Beschreibung

Beleuchtungsmodul, Leuchte und Verfahren zur Beleuchtung

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungsmodul mit einer Lichtquelle, einem optischen Bauteil und einem Reflektor, eine Leuchte mit einem solchen Beleuchtungsmodul als auch ein Beleuchtungsverfahren .

Bisher erfordert eine enge Abstrahlcharakteristik oder eine Abstrahlcharakteristik mit scharfen hell / dunkel übergängen in einem Beleuchtungsmodul einen hohen technischen Aufwand und bringt hohe Effizienzverluste mit sich. Häufig ergibt sich ein schlechtes Thermomanagement durch eine erzwungene enge Anordnung von LED-Modulen, durch extrem dichte Chippackung und / oder durch einen geringen Abstand zwischen primärer Lichtquelle (LED-Chip oder -Lampe) und einer nachgeschalteten Linse.

Zur Erreichung einer breitstrahlenden Abstrahlcharakteristik in einem Beleuchtungsmodul ist eine Kombination von Linsen mit unterschiedlichen Abstrahlcharakteristiken oder/und eine Kombination von verschiedenen optischen Achsen von gleichartigen Optiken (Verkippung der Optiken zu einander) bekannt. Enge Abstrahlwinkel werden bisher mit herkömmlichen Linsen geringer Effizienz verwirklicht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Erreichung einer breiten Abstrahlcharakteristik in einem Beleuchtungsmodul bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird mittels eines Beleuchtungsmoduls nach Anspruch 1, einer Leuchte nach Anspruch 36 und eines Verfahrens nach Anspruch 40 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Das Beleuchtungsmodul weist mindestens eine Lichtquelle, mindestens ein zur mindestens einen Lichtquelle in einem Abstand angeordnetes optisches Bauteil und mindestens einen Reflektor auf. Das optische Bauteil ist dazu ausgestaltet und angeord- net, eine breitstrahlende Abstrahlcharakteristik; aufzuweisen und einen überwiegenden Teil des von der Lichtquelle auf das optische Bauteil einfallenden Lichts auf den Reflektor zu lenken.

Dabei bedeutet breitstrahlend, dass das optische Bauteil so ausgestaltet und angeordnet ist, dass das Lichtstärkemaximum nicht auf seiner optischen Achse bzw. Hauptstrahlrichtung liegt; auf ein solches optische Bauteil einfallendes Licht, z. B. eines Lambertschen Strahlers, wird also überwiegend un- ter einem bestimmten Winkel (breitstrahlend) zur optischen Achse des optischen Bauteils abgestrahlt.

Unter einem überwiegenden Teil wird ein Lichtstrom von mindestens 30% des gesamten auf das optische Bauteil einfallen- den Lichtstroms verstanden.

Das Licht umfasst vorzugsweise sichtbares Licht, speziell weißes oder farbiges Licht, kann aber alternativ oder zusätzlich z. B. IR-Licht und / oder UV-Licht umfassen.

Es sollte allgemein so verstanden werden, dass bei Bezug auf eine Einzahl von Elementen, z. B. "ein", "eine" usw., auch deren Mehrzahl mitgemeint sein kann, falls nicht speziell anders ausgeführt.

Diese Vorrichtung ist in der Lage, scharfe Abbildungen, z. B. mit einer scharfen Hell/Dunkel-Grenze, bei einem gleichzeitig sehr kompakten und hell strahlenden Aufbau zu erlangen. Dies wird unter anderem dadurch erreicht, dass die Gesetzmäßigkeit zwischen Abbildungsschärfe und Dimensionierung von reinen

Linsensystemen (Etendue) durch Verwendung des Reflektors umgangen werden kann. Gleichzeitig wird durch die Beabstandung

der Optik von der Lichtquelle sichergestellt, dass die Optik nicht durch eine zu hohe Lichtstromdichte oder Temperatur geschädigt wird. Eine Schädigung durch das eingestrahlte Licht kann insbesondere für optische Bauteile aus Kunststoff erheb- lieh sein, da sich diese durch den Lichteinfall trüben können und sich so die Lebensdauer des Moduls verringert. Auch wird durch die Beabstandung eine einfache Skalierbarkeit des System ermöglicht, z. B. zur Anpassung an eine unterschiedliche Zahl von Lichtquellen. Insbesondere scharfe Hell/Dunkel- übergänge im Zielbereich sind z. B. in der Signaltechnik, Straßenbeleuchtung, Automobilbeleuchtung, Geschäftraumbeleuchtung (sog. ' Shoplighting ' ) , Architekturbeleuchtung usw. vorteilhaft einsetzbar.

Zur Erlangung einer hohen Helligkeit, insbesondere bei gleichzeitig scharfer Hell/Dunkel-Grenze, wird es bevorzugt, wenn das optische Bauteil dazu ausgestaltet und angeordnet ist, einen überwiegenden Teil des von der Lichtquelle einfallenden Lichts auf den Reflektor zu lenken. Unter einem über- wiegenden Teil wird ein Lichtstrom von über 50% des gesamten auf das optische Bauteil einfallenden Lichtstroms verstanden.

