-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung geht aus von LED-Beleuchtungsvorrichtungen, deren LEDs (Light Emitting Diodes) stets eine Kombination bzw. einen Kompromiss aus Lichtqualität und Effizienz darstellen.
-
Bei allen Beleuchtungsanwendungen – wie z.B. der Beleuchtung von Außenflächen – mit LEDs muss auf höchste Effizienz geachtet werden. Eine Beleuchtung mit guter Farbwiedergabe (Ra) hat im Allgemeinen eine niedrigere Maximaleffizienz als eine Beleuchtung mit niedriger Farbwiedergabe (Ra). Hinzu kommt, dass eine gute Farbwiedergabe eine gewisse Mindestbeleuchtungsstärke voraussetzt, da sonst nur skotopisches oder mesopisches Sehen (Dämmerungssehen) möglich ist, wobei die Farberkennung ohnehin eingeschränkt ist.
-
Bei Beleuchtung von Außenflächen z.B. gibt es zudem unterschiedliche Bereiche, die mit unterschiedlicher Qualität und Helligkeit beleuchtet werden müssen (z.B. Fahrbahn, Gehweg, Randstreifen).
-
Stand der Technik
-
Gemäß dem Stand der Technik werden pro Leuchte Lichtquellen bzw. Beleuchtungsvorrichtungen mit einem einzigen LED-Typ eingesetzt. Dieser LED-Typ bedeutet eine feste Lichtqualität und eine feste Effizienz. Dabei wird ein Kompromiss aus Lichtqualität und Effizienz eingegangen bzw. gewählt.
-
Es werden auch Leuchten mit unterschiedlichen Lichtquellen bzw. Beleuchtungsvorrichtungen verwendet, die dann unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Lichtqualitäten und Effizienzen beleuchten. Immer hat eine Lichtquelle bzw. Lampe dabei aber nur eine Kombination aus Qualität und Effizienz.
-
Darstellung der Erfindung
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine LED-Beleuchtungsvorrichtung bzw. Lichtquelle zu schaffen, deren Kompromiss bzw. Kombination aus Lichtqualität und Effizienz verbessert ist.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1.
-
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung bzw. Lichtquelle ist von einem LED-Modul gebildet, das genau einen gemeinsamen Anschluss oder eine genau eine gemeinsame Stromversorgung hat, wobei das LED-Modul zumindest eine erste und eine zweite LED aufweist. Die erste LED hat ein erstes geometrisches Abstrahlverhalten, und von ihr ist Licht mit einer ersten Qualität erzeugbar, während die zweite LED ein zweites geometrisches Abstrahlverhalten hat, und von ihr Licht mit einer zweiten Qualität erzeugbar ist. Die beiden Qualitäten und die beiden Abstrahlverhalten sind jeweils voneinander verschieden. Unter hoher Qualität ist insbesondere gute Farbwidergabe (Ra) und/oder geringe Farbtemperatur (CCT) zu verstehen. Licht mit hoher Qualität, das ineffizienter erzeugt wird, braucht somit nur in eine Richtung bzw. in einen eingeschränkten Winkelbereich mit hoher benötigter Beleuchtungsstärke gelenkt zu werden. In andere Richtungen bzw. Winkelbereiche, wo die benötigte Beleuchtungsstärke zu niedrig zum effizienten Farbensehen ist, wird Licht mit niedriger Qualität und hocheffizienter Erzeugung abgestrahlt. Dadurch kann ein hochwertiger Farbeindruck im hellen Bereich mit gleichzeitiger effizienterer Lichterzeugung einhergehen. Durch die erfindungsgemäße Kombination der beiden Eigenschaften in einer Beleuchtungsvorrichtung bzw. Lichtquelle ist nur eine Beleuchtungsvorrichtung nötig. Hochqualitatives Licht wird nicht in Richtungen abgestrahlt, in denen seine Qualität nicht ausschlaggebend oder gar wahrnehmbar ist.
-
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
-
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird von der ersten LED Licht in Richtung eines ersten zu beleuchtenden Bereichs abgestrahlt, während von der zweiten LED Licht in Richtung eines zweiten zu beleuchtenden Bereichs abgestrahlt wird.
