DE202013000064U1

DE202013000064U1 - LED-Anordnung

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Publication number: DE202013000064U1
Application number: DE202013000064U
Authority: DE
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2013-01-04
Filing date: 2013-01-04
Publication date: 2013-01-18
Anticipated expiration: 2023-01-05
Also published as: US20140191676A1; CN203813986U; US9338845B2

Abstract

LED-Anordnung (20) mit – mindestens einer ersten LED-Kette (K1), welche eine erste Mehrzahl an in Reihe geschalteten LEDs (11) aufweist, – mindestens einer zweiten LED-Kette (K2), welche eine zweite Mehrzahl an in Reihe geschalteten LEDs (11) aufweist, – einer Schaltungsanordnung (10) zum Koppeln der ersten und der zweiten LED-Kette (K1; K2) mit einer Versorgungsquelle (12), welche eine zeitlich variierende Spannung bereitstellt, – wobei die LEDs (11) zumindest zum Teil auf mindestens einer ersten Anordnungsfläche (26a) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schaltungsanordnung (10) derart ausgestaltet ist, dass die erste LED-Kette (K1) und zweite LED-Kette (K2) jeweils mit der Versorgungsquelle (12) koppelbar und von der Versorgungsquelle (12) entkoppelbar sind, wobei die erste LED-Kette (K1) zu ersten Zeitpunkten mit der Versorgungsquelle (12) koppelbar ist und die zweite LED-Kette (K2) zu zweiten Zeitpunkten mit der Versorgungsquelle (12) koppelbar ist, wobei die ersten Zeitpunkte verschieden sind von...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine LED-Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Es sind aus dem Stand der Technik LED-Anordnungen bekannt, bei welchen in Reihe geschaltete LEDs direkt an einem Wechselspannungsnetz betrieben werden. Dies führt zu einer starken Lichtmodulation der LEDs, welche das Erscheinungsbild einer solchen LED-Anordnung beeinträchtigen kann. Darüber hinaus ist ein derartiges Betreiben von LEDs sehr energieineffizient.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine möglichst energieeffiziente LED-Anordnung bereitzustellen, mittels welcher gleichzeitig eine Beeinträchtigung des Erscheinungsbildes der LED-Anordnung vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine LED-Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße LED-Anordnung umfasst mindestens eine erste LED-Kette, welche eine erste Mehrzahl an in Reihe geschalteten LEDs aufweist, mindestens eine zweite LED-Kette, welche eine zweite Mehrzahl an in Reihe geschalteten LEDs aufweist, und eine Schaltungsanordnung, mittels welcher die erste und die zweite LED-Kette mit einer Versorgungsquelle koppelbar sind. Weiterhin sind die LEDs zumindest zum Teil auf mindestens einer ersten Anordnungsfläche angeordnet. Des Weiteren ist die Schaltungsanordnung derart ausgestaltet, dass die erste LED-Kette und zweite LED-Kette jeweils mit einer Versorgungsquelle koppelbar und von der Versorgungsquelle entkoppelbar sind, wobei die erste LED-Kette zu ersten Zeitpunkten mit der Versorgungsquelle koppelbar ist und die zweite LED-Kette zu zweiten Zeitpunkten mit der Versorgungsquelle koppelbar ist, wobei die ersten Zeitpunkte verschieden sind von den zweiten Zeitpunkten. Weiterhin ist die Schaltungsanordnung derart ausgestaltet, dass im Falle einer Kopplung der LED-Anordnung mit einer Versorgungsquelle, welche eine zeitlich variierende Spannung bereitstellt, die erste LED-Kette von einem Strom mit einer ersten mittleren Stromstärke durchflossen wird und die zweite LED-Kette von einem Strom mit einer zweiten mittleren Stromstärke, welche zumindest bedingt durch die Verschiedenheit der ersten von den zweiten Zeitpunkten von der ersten mittleren Stromstärke verschieden ist. Darüber hinaus sind die LEDs der mindestens einen ersten und zweiten LED-Kette in Abhängigkeit ihrer mittleren Stromstärken nach einem vorgegebenen Kriterium angeordnet.
Der möglichst energieeffiziente Betrieb der LEDs wird dabei durch die Schaltungsanordnung ermöglicht, mittels welcher die LED-Ketten zu jeweils unterschiedlichen Zeitpunkten mit einer Versorgungsquelle koppelbar sind. Dies stellt die Möglichkeit bereit, die LED-Ketten in Abhängigkeit einer Spannungshöhe der Versorgungsquelle, wie beispielsweise einer insbesondere gleichgerichteten sinusförmigen Netzspannung, zu- und wegzuschalten und so die Anzahl der zu einem Zeitpunkt betriebenen LEDs auf die zu diesem Zeitpunkt zur Verfügung stehenden Eingangsspannung anzupassen.
Zusätzlich zu diesem Vorteil der großen Energieeffizienz hat dieser Betrieb der LEDs noch den Vorteil, dass Lichtmodulationen, wie das üblicherweise bei direkt am Wechselspannungsnetz betriebenen LEDs entstehende „Flickern” der LEDs, vermieden werden, da die LEDs zumindest zum Teil über den Großteil der Periodendauer des Netzsinus betrieben werden können, indem beispielsweise bei niedrigen Spannungswerten, die für den Betrieb aller LEDs nicht ausreichend wären, bereits wenige LEDs betrieben werden können. Die übrigen LEDs können zugeschaltet werden, sobald der Netzsinus die dafür erforderliche Spannungshöhe erreicht hat.
Dieses Zu- und Wegschalten der LED-Ketten, insbesondere zu unterschiedlichen Zeitpunkten, führt jedoch zu einem unterschiedlichen Ausnutzungsgrad der einzelnen LED-Ketten, wodurch Teile der LED-Anordnung geringer bestromt werden als andere, insbesondere sind dadurch in den einzelnen LED-Ketten unterschiedliche mittlere Stromstärken zu verzeichnen, wodurch auch unterschiedliche Leuchtdichten der LEDs in den einzelnen LED-Ketten bedingt sein können. Damit dadurch das optische Erscheinungsbild einer solchen LED-Anordnung nicht beeinträchtigt wird, ist weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, die LEDs in Abhängigkeit ihrer mittleren Stromstärken nach einem vorbestimmten Kriterium anzuordnen. Durch die Berücksichtigung der mittleren Stromstärken bei der Anordnung der LEDs auf der Anordnungsfläche oder den Anordnungsflächen, wird es auf besonders vorteilhafte Weise ermöglicht, eine sehr homogene Leuchtdichteverteilung über die gesamte Anordnung oder zumindest bereichsweise bereitzustellen.
