DE102008064397A1

DE102008064397A1 - LED-Anordnung mit Lichtsensor

Info

Publication number: DE102008064397A1
Application number: DE102008064397A
Authority: DE
Inventors: Eduardo Pereira; Michael Zimmermann
Original assignee: TridonicAtco Schweiz AG
Current assignee: Tridonic AG
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-06-24
Also published as: WO2010072731A1; EP2361489A1; EP2361489B1; DE112009003762A5

Abstract

Die Erfindung schlägt eine LED-Anordnung vor, die aufweist: - wenigstens eine auf einem Träger angeordnete LED, vorzugsweise mehrere LEDs wenigstens zweier unterschiedlicher Farben, - ein die wenigstens eine LED aufnehmendes Gehäuse mit einer Lichtaustrittsfläche, und - wenigstens einen Lichtsensor, und - eine mit der wenigstens einen LED und dem Lichtsensor funktionell verbundene Steuereinheit, wobei der Lichtsensor außerhalb des durch die Lichtaustrittsfläche und dem Träger definierten Raums angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf den Betrieb von organischen oder anorganischen LEDs bzw. OLEDs. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf eine Ansteuerung derartiger LEDs bzw. OLEDs unter Zuhilfenahme eines Lichtsensors.
In 7 ist eine Anordnung für einen solchen Betrieb schematisch dargestellt.
Licht von einer oder mehreren LEDs 2, beispielsweise RGB-LEDs, wird vorzugsweise einer Streuscheibe oder einem anderen lichtmischenden Element zugeführt. Ein Lichtsensor 1 innerhalb oder ausserhalb der LED-Leuchte erfasst das Licht der wenigstens einen LED 2 vor oder nach der Lichtmischung. Ein Rückführsignal 22 von dem Lichtsensor 1 wird einer Steuereinheit 23 als Istwertsignal der Lichterzeugung zurückgeführt. Dieses Signal gibt wenigstens die Amplitude wieder und kann ggf. auch Frequenz bzw. Spektrum-spezifische Aussagen treffen.
Als Sollwertsignal kann der Steuereinheit beispielsweise intern oder extern ein Dimmwertsignal 24 vorgegeben sein.
Die Steuereinheit 23 steuert den Betrieb der wenigstens einen LED 2 ausgehend von einer als Konverter in 7 dargestellten Spannungsversorgung, die mit einer DC- oder AC-Eingangsspannung U_i versorgt ist. Die Steuereinheit 23 kann bspw. die Leistung einer oder individuell mehrerer LEDs durch PWM-Modulation steuern. Dieses geschilderte Prinzip kann bei der vorliegenden Erfindung übernommen werden.
Ein derartiger Aufbau ist grundsätzlich bereits aus der EP 1 399 694 ( WO 2202/099333 ) bekannt, die eine Beleuchtungsvorrichtung mit Leuchtdioden und Lichtsensoranordnungen für optische Rückkopplung betrifft.
