DE102010030639B4

DE102010030639B4 - Leuchtvorrichtung mit beweglichem Konverterelement

Info

Publication number: DE102010030639B4
Application number: DE201010030639
Authority: DE
Inventors: Raimund Oberschmid; Martin Möck
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2013-05-02
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: DE102010030639A1; US20110317398A1; CN102315206A; US8974087B2

Abstract

Leuchtvorrichtung (1; 21; 41; 50), aufweisend – mindestens eine Halbleiterlichtquelle (4; 23; 42) und – mindestens ein lichtdurchlässiges Konverterelement (10; 43; 52), welches einen für das von der Halbleiterlichtquelle (4; 23; 42) emittierte Licht empfindlichen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff (12) aufweist, – wobei die Halbleiterlichtquelle (4; 23; 42) von dem Konverterelement (10; 43; 52) zumindest teilweise überdeckbar ist und – das Konverterelement (10; 43; 52) so beweglich ist, dass ein Anteil eines mittels des Konverterelements (10; 43; 52) wellenlängenumgewandelten Lichts abhängig von einer Position des Konverterelements (10; 43; 52) einstellbar ist, – wobei die Leuchtvorrichtung mindestens eine von mindestens einem Betriebsparameter der Leuchtvorrichtung, insbesondere einer Temperatur und/oder von einem Betriebsalter, abhängig stellende Stelleinheit (51) zum Bewegen des Konverterelements (10; 43; 52) aufweist – wobei die Stelleinheit (51) mindestens ein sich temperaturabhängig ausdehnendes Längenänderungselement (58) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle.
Bisher werden LED-Leuchten mit einem Fokus auf eine hohe Leuchtdichte und eine hohe Wärmeableitungsdichte aufgebaut, und zwar vor allem getrieben durch Projektor-Anwendungen, welche eine hohe Leuchtdichte möglichst konzentriert in einem Raumpunkt erfordern. Bei den Projektor-Anwendungen kann ein konzentrierter Kühlkörper problemlos z. B. durch einen Ventilator-Luftstrom aktiv gekühlt werden. Als Vorschaltgeräte werden meist spezielle aufwändige Schaltnetzteile verwendet, die an eine niedere Spannung der LEDs angepasst sind und außerdem potentialfrei von einem Stromnetz ausgeführt werden, so dass eine Elektrode der LEDs als ein Wärmeableiter konzipiert werden kann.
Bisher wird die Lichtfarbe einer LED-Lampe mit verschiedenfarbigen LEDs durch eine Veränderung eines elektrischen Stroms durch die verschiedenfarbigen LEDs eingestellt. Dies bedeutet, dass die einzelnen verschiedenfarbigen LEDs oder LED-Gruppen jeweils mit einem eigenen regelbaren Stromtreiber ausgerüstet sind. Das Licht der LEDs wird mittels einer diffus reflektierten Scheibe so vermischt, dass die Leuchtvorrichtung möglichst eine in alle Abstrahlrichtungen und über die ganze Lichtabstrahlfläche einheitliche Farbe oder Farbwirkung zeigt.
Oft wird aber auf eine Farbregulierung verzichtet, falls blaue LEDs eingesetzt werden, welche unmittelbar von einem wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff umgeben sind, welcher einen Teil des blauen Lichtes in eine andersfarbige, z. B. rot-gelb-grüne, Strahlung umwandelt (”Farbkonversions-LEDs”), so dass sich insgesamt ein weißes Mischlicht ergibt. Damit liegt der Farbeindruck aber bis auf durch einen Arbeitsstrom, eine Temperatur und auch eine Alterungsdegradation von LED(s) und Farbstoff bedingte Variationen im Wesentlichen fest. Dies bedeutet, dass die (Misch-)Farbe von Konversions-LED-Leuchtvorrichtungen von Anfang an durch eine sehr genaue Auswahl der LEDs oder LED-Chips eingestellt werden muss. Dies wiederum stellt hohe Anforderungen an eine Farb-Messtechnik der LED(-Chips) und eine Fertigungssteuerung. Ein Ausgleich der Variation der Farbe bzw. des Farbeindrucks aufgrund einer Temperaturänderung und/oder einer Alterdegradation ist nicht oder nur sehr beschränkt über eine Änderung des Arbeitsstroms (welche aber wiederum die Lichtintensität ändert) möglich. Zudem bedarf die Feststellung einer Farbänderung und deren Korrektur bisher eines kostenintensiven Sensors und einer nachgeschalteten Elektronik.
Die US 2008/0310 158 A1 zeigt eine Möglichkeit, die Farbtemperatur einer Beleuchtungsvorrichtung durch Bewegung eines Konverterelements und damit einhergehende Vergrößerung der Konversionsoberfläche zu ändern.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu beseitigen und insbesondere eine ein Konversionsmischlicht abstrahlende Halbleiter-Leuchtvorrichtung bereitzustellen, deren Lichtfarbe besser temperatur- oder alterungskompensierbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle und mindestens ein lichtdurchlässiges Konverterelement, welches einen für das von der Halbleiterlichtquelle emittierte Licht empfindlichen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff aufweist, wobei die Halbleiterlichtquelle von dem Konverterelement zumindest teilweise überdeckbar ist und das Konverterelement so beweglich ist, dass ein Anteil eines mittels des Konverterelements wellenlängenumgewandelten Lichts abhängig von einer Position des Konverterelements einstellbar ist. Die Leuchtvorrichtung weist ferner mindestens eine von mindestens einem Betriebsparameter der Leuchtvorrichtung, insbesondere einer Temperatur und/oder von einem Betriebsalter, abhängig stellende Stelleinheit zum Bewegen des Konverterelements auf, wobei die Stelleinheit mindestens ein sich temperaturabhängig ausdehnendes Längenänderungsmaterial oder Längenänderungselement aufweist.
Durch die Überdeckung der Halbleiterlichtquellen (d. h., in deren Strahlrichtung) kann zumindest ein Teil des von den Halbleiterlichtquellen abgestrahlten Lichts auf das Konverterelement treffen und dort zumindest zum Teil wellenlängenumgewandelt oder wellenlängenkonvertiert werden. Durch das Bewegen des Konverterelements ist es möglich, die Menge (Volumen und/oder Konzentration) des Leuchtstoffs, welches von dem von den Halbleiterlichtquellen emittierten Licht durchstrahlt wird, zu variieren. Dadurch ist es folglich möglich, den Anteil des wellenlängenkonvertierten Lichts einzustellen und so eine Farbe des Mischlichts gezielt zu variieren. Dies kann beispielsweise auch zur gezielten Anpassung der Lichtfarben unterschiedlicher Beleuchtungsvorrichtungen hilfreich sein.
Die (mechanische) Stelleinheit, die auch als eine Farbortverstelleinrichtung bezeichnet werden kann, ist robust und preiswert realisierbar. Eine Korrelation einer durch die mindestens eine Stelleinheit erzeugte mechanische Stellgröße (z. B. eines Verschiebungswegs) mit dem von den Halbleiterlichtquellen durchstrahlten Leuchtstoffvolumen des Konverterelements lässt sich z. B. experimentell oder durch Simulationen bestimmen und anpassen. In anderen Worten kann eine Stellgröße der Stelleinheit zum Bewegen der Konvertereinheit abhängig von einem Betriebsparameter (automatisch) variiert werden, wobei durch die zugehörige Bewegung der Konvertereinheit ein Anteil des wellenlängenumgewandelten Lichts variiert werden kann, und zwar insbesondere so, dass eine betriebsparameterabhängige Farbänderung (aufgrund eines Farbgangs der Halbleiterlichtquelle(n) und/oder des in dem Konverterelement befindlichen Leuchtstoffs) kompensierbar ist.
Als Betriebsparameter sind dabei insbesondere diejenigen Größen anzusehen, die sich beim Betrieb der Leuchtvorrichtung verändern können und/oder einstellbar sind und/oder einen Einfluss auf das Abstrahlverhalten der Lichtquelle haben. Dies sind insbesondere die Temperatur der Lichtquelle oder deren Betriebsalter, es sind aber auch andere Größen denkbar, wie beispielsweise Luftfeuchtigkeit, elektrische Betriebskenngrößen oder das von der Lichtquelle abgegebene Wellenlängenspektrum. Dadurch, dass Stelleinheit mindestens ein sich temperaturabhängig ausdehnendes Längenänderungsmaterial oder Längenänderungselement aufweist, kann die Farbvariation auf eine besonders einfache Weise und z. B. ohne eine elektronische Schaltung automatisch durchgeführt werden.
Weist die Leuchtvorrichtung beispielsweise eine von einer Temperatur abhängig stellende Stelleinheit zum Bewegen des Konverterelements auf, wird eine einstellbare Farbvariation für Konversionsmischlicht mit einer Temperaturkompensation ermöglicht, und zwar auch ohne eine Änderung der Lichtintensität.
Weist die Leuchtvorrichtung mindestens eine von einem Betriebsalter abhängig stellende Stelleinheit zum Bewegen des Konverterelements auf, kann eine Alterungsdegradation, welche sich z. B. nach ca. 10.000 Betriebsstunden bemerkbar machen kann und ebenfalls eine Intensitäts- und/oder Farbänderung bedingt, ausgeglichen werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei einem Leuchtsystem mit vielen Leuchtvorrichtungen, bei denen z. B. eine Leuchtvorrichtung ausgetauscht wird und ohne weitere Maßnahmen eine wahrnehmbar andere Farbe und/oder Intensität aufweisen könnte.