Es wird dazu besonders bevorzugt, wenn mindestens 60 %, besonders bevorzugt mindestens 70 %, des von der Lichtquelle auf die Optik einfallenden Lichts auf den Reflektor gelenkt wird. Der übrige Anteil wird dann typischerweise direkt von der Optik aus dem Modul abgestrahlt.

Es wird bevorzugt, wenn mindestens 90 %, noch bevorzugter mehr als 95 %, der von der mindestens einen Lichtquelle ausgestrahlten Lichtmenge auf das optische Bauteil fällt. Der übrige Anteil kann - vorzugsweise - direkt auf den Reflektor fallen oder kann direkt nach Außen abgestrahlt werden.

Auch wird ein Beleuchtungsmodul bevorzugt, bei dem das optische Bauteil dazu ausgestaltet und angeordnet ist, Licht entlang einer optischen Achse mit nicht mehr als 30 %, insbeson-

dere nicht mehr als 20 %, einer maximalen Lichtstärke (Höhe des Lichtstärkemaximums) abzustrahlen.

Die Lichtquellen können als separat ausgeformte und angesteu- erte Lichtquellen oder Gruppen solcher Lichtquellen ausgebildet sein. Es wird bevorzugt, wenn mindestens eine Lichtquelle, vorzugsweise mehrere Lichtquellen, auf mindestens einem Trägerelement aufgebracht ist; dadurch wird die Beleuchtungsstärke skalierbar und, wenn mehrere Lichtquellen in einer Gruppe zusammengefasst sind, ein besonders kompakter Aufbau erzielt .

Vorzugsweise weist das Trägerelement mehrere Lichtquellen in einer, insbesondere rechteckigen (matrixartigen) , Gruppe von Lichtquellen zusammengefasst auf, z. B. in der Matrixanordnung 1x2, 1x3, 2x2, 2x3, 3x3 usw. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, eine hohe Lichtleistung auf engem Raum zu installieren.

Es kann ein Beleuchtungsmodul bevorzugt sein, bei dem die mehreren Lichtquellen gleichfarbig, insbesondere weiß, strahlen.

Es kann ein Beleuchtungsmodul bevorzugt sein, bei dem zumin- dest zwei Lichtquellen zueinander verschiedenfarbig strahlen, insbesondere, falls die Lichtquellen ein weißes Mischlicht erzeugen. So sind bevorzugt Lichtquellen in einer Kombination RGB (z. B. RGB, RGGB, RRGB, RGBB usw.) oder zusätzlich, zur Erzeugung eines 'warmen' Weißtons, mit einem gelben ('amber') Farbton verwendbar. Bei sechs Lichtquellen kann z. B. die Kombination RGGBAA bevorzugt sein.

Es wird besonders bevorzugt, wenn die Lichtquelle (n) als Leuchtdiode (n) , LED(s), ausgeführt ist bzw. sind. Dabei ist die Art der LED nicht beschränkt und kann beispielsweise anorganische LEDs oder organische LEDs (OLEDs) umfassen. Bevorzugt wird eine Verwendung von oberflächenmontierten LEDs

("Surface Mounted LEDs") oder von Chiparrays auf Basis von Chip-on-Board oder vergleichbaren Technologien.

Alternativ zur Verwendung von Leuchtdioden sind z. B. auch Laserdioden oder auch andere kompakte Lichtquellen einsetzbar.

Zur Verringerung einer thermischen Belastung und einer Strahlenbelastung wird ein Beleuchtungsmodul bevorzugt, bei dem eine der Lichtquelle (n) zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils in einem Abstand von mindestens 2,5 mm, vorzugsweise von mindestens 5 mm, zu einer Oberfläche der Lichtquelle angeordnet ist. Mit zunehmendem Abstand verringert sich die Belastung des optischen Bauteils weiter, wes- halb ein Abstand von mehr als 5 mm gegenüber geringeren Abständen zu bevorzugen ist.

Bevorzugt wird auch ein Beleuchtungsmodul, bei dem eine der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils in einem Abstand zu einer Oberfläche der Lichtquelle angeordnet ist, der mindestens der maximalen linearen Abmessung, insbesondere mindestens der zweifachen maximalen linearen Abmessung, der Lichtquelle und/oder der Gruppe von Lichtquellen entspricht. Als maximale lineare Abmessung ist dabei der maximale Abstand zwischen zwei auf der Außenkontur der LED beziehungsweise der Gruppe von LED befindlichen Punkten anzusehen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird unabhängig von der absoluten Größe der LED ebenfalls ein ausreichender Abstand zwischen Linse und LED erreicht, um die Funktion der Linse auch im Langzeitbetrieb sicherzustellen.

Bevorzugt wird ferner ein Beleuchtungsmodul, bei dem eine der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils in einem Abstand zu einer Oberfläche der LED ange- ordnet ist, der mindestens einem Viertel eines Durchmessers der Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils, insbesondere mindestens einem Drittel des Durchmessers der Lichteintritts-

fläche des optischen Bauteils, entspricht. Auch hiermit wird sichergestellt, dass die thermische Beanspruchung der Linse unabhängig von deren absoluter Größe zuverlässig verringert wird und kein Hitzestau zwischen LED und Linse entsteht.

