DE102020134057B4

DE102020134057B4 - LED light, in particular street light, with a lens array

Info

Publication number: DE102020134057B4
Application number: DE102020134057.5A
Authority: DE
Inventors: Timo Eichele
Original assignee: Siteco GmbH
Current assignee: Siteco GmbH
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2022-12-08
Anticipated expiration: 2040-12-18
Also published as: DE102020134057A1

Abstract

LED-Leuchte, insbesondere Straßenleuchte mit LEDs, die ein Leuchtengehäuse (3) mit einer Lichtaustrittsöffnung, die durch einen Rand des Leuchtengehäuses (3) definiert ist, sowie wenigstens ein LED-Modul aufweist, welches eine Matrix aus mehreren in einer Ebene (2) angeordneten LEDs (1) und ein Linsenarray (6, 7) aus Freiformlinsen aufweist, wobei die Freiformlinsen jeweils den LEDs (1) in der Matrix zugeordnet sind,wobei sich der Rand der Lichtaustrittsöffnung in Richtung der Lichtabgabe der LEDs (1) hinter der Ebene (2) der LEDs und dem Linsenarray (6, 7) befindet,wobei die LEDs (1) an einer zu einem Randabschnitt der Lichtaustrittsöffnung weisenden Kante der LED-Matrix zusammen mit ihrer jeweils zugehörigen Freiformlinse einen geringeren maximalen Abstrahlwinkel, gemessen zwischen dem Lot auf der Ebene der LEDs und der Lichtabstrahlung der betreffenden LED in Richtung zum benachbarten Randabschnitt, aufweisen als der entsprechende maximale Abstrahlwinkel von LEDs mit jeweils zugehöriger Freiformlinse, die weiter von dem benachbarten Randabschnitt entfernt in Richtung zur Mitte der LED-Matrix liegen,dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Abstrahlwinkel von LEDs, die an Kanten der LED-Matrix benachbart zu dem Rand der Lichtaustrittsöffnung liegen, und vorzugsweise von allen LEDs in der LED-Matrix, so gering ist, dass alles Licht der betreffenden LEDs die durch den Rand begrenzte Lichtaustrittsöffnung gradlinig verlässt.LED light, in particular street light with LEDs, which has a light housing (3) with a light exit opening which is defined by an edge of the light housing (3), and at least one LED module which has a matrix of several in one plane (2) arranged LEDs (1) and a lens array (6, 7) of free-form lenses, wherein the free-form lenses are each assigned to the LEDs (1) in the matrix, the edge of the light exit opening being in the direction of the light emission of the LEDs (1) behind the plane (2) of the LEDs and the lens array (6, 7), with the LEDs (1) on an edge of the LED matrix pointing to an edge section of the light exit opening, together with their associated free-form lens, having a smaller maximum beam angle, measured between the perpendicular the level of the LEDs and the light emission of the LED in question in the direction of the adjacent edge section, have as the corresponding maximum emission angle of LEDs with each associated iger free-form lens, which are further away from the adjacent edge portion towards the center of the LED matrix, characterized in that the maximum beam angle of LEDs, which are adjacent to the edges of the LED matrix to the edge of the light exit opening, and preferably of all LEDs in the LED matrix, is so low that all the light from the relevant LEDs leaves the light exit opening delimited by the edge in a straight line.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine LED-Leuchte für Anwendungen in einer Innen- oder Außenbeleuchtung, und insbesondere auf Straßenleuchten mit LEDs. Dabei wird durch das Kombinieren mehrerer Linsen mit optimierten Ausstrahlungswinkeln in einem Linsenarray eine Abschattung von LEDs durch einen Rand einer Lichtaustrittsöffnung eines Leuchtengehäuses minimiert oder verhindert.The present invention relates to an LED lamp for indoor or outdoor lighting applications, and in particular to street lamps with LEDs. In this case, by combining a plurality of lenses with optimized emission angles in a lens array, shading of LEDs by an edge of a light exit opening of a luminaire housing is minimized or prevented.

Für LED-Beleuchtungen ist es üblich, Lichtverteilungen über spritzgegossene Linsen aus PC oder PMMA zu erzeugen. Um schnell mehrere Linsen zu positionieren und zu fixieren, haben sich Linsenarrays durchgesetzt. Mehrere Linsenarrays können kombiniert werden. Anstatt die Linsenarrays zu kombinieren, kann auch ein Linsenarray mit unterschiedlichen Linsen verwendet werden. All diese Linsen bzw. Linsenarrays haben jedoch den Nachteil, dass insbesondere die äußeren Linsen vom Gehäuserand betrachtet leicht abgeschattet werden. Dadurch verliert die Leuchte an Effizienz. Dieser Effizienzverlust lässt sich auch durch leistungsfähigere LEDs nicht ausgleichen, da die in modernen LED-Leuchten eingesetzten LEDs bereits in den nächsten Jahren die physikalische Grenze der Lichtausbeute kommen werden. Es wird daher immer wichtiger, auch ein geeignetes Leuchtenkonzept für die Lichtverteilung der LEDs so effizient wie möglich zu gestalten.For LED lighting, it is common to generate light distributions using injection-molded lenses made of PC or PMMA. Lens arrays have become established for quickly positioning and fixing multiple lenses. Several lens arrays can be combined. Instead of combining the lens arrays, a lens array with different lenses can also be used. However, all of these lenses or lens arrays have the disadvantage that the outer lenses in particular are easily shaded when viewed from the edge of the housing. As a result, the lamp loses efficiency. Even more powerful LEDs cannot compensate for this loss of efficiency, since the LEDs used in modern LED lights will already reach the physical limit of their light output in the next few years. It is therefore becoming increasingly important to design a suitable lighting concept for the light distribution of the LEDs as efficiently as possible.