-
Licht mit hoher Qualität, das ineffizienter erzeugt wird, kann somit nur zum ersten Bereich mit hoher benötigter Beleuchtungsstärke gelenkt werden. Im zweiten Bereich, wo die benötigte Beleuchtungsstärke zu niedrig zum effizienten Farbensehen ist, wird Licht mit niedriger Qualität und hocheffizienter Erzeugung abgestrahlt. Dadurch kann ein hochwertiger Farbeindruck im hellen Bereich mit gleichzeitiger effizienterer Lichterzeugung einhergehen. Hochqualitatives Licht wird nicht in Bereichen verschwendet, wo seine Qualität nicht ausschlaggebend oder gar wahrnehmbar ist.
-
Dabei kann der erste zu beleuchtende Bereich vom zweiten zu beleuchtenden Bereich – insbesondere symmetrisch – umfasst sein. Damit ist der erste Bereich der zentrale Bereich, und der zweite Bereich in dessen Umgebung angeordnet. Dabei ergeben sich Symmetrien bei der Beleuchtungsvorrichtung bzw. Lichtquelle mit Vorteilen bei ihrer Fertigung und bei ihrem Zusammenbau.
-
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist der erste zu beleuchtende Bereich konzentrisch zum zweiten zu beleuchtenden Bereich angeordnet. Die konzentrische Ausgestaltung bringt Vorteile bei der Fertigung und beim Zusammenbau der Beleuchtungsvorrichtung bzw. Lichtquelle.
-
Alternativ oder in Ergänzung kann ein Übergangsbereich vorgesehen sein, der zwischen dem ersten zu beleuchtenden Bereich und dem zweiten zu beleuchtenden Bereich angeordnet ist. Somit können mit zwei verschiedenen LED-Typen drei Bereiche mit unterschiedlichen Kombinationen aus Lichtqualität und Effizienz beleuchtet werden und die Beleuchtungsvorrichtung ist für Beleuchtungssituationen mit dreistufiger Anforderung an Lichtqualität optimiert.
-
Eine besonders bevorzugte kompakte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung weist genau ein Gehäuse auf, in der das LED-Modul aufgenommen ist.
-
Das LED-Modul kann genau eine Leiterplatte aufweisen, auf der die zumindest zwei LEDs angeordnet sind. Damit ist die Beleuchtungsvorrichtung kompakt gestaltet.
-
Oder das LED-Modul weist eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte auf, wobei auf der ersten Leiterplatte zumindest die erste LED und auf der zweiten Leiterplatte zumindest die zweite LED angeordnet ist. Dann können die beiden Leiterplatten z.B. in einem Winkel zueinander angestellt werden der an den Abstand der beiden zu beleuchtenden Bereiche angepasst ist.
-
Oder das LED-Modul weist eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte auf, wobei die beiden LEDs auf der ersten Leiterplatte angeordnet sind, und wobei auf der zweiten Leiterplatte zumindest eine dritte LED und eine vierte LED angeordnet sind.
-
Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn die erste und die dritte LED im Wesentlichen gleich sind, und wenn die zweite und die vierte LED im Wesentlichen gleich sind. Dabei können die beiden Leiterplatten im Wesentlichen symmetrisch (z.B. punkt- oder spiegelsymmetrisch) zueinander sein. Damit kann die Leistung bzw. die Lumenzahl der Beleuchtungsvorrichtung verdoppelt werden, wobei Gleichteile genutzt werden können.
-
Es wird bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung zu einer Leuchte mit genau einem Reflektor weitergebildet ist, wobei der Reflektor derart angeordnet oder ausgestaltet ist, dass das Licht der ersten LED in Richtung des ersten Bereichs gelenkt bzw. abgestrahlt wird, während das Licht der zweiten LED in Richtung des zweiten Bereichs gelenkt bzw. abgestrahlt wird. Diese Weiterbildung ist kompakt.
-
Alternativ wird es bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung zu einer Leuchte mit einem ersten Reflektor weitergebildet wird, der in Wirkverbindung (zumindest) mit der ersten LED steht und derart angeordnet oder ausgestaltet ist, dass das Licht (zumindest) der ersten LED in Richtung des ersten zu beleuchtenden Bereichs gelenkt bzw. abgestrahlt wird. Weiterhin hat die Leuchte einen zweiten Reflektor, der in Wirkverbindung (zumindest) mit der zweiten LED steht und derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass das Licht (zumindest) der zweiten LED in Richtung des zweiten zu beleuchtenden Bereichs gelenkt bzw. abgestrahlt wird. Dabei können die Reflektoren optimal an die jeweilige LED angepasst werden.
