DE102007022606B4 - Illumination system for imaging illumination with high homogeneity - Google Patents
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Abstract
Beleuchtungssystem zur abbildenden Beleuchtung mit mehreren LEDs (1) mit abbildender Optik (4), wobei das Beleuchtungssystem einen Reflektor (11) mit einer Reflektorkontur und einem Brennpunkt umfasst, wobei die LEDs (1) in der Nähe der Reflektorkontur untergebracht und gleichmäßig über den Umfang des Reflektors verteilt sind, wobei im Brennpunkt des Reflektors (11) ein kompaktes Streumedium (14) untergebracht ist, wobei das Licht aus den LEDs (1) mittels der abbildenden Optik (4) im wesentlichen auf das Streumedium (14) gerichtet ist und von dort auf die Reflektorkontur gestreut wird, so dass das den Reflektor (11) verlassende Licht homogen abgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (11) mit einer Vergussmasse (15) ausgefüllt ist, wobei das Streumedium (14) in der Vergussmasse (15) platziert ist, und wobei als Streumedium kleine Partikel höherbrechenden Kunststoffs in eine niedrigbrechende Vergussmasse eingebunden sind.Illumination system for imaging illumination with a plurality of LEDs (1) with imaging optics (4), wherein the illumination system comprises a reflector (11) with a reflector contour and a focal point, wherein the LEDs (1) housed in the vicinity of the reflector contour and uniformly over the circumference the reflector are distributed, wherein in the focal point of the reflector (11) a compact scattering medium (14) is housed, wherein the light from the LEDs (1) by means of the imaging optics (4) is directed substantially to the scattering medium (14) and of is scattered there on the reflector contour, so that the reflector (11) leaving light is homogeneously emitted, characterized in that the reflector (11) is filled with a potting compound (15), wherein the scattering medium (14) in the potting compound (15 ) is placed, and being involved as a scattering medium small particles of higher refractive index plastic in a low-refractive potting compound.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung geht aus von einem Beleuchtungssystem zur abbildenden Beleuchtung zur abbildenden Beleuchtung mit hoher Homogenität gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Beleuchtungssysteme sind insbesondere für die Anwendung im Bühnenbau oder Fahrzeugbau interessant.The invention is based on an illumination system for imaging illumination for imaging illumination with high homogeneity according to the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Die
Eine Steuerung für Gruppen von LEDs ist beispielsweise in
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Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem anzugeben, das auf einfache Weise die Abbildbarkeit gewährleistet.The object of the present invention is to provide a lighting system which ensures the imageability in a simple manner.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.This object is achieved by the characterizing features of
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Particularly advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
Abbildbare Höchstleistungs-LEDs stellen gegenwärtig eine der größten technischen Herausforderungen dar. Neben der Erzeugung weißen Lichts spielt insbesondere die Realisierung der Abbildbarkeit eine wichtige Rolle. Bisherige Ansätze sehen daher die übereinanderliegende Abbildbarkeit mehrerer LEDs vor. Dieser Ansatz hat aber verschiedene Nachteile. Ein relativ komplexes System, welches mehrere LEDs zugleich abbildet, ist kostspielig, da die Optiken mehrfach angelegt werden müssen.Imageable high-power LEDs are currently one of the biggest technical challenges. In addition to the generation of white light, in particular the realization of the imaging capability plays an important role. Previous approaches therefore provide the superimposed imaging of multiple LEDs. However, this approach has several disadvantages. A relatively complex system, which images several LEDs at the same time, is costly because the optics must be created multiple times.