Bezug nehmend auf 1 und 2 soll nunmehr die Problematik der räumlichen Anordnung eines Lichtsensors erläutert werden.
In 1 ist eine LED-Leuchte 12 gezeigt, die eine oder mehrere LEDs 2 aufweist. Die Leuchte 12 weist ein Gehäuse ('Luminaire') auf, an dessen Vorderseite eine Lichtaustrittsfläche vorgesehen ist, auf die der Lichtkegel 7 der LED 2 trifft. Der Lichtkegel 7 kann dabei durch eine Reflektorwand begrenzt sein.
Die Lichtaustrittsfläche weist genauer gesagt transparente Bereiche 4 zum Austritt des Lichts von der LED 2 sowie wenigstens einen abgedunkelten Bereich 5 auf. Wie durch das Bezugszeichen 6 angedeutet, kann beispielsweise durch Reflektion an der Reflektorwand 7 Licht von der LED 2 derart reflektiert werden, um somit auf die LEDs zugewandte Seite des abgedunkelten Bereichs 5 zu treffen. Die Rückseite des abgedunkelten Bereichs 5 ist derart ausgebildet, dass das reflektierte Licht (Bezugszeichen 6 in 1) in einen Lichtsensor 1 zugeordneten Reflektor 25 geleitet wird. Somit wird ein Teil des von der LED dabei ausgestrahlten Lichts, nämlich der Teil 6 in 1, gewünscht dem Lichtsensor 1 zugeführt.
Wie sich unweigerlich bereits aus 1 ergibt, weist diese Anordnung indessen den Nachteil auf, dass der abgedunkelte Bereich 5 sich in der Lichtaustrittsfläche einerseits ästhetisch, andererseits aber auch hinsichtlich der erzielten Beleuchtungswirkung nachteilig auswirkt. Schließlich stellt dieser Bereich eine Unterbrechung der transparenten und somit auch lichtabstrahlenden Bereiche 4 der Lichtaustrittsfläche dar.
In 2 ist eine weitere Problematik dieser Anordnung des Lichtsensors 1 illustriert. Umgebungslicht, das mit dem Bezugszeichen 9 in 2 bezeichnet ist, kann von außerhalb der LED-Leuchte 12 kommend durch die transparenten Bereiche 4 hindurch auf die Rückseite 26 des abgedunkelten Bereichs gelangen, gerät somit in den Bereich des Lichtsensor-Reflektors 25 und wird als Störung an dem Sensor 1 wahrgenommen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine LED-Anordnung mit Lichtsensor zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs wenigstens einer LED bereitzustellen, die weniger durch auf die LED-Anordnung fallendes Umgebungslicht beeinflusst ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung besonders vorteilhaft weiter.
Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine LED-Anordnung, aufweisend:

– wenigstens eine auf einem Träger angeordnete LED, vorzugsweise mehrere LEDs wenigstens zweier unterschiedlicher Farben,
– eine die wenigstens eine LED aufnehmendes Gehäuse mit einer Lichtaustrittsfläche, und
– wenigstens einen Lichtsensor, und
– eine mit der wenigstens einen LED und dem Lichtsensor funktionell verbundene Steuereinheit,

Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine LED-Anordnung, aufweisend:

Die wenigstens eine LED kann auf einem Träger angeordnet und der Lichtsensor hinter die durch en Träger gebildete Ebene zurückversetzt sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine LED-Anordnung, aufweisend:

– wenigstens eine auf einem Träger angeordnete LED, vorzugsweise mehrere LEDs wenigstens zweier unterschiedlicher Farben,
– eine die wenigstens eine LED aufnehmendes Gehäuse mit einer Lichtaustrittsfläche, durch die ein Hauptlichtkegel der wenigstens einen LED tritt,
– wenigstens einen Lichtsensor, und
– eine mit der wenigstens einen LED und dem Lichtsensor funktionell verbundene Steuereinheit,

Das Sekundärlicht kann dabei von einer weiteren Lichtaustrittsfläche der wenigstens einen LED aus auf den Lichtsensor treffen. Die weitere Lichtaustrittsfläche ist räumlich von einer Lichtaustrittsfläche der wenigstens einen LED getrennt, an der der Hauptlichtkegel austritt.
Die weitere Lichtaustrittsfläche kann auf der von dem Hauptlichtkegel abgewandten Rückseite des LED-Chips angeordnet sein. Das Sekundärlicht kann durch wenigstens eine Ausnehmung in einem Träger, auf der die LED angebracht ist, zu der Rückseite des Trägers gelangen. Der Lichtsensor ist vorzugsweise in einem Bereich auf der Rückseite des Trägers angeordnet.
Licht von einer LED, insbesondere einer OLED (organische LED), kann durch mehrere Ausnehmungen auf die Rückseite des Trägers gelangen.
Das Sekundärlicht kann von einer weiteren LED aus austreten, die mit derjenigen wenigstens einen LED abgeglichen ist, von der aus der Hauptlichtkegel austritt.
Die weitere LED kann auf der gleichen Seite oder auf der Rückseite eines Trägers angeordnet sein, auf dem wenigstens eine Hauptlichtkegel-LED angeordnet.
Die LED-Anordnung kann mehrere LEDs unterschiedlicher Farbe aufweisen, vorzugweise wenigstens eine in dem grüne, roten bzw. blauen Spektrum.
Die LED-Anordnung kann eine Streuscheibe aufweisen.
Die LED-Anordnung kann wenigstens eine Farbkonversionstoff-konvertierte weisse LED aufweisen.
Der Lichtsensor kann eine oder mehrere Photodioden aufweist, die vorzugsweise farbspezifisch ausgebildet sind.
Eine Beleuchtungsanlage kann eine erfindungsgemäße LED-Anordnung aufweisen.
Weitere Vorteile, Eigenschaften und Merkmale der Erfindung sollen nunmehr Bezug nehmend auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen erläutert werden.
Dabei zeigen:
1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung eines Lichtsensors in einer LED-Leuchte,
2 illustriert den negativen Einfluss von Umgebungslicht bei einer Lichtsensoranordnung gemäß dem Stand der Technik,
3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit abgeglichenen LEDs,
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit abgeglichenen LEDs, die räumlich getrennt zu den Hauptbeleuchtungs-LEDs angeordnet sind,
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der der Lichtsensor im Vergleich zu einer Trägerebene wenigstens einer LED zurückversetzt ist,
6 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von 5 dahingehend, dass eine einzige LED bzw. OLED mehrere Ausnehmungen in einen zurückversetzten Raum mit dem Lichtsensor 1 mit Licht versorgt, und