So kann auf besonders kostengünstige und einfache Weise der Effekt der unterschiedlichen Leuchtdichten der einzelnen LED-Ketten kompensiert werden, ohne dies durch beispielsweise schaltungstechnisch sehr aufwendige, teure, komplexe und materialaufwendige Maßnahmen bewerkstelligen zu müssen. Darüber hinaus stehen bei der Anordnung der LEDs eine Vielzahl an Möglichkeiten bereit, durch die eine besonders homogene Leuchtdichte erzielt werden kann und die an gewünschte Erfordernisse, je nach Anwendungsfall, angepasst werden können. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung betrifft das vorgegebene Kriterium bei der Anordnung der LEDs auf der mindestens einen ersten Anordnungsfläche eine Mischung der LEDs der mindestens einen ersten und zweiten LED-Kette. Durch die Mischung der LEDs der einzelnen LED-Ketten bei der Anordnung können auf besonders einfache Weise Leuchtdichteunterschiede der LEDs der einzelnen LED-Ketten kompensiert werden. Die Mischung kann dabei derart ausgestaltet sein, dass mindestens zwei der LEDs der mindestens einen ersten LED-Kette jeweils neben mindestens einer LED der LEDs der mindestens einen zweiten LED-Kette angeordnet sind. Eine neben einer ersten LED angeordnete zweite LED bzw. eine zu einer ersten LED benachbarte zweite LED kann dabei so definiert sein, dass die zweite LED in einem vorgegebenen Winkelbereich, wie beispielsweise kleiner als 180°, also im Intervall [0°; 180°[, von der ersten LED aus betrachtet den kleinsten Abstand zur ersten LED aufweist verglichen mit den Abständen der übrigen LEDs zur ersten LED in diesem Winkelbereich. Bei einer nicht ebenen LED-Anordnung kann sich der vorgegebenen Winkelbereich auch auf einen Raumwinkelbereich, wie beispielsweise kleiner als 2Π, also im Intervall [0; 2Π[, beziehen. Darüber hinaus kann der vorgegebene Winkelbereich symmetrisch zur Verbindungslinie zwischen erster und zweiter LED definiert sein. Besonders vorteilhaft ist auch eine Anordnung, bei der die LEDs einer jeweiligen LED-Kette möglichst gleichmäßig über die Anordnungsfläche oder über die Länge eines Anordnungsbereichs, wie beispielsweise bei einer linearen Anordnung, verteilt werden. Beispielsweise so, dass die Anzahl an LEDs einer LED-Kette pro Längen- oder Flächeneinheit über den gesamten Anordnungsbereich der Anordnungsfläche konstant ist. Auch hierbei stehen eine Vielzahl an Ausgestaltungsmöglichkeiten bereit, die je nach Anwendungsfall angepasst werden können. Beispielsweise können die Anordnungen der LEDs auf der Anordnungsfläche oder den Anordnungsflächen auf die Anzahl der LEDs, insbesondere der einzelnen LED-Ketten, auf Anzahl der LED-Ketten und/oder die Art der LEDs oder auch die gewünschte Geometrie der Anordnung angepasst werden. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es somit, für eine Vielzahl an Beleuchtungszwecken eine besonders energieeffiziente Beleuchtung mit einer besonders homogenen Leuchtdichte über die gesamte LED-Anordnung hinweg auf besonders kostengünstige und einfache Weise bereitzustellen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die LEDs linear angeordnet, so dass jede LED jeweils höchstens zwei benachbarte LEDs hat. Lineare LED-Anordnungen sind für eine Vielzahl an Beleuchtungszwecken sehr vorteilhaft. Jedoch würden gerade bei linearen LED-Anordnungen Leuchtdichteunterschiede in einzelnen Bereichen der Anordnung besonders auffallen. Durch die Erfindung wird es erst ermöglicht, auch eine besonders energieeffiziente und kostengünstige lineare LED-Anordnung mit gleichzeitig homogener Leuchtdichte bereitzustellen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die LEDs in einem jeweiligen Abstand zueinander angeordnet, wobei die Abstände so bemessen sind, dass die Abstände von LEDs mit größerer mittlerer Stromstärke zu benachbarten LEDs im Mittel größer sind als die mittleren Abstände von den LEDs mit kleineren mittleren Stromstärken zu benachbarten LEDs. So können die Abstände der einzelnen LEDs zueinander so eingestellt werden, dass beispielsweise ein gewünschter Wert der Lichtstärke pro Längeneinheit erreicht werden kann. Die Variation der Abstände lässt darüber hinaus noch eine Vielzahl an weiteren Anordnungsmöglichkeiten zu, durch welche insbesondere die Homogenität der Leuchtdichteverteilung noch weiter verbessert werden kann.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung betrifft das vorgegebene Kriterium eine Separation der LEDs der mindestens einen ersten und zweiten LED-Kette. Durch diese Separation bzw. durch eine räumliche Trennung der LEDs unterschiedlicher LED-Ketten bei der Anordnung der LEDs kann eine homogene Leuchtdichte in dem jeweiligen Bereich, in dem die LEDs einer LED-Kette angeordnet sind, erreicht werden. Dies kann weiterhin auf sehr vorteilhafte Weise genutzt werden. Beispielsweise können die so in den unterschiedlichen Anordnungsbereichen vorhandenen unterschiedlichen Leuchtdichten genutzt werden, um eine gewünschte Beleuchtungsstärkeverteilung der LED-Anordnung zu erzielen. Es ist hier also nicht erforderlich die Lichtunterschiede der LEDs der einzelnen LED-Ketten zu kompensieren, sondern diese Lichtdifferenzen können gezielt für bestimmte Beleuchtungszwecke ausgenutzt werden. Auch dies stellt eine besonders energieeffiziente, kostensparende und elegante Ausgestaltung der erfindungsgemäßen LED-Anordnung dar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die LED-Anordnung mindestens eine zweite Anordnungsfläche auf, wobei die mindestens eine erste und zweite Anordnungsfläche auf mindestens einem Grundkörper angeordnet sind. Dabei sind die Normalenvektoren der mindestens einen ersten Anordnungsfläche in ihrer Richtung verschieden von den Normalenvektoren der mindestens einen zweiten Anordnungsfläche, wobei eine Orientierung der Normalenvektoren vom mindestens einen Grundkörper wegzeigt. Weiterhin ist die Separation derart ausgestaltet, dass die LEDs der mindestens einen ersten LED-Kette auf der mindestens einen ersten Anordnungsfläche angeordnet sind und die LEDs der mindestens einen zweiten LED-Kette auf der mindestens einen zweiten Anordnungsfläche angeordnet sind.
Dies stellt eine besonders vorteilhafte geometrische Anordnung der LED-Ketten entsprechend ihrer mittleren Stromstärke dar, da so die durch die Schaltungsanordnung bedingten unterschiedlichen mittleren Stromstärken der einzelnen LED-Ketten und die daraus resultierenden unterschiedlichen Leuchtdichten ausgenutzt werden können, um beispielsweise eine gewünschte Beleuchtungsstärkeverteilung mit unterschiedlichen Beleuchtungsstärken in unterschiedliche Raumrichtungen zu erzielen. Darüber hinaus stehen auch hier eine Vielzahl an Anordnungsmöglichkeiten bereit, mittels welchen eine gewünschte Abstrahlcharakteristik erzeugt werden kann. Dabei kann die LED-Anordnung auch mehr als zwei LED-Ketten umfassen und/oder auch mehr als zwei Anordnungsflächen. Diese könne beispielsweise auf einem aber auch auf mehreren Grundkörpern angeordnet sein. Darüber hinaus stehen auch eine Vielzahl an Möglichkeiten die geometrische Ausgestaltung der Anordnungsflächen betreffend bereit, sowie auch deren Anordnung zueinander. Die Hauptabstrahlrichtung der LEDs können dabei parallel zum Normalenvektor der Anordnungsfläche in den Bereichen, in denen die LEDs jeweils angeordnet sind, sein. Insbesondere kann dabei die Hauptabstrahlrichtung einer LED identisch sein mit einer optischen Achse der LED, einer Symmetrieachse der LED und/odereiner Symmetrieachse der Beleuchtungsstärkeverteilung der LED. Weiterhin könne die LEDs auf einer Platine angeordnet sein, so dass die Oberfläche der Platine der Anordnungsfläche entspricht. Dies stellt eine besonders einfache Ausgestaltungsmöglichkeit dar. Insbesondere ist dadurch eine gewünschte Beleuchtungsstärkeverteilung sehr einfach durch eine entsprechende Anordnung der Anordnungsflächen realisierbar.
