DE102011018808A1

DE102011018808A1 - Beleuchtungsvorrichtung und Kontrollvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Vielzahl von Leuchtdioden

Info

Publication number: DE102011018808A1
Application number: DE102011018808A
Authority: DE
Inventors: Horst Varga; Torben Frahm; Sebastian Lyschik
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: OPTOTRONIC GMBH, DE
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-10-31
Also published as: US20140139136A1; WO2012146502A1; CN103503560A; US9357606B2

Abstract

Es wird eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben, mit – zumindest einem Leuchtdiodenmodul (1), das zumindest zwei Leuchtdioden (11) umfasst, die im Betrieb Licht voneinander unterschiedlicher Farbe emittieren, – zumindest einem Treiber (2) der dazu eingerichtet ist, die Leuchtdioden (11) genau eines von den zumindest einen Leuchtdiodenmodulen (1) mit Betriebsstrom zu versorgen, – genau einer Kontrollvorrichtung (3), die im Betrieb das zumindest eine Leuchtdiodenmodul (1) steuert und/oder regelt, wobei – jedem Leuchtdiodenmodul (1) ein Treiber (2) eineindeutig zugeordnet ist, und – die Kontrollvorrichtung (3) jedes Leuchtdiodenmodul (1) mittels des dem Leuchtdiodenmodul (1) zugeordneten Treibers (2) steuert und/oder regelt.

Description

Es wird eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Beleuchtungsvorrichtung anzugeben, bei der die Leuchtmittel besonders einfach angesteuert werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Beleuchtungsvorrichtung zumindest ein Leuchtdiodenmodul. Das zumindest eine Leuchtdiodenmodul umfasst zumindest zwei Leuchtdioden, die im Betrieb Licht voneinander unterschiedlicher Farbe emittieren. Die Leuchtdioden stellen dabei die Lichtquellen des Leuchtdiodenmoduls dar. Das heißt, das vom Leuchtdiodenmodul im Betrieb emittierte Licht setzt sich aus dem Licht der betriebenen Leuchtdioden des Leuchtdiodenmoduls zusammen. Die Leuchtdioden unterscheiden sich dabei hinsichtlich der Farbe des Lichts, das sie im Betrieb emittieren. Beispielsweise kann es sich bei den Leuchtdioden um Leuchtdioden handeln, die auf unterschiedlichen Halbleitermaterialsystemen basieren. So kann beispielsweise eine der Leuchtdioden geeignet sein, im Betrieb rotes Licht zu emittieren, eine andere Leuchtdiode ist dazu eingerichtet, blaues Licht zu emittieren und wiederum eine weitere Leuchtdiode ist dazu eingerichtet, im Betrieb grünes Licht zu emittieren.
Die Leuchtdioden des Leuchtdiodenmoduls sind beispielsweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte des Leuchtdiodenmoduls angeordnet. Bei den Leuchtdioden kann es sich um ungehäuste Leuchtdioden handeln, also um Leuchtdiodenchips, die direkt auf der Leiterplatte befestigt sind. Ferner ist es möglich, dass es sich bei den Leuchtdioden um gehäuste Leuchtdioden handelt, die auf der gemeinsamen Leiterplatte mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen sind.
Beispielsweise umfasst die Beleuchtungsvorrichtung zwei oder mehr von diesen Leuchtmodulen. Die Leuchtmodule können dabei gleichartig aufgebaut sein, das heißt sie umfassen beispielsweise eine gleiche Anzahl gleichartiger Leuchtdioden in gleicher Anordnung. Mit den Leuchtdiodenmodulen kann dann beispielsweise eine Flächenleuchte gebildet werden, bei der die einzelnen Leuchtmodule benachbart zueinander, beispielsweise nach Art einer Matrix in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Damit können skalierbare Flächenleuchten mit Abmessungen der Leuchtfläche von 60 × 60 cm oder größer gebildet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Beleuchtungsvorrichtung zumindest einen Treiber, der dazu eingerichtet ist, die Leuchtdioden genau eines Leuchtdiodenmoduls mit Betriebsstrom zu versorgen. Der Treiber für die Leuchtdioden dieses Leuchtdiodenmoduls kann dabei beispielsweise beabstandet zum Leuchtdiodenmodul angeordnet sein. Das heißt, der Treiber, der die Leuchtdioden eines Leuchtdiodenmoduls mit dem notwendigen Betriebsstrom versorgt, ist eine eigenständige Komponente der Beleuchtungsvorrichtung, die vom Leuchtdiodenmodul getrennt gefertigt wird. Der Treiber ist beispielsweise an eine Stromversorgung angeschlossen, bei der es sich etwa um ein Standardnetzteil handeln kann.
