KRAUS, Robert (Franz-Winzinger-Weg 22, Regensburg, 93051, DE)
BERTRAM, Ralph (Am Nickelberg 1, Nittendorf, 93152, DE)
KRAUS, Robert (Franz-Winzinger-Weg 22, Regensburg, 93051, DE)
| Patentansprüche 1. Lichtkasten (1; 11; 21), aufweisend ein Gehäuse (2, 3, 4) mit einer Lichtaustrittsöffnung, wobei - in dem Gehäuse (2, 3, 4) mindestens eine Halbleiter¬ lichtquelle (5) untergebracht ist, - mindestens eine Halbleiterlichtquelle (5) zumindest teilweise auf eine Innenseite (6) einer Wand (4) des Gehäuses (2, 3, 4) strahlt, - die Innenseite (6) zumindest teilweise mit mindestens einem Leuchtstoff (7) belegt ist, - die Lichtaustrittsöffnung von einer lichtdurchlässigen Abdeckung (3) abgedeckt ist und - die Abdeckung (3) eine lichtstreuende, leucht- stofffreie Abdeckung (3) ist. 2. Lichtkasten (1; 11; 21) nach Anspruch 1, wobei eine Außenseite (8) des Gehäuses (2, 3, 4) mit einem Kühlkörper thermisch verbunden ist. 3. Lichtkasten (1; 11; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Innenseite (6) der Wand (4) des Ge¬ häuses (2, 3, 4) zumindest teilweise mit mindestens ei¬ nem Inertstreumaterial belegt ist. 4. Lichtkasten (1; 11; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (2, 3, 4,) eine zylindri¬ sche Grundform aufweist, wobei eine Höhe (h) des Gehäu¬ ses (2, 3, 4) zumindest ungefähr einem zweifachen seines Radius' (r) entspricht. 5. Lichtkasten (1; 11; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein von der mindestens einen Halblei¬ terlichtquelle (5) auf die Innenseite (6) der Wand (4) des Gehäuses (2, 3, 4) abgestrahltes Licht zum größten Teil wellenlängenumgewandelt wird. Lichtkasten (1; 11; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Halbleiterlicht¬ quelle (5) eine auf die Innenseite (6) der Wand (4) ge¬ richtete Hauptabstrahlrichtung aufweist. Lichtkasten (1; 11; 21) nach Anspruch 6, wobei die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (5) mindestens eine breit strahlende Leuchtdiode umfasst. 8. Lichtkasten (1; 11; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Innenseite (6) der Wand (4) mit mehreren unterschiedlich positionierten Leuchts toffbe- reichen (14, 15; 22, 23) mit mindestens zwei unter¬ schiedlichen Leuchtstoffen (12, 13) belegt ist. 9. Lichtkasten (1; 11; 21) nach Anspruch 8, wobei die Leuchtstoffbereiche (14, 15; 22, 23) streifenförmig an¬ geordnet sind. 10. Lichtkasten (1; 11; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Innenseite (6) der Wand (4) eine hochreflektierende Oberfläche aufweist, auf welcher der mindestens eine Leuchtstoff (7; 12; 13) aufgebracht ist. 11. Lichtkasten (1; 11; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Halbleiterlicht¬ quelle (5) eine blau leuchtende Lichtquelle aufweist und der mindestens eine Leuchtstoff (7; 12; 13) blaues Licht in gelbliches Licht umwandeln kann. 12. Lichtkasten (1; 11; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtkasten (1; 11; 21) mindestens eine Halbleiterlichtquelle (5) aufweist, welcher kein Leuchtstoff zugeordnet ist. 13. Lichtkasten (1; 11; 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die den Leuchtstoff (7; 12; 13) tragen- de Wand (4) des Gehäuses (2, 3, 4) Aluminium oder ein gezogenes Blech aufweist. 14. Verfahren zum Mischen von Licht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Aussenden von Licht mindestens einer Halbleiterlicht¬ quelle (5) auf mindestens einen Leuchtstoff (7; 12; 13) an einer Innenwand (6) eines Lichtkastens (1; 11; 21), wobei zumindest ein von dem mindestens einen Leuchtstoff (7; 12; 13) wellenlängenumgewandeltes Licht auf eine lichtdurchlässige, lichtstreuende und leuchtstofffreie Abdeckung (3) fällt; - Aussenden von Licht mindestens einer Halbleiterlicht¬ quelle (5) direkt auf die Abdeckung, so dass an der Abdeckung (3) wellenlängenumgewandeltes Licht und das von mindestens einer Halbleiterlichtquelle (5) direkt auf die Abdeckung (3) abgestrahlte Licht mittels der Abdeckung (3) gemischt werden. |
Lichtkasten und Verfahren zum Mischen von Licht Die Erfindung betrifft einen Lichtkasten (auch 'Lichtbox' genannt) , wobei der Lichtkasten ein Gehäuse mit einer Lichtaus ¬ trittsöffnung aufweist, in dem Gehäuse mindestens eine Halb ¬ leiterlichtquelle, insbesondere Leuchtdiode, untergebracht ist, die mindestens eine Halbleiterlichtquelle zumindest teilweise auf eine Innenseite einer Wand des Gehäuses strahlt, die Innenseite zumindest teilweise mit mindestens einem Leuchtstoff belegt ist und die Lichtaustrittsöffnung von einer lichtdurchlässigen Abdeckung abgedeckt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Mischen von Licht.