Bevorzugt wird weiter ein Beleuchtungsmodul, bei dem die der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils in einem Abstand von höchstens 30 mm, vorzugsweise von höchstens 20 mm, von der Oberfläche der Lichtquelle ange- ordnet ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die von der LED ausgesandte Strahlung die Linse möglichst verlustarm erreicht und zudem eine kompakte Anordnung erzielt wird.

Bevorzugt wird außerdem ein Beleuchtungsmodul, bei dem die der zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils in einem Abstand zu der Oberfläche der Lichtquelle angeordnet ist, der höchstens dem achtfachen der maximalen linearen Abmessung, vorzugsweise höchstens dem fünffachen der maximalen linearen Abmessung, der Lichtquelle und/oder der Gruppe von Lichtquelle entspricht. Auch dies stellt sicher, dass, unabhängig von der absoluten Größe der LED beziehungsweise der Gruppe von LEDs die von der LED ausgesandte Strahlung in ausreichender Konzentration an der Linse ankommt und ein kompak ^¬ ter Aufbau erzielt wird.

Bevorzugt wird auch ein Beleuchtungsmodul, bei dem eine der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils in einem Abstand zu der Oberfläche der LED angeordnet ist, der höchstens dem eineinhalbfachen des Durchmessers der Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils, insbesondere höchstens dem Durchmesser der Lichteintrittsfläche des optischen Bauteils entspricht. Auch hiermit wird eine kompakte Bauweise mit guter Lichtausbeute sichergestellt.

Unter Abstand kann sowohl ein Abstand entlang bestimmten Achse, z. B. einer Koordinatenachse, (Höhenabstand) gemeint sein, oder aber - bevorzugt - der kürzeste Abstand zwischen

einer strahlenden Oberfläche einer Lichtquelle und der Lichteintrittsoberfläche des optischen Bauteils. Die Koordinatenachse ist dann bevorzugt diejenige Achse, die eine Montagelage zwischen Lichtquellen und optischem Bauteil angibt.

Das optische Bauteil ist allgemein ein optisches Bauteil, das eine breitstrahlende Charakteristik aufweist, insbesondere ein lichtdurchlassendes optisches Bauteil wie eine Linse oder ein Beugungsgitter, kann aber auch als ein nicht lichtdurch- lassendes optisches Bauteil, wie ein Reflektor, ausgestaltet sein. Es sind auch Kombinationen mit mehreren, beliebigen solcher optischen Bauteile möglich.

Besonders bevorzugt wird ein Beleuchtungsmodul, bei dem das optische Bauteil mindestens eine Linse umfasst. Es wird insbesondere eine Linsenanordnung mit minimierter Totalreflexion ermöglicht, was eine geringere Empfindlichkeit der Optik gegenüber Fertigungstoleranzen und Dejustierung aufgrund der geringen Totalreflexion bewirkt.

Bevorzugt werden kann ein Beleuchtungsmodul, bei dem mindestens eine Fläche der Linse eine asphärische Form aufweist.

Bevorzugt werden kann auch ein Beleuchtungsmodul, bei dem mindestens eine Fläche der Linse eine rotationssymmetrischen Form aufweist.

Bevorzugt werden kann ferner ein Beleuchtungsmodul, bei dem mindestens eine Fläche der Linse eine elliptischen Freiform ('Spline') aufweist.

Bevorzugt werden kann ferner ein Beleuchtungsmodul, bei dem eine Lichteintrittsfläche der Linse eine konkave Aussparung ('Dom') aufweist.

Als optisches Bauteil kann aber auch die Verwendung eines Beugungsgitters bevorzugt sein.

Das optische Bauteil kann auch eine reflektierende Oberfläche, z. B. einen auf dem Kopf stehenden, konusförmigen Reflektor, umfassen.

Es kann zur einfachen und preiswerten Herstellung vorteilhaft sein, wenn das optische Bauteil aus einem transparenten Polymer als Grundwerkstoff gebildet ist. Polymerwerkstoffe ermöglichen eine einfache und kostengünstige Formgebung auch bei komplexen Formen, wobei sich die Vorteile der Erfindung bei diesen Linsen besonders deutlich auswirken. Es kann aber auch ein optisches Bauteil aus Glas bevorzugt sein. Es sind auch Kombinationen aus mehreren optischen Bauteilen mit Kunststoff und / oder Glas möglich.

Allgemein kann ein einziges optisches Bauteil verwendet werden, oder es können mehrere zusammenwirkende optische Bauteile zur Erlangung der breitstrahlenden Abstrahlcharakteristik verwendet werden.

Der Reflektor befindet sich bevorzugt in einem Strahlengang eines Lichtstärkemaximums.

