DE102007056270A1

DE102007056270A1 - Beleuchtungseinheit mit einer LED-Lichtquelle

Info

Publication number: DE102007056270A1
Application number: DE102007056270A
Authority: DE
Inventors: Alessandro Scordino; Christian Hacker; Giovanni Scilla; Jens Florian Hockel; Philipp Erhard; Fritz Hereth
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: OPTOTRONIC GMBH, DE
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2027-11-23
Also published as: DE102007056270B4

Abstract

Es wird eine Beleuchtungseinheit mit einer LED-Lichtquelle (3) angegeben, die ein der LED-Lichtquelle (3) in einer Abstrahlrichtung nachfolgendes erstes optisches Element (1), eine elektronische Steuereinheit (4), und ein dem ersten optischen Element (1) nachfolgendes zweites optisches Element (2) aufweist. Die LED-Lichtquelle (3), das erste optische Element (1) und die elektronische Steuereinheit (4) sind in einem gemeinsamen Gehäuse (5) angeordnet, und das Gehäuse (5) ist von dem zweiten optischen Element (2) abgedeckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit mit einer LED-Lichtquelle.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung 20 2006 017 924.0 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
LED-Lichtquellen zeichnen sich durch eine hohe Effizienz, eine hohe Lebensdauer, eine schnelle Ansprechzeit und eine vergleichsweise geringe Empfindlichkeit gegen Stöße und Vibrationen aus. LED-Lichtquellen können aus diesem Grund in Beleuchtungseinheiten eingesetzt werden, bei denen bisher oftmals Glühlampen verwendet wurden, insbesondere in Leuchten für die Allgemeinbeleuchtung oder in Kraftfahrzeugscheinwerfern. Aufgrund ihrer hohen Leuchtkraft sind LED-Lichtquellen inzwischen auch für den Einsatz in Verkehrssignalanlagen oder Projektionslichtquellen geeignet.
Zur Erzielung einer gewünschten Abstrahlcharakteristik werden bei LED-Lichtquellen oftmals speziell auf die LED-Lichtquelle abgestimmte optische Elemente eingesetzt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10 2005 019 375 A1 ein LED-Array bekannt, bei dem mehreren auf einem gemeinsamen Träger angeordneten LED-Chips jeweils ein Strahlformungselement in Form eines optischen Konzentrators nachgeordnet ist.
Für den Einsatz derartiger LED-Lichtquellen zu Beleuchtungszwecken, insbesondere in Leuchten für die Allgemeinbeleuchtung, die in großen Stückzahlen hergestellt werden, ist es wünschenswert, die LED-Lichtquelle mit den dazugehörigen optischen und elektronischen Komponenten in ein kompaktes und vor Umwelteinflüssen, insbesondere Schmutz, Feuchtigkeit oder mechanischen Beschädigungen, geschütztes Gesamtsystem zu integrieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Beleuchtungseinheit mit einer LED-Lichtquelle anzugeben, die insbesondere zur Strahlformung vorgesehene optischen Komponenten aufweist und mit einer elektronischen Steuereinheit in ein vor äußeren Einflüssen schützendes kompaktes Gehäuse eingepasst ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinheit gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit enthält eine LED-Lichtquelle, ein der LED-Lichtquelle in einer Abstrahlrichtung nachfolgendes erstes optisches Element, eine elektronische Steuereinheit und ein dem ersten optischen Element nachfolgendes zweites optisches Element, wobei die LED-Lichtquelle, das erste optische Element und die elektronische Steuereinheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, und das Gehäuse von dem zweiten optischen Element abgedeckt ist.
In das Gehäuse der Beleuchtungseinheit sind also neben der LED-Lichtquelle mindestens ein erstes und ein zweites optisches Element zur Strahlformung der von der LED-Lichtquelle emittierten Strahlung sowie eine elektronische Steuereinheit integriert. Neben seiner optischen Funktion fungiert das zweite optische Element vorteilhaft gleichzeitig als Abde ckung des Gehäuses. Die Beleuchtungseinheit zeichnet sich somit durch eine kompakte Bauform aus.
