DE102007015233A1

DE102007015233A1 - Leuchtdiodenlampe, Leuchte mit einer Leuchtdiodenlampe, Verfahren zum Betrieb einer Leuchte und Verfahren zur Erzeugung einer elektrischen Verlustleistung bei einer Leuchtdiodenlampe

Info

Publication number: DE102007015233A1
Application number: DE200710015233
Authority: DE
Inventors: Ralph Peter Dr. rer. nat. Bertram; Robert Kraus
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-02
Also published as: US8292458B2; US20080265789A1

Abstract

Es wird eine Leuchtdiodenlampe (10) mit mindestens einer Leuchtdiode (1) und mindestens einem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement (2) angegeben, wobei im Betrieb der Leuchtdiodenlampe die mindestens eine Leuchtdiode sichtbares Licht emittiert und das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement elektromagnetische Strahlung mit einem Intensitätsmaximum außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs emittiert. Weiterhin wird eine Leuchte mit einer solchen Leuchtdiodenlampe, ein Verfahren zum Betrieb einer Leuchte und ein Verfahren zur Erzeugung einer elektrischen Verlustleistung bei einer Leuchtdiodenlampe angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtdiodenlampe, eine Leuchte mit einer Leuchtdiodenlampe, ein Verfahren zum Betrieb einer Leuchte und ein Verfahren zur Erzeugung einer elektrischen Verlustleistung bei einer Leuchtdiodenlampe.
Leuchtdiodenlampen haben in der Regel eine höhere Effizienz als Glühlampen. Herkömmliche Leuchtdiodenlampen nehmen daher im Betrieb eine geringere elektrische Gesamtleistung auf als vergleichbare Glühlampen.
Es sind jedoch Leuchten bekannt, etwa Verkehrsampeln, bei denen ein Vorschaltgerät eine elektrische Gesamtleistung für ein mit der Leuchte verwendetes Leuchtmittel fest vorgibt. Ist eine solche Leuchte für eine Glühlampe als Leuchtmittel ausgelegt, sind herkömmliche Leuchtdiodenlampen nicht als Leuchtmittel für diese Leuchte geeignet.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung einer elektrischen Verlustleistung, ein Verfahren zum Betrieb einer Leuchte, eine Leuchtdiodenlampe und eine Leuchte mit einer Leuchtdiodenlampe anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die nebengeordneten Ansprüche gelöst.
Eine Leuchtdiodenlampe gemäß der Erfindung weist mindestens eine Leuchtdiode (LED, light emitting diode) und mindestens ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement auf. Im Betrieb der Leuchtdiodenlampe emittiert die mindestens eine Leuchtdiode sichtbares Licht – beispielsweise grünes, gelbes, rotes, blaues und/oder weißes Licht – und das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement emittiert elektromagnetische Strahlung mit einem Intensitätsmaximum außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs. Insbesondere emittiert das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement emittiert elektromagnetische Strahlung, die kein oder zumindest praktisch kein sichtbares Licht enthält. Zum Beispiel liegt das Intensitätsmaximum im infraroten oder ultravioletten Spektralbereich.
Mittels des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements wird eine elektrische Verlustleistung erzeugt, mittels der eine Anpassung einer von der Leuchtdiodenlampe im Betrieb aufgenommenen elektrischen Gesamtleistung an eine vorgegebene elektrische Gesamtleistung erfolgt. Im Gegensatz zur Leistungsanpassung mit anderen elektrischen oder elektronischen Bauteilen wie etwa Widerständen wird die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement aufgenommene elektrische Leistung nicht ausschließlich oder zum größten Teil in Wärme umgewandelt, sondern zumindest teilweise in Form von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere in Form von vergleichsweise kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge von kleiner oder gleich 10 μm, vorzugsweise von kleiner oder gleich 3 μm, abgegeben.
Das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement beeinflusst die im sichtbaren Spektralbereich ausgesandte Strahlungsleistung der Leuchtdiodenlampe nicht oder kaum. Die von der Leuchtdiodenlampe im Betrieb aufgenommene elektrische Gesamtleistung kann daher mittels der von dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement aufgenommenen elektrischen Verlustleistung unabhängig von derjenigen Strahlungsleistung eingestellt werden, welche die Leuchtdiodenlampe im sichtbaren Spektralbereich emittiert.
Die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement emittierte elektromagnetische Strahlung ist in einfacher Weise aus der Leuchtdiodenlampe und/oder aus einer Leuchte, die eine solche Leuchtdiodenlampe als Leuchtmittel aufweist, auskoppelbar. Die im Betrieb der Leuchtdiodenlampe erzeugte Verlustwärme wird auf diese Weise gegenüber einer Leuchtdiodenlampe, bei der die elektrische Verlustleistung etwa mittels eines Widerstands erzeugt wird, reduziert. Die Gefahr einer Verringerung der Lebensdauer der Leuchtdiodenlampe und/oder einer Verringerung der Effizienz der Leuchtdiode, etwa aufgrund einer Erwärmung der Leuchtdiodenlampe und/oder des Leuchtengehäuses, ist dadurch reduziert. Auch auf eine aufwändige und fehleranfällige Kühlvorrichtung etwa einen Lüfter kann mit Vorteil verzichtet werden.