7 zeigt schematisch die grundsätzliche Wirkungsweise eines rückgekoppelten Lichtsensors bei der LED-Ansteuerung, wie sich auch bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Bezug nehmend auf 3 soll nunmehr ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert werden.
Wiederum ist eine LED-Leuchte 12 mit einem Gehäuse 3 und einer LED 2 bzw. einer LED-Anordnung vorgesehen. Es kann ein Reflektor 7 vorgesehen sein, um den Lichtkegel von der LED 2 zu einer Lichtaustrittsfläche 10 der LED-Leuchte zu lenken. Die Lichtaustrittsfläche 10 ist dabei vorzugsweise durchgehend transparent. Sie weist also im Vergleich zum Stand der Technik keine abgedunkelten Flächen auf, d. h. zumindest keine abgedunkelten Flächen, die von transparenten Bereichen umgeben werden und somit ”dunkle Inseln” der Lichtaustrittsfläche darstellen.
Das Licht von der LED 2 wird nicht zu dem Lichtsensor 1 hin reflektiert. Somit ergibt sich eine ästhetisch und beleuchtungstechnisch bevorzugte gleichmäßige Lichtaustrittsfläche 10. Diese Lichtaustrittsfläche 10 kann als beispielsweise als Streuscheibe ausgebildet sein, was nur ein Beispiel zu einem Lichtmischelement darstellt. Dies wird vorzugsweise der Fall sein, wenn mehrere unterschiedlich farbige LEDs 2 beispielsweise in den Spektren rot, grün, blau vorgesehen sind. Alternativ oder zusätzlich kann die LED-Anordnung 2 auch eine oder mehrere Farbstoffkonvertierte weiße LED aufweisen. Die LED bzw. LED-Anordnung 2 ist auf einem Träger 8 angeordnet, der beispielsweise auch mehrere Funktionen wie die elektrische Versorgung (Platine) oder auch eine Kühlwirkung bzw. Wärmeableitung erzielen kann. Diesem Ausführungsbeispiel von 3 sind zur Lichtrückkopplung zu der Steuereinheit (siehe 7) und der Sekundär-LEDs 11 vorgesehen. Diese Sekundär-LEDs 11 sind zu den Hauptbeleuchtungs-LEDs 2 derart abgeglichen, dass sie das gleiche Spektrum und vorzugsweise auch die gleichen Temperatureigenschaften aufweisen.
Wie in 3 dargestellt, sind die Sekundärelemente 11 bevorzugt in der unmittelbaren Nähe der LEDs 2 und daher innerhalb des Gehäuses 3 der LED-Leuchte 12 angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Anordnung der Elemente 11 auf den gleichen Träger 8 und vorzugsweise dort auf der Rückseite des Trägers 8.
Somit strahlen die Sekundär-LEDs 11 in einen auf der Rückseite 27 des Trägers 8 vorgesehenen Bereich. In diesem Bereich ist wie dargestellt der Lichtsensor 1 angeordnet.
Der Lichtsensor 1 ist also durch den nicht-transparenten Träger 8 von dem Raum abgeschottet, der zwischen dem Träger 8 bzw. der LED 2 und der Lichtaustrittsfläche 10 definiert ist.
Somit kann Umgebungslicht, das wie schematisch dargestellt, und mit einem Bezugszeichen 6 versehen, von außen durch die Lichtaustrittsfläche 10 in den Raum zwischen dem Träger 8 und der Lichtaustrittsfläche 10 fallen kann, nicht auf den Lichtsensor 1 fallen und kann somit kein Störsignal darstellen.
Die Sekundär-LEDs 11 werden vorzugsweise von der Steuereinheit (23 in 7) in der gleichen Weise wie die Hauptlicht-LEDs 2 angesteuert. Somit wird rein zu Messzwecken ein Sekundärlicht erzeugt, das vom Umgebungslicht nicht beeinflusst ist.