Das Gehäuse ist bevorzugt ein Metallgehäuse. Auf diese Weise wird eine hohe mechanische Stabilität des Gehäuses und eine gute Wärmeabfuhr der von der LED-Lichtquelle emittierten Wärme erzielt.
Das Gehäuse der Beleuchtungseinheit weit bevorzugt seitliche Öffnungen auf, um insbesondere die Abfuhr der von der LED-Lichtquelle erzeugten Wärme zu verbessern. Beispielsweise kann eine Seitenwand des Gehäuses zwischen einschließlich 15 und einschließlich 25 Öffnungen enthalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dienen die seitlichen Öffnungen des Gehäuses nicht nur zur Wärmeabfuhr der von der LED-Lichtquelle erzeugten Wärme, sondern gleichzeitig auch zur Befestigung des zweiten optischen Elements an dem Gehäuse. Insbesondere können an dem zweiten optischen Element Befestigungselemente vorgesehen sein, die in seitlichen Öffnungen des Gehäuses einrasten. Außerdem können zusätzlich zu den zur Wärmeabfuhr vorgesehenen Öffnungen auch weitere Öffnungen zur Befestigung des zweiten optischen Elements in der Seitenwand des Gehäuses ausgebildet sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Befestigungselemente des zweiten optischen Elements in eine Ausnehmung an der Innenwand des Gehäuses einrasten. In diesem Fall sind die Befestigungselemente vorteilhaft von außen nicht sichtbar. Das zweite optische Element, das gleichzeitig die Gehäuseabdeckung darstellt, wird also vorteilhaft ohne Schraub- oder Klebeverbindungen mit dem Gehäuse verbunden und kann somit auf vergleichsweise einfache Weise mit dem Gehäuse verbunden oder von dem Gehäuse getrennt werden.
Die elektronische Steuereinheit für die LED-Lichtquelle ist vorzugsweise auf einer Leiterplatte angeordnet, die in dem Gehäuse montiert ist. Insbesondere kann die elektronische Steuereinheit auf eine gedruckte Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) aufgebracht sein.
Die Leiterplatte der elektronischen Steuereinheit weist vorzugsweise eine Ausnehmung auf, durch die die von der LED-Lichtquelle emittierte Strahlung hindurch tritt. Die Ausnehmung kann insbesondere im Zentrum der Leiterplatte angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Leiterplatte vorteilhaft Platz sparend in der Abstrahlrichtung gesehen oberhalb der LED-Lichtquelle angeordnet sein. Insbesondere ist es in diesem Fall nicht erforderlich, die elektronische Steuereinheit zusammen mit der LED-Lichtquelle auf einer der Gehäuseabdeckung gegenüberliegenden Grundfläche des Gehäuses anzubringen. Die Grundfläche des Gehäuses kann also auf diese Weise vorteilhaft verringert werden.
Die elektronischen Bauteile der elektronischen Steuereinheit sind vorzugsweise auf einer von dem zweiten optischen Element abgewandten Seite der Leiterplatte angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die elektronischen Bauteile beim Betrachten der Beleuchtungseinheit durch die Gehäuseabdeckung, die durch das zweite optische Element gebildet ist, nicht sichtbar sind. Vielmehr ist die dem zweiten optischen Element zugewandte Oberfläche der Leiterplatte vorzugsweise frei von elektronischen Bauteilen und kann farblich an das von der LED-Lichtquelle emittierte Licht, beispielsweise weißes Licht, angepasst sein.
Zur Positionierung und Befestigung der Leiterplatte in dem Gehäuse ist an einer Innenwand des Gehäuses mindestens ein Positionierungs- und Befestigungselement für die Leiterplatte ausgebildet. Insbesondere kann eine Klemmvorrichtung an einer Innenwand des Gehäuses vorgesehen sein, um die Leiterplatte auf vergleichsweise einfache Weise in dem Gehäuse zu befestigen.