Darüber hinaus lässt sich durch diese Ausgestaltung der Erfindung auch ein großer wirtschaftlicher Vorteil erzielen, da insbesondere bei der Herstellung von Produkten mit solchen LED-Anordnungen signifikante Einsparungen in Material und Entwicklungszeiten erreicht werden können. Denn es wird die Möglichkeit bereitgestellt, die Erzeugung unterschiedlicher Beleuchtungsstärken in verschiedene Raumrichtungen allein durch eine geeignete Anordnung der LEDs jeweiliger LED-Ketten mit unterschiedlichen mittleren Stromstärken zu bewerkstelligen, ohne dafür unterschiedliche LEDs vorsehen zu müssen. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Mehrzahl an LEDs in ihrer Anzahl verschieden von der zweiten Mehrzahl an LEDs. So stehen auch hier viele Ausgestaltungsmöglichkeiten für die LED-Anordnung bereit. Darüber hinaus kann durch ein Vorsehen von mehreren LED-Ketten mit unterschiedlicher LED-Anzahl durch das Zu- und Wegschalten der LED-Ketten die zu einem bestimmten Zeitpunkt betriebene LED-Anzahl sehr gut angepasst werden auf die zu diesen Zeitpunkt anliegenden Spannung, wodurch ein energieeffizientes Betreiben der LEDs noch weiter gesteigert werden kann. Bevorzugt kann die erste LED-Kette doppelt so viele LEDs aufweisen wie die zweite LED-Kette. Bei einer LED-Anordnung mit mehr als zwei LED-Ketten ist es vorteilhaft, wenn sich die Anzahl an LEDs jeweils zweier LED-Ketten um einen Faktor im Bereich 1,5 bis 2,5, bevorzugt um einen Faktor 2, unterscheiden. Dadurch lassen sich die LEDs besonders energieeffizient betreiben. Insbesondere treten bei einer derartigen Bemessung der Anzahlen an LEDs der jeweiligen LED-Ketten besonders wenig schaltungsbedingte Verluste auf.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die erste und zweite Anordnungsfläche derart zueinander angeordnet, dass von den auf der ersten Anordnungsfläche angeordneten LEDs abstrahlbares Licht zum Großteil in einen ersten Raumwinkelbereich abstrahlbar ist und von den auf der zweiten Anordnungsfläche angeordneten LEDs abstrahlbares Licht zum Großteil in einen zweiten Raumwinkelbereich abstrahlbar ist, der vom ersten Raumwinkelbereich verschieden ist. So können auf besonders einfache Weise unterschiedliche Raumwinkelbereiche unterschiedlich stark ausgeleuchtet werden. Es stehen auch hier viele Anpassungsmöglichkeiten auf eine gewünschte Beleuchtungsstärkeverteilung bereit unter Ausnutzung der unterschiedlichen mittleren Stromstärken der einzelnen LED-Ketten. Beispielsweise können die unterschiedlichen Leuchtdichten der LED-Ketten bei der Ausleuchtung unterschiedlicher Raumwinkelbereiche dazu genutzt werden eine direkte und eine indirekte Beleuchtung zu erzeugen. Die Größe des ausgeleuchteten Raumwinkels kann darüber hinaus ebenfalls an eine gewünschte zu erzeugende Beleuchtung angepasst werden, insbesondere durch geeignete Anpassung der Anordnung der Anordnungsflächen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die erste und die zweite Anordnungsfläche als ebene Flächen ausgebildet und gegenüberliegend auf zwei Seiten des mindestens einen Grundkörpers angeordnet. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen LED-Anordnung dar, bei der auf sehr vorteilhafte Weise eine direkte und eine indirekte Beleuchtung durch die gegenüberliegende Anordnung der LEDs bereitgestellt wird. Die Beleuchtungsstärken können hierbei wiederum an bestimmte Erfordernisse oder eine gewünschte Beleuchtungsstärkeverteilung angepasst werden. Insbesondere sind diese durch die mittleren Stromstärken der einzelnen LED-Ketten bestimmt und können so durch die Anzahl an verwendeten LED-Kette oder die Anzahl an LEDs einer LED-Kette geeignet variiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Grundkörper kegelförmig mit einer Grundseite und einer Mantelseite ausgebildet und die erste Anordnungsfläche ist an der Grundseite des Grundkörpers und die zweite Anordnungsfläche an der Mantelseite des Grundkörpers angeordnet. Diese Ausgestaltung eignet sich beispielsweise besonders gut zur Verwendung für eine glühlampenartige LED-Leuchte, die an der Grundseite angeordneten LEDs zur Erzeugung einer direkten Beleuchtung eine größere mittlere Stromstärke aufweisen können als die an der Mantelseite angeordneten LEDs zur Erzeugung einer indirekten Beleuchtung. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zum Koppeln von LED-Ketten mit einer Versorgungsquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2a eine graphische Darstellung des zeitlichen Stromverlaufs einer ersten LED-Kette einer LED-Anordnung beim Koppeln und Entkoppeln von einer sinusförmigen gleichgerichteten Wechselspannung mittels einer dafür ausgelegten Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2b eine graphische Darstellung des zeitlichen Stromverlaufs einer zweiten LED-Kette einer LED-Anordnung beim Koppeln und Entkoppeln von einer sinusförmigen gleichgerichteten Wechselspannung mittels einer dafür ausgelegten Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2c eine graphische Darstellung des zeitlichen Stromverlaufs einer dritten LED-Kette einer LED-Anordnung beim Koppeln und Entkoppeln von einer sinusförmigen gleichgerichteten Wechselspannung mittels einer dafür ausgelegten Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2d eine graphische Darstellung des zeitlichen Stromverlaufs einer vierten LED-Kette einer LED-Anordnung beim Koppeln und Entkoppeln von einer sinusförmigen gleichgerichteten Wechselspannung mittels einer dafür ausgelegten Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine graphische Darstellung von durch Kondensatoren geglätteten, zeitlichen Stromverläufen durch vier LED-Ketten einer LED-Anordnung, welche in Abhängigkeit von der Spannungshöhe des Netzsinus zu- und weggeschaltet werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4a eine tabellarische Darstellung einer ersten Anordnungsmöglichkeit einer linearen LED-Anordnung mit vier LED-Ketten zur Erzeugung einer homogenen Leuchtdichte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4b eine graphische Darstellung der in 4a tabellarisch dargestellten Werte der ersten Anordnungsmöglichkeit;
5a eine tabellarische Darstellung einer zweiten Anordnungsmöglichkeit einer linearen LED-Anordnung mit vier LED-Ketten zur Erzeugung einer homogenen Leuchtdichte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5b eine graphische Darstellung der in 5a tabellarisch dargestellten Werte der zweiten Anordnungsmöglichkeit;
6 eine graphische Darstellung von durch Kondensatoren geglätteten, zeitlichen Stromverläufen durch drei LED-Ketten einer LED-Anordnung, welche in Abhängigkeit von der Spannungshöhe des Netzsinus zu- und weggeschaltet werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7a eine tabellarische Darstellung einer Anordnungsmöglichkeit einer linearen LED-Anordnung mit drei LED-Ketten zur Erzeugung einer homogenen Leuchtdichte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7b eine graphische Darstellung der in 7a tabellarisch dargestellten Werte der Anordnungsmöglichkeit;
8 eine schematische Darstellung einer LED-Anordnung mit zwei linear auf einem ebenen Grundkörper angeordneten LED-Ketten, wobei eine erste LED-Kette auf einer ersten Anordnungsfläche angeordnet ist, welche einer zweiten Anordnungsfläche, auf welcher die zweite LED-Kette angeordnet ist, gegenüberliegt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9 eine schematische Darstellung einer als LED-Lampe ausgebildeten LED-Anordnung mit zwei LED-Ketten, wobei die erste LED-Kette auf einer Grundfläche eines kegelförmig ausgebildeten Grundkörpers angeordnet ist und die zweite LED-Kette auf der Mantelfläche des Grundkörpers angeordnet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
10 eine schematische Darstellung der Relationen von Infeld- und Umfeldleuchtdichten für eine Bereitstellung möglichst guter Lichtverhältnisse.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung 10 zum Koppeln von LED-Ketten K1, K2 und K3 mit einer Versorgungsquelle 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei sind exemplarisch drei LED-Ketten K1, K2 und K3 in Serie geschaltet. Die LED-Ketten K1, K2 und K3 weisen dabei jeweils eine unterschiedliche Anzahl an LEDs 11 auf, in diesem Beispiel weist die erste LED-Kette K1 vier LEDs 11, die zweite LED-Kette K2 zwei LEDs 11 und die dritte LED-Kette K3 eine LED 11 auf. Insbesondere ist es bevorzugt, dass eine LED-Kette K1, K2 und K3 2^xn LEDs 11 aufweist, wobei n die Anzahl der LEDs 11 der LED-Kette K3 mit der kleinsten Anzahl an LEDs 11 ist und x eine natürliche Zahl, also insbesondere so, dass sich die Anzahl an LEDs 11 von jeweils zwei LED-Ketten K1, K2 und K3 um den Faktor 2 unterscheidet. Parallel zu jeder LED-Kette K1, K2 und K3 ist ein Schalter SW1, SW2 und SW3 angeordnet, mittels welchem die entsprechende LED-Kette K1, K2 und K3 mit der Versorgungsquelle 12 koppelbar und von der Versorgungsquelle 12 entkoppelbar ist. Insbesondere wird durch das Schließen eines Schalters SW1, SW2 oder SW3 das Überbrücken der dazu parallel angeordneten LED-Kette K1, K2 oder K3 bewirkt. Die Versorgungsquelle 12 kann beispielsweise eine sinusförmige Wechselspannungsquelle sein, der eine Gleichrichterschaltung 13 nachgeschaltet ist.
