EP2799768A1 - Leuchte mit optoelektronischer Einheit - Google Patents

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EP2799768A1
EP2799768A1 EP14166639.6A EP14166639A EP2799768A1 EP 2799768 A1 EP2799768 A1 EP 2799768A1 EP 14166639 A EP14166639 A EP 14166639A EP 2799768 A1 EP2799768 A1 EP 2799768A1
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EP
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unit
led
luminaire according
optoelectronic
power management
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EP14166639.6A
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English (en)
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EP2799768B1 (de
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Marcel Griessmann
Christian Hochfilzer
Thierry Dreyfus
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Regent Beleuchtungskoerper AG
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Regent Beleuchtungskoerper AG
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Publication date
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Publication of EP2799768A1 publication Critical patent/EP2799768A1/de
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/003—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array
    • F21V23/004—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array arranged on a substrate, e.g. a printed circuit board
    • F21V23/005—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array arranged on a substrate, e.g. a printed circuit board the substrate is supporting also the light source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/002—Refractors for light sources using microoptical elements for redirecting or diffusing light
    • F21V5/005—Refractors for light sources using microoptical elements for redirecting or diffusing light using microprisms
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    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/007—Array of lenses or refractors for a cluster of light sources, e.g. for arrangement of multiple light sources in one plane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2105/00—Planar light sources
    • F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2107/00—Light sources with three-dimensionally disposed light-generating elements
    • F21Y2107/90—Light sources with three-dimensionally disposed light-generating elements on two opposite sides of supports or substrates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to an optical system in the form of a lamp and an optoelectronic unit for the optical system, in particular for a lamp with LED bulbs according to the preamble of claims 1 and 14.
  • the invention relates to a lamp head for area lights with direct and / or indirect light portion.
  • LEDs light emitting diodes
  • LEDs are used in the construction of surface lights.
  • rectifiers, capacitors and resistors For the operation of the LEDs on a common mains voltage, it is known from the prior art to use rectifiers, capacitors and resistors to keep the voltage at the LEDs lower than the mains voltage used.
  • AC LEDs are known that work with a bridge rectifier.
  • LED-prints ECG units, mixing units, reflectors, control interfaces, DALI, DMX, various bus interfaces, touch-and-dim units (0-10V), etc.
  • ECG units have large dimensions. This high number of discrete modules leads to numerous and complex connection techniques that lead to expensive lighting concepts.
  • galvanically to the 230V network non-separate modules are present, which include a power management stage and control via switching techniques directly LED fields. In the state of the art, these modules have no control signals, no intelligence, no control units ( ⁇ P) and must be controlled via the 230V power supply, if possible. Dimming of the LEDs takes place via a phase control.
  • a lighting device with a control device for controlling and regulating a plurality of light-emitting diodes is known. All light emitting diodes are operated by a single control device. Several LEDs are housed in an LED module, each LED has a different color temperature in order to achieve a light with adjustable color temperature via a Licthmischung the LED outputs. The light emitting diodes are supplied by a driver with an operating current which is operated from the secondary side of a supply with low voltage. The control of the energy assigned to each LED module is based on a PWM principle. The driver is connected to the mains and is controlled by the control device, which is also connected to the mains via a voltage transformer.
  • the control device is also with other signal sources, such.
  • a DMX module or a DALI module connected. From the driver go a variety of connections to the individual LEDs of the LED module, whereby a complex connection concept is required. Furthermore, the LEDs can be provided only on one side of a lamp board.
  • a lighting device shown with several controllable LEDs.
  • At least one light module is provided, which comprises a circuit board with the plurality of LEDs, an optical system, a power source and a self-contained module electronics, which drives the LEDs.
  • the module electronics of individual lighting modules are connected via an interface with a controller, whereby the lighting modules are controlled.
  • the power is supplied in a conventional manner via a constant current, which supplies the individual power sources on the lighting modules. Also in this lighting device a complex and costly connection technology is required.
  • a luminaire according to the present invention has at least one lighting means, a connection to a power supply and an opto-electronic unit.
  • a light source a field of several light emitting diodes (LED field) is used.
  • a power supply an alternating current of 230V is preferably used, as it is provided in conventional power grids.
  • the optoelectronic unit forms a compact unit of a plurality of optoelectronic components, which are assembled and integrated into an optoelectronic assembly, for example on a common board.
  • the optoelectronic unit comprises at least one LED field with an associated power management unit (Power Management Unit) and a control unit.
  • the power management unit with the LED field is directly connected to the power supply, preferably the 230V mains.
  • Each power management unit thus has a power input operating the respective LED field.