Die Leiterplatte kann insbesondere an eine Innenwand des Gehäuses angrenzen, d.h. der äußere Umriss der Leiterplatte ist vorzugsweise an das Gehäuse angepasst. Beispielsweise kann das Gehäuse ein rundes Gehäuse sein, wobei der Außendurchmesser der Leiterplatte mit einem Innendurchmesser des Gehäuses übereinstimmt.
An einem dem Gehäuse zugewandten Rand der Leiterplatte sind vorzugsweise Ausnehmungen für die Befestigungselemente des zweiten optischen Elements ausgebildet. Insbesondere kann das zweite optische Element Schnappfüße aufweisen, die durch die Ausnehmung der Leiterplatte hindurch zu den seitlichen Öffnungen des Gehäuses geführt sind, wo sie zur Befestigung des zweiten optischen Elements einrasten. Auf diese Weise sind das Gehäuse, die Leiterplatte und das zweite optische Element vorteilhaft ohne Klebeverbindung oder Schraubverbindung mechanisch miteinander verbunden, und können insbesondere nicht gegenüber einer Hauptachse des Gehäuses zueinander verdreht werden.
Das zweite optische Element ist vorzugsweise eine Linse. Die Linse ist bevorzugt an der von der LED-Lichtquelle abgewandten Oberfläche konvex gekrümmt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Linse an der der LED-Lichtquelle zugewandten Oberfläche eine Oberflächenstruktur aus kissenförmigen Erhebungen auf. Die kissenförmigen Erhebungen können beispielsweise eine ellipsoidförmige oder sphärische konvexe Krümmung aufweisen. Die Grundfläche der kissenförmigen Erhebungen ist vorzugsweise eine polygonale Fläche, insbesondere eine hexagonale oder oktagonale Fläche.
Die der LED-Lichtquelle zugewandte kissenförmige Oberflächenstruktur wirkt als Diffusor für das von der LED-Lichtquelle emittierte Licht, während die den kissenförmigen Erhebungen gegenüberliegende konvex gekrümmte Oberfläche des zweiten optischen Elements zur Kollimierung des auf diese Weise erzeugten diffusen Lichtbündels dient. Auf diese Weise wird insbesondere die farbliche Homogenität des emittierten Lichts verbessert. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die LED-Lichtquelle mindestens einen LED-Chip enthält, der blaues oder ultraviolettes Licht emittiert, das mittels einer Lumineszenzkonversionsschicht zu weißem Licht konvertiert wird. Dieses Prinzip der Weißlichterzeugung beruht darauf, dass ein Teil des von der LED-Lichtquelle emittierten blauen oder ultravioletten Lichts durch die Lumineszenzkonversionsstoffe zu Licht einer Komplementärfarbe mit größerer Wellenlänge, beispielsweise gelbem Licht, konvertiert wird, sodass sich die komplementären Farben zu Weißlicht überlagern. Je nach Anordnung der LED-Chips und des Konversionsmaterials kann es dabei jedoch vorkommen, dass die Überlagerung der beiden komplementären Farbanteile räumlich nicht vollkommen homogen ist und somit beispielsweise der blaue Farbanteil der LEDs und/oder die mittels Lumineszenzkonversion erzeugte Komplementärfarbe für einen Betrachter sichtbar wird. Derartige unerwünschte Farbabweichungen werden durch den Diffusor, der durch die auf der Innenseite des zweiten optischen Elements erzeugte kissenförmige Oberflächenstruktur gebildet ist, vermindert.
Die LED-Lichtquelle enthält bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mehrere LED-Chips. Insbesondere können die mehreren LED-Chips auf einem gemeinsamen Träger, beispielsweise in Form eines LED-Arrays, angeordnet sein.
