Beschreibung

Leuchtdioden-Modul

Die Erfindung betrifft ein Leuchtdioden-Modul gemäß Patentanspruch 1.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2007 043 192.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Leuchtdioden-Module sind beispielsweise aus der Druckschrift WO 2006/045545 Al bekannt. Diese Module enthalten ein Array von Lichtquellen und ein Mikrolinsenarray, die in einem bestimmten Muster angeordnet sind, wobei jeweils einer Linse eine Lichtquelle zugeordnet ist.

Dieses Modul hat den Nachteil, dass durch die Zuordnung einer Lichtquelle zu jeweils einer Linse weißes Licht mit einer inhomogenen Lichtverteilung abgestrahlt wird, und dass das Modul keine gute Farbmischung im Fernfeld besitzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leuchtdioden- Modul mit einer verbessert homogenen, weißen Lichtverteilung und mit einer verbesserten Farbmischung der von dem Leuchtdioden-Modul emittierten weißen Strahlung im Fernfeld anzugeben .

Diese Aufgabe wird durch ein Leuchtdioden-Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen des Moduls sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Leuchtdioden-Modul ein Linsenarray mit mehreren Linsen enthält, wobei jede Linse rotationssymmetrisch um jeweils eine optische Achse ausgebildet ist. Jede Linse weist eine konkave Eintrittsfläche und eine konvexe Austrittsfläche auf. Vor jeder Linse sind mindestens drei Leuchtdioden angeordnet, wobei jeweils eine Leuchtdiode Strahlung im roten Spektralbereich, eine Leuchtdiode Strahlung im grünen Spektralbereich und eine Leuchtdiode Strahlung im blauen Spektralbereich emittiert ("RGB-LEDs") .

Es ist auch möglich, zusätzlich zu den Leuchtdioden im roten, im grünen und im blauen Spektralbereich eine oder mehrere weitere Leuchtdioden mit unterschiedlichen Farbabstrahlcharakteristiken anzuordnen, um insbesondere gezielt einen gewünschten Farbort des Leuchtdioden-Moduls einstellen zu können.

Der „Farbort" definiert im Sinne der Erfindung die Zahlenwerte, die die Farbe des emittierten Lichts des Leuchtdioden-Moduls in der CIE-Normfarbtafel beschreiben.

Durch die spezielle Form der Linse, die sich durch die konkave Eintrittsfläche und die konvexe Austrittsfläche auszeichnet, in Kombination mit den mindestens drei Leuchtdioden, die vor jeder Linse angeordnet sind, und die Strahlung im roten Spektralbereich, Strahlung im grünen Spektralbereich und Strahlung im blauen Spektralbereich emittieren, wird eine verbesserte Effizienz und eine gleichmäßige Farbmischung und Helligkeit im Fernfeld erzielt. Des Weiteren ist das Modul kostengünstig herstellbar.

Durch die konkave Eintrittsfläche der Linse ist es möglich, dass die Eintrittsfläche die Leuchtdioden bevorzugt fast vollständig umschließt. Dadurch wird ein breiter Winkelbereich der von den Leuchtdioden emittierten Strahlung von den Linsen, und somit von dem Linsenarray, erfasst. Bevorzugt wird ein Winkelbereich zwischen 150° und 180°, beispielsweise im Winkelbereich von 170°, von der Linse erfasst. Hierzu sind die Leuchtdioden vorzugsweise möglichst nah an der Eintrittsfläche der Linse angeordnet, wobei sich die Leuchtdioden möglichst gleichmäßig um eine optische Achse der Linse gruppieren. Bei einer solchen Anordnung wirkt die konkave Eintrittsfläche kollimierend und trägt zur Bündelung der Strahlung bei .

Bevorzugt ist zwischen den Leuchtdioden und den Linseneintrittsflächen ein Abstand vorhanden, der vorzugsweise Luft enthält. Der Luftspalt zwischen den Leuchtdioden und der j eweiligen Linse verringert vorteilhaft die Wärmeübertragung von den Leuchtdioden auf die Linse . Das Linsenarray erfährt daher keine so hohen Temperaturen wie Linsenarrays in herkömmlichen Modulen, womit sich vorzugsweise eine größere Materialauswahl für das Linsenarray ergibt. Bevorzugt weist das Linsenarray einen Kunststoff auf. Des Weiteren lassen sich durch den Luftspalt Strahlungs- Hotspots weitgehend vermeiden.

Besonders bevorzugt weist das Linsenarray einen transparenten Thermoplast auf, vorzugsweise Polycarbonat, PMMA oder Polyimid (PI) . Alternativ kann das Linsenarray Silikon oder eine Silikon-Thermoplastverbindung enthalten.