Vor allem bei dekorativen Leuchten, wie in WO 2020/148037 A1 , DE 10 2009 058 310 A1 und WO 2012/159744 A2 beschrieben, werden ganze LED-Module mit samt Linsen oder Reflektoren gedreht, um einen optimalen Ausstrahlungswinkel zu erhalten. Das Drehen und Befestigen von LED bzw. ganzen Modulen ist aufwendig in der Herstellung sowie bei der Montage der einzelnen Komponenten.Especially with decorative lights, as in WO 2020/148037 A1 , DE 10 2009 058 310 A1 and WO 2012/159744 A2 described, entire LED modules including lenses or reflectors are rotated in order to obtain an optimal beam angle. Turning and attaching LEDs or entire modules is expensive to manufacture and assemble the individual components.

Außerdem ist es im Stand der Technik bekannt, um Gehäuseabschattungen zu vermeiden und die Leuchte möglichst effizient zu gestalten, die Linsen außerhalb der Leuchte zu positionieren, z.B. die Linsen direkt in eine Abschlussplatte zu integrieren, wie in DE 20 2018 002 456 U1 beschrieben. Dadurch gibt es keine Abschattungen durch das Gehäuse. Nachteil dieser Konzepte ist eine nicht plane und flache Abdeckscheibe, die meist gefordert ist. Außerdem kann diese Abschlussscheibe mit integrierten Linsen nicht aus Glas bestehen. Da die hierfür genutzten Glasarten bei einem Bruch des Glases nicht die geforderten Sicherheitsnormen erfüllen. In EP 3 063 461 A1 werden ebenfalls die Strahlen mit der Abschlussscheibe der Leuchte umgelenkt und so der Ausstrahlwinkel verbreitert. Vorteil ist eine nach außen plane Fläche, da die Strukturen nach innen gerichtet werden können. Eine präzise Lichtlenkung ist mit diesem System allerdings nicht möglich.It is also known in the prior art, in order to avoid shading on the housing and to make the lamp as efficient as possible, to position the lenses outside of the lamp, for example to integrate the lenses directly into an end plate, as in DE 20 2018 002 456 U1 described. As a result, there are no shadows from the housing. The disadvantage of these concepts is a non-planar and flat cover plate, which is usually required. In addition, this lens with integrated lenses can not be made of glass. Because the types of glass used for this do not meet the required safety standards if the glass breaks. In EP 3 063 461 A1 the beams are also deflected with the cover lens of the lamp, thus widening the beam angle. The advantage is an outwardly flat surface, since the structures can be directed inwards. However, precise light control is not possible with this system.

WO 2011/154470 A1 offenbart eine Leuchte mit Vorsatzoptik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. JP 2008 103 300 A offenbart ein LED-Modul, welches für eine breite Lichtverteilung eingerichtet ist. Mehrere LEDs sind auf einem Träger in Abständen angeordnet. Ferner sind mehrere Linsen zur Aufweitung des von LEDs abgegebenen Lichts auf der Befestigungsfläche der LEDs angeordnet. WO 2011/154470 A1 discloses a lamp with attachment optics according to the preamble of claim 1. JP 2008 103 300 A discloses an LED module configured for wide light distribution. A plurality of LEDs are spaced apart on a carrier. Furthermore, a plurality of lenses for expanding the light emitted by LEDs are arranged on the mounting surface of the LEDs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine LED-Leuchte mit Leuchtengehäuse und Lichtaustrittsöffnung zu schaffen, die eine breite Lichtverteilung, z.B. für eine Straßenleuchte geeignet, ermöglicht, mit einer hohen Leuchteneffizienz und einer geschützten Anordnung der LEDs in der Leuchte.The object of the present invention is to create an LED light with a light housing and a light exit opening that enables wide light distribution, e.g. suitable for a street light, with high light efficiency and a protected arrangement of the LEDs in the light.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Leuchte nach Anspruch 1.The problem is solved by a lamp according to claim 1.

Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Leuchte ist, dass die LEDs in einer ebenen LED-Matrix im Leuchtengehäuse angeordnet sind und trotzdem keine Verschattung vom Leuchtengehäuse eintritt. Beispielsweise können die LEDs auf einer ebenen Platine angeordnet sein, was besonders kostengünstig ist. Die Ebene der LEDs ist in dem Gehäuse hinter dem Rand eines Leuchtengehäuses, welches die Lichtaustrittsöffnung definiert, angeordnet. Bei derartigen Leuchten würde normalerweise eine Verschattung von LEDs im Randbereich der LED-Matrix durch den Rand des Leuchtengehäuses entstehen. Um diesen Effizienzverlust zu verhindern, wird erfindungsgemäß ein besonderes Linsenarray bzw. eine besondere Gestaltung der LEDs innerhalb der LED-Matrix vorgeschlagen. Jede LED an einer Kante der LED-Matrix gibt zusammen mit der ihr zugeordneten Freiformlinse in dem Linsenarray das Licht so ab, dass keine Verschattung am Rand des Leuchtengehäuses entsteht, indem der maximale Abstrahlwinkel der LEDs, jeweils gemessen zum Lot auf der LED-Ebene, an den Kanten der LED-Matrix, die benachbart zu Randabschnitten der Lichtaustrittsöffnung verlaufen, stärker begrenzt wird als die maximale Lichtabstrahlung von LEDs, die weiter in der Mitte der LED-Matrix liegen. Die LED-Matrix braucht nicht quadratisch oder rechteckig zu sein. Insbesondere kann sie auch an die Form der Lichtaustrittsöffnung angepasst sein, z.B. rund. Wichtig ist nur, dass die LEDs, die über die Matrix verteilt sind, unterschiedliche maximale Abstrahlwinkel erzeugen je nachdem, wo die LEDs innerhalb der Matrix liegen. Dadurch tragen auch die LEDs an den Kanten der LED-Matrix im gleichen Maße für die Lichtausbeute der Leuchte bei, wie die LEDs in der Mitte der Matrix. Es lassen sich für die Gesamtleuchte betrachtet daher sehr große maximale Abstrahlwinkel erzeugen, so dass diese Art von Leuchten auch für breite Lichtverteilungen, insbesondere für Straßenleuchten, geeignet sind. Bei Straßenleuchten stellt sich das Problem, dass die Lichtverteilung möglichst breit sein muss, um einen großen Mastabstand zwischen den Leuchten zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße Leuchte löst dieses Problem durch die besondere Ausgestaltung der LED-Matrix mit dem zugehörigen Linsenarray wie vorhergehend beschrieben.A special feature of the lamp according to the invention is that the LEDs are arranged in a flat LED matrix in the lamp housing and yet there is no shading from the lamp housing. For example, the LEDs can be arranged on a flat circuit board, which is particularly cost-effective. The plane of the LEDs is arranged in the housing behind the edge of a lamp housing, which defines the light exit opening. With such lights, LEDs would normally be shaded in the edge area of the LED matrix by the edge of the light housing. In order to prevent this loss of efficiency, a special lens array or a special design of the LEDs within the LED matrix is proposed according to the invention. Each LED on one edge of the LED matrix, together with its assigned free-form lens in the lens array, emits the light in such a way that no shading occurs at the edge of the luminaire housing, as the maximum beam angle of the LEDs, measured in each case to the perpendicular on the LED level, at the edges of the LED matrix, which run adjacent to edge sections of the light exit opening, is more limited than the maximum light emission of LEDs that are further in the middle of the LED matrix. The LED matrix need not be square or rectangular. In particular, it can also be adapted to the shape of the light exit opening, for example round. It is only important that the LEDs, which are distributed over the matrix, produce different maximum beam angles depending on where the LEDs are within the matrix. As a result, the LEDs on the edges of the LED matrix also contribute to the light output of the lamp to the same extent as the LEDs in the middle of the matrix. It can be considered for the overall luminaire therefore generate very large maximum beam angles, so that this type of lights are also suitable for wide light distributions, especially for street lights. The problem with street lights is that the light distribution must be as wide as possible in order to allow a large mast spacing between the lights. The lamp according to the invention solves this problem through the special configuration of the LED matrix with the associated lens array as previously described.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die LEDs an einer Kante der LED-Matrix, die einem Randabschnitt der Lichtaustrittsöffnung gegenüberliegt, einen größeren maximalen Abstrahlwinkel, gemessen zwischen dem Lot auf der Ebene der LEDs und der Lichtabstrahlung der betreffenden LED in Richtung zu dem gegenüberliegenden Randabschnitt, auf als der entsprechende maximale Abstrahlwinkel von LEDs, die näher zu dem gegenüberliegenden Randabschnitt, in Richtung zur Mitte der LED-Matrix liegen. Dadurch kann ein geringfügiger Nachteil, welcher durch die Begrenzung des maximalen Abstrahlwinkels der LEDs an der zum Rand benachbarten Kante der LED-Matrix entsteht, wieder kompensiert werden. Durch die Begrenzung des Abstrahlwinkels der randnahen LEDs wird die Gesamtlichtverteilung etwas schmäler. Dieser Effekt wird kompensiert durch eine