Das erste optische Element ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein optischer Konzentrator, insbesondere ein zusammengesetzter parabolischer Konzentrator (CPC, Compound Parabolic Concentrator). Durch den optischen Konzentrator wird vorteilhaft die Strahldivergenz der LED-Lichtquelle vor dem Auftreffen der Strahlung auf das zweite optische Element verringert.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuse einen Gehäusesockel mit einem integrierten Kühlkörper auf. Dadurch wird die Wärmeabfuhr von der LED-Lichtquelle verbessert.
Bei dem Gehäusesockel handelt es sich bevorzugt um einen Gehäusesockel mit genormten Abmessungen, beispielsweise um einen Gehäusesockel vom Typ GU 5,3. Ein solcher genormter Gehäusesockel ist an sich bekannt und wird beispielsweise bei Niederspannungshalogenlichtquellen eingesetzt. Mittels eines derartigen Gehäusesockels kann die erfindungsgemäße LED-Beleuchtungseinheit auf einfache Weise in bestehende Leuchtensysteme integriert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 8 näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Beleuchtungseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Explosionsdarstellung,
2 eine Ansicht der Beleuchtungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel von schräg oben,
3 eine Ansicht der Beleuchtungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel von schräg unten,
4 eine weitere Ansicht der Beleuchtungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel von schräg unten, bei der das Gehäuse transparent dargestellt ist,
5 eine Aufsicht auf die Beleuchtungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ohne das zweite optische Element,
6 eine Darstellung der Oberseite (links) und der Unterseite (rechts) des zweiten optischen Elements bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7 eine vergrößerte Darstellung der Unterseite des zweiten optischen Elements bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
8 eine schematische grafische Darstellung der LED-Lichtquelle mit dem ersten optischen Element und dem zweiten optischen Element bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
9a eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Beleuchtungsein heit gemäß der Erfindung, und
9b einen schematisch dargestellten Querschnitt durch die in 9a dargestellte Beleuchtungseinheit.
Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Beleuchtungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, die in den 1 bis 7 in verschiedenen Ansichten dargestellt ist, wird im folgenden im Zusammenhang erläutert, wobei nur im Einzelfall auf eine bestimmte Figur Bezug genommen wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist eine LED-Lichtquelle 3 zusammen mit einem der LED-Lichtquelle 3 nachfolgenden optischen Element 1 auf einem Träger 16 angeordnet. Der Träger 16 weist beispielsweise eine achteckige Grundfläche auf, die vorteilhaft in einer entsprechenden Passform in einem Gehäuseboden 18 des Gehäuses 5 der Beleuchtungseinheit positioniert werden kann. Beispielsweise kann der Träger 16, wie in 4 dargestellt, mittels Schrauben 17 fest mit dem Gehäuseboden 18 des Gehäuses 5 verbunden werden.
Das Gehäuse 5 der Beleuchtungseinheit ist vorzugsweise ein Metallgehäuse, das vorteilhaft als Wärmesenke für die von der LED-Lichtquelle 3 erzeugte Wärme dient. Die Wärmeabfuhr von der LED-Lichtquelle 3 kann dadurch verbessert werden, dass das Gehäuse 5 seitliche Öffnungen 6 aufweist. Bevorzugt sind zwischen einschließlich 15 und einschließlich 25 Öffnungen in dem Gehäuse 5 vorgesehen, wobei die Öffnungen 6 beispielsweise schlitzförmige längliche Ausnehmungen in der Seitenwand des Gehäuses 5 sind.
Die LED-Lichtquelle 3 der Beleuchtungseinheit enthält mindestens einen oder bevorzugt mehrere LED-Chips. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Träger, beispielsweise einer Leiterplatte, angeordnet. Vorteilhaft können mehrere LED-Chips auch auf einem Träger aus einer Keramik, insbesondere AlN, angeordnet sein, wodurch die Wärmeableitung der von den LED-Chips erzeugten Wärme verbessert wird.
