Figuren 1, 2, 3, 5 entspricht, ist in einen langgestreckten, vorzugsweise metallischen Körper 61 so eingebaut, dass dieser als Kühl- und Stützkörper wirkt. Für eine optimale Kühlwirkung ist der Träger und/oder die LED der Lichtquelle 60 mittels eines gut wärmeleitenden Mediums, wie beispielsweise einer Leitpaste oder eines Leitklebstoffes mit dem Kühlkörper 61 verbunden.
  • Der dargestellte Körper 61 ist mit Kühlrippen ausgestattet. Dies muss natürlich nicht der Fall sein. In einfachen Fällen kann der Körper 61 beispielsweise eine ebene Platte oder ein entsprechendes U-Profil oder ein halbes Kreisrohr sein.
  • Figuren 7a und 7b zeigen schematische Querschnitte durch lineare Lichtquellen mit einem nicht-kreisrunden Querschnitt. Auch in der Ausführungsform gemäss Fig. 7a und 7b ist weist der stabförmige optisch transparente Körper 71 eine nut-artige Aussparung auf, in welcher ein Träger 73 mit einer linearen Anordnung von gehäusten LED 74 eingebracht ist. Die Lichtquelle gemäss Figur 7a ist, wie das einer bevorzugten Ausführungsform entspricht, als Ganze konvex, so dass die äussere Hülle 75 durch einen Schrumpfschlauch gebildet sein kann. Sie ist aber nicht als Ganzes im Querschnitt kreisrund, sondern sie besitzt lediglich einen in Querschnitt kreisbogenförmigen Abschnitt, welcher als Lichtaustrittsfläche 71d fungiert und als Zylinderlinse wirkt.
  • Auch die Lichtaustrittsfläche 71d der Lichtquelle gemäss Figur 7b ist kreiszylindrisch, d.h. im Querschnitt kreisbogenförmig. Die Lichtquelle gemäss Figur 7b bzw. ihr stabförmiger optisch transparenter Körper ist hingegen nicht als Ganzes konvex. Auch eine solche Form ist möglich, wobei die äussere Hülle 85 dann nicht durch einen Schrumpfschlauch gebildet werden kann; vielmehr ist die äussere Hülle dann vorzugsweise als Beschichtung, alternativ dazu als aufgeklebte Folie vorhanden. Unzählige weitere Formen sind möglich.

Claims (14)

  1. Lichtquelle mit einer linearen Anordnung von Untergruppen von je mindestens einem lichterzeugenden Element, wobei jedes lichterzeugende Element ein Gehäuse und mindestens einen von diesem gefassten LED-Chip umfasst, sowie mit einem stabförmigen Körper aus optisch transparentem Material, der eine äussere Oberfläche mit einem im Querschnitt konvexen Abschnitt, wobei sich die lineare Anordnung entlang des stabförmigen Körpers erstreckt, so, dass der stabförmige Körper jedes Gehäuse mindestens teilweise umgibt und sich von den lichterzeugenden Elementen abgestrahltes Licht im optisch transparenten Material ausbreitet, wobei die der konvexe Abschnitt der Oberfläche als Zylinderlinse wirkt.
  2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stabförmige Körper eine sich entlang des stabförmigen Körpers erstreckende Aussparung aufweist und dass sich die lineare Anordnung in dieser Aussparung befindet, wobei die Aussparung beispielsweise als Nut vorliegt.
  3. Lichtquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der stabförmige Körper, gegebenenfalls bis auf die Nut, einen kreisrunden oder elliptischen Querschnitt aufweist.
  4. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Hülle direkt am stabförmigen Körper anliegt und bspw. als transparenter Schlauch, vorzugsweise Schrumpfschlauch vorhanden ist.
  5. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktmittel für die gemeinsame Kontaktierung der lichterzeugenden Elemente der linearen Anordnung vorhanden sind, wobei diese Kontaktmittel vorzugsweise als in einem gemeinsamen Träger (43) oder in mehreren miteinander elektrisch verbundenen Trägern integrierte leitende Elemente oder als zwei sich über mindestens einen Teil der Länge des stabförmigen Körpers erstreckende Leiter (56) ausgebildet sind.
  6. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einen Zustand bringbar ist, in welchem sie ohne Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit gekrümmt werden kann.
  7. Lichtquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale mögliche Krümmungsradius in einer Richtung höchstens 2 m, in einer Richtung senkrecht dazu vorzugsweise weniger beträgt.
  8. Lichtquelle nach Anspruch 6 oder 7 mit einem Träger zur gemeinsamen Kontaktierung einer Mehrzahl der Untergruppen von lichterzeugenden Elementen, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger zwischen ersten Zonen, an welchen die lichterzeugenden Elemente angebracht sind, zweite Zonen (45) aufweist, in denen er eine im Vergleich zu den ersten Zonen erhöhte Flexibilität bezüglich Krümmungen aufweist.
  9. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine äussere, den stabförmigen Körper und die LED umschliessende Hülle aufweist.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Lichtquelle mit folgenden Verfahrensschritten:
    - Zur-Verfügung-Stellen eines stabförmigen optisch transparenten Körpers mit einer rillenartigen Aussparung,
    - Anbringen einer linearen Anordnung von Untergruppen von je mindestens einem gehäusten LED, wobei die gehäusten LED auf mindestens einem Träger angebracht und durch diesen elektrisch kontaktiert sind, so, dass die LED in die genannte rillenartige Vertiefung hineinragen,
    - Abdecken der Anordnung der gehäusten LED mit Träger durch ein Schutzelement, beispielsweise indem das ganze entstehende Gebilde inklusive dem optisch transparenten Körper mit einer optisch transparenten Hülle umhüllt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anbringen der linearen Anordnung die rillenartige Vertiefung mindestens teilweise mit optisch transparentem, flüssigem oder plastisch deformierbarem Material gefüllt wird und dass nach dem Anbringen der linearen Anordnung dieses beispielsweise ausgehärtet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach dem Anbringen der linearen Anordnung das ganze Gebilde so gebogen wird, dass es um eine Mittelachse gekrümmt ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der stabförmige optisch transparente Körper hergestellt wird, indem ein stabförmiges Element mit einem beispielsweise kreisförmigen Querschnitt mit einer längs verlaufenden rillenartigen Vertiefung versehen wird.
  14. Verfahren zum Herstellen einer Lichtquelle mit folgenden Verfahrensschritten:
    - Zur-Verfügung-stellen eines rohr- oder schlauchartigen optisch transparenten Elements,
    - Einschieben eines Trägers mit einer darauf angebrachten, elektrisch kontaktierten linearen Anordnung von Untergruppen von je mindestens einer gehäusten LED in das optisch transparente Element,
    - Füllen des optisch transparenten Elements mit flüssigem optisch transparentem Material.
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