Die Halbleiterlichtquellen können zum Beispiel Leuchtdioden oder Diodenlaser sein. Die Leuchtdioden können Konversions-LEDs sein, bei denen die eigentliche LED oder der LED-Chip von einer wellenlängenumwandelnden Konversionsschicht umgeben ist. So kann die Konversions-LED einen oder mehrere blau leuchtende LED-Chips aufweisen, welche beispielsweise von einem blau-in-gelb umwandelnden Leuchtstoff umgeben ist oder sind. Es sind aber auch anders strahlende LEDs oder LED-Chips und anders wellenlängenumwandelnde Leuchtstoffe einsetzbar, z. B. UV-Licht emittierende LEDs und UV-Licht in sichtbares Licht umwandelnder Leuchtstoff oder wellenlängenumwandelnde Leuchtstoffe.
Das Konverterelement kann allgemein den gleichen Leuchtstoff aufweisen wie die Konversions-LED und damit den Umwandlungsgrad verstärken. Diese Weiterbildung weist den Vorteil auf, dass die Farbe bzw. der Wellenlängen-Umwandlungsgrad mit geringem Aufwand in feiner Abstufung oder Graduierung durch die Bewegung des Konverterelements variiert werden kann.
Das temperaturempfindliche Längenänderungselement kann z. B. als ein Bimetallelement, eine Temperaturausdehnungsflüssigkeit und/oder ein Temperaturausdehnungswachs, welche(s) in einem Ausdehnungsgefäß mit einem Stellzylinder untergebracht ist oder sind, ausgestaltet sein.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Stelleinheit mit mindestens einem Temperatursensor gekoppelt ist und in Abhängigkeit von Sensordaten des mindestens einen Temperatursensors stellbar ist. Die Verwendung des Temperatursensors weist den Vorteil auf, dass dieser vergleichsweise frei platziert werden kann und zudem eine Anpassung der Sensordaten an eine Auslenkung der Stelleinheit (z.B. über eine mit einem mechanischen Stellglied verbundene Steuereinheit, oder umgekehrt) leicht durchgeführt werden kann. Diese Anpassung kann z. B. auch noch nach einer Montage der Leuchtvorrichtung durchgeführt werden, z. B. nach einem Test der Lichtfarbe in Abhängigkeit von einer Temperatur. Dadurch ist diese Ausgestaltung auch flexibel für unterschiedlich ausgebildete Leuchten adaptierbar.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das mindestens eine Längenänderungselement und/oder der mindestens eine Temperatursensor in einem die mindestens eine Halbleiterlichtquelle umfassenden Innenraum der Leuchtvorrichtung angeordnet ist. Dadurch wird die Temperatur des Längenänderungselements zumindest näherungsweise an die Temperatur der mindestens einen Halbleiterlichtquelle angeglichen, da der Innenraum durch die mindestens eine Lichtquelle aufgeheizt wird. So kann auf eine mögliche größere und fehleranfällige Temperaturkorrektur verzichtet werden.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das mindestens eine Längenänderungselement und/oder der mindestens eine Temperatursensor mit einem mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle thermisch gekoppelten Warmespreizungselement thermisch gekoppelt ist. Auch dadurch können das mindestens eine Längenänderungselement und/oder der mindestens eine Temperatursensor auf eine einfache Weise auf ein Temperaturniveau gebracht werden, welches der Temperatur der mindestens einen Halbleiterlichtquelle angenähert ist.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung mindestens zwei Stelleinheiten aufweist, von denen eine erste Stelleinheit im Wesentlichen mit mindestens einer der Halbleiterlichtquellen thermisch gekoppelt ist und eine zweite Stelleinheit im Wesentlichen mit dem Konverterelement thermisch gekoppelt ist. Dadurch können durch unterschiedliche Temperaturen an dem Halbleiterleuchtelement und dem Leuchtstoff des Konverterelements bedingte unterschiedliche Farb- und/oder Intensitätsvariationen berücksichtigt und additiv oder subtraktiv ausgeglichen werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine von dem Betriebsalter abhängig stellende Stelleinheit einen (elektronischen) Speicher aufweist, in welchem eine Stellgröße der Stelleinheit in Abhängigkeit von einer Betriebsdauer der Leuchtvorrichtung abgespeichert ist. Beispielsweise kann in dem Speicher eine akkumulierte Betriebsdauer in Minuten oder Stunden abgelegt sein. Die Stelleinheit kann das mindestens eine Konverterelement in Abhängigkeit von der gespeicherten Größe bewegen (z. B. als ein ”Offset”), z. B. über eine entsprechende Kennlinie, welche beispielsweise eine Betriebsdauer mit einer Bewegungsgröße, z. B. einem Verschiebungsweg, korreliert.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Stelleinheit mindestens ein sich in Abhängigkeit von seinem Alter längenänderndes (sich ausdehnendes oder kontrahierendes) Längenanderungselement aufweist. Diese Ausgestaltung kommt ohne eine elektronische Steuerung aus und kann besonders robust und preiswert ausgebildet werden. Das Längenänderungselement kann beispielsweise ein über die Zeit austrocknendes und dadurch schrumpfendes Längenänderungsmaterial sein oder ausweisen.
Es ist eine spezielle Ausgestaltung, dass das Längenänderungselement mit mindestens einer Heizung thermisch gekoppelt ist. Dadurch kann eine über die Zeit definierte Schrumpfung auf das Längenänderungselement aufgegeben werden. Die Heizung kann beispielsweise gleichzeitig mit der Halbleiterlichtquelle aktiviert werden. Alternativ kann anstelle eines auf eine Temperatur reagierenden alterungsempfindlichen Längenänderungselements auch ein auf eine andere definierte Größe reagierendes alterungsempfindliche Längenänderungselement verwendet werden, z. B. ein auf einen elektrischen Strom empfindliches Längenänderungselement. Dieses kann z. B. gleichzeitig mit der Halbleiterlichtquelle mit einem Strom beaufschlagt werden.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung mehrere geradlinige Konverterelemente aufweist, welche im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene parallel zu einer Lichtquellenebene beweglich sind, und zwar so, dass mindestens zwei der Konverterelemente gegenläufig verschiebbar sind. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass sie einfach ausgestaltbar und zudem kompakt ist. Zudem wird durch die gegenläufige Verschiebbarkeit eine (Raum-)Winkel- bzw. Richtungsabhängigkeit der Farbe und/oder Intensität unterdrückt.
Die mehreren geradlinigen Konverterelemente können nebeneinander angeordnet sein und Licht unterschiedlicher Halbleiterlichtquellen konvertieren.
Alternativ können die mehreren geradlinigen Konverterelemente übereinander angeordnet sein und Licht der gleichen Halbleiterlichtquellen konvertieren, insbesondere nacheinander. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Leuchtstoff in Verschiebungsrichtung eine sich kontinuierlich, insbesondere konstant, ändernde Dicke aufweist (Gradientenschicht). Die Dicken der Gradientenschichten zweier übereinander angeordneter Konverterelemente können sich insbesondere in entgegengesetzte Richtungen verändern.
Es kann eine Weiterbildung sein, dass die Stelleinheit, insbesondere Verschiebungseinheit, jeweils in einem Abstand entsprechend einem Abstand zwischen zwei benachbarten Halbleiterlichtquellen, einen Leuchtstoffbereich aufweist. Der Leuchtstoffbereich kann sich insbesondere in Bewegungsrichtung über eine Länge von z. B. fünf Kantenlängen einer Halbleiterlichtquelle erstrecken. In dem Leuchtstoffbereich ist der Leuchtstoff vorzugsweise mit einer Dicke oder Dichte vorhanden, welche in etwa linear oder mindestens monoton verläuft, insbesondere in Bewegungsrichtung.
Es kann noch eine Weiterbildung sein, dass zwei Konverterelemente mit streifen- oder bandförmigem Substrat mit periodisch verlaufenden Konverterstoffbereichen oder -auftragungen verwendet werden, wobei die Gradienten der Dicke(n) und/oder der Dichte raumlich gegenläufig sind. Dadurch kann eine Richtungsabhängigkeit der Farbe bzw. des Umwandlungsgrads in Bewegungsrichtung der Konverterelemente zumindest teilweise unterdrückt werden. Zur Steuerung des Farbeindrucks der Leuchtvorrichtung können die beiden Konverterelemente insbesondere gegeneinander verschoben werden zur Steuerung des Farbeindrucks der Lichtquelle. Alternativ kann eines der Konverterelemente in Bezug auf die Halbleiterlichtquelle(n) feststehend sein.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Halbleiterlichtquellen in mindestens einer ringförmigen Anordnung angeordnet sind und die Leuchtvorrichtung mindestens ein ringförmiges Konverterelement aufweist, welches konzentrisch zu mindestens einer ringförmigen Anordnung der Halbleiterlichtquellen angeordnet ist und mittels der mindestens einen Stelleinheit drehbeweglich verstellbar ist. Auch hierdurch kann eine (Raum-)Winkel- bzw. Richtungsabhängigkeit der Farbe und/oder Intensität unterdrückt werden.
In beiden Ausgestaltungen ist der Leuchtstoff vorzugsweise in dem gleichen Muster angeordnet wie die Halbleiterlichtquellen, so dass die Variation der Farbe und/oder Intensitat für alle Halbleiterlichtquellen zumindest annähernd gleich ist.
Es ist eine für eine besonders feine Variation des Anteils des wellenlängenumgewandelten Lichts vorteilhafte Ausgestaltung, dass der Leuchtstoff mit einer lokal, insbesondere graduell, für das von den Halbleiterlichtquellen emittierte Licht variierten Dicke und/oder Konzentration in dem Konverterelement verteilt ist.
Alternativ kann der Leuchtstoff z. B. in Form separater oder quasi-separater Inseln in oder auf einem Substrat des Konverterelements angeordnet sein. Diese Inseln sind auch hier vorzugsweise in dem gleichen Muster angeordnet wie die Halbleiterlichtquellen.
