DE202006008850U1

DE202006008850U1 - LED-Lampe mit richtungsabhängiger Emission

Info

Publication number: DE202006008850U1
Application number: DE202006008850U
Authority: DE
Original assignee: SIGNAL CONSTRUCT ELEKTRO OPTIS; Signal-Construct elektro-optische Anzeigen und Systeme GmbH
Current assignee: SIGNAL CONSTRUCT ELEKTRO OPTIS; Signal-Construct elektro-optische Anzeigen und Systeme GmbH
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2016-06-07

Abstract

LED-bestückte Lampe, in der die Strahlen von allen in der Lampe befindlichen LED durch optische Hilfsmittel über jeder LED in mindestens zwei unterschiedliche Richtungen mit angezielten Abstrahlkegeln so abgelenkt werden, dass sie hauptsächlich in gewünschte, von der optischen Achse abweichende und für alle LED gemeinsame Richtungen in den Außenraum emittiert werden und somit in der optischen Achse der Lampe eine relativ geringe Lichtintensität auftritt, was eine definierte Beleuchtung von Hindernissen, Unebenheiten und Behinderungen außerhalb der optischen Achse ohne Blendwirkung erlaubt.

Description

Die Erfindung betrifft eine LED-bestückte Lampe, in der die Strahlen durch integrierte optische Hilfsmittel von allen in der Lampe befindlichen LED (LED-lichtemittierende anorganische-kristalline Halbleiterdiode) so abgelenkt werden, dass sie in mindestens zwei unterschiedliche Richtungen mit angezielten Öffnungskegeln emittiert werden und in der optischen Achse der Lampe eine relativ geringe Beleuchtungsstärke auftritt, was eine definierte Beleuchtung von Hindernissen, Unebenheiten und Behinderungen ohne Blendwirkung ermöglicht.
Es ist bekannt, dass lichtemittierende kristalline Halbleiterdioden bei nicht zu starker Flussstrombelastung nur eine geringfügige Temperaturerhöhung der Sperrschicht um wenige 10 K über der Raumtemperatur aufweisen, so dass sie gegenüber Glühlampen mit Leuchtkörpertemperaturen bis zu einigen 100 °C im Prinzip ein kaltes Leuchtelement darstellen. Damit ist für den Anwender neben der Energieeinsparung auch ein geringerer Gefährdungsgrad bei der Applikation gegeben, was als großer Vorteil gegenüber allen thermischen Strahlungsquellen angesehen werden kann. Weiterhin ist zu bemerken, dass kein zusätzlicher Aufwand für die Lampenfassung betrieben werden muß, um die Wärme aufzunehmen und abzuleiten (z. B. Metall-Keramik-Sockel). Außerdem arbeiten derartige LED-Lampen mit Niedervoltversorgung (meistens 12 V), so dass Personenschädigungen durch Stromschläge ausgeschlossen sind. Hinzu kommt noch die gegenüber Glühlampen um mindesten eine Größenordnung höhere Lebensdauer, wobei eine katastrophale Degradation nahezu ausgeschlossen ist, so dass eine LED-Lampe auch beim totalen Ausfall einer LED noch voll einsatzfähig bleibt. Außerdem kann man LED-Lampen so gestalten, dass die Strahlen in gewünschte Richtungen gebündelt oder abgelenkt werden. Daher gebietet der Stand der Technik, zunehmend LED bestückte Lampen nicht nur zur Beleuchtung sondern auch für Spezialanwendungen einzusetzen.
Wie bekannt, weisen einzelne LED mit verschiedenen Verkappungen unterschiedliche Abstrahlcharakteristiken auf, die dem jeweils angestrebten Anwendungsfall angepaßt sind. Wenn man jedoch in einer LED-bestückten Lampe mehrere einzelne Emitter einsetzt, wobei dies in Signallampen bis zu 100 und mehr sein können, dann ist es üblich, auch die Abstrahlcharakteristiken der einzelnen LED mit den optischen Bauteilen zusätzlich so zu formen, dass eine gewünschte einheitliche Abstrahlcharakteristik aller Lichtemitter möglich ist. Dies wird beispielsweise in der Schrift DE 103 33 907 A1 mit in das Lampeninnere gerichteten Plankonvexlinsen über jeder LED und in der Schrift zu Signallampen in der Bahntechnik für die Erzielung großer Tragweiten durch entsprechende optische Hilfsmittel in DE 103 58 053 A1 behandelt. Damit entsteht ein nahezu homogener Gesamtstrahl in einem angestrebten Öffnungskegel, der eine gewünschte Tragweite oder eine entsprechende Aufspaltung der LED-Strahlen ermöglicht, wenn nur Teile der Lampe auf diese Weise mit optischen Hilfsmitteln belegt werden.