Es wird zur Erlangung einer hohen Lichtausbeute bevorzugt, wenn der Reflektor die Lichtquelle (n) , insbesondere die

Lichtquelle (n) und Optik (en), senkrecht zur optischen Achse bzw. Hauptabstrahlrichtung allseitig umgibt. Dadurch werden die Lichtausbeute und der Wirkungsgrad erhöht, da jegliches zur Seite abgestrahlte Licht in Richtung der Linse oder der Abstrahlrichtung konzentriert werden kann.

Zur einfachen Erzeugung einer gewünschten Abstrahlgeometrie und hohen Beleuchtungsstärke wird ein Beleuchtungsmodul bevorzugt, bei dem mindestens eine Reflexions (teil) Oberfläche bzw. Sektor, z. B. eine Seitenfläche, mindestens zwei Facetten aufweist.

Es ist vorteilhaft, wenn mindestens ein Sektor des Reflektors mindestens 6, vorzugsweise zwischen 8 und 20, insbesondere 10, Facetten aufweist. Die Facettierung bewirkt eine Homogenisierung der Beleuchtungsstärke und Farbverteilung, da sich so die Abbildungen von unterschiedlichen Bereichen eines LED- Chips bzw. unterschiedlichen LED einer Gruppe von LED überschneiden können.

Insbesondere zur Erlangung einer scharfen Hell/Dunkel-Grenze bei gleichzeitig weitgehend homogener Beleuchtung einer Zielfläche wird es bevorzugt, wenn mindestens eine Reflexionsoberfläche bzw. ein Sektor des Reflektors so mit Facetten versehen ist, dass sich von einzelnen Facetten, insbesondere allen Facetten, reflektierte Lichtbündel auf dem Zielfeld bzw. einer Teilzone davon weitgehend überlappen. Dadurch wird das gewünschte Zielfeld oder bestimmte Sektoren davon vorzugsweise durch mehrere von den Facetten abgestrahlte Lichtbündel jeweils vollständig abgedeckt. Somit wird nicht nur eine Mehrzahl von sich nicht vollständig überlappenden Licht- kegeln in das Zielfeld gestrahlt, wodurch auch der Effekt von Herstellungstoleranzen und Strahlübergängen weitgehend ausgeschlossen wird.

Besonders vorteilhaft, speziell zur Ausleuchtung von recht- eckigen Zielbereichen, ist es, wenn der Reflektor eine in

Aufsicht rechteckige Grundform aufweist, bei der die beiden kürzeren Reflektorseiten keine mehrere Facetten aufweisen und die beiden längeren Reflektorseiten jeweils mehrere Facetten aufweisen.

Es kann vorteilhaft sein, wenn eine Reflexionsoberfläche des Reflektors eine im Querschnitt elliptische oder parabolische Grundform - mit oder ohne eingebrachte Facetten - aufweist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Reflektor im Wesentlichen aus einem thermisch gut leitenden Grundwerkstoff, insbesondere Aluminium, gebildet ist. Dadurch kann der Reflektor

zusätzlich zur Wärmeabfuhr der Lichtquelle (n) verwendet werden.

Es kann vorteilhaft sein, falls das Beleuchtungsmodul und / oder das optische Bauteil ein rotationssymmetrisches Beleuchtungsmuster aufweist.

Es kann aber auch ein Beleuchtungsmodul vorteilhaft sein, das ein spiegelsymmetrisches Beleuchtungsmuster aufweist.

Es kann aber auch ein Beleuchtungsmodul vorteilhaft sein, das ein asymmetrisches Beleuchtungsmuster aufweist.

Besonders bevorzugt wird ein Beleuchtungsmodul, das ein Trä- gerelement mit ein oder mehreren Lichtquellen, ein optisches Bauteil und einen Reflektor aufweist. Das Beleuchtungsmodul kann aber beispielsweise alternativ auch mehrere Trägerelemente mit jeweils ein oder mehreren Lichtquellen und mehrere optische Bauteil aufweisen, z. B. zusammengefasst zu mehreren - insbesondere, aber nicht notwendigerweise im Wesentlichen baugleichen - Gruppen von Trägerelement (en) und Optik (en) .

Die Leuchte weist mindestens ein wie oben beschriebenes Beleuchtungsmodul auf, insbesondere mehrere Beleuchtungsmodule. Diese Leuchte weist den Vorteil auf, dass sie einfach und ohne komplizierte Einstellung aufbaubar ist. Besonders vorteilhaft ist, dass ist eine planare Anordnung der Beleuchtungsmodule auch für eine zylinderförmige Abbildung möglich ist, wodurch sich das Wärme- bzw. Thermomanagement vereinfacht und eine höhere Designfreiheit beim Leuchtengehäuse ermöglicht wird.

Besonders bevorzugt wird eine Leuchte, die mehrere Beleuchtungsmodule in einer Matrixanordnung, z. B. einer linearen (lxn) oder rechteckigen (nxm mit n,m > 1) Anordnung aufweist. Die Anordnung der Module ist allgemein jedoch beliebig konfigurierbar, z. B. auch kreisförmig, elliptisch oder unregelmä-

ßig. Es können gleiche oder verschieden ausgelegte Module zusammen genutzt werden.