Mit Vorteil weisen die Linsen des Linsenarrays eine lichtstreuende Struktur auf den Austrittsflächen auf . Durch

die streuenden Austrittsflächen erfolgt eine Homogenisierung der Strahlung am Rand der Linsen, wodurch sich insgesamt eine verbesserte Homogenisierung der von dem Leuchtdioden-Modul emittierten Strahlung im Nah- und Fernfeld ergibt.

Gemäß zumindest einer weiteren Ausgestaltung enthält das Linsenarray genau sechs Linsen. Die sechs Linsen sind rotationssymmetrisch zueinander angeordnet. Durch die spezielle Anordnung der Linsen kann weiterhin vorzugsweise eine verbesserte Farbmischung im Fernfeld erreicht werden.

Bevorzugt sind vor jeder Linse genau vier Leuchtdioden, die zueinander rotationssymmetrisch angeordnet sind, angeordnet, wobei jeweils eine Leuchtdiode Strahlung im roten Spektralbereich, zwei Leuchtdioden Strahlung im grünen Spektralbereich und eine Leuchtdiode Strahlung im blauen Spektralbereich emittieren ("RGGB-LEDs") . Die vier Leuchtdioden liegen dabei auf Eckpunkten eines imaginären Rechtecks, bevorzugt eines imaginären Quadrats. Durch die rotationssymmetrische Anordnung der Leuchtdioden in Kombination mit dem speziell ausgebildeten vorgeordneten Linsenarray verbessert sich die Farbmischung im Fernfeld weiter. Inhomogenitäten der emittierten Strahlung des Moduls, die durch die spezielle Form der Linsen, jedoch ohne die spezielle rotationssymmetrische Anordnung der Leuchtdioden entstehen würden, werden durch die spezielle Anordnung der Leuchtdioden kompensiert.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich die Linsen zumindest teilweise durchdringen. Das bedeutet, dass sich die Linsen des Linsenarrays bevorzugt zumindest teilweise überlappen.

Besonders bevorzugt ist das Linsenarray einstückig ausgebildet. Das bedeutet, dass das Linsenarray ein zusammenhängendes, einstückiges Bauelement darstellt. Das hat den Vorteil, dass bei der Herstellung des Moduls mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden genau ein zusammenhängendes und einstückig ausgebildetes Linsenarray hergestellt werden kann. Dadurch können sich vorteilhaft die Produktionszeit und Produktionskosten erniedrigen. Des Weiteren erhöht sich die Stabilität des Linsenarrays und es erleichtert sich die Herstellung des Linsenarrays mittels eines Spritzgießverfahrens .

Zumindest eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Linsen jeweils die Strahlung der jeweils vor der Linse angeordneten Leuchtdioden derart bündeln, dass eine Winkelverteilung der Strahlung nach dem Durchgang der Linse eine volle Halbwertsbreite von weniger als 80° aufweist. Nach dem Durchgang durch die Linse ist die Strahlung also vorteilhaft im Wesentlichen in einen Winkelbereich von +/-40 Grad um eine optische Achse der Linse konzentriert. Diese Bündelung der Strahlung kommt durch die spezielle Form der Linsen, die eine konkave Eintrittsfläche und eine konvexe Austrittsfläche aufweisen, in Kombination mit der rotationssymmetrischen Anordnung der Leuchtdioden zustande. Die Bündelung der Strahlung verbessert die Farbmischung der Strahlung im Fernfeld. Inhomogenitäten der Strahlung des Leuchtdioden-Moduls werden vorteilhafterweise dadurch weitgehend kompensiert .

Bevorzugt sind die Eintrittsflächen und die Austrittsflächen der Linsen asphärisch ausgebildet. Durch eine solche Form der Linse hat man die Möglichkeit, Abbildungsfehler zu korrigieren, da die Eintrittsflächen und die Austrittsflächen

der Linsen frei wählbar sind. Vorzugsweise lässt sich die sphärische Aberration korrigieren.

Durch die voneinander unabhängig ausgebildeten asphärischen Eintrittsflächen und Austrittsflächen kann ein bestimmter Eintrittswinkel der von den Leuchtdioden emittierten Strahlung auf einen bestimmten Austrittswinkel abgebildet werden. Das bedeutet, dass Strahlung, die im Bereich der optischen Achse von der Leuchtdiode unter einem Austrittswinkel abgestrahlt wird, der gegenüber der optischen Achse gemessen wird,- durch Brechung an der asphärisch ausgebildeten Eintrittsfläche und der von der Eintrittsfläche unabhängig asphärisch ausgebildeten Austrittsfläche derart umgelenkt wird, dass die Strahlung einen vorbestimmten Austrittswinkel gegenüber der optischen Achse aufweist. Dadurch kann ein vorbestimmter Austrittswinkel der Strahlung aus der Linse, somit eine vorbestimmte Winkelverteilung der Strahlung nach Durchgang durch die Linse und folglich weitgehend eine vorbestimmte Bündelung der Strahlung nach Durchgang durch die Linse stattfinden.