Bei der LED-Lichtquelle 3 kann es sich insbesondere um eine Weißlicht emittierende LED-Lichtquelle handeln. Die Erzeugung von Weißlicht kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass in der LED-Lichtquelle 3 ein LED-Chip oder mehrere LED-Chips angeordnet sind, die blaues oder ultraviolettes Licht emittieren, das mittels einer Lumineszenzkonversionsschicht zu Weißlicht konvertiert wird. Dazu sind in der Lumineszenzkonversionsschicht Lumineszenzkonversionsstoffe enthalten, durch die zumindest ein Teil der von dem mindestens einen LED-Chip emittierten Strahlung zu einer komplementären längeren Wellenlänge hin konvertiert wird.
Beispielsweise kann von dem LED-Chip emittierte ultraviolette oder blaue Strahlung in einem komplementären gelben Spektralbereich konvertiert werden, sodass eine Überlagerung der komplementären Farben Weißlicht ergibt. Dazu geeignete Lumineszenzkonversionsstoffe sind beispielsweise aus der Druckschrift WO 97/50132 A1 bekannt, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich hiermit durch Bezug aufgenommen wird. Insbesondere sind mit seltenen Erden dotierte Granate, wie beispielsweise YAG:Ce, als Lumineszenzkonversionsstoff geeignet.
Die Lumineszenzkonversionsschicht kann direkt auf den mindestens einen LED-Chip aufgebracht sein oder alternativ in oder auf einem der optischen Elemente 1, 2, die der LED-Lichtquelle 3 nachfolgen, angeordnet sein.
Alternativ kann die Erzeugung von Weißlicht durch die LED-Lichtquelle 3 auch dadurch realisiert sein, dass in der LED-Lichtquelle 3 mehrere LED-Chips enthalten sind, die rotes, grünes und blaues Licht emittieren, das sich durch additive Farbmischung zu Weißlicht überlagert.
Zur Strahlformung des von der LED-Lichtquelle 3 erzeugten Lichts sind in der Beleuchtungseinheit ein erstes optisches Element 1 und ein zweites optisches Element 2 enthalten.
Bei dem ersten optischen Element 1 handelt es sich vorzugsweise um einen optischen Konzentrator. Durch den optischen Konzentrator wird die Strahldivergenz der von der LED-Lichtquelle 3 emittierten Strahlung vorteilhaft vermindert. Der optische Konzentrator 1 ist beispielsweise ein Vollkörper aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polycarbonat. Er weist beispielsweise eine ebene Strahlungseintrittsfläche, eine parabolisch gekrümmte Seitenwand, sowie eine konvex gekrümmte Strahlungsaustrittsfläche auf.
Dem ersten optischen Element 1 ist ein zweites optisches Element 2 nachgeordnet, bei dem es sich insbesondere um eine Linse handeln kann. Das zweite optische Element 2 fungiert vorteilhaft gleichzeitig als Gehäuseabdeckung für das Gehäuse 5 der Beleuchtungseinheit. Zur Befestigung des zweiten optischen Elements 2 an dem Gehäuse 5 weist das zweite optische Element 2, wie insbesondere in 6 dargestellt ist, Befestigungselemente 11 auf, die, wie in den 2, 3 und 4 sichtbar, in die seitlichen Öffnungen 6 des Gehäuses 5 einrasten. Mittels dieser Schnappverbindung wird das zweite optische Element 2 also vorteilhaft ohne die Verwendung von Schrauben oder Klebstoff an dem Gehäuse befestigt und kann somit auf vergleichsweise einfache Weise mit dem Gehäuse 5 verbunden oder von diesem getrennt werden.