Soll jedoch mit einer LED-Lampe eine definierte Strahlteilung der Emission aller LED derart erfolgen, dass beispielsweise unterschiedlich gerichtete Gesamtstrahlen in Form von mindestens zwei Strahlungskegeln entstehen, die verschiedene Objekte wie z. B. Treppenstufen, Gangways, Türrahmen, Gerätetastaturen oder Fußbodenunebenheiten beleuchten, ohne dass der Passagier bzw. Nutzer geblendet und ohne dass das Umfeld irritierend stark erhellt bzw. beeinflußt wird, dann muß man jeden Strahlkegel der einzelnen LED individuell formen. Erst der Gesamtstrahlkegel aller LED in der Lampe ergibt dann die angestrebte optische Wirkung, die dem jeweiligen Praxisfall anzupassen ist.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem nun derart gelöst, dass durch ein optisches System die mehr oder weniger divergenten Strahlen jeder LED derart beeinflußt werden, dass ein bestimmter Anteil der Strahlen um einen mittleren Winkel α, der andere Anteil um einen zweiten mittleren Winkel β abgelenkt wird. Da infolge der divergenten Strahlen einer verkappten LED kein Linsensystem in der Lage ist, alle Strahlen zu parallelisieren, muß man immer mit einen geringen Anteil nicht gewünscht formbarer Strahlen jedes Lichtkegels rechnen, so daß nie alle emittierten Photonen zum angestrebten Strahlengang beitragen können. Eine Verbesserung des primären Strahlengangs kann durch eine Blende über jeder LED erreicht werden, was jedoch die Lichtstärke negativ beeinflußt. Nutzt man keine derartige Blende, dann werden die nicht in gewünschte Richtungen abgelenkte, reflektierte bzw. gestreute Reststrahlen eine geringe Beleuchtungsstärke in Vorwärtsrichtung (optische Achse) ergeben, was aber keinerlei Blendwirkung mehr verursacht. Die beiden geformten Hauptstrahlengänge werden nun durch eine optische Abdeckplatte (1) der Lampe für jede LED erzeugt, was schematisch in der 1 dargestellt ist. Die Abdeckplatte (1) enthält innen Vertiefungen in Form eines Kugelabschnitts für die Radial-LED, um die Entfernung zwischen LED und Abdeckplatte zu minimieren. Von außen her sind die Linsen für die Strahlteilung und -ablenkung (4, 5) angebracht, so dass, wie im vorliegenden Falle einer Lampe mit 18 LED, für jeden Strahlkegel jeder einzelnen LED diese Strahlformung und -ablenkung um einen gewünschten Winkel vorgenommen wird. Zur Unterdrückung der nicht direkt in die Linsen gelangenden Strahlen kann man gemäß 2 eine Lochscheibe (7) mit Lochblenden (8) für jede LED einfügen. Die Höhe des Einbaus der Lochscheibe ist mit dem Durchmesser der einzelnen Blendenlöcher (9) vorbestimmt, während man den Durchmesser der Scheibe (10) der Lampenstruktur anpassen muß. Erfindungsgemäß wird also durch ein Linsensystem oder ein anderes optisches System, das jeder einzelnen, in der Lampe wirksamen LED zwei unterschiedliche Linsen bzw. optische Elemente zuordnet, die Strahlaufteilung und Strahlkegelablenkung nach gewünschter Intensität und Ablenkwinkel realisiert. Folglich stehen mindesten zwei Strahlkegel für eine gezielte Beleuchtung nicht zu weit auseinanderliegender Objekte ohne allzu große Intensität in der optischen Achse der LED zur Verfügung, wobei man zur Minderung des Streulichtes die oben beschriebene Scheibe mit Lochblenden für jede LED einfügen kann. Damit liegt eine Lampe vor, die beispielsweise Treppenstufen, Bodenunebenheiten, Türrahmen, Geräte und Apparaturskalen, Warn- sowie Fluchtwegmarkierungen und andere Hindernisse moderat so zu beleuchten gestattet, dass der Nutzer selbst nicht geblendet und auch die Umgebung lichttechnisch nicht gestört wird, wie das z. B. in Theatern, in Museen und auf Flugplätzen (Gangway) notwendig ist. Die Art und Weise der LED-Lampenstruktur mit den eingearbeiteten Linsen bzw. optischen Elementen gestattet außerdem, eine sehr flache Bauform zu realisieren, die einen universellen Einsatz erlaubt.