  • the power management unit handles the conversion of the 230V AC into a DC power for the operation of the LED fields. It is essential that the conversion takes place with a high degree of efficiency. For this purpose, for. B. used stall conversion method. Linear control systems are hardly suitable.
  • the optoelectronic unit is used in the luminaire according to the present invention.
  • the optoelectronic unit can also be advantageously used in other optical systems.
  • the optoelectronic unit comprises a plurality of LED fields each having a power management unit.
  • each LED field comprises several light-emitting diodes.
  • 2 to 10 LED fields can be combined in one optoelectronic unit.
  • such an optoelectronic unit has 2 to 10 energy management units for the existing LED fields.
  • the optoelectronic unit integrates independent LED fields, which can be controlled independently of each other.
  • the control unit may be given by a ⁇ P unit.
  • the control unit interprets external control signals and controls the power management unit of an LED array according to the external control signals.
  • Several LED fields are controlled independently of each other via their respective power management unit. It is thus also a function of the power management unit to control the output power of the control signal coming from the control unit.
  • An AC / DC converter may be provided for the control unit to bring the control unit to a low energy level to be able to operate.
  • the energy management unit used is preferably an SMD-capable power management unit which dimmably operates an LED field directly from a 230V line.
  • the optoelectronic unit may comprise an EMC protection unit in order to enable a conducted interference suppression.
  • a luminaire according to the present invention the required connections between individual components for the operation of the luminaire are reduced since all relevant units are combined to form an optoelectronic unit as an assembly.
  • the LED panels can be connected directly to the 230V power supply and still be individually controlled.
  • terminals for the individual connections of the module elements can be integrated directly on the same module. This reduces the number of required electrical components.
  • exactly one optoelectronic unit with a plurality of LED panels and associated power management units is provided, the power management units being connected directly to the 230V mains and each connected to a common control unit.
  • the combination of LED panel and power management unit can be used as often as lighting directions are provided in the luminaire.
  • at least one LED field is provided for direct illumination and at least one LED field for indirect illumination. It can also be set up several LED fields for direct or indirect lighting in the lamp. By using several LED fields in one optoelectronic unit, the lighting design can be varied in a simple way.
  • At least one LED field each be provided on different sides of a circuit board.
  • at least one LED array is populated on each side of the circuit board so that the LED arrays are aligned in opposite directions. This leads to the situation that both directions to be illuminated are operated with the direct light beam of the LED.
  • Several LED fields of the optoelectronic unit, which are provided on one side of the printed circuit board, can be arranged and integrated in a matrix-like manner. Thus, an LED matrix is provided on each side of the circuit board. It is advantageous that the LED fields associated power management units on one side, ie the same page, a circuit board are provided. Thus, all power management units of the optoelectronic unit are provided on the same side of the printed circuit board.
  • the optoelectronic units are preferably arranged on the printed circuit board side provided for indirect lighting design.
  • the LED matrices are arranged offset by half a matrix step, preferably the LED matrices are provided offset in both directions. This achieves good heat dissipation from the printed circuit board.
  • a cooler may be provided for each power management unit to provide an additional heat dissipation measure.
  • the cooler can be directly thermally coupled and z. B. designed for a versatility of 2W about 8cm 2 large.
  • the radiator may be carried by the circuit board and secured thereto, preferably on the side of the indirect lighting.
  • the tracks are designed so that the heat is dissipated from the power management unit via thermal bonding. It is advantageous that the LEDs are cooled, for which own radiator are used
  • the optoelectronic unit may comprise a communication interface via which the control unit communicates with light control units. (eg units for dimming, for color temperature adjustment, etc.). Furthermore, the optoelectronic unit can integrate a memory which allows the setting parameters to be stored and, if required, to be sent to the communication interface.
  • the optoelectronic unit in the case of indirect light design, can be provided in conjunction with a lens plate in which each LED field is confronted by a lens structure.
  • a thermoformed lens plate is used.
  • An injection molded lens plate may also be used.
  • the optoelectronic unit is provided in a hollow chamber with a cover in the case of direct lighting design. It is z. B. uses a hollow chamber of about 30mm height. The chamber can be combined with a cover. The cover may be formed as a diffuser or prismatic plate, wherein in addition a light scattering film may be used.
  • a lens plate with lens structure and a hollow chamber with cover can be provided simultaneously.
  • Such a construction of the luminaire is advantageous for area lights, to allow an optimal and versatile lighting design and at the same time a space-saving light
  • FIG. 1 a schematic of an opto-electronic unit for a luminaire according to the present invention is shown.
  • the optoelectronic unit has two LED fields 1 and 1 ', each with an associated power management unit 2 and 2'.
  • the power management unit forms a power management unit for the LED field.
