DE19624087A1 - LED illumination apparatus for colour system - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung und insbesondere eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von im wesentlichen punktförmigen Licht quelleneinrichtungen, die jeweils Licht in einer bevorzugten Richtung abstrahlen.The present invention relates to a lighting device and, in particular, to a lighting device Lighting device with a plurality of essentially point-shaped light source devices, each emitting light in a preferred direction.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung, ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Be leuchtungsvorrichtung und ein Farblichtsystem mit der erfindungsgemäßen Beleuch tungsvorrichtung.Furthermore, the present invention relates to the use of the invention Lighting device, a method for operating the Be invention lighting device and a color light system with the lighting according to the invention device.
Obwohl sich die nachfolgende Beschreibung auf Leuchtdioden (LEDs) beschränkt, kön nen jegliche punktförmigen Lichtquellen zum Aufbau der erfindungsgemäßen Beleuch tungsvorrichtung verwendet werden, insbesondere andere punktförmige Halbleiterlicht quellen, wie z. B. Halbleiterlaser oder weitere Halbleiteranordnungen, die Lumineszenzef fekte aufweisen, wie beispielsweise die jüngst bekannt gewordenen Anordnungen aus amorphem Silizium.Although the following description is limited to light emitting diodes (LEDs), NEN any point light sources for building the lighting according to the invention tion device can be used, in particular other punctiform semiconductor light swell such as B. semiconductor laser or other semiconductor devices, the Lumineszenzef exhibit effects, such as the recently known arrangements amorphous silicon.
Leuchtdioden, welche auch als Lumineszenzdioden bezeichnet werden, sind als opto elektronisches Halbleiterbauelement verwendete pn-Dioden, bei denen am pn-Übergang Elektrolumineszenz auftritt. Dabei handelt es sich in den meisten Fällen um sichtbares Licht bzw. Infrarotlicht.LEDs, which are also called luminescent diodes, are opto electronic semiconductor component used pn diodes, in which at the pn junction Electroluminescence occurs. In most cases this is visible Light or infrared light.
Fig. 18 zeigt drei typische geometrische Formen A, B und C von Leuchtdioden nach dem Stand der Technik, die üblicherweise in Epitaxieverfahren hergestellt werden. Fig. 18 shows three typical geometric forms A, B and C of light emitting diodes according to the prior art, which are usually prepared in epitaxy.
Die Form A in Fig. 18 ist eine Schichtanordnung aus einer p-GaAs-Schicht 101 und einer n-GaAs-Schicht 102, auf deren Ober- und Unterseite Kontakte 103 angebracht sind. Der Kontakt auf der Oberseite weist im Mittelbereich eine Öffnung auf, welche den Lichtstrahl in Richtung des Pfeils austreten läßt.Form A in FIG. 18 is a layer arrangement of a p-GaAs layer 101 and an n-GaAs layer 102 , on the top and bottom of which contacts 103 are attached. The contact on the upper side has an opening in the central area which allows the light beam to emerge in the direction of the arrow.
Die Form B in Fig. 18 ist eine der Form A ähnliche Schichtanordnung, bei der zusätzlich eine n-GaAs-Kugel 102 auf der Lichtstrahlaustrittsöffnung vorgesehen ist. Diese zusätz liche n-GaAs-Kugel 102 dient zur Fokussierung des in Richtung des Pfeils emittierten Lichts.Form B in FIG. 18 is a layer arrangement similar to form A, in which an n-GaAs sphere 102 is additionally provided on the light beam exit opening. This additional union GaAs sphere 102 serves to focus the light emitted in the direction of the arrow.
Die Form C in Fig. 18 ist eine der Form A ähnliche Schichtanordnung, bei der der Kon takt auf der Oberseite keine Öffnung aufweist und dementspechend der Lichtstrahl seit lich in Richtung des Pfeils austritt.Form C in Fig. 18 is a layer arrangement similar to Form A, in which the contact has no opening on the top and accordingly the light beam emerges from the direction of the arrow since Lich.
Die Leuchtdiode wird beim Betrieb in Durchlaßrichtung vorgespannt, so daß die La dungsträgerkonzentrationen größer als die Gleichgewichtskonzentrationen sind. Die bei der auftretenden Rekombination freiwerdende Energie wird in Form von Licht abge strahlt.The LED is biased during operation in the forward direction, so that the La manure carrier concentrations are greater than the equilibrium concentrations. The at The recombination energy released is absorbed in the form of light shine.
Leuchtdioden gibt es in verschiedenen Farben, und zwar insbesondere in Infrarot, Rot, Orange, Gelb, Grün und Blau.Light-emitting diodes come in different colors, in particular in infrared, red, Orange, yellow, green and blue.
Es ist auch möglich, das von einer Leuchtdiode emittierte Licht farblich zu ändern, indem man dieses Licht zur Anregung einer photolumineszierenden Substanz verwendet. So kann man z. B. von GaAs-Leuchtdioden emittiertes Infrarotlicht in grünes Licht verwan deln. Dabei ist die Leuchtdiode vorteilhafterweise unmittelbar mit der photolumineszie renden Substanz überzogen.It is also possible to change the color of the light emitted by a light-emitting diode by this light is used to excite a photoluminescent substance. So can you e.g. B. from infrared light emitted by GaAs light-emitting diodes into green light deln. The light-emitting diode is advantageously directly connected to the photoluminescent coating substance.
Eine spezielle Modifikation der Leuchtdiode ist der Halbleiterlaser, bei dem Rekombina tionseffekte nach vorheriger Überbesetzung des Leitungsbandes stimuliert werden.A special modification of the light emitting diode is the semiconductor laser, in the case of the recombina tion effects after prior occupation of the conduction band are stimulated.
Leuchtdioden werden beispielsweise als Anzeigebauelemente und als Bestandteile in tegrierter Festkörperbildwandler bezeichnet. Halbleiterlaser finden in Laserdisplays und vor allem in Laserdruckern ihre Anwendung. Bei allen diesen Anwendungen von bekann ten Halbleiterlichtquellen steht ihre Eigenschaft als punktförmige Lichtquelle im Vorder grund.LEDs are used, for example, as display components and as components in designated solid-state image converter. Semiconductor lasers can be found in laser displays and especially in laser printers. Known in all of these applications Semiconductor light sources focus on their property as point light sources reason.
Fig. 19 zeigt den typischen Aufbau einer Leuchtdiode in einem Plastikgehäuse als punktförmige Lichtquelle nach dem Stand der Technik. Fig. 19 shows the typical structure of a light emitting diode in a plastic housing as a point light source according to the prior art.
In Fig. 19 bezeichnen Bezugszeichen 104 einen Anodenanschluß, 105 einen Kathoden anschluß, 106 einen Anschlußdraht, 107 einen Leuchtdiodenchip mit beispielsweise der Form A von Fig. 18, 108 eine Reflektorwanne und 109 ein Plastikgehäuse.In Fig. 19, reference numeral 104 designates an anode connection, 105 a cathode connection, 106 a connecting wire, 107 a light-emitting diode chip with, for example, the shape A of Fig. 18, 108 a reflector trough and 109 a plastic housing.
In den letzten Jahren seit etwa 1990 hat die LED-Technik Fortschritte hin zu höherer Leuchteffizienz (Lumen/Watt) vor allem im Bereich sichtbarer Wellenlängen gemacht.In the past few years since about 1990, LED technology has progressed towards higher levels Luminaire efficiency (lumens / watt) made especially in the range of visible wavelengths.