Bei einer Erzeugung von weißem Mischlicht aus Licht blauer LEDs und LED-nahem Leuchtstoff (welcher das blaue Licht der LEDs teilweise in gelbes oder gelb-grünes Licht umwandelt ( "blau-gelb-Konversion" ) , entsteht zusätzlich zu einer Erwär- mung des Leuchtstoffs durch eine Wärmeentwicklung an den LEDs Wärme durch Stokes-Verluste bei der Lichtumwandlung. Dies kann oberhalb von ca. 100 °C bis 150°C zu Effizienzverlusten bei der Umwandlung und zu einer Degradation des Leuchtstoffes führen .
Zudem emittiert der Leuchtstoff das wellenlängenumgewandelte bzw. konvertierte Licht zum Teil zu den LEDs zurück, was bei LED-nah aufgebrachtem Leuchtstoff zu einer starken Absorption des konvertierten Lichtes in den LEDs führt.
Das Treffen des gewünschten Zielfarborts des Mischlichts hängt bei einem Durchgang durch eine LeuchtstoffSchicht (Transmission) von einer Konzentration des Leuchtstoffs und einer Schichtdicke ab, was zu Fertigungsschwankungen im Farb- ort führt und das Problem des sog. "Binnings" (einer notwen ¬ digen Sortierung der Lichtquellen nach ihrem tatsächlichen Farbort) verursacht. Zur Verringerung einer Aufwärmung des Leuchtstoffs durch die Abwärme von LEDs kann dieser entfernt von der LEDs angeordnet werden ("Remote Phosphor"), wobei der Leuchtstoff immer noch in Transmission verwendet wird. Dazu ist eine Nutzung eines relativ großen Lichtkastens bekannt. Der Lichtkasten weist ein Gehäuse mit einer Lichtaustrittsöffnung auf, wobei in dem Gehäuse mindestens eine LED untergebracht ist, welche zumin ¬ dest teilweise auf eine Innenseite einer Wand des Gehäuses strahlt. Die Innenseite ist hochreflektierend ausgestaltet, um Rückreflexionen auf die LEDs geometrisch zu reduzieren. Die Lichtaustrittsöffnung weist den Leuchtstoff auf. Hierbei wärmt sich der Leuchtstoff aber immer noch stark auf, was die erreichbaren Lichtströme begrenzt. Zudem ist das Binning im- mer noch problematisch. Nachteilig ist ferner, dass die Lichtaustrittsfläche im ausgeschalteten Zustand aufgrund des Farbstoffs grell gelb erscheint.
Es ist auch ein Leuchtkasten bekannt, dessen Innenseite nicht hochreflektierend, sondern mit einem Leuchtstoff belegt ist. Somit ist Leuchtstoff sowohl auf der Lichtaustrittsfläche, als auch an der Innenseite des Gehäuses vorhanden. Bei dieser Variante des Lichtkastens erwärmt sich der Leuchtstoff immer noch stark, und die Lichtaustrittsfläche erscheint im ausge- schalteten Zustand ebenfalls gelb, was von einem designtechnischen Standpunkt ebenfalls nachteilig ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest zu verringern und insbeson- dere einen Lichtkasten bereitzustellen, welcher eine geringe Erwärmung des Leuchtstoffs ermöglicht, welcher ein verbessertes Aussehen aufweist und welcher eine gute Farbmischung zeigt . Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesonde ¬ re den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Lichtkasten, aufweisend ein Gehäuse mit einer Lichtaustrittsöffnung, wobei in dem Gehäuse mindestens eine Halbleiterlichtquelle untergebracht ist, mindestens eine Halbleiterlichtquelle zumindest teilwei ¬ se auf eine Innenseite einer Wand des Gehäuses strahlt, die Innenseite zumindest teilweise mit mindestens einem Leucht ¬ stoff belegt ist, die Lichtaustrittsöffnung von einer lichtdurchlässigen Abdeckung abgedeckt ist (einschließlich durch eine solche gebildet wird) und die Abdeckung eine lichtstreu ¬ ende, leuchtstofffreie Abdeckung ist. Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn die Abdeckung sich praktisch vollständig zwischen den Seitenwänden erstreckt, d.h. in der Ebene der Abdeckung praktisch keine lichtundurchlässigen Gehäuseteile des Lichtkastens angeordnet sind.