  • the combination of LED field and power management unit is integrated twice in the optoelectronic unit in the illustrated example. However, several of these combinations can be used.
  • the energy management units 2 and 2 ' are connected directly to a 230V power supply 3. Both energy management units 2 and 2 'are arranged in parallel and independently of each other.
  • Each LED field has its own, of separate power management unit.
  • an EMC unit 4 is provided, in particular for line-based protection measure, such as burst, surge or network disturbances.
  • a control unit 5 in the form of a ⁇ P unit is provided for controlling the energy management units 2 and 2 'and also controls the LED fields 1 and 1' via the power management units.
  • the control unit 5 is directly connected to each power management unit 2 and 2 '.
  • the control unit 5 is connected via an AC / DC converter 6 to the power supply 3 and is powered by the AC / DC converter 6 with low energy.
  • the control unit 5 is connected to at least one communication interface 7, 7 '.
  • the communication interface 7 serves to receive a protocol.
  • the communication interface 7 ' has a push & dim function. Other functions for lighting design can be integrated through further communication interfaces.
  • the communication interfaces 7, 7 ' are connected in parallel to the control unit 5 switched to the AC / DC converter 6.
  • a memory unit (not shown) can be integrated in the optoelectronic unit.
  • FIG. 2 is given a schematic representation of a section of an inventive lamp with direct and indirect lighting design.
  • a circuit board 8 On a circuit board 8, a plurality of LEDs 10 for indirect illumination and on a lower side a plurality of LEDs 10 'for direct illumination spaced from each other are arranged on an upper side.
  • the LEDs 10, 10 ' together form an LED field.
  • LED fields can also be provided in each case.
  • the direct lighting part is usually designed so that the visible light exit surface of the luminaire has a homogeneous light field.
  • a hollow chamber 9 is provided, in which the LEDs 10 'are arranged and which is provided with a cover 11.
  • the cover consists of a combination of a light scattering film 11 with a microprismatic cover 12.
  • the distance between the cover 11 and circuit board 8 is about 30mm.
  • the provided for indirect lighting LEDs 10 are not directly visible and therefore it requires no glare.
  • the light beams of the LEDs are directed as needed by means of a lens plate 13 carrying lens structures 14. This function is particularly suitable for floor lamps.
  • the lens plate 13 may be provided as a thermoformed lens plate.
  • the lens structure 14 has a lens array with respect to each indirectly directed LED.
  • the remaining integrated units of the optoelectronic unit, as in FIG. 1 shown are in FIG. 2 not given again for reasons of clarity.
  • the power management unit of the LEDs are all provided on the upper side, ie also those power management unit of the LEDs 10 'for direct lighting.
  • coolers for cooling energy management units and possibly also the LEDs can be provided.

Abstract

Eine Leuchte umfasst wenigstens ein Leuchtmittel, einen Anschluss an eine Stromversorgung (3) und eine optoelektronische Einheit. Die optoelektronische Einheit umfasst wenigstens ein LED-Feld (1, 1') mit einer zugeordneten Energieverwaltungseinheit (2, 2') und eine Steuereinheit (5). Die Energieverwaltungseinheit (2, 2') mit dem LED-Feld (1, 1') ist direkt an die Stromversorgung (3) angeschlossen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System in Form einer Leuchte und eine optoelektronische Einheit für das optische System, insbesondere für eine Leuchte mit LED Leuchtmitteln nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 14. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Leuchtenkopf für Flächenleuchten mit direktem und / oder indirektem Lichtanteil.
  • Es sind diverse Bauarten von Leuchten mit der Verwendung von Leuchtdioden (LEDs) bekannt. Insbesondere werden LEDs beim Bau von Flächenleuchten eingesetzt. Für den Betrieb der LEDs an einer üblichen Netzspannung ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Gleichrichter, Kondensatoren und Widerstände zu verwenden, um die Spannung an den LEDs niedriger zu halten als die verwendete Netzspannung. Weiter sind Wechselstrom-LEDs bekannt, die mit einem Brückengleichrichter arbeiten.
  • Für den Betrieb bekannter Leuchten mit LEDs sind diverse elektronische Einheiten erforderlich, wie z. B. LED-Prints, EVG-Einheiten, Mischeinheiten, Reflektoren, Steuerschnittstellen, DALI, DMX, diverse Bus Schnittstellen, Touch-and-Dim Einheiten (0-10V), etc. Diese Einheiten werden in der Regel als diskrete Baugruppen verwendet und über mechanische Integration und Verdrahungintegriert. Die einzelnen Baugruppen, wie z. B. EVG-Einheiten, weisen grosse Abmessungen auf. Diese hohe Anzahl an diskreten Baugruppen führt zu zahlreichen und aufwendigen Verbindungstechniken, die zu teuren Leuchtenkonzepten führen. Ausserdem sind in der Regel galvanisch zum 230V Netz nicht getrennte Baugruppen vorhanden, die eine Power Management Stufe beinhalten und über Schalttechniken direkt LED-Felder ansteuern. Diese Baugruppen verfügen im Stand der Technik über keinerlei Steuersignale, keine Intelligenz, keine Steuereinheiten (µP) und müssen über die 230V Speisung, wenn möglich angesteuert werden. Ein Dimmen der LEDs erfolgt dabei über einen Phasenanschnitt.