Die Leuchte, besonders mit einer scharfen Hell/Dunkel- Charakteristik, ist besonders bevorzugt als eine Leuchte zur Spotbeleuchtung, Signalbeleuchtung oder Straßenbeleuchtung einsetzbar.

Bei dem Beleuchtungsverfahren wird ein überwiegender Teil ei- nes von mindestens einer Lichtquelle auf eine dazu beabstandet angeordnete Optik emittierten Lichts auf einen Reflektor gerichtet, wobei das von der Optik abgestrahlte Licht eine breitstrahlende Abstrahlcharakteristik aufweist.

In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer dargestellt. Dabei können gleiche oder gleichwirkende Elemente zur besseren übersichtlichkeit mit gleichen Bezugsziffern versehen sein.

FIG 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Beleuchtungsvorrichtung;

FIG 2 zeigt die Beleuchtungsvorrichtung aus FIG 1 als

Schnittdarsteilung;

FIG 3 zeigen eine Auftragung einer auf das Lichtstärkemaximum normierten Lichtstärkeverteilung in einem Polardiagramm für eine breitstrahlende Linse;

FIG 4 zeigt einen vergrößernden Ausschnitt aus FIG 2;

FIG 5 zeigt in Aufsicht eine weitere Ausführungsform einer Beleuchtungsvorrichtung .

FIG 1 zeigt ein Beleuchtungsmodul 1, welche eine Kombination aus mindestens einer Lichtquelle (ohne Abbildung) und einem dieser Lichtquelle beabstandet nachgeschalteten optischen

Bauteil in Form einer Linse 2 aufweist. Ferner weist die Beleuchtungsvorrichtung 1 einen der Linse 2 nachgeschalteten Reflektor 3 auf, und weiter eine Bondingplatine 4 zur Befestigung der Lichtquelle und eine Grundplatine 5 zur Befesti- gung der Linse 2, des Reflektors 3 und der Bondingplatine 4. Dabei bedeutet nachgeschaltet, dass zumindest ein Teil des von der (mindestens einen) Lichtquelle ausgesandten Lichts direkt oder indirekt auf die Linse 2 einfällt bzw. von der Linse 2 auf den Reflektor 3 einfällt. Die Linse 2 und der Re- flektor 3 sind also zumindest teilweise hintereinander geschaltet im Strahlengang des von der mindestens einen Lichtquelle ausgesandten Lichts angeordnet.

Die Linse 2 ist dabei so ausgestaltet und angeordnet, dass sie eine breitstrahlende Abstrahlcharakteristik aufweist und einen überwiegenden Teil (> 50 %) des von der Lichtquelle einfallenden Lichts auf den Reflektor 3 lenkt. Dies bedeutet hier, dass das Lichtstärkemaximum nicht auf der optischen Achse O der Linse 2 bzw. der Linse 2 in Kombination mit der Lichtquelle liegt. Ein mögliches Abstrahlmuster eines breitstrahlenden LED-Linsen-Systems ist in FIG 3 genauer aufgeführt. Insbesondere fallen Lichtkeulen mit Lichtstärkemaxima auf den Reflektor 3 ein. Nur ein geringerer Teil (< 50 %) des auf die Linse 2 einfallenden Lichts wird direkt aus dem Be- leuchtungsmodul 1 abgestrahlt.

Der Reflektor 3 bzw. seine Reflexionsoberfläche ist in dieser Ausführungsform an zwei gegenüberliegenden, langen Seiten mit sich in Breitenrichtung (x-Richtung) ausdehnenden Reflektor- abschnitten (Facetten) 3a ausgerüstet, welche in Höhenrichtung (z-Richtung) aneinander anschließen und jeweils eine konkave Oberflächenform aufweisen. Jeder der 10 Reflektorabschnitte 3a, von denen aus Gründen der übersichtlichkeit nur drei 3a-l, 3a-9, 3a-10 mit Bezugszeichen versehen sind, ist ge- genüber den anderen Reflektorabschnitten 3a um die x-Achse geneigt. Die kürzeren Reflektorseiten sind mit einer glatten Oberfläche ohne Facetten versehen. Die Form des Reflektors 3

ist bezüglich der (x,z) -Ebene nicht symmetrisch, vielmehr ist der Reflektor 3 zu einer Seite geneigt, so dass eine Hauptabstrahlrichtung des Beleuchtungsmoduls 1 gegenüber der optischen Achse O geneigt ist. Der Reflektor 3 ist aus einer AIu- miniumlegierung gefertigt, wodurch er zur Wärmeabfuhr von der Lichtquelle verwendet werden kann. Auf der Innenseite (Reflexionsoberfläche) ist er mit einer geeigneten reflektierenden Beschichtung versehen.