Im Vergleich mit herkömmlichen Lichtquellen, wie z. B. Glühlampen mit oder ohne Edel gasfüllung, erreichen sogenannte superhelle LEDs eine wesentlich höhere Leuchteffizi enz. Diese superhellen LEDs gibt es auf dem Markt insbesondere in den Farben Rot, Gelb, Hellgrün, Grün und Blau. Entwicklungen superheller LEDs werden momentan für blaues bis grünes Licht mit GaN und für gelbes bis rotes Licht mit AllnGaP intensiv be trieben.Compared to conventional light sources, such as. B. incandescent with or without precious gas filling, so-called super bright LEDs achieve a significantly higher light efficiency enz. These super bright LEDs are available on the market especially in the colors red, Yellow, light green, green and blue. Developments of super bright LEDs are currently for blue to green light with GaN and intensely for yellow to red light with AllnGaP drove.
Die Strahlleistung einer einzelnen LED ist jedoch begrenzt, und als Obergrenze lassen sich einige Watt angeben. Außerdem strahlen LEDs nur Licht in einem relativ schmalen Wellenlängenbereich ab, d. h. mit einer LED kann nur annähernd monochromatisches Licht mit relativ geringer Strahlleistung erzeugt werden.The beam power of a single LED is limited, however, and leave as an upper limit specify a few watts. In addition, LEDs only emit light in a relatively narrow Wavelength range, i.e. H. with an LED can only be approximately monochromatic Light with a relatively low beam power can be generated.
Aus der DE-OS 23 15 709 ist eine Strahlung abgebende ebene Halbleiteranordnung mit hoher Strahlleistung bekannt. Diese bekannte Halbleiteranordnung weist einen Gehäu sesockel, der zumindest an der der Halbleiteranordnung zugewandten Oberflächenseite isolierend ist, sowie eine strahlungsdurchlässige, die Halbleiteranordnung bedeckende Kunststofflinse auf. Auf dem Gehäusesockel ist eine größere Anzahl von Strahlung ab gebenden Halbleiterbauelementen angeordnet, die entweder sämtlich hintereinander oder parallel zueinander geschaltet sind.From DE-OS 23 15 709 a radiation-emitting plane semiconductor arrangement is included known high beam power. This known semiconductor arrangement has a housing socket base, at least on the surface side facing the semiconductor arrangement is insulating, and a radiation-permeable, covering the semiconductor device Plastic lens on. There is a greater number of radiation on the housing base Giving semiconductor devices arranged, either all in a row or are connected in parallel to each other.
Aus der EP-A-0 390 479 ist eine LED-Clustereinheit für eine Anzeigeeinrichtung be kannt. Diese bekannte LED-Clustereinheit enthält eine Matrixanordnung von LEDs auf einer Platine, auf deren Rückseite Steckverbindungen angebracht sind. Auf der Ab strahlseite der LEDs ist eine röhrenförmige Abschirmungseinrichtung vorgesehen, um die LED-Cluster vor seitlich einfallendem Licht abzuschirmen, damit der Betrachter eine scharfes Bild von dem LED-Cluster wahrnehmen kann. Weiterhin soll die Abschir mungseinrichtung die LED-Cluster vor Verschmutzung und Beschädigung schützen.EP-A-0 390 479 describes an LED cluster unit for a display device knows. This known LED cluster unit contains a matrix arrangement of LEDs a circuit board with plug connections on the back. On the down A tubular shielding device is provided on the beam side of the LEDs in order to shield the LED clusters from laterally incident light so that the viewer can perceive a sharp image of the LED cluster. Furthermore, the shield Protect the LED cluster from dirt and damage.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, welche Licht mit höherer Strahlleistung und/oder breitbandigeres Licht erzeu gen kann.The object of the present invention is to provide an improved lighting device create which generate light with higher beam power and / or broadband light can.
Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruches 1 ge löst.According to the invention, the above object is achieved by the subject matter of claim 1 solves.
Weiterhin sieht die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Be leuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 45 bis 48, 50 bis 53 und 55 vor.Furthermore, the present invention provides the use of the Be according to the invention lighting device according to claim 45 to 48, 50 to 53 and 55 before.
Zusätzlich schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben erfindungsge mäßen Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 56.In addition, the present invention provides a method for operating fiction moderate lighting device according to claim 56.
Ferner liefert die vorliegende Erfindung ein Farblichtsystem mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 57.Furthermore, the present invention provides a color light system with the invention The lighting device of claim 57.
Zu bevorzugende Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Preferred further developments are the subject of the respective subclaims.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine Licht mit hö herer Strahlleistung und/oder breitbandigeres Licht erzeugende Beleuchtungsvorrich tung aus mehreren punktförmigen Lichtquellen dadurch zu schaffen, daß die punktförmi gen Lichtquellen ihr Licht in mindestens zwei unterschiedliche Richtungen abstrahlen, und dieses abgestrahlte Licht effizient gerichtet und/oder farblich gemischt wird. Da durch können weitaus höhere optische Wirkungsgrade (Lumen/Watt), auch als Leucht effizienz bezeichnet, als bei den oben genannten üblichen Beleuchtungsvorrichtungen erzielt werden.The idea on which the present invention is based is to use a light with a height Herer beam power and / or broadband light generating lighting device tion from multiple point light sources to create that the punctiform light sources emit their light in at least two different directions, and this emitted light is efficiently directed and / or mixed in color. There can achieve much higher optical efficiencies (lumens / watt), even as a light efficiency referred to as the usual lighting devices mentioned above be achieved.
Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung sind die hohe Lebensdauer, die hohe Leuchteffizienz, die geringe Temperaturerhöhung gegenüber der Umgebung, die Farboptimierbarkeit, die Modulierbarkeit des abgestrahlten Lichts und die Einfachheit der Verpackung.The high advantages of the lighting device according to the invention are particularly advantageous Service life, the high luminous efficiency, the low temperature increase compared to the Environment, the color optimization, the modulability of the emitted light and the Ease of packaging.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezug nahme auf die begleitende Zeichnung näher beschrieben werden.In the following, embodiments of the present invention are referenced be described in more detail on the accompanying drawing.
In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:
Fig. 1 eine Vorderansicht eines LED-Strahlers gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 is a front view of a LED spotlight in accordance with a first preferred embodiment of the present invention;
Fig. 2 eine Draufsicht des LED-Strahlers gemäß der ersten bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 is a plan view of the LED floodlight approximate shape of the first preferred exporting the present invention;
Fig. 3 eine Vorderansicht einer beispielhaften LED-Haltestruktur für die erste be vorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 3 is a front view of an exemplary LED holding structure for the first embodiment of the present invention be ferred.