Der Leuchtstoff an dem Gehäuse kann effizient gekühlt werden, da das Gehäuse direkt an einen Kühlkörper anbindbar ist und/oder auch selbst als ein Kühlkörper wirken kann. Der ver- gleichsweise schlecht kühlbare Leuchtstoff in der Abdeckung entfällt hierbei. Daher sind auch hohe Lichtströme von über 3000 Lumen problemlos möglich. Durch das Fehlen des Leucht ¬ stoffs in der Abdeckung und auch aufgrund der lichtstreuenden Eigenschaft erscheint diese nun nicht mehr gelb. Durch die Streuwirkung der Abdeckung ist zudem eine verbesserte Farb- und Orts-Homogenisierung des austretenden Lichtstroms erreichbar. Ferner sind das Gehäuse und damit der Lichtkasten besonders kompakt bzw. klein ausgestaltbar, was unter anderem eine Lichtführung durch eine nachgeschaltete Optik, z.B. eine Linse, erleichtert.
Es ist eine Ausgestaltung, dass eine Außenseite des Gehäuses (insbesondere an einem dem mindestens einen Leuchtstoff abge ¬ wandten Bereich) mit einem Kühlkörper oder einem Gehäuse, insbesondere einer Leuchte oder Lampe, thermisch verbunden ist und/oder an seiner Außenseite mit einer Kühlstruktur (Kühlrippen, Kühlstifte oder andere Kühlvorsprüngen) versehen ist. Dadurch kann der Leuchtstoff besonders wirkungsvoll ge ¬ kühlt werden.
Die Abdeckung kann jedes geeignete lichtstreuende und licht- durchlässige Material sein, z.B. diffus streuendes Glas (z.B. Milchglas) oder ein diffus streuender Kunststoff. Die Abde ¬ ckung kann auch als eine Primäroptik angesehen werden und außer der Lichtstreufunktion eine (andere) Lichtformung erlauben. Die Abdeckung kann z.B. gleichzeitig als eine Linse aus- gestaltet sein.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Innenseite des Ge ¬ häuses zumindest teilweise mit mindestens einem Inertstreuma ¬ terial belegt ist, d.h., mit einem Material, welches für das nicht wellenlängenumgewandelte (ursprünglich von der mindes ¬ tens einen Halbleiterlichtquelle emittierte) Licht und/oder für wellenlängenumgewandeltes Licht als ein streuendes Mate ¬ rial wirkt und nicht selbst als Leuchtstoff wirkt. Dadurch kann eine Streuung eines auf die Innenwand des Lichtkastens einfallenden Lichts, insbesondere auch nicht wellenlängenumgewandelten (z.B. blauen) Lichts, so eingestellt werden, dass ein gewünschter Farbort des Mischlichts besser getroffen wird. Das Inertmaterial und der Leuchtstoff können gemischt sein und in einer gleichen Schicht auf die Innenwand aufge- bracht werden.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das Gehäuse eine zylindrische Grundform aufweist, was eine richtungshomogene Lichtabs trahlung verbessert. Alternativ sind aber auch an- dersförmige Gehäuse möglich, z.B. mit einer quaderförmigen Grundform.
Insbesondere zur präzisen Einstellung eines gewünschten Farborts, z.B. eines weißen Mischlichts, insbesondere mittels ei- ner partiellen Blau-Gelb-Konversion, kann es eine Weiterbildung sein, dass der direkt auf die Abdeckung treffende Anteil des von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle emittier- ten Lichts in etwa dem zur Einstellung des gewünschten Farborts benötigten Lichtanteil unkonvert ierten Lichts ent ¬ spricht. Dadurch kann insbesondere auf eine vergleichsweise fehlerbehaftete Einstellung eines Wellenlängenumwandlungs- grads des Leuchtstoffs an der Innenseite verzichtet werden, z.B. indem der Wellenlängenumwandlungsgrad des Leuchtstoffs (z.B. durch eine Einstellung der Leuchtstoffdichte und/oder der Schichtdicke) so gewählt wird, dass an der Innenseite praktisch eine Vollkonversion (von nahezu 100%) stattfindet. Ein Farbort des Lichtkastens mag dann insbesondere nur durch die geometrische Gestalt des Lichtkastens (Grundform, Dimen ¬ sionen usw.) erreicht werden, ggf. unter einer Berücksichti ¬ gung einer Abstrahlcharakteristik der Halbleiterlichtquelle (n) .