Mit anderen Worten wird bei einer Leuchtdiodenlampe, die zur Emission von sichtbarem Licht vorgesehen ist, eine elektrische Verlustleistung erzeugt. Die elektrische Verlustleistung erhöht gezielt eine von der Leuchtdiodenlampe im Betrieb aufgenommene elektrische Gesamtleistung und wird mittels eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements erzeugt. Das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement emittiert im Betrieb der Leuchtdiodenlampe elektromagnetische Strahlung mit einem Intensitätsmaximum außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs. Ein Teil der elektrischen Verlustleistung wird auf diese Weise in Strahlungsleistung umgewandelt und mittels der von dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement emittierten elektromagnetischen Strahlung aus der Leuchtdiodenlampe dissipiert.
Bei einer Ausgestaltung weist die Leuchtdiodenlampe einen elektrischen Standardanschluss auf. Bei einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung hat die Leuchtdiodenlampe einen Standard-Sockel, der den elektrischen Standardanschluss aufweist.
Unter einem „elektrischen Standard-Anschluss" wird vorliegend ein für Leuchtmittel und insbesondere für Glühlampen gebräuchlicher elektrischer Anschluss, unter einem „Standard-Sockel" entsprechend ein für Leuchtmittel und insbesondere für Glühlampen gebräuchlicher Sockel verstanden. Zum Beispiel kann es sich bei dem Standard-Sockel um einen Edison-Sockel, einen Bajonett-Sockel einen Stecksockel oder einen Sockel mit Anschlusskabeln handeln.
Ein Edison-Sockel weist ein Edison-Gewinde, etwa E14, E26 oder E27, als elektrischen Standard-Anschluss auf und ist beispielsweise für Allgemeinbeleuchtung oder für Signalleuchten gebräuchlich. Ein Bajonett-Sockel weist einen Bajonett-Verschluss auf. Er ist zum Beispiel bei der Kraftfahrzeugbeleuchtung, zum Beispiel mit der Typenbezeichnung BAU15s, und in der Allgemeinbeleuchtung, hier etwa unter den Typenbezeichnungen B15d und GU10 insbesondere für Halogen-Glühlampen, gebräuchlich. Ein Stecksockel, etwa ein G9, GU5,3 oder GY6 Sockel, weist bei einer Ausgestaltung elektrische Anschlussstifte als elektrischen Standardanschluss auf. Bei einem Sockel mit Anschlusskabeln sind mindestens zwei elektrische Anschlusskabel aus dem Sockel herausgeführt, die beispielsweise in Kabelschuhen enden. Solche Sockel mit Kabelan schiuss, etwa Pk30d, sind zum Beispiel in Leuchten zur Flugfeldbeleuchtung gebräuchlich.
Eine Leuchtdiodenlampe mit einem solchen elektrischen Standardanschluss beziehungsweise mit einem solchen Standard-Sockel ist zum Ersatz einer Glühlampe geeignet, die einen solchen elektrischen Standardanschluss beziehungsweise Standard-Sockel aufweist. Insbesondere entspricht sowohl die im sichtbaren Spektralbereich emittierte Strahlungsleistung der Leuchtdiodenlampe als auch die im Betrieb aufgenommene elektrische Gesamtleistung der Leuchtdiodenlampe der im sichtbaren Spektralbereich emittierten Strahlungsleistung beziehungsweise der im Betrieb aufgenommenen elektrischen Gesamtleistung der ersetzten Glühlampe. Die Lebensdauer der Leuchtdiodenlampe ist jedoch gegenüber der Lebensdauer der Glühlampe verlängert.
Bei einer Ausgestaltung emittiert im Betrieb der Leuchtdiodenlampe die Leuchtdiode sichtbares Licht in einen ersten Raumwinkelbereich und das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement elektromagnetische Strahlung in einen zweiten, von dem ersten zumindest teilweise verschiedenen Raumwinkelbereich. Insbesondere weisen der erste Raumwinkelbereich eine erste Mittelachse oder Mittelebene und der zweite Raumwinkelbereich eine zweite Raumwinkelbereich eine zweite Mittelachse oder Mittelebene auf, die beispielsweise einen Winkel von etwa 90 Grad oder von etwa 180 Grad einschließen. Die Abstrahlcharakteristik der Leuchtdiode oder der Mehrzahl von Leuchtdioden ist insbesondere zumindest im Wesentlichen symmetrisch zur ersten Mittelachse oder Mittelebene. Die Abstrahlcharakteristik des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements oder der Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbau elementen ist insbesondere zumindest im Wesentlichen symmetrisch zur zweiten Mittelachse oder Mittelebene.
Bei einer Ausgestaltung nimmt das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement im Betrieb der Leuchtdiodenlampe eine elektrische Verlustleistung auf, die größer oder gleich der ersten elektrischen Leistung ist, die die mindestens eine Leuchtdiode im Betrieb der Leuchtdiodenlampe aufnimmt. Bei einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist die elektrische Verlustleistung mindestens doppelt so groß wie die erste elektrische Leistung.
Der Wirkungsgrad des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist bei einer Ausgestaltung größer oder gleich 40 Prozent, beispielsweise hat das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement einen Wirkungsgrad von etwa 50 Prozent. Anders ausgedrückt werden 40 Prozent oder mehr der elektrischen Verlustleistung in elektromagnetische Strahlung umgewandelt. Im Vergleich zur Leistungsanpassung der Leuchtdiodenlampe mittels eines Widerstands ist die erzeugte Verlustwärme daher um 40 Prozent oder mehr reduziert.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement zur Erwärmung und/oder zur Enteisung eines von der Leuchtdiodenlampe beabstandeten Gegenstands geeignet. Beispielsweise handelt es sich bei dem Gegenstand um eine Strahlungsdurchtrittsfläche eines Leuchtengehäuses und/oder um eine Anzeigetafel wie etwa ein Verkehrsschild.