Die dargestellte Schaltungsanordnung 10 zeigt dabei die Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung, mittels welcher die einzelnen LED-Ketten K1, K2 und K3 in Abhängigkeit von der Spannungshöhe des Netzsinus zu- und weggeschaltet werden können. Eine derartige Schaltungsanordnung 10 ist als Schaltung zur Ansteuerung von Halbleiterleuchtelementen in den Anmeldungen der selben Anmelderin mit den amtlichen Aktenzeichen DE 10 2012 207 456.2 , DE 10 2012 207 457.0 und DE 10 2012 207 454.6 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit vollumfänglich aufgenommen wird. Insbesondere können als Schaltungsanordnung 10 der LED-Anordnung 20 (vgl. z. B. 8) Schaltungen gemäß den 1 bis 7 der Anmeldung mit dem Zeichen DE 10 2012 207 456.2 vorgesehen sein.
Eine Schaltungsanordnung 10, mittels welche die einzelnen LED-Ketten K1, K2 und K3 in Abhängigkeit von der Spannungshöhe des Netzsinus zu- und weggeschaltet werden können, ermöglicht ein sehr energieeffizientes Betreiben von LEDs 11, da der Großteil der von der Versorgungsquelle 12 bereitgestellten Spannung im Hinblick auf eine Periodendauer einer Schwingungsperiode des Netzsinus genutzt werden kann. Des Weiteren kann noch ein Stromregler 14 vorgesehen sein kann, der beispielsweise in Serie zu den LED-Ketten K1, K2 und K3 geschaltet ist und im einfachsten Fall auch als Linearregler ausgebildet sein kann. Weiterhin können noch Kondensatoren (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welche parallel zu den LED-Ketten K1, K2 und K3 geschaltet sein können.
Die 2a bis 2d zeigen die zeitlichen Stromverläufe I1, I2, I3, und I4 jeweils einer von vier miteinander verschalteten, insbesondere in Reihe geschalteten, LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 (vgl. 4a und 5a) einer LED-Anordnung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Darstellungen sollen insbesondere die Kopplung und Entkopplung von der Versorgungsquelle 12 der einzelnen LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 exemplarisch illustrieren. Im Folgenden soll die erste LED-Kette K1 die meisten LEDs 11 aufweisen, die zweite LED-Kette K2 weniger als die erste, die dritte LED-Kette K3 weniger als die zweite und die vierte LED-Kette K4 weniger als die dritte. Bevorzugt können sich die Anzahlen der LEDs 11 jeweils zweier LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 um einen Faktor im Bereich 1,5 bis 2,5, bevorzugt um einen Faktor 2, unterscheiden. Weiterhin entspricht die in den 2a bis 2d auf der x-Achse aufgetragene Zeitspanne von 0 bis 10 ms einer halben Periodendauer einer sinusförmigen Wechselspannung, welche von einer Versorgungsquelle 12 bereitgestellt wird. 2a zeigt den zeitlichen Stromverlauf I1 der ersten LED-Kette K1. Wenn der Spannungswert des Netzsinus einen bestimmten Grenzwert erreicht, welcher für das Betreiben der in Reihe geschalteten LEDs 11 der ersten LED-Kette K1 ausreichend ist, wird die erste LED-Kette K1 mit der Versorgungsquelle 12, beispielsweise durch Öffnen eines Schalters SW1, welcher parallel zur ersten LED-Kette K1 geschaltet ist, gekoppelt. Sobald der Spannungswert wiederum den bestimmten Grenzwert unterschreitet wird die erste LED-Kette K1 von der Versorgungsquelle 12, beispielsweise durch Schließen des Schalters SW1 und Überbrücken der ersten LED-Kette K1, wieder entkoppelt.
2b zeigt den zeitlichen Stromverlauf I2 der zweiten LED-Kette K2. Da die zweite LED-Kette K2 weniger LEDs 11 aufweist als die erste LED-Kette K1 ist bereits eine kleinere Spannung für das Betreiben der LEDs 11 der zweiten LED-Kette K2 ausreichend. Somit kann diese bereits früher, in Bezug auf den Nulldurchgang des Netzsinus, bei einem kleineren Spannungsgrenzwert mit der Versorgungsquelle 12 gekoppelt werden. Wenn der Spannungswert des gleichgerichteten Netzsinus dann den Grenzwert der ersten LED-Kette K1 erreicht, wird diese mit der Versorgungsquelle 12 gekoppelt. Gleichzeitig wird die zweite LED-Kette K2 von der Versorgungsquelle 12 entkoppelt und erst bei einem weiteren Grenzwert, der bei ca. 2,5 ms erreicht wird, wieder mit der Versorgungsquelle 12 gekoppelt. Dieser weitere Grenzwert ist dabei so bemessen, dass die bei diesem Grenzwert bereitgestellte Spannung ausreichend ist für das gleichzeitige Betreiben der LEDs 11 der ersten und der zweiten LED-Kette K1 und K2. Wird bei ca. 7,3 ms dieser weitere Grenzwert wieder unterschritten, so wird zunächst die zweite LED-Kette K2 wieder von der Versorgungsquelle 12 entkoppelt. Wird dann bei ca. 8,3 ms auch der Grenzwert für die erste LED-Kette K1 unterschritten, so wird die erste LED-Kette K1 von der Versorgungsquelle 12 entkoppelt. Da jedoch diese Spannung bei ca. 8,3 ms ausreichend ist für das Betreiben der Anzahl an LEDs 11 der zweiten LED-Kette K2, wird diese zu diesem Zeitpunkt wieder mit der Versorgungsquelle 12 gekoppelt und erst bei unterschreiten des Grenzwerts für die zweite LED-Kette K2 bei ca. 9,2 ms wird diese wieder von der Versorgungsquelle 12 entkoppelt. Dieses Prinzip zum Koppeln und Entkoppeln der einzelnen LED-Ketten K1 und K2 kann nun mit einer dritten und vierten LED-Kette K3 und K4 in analoger Weise fortgesetzt werden.
