DE102008038778A1

DE102008038778A1 - Farb-LED-Strahler

Info

Publication number: DE102008038778A1
Application number: DE102008038778A
Authority: DE
Inventors: Heiko Römelt
Original assignee: Bega Gantenbrink Leuchten KG
Current assignee: Bega Gantenbrink Leuchten KG
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2010-02-25
Also published as: HK1142654A1; EP2154423B1; US8282244B2; CN101676601A; US20100039805A1; JP2010045365A; CN101676601B; EP2154423A1

Abstract

Bei einem farbselektiv dimmbaren LED-Strahler mit mehreren verschiedenfarbigen und auf einem Tragelement angeordneten LEDs wird eine gute Farbmischung bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad und guter Bündelung erreicht, in dem die LEDs in mehreren gleichartigen LED-Tupeln auf dem Tragelement angeordnet sind, wobei jedes der LED-Tupel mindestens zwei verschiedenfarbige LEDs umfasst, jedem LED-Tupel ein separater Reflektor zugeordnet ist, und jedes der LED-Tupel um die optische Achse des zugeordneten Reflektors gegenüber einem benachbarten LED-Tupel verdreht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen LED-Strahler mit mehreren verschiedenfarbigen und auf einem Tragelement angeordneten LEDs zur Erzeugung verschiedenfarbigen Lichts.
LED-Strahler zur Erzeugung farbigen Lichts bedienen sich in aller Regel des Prinzips der additiven Farbmischung. Üblicherweise werden dazu LEDs benutzt, die in den Primärfarben Rot, Grün und Blau strahlen und in ihrer Intensität geregelt werden können. Dieses Verfahren wird als RGB-Verfahren bezeichnet. Um die Farbgüte zu verbessern, werden mittlerweile zur Farbmischung zusätzlich neben weißen oder bernsteinfarbenen LEDs auch pastellfarbene LEDs eingesetzt.
Die Mischung der einzelnen Farbanteile kann innerhalb oder außerhalb des LED-Strahlers erfolgen. Eine innere Mischung wird beispielsweise durch Streuung mittels streuender Scheiben erzielt. Bei der äußeren Farbmischung kommen Kollimatoren oder Reflektoren zum Einsatz, durch die der Strahlenverlauf der verschiedenfarbigen LEDs in geeigneter Art und Weise beeinflusst wird, so dass sich auf dem beleuchteten Objekt eine Überlagerung der einzelnen Farbanteile ergibt.
Handelsübliche LED-Strahler zur Erzeugung verschiedenfarbigen Lichts sind zumeist mit lediglich einem Reflektor ausgestattet und mit einer Vielzahl verschiedenfarbiger und unregelmäßig angeordneter LEDs bestückt.
Aus DE 600 34 405 ist eine Diodenleuchte mit mehreren verschiedenfarbigen LEDs zur Nachregelung der Farbtemperatur bekannt. Zur Lichtmischung wird eine reflektierende Röhre eingesetzt. Die verschiedenfarbigen LEDs sind in einer Matrix in der Eintrittsöffnung der reflektierenden Röhre angeordnet. Zur Verbesserung der Durchmischung der einzelnen Farbanteile werden verschiedene geometrische Formen der reflektierenden Röhre sowie verschiedene Anordnungen der verschiedenfarbigen LEDs innerhalb der Matrix vorgeschlagen.
Das Problem der aus dem Stand der Technik bekannten LED-Strahler zur Erzeugung verschiedenfarbigen Lichts ist im Wesentlichen, dass sich eine gute Bündelung, ein hoher Wirkungsgrad und eine gute Farbmischung nicht vereinbaren lassen. So weisen Systeme mit innerer Farbmischung durch Streuung, beispielsweise mittels Streuscheiben, einen schlechten Wirkungsgrad und eine diffuse und breite Austrahlcharakteristik auf. Bei Systemen mit äußerer Farbmischung werden gute Bündelungseigenschaften und hohe Wirkungsgrade erzielt, jedoch ist die Farbmischung dort schlechter. Die aus DE 600 34 405 bekannte Diodenleuchte kann lediglich als Kompromisslösung angesehen werden. Auch hier können in Punkto Bündelung, Wirkungsgrad und Lichtmischung keine optimalen Resultate erzielt werden.
Zudem erfordert die Verwendung moderner Hochleistungs-LEDs eine zumindest passive Kühlung. Demzufolge ist bei der Verwendung von Hochleistungs-LEDs eine marktübliche Anordnung beliebig vieler unregelmäßig verteilten und dicht beieinander liegenden verschiedenfarbigen LEDs in der Mitte eines einzigen Reflektors zur Erzeugung eines leuchtstarken Strahlers bei akzeptabler Lichtmischung nicht möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Bereitstellung eines bündelnden LED-Strahlers, welcher sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine gute Farbmischung auszeichnet und einfach aufgebaut werden kann. Ferner sollen die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme überwunden werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe auch auf strahlerähnliche Leuchtmittel, wie beispielsweise Scheinwerfer, übertragbar ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen LED-Strahler nach Anspruch 1 gelöst. Demnach liegt für einen farbselektiv dimmbaren LED-Strahler mit mehreren verschiedenfarbigen und auf einem Tragelement angeordneten LEDs eine gattungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn die LEDs in mehreren gleichartigen LED-Tupeln auf dem Tragelement angeordnet sind, wobei jedes der LED-Tupel mindestens zwei verschiedenfarbige LEDs umfasst, jedem LED-Tupel ein separater Reflektor zugeordnet ist, und jedes der LED-Tupel um die optische Achse des Reflektors gegenüber einem benachbarten LED-Tupel verdreht ist.
Durch die Anordnung weniger verschiedenfarbiger LEDs zu einem LED-Tupel mit zugeordnetem Reflektor ist der Wirkungsgrad des LED-Strahlers sehr hoch, da die LEDs direkt einsehbar sind und somit das Licht im Gegensatz zur Verwendung von Streuscheiben auf den zu beleuchtenden Gegenstand gebündelt werden kann und geringe Verluste durch Absorbtion und Streuung auftreten. Die LED-Tupel können sehr einfach vorgefertigt werden, was den Aufbau des LED-Strahlers gegenüber marktüblichen Geräten mit sehr vielen dicht beieinander angeordneten LEDs erheblich vereinfacht. Zudem ist die Verwendung von bereits vorgefertigten und anschließbaren LED-Tupeln, so genannten RGB-LED-Elementen möglich. Solche RGB-LED-Elemente bestehen üblicherweise aus jeweils einer roten LED, einer grünen LED, einer blauen LED und gegebenenfalls einer zusätzlichen weißen oder bernsteinfarbenen LED und werden mittlerweile auch mit modernen Hochleistungs-LEDs bestückt angeboten. Hochleistungs-LEDs müssen in der Regel zumindest passiv geeignet gekühlt werden. Damit die abgegebene Wärme gut abgeführt werden kann, ist es üblicherweise ausreichend, wenn nicht sehr viele LEDs dicht beieinander angeordnet werden. Gerade deshalb ist die beanspruchte Anordnung der LED-Tupel mit einzelnen zugeordneten Reflektoren besonders vorteilhaft.