Es ist eine für eine besonders einfach ausgestaltbare und robuste Warmeabführung von mindestens zwei Halbleiterlichtquellen vorteilhafte Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung eine elektrisch isolierende Isolatorlage und mehrere auf einer Vorderseite der Isolatorlage angeordnete thermisch gut leitende Wärmespreizungselemente oder Wärmespreizungsflächen aufweist, wobei die Wärmespreizungsflächen elektrisch durch die Isolatorlage voneinander getrennt sind, an jeder der Wärmespreizungsflächen mindestens eine Halbleiterlichtquelle angeordnet ist und die Halbleiterlichtquellen von einem lichtdurchlässigen Diffusor überdeckt sind. Durch die Wärmespreizungsflächen wird die an der jeweils zugehörigen Halbleiterlichtquelle erzeugte Abwärme effektiv abgeführt. Dabei können die Halbleiterlichtquellen insbesondere locker (wenig kompakt) angeordnet sein, um große Warmespreizungsflächen zu ermöglichen. Durch die elektrische Trennung konnen die Wärmespreizungsflächen zudem als elektrische Kontaktflächen für die Halbleiterlichtquellen dienen, was einen Aufbau vereinfacht. Die lockere Anordnung ist außerdem günstig, da hierbei bei einem Konverterelement ein hinreichender Abstand zwischen den mit Leuchtstoff versehenen Bereichen besteht und die seitliche Überstrahlung einer Leuchtdiode in den Konverterbereich, der benachbarten Leuchtdioden zugeordnet ist, verringert werden kann.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Wärmespreizungsflächen jeweils eine Fläche von mindestens 0,5 cm² einnehmen, um eine besonders effektive Wärmeabfuhr zu ermöglichen.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Halbleiterlichtquellen eine Flächendichte von ca. 1/cm² oder noch weniger aufweisen, um eine besonders effektive Warmeabfuhr zu ermöglichen.
Für eine besonders effektive Wärmeabfuhr kann es auch vorteilhaft sein, dass die Wärmespreizungsflächen mindestens viermal so groß sind wie die Flächenbelegungsfläche(n) der jeweils daran angeordneten Halbleiterlichtquelle(n).
Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Wärmespreizungsflächen als elektrische Kontaktflächen für die jeweils daran angeordnete(n) Halbleiterlichtquelle(n) dienen. Alternativ können die Warmespreizungsflächen elektrisch, aber nicht wesentlich thermisch von der zugehörigen Halbleiterlichtquelle getrennt sein, z. B. durch ein Gehäuse der Halbleiterlichtquelle oder eine dünne elektrisch isolierende Schicht.
Für eine verbesserte Lichtausbeute kann es vorteilhaft sein, dass die Isolatorlage neben den Halbleiterlichtquellen zumindest teilweise von einer obersten Reflektorschicht bedeckt ist. Die Reflektorschicht kann z. B. eine diffus reflektierende Schicht sein. Die Reflektorschicht kann z. B. eine eigens dafür aufgebrachte Schicht sein, z. B. flächendeckend aufgebracht, z. B. über die Wärmespreizungsflächen aufgebracht. Alternativ können zum Beispiel die Wärmespreizungsflächen als (spiegelnde) Reflektorflächen oder Reflektorschichten dienen.
Für eine nicht-blendende Abstrahlung von der Leuchtvorrichtung kann die Reflektorschicht vorzugsweise eine diffus streuende Schicht sein.
Es ist eine für eine gute Wärmeabfuhr zusätzliche oder alternative Ausgestaltung, dass die Isolatorlage mit ihrer Rückseite auf einem thermisch leitfähigen Träger aufgebracht ist, insbesondere mittels einer Haftschicht. Der Träger kann dann als ein weiteres Wärmespreizungselement dienen.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass das mindestens eine Konverterelement einen minimalen Abstand zu der mindestens einen Halbleiterlichtquelle aufweist, welcher mindestens einer maximalen seitlichen Ausdehnung einer Emitterfläche der Halbleiterlichtquelle entspricht. Dadurch wird eine Strahlungsdichte in dem Konverterelement verringert und so eine Alterdegradation abgeschwächt. Zudem kann eine Aufwärmung der Konverterschicht und ihres Leuchtstoffs abgeschwächt werden, wodurch wiederum eine thermisch induzierte Farb- und Intensitätsänderung unterdrückbar ist.
Allgemein ist es eine für eine einfache und gut definierte Bewegung vorteilhafte Ausgestaltung, dass das Konverterelement in einer Ebene parallel zu der Isolatorlage verschiebbar ist, insbesondere geradlinig oder mittels einer Drehbewegung. Insbesondere für eine geradlinige Verschiebung kann das Konverterelement auch gerade oder länglich ausgeformt sein, für eine Drehbewegung z. B. winkelsymmetrisch.
Das Konverterelement kann insbesondere plattenförmig ausgeformt sein, z. B. geradlinig, scheibenförmig oder ringförmig.
Die Vorrichtung kann insbesondere einen oder mehrere der folgenden Aspekte umfassen:
Die Leuchtvorrichtung kann als eine allgemeine Raumleuchte ausgestaltet sein, welche im Wesentlichen blendfrei ist. Dazu kann die Leuchtvorrichtung insbesondere LEDs oder LED-Chips aufweisen, welche relativ klein sind und großflächig verteilt sind (große Strahlerfläche), so dass sich in anderen Worten eine 'lockere Anordnung' oder 'geringe Verlustleistungsbesetzung' der LEDs oder LED-Chips ergibt. Beispielsweise können die LEDs oder LED-Chips mit einer Dichte von ca. 1 pro Quadratzentimeter auf einer Fläche (Strahlerfläche) verteilt sein, oder noch lockerer. Eine Streuscheibe kann vor ihnen angeordnet sein und im Zusammenspiel mit einem gut reflektierenden Hintergrund der Strahlerfläche die Forderungen an die Blendfreiheit besonders effektiv erfüllen.
Die Leuchtvorrichtung kann ferner insbesondere ihre Wärme direkt an die Raumluft abgeben, und zwar ohne einen zusätzlichen aktiven Lüfter zu verwenden. Dies verringert ein Arbeitsgeräusch und einen Herstellungs- und Betriebsaufwand. Insbesondere die bereits beschriebene große Strahlerfläche und die 'geringe Verlustleistungsbesetzung' durch die verteilten (insbesondere kleinen) Chips erfüllt auch die geforderte Wärmeübertragung an die umgebende Luft in einfacher Weise. Eine vorteilhafte Ausgestaltung dazu umfasst eine Wärmeverteilung auf einer ersten Ebene der (z. B. aufgeklebten oder aufgelöteten) LEDs oder LED-Chips durch eine dünne metallische (und damit elektrisch leitende) Schicht mit einer deutlich größeren Fläche als der Auflagefläche der LEDs oder LED-Chips (z. B. mit der Schicht als eine Wärmespreizungsfläche(n) ausgestaltet). Die Schicht kann zugleich zumindest einen Teil der Kontaktanschlüsse und der Stromzuleitung übernehmen.
Insbesondere wenn zugehörige Stromzuleitungen über eine Isolatorlage ausreichend elektrisch isoliert von einem elektrisch leitfähigen Träger, z. B. einem Kühl- oder Trägerblech, ausgeführt sind, welcher zugleich für die überwiegende Wärmeableitung an die Umgebungsluft sorgt, kann die gesamte Verschaltung auf einem Stromnetzpotential erfolgen. Der leitfähige Träger kann z. B. an einen Schutzleiter des Stromnetzes angeschlossen sein, so dass bei einem Körperschluss einer Stromleitung mit diesem äußeren Leiter keine Gefahr für den Betreiber ausgeht, da dann sofort ein Fehlstromschutzschalter ansprechen kann. Es ist eine weitere, besonders einfach implementierbare Ausgestaltung, dass eine ausreichend stabile und gut elektrisch isolierende Wärmeableitschicht (z. B. aus einem widerstandsfähigen Kunststoff) verwendet wird, welcher die Voraussetzung einer vollisolierten Schutzklasse erfüllt, so dass zumindest nach VDE kein Schutzleiteranschluss erforderlich ist.
Die Leuchtvorrichtung kann dann einfach mittels eines Wechselstromnetzes (z. B. mit 110 Volt oder 230 Volt) ansteuerbar sein. Folglich können einfachste verlustarme Netzteile mit beliebig aufsummierender Spannung verwendet werden. Solche Netzteile oder Vorschaltgerate können billig, zuverlässig und einfach aufgebaut sein sowie einen guten Wirkleistungsfaktor und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
Der durch die oben beschriebene metallische Schicht (z. B. eine Wärmespreizungsfläche bereitstellende Schicht) aufgeweitete Wärmestrom von der LED oder dem LED-Chip mag typischerweise zwar durch die Isolatorlage fließen. Jedoch ist die zugehörige thermische Isolierung durch die Isolatorlage nicht wesentlich oder eher gering im Vergleich zu einem geforderten Träger/Luft-Übergang. Die maximal dichte LED- oder LED-Chip-Dichtebesetzung der Wärmeträgerfläche wird vielmehr im Wesentlichen durch die physikalisch begrenzte Luft-Wärmeübertragszahl bei natürlicher Konvektion von maximal etwa 10 W/(m²·K) bestimmt.
Eine mechanische Montage der Leuchtvorrichtung kann zudem zugleich eine elektrische Kontaktierung und eine Wärmeableitung sowie eine Hochspannungsisolierung (z. B. von bis zu 4 kV) erreichen. So kann die mechanische Befestigung der LEDs oder LED-Chips einfach durch Kleben (z. B. mit Leitkleber) oder durch ein Löten auf die metallische Schicht bzw. Wärmespreizungsfläche erfolgen, alternativ aber z. B. auch durch ein zumindest teilweises Bonden bei oberseitigen Kontaktanschlüssen der LEDs oder LED-Chips. Die metallische Schicht kann z. B. aufgedampft und fototechnisch strukturiert sowie anschließend elektrolytisch verstärkt sein. Sie kann aber z. B. auch ”aufgedruckt” und anschließend thermisch/chemisch in die gewünschte leitende Schicht gewandelt werden. Unter anderem ist auch ein großflächiges Aufkleben ausgestanzter Metallfolienflächen (z. B. auf die auf die Isolatorlage) möglich.