Vergrößerung des maximalen Lichtabstrahlwinkels der LEDs in der LED-Matrix auf der dem Rand gegenüberliegenden Seite. Insgesamt ergibt sich etwa die gleiche Lichtverteilung wie bei einer herkömmlichen Leuchte, bei der die Abstrahlwinkel der LEDs unabhängig von ihrer Position innerhalb der LED-Matrix sind, aber die Gesamteffizienz der Leuchte wird erhöht, weil keinerlei Lichtstrahlen am Rand der Lichtaustrittsöffnung abgeblockt werden.According to a preferred embodiment, the LEDs at an edge of the LED matrix, which is opposite an edge section of the light exit opening, have a larger maximum emission angle, measured between the perpendicular on the plane of the LEDs and the light emission of the relevant LED in the direction of the opposite edge section as the corresponding maximum beam angle of LEDs closer to the opposite edge portion, towards the center of the LED array. As a result, a minor disadvantage caused by the limitation of the maximum emission angle of the LEDs at the edge of the LED matrix adjacent to the edge can be compensated for again. Due to the limitation of the beam angle of the LEDs close to the edge, the overall light distribution becomes somewhat narrower. This effect is compensated by increasing the maximum light emission angle of the LEDs in the LED matrix on the side opposite the edge. Overall, the light distribution is roughly the same as with a conventional lamp, in which the beam angle of the LEDs is independent of their position within the LED matrix, but the overall efficiency of the lamp is increased because no light rays are blocked at the edge of the light emission opening.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform definiert jede LED in der Matrix zusammen mit der ihr zugeordneten Freiformlinse einen Lichtkegel um eine Achse durch die LED, wobei die Achsen jeweils einen Winkel gegenüber dem Lot auf der LED-Ebene aufweisen, wobei die besagten Winkel für LEDs an Kanten der LED-Matrix, die zum Rand der Lichtaustrittsöffnung benachbart sind, dem Betrag nach größer sind als die entsprechenden Winkel für die Achsen der LEDs weiter in der Mitte der LED-Matrix. Bei dieser Ausführungsform braucht sich die Öffnung des Lichtkegels, der von jeder einzelnen LED mit der ihr zugeordneten Freiformlinse erzeugt wird, nicht zu ändern. Die durch die LEDs erzeugten einzelnen Lichtkegel sind nur gegeneinander verkippt, so dass die Kegel der LEDs im randnahen Bereich der LED-Matrix immer noch vollständig durch die Lichtaustrittsöffnung austreten können, ohne dass ein Teil des Lichtkegels am Rand der Lichtaustrittsöffnung abgeblockt wird.According to a preferred embodiment, each LED in the matrix, together with its associated free-form lens, defines a light cone around an axis through the LED, the axes each having an angle with respect to the perpendicular to the LED plane, said angles for LEDs on edges of the LED matrix, which are adjacent to the edge of the light exit opening, are larger in magnitude than the corresponding angles for the axes of the LEDs further in the middle of the LED matrix. In this embodiment, the opening of the light cone generated by each individual LED with the free-form lens assigned to it does not need to change. The individual light cones generated by the LEDs are only tilted against each other, so that the cones of the LEDs in the area of the LED matrix near the edge can still exit completely through the light exit opening without part of the light cone being blocked at the edge of the light exit opening.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Achsen der LEDs einen gemeinsamen Schnittpunkt auf. In dieser Weiterbildung der vorhergehenden Ausführungsform werden die Winkel der maximalen Abstrahlwinkel jeder LED in der Matrix weiter optimiert. Alle LEDs tragen zur Lichtverteilung gleichermaßen bei, weil kein Licht vom Rand der Lichtaustrittsöffnung abgeblockt wird, aber dennoch kann durch die unterschiedlichen Winkel der Lichtkegel eine Lichtverteilung erzeugt werden, die breiter ist als es der Lichtkegel jeder einzelnen LED erlauben würde.According to a preferred embodiment, the axes of the LEDs have a common point of intersection. In this development of the previous embodiment, the angles of the maximum emission angles of each LED in the matrix are further optimized. All LEDs contribute equally to the light distribution because no light is blocked by the edge of the light emission opening, but the different angles of the light cones can still produce a light distribution that is wider than the light cone of each individual LED would allow.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der gemeinsame Schnittpunkt um ein Vielfaches weiter von den LEDs entfernt, als ein größter Durchmesser der LED-Matrix. Durch den weit entfernten Schnittpunkt können besonders flache Lichtverteilungen erzeugt werden, weil die Winkel der Abstrahlkegel der LEDs nur geringfügig zueinander gekippt sind.According to a preferred embodiment, the common point of intersection is many times further away from the LEDs than a largest diameter of the LED matrix. Due to the far away point of intersection, particularly flat light distributions can be generated because the angles of the emission cones of the LEDs are only slightly tilted in relation to one another.

