WO2002021043A1 - Lighting element - Google Patents

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WO2002021043A1
WO2002021043A1 PCT/EP2001/010282 EP0110282W WO0221043A1 WO 2002021043 A1 WO2002021043 A1 WO 2002021043A1 EP 0110282 W EP0110282 W EP 0110282W WO 0221043 A1 WO0221043 A1 WO 0221043A1
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WO
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light guide
reflector
lighting element
circuit board
guide plate
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Application number
PCT/EP2001/010282
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Inventor
Hans-Dieter Wustlich
Original Assignee
Vossloh-Wustlich Opto Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/02—Combinations of only two kinds of elements
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/502—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components
    • F21V29/507—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components of means for protecting lighting devices from damage, e.g. housings
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    • F21V9/40—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a lighting element in the form of a reflector lamp with a bowl-shaped, made of opaque material and a light source accommodating lamp housing and with a lamp base for connecting the lighting element to a power supply and with a light guide terminating the lamp housing for passage of that generated by the light source Light.
  • a lighting element with the aforementioned features is known from use as a so-called halogen spotlight, in which a halogen lamp is used as the light source in the lamp housing.
  • the disadvantage associated with such a lighting element is that comparatively high temperatures occur during its operation, so that the necessary lamp base consists of a complex ceramic component.
  • the known halogen spotlights cannot be controlled in terms of their lighting behavior, particularly with regard to the setting of their color locations.
  • the invention is therefore based on the object of providing a lighting element of the generic type which has a broader range of use.
  • each semiconductor chip has separately assigned biconvex lenses with an outward and inward lens curvature depending on the height and radius to be illuminated at a predetermined distance from the lighting element with a defined intensity and that a reflector plate made of opaque material with hemispherical reflector openings arranged therein is arranged between the light guide plate and the plate, the radius of which is at most as large as that Radius of the lens curvature is and connect with their open side to a lens curvature of the light guide plate and sit on the board with a cut base d enclose the associated semiconductor chips.
  • the use of semiconductor chips as the light source has the advantage that the lighting elements can be used for all voltage ranges, for example the low protection voltages or else the mains voltage of 220 to 240 volts. There is hardly any heat radiation and the power consumption is low.
  • the emitted light contains no UV or infrared components.
  • the lighting elements designed in this way are completely insensitive to shocks. Insofar as light conductor chips emitting light in different colors are used, color mixing is possible by simply controlling the semiconductor chips, and any color locations can be set or defined.
  • each semiconductor chip is assigned a biconvex lens formed in the light guide plate with an outward and an inward lens curvature
  • a radius of the lens curvature or the height of the lens in each individual case Illuminate the area of a defined size lying at a predetermined distance from the lighting element with a desired intensity without the circuit board or the arrangement of the semiconductor chips located thereon requiring any change.
  • the necessary bundling of the light emitted by the semiconductor chips to form the lens is brought about by the reflector plate arranged between the circuit board and the light guide plate and having the reflector openings arranged therein. Since the radius of the reflector openings is at most equal to the radius of the If the lens curvature is or is designed to be somewhat smaller, the reflector plate in each case requires adaptation to the design of the light guide plate with the lenses formed therein.
  • the light guide plate and the reflector plate are fixed at such a distance from one another that the lens curvatures do not extend into the hemispherical reflector openings, the lower edge of the lens curvatures preferably being able to be aligned with the surface of the reflector plate.
  • the light guide plate has spacer pins for fixing the reflector plate and the board and the spacer pins have a different length depending on the radius of the lens curvature. Spacer pins can have a different diameter over their length, so that the reflector plate and the circuit board are to be defined in each case on the different diameters of the spacer pins.
  • the light guide plate, the reflector plate and the board are pressed together to form a structural unit and are inserted into the lamp housing, the structural unit being able to be fixed in the lamp housing with an anti-rotation device.
  • the semiconductor chips are designed as semiconductor chips which emit light in different colors and are arranged on the circuit board in a regular distribution and arrangement, so that defined color locations are to be defined via the control of the light-emitting diode chips.
  • slots serving for heat dissipation are provided in the lamp housing.
  • FIG. 3 shows the light guide plate according to FIG. 2 in side view
  • FIG. 5 is a plan view of a reflector plate
  • Fig. 6 is a reflector opening formed in the reflector plate in an enlarged individual view.
  • FIG. 1 shows a lamp housing 10 of the lighting element, which has a bowl-shaped area 25 and a base 26 for connecting the lighting element to a power supply (not shown).
  • a structural unit consisting of a circuit board 11, a reflector plate 12 and a light guide plate 13 is fixed in a form-fitting manner, which is shown in FIG.
  • Individual features of the components can be seen in FIGS. 2 to 6.