  • Zur Ableitung der beim Betrieb der Leuchte entstehenden Wärme müssen entsprechende Vorkehrungen getroffen werden. Es ist bekannt hierfür Alu-Print Elemente zu verwenden, die jedoch teuer in der Herstellung sind und nur auf einer Seite bestückt werden können, so dass auch die Integration der Baugruppen kostspielig ist.
  • Aus der DE 10 2011 018 808 A1 ist beispielsweise eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Kontrollvorrichtung zur Steuerung und Regelung einer Vielzahl von Leuchtdioden bekannt. Alle Leuchtdioden werden von einer einzigen Kontrollvorrichtung betrieben. Dabei sind mehrere Leuchtdioden in einem LED-Modul untergebracht, wobei jede Leuchtdiode eine unterschiedliche Farbtemperatur aufweist, um über eine Licthmischung der LED Ausgänge ein Licht mit einstellbarer Farbtemperatur zu erreichen. Die Leuchtdioden werden durch einen Treiber mit einem Betriebsstrom versorgt, der ab der sekundären Seite einer Speisung mit Niederspannung betrieben wird. Dabei basiert die Kontrolle der Energie, die jedem LED-Modul zugeordnet wird auf einem PWM-Prinzip. Der Treiber ist an das Stromnetz angeschlossen und wird von der Kontrollvorrichtung gesteuert, die über einen Spannungswandler ebenfalls an das Stromnetz angeschlossen ist. Die Kontrollvorrichtung ist zudem mit weiteren Signalquellen, wie z. B. einem DMX-Modul oder einem DALI-Modul, verbunden. Von dem Treiber gehen eine Vielzahl von Verbindungen zu den einzelnen Leuchtdioden des LED-Moduls, wodurch ein aufwendiges Verbindungskonzept erforderlich ist. Ferner können die Leuchtdioden nur auf einer Seite einer Leuchtenplatte vorgesehen werden.
  • Ferner wird in der DE 10 2007 044 567 A1 eine Beleuchtungseinrichtung mit mehreren steuerbaren Leuchtdioden gezeigt. Es ist mindestens ein Leuchtmodul vorgesehen, das eine Platine mit den mehreren LEDs, eine Optik, eine Stromquelle und eine autarke Modulelektronik, welche die LEDs ansteuert, umfasst. Die Modulelektroniken einzelner Leuchtmodule sind über eine Schnittstelle mit einem Kontroller verbunden, wodurch die Leuchtmodule angesteuert werden. Die Stromversorgung erfolgt in herkömmlicher Weise über einen Konstantstrom, der die einzelnen Stromquellen auf den Leuchtmodulen versorgt. Auch bei dieser Beleuchtungseinrichtung ist eine aufwendige und kostentreibende Verbindungstechnik erforderlich.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Leuchte und eine optoelektronische Einheit für ein optisches System, insbesondere für eine Leuchte zu schaffen, mit denen die Herstellung vereinfacht, die Steuerung von LEDs verbessert und eine variable Lichtgestaltung, insbesondere für Flächenleuchten, ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird von der Erfindung durch eine Leuchte nach Anspruch 1 und eine optoelektronische Einheit nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Eine Leuchte nach der vorliegenden Erfindung weist wenigstens ein Leuchtmittel, einen Anschluss an eine Stromversorgung und eine optoelektronische Einheit auf. Als Leuchtmittel wird ein Feld von mehreren Leuchtdioden (LED-Feld) verwendet. Als Stromversorgung wird vorzugsweise ein Wechselstrom von 230V verwendet, wie er in herkömmlichen Stromnetzen zur Verfügung gestellt wird. Die optoelektronische Einheit bildet eine kompakte Einheit aus mehreren optoelektronischen Komponenten, die zu einer optoelektronischen Baugruppe zusammengesetzt und integriert sind, beispielsweise auf einer gemeinsamen Platine. Die optoelektronische Einheit umfasst wenigstens ein LED-Feld mit einer zugeordneten Energieverwaltungseinheit (Power Management Einheit) und eine Steuereinheit. Die Energieverwaltungseinheit mit dem LED-Feld ist direkt an die Stromversorgung, vorzugsweise das 230V Netz, angeschlossen. Jede Energieverwaltungseinheit weist somit einen Leistungseingang auf, der das jeweilige LED-Feld betreibt. Dabei übernimmt die Energieverwaltungseinheit u. a. die Konversion der 230V AC in eine DC Leistung zum Betrieb der LED-Felder. Dabei ist es wesentlich, dass die Konversion mit einem hohen Wirkungsgrad erfolgt. Hierfür werden z. B. gestakte Konversionsverfahren verwendet. Lineare Regelungssysteme sind kaum geeignet.