Bezug nehmend auf 4 soll nunmehr ein Ausführungsbeispiel erläutert werden, dass in gewisser Weise eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von 3 zeigt. Wiederum sind Sekundärlicht-LEDs 16 vorgesehen, die nunmehr indessen räumlich getrennt von der LED-Leuchte 12 vorgesehen sind. Im dargestellten Beispiel sind diese Sekundärlicht-LEDs 16 und auch der Lichtsensor 1 der Steuer/Konvertereinheit 14, 15 zugeordnet. Diese Einheit ist mit der LED-Leuchte 12 beispielsweise über ein Versorgungskabel 13 zur Ansteuerung der LEDs 12 verbunden. In diesem Beispiel erfolgt also die Messung von Lichtcharakteristiken einerseits indirekt über die Sekundärlicht-LEDs 16 und andererseits an einem räumlich getrennten Ort bezüglich der LED-Leuchte 12 und den dort vorgesehenen Hauptlicht-LEDs 2. In diesem Fall ist wie schematisch in 4 dargestellt, an einer LED-Leuchte 12 vorzugsweise ein Temperatursensor 28 vorgesehen, dessen Ausgangssignal der Steuer/Treibereinheit 14, 15 zugeführt ist, da sich ja die Temperatur der Sekundärlicht-LED 16 aufgrund der räumlichen Trennung von der der Hauptlicht-LEDs 2 deutlich unterscheiden kann.
5 zeigt nunmehr ein Ausführungsbeispiel, bei denen das zu dem Lichtsensor 1 einfallende Licht nicht von Sekundärlicht-LEDs 11, 16, sondern von den Hauptlicht-LEDs 2 erzeugt wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die eine oder mehrere LEDs 2 neben der der Lichtaustrittsfläche 10 zugewandten LED-Austrittsfläche 29 eine weitere Austrittsfläche 30 auf. Im dargestellten Beispiel ist die Austrittsfläche 30 der wenigstens einen LED 2 auf der Rückseite angeordnet. In dem Träger, der als Hilfsträger 17 ausgebildet sein kann, sind eine oder mehrere Ausnehmungen 19 (beispielsweise Bohrungen) vorgesehen, durch die das Licht von den weiteren Austrittsflächen 30 der LED 2 in den Bereich hinter den Hilfsträger 17 gelangt. Die Rückseite der LED 2 überlappt dabei eine oder mehrere Ausnehmungen 19.
In dem dargestellten Beispiel ist ein Raum zwischen dem Hilfsträger 17 und einem Hauptträger 18 vorgesehen, in den also das Licht von den weiteren Austrittsflächen 30 durch die Ausnehmungen 19 gelangt. In diesem Raum ist der Lichtsensor 1 angeordnet.
6 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von 5 dahingehend, dass eine flächig ausgebildete LED 21, vorzugsweise eine OLED mehrere Ausnehmungen 19 überdeckt. Somit gelangt das Licht von der Austrittsfläche 30 auf der Rückseite der flächigen LED 21 durch mehrere Ausnehmungen 19 in den Raum, in dem der Lichtsensor 1 angeordnet ist, was zu einer gewissen Mittelung der Messung der Lichtcharakteristik der LED 21 führt.
Wie auch beim Stand der Technik üblich, kann der Lichtsensor dazu vorgesehen sein, Charakteristiken der LED 2 zu erfassen, da diese von der Temperatur, der Alterung etc. der LED abhängen können. Dabei kann der Lichtsensor insbesondere farb- bzw. spektrumselektiv sein, so dass ein Rückführsignal zur Farbwertstabilisierung (Farbkoordinate im CIE-System) durch selektive Ansteuerung von LEDs unterschiedlicher Farbe verwendet werden kann.
Die Erfindung schlägt eine Sensoranordnung vor, bei der sichergestellt ist, dass der Lichtsensor tatsächlich nicht von der LED und nicht etwa eine Kombination beispielsweise des Lichts von der LED mit Umgebungslicht erfasst.
Dabei kann das Ausführungsbeispiel von 5 und 6 auch dahingehend abgewandelt werden, dass der Lichtsensor 1 nicht in einem Raum hinter dem Träger 17 angeordnet ist, sondern vielmehr in dem Träger 17 eine Vertiefung vorgesehen ist, dass er auch somit Licht von der LED 2 erfassen kann, ohne dass die Ausnehmungen 30 notwendig sind.
Es ist darauf hinzuweisen, dass unter dem Begriff 'Lichtsensor' im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und auch in den Ansprüchen stets eine oder mehrere Lichtsensoren zu verstehen sind, die jeweils beispielsweise eine oder mehrere Fotodioden aufweisen können.