  • the circuit board 11 is to be connected to a power supply via connecting wires 14 which lead away from it and run in the interior of the bowl-shaped region 25 and extend through the base 26.
  • circuit board 11 with the semiconductor chips bonded and bonded thereon in a known manner is not further shown; however, the arrangement of the semiconductor chips on the circuit board 11 corresponds to the arrangement of the lenses in the light guide plate (FIG. 2) or the arrangement of the reflector openings in the reflector plate 12 (FIG. 5), so that reference is made to the explanations still to be made.
  • the light guide plate 13 is shown in detail, in which biconvex lenses 15 with a lens curvature 16 facing both outwards and inwards is arranged with a predetermined radius; the height of the lenses 15 results from the flats 17 intersecting the lens curvatures 16.
  • a single lens is shown in an enlarged view in FIG.
  • the distribution of the lenses 15 in the light guide plate 13 is such that a semiconductor chip is arranged under each lens 15 on the circuit board 11, the semiconductor chips being designed as differently colored light-emitting semiconductor chips.
  • 45 semiconductor chips with 45 associated lenses are provided, 15 semiconductor chips emitting in the colors red, blue and green being arranged in a regular distribution on the circuit board 11, so that the control of the semiconductor chips and the mixing of the any color location for the lighting element can be controlled by this emitted light.
  • the design of the lenses according to radius and height depends on the intended use of the lighting element. The design takes place in detail on the basis of the stipulation at which distance from the lighting element a surface with a defined size is to be illuminated with a desired intensity.
  • the adapted lens shape is determined on the basis of the above parameters, and the light guide plate 13 is designed accordingly. Following the formation of the lenses 15, the light guide plate 13 with the therein incorporated lenses 15 brought into a highly polished form.
  • FIG. 5 shows the design of the reflector plate 12 designed in the form in which reflector openings 21 are assigned to each semiconductor chip or lens 15, the shape of which is shown in FIG. 6.
  • This shape corresponds to a hemisphere formed in the reflector plate 12, which is cut off at its lower end facing the circuit board 11 in a secant manner, so that the
  • the radius of the reflector openings 21 is at most the radius of the lenses 15, and in this respect the reflector plate 12 with the reflector openings 21 located therein must be adapted to different configurations of the light guide plate 13 with lenses 15.
  • Light guide plate 13, reflector plate 12 and board 11 are combined in a defined assignment to one another in that spacer pins 18 are attached to the light guide plate 13, which have two different diameter ranges, namely a shoulder 19 with a larger diameter, on which the reflector plate 12 with bores 22 having a suitable diameter therein, and a subsequent shoulder 20 with a smaller diameter, to which corresponding bores in the circuit board 11 are assigned in a manner not shown.
  • the reflector plate 12 and the circuit board 11 can thus be formed in dependence on the design of the spacer pins 18 in a defined assignment to the light guide plate 13 can be determined and combined to form the desired structural unit.
  • the assignment of the light guide plate 13 to the reflector plate 12 is designed such that the lenses 15 with their lens curvature 16 directed towards the reflector plate 12 do not extend into the reflector openings 21 formed in the reflector plate 12, but rather the lower edge of the lens curvatures 16 in the form of the flat 17 is aligned with the surface of the reflector plate 12. This results in open gussets between the surface of the reflector plate 12 and the rising lens bulges 16, via which heat generated during operation of the semiconductor chips is removed from the reflector openings 21.
  • the lamp housing 10 has ventilation slots in its shell-shaped region 25 which are used for heat dissipation.
  • the structural unit consisting of light guide plate 13, reflector plate 12 and circuit board 11 is to be fixed in a defined position in the shell-shaped region 25 of the lamp housing 10 via an anti-rotation lock (not shown in detail).

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Abstract

The invention relates to a lighting element provided in the form of a reflector lamp. The lighting element is characterized in that a printed circuit board (11) fitted with semiconductor chips, which can be controlled by a circuit, is arranged as a luminous source inside the lamp housing (10), and biconvex lenses (15), which are separately assigned to each semiconductor chip, are configured inside the light guide plate (13) that is made of a transparent material. The lighting element is additionally characterized in that a reflector plate (12) with hemispherical reflector openings (21) located therein is arranged between the light guide plate (13) and the printed circuit board (11).