Mittels Verwendung dieses Beleuchtungsmoduls 1 lässt sich auf kompakte und einfach herzustellende Weise ein in hohem Maße homogen beleuchtetes Zielfeld erreichen, das zudem eine hohe Grenzschärfe zwischen verschiedenen Beleuchtungsbereichen bzw. zum nicht beleuchteten Bereich (Hell/Dunkel-Grenze) er- möglicht. Insbesondere lässt sich die Gesetzmäßigkeit zwischen Abbildungsschärfe und Dimensionierung von reinen Linsensystemen (Etendue) durch Verwendung des Reflektors 3 umgehen. Scharfe Hell/Dunkel-übergänge im Zielbereich sind insbesondere in den Bereichen Signaltechnik, Straßenbeleuchtung, Automobilbeleuchtung, Geschäftsbeleuchtung und Architekturbeleuchtung gewünscht.

Zur einfachen Montage sind an der Grundplatine Bohrlöcher 6 zur Durchführung von Befestigungselementen, z. B. Schrauben, vorgesehen.

FIG 2 zeigt die Beleuchtungsvorrichtung 1 aus FIG 1 als Schnittdarstellung durch die Mitte der Linse 2 in einer Schnittebene parallel zur (y,z) -Ebene. Die beiden sich in x- Richtung ausdehnenden Längswände des Reflektors 3 sind bezüglich der optischen Achse O durch die Linse 2 nicht symmetrisch geformt oder angeordnet. Vielmehr ist eine der Wände (in dieser Darstellung die linke Wand) des Reflektors 3 stärker von der optischen Achse O abgewinkelt, weist also diesbe- züglich eine weitere öffnung auf, während die andere Seite

(hier: die rechte Seite) des Reflektors 3 enger an der optischen Achse O angeordnet ist und somit einen allgemein gerin-

geren öffnungswinkel mit dieser einschließt. Dadurch wird von der Linse 2 abgestrahltes Licht vornehmlich nach links abgestrahlt. Dadurch, dass die Linse 2 einen Großteil des von der Lichtquelle 7 auf sie einfallenden Lichts breit abstrahlt, fällt auch ein Großteil des von der Lichtquelle 6 ausgesandten Lichts auf den Reflektor 3, wie unter Bezug auf FIG 4 genauer beschrieben werden wird. Aufgrund der Strukturierung 3a der Reflektoroberfläche werden die Teillichtbündel der einzelnen Facetten 3a (welche hier nur für die linke Reflektor- seite mit Bezugszeichen versehen sind, und auch dort nur teilweise) weitgehend überlagert, wodurch die Beleuchtungsstärke und -färbe auf der Zielfläche homogenisiert wird.

FIG 3 zeigt eine Auftragung einer auf ein Lichtstärkemaximum unter einem Winkel φ = 70° normierten Lichtstärkeverteilung

(entsprechend einem öffnungswinkel der Linse von 140°) in einem Polardiagramm für eine mögliche breitstrahlende Linse, welche mittels eines Satzes von sechs oberflächenmontierten LEDs angestrahlt wird.

Typischerweise weisen die hier verwendeten LED-Lichtquellen als solches (z. B. ein LED-Chip) eine im Wesentlichen lam- bertsche Abstrahlcharakteristik auf. Erst durch die nachgeschaltete Linse wird die breitstrahlende Abstrahlcharakteris- tik erreicht. Bei der gezeigten Anordnung liegt die Lichtstärke in Richtung der optischen Achse bei lediglich ca. 25 % des Lichtstärkemaximums. Somit tritt in eine Lichtabstrahlung im Wesentlichen nur unter einem erheblichen Winkel gegenüber der optischen Achse (0°) auf, nämlich zwischen ca. 35° und 80°, speziell zwischen 50° und 80°. Jedoch kann der öffnungswinkel auch größer oder kleiner ausgelegt sein. Auch braucht der öffnungswinkel nicht symmetrisch zur optischen Achse der Lichtquelle (n) zu liegen. Ferner kann der öffnungswinkel in Umfangsrichtung unterschiedlich ausfallen, z. B. der Art 120° x 80°.

FIG 4 zeigt einen vergrößernden Ausschnitt aus FIG 2 im Bereich der Linse 2, die aus einem durchsichtigen Polymerwerkstoff nach dem Stand der Technik gefertigt ist. Die Linse 2 wird mittels einstückig angeformter Beine 8 zur Verbindung mit der Grundplatine 5 in entsprechende Aussparungen bzw. Löcher 9 der Grundplatine 5 eingesteckt. Die sechs Lichtquellen 7, von denen hier zwei eingezeichnet sind, sind auf einem Trägerelement 10 oberflächenmontierte, weiß leuchtende LEDs. Das Trägerelement 10 ist im speziellen als Leiterplatte aus- geführt, auf der die sechs LEDs 7 in zwei Reihen aus jeweils drei rechteckigen Einzel-LED-Chips 7 angeordnet sind (2x3- Matrixanordnung) , so dass sich eine rechteckige Gesamtanordnung mit einer Kantenlänge von ca. 3 mm in Längsrichtung sowie ca. 2 mm in Querrichtung ergibt. Das Trägerelement 10 ist auf der Bondingplatine 4 angebracht, welche wiederum mittels einer Schraubverbindung 11 mit der Grundplatine verbunden ist.

