EP3371511B1

EP3371511B1 - Leuchtvorrichtung

Info

Publication number: EP3371511B1
Application number: EP16815725.3A
Authority: EP
Inventors: Stephan Ebner
Original assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Current assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2036-11-02
Also published as: EP3371511B8; WO2017076861A2; WO2017076861A3; AT16507U1; DE202015105853U1; EP3371511A2

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, insbesondere eine Spotlight-Leuchtvorrichtung.

2. Hintergrund

Aus dem Stand der Technik sind Leuchtvorrichtungen bekannt, bei denen die Abstrahlcharakteristik durch eine statisch emittierende Lichtquelle und eine zugeordnete Optik-Anordnung bereitgestellt wird. Ferner sind Leuchtvorrichtungen bekannt, bei denen die Lichtquelle nicht statisch ausgebildet ist, sondern bei der gewisse Bereiche der Lichtquelle unabhängig voneinander angesteuert werden können, so dass dadurch die Abstrahlcharakteristik der Leuchtvorrichtung verändert werden kann. Die EP 2 604 910 A1 zeigt den Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Lichte dieses Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leuchtvorrichtung, insbesondere eine Spotlight-Leuchtvorrichtung, bereitzustellen, bei der die Abstrahlcharakteristik der Leuchtvorrichtung mit höheren Freiheitsgraden einstellbar ist. Insbesondere soll eine Leuchtvorrichtung bereitgestellt werden, mit der eine Mehrfarben-Center-Beam-Anordnung bereitgestellt werden kann.
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.

3. Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung, insbesondere eine Spotlight-Leuchtvorrichtung, umfasst die Merkmale des Anspruchs 1.
Mit anderen Worten schlägt die vorliegende Erfindung vor, in einer flächigen, matrixartig aufgebauten Lichtquelle mehrere Bereiche (zumindest zwei Bereiche) mit Einzellichtquellen vorzusehen, die unabhängig voneinander hinsichtlich ihrer jeweiligen Lichtstärken angesteuert werden können, so dass unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Lichtstärken angestrahlt werden können bzw. bei Überlappung der jeweiligen angestrahlten Bereichen ein entsprechendes Mischlicht bereitgestellt werden kann.
Vorzugsweise sind die Einzellichtquellen der Lichtquelle punkt- und/oder spiegelsymmetrisch angeordnet. Beispielsweise kann die Lichtquelle eine im Wesentlichen kreisförmige Form aufweisen oder die Einzellichtquellen können kreuzförmig angeordnet sein. Dadurch besteht die Möglichkeit, eine insgesamt kegelförmige Lichtabstrahlcharakteristik der Leuchtvorrichtung bereitstellen zu können, was insbesondere für Spotlight-Anwendungen bevorzugt ist.
Erfindungsgemäß ist der erste Bereich der Lichtquelle ein innerer Bereich und der zweite Bereich ein äußerer Bereich, der den inneren Bereich umgibt. Der innere Bereich der Lichtquelle kann dabei einen sogenannten Center-Beam bereitstellen, der von der Lichtabgabe der Einzellichtquellen im äußeren Bereich umgeben werden kann. Alternativ zur Ausbildung des zweiten Bereichs als den ersten Bereich vollständig umgebenden Bereich, besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, den inneren Bereich der Lichtquelle durch mehrere äußere Bereiche der Lichtquelle zu umgeben. Dadurch besteht die Möglichkeit, die mehreren äußeren Bereiche der Lichtquelle unabhängig voneinander anzusteuern, so dass die Lichtabgabe der Leuchtvorrichtung mit weiteren Freiheitsgraden einstellbar ist.
Ferner besteht erfingdungsgemäß die Möglichkeit, die jeweiligen Bereiche der Lichtquelle durch einen Verbund mehrerer Einzellichtquellen bereitzustellen, die im Wesentlichen Licht mit derselben definierten Wellenlänge abgeben, wobei es in diesem Zusammenhang bevorzugt ist, dass die Einzellichtquellen eines Verbunds über die Lichtquelle verteilt angeordnet sind. Dadurch besteht die Möglichkeit bereits durch die Anordnung der Einzellichtquellen eine Durchmischung des jeweils abgegebenen Lichts der Einzellichtquellen bereitstellen zu können, so dass je nach Anwendung auf eine nachgeschaltete Mischanordnung gegebenenfalls verzichtet werden kann.
Vorzugsweise sind in Abstrahlrichtung der Lichtquelle hinter der Lichtquelle zumindest eine optische Anordnung und/oder eine Mischanordnung vorgesehen. Die optische Anordnung kann beispielsweise Sammellinsen oder Reflektoranordnungen umfassen, um eine gerichtete und gebündelte Lichtabgabe durch die Leuchtvorrichtung bereitstellen zu können.
Die Einzellichtquellen der Lichtquelle können beispielsweise als LED-Lichtquellen ausgebildet sein, wobei diesbezüglich einzelne LEDs oder Chip-on-Board-LEDs eingesetzt werden können. Durch den Einsatz von LED-Lichtquellen besteht auf einfache Weise die Möglichkeit, Einzellichtquellen bereitzustellen, die Licht mit unterschiedlich definierten Wellenlängen abgeben können.
Soweit die Lichtquelle als LED-Lichtquellen bereitgestellt ist, ist es bevorzugt, dass diese als Chip-Scale-Package bzw. als Chip-Scale-Package-Arrays ausgebildet sind. Dadurch besteht die Möglichkeit eine vergleichsweise hohe Einzellichtquellendichte bereitstellen zu können.
Vorzugsweise sind die Einzellichtquellen eines Bereiches als serieller Strang bzw. als miteinander parallel verschaltete serielle Stränge verschaltet und gemeinsam ansteuerbar. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die Stränge eines Bereichs jeweils durch eine Konvertereinheit bzw. durch einen Kanal einer Mehrkanal-Konvertereinheit mit Energie versorgt werden können. Alternat^IV oder zusätzlich hierzu können zumindest zwei Stränge unterschiedlicher Bereiche durch einen Kanal einer Konvertereinheit mit Energie versorgt werden, wobei zwischen den zumindest zwei Strängen ein, vorzugsweise potenzialfreier, einstellbarer Widerstand angeordnet ist. Durch den einstellbaren Widerstand besteht die Möglichkeit, die Last in den parallelen Strängen zu verschieben, so dass die Stränge mit mehr oder weniger Strom versorgt werden, um dadurch die Lichtstärke der in einem jeweiligen Strang angeordneten Einzellichtquellen verändern zu können. Diesbezüglich ist es auch möglich, dass jedem Strang ein entsprechend einstellbarer Widerstand zugeordnet ist, so dass alle Stränge zueinander beliebig und unterschiedlich eingestellt werden können. In dieser Ausführungsform können somit auch alle miteinander parallel verschalteten seriellen Stränge eines Bereichs unterschiedlich hinsichtlich ihrer Lichtstärke eingestellt werden.
Der einstellbare Widerstand kann dabei durch ein mechanisch einstellbares Potentiometer, das vorzugsweise durch einen ansteuerbaren Stellantrieb einstellbar ist, bereitgestellt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, den einstellbaren Widerstand, durch ein ansteuerbares digitales Potentiometer bereitzustellen, das beispielsweise über eine Tasteingabe, einen Schalter oder dergleichen angesteuert bzw. eingestellt werden kann. Auch besteht die Möglichkeit, ein derartiges digitales Potentiometer durch eine Mikrocontroller-Steuerung, die beispielsweise in der Konvertereinheit integriert werden kann, anzusteuern.
Besonders bevorzugt wird der einstellbare Widerstand durch eine Widerstandskaskade bereitgestellt, die mit einer Mikrocontroller-Steuerung angesteuert werden kann, wobei vorzugsweise durch die Mikrocontroller-Steuerung eine Reed-Schaltung angesteuert wird.
Vorzugsweise ist eine Steuereinheit zum Ansteuern des einstellbaren Widerstands, die vorzugsweise in die Konvertereinheit integriert ist, vorgesehen, wobei die Ansteuerung des einstellbaren Widerstands vorzugsweise mittels einer Signal-Over-Power Ansteuerung bereitgestellt wird. Vorzugsweise ist neben dem einstellbaren Widerstand zumindest ein Festwiderstand in zumindest einem Strang eines Bereichs vorgesehen. Dabei ist es bevorzugt, dass der Festwiderstand bzw. die Festwiderstände derart gewählt sind, dass diese den einstellbaren Widerstand bzw. die einstellbaren Widerstände in einer Neutralstellung aufheben können, d.h. dass der Festwiderstand bzw. die Festwiderstände einen gleich großen Verbraucher darstellen, wie der einstellbare Widerstand bzw. die einstellbaren Widerstände in Neutralstellung. In der Ausführungsform, bei der alle Einzellichtquellen als gleichwertige Verbraucher und Lichterzeuger ausgebildet sind, besteht somit die Möglichkeit, in allen parallelen Strängen den gleichen Strom bereitzustellen, so dass in dieser "Neutralstellung" alle Einzellichtquellen (vorzugsweise LEDs) im Wesentlichen gleich hell leuchten. Ferner besteht dadurch die Möglichkeit, die "Neutralstellung" derart auszuwählen, dass bei dem einstellbaren Widerstand bzw. bei den einstellbaren Widerständen ein mittlerer Widerstandswert vorgesehen ist, so dass die Last der Verbraucher durch den einstellbaren Widerstand bzw. durch die einstellbaren Widerstände in die eine oder andere Richtung verschoben werden kann, so dass der Strom und damit der Lichtanteil in den jeweiligen Strängen, höher bzw. niedriger eingestellt werden kann. Bei Bereitstellung des einstellbaren Widerstands durch eine Widerstandskaskade ist es dabei besonders bevorzugt, dass der Festwiderstand etwa einem Drittel des in der Widerstandskaskade vorgesehenen höchsten Widerstands entspricht.