  • Die optoelektronische Einheit wird in der Leuchte nach der vorliegenden Erfindung verwendet. Die optoelektronische Einheit kann aber auch bei anderen optischen System vorteilhaft eingesetzt werden.
  • Die optoelektronische Einheit umfasst mehrere LED-Felder mit jeweils einer Energieverwaltungseinheit. Wie erwähnt, umfasst dabei jedes LED-Feld mehrere Leuchtdioden. Beispiels weise können 2 bis 10 LED-Felder in einer optoelektronische Einheit zusammengefasst werden. Entsprechend weist eine solche optoelektronische Einheit 2 bis 10 Energieverwaltungseinheiten für die vorhandenen LED-Felder auf. Somit integriert die optoelektronische Einheit unabhängige LED-Felder, die unabhängig von einander angesteuert werden können.
  • Die Steuereinheit kann durch eine µP-Einheit gegeben sein. Die Steuereinheit interpretiert externe Steuersignale und steuert die Energieverwaltungseinheit eines LED-Feldes entsprechend der externen Steuersignale an. Dabei werden mehrere LED-Felder unabhängig von einander über ihre jeweilige Energieverwaltungseinheit gesteuert. Es somit auch eine Funktion der Energieverwaltungseinheit, die Ausgangsleistung des Steuersignals zu steuern, welches von der Steuereinheit kommt.Für die Steuereinheit kann ein AC/DC Wandler vorgesehen werden, um die Steuereinheit auf einem niedrigen Energieniveau betreiben zu können. Als Energieverwaltungseinheit wird vorzugsweise eine SMD-taugliche Power Management Einheit verwendet, die dimmbar ein LED-Feld direkt ab einer 230V Leitung betreibt. Weiter kann die optoelektronische Einheit eine EMC-Schutzeinheit umfassen, um eine leitungsgebundene Entstörung zu ermöglichen.
  • Bei einer Leuchte nach der vorliegenden Erfindung werden die erforderlichen Verbindungen zwischen einzelnen Bauelementen zum Betrieb der Leuchte reduziert, da alle relevanten Einheiten zu einer optoelektronische Einheit als Baugruppe zusammengefasst sind. Durch den Einsatz einer Energieverwaltungseinheit für jedes LED-Feld können die LED-Felder direkt an die 230V Stromversorgung angeschlossen werden und dennoch einzeln gesteuert werden. Ferner können Anschlussklemmen für die einzelnen Anschlüsse der Baugruppenelemente direkt auf derselben Baugruppe integriert werden. Dadurch reduziert sich die Zahl erforderlicher elektrischer Bauelemente.
  • In einer Ausführungsform einer Leuchte nach der vorliegenden Erfindung wird genau eine optoelektronische Einheit mit mehreren LED-Feldern und zugeordneten Energieverwaltungseinheiten vorgesehen, wobei die Energieverwaltungseinheiten direkt an das 230V Netz angeschlossen und jeweils an eine gemeinsame Steuereinheit angeschlossen sind. Die Kombination aus LED-Feld und Energieverwaltungseinheit kann so oft verwendet werden, wie Beleuchtungsrichtungen in der Leuchte vorgesehen sind. Vorzugsweise ist dabei wenigstens ein LED-Feld für eine direkte Beleuchtung und wenigstens ein LED-Feld für eine indirekte Beleuchtung vorgesehen. Es können auch mehrere LED-Felder für eine direkte oder indirekte Beleuchtung in der Leuchte einggerichtet sein. Durch den Einsatz mehrerer LED-Felder in einer optoelektronischen Einheit lässt sich die Lichtgestaltung in einfacher Weise variieren.