Description

Beleuchtungselement lighting element
B e s c h r e i b u n gDescription
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungselement in der Form einer Reflektorlampe mit einem schalenförmigen, aus lichtundurchlässigem Material bestehenden und eine Leuchtquelle in sich aufnehmenden Lampengehäuse und mit einem Lampensockel zum Anschluß des Beleuchtungselements an eine Stromversorgung sowie mit einem das Lampengehäuse abschließenden Lichtleiter zum Durchtritt des von der Leuchtquelle erzeugten Lichts . Ein Beleuchtungselement mit den vorgenannten Merkmalen ist durch Benutzung als sogenannter Halogenstrahler bekannt, bei welchem in dem Lampengehäuse eine Halogenlampe als Leuchtquelle eingesetzt ist. Mit einem derartigen Beleuchtungselement ist der Nachteil verbunden, daß bei dessen Betrieb vergleichsweise hohe Temperaturen auftreten, so daß der notwendige Lampensockel aus einem aufwendigen Keramikbauteil besteht. Es kommt hinzu, daß die bekannten Halogenstrahler in ihrem Leuchtverhalten, insbesondere hinsichtlich der Einstellung ihrer Farborte, nicht steuerbar sind. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Beleuchtungselement der gattungsgemäßen Bauart zur Verfügung zu stellen, welches einen breiteren Einsatzbereich aufweist.The invention relates to a lighting element in the form of a reflector lamp with a bowl-shaped, made of opaque material and a light source accommodating lamp housing and with a lamp base for connecting the lighting element to a power supply and with a light guide terminating the lamp housing for passage of that generated by the light source Light. A lighting element with the aforementioned features is known from use as a so-called halogen spotlight, in which a halogen lamp is used as the light source in the lamp housing. The disadvantage associated with such a lighting element is that comparatively high temperatures occur during its operation, so that the necessary lamp base consists of a complex ceramic component. In addition, the known halogen spotlights cannot be controlled in terms of their lighting behavior, particularly with regard to the setting of their color locations. The invention is therefore based on the object of providing a lighting element of the generic type which has a broader range of use.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter' Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.The solution of this object, including advantageous' embodiments and further developments of the invention from the content of the patent claims that this description are adjusted.
Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß in dem Lampengehäuse als Leuchtquelle eine mit über eine Schaltung ansteuerbaren Halbleiterchips bestückte Platine angeordnet ist und in der aus einem lichtdurchlässigen Material bestehenden Lichtleiterplatte jedem Halbleiterchip gesondert zugeordnete bikonvexe Linsen mit einer nach außen und nach innen gerichteten Linsenwölbung mit in Abhängigkeit von der in einer vorgegebenen Entfernung von dem Beleuchtungselement mit einer festgelegten Intensität auszuleuchtenden Fläche bestimmten Höhe und Radius ausgebildet sind, und daß zwischen Lichtleiterplatte und Platine eine Reflektorplatte aus lichtundurchlässigem Material mit darin angeordneten halbkugelförmigen Reflektoröffnungen angeordnet ist, deren Radius maximal so groß wie der Radius der Linsenwölbung ist und die mit ihrer offenen Seite jeweils an eine Linsenwölbung der Lichtleiterplatte anschließen und mit einer geschnittenen Grundfläche auf der Platine aufsitzend die zugeordneten Halbleiterchips umschließen. Zunächst ist mit dem Einsatz von Halbleiterchips als Leuchtquelle der Vorteil verbunden, daß die Beleuchtungselemente für alle Spannungsbereiche, beispielsweise die Kleinschutzspannungen oder aber auch die Netzspannung von 220 bis 240 Volt einsetzbar sind. Es findet kaum Wärmeabstrahlung statt, und es ist auch nur ein geringer Leistungsverbrauch gegeben. Insbesondere enthält das abgestrahlte Licht keine UV- oder Infrarot-Anteile. In vorteilhafter Weise sind die derart ausgestalteten Beleuchtungselemente völlig unempfindlich gegen Erschütterungen. Soweit Licht in unterschiedlichen Farben emittierende Haltleiterchips eingesetzt werden, ist eine Farbmischung durch einfaches Ansteuern der Halbleiterchips möglich, und dabei sind beliebige Farborte einstellbar bzw. festlegbar.The basic idea of the invention is that a circuit board equipped with semiconductor chips that can be controlled by a circuit is arranged in the lamp housing as the light source, and in the light guide plate consisting of a translucent material, each semiconductor chip has separately assigned biconvex lenses with an outward and inward lens curvature depending on the height and radius to be illuminated at a predetermined distance from the lighting element with a defined intensity and that a reflector plate made of opaque material with hemispherical reflector openings arranged therein is arranged between the light guide plate and the plate, the radius of which is at most as large as that Radius of the lens curvature is and connect with their open side to a lens curvature of the light guide plate and sit on the board with a cut base d enclose the associated semiconductor chips. First of all, the use of semiconductor chips as the light source has the advantage that the lighting elements can be used for all voltage ranges, for example the low protection voltages or else the mains voltage of 220 to 240 volts. There is hardly any heat radiation and the power consumption is low. In particular, the emitted light contains no UV or infrared components. Advantageously, the lighting elements designed in this way are completely insensitive to shocks. Insofar as light conductor chips emitting light in different colors are used, color mixing is possible by simply controlling the semiconductor chips, and any color locations can be set or defined.