Beispielsweise ist es möglich, dass jedem Leuchtdiodenmodul ein Treiber eindeutig zugeordnet ist. Das heißt, die Zahl der Treiber in der Beleuchtungsvorrichtung entspricht dann der Zahl der Leuchtdiodenmodule und jeder Treiber ist mit genau einem Leuchtdiodenmodul verbunden, um dessen Leuchtdioden mit dem notwendigen Betriebsstrom zu versorgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Beleuchtungsvorrichtung genau eine Kontrollvorrichtung, die im Betrieb das zumindest eine Leuchtdiodenmodul steuert und/oder regelt. Dabei ist die Kontrollvorrichtung dazu vorgesehen, sämtliche Leuchtdiodenmodule und damit auch sämtliche Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung zu steuern und/oder zu regeln. Die Steuerung und/oder Regelung der Leuchtdiodenmodule der Beleuchtungsvorrichtung erfolgt dabei nicht direkt durch die Kontrollvorrichtung, sondern die Kontrollvorrichtung steuert und/oder regelt die Leuchtdiodenmodule der Beleuchtungsvorrichtung mittels der den Leuchtdiodenmodulen zugeordneten Treiber. Das heißt, jeder Treiber eines Leuchtdiodenmoduls ist mit der Kontrollvorrichtung verbunden. Das Leuchtdiodenmodul wird dann über diesen Treiber mittelbar von der Kontrollvorrichtung gesteuert und/oder geregelt. Die Kontrollvorrichtung kann dazu beispielsweise Ansteuersignale in den Treiber einprägen, der diese wiederum in den geeigneten Betriebsstrom zum Betreiben der Leuchtdioden des zugeordneten Leuchtdiodenmoduls übersetzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Beleuchtungsvorrichtung zumindest ein Leuchtdiodenmodul, das zumindest zwei Leuchtdioden umfasst, die im Betrieb Licht von einander unterschiedlicher Farbe emittieren. Weiter umfasst die Beleuchtungsvorrichtung zumindest einen Treiber, der dazu eingerichtet ist, die Leuchtdioden genau eines von dem zumindest einen Leuchtdiodenmodul mit Betriebsstrom zu versorgen. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst ferner genau eine Kontrollvorrichtung, die im Betrieb das zumindest eine Leuchtdiodenmodul steuert und/oder regelt. Dabei ist jedem Leuchtdiodenmodul ein Treiber eindeutig zugeordnet und die Kontrollvorrichtung steuert und/oder regelt jedes Leuchtdiodenmodul mittels des dem Leuchtdiodenmodul zugeordneten Treibers. Beispielsweise ist es möglich, dass je ein Treiber und je ein Leuchtdiodenmodul in einer Lampe integriert sind. Die Kontrollvorrichtung kann dann eine Vielzahl solcher Lampen ansteuern.
Eine hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung zeichnet sich dabei unter anderem durch ihren modularen Aufbau aus. Das heißt, es findet mit der Kontrollvorrichtung eine Steuer- beziehungsweise Regeleinheit Verwendung, die dazu eingerichtet ist, eine Vielzahl unterschiedlicher Leuchtdioden zu steuern beziehungsweise zu regeln. Die Kontrollvorrichtung ist dabei vorzugsweise mit der gleichen Stromversorgung zum Betreiben der Kontrollvorrichtung verbunden wie die Treiber der Leuchtdiodenmodule. Die Kontrollvorrichtung kann eine große Anzahl von Leuchtdioden beziehungsweise Leuchtdiodenmodulen über deren Treiber ansteuern, was eine Beleuchtungsvorrichtung ermöglicht, die ohne großen Aufwand skalierbar ist. Die Zahl der Leuchtdiodenmodule beziehungsweise Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung ist dabei lediglich durch den FAN-OUT des Signalausgangs der Kontrollvorrichtung beschränkt, über den die Signale zur Ansteuerung der Leuchtdiodenmodule beziehungsweise der Leuchtdioden aus der Kontrollvorrichtung geführt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist der Treiber dazu eingerichtet, Gruppen von Leuchtdioden des zugeordneten Leuchtdiodenmoduls unabhängig voneinander mit Betriebsstrom zu versorgen. Das heißt, jeder Treiber kann gleichzeitig die Leuchtdioden einer Gruppe von Leuchtdioden des zugeordneten Moduls mit Betriebsstrom versorgen, wobei Leuchtdioden einer anderen Gruppe des zugeordneten Moduls unabhängig davon vom Treiber mit Betriebsstrom versorgt werden können. Beispielsweise sind die Gruppen der Leuchtdioden des Leuchtdiodenmoduls hinsichtlich der Farbe des von den Leuchtdioden im Betrieb emittierten Lichts sortiert. Das heißt, Leuchtdioden des Leuchtdiodenmoduls, die im Betrieb Licht derselben Farbe emittieren, sind dann zu einer Gruppe zusammengefasst, die unabhängig von anderen Gruppen des Leuchtdiodenmoduls mit Betriebsstrom versorgt werden kann. Beispielsweise beinhaltet das Leuchtdiodenmodul Leuchtdioden einer Gruppe A, einer Gruppe B und einer Gruppe C mit einer bestimmten Anzahl x, y und z, um einen gewünschten Farbbereich durch das Leuchtdiodenmodul darstellen zu können. Die maximale Anzahl für x, y und z ist durch die maximale Versorgungsspannung für das Leuchtdiodenmodul gegeben. Das Verhältnis von x, y und z zueinander bestimmt in Abhängigkeit beispielsweise der Helligkeitsklassen der Leuchtdioden sowie des Betriebsstroms, mit dem die Leuchtdioden bestromt werden, die maximal möglichen fotometrischen Parameter wie Chromatizität und Lichtstrom des vom Leuchtdiodenmodul im Betrieb emittieren Lichts.