  • Nach einer Ausgestaltung der Leuchte kann wenigstens ein LED-Feld jeweils auf unterschiedlichen Seiten einer Leiterplatte vorgesehen sein. Im Falle einer direkt & indirekt Leuchte, wird wenigstens ein LED-Feld auf jeder Seite der Leiterplatte bestückt, so dass die LED-Felder in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sind. Dies führt zu der Situation, dass beide zu beleuchtenden Richtungen mit dem direkten Lichtstrahl der LED bedient werden. Mehrere LED-Felder der optoelektronischen Einheit, die auf einer Seite der Leiterplatte vorgesehen sind, können dabei matrix-förmig angeordnet und integriert werden. Somit ist auf jeder Seite der Leiterplatte eine LED-Matrix vorgesehen. Dabei ist es vorteilhaft, dass den LED-Feldern zugeordnete Energieverwaltungseinheiten auf einer Seite, d. h. der selben Seite, einer Leiterplatte vorgesehen sind. Somit sind alle Energieverwaltungseinheiten der optoelektronische Einheit auf der gleichen Seite der Leiterplatte vorgesehen. Vorzugsweise sind die optoelektronischen Einheiten auf der für eine indirekte Lichtgestaltung vorgesehenen Leiterplattenseite angeordnet.
  • Weiter ist es vorteilhaft, die Bestückungsdichte von LED-Feldern auf einer Leiterplatte der Wärmeableitung der Leiterplatte anzpassen. Für eine FR4 Platine wird z. B. eine Bestückungsdichte von ca. 0.125 W/cm2bevorzugt. Im Falle von zwei LED-Matrizen auf unterschiedlichen Seiten einer Leiterplatte, wie oben geschildert, werden die LED-Matrizen um einen halben Matrixschritt versetzt angeordnet, vorzugsweise werden die LED-Matrizen in beiden Planrichtungen versetzt vorgesehen. Dadurch wird eine gute Wärmeableitung von der Leiterplatte erreicht.
  • In der optoelektronischen Einheit kann für jede Energieverwaltungseinheit ein Kühler vorgesehen sein, um eine zusätzliche Wärmeableitungsmaßnahme bereit zu stellen. Der Kühler kann direkt thermisch angekoppelt werden und wird z. B. für eine Verslustleistung von 2W etwa 8cm2 groß ausgelegt. Der Kühler kann von der Leiterplatte getragen und daran befestigt werden, vorzugsweise auf der Seite der indirekten Beleuchtung. Die Leiterbahnen werden so ausgelegt, dass die Wärme aus der Energieverwaltungseinheit über thermische Bindung abgeleitet wird. Dabei ist es vorteilhaft, dass auch die LEDs gekühlt werden, wofür eigene Kühler verwendet werden
  • Ferner kann die optoelektronische Einheit bei einer Leuchte nach der vorliegenden Erfindung eine Kommunikationsschnittstelle umfassen, über welche die Steuereinheit mit Lichtsteuerungseinheiten kommuniziert. (z. B. Einheiten zum Dimmen, zur Farbtemperatur Einstellung, etc.). Weiter kann die optoelektronische Einheit einen Speicher integrieren, der es erlaubt die Einstellungsparameter zu speichern und bei Bedarf an die Kommunikationsschnittstelle abzugeben.
  • In einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemässen Leuchte kann bei indirekter Lichtgestaltung die optoelektronische Einheit in Verbindung mit einer Linsenplatte vorgesehen sein, bei der jedem LED-Feld eine Linsenstruktur gegenüber liegt. Vorzugsweise wird eine thermoformierten Linsenplatte verwendet. Es kann auch eine im Spritzverfahren hergestellte Linsenplatte verwendet werden. In Verbindung mit den vorher beschriebenen Merkmalen der Leuchte ist dadurch eine komplett steuerbare Leuchte möglich, bei der alle Einheiten zum Betrieb der LED-Felder auf der gleichen Seite der Platte angeordnet sind. Die Leuchte kann damit eine maximale Höhe von 10mm erreichen. Die Lage der Kühler sollte dabei nicht überdeckt werden damit die Wärme aus dem Leuchtenkopf abgeleitet werden kann.
  • Bei noch einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemässen Leuchte wird bei direkter Lichtgestaltung die optoelektronische Einheit in einer Hohlkammer mit einer Abdeckung vorgesehen. Es wird z. B. eine Hohlkammer von etwa 30mm Höhe verwendet. Die Kammer kann mit einer Abdeckung kombiniert werden. Die Abdeckung kann als Diffusor oder prismatische Platte ausgebildet sein, wobei zudem eine Lichtstreufolie verwendet werden kann.
  • Für die Herstellung einer Leuchte mit direkter und indirekter Lichtgestaltung kann eine Linsenplatte mit Linsenstruktur und eine Hohlkammer mit Abdeckung gleichzeitig vorgesehen werden.