Des Weiteren können mit Vorteil Strukturen und Strahlungs- HotSpots der Leuchtdioden weitgehend durch das nachgeordnete Linsenarray beseitigt werden, so dass die emittierte Strahlung des Leuchtdioden-Moduls eine gleichmäßige Lichtverteilung besitzt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist dem Linsenarray eine Fresnel-Linse nachgeordnet. Das Linsenarray bündelt bevorzugt die von den Leuchtdioden emittierte Strahlung derart, dass eine Winkelverteilung der Strahlung nach Durchgang durch das Linsenarray eine volle Halbwertsbreite von weniger als 80° aufweist. Die Fresnel-

Linse bündelt die bereits durch das Linsenarray gebündelte Strahlung weiter in einen kleineren Winkelbereich. Durch die weitere Bündelung der Strahlung in einen kleineren Winkelbereich können in Kombination mit der speziellen symmetrischen Anordnung der Leuchtdioden Inhomogenitäten der Strahlung des Leuchtdioden-Moduls vorteilhaft weiter kompensiert werden. Die Farbmischung im Fernfeld verbessert sich vorzugsweise weiter. Des Weiteren ermöglicht sich eine enge Winkelverteilung der emittierten Strahlung des Leuchtdioden-Moduls bei hoher Effizienz.

Bevorzugt weist die Fresnel-Linse eine Austrittsseite auf, auf die AuskoppelStrukturen aufgebracht sind. Dadurch verbessern sich die Auskoppeleigenschaften der Fresnel-Linse vorteilhaft, wodurch weiter die Homogenität der Strahlung und eine gute Farbmischung der Strahlung im Fernfeld des Leuchtdioden-Moduls erzielt werden kann.

Gemäß zumindest einer Ausgestaltung des Leuchtdioden-Moduls ist der Fresnel-Linse ein Wabenkondensor nachgeordnet. Dieser Wabenkondensor weist bevorzugt Eintrittslinsen und Austrittslinsen auf. Der Wabenkondensor sorgt für eine gute Färb- und Helligkeitshomogenität des Leuchtdioden-Moduls im Fernfeld und für ein Ausbleiben von Farbschatten.

Eine Anordnung der Leuchtdioden in Kombination mit dem Linsenarray und der Fresnel-Linse sorgt zwar für eine gute Färb- und Helligkeitshomogenität des Moduls im Fernfeld, allerdings können Farbschatten auftreten. Eine solche Anordnung kann für spezielle Anwendungen erwünscht sein, wie zum Beispiel bei Partybeleuchtungen. Durch die zusätzliche Anordnung eines Wabenkondensors dagegen werden diese Farbschatten kompensiert und treten somit nicht auf . Eine

solche Anordnung ist beispielsweise bei

Hintergrundbeleuchtungen oder als Scheinwerferbeleuchtung anwendbar .

Bevorzugt sind die Austrittslinsen des Wabenkondensors im Brennpunkt der Eintrittslinsen angeordnet. Besonders bevorzugt weisen die Eintrittslinsen eine größere Krümmung als die Austrittslinsen auf. Dadurch werden eine verbesserte Färb- und Helligkeitshomogenität im Fernfeld und das Ausbleiben von Farbschatten erreicht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Eintrittslinsen und die Austrittslinsen des Wabenkondensors jeweils optische Achsen auf, wobei die optischen Achsen der Eintrittslinsen gegenüber den optischen Achsen der Austrittslinsen bevorzugt lateral verschoben sind. Dadurch verbessert sich die Homogenität der Strahlung des Leuchtdioden-Moduls weiter vorteilhaft.

Bevorzugt sind die Austrittslinsen im Brennpunkt der Eintrittslinsen angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Austrittslinsen in Richtung der Eintrittslinsen hin verschoben. Dadurch ergibt sich eine Unscharfe der Abbildung ins Fernfeld, wodurch vorteilhafterweise eine gute Färb- und Helligkeitshomogenität des Leuchtdioden-Moduls im Fernfeld und das Ausbleiben von Farbschatten erzielt werden kann.

Mit Vorteil sind die Fresnel-Linse und der nachfolgend angeordnete Wabenkondensor zylinderförmig ausgebildet. Der Durchmesser der Fresnel-Linse und des Wabenkondensors beträgt bevorzugt zwischen 40 mm und 120 mm, besonders bevorzugt 50 mm.