Die Anzahl der Leuchtdiodengruppen A, B und C ergeben sich aus der additiven Farbmischtheorie. Bei Bedarf ist es dabei möglich, dass ein Leuchtdiodenmodul mehr als drei Gruppen von Leuchtdioden, zum Beispiel vier Gruppen von Leuchtdioden, umfasst. Beispielsweise kann es für einen hohen Farbwiedergabewert in der Allgemeinbeleuchtung wünschenswert sein, rote, blaue, grüne und weiße Leuchtdioden in einem Leuchtdiodenmodul zusammenzufassen.
Der gewünschte Gesamtlichtstrom des vom Leuchtdiodenmodul im Betrieb emittierten Lichts ergibt sich aus der Summe der einzelnen Lichtströme der Leuchtdioden. Entsprechend ergibt sich der Gesamtlichtstrom des von der Beleuchtungsvorrichtung im Betrieb erzeugten Lichts aus der Summe der einzelnen Lichtströme der Leuchtdiodenmodule. Ein höherer Lichtstrom kann beispielsweise durch einen höheren Betriebsstrom für die Leuchtdioden der Leuchtdiodenmodule und/oder ein höheres Tastverhältnis bei einer Ansteuerung der Leuchtdioden mittels Pulsweitenmodulation erzielt werden.
Die Leuchtdiodenmodule werden jeweils von einzelnen modularen Treibern betrieben, die insbesondere dazu eingerichtet sind, die einzelnen Leuchtdiodengruppen individuell und unabhängig voneinander mit Betriebsstrom zu versorgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung weist die Kontrollvorrichtung eine Vielzahl von Signalausgängen aus, wobei über jedem Signalausgang pulsweitenmodulierte Signale im Betrieb ausgegeben werden, die jeweils zum Betreiben einer Gruppe von Leuchtdioden vorgesehen sind. Dabei ist es möglich, dass die Kontrollvorrichtung für die einzelnen Gruppen der Leuchtdiodenmodule Signale ausgibt. Die Kontrollvorrichtung ist dann dazu eingerichtet, jede Gruppe von Leuchtdioden eines jeden Leuchtdiodenmoduls der Beleuchtungsvorrichtung unabhängig von den anderen Gruppen anzusteuern.
Einfacher und bevorzugt ist es jedoch, dass die Kontrollvorrichtung dazu eingerichtet ist, gleiche Gruppen der Leuchtdiodenmodule gemeinsam zu betreiben. Im oben genannten Beispiel mit Gruppen von Leuchtdioden, die rotes, grünes, blaues und weißes Licht emittieren, würde es ausreichen, dass die Kontrollvorrichtung vier Signalausgänge aufweist, die pulsweitenmodulierte Signale zur Ansteuerung der roten, blauen, grünen und weißen Leuchtdiodengruppen ausgeben. Die Zahl der Signalausgänge der Kontrollvorrichtung entspricht dann der Anzahl unterschiedlicher Gruppen von Leuchtdioden der Leuchtdiodenmodule der Beleuchtungsvorrichtung, wobei die Gruppen beispielsweise hinsichtlich der Farbe des von den Leuchtdioden der Gruppen emittierten Lichts zusammengefasst sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst das zumindest eine Leuchtdiodenmodul einen Sensor zur Ermittlung eines Betriebszustands des Leuchtdiodenmoduls, wobei der Sensor im Betrieb ein Messsignal erzeugt, das mit dem Betriebszustand zumindest einer Leuchtdiode des Leuchtdiodenmoduls korreliert. Beispielsweise ist der Sensor dazu vorgesehen, zumindest einen der folgenden Messwerte zu ermitteln und ein entsprechendes Messsignal zu generieren: Helligkeit des von den Leuchtdioden des Leuchtdiodenmoduls erzeugten Lichts, Farbort des von den Leuchtdioden des Leuchtdiodenmoduls erzeugten Lichts, Temperatur des Leuchtdiodenmoduls, zum Beispiel Hot-Spot-Temperatur des Leuchtdiodenmoduls, Luftfeuchtigkeit am Betriebsort des Leuchtdiodenmoduls, Betriebsdauer der Leuchtdioden des Leuchtdiodenmoduls. Der Sensor kann dabei mehrere Sensorkomponenten wie beispielsweise eine Fotodiode, einen Temperatursensor oder einen Feuchtigkeitsfühler umfassen.