Während Bündelung und Wirkungsgrad eines einzelnen LED-Tupels mit Reflektor in der beanspruchten Ausführung sehr gut sind, wird die Farbmischung durch den zugeordneten Reflektor nicht zufriedenstellend bewirkt. Auf dem beleuchteten Objekt sind Bereiche erkennbar, in welchen jeweils der Farbanteil einer der verschiedenfarbigen LEDs überwiegt. Auch bei Verwendung mehrerer gleich ausgerichteter LED-Tupel bleiben diese Bereiche erhalten, die Farbanhäufungen werden lediglich aufsummiert. Erst durch die beanspruchte Verdrehung der LED-Tupel zueinander werden die Bereiche der Farbanhäufung derart überlagert, dass sie sich bestenfalls gänzlich auslöschen und eine optimale Farbmischung des ausgestrahlten Lichts entsteht.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht und im Folgenden näher erläutert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält jedes der LED-Tupel jeweils eine LED in den Primärfarben Rot, Grün und Blau. Durch farbselektive Dimmung wird dadurch eine RGB-Farbmischung und somit die Erzeugung von Licht beliebiger Farbabstufung ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält jedes der LED-Tupel neben den drei LEDs in den Primärfarben Rot, Grün und Blau zusätzlich eine weiße LED. Dadurch kann eine bessere Güte des erzeugten farbigen Lichts erzielt werden.
Als besonders vorteilig für die Farbdurchmischung hat es sich herausgestellt, wenn die gegeneinander verdrehten LED-Tupel entlang einer gedachten Spirale auf dem Tragelement angeordnet sind.
Optimale Farbdurchmischung sowohl bei spiralförmiger Anordnung der LED-Tupel als auch anderen Anordnungen der LED-Tupel liegt vor, wenn jedes der LED-Tupel um die optische Achse des zugehörigen Reflektors gegenüber einem vorhergehenden benachbarten LED-Tupel jeweils um einen konstanten Winkel verdreht ist, wobei sich dieser Winkel zu 360° dividiert durch die Anzahl der LED-Tupel berechnet.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Zuhilfenahme einer Zeichnung im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein LED-Tupel mit schematischer Anordnung vier verschiedenfarbener LEDs und
2 eine Forderansicht eines erfindungsgemäßen LED-Strahlers mit mehreren auf einem gemeinsamen Tragelement angeordneten LED-Tupeln.
Das in 1 dargestellte LED-Tupel ist mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Zur Erzeugung verschiedenfarbigen Lichts in allen Farbabstufungen sind auf dem LED-Tupel 1 LEDs in den drei Primärfarben und somit eine rote LED 11, eine grüne LED 12 und eine blaue LED 13 angeordnet. Die gewünschte Lichtfarbe wird dabei durch Dimmung der einzelnen LEDs bewirkt. Zur Steigerung der Güte des erzeugten farbigen Lichts ist in dem LED-Tupel 1 zusätzlich eine weiße LED 14 angeordnet. Dadurch lässt sich insbesondere pastellfarbenes Licht in einer besseren Güte erzeugen. Während die gezeigte Anordnung eine bevorzugte Ausführung des LED-Tupels darstellt, können auch weniger oder mehr verschiedenfarbige LEDs zu einem Tupel angeordnet werden. Dabei ist es denkbar, nicht nur ausschließlich verschiedenfarbige LEDs zu einem LED-Tupel anzuordnen. Beispielsweise können neben mehren verschiedenfarbigen LEDs auch zwei gleiche, beispielsweise weiße LEDs in dem LED-Tupel enthalten sein.
In 2 ist eine Forderansicht eines erfindungsgemäßen LED-Strahlers 17 dargestellt. Auf einem gemeinsamen Tragelement 15 sind mehrere LED-Tupel 1 bis 10 angeordnet, die in ihrem Aufbau dem in 1 dargestellten LED-Tupel 1 entsprechen. Jedem der LED-Tupel 1 bis 10 ist ein Kollimator bzw. Reflektor 16 zugeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass aus Platzgründen lediglich die den LED-Tupeln 1 und 4 zugeordneten Reflektoren mit dem Bezugszeichen 16 versehen sind. Das von einem der LED-Tupel 1 bis 10 ausgestrahlte Licht wird durch den jeweils zugeordneten Reflektor 16 gebündelt. Dabei sind alle Reflektoren 16 derart ausgerichtet, dass sich die Strahlengänge der LED-Tupel 1 bis 10 auf dem beleuchteten Objekt überlagern. Die LED-Tupel 1 bis 10 sind spiralförmig auf dem Tragelement 15 angeordnet. Die aufsteigenden Bezugszeichen der LED-Tupel 1 bis 10 bezeichnen dabei den Verlauf der gedachten Spirale. Jedes der LED-Tupel 1 bis 10 ist dabei um die Achse des jeweils zugeordneten Reflektors 16 gegenüber einem vorhergehenden benachbarten LED-Tupel 1 bis 10 um einen Winkel von 36° gegen den Uhrzeigersinn verdreht. Der Drehwinkel von 36° ergibt sich dabei durch Division eines Vollkreises von 360° durch die Anzahl der LED-Tupel 1 bis 10. Somit ist auch das LED-Tupel 1 gegenüber dem letzten LED-Tupel 10 der Spirale um 36° gegen den Uhrzeigersinn verdreht. Durch die gezeigte Anordnung der LED-Tupel 1 bis 10 gemäß einer sich im Uhrzeigersinn schließenden Spirale sowie die Verdrehung der LED-Tupel 1 bis 10 gegenüber den jeweils vorhergehenden benachbarten LED-Tupeln 1 bis 10 gegen den Uhrzeigersinn wird eine optimale Lichtdurchmischung bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad und sehr guter Bündelung erzielt.
Es sei angemerkt, dass durch die vorliegende Anordnung und die Gruppierung weniger LEDs zu einem LED-Tupel 1 bis 10 auch die Verwendung von modernen Hochleistungs-LEDs ermöglicht wird, welche zur Kühlung der LEDs einen gewissen Abstand der LED-Tupel 1 bis 10 zueinander erfordert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 60034405 [0005, 0006]