Alternativ oder zusätzlich kann die Leuchtdiodenlampe selbst eine Strahlungsaustrittsfläche aufweisen, die insbesondere von der Leuchtdiode und von dem strahlungsemittierenden Halb leiterbauelement beleuchtet ist, und wobei das strahlungs emittierende Halbleiterbauelement bei einer Ausgestaltung der Leuchtdiodenlampe zur Enteisung der Strahlungsaustrittsfläche vorgesehen ist.
Zum Beispiel bei einer Ausgestaltung, bei der das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement zur Enteisung der Strahlungsaustrittsfläche der Leuchtdiodenlampe oder eines von der Leuchtdiodenlampe beabstandeten Gegenstands vorgesehen ist, emittiert das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement zweckmäßigerweise elektromagnetische Strahlung im infraroten Spektralbereich.
Bei einer Weiterbildung emittiert das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,45 μm oder mehr, insbesondere mit einer Wellenlänge zwischen 1,45 μm und 3 μm. Wasser hat einen vergleichsweise hohen Absorptionskoeffizienten für Infrarotstrahlung, insbesondere für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,45 μm oder mehr. Die von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement emittierte elektromagnetische Strahlung wird von Wasser oder Eis absorbiert, das gegebenenfalls auf dem Gegenstand und/oder der Strahlungsaustrittsfläche vorhanden ist. Das Wasser und/oder das Eis wird dadurch erwärmt, so dass insbesondere die Sublimation, das Schmelzen, die Verdunstung und/oder die Verdampfung des Wassers und/oder des Eises oder zumindest eines Teils davon bewirkt wird.
Bei einer anderen Weiterbildung ist die Strahlungsaustrittsfläche der Leuchtdiodenlampe oder der von der Leuchtdiodenlampe beabstandeten Gegenstands für die elektromagnetische Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements zumindest in einem Teilbereich gezielt absorbierend ausgebildet. Beispielsweise ist sie/er mit einer Beschichtung versehen, welche die elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise absorbiert. Dies kann beispielsweise zweckmäßig sein, wenn die Absorption der von dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement emittierte Strahlung durch Wasser und/oder Eis für die Enteisung nicht ausreichend ist. Dies kann zum Beispiel vorkommen, wenn das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement vergleichsweise kurzwellige infrarote elektromagnetischer Strahlung emittiert.
Es wird weiter eine Leuchte mit einem Leuchtmittel angegeben, die eine solche Leuchtdiodenlampe als Leuchtmittel aufweist. Bei einer Ausgestaltung weist die Leuchte ein Vorschaltgerät auf, das bei einer Ausgestaltung dazu vorgesehen ist, einen Ausfall des Leuchtmittels zu detektieren.
Das Vorschaltgerät und die Leuchtdiodenlampe brauchen bei der Leuchte nicht in einem gemeinsamen Leuchtengehäuse angeordnet zu sein. Im vorliegenden Zusammenhang wird unter dem Begriff Leuchte auch eine Beleuchtungseinrichtung verstanden, bei der die Leuchtdiodenlampe und das Vorschaltgerät räumlich getrennt sind.
Bei einer Ausgestaltung ist die Leuchte eine Signalleuchte, die beispielsweise in einer Signalanlage wie einer Verkehrsampel oder einem Signal für den Schienenverkehr verwendet ist. Bei einer anderen Ausgestaltung ist die Leuchte eine Flugfeldleuchte. Bei einer solchen Signalanlage oder Flugfeldleuchte kann das Vorschaltgerät beispielsweise in einem separaten Schaltkasten angeordnet oder im Flugfeld vergraben sein.
Bei einer wiederum anderen Ausgestaltung ist die Leuchte eine Kraftfahrzeugleuchte, etwa ein Rücklicht, Positionslicht, Scheinwerfer oder eine Blinkleuchte eines Fahrtrichtungsanzeigers. Auch bei einer Signalanlage kann eine Blinkleuchte zweckmäßig sein. Handelt es sich bei der Leuchte um eine Kraftfahrzeugleuchte, ist das Vorschaltgerät in der Regel ebenfalls nicht dem Leuchtengehäuse enthalten, das die Leuchtdiodenlampe enthält, sondern beispielsweise getrennt davon – etwa im Motorraum – angeordnet.
Bei einer Ausgestaltung der Leuchte ist eine vorgegebene elektrische Gesamtleistung von dem Vorschaltgerät vorgegeben. Die vorgegebene elektrische Gesamtleistung ist zum Beispiel zum Betrieb der Leuchte mit einer Glühlame als Leuchtmittel angepasst. Das Vorschaltgerät ist bei einer Weiterbildung dazu vorgesehen, zur Detektion des Ausfalls des Leuchtmittels eine Abweichung der von dem Leuchtmittel im Betrieb aufgenommenen elektrischen Gesamtleistung von der vorgegebenen elektrischen Gesamtleistung zu detektieren.