Die LEDs 7 strahlen ihr Licht überwiegend auf die Unterseite der Linse 2 (Lichteintrittsfläche) ab. Nur ein geringer Anteil < 5 % wird unter der Linse 2 hindurch direkt auf den Reflektor 3 gestrahlt. Die Lichteintrittsfläche der Linse 2 weist einen konkav, z. B. parabolisch oder elliptisch, ausgeformten Hohlraum bzw. Aussparung ('Dom') 12 auf. In der hier gezeigten Ausführungsform entspricht die Lichteintrittsfläche im Wesentlichen der Oberfläche des Doms 12. Von der Lichteintrittsfläche bzw. dem Dom 12 werden die Lichtstrahlen durch die Linse 2 zu ihrer oberen Oberfläche geleitet, von welcher aus sie breit abgestrahlt werden. Diese Linse 2 stellt si- eher, dass ca. 70 % der von den Lichtquellen 7 angestrahlten Leistung auf den Reflektor 3 gegeben werden. Lediglich zur besseren übersichtlichkeit sind hier die zum Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung benötigten elektrischen Leitungen und ggf. Elektroniken nicht eingezeichnet.

Die Linse 2 ist insbesondere in einem Abstand von annähernd 8 mm von der Gruppe von Leuchtdioden 7 angeordnet. Der Abstand

der Linse 2 von der Gruppe von LEDs 7 beträgt somit mehr als das 2-fache der maximalen linearen Abmessung der Gruppe von LEDs 7, die in diesem Fall die Diagonale der rechteckförmigen Anordnung mit ca. 3,6 mm ist. Eine zu große Entfernung der Linse 2 von den LEDs 7 sollte vermieden werden, da damit zwar die thermische Belastung der Linse 2 weiter sinkt, aber die Anordnung dann sehr groß wird. Ein maximaler Abstand von 20 mm beziehungsweise annähernd der 5-fachen maximalen linearen Ausdehnung der Gruppe von LEDs 7 hat sich bei den üblicher- weise verwendeten Komponenten als sinnvoll erwiesen.

Die Linse 2 weist einen Durchmesser von annähernd 17 mm auf. Die Strahlungseintrittsfläche 12 der Linse 2 ist damit in einem Abstand zu der Oberfläche der LEDs 7 angeordnet, der mehr als ein Drittel des Durchmessers der Strahlungseintrittsfläche der Linse 2, im vorliegenden Beispiel sogar annähernd der Hälfte, entspricht. Ein zu großer Abstand von Linse 2 und LEDs 7 würde einen sehr großen Linsendurchmesser erfordern, um einen gleich großen Anteil des emittierten Lichts mit der Linse 2 zu erfassen wie bei einer näher an den LED 7 befindlichen Linse 2. Dadurch steigt jedoch der Herstellaufwand und das Modul 1 wird sehr groß und unhandlich. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Abstand von Strahlungseintrittsfläche der Linse 2 und LED 2 kleiner als den Linsendurchmesser zu wählen.

Die äußere ringförmige, abgeschrägte Seitenfläche 13 der Linse 2 ist so ausgestaltet, dass sich eine minimierte Totalreflexion der Linse 2 ergibt, was wiederum zu einer geringeren Empfindlichkeit der Linse 2 gegenüber Fertigungstoleranzen und einer Dejustierung führt.

In dieser FIG 4 entspricht der angesprochene Abstand dem kürzesten Abstand einer LED 7 zur Linse 2.

FIG 5 zeigt in Aufsicht eine vereinfachte Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Beleuchtungsvorrichtung 14,

bei welcher nun auf einer Grundplatine 5 und von einem gemeinsamen Reflektor 3 umgeben drei Sätze aus Lichtquelle (n) und zugehöriger breitstrahlender Linse 15 angeordnet sind. Jeder Satz mit einer Kombination aus einer bzw. mehreren Lichtquellen und gemeinsamer breitstrahlender Optik 15 weist die gleichen Grundkomponenten auf, beispielsweise die nun elliptisch ausgebildete Linse 15, wobei hier jedoch die Orientierung der Linsen 15 in der (x,y) -Ebene unterschiedlich ist. So sind zwei benachbarte Linsen 15 in der x,y-Ebene um je- weils 45° zueinander versetzt. Auch ist es möglich, wenn in dieser FIG 5 auch nicht explizit gezeigt, dass die optischen Achsen der Linsen 15 zueinander winkelversetzt sind, in dieser Ausführungsform beispielsweise bezüglich der z-Achse, so dass beispielsweise der obere Satz mit seiner Kombination aus Lichtquelle (n) und Linse 15 unter einem bestimmten Winkel bezüglich der x-Achse geneigt ist, die optische Achse des mittleren Satzes mit der z-Achse zusammenfällt und die optische Achse des unteren Satzes um den gleichen Winkel wie dem des oberen Satzes gegen die z-Achse geneigt ist, aber in eine an- dere Richtung, hier beispielsweise in die entgegengesetzte Richtung.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt.

So ist statt der Verwendung von Leuchtdioden bzw. LED-Chips als Lichtquellen auch jede andere geeignete Lichtquelle verwendbar, z. B. eine Laserdiode.