Fig. 4 eine Draufsicht der beispielhaften LED-Haltestruktur für die erste bevor zugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 is a plan view of the exemplary LED holding structure for the first preferred embodiment of the present invention;
Fig. 5 bis 7 beispielhafte Anordnungen der LED-Strahlerplatten im LED-Strahler ge mäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 5 to 7 exemplary arrangements of the LED radiator panels in the LED spotlight accelerator as the first preferred embodiment of the present invention;
Fig. 8 eine Vorderansicht eines LED-Strahlrohrs gemäß einer zweiten bevorzug ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 8 is a front view of an LED according to a second jet pipe Favor th embodiment of the present invention;
Fig. 9 eine Draufsicht des LED-Strahlrohrs gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 9 is a plan view of the LED beam tube according to the second preferred embodiment of the present invention;
Fig. 10 bis 13 beispielhafte Anordnungen der LED-Strahlerplatten im LED-Strahlrohr ge mäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung; Fig. 10 to 13 exemplary arrangements of the LED lamps in the LED boards lance accelerator as the second preferred embodiment of the present OF INVENTION dung;
Fig. 14 eine Vorderansicht eines LED-Strahlers gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem das LED-Strahlrohr gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform in einem Reflektor ein gesetzt ist; Fig. 14 is a front view of a LED spotlight in accordance with a third preferred embodiment of the present invention, wherein the LED is a radiant tube set in accordance with the second preferred embodiment in a reflector;
Fig. 15 eine Darstellung zur Flächenabschätzung für die Strahlerplatinen der er findungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung unter Verwendung von han delsüblichen LED-Chips; FIG. 15 is a diagram for surface estimation for the radiator circuit boards which he inventive lighting device using han mercial LED chips;
Fig. 16 ein Farblichtelement eines Farblichtsystems gemäß einer vierten bevor zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Teilaus schnittsvergrößerung der Draufsicht und des Querschnitts; FIG. 16 is a color light-emitting element of a color lighting system according to a fourth embodiment of the present invention before ferred sectional enlargement with a Teilaus the plan view and cross-section;
Fig. 17 ein elektrisches Blockschaltbild für das Farblichtsystem gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; FIG. 17 is an electrical block diagram of the color light system according to the fourth preferred embodiment of the present invention;
Fig. 18 drei typische geometrische Formen A, B und C von Leuchtdioden nach dem Stand der Technik, die üblicherweise in Epitaxieverfahren hergestellt werden; und Fig. 18, three typical geometric forms A, B and C of light emitting diodes according to the prior art, which are usually produced in epitaxial process; and
Fig. 19 den typischen Aufbau einer Leuchtdiode in einem Plastikgehäuse als Punktlichtquelle nach dem Stand der Technik. Fig. 19 shows the typical structure of a light-emitting diode in a plastic housing as a point light source according to the prior art.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten, wovon eine wiederholte Beschreibung unterlassen wird.In the figures, the same reference symbols designate the same components, one of which repeated description is omitted.
Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht eines LED-Strahlers gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 shows a front view of a LED spotlight in accordance with a first preferred embodiment of the present invention.
In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Strahlerplattenhalter, an dem eine oder mehrere Strahlerplatten 2 mit einer Vielzahl von darauf angebrachten LEDs 3 gehaltert sind. Diese Anordnung befindet sich in einem Reflektor 4 zur homogenen Strahlmi schung. Die LEDs 3 sind so in einer dreidimensionalen Anordnung auf der oder den Strahlerplatten 2 verteilt, daß das von ihnen emittierte Licht auf den Reflektor 4 auftrifft. In Fig. 1, reference numeral 1 designates a radiator plate holder on which one or more radiator plates 2 with a plurality of LEDs 3 mounted thereon are held. This arrangement is located in a reflector 4 for homogeneous radiation mixing. The LEDs 3 are distributed in a three-dimensional arrangement on the radiator plate (s ) 2 such that the light emitted by them strikes the reflector 4 .
Der Reflektor 4 richtet das Licht der LEDs 3 zu seiner Austrittsöffnung, welche vorteilhaf terweise eine lichtdurchlässige Abdeckung 5 aufweist.The reflector 4 directs the light of the LEDs 3 to its outlet opening, which advantageously has a translucent cover 5 .
Die LEDs 3 können gleiche oder unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Bei unter schiedlichen Wellenlängen der LEDs 3 kann durch entsprechende Ausgestaltung des Reflektors 4 als Diffusor zusätzlich eine homogene Farbmischung des Lichts mit unter schiedlichen Wellenlängen erreicht werden, um somit beispielsweise weißes Licht aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zu erhalten. Entsprechend der Verteilung der verschiedenen Wellenlängen sind auch beliebige andere Farbmischungen denkbar.The LEDs 3 can have the same or different wavelengths. With different wavelengths of the LEDs 3 , a corresponding design of the reflector 4 as a diffuser can additionally achieve a homogeneous color mixing of the light with different wavelengths, in order to obtain, for example, white light from the three basic colors red, green and blue. Any other color mixtures are also conceivable in accordance with the distribution of the different wavelengths.
Die lichtdurchlässige Abdeckung 5 kann vorteilhafterweise eine Sammellinse zur Bünde lung oder eine Zerstreuungslinse zur Zerstreuung der Lichtstrahlung und zur Einstellung des Abstrahlwinkels enthalten.The translucent cover 5 can advantageously contain a converging lens for bundling or a diverging lens for dispersing the light radiation and for adjusting the radiation angle.
Der Reflektor 4 ist seinerseits in einem Reflektorkörper 5 gehaltert. Am Fuß des Reflek torkörpers 5 ist vorzugsweise ein Reglerplatinenteil 6 mit sich nach außerhalb des Re flektorkörpers 5 erstreckenden Stromzufuhrkontakten 7 in einer Vergußmasse 8 einge bettet.The reflector 4 is in turn held in a reflector body 5 . At the foot of the reflector body 5 is preferably a controller board part 6 with outside of the reflector body 5 extending power supply contacts 7 in a potting compound 8 is embedded.
Die gesamte Gestalt des LED-Strahlrohrs gemäß der ersten bevorzugten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung ist somit ähnlich wie die eines üblichen Halogenstrah lers.The overall shape of the LED beam tube according to the first preferred embodiment The form of the present invention is thus similar to that of a conventional halogen beam lers.
Die Stromzufuhr kann über einen Strom- oder Spannungsregler, einen Gleichrichter bei Wechselstromanschluß, eine Transientenschutzschaltung oder eine Impulsansteuer schaltung erfolgen. Sämtliche derartige Regel- oder Steuerschaltungen können entwe der auf dem Reglerplatinenteil 6 integriert oder separat außerhalb des LED-Strahlers vorgesehen sein.The current can be supplied via a current or voltage regulator, a rectifier with an AC connection, a transient protection circuit or a pulse control circuit. All such regulating or control circuits can either be integrated on the controller board part 6 or can be provided separately outside the LED spotlight.
Werden die LEDs 3 mit Strom versorgt, so fällt das von ihnen emittierte Licht auf den Reflektor 4 und wird homogen auf die Austrittsöffnung gerichtet bzw. zusätzlich farblich gemischt und gebündelt, so daß für den Betrachter des vom LED-Strahler abgestrahlten Lichtstrahls nicht mehr erkennbar ist, daß das Licht ursprünglich von einzelnen punkt förmigen Halbleiterlichtquellen, z. B. den LEDs 3, herrührt. If the LEDs 3 are supplied with current, the light they emit falls on the reflector 4 and is directed homogeneously at the outlet opening or additionally mixed and bundled in color so that the viewer of the light beam emitted by the LED spotlight is no longer recognizable that the light originally from single point-shaped semiconductor light sources, for. B. the LEDs 3 .
Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, verschiedene Untergruppen der Vielzahl der LEDs 3 elektrisch so anzusteuern, daß unterschiedliche Helligkeits-, Farb- oder Leuchtfrequenz- Modulationseffekte erzielt werden können, auf die weiter unten detailliert eingegangen werden wird.There are numerous possibilities for electrically controlling different sub-groups of the large number of LEDs 3 in such a way that different brightness, color or luminous frequency modulation effects can be achieved, which will be discussed in detail below.
Auch können die einzelnen LEDs mechanisch durch eine entsprechende Einrichtung in ihrer Anordnung verstellbar sein, um derartige Modulationseffekte zu erhalten.The individual LEDs can also be mechanically moved in by a corresponding device their arrangement can be adjusted in order to obtain such modulation effects.