2c zeigt den zeitlichen Stromverlauf I3 der dritten LED-Kette K3. Diese kann wiederum zu einem früheren Zeitpunkt als die zweite LED-Kette K2, also bei einem noch kleineren Spannungsgrenzwert mit der Versorgungsquelle 12 gekoppelt werden. Ist die Spannung dann bei ca. 0,8 ms ausreichend zum Betreiben der zweiten LED-Kette K2, wird die dritte LED-Kette K3 wieder von der Versorgungsquelle 12 entkoppelt. Reicht dann bei ca. 1,2 ms die Spannung zum gleichzeitigen Betrieben der zweiten und dritten LED-Kette K2 und K3, wird die dritte LED-Kette K3 wieder mit der Versorgungsquelle 12 gekoppelt, usw..
2d zeigt in analoger Weise den zeitlichen Stromverlauf I4 der vierten LED-Kette K4. Darüber hinaus können auch noch weitere, also mehr als vier LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 vorgesehen werden. Durch dieses sukzessive Koppeln und Entkoppeln der einzelnen LED-Ketten K1, K2, K3 und K4, angepasst auf die Spannungshöhe der Versorgungsquelle 12, können die LEDs 11 besonderes energieeffizient betrieben werden, da die von der Versorgungsquelle 12 bereitgestellte Spannung für den Großteil ihrer Periodendauer genutzt werden kann.
3 zeigt ein weiteres Beispiel eine graphische Darstellung von zeitlichen Stromverläufen I1, I2, I3 und I4 durch vier LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 einer LED-Anordnung 20, welche in Abhängigkeit von der Spannungshöhe des Netzsinus zu- und weggeschaltet werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Stromverläufe I1, I2, I3 und I4 zeigen dabei einen geglätteten Verlauf, der durch Kondensatoren bedingt ist, welche beispielsweise parallel zu den einzelnen LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 geschaltet werden können.
Die LED-Anordnung 20 kann hierbei eine Schaltungsanordnung 10 zum Koppeln und Entkoppeln der vier LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 mit einer Versorgungsquelle 12 umfassen. Die vier LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 weisen in diesem Beispiel wiederum jeweils eine unterschiedliche Anzahl an LEDs 11 auf. Insbesondere umfasst die erste LED-Kette K1 48 LEDs 11, die zweite LED-Kette K2 24 LEDs 11, die dritte LED-Kette K3 12 LEDs 11 und die vierte LED-Kette K4 6 LEDs 11. Auch hierbei werden die einzelnen LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 in Abhängigkeit der Spannungshöhe der gleichgerichteten Sinuseingangsspannung zu- und weggeschaltet, wie in den vorhergehenden Beispielen erläutert. Bedingt durch die unterschiedlichen Kopplungszeitpunkte und insbesondere auch durch die unterschiedlichen Kopplungsdauern sowie durch die unterschiedlichen Kapazitäten der parallel zu den einzelnen LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 geschalteten Kondensatoren, weisen die einzelnen LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 jeweils unterschiedlichen mittlere Stromstärken Ī1, Ī2, Ī3 und Ī4 auf. Insbesondere weist die erste LED-Kette K1 eine mittlere Stromstärke Ī1 von 84 mA, die zweite LED-Kette K2 eine mittlere Stromstärke Ī2 von 81 mA, die dritte LED-Kette K3 eine mittlere Stromstärke Ī3 von 73 mA und die vierte LED-Kette K4 eine mittlere Stromstärke Ī4 von 67 mA auf. Diese Werte sind hierbei ebenfalls nur als Beispiele zu verstehen und können natürlich je nach Art der verwendeten LEDs 11, Anzahl der LEDs 11 einer jeweiligen LED-Kette, Anzahl der LED-Ketten und Ausgestaltung der der Schaltungsanordnung 10 zum Koppeln mit der Versorgungsquelle 12, sowie auch die von der Versorgungsquelle 12 bereitgestellten Spannung variieren.
Damit diese unterschiedlichen mittleren Stromstärken Ī1, Ī2, Ī3 und Ī4 sich nicht negativ auf das Erscheinungsbild der LED-Anordnung 20 auswirken, ist erfindungemäß vorgesehen, bei der Anordnung der LEDs 11 auf einer oder mehrerer Anordnungsflächen 26a und/oder 26b (vgl. 8) diese Unterschiede zu berücksichtigen. Diese Anordnung erfolgt dabei nach einem vorbestimmten Kriterium, welches beispielsweise eine Mischung der LEDs 11 der einzelnen LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 betreffen kann und/oder auch eine Separation der LEDs 11 der einzelnen LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 in Abhängigkeit ihrer mittleren Stromstärken Ī1, Ī2, Ī3 und Ī4. Durch eine Mischung der LEDs 11 kann eine sehr hohe Homogenität der Leuchtdichte über die gesamte LED-Anordnung 20 erreicht werden, während durch die Separation der LEDs 11 eine homogene Leuchtdichte in jeweiligen Anordnungsbereichen bereitgestellt wird, wobei sich die Leuchtdichten in den einzelnen Bereichen voneinander unterscheiden und so durch geeignete Anordnung dieser Bereich zueinander bzw. durch eine geeignete geometrische Ausgestaltung der Anordnungsflächen 26a und 26b diese Unterschiede gezielt zur Erzeugung einer gewünschten Beleuchtungsstärkeverteilung genutzt werden können.
Die Mischung der LEDs 11 der einzelnen LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 wird nun im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften Anordnungsmöglichkeiten im Falle einer linearen LED-Anordnung 20 näher erläutert. In 3 ist zusätzlich zu den Stromverläufen Ī1, Ī2, Ī3 und Ī4 der einzelnen LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 noch die mittlere Stromstärke I_M aller LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 dargestellt, also I_M = (48·I1 + 24·I2 + 12·I3 + 6·I4):(48 + 24 + 12 + 6) mit einem Mittelwert von Ī_M = 80,6 mA. Um nun bei einer linearen Anordnung des LEDs 11 eine homogene Leuchtdichte über die komplette Länge der LED-Anordnung 20 zu erhalten, ist es notwendig die LEDs 11 entsprechend sinnvoll zu verteilen. Dies ist dann der Fall, wenn in einzelnen Längenabschnitten der linearen Anordnung die Abweichungen der mittleren Leuchtdichten in diesen Abschnitten von der mittleren Leuchtdichte der gesamten Anordnung minimal sind oder zumindest möglichst klein. Um eine bestmögliche Homogenität zu erreichen können die LEDs 11 beispielsweise nach einem Schema wie in 4a und 4b dargestellt angeordnet sein.