Alternativ oder zusätzlich zum Einsatz von LED-Lichtquellen als Einzellichtquellen besteht die Möglichkeit, die Lichtquelle durch eine Lichtquellenmatrix in Form einer OLED-Matrix bereitzustellen. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass eine derartige OLED-Matrix pixelweise ansteuerbar ist, wobei in diesem Fall die ansteuerbaren Pixel die Einzellichtquellen darstellen.
Alternativ zur Ausbildung der Lichtquelle mittels der LED-Lichtquellen bzw. als OLED-Matrix, besteht die Möglichkeit, die Lichtquelle durch eine Lichtquellenmatrix in Form einer Farbkonvertierungsmatrix bereitzustellen, wobei die Einzellichtquellen durch Zellen der Farbkonvertierungsmatrix bereitgestellt werden. Die Zellen umfassen dabei einen Leuchtstoff, der mittels zumindest eines Laserstrahls einer Laseranordnung zur Sekundärlichtabgabe anregbar ist.
Die Farbkonvertierungsmatrix kann beispielsweise durch entsprechende Vergussmassen in die Leuchtstoff eingebracht ist, bereitgestellt werden. Dabei kann in den Zellen der Farbkonvertierungsmatrix grüner, gelber oder roter Leuchtstoff oder eine Mischung davon enthalten sein, wobei vorzugsweise ein organischer Leuchtstoff oder ein Quantumdot eingesetzt wird, der vorzugsweise mittels eines blauen Laserstrahls zur Sekundärlichtabgabe anregbar ist.
Ein Leuchtstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei allgemein ein Stoff, der durch Laserlicht anregbar ist und daraufhin ein sekundäres Lichtspektrum abgibt. Vorliegend einsetzbare Leuchtstoffe sind zum Beispiel: ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, ZnTe, CdTe), Silikate (Ca₃Sc₂Si₃O₁₂: Ce₃+), Ortho-Silikate (BOSE), Granate (YAG: Ce³⁺, (YGd)AG: Ce³⁺, LuAG: Ce³⁺), Oxides (CaScO₂: Eu²⁺), SiALONs (a-SiALON: Eu²⁺, b-SiALON: Eu²⁺), Nitride (La₃Si₆N₁₁: Ce³⁺, CaAlSiN₃:Ce³⁺), Oxy-Nitride (SrSi₂N₂O₂: Eu²⁺, (Ca,Sr,Ba)Si₂N₂O₂: Eu²⁺).
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der zumindest eine Laserstrahl mittels einer Mikrospiegelanordnung auf die jeweiligen Zellen der Farbkonvertierungsmatrix gerichtet. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, dass die Mikrospiegelanordnung mit einer Frequenz zwischen 30 und 1000 Hz, vorzugsweise zwischen 50 und 200 Hz auf die Zellen gerichtet werden kann. Ist die Dynamik der Mikrospiegelanordnung dabei ausreichend groß gewählt (was bei Frequenzen von ≥ etwa 30 Hz, also 30 Ablenkungen pro Sekunde der Fall ist) verschwimmen die erzeugten Einzelbelichtungen des Systems für das menschliche Auge zu einem einzelnen zusammengesetzten Abbild. In der Praxis hat sich gezeigt, dass eine flimmer und ruckelfreie Abbildung bei einer Frequenz von etwa 200 Hz bereitgestellt werden kann, wobei für Anwendungen für Filmkameras vorzugsweise höhere Frequenzen mit bis zu 1000 Hz eingesetzt werden.
Alternativ oder zusätzlich zum Einsatz einer Mikrospiegelanordnung, mit der der Laserstrahl auf unterschiedliche Zellen der Farbkonvertierungsmatrix gerichtet werden kann, können bestimmten Zellen ein auf diese fest ausgerichteten Laserstrahl umfassen. Dadurch besteht die Möglichkeit, bestimmte bzw. alle Zellen zeitgleich anzusteuern.
Alternativ zur Ablenkung eines Laserstrahls bzw. zur Zuordnung eines Laserstrahls zur einer Zelle der Farbkonvertierungsmatrix, besteht die Möglichkeit die Farbkonvertierungsmatrix selbst derart beweglich in der Leuchtvorrichtung anzuordnen, dass die jeweiligen Zellen der Farbkonvertierungsmatrix in zumindest einen ortsfest vorgesehenen Laserstrahl bewegbar sind. Beispielsweise kann eine derartige Beweglichkeit der Farbkonvertierungsmatrix durch einen bzw. durch mehrere piezoelektrische oder elektromagnetische Aktuatoren bereitgestellt werden. Derartige Aktuatoren können beispielsweise mit den Randbereichen der Farbkonvertierungsmatrix verbunden werden, so dass die Farbkonvertierungsmatrix entsprechend frei bewegt werden kann. Vorzugsweise sind die Einzellichtquellen zumindest eines Bereichs der Lichtquelle derart bereitgestellt, dass dieser Bereich ein Weißlicht mit einer Farbtemperatur zwischen 4500 K und 800 K, vorzugsweise zwischen 5000 K und 7500 K und besonders bevorzugt von etwa 6000 K abgeben kann; und wobei die Einzellichtquellen zumindest eines weiteren Bereichs derart bereitgestellt sind, dass dieser weitere Bereich ein Weißlicht mit einer Farbtemperatur zwischen 2500 K und 4000 K, vorzugsweise zwischen 3000 K und 3500 K und besonders bevorzugt von etwa 3000 K abgeben kann. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass die Leuchtvorrichtung zwischen einem warmweißen Weißlicht und einem kaltweißem Weißlicht eingestellt werden kann bzw., dass entsprechende Lichtmischungen bereitgestellt werden können. Vorzugsweise sind die Einzellichtquellen zumindest eines Bereichs der Lichtquelle derart bereitgestellt, dass dieser Bereich Rotlicht mit einer Peak-Wellenlänge zwischen 580 und 670 Nm abgeben kann, wobei vorzugsweise die Einzellichtquellen zumindest eines weiteren Bereichs derart bereitgestellt sind, dass dieser Bereich Blaulicht mit einer Peak-Wellenlänge zwischen 390 und 480 Nm abgeben kann, wobei die Einzellichtquellen mindestens eines weiteren Bereichs der Lichtquelle vorzugsweise derart bereitgestellt sind, dass dieser Bereich Grünlicht mit einer Peak-Wellenlänge zwischen etwa 480 und 560 Nm abgeben kann, wobei die Einzellichtquellen zumindest eines weiteren Bereichs der Lichtquelle vorzugsweise derart bereitgestellt sind, dass dieser Bereich Gelblicht mit einer Peak-Wellenlänge zwischen 560 und 630 Nm abgeben kann. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass durch die Leuchtvorrichtung ein farbveränderliches System bereitgestellt werden kann, so dass im Wesentlichen alle Farben des Farbraums bereitgestellt werden können. In diesem Zusammenhang besteht auch die Möglichkeit, nur bestimmte Peak-Wellenlängen durch die Einzellichtquellen der jeweiligen Bereiche bereitzustellen, so dass die Leuchtvorrichtung Licht in einem korrespondierenden Farbraum abgeben kann.
Erfindungsgemäß umfasst die Leuchtvorrichtung zumindest zwei fläche, matrixartig aufgebaute Lichtquellen, die im Wesentlichen auf dasselbe Beleuchtungsfeld ausrichtbar sind. Bei Einsatz nur einer flächigen, matrixartig aufgebauten Lichtquelle, besteht die Gefahr, dass die Lichtabgabe "fleckig" ausfällt, je nach eingesetzter Anzahl der Einzellichtquellen und je nach Größe des zu belechtenden Bereichs. Durch den Einsatz von zumindest zwei flächigen, matrixartig aufgebauten Lichtquellen, die im Wesentlichen auf dasselbe Beleuchtungsfeld ausrichtbar sind (beispielsweise mittels einer entsprechenden Optik) kann durch Überlagerung der beiden Lichtabgaben ein insgesamt sehr homogenes Lichtbild erreicht werden. In diesem Zusammenhang ist es erfindungsgemäß, dass zwei flächige, matrixartig aufgebaute Lichtquellen eine invertierte Anordnung der Einzellichtquellen aufweist. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass die Einzellichtquellen umgekehrt symmetrisch auf den Lichtquellen angeordnet sind, so dass sich eine besonders vorteilhafte Überlagerung der beiden Lichtabgaben ergibt.

4. Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren gegeben. Darin zeigt:

Figur 1: eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung;
Figur 2: LED-Lichtquellen, die vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung eingesetzt werden;
Figur 3: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung mit einer OLED-Matrix als Lichtquelle;
Figur 4: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung mit zwei Lichtquellen, die im Wesentlichen auf dasselbe Beleuchtungsfeld ausrichtbar sind;
Figur 5: eine schematische Ansicht zweier Lichtquellen, wie sie vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung eingesetzt werden;
Figur 6: eine schematische Ansicht unterschiedlicher Lichtquellen, wie sie in einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung eingesetzt werden können;
Figur 7: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung, wobei die Lichtquelle durch eine Lichtquellenmatrix im Form einer Farbkonvertierungsmatrix bereitgestellt ist;
Figur 8: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung;
Figur 9: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung;
Figur 10: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung;
Figur 11: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Verschaltung der Einzellichtquellen eines Bereichs;
Figur 12: eine schematische Ansicht eines einstellbaren Widerstands in Form eines einstellbaren Potentiometers;
Figur 13: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Verschaltung der Lichtquelle;
Figur 14: eine schematische Ansicht eines einstellbaren Widerstands in Form einer Widerstandskaskade mit einer Mikrocontroller-Steuerung;
Figur 15: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Verschaltung der Lichtquelle mit einer im Konverter integrierten Mikrocontroller-Schaltung des einstellbaren Widerstands;
Figur 16: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Verschaltung der Lichtquelle mit einer separaten Mikrocontroller-Schaltung des einstellbaren Widerstands;
Figur 17: eine schematische Ansicht einer Verschaltung von zwei Lichtquellen mit einem Vier-Kanal-Konverter und zwei einstellbaren Widerständen;
Figur 18: eine schematische Ansicht einer Verschaltung einer Lichtquelle mit zumindest einem Festwiderstand.