Insbesondere für ein weißes Mischlicht, das aus einer Blau- Gelb-Konversion erzeugt wird, beträgt ein Anteil des blauen Lichts an dem weißen Mischlicht ca. 25%. Daraus kann insbe ¬ sondere bei einer lambertschen Abstrahlcharakteristik der mindestens einen Halbleiterlichtquelle auf eine bevorzugte Höhe h des Gehäuses von mindestens tan (30°) x Radius r des Gehäuses, also h ~ 2-r, für direkt auf die Abdeckung einfal ¬ lendes blaues Licht geschlossen werden. Es ist eine bevorzug ¬ te Weiterbildung, dass eine Höhe des Gehäuses zumindest unge- fähr einem zweifachen des Radius' des Gehäuses (insbesondere bei zylindrischer Grundform, sonst z.B. auch einer Kantenlänge oder einer Länge einer Flächenhalbierenden einer Deckfläche) entspricht. Bei einem geringeren Konversions- oder Um ¬ wandlungsgrad des Leuchtstoffs mag der Lichtkasten beispiels- weise eine größere Höhe h aufweisen.
Es ist allgemein eine Ausgestaltung, dass ein von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle auf die Innenseite der Wand des Gehäuses abgestrahltes Licht zum größten Teil wellenlän- genumgewandelt wird. Dies kann insbesondere ab einer bestimm ¬ ten Schichtdicke schichtdickenunabhängig geschehen. Dadurch kann insbesondere ein Anteil des wellenlängenumgewandelten Lichts zu dem Anteil des nicht wellenlängenumgewandelten Lichts an dem Abdeckelement besonders genau eingestellt wer ¬ den. Unter einem größten Teil kann insbesondere ein Anteil von mindestens 90% verstanden werden, insbesondere eine Voll- konversion mit einer praktisch vollständigen Wellenlängenumwandlung oder Konversion.
Es ist eine für eine Erreichung eines besonders hohen Umwand ¬ lungsgrads vorteilhafte Ausgestaltung, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle eine auf die Innenwand gerichtete Hauptabstrahlrichtung aufweist ('breit strahlende Halbleiterlichtquelle'). Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle kann allgemein mindestens eine Halbleiterlichtquelle aufweisen, welche einen stärkeren seitlichen (von einer optischen Achse weiter abweichenden) Lichtstrom bzw. Intensität aufweist als ein Lambertscher Strahler. Dadurch wird ein Auftreten von Mehrfachreflexionen an der Innenwand des Gehäuses unterstützt, was wiederum den Umwandlungsgrad erhöht. Auch kann das Gehäuse dann niedriger (mit einer geringeren Höhe h) aus- gestaltet werden.
Ein Beispiel für eine breit strahlende Halbleiterlichtquelle sind die mit einer Primäroptik versehenen Leuchtdioden der Linie "Golden Dragon Argus" der Fa. Osram. Es kann daher eine vorteilhafte Weiterbildung sein, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens eine breit strahlende Leuchtdiode umfasst.
Es ist eine zur Erhöhung einer Lichtausbeute und eines Wel- lenlängenumwandlungsgrads vorteilhafte Ausgestaltung, dass die Innenseite der Wand eine hochreflektierende Oberfläche aufweist, auf welcher der mindestens eine Leuchtstoff aufge ¬ bracht ist. Dadurch wird durch die LeuchtstoffSchicht hin ¬ durchlaufendes Licht oder in Richtung der Innenseite von dem Leuchtstoff abgestrahltes Licht im Wesentlich wieder voll ¬ ständig in den Innenraum des Gehäuses zurückgeworfen. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft für dünne Leucht- stoffschichten, insbesondere solchen, bei denen ohne die reflektierende Oberfläche keine Vollkonversion auftritt, mit der reflektierenden Oberfläche hingegen schon. Die hochreflektierende Oberfläche kann mittels einer Reflexionsschicht gebildet werden (welche z.B. ein Teil eines Reflexions ¬ schichtsystems sein kann) , insbesondere einer Miro-Schicht oder eines Miro-Schichtsystems, z.B. 'Miro' oder 'Miro Sil- ver' der Fa. alanod, oder einer auf eine andere Weise hoch- reflektiv beschichteten Wand, insbesondere aus Aluminium.