Der Messwert korreliert dabei mit dem Betriebszustand zumindest einer Leuchtdiode des Leuchtdiodenmoduls und entspricht beispielsweise einem gemittelten Betriebszustand für alle Leuchtdioden des Leuchtdiodenmoduls, wie etwa einer Temperatur des Leuchtdiodenmoduls, die auf die Abwärme aller betriebenen Leuchtdioden des Leuchtdiodenmoduls zurückzuführen ist.
Die Kontrollvorrichtung umfasst dann zumindest einen Messsignaleingang zum Empfang des Messsignals. Die Kontrollvorrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, die pulsweitenmodulierten Signale zur Ansteuerung der Leuchtdioden der Leuchtdiodenmodule abhängig vom Messsignal zu erzeugen. Auf diese Weise kann über die Kontrollvorrichtung eine Regelung der Leuchtdioden der Leuchtdiodenmodule stattfinden, bei der ein Istwert des Messsignals einer Sollgröße nachgeführt wird. Damit ist beispielsweise eine Farbregelgenauigkeit unterhalb der menschlichen Wahrnehmung möglich. Es kann auf diese Weise eine Regelung hinsichtlich des Farborts und der Helligkeit des von den Leuchtdiodenmodulen im Betrieb erzeugten Lichts erfolgen. Ferner können Alterungseffekte der Leuchtdioden ausgeglichen werden, indem beispielsweise der Betriebsstrom durch Leuchtdioden des Leuchtdiodenmoduls erhöht wird, um die Gesamthelligkeit über die Betriebsdauer des Leuchtdiodenmoduls besonders konstant zu halten. Ferner kann die Helligkeit des erzeugten Lichts in Abhängigkeit vom Umgebungslicht eingestellt werden, es können Farbortänderungen in Abhängigkeit vom Zirkadianen-Rhythmus erfolgen. Ferner können der Farbort und die Helligkeit des von den Leuchtdiodenmodulen im Betrieb erzeugten Lichts unabhängig von den Binning-Klassen der Leuchtdioden der Leuchtdiodenmodule eingestellt werden. Mit Hilfe eines Messsignals, das mit der Betriebstemperatur zumindest einer Leuchtdiode oder des Leuchtdiodenmoduls korreliert, kann beispielsweise ein Übertemperaturschutz der Beleuchtungsvorrichtung erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Kontrollvorrichtung zumindest eine Kommunikationsschnittstelle, über die Signale in die Kontrollvorrichtung eingegeben oder aus der Kontrollvorrichtung ausgegeben werden. Mittels der Kommunikationsschnittstelle ist es also möglich, einen Zustand beispielsweise der Leuchtdiodenmodule der Beleuchtungsvorrichtung, der beispielsweise über den Sensor der Leuchtdiodenmodule ermittelt wird, nach außen zu geben. Ferner ist es möglich, dass durch eingehende Signale an der Kommunikationsschnittstelle eine Steuerung der Leuchtdiodenmodule erfolgt, indem beispielsweise die pulsweitenmodulierten Signale abhängig von den über die Kommunikationsschnittstelle in die Kontrollvorrichtung eingegebenen Signalen erzeugt werden. Die Kommunikationsschnittstelle ist dabei dazu eingerichtet, mit unterschiedlichsten Protokollen zur Datenübermittlung zusammenzuarbeiten. Beispielsweise kann es sich dabei um Protokolle wie DALI, KNX, DMX, GSM, BLUEOOTH, HTTP und dergleichen handeln. Auch eine Kommunikation beispielsweise über eine Infrarot- oder Funkverbindung ist möglich.