Soweit erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß jedem Halbleiterchip eine in der Lichtleiterplatte ausgebildete bikonvexe Linse mit einer nach außen und einer nach innen gerichteten Linsenwölbung zugeordnet ist, ist es möglich, durch eine jeweils im Einzelfall erfolgende Festlegung des Radius der Linsenwölbung bzw. der Höhe der Linse eine in einer vorgegebenen Entfernung von dem Beleuchtungselement liegende Fläche definierter Größe mit einer gewünschten Intensität zu beleuchten, ohne daß die Platine bzw. die Anordnung der darauf befindlichen Halbleiterchips einer Änderung bedarf. Dabei wird die erforderliche Bündelung des von den Halbleiterchips emittierten Lichts zur Linse durch die zwischen Platine und Lichtleiterplatte angeordnete Reflektorplatte mit den darin angeordneten Reflektoröffnungen bewirkt. Da der Radius der Reflektoröffnungen maximal gleich dem Radius der Linsenwölbungen ist bzw. etwas geringer ausgelegt ist, bedarf die Reflektorplatte jeweils einer Anpassung an die Auslegung der Lichtleiterplatte mit den darin ausgebildeten Linsen.Insofar as it is provided according to the invention that each semiconductor chip is assigned a biconvex lens formed in the light guide plate with an outward and an inward lens curvature, it is possible to determine a radius of the lens curvature or the height of the lens in each individual case Illuminate the area of a defined size lying at a predetermined distance from the lighting element with a desired intensity without the circuit board or the arrangement of the semiconductor chips located thereon requiring any change. The necessary bundling of the light emitted by the semiconductor chips to form the lens is brought about by the reflector plate arranged between the circuit board and the light guide plate and having the reflector openings arranged therein. Since the radius of the reflector openings is at most equal to the radius of the If the lens curvature is or is designed to be somewhat smaller, the reflector plate in each case requires adaptation to the design of the light guide plate with the lenses formed therein.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß Lichtleiterplatte und Reflektorplatte in einem derartigen Abstand zueinander festgelegt sind, daß die Linsenwölbungen nicht bis in die halbkugelförmigen Reflektoröffnungen reichen, wobei bevorzugt die Unterkante der Linsenwölbungen mit der Oberfläche der Reflektorplatte ausgerichtet sein kann. Hiermit ergeben sich im Bereich der Reflektoröffnungen zwischen der Oberfläche der Reflektorplatte und der unteren Begrenzungsfläche der zugeordneten Linse offene Zwickel, über die die beim Betrieb der Halbleiterchips auftretende Wärme abgeführt werden kann.According to an embodiment of the invention, it is provided that the light guide plate and the reflector plate are fixed at such a distance from one another that the lens curvatures do not extend into the hemispherical reflector openings, the lower edge of the lens curvatures preferably being able to be aligned with the surface of the reflector plate. This results in open gussets in the region of the reflector openings between the surface of the reflector plate and the lower boundary surface of the associated lens, via which the heat occurring during operation of the semiconductor chips can be dissipated.
Wegen der gegenseitigen Abhängigkeit der Ausgestaltung der Lichtleiterplatte und der Reflektorplatte ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß die Lichtleiterplatte Abstandsstifte zur Festlegung der Reflektorplatte und der Platine aufweist und die Abstandsstifte ein in Abhängigkeit von dem Radius der Linsenwölbung unterschiedliche Länge aufweisen. Dabei können Abstandsstifte einen über ihre Länge unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, so daß auf den unterschiedlichen Durchmessern der Abstandsstifte die Reflektorplatte und die Platine jeweils definiert festzulegen sind. Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Lichtleiterplatte, die Reflektorplatte und die Platine miteinander zu einer Baueinheit verpreßt und in das Lampengehäuse eingesetzt sind, wobei die Baueinheit in dem Lampengehäuse mit einer Verdrehsicherung festgelegt sein kann.Because of the mutual dependency of the design of the light guide plate and the reflector plate, it is provided according to one embodiment of the invention that the light guide plate has spacer pins for fixing the reflector plate and the board and the spacer pins have a different length depending on the radius of the lens curvature. Spacer pins can have a different diameter over their length, so that the reflector plate and the circuit board are to be defined in each case on the different diameters of the spacer pins. According to one embodiment of the invention it is provided that the light guide plate, the reflector plate and the board are pressed together to form a structural unit and are inserted into the lamp housing, the structural unit being able to be fixed in the lamp housing with an anti-rotation device.