Der mindestens eine Leuchtstoff kann einen oder mehrere un ¬ terschiedliche (z.B. in unterschiedliche Wellenlängen umwan ¬ delnde und/oder für unterschiedliche Wellenlängen empfindli ¬ che) Leuchtstoffe umfassen, d.h. der Begriff des mindestens einen Leuchtstoffs impliziert ausdrücklich auch die Verwendung von mehr als einem Leuchtstoff. Die Verwendung unterschiedlicher Leuchtstoffe erleichtert oder ermöglich sogar erst eine Einstellung bestimmter Farborte, z.B. von warmweißen Farborten.
Unterschiedliche Leuchtstoffe können z.B. gemischt sein (Leuchtstoffmischung) . Es ist jedoch eine für eine geringere gegenseitige Beeinflussung der Leuchtstoffe vorteilhafte Aus ¬ gestaltung, dass die Innenseite der Wand mit mehreren unter- schiedlich positionierten Leuchtstoffbereichen mit mindestens zwei unterschiedlichen Leuchtstoffen belegt ist. In anderen Worten ist auch eine geometrisch getrennt Aufbringung mehrerer Leuchtstoffe möglich. Die Innenwand ist vorteilhafterwei ¬ se vollständig mit den Leuchtstoffen belegt. Dies ist auch für nur einen Leuchtstoff vorteilhaft. Die unterschiedlichen Leuchtstoffbereiche grenzen somit vorteilhafterweise unmit ¬ telbar aneinander.
Es ist eine für eine einfache Aufbringung der Leuchtstoffe, insbesondere in einer flächendeckenden Anordnung, vorteilhafte Ausgestaltung, dass die Leuchtstoffbereiche streifenförmig angeordnet sind. Die Streifen können senkrecht oder waage- recht ausgerichtet sein. Eine mögliche winkel- oder rich ¬ tungsabhängige Farbinhomogenität kann durch schmalere Strei ¬ fen und/oder die Streuwirkung der Abdeckung nivelliert werden .
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle eine blau leuchtende Lichtquelle um- fasst und mindestens ein Leuchtstoff blaues Licht in gelbli ¬ ches (gelbes oder gelbgrünes) Licht umwandeln kann. Es sind jedoch auch andersfarbige Lichtquellen und Leuchtstoffe ein- setzbar .
Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle kann allgemein min ¬ destens eine Leuchtdiode umfassen. Das von der mindestens ei- nen Leuchtdiode abgestrahlte Licht kann ein sichtbares Licht, ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips kön- nen auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens ei ¬ ner eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollima ¬ tor und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs ) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen. Allgemein können bei einem Vorliegen mehrerer Halbleiterlichtquellen, insbesondere Leuchtdioden, diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten.
Sind in dem Gehäuse verschiedenfarbige Halbleiterlichtquellen vorhanden, kann mindestens ein Leuchtstoff bezüglich einiger oder aller Farben empfindlich bzw. aktiv sein. Alternativ weist der Lichtkasten unterschiedliche Leuchtstoffe für ver ¬ schiedenfarbige Halbleiterlichtquellen auf.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass für Halbleiterlichtquel- le (n) einer ersten Farbe mindestens ein Leuchtstoff vorgese ¬ hen ist und für Halbleiterlichtquelle (n) einer zweiten Farbe kein Leuchtstoff vorgesehen ist. In anderen Worten kann die Leuchtvorrichtung mindestens eine Halbleiterlichtquelle auf ¬ weisen, welcher kein Leuchtstoff zugeordnet ist.
Das Licht der Halbleiterlichtquelle (n) der ersten Farbe wird somit zumindest teilweise in eine andere Farbe konvertiert, während das Licht der Halbleiterlichtquelle (n) der zweiten Farbe nicht umgewandelt wird. Diese Weiterbildung ermöglicht eine besonders einfache Einstellung des gewünschten Farborts.