Erfindungsgemäß ist der maximale Abstrahlwinkel von LEDs, die an Kanten der LED-Matrix benachbart zu dem Rand der Lichtaustrittsöffnung liegen, und vorzugsweise von allen LEDs in der LED-Matrix, so gering, dass alles Licht der betreffenden LEDs die durch den Rand begrenzten Lichtaustrittsöffnung gradlinig verlässt. Dadurch wird eine optimale Effizienz der Leuchte erzielt.According to the invention, the maximum beam angle of LEDs that are adjacent to the edges of the LED matrix to the edge of the light exit opening, and preferably of all LEDs in the LED matrix, is so small that all the light from the LEDs in question passes the light exit opening delimited by the edge in a straight line leaves. This achieves optimal efficiency of the lamp.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Form der Freiformlinsen an den zum Rand der Lichtaustrittsöffnung benachbarten Kanten der LED-Matrix asymmetrisch, um den maximalen Abstrahlwinkel in Richtung zu dem betreffenden Randabschnitt der Lichtaustrittsöffnung stärker zu begrenzen als in der jeweils entgegengesetzten Richtung. Die asymmetrische Form der Freiformlinse ermöglicht den maximalen Abstrahlwinkel der betreffenden LED mit der ihr zugeordneten Freiformlinse in Richtung zum Rand der Lichtaustrittsöffnung stärker zu begrenzen als in der dazu entgegengesetzten Richtung.According to a preferred embodiment, the shape of the free-form lenses is asymmetrical at the edges of the LED matrix adjacent to the edge of the light exit opening, in order to limit the maximum emission angle more in the direction of the relevant edge section of the light exit opening than in the opposite direction. The asymmetrical shape of the free-form lens makes it possible to limit the maximum emission angle of the LED in question with the free-form lens assigned to it more in the direction towards the edge of the light exit opening than in the opposite direction thereto.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Form der Freiformlinse oder -linsen von einer oder mehreren LEDs in der Mitte der LED-Matrix symmetrisch, um den gleichen maximalen Abstrahlwinkel in zwei entgegengesetzten Richtungen jeweils zu den gegenüberliegenden Randabschnitten der Lichtaustrittsöffnung zu erzeugen. In der Mitte der LED-Matrix können die LEDs mit zugeordneter Freiformlinse das Licht auch symmetrisch abgeben, weil der Rand der Lichtaustrittsöffnung von den LEDs in allen Richtungen seitlich zur LED etwa gleich groß ist.According to a preferred embodiment, the shape of the free-form lens or lenses of one or more LEDs is symmetrical in the center of the LED matrix in order to generate the same maximum emission angle in two opposite directions, respectively to the opposite edge sections of the light exit opening. In the middle of the LED matrix, the LEDs with associated free-form lenses can also emit the light symmetrically, because the edge of the light exit opening from the LEDs is approximately the same size in all directions to the side of the LED.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Linsenarray der mehreren Freiformlinsen einstückig, und insbesondere aus einem durchgängigen transparenten Material gebildet. Das einstückige Herstellen der Linse, bevorzugt aus einem durchgängigen transparenten Material, ist besonders kostengünstig und gewährleistet ferner eine präzise Positionierung der Freiformlinsen gegenüber den LEDs, weil Fertigungstoleranzen, die beim Positionieren von einzelnen Linsen entstehen können, vermieden werden.According to a preferred embodiment, the lens array of the plurality of free-form lenses is one lumpy, and in particular formed from a continuous transparent material. Manufacturing the lens in one piece, preferably from a continuous transparent material, is particularly cost-effective and also ensures precise positioning of the free-form lenses in relation to the LEDs, because manufacturing tolerances that can arise when positioning individual lenses are avoided.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Rand der Lichtaustrittsöffnung in einer Ebene, die parallel zur Ebene der LED-Matrix ist. Wenn der Rand der Lichtaustrittsöffnung in einer Ebene liegt, dann kann die Lichtaustrittsöffnung auch mit einer ebenen Platte kostengünstig verschlossen werden, da erfindungsgemäß die LEDs mit ihren Freiformlinsen ohnehin hinter der Lichtaustrittsöffnung im Gehäuseinneren angeordnet sind. Der Abschluss der Lichtaustrittsöffnung mit einer ebenen transparenten Platte ist für viele Anwendungen sogar gefordert.According to a preferred embodiment, the edge of the light exit opening lies in a plane that is parallel to the plane of the LED matrix. If the edge of the light exit opening lies in one plane, then the light exit opening can also be sealed inexpensively with a flat plate, since the LEDs with their free-form lenses are arranged behind the light exit opening inside the housing anyway. Many applications even require the light exit opening to be closed off with a flat, transparent plate.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen deutlich, die in Verbindung mit den beigefügten Figuren gegeben wird. In den Figuren ist Folgendes dargestellt:

1 zeigt ein Vergleichsbeispiel einer herkömmlichen LED-Leuchte im Querschnitt.
2 zeigt einen Querschnitt durch eine LED-Leuchte gemäß einer ersten Ausführungsform.
3 zeigt einen Querschnitt durch eine LED-Leuchte gemäß einer zweiten Ausführungsform.
4 zeigt ein Vergleichsbespiel einer herkömmlichen Leuchte im Querschnitt mit Abstrahlungsbereichen der LEDs in der Leuchte.
5 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer LED-Leuchte mit den Abstrahlbereichen der LEDs.
6 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer LED-Leuchte.

Further advantages and features of the present invention will become clear from the following description of preferred embodiments given in connection with the attached figures. The figures show the following:

1 shows a comparative example of a conventional LED light in cross section.
2 shows a cross section through an LED lamp according to a first embodiment.
3 shows a cross section through an LED lamp according to a second embodiment.
4 shows a comparative example of a conventional lamp in cross section with emission areas of the LEDs in the lamp.
5 shows a cross section through a further embodiment of an LED light with the emission areas of the LEDs.
6 shows a cross section through a further embodiment of an LED lamp.

Die 1 zeigt ein Vergleichsbeispiel einer herkömmlichen Straßenleuchte in einer Schnittansicht. In einem Gehäuse 3 befinden sich in dem dargestellten Schnitt vier LEDs 1 auf einer ebenen Platine 2 und ein Linsenarray mit vier identischen Freiformlinsen 5. Um einen möglichst großen Mastabstand zwischen den Straßenleuchten zu erzielen, müssen die Leuchten bzw. die LEDs 1 mit den Freiformlinsen 5 in der Leuchte einen möglichst großen Abstrahlwinkel gemessen zum Lot durch die Ebene der LEDs ausstrahlen. In der 1 ist deutlich das dadurch entstehende Problem dargestellt. Der Lichtstrahl L1 einer äußeren Linse kann den Rand eines Leuchtengehäuses 3, welcher die Lichtaustrittsöffnung des Gehäuses 3 begrenzt, nicht überwinden und wird dadurch verschattet. Dies bewirkt eine signifikante Verschlechterung des optischen Wirkungsgrads sowie der Leuchteneffizienz. Lösen lässt sich das Problem, indem alle Linsen nicht mehr so flach ausstrahlen oder das Gehäuse vergrößert wird. Strahlen aber die Linsen nicht mehr so flach aus, dann können keine hohen Mastabstände mehr erzielt werden, weil die Lichtverteilung der Leuchten schmaler wird. Mehr Leuchten werden dann an einer Straße benötigt, was sich negativ auf die Beleuchtungskosten auswirkt. Eine Vergrößerung der Leuchten wirkt sich ebenfalls negativ auf die Kosten aus, da mehr Gehäusematerial sowie eine größere Abdeckscheibe 4 benötigt werden. Beide Lösungen sind also nicht praktikabel. Die Erfindung stellt eine Lösung für das beschriebene Problem dar, ohne die Leuchte größer zu machen oder Einbußen in der Lichtverteilung in Kauf zu nehmen.the 1 shows a comparative example of a conventional street lamp in a sectional view. In the section shown, there are four LEDs 1 on a flat circuit board 2 and a lens array with four identical free-form lenses 5 in a housing 3 emit the largest possible beam angle measured to the perpendicular through the level of the LEDs in the luminaire. In the 1 the problem that arises is clearly shown. The light beam L1 of an outer lens cannot overcome the edge of a lamp housing 3, which delimits the light exit opening of the housing 3, and is therefore shaded. This causes a significant deterioration in the optical efficiency and the light efficiency. The problem can be solved by making all lenses no longer so flat or by enlarging the housing. However, if the lenses are no longer so flat, it is then no longer possible to achieve high mast distances because the light distribution of the luminaires is narrower. More luminaires are then required on a street, which has a negative effect on lighting costs. Enlarging the lights also has a negative effect on the costs, since more housing material and a larger cover plate 4 are required. So both solutions are impractical. The invention represents a solution to the problem described, without making the lamp larger or accepting losses in the light distribution.

In der 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei werden die äußeren Freiformlinsen 6 des Linsenarrays so variiert, dass diese zu der gehäusenahen Kante der LED-Platine 2 bzw. des Linsenarray 6 unter einem nicht so flachen Winkel Licht abstrahlen (Lichtstrahl L1), wie die LEDs mit zugehöriger Freiformlinse weiter in der Mitte der Linsenarrays (Lichtstrahlen L2 und L3). Dadurch wird kein Lichtstrahl (L1 in 1) mehr abgeblockt, wodurch sich die Effizienz der Leuchte erhöht und der notwendige Mastabstand sich dabei nur geringfügig verschlechtert im Vergleich zu dem Beispiel einer Leuchte in 1.In the 2 an embodiment of the invention is shown. The outer free-form lenses 6 of the lens array are varied in such a way that they emit light to the edge of the LED circuit board 2 or lens array 6 near the housing at an angle that is not as flat (light beam L1) as the LEDs with the associated free-form lens further in the middle of the lens arrays (light beams L2 and L3). As a result, no light beam (L1 in 1 ) are blocked more, which increases the efficiency of the luminaire and the necessary mast spacing is only slightly worse compared to the example of a luminaire in 1 .

Eine weitere verbesserte Ausführungsform ist in 3 gezeigt. Hier strahlt die äußere Freiformlinse im Linsenarray 7 zusätzlich zur randfernen Seite der Lichtaustrittsöffnung noch flacher ab (Lichtstrahlen L4 und L5 im Vergleich zu den Lichtstrahlen L3 oder L2). Dadurch kann eine noch flachere Lichtverteilung im Vergleich zu der Leuchte in 2 erzielt werden und die Verringerung des notwendigen Mastabstandes im Vergleich zu den Leuchten in 1 noch vollständig kompensiert werden. Dadurch wird eine effiziente kostengünstige Leuchte bei maximalem Mastabstand geschaffen.Another improved embodiment is in 3 shown. Here, the outer free-form lens in the lens array 7 emits an even flatter light in addition to the side of the light exit opening that is far from the edge (light beams L4 and L5 compared to the light beams L3 or L2). This allows an even flatter light distribution compared to the luminaire in 2 can be achieved and the reduction in the necessary mast spacing compared to the luminaires in 1 still be fully compensated. This creates an efficient, cost-effective luminaire with maximum mast spacing.