  • Eine derartige Konstruktion der Leuchte ist für Flächenleuchten vorteilhaft, um eine optimale und vielseitige Lichtgestaltung und gleichzeitig eine raumsparende Leuchte zu ermöglichen
    • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen dargestellt, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. Aus den Zeichnungen offenbar werdende Merkmale der Erfindung sollen einzeln und in jeder Kombination als zur Offenbarung der Erfindung gehörend betrachtet werden. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1:
    ein Schema einer optoelektronische Einheit für eine Leuchte nach der vorliegenden Erfindung und
    Fig. 2:
    eine dreidimensionale, schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Leuchte mit direkter und indirekter Beleuchtung.
  • In Figur 1 ist ein Schema einer optoelektronischen Einheit für eine Leuchte nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die optoelektronische Einheit weist zwei LED-Felder 1 und 1' mit jeweils einer zugeordneten Energieverwaltungseinheit 2 und 2' auf. Die Energieverwaltungseinheit bildet eine Power Management Einheit für das LED-Feld. Die Kombination aus LED-Feld und Energieverwaltungseinheit wird in dem dargestellten Beispiel zweimal in der optoelektronischen Einheit integriert. Es können jedoch auch mehrere dieser Kombinationen verwendet werden. Die Energieverwaltungseinheiten 2 und 2' sind unmittelbar an eine 230V Stromversorgung 3 angeschlossen. Dabei sind beide Energieverwaltungseinheiten 2 und 2' parallel und unabhängig voneinander angeordnet. Jedes LED-Feld weist eine eigene, von einander getrennte Energieverwaltungseinheit auf. In der Leitung der Stromversorgung 3 ist eine EMC-Einheit 4 vorgesehen, insbesondere für leitungsgebundene Schutzmassnahme, wie etwa bei Burst, Surge oder Netzstörungen.
  • Eine Steuereinheit 5 in Form einer µP-Einheit ist zur Steuerung der Energieverwaltungs-einheiten 2 und 2' vorgesehen und steuert über die Energieverwaltungseinheiten auch die LED-Felder 1 und 1'. Die Steuereinheit 5 ist direkt mit jeder Energieverwaltungseinheit 2 und 2' verbunden. Die Steuereinheit 5 ist über einen AC/DC Wandler 6 an die Stromversorgung 3 angeschlossen und wird von dem AC/DC Wandler 6 mit niedriger Energie gespeist.
  • Die Steuereinheit 5 ist an wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle 7, 7' angeschlossen. In Figur 1 sind zwei Kommunikationsschnittstelle 7 und 7' gezeigt. Es können jedoch mehr als zwei Kommunikationsschnittstelle in der optoelektronischen Einheit integriert und an die Steuereinheit 5 angeschlossen werden. Die Kommunikationsschnittstelle 7 dient zur Aufnahme eines Protokolls. Die Kommunikationsschnittstelle 7' weist eine Push & Dim Funktion auf. Weitere Funktionen zur Lichtgestaltung können durch weitere Kommunikationsschnittstellen integriert werden. Die Kommunikationsschnittstellen 7, 7' sind an parallel zur Steuereinheit 5 geschaltet nach dem AC/DC Wandler 6 geschaltet. Weiter kann eine Speichereinheit (nicht gezeigt) in der optoelektronischen Einheit integriert werden.
  • In Figur 2 ist eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer erfindungsgemässen Leuchte mit direkter und indirekter Lichtgestaltung gegeben. Auf einer Leiterplatte 8 sind auf einer oberen Seite mehrere LEDs 10 für eine indirekte Beleuchtung und auf einer unteren Seite mehrere LEDs 10' für eine direkte Beleuchtung beabstandet zu einander angeordnet. Dabei können die LEDs 10, 10' gemeinsam ein LED-Feld bilden. Statt einzelner LEDs 10, 10' können auch jeweils LED-Felder vorgesehen werden. Der direkte Beleuchtungsteil wird in der Regel so ausgelegt, dass die sichtbare Lichtaustrittsfläche der Leuchte ein homogenes Lichtfeld aufweist. Hierfür wird eine Hohlkammer 9 vorgesehen, in der die LEDs 10' angeordnet sind und die mit einer Abdeckung 11 versehen ist. Die Abdeckung besteht aus einer Kombination aus einer Lichtstreufolie 11 mit einer mikroprismatischen Abdeckung 12. Der Abstand zwischen Abdeckung 11 und Leiterplatte 8 beträgt ca. 30mm. Die zur indirekten Beleuchtung vorgesehenen LEDs 10 sind nicht direkt sichtbar und es bedarf daher keiner Entblendungsmassnahme. Die Lichtstrahlen der LEDs werden mittels einer Linsenplatte 13, die Linsenstrukturen 14 trägt, nach Bedarf gerichtet. Diese Funktion ist insbesondere für Stehleuchten geeignet. Die Linsenplatte 13 kann als thermoformierte Linsenplatte vorgesehen werden. Die Linsenstruktur 14 weist gegenüber jeden indirekt gerichteten LEDs ein Linsenfeld auf. Die übrigen integrierten Einheiten der optoelektronischen Einheit, wie in Figur 1 gezeigt, sind in Figur 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht wieder gegeben. Vorzugweise sind die Energieverwaltungseinheit der LEDs alle auf der oberen Seite vorgesehen, d. h. auch diejenigen Energieverwaltungseinheit der LEDs 10' zur direkten Beleuchtung. Weiter können Kühler zur Kühlung Energieverwaltungseinheiten und ggf. auch der LEDs vorgesehen werden.