Der LED-Strahler mit der dreidimensionalen LED-Anordnung gemäß der ersten bevor zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung strahlt Licht mit höherer Strahllei stung und/oder breitbandigeres Licht als die bekannten Vorrichtungen mit flächigen LED- Anordnungen ab, und das Erfordernis großer Abstrahlflächen für große Strahlleistungen ist somit beseitigt.The LED spotlight with the three-dimensional LED arrangement according to the first before Preferred embodiment of the present invention emits light with a higher radiation stung and / or broadband light than the known devices with flat LED Arrangements, and the need for large radiation areas for high beam powers is thus eliminated.
Die nachstehende Tabelle 1 zeigt eine Übersicht über für die einzelnen Komponenten des LED-Strahlers gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, verwendbaren Materialien.Table 1 below shows an overview of materials which can be used for the individual components of the LED spotlight according to the first preferred embodiment of the present invention, which is illustrated in FIGS. 1 and 2.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des LED-Strahlers gemäß der ersten bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 shows a plan view of the LED spotlight according to the first preferred embodiment of the present invention.
Wie aus Fig. 2 erkennbar, befindet sich der Strahlerplattenhalter 1 bevorzugterweise an der Längsachse des Reflektors 4. Die Strahlerplatten 2 sind vorzugsweise eben und tra gen an beiden zum Reflektor 4 gerichteten Wänden eine Vielzahl von LEDs 3, um so die dreidimensionale LED-Anordnung zu bilden.As can be seen from FIG. 2, the radiator plate holder 1 is preferably located on the longitudinal axis of the reflector 4 . The radiator plates 2 are preferably planar and carry a plurality of LEDs 3 on both walls facing the reflector 4 , so as to form the three-dimensional LED arrangement.
Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht einer beispielhaften LED-Haltestruktur für die erste be vorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 3 shows a front view of an exemplary LED holding structure for the first embodiment of the present invention be ferred.
Die auf der Strahlerplatte 2 angebrachten LEDs 3 befinden sich ihrerseits auf handels üblichen Platinen 10, worauf sie in Serienschaltung, Parallelschaltung oder einer Misch schaltung verschaltet sind. Die Platinen 10 sind mit der Regler-Elektronik und dem An schluß-Platinenteil verbunden.The mounted on the emitter plate 2 LEDs 3 are in turn on commercially available boards 10 , whereupon they are connected in series connection, parallel connection or a mixed circuit. The boards 10 are connected to the controller electronics and to the circuit board part.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht der beispielhaften LED-Haltestruktur für die erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 4 shows a top view of the exemplary LED-holding structure for the first preferred embodiment of the present invention.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, besteht die Strahlerplatte 2 bevorzugterweise aus einem plat tenförmigen Platinenhalter 12, an dem beidseitig Platinen 10 mit den LEDs 3 mittels ei ner geeigneten Klebmasse 13 befestigt sind. Der plattenförmige Platinenhalter 12 ist seinerseits mit dem Strahlerplattenhalter 1 auf eine geeignete Art und Weise, beispiel weise durch im Strahlerplattenhalter 1 vorgesehene Steckschlitze, verbunden.As can be seen from FIG. 4, the emitter plate 2 preferably consists of a plat-shaped board holder 12 , on which boards 10 with the LEDs 3 are fastened on both sides by means of a suitable adhesive 13 . The plate-shaped plate holder 12 is in turn connected to the radiator plate holder 1 in a suitable manner, for example by means of plug-in slots provided in the radiator plate holder 1 .
Auch der Reglerplatinenteil 6 kann genauso wie die Platinen 10 am plattenförmigen Pla tinenhalter 12 angebracht sein.The controller board part 6 can be attached just like the boards 10 to the plate-shaped board holder 12 .
Die Fig. 5 bis 7 zeigen beispielhafte Anordnungen der LED-Strahlerplatten 2 im LED- Strahler gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figs. 5 to 7 show exemplary configurations of the LED lamps in the LED spotlight plates 2 according to the first preferred embodiment of the present invention.
Die Anordnung gemäß Fig. 5 sieht zwei Strahlerplatten 2 mit jeweils zwei Platinen vor, welche in einem Winkel von 180° zueinander angeordnet sind. Berücksichtigt man, daß auch eine punktförmige Lichtquelle wie eine LED einen endlichen Strahlwinkel aufweist, so ermöglicht bereits diese einfach Anordnung, nahezu die gesamte Innenoberfläche des Reflektors 4 auszuleuchten. Allerdings ist die so erzielbare Strahlleistung des LED- Strahlers noch relativ gering.The arrangement according to FIG. 5 provides two radiator plates 2 , each with two plates, which are arranged at an angle of 180 ° to one another. If one takes into account that a punctiform light source such as an LED also has a finite beam angle, this simple arrangement already enables almost the entire inner surface of the reflector 4 to be illuminated. However, the beam output of the LED spotlight that can be achieved in this way is still relatively low.
Die Anordnung gemäß Fig. 6 sieht drei Strahlerplatten 2 mit jeweils zwei Platinen vor, welche in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind. Eine derartige Anord nung bietet eine höhere Strahlleistung, denn hierbei wird die Innenoberfläche des Reflek tors 4 stärker ausgeleuchtet.The arrangement according to FIG. 6 provides three radiator plates 2 , each with two plates, which are arranged at an angle of 120 ° to one another. Such an arrangement offers a higher beam power, because here the inner surface of the reflector 4 is more illuminated.
Eine noch stärkere Ausleuchtung bietet die Anordnung gemäß Fig. 7, die vier Strahler platten 2 mit jeweils zwei Platinen vorsieht, welche in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.An even stronger illumination is provided by the arrangement according to FIG. 7, which provides four radiator plates 2 , each with two plates, which are arranged at an angle of 90 ° to one another.
Die Ausleuchtung läßt sich durch entsprechende Verkleinerung des Winkels zwischen den einzelnen Strahlerplatten 2 weiter steigern, doch muß man darauf achten, daß bei immer kleineren Winkeln störende optische und thermische Wechselwirkungen zwi schen den einzelnen LEDs auftreten können.The illumination can be further increased by correspondingly reducing the angle between the individual radiator plates 2 , but care must be taken that interfering optical and thermal interactions between the individual LEDs can occur at ever smaller angles.
Fig. 8 zeigt eine Vorderansicht eines LED-Strahlrohrs gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 8 shows a front view of an LED beam tube according to a second preferred embodiment of the present invention.
In Fig. 8 bezeichnet Bezugszeichen 20 eine Platine mit einer Vielzahl von darauf ange brachten LEDs 3. Mehrere Platinen 20 mit den LEDs 3 sind so in einer dreidimensiona len Anordnung, die von einem Hüllrohr 24 umgeben ist, vorgesehen, daß das von ihnen emittierte Licht auf das Hüllrohr 24 auftrifft. Das Hüllrohr 24 läßt das Licht der LEDs 3 durch seinen lichtdurchlässigen Austrittsbereich nach außen durchtreten.In Fig. 8, reference numeral 20 denotes a circuit board with a plurality of LEDs 3 mounted thereon. A plurality of circuit boards 20 with the LEDs 3 are provided in a three-dimensional arrangement which is surrounded by a cladding tube 24 in such a way that the light emitted by them strikes the cladding tube 24 . The cladding tube 24 allows the light of the LEDs 3 to pass through its translucent exit area to the outside.