Weiterhin ist in dem Gehäuse 5 der Beleuchtungseinheit eine elektronische Steuereinheit 4 enthalten, die beispielsweise aus mehreren auf einer Leiterplatte 7 angeordneten elektronischen Bauteilen 9 gebildet wird. Mittels der elektronischen Steuereinheit 4 kann beispielsweise die Helligkeit der LED-Lichtquelle 3 durch eine Veränderung der Stromstärke von einem oder mehreren LED-Chips oder durch das Zu- oder Abschalten einer oder mehrerer LED-Chips geregelt werden. Alternativ kann beispielsweise auch die Farbe der LED-Lichtquelle 3 dadurch verändert werden, dass einer oder mehrere in der LED-Lichtquelle 3 enthaltene verschiedenfarbige LED-Chips zu- oder abgeschaltet werden.
Der Umriss der Leiterplatte 7 für die elektronische Steuereinheit 4 ist vorzugsweise an die Form des Gehäuses 5 angepasst. Beispielsweise kann das Gehäuse 5 ein rundes Gehäuse sein, wobei die Leiterplatte 7 eine runde Leiterplatte ist, deren Außendurchmesser in etwa mit dem Innendurchmesser des Gehäuses 5 übereinstimmt. Die Leiterplatte 7 wird vorzugsweise mittels mindestens eines Befestigungselements 12, das an einer Innenwand des Gehäuses 5 ausgebildet ist, in dem Gehäuse 5 befestigt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Leiterplatte 7 mittels einer vergleichsweise einfachen Klemmverbindung, also insbesondere nicht mit einer Schraub- oder Klebeverbindung, in dem Gehäuse 5 befestigt ist.
An einem der Gehäuseinnenwand zugewandten Rand weist die Leiterplatte 7 vorzugsweise Ausnehmungen 10 auf, durch die die Befestigungselemente 11 des zweiten optischen Elements 2 vorteilhaft hindurch gesteckt werden können, um in den seitlichen Öffnungen 6 des Gehäuses 5 einrasten zu können. Das Gehäuse 5, die Leiterplatte 7 und das zweite optische Element 2 sind auf diese Weise auf vergleichsweise einfache Weise mechanisch miteinander verbunden, was die Handhabung der Beleuchtungseinheit und insbesondere auch die Herstellung in großen Stückzahlen vereinfacht.
Die Leiterplatte 7 weist weiterhin eine Ausnehmung 8 zum Durchlass der von der LED-Lichtquelle 3 emittierten Strahlung auf. Beispielsweise kann das erste optische Element 1 in dem Gehäuse 5 innerhalb oder unterhalb der Ausnehmung 8 der Leiterplatte 7 angeordnet sein. In der in 5 dargestellten Aufsicht ist in der Öffnung 8 die konvex gekrümmte Oberfläche 13 des ersten optischen Elements 1 zu sehen.
Die elektronischen Bauelemente 9 der elektronischen Steuereinheit 4 sind vorzugsweise auf einer der LED-Lichtquelle 3 zugewandten Unterseite der Leiterplatte 7 angeordnet. Auf einer dem zweiten optischen Element 2 zugewandten Oberseite der Leiterplatte 7 sind dagegen keine elektronischen Bauelemente angeordnet, sodass die elektronischen Bauelemente 9 beim Betrachten der Beleuchtungseinheit durch das zweite optische Element 2 vorteilhaft nicht sichtbar sind.