Insbesondere die Farbe und/oder die Helligkeit des von der Leuchtvorrichtung abgestrahlten Lichts mag über eine Justiermöglichkeit einstellbar sein, so dass die LEDs oder LED-Chips aus einem großen Farb- und Helligkeits-Toleranzbereich verbaut werden können.
So mag vor eine z. B. blaue (blaues Licht emittierende) LED oder LED-Chip der wellenlangenumwandelnde Leuchtstoff nicht fest aufgebracht sein, sondern vor (in Abstrahlrichtung) der LED verschiebbar angebracht sein. Dabei kann insbesondere der Leuchtstoff (z. B. als eine Schicht) auf einer in jeder seitlichen Richtung größeren Fläche als die Emitterfläche der LED auf einem mindestens durchscheinenden (insbesondere transparenten) Konverterelement (auch als Leuchtstoffträger bezeichenbar) aufgebracht sein. Das Konverterelement ist vorzugsweise senkrecht zur hauptsächlichen Abstrahlrichtung verschiebbar gelagert, kann aber auch auf eine andere Weise bewegbar sein, beispielsweise durch eine Flächenkippung. Dadurch kann wahlweise die blaue LED-Abstrahlfläche völlig durch den Leuchtstoff abgedeckt sein, oder auch nur teilweise bis überhaupt nicht. Das Konverterelement kann beispielsweise ein Riegel sein, und insbesondere bei einer gleichzeitigen Steuerung mehrerer LEDs in räumlicher Reihe können dabei mehrere LEDs gleichzeitig parallel mit dem Leuchtstoff, insbesondere in Form einer Leuchtstoffschicht, abgedeckt oder davon befreit sein.
Das Konverterelement bzw. der Leuchtstoffträger kann merklich beabstandet von der Emitterfläche der LED oder des LED-Chips angeordnet sein. Dabei ist die Fläche des Leuchtstoffs oder Leuchtstoffbereichs vorzugsweise deutlich großer als die Emitterfläche. Das kann unter anderem drei positive Effekte aufweisen:

a) Insbesondere, falls eine Fläche des (insbesondere flachen) Konverterelements und die LED-Abstrahlebene parallel und insbesondere mindestens teilweise in eine Schwerkraftrichtung, insbesondere eine Senkrechte im Raum, geneigt sind, können das Konverterelement und deren Leuchtstoff sowie die LED oder der LED-Chip in einem Konvektionsluftstrom gekühlt werden (Kamineffekt). Dadurch können der Leuchtstoff des Konverterelements und auch die Emitterschicht der LED bzw. des LED-Chips effektiv kühler gehalten werden.
b) Ferner ergibt sich auch eine deutlich geringere Leistungsdichte der blauen Strahlung am Ort des Leuchtstoffs, woraus eine zu erwartende deutlich geringere Alterungsdegradation dieses Leuchtstoffs folgt.
c) Die Veränderung der Abdeckung der LEDs durch den Leuchtstoff (insbesondere in Form einer Leuchtstoffschicht) bei gleichbleibender Leistung der LEDs ergibt den Effekt, dass in demselben Maße, wie die Strahlung der LED zurücktritt, diese Strahlung in eine dazu komplementäre (z. B. gelb-rot-grüne) Strahlung umgesetzt werden kann, so dass die Strahlleistung der Leuchtvorrichtung also in erster Näherung konstant bleibt. Dadurch erübrigt sich eine teils aufwendige und zusätzlich verlustfördernde Auslegung eines Teils des Stromtreibers als ein stromvariabel einstellbarer Treiber.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens oder der Vorrichtung liegt allgemein auch darin, dass für die einzelnen LEDs kein genauer Farbabgleich erforderlich ist. Es können also LEDs mit teils erheblichen Fertigungsschwankungen in fast voller Farbspezifikations-Breite verwendet werden, was die Bereitstellung derselben erheblich kostengünstiger macht.
Der Farbabgleich durch eine Bewegung des mindestens einen Konverterelements kann beispielsweise am Schluss eines Herstellungsverfahrens durch eine Betätigung des mindestens einen Konverterelements durchgeführt werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine Farbeinstellung durch eine Bewegung des mindestens einen Konverterelements auch von einem Benutzer (Kunden) eingestellt oder nachjustiert werden, was insbesondere bei den oft unvermeidlichen Alterungsvorgängen an LEDs und an Leuchtstoffen wichtig werden kann, um eine Nutzungsdauer der Leuchtvorrichtung über einen größeren Zeitraum (z. B. von bis zu 10 Jahren oder etwa 100.000 h) zu ermöglichen.
Die Leuchtdichte einer LED ist typischerweise über 1000 bis 10000-mal höher als diejenige einer Leuchtstoffröhre. Für die Farbwiedergabe wird in beiden Fällen etwa dieselbe Schichtdicke an Leuchtstoff benötigt, d. h., dass die Photonenumsetzungsleistungsdichte des Leuchtstoffs (der auch eine Mischung aus verschiedenen einzelnen Leuchtstoffen sein kann) bei LEDs über 1000-mal höher ist. Auch dies ist ein Gesichtspunkt des ”räumlich abgesetzten” oder beabstandeten Leuchtstoffs (siehe oben), dessen durchstrahlte Fläche dann mindestens eine Größenordnung großflächiger ausfallen kann als die Emitterfläche der LED oder des LED-Chips selbst, womit sich auch die Strahlungskonzentration deutlich verringert, und damit auch eine Alterung.
Bei einem einfachen ”Überschieben” eines lateral scharf begrenzten Leuchtstoffvolumens über die strahlende LED bzw. den strahlenden LED-Chip kann eine ”Farbrichtwirkung” (Richtungsabhängigkeit der Farbe) auftreten. Die Farbrichtwirkung kann durch einen optisch nachgeschalteten Diffusor (z. B. eine beispielsweise mattierte Streuscheibe) insbesondere im Zusammenwirken mit einem diffus reflektierenden Hintergrund (Reflektor) gemildert werden. Jedoch kann die Farbrichtwirkung auch z. B. durch einen gezielt oder definiert graduell dünner werdenden Leuchtstoffverlauf bzw. durchstrahlte Leuchtstoffdicke an oder in dem Konverterelement zumindest größtenteils vermieden werden. Dabei kann es vorteilhaft sein, dass eine Verlaufslänge des Gradientenvolumens ein Mehrfaches einer Ausdehnung der Emitterfläche beträgt.
Insbesondere bei einer effektiven Lichtmischung durch den Diffusor einerseits und den, insbesondere diffus weiß, reflektierenden Hintergrund (insbesondere auf LED-(Chip-)Ebene) ist es eine Ausgestaltung, dass nicht alle LEDs farbgeregelt oder farbvariiert werden, sondern nur ein Teil der LEDs, wobei dann die Farbänderung oder Farbdrift der übrigen LEDs durch eine verstärkte Farbänderung (Überkompensation) mit kompensiert wird.
Insbesondere kann es eine Möglichkeit sein, dass die Farbe selbsttätig mit einfachen Mitteln mit der Temperatur nachjustierbar ist, um LED(Chip)-Farbverschiebungen mit der Temperatur auszugleichen. Eine entsprechende ”Farbort-Verstelleinrichtung” kann beispielsweise über ein temperaturabhängiges Stellglied oder Stelleinheit (z. B. mit Bimetall, Temperaturausdehnungsflüssigkeit oder -wachs usw. in einem Ausdehnungsgefäß mit Stellzylinder) verfügen, das (z. B. additiv zu anderen Verstellmöglichkeiten, beispielsweise zur nutzerabhängigen Verstellung) den Farbort verschiebt. Dies kann beispielsweise so geschehen, dass ein Temperaturfarbgang (temperaturabhängige Drift oder Verschiebung der Farbe mit der Temperatur) der LEDs oder LED-Chips und des Konverterstoffs kompensiert wird. Entsprechend kann sich die temperaturabhängige Stelleinheit (der ”Temperaturregler”) auch in einem Innenraum der Leuchtvorrichtung befinden oder z. B. auch wenigstens mit einer Wärmespreizungsfläche und/oder einem Trägerelement thermisch gekoppelt sein. Eine geeignete einfache Verstellmechanik kann sogar von zwei oder mehr Stelleinheiten bedient werden; und zwar einer Stelleinheit, welche die Farbortverschiebung der LED(s) oder LED-Chip(s) optimal korrigiert und einer anderen Stelleinheit, welche die Farbortverschiebung des Leuchtstoffs des Konverterelements mit der Temperatur optimal korrigiert.
Auch kann es eine Ausgestaltung sein, dass die Farbverschiebung aufgrund einer Alterung der LEDs oder LED-Chips wahrend der Leuchtenlebensdauer selbsttätig angeglichen werden kann. Die oben beschriebene temperaturabhängig stellende Farbort-Verstelleinrichtung kann z. B. in Verbindung mit einer Alterungskompensations-Verstelleinrichtung sogar einen Alterungseffekt einer LED oder eines LED-Chips und/oder des Leuchtstoffs bzw. der Leuchtstoffe des Konverterelements zumindest über einen erweiten Zeitraum ausgleichen und so eine Lebensdauer (welche insbesondere nach Spezifikationsabweichungen definiert ist, z. B. bezüglich einer Farbe) deutlich verlängern. Dazu kann beispielsweise ein mit einer ähnlichen Temperatur-Aktivierungsenergie wie die LED oder der LED-Chip und/oder der Leuchtstoff alterndes Material verwendet werden. Dies kann sich insbesondere in einer leicht, z. B. wieder mechanisch erfassbaren Größe, wie zum Beispiel einer Längen- oder Volumenausdehnung, äußern, was wiederum einen selbsttätigen Einfluss auf die Farbortverschiebemechanik haben kann.