Vorteilhafterweise ist das Hüllrohr 24 zylinderförmig, und der Austrittsbereich verläuft ringsum auf dem Zylindermantel. Axial oberhalb und unterhalb der Platinen 20 ist bei dieser Anordnung vorzugsweise jeweils eine Reflektorscheibe 25 vorgesehen, die das Licht der LEDs 3 zum Austrittsbereich des Hüllrohrs 24 richtet.The cladding tube 24 is advantageously cylindrical, and the outlet region runs all around on the cylinder jacket. In this arrangement, a reflector disk 25 is preferably provided axially above and below the plates 20 , which directs the light of the LEDs 3 to the exit region of the cladding tube 24 .
Die LEDs 3 können gleiche oder unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Bei unter schiedlichen Wellenlängen der LEDs 3 kann durch entsprechende Ausgestaltung des Hüllrohrs 24 als Diffusor zusätzlich eine homogene Farbmischung des Lichts mit unter schiedlichen Wellenlängen erreicht werden, um somit beispielsweise weißes Licht aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zu erhalten. Entsprechend der Verteilung der verschiedenen Wellenlängen sind auch beliebige andere Farbmischungen denkbar.The LEDs 3 can have the same or different wavelengths. At different wavelengths of the LEDs 3 , a suitable color mixing of the light with different wavelengths can additionally be achieved by appropriate design of the cladding tube 24 as a diffuser, in order thus to obtain, for example, white light from the three basic colors red, green and blue. Any other color mixtures are also conceivable in accordance with the distribution of the different wavelengths.
Am oberen Ende des Hüllrohrs 24 ist vorzugsweise ein Hüllrohrdeckel vorgesehen, wo bei die obere Reflektorscheibe 25 gleichzeitig diese Funktion übernehmen kann.At the upper end of the cladding tube 24 , a cladding tube cover is preferably provided, where the upper reflector disc 25 can simultaneously perform this function.
Am unteren Ende des Hüllrohrs 24 ist vorzugsweise ein Sockel 26 angebracht, der z. B. ein Schraub- oder Stecksockel ist. Im Sockel 26 ist vorzugsweise ein Reglerplatinenteil 27 mit sich zur Oberfläche des Sockels 26 erstreckenden Stromzufuhrkontakten 28 in einer Vergußmasse eingebettet.At the lower end of the cladding tube 24 , a base 26 is preferably attached, the z. B. is a screw or plug-in base. A controller board part 27 with current supply contacts 28 extending to the surface of the base 26 is preferably embedded in a casting compound in the base 26 .
Die gesamte Gestalt des LED-Strahlrohrs gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung ist somit ähnlich wie die einer üblichen Glühbirne.The overall shape of the LED beam tube according to the second preferred embodiment form of the present invention is thus similar to that of a conventional light bulb.
Die elektrische Ansteuerung und mechanische Verstellung des LED-Strahlrohrs gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können genauso wie bei der ersten Ausführungsform erfolgen.The electrical control and mechanical adjustment of the LED beam pipe according to the second preferred embodiment of the present invention can be the same as in the first embodiment.
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht des LED-Strahlrohrs gemäß der zweiten bevorzugten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 9 shows a plan view of the LED beam tube according to the second preferred embodiment of the present invention.
Wie aus Fig. 9 ersichtlich, ist an der Rückseite der Platinen 20 mit den LEDs 3 ein Plati nenhalter 29 vorgesehen. Im hier gezeigten Beispiel sind vier Platinen 20 mit zum Aus trittsbereich des Hüllrohrs 24 weisenden LEDs 3 im Winkel von 90° zueinander am ent lang der Längsachse des Hüllrohrs 24 verlaufenden Platinenhalter 29 angebracht.As can be seen from Fig. 9, a Plati nenhalter 29 is provided on the back of the boards 20 with the LEDs 3 . In the example shown here, four boards 20 are most ent 24 extending board holder 29 mounted with the tread portion from the cladding tube 24 facing the LEDs 3 at an angle of 90 ° to one another long the longitudinal axis of the jacket tube.
Die nachstehende Tabelle 2 zeigt eine Übersicht über für die einzelnen Komponenten des LED-Strahlers gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der in Fig. 8 und 9 dargestellt ist, verwendbaren Materialien. Table 2 below shows an overview of materials which can be used for the individual components of the LED spotlight according to the second preferred embodiment of the present invention, which is illustrated in FIGS. 8 and 9.
Fig. 10 bis 13 zeigen beispielhafte Anordnungen der LED-Strahlerplatten im LED- Strahlrohr gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung. Fig. 10 to 13 show exemplary configurations of the LED lamps in the LED boards jet pipe according to the second preferred embodiment of the present OF INVENTION dung.
Die Anordnung gemäß Fig. 10 sieht zwei Platinen 20 vor, welche in einem Winkel von 180° mit zueinander weisenden Rückseiten an einem flachen Platinenhalter 29 befestigt sind. Berücksichtigt man, daß auch eine punktförmige Lichtquelle wie eine LED einen endlichen Strahlwinkel aufweist, so ermöglicht bereits diese einfach Anordnung, nahezu die gesamte Innenoberfläche des Hüllrohrs 24 auszuleuchten. Allerdings ist die so er zielbare Strahlleistung des LED-Strahlers noch relativ gering.The arrangement according to FIG. 10 provides two boards 20 which are attached to a flat board holder 29 at an angle of 180 ° with rear sides facing each other. If one takes into account that even a punctiform light source such as an LED has a finite beam angle, this simple arrangement already enables almost the entire inner surface of the cladding tube 24 to be illuminated. However, the beam output of the LED spotlight that can be achieved in this way is still relatively low.
Die Anordnung gemäß Fig. 11 sieht drei Platinen 20 vor, welche in einem Winkel von 120° mit zueinander weisenden Rückseiten an einem dreieckigen Platinenhalter 29 be festigt sind. Eine derartige Anordnung bietet eine höhere Strahlleistung, denn hierbei wird die Innenoberfläche des Hüllrohrs 24 stärker ausgeleuchtet.The arrangement according to FIG. 11 provides three boards 20 , which are fastened at an angle of 120 ° with mutually facing rear sides on a triangular board holder 29 be. Such an arrangement offers a higher beam power because the inner surface of the cladding tube 24 is illuminated more intensely.
Eine noch stärkere Ausleuchtung bietet die Anordnung gemäß Fig. 12, die vier Platinen 20 vorsieht, welche in einem Winkel von 90° mit zueinander weisenden Rückseiten an einem viereckigen Platinenhalter 29 befestigt sind. An even stronger illumination is provided by the arrangement according to FIG. 12, which provides four boards 20 which are attached to a square board holder 29 at an angle of 90 ° with rear sides facing one another.
Eine noch stärkere Ausleuchtung bietet die Anordnung gemäß Fig. 13, die acht Platinen 20 vorsieht, welche sternförmig mit zueinander weisenden Rückseiten an einem kreuz förmigen Platinenhalter 29 befestigt sind.An even stronger illumination is provided by the arrangement according to FIG. 13, which provides eight boards 20 , which are fastened to a cross-shaped board holder 29 in a star shape with rear sides facing each other.
Ebenso wie bei der ersten Ausführungsform läßt sich die Ausleuchtung durch entspre chende Verkleinerung des Winkels zwischen den einzelnen Strahlerplatten 2 weiter stei gern, doch muß man darauf achten, daß bei immer kleineren Winkeln störende opti sche und thermische Wechselwirkungen zwischen den einzelnen LEDs auftreten kön nen.Just like in the first embodiment, the illumination can be increased further by reducing the angle between the individual radiator plates 2 , but care must be taken that interfering optical and thermal interactions between the individual LEDs can occur at ever smaller angles.