4a zeigt eine tabellarische Darstellung einer ersten Anordnungsmöglichkeit einer linearen LED-Anordnung 20 mit vier LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 zur Erzeugung einer homogenen Leuchtdichte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die erste Spalte der Tabelle gibt dabei den Positionsindex x einer LED 11 der linearen Anordnung an, d. h. an wievielter Stelle eine LED 11 in der linearen Anordnung angeordnet ist. Die zweite Spalte bezeichnet die LED-Kettennummer n der vier LED-Ketten K1 bis K4, also n = 1, ..., 4. die dritte Spalte gibt die mittlere Stromstärke Īn der LED-Kette Kn mit der Kettennummer n an. Die LEDs 11 sind also entsprechen der Tabelle wie folgt angeordnet: An erster Stelle ist eine LED 11 der ersten LED-Kette K1 angeordnet, an zweiter Stelle eine LED 11 der dritten LED-Kette K3, an dritter Stelle eine LED 11 der ersten LED-Kette K1, an vierter Stelle eine LED 11 der zweiten LED-Kette K2, usw. Die vierte Spalte gibt weiterhin den Mittelwert der Stromstärke M5 über 5 nebeneinander angeordnete LEDs 11 an. D. h. beispielsweise an der Stelle x = 6 ergibt sich dieser Wert aus der Summe der mittleren Stromstärken in an den Stellen 4, 5, 6, 7 und 8, dividiert durch 5. Die fünfte und sechste Spalte geben jeweils die Mittelwerte der Stromstärken M7 und M9 über 7 bzw. 9 benachbarte LEDs 11 an. Unter der Annahme, dass die Stromstärke In durch eine LED 11, und insbesondere auch die mittlere Stromstärke Īn, in etwa proportional zum Lichtstrom der LED 11 ist, ist aus der Tabelle ersichtlich, dass diese LED-Anordnung 20 eine hohe Homogenität der Leuchtdichte über die gesamte Anordnung zeigt, da die Mittelwerte der Stromstärken M5, M7 bzw. M9 über 5, 7 bzw. 9 LEDs 11 für alle betrachteten Bereiche nur geringfügig vom Mittelwert der mittleren Stromstärke Ī_M = 80,6 mA aller LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 abweicht. Der Positionsindex x ist in der Tabelle nur bis zur Position 15 dargestellt, diese Anordnung setzt sich jedoch periodisch fort, d. h. Position 16 entspricht Position 1, Position 17 entspricht Position 2, usw.
Die Anordnung der insgesamt 90 LEDs 11 entsprechend dem in der Tabelle dargestellten Schema ist in 4b nochmal graphisch veranschaulicht. Die x-Achse entspricht dabei dem Positionsindex x und die y-Achse der Stromstärke. Dabei sind in die Graphik zum einen die mittleren Stromstärken Ī1, Ī2, Ī3 und Ī4 der jeweiligen LED-Kette K1, K2, K3 und K4, aus welcher eine LED 11 an der Position x angeordnet ist, aufgetragen. Zum Anderen sind an den Positionen x noch jeweils die Mittelwerte der Stromstärken M5, M7 und M9 über 5, 7, und 9 LEDs 11 aufgetragen. Es sind also die Spalten 3, 4, 5 und 6 der Tabelle aus 4a gegen die erste Spalte der Tabelle aus 4a aufgetragen. Auch aus dieser graphischen Auftragung ist gut ersichtlich, dass die Mittelwerte der Stromstärken M5, M7 bzw. M9 über 5, 7 bzw. 9 LEDs 11 für alle betrachteten Bereiche nur geringfügig vom Mittelwert der mittleren Stromstärke Ī_M = 80,6 mA aller LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 abweicht und somit eine LED-Anordnung 20 mit einer sehr hohen Homogenität der Leuchtdichte über die gesamte Anordnung hinweg bereitgestellt wird.
5a zeigt in Analogie zu 4a eine tabellarische Darstellung einer zweiten Anordnungsmöglichkeit einer linearen LED-Anordnung 20 mit vier LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 zur Erzeugung einer homogenen Leuchtdichte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist wiederum in der ersten Spalte der Tabelle der Positionsindex x einer jeweiligen LED 11 angegeben, in der zweiten Spalte die Kettennummer n der LED-Kette Kn, aus der die LED 11 stammt, in der dritten Spalte die mittlere Stromstärke Īn der jeweiligen LED-Kette Kn und in den Spalten 5 bis 7 jeweils die Mittelwerte der Stromstärken M5, M7 bzw. M9 über 5, 7 bzw. 9 benachbarte LEDs 11.
5b zeigt eine graphische Darstellung der in 5a tabellarisch dargestellten Werte der zweiten Anordnungsmöglichkeit, ebenfalls in Analogie zu 4b. Auch in diesem Beispiel ist sowohl aus der Tabelle in 5a als auch aus der graphischen Auftragung in 5b ersichtlich, dass durch diese Mischung der LEDs 11 bewirkt wird, dass die Mittelwerte der Stromstärken M5, M7 bzw. M9 über 5, 7 bzw. 9 LEDs 11 für alle betrachteten Bereiche nur geringfügig vom Mittelwert der mittleren Stromstärke Ī_M = 80,6 mA aller LED-Ketten K1, K2, K3 und K4 abweicht und somit auch durch diese Anordnungsmöglichkeit eine LED-Anordnung 20 mit einer sehr hohen Homogenität der Leuchtdichte über die gesamte Anordnung hinweg bereitgestellt wird.
Die Anordnungen gemäß den 4a, 4b, 5a und 5b sind dabei so ausgestaltet, dass sich die Gesamtzahl an Positionen x, in diesen Beispielen 90, in Teilbereiche untergliedern lässt, insbesondere in genau so viele Teilbereiche, wie die LED-Kette K4 mit der geringsten LED-Anzahl LEDs 11 aufweist, so dass in jedem dieser Teilbereiche eine LED 11 der LED-Kette K4 mit der geringsten Anzahl an LEDs 11 angeordnet ist. Des Weiteren sind die LEDs 11 der übrigen LED-Ketten K1, K2 und K3 ebenfalls zahlenmäßig gleichmäßig oder zumindest möglichst gleichmäßig, auf diese Teilbereiche aufgeteilt, so dass in jedem Teilbereich die gleiche Anzahl an LEDs 11 der ersten LED-Kette, der zweiten LED-Kette, der dritten LED-Kette, usw. angeordnet ist. Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft in Bezug auf eine möglichst hohe Homogenität der Leuchtdichte, wenn die LEDs 11 periodisch angeordnet sind, so dass ein Teilbereich ein Periodizitätsintervall darstellt.
6 zeigt in Analogie zu 3 eine graphische Darstellung von durch Kondensatoren geglätteten, zeitlichen Stromverläufen I1, I2 und I3, in diesem Ausführungsbeispiel jedoch nur durch drei LED-Ketten K1, K2 und K3 einer LED-Anordnung 20, welche ebenfalls in Abhängigkeit von der Spannungshöhe des Netzsinus zu- und weggeschaltet werden. Die LED-Anordnung 20 kann dabei beispielsweise insgesamt 84 LEDs 11 aufweisen, wobei die erste LED-Kette K1 48 LEDs 11 umfasst, die zweite LED-Kette K2 24 LEDs 11 und die dritte LED-Kette K3 12 LEDs 11. Die mittlere Stromstärke Ī1 des Stroms durch die erste LED-Kette K1 beträgt dabei 84 mA, die mittlere Stromstärke Ī2 durch die zweite LED-Kette K2 82 mA und die mittlere Stromstärke Ī3 durch die dritte LED-Kette K3 74 mA. Weiterhin ist auch hier noch die mittlere Stromstärke I_M aller LED-Ketten K1, K2 und K3 dargestellt, die einen Mittelwert von Ī_M = 82 mA aufweist. Eine geeignete Anordnungsmöglichkeit der LEDs 11 dieser drei LED-Ketten K1, K2 und K3, insbesondere als lineare Anordnung, durch welche sich eine besonders hohe Homogenität der Leuchtdichte der gesamten Anordnung erzielen lässt, ist in den 7a und 7b dargestellt.
