EP2799768B1 - Leuchte mit optoelektronischer Einheit - Google Patents

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EP2799768B1
EP2799768B1 EP14166639.6A EP14166639A EP2799768B1 EP 2799768 B1 EP2799768 B1 EP 2799768B1 EP 14166639 A EP14166639 A EP 14166639A EP 2799768 B1 EP2799768 B1 EP 2799768B1
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EP
European Patent Office
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unit
led
energy management
luminaire according
circuit board
Prior art date
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Active
Application number
EP14166639.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2799768A1 (de
Inventor
Marcel Griessmann
Christian Hochfilzer
Thierry Dreyfus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Regent Beleuchtungskoerper AG
Original Assignee
Regent Beleuchtungskoerper AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Regent Beleuchtungskoerper AG filed Critical Regent Beleuchtungskoerper AG
Publication of EP2799768A1 publication Critical patent/EP2799768A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2799768B1 publication Critical patent/EP2799768B1/de
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    • 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
    • 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
    • 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
    • F21V5/007—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
    • 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
    • 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 a lamp with LED illuminants according to the preamble of patent claims 1.
  • the invention relates to a lamp head for panel lamps with a direct and/or indirect light component.
  • LEDs are used in the construction of panel lights.
  • rectifiers capacitors and resistors in order to keep the voltage at the LEDs lower than the mains voltage used.
  • AC LEDs are also known that work with a bridge rectifier.
  • these assemblies have no control signals, no intelligence, no control units ( ⁇ P) and must be controlled via the 230V supply, if possible.
  • the LEDs are dimmed via a phase control.
  • a lighting device with a control device for controlling and regulating a large number of light-emitting diodes is known. All LEDs are powered by a single controller.
  • several light-emitting diodes are housed in an LED module, with each light-emitting diode having a different color temperature in order to achieve a light with an adjustable color temperature via a light mixture of the LED outputs.
  • the light-emitting diodes are supplied with an operating current by a driver which is operated from the secondary side of a low-voltage supply.
  • the control of the energy that is 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 converter.
  • the control device is also connected to other signal sources such.
  • a large number of connections go from the driver to the individual light-emitting diodes of the LED module, which means that a complex connection concept is required.
  • the light emitting diodes can be provided only on one side of a lamp panel.
  • a lighting device with several controllable light-emitting diodes shown.
  • At least one lighting module is provided, which includes a circuit board with multiple LEDs, an optical system, a power source, and self-sufficient module electronics that control the LEDs.
  • the module electronics of individual light modules are connected to a controller via an interface, which controls the light modules. Power is supplied in the conventional manner via a constant current that supplies the individual power sources on the light modules.
  • This lighting device also requires a complicated and costly connection technique.
  • a lamp according to the present invention has at least one light source, a connection to a power supply and an optoelectronic unit with a printed circuit board.
  • a field of several light-emitting diodes (LED field) is used as the illuminant.
  • An alternating current of 230V, as provided in conventional power grids, is preferably used as the power supply.
  • the optoelectronic unit forms a compact unit from a number of optoelectronic components which are assembled and integrated on a common circuit board to form an optoelectronic assembly.
  • the optoelectronic unit includes the lighting means in the form of several LED fields on the printed circuit board and a control unit.
  • a power management unit power management unit
  • the energy management unit with the associated LED fields is connected directly to the power supply, preferably the 230V mains.
  • Each energy management unit thus has a power input that operates the respective LED array.
  • the energy management unit converts the 230V AC into DC power for operating the LED fields, among other things. It is essential that the conversion takes place with a high level of efficiency. For this z. B. clocked conversion method used. Linear control systems are hardly suitable.
  • the optoelectronic unit includes several LED arrays, each with an energy management unit. As mentioned, each LED array includes a number of light-emitting diodes. For example, 2 to 10 LED fields can be combined in one optoelectronic unit. Accordingly, such an optoelectronic unit has 2 to 10 energy management units for the existing LED arrays. The optoelectronic unit thus integrates independent LED arrays that can be controlled independently of one another.
  • the control unit can be given by a ⁇ P unit.
  • the control unit interprets external control signals and controls the energy management unit of an LED field according to the external control signals.
  • Several LED fields are controlled independently of each other via their respective energy 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 can be provided for the control unit to keep the control unit at a low power level to be able to operate.