Fig. 14 zeigt eine Vorderansicht eines LED-Strahlers gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem das LED-Strahlrohr gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform, das in Fig. 8 und 9 dargestellt ist, in einen Re flektor eingesetzt ist. Fig. 14 shows a front view of a LED spotlight in accordance with a third preferred embodiment of the present invention, wherein the LED-lance is inserted according Flektor the second preferred embodiment, shown in FIGS. 8 and 9 in a Re.
In Fig. 14 bezeichnet Bezugszeichen 30 allgemein das LED-Strahlrohr gemäß der zwei ten bevorzugten Ausführungsform, das in Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Das LED-Strahlrohr 50, welches im gezeigten Beispiel vier quadratisch angeordnete Platinen mit LEDs ent hält, ist in einen Reflektor 31 eingesetzt. Der Reflektor 31 weist dazu an seinem Fuß ei nen entsprechenden Reflektorkörper 32 auf, in den das LED-Strahlrohr 30 vorzugsweise eingeschraubt oder eingesteckt ist.In Fig. 14, reference numeral 30 generally designates the LED beam pipe according to the second preferred embodiment shown in Figs. 8 and 9. The LED beam tube 50 , which in the example shown contains four square-shaped boards with LEDs, is inserted into a reflector 31 . For this purpose, the reflector 31 has a corresponding reflector body 32 at its base, into which the LED beam tube 30 is preferably screwed or inserted.
Wie bei der ersten Ausführungsform richtet der Reflektor 31 das Licht des LED- Strahlrohrs 30 zu seiner Austrittsöffnung, welche vorteilhafterweise eine lichtdurchlässige Abdeckung 33 aufweist.As in the first embodiment, the reflector 31 directs the light from the LED beam tube 30 to its outlet opening, which advantageously has a translucent cover 33 .
Die lichtdurchlässige Abdeckung 33 kann vorteilhafterweise eine Sammellinse zur Bün delung oder eine Zerstreuungslinse zur Zerstreuung der Lichtstrahlung und zur Einstel lung des Abstrahlwinkels enthalten.The translucent cover 33 can advantageously contain a converging lens for bundling or a diverging lens for dispersing the light radiation and for adjusting the beam angle.
Die Stromversorgung des LED-Strahlrohrs 30 erfolgt über Stromzufuhrkontakte 34 an der Unterseite des Reflektorkörpers 32. The LED beam tube 30 is supplied with power via current supply contacts 34 on the underside of the reflector body 32 .
Bei der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 14 kann der Strahl nach dem Mischen der Farbkomponenten am Hüllrohr erneut ausgerichtet werden, was die Homogenität des Strahls noch weiter verbessert.In the third embodiment according to FIG. 14, the beam can be realigned after the mixing of the color components on the cladding tube, which further improves the homogeneity of the beam.
Die elektrische Ansteuerung und mechanische Verstellung des LED-Strahlrohrs gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann genauso wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform erfolgen.The electrical control and mechanical adjustment of the LED beam pipe according to the third preferred embodiment of the present invention can be as well in the first and second embodiments.
Fig. 15 zeigt eine Darstellung zur Flächenabschätzung für die Strahlerplatinen der erfin dungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung unter Verwendung von handelsüblichen LED- Chips. FIG. 15 shows a representation for the area estimation for the radiator boards of the lighting device according to the invention using commercially available LED chips.
Unter Verwendung von handelsüblichen LED-Chips mit Abmessungen von größer 0,5 mm × 0,5 mm kann eine lineare Anordnung von drei LED-Chips (Nr. 1-3) mit zugehöri gen Leiterbahnen auf einer Fläche von ca. 8,50 mm × 4,55 mm untergebracht werden.Using commercially available LED chips with dimensions greater than 0.5 mm × 0.5 mm can be a linear arrangement of three LED chips (No. 1-3) with associated on a surface of approx. 8.50 mm × 4.55 mm.
Zwei derartige nebeneinanderliegende lineare Anordnungen von 2 × 3 LED-Chips (Nr. 1- 3 und 4-6) benötigen eine Fläche von ca. 8,50 mm × 7,55 mm, und drei derartige ne beneinanderliegende lineare Anordnungen von 3 × 3 LED-Chips (Nr. 1-3, 4-6 und 7- 9) benötigen eine Fläche von ca. 8,50 mm × 11,20 mm.Two such side-by-side linear arrangements of 2 × 3 LED chips (No. 1- 3 and 4-6) require an area of approximately 8.50 mm × 7.55 mm, and three such ne linear array of 3 × 3 LED chips (No. 1-3, 4-6 and 7- 9) require an area of approximately 8.50 mm × 11.20 mm.
Je nach vorhandenem Platz können die Strahlerplatinen sowohl verbreitert als auch verlängert werden und die Strahlleistung erhöht werden. Allerdings wird man eine Erwei terung in der dritten Dimension, wenn möglich, vorziehen, um kein Einbußen an Kom paktheit hinnehmen zu müssen.Depending on the available space, the heater boards can be widened as well be extended and the beam power increased. However, it does become an expansion Preference in the third dimension, if possible, in order not to lose com to have to accept
Die nachstehende Tabelle 3 zeigt Techniken zur Herstellung von Strahlerplatinen für verschiedene Bauformen von LEDs. Table 3 below shows techniques for making radiator boards for different types of LEDs.
Die überragenden Vorteile der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung gegenüber herkömmlichen Glühfadenlampen eröffnen ihr eine große Reihe von zukünftigen Ein satzmöglichkeiten.The outstanding advantages of the lighting device according to the invention compared Conventional filament lamps open up a wide range of future uses typesetting.
Zu den Einsatzmöglichkeiten zählen insbesondere batteriegetriebene Leuchten, wie z. B. Taschenlampen, Studiostrahler (bisher Halogenstrahler), Scheinwerfer oder sonstige Leuchten von Kraftfahrzeugen und Fahrrädern, UV- und Infrarot-Leuchten.Possible uses include battery-powered lights, such as. B. Flashlights, studio spotlights (previously halogen spotlights), headlights or others Lights of motor vehicles and bicycles, UV and infrared lights.
Des weiteren sind auch Verwendungen als gepulste Leuchten für Blaulicht, Gelblicht etc. von Einsatzfahrzeugen und für Blitzlampen in der Phototechnik oder Stroboskopie denk bar.Furthermore, uses as pulsed lights for blue light, yellow light etc. of emergency vehicles and for flash lamps in photo technology or stroboscopy bar.
Der Stand der Technik in der LED-Herstellung und insbesondere die günstige Preisent wicklung von roten, gelben, grünen und blauen LEDs in Großserienherstellung lassen AnwendungenThe state of the art in LED production and especially the low price Large-scale production of red, yellow, green and blue LEDs Applications
- - für den Einsatz im KFZ-Bereich als Brems- und Rücklicht oder Blinkerlicht;- for use in the automotive sector as brake and tail lights or turn signal lights;
- - für den Einsatz im Straßenverkehr als Ampel- oder Warnlicht; und- for use in traffic as traffic lights or warning lights; and
- - für den Einsatz in der optischen Datenspeichertechnik und Datenübertragungs technik- For use in optical data storage technology and data transmission technology
als unmittelbar bevorstehend erscheinen. appear as imminent.
Durch integrierte Steuerschaltungstechnik in Verbindung mit LEDs on Chip wird die Kombination LEDs plus Steuerelektronik zu höchster Baugruppenminiaturisierung führen und neue Maßstäbe in der Beleuchtungssystemtechnik setzen.The integrated control circuit technology in conjunction with LEDs on chip ensures that Combination of LEDs and control electronics lead to maximum module miniaturization and set new standards in lighting system technology.