7a zeig dabei eine tabellarische Darstellung dieser Anordnungsmöglichkeit, insbesondere in Analogie zu den Tabellen aus 4a und 5a und 7b die graphische Darstellung der in 7a tabellarisch dargestellten Werte dieser Anordnungsmöglichkeit. Auch aus diesen Darstellungen ist ersichtlich, dass durch diese Mischung der LEDs 11 bewirkt wird, dass die Mittelwerte der Stromstärken M5, M7 bzw. M9 über 5, 7 bzw. 9 LEDs 11 für alle betrachteten Bereiche nur geringfügig vom Mittelwert der mittleren Stromstärke Ī_M = 82 mA aller LED-Ketten K1, K2 und K3 abweicht und somit auch durch diese Anordnungsmöglichkeit eine LED-Anordnung 20 mit einer sehr hohen Homogenität der Leuchtdichte über die gesamte Anordnung hinweg bereitgestellt wird.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer LED-Anordnung 20 mit linear auf einem ebenen Grundkörper 22 angeordneten LEDs 11 zweier LED-Ketten K1 und K2. Die beiden Anordnungsflächen 26a und 26b, auf welchen die LEDs 11 angeordnet sind, sind dabei ebenfalls als ebene Flächen ausgebildet und an den beiden sich gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 22 angeordnet, so dass die Hauptabstrahlrichtung der LEDs 11 der ersten LED-Kette K1 zur der der LEDs 11 der zweiten LED-Kette K2 entgegengesetzt ist. Weiterhin können die Anordnungsflächen durch Oberflächen von LED-Platinen gebildet sein, auf welchen die LEDs 11 angeordnet sind.
Die LED-Anordnung 20 kann dabei eine Schaltungsanordnung 10 umfassen, mittels welcher die erste und die zweite LED-Kette K1 und K2 mit einer Versorgungsquelle 12, insbesondere mit einer sinusförmigen Wechselspannungsquelle, koppelbar sind. Darüber hinaus ist die Schaltungsanordnung 10 derart ausgestaltet, dass die erste LED-Kette K1 und die zweite LED-Kette K2 zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit der Versorgungsquelle 12 koppelbar sind, um die LEDs 11 möglichst effektiv betreiben zu können. Insbesondere kann die Schaltungsanordnung 10 hier ebenfalls dazu ausgebildet sein, auch mehrere LED-Ketten miteinander zu verschalten und diese jeweils in Abhängigkeit einer Spannungshöhe vom Netzsinus zu- und wegzuschalten. Des Weiteren können die LED-Ketten K1 und K2 eine unterschiedliche Anzahl an LEDs 11 aufweisen. Bedingt durch die unterschiedlichen Kopplungsdauern und Zeitpunkte der jeweiligen LED-Kette K1 und K2, weisen die LED-Ketten K1 und K2 unterschiedliche mittlere Stromstärken Ī1 und Ī2 auf und dementsprechend auch unterschiedliche Leuchtdichten. Dieser Effekt kann nun ganz gezielt ausgenutzt werden, um beispielsweise eine gewünschte Beleuchtungsverteilung zu bewirken. In diesem Beispiel kann die LED-Anordnung 20 so im einem Raum angeordnet werden, dass die LEDs 11 der LED-Kette K2 mit der geringeren mittleren Stromstärke Ī2 in ihrer Hauptabstrahlrichtung einer Decke 27 des Raums zugewandt sind und die LEDs 11 der LED-Kette K1 mit der größere mittleren Stromstärke Ī1 in ihrer Hauptabstrahlrichtung einer Nutzebene 28 zugewandt sind. So kann die LED-Kette K1 mit der größeren Leistung zur direkten Beleuchtung der Nutzebene 28 verwendet werden und die LED-Kette K2 mit der geringeren Leistung zur Erzeugung einer indirekten Beleuchtung. Durch die Sortierung bzw. Separation von LED-Ketten K1 und K2 nach Auslastung und Lumen Output und einer entsprechenden Anordnung auf dem Grundkörper 22 kann der schaltungsbedingte Effekt der unterschiedlichen Stromstärken Ī1 und Ī2 der einzelnen LED-Ketten K1 und K2 auf sehr vorteilhafte Weise genutzt werden. Insbesondere kann die Inhomogenität der Leuchtdichten einzelner Bereiche der LED-Anordnung 20, wie hier z. B. der beiden Anordnungsflächen 26a und 26b, für unterschiedliche Beleuchtungszwecke genutzt werden, wie z. B. für direkte und indirekte Beleuchtung. Dabei können auch mehr als die zwei LED-Ketten K1 und K2 vorgesehen sein, welche im Betrieb jeweils unterschiedliche mittlere Stromstärken aufweisen. Die Anordnungsflächen 26a und 26b, auf welchen die LEDs 11 dieser LED-Ketten K1 und K2 angeordnet sind, können dabei so ausgestaltet sein, dass die LEDs 11 einer jeweiligen LED-Kette K1 und K2 in einen jeweiligen Raumwinkelbereich abstrahlen, so dass beispielsweise unterschiedliche Raumwinkelbereiche jeweils unterschiedlich stark ausgeleuchtet werden können.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer als LED-Lampe ausgebildeten LED-Anordnung 20 mit zwei LED-Ketten K1 und K2, wobei die erste LED-Kette K1 auf einer Anordnungsfläche 26a an einer Grundfläche eines kegelförmig ausgebildeten Grundkörpers 22 angeordnet ist und die zweite LED-Kette K2 auf einer Anordnungsfläche 26b an der Mantelfläche des Grundkörpers 22 angeordnet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die LED-Lampe kann dabei weiterhin eine Heat-Pipe 29 umfassen, welche am Grundkörper 22 angebunden ist und diesen über einen Kühlkörper 30 mit einer Lampenfassung 31 verbindet. Im Bereich der Lampenfassung 31 und des Grundkörpers 22 kann eine Elektronik 32 angeordnet sein, welche insbesondere eine Schaltungsanordnung 10 umfasst, mittels welcher die LED-Ketten K1 und K2 mit einer Versorgungsquelle 12 koppelbar und entkoppelbar sind. Auch in diesem Beispiel ist die Schaltungsanordnung 10 derart ausgestaltet, dass eine Kopplung und Entkopplung der einzelnen LED-Ketten K1 und K2 in Abhängigkeit einer Spannungshöhe der Versorgungsquelle 12 erfolgen kann, so dass die einzelnen LED-Ketten K1 und K2 insbesondere unterschiedliche Kopplungsdauern, Kopplungszeitpunkte und unterschiedliche mittlere Stromstärken Ī1 und Ī2 während des Betriebs aufweisen. Die daraus resultierenden unterschiedlichen Leuchtdichten der einzelnen LED-Ketten K1 und K2 können auch bei dieser LED-Anordnung 20 besonders vorteilhaft genutzt werden. Beispielsweise kann die LED-Kette K1 mit der größeren mittleren Stromstärke Ī1 auf der Anordnungsfläche 26a, welche an der Grundseite des kegelförmigen Grundkörpers 22 angeordnet ist, angeordnet sein. Die LED-Kette K2 mit der kleineren mittleren Stromstärke Ī2 kann entsprechend auf der Anordnungsfläche 26b, welche sich auf der Mantelseite des Grundkörpers 22 befindet, angeordnet sein. So kann auch hier die geometrische Anordnung der einzelnen LED-Ketten K1 und K2 in Abhängigkeit der jeweiligen mittleren Stromstärke Ī1 und Ī2 zur direkten bzw. indirekten Beleuchtung genutzt werden. Ein weiterer Vorteil der LED-Anordnungen 20 aus 8 und 9 ist darüber hinaus, dass so eine direkte und indirekte Beleuchtung bereitgestellt werden kann, die die Erfordernisse für eine optimale Beleuchtung, wie