Das heißt, die Kommunikationsschnittstelle ist ein Erweiterungsport, der mit weiteren Modulen, beispielsweise einem DMX-Modul, verbunden werden kann. Auf diese Weise lässt sich die Beleuchtungsvorrichtung um weitere Funktionalitäten modular erweitern. Die Kommunikationsschnittstelle umfasst dazu beispielsweise einen UART.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst zumindest eines der Leuchtdiodenmodule wenigstens eine Leuchtdiode, die im Betrieb grünlich-weißes Licht emittiert und wenigstens eine Leuchtdiode, die im Betrieb rotes Licht emittiert. Beispielsweise sind sämtliche Leuchtdiodenmodule der Beleuchtungsvorrichtung gleichartig aufgebaut und weisen diese Leuchtdioden auf. Dabei ist es insbesondere möglich, dass jedes Leuchtdiodenmodul ausschließlich Leuchtdioden aufweist, die grünlich-weißes Licht emittieren und Leuchtdioden, die rotes Licht emittieren. Beispielsweise kann jedes Leuchtdiodenmodul dabei doppelt soviel Leuchtdioden, die grünlich-weißes Licht emittieren, aufweisen wie Leuchtdioden, die rotes Licht emittieren.
Bei dem grünlich-weißen Licht handelt es sich insbesondere um Licht aus folgendem Farbortbereich im CIE-Normalfarbsystem X ≥ 0,26, insbesondere 0,28 und X ≤ 0,43, Y ≥ 0,26, insbesondere 0,29 und Y ≤ 0,53.
Es hat sich gezeigt, dass die Kombination von grünlich-weißen Leuchtdioden mit roten Leuchtdioden auf besonders einfache Weise Leuchtdiodenmodule ermöglicht, die warm-weißes Licht erzeugen können. Mit einer geeigneten Ansteuerung der Leuchtdioden lässt sich mit einem solchen Leuchtdiodenmodul warm-weißes Mischlicht aus einem Farbortbereich zwischen 2700 K und 4000 K erzeugen. Das von den Leuchtdiodenmodulen mit grünlich-weißen Leuchtdioden und roten Leuchtdioden erzeugte Licht zeichnet sich ferner durch einen sehr hohen Farbwiedergabeindex von bis zu 94 und eine hohe Effizienz aus. Beispielsweise sind Effizienzen von mehr als 100 Lumen/W möglich.
Nachteilig ergibt sich, dass bei solchen Leuchtdiodenmodulen aufgrund des unterschiedlichen Temperaturverhaltens der verwendeten Leuchtdioden eine Farbstabilisierung notwendig ist, die vorliegend durch die Kontrollvorrichtung erfolgen kann.
Zusätzlich zu der Beleuchtungsvorrichtung wird eine Kontrollvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Vielzahl von Leuchtdioden angegeben. Die Kontrollvorrichtung umfasst insbesondere eine Vielzahl von Signalausgängen, wobei über jedem Signalausgang pulsweitenmodulierte Signale ausgegeben werden, die jeweils zum Betreiben einer oder mehrerer Leuchtdioden vorgesehen sind. Weiter umfasst die Kontrollvorrichtung einen Messsignaleingang zum Empfang eines Messsignals, das mit dem Betriebszustand zumindest einer der Leuchtdioden korreliert. Die Kontrollvorrichtung umfasst weiter eine Kommunikationsschnittstelle, über die Signale in die Kontrollvorrichtung eingegeben oder aus der Kontrollvorrichtung ausgegeben werden, wobei die Kontrollvorrichtung dazu eingerichtet ist, die pulsweitenmodulierten Signale abhängig vom Messsignal und abhängig von den über die Kommunikationsschnittstelle in die Kontrollvorrichtung eingegebenen Signale zu erzeugen. Die Kontrollvorrichtung ist dabei insbesondere als Kontrollvorrichtung in einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung einsetzbar. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit der Beleuchtungsvorrichtung offenbarten Merkmale sind auch mit der Kontrollvorrichtung offenbart und umgekehrt.
Im Folgenden werden eine hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung sowie eine hier beschriebene Kontrollvorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Figur näher erläutert.
Die 1, 4 zeigen anhand schematischer Darstellungen eine hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung.
Anhand der graphischen Auftragungen der 2 und 3 sind hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtungen näher erläutert.
Die 1 zeigt anhand einer schematischen Darstellung eine Lampe, die in einer hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung Verwendung finden kann.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die 1 zeigt anhand einer schematischen Darstellung eine hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst ein Leuchtdiodenmodul 1. Das Leuchtdiodenmodul 1 umfasst eine Vielzahl von Leuchtdioden 11, die beispielsweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind. Ferner umfasst das Leuchtdiodenmodul einen Sensor 12, der einen Betriebszustand des Leuchtdiodenmoduls 1 ermittelt und ein entsprechendes Messsignal 13 erzeugt. Der Sensor 12 kann dabei mehrere Komponenten umfassen, beispielsweise einen Temperatursensor und eine Fotodiode, und entsprechend mehrere, unterschiedliche Messsignale 13 erzeugen.