Unabhängig von den selbsttatigen Farbregulierungen kann es eine Weiterbildung sein, dass eine nachtragliche Farbjustierung durch den Kunden möglich ist.
Insgesamt können eine Vorrichtung und/oder ein Verfahren zur großflächigen blendfreien Raumbeleuchtung mit kleinen, insbesondere elektrisch in Reihe geschalteten, Halbleiter-LED-Chips mit einem einfachen (insbesondere Kondensator-) Vorschaltgerät und mit einer temperatur- und/oder alterungsausgleichenden Farb- und/oder Helligkeitsjustiermöglichkeit bereitgestellt werden.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
1 zeigt ausschnittsweise als Schnittdarstellung in Seitenansicht Komponenten einer Leuchtvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 zeigt in Draufsicht die in 1 gezeigten Komponenten;
3 zeigt ausschnittsweise als Schnittdarstellung in Seitenansicht die Komponenten aus 1 sowie weitere Komponenten der Leuchtvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
4 zeigt Komponenten aus 3 in Draufsicht;
5 zeigt ausschnittsweise als Schnittdarstellung in Seitenansicht Komponenten einer Leuchtvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
6 zeigt in Draufsicht die in 5 gezeigten Komponenten;
7 zeigt ausschnittsweise in Seitenansicht Komponenten eines moglichen Antriebs eines Konverterelements einer Leuchtvorrichtung;
8 zeigt ausschnittsweise als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung gemaß einer dritten Ausführungsform;
9 zeigt ausschnittsweise als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
10 zeigt ausschnittsweise in Seitenansicht in teilweiser Schnittdarstellung einen weiteren Antrieb für eine Leuchtvorrichtung; und
11 zeigt eine Schaltskizze eines möglichen Vorschaltgeräts zum Betreiben mindestens einer Halbleiterlichtquelle einer Leuchtvorrichtung.
1 zeigt ausschnittsweise als Schnittdarstellung in Seitenansicht Komponenten einer Leuchtvorrichtung 1, namlich eine elektrisch isolierende Isolatorlage 2, auf deren Vorderseite mehrere in einer Reihe angeordnete Wärmespreizungselemente oder Wärmespreizungsflächen 3 aufgebracht sind. Die Warmespreizungsflächen 3 bestehen hier aus einer metallischen Schicht und sind untereinander nicht elektrisch verbunden, sondern durch die Isolatorlage 2 elektrisch voneinander isoliert. Auf einer Vorderseite jeder der Wärmespreizungsflächen 3 befindet sich eine Halbleiterlichtquelle in Form einer Leuchtdiode 4. Die Leuchtdiode 4 ist hier beispielhaft als ein blau leuchtender LED-Chip ausgebildet. Jede der Leuchtdioden 4 ist von einem transparenten Verguss 5 überdeckt, in welchem ein Leuchtstoff 6 vorhanden ist, der das von der zugehörigen LED 4 abgestrahlte blaue Licht in ein gelbes Licht umwandeln oder konvertieren kann. Abhängig von der Dichte des Leuchtstoffs 6 und der Dicke des Vergusses 5 kann ein Anteil des wellenlangenumgewandelten gelben Lichts im Verhältnis zu einem den Verguss 5 ohne Wellenlängenumwandlung durchlaufenden blauen Licht eingestellt werden. Beispielsweise kann das sich ergebende blau/gelbe Mischlicht ein weißes Mischlicht sein.
Die Leuchtdioden 4 sind elektrisch in Reihe geschaltet, wozu sie mit einer Seite die jeweilige Wärmespreizungsfläche 3 elektrisch kontaktieren und an ihrem anderen Pol mit einem elektrischen Verbindungsdraht 7 oder Bonddraht verbunden sind. Der elektrische Verbindungsdraht 7 ist mit seinem anderen Ende mit einer Wärmespreizungsfläche 3 einer benachbarten Leuchtdiode 4 verbunden. Die Wärmespreizungsflächen 3 dienen somit als Montageflächen und elektrische Kontaktflächen oder Kontaktelemente.
Die Wärmespreizungsflächen 3 dienen jedoch auch dazu, von der jeweiligen Leuchtdiode 4 erzeugte Abwärme abzuleiten und zu spreizen, um eine Überhitzung der Leuchtdiode 4 zu vermeiden oder zumindest deren Alterung aufgrund der anliegenden hohen Temperatur zu hemmen. Die Warmespreizungsfläche 3 kann ferner als eine Kühlfläche dienen. Es ist für eine effektive Wärmespreizung vorteilhaft, wenn die Wärmespreizungsfläche 3 jeweils eine Fläche (in Draufsicht) von mindestens 0,8 cm² einnimmt. Eine effektive Wärmeabfuhr bzw. ein effektives Wärmemanagement kann auch dadurch erreicht werden, dass die Leuchtdioden 4 vergleichsweise weit voneinander entfernt bzw. ”locker” angeordnet sind. Es hat sich gezeigt, dass eine Flächendichte von einer Leuchtdiode 4 pro cm² oder weniger (d. h., mit einem noch größeren Abstand) eine besonders effektive Wärmeabfuhr ermöglicht. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Leuchtdioden 4 vergleichsweise klein sind und eine vergleichsweise geringe Leistung aufweisen. Es hat sich als für eine Wärmeabfuhr besonders effektiv ergeben, dass die Wärmespreizungsflächen 3 mindestens viermal so groß sind wie die Flächenbelegung der jeweils daran angeordneten Leuchtdioden 4.
2 zeigt in Draufsicht die in 1 gezeigten Komponenten der Leuchtvorrichtung 1. Auf der Isolatorlage 2 sind die Wärmespreizungsflächen 3 und dadurch auch die zugehörigen Leuchtdioden 4 in zwei parallelen Reihen angeordnet. Diese beiden Reihen von Leuchtdioden 4 können unabhangig voneinander angesteuert werden oder selbst wieder in Reihe verschaltet sein. Allgemein braucht auch nur eine Reihe oder es können mehr als zwei Reihen auf einer Isolatorlage 2 angeordnet sein.
3 zeigt die Leuchtvorrichtung 1 mit im Vergleich zu 1 zusätzlichen Komponenten. So ist die Isolatorlage 2 mit ihrer Rückseite nun über eine Klebeschicht 8 an einem thermisch leitfähigen Träger in Form eines Kühlblechs 9 befestigt. Dadurch kann Wärme von den Wärmespreizflächen 3 auch durch die Isolatorlage 2 und die Klebeschicht auf das Kühlblech 9 abgeleitet werden, so dass sich eine noch effektivere Kühlung der Leuchtdioden 4 ergibt. Oberhalb der Leuchtdioden 4 und des Vergusses 5 befindet sich ein Konverterelement 10 in Form eines steifen bandförmigen Substrats 11, an welchem lokal ein Leuchtstoff 12 eingebracht ist. Das Substrat 11 dient somit als Träger für den Leuchtstoff 12. Das Substrat 11 besteht aus einem im Wesentlichen lichtdurchlässigen Material. In der gezeigten Ausführungsform ist der Leuchtstoff 12 an einer den Leuchtdioden 4 zugewandten Unterseite des Substrats 11 in entsprechenden Ausnehmungen 13 untergebracht, was ein Befestigen des Leuchtstoffs 12 an dem Substrat 11 erleichtert, da der Leuchtstoff 12 einfach in die Ausnehmungen 13 eingebracht und dann abgestrichen werden kann. Die Position der einzelnen Leuchtstoffbereiche 14 entspricht dem Muster bzw. der Anordnung der Leuchtdioden 4, jedoch kann das Konverterelement 10 parallel zu den Leuchtdioden 4 bzw. parallel zu der Isolatorlage 2 bewegt werden, wie weiter unten genauer beschrieben wird und durch den Doppelpfeil angedeutet ist. Dadurch kann der Abdeckungsgrad des Leuchtstoffs 12 in Bezug auf eine zugehörige Leuchtdiode 4 gezielt eingestellt werden, und damit auch der Umwandlungsgrad des von den Leuchtdioden 4 emittierten Lichts und folglich auch eine Farbe des Mischlichts. In anderen Worten kann der Farbanteil des primären Lichts von der Leuchtdiode 4 bzw. der Anteil des wellenlängenumgewandelten Lichts durch eine relative Positionierung des Konverterelements 10 in Bezug auf die Leuchtdioden 4 eingestellt werden. Je größer die Uberdeckung zwischen dem Leuchtstoffbereich 14 und der zugehörigen LED 4 ist, desto mehr Licht von der Leuchtdiode 4 wird wellenlängeumgewandelt und entsprechend kann beispielsweise mehr Licht von einer blauen LED 4 in gelbes Licht umgewandelt werden, so dass das resultierende Mischlicht einen höheren Gelbanteil erhält. Das Substrat 11 und damit das Konverterelement 10 werden mittels mehrerer Führungsvorsprünge 15a gelagert.
Alternativ oder zusätzlich zu den an der Unterseite des Konverterelements 10 befindlichen Leuchtstoffbereichen 14 kann der Leuchtstoff 12 auch lokal an einer den Leuchtdioden 4 abgewandten Oberseite des Konverterelements 10 in einem entsprechenden Leuchtstoffbereich 16 angeordnet sein, wie hier beispielhaft anhand eines einzigen Bereichs 16 gezeigt.