Ein ganz anderer wesentlicher Nachteil bei den bekannten Lösungen ist, dass weiße LEDs verwendet werden, die als Konversions-LEDs ausgebildet sind. Das bedeutet, dass eine Leuchtstoffschicht das primär emittierte Licht der LEDs in längerwellige Strahlung teilweise oder vollständig konvertiert. Dabei ist der Leuchtstoff notwendig in unmittelbarer Nähe des Chips angebracht. Diese Leuchtstoffe sind jedoch grundsätzlich mehr oder weniger temperaturanfällig. Bei Junction-Temperaturen jenseits von 150°C zeigen alle bekannten Leuchtstoffe signifikante Effizienzverluste durch thermisches Quenching. Einzelne an sich gut bei Raumtemperatur geeigneten Leuchtstoffe sind sogar deutlich empfindlicher. Insgesamt resultiert daraus eine verringerte Effizienz. Dafür existiert bisher keine sinnvolle technische Lösung.An entirely different disadvantage of the known solutions is that white LEDs are used which are designed as conversion LEDs. This means that a phosphor layer partially or completely converts the primarily emitted light of the LEDs into longer-wave radiation. The phosphor is necessarily attached in the immediate vicinity of the chip. However, these phosphors are basically more or less temperature-sensitive. At junction temperatures beyond 150 ° C, all known phosphors show significant efficiency losses due to thermal quenching. Individual phosphors, which are good at room temperature, are even more sensitive. Overall, this results in reduced efficiency. There is no meaningful technical solution for this.
Die neuartige Lösung findet einen überzeugenden Weg zur Realisierung der Trennung zwischen Lichtquelle und Leuchtstoff.The novel solution finds a convincing way to realize the separation between light source and phosphor.
Im einzelnen handelt es sich um ein Beleuchtungssystem zur abbildenden Beleuchtung mit mindestens einer kompakten Lichtquelle. Diese ist eine LED. Dabei umfasst das Beleuchtungssystem einen Reflektor mit einer Reflektorkontur, wobei die Lichtquelle in der Nähe der Reflektorkontur untergebracht ist, wobei im Brennpunkt des Reflektors ein kompaktes Streumedium untergebracht ist, wobei das Licht aus den Lichtquellen im Wesentlichen auf das Streumedium gerichtet ist und von dort auf die Reflektorkontur gestreut wird, so dass das den Reflektor verlassende Licht homogen abgestrahlt wird.In particular, it is an illumination system for imaging illumination with at least one compact light source. This is an LED. In this case, the illumination system comprises a reflector with a reflector contour, wherein the light source is housed in the vicinity of the reflector contour, wherein at the focal point of the reflector, a compact scattering medium is housed, wherein the light from the light sources is directed substantially to the scattering medium and from there to the Reflector contour is scattered so that the light leaving the reflector is radiated homogeneous.
Insbesondere besteht jede Lichtquelle aus mehreren Gruppen von gleichartigen Lichtquellen. Dabei sind die Lichtquellen LEDs. Häufig werden mindestens drei bis sieben gleichartige Lichtquellen verwendet. Diese können ggf. auch in Gruppen angeordnet sein, die unterschiedlich elektronisch angesteuert werden.In particular, each light source consists of several groups of similar light sources. The light sources are LEDs. Frequently, at least three to seven similar light sources are used. If appropriate, these can also be arranged in groups which are controlled differently by different electronic means.
Die Lichtquelle ist dabei meist farbig, insbesondere im Peak blau emittierend.The light source is usually colored, especially blue emitting in the peak.
Das Beleuchtungssystem verwendet bevorzugt ein kompaktes Streumedium, das die Gestalt einer Kugel hat. Die Realisierung der Kugel kann durch einen Tropfen erfolgen. Dieser Tropfen kann als Grundgerüst ein Gießharz verwenden. Als eigentliches Streumittel im Streumedium dient ein Inertstreuer, vorteilhaft in Form von in Gießharz dispergierten Partikeln. Besonders bevorzugt enthält nun das Streumedium zusätzlich einen oder mehrere Leuchtstoffe zur Konversion des von der Lichtquelle emittierten Lichts. In einer einfachen Ausführungsform kann die Lichtquelle selbst aber auch weiß sein und ggf. den Leuchtstoff bereits selbst enthalten. Die Lichtquelle ist dann eine weiße LED.The illumination system preferably uses a compact scattering medium which has the shape of a sphere. The realization of the ball can be done by a drop. This drop can use a cast resin as a basic framework. The actual scattering agent in the scattering medium is an inert spreader, advantageously in the form of particles dispersed in casting resin. Particularly preferably, the scattering medium now additionally contains one or more phosphors for the conversion of the light emitted by the light source. In a simple embodiment, however, the light source itself may also be white and possibly already contain the phosphor itself. The light source is then a white LED.