Bei zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdioden-Moduls ist mittig zwischen den mindestens vier Linsen ein Sensor angeordnet. Der Sensor ermittelt Werte für die Helligkeit und den Farbort der Strahlung, die auf die Fresnel-Linse trifft. Die Leuchtdioden können beispielsweise einzeln ansteuerbar sein. Jede Leuchtdiode kann somit unabhängig von den anderen Leuchtdioden des Moduls bestromt werden. Alternativ ist es möglich, dass die Leuchtdioden in Gruppen von mehreren Leuchtdioden angeordnet sind, die beispielsweise in Reihe zueinander geschaltet und so ausschließlich gemeinsam ansteuerbar sind. Durch den von dem Sensor ermittelten Wert für die Helligkeit und den Farbort des Leuchtdioden-Moduls kann der Strom durch bestimmte Leuchtdioden so gesteuert werden, dass das Leuchtdioden-Modul Strahlung eines bestimmten Farborts emittiert.

Unter Verwendung eines integrierten Sensors in dem Leuchtdioden-Modul ist es nun möglich, den Strom durch einzelne Leuchtdioden des Moduls in Abhängigkeit von den Werten für Helligkeit und Farbort der Leuchtdioden derart zu steuern, dass sich eine exakte, reproduzierbare Einstellung des Farborts ergibt. Befindet sich zum Beispiel eine Leuchtdiode geringerer Helligkeit auf dem Leuchtdioden-Modul, kann diese Leuchtdiode stärker als andere Leuchtdioden des Moduls bestromt werden. Ist der Farbort einer ersten Leuchtdiode zum Farbort einer zweiten Leuchtdiode hin verschoben, so kann die Stromstärke durch die zweite Leuchtdiode reduziert werden.

Vorteilhaft kann das Linsenarray mit geringem

Herstellungsaufwand aus einem Kunststoff, beispielsweise PMMA oder Polycarbonat , im Spritzgießverfahren hergestellt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Leuchtdioden auf einem Substrat angeordnet, auf dem das Linsenarray aufgebracht ist. Das Substrat enthält bevorzugt Al oder Cu. Alternativ kann das Substrat als spritzgegossener Schaltungsträger (Moulded Interconnect Devices, MID), als DBC-Substrat (Direct Bond Copper) oder als Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) ausgebildet sein.

Bevorzugt sind die Leuchtdioden oberflächenmontierbar ausgebildet. Oberflächenmontierbare Bauteile zeichnen sich durch eine besonders einfache Handhabbarkeit, insbesondere bei der Montage auf der Trägerplatte, bevorzugt bei der Montage auf einer Leiterplatte aus. Sie können beispielsweise mittels eines automatischen Bestückungsverfahrens (Pick and Place-Prozesses) auf einer Leiterplatte positioniert und nachfolgend elektrisch und/oder thermisch angeschlossen werden.

Das Linsenarray kann bevorzugt durch Kleben, Heißverstemmen oder Schnapphaken auf dem Substrat aufgebracht und befestigt sein. Alternativ ist eine Kombination der Montagetechniken möglich.

Bevorzugt ist die Fresnel-Linse mit nachgeordnetem Wabenkondensor in einem Abstand zwischen 20 mm und 100 mm von dem Substrat angeordnet . Besonders bevorzugt beträgt der Abstand zwischen Substrat und Fresnel-Linse mit nachgeordnetem Wabenkondensor 27 mm.

Bevorzugt weist das Substrat Vertiefungen auf, in denen die Leuchtdioden angeordnet sind. Besonders bevorzugt dienen die Vertiefungen als Reflektor für die von den Leuchtdioden emittierte Strahlung. Durch die Vertiefungen, die bevorzugt

als Reflektor dienen, kann vorteilhafterweise die Effizienz des Leuchtdioden-Moduls erhöht werden.

Die Leuchtdioden können jeweils einzeln in einer Vertiefung des Substrats angeordnet sein. Dabei wird vorteilhafterweise nur ein geringer Bruchteil der von einer Leuchtdiode emittierten Strahlung von den anderen Leuchtdioden absorbiert. Ein solches Leuchtdioden-Modul zeichnet sich daher im Wesentlichen durch eine verbesserte Lichtleistung aus. Alternativ können die Leuchtdioden, die vor jeweils einer Linse angeordnet sind, gemeinsam in einer Vertiefung des Substrats angeordnet sein.