Leuchtdiodenlampen haben im Vergleich zu Glühlampen in der Regel eine höhere Effizienz. Eine konventionelle Leuchtdiodenlampe nimmt daher bei gleicher im sichtbaren Spektralbereich emittierter Strahlungsleistung eine geringere elektrische Leistung auf als eine Glühlampe. Eine solche konventionelle Leuchtdiodenlampe ist dann nicht zur Verwendung mit der Leuchte geeignet, da das Vorschaltgerät eine Abweichung der von dem Leuchtmittel im Betrieb aufgenommenen elektrischen Leistung von der vorgegebenen elektrischen Gesamtleistung detektieren würde und fälschlicherweise einen Defekt des Leuchtmittels signalisieren würde.
Bei Leuchten mit Vorschaltgeräten, die eine elektrische Gesamtleistung vorgeben, die an eine Glühlampe als Leuchtmittel angepasst ist, ist eine Anpassung – insbesondere eine Erhöhung – der von der Leuchtdiodenlampe im Betrieb aufgenommene elektrische Leistung an die vom Vorschaltgerät vorgegebene elektrische Gesamtleistung notwendig, um die Leuchtdiodenlampe mit der Leuchte verwenden zu können.
Dies ist beispielsweise zweckmäßig, wenn ein Austausch des Vorschaltgeräts nicht oder nur schwierig möglich ist. Die Leuchtdiodenlampe nimmt zwar im Betrieb keine kleinere elektrische Gesamtleistung auf als die Glühlampe mit im Wesentlichen gleicher emittierter Strahlungsleistung im sichtbaren Spektralbereich, welche sie ersetzt. Die Leuchtdiodenlampe hat jedoch eine höhere Lebensdauer als eine Glühlampe, wodurch beispielsweise der Wartungsaufwand für die Leuchte reduziert ist.
Anders ausgedrückt wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Leuchte angegeben. Bei dem Verfahren wird die Leuchte mit einer Leuchtdiodenlampe anstelle einer Glühlampe betrieben. Dabei weist die Leuchtdiodenlampe eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden auf, die im Betrieb der Leuchte sichtbares Licht emittiert und eine erste elektrische Leistung aufnimmt. Weiter weist die Leuchtdiode ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement oder eine Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen auf, das(die) im Betrieb der Leuchte elektromagnetische Strahlung mit einem Intensitätsmaximum außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs emittiert und eine elektrische Verlustleistung aufnimmt.
Die von der Leuchtdiode oder der Mehrzahl von Leuchtdioden emittierte Strahlungsleistung wird bei dem Verfahren so gewählt, dass sie im Wesentlichen gleich der von der Glühlampe im Betrieb der Leuchte im sichtbaren Spektralbereich emittierten Strahlungsleistung ist, während die erste elektrische Leistung kleiner als die von der Glühlampe im Betrieb der Leuchte aufgenommene elektrische Gesamtleistung ist. Die elektrische Verlustleistung wird so gewählt, dass die Leuchtdiodenlampe im Betrieb der Leuchte im Wesentlichen die gleiche elektrische Gesamtleistung aufnimmt wie die Glühlampe.
Bei einer Ausgestaltung weist die Leuchte eine Gehäuse auf. Das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement ist bei einer Ausgestaltung dazu vorgesehen, zumindest einen Teilbereich des Gehäuses zu enteisen. Beispielsweise weist das Gehäuse eine Strahlungsdurchtrittsfläche auf, durch die insbesondere von der Leuchtdiode emittiertes Licht ausgekoppelt wird und das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement ist dazu vorgesehen, die Strahlungsdurchtrittsfläche zu enteisen.
Weitere Ausgestaltungen der Leuchtdiodenlampe und der Leuchte ergeben sich aus den folgenden, in Verbindung mit den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1, eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes aus einer Leuchte mit einer schematischen Seitenansicht einer Leuchtdiodenlampe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2, eine schematische Schnittdarstellung einer Leuchte mit einer Leuchtdiodenlampe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
3, eine schematische Schnittdarstellung einer Leuchtdiodenlampe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
In den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der dargestellten Elemente untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis und/oder zur besseren Darstellbarkeit übertrieben groß dargestellt sein.
In 1 ist eine Leuchtdiodenlampe 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht gezeigt. Die Leuchtdiodenlampe 10 gemäß der 1 ist zur Verwendung in einer Signalanlage, etwa einer Verkehrsampel, vorgesehen. Die Signalanlage weist mindestens eine Signalleuchte mit einem Leuchtengehäuse 20 auf, das die Leuchtdiodenlampe 10 enthält. Ein Ausschnitt des Leuchtengehäuses 20 ist in 1 schematisch im Querschnitt dargestellt.
Die Leuchtdiodenlampe 10 weist vorliegend ein Gehäuse 100 mit einer Strahlungsaustrittsfläche 101 auf. Weiter weist das Gehäuse einen Standard-Sockel 110 mit einem Edisongewinde 120, beispielsweise einem E27 Gewinde, an der der Strahlungsaustrittsfläche 101 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 100 auf.
In 1 ist das Gehäuse 100 aufgebrochen dargestellt, so dass im Gehäuseinneren angeordnete Leuchtdioden 1 und ebenfalls im Gehäuseinneren angeordnete strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente 2 sichtbar sind. Beispielsweise sind die Leuchtdioden 1 und die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 auf einen gemeinsamen Träger, etwa einer Leiterplatte 3, angeordnet.