Dem Leuchtdiodenmodul 1 eineindeutig zugeordnet ist ein Treiber 2, der die Leuchtdioden des Leuchtdiodenmoduls mit Betriebsstrom versorgt. Anders als in der 1 dargestellt, ist es dabei möglich, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine Vielzahl von Leuchtdiodenmodulen 1 mit zugeordneten Treibern 2 umfasst. Ferner können die Leuchtdioden 11 der Leuchtdiodenmodule der Beleuchtungsvorrichtung entsprechend beispielsweise des von ihnen im Betrieb erzeugten Lichts in Gruppen von Leuchtdioden eingeteilt sein, die im Betrieb Licht derselben Farbe emittieren. Der Treiber ist dann dazu eingerichtet, Gruppen von Leuchtdioden des zugeordneten Leuchtdiodenmoduls unabhängig voneinander mit Betriebsstrom zu versorgen.
Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst weiter eine Kontrollvorrichtung 3. Die Kontrollvorrichtung 3 weist eine Vielzahl von Signalausgängen 31 auf, die jeweils ein pulsweitenmoduliertes Signal 32 erzeugen, das zum Betreiben von Leuchtdioden der Leuchtdiodenmodule 1 vorgesehen ist. Beispielsweise ist jedes pulsweitenmodulierte Signal 32 zum Betreiben einer Gruppe von Leuchtdioden der Leuchtdiodenmodule vorgesehen. Dabei ist es insbesondere möglich, dass jeder Signalausgang 31 ein pulsweitenmoduliertes Signal 32 erzeugt, das alle gleichen Gruppen der Leuchtdiodenmodule 1 der Beleuchtungsvorrichtung gemeinsam ansteuert. Die Ansteuerung der Leuchtdioden 11 der Leuchtdiodenmodule 1 erfolgt dabei über die den Leuchtdiodenmodulen 1 zugeordneten Treiber. Das heißt, die pulsweitenmodulierten Signale 32 werden in die Treiber 2 eingeprägt, welche entsprechenden Betriebsstrom für das Betreiben der Leuchtdioden 11 der Leuchtdiodenmodule 1 zur Verfügung stellen. Dabei sind die Treiber 2 mit der Stromversorgung 4 über Stromleitungen 41 verbunden.
Die Kontrollvorrichtung 3 umfasst weiter einen Messsignaleingang 33, über den die in den Leuchtdiodenmodulen 1 vom Sensor 12 erzeugten Messsignale in die Kontrollvorrichtung 3 gelangen. Dort werden sie beispielsweise über einen Mikrocontroller 37 verarbeitet und in entsprechende pulsweitenmodulierte Signale 32 umgerechnet, die dann zur Regelung der mit der Kontrollvorrichtung 3 verbundenen Leuchtdiodenmodule 1 Verwendung finden.
Die Kontrollvorrichtung 3 umfasst weiter eine Kommunikationsschnittstelle 34, über die Signale in die Beleuchtungsvorrichtung eingegeben oder aus der Beleuchtungsvorrichtung ausgegeben werden können. Beispielsweise kann dazu eine Signalquelle 36 vorhanden sein, welche Signale 35 über die Kommunikationsschnittstelle 34 in die Kontrollvorrichtung einprägt. Bei der Signalquelle kann es sich beispielsweise um ein DMX-Modul, ein DALI-Modul oder dergleichen handeln. Ferner ist es möglich, dass über die Kommunikationsschnittstelle eine Verbindung zu weiteren gleichartigen Beleuchtungsvorrichtungen aufgebaut ist, um beispielsweise mehrere Beleuchtungsvorrichtungen großräumig miteinander zu verbinden.
Die Kontrollvorrichtung 3 kann ferner weitere Kontrollschnittstellen umfassen, die in der 1 nicht dargestellt sind. Beispielsweise kann die Kontrollvorrichtung eine Schnittstelle zur Helligkeitssteuerung umfassen, die über eine 1 bis 10 V Schnittstelle, zum Beispiel über einen einstellbaren Widerstand, realisiert ist. In gleicher Weise kann eine Schnittstelle zur Steuerung der Farbtemperatur vorhanden sein. Weiter können zwei oder mehr digitale Schnittstellen beispielsweise zur Infrarot-Kommunikation, etwa mit einer Fernbedienung, vorhanden sein. Auch Eingänge für Farbsensoren, Temperatursensoren und Mikrocontroller-Programmierschnittstellen können an der Kontrollvorrichtung 3 vorhanden sein. Die Kontrollvorrichtung 3 kann dabei je nach Systemanforderung frei programmierbar sein. Vorliegend ist die Kontrollvorrichtung ebenfalls über die Stromleitungen 41 mit der Stromversorgung 4 verbunden. Die Kontrollvorrichtung 3 kann beispielsweise einen Spannungswandler 38 umfassen, der die für die Kontrollvorrichtung 3 notwendige Betriebsspannung erzeugt.