  • An SMD-compatible power management unit is preferably used as the energy management unit, which operates a dimmable LED field directly from a 230V line.
  • the optoelectronic unit can include an EMC protection unit in order to enable wired interference suppression.
  • the connections required between individual components for operating the lamp are reduced, since all relevant units are combined to form an optoelectronic unit as an assembly.
  • the LED fields can be connected directly to the 230V power supply and still be controlled individually.
  • connection terminals for the individual connections of the assembly elements can be integrated directly on the same assembly. This reduces the number of electrical components required.
  • exactly one optoelectronic unit with several LED arrays and associated energy management units is provided, with the energy management units being connected directly to the 230V network and each connected to a common control unit.
  • the combination of LED array and power management unit can be used as many times as lighting directions are intended in the luminaire.
  • At least one LED array is preferably provided for direct illumination and at least one LED array for indirect illumination.
  • Several LED fields can also be set up in the luminaire for direct or indirect lighting.
  • At least one LED field each be provided on different sides of a printed circuit board.
  • at least one LED array is fitted on each side of the circuit board so that the LED arrays are oriented in opposite directions. This leads to the situation that both directions to be illuminated are served 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. Thus, an LED matrix is provided on each side of the circuit board. It is advantageous here for the energy management units assigned to the LED arrays to be provided on one side, ie the same side, of a printed circuit board. Thus, all energy management units of the optoelectronic unit are provided on the same side of the circuit board.
  • the optoelectronic units are preferably arranged on the side of the printed circuit board provided for indirect light design.
  • LED arrays on a printed circuit board it is also advantageous to adapt the population density of LED arrays on a printed circuit board to the heat dissipation of the printed circuit board.
  • a component density of about 0.125 W / cm2 preferred.
  • the LED matrices are arranged offset by half a matrix step; the LED matrices are preferably provided offset in both plane directions. This achieves good heat dissipation from the circuit board.
  • a cooler may be provided in the optoelectronic package for each power management package to provide an additional heat dissipation measure.
  • the cooler can be directly thermally coupled and z. B. designed for a power loss of 2W about 8cm 2 in size.
  • the cooler can be carried and attached to the circuit board, preferably on the indirect lighting side.
  • the traces are laid out so that heat is dissipated from the power management unit via thermal bonding. It is advantageous that the LEDs are also cooled, for which purpose separate coolers are used
  • the optoelectronic unit can comprise a communication interface, via which the control unit communicates with light control units. (e.g. units for dimming, for setting color temperature, etc.). Furthermore, the optoelectronic unit can integrate a memory that allows the setting parameters to be stored and, if required, to be sent to the communication interface.
  • light control units e.g. units for dimming, for setting color temperature, etc.
  • the optoelectronic unit can integrate a memory that 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 connection with a lens plate, in which a lens structure is located opposite each LED field.
  • a thermoformed lens sheet is preferably used.
  • a lens sheet made by injection molding can also be used.
  • the optoelectronic unit is provided in a hollow chamber with a cover when the light is designed directly.
  • a hollow chamber of about 30mm in height.
  • the chamber can be combined with a cover.
  • the cover can be in the form of a diffuser or a prismatic plate, and a light-diffusing film can also be used.
  • a lens plate with a lens structure and a hollow chamber with a cover can be provided at the same time for the production of a luminaire with direct and indirect light design.
  • FIG 1 a schematic of an optoelectronic unit for a lamp according to the present invention is shown.
  • the optoelectronic unit has two LED arrays 1 and 1', each with an associated energy management unit 2 and 2'.
  • the energy management unit forms a power management unit for the LED array.
  • the combination of LED field and energy management unit is integrated twice in the optoelectronic unit. However, several of these combinations can also be used.
  • the energy management units 2 and 2' are directly connected to a 230V power supply 3. Both energy management units 2 and 2' are arranged in parallel and independently of one another. Each LED field has its own from mutually separate power management unit.
  • An EMC unit 4 is provided in the line of the power supply 3, in particular for line-bound protective measures, such as in the event of bursts, surges or network faults.
  • 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 arrays 1 and 1' via the energy management units.
  • the control unit 5 is directly connected to each power management unit 2 and 2'.
  • the control unit 5 is connected to the power supply 3 via an AC/DC converter 6 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 is used to record a protocol.
  • the communication interface 7' has a push & dim function. Additional lighting design functions can be integrated through additional communication interfaces.