Die Erfindung soll an zwei Ausführungsbeispielen erläutert werden, wozu folgende Figuren dienen.
1a: Schematische Darstellung der Abdeckplatte (1) mit Vertiefungen (3) und Linsen (4, 5) für die linksseitige Strahlteilung und -ablenkung
1b: Schematische Darstellung der Abdeckplatte (2) mit Vertiefungen (3) und Linsen (4, 5) für die rechtsseitige Strahlteilung und -ablenkung
2: Lochscheibe mit Blenden für jede LED in der Lampe
3: Typische LED-Lampe mit 18 Radial-LED und den entsprechenden Schnitten
4: Typische LED-Lampe mit Verschlußanordnung in verschiedenen Schnitten
5: Schematische Gesamtansicht der LED-Lampe
6: Anordnung der Linsen in der Abdeckplatte mit linienartiger Struktur nach aussen und den angedeuteten Linsen sowie Vertiefungen nach innen in unterschiedlichen Schnitten
Im ersten Ausführungsbeispiel bestehe die LED-Lampe gemäß 3 aus 18 Radial-LED, die in einem flachen, weniger als 20 mm tiefen Gehäuse (13) mit optimierter, kreisförmiger LED-Anordnung angebracht sind. Die Abdeckplatte (1) nach 1 und die Lochscheibe nach 2 mit den Blendenlöchern (8) sind der LED-Anordnung (11) auf der Trägerplatte (12) angepaßt. Die 3 zeigt die LED-Anordnung in der Lampe in zwei Schnitten und in der Draufsicht ohne Linsenabdeckplatte (1), wobei das Kunststoff gehäuse (13) flach gehalten wird und die Kontakte (14) in Form von Steckverbindern ausgebildet sind, die eine beliebige, der Leistungsfähigkeit der Spannungsquelle angepaßte Lampenanzahl in Parallelschaltung anzuordnen gestattet. Erfindungsgemäß wird die mit den Vertiefungen und Doppellinsen ausgestaltete Abdeckplatte (1) so auf die LED-Anordnung einrastend aufgesetzt, dass eine feste, feuchtigkeitsundurchlässige Dichtung erzeugt wird, was aus der 4 ersichtlich ist, wobei man den Dichtungsring (16) entsprechend wählt. Da diese Anordnung als LED-Lampe beispielsweise für die Beleuchtung von zwei Treppenstufen eingesetzt werden kann, ist zu beachten, dass die höher gelegene Stufe eventuell stärker beleuchtet werden sollte, was eine unterschiedliche Lichtstärke der beiden Strahlkegel bedingt. Daraus folgt dann, dass bei rechter bzw. linker Beleuchtung auch eine andere Linsenanordnung gemäß 1 notwendig ist. Die vollständige LED-Lampe geht aus der 5 hervor, wobei die Abdeckplatte (1) mit den einzelnen Linsen (17) mit einem Dekorring (18) unter Nutzung des Dichtungsrings (16) eingedrückt wird. Federbügel (19) sichern die Halterung der LED-Lampe in einer entsprechenden Fassung, während die Kontakte zur Spannungsquelle mit zweipoligen Codiersteckern (20) versehen sind.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel werde die Abdeckplatte (1) nicht aus einzelnen Linsen, sondern aus durchgängigen Linsenstreifen gemäß 6 verwendet. Da die Herstellung der einzelnen Linsen in der Abdeckplatte schwierig ist und die Verschmutzung von außen relativ groß sein kann, können durchgängige Linsenanordnungen (21) auf der Außenseite der Abdeckplatte in Kunststoff (z. B. PMMA) gepreßt werden. Die individuelle Anordnung der Linsen und der Vertiefungen für die LED auf der Innenseite der Abdeckplatte (1) ändert sich dadurch nicht. Die optischen Strahlteilungen entsprechen dem obigen Beispiel.
Verwendete Abkürzungen