Die 2 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung aus der CIE-Farbnormtafel. In der 2 sind Farbortbereiche 50 für grünlich-weißes Licht dargestellt. Das grünlich-weiße (auch: mint) Licht ergibt sich beispielsweise durch Konversion von blauem Licht, das durch einen Leuchtdiodenchip erzeugt wird.
Dabei kann beispielsweise ein Farbstoff Verwendung finden, der in niedrigerer Konzentration Mischlicht aus einem ultra-weißen Farbortbereich 51 ermöglicht. Durch Erhöhung der Konzentration des Leuchtstoffes ergibt sich das grünlich-weiße Licht aus dem Farbortbereich 50 für grünlich-weißes Licht. Das Licht ergibt sich durch Mischung von blauem Licht mit dem vom Leuchtstoff reemittierten gelblich-grünen Licht entlang der Konversionslinien 52.
In der 3 ist eine weitere Ausschnittsvergrößerung der CIE-Farbnormtafel gezeigt. Anhand der 3 ist die Mischung von Licht aus dem Farbortbereich 50 für grünlich-weißes Licht mit Licht aus dem Farbortbereich 54 für rotes (auch: amber) Licht zu warm-weißem Licht 53 grafisch dargestellt. Durch geeignete Ansteuerung beispielsweise von Leuchtdioden, die grünlich-weißes Licht und Leuchtdioden, die rotes Licht emittieren, ist die Erzeugung von warm-weißem Licht entlang der Planckkurve in einem Farbortbereich zwischen wenigstens 2700 K und höchstens 4000 K möglich.
In Verbindung mit der schematischen Darstellung der 4 ist ein Leuchtdiodenmodul 1 dargestellt, das besonders gut zur Erzeugung von warm-weißem Licht geeignet ist und beispielsweise in einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung als Leuchtdiodenmodul 1 Verwendung finden kann. Vorliegend ist das Leuchtdiodenmodul 1 in eine Lampe integriert. Das Leuchtdiodenmodul 1 umfasst vier grünlich-weiße Leuchtdioden 11a und zwei rote Leuchtdioden 11b. Die grünlich-weißen Leuchtdioden 11a bilden zusammen die Gruppe der grünlich-weißen Leuchtdioden 1a, die von der Kontrollvorrichtung 3 beispielsweise gemeinsam angesteuert werden können. Unabhängig von diesen Leuchtdioden kann die Gruppe 1b der roten Leuchtdioden mit den roten Leuchtdioden 11b betrieben werden.
Die Leuchtdioden sind beispielsweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet und dort elektrisch angeschlossen.
Die in der 4 gezeigte Lampe umfasst ferner einen Abdeckkörper 60, der beispielsweise diffus streuend ausgebildet ist und zur Mischung des Lichts der Leuchtdioden 11a, 11b zu weißem Licht dient.
Ferner umfasst die Lampe einen Kühlkörper 61, der beispielsweise Kühlrippen aufweist und zur Kühlung des Leuchtdiodenmoduls 11 dient. Die Lampe kann ferner einen Treiber 62 umfassen, bei dem es sich um den hier beschriebenen Treiber 2 für das Leuchtdiodenmodul handeln kann. Der Treiber 62 ist diesem Ausführungsbeispiel gemeinsam mit dem Leuchtdiodenmodul 1 in einer Lampe integriert.
Die Lampe kann beispielsweise über ein Sockelteil 63 elektrisch kontaktiert werden.
Die Ansteuerung des Leuchtdiodenmoduls 1 erfolgt wie in Verbindung mit der 1 gezeigt. Insbesondere ist es möglich, dass von der Kontrollvorrichtung 3 eine Vielzahl gleichartiger Lampen, wie sie in der 4 dargestellt sind, mit Leuchtdiodenmodulen 1 angesteuert werden kann.
Insgesamt zeichnen sich die hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung sowie die hier beschriebene Kontrollvorrichtung durch ihre hohe Flexibilität, ihre universelle Einsetzbarkeit und die geringen Kosten zu ihrer Realisierung aus. Die hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung verfolgt einen modularen Ansatz und ist beispielsweise sowohl durch Hardware als auch durch entsprechende Programmierung erweiterbar. Die Beleuchtungsvorrichtung kann insbesondere einen Einsatz finden in der Effektbeleuchtung, in der Allgemeinbeleuchtung, in der Warenbeleuchtung (beispielsweise Beleuchtung von Gemüse, Fleisch oder anderen waren) und in der Arbeitsbeleuchtung (zum Beispiel in Operationssälen).