Das zweite optische Element 2, das in 6 in einer Ansicht von schräg oben (links) und in einer Ansicht von schräg unten (rechts) dargestellt ist, weist an einer von der LED-Lichtquelle 3 abgewandten Oberfläche 13 eine konvexe Krümmung auf. Dagegen ist an einer der LED-Lichtquelle 3 zugewandten Oberfläche 14 des zweiten optischen Elements 2 eine kissenförmige Oberflächenstruktur ausgebildet, die in 7 vergrößert dargestellt ist. Die kissenförmigen Erhebungen an der Oberfläche 14 können zum Beispiel, wie die in 7 farblich hervorgehobene kissenförmige Erhebung 15, einen hexagonalen Grundriss aufweisen. Über der hexagonalen Grundfläche sind die kissenförmigen Erhebungen 15 sphärisch oder asphärisch, beispielsweise elliptisch, gewölbt. Die an der Strahlungseintrittsfläche 14 des zweiten optischen Elements 2 angeordneten kissenförmigen Erhebungen 15 wirken vorteilhaft als Diffusor für die aus dem ersten optischen Element 1 austretenden Lichtstrahlen, wodurch die Farbmischung des von der LED-Lichtquelle 3 emittierten Lichts verbessert wird. Insbesondere wird auf diese Weise eine verbesserte Mischung blauer und gelber Farbanteile, die beispielsweise bei der Erzeugung von Weißlicht mittels Lumineszenzkonversion entstehen, oder von blauen, roten und grünen Farbanteilen, die zum Beispiel bei der Erzeugung von Weißlicht mittels additiver Farbmischung entstehen, erreicht.
In 8 ist die Anordnung der LED-Lichtquelle 3, des ersten optischen Elements 1 und des zweiten optischen Elements 2 bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei das Gehäuse und die elektronische Steuereinheit zur Vereinfachung der Darstellung nicht abgebildet sind.
Die LED-Lichtquelle 3 umfasst mindestens einen LED-Chip 21, der auf einem Träger 16 angeordnet ist. Auf dem LED-Chip 21 ist eine Lumineszenzkonversionsschicht 19 angeordnet, um beispielsweise von dem LED-Chip emittierte blaues Licht zumindest teilweise in Licht mit einer längeren Wellenlänge einer komplementären Farbe zu konvertieren und auf diese Weise Weißlicht zu erzeugen. Oberhalb des LED-Chips 21 ist ein ers tes optisches Element 1 angeordnet, bei dem es sich um einen optischen Konzentrator handelt. Mit dem optischen Konzentrator 1 wird erreicht, dass auch schräg aus dem LED-Chip emittierte Lichtstrahlen 20 an den Seitenwänden des Konzentrators reflektiert werden und somit zur Strahlungseintrittsfläche 14 des zweiten optischen Elements 2 gelangen. Insbesondere gehen schräg emittierte Lichtstrahlen nicht durch Abstrahlung in seitliche Richtung verloren, indem sie beispielsweise an einer Wand des Gehäuses absorbiert werden.
An den kissenförmigen Erhebungen 15 des zweiten optischen Elements 2 werden die Lichtstrahlen 20 gebrochen, wodurch die Farbmischung des mittels Lumineszenzkonversion erzeugten Weißlichts verbessert wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinheit ist in 9a in einer Seitenansicht und in 9b in einem Querschnitt entlang der in 9a dargestellten Linie A-A dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 5 einen Gehäusesockel 22 auf. Der Gehäusesockel 22 ist mit geringem Aufwand an dem Gehäuse 5 montierbar oder von dem Gehäuse 5 demontierbar.
In den Gehäusesockel 22 ist vorteilhaft ein Kühlkörper 23 integriert. Der Kühlkörper 23 enthält ein Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise ein Metall oder eine Metalllegierung, und verbessert somit die Wärmeabfuhr der von der LED-Lichtquelle erzeugten Wärme.
Weiterhin weist der Gehäusesockel 22 zwei Kontaktstifte 25 zur elektrischen Kontaktierung der Beleuchtungsvorrichtung auf. Über die Kontaktstifte 25 kann die Beleuchtungsvorrichtung insbesondere mit einer Niedervolt-Gleichspannung, bei spielsweise mit einer Gleichspannung von etwa 12 V, betrieben werden. Die Kontaktstifte 25 sind aus einem elektrisch isolierendem Gehäuseteil 24, das an der Unterseite des Gehäusesockels 22 unter dem Kühlkörper 23 angeordnet ist, aus dem Gehäusesockel 22 herausgeführt. Um eine falsche Polung beim Betrieb mit einer Gleichspannung zu vermeiden, kann die Beleuchtungsvorrichtung einen Verpolschutz aufweisen. Bei dem Verpolschutz kann es sich insbesondere um einen elektronischen Verpolschutz handeln, beispielsweise um eine bei falscher Polung der Kontaktstifte in Sperrrichtung gepolte Diode.