Besonders bevorzugt ist der Abstand zwischen den Leuchtdioden und den Eintrittsflächen der Linsen des Linsenarrays kleiner als die Brennweite der Linsen. Dadurch, dass die Leuchtdioden nicht in den Brennpunkten der einzelnen Linsen, sondern möglichst nahe an den Linsen angeordnet sind, wirkt die konkave Eintrittsfläche der Linsen kollimierend beziehungsweise bündelnd auf die jeweilige Strahlung der einzelnen Leuchtdioden. Die nahe Anordnung der Leuchtdiόden an den Linsen hat den Vorteil, dass Strukturen und Farbverläufe der Leuchtdioden für einen Betrachter nicht wahrnehmbar sind. Dadurch erhält man eine homogene Lichtverteilung der emittierten Strahlung im Farbortbereich von weißem Licht.

Des Weiteren kann durch die nahe Anordnung der Leuchtdioden an die Linse in Kombination mit der konkave Eintrittsfläche der Linse im Vergleich zu einer konvexen oder planaren Eintrittsfläche wesentlich mehr Strahlung der einzelnen Leuchtdioden erfasst werden, wodurch sich die Effizienz des Leuchtdioden-Moduls vorteilhaft verbessert.

Die Leuchtdioden umfassen eine aktive Schichtenfolge, die bevorzugt einen pn-übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf oder besonders bevorzugt eine Mehrfach- Quantentopfstruktur (MQW) zur Strahlungserzeugung aufweist. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung insbesondere jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss ( "confinement" ) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren können. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit u.a. Quantentröge , Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.

Die Leuchtdioden sind mit besonderem Vorteil Dünnfilm- Leuchtdiodenchips . Als Dünnfilm-Leuchtdiodenchip wird im Rahmen der Anmeldung ein LED-Chip angesehen, während dessen Herstellung das Aufwachssubstrat, auf dem eine Schichtenfolge für den LED-Chip, beispielsweise epitaktisch, aufgewachsen wurde, gedünnt oder, insbesondere vollständig, abgelöst ist.

Ein Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist beispielsweise in I. Schnitzer et al . , Appl . Phys . Lett . 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip ist in guter Näherung ein Lambert " scher Oberflächenstrahler und eignet sich von daher besonders gut für die Anwendung in einem Scheinwerfer.

Weitere Merkmale, Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Zweckmäßigkeiten des Leuchtdioden-Moduls ergeben sich aus den

im Folgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Figur 1 einen schematischen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leuchtdioden- Moduls,

Figur 2 einen schematischen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leuchtdioden- Moduls,

Figur 3 eine schematische Seitenansicht auf ein erfindungsgemäßes Leuchtdioden-Modul gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ,

Figur 4 eine schematische Ansicht des dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leuchtdioden- Moduls von unten,

Figur 5 einen schematischen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leuchtdioden- Moduls, und

Figur 6 eine schematische Seitenansicht auf das erfindungsgemäße Leuchtdioden-Modul gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel .

Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargstellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht notwendigerweise als maßstabsgerecht anzusehen.

Das in Figur 1 dargestellte Leuchtdioden-Modul weist ein Linsenarray aus zwei Linsen 2 auf, wobei jede Linse 2 rotationssymmetrisch um jeweils eine optische Achse 3 ausgebildet ist. Jede Linse 2 weist eine konkave Eintrittsfläche 9 und eine konvexe Austrittsfläche 10 auf. Vor jeder Linse 2 sind jeweils drei Leuchtdioden 1 angeordnet, wobei die Leuchtdioden 1 um die optische Achse 3 rotationssymmetrisch angeordnet sind (in Figur 1 sind nur zwei der drei Leuchtdioden 1 dargestellt) . Eine der Leuchtdioden 1 emittiert Strahlung im roten Spektralbereich, eine Leuchtdiode 1 emittiert Strahlung im grünen Spektralbereich und eine Leuchtdiode 1 emittiert Strahlung im blauen Spektralbereich ("RGB-LEDs") .

Die konkave Eintrittsfläche 9 umschließt die Leuchtdioden 1 bevorzugt fast vollständig. Dadurch wird ein breiter Winkelbereich der von den Leuchtdioden 1 emittierten Strahlung von der Linse 2 und somit von dem Linsenarray erfasst. Hierzu sind die Leuchtdioden 1 vorzugsweise möglichst nah an der jeweiligen Eintrittsfläche 9 der Linse 2 angeordnet .

Durch die Form der Linse 2, die sich durch die konkave Eintrittsfläche 9 und die konvexe Austrittstlache 10 auszeichnet, in Kombination mit den drei um die optische Achse 3 rotationssymmetrisch angeordneten Leuchtdioden 1, die vor jeder Linse 2 angeordnet sind, wird eine verbesserte Effizienz, eine gleichmäßige Farbmischung der RGB-LEDs 1 und eine verbesserte Helligkeit im Fernfeld erzielt.