Die 4 zeigt den Ausstrahlungsbereich der LEDs mit jeweils zugehöriger Freiformlinse in einer Leuchte, wie in 1. Die Lichtausstrahlung ist mit dem grau schattierten Bereich dargestellt. Jede LED mit zugehöriger Linse erzeugt einen Abstrahlungskegel, der in dem dargestellten Schnitt ein Dreieck ist. Diese Dreiecke aller Linsen überlagern sich zu dem grau schattierten Bereich. Alle winkelhalbierenden Achsen der Dreiecke sind dabei senkrecht zu der Ebene der LED-Matrix angeordnet und weisen denselben Winkel α0 = 0° zum Lot auf der LED-Ebene auf. Dadurch ergibt sich das bekannte Problem, dass die äußeren Strahlen vom Gehäuse abgeschattet werden. Um dieses Problem zu lösen sind, wie in 5 dargestellt, die winkelhalbierenden Achsen jeder Linse zum Lot auf der Ebene der LED-Matrix in einem von 0° verschiedenen Winkel angeordnet, wobei der Winkel abhängig von der Lage der LEDs in Bezug zu dem Rand der Lichtaustrittsöffnung variiert. Die Winkel α1 und -α1 für die LEDs in der Mitte der LED-Matrix sind dem Betrag nach kleiner als die Winkel α2 und -α2 an den Rändern der LED-Matrix. Es gilt: $α 2 > α 1 > α 0 > - α 1 > - α 2.$

the 4 shows the emission range of the LEDs with the associated free-form lens in a luminaire, as in 1 . The light emission is shown with the gray shaded area. Each LED with its associated lens creates a radiation cone, which is a triangle in the section shown. These triangles of all lenses superimpose to form the gray shaded area. All the bisecting axes of the triangles are arranged perpendicularly to the plane of the LED matrix and have the same angle α0=0° to the perpendicular the LED level. This results in the well-known problem that the outer rays are shaded by the housing. To solve this problem are as in 5 shown, the bisecting axes of each lens are arranged at an angle other than 0° to the perpendicular on the plane of the LED matrix, the angle varying depending on the position of the LEDs in relation to the edge of the light exit opening. The angles α1 and -α1 for the LEDs in the center of the LED matrix are smaller than the angles α2 and -α2 at the edges of the LED matrix. The following applies:

a 2 > a 1 > a 0 > - a 1 > - a 2.

Die Linsen sind somit nicht mehr symmetrisch und strahlen unter zwei verschiedenen Hauptwinkeln ab. Die Achsen der Lichtkegel sind gegeneinander geneigt und insbesondere für die LEDs an den Rändern der Matrix so stark geneigt (Winkel α2 bzw. -α2), dass der Lichtkegel der Rand der Lichtaustrittsöffnung des Gehäuses 3 gradlinig passieren kann, ohne an dem Rand abgeblockt zu werden (siehe grauer Bereich in 5 im Vergleich zu dem grauen Bereich in 4 an den Rändern der Lichtaustrittsöffnung). Alle winkelhalbierenden Achsen der Lichtausstrahlungskegel bzw. der im Schnitt dargestellten Dreiecke schneiden sich bei ideal designten Leuchten in einem Punkt 9, wie in 6 dargestellt. Dieses Prinzip kann auch auf größere Linsenarrays mit einer entsprechenden höheren Anzahl von LEDs umgesetzt werden. Auch hier schneiden sich alle winkelhalbierenden Achsen der Lichtkegel der jeweiligen Linsen in einem Punkt 9. Der Abstand des Schnittpunkts 9 zu der LED-Matrix im Verhältnis zu einem Durchmesser der LED-Matrix ist sehr groß. Dadurch lassen sich Leuchten mit einer sehr breiten Lichtverteilung erzeugen.The lenses are therefore no longer symmetrical and radiate from two different main angles. The axes of the light cones are inclined towards each other and, particularly for the LEDs at the edges of the matrix, are inclined so much (angle α2 or -α2) that the light cone can pass the edge of the light exit opening of the housing 3 in a straight line without being blocked at the edge (see gray area in 5 compared to the gray area in 4 at the edges of the light exit opening). All bisecting axes of the light emission cones or the triangles shown in section intersect in a point 9 in ideally designed luminaires, as in 6 shown. This principle can also be implemented on larger lens arrays with a correspondingly higher number of LEDs. Here, too, all the axes bisecting the angles of the light cones of the respective lenses intersect at a point 9. The distance from the point of intersection 9 to the LED matrix is very large in relation to a diameter of the LED matrix. This allows luminaires to be produced with a very wide light distribution.

Das beschriebene Konzept zum Einstellen der maximalen Abstrahlwinkel von LEDs abhängig von ihrer Entfernung zum Rand der Lichtaustrittsöffnung kann für unterschiedlich große Leuchten und unterschiedlich geformte Lichtaustrittsöffnungen angewandt werden. Die LED-Matrix und/oder die Form der Lichtaustrittsöffnung kann rund oder rechteckig sein.The concept described for setting the maximum beam angle of LEDs depending on their distance from the edge of the light exit opening can be used for lights of different sizes and differently shaped light exit openings. The LED matrix and/or the shape of the light exit opening can be round or rectangular.