Besonders bevorzugt weist der Gehäusesockel 22 die Abmessungen eines genormten Gehäusesockels für Niederspannungs-Leuchtmittel auf. Insbesondere kann der Gehäusesockel 22 die Abmessungen des an sich bekannten Stecksockels vom Typ GU 5,3 aufweisen. In diesem Fall kann die Beleuchtungsvorrichtung auf einfache Weise in herkömmlichen Leuchtensystemen verwendet werden, insbesondere kann beispielsweise eine herkömmliche Halogen-Niederspannungslampe, die einen Gehäusesockel vom Typ GU 5,3 aufweist, durch die erfindungsgemäße LED-Beleuchtungseinheit ersetzt werden.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit zeichnet sich also durch ein kompaktes Gehäuse, das eine gute Wärmeabfuhr von der LED-Lichtquelle ermöglicht, sowie eine gute Strahlqualität aus, wobei die vergleichsweise einfache mechanische Verbindung der Komponenten eine einfache Handhabung und eine kostengünstige Fertigung in großen Stückzahlen ermöglicht.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Beleuchtungseinheit mit einer LED-Lichtquelle (3), einem der LED-Lichtquelle (3) in einer Abstrahlrichtung nachfolgenden ersten optischen Element (1), einer elektronischen Steuereinheit (4), und einem dem ersten optischen Element (1) nachfolgenden zweiten optischen Element (2), wobei die LED-Lichtquelle (3), das erste optische Element (1) und die elektronische Steuereinheit (4) in einem gemeinsamen Gehäuse (5) angeordnet sind, und das Gehäuse (5) von dem zweiten optischen Element (2) abgedeckt ist.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) ein Metallgehäuse ist.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) seitliche Öffnungen (6) aufweist.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (2) in den seitlichen Öffnungen (6) des Gehäuses (5) befestigt ist.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (2) Befestigungselemente (11) aufweist, die in die seitlichen Öffnungen (6) des Gehäuses (5) einrasten.
Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (2) Befestigungselemente (11) aufweist, die in an einer Innenwand des Gehäuses (5) ausgebildete Ausnehmungen einrasten.
Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (4) auf einer Leiterplatte (7) angeordnet ist.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (7) eine Ausnehmung (8) aufweist, durch die die von der LED-Lichtquelle (3) emittierte Strahlung hindurch tritt.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) im Zentrum der Leiterplatte (7) angeordnet ist.
Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass elektronische Bauteile (9) der elektronischen Steuereinheit (4) auf einer von dem zweiten optischen Element (2) abgewandten Seite der Leiterplatte (7) angeordnet sind.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Innenwand des Gehäuses (5) mindestens ein Be festigungselement (12) für die Leiterplatte (7) ausgebildet ist.
Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 11 unter Rückbezug auf Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einem dem Gehäuse (5) zugewandten Rand der Leiterplatte (7) Ausnehmungen (10) für die Befestigungselemente (11) des zweiten optischen Elements (2) ausgebildet sind.
Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element (2) eine Linse ist.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2) an der von der LED-Lichtquelle (3) abgewandten Oberfläche (13) eine konvexe Krümmung aufweist.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2) an der der LED-Lichtquelle (3) zugewandten Oberfläche (14) eine Oberflächenstruktur aus kissenförmigen Erhebungen (15) aufweist.
Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (1) ein optischer Konzentrator ist.
Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Lichtquelle (3) mehrere auf einem gemeinsamen Träger (16) angeordnete LED-Chips aufweist.
Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) einen Gehäusesockel aufweist, in den ein Kühlkörper (23) integriert ist.