Zwischen den Leuchtdioden 1 und den Eintrittsflächen 9 ist ein Abstand 11 vorhanden, der vorzugsweise Luft enthält. Der Luftspalt zwischen den Leuchtdioden 1 und der jeweiligen

Linse 2 verringert mit Vorteil die Wärmeübertragung von den Leuchtdioden 1 auf die Linse 2. Das Linsenarray erfährt daher keine so hohen Temperaturen wie Linsenarrays in herkömmlichen Modulen, womit sich vorzugsweise eine größere Materialauswahl für das Linsenarray ergibt. Beispielsweise weist das Linsenarray einen Kunststoff, insbesondere einen Thermoplast auf , bevorzugt PMMA oder Polycarbonat . Durch den Luftspalt lassen sich des Weiteren Strahlungspunkte (Hotspots) weitgehend vermeiden.

Die Austrittsflächen 10 der Linsen 2 können bevorzugt streuend ausgebildet sein. Dadurch erfolgt eine Homogenisierung der Strahlung am Rand der Linsen, wodurch sich insgesamt eine verbesserte Homogenisierung der von dem Leuchtdioden-Modul emittierten Strahlung im Nah- und Fernfeld ergibt .

Die Linsen 2 bündeln jeweils die Strahlung der vor der Linse 2 angeordneten Leuchtdioden 1 derart, dass eine Winkelverteilung der Strahlung nach Durchgang durch die Linse 2 eine volle Halbwertsbreite von weniger als 80° aufweist. Die Bündelung der Strahlung verbessert die Farbmischung der Strahlung im Fernfeld. Inhomogenitäten der Strahlung des Leuchtdioden-Moduls werden vorteilhafterweise dadurch weitgehend kompensiert.

Die Eintrittstlache 9 und die Austrittsfläche 10 sind jeweils asphärisch ausgebildet. Durch eine solche Form der Linse 2 hat man die Möglichkeit, Abbildungsfehler zu korrigieren, da die Eintrittsflächen 9 und die Austrittsflächen 10 der Linsen 2 frei wählbar sind. Durch die voneinander unabhängig ausgebildeten asphärischen Eintrittsflächen 9 und Austrittsflächen 10 kann ein bestimmter Eintrittswinkel der

von den Leuchtdioden 1 emittierten Strahlung auf einen bestimmten Austrittswinkel abgebildet werden. Dadurch kann ein vorbestimmter Austrittswinkel der Strahlung aus der Linse 2, somit eine vorbestimmte Winkelverteilung der Strahlung nach Durchgang durch die Linse 2 und folglich weitgehend eine vorbestimmte Bündelung der Strahlung nach Durchgang durch die Linse 2 stattfinden.

Des Weiteren weist die Winkelverteilung der Strahlung nach Durchgang durch die Linsen 2 eine volle Halbwertsbreite von weniger als 80° auf. Ferner können Strukturen und Strahlungs- Hotspots der Leuchtdioden 1 durch das nachgeordnete Linsenarray weitgehend beseitigt werden, sodass die emittierte Strahlung des Leuchtdioden-Moduls eine gleichmäßige Lichtverteilung besitzt.

Die Abstände zwischen den Leuchtdioden 1 und den Eintrittsflächen 9 der Linsen 2 des Linsenarrays sind bevorzugt kleiner als die Brennweite der Linsen 2. Dadurch, dass die Leuchtdioden 1 nicht in den Brennpunkten der einzelnen Linsen 2, sondern möglichst nahe an den Linsen 2 angeordnet sind, wirkt die konkave Eintrittsfläche 9 der Linsen 2 bündelnd auf die jeweilige Strahlung der einzelnen Leuchtdioden 1. Die nahe Anordnung der Leuchtdioden an den Linsen hat ferner den Vorteil, dass Strukturen und Farbverläufe der Leuchtdioden für einen Betrachter nicht wahrnehmbar sind. Man erhält eine homogene Lichtverteilung der emittierten Strahlung im Farbortbereich von weißem Licht.

Die Leuchtdioden 1 sind bevorzugt als Dünnfilmleuchtdioden ausgebildet. Eine Dünnfilmleuchtdiode ist in guter Näherung ein Lambert ' scher Oberflächenstrahler.

Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Leuchtdioden-Moduls unterscheidet sich von dem Leuchtdioden- Modul aus Figur ^' 1 dadurch, dass sich die zwei Linsen 2 teilweise durchdringen. Das bedeutet, dass sich die Linsen 2 des Linsenarrays teilweise überlappen.