Insbesondere kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle, der kein Leuchtstoff zugeordnet ist, mindestens eine rot leuchtende Halbleiterlichtquelle umfassen. Dadurch kann ins- besondere bei einer blau-gelb-Konversion, bei welcher der Leuchtstoff blaues Licht in ein gelb-grünes Licht umwandelt, der Farbort in Richtung weiß oder warm-weiß verschoben werden, ohne dass es (wie z.B. bei einer zusätzlichen Verwendung eines blau in rot umwandelnden Leuchtstoffs) zu Lichtverlus- ten kommt. Der Lichtkasten weist somit zumindest eine blaue Halbleiterlichtquelle und mindestens eine rote Halbleiter ¬ lichtquelle auf, sowie eine Leuchtstoff, welcher auf das von der blauen Halbleiterlichtquelle emittierte blaue Licht, aber nicht auf das von der roten Halbleiterlichtquelle emittierte rote Licht reagiert. An der Abdeckung bzw. Lichtaustrittsflä ¬ che werden also blaues Primärlicht, gelb-grünes Konversions ¬ licht und rotes Primärlicht gemischt, so dass sich insgesamt ein weißes, insbesondere warm-weißes, Mischlicht ergibt. Es ist beispielsweise aber auch möglich, mindestens eine blaue Halbleiterlichtquelle mit einem blaues in gelbes oder gelb ¬ grünes Licht umwandelnden Leuchtstoff und mit einem blaues in rotes Licht umwandelnden Leuchtstoff zu verwenden, wobei die Leuchtstoffe insbesondere räumlich getrennt angeordnet sein können .
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die den Leuchtstoff tra- gende Wand des Gehäuses Aluminium oder ein gebogenes Blech aufweist. Dadurch wird eine gut wärmeleitende Wand bei ver ¬ gleichsweise geringen Kosten und mit einem geringen Gewicht bereitgestellt . Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Mischen von Licht, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:
- (Insbesondere anteiliges) Aussenden von Licht mindestens einer Halbleiterlichtquelle auf mindestens einen Leucht- Stoff an einer Innenwand eines Lichtkastens, wobei zumin ¬ dest ein von dem Leuchtstoff wellenlängenumgewandeltes Licht auf eine lichtdurchlässige lichtstreuende und leuchtstofffreie Abdeckung fällt (dabei kann es eine Vari ¬ ante sein, dass ein Teil des auf den Leuchtstoff auftref- fenden Lichts nicht wellenlängenumgewandelt wird) ;
- Aussenden von Licht mindestens einer Halbleiterlichtquelle (z.B. auch einer Halbleiterlichtquelle, der kein Leucht ¬ stoff zugeordnet ist) direkt auf die Abdeckung, so dass an der Abdeckung wellenlängenumgewandeltes Licht und das von mindestens einer Halbleiterlichtquelle direkt auf die Ab ¬ deckung abgestrahlte Licht mittels der Abdeckung gemischt werden (wobei die Abdeckung selbst keine Wellenlängenumwandlung vornimmt) . Das Verfahren ergibt die gleichen Vorteile wie die der Licht ¬ kastens und kann auch analog ausgestaltet werden.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Ele ¬ mente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein. Fig.l zeigt in Ansicht von schräg seitlich einen Licht ¬ kasten;
Fig.2 zeigt in Ansicht von schräg seitlich einen seitlich geöffneten Lichtkasten gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig.3 zeigt eine Auftragung eines Reflektionsgrads gegen eine Schichtdicke eines Leuchtstoffs für einen blau-gelb-konvertierenden Leuchtstoff;
Fig.3 zeigt in Ansicht von schräg seitlich einen seitlich geöffneten Lichtkasten gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
Fig.4 zeigt in Ansicht von schräg seitlich einen seitlich geöffneten Lichtkasten gemäß einer dritten Ausführungsform.
Fig.l zeigt in Ansicht von schräg seitlich einen Lichtkasten
1. Fig.2 zeigt den Lichtkasten 1 seitlich geöffnet. Der
Lichtkasten 1 weist eine zylinderartige Grundform mit einer unteren Deckseite 2, eine oberen Deckseite, welche als eine lichtdurchlässige Abdeckung 3 dient, und eine als Seitenwand dienende umlaufenden Mantelfläche 4 auf, welche das Gehäuse
2, 3, 4 bilden. Die untere Deckseite 2 dient als ein Träger für mindestens eine Halbleiterlichtquelle in Form von Leucht ¬ dioden 5. Der Träger kann z.B. eine Leiterplatte oder ein Submount sein. An einer Innenseite 6 der Mantelfläche 4 ist flächendeckend ein Leuchtstoff 7 aufgebracht. Die Abdeckung 3 ist lichtdurchlässig, lichtstreuend und leuchtstofffrei .