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung 10 mit einer flächig, matrixartig aufgebauten Lichtquelle 11, die vor einem optischen Element 15 (vorzugsweise eine Linsenanordnung) angeordnet ist.
Die Lichtquelle 11 umfasst dabei einen inneren Bereich 12 und in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform vier äußere Bereiche 13. Die in Figur 1 gezeigten Bereiche 12 ,13 können dabei einzelne Lichtquellen (beispielsweise LED-Lichtquellen), mehrere Einzellichtquellen und/oder eine Vielzahl von miteinander verschalteten Einzellichtquellen repräsentieren.
Die gezeigte bevorzugte Ausführungsform stellt dabei eine sogenannte Center-Beam-Anordnung dar, bei der ein innerer Bereich der Lichtquelle 11 mit einem oder mehreren umgebenden Bereichen der Lichtquelle angeordnet ist. Die jeweiligen Bereiche der Lichtquelle können dabei unabhängig voneinander angesteuert werden, so dass die auf der rechten Seite dargestellten Beleuchtungen (vgl. Bezugszeichen 20) eingestellt werden können. Wie in Figur 1 gut zu erkennen ist, kann mit einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung 10 eine symmetrische und asymmetrische Abstrahlcharakteristik mit unterschiedlichen Beleuchtungsschwerpunkten bereitgestellt werden.
Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht zweier Lichtquellen 11^I, 11^II. Die in Figur 2 dargestellte Lichtquelle 11^I umfasst dabei einzelne LED-Lichtquellen, die beispielsweise auf einer gemeinsamen Platine angeordnet werden können, wohingegen die in Figur 2 gezeigte rechte Lichtquelle 11^II als sogenannte Chip-on-Board-LED Lichtquelle ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang können auch LED-Lichtquellen eingesetzt werden, die als Chip-Scale-Package bzw. als Chip-Scale-Package-Array ausgebildet sind (insbesondere für Anwendungen, bei denen ein entsprechend hoher Lichtstrom zur Verfügung gestellt werden soll).
Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung 10^III, wobei im Unterschied zu den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen als Lichtquelle eine OLED-Matrix 11^III eingesetzt wird. Die OLED-Matrix 11^III ist dabei derart ausgebildet, dass die einzelnen Pixel/Zellen der OLED-Matrix 11^III unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Figur 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung 10^IV, das zwei Lichtquellen 11^IV umfasst.
Die optische Anordnung 15^IV ist dabei derart ausgebildet, dass die beiden Lichtquellen 11^IV im Wesentlichen auf dasselbe Beleuchtungsfeld ausrichtbar sind, so dass das von den Lichtquellen 11^IV emittierte Licht entsprechend überlagert werden kann. Zur Bereitstellung eines möglichst homogenen Lichtfelds ist es erfindungsgemäß, dass die Lichtquellen 11^IV eine invertierte Anordnung der Einzellichtquellen aufweist, so dass möglichst "fleckenfreie" Abbildungen bereitgestellt werden.
Figur 5 zeigt eine schematische Ansicht zweier mehr oder weniger komplexer aufgebauter Lichtquellen 11^V, 11^VI dar. Die in Figur 5 gezeigten Lichtquellen 11^V, 11^VI können dabei aufgrund ihrer Größe bereits eine vergleichsweise homogene Lichtabgabe bereitstellen. Das Lichtfeld 11^V weist dabei einen inneren Bereich 12^V auf, der durch eine Vielzahl von Einzellichtquellen (vorzugsweise LED-Lichtquellen) bereitgestellt wird, wobei der innere Bereich 12^V durch einen äußeren Bereich 13^V umgeben wird. Das Lichtfeld 11^VI weist demgegenüber Bereiche auf, die durch einen Verbund mehrerer Einzellichtquellen bereitgestellt werden, die im Wesentlichen Licht mit derselben definierten Wellenlänge abgeben (in Figur 5 sind diese jeweils mit identischer Schraffur versehen). Wie in Figur 5 gut zu erkennen ist, sind die Einzellichtquellen eines jeweiligen Verbunds über die Lichtquelle 11^VI verteilt angeordnet, so dass sich bereits aufgrund der Anordnung der Einzellichtquellen eine vergleichsweise gute Durchmischung des abgegebenen Lichts ergibt.
Figur 6 zeigt eine schematische Ansicht mehrerer Lichtquellengeometrien, die mehrere flächige, matrixartig aufgebaute Lichtquellen umfassen können. Mit den gezeigten Anordnungen der verschiedenen Lichtquellen für eine Leuchtvorrichtung, kann eine besonders vorteilhafte, homogene Lichtabgabe durch die Leuchtvorrichtung bereitgestellt werden. Die gezeigten Anordnungen sind dabei besonders bevorzugt für unterschiedliche Leuchtengeometrien (beispielsweise längliche Leuchten, Wand- oder Deckenstrahler, Spotlight-Beleuchtungen, etc.) einsetzbar. Vorzugsweise werden die in Figur 6 gezeigten jeweiligen Lichtquellen durch jeweils einen Kanal eines Konverters bzw. jeweils durch einen separaten Konverter versorgt, so dass die jeweiligen Lichtquellen unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Figur 7 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Leuchtvorrichtung 10^VII, wobei die Lichtquelle durch eine Lichtquellenmatrix in Form einer Farbkonvertierungsmatrix 10^VII bereitgestellt ist. Die Einzellichtquellen werden dabei durch die Zellen der Farbkonvertierungsmatrix 10^VII bereitgestellt. Die Zellen umfassen jeweils einen Leuchtstoff, der mittels eines Laserstrahls (vorzugsweise ein blauer Laserstrahl) einer Laseranordnung 26^VII zur Sekundärlichtabgabe anregbar ist. In den Zellen der Farbkonvertierungsmatrix 11^VII kann dabei grüner, gelber oder roter Leuchtstoff bzw. eine Mischung davon enthalten sein. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Leuchtvorrichtung 10^VII weiterhin eine Mikrospiegelanordnung 25^VII, mit der der Laserstrahl auf die unterschiedlichen Zellen der Farbkonvertierungsmatrix 11^VII abgelenkt werden kann. Der Laserstrahl ist dabei vorzugsweise ein blau emittierender Laser, der die in den Zellen enthaltenen Leuchtstoffe entsprechend anregen kann. Die Mikrospiegelanordnung 25^VII ist dabei derart ausgebildet, dass diese mit einer Frequenz zwischen 30 und 1000 Hz, vorzugsweise mit einer Frequenz zwischen 50 und 200 Hz einen Laser auf unterschiedliche Zellen der Farbkonvertierungsmatrix 11^VII richten kann.
Figur 8 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung 10^VIII, wobei im Unterschied zu der in Figur 7 gezeigten Ausführungsform mehrere Laseranordnungen 26^VIII ortsfest angeordnet sind und derart ausgerichtet sind, dass diese auf eine bzw. auf bestimmte Zellen der Farbkonvertierungsmatrix 10^VIII gerichtet sind. Zusätzlich zu den in Figur 8 gezeigten ortsfesten Laseranordnungen 26^VIII kann zudem eine Laseranordnung wie 26^VII mit einer Mikrospiegelanordnung 25^VII (vgl. Figur 7) eingesetzt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, jeder Zelle der Farbkonvertierungsmatrix 11^VIII einen einzelnen Laser zuzuordnen, so dass auf eine Mikrospiegelanordnung 25^VII vollständig verzichtet werden könnte. Ein derartiges System kann parallel alle Zellen der Farbkonvertierungsmatrix 11^VIII ansteuern.
Figur 9 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung 10^IX. Im Unterschied zu den in den Figuren 7 und 8 gezeigten Leuchtvorrichtungen ist die Farbkonvertierungsmatrix 11^IX in dieser Ausführungsform beweglich angeordnet, und zwar derart, dass die Zellen der Farbkonvertierungsmatrix 11^IX in einen ortsfesten Laser einer Laseranordnung 26^IX bewegt werden können. Die Farbkonvertierungsmatrix 10^IX ist hierfür vorzugsweise mittels piezoelektrischer oder elektromagnetischer Aktuatoren 30^IX beweglich ausgebildet.
Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer bevorzugten Leuchtvorrichtung 10^X, wobei die Lichtquelle wiederum als Farbkonvertierungsmatrix 11^X bereitgestellt ist. Im Unterschied zu den in den Figuren 1 bis 9 gezeigten Ausführungsformen, umfasst diese Ausführungsform weiterhin eine der Lichtquelle nachgeschaltete Mischkammer 16^X zur Homogenisierung des jeweils von den Einzellichtquellen abgestrahlten Lichts.