beispielsweise einen Arbeitsplatzbeleuchtung in Bezug auf die Infeld- und Umfeldleuchtdichte L_i und L_u erfüllt. Eine schematische Darstellung der Relationen von Infeld- und Umfeldleuchtdichten L_i und L_u für eine Bereitstellung möglichst guter Lichtverhältnisse ist dabei in 10 dargestellt. Das Infeld stellt dabei den zentralen Bereich des Gesichtsfeldes dar und das Umfeld den peripheren Bereich des Gesichtsfeldes. Die Leuchtdichten des Infelds L_i, des Umfelds L_u und insbesondere auch deren Verhältnis zueinander haben dabei Auswirkungen auf die Qualität der Wahrnehmung von Objekten. Optimale Lichtverhältnisse sind dann geschaffen, wenn das Verhältnis von Umfeldleuchtdichte L_u zu Infeldleuchtdichte L_i in etwa 1:3 beträgt. Auch Verhältnisse von 1:2 oder 2:3 stellen noch ein gutes Leuchtdichtenverhältnis dar. Insbesondere sollte dieses Verhältnis im Bereich zwischen 1:1 und 1:10 liegen. Größere und kleinere Verhältnisse stellen dagegen sehr ungünstige Lichtverhältnisse dar. Durch die in den 8 und 9 dargestellten Anordnungen kann eine direkte und indirekte Beleuchtung bereitgestellt werden kann, die diesen Erfordernisse der Verhältnisse von Umfeld- und Infeldleuchtdichte L_u und L_i nachkommt und so für optimale Lichtverhältnisse sorgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012207456 [0038]
DE 102012207457 [0038]
DE 102012207454 [0038]

Claims

LED-Anordnung (20) mit – mindestens einer ersten LED-Kette (K1), welche eine erste Mehrzahl an in Reihe geschalteten LEDs (11) aufweist, – mindestens einer zweiten LED-Kette (K2), welche eine zweite Mehrzahl an in Reihe geschalteten LEDs (11) aufweist, – einer Schaltungsanordnung (10) zum Koppeln der ersten und der zweiten LED-Kette (K1; K2) mit einer Versorgungsquelle (12), welche eine zeitlich variierende Spannung bereitstellt, – wobei die LEDs (11) zumindest zum Teil auf mindestens einer ersten Anordnungsfläche (26a) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schaltungsanordnung (10) derart ausgestaltet ist, dass die erste LED-Kette (K1) und zweite LED-Kette (K2) jeweils mit der Versorgungsquelle (12) koppelbar und von der Versorgungsquelle (12) entkoppelbar sind, wobei die erste LED-Kette (K1) zu ersten Zeitpunkten mit der Versorgungsquelle (12) koppelbar ist und die zweite LED-Kette (K2) zu zweiten Zeitpunkten mit der Versorgungsquelle (12) koppelbar ist, wobei die ersten Zeitpunkte verschieden sind von den zweiten Zeitpunkten, – wobei die Schaltungsanordnung (10) derart ausgestaltet ist, dass im Falle einer Kopplung der LED-Anordnung (20) mit der Versorgungsquelle (12), die erste LED-Kette (K1) von einem Strom mit einer ersten mittleren Stromstärke (Ī1) durchflossen wird und die zweite LED-Kette (K2) von einem Strom mit einer zweiten mittleren Stromstärke (Ī2) durchflossen wird, welche zumindest bedingt durch die Verschiedenheit der ersten von den zweiten Zeitpunkten von der ersten mittleren Stromstärke (Ī1) verschieden ist, – wobei die LEDs (11) der mindestens einen ersten und zweiten LED-Kette (K2) in Abhängigkeit ihrer mittleren Stromstärken (Ī1; Ī2) nach einem vorgegebenen Kriterium angeordnet sind.
LED-Anordnung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Kriterium bei der Anordnung der LEDs (11) auf der mindestens einen ersten Anordnungsfläche eine Mischung der LEDs (11) der mindestens einen ersten und zweiten LED-Kette (K1; K2) betrifft.
LED-Anordnung (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die Mischung derart ausgestaltet ist, dass mindestens zwei der LEDs (11) der mindestens einen ersten LED-Kette (K1) jeweils neben mindestens einer LED 11 der LEDs (11) der mindestens einen zweiten LED-Kette (K2) angeordnet sind.
LED-Anordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs (11) linear angeordnet sind, so dass jede LED (11) jeweils höchstens zwei benachbarte LEDs (11) hat.
LED-Anordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs (11) in einem jeweiligen Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die Abstände so bemessen sind, dass die Abstände von LEDs (11) mit größerer mittlerer Stromstärke (Ī1; Ī2; Ī3; Ī4) zu benachbarten LEDs (11) im Mittel größer sind als die mittleren Abstände von den LEDs (11) mit kleineren mittleren Stromstärken (Ī1; Ī2; Ī3; Ī4) zu benachbarten LEDs (11).
LED-Anordnung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Kriterium eine Separation der LEDs (11) der mindestens einen ersten und zweiten LED-Kette (K1; K2) betrifft.
LED-Anordnung (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Anordnung 20 mindestens eine zweite Anordnungsfläche (26b) aufweist, wobei die mindestens eine erste und zweite Anordnungsfläche (26a; 26b) auf mindestens einem Grundkörper 22 angeordnet sind, wobei die Normalenvektoren der mindestens einen ersten Anordnungsfläche (26a) in ihrer Richtung verschieden sind von den Normalenvektoren der mindestens einen zweiten Anordnungsfläche (26b), wobei eine Orientierung der Normalenvektoren vom mindestens einen Grundkörper (22) wegzeigt, und wobei die Separation derart ausgestaltet ist, dass die LEDs (11) der mindestens einen ersten LED-Kette (K1) auf der mindestens einen ersten Anordnungsfläche (26a) angeordnet sind und die LEDs (11) der mindestens einen zweiten LED-Kette (K2) auf der mindestens einen zweiten Anordnungsfläche (26b) angeordnet sind.
LED-Anordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mehrzahl an LEDs (11) in ihrer Anzahl verschieden ist von der zweiten Mehrzahl an LEDs (11).
LED-Anordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Anordnungsfläche (26a; 26b) derart zueinander angeordnet sind, dass von den auf der ersten Anordnungsfläche (26a) angeordneten LEDs (11) abstrahlbares Licht zum Großteil in einen ersten Raumwinkelbereich abstrahlbar ist und von den auf der zweiten Anordnungsfläche (26b) angeordneten LEDs (11) abstrahlbares Licht zum Großteil in einen zweiten Raumwinkelbereich abstrahlbar ist, der vom ersten Raumwinkelbereich verschieden ist.
LED-Anordnung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Anordnungsfläche (26a; 26b) als ebene Flächen ausgebildet sind und gegenüberliegend auf zwei Seiten des mindestens einen Grundkörpers (22) angeordnet sind.
LED-Anordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Grundkörper (22) kegelförmig mit einer Grundseite und einer Mantelseite ausgebildet ist und die erste Anordnungsfläche (26a) an der Grundseite des Grundkörpers (22) und die zweite Anordnungsfläche (26b) an der Mantelseite des Grundkörpers (22) angeordnet ist.