Von den Leuchtdioden 5 abgestrahltes Licht trifft teilweise direkt auf die Abdeckung 3 auf und teilweise auf die Innen ¬ seite 6. Auf der Innenseite 6 kann das von den Leuchtdioden 5 abgestrahlte Licht ganz oder teilweise in ein wellenlängenumgewandeltes Licht konvertiert und wieder abgestrahlt werden, letztendlich (verlustbehaftet) ebenfalls zu der Abdeckung 3. An der Abdeckung 3 wird somit Licht der ursprünglich Farbe (der Leuchtdioden 5) mit dem wellenlängenumgewandelten Licht gemischt und nach außen abgegeben. Dadurch, dass die Abde- ckung 3 selbst keinen Leuchtstoff enthält oder damit belegt ist, erwärmt sich die Abdeckung nicht durch Stokes-Verluste bei der Wellenlängenumwandlung. Eine Wärme an dem Leuchtstoff 7 kann über eine Außenseite 8 der Mantelfläche abgeführt wer- den. Die Außenseite 8 kann dabei als eine Kühlfläche dienen und dazu ggf. eine Kühlstrukur aufweisen und/oder mit einem Kühlkörper (o.Abb.) verbunden sein. Es kommt hier folglich nicht zu einer Abnahme der Umwandlungseffizienz oder zu einer Degradation des Leuchtstoffs.
Durch eine Dicke und/oder eine Konzentration des schichtartig auf die Innenseite 6 aufgebrachten Leuchtstoffs 7 kann ein Konversionsgrad (Anteil von wellenumgewandeltem Licht zu nicht wellenlängenumgewandeltem Licht für auf den Leuchtstoff 7 auftreffendes Licht) eingestellt werden. Dazu zeigt Fig.3 eine Auftragung eines Reflektionsgrads R in % gegen eine Schichtdicke d des Leuchtstoffs 7 in μιη zwischen 10 μιη und 200 μιη für einen blau-gelb-konvertierenden Leuchtstoff 7 in einer Konzentration von 50%. Die Innenseite 6 ist hochreflek- tierend mit einem Reflexionsgrad von 95% ausgestaltet, so dass sie kaum absorbierend wirkt.
Kurve Kl zeigt beispielhaft die Reflexion von blauem (remit ¬ tiertem) Licht einer blauen (blaue Farbe emittierenden) Leuchtdiode mit einer lambertartigen Abstrahlcharakteristik an dem Leuchtstoff 7, also von auf die LeuchtstoffSchicht 7 auftreffendem blauen Licht, das ohne eine Wellenlängenumwand ¬ lung wieder reflektiert („remittiert") worden ist. Kurve K2 zeigt die Reflexion von wellenlängenumgewandeltem Licht der blauen Leuchtdiode mit einer lambertartigen Abstrahlcharakte ¬ ristik an dem Leuchtstoff 7, also von auf die Leuchtstoff ¬ schicht 7 auftreffendem blauen Licht, das wellenlängenumge ¬ wandelt und wieder rückgestrahlt worden ist. Aufgrund der Stokes-Verluste von ca. 25% der Energie, welche in Wärme um- gewandelt wird, addieren sich die beiden Kurven Kl, K2 , welche sich jeweils auf die Energie des eingestrahlten Lichtes beziehen, nicht auf 100% auf, sondern nur auf ca. 75%. Die Kurven Kl und K2 zeigen, dass mit größerer Schichtdicke d der Umwandlungsgrad (ausgedrückt hier durch das Verhältnis der Reflexion des wellenlängenumgewandelten Lichts gegenüber der Reflexion des nicht wellenlängenumgewandelten Lichts) des Leuchtstoffs 7 steigt, bis ab einer Schichtdicke d von ca. 100 μιη der Umwandlungsgrad im Wesentlichen konstant bleibt. Um also den maximalen Umwandlungsgrad für die vorliegende Konfiguration sicher einstellen zu können, braucht nur die Schichtdicke d so groß eingestellt zu werden, dass sie unter Berücksichtigung üblicher Herstellungstoleranzen oberhalb der dazu notwendigen minimalen Schichtdicke bleibt. Der Umwand ¬ lungsgrad lässt sich z.B. durch eine erhöhte Konzentration des Leuchtstoffs weiter erhöhen. Ebenfalls lässt sich die Re- mission von blauem Licht durch Zugabe von Inertstreuern (z.B. Körnchen von Glas oder undotiertem Granat) definiert erhöhen. Damit kann der Farbort des konvertierten Lichtes rein durch die chemisch-physikalische Zusammensetzung des Leuchtstoffes, aber unabhängig von der Schichtdicke, eingestellt werden.
Die Kurven K3 und K4 zeigen zu den Kurven Kl bzw. K2 analoge Abhängigkeiten, jedoch nun für Leuchtdioden in Form einer breit strahlenden Leuchtdiode, welche einen größeren Anteil ihres Lichts auf den Leuchtstoff 7 strahlt und dazu eine seitlich ausgeprägtere Abstrahlcharakteristik aufweist, z.B. eine Leuchtdiode vom Typ "Golden Dragon Argus" der Fa. Osram. Zumindest ab einer Schichtdicke d von ca. 30 μιη ist der Um ¬ wandlungsgrad höher als für lambertsch strahlende Leuchtdio ¬ den. Auch wird ein Auftreten von Mehrfachreflexionen ver- stärkt.