Eine derartige Mischkammer 16^X kann in allen gezeigten Ausführungsformen der Leuchtvorrichtung eingesetzt werden.
Figur 11 zeigt eine beispielhafte Verschaltung eines Bereichs einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels eines Einkanalkonverters 50. In dieser Ausführungsform werden alle jeweiligen Bereiche einer flächigen, matrixartig aufgebauten Lichtquelle 11 mittels eines, vorzugsweise ansteuerbaren, Konverters 50 betrieben. Wie in Figur 11 zu erkennen ist, sind die Einzellichtquellen eines jeweiligen Bereichs als miteinander parallel verschaltete serielle Stränge vorgesehen und somit gemeinsam ansteuerbar.
Figur 12 zeigt eine beispielhafte Verschaltung von zwei Lichtquellen, die jeweils innere LEDs zur Bereitstellung eines Center-Beams und äußere LEDs zur Bereitstellung einer den inneren Bereich umgebenden Lichtabgabe.
Wie in Figur 12 gut zu erkennen ist, sind dabei die jeweiligen inneren Bereiche 12 der Lichtquellen von den jeweils äußeren Bereichen 13 der Lichtquellen jeweils durch einen einstellbaren Widerstand 60, der jeweils in die Parallelschaltungen integriert ist, getrennt. Durch die einstellbaren Widerstände 60 kann die Last in den parallelen Strängen derart verschoben werden, dass die jeweiligen Stränge mit mehr oder weniger Strom versorgt werden, so dass die Lichtstärke der inneren und äußeren Bereiche 12, 13 jeweils unabhängig voneinander geregelt bzw. angesteuert werden können. Figur 12 soll dabei lediglich aufzeigen, wie durch einen einstellbaren Widerstand 60 jeweilige Bereiche der Lichtquelle bzw. jeweilige Stränge der Lichtquelle unabhängig voneinander eingestellt werden können. In einer weiteren Ausführungsform kann dabei jedem gezeigten Lichtquellenstrang ein einstellbarer Widerstand zugeordnet werden, so dass alle Lichtquellenstränge zueinander beliebig und unterschiedlich eingestellt werden können. Wie in Figur 12 zu erkennen ist, ist der Konverter 50 in dieser Ausführungsform als Zweikanal-Konverter, der die jeweiligen Lichtfelder unabhängig voneinander ansteuern kann, ausgebildet. Bei Leuchtvorrichtungen mit weiteren Lichtquellen, können entsprechend Mehrkanal-Konverter oder mehrere Einkanal-Konverter eingesetzt werden.
Figur 13 zeigt eine beispielhafte Ausbildung eines einstellbaren Widerstands in Form eines einstellbaren Potentiometers mit verschiedenen Widerständen, die je nach Bedarf zugeschaltet werden können. Neben mechanisch einstellbaren Potentiometern besteht auch die Möglichkeit, ansteuerbare digitale Potentiometer (so genannte elektronische Potentiometer) einzusetzen, die in Form einer Transistorschaltung oder einer Mikrocontroller-Schaltung ausgeführt sein können. Vorzugsweise können die digitalen Potentiometer dabei über den bzw. durch einen Konverter angesteuert werden. Es sind beispielsweise digitale bzw. elektronische Potentiometer bekannt, die hintereinander geschaltete einzelne Widerstände sowie elektronische Schalter umfassen. Eine derartige Anordnung kann dabei als digitale Steuerschaltung zu einem integrierten Schaltkreis zusammengefasst werden. Es können vorliegend beispielsweise digitale Potentiometer in Form eines sogenannten Trimmpotentiometers, das einen eingestellten Wert beibehält bzw. kann eine Einstellung des digitalen Potentiometers über Tasten, einen Inkrementalgeber oder einen Mikrokontroller erfolgen. Letztere haben üblicherweise einen flüchtigen und/oder einen nicht flüchtigen Speicher für die getroffenen Einstellungen. Auch können weitere elektronische Varianten von veränderlichen Widerständen eingesetzt werden, beispielsweise DAC-Schaltungen oder Operationsverstärkerschaltungen. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass der einstellbare Widerstand bzw. die Widerstandskaskade potentialfrei ist, und dass über die jeweiligen Widerstände eine gewisse Leistung fließen kann. Je nach verwendeten LEDs, werden dabei LED-Stränge typischerweise mit einem Strom zwischen 10 und 2000 mA betrieben.
Besonders bevorzugt wird vorliegend eine Mikrokontroller-Schaltung eingesetzt, die Reed-Schalter ansteuert, so dass dadurch die potentialfreie Widerstandskaskade nach Bedarf frei eingestellt werden kann. Die Größe der eingesetzten Widerstandskaskade (d.h. die Anzahl der jeweiligen Widerstände und der jeweiligen Widerstandswerte) kann dabei je nach Anwendungsfall angepasst werden. Die Mikrokontroller-Schaltung kann dabei auch direkt in ein eingesetztes LED-Modul integriert werden und mit einer entsprechenden Steuerleitung versehen werden. In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls möglich, dass das Steuersignal über die Versorgungsspannung des Konverters mit übertragen wird, vorzugsweise als sogenanntes Signal-Over-Power-Signal. Ferner besteht die Möglichkeit, dass die Mikrokontroller-Schaltung als separates Bauteil zwischen einem LED-Modul und einem Konverter oder direkt in einem Konverter integriert ist.
Figur 14 zeigt beispielhaft eine Mikrokontroller-Schaltung mit einem Speicher, die einen bzw. mehrere Reed-Schalter (RS1 bis RS3) ansteuern kann und dadurch die, vorzugsweise potentialfreie, Widerstandskaskade (R1 bis R3) nach Bedarf einstellen kann.
Figur 15 zeigt beispielhaft eine Mikrokontroller-Schaltung, die in einem Konverter integriert ist und die entsprechende Schalter (RS1...) ansteuern kann, um eine Widerstandskaskade (R1...) entsprechend zu schalten.
Figur 16 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Verschaltungsmöglichkeit, wobei die Mikrokontroller-Schaltung im Unterschied zu der in Figur 15 gezeigten Mikrokontroller-Schaltung als separates Bauteil ausgebildet ist.
Figur 17 zeigt eine beispielhafte Verschaltungsanordnung für zwei Lichtquellen, deren jeweilige Bereiche durch zwei einstellbare Widerstände, die durch eine Mikrokontroller-Schaltung, die die jeweiligen Widerstandskaskaden ansteuern, bereitgestellt sind. In der in Figur 17 gezeigten Ausführungsform ist der Konverter dabei ein Vier-Kanal-Konverter, wobei in Figur 16 beispielhaft eine Verschaltung für eine Signal-Over-Power-Ansteuerung der Mikrokontroller-Schaltung gezeigt ist.
Figur 18 zeigt eine beispielhafte Verschaltung, bei der zumindest ein Festwiderstand ("R4") in einem der LED-Stränge (hier für den inneren Bereich einer Lichtquelle) vorgesehen ist. Durch den gezeigten Festwiderstand "R4" besteht die Möglichkeit eine Ausbildung vorzusehen, bei der der Festwiderstand ein genauso großer Verbraucher ist, wie der einstellbare Widerstand in einer mittleren Widerstandswertstellung. Soweit die LED-Lichtquellen dabei als gleichwertige Verbraucher ausgebildet sind (was bevorzugt ist), fließt in diesem Falle bei mittlerer Widerstandswertstellung des einstellbaren Widerstands in allen parallelen Strängen der gleiche Strom, so dass alle LEDs somit gleich hell leuchten. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Last der Verbraucher durch die bzw. durch den einstellbaren Widerstand in die eine bzw. in die andere Richtung verschieben zu können, so dass der Strom und damit der Lichtanteil in den jeweiligen Strängen höher oder niedriger eingestellt werden kann. In der Praxis hat sich gezeigt, dass als Wert für den Festwiderstand "R4" vorzugsweise ein Drittel des höchsten Widerstands in der Kaskade eingesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, solange es sich um einen Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst. Ferner sind die vorhergehenden Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise mit und untereinander kombinierbar.