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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

Beleuchtungsvorrichtung mit – zumindest einem Leuchtdiodenmodul (1), das zumindest zwei Leuchtdioden (11) umfasst, die im Betrieb Licht voneinander unterschiedlicher Farbe emittieren, – zumindest einem Treiber (2) der dazu eingerichtet ist, die Leuchtdioden (11) genau eines von den zumindest einen Leuchtdiodenmodulen (1) mit Betriebsstrom zu versorgen, – genau einer Kontrollvorrichtung (3), die im Betrieb das zumindest eine Leuchtdiodenmodul (1) steuert und/oder regelt, wobei – jedem Leuchtdiodenmodul (1) ein Treiber (2) eineindeutig zugeordnet ist, und – die Kontrollvorrichtung (3) jedes Leuchtdiodenmodul (1) mittels des dem Leuchtdiodenmodul (1) zugeordneten Treibers (2) steuert und/oder regelt.
Beleuchtungsvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der der Treiber (2) dazu eingerichtet ist, Gruppen von Leuchtdioden (11) des zugeordneten Leuchtdiodenmoduls (1), unabhängig voneinander mit Betriebsstrom zu versorgen.
Beleuchtungsvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der Leuchtdioden (11) des Leuchtdiodenmoduls (1), die im Betrieb Licht derselben Farbe emittieren, zu einer Gruppe zusammengefasst sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Kontrollvorrichtung (3) eine Vielzahl von Signalausgängen (31) aufweist, wobei über jeden Signalausgang (31) pulsweitenmodulierte Signale (32) ausgegeben werden, die jeweils zum Betreiben einer Gruppe von Leuchtdioden vorgesehen sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das zumindest eine Leuchtdiodenmodul (1) einen Sensor (12) zur Ermittlung eines Betriebzustands des Leuchtdiodenmoduls (1) umfasst, wobei der Sensor (12) im Betrieb ein Messsignal (13) erzeugt, das mit dem Betriebszustand zumindest einer Leuchtdiode (11) des Leuchtdiodenmoduls (1) korreliert, und die Kontrollvorrichtung (3) zumindest einen Messsignaleingang (33) zum Empfang des Messsignals (13) aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der die Kontrollvorrichtung (3) dazu eingerichtet ist, die pulsweitenmodulierten Signale (32) abhängig vom Messsignal (13) zu erzeugen.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Kontrollvorrichtung (3) zumindest eine Kommunikationsschnittstelle (34) umfasst, über die Signale (35) in die Kontrollvorrichtung (3) eingegeben oder aus der Kontrollvorrichtung (3) ausgegeben werden.
Beleuchtungsvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der die Kontrollvorrichtung (3) dazu eingerichtet ist, die pulsweitenmodulierten Signale (32) abhängig von den über die Kommunikationsschnittstelle (34) in die Kontrollvorrichtung (3) eingegebenen Signale zu erzeugen.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der zumindest eines der Leuchtdiodenmodule (1) wenigstens eine Leuchtdiode (11a) umfasst, die im Betrieb grünlich-weißes Licht emittiert und wenigstens eine Leuchtdiode (11b), die im Betrieb rotes Licht emittiert.
Beleuchtungsvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, bei der sämtliche Leuchtdiodenmodule (1) ausschließlich Leuchtdioden (11a) umfasst, die im Betrieb grünlich-weißes Licht emittieren und Leuchtdioden (11b), die im Betrieb rotes Licht emittieren.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei der die Anzahl der Leuchtdioden (11a), die im Betrieb grünlich-weißes Licht emittieren, wenigsten 1,5- und höchstens 2,5-mal der Anzahl der Leuchtdioden ist, die im Betrieb rotes Licht emittieren.
Kontrollvorrichtung (3) zur Steuerung und/oder Regelung einer Vielzahl von Leuchtdioden (11) mit – einer Vielzahl von Signalausgängen (31), wobei über jeden Signalausgang (31) pulsweitenmodulierte Signale (32) ausgegeben werden, die jeweils zum Betreiben einer oder mehrer Leuchtdioden (11) vorgesehen sind, – einem Messsignaleingang (33) zum Empfang eines Messsignals (13), das mit dem Betriebszustand zumindest einer der Leuchtdioden (11) korreliert, – zumindest einer Kommunikationsschnittstelle (34), über die Signale (35) in die Kontrollvorrichtung (3) eingegeben oder aus der Kontrollvorrichtung (3) ausgegeben werden, wobei – die Kontrollvorrichtung (3) dazu eingerichtet ist, die pulsweitenmodulierte Signale (32) abhängig vom Messsignal (13) und abhängig von den über die Kommunikationsschnittstelle (34) in die Kontrollvorrichtung (3) eingegebenen Signale (35) zu erzeugen.