Vorliegend verläuft der Träger 3 im Wesentlichen parallel zur Strahlungsaustrittsfläche 101. Zweckmäßigerweise sind zumindest die Leuchtdioden 1 auf der der Strahlungsaustrittsfläche 101 zugewandten Seite des Träger 3 angeordnet. Vorliegend sind auch die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 auf der der Strahlungsaustrittsfläche 101 zugewandten Seiten des Trägers 3 angeordnet, so dass sowohl die Leuchtdioden 1 als auch die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 die Strahlungsaustrittsfläche 101 beleuchten.
Die Leuchtdioden 1 emittieren bei der Leuchtdiodenlampe 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vorzugsweise Licht im blaugrünen, grünen, gelben, orangen oder roten Spektralbereich. Die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 emittieren vorliegend elektromagnetische Strahlung im infraroten Spektralbereich. Insbesondere emittieren die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 elektromagnetische Strahlung, die kein oder zumindest praktisch kein sichtbares Licht, etwa mit einer Wellenlänge von kleiner oder gleich 700 nm, enthält. Beispielsweise hat die elektromagnetische Strahlung ein Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge zwischen 800 und 1000 nm, zum Beispiel bei 850 nm oder bei 950 nm.
Jede Leuchtdiode 1 und jedes strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 2 weist zumindest einen Halbleiterchip mit ei ner aktiven Zone auf, die bei Einprägen eines elektrischen Betriebsstroms elektromagnetische Strahlung emittiert. Zumindest die aktive Zone basiert auf einem anorganischen Halbleitermaterial, etwa einem III-V-Verbindungshalbleiter wie In-GaA1N, und/oder einem organischen Halbleitermaterial, etwa einem Polymer oder einem niedermolekularen Material („small molecules"). Die aktive Zone umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf (SQW) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW) zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit u. a. Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Mindestens eine Leuchtdiode 1 und/oder mindestens ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement 2, insbesondere jede Leuchtdiode 1 und jedes strahlungsemittierende Halbleiterbauelement 2, weist vorzugsweise auch ein Gehäuse auf, in dem der Halbleiterchip angeordnet ist und das beispielsweise einen Reflektor und/oder ein Strahlformungselement wie eine Linse aufweist.
In dem Gehäuse 100 der Leuchtdiodenlampe 10, beispielsweise in dem Sockel 110, ist bei einer Ausgestaltung eine Treiberschaltung zur Ansteuerung der Leuchtdioden 1 und der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 enthalten. Beispielsweise weist die Treiberschaltung einen Gleichrichter auf.
Der Sockel 110 der Leuchtdiodenlampe 10 ist in einer Fassung des Leuchtengehäuses 20 angeordnet (in 1 nicht dargestellt) und mittels der Fassung elektrisch mit einem Vor schaltgerät der Leuchte verbunden, welches der Leuchtdiodenlampe 10 im Betrieb einen Betriebsstrom bereitstellt. Das Vorschaltgerät braucht nicht im Leuchtengehäuse 20 enthalten zu sein, es kann alternativ auch außerhalb des Leuchtengehäuses 20, etwa in einem Schaltkasten, angeordnet sein.
Das Vorschaltgerät ist zum Beispiel für eine Glühlampe als Leuchtmittel ausgelegt, die im Betrieb eine elektrische Leistung von 100 Watt aufnimmt. Das Vorschaltgerät ist beispielsweise weiterhin dazu vorgesehen, einen Ausfall des Leuchtmittels zu detektieren, in dem es eine Abweichung der von dem Leuchtmittel aufgenommene elektrische Leistung von der vorgegebenen elektrischen Verlustleitung von 100 Watt detektiert. Das Vorschaltgerät ist also insbesondere nur für Leuchtmittel geeignet, die im Betrieb die vorgegebene elektrische Gesamtleistung von vorliegend 100 Watt aufnehmen.
Die Leuchtdioden 1 der Leuchtdiodenlampe 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nehmen im Betrieb der Leuchtdiodenlampe 10 eine erste elektrische Leistung von beispielsweise 20 Watt auf. Die Strahlungsleistung, die die Leuchtdioden 1 im Betrieb der Leuchtdiodenlampe 10 emittieren, entspricht etwa der Strahlungsleistung, die eine 100 W Glühlampe im Betrieb im sichtbaren Spektralbereich emittiert.
Damit die Leuchtdiodenlampe 10 zum Betrieb mit dem Vorschaltgerät geeignet ist, ist sie mittels der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 an die vom Vorschaltgerät vorgegebene elektrische Gesamtleistung von 100 Watt angepasst. Die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 nehmen also im Betrieb der Leuchtdiodenlampe 10 eine elektrische Verlustleistung von beispielsweise 80 Watt auf, so dass die von der Leuchtdiodenlampe im Betrieb aufgenommene elektrische Gesamt leistung 100 Watt beträgt. Anders ausgedrückt haben die Leuchtdiodenlampe und die von dieser ersetzte Glühlampe das gleiche Verhältnis von im sichtbaren Spektralbereich emittierter Strahlungsleistung und im Betrieb aufgenommener elektrischer Gesamtleistung.
Die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 haben vorliegend einen Wirkungsgrad von etwa 50 Prozent. Etwa 40 Watt werden also in Form von Infrarotstrahlung von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 2 abgegeben. Die Infrarotstrahlung wird zusammen mit dem von den Leuchtdioden 1 emittierten sichtbaren Licht, zumindest zu einem Großteil, durch die Strahlungsaustrittsfläche 101 der Leuchtdiodenlampe 1 abgestrahlt und verlässt das Leuchtengehäuse 20 durch das Fenster 210. Das Fenster 210 ist zweckmäßigerweise für das sichtbare Licht, das von den Leuchtdioden 1 emittiert wird und für das Infrarotlicht, das von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 2 emittiert wird, durchlässig, also transluzent oder transparent, oder zumindest teilweise durchlässig. Die von der Leuchtdiodenlampe 10 abzuführende Verlustwärme ist dadurch reduziert.