Es ist eine weitere alternative Ausgestaltung, dass auf den Verguss 5, 6 verzichtet wird. Dadurch hängt die Wellenlängenumwandlung ausschließlich von dem Leuchtstoff 12 des Konverterelements 10 ab, und es wird eine sehr starke Variation des wellenlängenumgewandelten Anteils des Mischlichts durch eine auch vergleichsweise geringe Bewegung (hier: Verschiebung) des Konverterelements 10 erreicht. Das Vorsehen des mit dem Leuchtstoff 6 versehenen Vergusses 5 weist den Vorteil auf, dass mit einer Bewegung des Konverterelements 10 eine vergleichsweise feine Variation des wellenlangenumgewandelten Lichtanteils einstellbar ist. Zudem wird dann nur verhaltnismäßig wenig Leuchtstoff 12 benötigt, so dass das Konverterelement 10 vergleichsweise kompakt aufgebaut werden kann.
Allgemein sind die von den Leuchtdioden 4 abgestrahlten Farben sowie die Art der Wellenlängenumwandlung nicht beschränkt, insbesondere nicht auf eine blau-gelbe Wellenlängenumwandlung beschränkt. So kann es sich bei den Leuchtdioden 4 auch um UV-Leuchtdioden handeln, und der Leuchtstoff 6, 12 mag beispielsweise das von den Leuchtdioden 4 abgestrahlte ultraviolette Licht in ein sichtbares Licht umwandeln. Auch mag das sich ergebende Mischlicht kein weißes Licht sein.
Allgemein kann es sich bei den Leuchtstoffen 6, 12 um den gleichen Leuchtstoff handeln, oder diese beiden Leuchtstoffe 6, 12 sind unterschiedliche Leuchtstoffe. Dann mag beispielsweise der optisch näher an den Leuchtdioden 4 vorhandene Leuchtstoff 6 des Vergusses 5 das von den Leuchtdioden 4 abgestrahlte Licht in ein erstes wellenlängenumgewandeltes Licht umwandeln, und der Leuchtstoff 12 des Konverterelements 10 mag dann das primäre, von den Leuchtdioden 4 abgestrahlte Licht wellenlängenumwandeln, z. B. in eine im Vergleich zu dem Leuchtstoff 6 unterschiedliche Farbe. Alternativ oder zusätzlich mag der Leuchtstoff 12 das von dem Leuchtstoff 6 des Vergusses 5 umgewandelte Licht nochmals zumindest teilweise weiter wellenlängenumwandeln. Ganz allgemein ist die Zahl und Farbkonversion der Leuchtstoffe nicht beschränkt, so mag das Konverterelement auch mehrere Leuchtstoffe aufweisen, beispielsweise einen ersten Leuchtstoff und einen zweiten Leuchtstoff, welche unterschiedlich arbeiten.
Das Konverterelement 10 weist hier einen (senkrechten) Abstand d zu den Leuchtdioden 4 auf, welcher mindestens einer maximalen seitlichen Ausdehnung einer Emitterfläche der Leuchtdioden 4 entspricht. Dadurch wird eine Strahlungsdichte in dem Konverterelement 10 gering gehalten und so eine Altersdegradation abgeschwächt. Zudem kann eine Aufwärmung der Konverterschicht 10 und ihres Leuchtstoffs 12 abgeschwächt werden, wodurch wiederum eine thermisch induzierte Farb- und Intensitätsänderung unterdrückbar ist. Dies wird insbesondere auch durch die Anordnung der Leuchtdioden, wie in 1 und 2 gezeigt, begünstigt, da dabei der Wärmeeintrag in das Konverterelement reduziert wird.
4 zeigt die in 3 gezeigten Komponenten der Leuchtvorrichtung 1 in Draufsicht. Die Führungsvorsprünge 15a sind als seitliche Vorsprünge einer Führungsleiste 15b ausgestaltet, wobei zwei Führungsleisten 15b das Konverterelement 10 an jeweils einer Längsseite einrahmen.
5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht Komponenten einer Leuchtvorrichtung 21 gemäß einer zweiten Ausführungsform. In diesem Fall sind auf die Isolatorlage 2 Wärmespreizungsflächen 22 in Form von Leiterbahnabschnitten aufgebracht. Die Leuchtdioden (z. B. blaue Leuchtdioden) 23 sind als kunststoffvergossene, mit einem Lot 26 verlötbare Bauelemente in Oberflächenmontagebauweise (sog. SMT-Bauteile) auf jeweils zwei direkt benachbarte Wärmespreizflächen 22 aufgebracht. Jede Leuchtdiode 23 brückt somit elektrisch zwei benachbarte Wärmespreizflächen 22. Die Isolatorlage 2 ist, wie bereits für die Leuchtvorrichtung 1 beschrieben, über eine Klebeschicht 8 (beispielsweise ein doppelseitiges Klebeband) mit einem Kühlblech 9 verbunden. Die Leuchtvorrichtung 21 ist besonders einfach herstellbar.
Die Wärmespreizungsflächen 22 können wie die Wärmespreizungsflächen 3 eine im Vergleich zu einer Belegungsfläche der Leuchtdioden 23 große Fläche aufweisen. Zudem konnen auch hier die Leuchtdioden 23 locker angeordnet sein. Die Leuchtvorrichtung 21 kann wie bereits für die Leuchtvorrichtung 1 besprochen ein die Leuchtdioden 23 beweglich abdeckendes oder teilabdeckendes Konverterelement aufweisen, z. B. in Form eines bandformigen Schiebers. Auch mogen die Leuchtdioden 23 von einer mit einem Leuchtstoff versetzten Vergussmasse umgeben sein.
6 zeigt die Leuchtvorrichtung 21 in Draufsicht und die Leuchtdioden 23 sind wiederum in Reihe angeordnet. Eine Fläche von in einem Gehäuse 24 einer jeweiligen LED vorhandenen LED-Chips 25 ist erheblich kleiner als die Fläche eines der Wärmspreizungselemente 22. Die Leuchtdioden 23 sind hier nur einreihig aufgebracht.
7 zeigt in Seitenansicht Komponenten eines Antriebs 31 eines Konverterelements, z. B. 10, wie es beispielsweise in einer Leuchtvorrichtung nach den 6 und 7 verwendet wird, wobei der Antrieb 31 hier ein, insbesondere von außen bedienbares, (Verstell-)Rändelrad 32 aufweist, dessen Drehbewegung über einen beidseitig beweglich gelagerten Hebel 33 in eine wie durch den Doppelpfeil angedeutete lineare Bewegung des Konverterelements 10 umgesetzt werden kann. Dieser Antrieb 31 weist den Vorteil auf, dass durch eine Wahl des Durchmessers des Rändelrads 32 bzw. genaugenommen des Abstandes des Drehpunkts 33a des Hebels 33 von der Achse 32a des Rändelrades 32, eine Hubübersetzung sehr einfach auswählbar ist.
Beispielsweise durch eine einfache zusätzliche Hebelwaage (mit einer Hebelmechanik entsprechend einem gewählten Hebelverhältnis, o. Abb.) können das Substrat 11 bzw. der Konverterträger 10 sowohl von dem Rändelrad 32 als auch von einem betriebsparameter-, insbesondere temperatur- und/oder alterungsabhangigen automatischen Versteller zugleich betätigt, insbesondere verschoben, werden. Beispielsweise kann der in 10 genauer beschriebene Hebel 60 mittels des Stellrads oder Rändelrads 32 betätigt und/oder justiert werden.
8 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 41 gemäß einer dritten Ausführungsform. Im Gegensatz zur Leuchtvorrichtung 21 sind die Leuchtdioden 42 nun als Flip-Chip-Bauteile auf den als Leiterbahnsegmente ausgeformten Wärmespreizflachen 22 ausgebildet.
Es kann sich alternativ auch um eine gebondete Anordnung wie in 1 gezeichnet handeln. Umgekehrt können die hier gezeigten Leuchtdioden 42 auch wie in 1 mit einem Verguss 5, der eventuell auch bereits Konverterstoff 6 enthält, versehen sein).
Das oberhalb (d. h. in Abstrahlrichtung) der Leuchtdioden 42 angeordnete Konverterelement 43, welches hier ebenfalls parallel zu den Leuchtdioden 42 bzw. zur Isolatorlage 2 verschieblich ist, weist an seiner Unterseite 44 den Leuchtstoff 12 nun nicht mehr in einem lokal scharf begrenzten Bereich auf. Vielmehr ist der Leuchtstoff 12 in der Bewegungsrichtung R mit einer sich graduell bzw. allmählich, insbesondere linear, ändernden Schichtdicke aufgebracht (Gradientenvolumen oder Gradientenschicht). Dadurch ist eine besonders feine gezielte Variation oder Änderung des Farbmischanteils möglich.
Dazu beträgt eine Verlaufslänge des Gradientenvolumens insbesondere ein Mehrfaches einer Ausdehnung der Emitterfläche (beide Male z. B. in Bewegungsrichtung des Konverterelements 43).
Für eine Erhöhung der Lichtausbeute bzw. eine Verminderung eines Lichtverlusts als auch für eine verbesserte Homogenisierung des Lichts (wodurch insbesondere eine Blendwirkung verringert oder vermieden werden kann), ist die Isolatorlage 2 mit den Wärmespreizflächen 22 von einer diffus reflektierenden Reflektorschicht 45 bedeckt, welche auf sie fallendes Licht (welches beispielsweise von dem Leuchtstoff 12 des Konverterelements 43 stammen könnte) zurückreflektiert. Die Reflektorschicht 45 kann beispielsweise eine weiß reflektierende Schicht sein. Zur weiteren Lichtstreuung ist oberhalb des Konverterelements 43 ein Diffusor 46 angebracht. Der Diffusor 46 kann beispielsweise eine Milchglasscheibe oder ein anderer lichtstreuender Körper sein.