-
Bei einem besonders vorteilhaften Anwendungsfall wird die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit drei unterschiedlich angestrahlten Bereichen in einer Straßenbeleuchtung eingesetzt oder verwendet, wobei jeder der drei Bereiche weitgehend mit einer Fahrbahn oder mit zwei Radwegen oder mit zwei Gehwegen oder mit zwei Randzonen oder mit zwei Häuserfassaden einer Straße zusammen fallen. Auf der Fahrbahn gelten andere Beleuchtungsanforderungen als auf den angrenzenden Rad- und Gehwegen, ebenso wie in den weiteren Randzonen. Auf der Fahrbahn ist ein hohes Beleuchtungsniveau gefordert, so dass hier auch hohe Farbwiedergabe eingesetzt werden kann. Da die Fahrbahn der größte beleuchtete Bereich ist, bestimmt sein Aussehen auch den Gesamteindruck, so dass die hier erzielbare Farbtemperatur entscheidend ist. Auf Rad- und Gehwegen reicht ein niedrigeres Beleuchtungsniveau aus, hier kann die Farbwiedergabe reduziert und die Farbtemperatur erhöht werden, was zu Effizienzsteigerung führt. Die Randzonen können darüber hinaus einen langsamen Lichtabfall zeigen, um harte Schatten zu vermeiden und das Sicherheitsgefühl der Fußgänger zu erhöhen. Für die hier herrschenden niedrigen Beleuchtungsstärken ist Licht mit hoher Farbwiedergabe unnötig. Auch die Farbtemperatur spielt keine große Rolle mehr, so dass sich hier ein hocheffizient erzeugtes Licht anbietet. Bei Beleuchtung von Plätzen kann der Bereich um die Leuchte mit hoher Qualität ausgeleuchtet werden. Insbesondere Gehwege können so mit hohem Ra und niedriger Farbtemperatur (CCT) beleuchtet werden, die Umgebung wird effizient mit niedrigem Ra und hoher Farbtemperatur (CCT) beleuchtet und wirkt so weniger dunkel.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
-
1 einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung in einer schematischen Ansicht;
-
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung in einer schematischen Ansicht; und
-
3 einen Anwendungsfall des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels in einer Straßenbeleuchtung.
-
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
-
1 zeigt einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung bzw. eines erfindungsgemäßen LED-Moduls in einer schematischen Ansicht. Die Beleuchtungsvorrichtung besteht aus einer Leiterplatte 1, auf der unter Anderem eine LED-Anordnung 2 befestigt ist. Diese besteht aus einer mittleren Reihe von sechs ersten LEDs 3a bis 3f und aus zwei Reihen zweiter LEDs 4a bis 4f bzw. 4g bis 4l. Die beiden Reihen mit den zweiten LEDs 4a bis 4f bzw. 4g bis 4l sind beidseitig der Reihe mit den ersten LEDs 3a bis 3f angeordnet.
-
Wenn im Betrieb der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung die Leiterplatte 1 und die LEDs 3a–f, 4–l mit Strom versorgt werden, strahlen die ersten LEDs 3a–f ein rötlich gefärbtes Licht in eine zentrale Richtung (mit einer Hauptrichtung senkrecht zur Zeichenebene) ab, während die zweiten LEDs 4a–l mintfarbenes bzw. grünliches Licht in seitliche Richtungen abstrahlen. Das rötliche Licht hat eine niedrigere Farbtemperatur als das grünliche Licht und bietet eine bessere Farbwiedergabe, also besseres Farbsehen. Das grünliche Licht hat somit eine höhere Farbtemperatur und bietet eine geringere Farbwiedergabe. Die Effizienzen der LEDs 3a–f, 4–l hingegen verhalten sich derart, dass das Licht der ersten LEDsk 3a–f mit geringerer Effizienz erzeugt wird, als das Licht der zweiten LEDs 4a–l.
-
Somit bietet die erfindungsgemäße LED-Beleuchtungsvorrichtung ein ganzheitliches Optimum aus Farbwiedergabe und Lichtqualität, wenn in einem zentralen beleuchteten Bereich eine bessere Farbwiedergabe nötig ist als in umliegenden Bereichen.
-
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung in einer schematischen Ansicht, das dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ähnlich ist. Es wurde lediglich eine im Wesentlichen zur ersten LED-Anordnung 2 gespiegelte zweite LED-Anordnung 102 vorgesehen. Diese ist entsprechend auf einer zweiten Leiterplatte 101 befestigt. Die zweite Leiterplatte 101 kann punkt- oder spiegelsymmetrisch zur ersten Leiterplatte 1 ausgebildet sein.