1: Lichtsensor
2: LEDs
3: Leuchtengehäuse
4: Transparente Scheibe, bspw. Streuscheibe
5: Abgedunkelter Bereich der Lichtaustrittsfläche
6: Reflektiertes Licht
7: Hauptlichtkegel
8: LED-Träger
9: Umgebungslicht
10: Durchgehende Streuscheibe
11: Abgeglichene (”matched”) LEDs
12: LED-Leuchte
13: Versorgungskabel
14: Separate Sensor- und ggf. Treiber-/Konvertereinheit
15: Treiber-/Konverterschaltung
16: Abgeglichene LEDs
17: Hauptplatine
18: Hilfsträger
19: Ausnehmungen
20: Sekundärlicht
21: OLED
22: Rückführsignal vom Lichtsensor
23: Steuereinheit
24: Sollwertvorgabe DIMM
25: Lichtsensor-Reflektor
26: Rückseite des abgedunkelten Bereichs 5
27: Rückseite des Trägers 8
28: Temepratursensor
29: Erste Lichtaustrittfläche
30: Weitere Lichtaustrittsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1399694 [0006]
- WO 2202/099333 [0006]

Claims

LED-Anordnung, aufweisend: – wenigstens eine auf einem Träger, insbesondere einer Platine, angeordnete LED, vorzugsweise mehrere LEDs wenigstens zweier unterschiedlicher Farben, – eine die wenigstens eine LED aufnehmendes Gehäuse mit einer Lichtaustrittsfläche, und – wenigstens einen Lichtsensor, und – eine mit der wenigstens einen LED und dem Lichtsensor funktionell verbundene Steuereinheit, wobei der Lichtsensor ausserhalb des durch die Lichtaustrittsfläche und dem Träger definierten Raums angeordnet ist.
LED-Anordnung, aufweisend: – wenigstens eine auf einem Träger angeordnete LED, vorzugsweise mehrere LEDs wenigstens zweier unterschiedlicher Farben, – eine die wenigstens eine LED aufnehmendes Gehäuse mit einer Lichtaustrittsfläche, und – wenigstens einen Lichtsensor, und – eine mit der wenigstens einen LED und dem Lichtsensor funktionell verbundene Steuereinheit, wobei Abschattungsmittel vorgesehen sind, die verhindern, dass auf den Lichtsensor von ausserhalb des Gehäuse durch die Lichtaustrittsfläche einfallendes Umgebungslicht fällt.
LED-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die wenigstens eine LED auf einem Träger angeordnet ist und der Lichtsensor hinter die durch en Träger gebildete Ebene zurückversetzt ist.
LED-Anordnung, aufweisend: – wenigstens eine auf einem Träger angeordnete LED, vorzugsweise mehrere LEDs wenigstens zweier unterschiedlicher Farben, – eine die wenigstens eine LED aufnehmendes Gehäuse mit einer Lichtaustrittsfläche, durch die ein Hauptlichtkegel der wenigstens einen LED tritt, – wenigstens einen Lichtsensor, und – eine mit der wenigstens einen LED und dem Lichtsensor funktionell verbundene Steuereinheit, wobei auf den Lichtsensor Sekundärlicht trifft, das nicht direkt oder indirekt von dem Hauptlichtkegel aus erzeugt ist.
LED-Anordnung nach Anspruch 4, bei der das Sekundärlicht von einer weiteren Lichtaustrittsfläche der wenigstens einen LED aus auf den Lichtsensor trifft, wobei die weiteren Lichtaustrittsfläche räumlich getrennt zu einer Lichtaustrittsfläche der wenigstens einen LED ist, an der der Hauptlichtkegel austritt.
LED-Anordnung nach Anspruch 5, bei der die weitere Lichtaustrittsfläche auf der von dem Hauptlichtkegel abgewandten Rückseite des LED-Chips angeordnet ist, und das Sekundärlicht durch wenigstens ein Ausnehmung in einem Träger, auf der die LED angebracht ist, zu der Rückseite des Trägers gelangt, wobei der Lichtsensor ebenfalls in einem Bereich auf der Rückseite des Trägers angeordnet ist.
LED-Anordnung nach Anspruch 6, bei der Licht von einer LED, insbesondere einer OLED, durch mehrere Ausnehmungen auf die Rückseite des Trägers gelangt.
LED-Anordnung nach Anspruch 4, bei der das Sekundärlicht von einer weiteren LED aus austritt, die mit derjenigen wenigstens einen LED abgeglichen ist, von der aus der Hauptlichtkegel austritt.
LED-Anordnung nach Anspruch 8, bei der die weitere LED mit der Hauptlichtkegel-LED abgeglichen ist.
LED-Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, bei der die weitere LED auf der gleichen Seite oder auf der Rückseite eines Trägers angeordnet ist, auf dem wenigstens eine Hauptlichtkegel-LED angeordnet.
LED-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend mehrere LEDs unterschiedlicher Farbe, vorzugweise wenigstens eine in dem grüne, roten bzw. blauen Spektrum.
LED-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Streuscheibe.
LED-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend wenigstens eine Farbkonversionstoff-konvertierte weisse LED.
LED-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtsensor eine oder mehrere Photodioden aufweist, die vorzugsweise farbspezifisch ausgebildet sind.
Beleuchtungsanlage aufweisend eine LED-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.