9 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung 81 gemäß einer vierten Ausführungsform. Die Leuchtvorrichtung 81 ähnelt der Leuchtvorrichtung 41, außer dass nun oberhalb der Leuchtdioden 42 zwei getrennte Band- oder streifenförmige Konverterelemente 43a und 43b angeordnet sind. Das Konverterelement 43a ist dem Konverterelement 43b optisch nachgeschaltet. Wie bei der Leuchtvorrichtung 41 liegt der Leuchtstoff 12 als eine Gradientenschicht mit sich in Bewegungsrichtung R linear verändernder Dicke (alternativ oder zusätzlich: Dichte) vor. Dabei sind beiden Konverterelemente 43a und 43b so angeordnet, dass ihre Dicken- und/oder Dichtegradienten in Bewegungsrichtung R gegenläufig verlaufen. Dadurch ist bei einer in senkrechter Richtung vollständigen Überdeckung der Konverterelemente 43a und 43b in erster Näherung bei senkrechtem Lichtdurchgang die Summe des durchquerten Konverterstoffes 12 gleich. Diese Dicken- oder Dichtesumme verändert sich bei einer relativen Verschiebung der beiden Konverterelemente (oder Riegel) 43a und 43b gegeneinander. Dabei können die Verschiebebewegungen auf beide Konverterelemente 43a und 43b symmetrisch aufgeteilt sein. Alternativ kann ein Konverterelement 43a oder 43b feststehend ausgeführt sein, und nur das andere Konverterelement 43b bzw. 43a wird durch seine Verschiebung zur Steuerung der Lichtfarbe zumindest im Fernfeld benutzt.
Anstelle der hier gezeichneten linearen Ausführung der Konverterelemente 43a und 43b kann auch eine ringförmige Anordnung sowohl der Leuchtdioden 4 bzw. 42 als auch der darüber geführten Konversionsstoffträger verwendet werden. Dann können die entsprechenden Strukturen auf dem Umfang eines Teilkreises angeordnet sein, und die Justierung erfolgt durch eine Rotation des insbesondere zentrisch drehbar befestigten ring- oder scheibenförmigen Konverterelements.
Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass der Leuchtstoff 12 in einer jeweiligen Vertiefung 82 des Substrats des Konverterelements 43a bzw. 43b vorhanden ist, was die Herstellung der Konverterelemente 43a, 43b und die genaue Formung und Dosierung des Leuchtstoffs erleichtert.
Die Leuchtdioden 42 können auch hier mit einem mit Leuchtstoff 6 durchsetzten Verguss 5 unmittelbar überdeckt sein.
10 zeigt eine mögliche Stelleinheit 51 einer Leuchtvorrichtung zum Bewegen bzw. Verstellen eines Konverterelements 52, wobei das Konverterelement 52 mehrere Leuchtstoffbereiche 53 mit einem entsprechenden Leuchtstoff 12 (einschließlich einer Mischung unterschiedlicher Leuchtstoffe) aufweist. Das Konverterelement 52 ist hier horizontal verschiebbar, wie durch den Doppelpfeil schematisch angedeutet, kann aber auch auf eine andere Weise beweglich sein, z. B. verdrehbar.
Die Stelleinheit 51 weist einen Zylinder 55, einen in dem Zylinder 55 längs verschieblich gelagerten Kolben 56, eine Druckfeder 57 und ein Längenänderungsmaterial oder Längenänderungselement 58 auf. Die Druckfeder 57 drückt den Kolben 56 in Richtung des Langenänderungselements 58. Der Kolben 56 dichtet ferner den die Druckfeder 57 aufweisenden Teilraum gegen das Längenänderungselement 58 ab. Der Kolben 56 ist zudem uber einen aus dem Zylinder 55 herausragenden Stoßel 59 mit dem Konverterelement 52 verbunden. Eine lineare Bewegung des Kolbens 65 wird dadurch direkt in eine lineare Bewegung des Konverterelements 52 umgewandelt. An seiner dem Stößel 59 gegenüberliegenden Seite ist der Zylinder 55 drehbeweglich mit einem Hebel 60 verbunden, wobei der Hebel beispielsweise durch einen Nutzer manuell verstellbar ist. Durch eine Änderung einer Lage des Hebels 60 kann ein Nutzer somit das Konverterelement 52 über die Stelleinheit 51 verstellen und damit die Farbanteile eines von der Leuchtvorrichtung 50 abgestrahlten Mischlichts ändern. Ein Nutzer kann somit eine Farbe der Leuchtvorrichtung 50 durch eine Bewegung des Hebels 60 merklich verändern.
Durch das Längenänderungselement 58 wird die Verstellbewegung des Hebels 60 mit einer durch eine Ausdehnung oder Schrumpfung des Längenänderungselements 58 bewirkten Bewegung des Kolbens 56 innerhalb des Zylinders 55 überlagert. Beispielsweise kann sich das Langenänderungselement 58 mit sich ändernder Temperatur ausdehnen oder zusammenziehen und dadurch das Konverterelement 52 derart verschieben, dass eine temperaturbedingte Farbänderung der Leuchtvorrichtung 50 (beispielsweise bedingt durch eine temperaturabhängige Effizienzänderung oder Farbverschiebung der Leuchtdiode(n) und/oder des Leuchtstoffs 6 oder 12). Für eine gute Korrelation der Temperatur an dem Längenänderungselement 58 in Bezug auf eine Temperatur an einer Leuchtdiode oder dem Leuchtstoff 12 kann sich der Zylinder 55 in einem Innenraum eines Gehäuses befinden, wobei das Gehäuse (o. Abb.) auch die Leuchtdiode(n) aufnimmt.
Die Längenänderungssubstanz 58 kann beispielsweise eine Flüssigkeit, ein Wachs, ein Feststoff oder sogar ein Gas sein.
In einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform kann die Längenänderungssubstanz 58 mit dem Alter schrumpfen, z. B. über einen Betriebszeitraum von mindestens ca. 10.000 Stunden merklich schrumpfen. Dabei ist die Längenänderung der Längenänderungssubstanz 58 so bemessen, dass sie mit einer alterungsbedingten Farbänderung des Leuchtstoffs 6 und/oder 12 als auch der Leuchtdiode korrelieren kann. Dadurch ist es möglich, die von der Leuchtvorrichtung 50 abgestrahlte Farbe auch über einen längeren Zeitraum automatisch und auf eine einfache Weise so einzustellen, dass eine Altersdegradation kompensiert wird.
Es ist allgemein möglich, verschiedene sich betriebsparameterabhängig längenändernde Langenänderungssubstanzen, beispielsweise eine sich temperaturabhängig langenändernde Längenänderungssubstanz und eine sich altersabhängig längenändernde Längenänderungssubstanz, mechanisch in Reihe zu schalten, beispielsweise in dem gleichen Zylinder oder in unterschiedlichen Zylindern. Auch ist es möglich, mehrere sich mit einem Betriebsparameter, beispielsweise der Temperatur, längenändernde Längenänderungssubstanzen mechanisch in Reihe zu schalten, wobei die jeweiligen Längenänderungssubstanzen mit unterschiedlichen Orten oder Leuchtstoffbereichen der Leuchtvorrichtung 50 korrelieren können, beispielsweise mit einer Temperatur an einer Leuchtdiode einerseits und mit einer Temperatur an einem Leuchtstoff 12 des Konverterelements 52 andererseits.
11 zeigt eine Schaltskizze eines einfachen Vorschaltgeräts 71 zum Betrieb von Leuchtdioden 4, 23 einer Leuchtvorrichtung, insbesondere wie oben beschrieben. Dieses Vorschaltgerät 71 ist totalausfallsicher und weist drei Leistungsschaltstufen auf, z. B. von 100%, 50% und 1%. Das Vorschaltgerät 71 kann an einen Leiter L einer Netzversorgung (oder einer anderen Stromversorgung) angeschlossen sein. Dazu weist das Vorschaltgerät 71 drei elektrisch parallel geschaltete Schalter S11, S12 und S13 auf, von denen jeweils ein Schalter S11, S12 oder S13 geschlossen sein kann.
Der Schalter S11, welcher einer Leistungsschaltstufe von 100% entspricht, ist mit einem ersten Eingang eines Brückengleichrichters BG1 verbunden, wobei der andere Eingang des Brückengleichrichters BG1 mit einem Neutralleiter N der Netzversorgung verbunden ist. Dabei ist, genauer gesagt, der erste Schalter S11 über ein Sicherungselement F1, eine Spule L1 und einen Kondensator C1 (wobei F1, L1 und C1 zueinander in Reihe geschaltet sind) mit dem ersten Eingang des Brückengleichrichters BG1 verbunden. Die Spule L1 dient zum Abfangen von Netzüberspannungen und kann auch als ein Ersatzwiderstand dienen. Die Spule L1 kann auch mit dem Sicherungselement kombiniert sein bzw. damit integriert sein, z. B. in Form mehrerer Windungen aus Widerstandsdraht, welcher bei einer sehr hohen Strompulsbelastung, wie sie bei einer Netzüberspannung auftreten kann, durchschmilzt. Der Kondensator (Serienkondensator) C1 dient in dieser einfachen Schaltung dazu, den mittleren Strom für die Halbleiterlichtquellen im Dauerbetrieb einzustellen. Der Kondensator C1 sollte besonders stromstoßfest sein (da er den Einschaltstromstoß aufnimmt) und besonders langzeitbetriebszuverlässig sein. Der Kondensator C1 verursacht vorteilhafterweise eine nur vernachlässigbare Verlustleistung. Beispielsweise kann eine Spannung von in Reihe geschalteten Halbleiterlichtquellen von z. B. ca. 200 Volt bei einer effektiven Netz-Wechselspannung von 220 Volt so erreicht werden, dass ein Blindstromanteil der Gesamtschaltung nicht Wesentlich ins Gewicht fällt.