Nun wieder bezüglich Fig.l und Fig.2 kann bei einer Vollkonversion, bei der auf den Leuchtstoff 7 auftreffendes primäres (hier: blaues) Licht nahezu vollständig (hier: in gelbes oder gelbgrünes Licht) wellenlängenumgewandelt wird, der Farbort des Mischlichts besonders einfach durch eine Höhe h der Man ¬ telfläche 4 (genauer: des senkrechten Abstands zwischen einer Emissionsfläche der Leuchtdioden 5 und der Abdeckung 3) eingestellt werden. Dazu wird der Anteil des direkt von den Leuchtdioden 5 auf die Abdeckung 3 strahlenden Lichts so eingestellt, dass er dem gewünschten Anteil des Mischlichts ent- spricht. Bei bekannter Abstrahlcharakteristik der Leuchtdiode (n) 5 kann so die Höhe h entsprechend bestimmt werden. Bei einem Lambertschen Strahler beträgt diese Höhe h beispiels ¬ weise in etwa einem Doppelten eines Radius r (ansetzend an der Längsachse L) der unteren Deckseite 2, insbesondere bei einer Annahme einer weitflächigen Anordnung der Leuchtdioden.
Die Leuchtdioden können mindestens eine Leuchtdiode aufwei ¬ sen, welcher kein Leuchtstoff 7 zugeordnet ist, deren Licht somit durch den Leuchtstoff 7 nicht wellenlängenumgewandelt wird. Das Licht einer solchen Leuchtdiode (z.B. mindestens einer roten Leuchtdiode) kann insbesondere zur Verschiebung des Farborts des aus der Konversion stammenden Mischlichts verwendet werden. Fig.4 zeigt in Ansicht von schräg seitlich einen seitlich geöffneten Lichtkasten 11 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Lichtkasten 11 gleicht dem Lichtkasten 1, außer dass nun zwei unterschiedliche Leuchtstoffe 12, 13 vorhanden sind, welche räumlich getrennt in senkrecht ausgerichteten Streifen 14, 15 angeordnet sind, wobei die unterschiedlichen Streifen 14, 15 alternierend angeordnet sind. Dadurch kann eine gegen ¬ seitige Beeinflussung der Leuchtstoffe 12, 13 im Wesentlichen verhindert werden. Die Abdeckung 3 kann eine winkelabhängige Farbinhomogenisierung unterdrücken. Dazu kann auch eine Brei- te der Streifen verringert werden.
Die Leuchtstoffe 12, 13 können auf die gleichen Leuchtdioden oder auf Leuchtdioden unterschiedlicher Farbe ansprechen. Beispielsweise können die Leuchtdioden blaue Leuchtdioden sein, und die beiden Leuchtstoffe 12, 13 können blaues Licht in gelb-grünes Licht umwandeln (z.B. Leuchtstoff 12) bzw. in rotes Licht (z.B. Leuchtstoff 13) . Dadurch kann insbesondere ein warm-weißer Farbton getroffen werden. Ein Verhältnis des Umwandlungsgrads der beiden Leuchtstoffe 12, 13 in Bezug auf das Mischlicht kann beispielsweise über eine Konzentration, Dicke und/oder Breite bzw. Breitenverhältnis der Streifen 12, 13 eingestellt werden. Alternativ können Leuchtdioden unterschiedlicher Farbe verwendet werden, welchen ein jeweiliger Leuchtstoff zugeordnet ist, der nur Licht einer Art von Leuchtdiode umwandelt. Fig.5 zeigt in Ansicht von schräg seitlich einen seitlich ge ¬ öffneten Lichtkasten 21 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Lichtkasten 11 gleicht dem Lichtkasten 21, außer dass die unterschiedlichen Leuchtstoffe 12, 13 nun in waagerecht aus ¬ gerichteten Streifen 22, 23 angeordnet sind.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Bezugs zeichenliste
1 Lichtkasten
2 untere Deckseite
3 Abdeckung
4 Mantelfläche
5 Leuchtdiode
6 Innenseite der Mantelfläche
7 Leuchtstoff
8 Außenseite der Mantelfläche
11 Lichtkasten
12 Leuchtstoff
13 Leuchtstoff
14 Streifen
15 Streifen
21 Lichtkasten
22 Streifen
23 Streifen
d Schichtdicke
h Höhe
K Kurve
L Längsachse
r Radius
R Reflektionsgrad