  • the communication interfaces 7 , 7 ′ are connected in parallel to the control unit 5 after the AC/DC converter 6 .
  • a memory unit (not shown) can be integrated in the optoelectronic unit.
  • FIG 2 is a schematic representation of a section of a lamp according to the invention with direct and indirect light design.
  • a plurality of LEDs 10 for indirect lighting and on a lower side a plurality of LEDs 10 ′ for direct lighting are arranged at a distance from one another on a circuit board 8 .
  • the LEDs 10, 10' can form an LED field together. Instead of individual LEDs 10, 10' can also be provided in each case LED fields.
  • the direct lighting part is usually designed in such a way that the visible light exit surface of the luminaire is homogeneous
  • a hollow chamber 9 is provided for this purpose, 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 the circuit board 8 is approximately 30 mm.
  • the LEDs 10 provided for indirect lighting are not directly visible and therefore no anti-glare measures are required.
  • the light beams from the LEDs are directed as required by means of a lens plate 13 carrying lens structures 14 . This function is particularly suitable for floor lamps.
  • the lens sheet 13 can be provided as a thermoformed lens sheet.
  • the lens structure 14 has a lens array opposite each indirectly directed LED.
  • the remaining integrated units of the optoelectronic unit, as in figure 1 shown are in figure 2 not reproduced for reasons of clarity.
  • the energy management units of the LEDs are preferably all provided on the upper side, ie also those energy management units of the LEDs 10' for direct illumination.
  • coolers can be provided for cooling the energy management units and possibly also the LEDs.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchte mit LED Leuchtmitteln nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1. 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, 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 Verdrahtung integriert. 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 Lichtmischung 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 Beleuchtungs einrichtung 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 zu schaffen, mit der 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 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 mit einer Leiterplatte 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 auf einer gemeinsamen Platine zu einer optoelektronischen Baugruppe zusammengesetzt und integriert sind. Die optoelektronische Einheit umfasst auf der Leiterplatte das Leuchtmittel in Form der mehreren LED-Felder und eine Steuereinheit. Den mehreren LED-Feldern sind jeweils eine Energieverwaltungseinheit (Power Management Einheit) zugeordnet. Die Energieverwaltungseinheit mit den zugeordneten LED-Feldern 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. getaktete Konversionsverfahren verwendet. Lineare Regelungssysteme sind kaum geeignet.
  • Die optoelektronische Einheit umfasst mehrere LED-Felder mit jeweils einer Energieverwaltungseinheit. Wie erwähnt, umfasst dabei jedes LED-Feld mehrere Leuchtdioden. Beispielsweise können 2 bis 10 LED-Felder in einer optoelektronischen 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 voneinander 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 ist 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 optoelektronischen 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 anzupassen. Für eine FR4 Platine wird z. B. eine Bestückungsdichte von ca. 0.125 W/cm2 bevorzugt. 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 thermoformierte 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 indirekte 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 Kommunikationsschnittstellen 7 und 7' gezeigt. Es können jedoch mehr als zwei Kommunikationsschnittstellen 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 nach dem AC/DC Wandler 6 parallel zur Steuereinheit 5 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 Energieverwaltungseinheiten der LEDs alle auf der oberen Seite vorgesehen, d. h. auch diejenigen Energieverwaltungseinheiten der LEDs 10' zur direkten Beleuchtung. Weiter können Kühler zur Kühlung der 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 (12)

  1. Leuchte mit wenigstens einem Leuchtmittel, einem Anschluss an eine Stromversorgung (3) und einer optoelektronischen Einheit mit einer Leiterplatte (8), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte (8) eine Steuereinheit (5) und das wenigstens eine Leuchtmittel in Form von mehreren LED-Felder (1, 1') bestehend aus mehreren Leuchtdioden angeordnet sind, wobei den mehreren LED-Feldern (1, 1') jeweils eine Energieverwaltungseinheit (2, 2') zugeordnet ist, und 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 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf unterschiedlichen Seiten der Leiterplatte (8) jeweils wenigstens ein LED-Feld (1, 1') vorgesehen ist.
  6. Leuchte nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass den LED-Feldern (1, 1') zugeordnete Energieverwaltungseinheit auf einer Seite der Leiterplatte (8) vorgesehen sind, die für eine indirekte Lichtgestaltung vorgesehen ist.
  7. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Einheit die 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 Anspruch 4, 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 Anspruch 4, 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.
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