Die beiden Ausgänge des Brückengleichrichters BG1 sind mit den beiden Enden einer in Reihe geschalteten Gruppe von Leuchtdioden 4 verbunden. Zwischen der Spule L1 und dem Kondensator C1 ist ein weiterer Kondensator Cp zwischengeschaltet, welcher mit seinem anderen Ende mit dem Neutralleiter N verbunden ist.
Ferner weist das Vorschaltgerät 71 einen geerdeten Anschluss auf, welcher mit einem Schutzleiter SL der Netzversorgung verbunden werden kann. Dieser Schutzleiter SL kann insbesondere mit metallischen Abschirmungen und Kühlblechen der Leuchtvorrichtung verbunden sein. Nur wenn, was ebenfalls möglich ist, samtliche stromführenden Teile durch ein ausreichend mechanisch festes und elektrisch isolierendes Material (z. B. Kunststoff) vor einer äußeren Berührung sicher sind, kann die Leuchtvorrichtung als vollisoiert gelten und benötigt keinen Schutzleiter SL.
Bei geschlossenem Schalter S11 wird ein zwischen dem Leiter L und dem Neutralleiter N anliegender oder eingespeister Wechselstrom mit hoher Leistung auf den erste Brückengleichrichter BG1 aufgegeben, welcher daraus eine gepulste Gleichspannung erzeugt. Diese gepulste Gleichspannung kann durch einen parallel zu den Ausgängen des Brückengleichrichters BG1 geschalteten Glättungskondensator C3 geglättet werden. Mittels dieses geglätteten Gleichstroms können die Leuchtdioden 4 betrieben werden.
Bei geschlossenem Schalter S12, welcher eine 50%ige Leistungsschaltstufe ermoglicht, wird ein Wechselstrom auf analoge Weise zu der gerade für den Schalter S11 beschriebenen Art erzeugt. So ist auch der Schalter S12 über ein Bauteil F1, eine Spule L1 und einen Kondensator C1, diese in Reihe geschaltet, mit einem ersten Eingang oder Eingangsanschluss eines zweiten Brückengleichrichters BG2 verbunden, dessen zweiter Eingang ebenfalls mit dem Neutralleiter N der Netzversorgung verbunden ist. Auch hier sind die Ausgänge des Brückengleichrichters BG2 zur Glattung eines erzeugten gepulsten Gleichstroms parallel zu einem Glattungskondensator C3 geschaltet, an dessen beiden Polen wiederum mehrere LEDs 4, 23 in Reihe geschaltet angeschlossen sind.
Bei einem Schalten des Schalters S13, welcher eine 1%ige Leistungsschaltstufe ermöglicht, ist zusätzlich zwischen dem Schalter S13 und dem Bauteil F1 ein Kondensator C2 vorhanden.
Anstelle der Spulen L1 kann auch ein hochpulsstromtauglicher Widerstand verwendet werden. Anstelle der Kondensatoren Cp können beispielsweise auch Varistoren zur Begrenzung von Störpulsspannungen (beispielsweise von mehr als +/–450 V) verwendet werden.
Da möglicherweise erhebliche Überspannungen über von 4000 V auftreten können und diese durch Eisen- oder Ferritkernspulen wie z. B. die Spule L1, die schnell in Sättigung kommen, kaum abgefangen werden können, kann ein Widerstand vorteilhaft anstelle der Spule L1 eingesetzt werden. Der Widerstand sollte so gewählt sein, dass er einen nicht zu niedrigen Wert aufweist, um einen Einschaltstromstoß zu begrenzen, und einen nicht zu hohen Wert, um Betriebsverluste zu begrenzen.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
So können auch andere Halbleiterlichtquellen verwendet werden, wie Diodenlaser. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z. B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z. B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z. B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat (”Submount”) montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z. B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, 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.
Bezugszeichenliste

1: Leuchtvorrichtung
2: Isolatorlage
3: Warmespreizungsfläche
4: Leuchtdiode
5: Verguss
6: Leuchtstoff
7: Verbindungsdraht
8: Klebeschicht
9: Kühlblech
10: Konverterelement
11: Substrat
12: Leuchtstoff
13: Ausnehmung
14: Leuchtstoffbereich
15a: Führungsvorsprung
15b: Führungsleiste
16: Leuchtstoffbereich
21: Leuchtvorrichtung
22: Wärmespreizungsfläche
23: Leuchtdiode
24: Gehäuse
25: LED-Chip
26: Lot
31: Antrieb
32: Rändelrad
32a: Achse
33: Hebel
33a: Drehpunkt
41: Leuchtvorrichtung
42: Leuchtdiode
43: Konverterelement
44: Unterseite
45: Reflektorschicht
46: Diffusor
50: Leuchtvorrichtung
51: Stelleinheit
52: Konverterelement
53: Leuchtstoffbereich
55: Zylinder
56: Kolben
57: Druckfeder
58: Längenänderungselement
59: Stößel
60: Hebel
71: Vorschaltgerät
81: Leuchtvorrichtung
82: Vertiefung
S11: Schalter
S12: Schalter
S13: Schalter
F1: Bauteil
L1: Spule
L2: Spule (nicht in Zeichnungen)
C1: Kondensator
C2: Kondensator
C3: Glättungskondensator
Cp: Kondensator
BG1: Brückengleichrichter
BG2: Bruckengleichrichter
N: Neutralleiter
SL: Schutzleiter
L: Leiter
R: Bewegungsrichtung
d: Abstand

Claims

Leuchtvorrichtung (1; 21; 41; 50), aufweisend – mindestens eine Halbleiterlichtquelle (4; 23; 42) und – mindestens ein lichtdurchlässiges Konverterelement (10; 43; 52), welches einen für das von der Halbleiterlichtquelle (4; 23; 42) emittierte Licht empfindlichen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff (12) aufweist, – wobei die Halbleiterlichtquelle (4; 23; 42) von dem Konverterelement (10; 43; 52) zumindest teilweise überdeckbar ist und – das Konverterelement (10; 43; 52) so beweglich ist, dass ein Anteil eines mittels des Konverterelements (10; 43; 52) wellenlängenumgewandelten Lichts abhängig von einer Position des Konverterelements (10; 43; 52) einstellbar ist, – wobei die Leuchtvorrichtung mindestens eine von mindestens einem Betriebsparameter der Leuchtvorrichtung, insbesondere einer Temperatur und/oder von einem Betriebsalter, abhängig stellende Stelleinheit (51) zum Bewegen des Konverterelements (10; 43; 52) aufweist – wobei die Stelleinheit (51) mindestens ein sich temperaturabhängig ausdehnendes Längenänderungselement (58) aufweist.
Leuchtvorrichtung (1; 21; 41; 50) nach Anspruch 1, wobei die Stelleinheit (51) mit mindestens einem Temperatursensor gekoppelt ist und in Abhängigkeit von Sensordaten des mindestens einen Temperatursensors stellbar ist.
Leuchtvorrichtung (1; 21; 41) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das mindestens eine Längenänderungselement (58) und/oder der mindestens eine Temperatursensor in einem die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (4; 23; 42) umfassenden Innenraum der Leuchtvorrichtung (1; 21; 41; 50) angeordnet ist.
Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mindestens eine Längenänderungselement (58) und/oder der mindestens eine Temperatursensor mit einem mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (4; 23; 42) thermisch gekoppelten Wärmespreizungselement (3; 22) thermisch gekoppelt ist.
Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtvorrichtung mindestens zwei Stelleinheiten aufweist, von denen eine erste Stelleinheit im Wesentlichen mit mindestens einer der Halbleiterlichtquellen thermisch gekoppelt ist und eine zweite Stelleinheit im Wesentlichen mit dem Konverterelement thermisch gekoppelt ist.
Leuchtvorrichtung (50) nach eine der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mindestens eine von dem Betriebsalter abhängig stellende Stelleinheit (51) einen Speicher aufweist, in welchem eine Stellgröße der Stelleinheit (51) in Abhängigkeit von einer Betriebsdauer der Leuchtvorrichtung (50) abgespeichert ist.
Leuchtvorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens eine Stelleinheit (51) mindestens ein sich in Abhängigkeit von seinem Alter ausdehnendes Längenänderungselement (58) aufweist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Längenänderungselement mit mindestens einer Heizung thermisch gekoppelt ist.
Leuchtvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtvorrichtung (1) mehrere geradlinige Konverterelemente (10) aufweist, welche im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene parallel zu einer Lichtquellenebene beweglich sind, und zwar so, dass mindestens zwei der Konverterelemente (10) gegenläufig verschiebbar sind.
Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterlichtquellen in mindestens einer ringförmigen Anordnung angeordnet sind und die Leuchtvorrichtung mindestens ein ringförmiges Konverterelement aufweist, welches konzentrisch zu mindestens einer ringförmigen Anordnung der Halbleiterlichtquellen angeordnet ist und mittels der mindestens einen Stelleinheit drehbeweglich verstellbar ist.
Leuchtvorrichtung (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leuchtstoff (12) mit einer lokal, insbesondere graduell, für das von den Halbleiterlichtquellen (42) emittierte Licht variierten Dicke und/oder Konzentration in dem Konverterelement (43) verteilt ist.
Leuchtvorrichtung (1; 21; 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine elektrisch isolierende Isolatorlage (2) und mehrere auf einer Vorderseite der Isolatorlage (2) angeordnete thermisch gut leitende Wärmespreizungsflächen (3; 22), wobei – die Wärmespreizungsflächen (3; 22) elektrisch durch die Isolatorlage (2) voneinander getrennt sind, – an jeder der Wärmespreizungsflächen (3; 22) mindestens eine Halbleiterlichtquelle (4; 23; 42) angeordnet ist und – die Halbleiterlichtquellen (4; 23; 42) von einem lichtdurchlässigen Diffusor (46) überdeckt sind.