Ist die Signalleuchte gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 beispielsweise im Freien eingesetzt, kann an einer Strahlungsdurchtrittsfläche 211 des Fenster 210 – etwa bei kalter und feuchter Witterung – eine zumindest teilweise Bedeckung mit Eis und/oder Schnee auftreten, welche die Sichtbarkeit der Signalleuchte beeinträchtigt. Das Infrarotlicht, das von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 2 ausgesandt wird und durch das Fenster 210 hindurch ausgekoppelt wird, erwärmt mit Vorteil den Schnee und/oder das Eis, so dass dieser beziehungsweise dieses insbesondere verflüssigt wird, beispielsweise zumindest in einem an die Strahlungs durchtrittsfläche 211 angrenzenden Randbereich der Eis- und/oder Schnee-Schicht. Auf diese Weise sind die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 dazu vorgesehen, die Strahlungsdurchtrittsfläche 211 zu enteisen.
Beispielsweise falls die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 elektromagnetische Strahlung emittieren, die von dem Schnee und/oder dem Eis nur geringfügig absorbiert werden, ist bei einer Weiterbildung eine absorbierende Schicht oder Folie auf die Strahlungsdurchtrittsfläche 211 aufgebracht, welche gezielt von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 2 emittierte elektromagnetische Strahlung teilweise oder vollständig absorbiert. Alternativ kann auch das Fenster 210 für die elektromagnetische Strahlung teilweise oder vollständig absorbierend ausgebildet sein. Auf diese Weise wird die absorbierende Schicht oder Folie oder das Fenster mittels der absorbierten elektromagnetischen Strahlung erwärmt, wodurch insbesondere das Eis und/oder der Schnee zumindest in dem Fenster 210 benachbarten Randbereich geschmolzen wird.
In 2 ist eine Leuchtdiodenlampe 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im Querschnitt schematisch dargestellt. Die Leuchtdiodenlampe 10 ist im Innenraum 220 eines Leuchtengehäuses 20 angeordnet, vorliegend im Leuchtengehäuse 20 einer Flugfeldleuchte. Sie ist auf einer Trägerplatte 230 befestigt und zur Versorgung mit einem Betriebsstrom mittels Kabeln 240 mit einem Vorschaltgerät verbunden, das beispielsweise im Boden des Flugfelds vergraben ist.
Ein Fenster 210 des Leuchtengehäuses 20 umgreift vorliegend die Leuchtdiodenlampe 10 zumindest teilweise. Anders ausgedrückt ist die Leuchtdiodenlampe 10 zumindest teilweise in einer Vertiefung des Fensters 210 im Innenraum 220 des Leuchtengehäuses 20 angeordnet.
Die Leuchtdioden 1 und die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 sind vorliegend an einem Sockelteil 4 der Leuchtdiodenlampe befestigt. Das Sockelteil 4 weist vorliegend eine umlaufende Seitenfläche oder alternativ eine Mehrzahl von Seitenflächen auf, an der die Leuchtdioden 1 befestigt sind. An einer von der Trägerplatte 230 abgewandten Vorderfläche des Sockelteils 4 sind die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 befestigt.
Die Leuchtdioden 1 emittieren sichtbares Licht in einen ersten Raumwinkelbereich 12, der eine erste Mittelachse 11 aufweist. Die ersten Mittelachse 11 der Leuchtdioden 1 liegen in einer, in 2 horizontalen, gemeinsamen Mittelebene. Die Leuchtdiodenlampe gemäß 2 strahlt sichtbares Licht in einen ringförmigen Raumwinkelbereich ab.
Die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 emittieren Infrarotstrahlung in einen zweiten Raumwinkelbereich 22, der eine zweite Mittelachse 21 aufweist. Alle zweiten Mittelachsen 21 sind vorliegend parallel zueinander. Erste und zweite Mittelachsen 11, 21 stehen vorliegend jeweils aufeinander senkrecht. Erste und zweite Raumwinkelbereiche 12, 22 sind vorliegend disjunkt, sie überlappen vorliegend also nicht.
Die von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 2 emittierte elektromagnetische Strahlung, insbesondere die Infrarotstrahlung, wird durch eine Vorderfläche des Fensters 210 ausgekoppelt, durch die vorliegend eine Mittelachse der Leuchtdiodenlampe 10 und des Leuchtengehäuses 20 verläuft.
Das von den Leuchtdioden 1 emittierte sichtbare Licht tritt durch mindestens eine Seitenwand des Fensters 210, die vorliegend ringförmig um die Vorderfläche umläuft, aus dem Leuchtengehäuse 20 aus.
Beispielsweise bei der Verwendung in einer Flugfeldbeleuchtungseinrichtung ersetzt die Leuchtdiodenlampe 10 eine Halogen-Glühlampe, kurz Halogenlampe. Die Halogenlampe nimmt im Betrieb zum Beispiel eine elektrische Leistung von 30 Watt auf. Die Leuchtdioden 1 nehmen bei gleicher emittierter Strahlungsleistung im sichtbaren Spektralbereich eine erste elektrische Leistung von 9 Watt auf. Das Vorschaltgerät überwacht wie beim ersten Ausführungsbeispiel die Leistungsaufnahme und meldet einen Defekt des Leuchtmittels, wenn die im Betrieb aufgenommene elektrische Gesamtleistung um einen vorgegebenen Betrag von der vorgegebenen elektrischen Gesamtleistung von vorliegend 30 Watt abweicht. Die Leuchtdiodenlampe 10 enthält die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2, um im Betrieb der Leuchtdiodenlampe 10 eine elektrische Verlustleistung von 21 Watt aufzunehmen und so die elektrische Gesamtleistung an die vorgegebene elektrische Gesamtleistung anzupassen.