Claims

Leuchtvorrichtung (10), insbesondere eine Spotlight-Leuchtvorrichtung, umfassend:
- zumindest eine flächige, matrixartig aufgebaute Lichtquelle (11), die mehrere Einzellichtquellen (12, 13) umfasst, die jeweils geeignet sind Licht mit einer definierten Wellenlänge abzugeben;

- wobei zumindest ein erster Bereich (12) mit zumindest einer Einzellichtquelle und ein zweiter Bereich (13) mit zumindest einer Einzellichtquelle voneinander unabhängig ansteuerbar sind;

- wobei die Einzellichtquellen der zumindest zwei Bereiche (12, 13) eingerichtet sind Licht mit unterschiedlich definierten Wellenlängen abzugeben;

- wobei die Leuchtvorrichtung (10) zumindest zwei flächige, matrixartig aufgebaute Lichtquellen (11) umfasst, die im Wesentlichen auf dasselbe Beleuchtungsfeld ausrichtbar sind, so dass das von den Lichtquellen (11) emittierte Licht entsprechend überlagert wird;

- wobei die zwei flächigen, matrixartig aufgebauten Lichtquellen (11) eine invertierte Anordnung der Einzellichtquellen aufweisen;
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (12) jeder Lichtquelle (11) ein innerer Bereich ist und der zweite Bereich (13) ein äußerer Bereich ist, der den inneren Bereich umgibt, oder

dass der erste Bereich (12) jeder Lichtquelle (11) ein innerer Bereich ist, der von mehreren äußeren Bereichen (13) jeder Lichtquelle (11) umgeben ist, oder

dass die Bereiche durch einen Verbund mehrerer Einzellichtquellen bereitgestellt werden, die im Wesentlichen Licht mit derselben definierten Wellenlänge abgeben, wobei vorzugsweise die Einzellichtquellen eines Verbunds über jede Lichtquelle (11) verteilt angeordnet sind; und