α mittlerer Ablenkwinkel für einen LED-Lichtkegel
β mittlerer Ablenkwinkel für den zweiten LED-Lichtkegel

1: Abdeckplatte mit Linsen (linksseitige Strahlteilung und -ablenkung)
2: Abdeckplatte mit Linsen (rechtsseitige Strahlteilung und -ablenkung)
3: innere Vertiefungen für Radial-LED
4: Linse für Strahlkegel A
5: Linse für Strahlkegel B
6: Kennzeichung für Ablenkungsrichtung (da Draufsicht: gespiegeltes L oder R)
7: Lochscheibe mit optimierten Blendendurchmessern
8: Löcher mit Blendenwirkung
9: Durchmesser der Löcher für die Blendenwirkung
10: Durchmesser der Lochscheibe
11: LED
12: LED-Trägerplatine
13: Kunststoffgehäuse
14: Steckbverbinderanschluß
15: LED-Anordnung ohne Abdeckplatte
16: Dichtungsring
17: Einzellinsen in der Abdeckplatte 1
18: Dekorring
19: Federbügel
20: Codierstecker
21: durchgängige Linsen

Claims

LED-bestückte Lampe, in der die Strahlen von allen in der Lampe befindlichen LED durch optische Hilfsmittel über jeder LED in mindestens zwei unterschiedliche Richtungen mit angezielten Abstrahlkegeln so abgelenkt werden, dass sie hauptsächlich in gewünschte, von der optischen Achse abweichende und für alle LED gemeinsame Richtungen in den Außenraum emittiert werden und somit in der optischen Achse der Lampe eine relativ geringe Lichtintensität auftritt, was eine definierte Beleuchtung von Hindernissen, Unebenheiten und Behinderungen außerhalb der optischen Achse ohne Blendwirkung erlaubt.
LED-bestückte Lampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlformung jeder einzelnen LED der Lampe derart erfolgt, dass über jeder LED ein geteiltes Linsensystem angeordnet wird, das einen bestimmten Anteil des Strahlkegels der LED in eine gewünschte Richtung, den anderen Anteil in eine zweite angestrebte Richtung ablenkt, wobei das individuelle Linsensystem in eine gemeinsame Abdeckplatte der Lampe eingearbeitet ist.
LED-bestückte Lampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlformung jeder einzelnen LED der Lampe derart erfolgt, dass über jeder LED ein schiefwinkliges oder geradwinkeliges Prismen- oder Pyramidensystem mit entsprechenden Winkeln derart angeordnet wird, dass eine bevorzugte Strahlablenkung in gewünschte Richtungen erfolgt, wobei das individuelle Prismen- oder Pyramidensystem in eine gemeinsame Abdeckplatte der Lampe eingearbeitet ist und entweder nach innen in Richtung der LED weist oder außen auf der Abdeckplatte angeordnet sein kann.
LED-bestückte Lampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wahl der Größenverhältnisse der Linsen bzw. der anderen optischen Elemente eine unterschiedliche Beleuchtungsstärke in den verschiedenen Richtungen erzielbar ist.
LED-bestückte Lampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anordnung der Linsen bzw. anderen optischen Elemente erreicht wird, dass eine rechts- bzw. linksseitige Ablenkung der beiden Strahlkegel unterschiedlicher Intensität möglich wird.
LED-bestückte Lampe nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Systeme in einer geschlossenen Reihe über jeder LED-Reihe ohne scharfe Kanten angeordnet sind, wobei sie jedoch in eine gemeinsame Abdeckplatte der Lampe eingearbeitet sind.
LED-bestückte Lampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Minderung der Lichtstärke in der optischen Achse und des nicht gewünschten Streulichtes der LED-Lampe Blenden eingefügt werden, wobei sich alle Blenden in einer gemeinsamen Platte befinden und die LED in einer gewünschten Tiefe abdecken sowie gleichzeitig zur Justierung der einzelnen LED beitragen.
LED-bestückte Lampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte mit den optischen Hilfsmittels derart gestaltet ist, dass durch eine Rastervorrichtung unter Verwendung eines Dichtungsringes eine feste und dichte, für Feuchtigkeit undurchdringliche Verbindung entsteht.
LED-bestückte Lampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch ein 2-poliges Codiersteckersystem eine der Leistungsfähigkeit der Spannungsquelle angepaßte Parallelschaltung von LED-Lampen vorgenommen werden kann.
LED-bestückte Lampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch eine einfache Federbügelhalterung eine universelle Befestigung der LED-Lampen garantiert wird.
LED-bestückte Lampe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch eine geeignete Gestaltung der optischen Elemente in der Trägerplatte die Aufspaltung der LED-Strahlkegel in mehr als zwei bevorzugte Richtungen mit unterschiedlicher oder gleicher Beleuchtungsstärke realisiert werden kann.