Bei Verwendung von Leuchtdioden können anorganische Leuchtdioden, beispielsweise auf Basis von InGaAlP bzw. AlInGaP oder InGaN, aber auch AlGaAs, GaAlAs, GaAsP, GaP, SiC, ZnSe, In- GaN/GaN, CuPb usw., verwendet werden, oder beispielsweise auch OLEDs. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der ThinGaN-Technologie . Auch sind verschiedene Aufbautypen einsetzbar, wie oberflächenmontierte LEDs.

Es können gleichfarbig strahlende Lichtquellen verwendet werden. Solche gleichfarbig strahlenden Lichtquellen können mul- tichrom oder monochrom strahlende Lichtquellen sein. Als gleichfarbig multichrom strahlende Lichtquellen sind insbe- sondere weiß leuchtende Lichtquellen verwendbar, beispielsweise blau leuchtende und mit einem Phosphor versehene LEDs, bei denen der Phosphor einen Teil des von der LED abgestrahlten blauen Lichts in gelbes Licht wellenlängenumwandelt, wodurch sich insgesamt ein weißes Mischlicht ergibt. Alternativ ist die Verwendung von UV-LEDs in Verbindung mit Wellenlängenumwandlungsmaterial denkbar, welches das UV-Licht der LEDs möglichst vollständig in sichtbares Licht, insbesondere weißes Licht umwandelt. Jedoch sind auch andere Farbkombinationen möglich, insbesondere zur Erzeugung eines weißen Lichts. Als weißes Licht kann insbesondere "hartes" oder "weiches" Weiß erzeugt werden.

Als Lichtquelle ist eine einzelne Lichtquelle oder eine Kombination mehrerer Lichtquellen denkbar, beispielsweise ein Cluster mehrerer Lichtquellen, z. B. LED-Chips. Die zugehörigen Lichtquellen des Clusters, insbesondere LED-Clusters, können zueinander verschiedenfarbig sein und in Farbmischung ein weißes Licht ergeben. Insbesondere ist ein LED-Cluster aus rot, grün und blau strahlenden Einzellichtquellen (RGB) denkbar. Dabei können pro Farbe ein oder mehrere LEDs verwendet werden, z. B. je nach gewünschter Farbintensität. Auch können Lichtquellen, insbesondere LEDs, anderer Farbe beigemischt werden, z. B. gelbe bzw. amberfarbene LEDs. Die Lichtstärke der Lichtquellen ist vorzugsweise einstellbar, z. B. dimmbar, z. B. über einen Regelung eines den Lichtquellen zugeführten Stroms.

Als eine breitstrahlende Abstrahlcharakteristik ermöglichende Optik ist insbesondere eine Linse verwendbar, z. B. eine AR- GUS-Linse. Es sind zur Ermöglichung einer breiten Abstrahlcharakteristik aber auch Kombinationen mehrerer Linsen möglich, auch wenn dies aus Gründen einer kostengünstigen und

einfachen Montage nicht bevorzugt wird. Insgesamt ist es möglich, einen geringeren Teil des breit abgestrahlten Lichts nicht vom Reflektor reflektieren zu lassen.

Allgemein kann die breitstrahlende Kombination aus Lichtquelle (n), Optik und ggf. Reflektor rotationssymmetrische, spiegelsymmetrische und / oder asymmetrische Lichtverteilungsmuster ermöglichen.

Allgemein kann die Reflektionsoberflache des Reflektors strukturiert oder nicht strukturiert sein. Als Strukturierung können insbesondere verschiedene Facettenbereiche auf der Re- flektionsoberflache vorgesehen sein, welche außer länglich ausgedehnt beispielsweise auch eine in beiden Dimensionen be- schränkte Form aufweisen, z. B. eine quadratische oder rechteckige Form.

Es können allgemein auch mehrere Sätze mit jeweils einer breitstrahlenden Kombination aus Lichtquelle (n) und Optik vorgesehen sein, welche einen gemeinsamen Reflektor oder Re- flektionsbereich aufweisen können. Die optischen Achsen der jeweiligen Sätze können gegeneinander versetzt und / oder verkippt sein. Auch ist es möglich, dass die Form des Ab- strahlungsmusters und / oder seine Abmessung sich unter ver- schiedenen Sätzen unterscheidet. Auch ist eine Anordnung der Sätze in einer Reihe oder in einem beliebigen Flächenmuster, beispielsweise einem rotationssymmetrischen Flächenmuster mit oder ohne einen mittigen Satz, denkbar.

Allgemein ist auch die Kopplung mehrerer solcher Beleuchtungsvorrichtungen, ggf. mit anderen Beleuchtungsvorrichtungen zu einer Leuchte möglich.

Bezugszeichenliste

1 Beleuchtungsmodul

2 Linse 3 Reflektor

4 Bondingplatine

5 Grundplatine

6 Durchführung

7 Lichtquelle 8 Bein

9 Loch

10 Träger

11 Schraube / Schraubloch

12 Dom 13 Totalreflexionsfläche

14 Beleuchtungsmodul

15 Linse h Montageabstand