Es kann vorgesehen sein, daß die Halbleiterchips als Licht in unterschiedlichen Farben emittierende Halbleiterchips ausgebildet und auf der Platine in einer regelmäßigen Verteilung und Anordnung angeordnet sind, so daß definierte Farborte über die Ansteuerung der Leuchtdiodenchips festzulegen sind.It can be provided that the semiconductor chips are designed as semiconductor chips which emit light in different colors and are arranged on the circuit board in a regular distribution and arrangement, so that defined color locations are to be defined via the control of the light-emitting diode chips.
Es kann vorgesehen sein, daß in dem Lampengehäuse der Wärmeabfuhr dienende Schlitze vorgesehen sind.It can be provided that slots serving for heat dissipation are provided in the lamp housing.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben ist. Es zeigen:In the drawing, an embodiment of the invention is shown, which is described below. Show it:
Fig. 1 ein Lampengehäuse im Schnitt,1 is a lamp housing in section,
Fig. 2 eine Lichtleiterplatte in einer Draufsicht,2 shows a light guide plate in a plan view,
Fig. 3 die Lichtleiterplatte gemäß Figur 2 in Seitenansicht,3 shows the light guide plate according to FIG. 2 in side view,
Fig. 4 eine in der Lichtleiterplatte ausgebildete Linse in einer vergrößerten Einzeldarstellung,4 shows a lens formed in the light guide plate in an enlarged individual illustration,
Fig. 5 eine Reflektorplatte in einer Draufsicht, Fig. 6 eine in der Reflektorplatte ausgebildete Reflektoröffnung in einer vergrößerten Einzeldarstellung.5 is a plan view of a reflector plate, Fig. 6 is a reflector opening formed in the reflector plate in an enlarged individual view.
In Figur 1 ist ein Lampengehäuse 10 des Beleuchtungselements wiedergegeben, welches einen schalenförmigen Bereich 25 und einen Sockel 26 zum Anschluß des Beleuchtungselements an eine nicht dargestellte Stromversorgung aufweist. In dem schalenförmigen Bereich 25 des Lampengehäuses 10 ist formschlüssig eine aus einer Platine 11, einer Reflektorplatte 12 sowie einer Lichtleiterplatte 13 bestehenden Baueinheit festgelegt, die in Figur 1 nur in einer schematischen Darstellung wiedergegeben ist; Einzelmerkmale zu den Bauteilen sind den Figuren 2 bis 6 zu entnehmen. Die Platine 11 ist über von dieser wegführende und im Inneren des schalenförmigen Bereichs 25 verlaufende und durch den Sockel 26 reichende Anschlußdrähte 14 mit einer Stromversorgung zu verbinden.FIG. 1 shows a lamp housing 10 of the lighting element, which has a bowl-shaped area 25 and a base 26 for connecting the lighting element to a power supply (not shown). In the bowl-shaped region 25 of the lamp housing 10, a structural unit consisting of a circuit board 11, a reflector plate 12 and a light guide plate 13 is fixed in a form-fitting manner, which is shown in FIG. Individual features of the components can be seen in FIGS. 2 to 6. The circuit board 11 is to be connected to a power supply via connecting wires 14 which lead away from it and run in the interior of the bowl-shaped region 25 and extend through the base 26.
Nicht weiter dargestellt ist die Platine 11 mit den darauf in bekannter Weise aufgeklebten und gebondeten Halbleiterchips; die Anordnung der Halbleiterchips auf der Platine 11 entspricht jedoch der Anordnung der Linsen in der Lichtleiterplatte (Figur 2) bzw. der Anordnung der Reflektoröffnungen in der Reflektorplatte 12 (Figur 5) , so daß auf die dazu noch ergehenden Erläuterungen Bezug genommen wird.The circuit board 11 with the semiconductor chips bonded and bonded thereon in a known manner is not further shown; however, the arrangement of the semiconductor chips on the circuit board 11 corresponds to the arrangement of the lenses in the light guide plate (FIG. 2) or the arrangement of the reflector openings in the reflector plate 12 (FIG. 5), so that reference is made to the explanations still to be made.
In den Figuren 2 und 3 ist die Lichtleiterplatte 13 im einzelnen dargestellt, in welcher bikonvexe Linsen 15 mit einer sowohl nach außen wie auch nach innen gerichteten Linsenwölbung 16 mit einem vorgegebenen Radius angeordnet sind; die Höhe der Linsen 15 ergibt sich aus den die Linsenwölbungen 16 schneidenden Abflachungen 17. Eine einzelne Linse ist in einer vergrößerten Darstellung in Figur 4 wiedergegeben.In Figures 2 and 3, the light guide plate 13 is shown in detail, in which biconvex lenses 15 with a lens curvature 16 facing both outwards and inwards is arranged with a predetermined radius; the height of the lenses 15 results from the flats 17 intersecting the lens curvatures 16. A single lens is shown in an enlarged view in FIG.