Beispielsweise eignet sich die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung hervorra gend als Bestandteil eines Farblichtsystems zur dynamischen Farblichtgestaltung in Räumen.For example, the lighting device according to the invention is particularly suitable as part of a colored light system for dynamic colored light design in Clearing.
Fig. 16 zeigt ein Farblichtelement eines solchen Farblichtsystems gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Teilausschnittsver größerung der Draufsicht und des Querschnitts. Fig. 16 shows a color light element of such a color lighting system according to a fourth preferred embodiment of the present invention with a Teilausschnittsver enlargement of the plan view and the cross-section.
Im gezeigten Beispiel sind der Strahlerplatinenhalter und die Strahlerplatinen in einem Keramikblock 40 mit viereckigem Querschnitt integriert, auf dessen vier Seitenflächen die LEDs 43 angebracht und die Leiterbahnen 45 für die Verbindungen aufgebracht sind.In the example shown, the emitter board holder and the emitter boards are integrated in a ceramic block 40 with a square cross section, on the four side surfaces of which the LEDs 43 are attached and the conductor tracks 45 for the connections are applied.
Auf jeder Seitenfläche des Keramikblocks 40 ist eine Lochplatte 42 mit vorzugsweise runden Löchern derart angebracht, daß in den so entstehenden seitlichen Vertiefungen jeweils ein Rot-Grün-Blau-LED-Tripel, das mit R, G, B bezeichnet ist, eingesetzt ist. Die Vertiefungen können zum Schutz der sich darin befindlichen LEDs und Leiterbahnen mit einem transparenten Kunststoff 47 ausgegossen sein.On each side surface of the ceramic block 40 , a perforated plate 42 with preferably round holes is attached in such a way that a red-green-blue LED triple, which is denoted by R, G, B, is inserted in the lateral recesses thus formed. The depressions can be cast with a transparent plastic 47 to protect the LEDs and conductor tracks located therein.
Die einzelnen LED-Chips sind elektrisch so angeschlossen, daß Rot, Grün und Blau ge trennt anzusteuern sind, und zwar entweder für jedes LED-Tripel oder zumindest für alle farblich einander entsprechenden LEDs. Der so aufgebaute Rot-Grün-Blau-LED-Strahler braucht deshalb mindestens vier elektrische Anschlüsse, nämlich je einen für Rot, Grün, Blau und Masse.The individual LED chips are electrically connected so that red, green and blue are to be controlled separately, either for each LED triple or at least for all LEDs corresponding in color. The red-green-blue LED spotlight constructed in this way therefore needs at least four electrical connections, namely one each for red, green, Blue and mass.
Das Licht der angesteuerten LEDs fällt wie bei der ersten Ausführungsform auf einen den Keramikblock 40 mit den LEDs umgebenden Reflektor 44, welcher das Licht zu sei ner vorzugsweise mit einer lichtdurchlässigen Abdeckung 45 versehenen Austrittsöffnung richtet. As in the first embodiment, the light of the controlled LEDs falls on a reflector 44 surrounding the ceramic block 40 with the LEDs, which reflector directs the light to its outlet opening, which is preferably provided with a translucent cover 45 .
Die lichtdurchlässige Abdeckung 45 kann vorteilhafterweise eine Sammellinse zur Bün delung oder eine Zerstreuungslinse zur Zerstreuung der Lichtstrahlung und zur Einstel lung des Abstrahlwinkels enthalten.The translucent cover 45 can advantageously contain a converging lens for bundling or a diverging lens for dispersing the light radiation and for adjusting the beam angle.
Der Keramikblock 40 ragt in einen unterhalb des Reflektors 44 vorgesehenen Sockel 46, welcher mehrere Funktionen aufweisen kann.The ceramic block 40 protrudes into a base 46 provided below the reflector 44 , which can have several functions.
Zunächst haltert der Sockel 46 den so aufgebauten Rot-Grün-Blau-LED-Strahler, und weiterhin enthält er vorteilhafterweise die Elektronik des Farblichtelements, welche im Zusammenhang mit Fig. 17 weiter unten näher erläutert werden wird.First, the base 46 holds the red-green-blue LED spotlight constructed in this way, and furthermore it advantageously contains the electronics of the colored light element, which will be explained in more detail below in connection with FIG. 17.
Die Teilausschnittsvergrößerung zeigt in einer Draufsicht und im Querschnitt die LED- Chip-Tripel Nr. 1, 2 und 3 und deren Leiterbahnen 45 in vergrößerter Darstellung. Die Dezimalzahlen in der Teilausschnittsvergrößerung geben typische Größenordnungen der LED-Chips, der Vertiefungen und der Dicke der Lochplatte in Millimetern wieder.The partial section enlargement shows in a top view and in cross section the LED chip triples Nos. 1, 2 and 3 and their conductor tracks 45 in an enlarged representation. The decimal numbers in the partial section enlargement reflect typical orders of magnitude of the LED chips, the depressions and the thickness of the perforated plate in millimeters.
Fig. 17 zeigt ein elektrisches Blockschaltbild für das Farblichtsystem gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 17 shows an electrical block diagram for the color light system according to the fourth preferred embodiment of the present invention.
In Fig. 17 ist der Sockel 46 mit seinen externen Signalleitungen, der in ihm beinhalteten Elektronik und dem darauf angebrachten Rot-Grün-Blau-LED-Strahler dargestellt. Zur Vereinfachung sei hier angenommen, daß alle farblich einander entsprechenden LEDs seriell geschaltet sind. FIG. 17 shows the base 46 with its external signal lines, the electronics contained in it and the red-green-blue LED emitter mounted thereon. For the sake of simplicity, it is assumed here that all the LEDs corresponding in color are connected in series.
Extern werden dem Sockel 46 beispielsweise eine Gleichstrom- und eine Wechselstrom- Versorgungsspannungsleitung 50 bzw. 51, eine Busleitung 52 zur Verbindung mit einer zentralen Prozessoreinheit, eine Infrarot-Steuerleitung 53 von einem daran angebrach ten Infrarot-Empfänger zur separaten drahtlosen Umschaltung der Programme eines Farbprozessors 56 und eine Sensoranschlußleitung 54, z. B. für ein Mikrofon, zugeführt.Externally, the base 46 is, for example, a direct current and an alternating current supply voltage line 50 and 51 , a bus line 52 for connection to a central processor unit, an infrared control line 53 from an attached infrared receiver for separate wireless switching of the programs of a color processor 56 and a sensor connection line 54 , for. B. for a microphone supplied.
Intern enthält der Sockel 46 einen Spannungswandler 55 für Wechselstromanschluß, den Farbprozessor 56, einen eingangsseitigen Analog-/Digital-Wandler 57 zum Umwan deln der Signale, die über die Sensoranschlußleitung 54 übermittelt werden, drei Digital- /Analog-Wandler 61, 62, 63 mit optionell drei sich daran anschließenden Stromtreibern 64, 65, 66 zur Ansteuerung der drei LED-Serienschaltungen entsprechend den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau.Internally, the base 46 contains a voltage converter 55 for AC connection, the color processor 56 , an input-side analog / digital converter 57 for converting the signals which are transmitted via the sensor connecting line 54 , three digital / analog converters 61 , 62 , 63 with optionally three adjoining current drivers 64 , 65 , 66 for controlling the three LED series circuits in accordance with the three basic colors red, green and blue.
Kernstück der sich im Sockel 46 befindlichen Elektronik ist der Farbprozessor 56. Er führt die Steuerung des R,G,B-LED-Strahlers mittels der ihm zugeführten Signale und seinen eigenen Programmen durch.The core of the electronics located in the base 46 is the color processor 56 . It controls the R, G, B-LED spotlight using the signals it receives and its own programs.