Claims

LED-Strahler (17) mit mehreren verschiedenfarbigen und auf einem Tragelement (15) angeordneten LEDs (11 bis 14), wobei der LED-Strahler (17) farbselektiv dimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs (11 bis 14) in mehreren gleichartigen LED-Tupeln (1 bis 10) auf dem Tragelement (15) angeordnet sind, wobei jedes der LED-Tupel (1 bis 10) mindestens zwei verschiedenfarbige LEDs (11 bis 14) umfasst, jedem LED-Tupel (1 bis 10) ein separater Reflektor (16) zugeordnet ist, und jedes der LED-Tupel (1 bis 10) um die optische Achse des zugeordneten Reflektors (16) gegenüber einem benachbarten LED-Tupel (1 bis 10) verdreht ist.
LED-Strahler (17) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der LED-Tupel (1 bis 10) eine rote LED (11), eine grüne LED (12) und eine blaue LED (13) umfasst.
LED-Strahler (17) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der LED-Tupel (1 bis 10) eine weiße LED (14) umfasst.
LED-Strahler (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Tupel (1 bis 10) gemäß einer Spirale auf dem Tragelement (15) angeordnet sind.
LED-Strahler (17) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der LED-Tupel (1 bis 10) um die optische Achse des zugeordneten Reflektors (16) gegenüber einem vorhergehenden benachbarten LED-Tupel (1 bis 10) jeweils um einen Winkel φ verdreht ist, wobei sich der Winkel φ zu 360° dividiert durch die Anzahl der LED-Tupel (1 bis 10) berechnet.