Das Linsenarray ist bevorzugt einstückig ausgebildet. Es stellt somit ein zusammenhängendes, einstückiges Bauelement dar. Das hat den Vorteil, dass bei der Herstellung des Leuchtdioden-Moduls mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden 1 genau ein zusammenhängendes und einstückig ausgebildetes Linsenarray hergestellt werden kann. Dadurch erniedrigen sich die Produktionszeit und Produktionskosten. Des Weiteren erhöht sich die Stabilität des Linsenarrays und es erleichtert sich die Herstellung des Linsenarrays mittels eines Spritzgießverfahrens.

Die Leuchtdioden 1 sind auf einem Substrat 12 angeordnet, auf dem außerdem das Linsenarray aufgebracht ist. Das Substrat 12 enthält bevorzugt Al oder Cu. Alternativ kann das Substrat 12 als spritzgegossener Schaltungsträger, als DBC-Substrat oder als Leiterplatte ausgebildet sein.

Das Linsenarray ist bevorzugt durch Kleben, Heißverstemmen oder Schnapphaken auf dem Substrat 12 aufgebracht und befestigt . Alternativ ist eine Kombination der Montagetechniken möglich.

Das Substrat 12 kann Vertiefungen aufweisen, in denen die Leuchtdioden 1 angeordnet sind (nicht dargestellt) . Bevorzugt dienen die Vertiefungen als Reflektor für die von den Leuchtdioden 1 emittierte Strahlung. Dadurch kann die Effizienz des Leuchtdioden-Moduls mit Vorteil erhöht werden.

Die Leuchtdioden 1 können jeweils einzeln in einer Vertiefung des Substrats 12 angeordnet sein. Dadurch verringert sich der Bruchteil der von einer Leuchtdiode 1 emittierten Strahlung, die von den anderen Leuchtdioden 1 absorbiert werden kann. Dadurch verbessert sich die Lichtleistung des Leuchtdioden- Moduls. Alternativ können die Leuchtdioden 1, die vor jeweils einer Linse 2 angeordnet sind, gemeinsam in einer Vertiefung des Substrats 12 angeordnet sein.

Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den in Figur 1 oder in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispielen dadurch, dass das Linsenarray aus vier Linsen 2 ausgebildet ist. Die vier Linsen 2 sind rotationssymmetrisch zueinander angeordnet. Die optischen Achsen der vier Linsen 2 liegen dabei auf Eckpunkten eines imaginären Rechtecks , bevorzugt auf Eckpunkten eines imaginären Quadrats .

Vor jeder Linse 2 sind genau vier Leuchtdioden 1 angeordnet, die rotationssymmetrisch um die jeweilige optische Achse der jeweiligen Linse 2 angeordnet sind. Die vier Leuchtdioden 1, die vor jeder Linse 2 angeordnet sind, liegen somit wie die optischen Achsen der vier Linsen 2 auf Eckpunkten eines imaginären Rechtecks, bevorzugt eines Quadrats. Jeweils eine Leuchtdiode 1 emittiert Strahlung im roten Spektralbereich, zwei Leuchtdioden 1 emittieren Strahlung im grünen Spektralbereich und eine weitere Leuchtdiode 1 emittiert Strahlung im blauen Spektralbereich ("RGGB-LEDs") .

Die von den Leuchtdioden 1 emittierte Strahlung wird von den Linsen 2 des Linsenarrays derart gebündelt, dass eine Winkelverteilung der Strahlung nach dem Durchgang durch die

Linsen 2 eine volle Halbwertsbreite von weniger als 80° aufweist. Die Strahlung tritt aus dem Linsenarray als gebündelte Strahlung 4 aus. Durch die rotationssymmetrische Anordnung der Linsen 2 in Kombination mit der rotationssymmetrischen Anordnung der Leuchtdioden 1 kann vorzugsweise eine verbesserte Farbmischung im Fernfeld erreicht werden. Inhomogenitäten der emittierten Strahlung 4 des Moduls, die ohne die symmetrische Anordnung der Leuchtdioden 1 entstehen würde, werden durch diese rotationssymmetrische Anordnung der Leuchtdioden 1 kompensiert .

Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Leuchtdioden-Moduls ist die Unterseite des in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiels gezeigt. Die Anordnung der Leuchtdioden 1 unterscheiden sich für jede der vier Linsen 2. Die Anordnung der Leuchtdioden 1 einer Linse ist im Vergleich zu der Anordnung der Leuchtdioden 1 einer benachbarten Linse um 90° gedreht. Durch diese spezielle Anordnung der Leuchtdioden 1 in Verbindung mit der symmetrischen Anordnung der Linsen 2 des Linsenarrays ermöglicht sich eine verbesserte Farbmischung im Nah- und Fernfeld. Inhomogenitäten der von dem Leuchtdioden-Modul emittierten Strahlung werden weitgehend vermieden beziehungsweise kompensiert .

Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Leuchtdioden-Moduls ist im Vergleich zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen dem Linsenarray eine Fresnel-Linse 6 nachgeordnet. Die Fresnel-Linse 6 bündelt die bereits durch das Linsenarray gebündelte Strahlung 4 in einen kleineren Winkelbereich. Dadurch lassen sich Inhomogenitäten der Strahlung des Leuchtdioden-Moduls vorteilhaft weiter

kompensieren. Die Farbmischung im Fernfeld verbessert sich weiter.

Die Fresnel-Linse 6 weist eine Austrittsseite der Strahlung auf, auf die Auskoppelstrukturen 7 aufgebracht sind. Dadurch verbessern sich die Auskoppeleigenschaften der Fresnel-Linse 6, wodurch weiter die Homogenität der Strahlung und eine gute Farbmischung der Strahlung im Fernfeld des Leuchtdioden- Moduls erzielt werden kann.

Der Fresnel-Linse 6 ist ein Wabenkondensor 8 nachgeordnet, der Eintrittslinsen und Austrittslinsen aufweist. Der Wabenkondensor sorgt bei der von dem Linsenarray und der Fresnel-Linse 6 gebündelten Strahlung 4 für eine gute Farb- und Helligkeitshomogenität im Fernfeld und für ein Ausbleiben von Farbschatten. Ohne einen nachgeordneten Wabenkondensor 8 würden sich Farbschatten in der von dem Leuchtdioden-Modul emittierten Strahlung ergeben. Eine Anordnung mit integriertem Wabenkondensor 8 ist beispielsweise bei Hintergrundbeleuchtungen oder als Scheinwerferbeleuchtung bevorzugt anwendbar .

Die Austrittslinsen des Wabenkondensors 8 sind bevorzugt im Brennpunkt der Eintrittslinsen angeordnet. Vorzugsweise weisen die Eintrittslinsen eine größere Krümmung auf als die Austrittslinsen. Dadurch werden eine verbesserte Färb- und Helligkeitshomogenität im Fernfeld und das Ausbleiben von Farbschatten erreicht.

Die Austrittslinsen und die Eintrittslinsen des Wabenkondensors weisen jeweils optische Achsen auf (nicht dargestellt) . Zur Verbesserung der Homogenität der von dem Leuchtdioden-Modul emittierten Strahlung 4 sind die optischen

Achsen der Eintrittslinsen gegenüber den optischen Achsen der Austrittslinsen lateral verschoben. Alternativ oder zusätzlich können die Austrittslinsen in Richtung der Eintrittslinsen hin verschoben sein. Dadurch ergibt sich eine Unscharfe der Abbildung im Fernfeld, wodurch eine verbesserte Homogenität im Fernfeld erzielt werden kann.

Die Fresnel-Linse 6 und der Wabenkondensor 8 sind bevorzugt zylinderförmig ausgebildet. Der Durchmesser der Fresnel -Linse 6 und des Wabenkondensors 8 beträgt bevorzugt zwischen 40 mm und 120 mm, in dem Ausführungsbeispiel von Figur 5 50 mm.

Das in Figur 6 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Leuchtdioden-Moduls stellt eine perspektivische Ansicht des in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiels dar. Zusätzlich zu dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist mittig zwischen den vier Linsen des Linsenarrays ein Sensor 13 angeordnet. Der Sensor ermittelt Werte für die Helligkeit und den Farbort der Strahlung, die auf die Fresnel-Linse 6 trifft. Die Leuchtdioden 1 können beispielsweise einzeln ansteuerbar sein. Alternativ ist es möglich, dass die Leuchtdioden 1 in Gruppen von mehreren Leuchtdioden 1 angeordnet sind, die beispielsweise in Reihe zueinander geschaltet und so gemeinsam ansteuerbar sind. Durch den von dem Sensor 13 ermittelten Wert für die Helligkeit und den Farbort des Leuchtdioden-Moduls kann der Strom durch bestimmte Leuchtdioden 1 so gesteuert werden, dass das Leuchtdioden-Modul Strahlung eines bestimmten Farborts emittiert. Dadurch ergibt sich vorzugsweise eine exakte, reproduzierbare Einstellung des Farborts . Befindet sich zum Beispiel eine Leuchtdiode 1 geringerer Helligkeit auf dem Leuchtdioden-Modul, kann diese Leuchtdiode 1 stärker als andere Leuchtdioden 1 des Moduls bestromt werden. Ist der

Farbort einer ersten Leuchtdiode 1 zum Farbort einer zweiten Leuchtdiode 1 hin verschoben, so kann die Stromstärke durch die zweite Leuchtdiode 1 reduziert werden.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.