Als Basissteuerfunktion erfolgt beispielsweise ein gepulster Strombetrieb mit auf die ver wendeten LEDs optimiertem Tastverhältnis. Dies bewirkt, daß der optische Wirkungs grad der LEDs gegenüber dem Dauerstrombetrieb verbessert wird und schützt sie au ßerdem vor Überlastung.As a basic control function, for example, a pulsed current operation takes place on the ver turned LEDs optimized duty cycle. This causes the optical effect degree of LEDs is improved compared to continuous current operation and protects them also from overload.
Der Basissteuerfunktion können unterschiedliche programmierbare Funktionen überla gert werden, und zwar beispielsweiseThe basic control function can have different programmable functions be, for example
- - einzelne LED-Farben Ein- und Ausschalten;- Switch individual LED colors on and off;
- - Verändern der Pulsrate einer oder mehrerer LED-Serienschaltungen;- changing the pulse rate of one or more LED series circuits;
- - zeitliche Helligkeits-, Farb- oder Frequenzmodulationen.- temporal brightness, color or frequency modulations.
Über die Busleitung 52 oder die Infrarot-Steuerleitung 53 können die im Farbprozessor gespeicherten Programme extern ein- und ausgeschaltet werden oder sogar modifiziert werden.The programs stored in the color processor can be switched on and off externally or even modified via the bus line 52 or the infrared control line 53 .
Die Sensorleitung 54 ermöglicht beispielsweise zeitliche Helligkeits-, Farb- oder Fre quenzmodulationen in Abhängigkeit von durch das Mikrofon aufgenommenen Signalen (Lichtorgelprinzip).The sensor line 54 enables, for example, temporal brightness, color or frequency modulations as a function of signals picked up by the microphone (light organ principle).
Die nachstehende Tabelle 4 listet einige steuerbare Funktionen des erfindungsgemäßen R, G, B-LED-Strahlers auf. Table 4 below lists some controllable functions of the invention R, G, B LED spotlights.
Einzelne R, G, B-LED-Strahler können mit unterschiedlichen Ansteuerungsmöglichkeiten zu einem zentralgesteuerten Farblichtsystem zusammengefaßt werden. Dabei können den einzelnen R, G, B-LED-Strahlern spezielle Funktionen im System zugeordnet wer den. Die Steuerung kann extern sowohl über die Busleitung als über eine Fernbedie nung erfolgen.Individual R, G, B LED spotlights can be used with different control options can be combined into a centrally controlled color light system. You can The individual R, G, B LED spotlights are assigned special functions in the system the. The controller can be operated externally both via the bus line and via a remote control take place.
Vorzugsweise werden über die Busleitung Programmbefehle des Zentralprozessors an die einzelnen R, G, B-LED-Strahler übermittelt, und mit der Fernbedienung werden ein zelne Funktionen bestimmter Farbprozessoren aktiviert oder deaktiviert.Program instructions of the central processor are preferably received via the bus line the individual R, G, B-LED spotlights are transmitted, and with the remote control one Individual functions of certain color processors activated or deactivated.
Ein solches Farblichtsystem läßt vielseitige Verwendungsmöglichkeiten erkennen, denn jeder R, G, B-LED-Strahler ist eine komplette Funktionseinheit.Such a colored light system shows versatile uses, because every R, G, B LED spotlight is a complete functional unit.
Bespielsweise können mit dem erfindungsgemäßen elektronischen, prozessorgesteuer ten Farblichtsystem ohne zusätzlichen mechanischen Aufwand Objekte in Räumen oder Räume an sich in den verschiedensten Arten angestrahlt oder ausgeleuchtet werden.For example, with the electronic, processor-controlled according to the invention colored light system without additional mechanical effort objects in rooms or Spaces in and of themselves in a wide variety of ways are illuminated or illuminated.
Anwendungsmöglichkeiten finden sich insbesondere inApplications can be found in particular in
- - Ausstellungsräumen für Kunstgegenstände, z. B. Bildergalerien oder Museen;- Showrooms for art objects, e.g. B. picture galleries or museums;
- - Ausstellungsräumen für technische oder kommerzielle Gegenstände, z. B. Mes sen;- Showrooms for technical or commercial items, e.g. B. Mes sen;
- - technisch genutzten Räumen, z. B. Fotolabors; und- Technically used rooms, e.g. B. Photo laboratories; and
- - in Studios und Wohnräumen zur individuellen Farblichtgestaltung.- in studios and living rooms for individual colored light design.
Das erfindungsgemäße Farblichtsystem macht bisher verwendete aufwendige Farbfil tersteuerungen, welche bei den üblichen Farblichtsystemen, die Farblicht aus Weißlicht gewinnen, vollkommen überflüssig und trägt somit wesentlich zur Rationalisierung derar tiger Systeme bei.The color light system according to the invention makes complex color films used hitherto Controls, which in the usual color light systems, the colored light from white light win, completely superfluous and thus contributes significantly to the rationalization of such systems.
Claims (61)
- a) einer Mehrzahl von im wesentlichen punktförmigen Lichtquelleneinrichtungen, die jeweils Licht in einer bevorzugten Richtung abstrahlen;
- b) einer Halteeinrichtung, um diese punktförmigen Lichtquelleneinrichtungen in einer im wesentlichen vorgegebenen räumlichen Zuordnung zueinander zu halten, wo bei diese räumliche Zuordnung derart gewählt ist, daß wenigstens zwei dieser punktförmigen Lichtquelleneinrichtungen ihr Licht in unterschiedliche Richtungen abstrahlen; und
- c) einer optischen Einrichtung, welche die Charakteristik des von diesen punktförmi gen Lichtquelleneinrichtungen abgestrahlten Lichts verändert.
- a) a plurality of essentially point-shaped light source devices, each of which emits light in a preferred direction;
- b) a holding device in order to hold these point-shaped light source devices in an essentially predetermined spatial association with one another, where this spatial association is chosen such that at least two of these point-shaped light source devices emit their light in different directions; and
- c) an optical device which changes the characteristic of the light emitted by these punctiform light source devices.
- i) selektives elektrisches Ansteuern vorbestimmter punktförmiger Lichtquellenein richtungen zum Erzielen einer Helligkeitsmodulation;
- ii) selektives elektrisches Ansteuern vorbestimmter punktförmiger Lichtquellenein richtungen zum Erzielen einer Farbmodulation;
- iii) selektives elektrisches Ansteuern vorbestimmter punktförmiger Lichtquellenein richtungen zum Erzielen einer Leuchtfrequenzmodulation.
- i) selective electrical control of predetermined punctiform light source devices to achieve brightness modulation;
- ii) selective electrical driving of predetermined punctiform light source devices to achieve color modulation;
- iii) selective electrical control of predetermined punctiform light source devices to achieve luminous frequency modulation.
- i) selektives elektrisches Ansteuern vorbestimmter punktförmiger Lichtquellenein richtungen zum Erzielen einer Helligkeitsmodulation;
- ii) selektives elektrisches Ansteuern vorbestimmter punktförmiger Lichtquellenein richtungen zum Erzielen einer Farbmodulation;
- iii) selektives elektrisches Ansteuern vorbestimmter punktförmiger Lichtquellenein richtungen zum Erzielen einer Leuchtfrequenzmodulation.
- i) selective electrical control of predetermined punctiform light source devices to achieve brightness modulation;
- ii) selective electrical driving of predetermined punctiform light source devices to achieve color modulation;
- iii) selective electrical control of predetermined punctiform light source devices to achieve luminous frequency modulation.
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