Die Verteilung der Linsen 15 in der Lichtleiterplatte 13 ist derart vorgenommen, daß unter jeder Linse 15 auf der Platine 11 ein Halbleiterchip angeordnet ist, wobei die Halbleiterchips als verschiedenfarbiges Licht emittierende Halbleiterchips ausgebildet sind. So sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 45 Halbleiterchips mit 45 zugeordneten Linsen vorgesehen, wobei jeweils 15 in den Farben Rot, Blau und Grün emittierende Halbleiterchips in einer regelmäßigen Verteilung auf der Platine 11 angeordnet sind, so daß über die Ansteuerung der Halbleiterchips und die Mischung des von diesen emittierten Lichts jeder beliebige Farbort für das Beleuchtungselement ansteuerbar ist.The distribution of the lenses 15 in the light guide plate 13 is such that a semiconductor chip is arranged under each lens 15 on the circuit board 11, the semiconductor chips being designed as differently colored light-emitting semiconductor chips. Thus, in the illustrated embodiment, 45 semiconductor chips with 45 associated lenses are provided, 15 semiconductor chips emitting in the colors red, blue and green being arranged in a regular distribution on the circuit board 11, so that the control of the semiconductor chips and the mixing of the any color location for the lighting element can be controlled by this emitted light.
Die Ausgestaltung der Linsen nach Radius und Höhe ist abhängig von dem vorgesehenen Einsatzzweck des Beleuchtungselementes. Die Auslegung geschieht im einzelnen aufgrund der Vorgabe, in welcher Entfernung von dem Beleuchtungselement eine Fläche mit einer definierten Größe mit einer gewünschten Intensität auszuleuchten ist. Aufgrund der vorstehenden Parameter wird die angepaßte Linsenform ermittelt, und die Lichtleiterplatte 13 wird entsprechend ausgestaltet. Im Anschluß an die Ausbildung der Linsen 15 wird die Lichtleiterplatte 13 mit den darin eingearbeiteten Linsen 15 in eine hochpolierte Form gebracht.The design of the lenses according to radius and height depends on the intended use of the lighting element. The design takes place in detail on the basis of the stipulation at which distance from the lighting element a surface with a defined size is to be illuminated with a desired intensity. The adapted lens shape is determined on the basis of the above parameters, and the light guide plate 13 is designed accordingly. Following the formation of the lenses 15, the light guide plate 13 with the therein incorporated lenses 15 brought into a highly polished form.
Aus Figur 5 ist die Ausbildung der formentsprechend gestalteten Reflektorplatte 12 ersichtlich, in welcher jedem Halbleiterchip bzw. jeder Linse 15 zugeordnet Reflektoröffnungen 21 angeordnet sind, deren Form sich aus Figur 6 ergibt. Diese Form entspricht einer in der Reflektorplatte 12 jeweils ausgebildeten Halbkugel, die an ihrem unteren, der Platine 11 zugewandten Ende sekantenartig abgeschnitten ist, so daß dieFIG. 5 shows the design of the reflector plate 12 designed in the form in which reflector openings 21 are assigned to each semiconductor chip or lens 15, the shape of which is shown in FIG. 6. This shape corresponds to a hemisphere formed in the reflector plate 12, which is cut off at its lower end facing the circuit board 11 in a secant manner, so that the
Reflektoröffnungen 21 mit ihrer unteren Grundfläche auf der Platine 11 aufsitzen und jeden einzelnen Chip umschließen. Der Radius der Reflektoröffnungen 21 ist dabei maximal dem Radius der Linsen 15, und insoweit ist die Reflektorplatte 12 mit den darin befindlichen Reflektoröffnungen 21 unterschiedlichen Ausgestaltungen der Lichtleiterplatte 13 mit Linsen 15 anzupassen.Sit the reflector openings 21 with their lower base on the circuit board 11 and enclose each individual chip. The radius of the reflector openings 21 is at most the radius of the lenses 15, and in this respect the reflector plate 12 with the reflector openings 21 located therein must be adapted to different configurations of the light guide plate 13 with lenses 15.