Die in 2 dargestellte Leuchtdiodenlampe weist ein Sockelteil 4 mit elektrischen Anschlussstiften auf, auf die beispielsweise Kabelschuhe der Kabel 240 gesteckt werden. Das Sockelteil 4 ist vorliegend mit der Trägerplatte 230 verschraubt. Alternativ kann die Leuchtdiodenlampe auch einen anderen Standard-Sockel aufweisen, etwa einen Sockel mit Anschlusskabeln, die aus dem Sockel herausgeführt sind und insbesondere in Kabelschuhen enden. Der Sockel ist beispielsweise ein Klemm-Sockel, der in einer Fassung verklemmt ist. Die Fassung ist in diesem Fall beispielsweise mit der Trägerplat te 230 befestigt. Ein solcher Sockel mit Anschlusskabeln ist zum Beispiel unter der Bezeichnung „Pk30d" für Glühlampen für Flugfeldleuchten gebräuchlich. Alternativ oder zusätzlich kann die Leuchtdiodenlampe im Gegensatz zu der in 2 dargestellten Ausgestaltung ein Gehäuse 100 aufweisen, das insbesondere die Leuchtdioden 1 und die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 umgreift.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Leuchtdiodenlampe 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, die zum Beispiel zur Verwendung in einer Blinkleuchte eines Richtungsanzeigers eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.
Eine Leuchtdiode 1, die im Betrieb der Leuchtdiodenlampe 10 eine erste elektrische Leistung von beispielsweise 2 Watt aufnimmt ist mit zwei strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 2, die zusammen im Betrieb der Leuchtdiodenlampe 10 eine elektrisch Verlustleistung von beispielsweise 3 Watt aufnehmen, auf einem Sockelteil 4 angeordnet.
Die Leuchtdiode 1 emittiert sichtbares Licht in einen ersten Raumwinkelbereich 12. Die Leuchtdiode 1 ist vorliegend so auf dem Sockelteil angeordnet, dass die erste Mittelachse 11 des ersten Raumwinkelbereichs 12 mit einer Mittelachse 41 des Sockelteils 4 zusammenfällt. Der Querschnitt des Sockelteils erweitert sich in Richtung der Mittelachse 41 von der Leuchtdiode 1 weg, so dass die Seitenflächen oder die umlaufende Seitenfläche einen der Leuchtdiode 1 benachbarten, schräg zur Mittelachse 41 verlaufenden Teilbereich aufweisen. Auf diesem sind die beiden strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 befestigt.
Das Sockelteil 4 ist teilweise in einem Gehäuse 100 der Leuchtdiodenlampe 10 angeordnet. Ein der Leuchtdiode 1 gegenüberliegendes Endstück des Sockelteils 4 ragt aus dem Gehäuse 100 heraus und weist eine erste elektrische Anschlussstelle auf. Zusammen mit einem Sockelbereich 110 des Gehäuses, der eine zweite elektrische Anschlussstelle darstellt, stellt es einen Standard-Sockel dar und ist zur Fixierung in einer Fassung und zum elektrischen Anschließen der Leuchtdiodenlampe 10 geeignet. Der Standard-Sockel ist vorliegend ein Bajonett-Sockel, beispielsweise vom Typ BAU15s, und weist zur Fixierung Stifte 120 eines Bajonettverschlusses an dem Sockelbereich 110 des Gehäuses 100 auf.
Ein Teilbereich des Gehäuses 100, der die Leuchtdiode 1 und die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2 umgreift, bildet einen Reflektor 130 für von der Leuchtdiode 1 emittiertes sichtbares Licht und vorliegend auch für von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 2 emittierte Infrarotstrahlung. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel verlaufen die Mittelachsen 21 der zweiten Raumwinkelbereiche 22, in welche von elektromagnetische Strahlung von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 2 emittiert wird, in verschiedenen Richtungen. Der Reflektor richtet vorliegend zumindest einen Teil der von den strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen 2 emittierten Infrarotstrahlung auf eine Strahlungsdurchtrittsfläche 211 eines Fensters 210 des Gehäuses 20 der Blinkleuchte (in 3 nicht dargestellt), so dass das Fenster 210 nötigenfalls enteist wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal und jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Die elektrische Verschaltung der Leuchtdioden 1 und der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente 2, ihr elektrischer Anschluss an die elektrischen Anschlussstellen des Sockels 110 und/oder des Sockelteils 4 und an das Vorschaltgerät sind in den Figuren zur Vereinfachung weggelassen. Die Ausführung der elektrischen Verschaltung ist dem Fachmann im Prinzip bekannt und wird von daher nicht näher erläutert.

Claims

Leuchtdiodenlampe (10) mit mindestens einer Leuchtdiode (1) und mindestens einem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement (2), wobei im Betrieb der Leuchtdiodenlampe die mindestens eine Leuchtdiode sichtbares Licht emittiert, und das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement elektromagnetische Strahlung mit einem Intensitätsmaximum außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs emittiert.