Wie in den Ausführungsformen nach 2 und 3 dargestellt, kann die Lichtaustrittsöffnung mit einer Abdeckung 4 geschlossen sein. Von besonderem Vorteil ist, dass die Abdeckung eben ausgebildet werden kann, weil bei der erfindungsgemäßen Leuchte die LED-Matrix und das Linsenarray vollständig innerhalb des Gehäuses, d.h. in der Lichtabstrahlrichtung vor der durch den Rand des Gehäuses definierten Lichtaustrittsöffnung liegen. Besondere Anforderungen an die Leuchtenabdeckung, z.B. eine Wölbung oder besondere lichtbrechende Mittel innerhalb der Abdeckung, sind daher für die erfindungsgemäße Leuchte nicht erforderlich.As in the embodiments after 2 and 3 shown, the light exit opening can be closed with a cover 4 . It is particularly advantageous that the cover can be flat, because in the light according to the invention the LED matrix and the lens array are located completely within the housing, ie in the direction of light emission in front of the light exit opening defined by the edge of the housing. Special requirements for the lamp cover, eg a curvature or special light-refracting means within the cover, are therefore not necessary for the lamp according to the invention.

BezugszeichenlisteReference List

11: LEDLEDs
22: Ebene der LED-Matrix, insbesondere PlatineLevel of the LED matrix, especially the circuit board
33: GehäuseHousing
44: Abdeckscheibecover disc
55: Linsenarray mit gleichen FreiformlinsenLens array with the same free-form lenses
66: Linsenarray mit asymmetrischen Freiformlinsen im RandbereichLens array with asymmetrical free-form lenses in the edge area
77: Linsenarray mit weiter asymmetrischen Freiformlinsen im RandbereichLens array with further asymmetrical free-form lenses in the edge area
88th: Achse durch die LEDAxis through the LED
99: Schnittpunkt der Achsenintersection of the axes
1010: Ausstrahlungsbereichbroadcast area
L1L1: Lichtstrahlbeam of light
L2L2: Lichtstrahlbeam of light
L3L3: Lichtstrahlbeam of light
L4L4: Lichtstrahlbeam of light
L5L5: Lichtstrahlbeam of light

Claims

LED light, in particular street light with LEDs, which has a light housing (3) with a light exit opening which is defined by an edge of the light housing (3), and at least one LED module which has a matrix of several in one plane (2) arranged LEDs (1) and a lens array (6, 7) of free-form lenses, wherein the free-form lenses are each assigned to the LEDs (1) in the matrix, the edge of the light exit opening being behind the plane in the direction of the light emission of the LEDs (1). (2) of the LEDs and the lens array (6, 7), with the LEDs (1) on an edge of the LED matrix pointing to an edge section of the light exit opening, together with their associated free-form lens, having a lower maximum beam angle, measured between the perpendicular the level of the LEDs and the light emission of the LED in question in the direction of the adjacent edge section, have as the corresponding maximum emission angle of LEDs with each zugeh öriger free-form lens, which are further away from the adjacent edge section towards the center of the LED matrix, characterized in that the maximum beam angle of LEDs, which are on edges of the LED Matrix are adjacent to the edge of the light exit opening, and preferably of all LEDs in the LED matrix, is so small that all light of the relevant LEDs leaves the light exit opening defined by the edge in a straight line.

LED light after claim 1 , the LEDs (1) at an edge of the LED matrix, which is opposite an edge section of the light exit opening, having a larger maximum emission angle, measured between the perpendicular on the level of the LEDs and the light emission of the relevant LED in the direction of the opposite edge section as the corresponding maximum beam angle of LEDs closer to the opposite edge portion, towards the center of the LED matrix.

LED luminaire according to one of the preceding claims, in which each LED (1) in the matrix together with its associated free-form lens defines a cone of light around an axis through the LED, the axes each forming an angle (α1, α2, -α1, -α2 ) in relation to the perpendicular on the LED plane, with said angles (α2, -α2) for LEDs on edges of the LED matrix, which are adjacent to the edge of the light exit opening, being greater in magnitude than the corresponding angles (α1, -α1) for the axes of the LEDs further in the middle of the LED matrix.

LED light after claim 3 , wherein the axes of the LEDs (1) have a common point of intersection (9).

LED light after claim 4 , the common point of intersection (9) being many times further away from the LEDs (1) than a diameter of the LED matrix.

LED light according to one of the preceding claims, wherein the shape of the free-form lenses on the edges of the LED matrix adjacent to the edge of the light exit opening is asymmetrical in order to limit the maximum emission angle in the direction of the relevant edge section of the light exit opening more than in the opposite direction .

LED light after claim 6 , wherein the shape of the free-form lens or lenses of one or more LEDs is symmetrical in the center of the LED matrix in order to produce the same maximum beam angle in two opposite directions, respectively to the opposite edge sections of the light exit opening.

LED light according to one of the preceding claims, wherein the lens array (6, 7) of the plurality of free-form lenses is formed in one piece and in particular from a continuous transparent material.

LED light according to one of the preceding claims, wherein the edge of the light exit opening lies in a plane which is parallel to the plane of the LED matrix and is closed in particular by a flat transparent cover plate (4).