Die Halterung des Streumediums im Reflektor erfolgt, indem der Reflektor mit einer Vergussmasse ausgefüllt ist, wobei das Streumedium in der Vergussmasse platziert ist.The support of the scattering medium in the reflector is carried out by the reflector is filled with a potting compound, wherein the scattering medium is placed in the potting compound.
Das Streumedium dient letztlich als virtuelle Lichtquelle im Reflektor. Daher sollte sein Volumen möglichst klein sein, auf jeden Fall kleiner als 50 mm3, bevorzugt ≤ 10 mm3.The scattering medium ultimately serves as a virtual light source in the reflector. Therefore, its volume should be as small as possible, in any case less than 50 mm 3 , preferably ≤ 10 mm 3 .
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to several embodiments. The figures show:
Bevorzugte Ausführungsform der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Die LEDs können auch gemäß
Der Streutropfen besteht aus einer hochkonzentrierten Mischung aus Vergussmasse
Bevorzugt ist das Streumedium kugelförmig, es kann jedoch im Einzelfall auch andere Gestalt aufweisen.Preferably, the scattering medium is spherical, but it may also have different shape in individual cases.
Der Streutropfen enthält zusätzlich Leuchtstoff-Partikel
Bevorzugt ist das Streumedium kugelförmig, es kann jedoch im Einzelfall auch andere Gestalt aufweisen. In die Wand des Reflektors sind Gruppen von blauen LEDs eingelassen, die jeweils mit Mikrolinsen zur Lichtauskopplung versehen sind. Deren Optik ist so eingestellt, dass der jeweilige einzelne Chip auf das Streumedium abgebildet wird. Die Anzahl der einzelnen LEDs ist letztlich nur durch die Größe des Reflektors begrenzt.Preferably, the scattering medium is spherical, but it may also have different shape in individual cases. In the wall of the reflector groups of blue LEDs are embedded, which are each provided with microlenses for light extraction. Their optics are set so that the respective individual chip is imaged onto the scattering medium. The number of individual LEDs is ultimately limited only by the size of the reflector.
Um die Effizienz des Reflektors nicht zu stark zu beeinträchtigen, sollte die nutzbare Fläche des Reflektors durch die LEDs nicht zu stark eingeschränkt werden. Ein akzeptabler Wert liegt bei unter 20%, insbesondere bei 1 bis 5%.In order not to affect the efficiency of the reflector too much, the usable area of the reflector should not be restricted too much by the LEDs. An acceptable value is less than 20%, especially 1 to 5%.
Der Streutropfen streut das Licht aller LEDs, bei passender Wahl der Konzentration an Streupartikeln, nahezu isotrop. Im Endeffekt wirkt der Streutropfen dann wie eine punktförmige weiße oder auch farbige Lichtquelle im Reflektor.The scattering drop scatters the light of all LEDs, with a suitable choice of the concentration of scattering particles, almost isotropic. In the end, the scattering drop then acts like a punctiform white or colored light source in the reflector.
Für eine farbige Lichtquelle können beispielsweise blaue LEDs verwendet werden, die nur an einem reinen Streumedium gestreut werden.For a colored light source, for example blue LEDs can be used, which are scattered only on a pure scattering medium.
Die Ansteuerung der LEDs wird dabei bevorzugt als eine Gruppe durchgeführt. Sie kann aber auch in verschiedenen Gruppen durchgeführt werden. Dies ermöglich die direkte Wahl eines beliebigen Farborts, wie für LEDs an sich bekannt. Dafür gibt es viele bekannte Methoden, beispielsweise wie in der
Selbstverständlich kann auch ein Freiformreflektor wie an sich bekannt verwendet werden, wobei die Form des Streutropfens dann keine Kugelgestalt hat, sondern eher eine davon abweichende Verzerrung hat, die dem Reflektor angepasst ist. die Form des Tropfens kann auch dahingehend optimiert werden, um zusammen mit dem Reflektor eine vorbestimmte Abstrahlcharakteristik zu verwirklichen, wie dies beispielsweise in Kfz-Scheinwerfern gewünscht ist.Of course, a free-form reflector as known per se can be used, wherein the shape of the spill droplet then has no spherical shape, but rather has a different distortion, which is adapted to the reflector. the shape of the drop can also be optimized to realize a predetermined emission characteristic together with the reflector, as is desired, for example, in motor vehicle headlamps.
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