  • Insgesamt ergibt sich durch diese Bauart eine äusserst flach ausgebildete Leuchte mit einer einfachen und kostengünstigen optoelektronischen Einheit.
    • BEZUGSZEICHEN
    • 1, 1'
    LED-Feld
    2, 2'
    Energieverwaltungseinheit
    3
    Stromversorgung
    4
    EMC-Einheit
    5
    Steuereinheit
    6
    AC/DC Wandler
    7
    Kommunikationsschnittstelle
    8
    Leiterplatte
    9
    Hohlkammer
    10, 10'
    LEDs
    11
    Abdeckung
    12
    prismatische Abdeckung
    13
    Linsenplatte
    14
    Linsenstruktur

Claims (13)

  1. Leuchte mit wenigstens einem Leuchtmittel, einem Anschluss an eine Stromversorgung (3) und einer optoelektronischen Einheit, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Einheit mehrere LED-Felder (1, 1') mit jeweils einer zugeordneten Energieverwaltungseinheit (2, 2') und eine Steuereinheit (5) umfasst, wobei die Energieverwaltungseinheiten (2, 2') mit den zugeordneten LED-Feldern (1, 1') jeweils direkt an die Stromversorgung (3) angeschlossen sind.
  2. Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) externe Steuersignale interpretiert und die Energieverwaltungseinheit (2, 2') eines LED-Feldes (1, 1') entsprechend der externen Steuersignale steuerbar ist.
  3. Leuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine optoelektronische Einheit mit mehreren LED-Feldern (1, 1') und zugeordneten Energieverwaltungseinheiten (2, 2') vorgesehen ist, wobei die Energieverwaltungseinheiten (2, 2') direkt an das 230V Netz angeschlossen und jeweils an eine gemeinsame Steuereinheit (5) angeschlossen sind.
  4. Leuchte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein LED-Feld (1, 1') für eine direkte Lichtgestaltung und wenigstens ein LED-Feld (1, 1') für eine indirekte Lichtgestaltung vorgesehen ist.
  5. Leuchte nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf unterschiedlichen Seiten einer Leiterplatte (8) jeweils wenigstens ein LED-Feld (1, 1') vorgesehen ist.
  6. Leuchte nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass den LED-Feldern (1, 1') zugeordnete Energieverwaltungseinheit auf einer Seite einer Leiterplatte (8) vorgesehen sind, die für eine indirekte Lichtgestaltung vorgesehen ist.
  7. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Einheit eine Leiterplatte (8) aufweist und die Bestückungsdichte von LED-Feldern (1, 1') der Wärmeableitung der Leiterplatte (8) angepasst ist.
  8. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der optoelektronischen Einheit für jede Energieverwaltungseinheit (2, 2') ein Kühler vorgesehen ist.
  9. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Einheit wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle (7) umfasst, über welche die Steuereinheit (5) mit Lichtsteuerungseinheiten kommuniziert.
  10. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei indirekter Lichtgestaltung die optoelektronische Einheit in Verbindung mit einer Linsenplatte (13) vorgesehen ist, bei der jedem LED-Feld (1, 1') oder einer LED (10, 10') eine Linsenstruktur (14) gegenüber liegt.
  11. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei direkter Lichtgestaltung die optoelektronische Einheit in einer Hohlkammer (9) mit einer Abdeckung (11) vorgesehen ist.
  12. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Einheit eine EMC-Schutzeinheit (4) umfasst.
  13. Optoelektronische Einheit für ein optisches System, insbesondere eine Leuchte nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Einheit wenigstens ein LED-Feld (1, 1') mit einer zugeordneten Energieverwaltungseinheit (2, 2') und eine Steuereinheit (3) umfasst, wobei die Energieverwaltungseinheit (2, 2') mit dem LED-Feld (1, 1') direkt an die Stromversorgung (3) angeschlossen ist.
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