- dass die Bereiche derart unabhängig voneinander ansteuerbar sind, um sowohl eine symmetrische als auch eine asymmetrische Abstrahlcharakteristik mit unterschiedlichen Beleuchtungsschwerpunkten bereitstellen zu können.
Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Einzellichtquellen jeder Lichtquelle (11) punkt- und/oder spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abstrahlrichtung der Lichtquellen (11) hinter den Lichtquellen (11) zumindest eine optische Anordnung (15) und/oder eine Mischanordnung (16) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die optische Anordnung (15) eine Sammellinse oder eine Reflektoranordnung umfasst.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Einzellichtquellen jeder Lichtquelle (11) LED-Lichtquellen sind, insbesondere bereitgestellt durch einzelne LEDs oder durch Chip-on-Board LEDs, und/oder

wobei die Lichtquellen (11) LED-Lichtquellen sind, die als Chip-Scale-Package bzw. als Chip-Scale-Package-Arrays ausgebildet sind.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einzellichtquellen eines Bereichs (12, 13) als serieller Strang bzw. als miteinander parallel verschaltete serielle Stränge verschaltet und gemeinsam ansteuerbar sind.
Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei die Stränge eines Bereichs jeweils durch eine Konvertereinheit (50) bzw. durch einen Kanal einer Mehrkanal-Konvertereinheit (50) mit Energie versorgt werden.
Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei zumindest zwei Stränge unterschiedlicher Bereiche (12, 13) durch einen Kanal einer Konvertereinheit (50) mit Energie versorgt werden und wobei zwischen den zumindest zwei Strängen ein, vorzugsweise potentialfreier, einstellbarer Widerstand (60) angeordnet ist,
wobei vorzugsweise der einstellbare Widerstand (60) durch ein mechanisch einstellbares Potentiometer bereitgestellt ist, wobei ferner vorzugsweise das mechanisch einstellbare Potentiometer durch einen ansteuerbaren Stellantrieb einstellbar ist, und/oder

wobei vorzugsweise der einstellbare Widerstand (60) durch ein ansteuerbares, digitale Potentiometer bereitgestellt ist, und/oder

wobei vorzugsweise der einstellbare Widerstand (60) durch eine Widerstandskaskade mit einer Mikrocontroller-Steuerung einer Reed-Schaltung bereitgestellt ist.
Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 7,
wobei eine Steuereinheit zum Ansteuern des einstellbaren Widerstands (60), die vorzugsweise in die Konvertereinheit (50) integriert ist, vorgesehen ist, wobei die Ansteuerung des einstellbaren Widerstands (60) vorzugsweise eine Signal-Over-Power Ansteuerung ist, und/oder

wobei neben dem einstellbaren Widerstand (60) zumindest ein Festwiderstand (R4) in zumindest einem Strang eines Bereichs (12, 13) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der Wert des Festwiderstands (R4) etwa 1/3 des in der Widerstandskaskade vorgesehenen höchsten Widerstands entspricht.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Lichtquelle (11) durch eine Lichtquellenmatrix in Form einer OLED-Matrix bereitgestellt ist.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Lichtquelle (11) durch eine Lichtquellenmatrix in Form einer Farbkonvertierungsmatrix bereitgestellt ist, wobei die Einzellichtquellen durch Zellen bereitgestellt sind, die einen Leuchtstoff umfassen, der mittels zumindest eines Laserstrahls einer Laseranordnung (26) zur Sekundärlichtabgabe anregbar ist,
wobei vorzugsweise in den Zellen der Farbkonvertierungsmatrix grüner, gelber oder roter Leuchtstoff oder eine Mischung davon enthalten ist, wobei ferner vorzugsweise der Leuchtstoff vorzugsweise ein anorganischer Leuchtstoff oder ein Quantumdot ist, der vorzugsweise mittels eines blauen Laserstrahls zur Sekundärlichtabgabe anregbar ist.
Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei der zumindest eine Laserstrahl mittels einer Mikrospiegelanordnung (25) auf die jeweiligen Zellen der Farbkonvertierungsmatrix gerichtet wird,
wobei vorzugsweise die Mikrospiegelanordnung (25) mit einer Frequenz zwischen 30 und 1000 Hz, vorzugsweise zwischen 50 und 200 Hz auf die Zellen gerichtet wird, oder

wobei jeder Zelle ein auf diese fest gerichteter Laserstahl zugeordnet ist, oder

wobei zumindest ein Laserstrahl mittels einer Mikrospiegelanordnung (25) auf bestimmte Zellen der Farbkonvertierungsmatrix richtbar ist und zumindest ein weiterer Laserstrahl fest einer Zelle zugeordnet ist, oder

wobei die Farbkonvertierungsmatrix derart beweglich in der Leuchtvorrichtung (10) angeordnet ist, dass die jeweiligen Zellen der Farbkonvertierungsmatrix in zumindest einen ortsfest vorgesehen Laserstahl bewegbar sind, wobei vorzugsweise die Farbkonvertierungsmatrix mittels zumindest eines piezoelektrischen oder zumindest eines elektromagnetischen Aktuators (30) bewegt wird.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einzellichtquellen zumindest eines Bereichs (12, 13) jeder Lichtquelle (11) derart
bereitgestellt sind, dass dieser Bereich ein Weißlicht mit einer Farbtemperatur zwischen 4500 K und 8000 K, vorzugsweise zwischen 5000 K und 7500 K und besonders bevorzugt von etwa 6000 K abgeben kann; und wobei die Einzellichtquellen zumindest eines weiteren Bereichs (12, 13) derart bereitgestellt sind, dass dieser weitere Bereiche ein Weißlicht mit einer Farbtemperatur zwischen 2500 K und 4000 K, vorzugsweise zwischen 3000 K und 3500 K und besonders bevorzugt von etwa 3000 K abgeben kann.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einzellichtquellen zumindest eines Bereichs (12, 13) jeder Lichtquelle (11) derart
bereitgestellt sind, dass dieser Bereich Licht mit einer Peak-Wellenlänge zwischen etwa 580 und 670 nm, und/oder zwischen etwa 390 und 480 nm, und/oder zwischen etwa 480 und 560 nm, und/oder zwischen 560 und 630 nm abgeben kann.