-
Mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsvorrichtung wird prinzipiell der gleiche Effekt erzielt, wie mit dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Lumenzahl demgegenüber verdoppelt ist.
-
Ein möglicher Faktor für Lichtqualität ist die Farbtemperatur (CCT). Licht mit niedriger Farbtemperatur wird als „angenehmer“ empfunden. Licht mit höherer Farbtemperatur kann dagegen effizienter erzeugt werden, und ist bei skotopischem Sehen effizienter wahrnehmbar. Wenn LEDs unter 0° zur Normalen wärmeres Licht abstrahlen, können damit gezielt Zonen mit hoher Beleuchtungsstärke und „angenehmem“ Licht geschaffen werden, in den Randbereichen strahlt die LED kälteres Licht ab, das zur effizienten Beleuchtung von Randzonen geeignet ist.
-
Wie die Farbtemperatur ist auch der Qualitätsfaktor Farbwiedergabemöglichkeit (Ra) der LEDs meist nur durch ineffizientere Lichterzeugung zu erzielen. Höhere Qualität bedeutet dabei hohe Farbwiedergabemöglichkeit (Ra), niedrigere Qualität bedeutet niedrige Farbwiedergabemöglichkeit (Ra). Eine Lichtquelle bzw. Beleuchtungsvorrichtung, die im hellen Zentrum eine höhere Farbwiedergabe ermöglicht, kann zum gezielten Beleuchten von farbigen Szenen verwendet werden. Im Randbereich, wo die Umrisserkennung ausreicht, kann bei niedriger Beleuchtung ohnehin vom Auge keine gute Farbunterscheidung erzielt werden. Hier reicht Licht mit niedriger Farbwiedergabe und höherer Effizienz.
-
3 zeigt einen Anwendungsfall einer erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsvorrichtung bei der Beleuchtung einer Straße. Die Straße hat zwei Fahrbahnen 204a, 204b, seitlich daran anschließend zwei Gehwege 206a, 206b und wiederum seitlich daran anschließend zwei Randzonen 208a, 208b. Die Straße ist dabei etwa symmetrisch.
-
Mittig über der Straße ist eine Reihe von erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsvorrichtungen aufgehängt, von denen in 3 nur drei LED-Beleuchtungsvorrichtungen 210a, 210b, 210c gezeigt sind. Jede LED-Beleuchtungsvorrichtung 210a–c strahlt in Richtung der Fahrbahnen 204a, 204b mit Licht hoher Qualität und beleuchtet dabei jeweils einen ersten zentralen Bereich 212a bis 212c. Weiterhin bestrahlt jede LED-Beleuchtungsvorrichtung 210a bis 210c die beiden Randzonen 208a, 208b mit Licht geringerer Qualität. Dabei beleuchtet jede LED-Beleuchtungsvorrichtung 210a bis 210c einen zweiten Bereich 214a bis 214c.
-
Weiterhin ergibt sich jeweils ein Übergangsbereich 216a–c, der von den LED-Beleuchtungsvorrichtungen 210a–c mit mittlerer Qualität beleuchtet wird. Die drei Übergangsbereiche 216a–c fallen im Wesentlichen mit den beiden Gehwegen 206a, 206b zusammen.
-
Der jeweilige erste Bereich 212a–c und der jeweilige zweite Bereich 214a–c und der jeweilige Übergangsbereich 216a–c sind elliptisch und konzentrisch zueinander.
-
Durch die auf den Gehwegen 206a, 206b und insbesondere in den Randzonen 208a, 208b reduzierte Lichtqualität und die damit einhergehende Effizienzsteigerung ist erfindungsgemäß die Effizienz der gesamten Straßenbeleuchtung gesteigert.
-
Eine spezielle Ausgestaltung ist es, den unterschiedlichen LEDs unterschiedliche Abstrahlwinkel zuzuordnen Z.B. rötliches Licht 70°–90°, grünliches Licht 120°–150° bzw. für andere Reflektoranordnungen rötliches Licht 120°–150°, grünliches 70°–90°.
-
Bei einer speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsvorrichtung werden grünliche und rötliche LEDs so angeordnet, dass die Abstrahlung in einer Richtung sehr homogen gemischt ist, in der anderen aber entmischt (z.B. grünliches Licht weiterer Abstrahlwinkel als rötliches). Dadurch können mit der beschriebenen Anordnung längliche Bereiche (z.B. Straßen) besonders effizient beleuchtet werden.