Lichtleiterplatte 13, Reflektorplatte 12 und Platine 11 werden in einer definierten Zuordnung zueinander zu einer Baueinheit dadurch zusammengefaßt, daß an der Lichtleiterplatte 13 Abstandsstifte 18 angebracht sind, die zwei unterschiedliche Durchmesserbereiche aufweisen, nämlich einen Absatz 19 mit einem größeren Durchmesser, auf den die Reflektorplatte 12 mit darin einen passenden Durchmesser aufweisenden Bohrungen 22 aufsteckbar ist, und einen anschließenden Absatz 20 mit einem geringeren Durchmesser, dem in einer nicht dargestellten Weise entsprechende Bohrungen in der Platine 11 zugeordnet sind. Somit können die Reflektorplatte 12 und die Platine 11 in Abhängigkeit von der Ausbildung der Abstandsstifte 18 in einer definierten Zuordnung zur Lichtleiterplatte 13 an dieser festgelegt und zur gewünschten Baueinheit zusammengefaßt werden. Die Zuordnung der Lichtleiterplatte 13 zu der Reflektorplatte 12 ist dabei derart ausgelegt, daß die Linsen 15 mit ihrer zur Reflektorplatte 12 hin gerichteten Linsenwölbung 16 nicht in die in der Reflektorplatte 12 ausgebildeten Reflektoröffnungen 21 hineinreichen, vielmehr die Unterkante der Linsenwölbungen 16 in Form der Abflachung 17 mit der Oberfläche der Reflektorplatte 12 ausgerichtet ist. Damit entstehen zwischen der Oberfläche der Reflektorplatte 12 und den ansteigenden Linsenwölbungen 16 offene Zwickel, über die beim Betrieb der Halbleiterchips entstehende Wärme aus den Reflektoröffnungen 21 abgeführt wird. Wie nicht weiter dargestellt, weist das Lampengehäuse 10 in seinem schalenförmigen Bereich 25 Lüftungsschlitze auf, die der Wärmeabfuhr dienen. Die aus Lichtleiterplatte 13, Reflektorplatte 12 und Platine 11 bestehende Baueinheit ist über eine im einzelnen nicht dargestellte Verdrehsicherung in einer definierten Lage in dem schalenförmigen Bereich 25 des Lampengehäuses 10 festzulegen.Light guide plate 13, reflector plate 12 and board 11 are combined in a defined assignment to one another in that spacer pins 18 are attached to the light guide plate 13, which have two different diameter ranges, namely a shoulder 19 with a larger diameter, on which the reflector plate 12 with bores 22 having a suitable diameter therein, and a subsequent shoulder 20 with a smaller diameter, to which corresponding bores in the circuit board 11 are assigned in a manner not shown. The reflector plate 12 and the circuit board 11 can thus be formed in dependence on the design of the spacer pins 18 in a defined assignment to the light guide plate 13 can be determined and combined to form the desired structural unit. The assignment of the light guide plate 13 to the reflector plate 12 is designed such that the lenses 15 with their lens curvature 16 directed towards the reflector plate 12 do not extend into the reflector openings 21 formed in the reflector plate 12, but rather the lower edge of the lens curvatures 16 in the form of the flat 17 is aligned with the surface of the reflector plate 12. This results in open gussets between the surface of the reflector plate 12 and the rising lens bulges 16, via which heat generated during operation of the semiconductor chips is removed from the reflector openings 21. As not shown further, the lamp housing 10 has ventilation slots in its shell-shaped region 25 which are used for heat dissipation. The structural unit consisting of light guide plate 13, reflector plate 12 and circuit board 11 is to be fixed in a defined position in the shell-shaped region 25 of the lamp housing 10 via an anti-rotation lock (not shown in detail).
Es ist einsichtig, daß mit einer wachsenden Größe der auszuleuchtenden Fläche auch die Anzahl der benötigten Halbleiterchip und damit die Größe von Platine 11, Reflektorplatte 12 und Lichtleiterplatte 13 anwachsen kann, wobei dadurch auch die Ausbildung der Linsen 15 wie auch der Reflektoröffnungen 21 beeinflußt ist.It is clear that with a growing size of the area to be illuminated, the number of semiconductor chips required and thus the size of circuit board 11, reflector plate 12 and light guide plate 13 can grow, whereby the formation of the lenses 15 and the reflector openings 21 is also influenced.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. The features of the subject matter of these documents disclosed in the above description, the patent claims, the abstract and the drawing can be used individually as well as in any combination with one another for realizing the invention in its various embodiments.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h eP a t e n t a n s r u c h e
Beleuchtungselement in der Form einer Reflektorlampe mit einem schalenförmigen, aus lichtundurchlässigem Material bestehenden und eine Leuchtquelle in sich aufnehmenden Lampengehäuse und mit einem Lampensockel zum Anschluß des Beleuchtungselements an eine Stromversorgung sowie mit einem das Lampengehäuse abschließenden Lichtleiter zum Durchtritt des von der Leuchtquelle erzeugten Lichts, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lampengehäuse (10) als Leuchtquelle eine mit über eine Schaltung ansteuerbaren Halbleiterchips bestückte Platine (11) angeordnet ist und in der aus einem lichtdurchlässigen Material bestehenden Lichtleiterplatte (13) jedem Halbleiterchip gesondert zugeordnete bikonvexe Linsen (15) mit einer nach außen und nach innen gerichteten Linsenwölbung (16) mit in Abhängigkeit von der in einer