Leuchtdiodenlampe gemäß Anspruch 1, die einen elektrischen Standard-Anschluss aufweist.
Leuchtdiodenlampe gemäß Anspruch 2, mit einem Standard-Sockel, der den elektrischen Standard-Anschluss aufweist.
Leuchtdiodenlampe gemäß Anspruch 3, bei der der Standard-Sockel ein Edison-Sockel, ein Bajonett-Sockel, ein Steck-Sockel oder ein Sockel mit Anschlusskabeln ist.
Leuchtdiodenlampe (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Intensitätsmaximum im infraroten oder ultravioletten Spektralbereich emittiert.
Leuchtdiodenlampe (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Leuchtdiode (1) sichtbares Licht in einen ersten Raumwinkelbereich emittiert und das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement (2) elektromagnetische Strahlung in einen zweiten, zumindest teilweise von dem ersten verschiedenen Raumwinkelbereich emittiert.
Leuchtdiodenlampe (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der im Betrieb die mindestens eine Leuchtdiode (1) eine erste elektrische Leistung aufnimmt und das mindestens eine strahlungsemittierende Halbleiterbauelement (2) eine elektrische Verlustleistung aufnimmt, die größer oder gleich der ersten elektrische Leistung ist.
Leuchtdiodenlampe (10) gemäß Anspruch 7, bei der die elektrische Verlustleistung mindestens doppelt so groß ist wie die erste elektrische Leistung.
Leuchtdiodenlampe (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Wirkungsgrad des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (2) größer oder gleich 40 ist.
Leuchtdiodenlampe (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement (2) zur Erwärmung und/oder Enteisung eines von der Leuchtdiodenlampe beabstandeten Gegenstands geeignet ist.
Leuchtdiodenlampe (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Strahlungsaustrittfläche (101), die von der Leuchtdiode (1) und von dem strahlungsemittierenden Halbeiterbauelement (2) beleuchtet ist.
Leuchtdiodenlampe (10) gemäß Anspruch 11, bei der das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement (2) zur Enteisung der Strahlungsaustrittsfläche (101) vorgesehen ist.
Leuchte mit einem Leuchtmittel, die eine Leuchtdiodenlampe (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Leuchtmittel aufweist.
Leuchte gemäß Anspruch 13, die ein Vorschaltgerät aufweist, das eine Abweichung der von dem Leuchtmittel im Betrieb aufgenommenen elektrischen Leistung von einer vorgegebenen elektrischen Gesamtleistung detektiert.
Leuchte gemäß Anspruch 14, bei der die von dem Vorschaltgerät vorgegebene elektrische Gesamtleistung zum Betrieb der Leuchte mit einer Glühlampe als Leuchtmittel angepasst ist.
Leuchte gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, die eine Signalleuchte ist.
Leuchte gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, die eine Kraftfahrzeugleuchte ist.
Leuchte gemäß Anspruch 16 oder 17, die eine Blinkleuchte ist.
Leuchte gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, die eine Flugfeldleuchte ist.
Leuchte gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19 mit einer Leuchtdiodenlampe (10) gemäß Anspruch 10, wobei die Leuchte ein Gehäuse (20) aufweist und das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement (2) dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teilbereich des Gehäuses zu enteisen.
Leuchte gemäß Anspruch 20, bei der das Gehäuse (20) eine Strahlungsdurchtrittsfläche (211) aufweist und das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement (2) dazu vorgesehen ist, die Strahlungsdurchtrittsfläche zu enteisen.
Verfahren zum Betrieb einer Leuchte, wobei – die Leuchte mit einer Leuchtdiodenlampe anstelle einer Glühlampe betrieben wird, wobei die Leuchtdiodenlampe – eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden aufweist, die im Betrieb der Leuchte sichtbares Licht emittiert und eine erste elektrische Leistung aufnimmt, und – ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement oder eine Mehrzahl strahlungsemittierender Halbleiterbauelemente aufweist, das/die im Betrieb der Leuchte elektromagnetische Strahlung mit einem Intensitätsmaximum außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs emittiert und eine elektrische Verlustleistung aufnimmt, – die von der Leuchtdiode oder der Mehrzahl von Leuchtdioden emittierte Strahlungsleistung so gewählt wird, dass sie im Wesentlichen gleich der von der Glühlampe im Betrieb der Leuchte im sichtbaren Spektralbereich emittierten Strahlungsleistung ist, – die erste elektrische Leistung kleiner ist als eine von der Glühlampe im Betrieb der Leuchte aufgenommene elektrische Gesamtleistung, und – die elektrische Verlustleistung so gewählt wird, dass die Leuchtdiodenlampe im Betrieb der Leuchte im Wesentlichen die gleiche elektrische Gesamtleistung aufnimmt wie die Glühlampe.
Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Verlustleistung bei einer Leuchtdiodenlampe, die zur Emission von sichtbarem Licht vorgesehen ist, wobei – eine elektrische Verlustleistung erzeugt wird, die eine von der Leuchtdiodenlampe im Betrieb aufgenommene elektrisch Gesamtleistung gezielt erhöht, – die elektrische Verlustleistung mittels eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements erzeugt wird, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit einem Intensitätsmaximum außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs emittiert, und – ein Teil der elektrischen Verlustleistung mittels Abstrahlung der von dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement emittierten elektromagnetischen Strahlung aus der Leuchtdiodenlampe dissipiert wird.