vorgegebenen Entfernung von dem Beleuchtungselement mit einer festgelegten Intensität auszuleuchtenden Fläche bestimmten Höhe und Radius ausgebildet sind, und daß zwischen Lichtleiterplatte (13) und Platine (11) eine Reflektorplatte (12) aus lichtundurchlässigem Material mit darin angeordneten halbkugelförmigen Reflektoröffnungen (21) angeordnet ist, deren Radius maximal so groß wie der Radius der Linsenwölbung (16) ist und die mit ihrer offenen Seite jeweils an eine Linsenwölbung (16) der Lichtleiterplatte (13) anschließen und mit einer geschnittenen Grundfläche auf der Platine (11) aufsitzend die zugeordneten Halbleiterchips umschließen.Illumination element in the form of a reflector lamp with a bowl-shaped lamp housing made of opaque material and receiving a light source and with a lamp base for connecting the illumination element to a power supply and with a light guide closing the lamp housing for passage of the light generated by the light source, characterized That in the lamp housing (10) as a light source a circuit board with a controllable semiconductor chips (11) is arranged and in the light guide plate (13) made of a translucent material, each semiconductor chip separately assigned biconvex lenses (15) with an outward and Inwardly directed lens curvature (16) with a certain height and radius are formed depending on the area to be illuminated at a predetermined distance from the lighting element with a fixed intensity, and that between n light guide plate (13) and circuit board (11) a reflector plate (12) made of opaque material with hemispherical arranged therein Reflector openings (21) are arranged, the radius of which is at most as large as the radius of the lens curvature (16) and which each connect with their open side to a lens curvature (16) of the light guide plate (13) and with a cut base on the circuit board (11 ) sitting around the assigned semiconductor chips.
Beleuchtungselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß Lichtleiterplatte (13) und Reflektorplatte (12) in einem derartigen Abstand zueinander festgelegt sind, daß die Linsenwölbungen (16) nicht bis in die halbkugelförmigen Reflektoröffnungen (21) reichen.Lighting element according to claim 1, characterized in that the light guide plate (13) and reflector plate (12) are fixed at such a distance from one another that the lens curvatures (16) do not extend into the hemispherical reflector openings (21).
Beleuchtungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante der Linsenwölbungen (16) mit der Oberfläche der Reflektorplatte (12) ausgerichtet ist.Illumination element according to Claim 2, characterized in that the lower edge of the lens curvatures (16) is aligned with the surface of the reflector plate (12).
Beleuchtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterplatte (13) Abstandsstifte (18) zur Festlegung der Reflektorplatte (12) und der Platine (11) aufweist und die Abstandsstifte (18) eine in Abhängigkeit von dem Radius der Linsenwölbung (16) unterschiedliche Länge aufweisen.Lighting element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the light guide plate (13) has spacer pins (18) for fixing the reflector plate (12) and the circuit board (11) and the spacer pins (18) have a function of the radius of the lens curvature (16) have different lengths.
Beleuchtungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsstifte (18) einen über ihre Länge unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, so daß auf den unterschiedlichen Durchmessern der Abstandsstifte (18) die Reflektorplatte (12) und die Platine (11) jeweils definiert festzulegen sind.Lighting element according to claim 4, characterized in that the spacer pins (18) have a different diameter over their length, so that the different diameters of the Spacer pins (18), the reflector plate (12) and the circuit board (11) are each to be defined.
6. Beleuchtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterplatte (13), die Reflektorplatte (12) und die Platine (11) miteinander zu einer Baueinheit verpreßt und in das Lampengehäuse (10) eingesetzt sind.6. Lighting element according to one of claims 1 to 6, characterized in that the light guide plate (13), the reflector plate (12) and the circuit board (11) are pressed together to form a structural unit and are inserted into the lamp housing (10).
7. Beleuchtungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit im Lampengehäuse (10) eine Verdrehsicherung aufweist.7. Lighting element according to claim 6, characterized in that the structural unit in the lamp housing (10) has an anti-rotation device.
8. Beleuchtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterchips als Licht in unterschiedlichen Farben emittierende Halbleiterchips ausgebildet und auf der Platine (11) in einer regelmäßigen Verteilung angeordnet sind.8. Lighting element according to one of claims 1 to 7, characterized in that the semiconductor chips are designed as light emitting semiconductor chips in different colors and arranged on the circuit board (11) in a regular distribution.
9. Beleuchtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lampengehäuse (10) der Wärmeabfuhr dienende Schlitze vorgesehen sind. 9. Lighting element according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the lamp housing (10) heat dissipation slots are provided.
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